Thiết kế hệ thống sản xuất nước đá cây

Chương VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ 1/ Tính chất vật lý nước Nước chất lỏng nhiệt độ thường, lưu chất quan trọng đặc biệt Nước sử dụng rộng rãi đời sống ngày sử dụng nhiều công nghiệp làm chất tải nhiệt, dung môi cho phản ứng hoá học, dung môi để hấp thụ , giải hấp… Ngoài nước đặc biệt quan trọng vấn đề truyền nhiệt Tính chất vật lý:  Khối lượng riêng lớn biến đổi rộng theo nhiệt độ : ρ (Kg/cm3) T (0C) 1000 30 996 100 958 Khối lượng riêng lớn C :1000 kg/cm  Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 kJ/kgK  Hệ số dẫn nhiệt λ.102(W/mK) : T(0C) λ.102(W/mK) 55.1 30 61.8 100 68.3  Độ nhớt động lực học T(0C) µ.106(Pa.s) 1790 30 804 100 282  Ẩn nhiệt hoá 100 C (1atm) 2260kJ/kg  Ẩn nhiệt đóng băng 334kJ/kg 2/ Tính chất vật lý nước đá Nước đá sử dụng rộng rãi làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông sản, thuỷ sản , thực phẩm, cho chế biến lạnh sản phẩm từ thòt, cho chế biến thuỷ sản ( ướp đá bột ) cho sinh hoạt nhân dân, vùng nhiệt đới để làm mát giải khát Tính chất vật lý nước đá 00C áp suất 0.98 bar  Nhiệt độ nóng chảy tr = 00C  Nhiệt lượng nóng chảy qr = 333.6kJ/kg  Nhiệt dung riêng Cpd = 2.09 kJ/kgK  Hệ số dẫn nhiệt λ = 2.326 W/mK  Khối lượng riêng trung bình 900kg/m3  Khi đóng băng thành nước đá thể tích tăng 9% Nước đá sử dụng để làm lạnh có khả nhận nhiệt môi trường xung quanh tan thành nước 00C Lượng lạnh cần thiết để biến 1kg nước nhiệt độ ban đầu t1 thành nước đá có nhiệt độ t2 @ q = 4.18(t1 - 0) + qr + 2.09(0 - t2 ) 3/ Phân loại nước đá Theo thành phần nguyên liệu ban đầu người ta phân nước đá nhân tạo loại nước đá từ nước (nước lã, nước sôi, nước nguyên chất), Nước đá từ nước biển nước đá từ nước muối; nước đá từ nước sát trùng kháng sinh Từ nước ăn lấy từ mạng nước thành phố người ta sản xuất o Nước đá đục khối lượng riêng ( khối lượng riêng 890 – 900kg/m3 ) o Nước đá ( khối lượng riêng 910 – 917kg/m3 ) nhiệt độ từ -8 đến 250C o Nước đá pha lê ( khối lượng riêng 910 – 920kg/m3 ) Phân loại theo cách khác o Nước đá thực phẩm o Nước đá khử trùng o Nước đá từ nước biển Theo hình dạng nước đá o Nước đá khối o Nước đá o Nước đá ống o Nước đá mảnh o Nước đá thỏi o Nước đá tuyết Nước đá đục có màu trắng có ngậm bọt khí tạp chất, tan để lại chất lắng Nứơc đá trong suốt có màu phớt xanh, tan không để lại chất lắng Trong công nghệ sản xuất nứơc đá từ nước ngọt, ngừơi ta đòi hỏi yêu cầu đặc biệt nguyên liệu nước Thông thường nguồn nứơc phải đảm bảo yêu cầu sau :  Số lượng vi khuẩn nước không 100 con/ml  Vi khuẩn đường ruột không con/l  Chất khô cho phép g/l  Độ cứng chung nước không mg/l  Độ đục theo hàm lượng hạt lư lửng không 1,5 mg/l  Hàm lựơng sắt không 0,3 mg/l  Nồng độ cho phép ion hydro khoảng 6,5 đến 9,5  Hàm lượng tạp chất nước đá sản xuất gần -100C Tạp chất Hàm lượng tối đa Hàm lượïng muối chung mg/l 250 Sunfat + 0,75 clorua + 1,25 natri cacbonat mg/l 170 Muối cứng tạm thời mg/l 70 Sắt mg/l 0.04 Tính oxy hóa mg/l Nồng độ iôn hydro (pH) 4/ Ảnh hưởng tạp chất đến chất lượng nứơc đá Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng nước đá Kết chế biến nước CaCO3 Tạo thành chất lắng bẩn thường phần Tách đá làm nứt nhiệt độ thấp MgCO3 Tạo thành chất lắng bẩn bọt khí Làm Tách nứt nhiệt độ thấp Ôxit sắt Cho chất lắng màu vàng hay màu nâu Tách nhuộm màu chất lắng canxi magie Ôxit silic Cho chất lắng bẩn Tách ôxits nhôm Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách Sunfat natri Tạo vết trắng, tập trung lõi, làm Không thay đổi clorua cho lõi đục kéo dài thời gian đóng sunfat canxi băng Không có chất lắng Clorua canxi Cho chất lắng xanh nhạt hay xám nhạt, Biến đổi thành sunfat & Sunfat tập trung lõi, kéo dài thời gian canxi magie đóng băng tạo lõi không suốt cao Clorua magie Thường biểu dạng vết Biến đổi thành clorua trắng, cặn canxi NaCO3 Một lượng nhỏ làm nứt Biến đổi thành nhiệt độ -9 C Tạo vết màu cacbonat natri trắng, tập trung lõi ,kéo dài thời gian đóng băng Tạo độ đục cao, cặn Khi độ pH > nước có loại muối canxi , magiê đặc biệt natri cacbonatthì đá giòn , dễ gãy nên làm nứơc đá đóng băng -80C làm tan giá 200C Điều kiện bình thường -100C 350C 5/ Một số phương pháp sản xuất nước đá  Bể đá khối sx loại  Nước đá đục  Nước đá suốt ( nước đá phalê)  Nước đá  Phương pháp Vibushevich  Phương pháp Fechner Grasso  Máy làm đá mảnh Flak- Ice Croby Field( York – Coporation)  Máy đá tuyết Pak- Ice Taylor  Máy đá mảnh Short Raver  Máy làm đá ống  Máy đá cỡ nhỏ 6/ Bảo quản vận chuyển nước đá Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá : bảo quản kho, thùng chứa, silô, dự trữ lạnh bể nước bể nước muối lạnh dạng cháo lạnh  Đá khối thường bảo quản kho đá vận chuyển toa tàu lạnh  Đá mảnh thường bảo quản thùng chứa silô Chương QUI TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ 1/ Cơ sở vật lý trình đông đá Trong làm lạnh đông nhiệt độ xuống 00C mà chưa có đóng băng đá, tượng chậm đóng băng ( lạnh ) Sự chậm đóng băng chậm tạo thành tâm kêt tinh tượng chuyển động nhiệt Bơ- rua-nơ chuyển động tương hỗ (kêt hợp) Khi làm lạnh đến nhiệt độ thấp mà hệ thống chuyển động cân lực theo phương trình Pkết hợp = Pđẩy + Pcg.đ.nhiệt xuất tâm kêt tinh mạng lưới tinh thể, lúc tương tự xảy phản ứng tổng hợp : Các phần tử lỏng liên kết với mạng tinh thể có thành khối nước đá toả ẩn nhiệt đóng băng Ẩn nhiệt đóng băng toả qua lớp nước đóng băng tới môi trường toả lạnh trực tiếp qua nhiệt trở thành 2/ Chọn phương án sản xuất nước đá Ngày khoa học kỹ thuật tiến nên có nhiều loại máy sản xuất nước đá : máy đá khối, máy đá vảy, máy đá viên,….Các loại máy hoạt động liên tục gián đoạn, có loại làm nước đá trực tiếp, có loại gián tiếp qua nước muối Ưu nhược điểm phương pháp làm lạnh gián tiếp Về mặt nhiệt động làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh có tổn thất lượng lớn phải truyền qua chất trung gian Về kinh tế tốn kếm phí thêm thiết bò : bơm, dàn lạnh, đường ống cho vòng tuần hoàn chất tải lạnh Hệ thống lạnh gián tiếp có ưu điểm mặt vận hành  Khó sử dụng trực tiếp dàn bay để làm lạnh sản phẩm  Môi chất lạnh có tính độc hại, vòng tuần hoàn chất tải lạnh coi vòng tuần hoàn an toàn  Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh, khó kiểm soát rò rỉ môi chất nhiều đường ống, dàn lạnh tránh hệ thống phải nạp nhiều môi chất lạnh Đối với đồ án suất thuộc loại trung bình dạng nước đá sản xuất để tiêu dùng (dạng 50 kg) nên em chọn phương án làm lạnh gián tiếp qua nước muối Phương pháp thuộc loại cổ điển, có nhiều nhược điểm tiêu kinh tế tiêu vệ sinh có ưu điểm lớn đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng cho suất lớn, thao tác sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp Hiện hầu hết phân xưởng sản xuất nước đá nước ta chọn phương pháp Chọn bể nước đá khối để sản xuất nước đá ( loại 50kg/ cây) Thông số loại đá khối tiêu chuẩn [1] Khối lượng 50kg Kích thước khuôn đá o Tiết diện (mm x mm) 380 x 190 o Tiết diện (mm xmm) 340 x 160 o Chiều cao chuẩn 1101mm o Chiều cao tổng 1115 mmm Chọn nhiệt độ trung bình nước muối -100C (nước muối vào -110C, nước muối -90C) o Tra đồ thò ta thời gian đông đá 19h o Thời gian đông đá tính toán theo công thức kinh nghiệm Với suất bể đá 30tấn/ ngày Tiêu chuẩn bể nứơc đá ( kiểu nước muối)[2]  Năng suất chứa bể đá 30  Số khuôn dây 10  Số ngăn bể  Số dãy ngăn bể 30 Dài (mm) Rộng(mm) Chiều cao bể (mm) Để xếp khuôn đá Để đặt dàn bay 14950 4800 775 1350 Bể nước muối bố trí chia làm ba ngăn Hai ngăn bên để xếp khuôn đá , ngăn để đặt giàn bay Trong bể bố trí cánh khuấy ( có cánh hướng dòng để tuần hoàn nước muối từ giàn bay làm lạnh khuôn quay trở lại giàn bay o Dàn bay chọn giàn bay ống đứng o Máy lạnh phục vụ cho bể nước muối máy lạnh ammoniac cấp o Thiết bò ngưng tụ chọn bình ngưng ống chùm 3/ Chọn nồng độ nước muối Đònh nghóa chất tải lạnh Là chất trung gian nhận nhiệt đối tượng cần làm lạnh chuyển tới thiết bò bay cấp cho môi chất lạnh sôi Chất tải lạnh gọi môi chất lạnh thứ cấp Yêu cầu chất tải lạnh  Tính chất vật lý Nhiệt độ đông đặc phải thấp nhiệt độ bay môi chất lạnh C, tránh làm nổ ống nguy đông đặc.(thí dụ nhiệt độ bay môi chất lạnh -150Cphải chọn chất tải lạnh có nhiệt độ đông đặc -200C thấp hơn) Ít bay hay nhiệt độ sôi áp suất khí phải cao để đỡ tổn that chất tải lạnh đặc biệt không chạy máy lạnh Hệ số dẫn nhiệt trao đổi nhiệt phải lớn Nhiệt dung lớn tốt , khả trữ nhiệt lớn tốt Độ nhớt khối lượng riêng nhỏ tốt giảm tổn thất áp suất đường ống  Tính chất hoá học Không ăn mòn kim loại chế tạo máy , không ăn mòn thiết bò Bền vững, không phân huỷ phạm vi nhiệt độ làm việc  Tính an toàn Không gây cháy nổ Không làm ô nhiễm môi trường  Tính chất sinh lý Không độc hại với người thể sống Không tác động xấu đến thực phẩm  Tính kinh tế Rẻ tiền, dễ kiếm , dễ vận chuyển bảo quản Từ yêu cầu chất tải lạnh đựơc chọn dung dòch nước muối NaCl  Dùng nước muối để tải lạnh có ưu điểm:  Có hệ số truyền nhiệt lớn:  = 200-400(kcal/m2hK) trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s  = 400000 (kcal/m2hK) Vì nên có lợi mặt kinh tế rút ngắn thời gian sản xuất, thời gian phục vụ  Dùng muối NaCl (muối ăn) rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản dễ vận hành  Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa  Nhiệt độ đóng băng thấp: NaCl 23.1% khối lượng có nhiệt độ Ơtectic 21.2C (Bảng 2-9 [5])  Độ nhớt nhỏ nên giảm công suất bơm trở lực thuỷ lực.: NaCl 20% có  = 4.08 PaS -10C (Bảng 9/403- [16])  Nhược điểm:  Tính ăn mòn kim loại cao, làm cho thiết bò chống rỉ, chống mục Để khắc phục ta sử dụng chất chống ăn mòn : 1m3 dung dòch pha 3.2 kg Na2Cr2O7 (có thêm 0.27 kg NaOH cho 1kg Na2Cr2O7) trước phải đưa dung dòch pH = Mỗi năm có lần phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 kiềm ban đầu Cũng dùng 1.6 kg Na2HPO4.12H20 cho m3 dung dòch NaCl (thêm vào hàng tháng)  Dùng môi trường nước muối để tải lạnh gặp phải nguy hiểm tượng chất tải lạnh đóng băng Vì phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối thường chọn nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự trữ để có hạ nhiệt độ yêu cầu chưa làm đóng băng dung dòch Bảng 2-10 [4]: Tính chất dung dòch NaCl, ta chọn NaCl 23% có Tđb = -20C, nhiệt dung riêng 0C: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt -10C:  = 0.434 kcal/kgK Khi chọn nhiệt độ nước muối bể đá -10C 4/ Qui trình sản xuất nước đá Nước cấp từ thành phố Xử lý nước nước Cấp nước vào bể chứa Cặën bã Muối Hoà tan bể Rót nước vào khuôn Cho vào bể đá Đóng băng Nâng linh đá khỏi bể Bể tan đá Lấy Giải thích qui trình Nguồn nước sử dụng:[12] Nguồn nước cấp từ nhiều nguồn khác chẳng hạn:  Nước mặt: nguồn nước ao, hồ, sông, suối,…  Nước ngầm  Nước cấp từ thành phố Ở sử dụng nguồn nước cấp từ mạng nước thành phố  Ưu điểm:  Nguồn nước qua xử lý, tiết kiệm chi phí xử lý nước  Ở qui mô nhà máy có suất nhỏ nên dùng nguồn nước tiện phải xây dựng thêm công trình cấp nước  Nhược điểm:  Chi phí cho việc sử dụng nước nhiều  Đôi cung cấp không ổn đònh Xử lý nước: [1] Mặc dù nước cấp từ thành phố qua xử lý sơ nhiên nước đá dùng để uống, bảo quản thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh thực phẩm tiêu dùng trực tiếp cần phải xử lý trước đưa vào sản xuất Nước xử lý phải đạt yêu cầu sau  Số lượng vi khuẩn nước phải nhỏ hơn: 100 con/ml  Vi khuẩn đường ruột phải nhỏ hơn: 3con/l  Chất khô cho phép: 1g/l  Độ cứng chung nước: < 7mg/l  Độ đục theo hàm lượng hạt lơ lửng không 1.5mg/l  Hàm lượng sắt: < 0.3mg/l  pH= 6.5-9.5 Cấp nước vào bể chứa: Nước sau qua xử lý bơm bơm vào bể chứa để cung cấp cho sản xuất sinh hoạt  Tính thể tích bể đá: Lượng nước dùng để sản xuất 600 đá (cây 50 kg) ngày: V1= G.g/  Trong đó: G : 600 cây/ngày g : khối lượng đá, g= 50 kg  : khối lượng riêng nước 330C,  = 999 kg/m3 V1 = 600x50/999 = 30 m3/ngày Lượng nước dự trữ: V2 = 5m3 Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = 30 + = 35 m3 Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 5x3.5x2 (m) Cấp nước vào khuôn: Vì hệ thống không sử dụng máy rót nước nên sau mẻ công nhân lấy đá gắn vòi nước vào ống cấp nước thiết kế phía bể đá chuyền xuống châm nước vào khuôn Khi châm nước phải châm mực nước khuôn thấp mực nước muối để làm lạnh đông điều nhanh Đồng thời, mực nước khuôn phải thấp miệng khuôn để tránh đông thể tích nước đá tăng 9%, trào làm giảm nồng độ nước muối Quá trình đông đá: [2] Sau châm nước vào khuôn, cho vào bể nước muối, thực trình đông đá Nước muối hoà tan bể với nồng độ chọn trước, làm lạnh dàn bay ống đứng tới nhiệt độ -11C chuyển động bể nhờ máy khuấy.(nhiệt độ nước muối vào dàn bay -90C, nhiệt độ nước muối khỏi dàn bay -110C ) Khi trình truyền nhiệt nước muối lạnh nước lỏng qua vách khuôn Nước lỏng giảm nhiệt độ nhiệt độ đóng băng (ở nhỏ 0C) thường -5 t1 > t2 M d t2, 2 t1, 1 d o M d Hình 1: Sơ đồ trình đông đá Bề mặt truyền nhiệt vách khuôn đá, với bề dày thành M (m), hệ số dẫn nhiệt thành kim loại M( W/mK) Thành tiếp xúc với nước có nhiệt độ t1 > 0C, hệ số cấp nhiệt từ phía nước vào đá 1 ( W/m2K) Nhiệt độ môi trường tải lạnh t2, hệ số cấp nhiệt từ vách phẳng vào môi trường 2 ( W/m2K) Hệ số dẫn nhiệt nước đá đ ( W/mK) , thành kim loại M( W/mK) d bề dày thành nước đá tạo thành, 0 nhiệt độ vách nước đá vừa đông (C) Ta có, dòng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q1 phụ thuộc vào t1-0 : q1 = 1(t1-0) (W/m2) Khi bề mặt thành có lớp đá dày d, hệ số truyền nhiệt từ mặt thành vào môi trường tải lạnh: tTB  t max  t t ln max t Trong t max  t k  t w1 = 40 – 33 = 70C t  t k  t w2 = 40 – 37 = 30C 73 tTB   4,7 C ln Hiệu nhiệt độ nước làm mát t w  t w2  t w1  37  33  40 C Nhiệt độ nước trung bình t t 33  37 t wtb  w1 w2   350 C 2 Lưu lượng nước làm mát qua bình ngưng Qk 257,12 mk    15,38kg / s C p t w 4,18.4 Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng d a  25mm d i  20mm s  2,5mm Diện tích tính cho 1m chiều dài ống f a  0,0785m / m f i  0,0628m / m Chọn tốc độ nước qua bình ngưng w  1,5m / s Số ống lối bình ngưng 4m w ni   d i2  w  w Các thông số vật lý nước 350C  w  993,5kg / m3   0,632W / mK   0,68.10 6 m / s Pr  4,5   0,7225Cp 4m w 4.14,52 ni  =  31 ống  d i  w  w  0,02 2.993,5.1,5 Xác đònh hệ số cấp nhiệt  i từ vách ống tới nước làm mát Trò số Reynolds  d i 1,5.0,02 Re =   44117,6  0,68.10 6 Đây chế độ chảy rối nên Nu có dạng Nu = 0,021 Re 0,8 Pr 0, 43 Nu = 0,021 44117,60,8 4,50, 43 = 208,3 Nu. 208,3.0,632 i    6583,8W / m K di 0,02 Xác đònh hệ số từ môi chất lạnh ngưng đến thành ống (tính theo bề mặt ống phương pháp đồ thò) Nước làm mát qi twtb Lớp cặn bẩn Lớp vách ống tv tk Môi chất lạnh ngưng tụ qa tv ttb Từ hình vẽ ta có t v  t wtb  ttb  t v Trong t v : nhiệt độ vách t v : độ chênh lệch nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ vách Ta có : q1 = q2 q1  Trong Chọn i  i  i t v  tWtb t  tV  TB   1  i  i 1 i 1 i tổng nhiệt trở vách ống cặn bẩn i  0,00026 m2K/W tTB  tV  2427,8tTB  tV   0,00026 6583,8 qi tính phương pháp tính lặp Chọn tV = 0.3 tTB  q1’ = 2427,8 x 0,7 x tTB = 2427,8 x 0,7 x 4,7 = 7987,5 W/m2 Các ống bố trí mặt sàng theo đỉnh tam giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn m xác đònh theo công thức : Qk m  0,75.3 qic s.d i (l / D)  q1  Trong s : bước ống ngang s = 1,3.da = 1,3 x 0,025 = 0,0325 m l/D : tỉ số chiều dài ống đường kính thân, lấy l/D = m = 0,75.3 257,12.103  13,8 ống 7987,5.0,0325.0,02.8 Chọn m= 14 ống Đây số ống theo chiều ngang nz = m =14 Hệ số cấp nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt ống  a NH3 ngưng ống trơn nằm ngang: h. 3 g  a  0,724 h .d a t v Trong h hiệu entanpi vào ammoniac bình ngưng ( h  r ) Các thông số môi chất NH3 ngưng tụ 400C (theo tập 11)  = 0,45W/mK  =1,252.10-4 Pas r = 262,85 Kcal/kg = 1098,7 kJ/kg   579,5kg / m3   0,216.10 6 m / s Cp = 4.85 kJ/kgđộ Pr = 1,33  a hệ số hiệu chỉnh thay đổi vận tốc dòng màng lỏng từ xuống a  (nz / Z ) 0,167 ống bố trí so le  a  0,72.4 1098,7.103.579,5 2.0,4539,81 0,167 1,252.10 4 0,025.t v  a = 9373,2.t v0, 25 Mật độ dòng nhiệt qi  2427,8.(4,7  t v ) qa   a t v  9373,2.t v0,75 xây dựng đồ thò qa qi theo t v 35000 30000 q(W/m2) 25000 20000 qa qi 15000 10000 5000 0 nhiet Từ đồ thò ta có qa  qe  9373,2W / m Ta chọn số ống theo hàng ngang đường chéo lớn 14 tổng số ống n  0,75.m  0,25  0,75.14  0,25  148 ống Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết Q 257,12.103  27,43m Fi = k  qi 9373,2 Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt F 27,43  436,8m L= i  ìi 0,0628 Chiều dài ống bình ngưng L 436,8 l   3m n 148 Chọn l = 3,1 m tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực : d i l.n   0,02.3,1.148  28,8m Tăng khoảng 5% để dự trữ Chương TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI (TBBH) 1/ Thiết bò bay hơi: Thiết bò bay thiết bò trao đổi nhiệt môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường lạnh, sôi hoá Do vậy, với thiết bò ngưng tụ, thiết bò trao đổi nhiệt quan trọng thiếu hệ thống lạnh Sự truyền nhiệt thiết bò bốc thực qua vách ngăn cách Cường độ trao đổi nhiệt phụ thuộc vào cường độ trao đổi nhiệt phía môi trường lạnh (không khí chất tải lạnh lỏng nước muối, nước glycol, rượu…) từ phía môi chất sôi phụ thuộc vào nhiệt trở vách thiết bò Sự toả nhiệt từ phía không khí hay chất tải lạnh chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động Q0 = 196kW 2/ Chọn thiết bò bốc hơi: Chọn thiết bò làm lạnh gián tiếp thông qua chất tải lạnh lỏng Sơ đồ làm lạnh gián tiếp đơn giản bao gồm vòng tuần hoàn riêng biệt: Vòng tuần hoàn môi chất lạnh (máy nén, bình ngưng, van tiết lưu, thiết bò bốc – máy nén )để làm lạnh chất tải lạnh Vòng tuần hoàn chất tải lạnh (bơm nước muối, dàn bay hơi, dàn lạnh nước muối – bơm) Để làm lạnh nước muối chu trình hở người ta sử dụng dàn bay ống đứng Cấu tạo bao gồm ống góp lỏng phía ống góp phía nối với nhiều ống nhỏ để môi chất chuyển động bên sôi thu nhiệt Bao gồm : Dàn chữ L Dàn xương cá Dàn ống đứng với cách bố trí ống đứng khác Nó làm việc hiệu dễ ăn mòn rò rỉ 3/ Tính chọn thiết bò bốc Chọn nhiệt độ nước muối vào dàn lạnh -90C Nhiệt độ nước muối khỏi dàn lạnh -110C Tố độ nước muối qua hệ thống 0,5 – 0,8 m/s Chọn 0,7m/s Nhiệt độ bốc môi chất t0 = -150C Nhiệt độ trung bình nước muối bể   (11) tTB   10 C t  t tTB  max t ln max t Trong t max  9  15  C t  11  15  C tTB  t max  t    4,930 C t max ln ln t Hệ số cấp nhiệt phía nước muối ( coi nước muối chuyển động vuông góc với dàn ống đứng) Nu f  0,41 Re 0,6 Pr 0,33 Các thông số nước muối tra 23,1%kl -100C   47,09.10 4 Pas   1,185kg / l C p  3,323kJ / kgK   0,5047W / mK Chọn d tr  38mm d ng  44mm Diện tích cho 1m chiều dài ống f tr  0,119m f ng  0,138m ống dẫn  57x3 Tổng trở nhiệt vách cặn bẩn: i   0,00017 m2K/W i Tính toán chuẩn số w.d ng  0,7.44.10 3.1185 Re f    7750,7  47,09.10 4 Pr f   47,09.10 4.3,323.10 Cp   31  0,5047 Nu f  0,41 Re 0f ,6 Pr f0,33  0,41.7750,7 0, 6.310,33  274,5 c  Nu. 274,5.0,5047   3148W / m K 3 d ng 44.10 Hệ số cấp nhiệt môi chất NH3 sôi ống  a  103.q F 0, 25 Hệ số truyền nhiệt tổng quát q 1 = k F  44 1 tTB d ng   0,00017   i  , 25 38 103q F 3148 d tr  a i  c Từ ta giải phương trình suy qF = 2500W/m2 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: 196.103 F=  78,4m 2500 Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt F 78,4 L=   658,8m f tr 0,119 Chiều cao bể 1,35m  chọn chiều cao ống trao đổi nhiệt 1,1m Số ống trao dổi nhiệt là: L n   600 ống 1,1 Chương TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 1/ Bình tách dầu: Máy nén lạnh cần có dầu bôi trơn để bôi trơn bề mặt ma sát Khi máy nén làm việc, có lượng dầu bôi trơn bò theo nén vào đường đẩy vào bình ngưng, tạo lớp trở nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt bình ngưng, bình bay hơi…làm giảm hiệu suất máy lạnh đặc biệt môi chất không hoà tan dầu ammoniac Để tránh tượng người ta bố trí bình tách dầu lắp đặt đường từ máy nén đến bình ngưng Nhiệm vụ Tách dầu theo nén , không cho dầu vào dàn ngưng mà dẫn dầu quay trở lại máy nén Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc chủ yếu giảm tốc độ dòng từ 18 – 25m/s xuống 0,5 – m/s, ra: Thay đổi hướng chuyển động cách bố trí chặn vuông góc với dòng chảy xoắn kiểu xyclon để bụi dầu động tích tụ lại chảy xuống đáy bình Lmà mát nén xuống nhiệt độ thấp 50 – 600C ống ruột gà cho nước làm mát chảy bên Rửa nén lẫn dầu amoniac lỏng hệ thống lạnh amoniac Phương pháp hồi dầu máy nén Có thể xả đònh kì dầu máy nén mức dầu máy nén tụt mức yêu cầu Có thể bố trí cấu tự động hồi dầu vè máy nén thí dụ sử dụng van phao.Trường hợp máy nén có bình tách dầu sử dụng van phao bố bình tách dầu Khi dầu bình tách dầu dâng lên, van phao mở để dầu trở lại máy nén nhờ hiệu áp suất bình tách dầu cácte máy nén Trường hợp nhiều máy nén có chung bình tách dầu phải bố trí van phao phía máy nén Khi máy nén thiếu dầu, mức dầu máy nén tụt xuống van phao mở để dầu hồi tự động từ bình chứa máy nén 2/ Bình chứa dầu Bình chúa dầu dùng để gom dầu từ thiết bò bình tách dầu, bầu dầu bình ngưng, bình chúa , bình bay hơi, bình tách lỏng… Để giảm tổn thất lượng giảm nguy hiểm xả dầu từ áp suất cao Bình chứa dầu bình hình trụ đặt đứng hay nằm ngang, có đường nối với đường hút máy nén đường nối với áp kế, nối với đáy xả dầu đường xả dầu Hồi dầu từ bình bình chứa dầu nhờ chênh lệch áp suất 3/ Bình chứa cao áp Nhiệm vụ: Bình chứa cao áp thường đặt bên bình ngưng dùng để chứa lỏng ngưng tụ giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt thiết bò ngưng tụ, trì cấp lỏng liên tục cho vav tiết lưu Cấu tạo Bình chứa cao áp bình trụ đặt đứng (dùng cho máy nhỏ) đặt nằm ngang( dùng cho hệ thống lạnh lớn) có đường nối phù hợp Bình chứa cao áp cần bố trí đường ống nối lỏng từ bình ngưng tụ đến, đường lỏng dẫn đến trạm tiết lưu, đường cân với bình ngưng tụ, đường nối với phận tách khí không ngưng, đường nối với áp kế, đường nối với van an toàn, ống thuỷ, đường xả dầu, xả cặn 4/ Bình tách lỏng Nhiệm vụ Bình tách lỏng có nhiệm vụ tách giọt lỏng khỏi luồng hút máy nén, tránh cho máy nén không hút phải lỏng gây va đạp thuỷ lực làm hư hỏng máy nén Cấu tạo Bình tách lỏng đơn giản bình hình trụ đặt đứng lắp đường hút từ thiết bò bay máy nén Bình tách lỏng sử dụng cho tất máy lạnh với môi chất NH3 freôn 5/ Bình tách khí không ngưng Nhiệm vụ Trong hệ thông lạnh ammoniac có lượng khí không ngưng tuần hoàn với môi chất lạnh làm giảm hiệu trao đổi nhiệt, tăng áp suất ngưng tụ nhiệt độ cuối tầm nén Bình tách khí không ngưng có nhiệm vụ tách lượng khí không ngưng khỏi hệ thống Khí không ngưng lọt vào hệ thống nhiều nguyên nhân Hút chân không không triệt để nạp gas Khi nạp dầu, bảo dưỡng, sửa chữa chi tiết Do môi chất, dầu, ẩm phản ứng phân huỷ tạo thành Do môichất lạnh phân huỷ, đặc biệt môi chất ammoniac( NH3 phân huỷ nhiệt độ 110 – 1200C cuối trình nén, hệ thống lạnh NH3 bố trí bình tách khí không ngưng Cấu tao Bình tách khí không ngưng có nhiều dạng cấu tạo khác dựa nguyên tắc làm lạnh nén lẫn khí không ngưng xuống nhiệt độ bay hơi, môi chất lạnh ngưng tụ lại hầu hết chảy trở lại bình chứa khí không ngưng bò thải Vận hành Dấu hiệu có mặt khí không ngưng hệ thống lạnh áp suất ngưng tụ cao bình thường 6/ Phin sấy, lọc Nhiệm vụ Phin sấy lọc có nhiệm vụ loại trừ cặn bẩn học tạp chất hoá học đặc biệt nước acid khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh, Phin sấy lọc lắp đường lỏng đường hệ thống lạnh Các cặn bẩn học đất cát, gỉ sắt, vẩy hàn, mạt kim loại Các cặn bần đặc biệt nguy hiểm cho máy nén chúng lọt vào xylanh chi tiết chuyển động Các cặn bẩn nguy hiểm van đặc biệt van tiết lưu, chúng gây tắc ẩm Các tạp chất hoá học đặc biệt ẩm acid tạo thành vòng tuần hoàn làm hoen rỉ , ăn mòn đường ống, chi tiết máy.Nứoc đông đá bòt kín van tiết lưu gây tắc ẩm Cấu tạo Bộ phận lọc sấy đơn giản khối zeolit đònh hình keo dính đặc biệt đặt vỏ hàn kín Phin lọc cảu hệ thống lớn thường có thân hình trụ thép hàn đúc, bố trí đường vào cho lỏng Một đầu hình trụ có bố trí nắp để dễ dàng tháo phin vệ sinh Nếu có thêm chức sấy người ta bố trí thêm hạt hút ẩm tương ứng (zeolit, silicagel…) vào bên lưới lọc Vò trí lắp đặt Phin sấy lọc đường thường bố trí đầu hút máy nén để loại trừ cặn bẩn vào máy nén Trên đường lỏng thường lắp trước van điện từ đặc biệt van tiết lưu để giữ cho van không bò tắc 7/ Mắt gas Nhiệm vụ Mắt gas kính quan sát lắp đường lỏng ( sau phin sấy lọc ) để quan sát dòng chảy môi chất lạnh Ngoài việc thò dòng chảy, mắt gas có nhiệm vụ : Báo hiệu đủ gas dòng gas không bò sủi bọt Báo hiệu thiếu gas dòng gas bò sủi bọt mạnh Báo hết gas thấy xuất vệt dầu kính Báo độ ẩm môi chất qua biến màu chấm màu tâm mắt gas so sánh với màu chu vi mắt gas Xanh : khô Vàng : thận trọng Nâu : ẩm Nếu bò ẩm thiết phải thay phin sấy Báo hiệu hạt hút ẩm bò rã thấy gas bò vẩn đục, phải thay phin sấy lọc để tránh van tiết lưu đường ống bò tắc ẩm Cấu tạo Mắt gas có thân hình trụ phía kín phía lắp mắt kính để quan sát dòng gas chảy bên Lắp đặt Mắt gas lắp đặt đường lỏng sau phin sấy lọc, trước van tiết lưu 8/ Các loại van Van chiều: Trong hệ thống lạnh người ta thiết kế chu trình cho lỏng theo hướng đònh vào thiết bò không phép quay trở lại Thí dụ nén vào bình ngưng không đựơc phép quay lại máy nén Van chiều có nhiều loại khác làm việc dựa nguyên tắc chênh lệch áp suất Khi áp suất đầu vào lớn hơn, van tựu động mở cho dòng lỏng qua , áp suất đầu vào giảm nhỏ áp suất đầu ra, van tự động đóng lại Van khoá, van chặn Khi vận hành, bảo dưỡng sủa chữa máy lạnh cần thiết phải khoá mở dòng chảy môi chất lạnh vòng tuần hoàn môi chất lạnh Van tiết lưu nhiệt gồm Van tiết lưu nhiệt cân : lấy tín hiệu độ nhiệt hút để điều chỉnh độ mở van Nếu tải nhiệt dàn ngưng tăng hay môi chất vào dàn ngưng ít, độ nhiệt hút tăng, đẩy kim van xuống cửa thoát môi chất mở rộng cho lỏng vào nhiều Khi môi chất vào nhiều, độ nhiệt hút giảm thoát môi chất khép lại môi chất vào Van tiết lưu nhiệt cân Khi cần giữ áp suất bay nhiệt độ bay ổn đònh người ta sử dụng van tiết lưu nhiệt cân Van tiết lưu nhiệt cân lấy tín hiệu độ nhiệt hút áp suất hút gần đầu máy nén để điều chỉnh độ mở van Van điện từ Là van điều chỉnh hai vò trí ON – OFF , loại van lấy tín hiệu nhiệt độ, tín hiệu áp suất hay hiệu áp suất để điều chỉnh van đóng, mở Van an toàn Ở thiết bò làm việc áp suát cao người ta bố trí van an toàn, van tự động mở áp suất vựơt mức cho phép 9/ Bơm Trong kỹ thuật lạnh thường dùng bơm nước kiều ly tâm để bơm nước giải nhiệt cho tháp giải nhiệt bình ngưng 10/ Quạt Quạt sử dụng chủ yếu hệ thống lạnh quạt hướng trục cho dàn lạnh, dàn ngưng tụ, tháp giải nhiệt để đối lưu cưỡng không khí 11/ Áp kế Áp kế dùng để đo thò áp suất môi chất đầu hút, đầu đẩy thò hiệu áp suất dầu bôi trơn Áp kế sử dụng đồng hồ nạp gas, bình ngưng, bình chứa bình trung gian 12/ Đường ống Đường ống dùng cho kỹ thuật lạnh loại ống đồng môi chất frêon ống thép không hàn cho môi chất NH3 Tính chọn đường ống Đường kính ống xác đònh theo biểu thức 4.m (m) d    : m : lưu lượng khối lượng kg/s (m = Q0 = 0,1798 kg/s ) q0  : khối lượng riêng môi chất kg/m3  long  0,5791kg / dm  579,1kg / m  hoihut  1,82kg / m  hơiday  8,3kg / m  : Tốc độ chuyển động môi chất m/s Trong hệ thống lạnh cần xác đònh loại đường ống : đường ống hút, đẩy đường dẫn lỏng Đối với môi chất NH3 : Tốc độ chuyển động Đường kính môi chất (m/s) (mm) Đường hút 17 86 Đường đẩy Đường lỏng 22 1,5 35,4 16,2 13/ Tháp giải nhiệt Tháp giải nhiệt hay tháp làm mát để làm mát nước từ bình ngưng Ưu điểm thiết bò Tiết kiệm nước Hiệu sử dụng tháp ngày cao, tháp gọn nhẹ, hình thức đẹp chòu thời tiết trời, thuận tiện cho việc lắp đặt tầng thượng Nhược điểm Bơm nước quạt gây ồn, cần có giải pháp chống ồn Nhiệm vụ Tháp giải nhiệt phải thải toàn lượng nhiệt trình ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng toả Chất tải nhiệt trung gian nứơc Nhờ quạt gió dàn phun mưa, nước bay phần giảm nhiệt độ xuống tới mức yêu cầu để bơm trở lại bình ngưng nhận nhiệt ngưng tụ Nguyên tắc làm việc Nước nóng từ bình ngưng phun lên khối đệm Nhờ khối đệm nước chảy theo đường zic zắc với thời gian lưu lại lâu lớp đệm Không khí hút từ lên nhờ quạt Cũng nhờ khối đệm, diện tích tiếp xúc nước không khí tăng lên gấp bội nhờ trình trao đổi chất trao đổi nhiệt tăng cường Nước bay vào không khí Quá trình bay nước gắn liền với trình thu nhiệt môi trường, nhiệt độ nước giảm xuống Ngoài nhiệt ẩn nước mang có dòng nhiệt trao đổi nước không khí Quá trình trao đổi nhiệt diễn mạnh, hiệu trao đổi nhiệt lớn, suất giải nhiệt tháp tăng khi: Độ ẩm tương đối không khí thấp Tốc độ không khí cao Bề mặt trao đổi nhiệt nước không khí lớn Lắp đặt, vận hành Khi lắp đặt vận hành tháp giải nhiệt cần lưu ý số vấn đề sau: Vò trí lắp đặt cần phải đảm bảo thông gió hoàn hảo, dòng khí quạt gió không bò vướng, tái tuần hoàn bò quẩn làm cho lưu lượng gió giẩm, độ ẩm gió tăng, làm giảm suất thải nhiệt tháp Cần phải chọn vò trí lắp đặt cho tiếng ồn quạt bơm nước ảnh hưởng đến người nhất, đặc biệt tháp bơm nước đặt mái Không bố trí tháp giải nhiệt nơi có dòng khí nóng, phòng không gian có không khí bẩn Cần phải đo nhiệt độ nước vào, không khí ra, vào, lưư lượng nước, lưu lượng không khí để xác đònh xem tháp làm việc có hiệu không Chương 10 AN TOÀN LAO ĐỘNG Kỹ thuật an toàn hệ thống lạnh nhằm đảm bảo an toàn cho người thiết bò xí nghệp lạnh nhờ biện pháp tổ chức, kỹ thuật vệ sinh phòng chống cháy nổ Như nhiệm vụ công tác bảo hộ lao động xí nghiệp lạnh giảm đến mức tối thiểu khả xảy cố cháy nổ, bệnh nghề nghiệp công nhân Vì chế tạo thiết bò lắp ráp hệ thống lạnh phải đặc biệt ý kỹ thuật an toàn vệ sinh công nghiệp, tất thiết bò hệ thống lạnh phải chế tạo lắp đặt, vận hành theo tiêu chuẩn an toàn lao động 1/ Điều khoản chung Chỉ cho phép người sau vận hành máy hệ thống lạnh có chứng hợp pháp qua lớp đào tạo chuyên môn vận hành máy lạnh Đối với thợ điện phải có chứng chuyên môn đạt trình độ công nhân vận hành thiết bò điện Người vận hành máy lạnh cần phải nắm vững: Kiến thức sở trình máy lạnh Tính chất môi chất lạnh Quy tắc sửa chữa thiết bò nạp môi chất lạnh Cách lập nhật ký biên vận hành máy Hằng năm xí nghiệp cần tổ chức kiểm tra nhận thức công nhân kỹ thuật an toàn bói chung vệ sinh an toàn máy lạnh nói riêng Tất cán công nhân viên nhà máy phải hiểu rõ ký thuật an toàn cách cấp cứu xảy tai nạn Phải niêm yết qui trình vận hành máy buồng vận hành máy Cấm người trách nhiệm tự tiện vào phòng máy Phòng máy phải có trang bò phương tiện dập tắt đám cháy Tất phương tiện chống cháy phải trạng thái chuẩn bò sẵn sàng Cấm bảo quản xăng , dầu hoả chất lỏng dễ cháy gian máy Xí nghiệp phải thành lập ban an toàn lao động để kiểm tra nhắc nhở thực nội qui an toàn lao động 2/ máy thiết bò thuộc hệ thống lạnh Điều kiện xuất xưởng, lắp đặt máy thiết bò thuộc hệ thống lạnh Cấm xuất xưởng máy thiết bò Chưa quan cấp kiểm nghiệm xác nhận sản phẩm chế tạo đạt tiêu chuẩn Chưa có đủ dụng cụ kiểm tra đo lường phụ kiện theo tiêu chuẩn qui đònh Chưa có đủ tài liệu sau : hai lí loch theo mẫu qui đònh có kểm theo vẽ chi tiết thiết bò Có hướng dẫn lắp đặt, bảo dưỡng vận hành thiết bò máy nén Đối với máy nén : tên đòa nhà chế tạo, số tháng , năm chế tạo kí hiệu môi chất lạnh, áp suất làm việc lớn nhất, áp suất thử nghiệm lớn nhất, nhiệt độ cho phép lớn nhất, tốc độ quay đặc tính điện Đối với thiết bò chòu áp lực : tên dòa nhà chế tạo , tên mã hiệu thiết bò , số tháng năm chế tạo, áp suất làm việc lớn nhất, áp suất thử nghiệm lớn nhất, nhiệt độ cho phép thành thiết bò Máy nén thiết bò chòu áp lực nước chế tậophỉ thoả mãn tiêu chuẩn Việt Nam Việc lắp đặt máy thiết bò lạnh phải theo thiết kế quy trình công nghệ xét duyệt 3/ Phòng máy thiết bò Phòng máy thiết bò phải có hai cửa bố trí cách xa phải có cửa thông trực tiếp để thoát nhanh có cố Phòng máy thiết bò không thấp 4,2m kể từ sàn thao tác đến điểm thấp mái nhà Cửa sổ cửa vào phòng máy thiết bò phải bố trí đảm bảo thông gió tự nhiên, đảm bảo chiếu sáng tốt Phòng máy thiết bò phải niêm yết sơ đồ nguyên lí hệ thống lạnh, sơ đồ ống dẫn môi chất, nước, dầu quy trình vận hành thiết bò quan trọng Phòng máy phải trang bò hệ thống cứu hoả, trang bò phòng hộ tủ thuốc Cấm để xăng dầu chất độc hại dễ cháy nổ ... loại nước đá Theo thành phần nguyên liệu ban đầu người ta phân nước đá nhân tạo loại nước đá từ nước (nước lã, nước sôi, nước nguyên chất), Nước đá từ nước biển nước đá từ nước muối; nước đá từ nước. .. o Nước đá pha lê ( khối lượng riêng 910 – 920kg/m3 ) Phân loại theo cách khác o Nước đá thực phẩm o Nước đá khử trùng o Nước đá từ nước biển Theo hình dạng nước đá o Nước đá khối o Nước đá o Nước. .. lớn, thao tác sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp Hiện hầu hết phân xưởng sản xuất nước đá nước ta chọn phương pháp Chọn bể nước đá khối để sản xuất nước đá ( loại 50kg/ cây) Thông số loại đá khối tiêu