Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ thuật lạnh đã được ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, trong đời sống, vv... Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất cả các nước.Tiểu luận này nhằm tìm hiểu và thiết kế máy đá ống10 tấnngày. Do kiến thức còn rất hạn chế nên tiểu luận này sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bài tiểu luận thêm hoàn thiện.Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Nguyễn Văn Pha đã hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện tiểu luận này.TP.HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2014Sinh viên thực hiệnNhóm
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TIỂU LUẬN THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ ỐNG 10 TẤN/NGÀY Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Pha Sinh Viên Thực Hiện: Lê Vĩnh Hội 10040851 Hoàng Văn Quang 10041701 Lê Hoàng Minh 10038401 Nguyễn Đình Trung 10083961 Lớp : DHNL6 Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 7 năm 2014 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét của giảng viên hướng dẫn Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật lạnh đã được ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, trong đời sống, vv Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất cả các nước. Tiểu luận này nhằm tìm hiểu và thiết kế máy đá ống10 tấn/ngày. Do kiến thức còn rất hạn chế nên tiểu luận này sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bài tiểu luận thêm hoàn thiện. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Nguyễn Văn Pha đã hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện tiểu luận này. TP.HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nhóm Lời nói đầu Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng MỤC LỤC Mục lục Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT LẠNH TRÊN THẾ GIỚI Lịch sử phát triển của ngành lạnh cho thấy rằng từ ngàn xưa con người đã biết giữ gìn và sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như : sử dụng băng tuyết và các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm, làm lạnh bằng cách cho bốc hơi …, cách đây 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn. Tuy nhiên phải đến những năm giữa và cuối thế kỷ 19, thì kỹ thuật lạnh hiện đại mới phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ bằng các công trình nghiên cứu việc hóa lỏng các chất khí dùng làm môi chất lạnh và đã có các bằng phát minh đăng ký đầu tiên về máy lạnh, máy nén hơi. Một sự kiện quan trọng là việc sản xuất và sử dụng rộng rãi các chất Freon ở Mỹ vào những năm 1930. Đây là một loại môi chất có nhiều tính chất quí báu như không cháy, không nổ, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi và được sử dụng phổ biến cho đến bây giờ. Nó đóng góp phần vào tích cực vào việc thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật lạnh. Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến khác. 1.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH Chế biến và bảo quản thực phẩm là một ứng dụng quan trọng của kỹ thuật lạnh. Theo thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm như rau quả, thịt, cá, sữa… là những thức ăn dễ bị ôi thiu. Vì vậy thực phẩm được bảo quản ở nhiệt độ thấp (-18 0 C) thì quá trình sinh hóa trong thịt, cá, hoa quả … đều xảy ra rất chậm. Do đó bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp kéo dài thời gian sử dụng. Thực ra thời gian bảo quản còn Chương 1: Tổng quan 5 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm, phương pháp đóng gói, thành phần không khí nơi bảo quản…, nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất. Trong thời đại hiện nay, các ngành công nghiệp thực phẩm chế biến thịt cá rau quả và công nghiệp đánh bắt thủy hải sản không thể phát triển nếu như không có sự hỗ trợ của kỹ thuật lạnh. Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, người ta thường dùng phương pháp chủ yếu là lạnh đông nhanh (cấp đông ) để lạnh đông sản phẩm trước khi đưa vào bảo quản, vận chuyển và sử dụng. Kỹ thuật lạnh đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành khác nhau. Ta có thể trình bày một số ứng dụng quan trọng của kỹ thuật lạnh: • Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm. • Sấy thăng hoa. • Ứng dụng trong công nghệ hóa chất. • Ứng dụng trong điều hòa không khí. • Ứng dụng lạnh trong siêu dẫn. • Ứng dụng trong thể thao. • Ứng dụng trong xây dựng. • Trong cơ khí chính xác và chế tạo máy. • Ứng dụng trong ngành Y. Ngoài ra còn một số ứng dụng khác như trong hàng không, vũ trụ, trong khai thác mỏ, hầm lò sâu. 1.3 HỆ THỐNG MÁY ĐÁ 1.3.1 Vai trò của nước đá: Nước đá có vai trò rất quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp. Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực phẩm, rau quả chống hư hỏng. Trong đời sống vai trò nước đá càng quan trọng hơn như phục vụ giải khát, giải trí. Nước đá còn có vai trò quan trọng như tạo sân băng trượt băng nghệ thuật. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm nước đá thường được sử dụng dưới nhiều dạng dạng: đá cây, đá vảy, đá tấm, vv Chúng đều được sử dụng để ướp đá thực phẩm trong quá trình chế biến. Chương 1: Tổng quan 6 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng 1.3.2 Các loại máy đá: - Máy đá cây: đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi khuôn ít khi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp phía đáy thường nhỏ hơn phía miệng. Đá cây được kết đông trong các khuôn đá thường có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg. Khi rót nước vào khuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dung tích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10%. Máy đá cây có thời gian đông đá tương đối dài vì khi đông đá, các lớp đá mới tạo thành là lớp dẫn nhiệt kém nên hạn chế truyền nhiệt vào bên trong. Ví dụ máy đá với khuôn 50 kg có thời gian đông đá khoảng 18 giờ. - Máy đá tấm: Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt dàn lạnh dạng tấm. Kích cỡ của đá tấm: dài từ 3m đến 6 m, cao 2m đến 3 m, dày 250mm đến 300mm. Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn. - Máy đá vảy: Máy đá vảy có dạng không tiêu chuẩn, được cắt tách ra khỏi bề mặt tạo đá của các thiết bị và gãy vỡ dước dạng các mãnh vỡ nhỏ. Máy đá vảy được sản xuất nhờ các cối đá dạng hình trụ tròn. Nước được phun lên bên trong hình trụ và được làm lạnh và đóng băng trên bề mặt trụ. Trụ tạo băng có 2 lớp, ở giữa là môi chất lạnh. Đá vảy được sử dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến, đặc biệt ở các nhà máy chế biến thực phẩm và thuỷ sản. Chúng được sử dụng để bảo quản thực phẩm khi nhập hàng và trong quá trình chế biến. Ngày nay nó đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vì chỉ có sử dụng đá vảy mới đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểm khác như giá thành rẻ, chi phí vận hành, đầu tư nhỏ. Nước đá vảy có chiều dày rất khác nhau từ 0,5 đến 5mm tuỳ thuộc vào thời gian làm đá. Độ dày này có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi tốc độ quay của cối đá hoặc dao cắt đá. Chương 1: Tổng quan 7 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng - Máy đá viên (máy đá dạng ống): Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng được sản xuất trong các ống Φ57 x 3,5mm và Φ38 x 3mm, nên đường kính của viên đá là 50 và Φ32. Khi sản xuất đá tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành những đoạn từ 30mm - 100mm nhờ dao cắt đá. Máy đá viên được sử dụng khá phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiều quán giải khát, quán cà phê có sử dụng đá viên. - Máy đá tuyết: Đá sản xuất ra có dạng xốp như tuyết. 1.4 MÔI CHẤT LẠNH 1.4.1 . Giới thiệu: Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh, gas lạnh…) là chất môi giới dùng trong chu trình máy lạnh để thu nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường giải nhiệt có nhiệt độ cao hơn. Trong máy lạnh nén hơi, việc thu nhiệt của đối tượng cần làm lạnh nhờ vào sự bốc hơi của môi chất ở áp suất thấp và thải nhiệt ra môi trường giải nhiệt do sự ngưng tụ ở áp suất cao. Vậy môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ vào máy nén. 1.4.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh: • Yêu cầu về nhiệt động lực học: - Có năng suất lạnh riêng thể tích và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn. - Áp suất ngưng tụ không được quá cao. - Áp suất bốc hơi cao hơn áp suất khí quyển. - Nhiệt ẩn hoá hơi lớn. - Nhiệt độ đông đặc, trọng lượng riêng, độ nhớt của môi chất thấp. • Yêu cầu về lý hoá: - Dễ hòa tan trong nước. - Hòa tan nhiều trong dầu bôi trơn để dễ hồi dầu về máy nén. - Không ăn mòn vật liệu chế tạo máy và thiết bị. - Không cháy nổ, không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. • Yêu cầu về sinh lý: - Không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. • Yêu cầu về kinh tế: - Dễ kiếm, rẻ tiền, dễ bảo quản, dễ vận chuyển. 1.4.3 Một số môi chất lạnh thường dùng: Chương 1: Tổng quan 8 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng - Môi chất R12: công thức hoá học là CCl2F2 ,thường được dùng trong máy lạnh cỡ nhỏ. Giải nhiệt bằng không khí tự nhiên như tủ lạnh. Do R12 phá hoại tầng ôzôn nên bị cấm sản xuất vào năm 2000. - Môi chất R22: Công thức hóa học là CHCLF2 thường được sử dụng trong các máy lạnh trung bình và lớn giải nhiệt bằng nước hoặc không khí cưỡng bức. Ưu điểm của R22 là năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn R12 1,6 lần. - Môi chất R502: là hỗn hợp đồng sôi của 48,8% R22 và 51,82% R115 có ưu điểm là nhiệt độ quá nhiệt sau khi nén thấp hơn R22. Thường được sử dụng cho hệ thống lạnh có tỉ số nén cao như phòng trữ đông, cấp đông kiểu nén một cấp… Môi chất 502 cũng nằm trong danh sách cần loại bỏ ngay. - Môi chất R717(NH3): là khí không màu, có mùi hắc ,sôi ở áp suất khí quyển ở – 33,35 0 C. NH3 có các tính chất nhiệt động rất tốt đối với chu trình lạnh , lại rẻ tiền. Từ khi khám phá ra hiệu ứng phá huỷ tầng ôzôn của các khí CFC, NH3 lại được sử dụng nhiều, nhất là các quốc gia Tây Âu. Tuy nhiên NH3 rất độc, ăn mòn đồng và các hợp kim chủ yếu trong hệ thống dùng NH3 là thép. Với những đặc điểm trên, ta chọn R22 làm môi chất lạnh cho hệ thống. Chương 1: Tổng quan 9 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY ĐÁ ỐNG 2.1. CẤU TẠO MÁY ĐÁ ỐNG: Hình 2-1. Cấu tạo máy đá ống 1- lớp vỏ ngoài; 2 - ống làm đá; 3 – thùng chứa nước phía trên với bộ phận phân phối nước; 4 – bơm; 5 – thùng nước phía dưới; 6 – bình chứa thu hồi gas; 7 – cơ cấu cắt đá ống; 8 – lưới thoát nước; 9 – van tiết lưu phao; 10 – van cấp dịch xả đá; 11 – động cơ dao cắt đá Chương 2: Thiết kế máy đá ống 10 [...]... CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ 4.1 THIẾT BỊ BAY HƠI Hình 4-1 Thiết bị bay hơi máy đá ống Như đã tính ở phần trên, thiết bị bay hơi là hệ thống ống chùm thẳng đứng với đường kính mỗi ống: Dng/Dtr = 57/50 mm Chiều dài mỗi ống L = 2 m, tổng số ống n = 111 ống được bố trí theo hình lục giác đều với bước ống S = 74 mm Đường kính trong cối đá là Dtr = 0,962 như hình vẽ Hình 4-2 Bố trí các ống trên mặt sàn TBBH... Hình 2-3 Kích thước cối đá ống 2.3 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO MÁY LÀM ĐÁ 2.3.1 Tính cách nhiệt Máy làm đá ống chỉ cách nhiệt cách ẩm cho thành bao quanh Máy làm đá có hình trụ tròn và có cấu tạo như sau : Chương 2: Thiết kế máy đá ống 13 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng Hình 2-4 Cấu tạo vỏ ngoài máy đá ống Chiều dày lớp cách nhiệt được tính như sau : δ cn = λcn n ... lượng ống cần thiết là: n = 416,67/3,77 = 110,5 ống Chọn n = 111 ống Ta chọn bố trí ống trên mặt sàn theo hình lục giác đều như hình vẽ: Hình 2-2 Bố trí ống trên mặt sàn Xác định bước ống: Chương 2: Thiết kế máy đá ống 11 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng Bước ống được xác định theo kinh nghiệm: [3;150] S = (1,24 – 1,45).da Chọn S = 1,3.da ⇒ S = 1,3.0,057 = 0,074 m Số ống bố... 13 0, 75 0, 75 ống Đường kính mặt sàn: Ds = m.S = 13.0,074 = 0,962 m Ta chọn chiều cao cối đá là 2,3 m vì phía trên cối đá cần phải có thêm phần chứa nước và bộ phận phân phối nước xuống các ống làm đá Vậy kích thước cối đá là Dtr × H = 0,962 m × 2,3 m (như hình vẽ) Chương 2: Thiết kế máy đá ống 12 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng Hình 2-3 Kích thước cối đá ống 2.3 TÍNH TOÁN... lạnh ứng dụng XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỐI ĐÁ ỐNG: Chọn cối đá có dạng hình trụ tròn Năng suất máy đá là E= 10 tấn/ngày = 10.1000 = 416, 67 kg / h 24 Các ống làm đá thường dùng cỡ Φ 57 x 3,5mm [2;147] Vậy đường kính ngoài viên đá là : Dng = 57 – 2.3,5 = 50 mm Đường kính trong của viên đá khoảng Dtr = 10 mm Ta chọn chiều dài mỗi ống là l = 2 m Vậy khối lượng đá trong một ống là: 2 (D2 − Dtr ) ng m1ô = ρ.l.π... nhiệt do nước làm đá và khuôn làm đá toả ra Q2: Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra Q21: Q 21 = M qo 24.3600 Trong đó: Chương 2: Thiết kế máy đá ống 17 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng M: năng suất máy đá M = 10t = 10000kg 24.3600 là thời gian làm việc trong ngày quy đổi ra giây q0 là nhiệt lượng của 1kg nước tỏa ra khi làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo... tổng số ống đã tính là 111 ống τ : thời gian đông đá cho một mẻ τ = 1 giờ Vậy tổng khối lượng ống là: Chương 2: Thiết kế máy đá ống 18 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh n.ρ l Mk = ⇒ Q22 = 2 (D 2 − Dtr ) ng 4 = 111.7900.2 Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng 0,057 2 -0,0052 ÷ = 328 kg 4 328.0, 45.103 (5 + 5) = 410 W 1.3600 ⇒ Q2 = Q21 + Q22 = 42234 + 410 = 42644 W 2.4.3 Dòng nhiệt do động cơ dao cắt đá tạo... x 1930 mm 4.5 DAO CẮT ĐÁ Nhiệm vụ dao cắt là cắt những viên đá rơi xuống, đồng thời giữ khoảng cách cố định của viên đá Lưỡi dao quay nhờ động cơ điện, có bộ giảm tốc, lưỡi cắt có đường kính 4.6 bằng với đường kính thiết bị bốc hơi Chọn Ddao = 1m Tấm chắn cách dao cắt đá là 70 mm Hình 4-5 Dao cắt đá BÌNH TÁCH LỎNG: Bình tách lỏng được bố trí trên đường hút về máy nén để bảo vệ máy nén không hút phải... = 213 W 2.4.5 Xác định năng suất lạnh máy nén: Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4= 144+ 42644 + 638 + 213 = 43639 W = 43,6 kW Chương 2: Thiết kế máy đá ống 19 Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 3.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC Chế độ làm việc của một số hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt... thước cối đá: Dpb × H = 1,36 × 2,3 m ⇒ Fv = π D pb H = 3,14.1,36.2,3 = 9,82 m 2 t1: nhiệt độ không khí bên ngoài t1 = 34,6oC t2: nhiệt độ sôi môi chất lạnh bên trong Chọn t2 = -15oC Q11v = 0,226 × 9,82 × [ 34,6 – (-15)] = 110,08 W • Dòng nhiệt truyền qua nắp cối đá : Q11n Q11n= kn.Fn( t1 - t2 ) kn: hệ số truyền nhiệt qua nắp Tra phụ lục E7 [1 ;357] ta được kn = 0,33 W/m2K Chương 2: Thiết kế máy đá ống 16