Đang tải... (xem toàn văn)
Từ xa xưa con người đã biết lấy các loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ để sử dụng làm lạnh, dự trữ trong nhà để mùa hè lại đem ra dùng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT LẠNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY 20 TẤN / NGÀY Họ và tên sinh viên: Dương Công Thành Trần Đình Trọng Vũ Ngọc Hiển Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Niên khóa: 2008 – 2012. Tháng 07/2011 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY 20 TẤN / NGÀY Nhóm thực hiện: 1. Dương Công Thành 08137023 SĐT: 01688561862 2. Trần Đình Trọng 08137025 SĐT: 01668598922 3. Vũ Ngọc Hiển 08137002 SĐT: 01689949373 Đồ án được thực hiện nhằm tìm hiểu và đáp ứng yêu cầu môn học. Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Lê Văn Bạn Tháng 07/2011 2 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 MỤC LỤC 2.1. Hệ thống sản xuất nước đá cây /10/ 5 2.2. Công dụng và phân loại nước đá /10/ .5 2.4. Nguyên lý làm việc /9/ .7 3.1 Phương tiện thực hiện .9 3.2 Phương pháp tiến hành .9 3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .9 3.2.2 Phương pháp thực hiện .9 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .10 4.1. kết quả tính toán 10 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40 3 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Từ xa xưa con người đã biết lấy các loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ để sử dụng làm lạnh, dự trữ trong nhà để mùa hè lại đem ra dùng. Quá trình hình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khí lạnh đến -20 độ C, -30 độ C làm cho nước trong ao, hồ, sông, suối, bị đóng băng. Cho đến khi ngành lạnh ra đời, và bắt đầu phát triễn mạnh ở trên thế giới thì con người sử dụng kỹ thuật lạnh vào trong nhiều mục đích khác nhau của mình, từ đơn giản cho đến tinh vi. Một trong những ứng dụng đầu tiên của con người chính là sản xuất ra nước đá( đá nhân tạo) ở nhiều dạng khác nhau( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng bột, .), tuỳ theo yêu cầu sử dụng và điều kiện sản xuất thực tế. 1.2. Mục đích của đồ án : - Tính toán thiết kế máy làm nước đá cây 20 tấn / ca - Cụ thể: + Tính chọn máy nén + Tính toán bể đá + Tính chọn dàn ngưng + Tính chọn các thiết bị phụ Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Hệ thống sản xuất nước đá cây /10/ 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. Nước được đặt trong các khuôn có kích thước nhất định, theo yêu cầu sử dụng. Khối lượng thường gặp nhất của các cây đá là 12,5; 25; 50 kg. ưu điểm của phương pháp sản xuất đá cây là đơn giản, Dụ thực hiện, đá có khối lượng lớn nên vận chuyển bảo quản được lâu ngày, đặc biệt dùng cho việc bảo quản cá, thực phẩm khi vận chuyển đi xa. Ngoài ra đá cây 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 động trong 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 chế biến thực phẩm người ta ít sử dụng đá cây. Nếu có trang bị cũng chỉ nhằm bán cho tàu thuyền đánh cá để bảo quản lâu ngày. 2.2. Công dụng và phân loại nước đá /10/ 2.2.1.Công dụng nước đá Nước đá có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất, sau đây là một số ứng dụng của nước đá: - Bảo quản thực phẩm - Điều tiết không khí - Thể duc thể thao - Công nghiệp hóa chất 2.2.2.Phân loại nước đá Có nhiều cách để phân loại nước đá: Dựa vào nguyên liệu sản xuất: • Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sôi, nguyên chất). • Nước đá từ nước biển, từ nước muối. • Nước đá từ nước sát trùng và kháng sinh. ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 Dựa vào độ trong của đá: • Nước đá pha lê • Nước đá trong suốt • Nước đá đục Dựa vào hình dạng: • Nước đá khối • Nước đá tấm • Nước đá thỏi • Nước đá ống • Nước đá vẩy 2.3. Cấu tạo máy đá cây [khối] /10/ 6 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 Hệ thống có các thiết bị chính sau: 1- Máy nén: Máy nén 1 cấp, sử dụng môi chất NH 3 hoặc R 22. 2. Bình chứa cao áp. 3. Dàn ngưng: Có thể sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi, bình ngưng, dàn ngưng tụ kiểu tưới và có thể sử dụng dàn ngưng không khí. 4. Bình tách dầu. 5. Bình tách khí không ngưng. 6. Bình thu hồi dầu (sử dụng trong hệ thống NH3). 7. Bình tách lỏng. 8. Bình giữ mức- tách lỏng. 9. Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh kiểu xương cá. 2.4. Nguyên lý làm việc /9/ Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay Bể nước muối được chia làm hai ngăn, ngăn lớn để bố trí các khuôn đá, còn ngăn nhỏ để bố trí dàn bay hơi làm lạnh nước muối trong bể có bố trí một bơm nước muối tuần hoàn mạnh từ dàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi lại quay lại dàn bay hơi. Bơm nước muối bố trí thẳng đứng để tránh rò rì nước muối ra ngoài. Dàn bay hơi kiểu xương cá có khả năng tăng khả năng trao đổi nhiệt lên đáng kể. Các khuôn đá được ghép lại với nhau thành linh đá suốt chiều ngang của bể. Các linh đá không phải đứng im trong bể mà chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể nhờ cơ cấu chuyển động xích. Khi một linh đá kết đông xong và được nhắc ra khỏi bể thì cơ cấu xích chuyển động dồn tất 7 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 cả các linh đá lên chừa ra phía cuối bể một khoảng hở vừa đủ để đặt linh đá đã đổ đầy nước mới vào. Chuyển động giữa nước muối tuần hoàn và linh đá là ngược chiều. Khi đá đã kết đông trong khuôn, toàn bộ linh đá được cầu trục nâng ra khỏi bể và thả vào bể làm tan giá. Các khuôn đá nóng lên, lớp băng dính khối đá với khuôn tan ra, cầu trục sẽ nâng đá trượt lên bàn trượt đá để vào kho chứa đá, còn linh đá được cầu trục đưa đến máng rót nước, máng rót nước tự động nhiều vòi có định lượng rót đồng thời cho tất cả các khuôn đá lượng nước đã định trước. Sau khi rót nước xong linh đá được đặt vào đầu bể vị trí mà cơ cấu chuyển động xích vừa đẩy toàn bộ các linh đá dịch ra. Với phương pháp này nước sau khi qua quá trình xử lý được đổ vào khuôn định hình sẵn, các khuôn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , sau một thời gian nước trong khuôn được làm lạnh và kết tinh lại. Quá trình kết thúc, đá được lấy ra từ các khuôn và sử dụng . 8 Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 3.1 Phương tiện thực hiện - Máy vi tính cá nhân. - Các tài liệu liên quan 3.2 Phương pháp tiến hành 3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tra cứu tài liệu sách báo nhằm phục vụ mục đích đề tài. - Tìm kiếm các thông tin liên quan đến đề tài qua mạng internet. 3.2.2 Phương pháp thực hiện Theo phương pháp tổng hợp và kế thừa ta tiến hành theo trình tự sau: - Tiến hành nghiên cứu và tổng hợp lại các tài liệu đã có - Lựa chọn các vấn đề liên quan đến đề tài - Tính toán chọn các thiết bị của hệ thống máy đá cây Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. kết quả tính toán 4.1.1. Các lựa chọn ban đầu a. Chọn phương pháp thiết kế nước đá /9/ - Các giai đoạn sản xuất nước đá Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t 1 (nhiệt độ ban đầu của nước) xuống nhiệt độ 0 o C. Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh nước hoàn toàn, chuyển nước từ trạng thái lỏng trạng thái rắn. Giai đoạn 3: là giai đoạn hạ thấp nhiệt độ băng của nước từ 0 o C xuống nhiệt độ t 2 (thường chọn -5 o C). Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t 1 thành nước đá ở nhiệt độ t 2 được tính theo công thức: /2/ - Chọn phương pháp sản xuất nước đá Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay. Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay. Với phương pháp này nước sau khi qua quy trình xử lý được đổ vào khuôn định hình sẵn, các khuôn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , sau một thời gian nước trong khuôn được quá lạnh và kết tinh lại. Quy trình kết thúc,đá cây được lấy ra từ các khuôn và sử dụng. Kết cấu cây đá hiện nay có các cỡ khối lượng thông dụng như sau:Loại 3,5 Kg, loại 12,5 Kg, loại 25 Kg, loại 50 Kg. ở đây ta chọn loại 50 kg. b. Chọn chất tải lạnh /9/ - Yêu cẩu của chất tải lạnh Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau: Nhiệt độ đông đặc phải thấp. Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao. Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ. ( ) ( ) 21 00. tCLtCq pndpn −++−= [...]... riêng của nước đá Chi phí lạnh (năng suất lạnh) Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 1 1207 827,54 KJ / ngày 21 ρnđ = 900Kg/m3 m2 m 4.1.4 Chọn máy nén /6 / a Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén Năng suất lạnh của máy nén cần lắp đặt mn Qo = k Qo = 158,23 b.24.3600 KW /2 / Trong đó Hệ số có kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh k = 1,11 /2 / Hệ số thời gian làm việcb = 0,91 /2 / Năng... =65,64 m2 - Nhiệt làm đông đá Q2 = G.10 3 C pn ( t n − 0) + L + C pnd ( 0 − t 2 ) = 9471880 [ ] Trong đó: Năng suất thiết kế KJ / ngày /2 / G = 20 Tấn/ ngày, đêm Nhiệt dung riêng của nước Cpn = 4,18 KJ/Kg.độ Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn Nhiệt đông đặc của nước tn = 31oC L = 333,564 KJ/Kg Nhiệt dung riêng của nước đá Cpnđ = 2,09 KJ/Kg.độ Nhiệt độ cuối quá trình đông đá t2 = -5oC 20 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT... / ngày = 1045 020 KJ / ngày 4,1860 i Trong đó Công suất động cơ của cánh khuấy Ni = 15 Hiệu suất hoạt động hữu ích của cánh khuấy ηi = 0,85 Hệ số làm việc của cánh khuấy ψi = 0,95 Chỉ số i chỉ số cánh khuấy được dùng KW i=1 - Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuôn Q5 = n kd f δ ρnd L = 150,1 KJ / ngày /2 / Trong đó Diện tích xung quanh của cây đá /2 / f = 1,25 Bề dày lớp đá tan để có thể tách đá. .. Khối lượng một cây đá Thời gian đông đá A τ= tm 20 tấn/ ngày, đêm 50 Kg .b0 (b0 + B ) t m = −10 o C 17 /1 / τ= 4540 ×0,19 ×(0,19 + 0,026) =18,632 −10 ( gio) ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Trong đó: Nhóm 4 Nhiệt độ trung bình của nước đá Chiều rộng khuôn đá bo = 0,19 m (chọn mặt trên của khuôn) Đối với bể đá, hệ số A = 4540 Hệ số B = 0,026 Tuy thời gian đông đá chỉ là 18,632 giở, nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời... 3: kế cấu bể đá 19 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 Hình 4: kết cấu trong bể đá - Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1 = ∑k i Fi (t f − t m ).24 = 153193,2 Kcal / ngày = 641 420 KJ / ngày Hệ số truyền nhiệt qua vách k1 = 0,231 Kcal/m2.h.độ Hệ số truyền nhiệt qua nền k2 = 0.167 Kcal/m2.h.độ Hệ số truyền nhiệt qua nắp k3 = 2 Kcal/m2.h.độ Nhiệ độ của môi trường quanh bể tf = 35oC Nhiệt độ trung bình của nước. .. vào các khuôn đá Đặt các khuôn đá vào bể nước Do kết cấu của bể đá, khuôn được giữ trên các thanh bắt ngang bể Sau một ngày đêm, nước đã được đông thành đá Khi có nhu cầu sử dụng, ta lấy đá lên bằng phương pháp thủ công Ta dùng nước ở nhiệt độ thường, xối lên trên khuôn đá, nhằm tách đá ra khỏi khuôn ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4 e Chọn các thông số kỹ thuật - Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh... sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọn Vậy điều kiện được thỏa mãn Vì mặt ngoài của của đáy bể đá là nên đất, không tiếp xúc với không khí nên ở đây ta không cần kiểm tra hiện tượng động sương Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như cách ẩm hoàn toàn b Tính toán chi phí lạnh cho bể đá /1 0/ - Kết cấu của bể đá Năng suất thiết kế bể đá Khối lượng... LẠNH Nhóm 4 - Nhiệt làm lạnh khuôn đá Q3 = nkd g k C k ( t f − t m ) = 49357,44 KJ / ngày /2 / Trong đó Số khuôn đá trong một mẻ nkđ = N =400 khuôn Khối lượng của một khuôn đá gk = 7,2 Nhiệt dung riêng của thép (vật liệu làm khuôn) Ck = 0,418 Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn tf = 31oC Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC Kg KJ/Kg.độ - Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy /2 / Q4 = 3600 n ... tắt nghẽn và nở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH3 11 d Quy trình sản xuất nước đá Nước lấy từ giếng Cặn bã Xử lý nước Muối nước Cấp nước vào bể chứa Hoà tan trong bể Rót nước vào khuôn Cho vào bể đá Đóng băng Lấy đá thủ công Nước được bơm trực từ giếng lên, qua quá trình xử lý, tách bỏ cặn bã có trong nước Nước được chứa trong hồ, một phần được hòa với muối với... = Số máy nén cần dùng cho hệ thống lạnh Vltt 0,125 = = 1,5 Vltc 0,0835 máy Chọn ZMN = 2 máy d Chọn động cơ cho máy nén - Chọn động cơ • Công nén đoạn nhiệt của máy nén N s = mtt l = 84,563 KW /3 / Với Công nén riêng của máy nén • Công nén chỉ thị Ni = l = 300 Ns = 104,831 ηi KW /3 / Trong đó: Hiệu suất chỉ thị (hiệu suất có kể đến tổn thất trong) ηi = To + b.t o = 0,807 Tk /3 / Với b = 0,001 • Công tiêu