Thiết kế xưởng nước đá cây 50 kg năng suất 600 cây trên ngày

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ Tính chất vật lý nước Tính chất vật lý nước đá 3 Cơ sở vật lý trình đông đá Chương 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT Chọn phương án sản xuất Chọn nồng độ muối NaCl Chọn tác nhân lạnh Bể nước đá khối 5 Quy trình làm nước đá 6 Giải thích quy trình Chương 3: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM XUNG QUANH BỂ ĐÁ Vách 12 Đáy 14 Nắp 15 Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CHO QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Cân vật chất 16 Cân lượng 16 Chương 5: TÍNH CHỌN MÁY NÉN Chọn thông số chế độ làm việc 18 Tính toán 18 Chọn máy nén lạnh 21 Chương 6: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LẠNH Tính toán thiết kế thiết bò ngưng tụ 22 Tính toán thiết bò bay 26 Chương 7: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ Bình tách dầu 28 Bình chứa dầu 28 Bình chứa cao áp 28 Bình tách lỏng 30 Phin lọc 30 Hệ thống đường ống 30 Tháp giải nhiệt 31 Bơm nước qua thiết bò ngưng tụ 32 Chương 8: DỰ TOÁN GIÁ THÀNH MỞ ĐẦU Từ xa xưa người biết lấy loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ… để sử dụng làm lạnh, dự trữ nhà để mùa hè lại đem dùng Quá trình hình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khí lạnh đến -20C, -30C … làm cho nước ao, hồ, sông, suối,… bò đóng băng Cho đến ngành lạnh đời, bắt đầu phát triễn mạnh giới người sử dụng kỹ thuật lạnh vào nhiều mục đích khác mình, từ đơn giản tinh vi Một ứng dụng người sản xuất nước đá( đá nhân tạo) nhiều dạng khác nhau( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng bột,….), tuỳ theo yêu cầu sử dụng điều kiện sản xuất thực tế Nước đá sử dụng rộng rãi làm lạnh, trữ cho vận chuyển, bảo quản nông thuỷ sản, thực phẩm, cho chế biến lạnh sản phẩm từ thòt, thuỷ sản cho sinh hoạt người dân Vì nước đá có ý nghóa quan trọng đời sống, nên nhận đề tài “Thiết kế xưởng nước đá 50 kg suất 600 cây/ngày” em cảm thấy thích thú Từ trước đến nay, nói đến nước đá biết,nói đến làm nước đá người ta nghó đơn giản hạ nhiệt độ xuống thấp để nước đóng băng, để làm điều đòi hỏi người kỹ sư phải tính toán thiết kế thiết bò làm lạnh, phải đảm bảo tiêu chuẩn nước đá Trên thực tế muốn xây dựng thành công nhà máy, để vào hoạt động có hiệu người kỹ sư có kiến thức kỹ thuật mà đòi hỏi phải tính đến tính kinh tế xây dựng phân xưởng Trong khuôn khổ đồ án môn học chắn em làm nhiều thiếu sót, thông qua đồ án em học nhiều kiến thức, đặt biệt phải biết cách áp dụng học sách vỡ vào thực tế Trong thực đồ án có kiến thức thực tế em không rõ, kinh nghiệm nhờ có dẫn tận tình thầy PHẠM VĂN BÔN giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Bôn thầy môn MÁY & THIẾT BI giúp đỡ Vì đồ án em thực nên tránh khỏi sai sót, vậy, kính mong kính mong thầy cô góp ý kiến quý báu để em hiểu biết thêm nhiều điều bổ ích CHƯƠNG : VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ Tính chất vật lý nước : [2] áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn 4C Trong trình hạ nhiệt độ từ 4C - 0C khối lượng riêng giảm từ 1000-999.9 kg/m3 biến thành nước đá khối lượng riêng tiếp tục giảm tới 916.8 kg/m3 Nước có nhiệt dung riêng cao bất thường, Cnước =4.18kJ/kgK.Từ thấy nước chất toả nhiệt tốt Nhiệt nóng chảy nước : c = 334 kJ/kg Nhiệt hoá nước : h = 2253 kJ/kg Đứng phương diện khoa học mà nhận xét nước rõ chất lỏng có điểm bất thường :  Khối lượng riêng 4C khối lượng riêng cực đại, khối lượng riêng thể rắn phải lớn khối lượng riêng thể lỏng  Có nhiệt dung riêng lớn lớn so với nhiệt dung riêng nhiều chất lỏng khác Tính chất vật ký nước đá: [3] Nhiệt độ nóng chảy t = 0C Khối lượng riêng nước đá : đ = 916.8 kg/m3 Khối lượng riêng nước đá có quan hệ nhiệt độ sau: đ =917(1-0.00015t) Khi nước đóng băng thành nước đá thể tích tăng 9% Ẩn nhiệt đóng băng: r = 334 kJ/kg Khi nhiệt độ hạ 1C r tăng 2.12 kJ/kg Nhiệt dung riêng nước đá : Cđ =2.12kJ/kg Hệ số dẫn nhiệt : đ = 2.22 W/mK Cơ sở vật lý trình đông đá: [2] Khi hạ nhiệt độ thể tích khối nước giảm, đến 3.98C bắt đầu hình thành cấu trúc đặc trưng tinh thể nước đá.Có nhóm phân tử nước (H2O)5, Mỗi nhóm tạo thành cách phân tử nước làm trung tâm liên kết với phân tử khác liên kết hydro, nguyên tử oxi phân tử nước lại tiếp tục làm tâm liên kết với nguên tử hydro của phân tử nước khác Kết tinh thể nước đá có cấu tạo tứ diện Giữa chúng có nhiều lỗ hổng nên nước đá nhẹ nước lỏng Trong làm lạnh đông nhiệt độ đến OC mà chưa có đóng băng, tượng chậm đóng băng( lạnh) Sự chậm đóng băng chậm tạo thành tâm kết tinh tượng chuyển động nhiệt Bơ-rau-nơ chuyển động tương hổ( kết hợp) Khi làm lạnh đến nhiệt độ thấp mà hệ thống chuyển động cân lực theo phương trình: Pkết hợp = Pđẩy + Pch.d.nhiệt xuất tâm kết tinh mạng lưới tinh thể, lúc tương tự xảy phản ứng tổng hợp: phần tử lỏng liên kết với mạng tinh thể có thành khối nước đá toả ẩn nhiệt đóng băng n nhiệt đóng băng toả qua lớp nước đóng băng tới môi trường tỏ lạnh trực tiếp qua nhiệt trở thành CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT Chọn phương án sản xuất 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.Làm lạnh trực tiếp có ưu điểm tiêu kinh tế cao( không thời gian nước muối môi chất lạnh) suất giới hạn, chế tạo máy móc thiết bò khó khăn nên vốn đầu tư cao 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 dung 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 Theo phương pháp hệ thống thiết bò bao gồm: máy nén, thiết bò ngưng tụ, thiết bò bay ngâm bể nước muối, bình chứa cao áp, khuôn đá, thiết bò phụ khác,…Với suất lớn đòi hỏi sản xuất liên tục có cấu tự động đẩy khuôn đá, balance cẩu đá, máy rót nước vào khuôn.Tuy nhiên với suất trung bình phân xưởng thêm vào việc cung cấp sản phẩm với số lượng lớn đồng thời, nên em chọn sản xuất nước đá theo mẻ, phân phối sản phẩm đồng thời nên không cần phải có hệ thống giới hoá Em chia bể đá làm hai ngăn, ngày xuất đá làm hai đợt, lúc ta có đá để dự trữ, đồng thời sau xuất đá lại tiếp tục châm đá nên mẻ lại có mẻ khác thay Do phân xưởng không xây thêm kho trữ đá vừa tồn chi phí xây dựng kho trữ, vừa tốn chi phí điện để giữ nhiệt độ cho kho đá Chọn nồng độ muối NaCl: [5] 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 Chọn tác nhân lạnh:[3], [1] Trong phương pháp sản xuất nước đá bể đá khối hệ thống lạnh thường sử dụng máy nén cấp với tác nhân lạnh NH3  Ưu diểm NH3:  Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn hệ thống nhỏ, phù hợp cho máy lạnh co ùnăng suất trung bình lớn  Năng suất lạnh riêng thể tích qv (kJ/m3) tương đối nhỏ nên máy nén gọn nhẹ  Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng tụ tương đương với nước nên không cần tạo cánh thiết bò trao đổi nhiệt với nước  Tính lưu động cao, tổn thất áp suất đường ống, cửa van nhỏ, nên thiết bò gọn nhẹ  Amoniac không ăn mòn thép, kim loại đen chế tạo máy, ăn mòn đồng hợp kim đồng (trừ hợp kim đồng có photpho) nên không sử dụng đồng hợp kim đồng hệ thống lạnh amoniac  Có mùi khó chòu, dễ phát rò rỉ môi trường  Ít tan dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến trình bôi trơn đỡ ảnh hưởng đến chất lượng tác nhân  Nhược điểm NH3:  Trong không khí chứa lượng NH3 đònh bắt lửa, gây nổ, hoả hoạn, không an toàn cho thiết bò người  Amoniac độc hại thể người gây kích thích niêm mạc mắt, dày, gây co thắt quan hô hấp, làm bỏng da Tuy độc hại, amoniac môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương đối dễ dàng, nước ta sản xuất nên sử dụng Bể nước đá khối: [1]       Khuôn đá tiêu chuẩn khối lượng 50kg có: Tiết diện trên: 380x190(mm) Tiết diện dưới: 340x160(mm) Chiều cao: chiều cao chuẩn: 1101(mm), chiều cao tổng:1115(mm) Bể đá tiêu chuẩn 50kg: Dài : 14950 mm  Rộng : xếp khuôn đá : 4790 mm đặt dàn bay : 775 m cao : 1350 mm  Tổng số khuôn đá : 10 khuôn x 30 dãy x ngăn  Khoảng cách khuôn dãy : 30 mm  Khoảng cách dãy khuôn : 70 mm Qui trình làm nước đá: Nước cấp từ thành phố Xử lý nước Cặn bã nước Muối Cấp nước vào bể chứa Hoà tan bể Rót nước vào khuôn Cho vào bể đá Đóng băng Nâng linh đá khỏi bể Bể tan đá Lấy 6 Giải thích qui trình 6.1 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 Nước ngầm nằm sâu lòng đất bảo vệ tầng cản nước nên nước ngầm có chất lượng tốt như: hàm lượng cặn nhỏ, vi trùng, nhiệt độ ổn đònh.Tuy nhiên khu vực Cần Giờ gần biển nên thường dễ bò nhiễm mặn.Do để xử lý nước khó khăn tốn Do đó, sử dụng nguồn nước cấp từ 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 6.2 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 Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi yêu cầu đặc biệt nguyên liệu (nước) sản phẩm (nước đá), thiết bò trình sản xuất Thông thường nguồn nước phải đảm bảo 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  Yêu cầu nước đá : Bảng 1: Hàm lượng tạp chất nước đá sản xuất -10C Tạp chất Hàm lượng tối đa Hàm lượng muối chung, mg/l 250 Sulfat +0.75 clorua +1.25 natri cacbonat, mg/l 170 Muối cứng tạm thời, mg/l 70 Sắt, mg/l 0.04 Tính oxi hoá O2 , mg/l pH Bảng 2: Ảnh hưởng tạp chất tới chất lượng nước đá Tạp chất nh hưởng đến chất lượng nước đá Kết chế biến nước CaCO3 Tạo chất lắng bẩn phần Tách đá làm nứt nhiệt độ thấp MgCO3 Tạo chất lắng bẩn, bọt khí, làm nứt nhiệt Tách độ thấp Oxit sắt Cho chất lắng màu vàng (nâu) nhuộm Tách màu chất lắng canxi magie Oxit silic oxit Cho chất lắng bẩn Tách nhôm Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách Sulfat natri clorua, Tạo vết trắng lõi, kéo dài thời gian Không thay đổi sulfat canxi đóng băng , chất lắng Clorua canxi Cho chất lắng xanh nhạt lõi, kéo dài thời Biến đổi thành sulfat sulfat magie gian đóng băng canxi Clorua magie Biểu dạng vết trắng Biến đổi thành clorua cặn canxi Cacbonat natri Làm nứt đá, tạo vết màu trắng lõi, kéo Biến đổi thành cacbonat dài thời gian đóng băng, tạo độ đục cao canxi cặn 6.3 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/  (2-1) Trong đó: G : 600 cây/ngày g : khối lượng đá, g= 50 kg  : khối lượng riêng nước,  = 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) 6.4 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 6.5 Quá trình đông đá: [1] Sau châm nước vào khuôn, cho vào bể đá, thực trình đông đá Nước muối hoà tan bể với nồng độ chọn trước, làm lạnh dàn bay ống đứng tới nhiệt độ -10C chuyển động bể nhờ máy khuấy Khi trình truyền nhiệt giữanước 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 t1, 1 t2, 2 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: o  t2 K (2-2) d M   t1  t       M   d 6.6 Khâu tách khuôn : Thời gian đông đá 24 giờ, sau lấy khuôn đá khỏi bể Để tách khuôn ta cho khuôn đá vào bể tan đá (bể có đường ống thông với cống) , dùng dòng nước chảy có nhiệt độ khoảng 25-30C cho chảy xung quanh khuôn khoảng 3-4 phút lượng nước tan khoảng 1mm bề dày Khi ta tách đá khỏi khuôn cho chất lên xe chuyên chở phân phối đến nơi tiêu dùng Sau tách đá khỏi khuôn tiến hành châm nước vào khuôn cho vào bể đá tiếp tục thực mẻ 10  Số lượng pittông : z =  Thể tích hút lý thuyết : VltMN = 0.177 m3/s  Công suất trục : N = 93.6 kW 20 CHƯƠNG 6: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ THỐNG LẠNH Tính toán thiết kế thiết bò ngưng tụ: [3] Chọn thiết bò ngưng tụ giải nhiệt nước Nhiệt tải ngưng tụ (kể lạnh môi chất lỏng) : Qk = m(h2 – h3) = 0.18(2031-683) = 242.64 kW (6-1) Cách khác: Qk = Q0 + Ni = 189 + 64 = 253(kW) (3-2) Chọn Qk = 253(kW) có bao gồm tổn thất trong, mà tổn thất thải dạng nhiệt thiết bò ngưng tụ Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: t  t tTB  max (6-3) t max ln t  tmax : hiệu nhiệt độ lớn (ở phía nước vào) t max  t k  t w1 = 46 – 36 = 10C  tmin : hiệu nhiệt độ bé (ở phía nước ra) t  t k  t w2 = 46 – 41 = 5C 10   tTB   7.21 C 10 ln Chọn bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang amoniac ng thép bình ngưng  25x2.5 mm từ thép 10 Ưu điểm loại gọn nhẹ, chắn, hệ số truyền nhiệt cao, tốn kim loại, tốn diện tích lắp đặt  Tính toán thiết bò ngưng tụ : [3] Lượng nước qua bình ngưng: Q 253 mk  k   12.1 kg/s (6-4) C n t 4.18 x5 Chọn tốc độ nước bình ngưng: W = 1.5 m/s Các thông số vật lý nước làm mát nhiệt độ trung bình tW  I-249 [12]) W = 993 kg/m3  = 0.632 W/mK  = 0.68x10-6 m2/s Pr = 4.5 Số ống lối bình ngưng: 21 tW  t W  38.5 ( bảng n1  4m k x12.1   25.8 (ống) d W W x0.02 x993x1.5 (6-5) Chọn n1 = 26 ống, W = 1.49 m/s o Xác đònh hệ số toả nhiệt 1 từ vách cua ống tới nước làm mát:  d 1.49 x0.02 (6-6) Re  W tr   43823.5  0.68 x10 6 Đây chế độ chuyển động rối nên: Nu = 0.021Re0.8Pr0.43 = 0.021x43823.50.8x4.50.43 = 207.2 (6-7) Vậy hệ số toả nhiệt phía nước: Nu. 207.2 x0.632 (6-8) 1    6547.5 W/m2K d tr 0.02 o Xác đònh hệ số toả nhiệt 2 từ môi chất lạnh ngưng tới thành ống: Dùng phương pháp đồ thò để xác đònh Nước làm mát qi twtb Lớp cặn bẩn Lớp vách ống tv tk Môi chất lạnh ngưng tụ qa tv ttb Hình 5: Trường nhiệt độ ống ngưng tụ nằm ngang Ta có : q1 = q2 t t t  tV q1  v Wtb  TB   1  i  i 1 Chọn i  i 1  0.00026 m2K/W i tTB  tV  242.3tTB  tV   0.00026 6547.5 Chọn tV = 0.3 tTB  q1’ = 2423 x 0.7 x tTB = 12229 W/m2  q1  22 i (6-9) Các ống bố trí mắt sàn theo đỉnh tam giác điều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống đắt theo hướng đường ống lục giác lớn m: Qk (6-10) m  0.75  l  ' q1 s.d tr    Di  Trong đó:  S : bước ống ngang, s = 1.3 dng = 0.033 m l l  : tỉ số chiều dài ống đường kính thân, =8 Di Di 253000  11.8 12229 x0.033x0.02 x8 Chọn m = 13 ống Hệ số toả nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ: m  0.753   0.72 r. 3 g  h .d ng tV (6-11) Các thông số vật lý môi chất lạnh NH3 nhiệt độ 40C (phụ lục 21, [4]) CP = 4.85 kJ/kgđộ  = 0.45 W/mK r = 1070 kJ/kg  = 579.5 kg/m3  = 0.216 x 10-6 m2/s h : hệ số hiệu chỉnh thay đổi vận tốc dòng màng lỏng từ xuống 0.167 n  h   Z   0.167 ( bố trí ống so le) Z  1070 x103 x579.5 x0.45 x9.81 0.25    0.72 x8 0.167  13575.tV 6 0.216 x10 x0.025 xtV Mật độ dòng nhiệt phía môi chất: q2 =  2.tV = 13575.tV0.75 q1  2423.7.21  t V  ta có :  0.75 q  13575.t V 23 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0.5 1.5 dựa vào đồ thò ta có : q1 = q2 = 14800 với tV = 1.12 K Tổng số ống : n = 0.75.m2 + 0.25 = 0.75x132 + 0.25 = 127 ống Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = Qk/q1 = 253000/14800 = 17.1 m2 Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt : F 17.1 L   285 m  d tr x0.02 Chiều dài ống: l=L/n = 285/127 = 2.2 m Số đường nước : z = n/n1 = 127/26 = 4.88, chọn z = Khi đó, tổng số ống ứng với z = : n = 5.26 = 130 ống Như phải chọn lại giá trò m = 15  n = 169 ống Thường phải bớt hàng ống phía để chừa chỗ chứa lỏng ngưng tụ m 1 15  Số ống bò bớt đi: nb  i  1    i  1     27 ống 2 i: số hàng bò bớt  số ống thực tế lại : Nt = n – nb = 169 – 27 = 142 ống Bước ống ngang: s = 0.033 m Đường kính thân ( đường kính mặt sàng) : D = m.s = 0.495 m Kiểm tra l/D = 2.2/0.495 = 4.4 (nhận) Số ống cạnh lục giác : a = Vậy chọn thiết bò ngưng tụ loại ống chùm nằm ngang Nga sản xuất, hiệu 20KTT (bảng 8-1/217 [3]) Diện tích bề mặt : F = 20 m2 Kích thước phủ bì:  Đường kính : D = 500 mm  Dài : L = 2930 mm  Rộng : B = 810 mm  Cao : H = 910 mm 24 Kích thước ống nối:  Hơi : d = 50 mm  Lỏng : d1 = 20 mm  Nước : d2 = 70 mm Số ống : n = 144 ống Số lối : lối Van an toàn cho bình ngưng có đường kính danh nghóa Dy = 15 Tính toán thiết bò bay : Dàn lạnh nhúng dung dòch nước muối đặt bể Trong bể có bố trí máy khuấy góc có nhiệm vụ tuần hoàn dung dòch muối, để dung dòch chuyển động rối qua dàn bay làm tăng hệ số truyền nhiệt, tăng hiệu trao đổi nhiệt Dàn bay có kiểu cấu trúc ống đứng có ưu điểm đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, tạo dòng chảy rối chất lỏng, mà diện tích trao đổi nhiệt tăng Dàn chế tạo gồm có ống góp góp lỏng dưới, đường kính ống góp  159x4.5 mm Giữa hai ống góp ống đứng làm thép, có đường kính  38x3.5 mm Amoniac lỏng đưa vô ống góp bên chứa ống góp này, môi chất sôi bên ống đứng, amoniac bốc lên ống góp trên, qua bình tách lỏng trước máy nén Như ta thấy dàn bay ống đứng có hệ số tỏa nhiệt lớn tạo thành nhanh chóng thu gom lên ống góp hơi, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt nhanh hơn, sức chứa lỏng lớn hơn, khối lượng môi chất lạnh nạp vào nhiều so với dàn ống xoắn.Tuy nhiên ống thường bò bẩn, mặt dính dầu nên truyền nhiệt đi, ống bò ăn mòn o Tính toán: [3]  Năng suất lạnh riêng: qo = h1’–h4 = 1736-683=1053 kJ/kg  Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = qo /v1= 1053/0.51= 2065 kJ/m3  Năng suất lạnh thiết bò bay hơi:Q = Qo = 253 kW  Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Q0 F (6-12) k t m  k: hệ số truyền nhiệt.Theo bảng 8-7/250[3]: chọn k= 520 W/m2K  tm : hiệu nhiệt độ trung bình chất tải lạnh ( nước muối) môi chất lạnh sôi t t t m  c c1 t t ln c t c1  t (6-13) tc1, tc2 : nhiệt độ nước muối vào khỏi thiết bò bay chọn t = tc1 – tc2 = 3C  tm = 6.4 K 25 253000  76 m2 520 x6.4 Dựa vào bảng 8-19 [6] Chọn thiết bò bay ống đứng chế tạo Pháp có F = 75 m2 Kích thước phủ bì: Vậy, F    Dài : 4100 mm Cao : 1375 mm ng NH3  Vào : 25 mm  Ra : 100 mm Lưu lượng nước muối tuần hoàn: Q0 253 Vm    0.016 m3/s C m  n t 3.32 x1186.2 x4 Trong đó: Cm = 3.32 kJ.kgK ( bảng 9/288 [4]) m = 1186.2 kg/m3 ( bảng 11/290 [4]) 26 (6-14) CHƯƠNG 7: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ Bình tách dầu :  Công dụng: bình tách dầu dùng để tách dầu khỏi môi chất, để dầu khỏi vào thiết bò trao đổi nhiệt  Tính chọn: bình tách dầu chọn theo đường kính: m v Tiết diện bình : F  tt m2 (7-1)  mtt : lưu lượng tác nhân ( kg/s) v2 : thể tích riêng ga sau trình nén, v2 = 0.128 m3/kg  : vận tốc ga vào bình tách dầu.Qui ước:   0.5m/s, chọn  = 0.5 m/s 0.175 x0.128 F  0.0448 m2 0.5 4F x0.0448 D   239 mm   Chọn bình tách dầu hiệu M1952 ( bảng 8-28/40 [6]) có:  Đường kính 230 mm  Chiều cao 900 mm  Chiều cao phủ bì 1100 mm  Đường kính ga vào 50 mm  Đường kính ga 50 mm  Đường kính ống dầu 15 mm  Lắp đặt: bình tách dầu lắp vào đường đẩy máy nén amoniac để tách dầu khỏi dòng nén trước vào thiết bò ngưng tụ Bình chứa dầu :[4]  Công dụng: xả dầu khỏi bình tách dầu hệ thống lạnh amoniac nguy hiểm, áp suất bình cao dẫn đến tổn thất môi chất Do đó, phải bố trí bình chứa dầu nhằm mục đích gom dầu từ bình tách dầu bầu dầu toàn hệ thống, giảm nguy hiểm tổn thất môi chất xả dầu khỏi hệ thống lạnh  Chọn bình chứa dầu hiệu 300CM, thể tích 0.07 m3( bảng 8-20/281[3]) có: Kích thước : D x S = 325x9 mm B = 765 mm H = 1270 mm  Lắp đặt: bình chứa dầu có dạng hình trụ đứng, có đường nối với đường xả dầu bình tách dầu bầu dầu thiết bò, đường nối với ống hút máy nén đường xả dầu trang bò áp kế Dầu xả bình nhờ chênh lệch áp suất Bình chứa cao áp:[4] 27  Công dụng: bình chứa cao áp dùng để chứa lỏng môi chất áp suất cao, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt thiết bò ngưng tụ, trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu  Tính chọn bình chứa cao áp: Bình chứa cao áp thường tính toán để làm việc với áp suất 1.8 Mpa Theo qui đònh an toàn bình chứa cao áp phải chứa 30% thể tích toàn hệ thống dàn bay Thiết bò bay có dàn ống đứng có đường kính  38x3.5 mm, diện tích bề mặt trao đổi F 76 nhiệt F = 76 m2 nên chiều dài tổng cộng : L    780 m d tr x0.031 Thể tích 1m ống : v  d tr2 x1  7.5 x10 4 m3/m  dung tích dàn bay hơi: VBH = L.v = 780x7.5x10-4 = 0.585m3 Sức chứa bình chứa cao áp (đối với hệ thống cấp môi chất từ xuống) : VBC  0.7 VBH = 0.7x0585 = 0.4 m3 Theo bảng 8-17/278 [3]: Chọn bình chứa cao áp nằm ngang hiệu 0.4PB có dung tích 0.4 m3 có kích thước : D x S = 426 x 10 mm L = 3620 mm H = 570 mm  Lắp đặt:bình chứa cao áp bố trí sau thiết bò ngưng tụ, thường đặt thiết bò ngưng tụ, cân với áp suất với bình ngưng đường ống cân lỏng Bình tách lỏng :  Công dụng: tách môi chất lỏng khỏi hút máy nén, đảm bảo hút máy nén trạng thái bão hoà khô, tránh gây va đập thuỷ lực máy nén  Chọn bình tách lỏng hiệu 70-0 có đường kính ống 70 mm, kích thước: D x S = 426x10 ; B = 890; H = 1750 ( bảng 8-18/279 [3])  Lắp đặt: Bình tách lỏng bố trí đường hút máy nén để bảo vệ máy nén không hút phải lỏng Phin lọc : Trong trình chế, lắp đặt, sửa chữa vận hành thiết bi lạnh, dù cẩn thận có cặn bẩn đất cát, gỉ sắt, vỉ hàn, xỉ muội … lọt vào hệ thống lạnh Để đảm bảo hệ thống làm việc an toàn có độ tin cậy cao, không bò rục trặc, cần có pin lọc cặn bẩn hệ thống Vì cặn bẩn hệ thống lạnh làm tắc ống dẫn van tiết lưu, làm cho chi tiết nhuyển động máy nén mau mòn dễ gây cố Do để loại trừ cặn bẩn người ta bố trí pin lọc đường hơi, đường lỏng hệ thống lạnh Hệ thống đường ống:  Tính chọn đường ống amoniac: Đường kính ống dẫn : 28 dt  4m  (7-2) m : lưu lượng khối lượng môi chất, kg/s  : khối lượng riêng môi chất, kg/m3  : tốc độ dòng chảy, m/s o Đường hút máy nén NH3 :  = 20 m/s (Theo bảng 10-1/313 [3]) ; -10C = 2.4 kg/m3 ( phụ lục 1b/293 – [4]) x0.18  dt   0.069 m 2.4 xx 20 Theo bảng 10-2/314 [3]: chọn ống thép có đường kính 69 mm, đường kính 76 mm o Đường đẩy máy nén NH3 :  = 25 m/s (Theo bảng 10-1/313 [3]) ; 130c = 158.5 kg/m3 (phụ lục 1b/293 – [4]) x0.18  dt   0.0076 m 158.5 xx 25 Theo bảng 10-2/314 [3]: chọn ống thép có đường kính mm, đường kính 12 mm  Đường kính ống nước chảy vào thiết bò ngưng tụ : vận tốc nước  = m/s 4.Vn x0.012 dt    0.056 m (7-3)   x5 Theo bảng 10-4/315 [3] : chọn ống thép có đường kính 63.5 mm, đường kính 75.5 mm Tháp giải nhiệt:  Mục đích sử dụng: Nước ngày khan Dùng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt có nhiệt độ vào thiết bò ngưng tụ ổn đònh  Nhiệm vụ tháp giải nhiệt: thải toàn lượng nhiệt môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra.Lượng nhiệt thải môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian nước Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt chất với không khí ngược dòng từ lên nhờ quạt gió cưỡng bức.Quá trình trao đổi nhiệt chất củ yếu trinh bay phần nước vào không khí  Tính chọn tháp giải nhiệt: Tháp giải nhiệt có quạt gió đạt hiệu suất lớn nên hay sử dụng rộng rãi Lượng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt: Qk Vn   0.012 m3/s (7-4) C t w2  t w1  Nhiệt lượng thải bình ngưng tụ: Qk = 253 kW = 217894.7 kcal/h = 21789.7/3900 = 55.9 tôn lạnh Năng suất làm mát cần thiết: Q = Qk/k = 55.9/0.63 = 88.7 tôn lạnh 29 k : hệ số hiệu chỉnh, tra đồ thò Hình 8-29/288 [3](tư = 33C, tw2 – tw1= 5C ) : k = 0.63 Chọn tháp giải nhiệt FRK 90 ( bảng 8-22/286 [3])  Lắp đặt tháp: Vò trí lắp đặt đảm bảo thông gió hoàn hảo, dòng khí quạt gió không bò vướng, tái tuần hoàn không bò quẩn, làm giảm lưu lượng gió, độ ẩm gió tăng, làm giảm suấ tải nhiệt tháp Cần chọn vò trí lắp đặt cho tiếng ồn quạt bơm nước bò ảnh hưởng đến người Cần chọn vò trí ch bụi nước bò theo không khí không ảnh hưởng đến công trnh2 xây dựng kiến trúc gây riêu mốc Không bố trí nơi có dòng không khí nóng, không khí bẩn Bơm nước qua thiết bò ngưng tụ : Tính toán trở trở kháng thuỷ lực thiết bò ngưng tụ để chọn bơm Trở kháng ma sát: .l.  (7-5) hms  2d t hms : tổn thất áp suất môi chất chảy ống, Pa  : hệ số trở kháng ống l : chiều dài phần ống thẳng, m, l = 20 m  : tốc độ chuyển động chất lỏng, m/s,  = m/s  : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 ,  = 993 kg/m3 dt : đường kính ống, m, dt = 0.07 m .d tr x0.07 ta có : Re  (7-6)   514706  0.68 x10 6 1    0.013 1.82 lg Re 1.64 1.82 x514706  1.642 (7-7) 0.013x20 x993x5  46103.5 Pa x0.07   Trở kháng cục bộ: hcb   (7-8) hcb : tổn thất áp suất điểm uốn, van, thay đổi tiết diện, thay đổi hướng, …  : hệ số trở kháng cục bộ, gồm có giá trò sau:  1 = : qua van chiều  2 = 1.5 : chỗ ống nối vào vỏ bọc  3 = : chảy từ ngăn chứa vào chùm ống  4 = 2.5: dòng chuyển pass bò ngoặc 180  5 = : tắt qua nhiều ống thiết bò ngưng tụ 993x5  186187.5 Pa Vậy,  hcb  2  1.5   2.5  8 Tổng trở lực : h = hms + hcb = 46103.5 + 186187.5 = 232291 Pa  hms  30 V h (7-9) 1000 N : công suất yêu cầu, kW V : lưu lượng nước tuần hoàn, V = 0.012 m3/s h : tổng trở lực, Pa  : hiệu suất bơm,  = 0.8 0.012 x232291 N  3.5 kW 1000 x0.8 Theo bảng 10-6/317 [3]: chọn bơm 3K-9a có công suất trục 3.1 kW, suất 0.014 m /s, cột áp 2.8 bar Công suất bơm: N  31 CHƯƠNG 7: DỰ TOÁN GIÁ THÀNH Vật liệu Đơn giá (đồng) Số lượng Gạch xây dựng 250 3000 viên Sắt 4500 500 kg Sắt 10 4500 250 kg Ximăng 50000 100 bao Cách nhiệt styropore 3000000 15 m3 Cách ẩm 100000 50 m Gỗ thông 3000000 3.5 m3 Đá 100000 6m3 Cát 24000 10 xe Khuôn đá 30000 600 Máy nén 1500000 kW 89.4 Thiết bò ngưng tụ 20000000 Thiết bò bay 21000000 Bình chứa cao áp 15000000 Bình tách dầu 3000000 Bình chứa dầu 12000000 Máy khuấy 10000000 Bơm nước 700000/Hp 4.5 Hp Bơm nước 700000/Hp 1.5 Hp, Vật liệu hàng tháng(ga, dầu) Van tiết lưu tay 100000 Van tiết lưu tự động 300000 Van chặn 30000 25 Van chiều 100000 Van diện từ 200000 Van an toàn 100000 ng đẩy 8000 10 m ng hút 30000 10 m ng nước 21x1.6 2860 20 m ng nước 60x2.3 11990 20 m Thành tiền (đồng) 750000 2250000 1125000 5000000 42000000 5000000 10500000 600000 240000 18000000 134100000 20000000 21000000 15000000 3000000 12000000 20000000 3150000 4200000 10000000 100000 300000 750000 500000 1000000 400000 80000 300000 57200 239800 Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống : 312642000 đồng 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuật “ Kỹ Thuật Lạnh ng Dụng”, NXB Giáo Dục,2002 [2] Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn “Công Nghệ Lạnh Thực Phẩm Nhiệt Đới” Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, 1993 [3] Nguyễn Đức Lợi “Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh” NXB Khoa Hoc Kỹ Thuật, Hà Nội, 2002 [4].Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy “Kỹ thuật lạnh sở”, NXB Giáo Dục, 2002 [5].Viện só Trần Đức Ba ( chủ biên) “Kỹ Thuật Lạnh Đại Cương”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM [6] Khoa Công Nghệ Hoá Học, môn Máy & Thiết Bò Giáo Trình “ Quá Trình Và Thiết Bò Công Nghệ Hoá Học”, Hướng Dẫn Đồ n Môn Học Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM,1993 [7] Phạm Văn Bôn (chủ biên), Nguyễn Đình Thọ “Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 5- “Quá Trình Và Thiết Bò Truyền Nhiệt” NXB Đại Học Bách Khoa TpHCM, 2002 [8] Các tác giả “Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bò Công Nghệ Hoá Chất – tập 1,2” NXB Khoa Học & Kỹ Thuật, Hà Nội, 1992 [9] Trần Thanh Kỳ “Máy Lạnh”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, 1994 [10] Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn “Thực Hành Lỹ Thuật Cơ Điện Lạnh”, NXB Đà Nẵng [11] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ “Máy Và Thiết Bò Lạnh”, NXB giáo dục, 1993 [12] Trần Đức Ba, Đỗ Văn Hải “Cơ Sở Hoá Học Quá Trình Xử Lý Nước Cấp Và Nước Thải” [13] Trần Hùng Dũng, Trần Văn Nghệ “Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 11- “ Bài Tập Và Hướng Dẫn Thiết Kế Máy Lạnh Trạm Lạnh, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM [14] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam “Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 10- “ ví dụ tập”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM 33 34 ... tích bể đá: Lượng nước dùng để sản xuất 600 đá( cây 50 kg) ngày: V1= G.g/  (2-1) Trong đó: G : 600 cây/ ngày g : khối lượng đá, g= 50 kg  : khối lượng riêng nước,  = 999 kg/ m3 V1 = 600x50/999... dân Vì nước đá có ý nghóa quan trọng đời sống, nên nhận đề tài Thiết kế xưởng nước đá 50 kg suất 600 cây/ ngày em cảm thấy thích thú Từ trước đến nay, nói đến nước đá biết,nói đến làm nước đá người... Khối lượng riêng nước : 1 = 999 kg/ m3 Khối lượng riêng nước đá : 2 = 917 kg/ m3 Nhiệt dung riêng nước : C1 = 4.18 kJ/kgK Nhiệt dung riêng nước đá: C2 = 2.12 kJ/kgK  Xét nước đá : Ta có : G1