Tính toán thiết kế nhà máy sản xuất nước đá cây công suất 1600 cây ngày lắp đặt tại Thành phố Hồ Chí Minh.

LỜI MỞ ĐẦU Nước đá sử dụng rộng rãi, phổ biến nhiều lĩnh vực đời sống sử dụng làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông thủy sản, thực phẩm, chế biến lạnh sản phẩm từ thịt, cá cho sinh hoạt đặc biệt vùng nhiệt đới để giải khát làm mát Có nhiều loại nước đá với hình dạng khối lượng khác (đá khối, đá tắm, đá thỏi, đá vảy,…) cho nhiều ứng dụng khác Trong đó, đá chiếm vai trị quan trọng việc bảo quản lạnh phục vụ cho nghành khai thác đánh bắt thủy sản gần xa bờ Vì vậy, việc sản xuất đá cấp thiết quan tâm đời sống Sản xuất nước đá từ bể nước muối phương pháp truyền thống, sử dụng từ lâu đến sử dụng rộng rãi SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page Mục lục SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Kỹ thuật lạnh từ thời xa xưa Con người sinh tiếp xúc với nóng lạnh - hai tượng tự nhiên Và người biết sử dụng nhiệt tỏa từ đốt củi để sưởi ấm lợi dụng dịng sơng, ao, hồ, gió thổi để tránh nóng Con người xa xưa chưa hiểu biết chất tượng, song họ nắm thuộc tính biểu chúng sử dụng để khắc phục khó khăn tự nhiên gây Sau người biết sử dụng lạnh tự nhiên tuyết, nước đá để bảo quản thực phẩm sử dụng vào đời sống Đã ngàn năm trơi qua, từ người cịn chưa đạt thành tựu lớn khoa học, biết sử dụng lửa vào việc sưởi ấm vào mùa đông biết sử dụng băng, tuyết vào việc giữ gìn, bảo quản thực phẩm Cách khoảng 2000 năm người Ấn Độ Trung Quốc biết cách trộn muối với nước nước đá để tạo nhiệt độ thấp Những người La Mã cổ đại lắp đặt hệ thống ống nước bao quanh tường nhà để nước lưu thông làm mát nhà Một kỹ thuật khác sử dụng Ba Tư thời trung cổ để làm mát khơng khí Đó hệ thống bao gồm bể chứa nước tháp gió để làm mát khơng khí nhà vào thời điểm nóng Thế kỷ thứ thời Hán Trung Quốc, nhà phát minh Đinh Hoãn chế tạo “chiếc quạt” để làm mát khơng khí Đây hệ thống gồm bánh xe có đường kính mét quay tay để tạo luồng gió Vào năm 747, vua Đường Huyền Tông (712-762) dùng tháp làm mát lắp cung điện mang tên Lượng Thiên Các văn cổ mô tả hệ thống bao gồm bánh xe quay sức nước để tạo luồng gió mang ẩm làm mát khơng khí Cho đến thời Tống Trung Quốc, tài liệu cổ đề cập tới việc sử dụng hệ thống làm mát khơng khí nói cách rộng rãi nhiều đối tượng khác SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page 1.2 Những phát minh nguyên lý Vật lý – Hóa Học Đến kỷ 17 tại, nhà phát minh Cornelis Drebblel (1572-1633) giới thiệu mơ hình làm máy khơng khí cách thêm muối vào nước Ơng đặt tên cho hệ thống “biến mùa hè thành mùa đông” giới thiệu cho vua nước Anh thời James I Vào năm 1758, Benjamin Franklin (1785-1788) - thống đốc bang Pennysylvania John Hadley (1731-1764), giáo sư hóa học Đại học Cambridge tiến hành thử nghiệm khám phá nguyên lý bay Franklin Haldley xác nhận bay chất lỏng chẳng hạn rượu ete dùng để giảm nhiệt độ vật xuống điểm đóng băng nước Hai người phát mối liên hệ bay chất lỏng trình làm lạnh tiến hành thử nghiệm dùng bay để hạ nhiệt độ ống nhiệt kế thủy ngân từ 18oC xuống -14oC Franklin ghi nhận sau nhiệt độ vượt qua ngưỡng đóng băng nước, màng băng mỏng hình thành bề mặt ống nhiệt kế Từ đó, ơng đến kết luận: “Thử nghiệm cho thấy đóng băng người đàn ông đến chết mùa hè việc làm hoàn toàn khả thi.” Năm 1820, nhà hóa học phát minh người Anh, Michael Faraday (1791-18) thực thành cơng thí nghiệm nén hóa lỏng khí amoniac Ơng phát bay hơi, amoniac lỏng làm lạnh khơng khí xung quanh Hơn 20 năm sau đó, vào năm 1842, bác sĩ người Scotland John Gorrie (1803-1855) dùng kỹ thuật nén khí nhằm tạo băng để làm mát bệnh nhân bệnh viện Apalachicola, Florida Từ thành cơng đó, ơng hy vọng tạo nên cỗ máy tạo băng để làm mát tòa nhà Thậm chí, bác sĩ John hình dung cỗ máy làm mát khơng khí cho thành phố Nhà hóa học, vật lý phát minh người Anh, Michael Faraday (1791-1867), người thực thí nghiệm nén hóa lỏng amoniac đồng thời phát làm lạnh từ trình ngược lại SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hồng Page Mặc dù mơ hình ý tưởng chưa thực hiện, vào năm 1851, Gorrie trao sáng chế cho cỗ máy tạo băng Tuy nhiên, người ủng hộ dự án máy làm mát Gorrie qua đời ông khơng thể có số tiền viện trợ để tiến hành chế tạo Ngay đó, Gorrie chịu nhiều phản đối từ nhà sáng chế đương thời Cuối cùng, GOrrie qua đời nghèo đói vào năm 1855 ý tưởng máy làm mát khơng khí bị phai mờ suốt nhiều năm sau Mơ hình máy tạo băng John Gorrie lưu giữ bảo tàng John Gorrie, Apalachicola, Florid Dưới góc độ khác vấn đề, kể từ thời tiền sử, tuyết băng đá sử dụng để làm mát Cho đến kỷ 19, thu thập băng mùa đông dự trữ để sử dụng mùa hè trở thành ngành công nghiệp phổ biến Và với phát triển khoa học kỹ thuật, mơ hình máy làm nước đá khí sớm xuất Cỗ máy làm nước đá kỹ sư James Harrison chế tạo thức vận hành vào năm 1851 bờ sông Barwon Rocky Point thuộc miền Geelong, nước Úc Sau đó, cỗ máy tạo nước đá Harrison thức thương mại hóa vào năm 1854 năm sau đó, ông trao sáng chế cho việc phát minh hệ thống tủ lạnh nén khí ete vào năm 1855 Kỹ sư James Harrison, người chế tạo thành công cỗ máy tạo băng vào năm 1851 SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page Về mặt nguyên lý, hệ thống Harrison sử dụng máy nén để đẩy khí qua bình ngưng tụ Luồng khí qua làm mát hóa lỏng Tiếp theo đó, khí hóa lỏng di chuyển qua hệ thống ống trở lại thể Q trình làm mát lượng khơng khí xung quanh Cỗ máy vận hành bánh đà có đường kính mét tạo 3000 kg nước đá ngày Hình ảnh cỗ máy tạo băng Harrison Mặc dù Harrison thương mại hóa thành công nhà máy sản xuất nước đá thứ Sydney vào năm 1860, khơng lâu sau đó, nghiệp phát triển ông gặp phải thất bại nghiêm trọng Vào năm 1870, vấn đề cạnh tranh thị bò thị trường châu Âu Úc Mỹ chủ đề nóng hổi Khi đó, Harrison thực thử nghiệm chuyển thịt bị từ Úc tới Anh tàu vận chuyển Thay lắp đặt tủ lạnh, Garrison lại cho lắp đặt phòng chứa đầy băng để bảo quản thịt bị Kết thu tồn thịt bị hư lượn nước đá sử dụng tan nhanh so với dự kiến Garrison Mơ hình làm mát nước đá tiếp tục sử dụng sau Mỹ Vào năm 1881, tổng thống James Garfielsbị ám sát nằm phịng bệnh, nhóm kỹ sư thuộc hải quân Hoa Kỳ chế tạo cỗ máy thổi khí qua lớp vải chứa nước đá để làm lạnh khơng khí Hệ thống giữ cho nhiệt độ phòng bệnh mức 20 độ C, tiêu tốn hàng triệu kg nước đá thời gian tháng tổng thống qua đời SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page Mơ hình điện lạnh – Chiếc máy lạnh xuất Vào cuối kỷ 19 bắt đầu xuất khái niệm “sản xuất không khí” bắt đầu xuất Tuy nhiên, phương pháp kiểm soát độ ẩm nhà máy dệt may để đạt mức suất cao Sau đó, người ta sử dụng hệ thống làm lạnh thiết lập từ đường ống dẫn không khí ẩm vịng quanh tịa nhà để bảo quản thực phẩm, làm mát bia, thức uống để bảo vệ tài liệu quan trọng SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page Vào năm 1902, mơ hình máy điều hịa khơng khí đại vận hành lượng điện phát minh Willis Carrier (1875-1950) Buffalo, New York Sau tốt nghiệp Đại học Carnell, Carrier bắt đầu làm việc cho cơng ty khí Buffalo Forge Trong q trình làm việc đây, Carrier bắt đầu tiến hành thí nghiệm làm mát khơng khí Cuối cùng, mơ hình máy điều hòa thiết kế chế tạo thức vận hành Carrier vào ngày 17 tháng năm 1902 Buffalo Nhà phát minh Willis Carrier (18751950) – Người phát minh máy điều hòa khơng khí đại Hệ thống điều hịa khơng khí thiết kế để sử dụng cho nhà máy in, phát minh Carrier khơng kiểm sốt nhiệt độ mà cịn độ ẩm khơng khí nhà máy Để làm điều này, Carrier áp dụng kiến thức ông trình sưởi ấm vật thể nước tìm cách đảo ngược q trình Ngun lý đơn giản, thay đẩy khơng khí qua ống nung nóng, ơng tạo dịng di chuyển khơng khí qua ống làm lạnh amoniac hóa lỏng Hệ thống bao gồm ống dẫn chính, ống để làm lạnh khơng khí ống để cung cấp khơng khí chứa ẩm Nhờ đó, hệ thống kiểm sốt độ ẩm mức 55% bên khối khơng khí làm lạnh Do đó, hệ thống làm lạnh bảo quản trang thiết bị nhà máy tạo điều kiện tốt để thực trình in ấn Với hệ thống làm lạnh này, Carrier mệnh danh cha đẻ mơ hình máy điều hịa khơng khí đại Theo số ghi chép lời kể, ý tưởng hệ thống xuất Carrier chuyến tàu sương mù Sau đó, cơng nghệ Carrier áp dụng nhằm nâng cao suất làm việc văn phòng, nhà máy,… Và công ty SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page sản xuất máy điều hịa khơng khí mang tên Carrier thức thành lập Mỹ nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày tăng Tuy nhiên, hệ thống điều hòa khơng khí có kích thước lớn, tốn nguy hiểm dùng amoniac làm chất sinh hàn, loại hợp chất có độc tính cao Năm 1906, kỹ sư Stuart Cramer làm việc nhà máy dệt bắc California nghĩ ý tưởng chế tạo thiết bị thơng gió lắp vào nồi chứa nước cất hệ thống dệt nhằm tạo độ ẩm giúp trình dệt diễn dễ dàng Cramer gọi trình “điều hịa khơng khí” (air conditioning) Nhó m kỹ sư công ty Buffalo Forge Carrier đứng hàng giữa, thứ từ phải qua Ngay sau thành cơng mơ hình máy điều hịa đầu tiên, năm 1902, Trung tâm giao dịch chứng khoán New York lắp đặt hệ thống làm lạnh trung tâm song song với hệ thống sưởi ấm thiết kế Alfred Wolff, kỹ sư đến từ Hoboken, bang New Jersey Wolff kỹ sư tiếng với việc nâng cấp thiết kế máy dệt kết hợp vào thiết kế xây dựng tịa nhà Ơng xem hình mẫu việc tạo nên cách mạng áp dụng khoa học kỹ thuật 1.3 Ứng dụng 1.3.1 Trong thực tế Ứng dụng bảo quản thực phẩm: Đây lãnh vực quan trọng kỹ thuật lạnh, nhằm đảm bảo cho thực phẩm: rau, quả, thịt, cá, sữa, …không bị phân SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page hủy (thối rữa) vi khuẩn gây Đặc biệt nước có thời tiết nóng ẩm nước ta trình phân hủy (thối rữa) diễn nhanh Vì việc áp dụng kỹ thuật lạnh vào việc bảo quản thực phẩm cần thiết Ứng dụng kỹ thuật lạnh thể dục thể thao: Nhờ có kỹ thuật lạnh mà người ta tạo sân trượt băng, đường đua trượt băng trượt tuyết nhân tạo cho vận động viên luyện tập cho đại hội thể thao nhiệt độ khơng khí cịn cao, để sưởi ấm bể bơi Ứng dụng kỹ thuật lạnh cơng nghiệp hố chất: Những ứng dụng quan trọng công nghiệp hố chất hố lỏng khí bao gồm hố lỏng chất khí sản phẩm cơng nghiệp hoá chất như: Cl 2, NH3, CO2, SO3, HCl loại khí đốt khác Người ta thường dùng kỹ thuật lạnh để cô đặc nước quả, rượu nho, nhằm làm tăng hiệu suất ép nước rau, Ứng dụng kỹ thuật lạnh ngành Công nghiệp: Luyện kim, Chế tạo máy, Y học, Dược phẩm, ngành Vải sợi, Cao su nhân tạo Ứng dụng Nông nghiệp: nhằm bảo quản giống, lai tạo giống, điều hồ khí hậu cho trại chăn nuôi trồng trọt, bảo quản chế biến cá, nông sản thực phẩm Ứng dụng ngành Y học: Trong y tế người ta ứng dụng lạnh để bảo quản thuốc phẩm vật y tế… kỹ thuật lạnh sử dụng y tế ngày nhiều đem lại hiệu to lớn Phần lớn loại thuốc quí, cần bảo quản lạnh nhiệt độ thích hợp: loại vacxine, kháng sinh, gây mê… Ứng dụng đời sống: Sản xuất nước đá dùng nước đá cho việc trữ lạnh vận chuyển, bảo quản nông sản, thực phẩm, cho chế biến thuỷ sản cho sinh hoạt người, vùng nhiệt đới để làm mát giải khát 1.3.2 Trong đề tài Đá sử dụng sinh hoạt để phục vụ giải khát, công nghiệp đời sống để bảo quản thực phẩm Hiện số lượng lớn đá sử dụng cho ngư dân bảo quản cá đánh bắt xa bờ lâu ngày Hiện nước ta người dân quen sử dụng đá giải khát với số lượng lớn Ngày nhu cầu nước đá ngày nhiều Nước đá tinh khiết sử dụng trong ăn uống sinh hoạt hàng ngày hệ thống làm lạnh, dùng phổ biến nhà hàng, cửa hàng thức ăn nhanh, siêu thị, trung tâm y tế, trường học, CLB/bars, … SVTH: Trương Mỹ Linh GVHD: TS Đỗ Hữu Hoàng Page 10 Q42 = 1,071 1600 = 9,857kW • Q43 – Bơm xả ruột đá, kW Sau thời gian làm đá đá đơng 90% 10% cịn lại tích tụ nhiều cặn bẩn Để cải thiện chất lượng đá, người ta dùng bơm hút toàn nước bẩn ruột đá thay nước Nhiệt tổn thất lượng nhiệt làm lạnh 10% lượng nước đá từ nhiệt độ môi trường xuống 0oC Q43 = 10%m.Cp(t – 0oC) = 10% ().4,186.35 = 15,565kW Tổng nhiệt vận hành Q4 = 12,75 + 9,857 + 15,565 =38,172kW 3.4 Tổng kết suất lạnh yêu cầu bể đá Qo = Q1 + Q2 + Q4 = 1,640 + 469,93 + 38,172 = 509,742kW CHƯƠNG CHU TRÌNH LẠNH Nhà máy sản xuất nước đá đặt Thành phố Hồ Chí Minh Nhiệt độ năm cao nơi lắp đặt t = 37oC, độ ẩm lớn đồ thị h – x không khí ẩm, ta tướt = 32o C max = 74% tra Tw1 = tư + tmin = 32 + =37oC • Chọn to Trong trường hợp làm lạnh gián tiếp chất tải lạnh nước muối có nhiệt độ yêu cầu – 10oC ∆to = (4÷6)K chọn ∆to = 5K to = ttl - ∆to = -10 -5 = -15oC • Chọn tqn Hệ thống lạnh với môi chất lạnh NH3 không sử dụng thiết bị hồi nhiệt nên ∆tqn = (510 )K tqn = to + ∆tqn = -15 + = -10oC • Chọn tk Hệ thống thiết bị kiểu xối tưới giải nhiệt nước khơng khí nên tk = tw2 + ∆tk tw1 = tư + (3÷4) K = 32 + = 35oC tw2 = tw1 + tw = tw1 + (2÷3) K = 35 + = 37oC tk = tw2 + ∆tk = tw2 + (2÷4) K = 37 + = 40oC (tw1 tw2 nhiệt độ nước giải nhiệt vào ra) • Chọn tql Tql = tk - ∆tql = 40 – (2÷3) K = 40 – = 37oC • Chu trình lạnh biểu diễn giản đồ log P - h • Thông số môi chất lạnh điểm nút chu trình lạnh T0 = -15oC ; tk = 40oC ; tqn= -10oC ; tql = 37oC Điểm 1’ o t, C -15 -10 p, bar 2,37 2,37 h, kJ/kg 1743 1760 v, m /kg 0,525 • Chọn chu trinh lạnh t0 = -15oC  Po = 0,2363 tk = 40oC  Pk = 1,5554  132 15,56 2045 - 3’ 40 15,56 688 - 37 15,56 673 - Pk / Po = 1,5554 / 0,2363 = 6,5823 < chu trình nén cấp • Công suất máy nén - Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1 – h4 = 1760 – 673 = 1087 kJ/kg - Công nén riêng: l = h2 – h1 = 2045 – 1760 = 285 KJ/kg - Hệ số lạnh chu trình: e = qo /l = 1087/285 = 3,81 - Lưu lượng thực tế máy nén:  = o / o = 509,742 / 1087 = 0,469g/ - Năng suất thể tích thực tế máy nén: Vtt = m 1 = 0,469 × 0,525 = 0,246 m3 /s = 886,32 m3/h - Thể tích quét máy nén lt = tt /  = 886,32 / 0,68 = 1303,411 m3/h - Công nén đoạn nhiệt: Ns = m l = 0,469 × 285 = 133,665 kW -15 2,37 673 - - Công nén thị: i = s / i Trong i – hiệu suất thị, i = w + .o , i = w + .o = 258 313 + 0,001 × (-15) = 0,81 với b = 0,001, to nhiệt độ sôi (oC) i = s / i = 133,665 / 0,81 = 165 kW - Cơng suất hữu ích: e = ms + i ms = tt × ms Trong đó: pms - Áp suất ma sát riêng máy nén NH3 thẳng dòng, chọn pms = 59000 Pa ms = Vtt × ms = 0,246 × 59000 = 14525,537 W = 14,525 kW e = ms + i = 14,525 + 165 = 179,543 kW ≈ 180 kW CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 5.1 Máy nén Máy nén khí tạo khí nén, lượng học động điện hay động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý sau: Nguyên lý thay đổi thể tích : Khơng khí dẫn vào buồng chứa, buồng chứa thu nhỏ lại Như áp dụng định luật Boyle-Matiotte, áp suất buồng chứa tăng lên Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý kể đến kiểu máy nén khí piston, bánh răng, cánh gạt Nguyên lý động năng: khơng khí dẫn vào buồng chứa gia tốc phận quay với tốc độ cao, nhờ chênh lệch vận tốc áp suất khí nén tăng lên, nguyên tắc tạo lưu lượng cơng suất lớn Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý như máy nén khí ly tâm Nguyên lý ăn khớp: Đơn cử máy nén khí trục vít Máy bao gồm trục vít trục vít đực trục vít Khi máy vận hành, khí bơm vào Hai trục vít máy quay ngược chiều gọi q trình ăn khớp Khi trục vít quay nhanh, khơng khí hút vào vỏ qua cửa nạp truyền vào buồng khí trục vít Tại khơng khí nén bánh đưa tới cửa xả Máy nén Đặc điểm Máy nén khí Máy nén khí piston trục vít Hoạt động chủ Gồm hai loại yếu dựa vào bản: khơng chuyển động dầu có dầu tịnh tiến pison Sử dụng trường hợp cần khí nén áp Máy nén kiểu roto Hoạt động dựa chuyển động quay roto Máy nén kiểu tuabin Dùng cho ngành cơng nghiệp địi hỏi u cầu suất cao Ít sử dụng công Cấu tạo gồm nghiệp nhiều bánh xe có tuabin suất cao Giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành thực sửa chữa bảo dưỡng Kích thước nhỏ gọn Hoạt động ổn định, êm, hạn chế độ rung gây ồn Tỉ số nén cao Hiệu suất máy thấp Khi hoạt động Nhược điểm có độ ổn rung cao Tỉ số nén cấp thấp Giá thành đắt Cấu tạo phức tạp gây khó khăn trình sửa chữa bảo dưỡng Ưu điểm Chiếm diện tích lắp đặt nhỏ so với máy nén khí piston Lượng khí cung cấp cho phụ tải đồng Chế tạo phức tạp Hiệu suất máy thấp so với máy nén khí piston Lượng dầu bôi trơn cần cung cấp cho máy nhiều cánh Có cấu tạo nhỏ gọn so với máy công suất Giá thành cao Lắp đặt phức tạp 5.2 Van tiết lưu Nguyên lý hoạt động chung van tiết lưu: Khi dịng mơi chất qua van lắp đường ống áp suất môi chất giảm xuống ma sát mạnh dịng xốy sinh Áp suất phụ thuộc vào chất, trạng thái môi chất độ co hẹp ống dẫn tốc độ dòng chảy Cách điều chỉnh van tiết lưu thường làm cho hiệu suất môi chất giảm nhiên phải tạo tiết lưu để điều chỉnh công suất thiết bị đo lưu lượng, sử dụng nước, giảm áp, Tốc độ dịng khí tăng lên lỗ Khi qua lỗ, tốc độ khí giảm, áp suất đồng thời tăng khơng ban đầu Vận tốc khí thay đổi, áp suất giảm dẫn tới khối lượng riêng tăng Van tiết lưu tay Có cấu tạo chung gàn giống Ứng dụng: sử dụng van đóng mở nước thông hệ thống làm lạnh đơn thường, van gồm ngõ vào giản, công suất lớn ra, có phận chính: phận đứng n (thân van), phận di chuyển (chốt chắn, Van tiết lưu nhiệt Van tiết lưu điện tử 5.3 vít) gắn cứng với nhau, đầu vít gắn với tay quay để dễ điều chỉnh Thiết bị dựa vào thay đổi nhiệt độ điểm đo để thay đổi lưu lượng thể tích qua van Thiết bị hoạt động dựa vào hay nhiều tin hiệu đo hay nhiều vị trí hệ thống lạnh để điều chỉnh lưu lượng thể tích mơi chất Sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh công nghiệp, dân dụng quy mô vừa lớn Sử dụng hệ thống làm lạnh lớn có hàm lượng cơng nghệ cao Thiết bị ngưng tụ Trong hệ thống lạnh, thiết bị khơng thể khơng không kể đến thiết bị ngưng tụ Là thiết bị đóng vai trị quan trọng có nhiệm vụ ngưng tụ gas nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng Quá trình làm việc thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng định đến áp suất nhiệt độ ngưng tụ ảnh hưởng đến hiệu độ an toàn làm việc toàn hệ thống lạnh Khi thiết bị ngưng tụ làm việc hiệu quả, thông số hệ thống thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là: - Năng suất lạnh hệ thống lạnh giảm, tổn thất tiết lưu tăng Nhiệt độ cuối q trình nén tăng Cơng nén tăng, mơ tơ tải Độ an toàn giảm áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP tác động ngừng máy nén, van an tồn hoạt động - Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn cháy dầu Vì để hệ thống lạnh hoạt động tốt, bạn cần đảm bảo thiệt bị ngưng tụ hoạt động trạng thái tốt Bình ngưng Bay Xối tưới Nhiệm vụ Mật độ dòng nhiệt Hệ số truyền nhiệt Ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm Thiết bị trao đổi nhiệt thực trình trao đổi nhiệt mơi chất lạnh với mơi chất giải nhiệt với mục đích biến đổi trạng thái mơi chất lạnh từ sang lỏng qk =(4÷5)kW/m2 qk=(1,4÷2,3)kW/m2 qk=(4,1÷5,2)kW/m2 K = 800 ÷ 1000 k = 450 ÷ 600 K = 700 ÷ 900 W/m2.K W/m2.K W/m2.K Hệ thống lạnh nhỏ Hệ thống lạnh Nhà máy nước đá thương nghiệp công nghiệp Hiệu trao đổi Công suất Dễ thi cơng, hiệu nhiệt ổn định, thiết kế đạt lớn trao đổi nhiệt phụ thuộc vào mà không bị hạn cao, giá thành rẻ nhiệt độ mơi chế lý trường Cấu tạo chắn, gọn gàng, tiện lợi việc lắp đặt, chế tạo, vệ sinh, bảo dưỡng vận hành, hư hỏng tuổi thọ cao Cấu tạo dạng dàn ống, dễ dàng chế tạo, vận hành sửa chữa Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an tồn Có thể sử dụng phần bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi hệ thống lạnh nhỏ, ví dụ hệ thống kho lạnh So với thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay tiêu tốn nước hơn, nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn Cấu tạo đơn giản, chắn, dễ chế tạo có khả sử dụng nguồn nước bẩn dàn ống để trần dễ vệ sinh So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ không lớn Nước rơi tự dàn ống để trần hồn tồn nên nhả nhiệt cho khơng khí phần lớn, nhiệt độ nước bể tăng không đáng kể, lượng nước bổ sung chiếm khoảng 30% lượng nước tuần hồn Đường kính bình Do suất lạnh Khả trao đổi lớn không đảm riêng bé nên suất nhiệt Hiệu giải nhiệt chịu bảo an toàn tiêu hao vật liệu ảnh hưởng môi hệ thống lớn lớn trường khí hậu Kích thước bình gọn lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh sửa chữa cần thiết Chỉ thích hợp lắp đặt ngồi trời, cần lắp đặt vị trí riêng biệt tách hẳn cơng trình (khu vực khơng gian xung quanh thường bị ẩm ướt) Khi sử dụng bình ngưng, bắt buộc trang bị thêm hệ thống nước giải nhiệt gồm: Tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, hệ thống, nên tăng chi phí đầu tư vận hành Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước khơng khí, mơi trường ăn mịn mạnh nên nhanh hỏng thiết bị (nhúng kẽm nóng để chống ăn mịn.) Q trình bám bẩn bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt chất lượng nguồn nước Nhiệt phụ trạng tượng theo năm độ ngưng tụ thuộc vào thái khí thay đổi mùa Khi hoạt động, nước bắn tung toé xung quanh nên dàn lắp đặt bên ngồi trời, xa hẳn khu nhà xưởng Cùng với bình ngưng ống vỏ, dàn ngưng kiểu tưới tiêu thụ nước nhiều phải thường xuyên xả bỏ nước Do tiếp xúc thường xun với nước khơng khí, mơi trưởng ẩm nên q trình ăn mịn diễn nhanh, dàn ống khơng nhúng kẽm nóng nhanh chóng bị bục, hư hỏng Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu xối tước có ống trích lỏng chừng (dàn ngưng dạng xối tưới) Vì hệ thống lạnh amoniac trung bình lớn, người ta thường sử dụng loại làm mát nước kết hợp Dàn ngưng kiểu xối tước có ưu điểm là: tiêu hao nước giải nhiệt kim loại ít, dễ chế tạo tin cậy vận hành Tuy nhiên, khuyết điểm cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, phải thường xuyên làm vệ sinh thiết bị phân phối nước bề mặt truyền nhiệt 5.4 Thiết bị bay Thiết bị bay có nhiệm vụ hố gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời tác động làm lạnh môi trường cần làm lạnh Cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén khí thiết bị tiết lưu, bình bay thiết bị quan trọng thiếu hệ thống lạnh hành – Thiết bị bay phải đảm bảo khả trao đổi nhiệt độ phù hợp với blốc dàn ngưng Điều có nghĩa phải có suất lạnh đảm bảo theo thiết kế ban đầu hay nói cách khác có đủ diện tích trao đổi nhiệt tối thiểu cần thiết – Tuần hồn khơng khí tốt, chịu áp suất tốt – Khơng bị ăn mịn thực phẩm bảo quản – Công nghệ chế tạo dễ dàng, vệ sinh, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng Thiết bị bay làm lạnh khơng khí: đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng Thiết bị bay thiết bị trao đổi nhiệt, mơi chất lạnh áp suất thấp, nhiệt độ thấp thu nhiệt từ mơi trường cần làm lạnh, sơi hố để chuyển từ lỏng sang Thiết bị bay làm lạnh chất tải lạnh lỏng Nhiệm vụ Hệ số truyền nhiệt Ưu điểm Nhược điểm 460÷560 (W/m2K) Mật độ dòng nhiệt lớn Thiết bị chắn, gọn nhẹ Thời gian làm lạnh nhanh Dễ vệ sinh Khó chế tạo, giá thành cao 35÷43 (W/m2K) Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo Dễ vệ sinh Mật độ dịng nhiệt khơng lớn Thiết bị cồng kềnh CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 6.1 Bình tách lỏng Nhiệm vụ: tách lỏng khỏi dòng máy nén, đảm bảo máy nén hút không hút lỏng gây va đập thủy lực, dẫn đến hư hỏng máy nén Cấu tạo vị trí: bình tách lỏng bình hình trụ thép, bố trí đường hút máy nén, giàn lạnh máy nén Bình tách lỏng đặt cao giàn bay hơi, bọc cách nhiệt nhằm giảm tổn hoa nhiệt tránh tượng đọng sương Nguyên lý hoạt động: giảm vận tốc đột ngột (15m/s xuống 0,5 m/s), giọt dầu lỏng bị tách khỏi dòng Dịng khỏi bình tách lỏng hồn tồn khơ Bình tách lỏng chọn phù hợp với đường kính ống hút máy nén 6.2 Bình tách dầu Nhiệm vụ: máy nén hoạt động cần có dầu bơi trơn cho pitong Do đó, máy nén hoạt động, nén mơi chất lạnh NH3, ln có phần dầu hịa lẫn vào mơi chất lạnh NH3 khơng hịa tan dầu, chúng phân lớp Dầu theo mơi chất lạnh, không tách ra, vào thiết bị ngưng tụ bám lên thành ống trao đổi nhiệt, hạn chế trình trao đổi nhiệt thiết bị Bình tách dầu có nhiệm vụ, tách phần dầu lẫn mơi chất lạnh trước vào thiết bị ngưng tụ Cấu tạo vị trí: bình tách dầu ống thép đặt đứng, có đổi hướng chuyển động dịng phía Bình tách dầu đặt đường đẩy máy nén, trước thiết bị ngưng tụ sau máy nén Nguyên tắc hoạt động: dịng mơi chất lạnh có lẫn dầu vào bình, vận tốc dịng bị giảm đột ngột (20m/s xuống 0,7 m/s), mặt khác dòng bị thay đổi hướng đột ngột, giọt dầu lẫn dòng mơi chất lạnh bị tách khỏi dịng rơi xuống đáy bình, chảy vào bình chứa dầu Cấu tạo bình tách dầu gần giống với bình tách lỏng Vì việc tính tốn chọn bình tách dầu tương tự bình tách lỏng nhiên chọn theo đường kính ống dây máy nén 6.3 Bình chứa dầu Cấu tạo vị trí: bình chứa dầu bình thép có dạng hinh trụ đặt đứng đặt nằm, có đường nối với bình tách dầu, đường nối với đường hút máy nén Áp suất bình báo áp kế gắn bình Khi mở van với đường hút, áp suất bình giảm xuống gần áp suất khí Khi xả dầu áp suất bình phép lớn áp suất khí chút ít, tất van phải đóng Dầu hút khỏi bình chứa nhờ ống liên kết với đầu hút máy nén, giúp giảm bớt NH3 đồng thời đảm bảo vận hành an toàn cho bình chứa 6.4 Bình tách khí khơng ngưng Cùng tuần hồn với mơi chất lạnh hệ thống lạnh có khơng khí loại khí khơng ngưng Thành phần chủ yếu khí khơng ngưng hệ thống khơng khí Khơng khí lọt vào hệ thống nhiều nguyên nhân: - Khi hút chân không hệ thống, độ chân không chưa đảm bảo yêu cầu - Khi hệ thống làm việc chế độ chân không nhiệt độ sơi thấp - Khi nạp mơi chất nạp dầu - Do phân hủy môi chất… Nhiệm vụ: thiết bị ngưng tụ, khơng khí tạo lớp bao quanh bề mặt trao đổi nhiệt làm tăng trở nhiệt, dẫn đến làm giảm hiệu trao đổi nhiệt Mặt khác, khí khơng ngưng cịn làm tăng áp suất ngưng tụ nhiệt độ cuối tầm nén Chính vậy, ta cần có thiết bị tách khí khơng ngưng khỏi hệ thống theo định kỳ Cấu tạo vị trí: gồm ống lồng vào nhau, đặt bình chứa cao áp Hoạt động: mơi chất NH3 qua van tiết lưu vào ống thiết bị, môi chất NH3 bay nhiệt độ thấp Hỗn hợp khí khơng ngưng mơi chất vào ống ngồi thiết bị, tiếp xúc với ống trong, mơi chất ngưng tụ, trở bình chứa cao áp, khí khơng ngưng cho ngồi LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đỗ Hữu Hồng tận tình hướng dẫn, bảo, giảng dạy truyền đạt kiến thức, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt Đồ án mơn học Q trình thiết bị Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến q thầy giáo mơn Q trình thiết bị nói riêng thầy khoa Kỹ thuật hóa học nói chung truyền đạt kiến thức vững chắc, tạo tảng sở suối ba năm học qua để em vận dụng chúng vào việc thực hoàn thành đồ án môn học Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè ln ủng hộ, chia sẻ giúp đỡ em Sinh viên thực Trương Mỹ Linh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng kỹ thuật lạnh – Đỗ Hữu Hoàng [2] Máy lạnh – Trần Thanh Kỳ NXB Đại học Quốc Gia TPHCM [3] Kỹ thuật lạnh sở – Nguyễn Văn Tùy, Nguyễn Đức Lợi - NXB Giáo Dục 2006 [4] Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi - NXB Khoa học kỹ thuật 2005 [5] Phần mềm coopack ver 1.5 ... xung quanh Cỗ máy vận hành bánh đà có đường kính mét tạo 3000 kg nước đá ngày Hình ảnh cỗ máy tạo băng Harrison Mặc dù Harrison thương mại hóa thành công nhà máy sản xuất nước đá thứ Sydney vào... 1,640 + 469,93 + 38,172 = 509,742kW CHƯƠNG CHU TRÌNH LẠNH Nhà máy sản xuất nước đá đặt Thành phố Hồ Chí Minh Nhiệt độ năm cao nơi lắp đặt t = 37oC, độ ẩm lớn đồ thị h – x khơng khí ẩm, ta tướt... trượt băng nghệ thuật Trong công nghiệp chế biến thực phẩm nước đá thường sử dụng nhiều dạng: đá cây, đá vảy, đá tấm, Trong đời sống, người ta thường sử dụng nước đá nước đá viên 1.4 Các hệ thống