ĐỒ án THIẾT kế cối đá CÔNG SUẤT 700KGNGÀY

+ Năm 1930 ở Mỹ, các nhà khoa học đã sản xuất và ứng dụng cácfreon_môi chất lạnh dùng trong máy lạnh nén khí.. Các kho lạnh bảo quản, kho lạnh phân phối, máy lạnh thương nghiệp đến tủ lạ

K t

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhằm đưaViệt Nam trở thành nước công nghiệp văn minh hiện đại Trong những năm qua,cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, ngành kĩ thuật lạnh đã có nhữngbước phát triển rất mạnh mẽ và vượt bật, phạm vi ứng dụng ngày càng mở rộng.

Ngày nay, ứng dụng của ngành lạnh trở nên rất quen thuộc, gần gũi trongđời sống chúng ta Từ trong các nhà máy, xí nghiệp, cao ốc, văn phòng đến các

hộ gia đình, phương tiện đi lại, phương tiện vận chuyển,…đâu đâu cũng có sựhiện diện của ngành lạnh

Trong một số nhà máy, xí nghiệp ứng dụng của ngành lạnh trở nên khôngthể thiếu Việc sử dụng lạnh để bảo quản thực phẩm, sản xuất ra nước đá để phục

vụ cho nhu cầu của con người

Khi cuộc sống con người ngày được cải thiện, mức sống con người ngàycàng nâng cao thì nhu cầu về nước đá không còn đơn thuần nữa mà phải sạch,đẹp, tiện sử dụng và an toàn Đáp ứng cho nhu cầu này, đá viên tinh khiết ra đời

và nhanh chóng chiếm thị phần trên thị trường, từ các quán bar, nhà hàng, cà phêđến các quán cóc vĩa hè,…nơi đâu cũng có mặt của đá viên

Để đáp ứng nhu cầu rất lớn về đá viên, trên thị trường có rất nhiều loạimáy sản xuất đá viên với rất nhiều chủng loại và công suất khác nhau, từ vàichục kg/ngày đến vài chục tấn/ngày Chúng em chọn loại máy có công suất700Kg/ngày để tính toán, thiết kế trong đồ án này Đây là loại máy có công suấttrung bình, kích thước nhỏ gọn, thích hợp cho các nhà hàng, quán giải khát,…muốn tự cung về nước đá hay các hộ gia đình muốn thêm thu nhập

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã truyền đạt kiến thức chochúng em trong suốt hai năm qua và sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ ĐứcPhương trong suốt quá trình chúng em làm đồ án

Mặc dù rất cố gắn, nhưng do trình độ có hạn, kiến thức thực tế chưa nhiềunên đồ án này còn có nhiều thiếu sót cũng như chưa trình bài đầy đủ hết các khíacạnh Chúng em mong nhận được nhiều ý kiến, nhận xét của thầy cô và các bạn

Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Long Phước Nguyễn Hữu Biên

II Ý nghĩa kinh tế 7

III Kỹ thuật lạnh ở Việt Nam 13

Chương II Cơ sở tính toán, tính toán chu trình lạnh của cối đá I. Tầm quan trọng của nước đá 16

II Tính chất vật lý và các tiêu chuẩn của nước làm đá 16

III Chọn môi chất lạnh 22

IV Chọn chu trình lạnh 25

V Nguyên lý hoạt động của hệ thống cối đá ống tinh khiết 30

Chương III Tính chọn các thiết bị chính của hệ thống I Tính chọn cối đá 32

II Tính tổn thất nhiệt cối đá 37

III Tính toán nhiệt máy nén 40

IV Tính toán thiết bị ngưng tụ 45

Chương IV Tính chọn thiết bị phụ I Tính kích thước đường ống dẫn môi chất 61

II Tính chọn tháp giải nhiệt 64

III Bình hồi nhiệt 69

IV Bình tách lỏng 70

V Bình tách dầu 72

VI Bình chứa cao áp 74

VII Thiết bị điện 76 Chương V

Vận hành, bảo dưỡng và các sự cố thường gặp của hệ thống

I Lắp ráp hệ thống lạnh 94

II vận hành 99

CHƯƠNG I

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ Ý NGHĨA KINH TẾ CỦA NGÀNH KỸ THUẬT LẠNH

I Lịch sử phát triển

Con người đã biết sử dụng lạnh cách đây rất lâu Khoảng từ 5000 nămtrước, người ta đã biết sử dụng các hang động có dòng nước ngầm nhiệt độ thấpchảy qua dùng để chứa lương thực và thực phẩm

Kể từ khi giáo sư Black tìm ra nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vàonăm 1761-1764, con người đã biết làm ra lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở

áp suất thấp

Tiếp theo phát hiện quan trọng đó, Clouet và Monge lần đầu tiên hóa lỏngđược khi SO2 vào năm 1780 Từ 1781 Cavallo bắt đầu nghiên cứu hiện tượngbay hơi một cách có hệ thống

Thế kỉ 19 là thời kỳ phát triển rực rỡ của ngành kỹ thuật lạnh

+ Năm 1823 Faraday bắt đầu công bố những công trình về hóa lỏng khí

SO2, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3, HCl Năm 1845 ông hóa lỏng được hầu hết cáckhí etylen

+ Năm 1834 J.Perkins (Anh) đăng kí bằng phát minh đầu tiên về máylạnh nén hơi bao gồm máy nén, dàn bay hơi, dàn ngưng tụ và van tiết lưu

+ Năm 1810 Leslie (Pháp) cho ra đời máy lạnh hấp thụ chu kỳ với cặp môichất H2O/H2SO4

+ Năm 1899 Geppert (Đức) đăng ký bằng phát minh máy lạnh hấp thụkhuyếch tán.

+ Máy lạnh nén khí đầu tiên do bác sĩ người mỹ Gorrie chế tạo dựatrên kết quả nghiên cứu của các nhà lý thuyết

+ Năm 1930 ở Mỹ, các nhà khoa học đã sản xuất và ứng dụng cácfreon_môi chất lạnh dùng trong máy lạnh nén khí

II Ý nghĩa kinh tế của ngành kỹ thuật lạnh

1 Trong bảo quản thực phẩm

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là bảo quản thựcphẩm Theo thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh trong công nghiệp đượcdùng để bảo quản thực phẩm

Khả năng chịu lạnh của mỗi loài vi sinh vật có khác nhau Một số loàichết ở nhiệt độ -20÷0oC Tuy nhiên một số khác chịu ở nhiệt độ thấp hơn

Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nước trong tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡmàng tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mất môitrường khuyếch tán chất tan, gây biến tính của nước làm cho vi sinh vật chết.Cho nên hầu hết thực phẩm đều được bảo quản lạnh Rau quả, thịt, cá, trứng,sữa, là thức ăn dễ ôi thiu do vi khuẩn gây ra Phương pháp bảo quản kinh tế vàhiệu quả nhất là bảo quản lạnh Trong các xí nghiệp chế biến thực phẩm khôngmột xí nghiệp chế biến nào mà không có mặt của nghành lạnh

Ngày nay trong công nghiệp thực phẩm như chế biến thịt cá, rau quả, côngnghiệp đánh bắt dày ngày trên biển không thể phát triển nếu không có sự hổ trợcủa ngành lạnh

Các kho lạnh bảo quản, kho lạnh phân phối, máy lạnh thương nghiệp đến

tủ lạnh gia đình, nhà máy nước đá, các cơ sở sản xuất bia ,bánh kẹo, sữa,…đều

sử dụng thành quả của ngành lạnh

Phần lớn các phương tiện vận chuyển thực phẩm đều bảo quản lạnh trongquá trình vận chuyển Có thể nói ngành công nghiệp thực phẩm sẽ không phát

Bảng: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật

2 Trong điều hòa không khí.

Được ứng rộng rãi trong điều hòa không khí tiện nghi và trong côngnghiệp:

+ Khi khí hậu trái đất ngày càng nóng lên và mức sống con người ngàycàng cao thì điều hòa không khí tiện nghi ngày càng trở nên không thể thiếu Từcác khu biệt thự, cao ốc, văn phòng,nhà hàng, đến các hộ dân cư đâu đâu tacũng thấy ngành lạnh được ứng dụng để điều tiết không khí

+ Trong công nghiệp, điều hòa không khí cũng không kém phần quantrọng Ta không thể tách rời ngành điều hòa không khí ra khỏi ngành cơ khíchính xác,điện tử và vi điện tử, kĩ thuật quang học Ngành dược phẩm sẽ khôngđạt được thành quả như ngày hôm nay nếu như không có sự hỗ trợ của ngànhlạnh Các phòng máy sever cũng rất cần điều tiết không khí Ngành công nghiệpnhẹ cũng rất cần sự hỗ trợ của điều hòa không khí để đạt được chất lượng sảnphẩm tốt nhất

+ Ở các nước tiên tiến, chuồng trại chăn nuôi của công nghiệp sản xuấtthịt sữa được điều hòa không khí để vật nuôi đạt được tăng trọng cao nhất vànhanh nhất vì gia súc, gia cầm cần nhiệt độ và độ ẩm thích hợp để phát triển

3 Trong công nghiệp hóa chất.

Trong công nghiệp hoá chất như hoá lỏng các chất khí là sản phẩm củacông nghiệp hoá học như clo, amôniắc, cacbonnic, sunfuarơ, các loại chất đốt,các khí sinh học vv

Hoá lỏng và tách các chất khí từ không khí là một ngành công nghiệp hếtsức quan trọng, có ý nghĩa vô cùng to lớn với ngành luyện kim, chế tạo máy, yhọc, ngành sản xuất chế tạo cơ khí, phân đạm, chất tải lạnh vv Các loạt khí trơnhư nêôn, agôn vv được sử dụng trong công nghiệp hoá chất và sản xuất bóngđèn

Việc sản xuất vải sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh được sự hỗ trợ tíchcực của kỹ thuật lạnh Thí dụ trong quy trình sản xuất tơ nhân tạo người ta phảilàm lạnh bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp đúng yêu cầu công nghệ thì chất lượngmới đảm bảo

Cao su và các chất dẻo khi hạ nhiệt độ xuống thấp sẽ trở nên dòn và dễ vỡnhư thuỷ tinh Nhờ đặc tính này người ta có thể chế tạo được cao su bột Khi hoàtrộn với bột sắt để tạo nên cao su từ tính hoặc hoà trộn với phụ gia nào đó có thểđạt được độ đồng đều rất cao

Trong công nghiệp hoá chất cũng sử dụng lạnh rất nhiều trong các quytrình sản xuất khác nhau để tạo ra nhiệt độ lạnh thích hợp nhất cho từng hoá chất

4 Sấy thăng hoa

Vật sấy được làm lạnh xuống dưới -20oC và được sấy bằng cách hút chânkhông Đây là một phương pháp hiện đại và không làm ảnh hưởng đến chấtlượng sản phẩm Vật phẩm hầu như được rút ẩm hoàn toàn khi sấy nên sản phẩmtrở thành bột bảo quản và vận chuyển dễ dàng Giá thành sản phẩm cao nênngười ta chỉ ứng dụng để sấy các vật phẩm đặc biệt như các dược liệu quý hiếm,máu, các loại thuốc, hócmôn

Quá trình thực hiện theo tuần tự sau: đầu tiên người ta kết đông sảnphẩm xuống khoảng –20oC, sau đó rút nước ra sản phẩm bằng cách thăng hoacác tinh thể nước hoá đá trong sản phẩm nhờ hút chân không cao

+ Đông khô các loại vác xin

Do giữ được các tính chất tươi sống, các hoạt tính sinh học, đặc hiệu vv nên kỹ thuật đông khô được sử dụng để sản xuất các loại vắc xin đông khô chongười và gia súc Hiện nay ở nước ta người ta đã sử dụng rất phổ biến kỹ thuậtnày như ở Viện vệ sinh và dịch tể Hà Nội, Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh,Viện sản xuất sinh vật phẩm Đà Lạt – Nha Trang

+ Huyết tương đông khô

Huyết tương đông khô là sản phẩm được sản xuất từ máu tươi, là mộttrong những vật phẩm rất quý báu, dùng để điều trị cấp cứu Trong quá trình sảnxuất huyết tương khô người ta làm lạnh và sấy thăng hoa để đạt được huyếttương có độ ẩm 1%

5 Trong văn hóa, nghệ thuật, thể dục thể thao.

Nhờ có kỹ thuật lạnh mà người ta cò thể tạo ra các sân trượt băng, cácđường đua trượt băng, trượt tuyết cho các vận động viên luyện tập và thi đấu khinhiệt độ không khí còn rất cao

Kỹ thuật lạnh còn ứng dụng trong các lễ hội băng đăng, điêu khắc, tạctượng trên băng,

6 Ứng dụng trong y tế

Các ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong y tế rất phong phú, từ việc điều hoàtrong các bệnh viện, bảo quản thuốc trong các buồng lạnh, đến bảo quản các bộphận cơ thể

+ Bảo quản máu và các bộ phận cấy ghép

Ngày nay, trong các bệnh viện nhu cầu về máu rất cao Máu được bảoquản trong các tủ lạnh có nhiệt độ +4oC

Các bộ phận xương dùng cấy ghép cần duy trì trong tủ lạnh nhiệt độ thấp,nhiệt độ bảo quản càng thấp thời gian bảo quản càng lâu ở nhiệt độ +2 đến+40C thời gian bảo quản từ một đến hai tuần, ở nhiệt độ -18oC có thể giữ đượctrong 6 tuần Hiện nay người ta bảo quản xương, các bộ phận cấy ghép ở -70oC

Ngày nay, thế giới đang phát triển mạnh ngành vi phẩu thuật, để giảiquyết tốt hàng loạt các ca phức tạp như ghép dây thần kinh, ghép nối các mạch

máu, can thiệp trực tiếp vào các túi phồng mạch máu não, nối các mạch máu dađầu và mạng lưới huyết quản nuôi dưỡng não, tái lập sự lưu thông của hệ thốngđộng mạch vành tim vv… thì việc bảo quản sẵn sàng các phẩm vật sinh học đểkịp thời thay thế là một nhu cầu rất cấp thiết

Một số thuốc quí đòi hỏi bảo quản ở nhiệt độ từ –15oC đến –25oC, ví dụnhư cao gan, sữa ong chúa, các loại thuốc kháng sinh, vv Hầu hết các thuốccòn lại cần phải bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp

8 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động

Áp suất bay hơi của một chất lỏng luôn phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậyngười ta ứng dụng hiện tượng này trong các dụng cụ đo lường như đồng hồ ápsuất, nhiệt kế, trong các rơ le áp suất vv

Hiệu ứng nhiệt điện phản ánh mối quan hệ của độ chênh nhiệt độ 2 đầucặp nhiệt với dòng điện chạy qua mạch cặp nhiệt điện Ứng dụng hiện tượng nàyngười ta đã tạo ra các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất hoặc thiết bị điều khiển tựđộng

9 Ứng dụng trong xây dựng

+ Làm lạnh bê tông ở các đập chắn nước

Quá trình kết rắn của bê tông gắn liền với quá trình toả nhiệt, trong đónhiệt hydrat hoá tuỳ theo thành phần xi măng có thể đạt từ 250 đến 500 kJ/kg ximăng Nhiệt đó sẽ toả ra môi trường Các thử nghiệm cho thấy một nửa lượng

mới kết thúc Do bê tông toả nhiệt nên nhiệt độ tăng khoảng 20 đến 30oC so vớinhiệt độ môi trường Đối với tường mỏng thì nhiệt đó không quá quan trọng vìnhiệt nhanh chóng toả ra môi trường và nhiệt độ tường được duy trì có thể coiđồng đều

Nhưng đối với những công trình được đổ bằng các khối bê tông lớn, ví

dụ như các đập chắn sóng Do hệ số dẫn nhiệt của bê tông λ=2 W/m.K và hệ sốdẫn nhiệt độ a = 0,004 m2/h, nên nhiệt toả từ các khối bê tông ra bên ngoàichậm, ảnh hưởng nhất định đến chất lượng của bê tông Khi tường dày 2m thờigian làm lạnh 4 ngày, trong khi tường dày 60m thời gian làm nguội lên đến trên

10 năm mà hiệu nhiệt độ so với môi trường bên ngoài không giảm xuống cònmột nửa so với lúc ban đầu Như vậy, trong khi bề mặt đập đã lạnh và đông cứng

từ lâu mà trong tường đập nhiệt độ vẫn còn rất cao Sự chênh lệch nhiệt độ đótạo ra ứng lực kéo trên bề mặt đập gây ra các vết rạn nứt bê tông Do không thểthải nhiệt tự do ra môi trường và để tránh hiệu nhiệt độ quá cao giữa tâm tường

và bề mặt tường cần phải có biện pháp làm lạnh nhân tạo tường đập khi đổ bêtông

đó người ta đưa ra một phương pháp sử dụng lạnh để tạo ổn định móng, đó làphương pháp sử dụng cọc kết đông Nhờ các cọc này người ta tạo nên một vànhđai bao bọc hố cần đào

Sơ đồ kết đông nền móng bằng cọc kết đông

10 Siêu dẫn:

Một số ứng dụng quan trọng của kĩ thuật lạnh là ứng dụng hiện tượng siêudẫn để tạo ra nam châm cực mạnh trong các máy gia tốc ở các nhà máy điệnnguyên tử, nhiệt hạch, trong các phòng thí nghiệm nguyên tử, các điện từ cho cáctàu hoả cao tốc

Ngoài ra kỹ thuật lạnh cón được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhưhàng không, vũ trụ,…

III Kỹ thuật lạnh ở Việt Nam

Khí hậu nước ta nóng và ẩm, miền nam hầu như không có mùa đông tạođiều kiện thuận lợi cho ngành lạnh Ngành kỹ thuật lạnh đóng vai trò quan trọngtrong việc phát triển kinh tế ở nước ta Kỹ thuật lạnh đã xâm nhập vào hơn 60ngành kinh tế, đặc biệt là các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, côngnghiệp nhẹ, điều hòa không khí,…

Ngành lạnh ở nước ta còn nhỏ bé, non yếu và lạc hậu Nước ta chỉ chế tạođược các loại máy lạnh cở nhỏ Chưa chế tạo được các máy lạnh cở lớn và tựđộng

Ngành lạnh còn tản mạn và phân tán, không có một cơ quan trung ươngchủ trì nên không được quan tâm, đầu tư và phát triển đúng mức Các đơn vị sửdụng lạnh ở các ngành thường trang bị tự phát nhiều khi dẩn tới những thiệt hại

và lãng phí tiền vốn và thiết bị đáng kể do các nguyên nhân kinh tế và kỹ thuậtgây ra

CHƯƠNG II

CƠ SỞ TÍNH TOÁN, TÍNH TOÁN CHU

TRÌNH LẠNH CỦA CỐI ĐÁ

I Tầm quan trọng của nước đá

Nước đá là một sản phẩm của nước đóng băng, nó được sử dụng rất phổbiến trong sản xuất và sinh hoạt hàng ngày của con người Từ lâu nước đá đã giữmột vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệpthực phẩm Nước đá dùng làm lạnh, trữ lạnh khi vận chuyển, bảo quản nông sản,thực phẩm, nguyên liệu, bán thành phẩm thuỷ sản… Trong sinh hoạt nước đádùng làm giải khát, làm mát…

Khi khí hậu trái đất ngày càng nóng lên, nhu cầu về ly nước đá vào nhữngngày hè nóng nực trở nên không thể thiếu Các nhà hàng, quán nước, nước đá làmột phần không thể thiếu trong hoạt động kinh doanh của họ

Đối với ngành thuỷ sản, khi cơ sở vật chất kỹ thuật còn thiếu thốn, khôngthể áp dụng hoàn toàn các phương pháp tiên tiến của nước ngoài để bảo quảnthuỷ sản trong quá trình vận chuyển, chế biến, bảo quản lạnh thì nhu cầu về nước

đá để bảo quản là rất lớn và đây cũng là một phương pháp bảo quản rẻ tiền, đơngiản, dễ thực hiện Ngành thuỷ sản của nước ta đang phát triển mạnh cho nênnhu cầu về nước đá là rất lớn

II Tính chất vật lý và các tiêu chuẩn của nước làm đá

1. Tính chất vật lý (ở 0 0 C và áp suất ở 0,98 bar)

Nhiệt độ nóng chảy: tr= 00C

Nhiệt lượng nóng chảy: qr= 333,6 kj/kg (79,8 kcal/kg)

Nhiệt dung riêng: Cpd= 2,09 kj/kgK (0,5 kcal/kgK)

Hệ số dẫn nhiệt: λd= 2,326 W/mK (2 kcal/mh độ)

Khối lượng riêng trung bình: 900Kg/m3

Khi nước đóng băng thành nước đá, thể tích của nó tăng 9%

Có rất nhiều loại nước đá khác nhau tuỳ thuộc vào màu sắc, nguồn nước,hình dáng và mục đích của chúng.

a Phân loại theo màu sắc

Theo màu sắc người ta phân ra 03 loại đá: đá đục, đá trong và đá pha lê.+ Nước đá đục

Nước đá đục là nước đá có màu đục, không trong suốt, màu sắc nhưvậy là do có tạp chất ở bên trong Về chất lượng, nước đá đục không thể sử dụngvào mọi mục đích được mà chỉ sử dụng trong kỹ thuật, công nghiệp nên gọi lànước đá kỹ thuật Các tạp chất trong nước đá đục có thể ở dạng rắn, lỏng hoặckhí

+ Nước đá trong

Nước đá trong là nước đá trong suốt, dưới tác dụng của các tia sáng phản

xạ màu xanh phớt Để có nước trong suốt cần loại bỏ các chất tan, huyền phù vàkhí trong nước Vì vậy khi tan không để lại chất lắng Có thể loại bỏ các tạpchất ngay trong quá trình kết tinh của đá bằng cách vớt bỏ tạp chất nổi trên bềmặt đá khi kết tinh, tránh cho không bị ngậm giữa các lớp tinh thể

+ Nước đá pha lê

Khi nước được sử dụng để làm đá được khử muối và khí hoàn toàn thì

đá tạo ra là đá pha lê Đá pha lê trong suốt từ ngoài vào tâm và khi tan không đểlại cặn bẫn Nước đá pha lê có thể được sản xuất từ nước cất, nhưng như vậy giáthành sản phẩm quá cao Nước đá pha lê khi xay nhỏ ít bị dính nên rất được ưachuộng Nước đá pha lê có thể sản xuất ở các máy sản xuất đá nhỏ nhưng phảiđảm bảo tốc độ trên bề mặt đóng băng lớn và khử muối sạch Khối lượng riêngcủa đá pha lê cỡ 910 đến 920 kg/m3

b Phân loại theo hình dạng

Theo hình dạng có thể phân ra nhiều loại đá khác nhau như sau:

+ Máy đá cây

Đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi khuôn ítkhi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp phía đáythường nhỏ hơn phía miệng Đá cây được kết đông trong các khuôn đá thường

có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg Khi rót nước vào khuôn,chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dung tích thực

sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10% Sở dỉ như vậy là vìkhuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đông và nước trong khuôn phảiđảm bảo chìm hoàn toàn trong nước muối Máy đá cây có thời gian đông đátương đối dài vì khi đông đá, các lớp đá mới tạo thành là lớp dẫn nhiệt kém nênhạn chế truyền nhiệt vào bên trong Ví dụ máy đá với khuôn 50 kg có thời gianđông đá khoảng 18 giờ

Đá cây được sử dụng trong sinh hoạt để phục vụ giải khát, trong côngnghiệp và đời sống để bảo quản thực phẩm Hiện nay một số lượng lớn đá câyđược sử dụng cho ngư dân bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ và lâu ngày

+ Máy đá tấm

Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt dàn lạnhdạng tấm Kích cỡ của đá tấm: dài từ 3 ÷ 6 m, cao 2 ÷ 3 m, dày 250÷300mm.Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn

Đá vảy được sử dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến, đặc biệt ở cácnhà máy chế biến thực phẩm và thuỷ sản Chúng được sử dụng để bảo quản thựcphẩm khi nhập hàng và trong quá trình chế biến Ngày nay nó đã trở thành thiết

bị tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vì chỉ có sử dụng đávảy mới đảm bảo yêu cầu vệ sinh Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểm

rất khác nhau từ 0,5 đến 5mm tuỳ thuộc vào thời gian làm đá Độ dày này có thểđiều chỉnh được nhờ thay đổi tốc độ quay của cối đá hoặc dao cắt đá.

+ Máy đá tuyết

Đá sản xuất ra có dạng xốp như tuyết Đá tuyết có thể được ép lại thànhviên kích thước phù hợp yêu cầu sử dụng

+ Máy đá viên( đá tinh khiết)

Đá tinh khiết có các loại 8cm dùng để uống bia, 4cm cho trà đá hoặc rựu,

đá mini dùng cho cà phê và nước giải khát, đá xay nhuyển dùng cho sinh tố,cocktail

Máy đá viên được sử dụng khá phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiềuquán giải khát, quán cà phê có sử dụng đá viên

c Phân loại theo nguồn nước sản xuất

Theo nguồn nước sử dụng làm đá thì có hai loại máy: Làm đá từ nướcngọt và nước mặn

+ Đá nước ngọt được sử dụng trong nhiều mục ích khác nhau: Bảo quảnthực phẩm, giải khát, sinh hoạt

+ Đá nước mặn sử dụng bảo quản thực phẩm, đặc biệt sử dụng bảo quản

cá khi đánh bắt xa bờ Nguyên liệu sản xuất đá là nước biển có độ mặn cao.Nhiệt độ đông đặc khá thấp nên chất lượng bảo quản tốt và thời gian bảo quản cóthể kéo dài hơn Để sản xuất đá mặn nhất thiết phải sử dụng phương pháp làmlạnh trực tiếp, vì thế hạn chế tổn thất nhiệt năng

3 Tiêu chuẩn của nước làm đá

Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi nhữngyêu cầu đặc biệt đối với nguyên liệu (nước), sản phẩm( nước đá) cũng như đốivới thiết bị và quá trình sản xuất

Thông thường, nguồn nước phải đảm bảo các yêu cầu sau: số lượng vikhuẩn trong nước không quá 100 con/ml vi khuẩn đường ruột không quá 3con/ml chất khô cho phép là 1g/l, độ cứng chung của nước không quá 7mg/l, độđục theo hàm lượng các hạt lơ lửng không quá 1,5 mg/l, hàm lượng sắt khôngquá 0,6 mg/l, nồng độ cho phép của các ion hydro trong khoảng 6,5 ÷ 9,5, pHtối đa 7

Nước đá dùng để uống phải đảm bảo điều kiện vệ sinh như đối với cácthực phẩm tiêu dùng trực tiếp Đối với nước đá trong được sản xuất ở gần-100C thì hàm lượng tạp chất cho phép được giới thiệu trong bảng 1 Ảnh hưởngcủa tạp chất đến chất lượng của nước đá được giới thiệu trong bảng 2

Bảng 1: Hàm lượng tạp chất đối với nước đá trong sản xuất ở gần -100C

Hàm lượng muối chung, mg/l

0,0437

Bảng 2: Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá

Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng

nước đá

Kết quả chếbiến nước

Canxi Tạo thành chất lắng bẩn Tách ra được

làm nứt ở nhiệt độ thấpMagiê

cacbonat MgCO2

Tạo thành chất lắng bẩn vàbọt khí Làm nứt ở nhiệt độ thấp

Tách ra được

Sắt oxít Cho chất lắng màu vàng hay

màu nâu và nhuộm màu chất lắngcanxi và magiê

Không thayđổi

cacbonat

Một lượng nhỏ cũng dễ làmnứt ở nhiệt độ dưới -90C Tạo racác vết màu trắng, tập trung ở lõi,kéo dài thời gian đóng băng Tạo

ra độ đục cao không có cặn

Biến đổithành natricacbonat

Khi độ Ph > 7 và trong nước có các loại muối canxi, magiê và đặc biệt lànatri cacbonat thì cây đá sẽ dòn, dễ gãy và vì vậy nên làm đá đóng băng ở -80C

và làm tan đá ở 200C Điều kiện bình thường là -100C và 350C

III Chọn môi chất lạnh

Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh hay ga lạnh) là chất môi giới sửdụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của môi trường có

nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn Môi chất tuần hoànđược trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.

Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt ở môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quátrình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, sự thải nhiệt cho môi trường cónhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao, sự tăng ápsuất ở quá trình nén hơi và giảm áp suất ở quá trình tiết lưu hay giản nở lỏng

1 Yêu cầu chung về môi chất lạnh

Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để

hệ thống không bị chân không, dể rò lọt không khí vào hệ thống

Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tớihạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều

2 Một số môi chất lạnh thông dụng

a Amoniac R717

Công thức hoá học NH3 không màu, có mùi hắc

Ở áp suất khí quyển sôi ở -33.5oC

Ở điều kiện bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, nhiệt độ ngưng tụ 300C,

Năng suất lạnh riêng khối lượng lớn nên thích hợp cho máy có công suấtlớn và rất lớn.

Amoniac không ăn mòn kim loại đen nhưng ăn mòn đồng và hợp kimđồng, trừ đồng thau phốt pho

Amoniac gây cháy nổ trong không khí ở nhiệt độ 6510C, nồng độ 13.5% 16%

-Amoniac độc với con người, kích thích niêm mạc mắc, dạ dày, gây co thắc

cơ quan hô hấp

b R12

Công thức hoá học CCl2F2, là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ

Ở áp suất khí quyển sôi ở -29.8oC

Nếu làm mát bằng nước, nhiệt độ ngưng tụ 30oC, áp suất ngưng tụ0.74Mpa Làm mát bằng không khí, nhiệt độ ngưng tụ 42oC, áp suất ngưng tụ1Mpa

Năng suất lạnh riêng khối lượng nhỏ hơn R717 nhiều lần, chỉ bằng 1/8 đến1/10 R717

R12 không dẩn điện, hằng số điện môi rất lớn nên rất an toàn khi sử dụng.R12 có khả năng thẩm thấu và rò rỉ rất lớn

R12 không ăn món kim loại và phi kim chế tạo máy nhưng hoà tan và làmtrương phồng một số hữu cơ như cao su và chất dẻo

R12 không gây cháy nổ

Không gây độc với con người ở điều kiện thường

Do phá huỷ tần ozon nê bị cấm sử dụng từ năm 1999

c R22

Công thức hoá học CHClF2, là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ

Ở áp suất khí quyển sôi ở -40.8oC

Nếu làm mát bằng nước, nhiệt độ ngưng tụ 30oC, áp suất ngưng tụ1.19Mpa Làm mát bằng không khí, nhiệt độ ngưng tụ 42oC, áp suất ngưng tụ1.6Mpa.

Năng suất lạnh riêng khối lượng lớn hơn R12

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn R12 1.6 lần, nên có thể nạp R22 chomáy R12 để nâng cao năng suất nếu động cơ máy nén cho phép

Không dẩn điện ở thể hơi nhưng dẩn điện ở thể lỏng

R22 không hoà tan nước nhưng ở mức độ hoà tan lớn gấp 5 lần R12 nênmức độ tắc ẩm giảm đi

R22 không ăn món kim loại và phi kim chế tạo máy nhưng hoà tan và làmtrương phồng một số hữu cơ như cao su và chất dẻo

R22 không cháy và không nổ

Không gây độc với con người ở điều kiện thường

Không làm biến chất thực phẩm bảo quản

Bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc.Khả năng trao đổi nhiệt lớn

Mức độ phá huỷ tần ozon thấp nhưng gây hiệu ứng nhà kính Ở Việt NamR22 được sử dụng đến năm 2045

Là môi chất không đồng sôi, dùng thay thế cho R22 và R12 nhưng áp suấtngưng tụ lớn hơn R22 khoảng 10% R407C được dùng cho máy điều hoà khôngkhí phòng và một số máy làm lạnh nước công suất nhỏ.

 Qua một số loại chất lạnh thường dùng ta thấy R22 có nhiều

ưu điểm hơn so với các loại môi chất lạnh khác, ta chọn môi chất lạnh

là R22 cho hệ thống máy đá ống.

IV Chọn chu trình lạnh

1 Các thông số làm việc của cối đá

a Nhiệt độ sôi của môi chất t 0

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc nhiệt độ cối đá và cách làmlạnh

tk = tw2 + ∆tk

tw2 - Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng.

∆tk - Hiệu nhiệt độ yêu cầu ∆tk = 3 ÷ 50C

Theo quy định chung của viện tháp giải nhiệt CTI thì ∆tư=5 độ

Nhiệt độ môi trường ngoài 320C, độ ẩm 80%, tra đồ thị t-d được

Chu trình hồi nhiệt là chu trình có thiết bị trao đổi nhiệt trong giữa môi chất lỏng( trước khi vào van tiết lưu) và hơi lạnh trước khi về máy nén.

Hình IV

c. Nhiệt độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén, t 1’

Nhiệt độ hơi hút về máy nén t1’ bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môichất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng vàphải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt Độ quá nhiệt

ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau Nhưng đối vớimáy nén freôn do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thểchọn rất cao

Ở đây ta chọn chu trình hồi nhiệt nên việc quá nhiệt ở đây được thực hiệntrong bình hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơilạnh ở bình bay hơi ra trước khi về máy nén

Cân bằng nhiệt theo sơ đồ hình IV ta được

Chọn ∆t = 5K = t3’ – t3

=> t1’ = t1+5

Mà t1=t0

=> t1’= -15+5 = -100C

d Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu, t 3

Nhiệt độ quá lạnh t3 là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu.Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạnhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt Ngày nay, do thiết bị quá lạnh làmcho máy lạnh thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng giá thành tăng mà hiệu quả lạiđem lại không cao, các máy lạnh hầu như không còn trang bị thiết bị quá lạnh

Ơ đây ta chọn chu trình hồi nhiệt nên

b Quá trình hoạt động

Quá trình 1’-2: Là quá trình ép nén đoạn nhiệt môi chất ( ở dạng hơi) Hơimôi chất từ điểm 1’ được máy nén hút và ép nén lên đến trạng thái tại điểm 2,trong quá trình ép nén này tiêu tốn một công l Ở quá trình này có đặc điểm: S1’ =

S2, nhiệt độ môi chất tăng từ t0 đến tk, áp suất tăng từ p0 đến pk Quá trình này xảy

ra tại vùng hơi quá nhiệt, hơi hút về máy nén cũng là hơi quá nhiệt

Quá trình 2-3: Quá trình làm mát và ngưng tụ đẳng áp hơi môi chất xảy

ra ở thiết bị ngưng tụ Quá trình này được chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1, môichất sau khi được đưa đến thiết bị ngưng tụ, môi chất trao đổi nhiệt với môitrường làm mát và được hạ nhiệt độ xuống tới nhiệt độ bão hòa khô, trong quátrình này nhiệt độ thì giảm còn áp suất thì không đổi Giai đoạn 2, đây là quátrình ngưng tụ đẳng áp môi chất chuyển đổi pha từ dạng bão hòa khô sang dạnglỏng, trong quá trình này áp suất cũng không đổi Giai đoạn 3 là quá trình quálạnh lỏng hơi môi chất ở thiết bị hồi nhiệt, môi chất ở điểm 3 ′ được đưa vào hồi

nhiệt và đựơc hạ nhiệt độ từ t3’ xuống nhiệt độ t3 do trao đổi nhiệt với hơi môichất có nhiệt độ thấp từ thiết bị bốc hơi về

Quá trình 3-4: Đây là quá trình tiết lưu đẳng Enthalpy môi chất lạnh ởđiểm 3 được tiết lưu đến điểm 4, trong quá trình tiết lưu này môi chất có nhiệt

độ và áp suất từ tk, pk giảm xuống t0, p0 Trong quá trình này h = const

Quá trình 4-1: Đây là quá trình bốc hơi đẳng áp và đẳng nhiệt hơi môichất, trong quá trình này môi chất trao đổi nhiệt với môi trường cần làm lạnh môichất lấy nhiệt của môi trường sôi bốc hơi

Quá trình 1-1’: Quá trình hút hơi môi chất trong thiết bị hồi nhiệt

V Nguyên lý hoạt động của hệ thống cối đá ống tinh khiết

1 Chu kỳ gas:

a Chu kỳ làm đá

Máy nén nén gas ở trạng thái hơi lên bình tách dầu, tại đây dầu được tách

ra bằng những màng lưới bên trong bình tách dầu và hồi về máy nén, còn hơi gastiếp tục nén lên bình ngưng ngưng tụ thành lỏng và được đưa đến bình chứa cao

áp Môi chất lỏng được làm quá lạnh bằng cách cho đi qua bình hồi nhiệt, bìnhtách lỏng, phần dưới của cối đá Sau khi làm quá lạnh, gas lạnh lỏng sẽ đi quavan điện từ cấp dịch, qua van tiết lưu vào cối đá Tại đây gas sẽ bay hơi thu nhiệtcủa nước để làm đá Hơi trong cối đá sẽ được rút lên và đi qua bình hồi nhiệt,qua bình tách lỏng trở về máy nén tiếp tục chu kỳ mới

b Chu kỳ xả đá

Khi đá trong ống đã được làm đông hoàn toàn ta chuyển sang chu kỳ xả

đá, phần hơi gas nóng không tiếp tục đi qua bình ngưng mà từ bình tách dầu quavan điện từ xả đá đổ vào cối đá, lúc này nhiệt độ trong cối đá sẽ tăng dần lên và

đá sẽ được xả ra rớt xuống được dao cắt đá cắt thành từng đoạn nhỏ theo yêucầu, timer trong tủ điện sẽ đếm thời gian xả đá hợp lý nhất ( do kỹ thuật viên càiđặt)

2 Chu kỳ bơm nước tuần hoàn:

Nước từ thùng chứa được bơm lên khay đựng nước phía trên mặt sàn, phíatrên các ống của mặt sàn có các nắp đậy được thiết kế có các rãnh nhỏ để nướcchảy theo các rãnh nhỏ vào ống, chính nhờ vậy mà nước sẽ chảy màng trên thànhống và được đông đá, lớp đá này sẽ được dày lên theo thời gian, phần nước dưchảy trở về thùng chứa và được bơm lên lại bắt đầu một chu kỳ bơm nước tuầnhoàn mới

CHƯƠNG III

Gas ở trạng thái lỏng từ bầu chứa gas sẽ đi qua van điện từ cấp dịch quavan tiết lưu vào cối đá.Từ đây gas sẽ bay hơi và làm lạnh nước làm đá, hơi trongcối đá sẽ được rút lên và đi qua bầu hoán nhiệt, qua bình tách lỏng và trở về máynén.Từ đây lại tiếp tục một chu kỳ mới

b Chu kỳ xả đá

Máy nén sẽ nén hơi lên bình tách dầu và dầu cũng được hồi về nhưtrên.Phần hơi không tiếp tục đi qua bình ngưng mà qua van điện từ xả đá (xảhơi), đồng thời gas lỏng từ bầu chứa gas cũng qua van điện từ xả đá khác (xảlỏng),và trộn chung với phần hơi nóng trên đổ vào cối đá

Lúc này nhiệt độ cối đá sẽ tăng dần lên và đá sẽ được xả ra bớt xuốngmâm dao cắt đá.Timer trong tủ điện sẽ đếm thời gian xả đá hợp lí nhất (do kĩthuật viên cài đặt) và bắt đầu cho dao cắt quay để cắt đá Đá cắt ra sẽ rớt xuốngmáng gàu tải đá

2 Tính chọn cối đá

Cối đá được tính có công suất 700kg / ngày

Thông thường một mẻ làm đá khoảng 30 phút

⇒ Số mẻ đá phải làm trong một ngày đêm là:

n: số mẻ đá trong một ngày đêm

T: thời gian một ngày đêm, T = 24 x 60 ( phút/ngày)

n

=

Trong đó :

m1: khối lượng đá 1 mẻ (Kg/mẻ)

M: năng suất cối đá (Kg/mẻ)

n: số mẻ đá 1 ngày đêm (mẻ/ ngày)

58 14 48

700

Chọn m1 = 15 kg/mẻ để thuận tiện trong quá trình tính toán

∗ Cối đá có vỏ bằng inox dày khoảng 5 -6 mm Các ống làm đá được làmbằng thép hoặc inox :

Đường kính trong (đường kính viên đá): dtr = 19mm

V2: thể tích của 1 ống chưa trừ phần lõi d=3 mm , m3

V1: thể tích lõi không tạo thành đá, m3

δd: khối lượng riêng của đá, δd = 900 Kg m / 3

Kg m

h

d h

d

373.09005

.14

003.05

.14

019.0

44

2 2

2

2 2

δ π

π

Trong quá trình xả đá, mỗi ống đá tan đi một độ dày 0.5 mm

Khối lượng phần đá tan

4

0005.0019.05

.14

019

0 373 0

Ta có công thức tính số ống của cối đá là:

1 43 1 75

0

312 0 4

2 2

Chọn khu vực đặt máy đá là thành phố Hồ Chí Minh, nhiệt độ thấp nhấtt=240C, độ ẩm 80%, nhiệt độ đọng sương ts= 200C

Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài α , tra bảng ta được 23.3

W/m2K

Điều kiện để vách ngoài không đọng sương là ks > k

Tra bảng ta được k=0.23 W/m2K

23 0 7

2 ) 10 ( 24

20 24 3

t t

t t

k α

Vậy vách ngoài không bị động sương

II Tính tổn thất nhiệt cối đá

1 Tổn thất do làm lạnh nước

τ0

1

q M

M : Khối lượng đá được sản xuất trong 1 ngày đêm (Kg)

τ : Thời gian làm việc (s)

q0 : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông

đá hoàn toàn

q0 = Cpn t1 + r + Cpd.t2

Cpn : Nhiệt dung riêng của nước Cpn = 4186 (J/Kg.K)

r : Nhiệt độ đông đặc r = 333600 (J/K)

Cpd : Nhiệt dung riêng của đá Cpd = 2090 (J/Kg.K)

t1 : Nhiệt độ nước đầu vào, chọn t1 = 300C

t2 : Nhiệt độ đá hoàn thiện , chọn t2 = -50C

q0 = 4186×30 + 333600 + 2090× − 5

3804.9

360024

469630700

2 Tổn thất do bơm nước tuần hoàn

Điện năng cung cấp đầu vào cho động cơ bơm nước một phần biến thànhnhiệt năng tỏa ra trên cuộn dây, trên các trục động cơ, phần còn lại chuyển thành

cơ năng làm chuyển động dòng nước Phần cơ năng đó làm tăng nhiệt độ củanước

N

Q2 = η ×

Tính chọn bơm

Ta chọn ống dẫn nước tuần hoàn cho cối đá là φ34 mm < 250 mm

Tốc độ dòng chảy thích hợp của nước trong ống: ω = 0.5 ÷ 2 m/s

3

2

10362.15.14

034

Giả sử nước tuần hoàn trong đường ống có nhiệt độ 5oC, tra phần phụ lục,

ta được: ν = 1.5475×10-6 m2/s

4 6

i

l P

d

Trở kháng cục bộ của van và phụ kiện

- Từ bình chứa vào ống không mở rộng 1 x 0.5 = 0.5

Từ các dữ liệu trên ta chọn bơm li tâm 1,5K-6b của Nga

Các thông số của bơm 1,5K-6b

Đường kính bánh công tác: 105 mm

Năng suất: 9.4 m3/h

Cột áp: 1.16 bar

Hiệu suất: 49%

=> Q2=0.49 × 600= 294 W

Năng suất lạnh Qo của máy nén

Q0 = Q1 + Q2

= 3804.9 + 294 = 4098.9 ≈ 4099 (W)

III Tính toán nhiệt máy nén

1 Năng suất lạnh riêng khối lượng q o , kJ/kg:

Là năng suất lạnh của 1Kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao và nhiệt độcao sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong thiết bị bay hơi thành hơi bãohòa ở nhiệt độ bay hơi và áp suất bay hơi

q0 = i1 – i4 = 399.3 - 245.7 = 153.6 (kJ/kg)

2 Lưu lượng môi chất qua máy nén

027 0 6 153

099 4

6.153

15

)27315

()27342

(48.3

N N

273 15

=

−

× +

2 1

0

0 0

p

p p p

p p

c p

p

k

k k