thiết kế hệ thống sản xuất đá cây, công suất 30 tấn ngày dêm

LỜI NÓI ĐẦU• Đồ án thiết kế hệ thống lạnh là một môn rất quan trọng đối với ngành Điện Nhiệt lạnh nó giúp chúng ta tổng hợp các lại kiến thức đã học ở cac môn :Nhiệtdộng lực học ,Truyền

LỜI NÓI ĐẦU

• Đồ án thiết kế hệ thống lạnh là một môn rất quan trọng đối với ngành Điện Nhiệt lạnh nó giúp chúng ta tổng hợp các lại kiến thức đã học ở cac môn :Nhiệtdộng lực học ,Truyền Nhiệt,Thiết bị lạnh, Kỹ thuật lạnh …

-• đống thời giúp chúng ta tập làm quên với công việc thiết kế -tính toán nhằm làm

cơ sở cho việc thiết kế Đồ án Tốt Nghiệp

• Cuốn “đồ án tốt nghiệp” bao gồm thiết kế và tính toán hệ thống sản suất đá cây,

hệ thống cấp đông và chu trình sử dụng thiết bị van tiết lưu nhiệt trong hệ thốnglạnh

• Thông qua tài liệu này giúp chúng ta có thể hiểu sâu hơn về ngành nhiệt lạnh,pháthuy khả năng tư duy sáng tạo và thiết kế hệ thống lạnh trong cuộc sống Và dùnglàm tài liệu tham khảo cho các sinh viên làm đồ án tốt nghiệp

• Lần đầu cuốn sách chắc chắn không tránh khỏi thiết sót, chúng em vui mừng đượcthầy cô đọc và góp ý kiến qua đó chúng em có thể hoàn thiện đồ án tốt nghiệp tốthơn

• Xin chân thành cảm ơn

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HỆ THỐNG MÁY ĐÁ CÂY

Phương pháp sản xuất đá cây là một trong những phương pháp cổ điển nhất Đá

cây được sản xuất trong các bể dung dịch muối lạnh, có nhiệt độ khoảng –10oC Nướcđược đặt trong các khuôn có kích thước nhất định, theo yêu cầu sử dụng Khối lượngthường gặp nhất của các cây đá là 12,5; 25; 50 kg Ưu điểm của phương pháp sản xuất đácây là đơn giản, dể thực hiện, đá có khối lượng lớn nên vận chuyển bảo quản được lâungày, đặc biệt dùng cho việc bảo quản cá, thực phẩm khi vận chuyển đi xa Ngoài ra đácây cũng được sử dụng làm đá sinh hoạt và giải khát của nhân dân

Tuy nhiên, đá cây có một số nhược điểm quan trọng như: chi phí đầu tư, vận hành lớn,các chỉ tiêu về vệ sinh không cao do có nhiều khâu không đảm bảo vệ sinh, tính chủ độngtrong sản xuất thấp do thời gian đông đá lâu Đi kèm theo hệ thống máy đá cây phải trang

bị thêm nhiều hệ thống thiết bị khác như: hệ thống cẩu chuyển, hệ thống cấp nước khuôn

đá, bể nhúng đá, bàn lật đá, kho chứa đá, máy xay đá Vì vậy ngày nay trong kỹ thuật chếbiến thực phẩm người ta ít sử dụng đá cây Nếu có trang bị cũng chỉ nhằm bán cho tàuthuyền đánh cá để bảo quản lâu ngày

Do khối đá lớn nên sản xuất đá cây thường có thời gian làm đá khá lâu từ 17 đến 20tiếng, vì vậy để giảm thời gian làm đá người ta có các biện pháp sau:

- Làm lạnh sơ bộ nước trước khi cho vào khuôn đá

- Bỏ phần lỏi chưa đóng băng, phần nước có nhiều muối hoà tan Với phương pháp nàythời gian làm đông đá giảm 40-50%

- Giảm nhiệt độ nước muối xuống –15oC, thời gian giảm 25%, nhưng chi phí điện nănglớn

Một trong những điểm khác của sản xuất đá cây, là để lấy đá ra khỏi khuôn cần phảinhúng trong bể nước cho tan một phần đá mới có thể lấy ra được Để làm tan đá có thểlấy nước nóng từ thiết bị ngưng tụ Do phải làm tan đá nên có tổn thất một phần lạnh nhấtđịnh

Thiết bị quan trọng nhất của hệ thống máy đá cây là bể muối Thông thường bể muốiđược xây dựng từ gạch thẻ và có lớp cách nhiệt dày 200mm, bên trong bể là hệ thốngkhung đỡ các linh đá, dàn lạnh Đại bộ phận các thiết bị trong bể đá là thép nên quá trình

ăn mòn tương đối mạnh, sau một thời gian làm việc nhất định nước muối đã nhuộm màuvàng của Rứ sắt, chất lượng vệ sinh không cao

Trong khi sản xuất nhớ chú ý nước vào khuôn chỉ chiếm khoảng 9/10 thể tích, để khi làmlạnh nước giãn nở và không thể tràn ra bể, làm giảm nồng độ muối, ảnh hưởng tới nhiệt

độ đông đặc của nước đá trong bể

Sản xuất đá cây không thể thực hiện liên tục và tự động hoá cao được, do các khâu ra đá,cấp nước cho các khuôn đá, chiếm thời gian khá lâu và khó tự động Hệ thống còn cónhiều khâu phải làm bằng tay như vào nước, ra đá, vận chuyển, bốc xếp đá, xay đá

+ Địa điểm lắp đặt tại : Tp.HCM

1:Để xác định kích thước của bể đá phải căn cứ vào số khuôn đá ,dàn lạnh kích thước,

khối lượng của cây đá , linh đá ,hệ thống tuần hoàn nước muối bên trong bể …

2: Xác định số lượng- kích thước khuôn đá :

- số lượng khuôn đá được xác định dựa vào năng suất bể đá và sớ lượng khuôn đá

- các bể đá có công suất từ 5 tấn trở lên thì đều dung khuôn 50 kg

Đá cây thường được sản xuất với loại khuôn và các kích thước chuan sau: (theosách “hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh”Nguyễn đức lợi, trang 192)

Khối

lượng

Cây đá (kg)

khốilượngkhuôn (kg)

đông đá(h)

chiều cao(mm) Đáy lớn(mm) Đáy bé(mm)

Bảng 2.1: kích thước khuôn đá

Máy đá có công suất 30 tấn /ngày đêm trở lên đều sử dụng khuôn 50 kg các khuôn được

bố trí thành linh

-Số lượng linh đá đươc xác định :

ta có : khoảng cách giữa các khuôn đá trong linh đá là 225mm, 2 khuôn 2 đầu cách nhau40mm để móc cẩu, khoảng hở hai đầu còn lại là 75mm:

vì vậy chiều dài của linh đá được xác định :

L=n1x 225 + 2x75 + 2x40

n1:là số khuôn đá trên 1 linh đá :n1=7 khuôn

vậy:L=1805 mm

chiều rộng của linh đá là 425mm, chiều Cao linh đá là 1150mm

3 :xác định kích thước bên trong bể đá ;

Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các khuôn đá , dàn lạnh ,bộ cánh khuấy và các khe hở

để nước muối chuyển động tuần hoàn Ta chọn cách bố trí dàn lạnh ỡ giữa còn 2 dãykhuôn ỡ hai bên

1

Hình 1: giới thiệu linh đá 7 cây x50 kg/1cây

1-khung linh đá ;2-vị trí móc cẩu;3-khuôn đá 50 kg;

Dựa vào bảng 6-13 sách “hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh “ trang 194 ta xác định được

kích thước của bể đá với công suất 30 tấn:

Năng

suất

(tấn)

sốkhuônđá(chiếc )

số linhđátổng

sốlinh

dá ở 1bên

bề rộngngăn dànlạnh(mm)

Dài(mm)

rộng(mm)

Cao(mm)

muốn xác định kích thước bên ngoài phải cộng thêm chiều dày kết cấu cách nhiệt

bố trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá 35 tấn có 100 linh :

Hình ảnh các linh đá được bố trí trong nhà máy sản xuất đá cây

Trong đó :- tm.nhiệt độ nước muối trong bể

- bo chiều rộng khuôn ( lấy cạnh ngắn của tiết diện khuôn; bo =0,190)

- A,B các hệ số phụ thuộc vào tỉ số n=

o

o

b a

Do khuôn ta hình chữ nhật nên ta chọn khuôn n=2 thì A=4540 ;B=0,026

II:TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT –CÁCH ẨM

Kho lạnh xậy dựng theo kiểu truyền thống ,cách nhiệt buồng bằng các vật liệu thôngthường vẫn rẻ hơn và phù hợp với điều kiện Việt Nam ta chọn phương pháp cách nhiệtthủ công bằng polystirol

1:Xác định chiều dày cách nhiệt :

a- xác định chiều dày cách nhiệt cho tường:

chiều dày cách nhiệt cn xác định theo công thức :

= cn [

])2

11

1(1

n i

trong đó: -  1 hệ số toả nhiệt phía ngoài W/m2 K.

-  2 hệ số toả nhiệt của vách buồng và buồng lạnh.2 1 3 4 5 6

- cnđộ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt ;(m)

- cn ; hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt W/m2 K.

-k ; hệ số truyền nhiệt cho trước ,W/m2k

- i ;dộ dày,(m);và hệ số dẫn nhiệt (W/m K) của lớp thứ i

Cấu trúc xây dựng tường bao:

Hình 3: mặt cắt ngang của tường.1-:vữa trác xi măng

2- gạch xây 3-bitum dầu lữa4-giấy dầu5-tấm polyurethane6-tấm thép

1

2

3

Theo bảng 3-1; 3-2 trang 81,83 sách “HDTKHTL” NGUYỄN ĐỨC LỢI

Ta có:

1`

STT Tên vật liệu cách nhiệt,

Cách ẩm chiều dày vậtliệu

 (m)

hệ số dẫn nhiệt  (w/mk) dộ dẫn ẩm 

tf : nhiệt độ sôi môi chất lạnh

Theo bảng 3.3 trang 84 sách “HDTKHTL”(trang 86 bảng 3-7 “HDTKHTL” NGUYỄNĐỨC LỢI

005 , 0 15 , 0

003 , 0 2 18 , 0

0025 , 0 82 , 0

2 , 0 88 , 0

015 , 0 2 3 , 23

1 ( 23 , 0

1 [ 041

k

1

1 1

6 5

5 4

4 3

3 3

2 2

1 1

1

2

21

) / ( 17 , 0 1 42

005 , 0 041 , 0

2 , 0 15 , 0

003 , 0 2 18 , 0

0025 , 0 82 , 0

2 , 0 88 , 0

015 , 0 2

1

2 1

k m w

b- xác định chiều dày cách nhiệt cho nền:

STT Tên vật liệu cách nhiệt,

Cách ẩm

chiều dàyvật

liệu 

(m)

hệ số dẫn nhiệt  (w/mk)

dộ dẫn ẩm

(g/mh.mmHg)

2-bê tong chịu lực 3- bitum dầu lũa4-tấm polyuretheme5-kênh sưởi nền6-lớp bê tong đá dăm M2007-nền đất

Ta có công thức:

)]

1 2

2 1

(

1

[

2 7 7 6 6 5 5 3 3 2 2 1 1

2 , 1 5 , 0

2 , 0 15 , 0

003 , 0 18 , 0

0025 , 0 2 5 , 1

4 , 0 2 42

005 , 0 3 , 23

1 ( 23

7 6

6 5

5 4

4 3

3 3

2 2

1 1

11

1 7 , 0

2 , 1 5 , 0

2 , 0 15 , 0

003 , 0 041 , 0

07 , 0 18 , 0

0025 , 0 2 5 , 1

4 , 0 2 42

005 , 0

i t

k

1

1 1

1 14 , 0

03 , 0 18 , 0

001 , 0 3 , 23 1

Vơi nhiệt độ trung bình cuả TP.HCM là 37,30c và độ ẩm 74% dựa vảo đồ thị h-x hình 1:

1-Ta tra được ts=320C để đảm bảo không đọng ẩm thì :

Tw1 > ts

ts : Nhiệt độ đọng sương tra đồ thị h-x

Ta thấy 36,76 >32 nên vách ngòai không bị đọng sương

3- kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

a- kiểm tra cho tường :

Hơi sẽ không đọng ẩm khi biểu thức này đúng

) (

6 , 1

pmt: Phân áp suất hơi nước của không khí ở môi trường xunh quanh

pf : Phân áp suất của không khí ở trong phòng

0

0025 , 0 014 , 0

2 , 0 012 , 0

015 , 0

Vậy vế trái lớn hơn vế phải cho nên kết cấu tướng thỏa mãn không đọng ẩm

b-Kiểm tra cho nền:

, 0

4 , 0

Vậy kết cấu nền không đọng ẩm:

(hoặc kiểm tra đọng ẩm:bằng phân áp suất hơi nước thực luôn luôn nhỏ hơn phân

áp suất bão hòa hơi nước px  phmax)

III:TÍNH TOÁN NHIỆT CHO KHO LẠNH

Muc đích của việc tính toán nhiệt cho ko lạnh là để xác định năng suất lạnh cảumáy lạnh cần lắp đặt

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q :được xác định :

Q Q Q Q Q

Q

5 4 3 2



Trong đó :

Q1:dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồn lạnh(kw)

Q2:dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra

Q3:dòng nhiệt do thong gió

Q4:dòng nhiệt do vận hành

Q5:dòng nhiệt do sản phẩm khi hô hấp

1-Dòng nhiệt do kết cấu bao che: Q1

Là sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong buồng lạnh

Trong đó:kt-hệ sô` truyền nhiệt của tường kt=0,20 w/m2k

Ft –diện tich` tường của bể đá:ft=2(21525+4610).1250 mm=65.3 m

t=(tmt-tnm) -tmt:nhiệt độ môi trường xunh quanh:=37,3oc

=37,3+10

=47,3oc -tnm:nhiệt độ nước muối:=-10oc

T2=-10oc ;kn :hệ số truyền nhiệt của nền chọn = 0,219w/m2k.

Tn= nhiệt độ trung bình của nền khi có sưởi tn =4oc

Trong đó : t12 nhiệt độ dư ,đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào màu hè

Do có kết cấu tường –trần khác nhau nên dòng nhiệt do bức xạ khác nhau :

_ Đối với tường :

Q12t=kt.ft t12 chọn t12=13oc theo hướng tây dối với bê tong:(theo bảng 4-1trang 108

1 Tường 0,20 65.3 13 169,78

Vậy : Q12=169,78+3100 =3269,78 w

 Q1=8545,1+3227 =11814,88w

2:Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q2

Ta có công thức tính toán sau:

Q2=QD

2 +QK

2Trong đó:

Cn =4,18 (kj/kg k) nhiệt dung riêng của nước

R=333,6 (kj/kg) nhiệt ẩn đặc trưng của nước đá.(nhiệt độ nóng chảy)

Cd =2,09 (kj/kg k) nhiệt dung riêng của nước đá

Tn=42oc: nhiệt độ nước vào

Td=-20oc: nhiệt độ nước đá

Vậy: QD

6 , 18

30000

0 18

, 4 20 0

09 ,

Ta chọn khuôn đá làm bằng thiết , mỗi khuôn nặng 5 kg

Ck =0,226 nhiệt dung riêng của thiết

T2 =-10oc nhiệt độ cuối của khuôn

T1 =42oc nhiệt độ ban đầu của khuôn

 =18954,84kJ/h =5265,33w

F:diện tích cũa buồng:F=2(14,875+4,57).1,25=68m2

A:nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng ta chọn A=4,5 w/m2 cho buồngchế biến

Vậy:

Q41=68 4,5=306 (w)

-Q42dòng nhiệt do người tỏa ra :

Q42 =350.n (w)

n-số người làm việc trong buồng chọn: n=2

350:nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc 350w/người

k :hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh.

Đối với hệ thống lạnh gián tiếp qua nước muối lấy k=1,12

b- hệ sốthời gian làm việc chọn b=0,9

vậy :

9 , 0

72 , 114 12 , 1

IV:TÍNH TOÁN CHU TRÌNH- TÍNH CHỌN MÁY NÉN

I:Chọn các thông số của chế độ làm việc:

1-nhiệt độ sôi của môi chất lạnh:T0.

to= tb - to

to :nhiệt độ buồng lạnh: tb = -20oc

to :nhiệt độ yêu cầu ta chọn =100c

Vậy : to = -20 -10=- - 30oc

Ta có nhiệt đô không khí ở TP.HCM : t1 =37,3oc , và 1=74%

Theo đồ thị h-x của không khí ẩm ta có: h1 =115 kj/kg kkA và nhiệt độ nhiệt kế ướt tư

Chọn : tw =(3oc÷40 C) =>tw1=33+3=36oc cho dàn ngưng tưới kiểu bay hơi

- nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng:

tw2= tw1 + (2÷ 6)0C =36 + 3 =390C

- nhiệt độ ngưng tụ:

tk =tw2+tk

Chọn tk =3oc =>tk =39+3= 42 o c

3- nhiệt đô quá lạnh:

Nhiệt dộ quá lạnh phải cao hơn nhiệt độ nước vào: (3-:- 5 )oc nhiệt độ nước vào tnv= 36oc

Ta có tql= tw1 + (3÷5)0C = 36 + 3 =390C

4-nhiệt độ hơi hút( quá nhiệt): tqn

Hơi hút về máy nén nhất thiết phaỉ là hơi quá nhiệt với R22 hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi

Ta chọn chu trình 1 cấp “quá lạnh - quá nhiệt” dùng môi chất R22

Ta có sơ đồ nguyên lý của chu trình

2

45

6

Biểu diển trên đồ thị lop-h và T- s.

56

6

2 3

4 5

Các thông số điểm nút của chu trình được xác định bằng bảng sau dựa vào đồ thị lgp –hcủa R22.

0,1641 -30693,250,13594

0,1641 -23 698 -

1,6074 90 760 -

1,6074 42552,20 -

1,6074 39548,23 -

- năng suất lạnh riêng :

=2,34-thể tích hút thực tế:

v m

Vtt  =0,984 0,13594 = 0,1338 ( m3/s)

-Hệ số cấp:

-Tra đồ thị hình 3.4 với máy nén Freon 22 , ta dựa vào tỉ số nén

- thể tích hút lý thuyết( do pitông quét được)

315

243 001

,

0   

 t T

T

o k

61

=93,8 kw

- công suất điện của động cơ:

8 , 93

mkk = 10 2

25

)1

1

x RT

)031,01.(

10 81 ,

- xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt :Fa

hệ số tỏa nhiệt về phía R22:

i =9733 qi di

3 , 0 2 , 0 

032 , 0 1650 



d

d q

q

i

a a

1

c d

d

(m2k/m)

ở đây:  d =0,06.10-3 m- bề dày lớp dầu bám

d=0,12 w/mk: hệ số dẫn nhiệt của dầu

c=1,5 w/mk: hệ số dẫn nhiệt củ lớp cặn bẩn

c =0,6.10-3 m: bề dày lớp cặn bẫn

 s=0,1.10-3 w/mk: bề dày của sơn chống gỉ

s =0,58w/mk:hệ số dẫn nhiệt của lớp sơn chống gỉ

5,258,0

1,05,1

6,012,0

06,0(5

,27

32.63061

qa  k k  w (wm2)

=>

k

q t

- entanpi trung bình của khôg khí

5, 143 160

115 160 ln

115 5, 143 160

ln

2 1

1 2

h

w

w w

tb

=131,6 kj/kg

Dựa vào đố thị h-x đường htb cắt đường nối qua 2 điểm 1 và w tại m có gái trịttb =38oc ta có các thông số trạng thái ở đây là:

+ nhiệt dung riêng: cpkk =1,005 kj/kgk

+khối lượng riêng: pkk=1,1363 kg/m3

.103 = 123,9 m2

- lượng nước qua bình ngưng: chọn  tk =5oc hiệu nhiệt độ làm mát nước

t c

Q m

k n

k k



 = 4,18.5

5 , 204

= 9,78 kg/s

- lượng nước phun : chọn theo kinh nghiệm cứ 100kw tải nhiệt cho lượng nước phun là2,3 kg/s

100.3,

- số ống trong một đơn nguyên:( 2 dãy so le thẳng đứng )

Z l

2

3 3

2

2 1

kk kk

.

654 , 2 09 , 1

17 , 7

=2,48 (m/s)

B- THIẾT BỊ BAY HƠI:

-dàn lạnh trong hệ thống đá cây được đặt chìm trong bể nước muối được cung cấp

lỏng theo kiểu ngập, nước muối chuyển động cưỡng bức qua dàn lạnh nhờ bộcánh khuấy ta chọn dàn lạnh kiều xương cá

1: dàn lạnh xương cá; 2- bể nước muối ; 3- canh1 khuấy:

- Diện tích bề mặt trao đỗi nhiệt:

1

o mr

o mv

o mr o

mv tb

) (

) (

- Ta có nước muối vào tmv =-10oc khi qua bình bay hơi nhiệt độ hạ xuống 2-:-3oc tachọn tmr = -13oc

vậy :

)30(13

)30(10.ln

))30(13()30(10(

52 , 142762



- lưu lượng chất tải lạnh ( nước muối):

t p c

Q V

n n n

o n





.

Cn: =2,910 kj/kgk : nhiệt dung riêng của nước muối

Pn= 1232 kg/m3: khối lượng riêng của nước muối

76252 ,

142



Vn =0,013 m3/s = 47,8 m3/h

VI:TÍNH CHỌN MÁY NÉN 1 CẤP

+ Ta tiến hành chọn máy nén hoặc tổ máy nén ngưng tụ theo 3 cách sau:

- Theo thể tích hút lý thuyết (do pitông quét được )

- Theo đồ thị năng suất lạnh Qo=t(to, tk)

- Theo bảng giá năng suất lạnh Của các nhà cung cấp catalog đối với các kho lạnh cỡtrung và lớn người ta thường sử dụng cá tổ hợp lạnh của máy lạnh lớn.

Ta chọn tổ máy và máy lạnh có máy nén kiểu II220-2-2 của NGA môi chất R22

Theo bảng 9-6 trang 339 sách “HDTKHTL”

Ta có công suất 100 kw; vòng quay 1470 v/ph ,; khối lượng máy 6150 (không môi chất

và không dầu).động cơ kiểu AK220-2-2 ; Năng suất lạnh Qo= 219 kw ; ở đây ta chọn 1máy với Qo =219 kw > 142,762 kw nên thoả mãn yêu cầu ;công suất điện yêu cầu 81 kw

VII:TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG – BƠM QUẠT

Ta có:

di  74,4.0.3,,98414.8 = 0,021 m= 21mm

Dựa vào bảng 10-2 trang 346 sách “HDTKHTL” chọn:

-đường kính danh nghĩa =25 mm

Tron đó: m: khối lượng của nước m= 10kg/s

 =1000kg/m3 :khối lượng riêng của nước

Chọn w =2 m/s

Vậy :