Tiểu luận Tính toán thiết kế hầm đá 1000 / ngày,đêm

đá Cĩ nhiều phương pháp bảo quản nước đá: bảo quản trong kho, thùng chứa, silo, dự trữ lạnh trong bể nước hoặc bể nước muối lạnh. Đá khối thường được bảo quản trong kho đá và vận chuyển trên các toa tàu lạnh. Đá mảnh thường được bảo quản trong các thùng chứa hoặc các silo. Ứng dụng Nước đá cĩ nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất, sau đây là một số ứng dụng của nước đá: Cơng nghệ lạnh ở Việt Nam Khí hậu nước ta nĩng ẩm, phía nam hầu như khơng cĩ mùa đơng, bờ biển dài trên 3 ngàn cây số, đĩ là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh. Thực vậy, kỹ thuật lạnh ngày nay đĩng vai trị quan trọng trong việc phát triển kinh tế ở nước ta. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, cơng nghiệp nhẹ, điều hịa khơng khí v.v… Hàng chục ngàn cơ sở sử dụng thiết bị lạnh lớn nhỏ. Ngoại tệ nhập thiết bị lạnh cũng tăng lên hàng trăm triệu USD mỗi năm. Nhưng đặc điểm chủ yếu của ngành lạnh ở nước ta hiện nay là quá nhỏ bé, non yếu và lạc hậu. Nước ta mới chỉ chế tạo được các loại máy ammoniac loại nhỏ, chưa chế tạo được các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy Freon, các thiết bị tự đơng… Một đặc điểm quan trọng khác của ngành lạnh nước ta là tản mạn và phân tán, khơng cĩ một cơ quant rung ương chủ trì nên khơng được quan tâm đầu tư và phát triển một cách đúng mức. Các đơn vị sử dụng lạnh ở các ngành thường trang bị từ phát nhiều khi dẫn tới những thiệt hại và lãng phí tiền vốn đáng kể do các nguyên nhân kinh tế và kỹ thuật gây ra. Vì vậy, việc nghiên cứu tổ chức và phát triển ngành lạnh ở nước ta là thực sự cấp thiết và chắc chắn nĩ sẽ mang lại hiệu quả to lớn. CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Mục đích của việc chọn phương pháp thiết kế là tìm ra được phương án tương đối tốt, phù hợp với các yêu cầu của xí nghiệp, đồng thời phải đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế của cơng trình. Chọn phương pháp sản xuất nước đá Qúa trình đông của nước Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ xuống dưới 00C mà vẫn chưa có sự đóng băng đá, đó là hiện tượng chậm đóng băng ( sự quá lạnh ). Sự chậm đóng băng là do sự chậm tạo thành tâm kết tinh và do hiện tượng chuyển động nhiệt Brown của các phân tử nước làm cho chúng va chạm với nhau, tương tác qua lại lẫn nhau, kết quả không định hình được tâm ngưng tụ dẫn đến nước chưa thể kết tinh được ngay. Nhưng sau một thời gian ngắn, do nhiệt độ ở dưới điểm đông đặc dẫn đến hàm nhiệt giảm, các phân tử nước giảm năng lượng chuyển động để đạt trạng thái cân bằng, lúc này tâm ngưng tụ hình thành, các phân tử nước có xu hướng liên kết với tâm ngưng tụ bởi các lực hấp dẫn, lực Culong, lực Vandesvaal… Các lực này thắng được lực đẩy và chuyển động nhiệt của nó, sẽ tạo thành các tinh thể có kích thướt lớn hơn. Trong trường hợp nếu nhiệt độ hạ xuống quá sâu so với điểm đông đặc, các phân tử nước bị giảm hàm nhiệt mạng, dẫn đến chúng chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng cuả chúng và bản thân nó đã hình thành một tâm ngưng tụ. Do đó, khi hạ nhiệt độ sâu thì tâm ngưng tụ sẽ hình thành rất nhiều, các tinh thể hình thành có kích thước nhỏ và rất nhỏ có dạng hình sợi hoặc hình kim đôi khi nó ở dạng vô định hình. Các giai đoạn của sản xuất nước đá Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t1 (nhiệt độ ban đầu của nước) xuống nhiệt độ 0oC. 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 0oC xuống nhiệt độ t2 (thường chọn -5oC). Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t1 thành nước đá ở nhiệt độ t2 được tính theo công thức: 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. Với phương pháp này nước sau khi qua quá trình xử lý được đổ vào khuơn định hình sẵn, các khuơn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , sau một thời gian nước trong khuơn được quá lạnh và kết tinh lại. Quá trình kết thúc,đá cây được lấy ra từ các khuơn và sử dụng. Đây là phương pháp cổ điển cĩ nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như cơng tác an tồn lao động, vệ sinh, nhưng nĩ lại cĩ ưu điểm rất lớn là đơn giản. Cho nên, hiện nay nĩ vẫn là phương pháp được dùng rộng rãi trong các nhà máy nước đá, hoặc các phân xưởng làm đá riêng phục vụ cho các nhà máy chế biến thực phẩm và sinh hoạt. Kết cấu cây đá hiện nay cĩ các cỡ khối lượng thơng dụng như sau: Loại 3,5 Kg. Loại 12,5 Kg. Loại 25 Kg. Loại 50 Kg. Tùy theo nhu cầu mà mỗi ngành sử dụng các loại cây đá cĩ khối lượng khác nhau. Ví dụ, đối với ngành thực phẩm, người ta sử dụng các loại đá cĩ khối lượng nhỏ để ướp trực tiếp sản phẩm. Các loại đá này phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, dùng đá trong suốt, khi sản xuất và bảo quản phải đảm bảo vệ sinh. Nước được dùng sản xuất phải là nước uống được, tinh khiết đã qua các quá trình xử lý. Ngồi ra trong ngành đơng lạnh thực phẩm, người ta vẫn cĩ thể dùng các loại đá cĩ khối lượng lớn (50Kg). Khi cần dùng ướp thực phẩm, cây đá phải qua một cơng nghệ nghiền bằng máy. Chọn chất tải lạnh Trong kỹ thuật lạnh, muốn thực hiện vận tải lạnh từ nơi phát sinh đến nới tiêu thụ, phải sử dụng những chất tải lạnh. Chất tải lạnh cĩ thể ở 3 trạng thái: Trạng thái hơi (khí). Trạng thái lỏng (thường ở dạng dung dịch). Trạng thái rắn. Yêu cầu của chất tải lạnh Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau: Nhiệt độ đơng đặc phải thấp. Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao. Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ. Khơng ăn mịn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị. Khơng độc hại và khơng nguy hiểm. Dễ kiểm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành. Phân tích tính chất của chất tải lạnh Sau đây ta sẽ phân tích tính chất cùng ưu nhượt điểm của từng loại chất tải lạnh và đề ra phương án lựu chọn chất tải lạnh cho bể đá khối của ta. Chất tải lạnh ở thể khí Đối với chất tải lạnh ở thể khí thì khơng khí là chất tải lạnh được dùng phổ biến nhất vì nĩ cĩ các ưu điểm sau: Rẻ tiền, đâu cũng cĩ nhiều. Dễ vận chuyển vào nơi cần làm lạnh. Trong các hệ thống thơng giĩ phục vụ cho sinh hoạt, nhà ở …thì khơng khí là mơi trường tải lạnh tốt nhất, do khơng khí khơng độc và dễ điều chỉnh tốc độ, lưu lượng. Nhưng khơng khí cĩ những nhượt điểm sau: Hệ số cấp nhiệt a quá nhỏ 6 ¸ 8 Kcal/m2.h.oC. Nếu tăng tốc độ vận chuyển của khơng khí thì hệ số a tăng nhưng khơng đáng kể. Khĩ làm sạch, khĩ tách vi sinh vật. Các mơi trường tải lạnh khác như: N2, CO2 cũng cĩ các nhược điểm giống khơng khí và các nhược điểm riêng khác. Sử dụng chất tải lạnh này thì đắc tiền và phải dùng trong hệ thống kín. Chất tải lạnh ở thể lỏng Thường dùng nhất là nước muối. Nước muối cĩ những ưu điểm sau: Cĩ hệ số truyền nhiệt lớn: a = 200 ¸ 400 Kcal/m2.h.oC. Trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì a = 40.000 Kcal/m2.h.oC. Dùng mơi trường lỏng thì tránh được hao hụt khối lượng, tránh được hiện tượng oxy hĩa sản phẩm. Dùng nước muối cĩ thể đạt được nhiệt độ khá thấp bằng cách trộn loại muối ăn với nhau, cho nên dùng dung dịch nước muối làm chất tải lạnh ta khơng sợ hiện tượng chất tải lạnh bị đơng đặc vì nhiệt độ đĩng băng của các dung dịch muối khá thấp. Các loại muối hịa tan trong hỗn hợp với nước đá sẽ thu nhiệt và làm lạnh hỗn hợp đến nhiệt độ tương đối thấp. Ví dụ, hỗn hợp nước đá với nước muối NaCl cĩ thể làm lạnh đến nhiệt độ -21,2oC và với muối CaCl2 thì cĩ thể đến -55oC. Bên cạnh những ưu điểm, dung dịch muối cĩ những nhược điểm sau: Nước muối thấm vào sản phẩm cần làm lạnh, thấm vào dụng cụ thiết bị làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và làm cho thiết bị chĩng rỉ, chĩng mục. Một số sản phẩm khơng cho phép thấm ướt nên khơng thể dùng mơi trường lỏng để làm lạnh. Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khĩ làm sạch, mặt khác dung dịch NaCl tạo thành bọt trào ra ngồi gấy tiêu tốn muối, bẩn, nguy hiểm, hạn chế sự tiếp xúc giữa sản phẩm và mơi trường. Các biện pháp nhằm khắc phục: Trong các loại dung dịch muối thì dung dịch CaCl2 nguyên chất cĩ tính ăn mịn kim loại ít nhất. Trong thực tế khơng cĩ CaCl2 tinh khiết nên ta cĩ thể hạn chế sự ăn mịn bằng cách thêm chất chống ăn mịn. Cụ thể như với 1 m3 dung dịch CaCl2 thì dùng 1,6 Kg Na2Cr2O7 ( có thêm 27 Kg NaOH cho 1 Kg Na2Cr2O7 để chuyển bicromat thành cromat trung tính Na2CrO4). Trước khi thêm chất chống ăn mòn ta phải trung hòa dung dịch đến PH = 7. Mỗi năm một lần phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 và kiềm ban đầu. Đối với dung dịch NaCl thì cũng dùng chất chống ăn mòn như trên. Cụ thể là với 1m3 dung dịch pha 3,2 Kg Na2Cr2O7( có thêm 27 Kg NaOH cho 1Kg Na2Cr2O7).Và trước đó cũng phải trung hòa dung dịch đến PH = 7 mỗi năm cũng phải có một lần cho thêm lượng ban đầu Na2Cr2O7 và NaOH. Chất tải lạnh rắn Thường dùng là đá ướt, đá ,khô. Đá ướt gồm đá thiên nhiên và đá nhân tạo. Đá khô là tuyết cacbonic. Đá khô được sản xuất từ nhiều nguyên liệu rẻ tiền khác nhau như: khói lò hơi, khí mỏ than, khí CO2 trong công nghiệp lên men rượu, bia, thủy phân gỗ, công nghệ tổng hợp NH3, công nghệ chế biến dầu mỏ… Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng ( sự thăng hoa ) nên được ứng dụng thích hợp cho bảo quản nhiều lọai sản phẩm, làm lạnh đông thực phẩm. Nhược điểm cơ bản của đá khô là việc sản xuất nó phức tạp và đắt tiền hơn đá ướt rất nhiều. Chọn chất tải lạnh Qua việc phân tích ở trên ta nhận thất: Chất tải lạnh thể khí có hệ số cấp nhiệt a quá bé, không thể đáp ứng cho việc sản xuất đá. Đối với chất tải lạnh rắn nếu dùng ta chỉ có thể dùng được tuyết cacbonic để làm chất tải lạnh (vì các loại chất tải lạnh rắn còn lại đều là đá ). Tuy nhiên tuyết cacbonic sản xuất phức tạp, đắt tiền nên ta cũng không dùng. Chất tải lạnh lỏng có ưu điểm cơ bản là có hệ số cấp nhiệt a khá lớn, có thể đáp ứng tốt cho yêu cầu sản xuất đá. Mặt khác hiện nay người ta cũng đã tìm ra những biện pháp để khắc phục các nhược điểm của chất tải lạnh lỏng như ăn mòn thiết bị, khó làm sạch…. Cho nên, việc chọn chất tải lạnh lỏng là hợp lý hơn cả. Trong công nghiệp sản xuất đá cây, người ta thường dùng các loại dung dịch muối sau đây: Dung dịch NaCl Dung dịch MgCl2 Dung dịch CaCl2 Hỗn hợp các loại dung dịch trên Các dung dịch này có đặc tính lý tưởng của chất tải lạnh lỏng, không độc hại và dễ tìm. Bảng: nhiệt độ đơng đặc của một số dung dịch muối Số Thứ Tự Muối hòa tan Nồng độ % Khối lượng Nhiệt độ Đông đặc 1 2 3 4 NaCl CaCl2 MgCl2 MgSO4 23,1 29,9 20 19 -21,2 -55 -35 -9,9 Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt độ để đơng đá là 5oC, và cao hơn nhiệt độ đĩng băng của dung dịch khoảng 10oC. Nhiệt độ để đơng đá là -5oC, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt là -10oC, và nhiệt độ đơng đặc của dung dịch là -20oC. Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% cĩ nhiệt độ đơng đặc là 21,2oC, sẽ thõa điều kiện trên. Ngồi ra do NaCl rẻ tiền và cĩ nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCl làm chất tải lạnh là hợp lý. Chọn tác nhân lạnh Những chu trình nhiệt động của máy lạnh, chủ yếu dựa trên cơ sở biến đổi pha của các đơn chất hoặc hỗn hợp gọi là tác nhân lạnh. Yêu cầu đối với tác nhân lạnh Các yêu cầu đối với tác nhân lạnh được chia ra làm 4 nhóm: Các yêu cầu về nhiệt động: Năng suất lạnh thể tích qv của tác nhân lạnh phải lớn, vì như thế sẽ làm giảm một cách đáng kể các kích thước và trọng lượng của máy nén do thể tích tác nhân lạnh làm việc trong chu trình nhỏ. Nhưng yêu cầu đó không phải là bắt buộc khi chọn tác nhân lạnh, vì khi qv tăng thì cũng tăng hiệu số áp suất trong máy lạnh. Đó là điều không mong muốn. Aùp suất của tác nhân lạnh ở cuối quá trình nén không được quá lớn, vì rằng áp suất cao sẽ làm phức tạp và nặng nề thiết bị, đồng thời không an toàn. Aùp suất sôi của tác nhân lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển để thiết bị không phải làm việc ở chân không, vì không khí dễ thâm nhập vào hệ thống chân không ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của thiết bị. Hệ số nénkhông nên quá lớn để giảm công tiêu hao và kích thước của máy nén, đồng thời tăng hiệu suất của máy nén. Nhiệt ẩn hóa hơi cần phải lớn để giảm số lượng tác nhân cần luân chuyển trong thiết bị. Nhiệt độ đông đặc của tác nhân lạnh phải thấp để có thể đạt tới nhiệt độ làm lạnh thấp và nhiệt độ tới hạn phải cao để cho hệ số lạnh lớn. Trọng lượng riêng và độ nhớt phải nhỏ để giảm tổn thất thủy lực trong đường ống. Ngoài ra khi độ nhớt giảm sẽ tăng hệ số trả nhiệt và truyền nhiệt, từ đó sẽ giảm tiêu hao kim loại cho các thiết bị trao đổi nhiệt. Yêu cầu về hóa lý: Mong muốn tác nhân lạnh dễ dàng tan trong nước để tránh hiện tượng đóng băng cản trở sự làm việc của hệ thống. Ngoài ra nước ở trạng thái tự do có khả năng ăn mòn kim lọai. Tính chất quan trọng của tác nhân lạnh là sự hòa tan của chúng trong dầu. Nếu tác nhân lạnh không tan trong dầu, thì chúng dễ tách ra khỏi dầu khi chúng sôi ở t0 = Const không phụ thuộc vào lượng dầu trong hệ thống. Và trên các bề mặt truyền nhiệt sẽ tạo một lớp dầu mỏng, cản trở sự truyền nhiệt. Đó là nhược điểm của các loại tác nhân lạnh nói trên. Nếu tác nhân lạnh tan trong dầu thì lớp dầu bám trên bề mặt truyền nhiệt hầu như không còn nữa, điều đó sẽ làm tốt hơn sự truyền nhiệt. Nhưng như thế thì rất khó tách dầu ra khỏi thiết bị bốc hơi và sẽ làm tăng nhiệt độ sôi, sự làm việc của máy lạnh sẽ xấu đi rất nhiều. Tác nhân lạnh không được ăn mòn kim lọai và các vật liệu khác của thiết bị. Chúng không được dễ cháy và dễ nỗ. Tác nhân lạnh phải có mùi, màu sắc hoặc vài tính chất khác để dễ phát hiện khi bị rò rỉ. Các yêu cầu về lý sinh: Các tác nhân lạnh không được độc hại, gây khó thở hoặc làm mờ mắt. Yêu cầu về kinh tế: Các tác nhân phải rẻ tiền, không khan hiếm, dễ điều chế và có thể bảo quản được lâu dài. Đặc tính một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay Amoniac (NH3) Khí không màu, có mùi hôi khó thở, độc hại đối với cơ thể con người. Hàm lượng cho phép của NH3 trong không khí là 0,02 mg/l. Ơû hàm lượng lớn hơn sẽ gây khó chịu cho mắt và mũi. Ở kéo dài 60 phút trong vùng có nồng độ NH3 0,5 ¸ 1% có thể gây tử vong. Hỗn hợp 16 ¸ 25% thể tích NH3 với không khí có thể gây nổ. Hơi NH3 nhẹ hơn không khí. NH3 không ăn mòn kim loại đen, nhôm, nhưng có nước thì ăn mòn các kim loại màu như kẽm, đồng và hợp kim của Đồng. Dễ hòa tan trong nước, cho phép chứa 0,2% nước. Ít tan trong dầu. Theo các tính chất nhiệt động thì NH3 là một trong các tác nhân lạnh tốt nhất. Aùp suất trong bình ngưng ở điều kiện bình thường không vượt quá 15 at. Năng suất lạnh thể tích qv tương đối lớn. NH3 sử dụng trong các máy lạnh pittông ở tk = -600C. NH3 còn có thể sử dụng trong các máy nén tuabin và roto, đồng thời còn sử dụng trong các máy lạnh hấp thụ cùng với nước tạo thành dung dịch NH3 thường dùng trong các hệ thống máy nước đá có công suất lớn. Freon 12 (CCl2F2 ) (R12): Khí không màu, có mùi nhẹ đặt biệt không thể thấy được ở nồng độ nhỏ hơn 20%, nặng hơn không khí 4,18 lần, là một trong những tác nhân lạnh an toàn nhất. Không khí có chứa R12 lớn hơn 30% thể tích thì thấy khó thở vì thiếu ôxy. Hoàn toàn không nổ, nhưng ở t > 4000 thì rất dễ cháy khi gặp lửa tạo thành các hổn hợp độc hại, cho nên nghiêm cấm hút thuốc hoặc làm việc có lửa ở gần thiết bị freon. R12 hòa tan vô cùng trong dầu và có độ hòa tan tăng khi áp suất tăng và nhiệt độ giảm .Không hòa tan trong nước, lượng ẩm chứa trong R12 công nghiệp không được quá 0,0025% trọng lượng, còn R12 trong các tủ lạnh gia đình thì không quá 0,0006%. R12 không chứa nước không ăn mòn kim lọai. Nó là chất tan rất tốt tất cả các chất hữa cơ. Cho nên cao su bình thường không thể sử dụng để làm các chi tiết có tiếp xúc với R12 mà phải dung các loại cao su đặt biệt chịu được xăng dầu. R12 có thể thẩm thấu qua các khe hở rất nhỏ, thậm chí là các lổ mọt gang thông thường. Cho nên trong các máy nén freon chỉ có thể sử dụng gang đúc có hạt mịn. Năng suất lạnh thể tính của R12<NH3 khi có cùng năng suất lạnh. R12 có thể sử dụng trong các máy nén Pittông với bất kỳ năng suất lạnh nào ở tk <= 600 C, đồng thời cũng sử dụng trong máy nén tuabin và roto. Freon 22 (CHClF2) (R22): Tác nhân lạnh này độc hại hơn R12, nhưng không nổ, hòa tan vô tận trong dầu chỉ ở nhiệt độ cao (trong bình ngưng), còn ở nhiệt độ thấp thì ít hơn. Cho nên khi sôi phần trên của bình bể hơi bị bám một lớp dầu dày. R22 dễ dàng thẫm thấu qua các khe hở, không ăn mòn kim loại, ít hòa tan trong nước, cho phép chứa nước không quá 0,0025%. Hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ của R22 lớn hơn R12 25 ¸ 30%, còn qv thì lớn hơn 60%. R22 được sử dụng tương đối rộng rãi. Chọn tác nhân lạnh: Qua việc phân tích các yêu cầu và đặc tính của một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay, ta nhận thấy tác nhân NH3 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá như: Có năng suất lạnh riêng lớn So với Freon thì NH3 có năng suất lạnh riêng lớn hơn, hệ số truyền nhiệt lớn hơn. Tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ Dễ phát hiện sự rò rỉ của tác nhân ra ngòai do nó có mùi đặc trưng Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của NH3 rất thấp Tđđ = - 77,7 0C Tbh = - 33,35 0C Với khoảng nhiệt độ này thì NH3 không thể đông đặc trên đường ống gây tắt nghẽn và nở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá . Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH3. Quy trình sản xuất nước đá Quy trình công nghệ Sơ đồ Quy trình công nghệ sản xuất nước đá được mô tả như sau: Cặën bã Muối Hoà tan trong bể Nước lấy từ giếng Xử lý nước nước Cấp nước vào bể chứa Rót nước vào khuôn Cho vào bể đá Đóng băng Lấy đá thủ công Thuyết minh 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 lượng thích hợp để tạo ra nồng độ muối theo ý muốn, một phần cho 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. Sơ đồ bố trí thiết bị (sơ đồ nguyên lý) Thuyết minh Hệ thống lạnh hoạt động được nhờ có môi chất ở phía trong (môi chất NH3). Qua giàn lạnh xương cá, môi chất bay hơi. Do tổn thất nhiệt trên đường ống, hơi môi chất được quá nhiệt. Trước khi vào máy nén hơi quá nhiệt đi qua bình tách lỏng, nhằm đảm bảo máy nén hút hơi quá nhiệt khô. Máy nén hút hơi quá nhiệt, nén từ áp suất bốc hơi Po lên áp suất ngưng tụ Pk. Sau đó, hơi môi chất lạnh đi qua bình tách dầu, nhằm tách các giọt dầu trộn lẫn trong dòng môi chất (không hòa lẫn với dầu), dầu chảy vào bình chứa dầu. Trên bình chứa dầu có gắn lưu lượng kế mức lỏng, để điều khiển van điện từ mở, cấp dầu cho máy nén. Hơi môi chất tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ, tại đây, hơi môi chấât tỏa nhiệt, ngưng tụ thành lỏng môi chất lạnh. Lỏng môi chất lạnh chảy vào bình chứa cao áp. Trên bình chứa cao áp, có thiết bị tách khí không ngưng. Với thiết bị này, khí không ngưng (chủ yếu là không khí), được tách ra khỏi dòng lỏng môi chất lạnh. Lỏng môi chất lạnh tiếp tục cuộc hành trình đi qua phin sấy. Nhờ mắt gas gắn trên đường lỏng, ta dễ dàng quan sát được dòng lỏng môi chất lạnh này. Tiếp tục, lỏng môi chất qua van tiết lưu nhiệt ngoài (lấy tín hiệu hơi quá nhiệt để điều chỉnh độ mở của van), áp suất giảm từ áp suất ngưng tụ Pk xuống áp suất bốc hơi Po. Lỏng môi chất lạnh đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của dung dịch nước muối, bay hơi thành hơi môi chất lạnh. CHƯƠNG III TÍNH CHU TRÌNH LẠNH Chọn các thơng số kỹ thuật Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là kiểu xối tưới cĩ trích lỏng giữa dịng. Nhiệt độ của nước vào giàn xối tưới tw1 = 33oC. Theo những điều kiện cơng nghệ ở chương II, nhiệt độ đĩng băng của nước tđđ =-5oC Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC. Nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là Dt = 5oC. Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới Nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất lạnh Trong đĩ chọn Dtk = 5oC. Nhiệt độ quá lạnh mơi chất lạnh Trong đĩ độ quá lạnh được chọn Dtql = 3oC. Nhiệt độ quá nhiệt mơi chất lạnh Trong đĩ độ quá nhiệt được chọn Dtqn = 5oC. Tính chu trình lạnh Tính tốn chu trình lạnh Thơng số Bảng các thơng số cần cho tính tốn chu trình lạnh Điểm nút toC pMpa hKJ/Kg um3/Kg 1' -15 0.2425 1739.29 0.5 1 -10 0.2425 1757.14 2 38 1.7143 2057.14 2' 41 1.7143 1775 3' 41 1.7143 678.571 3 38 1.7143 664.286 4 -15 0.2425 664.286 Chu trình lạnh của hệ thống Năng suất lạnh riêng Năng suất lạnh riêng thể tích Cơng nén riêng Năng suất nhiệt riêng Chọn cấp máy nén Ta cĩ tỷ số nén Chọn chu trình lạnh một cấp nén. CHƯƠNG IV TÍNH CHI PHÍ LẠNH Tính cách nhiệt, cách ẩm Tính cho tường bể đá Tính bề dày lớp cách nhiệt Hình 1: Cấu tạo tường bể đá Lớp Vật liệu bề dày dm hệ số dẫn nhiệt lW/m.K hệ số khếch tán ẩm mg/mhMpa 1 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90 2 Lớp gạch ống và sắt 0.38 0.82 105 3 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90 4 Lớp cách ẩm - giấy dầu 0.004 0.18 1.35 5 Lớp cách nhiệt - styropore dcn 0.047 7.5 6 Lớp cách nhiệt, cách ẩm - bitum 0.1 0.18 0.86 7 Lớp thép tấm 0.006 39 0 Hệ số dẫn nhiệt của tường Chọn K1= 0,3 W/m2.độ Bề dày lớp cách nhiệt Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngồi bể a1 = 19,18 W/m2.độ. Hệ số cấp nhiệt phía trong bể a2 = 813,94 W/m2.độ. Chọn dcn = 0,15 m. Kiểm tra động sương Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K1 = 0,231 W/m2.độ. Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế Với Nhiệt độ khơng khí bên ngồi bể t1 = 35oC. Nhiệt độ trong bể t2 = -10oC. Nhiệt độ động sương (tra ở 35oC) ts = 34oC. Theo trên ta thấy K1 < ks Þ bề mặt bể khơng đọng sương. Theo kết cấu của bể, bề mặt trong bể là tấm thép, nên kết cấu của tường được cách ẩm hồn tồn. Tính cho nền của bể đá Hình 2: cấu tạo nền bể đá Lớp Vật liệu bề dày dm hệ số dẫn nhiệt lW/m.K hệ số khếch tán ẩm mg/mhMpa 1 Lớp thép 0.006 39 0 2 Lớp cách ẩm cách nhiệt - bitum 0.1 0.18 0.86 3 Lớp chiệu lực - bêtong 0.2 1.1 30 4 Lớp cách nhiệt, cách ẩm bitum 0.1 0.18 0.86 5 Lớp cách nhiệt styropore dcn 0.047 7.5 6 Lớp cách ẩm - giấy dầu 0.004 0.18 1.35 7 Lớp chiệu lực -betong nền 0.2 1.1 30 8 Đất nện đá dăm 0.1 0.46 30 Hệ số dẫn nhiệt của nền Chọn K2 = 0.26 W/m2.độ Hệ số cấp nhiệt phía trong của bể a2 = 813,94 W/m2.độ. Bề dày lớp cách n Chọn dcn = 0,2 m Hệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính tốn ở trên K2 = 0,167 W/m2.độ So sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọn Vậy điều kiện được thỏa mãn. Vì mặt ngồi của của đáy bể đá là nên đất, khơng tiếp xúc với khơng khí nên ở đây ta khơng cần kiểm tra hiện tượng động sương. Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lĩt bằng thép, xem như cách ẩm hồn tồn. Tính tốn chi phí lạnh cho bể đá Kết cấu của bể đá Năng suất thiết kế bể đá 1000cay/ngày, đêm. Khối lượng một cây đá 50 Kg. Thời gian đơng đá Trong đĩ: Nhiệt độ trung bình của nước đá Chiều rộng khuơn đá bo = 0,19 m (chọn mặt trên của khuơn). Đối với bể đá, hệ số A = 4540 Hệ số B = 0,026 Tuy thời gian đơng đá chỉ là 18,632 giở, nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời gian cho một mẻ là 24 giờ (1 ngày, đêm), thời gian chọn dư ra khơng làm tiêu tốn nhiều chi phí lạnh. Để đảm bảo luơn đủ đá cung cấp cho khách hàng, ta chọn số khuơn đá nhiều hơn 20% số khuơn tính tốn được. Số khuơn đá trong một mẻ Số khuơn đá trên một hàng Nhàng = 30 khuơn. Khoảng cách giữa 2 khuơn đá dkhuơn = 40 mm. Khoảng cách khuơn đá ngồi cùng với tường dkhuơn,tường =25 mm. Số hàng trong bể nhàng=40 hàng. Khoảng cách giữa 2 hàng dhàng = 25 mm. Bề rộng ngăn đặt giàn bay hơi Lo = 1060 mm. Chieu rong doan ho cuoi be 600 mm Chieu rong doan ho dau be 500 mm Bề rộng của bể L1 = Lo + 2 x dkhuơn,hàng + (Nhàng -1) x dkhuơn + Nhàng x bo = 7970 mm. Chiều dài của bể L2 = 600 + (nhàng – 1) x 25 + nhàng x chiều dài khuơn + 500 = 17275 mm. Chiều cao của bể L3 = 1250 mm . Hình 3: kết cấu bể đá Hình 4: kết cấu trong bể đá Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Chọn 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 Nhiệt độ của mơi trường quanh bể tf = 35oC Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC Diện tích xung quanh bể F1 = 2.(L1+L2).L3 = 631,125 m2 Diện tích nền F2 = L1.L2 = 137,68175 m2 Diện tích nắp F3 = (L1+40).(L2+40) = 138,69315m2 Nhiệt làm đơng đá Trong đĩ: Năng suất thiết kế G = 50 Tấn/ngày,đêm Nhiệt dung riêng của nước Cpn = 4,18 KJ/Kg.độ Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuơn tn = 31oC Nhiệt đơng đặc của nước L = 333,564 KJ/Kg Nhiệt dung riêng của nước đá Cpnđ = 2,09 KJ/Kg.độ Nhiệt độ cuối quá trình đơng đá t2 = -5oC Nhiệt làm lạnh khuơn đá Trong đĩ Số khuơn đá trong một mẻ nkđ = 1200 khuơn Khối lượng của một khuơn đá gk = 7,2 Kg Nhiệt dung riêng của thép (vật liệu làm khuơn) Ck = 0,418 KJ/Kg.độ Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuơn tf = 31oC Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy Trong đĩ Cơng suất động cơ của cánh khuấy Ni = 15 KW Hiệu suất hoạt động hữu ích của cánh khuấy hi = 0,85 Hệ số làm việc của cánh khuấy yi = 0,95 Chỉ số i chỉ số cánh khuấy được dùng i = 1 Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuơn Trong đĩ Diện tích xung quanh của cây đá f = 1,25 m2 Bề dày lớp đá tan để cĩ thể tách đá ra khỏi khuơn d = 0,001 m Khối lượng riêng của nước đá rnđ = 900 Kg/m3 Chi phí lạnh (năng suất lạnh) CHƯƠNG V CHỌN MÁY NÉN Chọn máy nén Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén Năng suất lạnh của máy nén cần lắp đặt Trong đĩ Hệ số cĩ kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh k = 1,11 Bảng 5.7 [2] Hệ số thời gian làm việc b = 0,91 Bảng 5.8 [2] Năng suất lạnh riêng qo = 1092,857 KJ/Kg Lượng mơi chất chạy qua máy nén Năng suất thể tích thực tế của máy nén Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén Hệ số cấp Cơng thức 1 – 9 và 7 – 12 [3] Trong cơng thức trên cĩ Cơng thức 7.13 [3] Với DPk = DPo = 0,008 Mpa m = 1 (đối với máy nén NH3 [2]) tỷ số thể tích chết c = 0,04 Áp suất bốc hơi Po = 0,2425 MPa Áp suất ngưng tụ Pk = 1,7143 MPa Và Cơng thức 7 – 14 [3] Vậy l = 0,593 Năng suất lý thuyết của máy nén Chọn máy nén Theo bảng 7 – 6 [3] chọn máy nén ký hiệu p 110 Ký hiệu Số xilanh Đường kính pitong mm Vịng quay Vịng/s Vlt 10-2 m3/s Dài mm Rộng mm Cao mm Khối lượng Kg p 110 4 115 24 8,35 950 900 800 770 Năng suất lý thuyết của 1 máy nén Vlt = 0,0835 m3/s Số máy nén cần dùng cho hệ thống lạnh Chọn ZMN = 3 máy Chọn động cơ cho máy nén Chọn động cơ Cơng nén đoạn nhiệt của máy nén Cơng thức 7 – 19 [3] Với Cơng nén riêng của máy nén l = 300 KJ/Kg Cơng nén chỉ thị Cơng thức 7 – 20 [3] Trong đĩ Hiệu suất chỉ thị (hiệu suất cĩ kể đến tổn thất trong) Cơng thức 7 – 21 [3] Với b = 0,001 Cơng tiêu tốn do ma sát Chọn Pms = 0,059 Mpa Cơng nén hiệu dụng Cơng thức 7 – 22 [3] Cơng suất tiếp điện Cơng thức 7 – 24 [3] Trong đĩ chọn Hiệu suất truyền động của khớp đai htđ = 0,95 Hiệu suất của động cơ hel = 0,85 Vậy cơng suất tiếp điện cho mỗi động cơ Chọn tổ hợp động cơ AOp2 – 91 – 4 theo bảng 7 – 10 [3] Ký hiệu động cơ AOp2 – 91 – 4 Cơng suất , KW 75 Vịng quay, vịng/s 24,7 Dài , mm 2275 Rộng, mm 1215 Cao, mm 1370 Chiều dài lắp đặt, mm 2910 Đường kính ống hút, mm 100 Đường kính ống đẩy, mm 65 Cơng suất dự trữ cho tổ hợp máy nén 75 – 46,71 = 28,29 KW Hệ số dự trữ Tính hiệu suất của máy nén Hiệu suất chỉ thị (hiệu suất cĩ kể đến tổn thất trong) hi = 0,807 Hiệu suất cĩ kể đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy Hiệu suất cĩ kể đến tổn thất do truyền động htđ = 0,95 Hiệu suất động cơ điện hel = 0,85 Hiệu suất của máy nén Cơng thức 7 – 18 [3] CHƯƠNG VI TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH Tính chọn thiết bị ngưng tụ (kiểu xối tưới) Mật độ dịng nhiệt phía ngồi Đồ thị 15: đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của các dịng khi qua thiết bị ngưng tụ Nhiệt độ nước vào tw1 = 33oC Nhiệt độ nước ra tw2 = 36oC Nhiệt độ ngưng tụ tk = 41oC Hiệu nhiệt độ trung bình Nhiệt độ trung bình của nước twtb = 34,5oC Các thơng số của nước ở nhiệt độ trung bình Khối lượng riêng r = 994 Kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt l = 0,626 W/m.độ Độ nhớt động học n = 7,35 x 10-6 m2/s Nhiệt dung riêng Cpn = 4,19 KJ/Kg.độ Độ nhớt động lực học m = 7,306 x 10-4 Pa.s Chuẩn số Pr = 4,865 Lấy tiêu hao nước cho 1 m ống ml = 0,2 Kg/s.m Chiều dày màng nước chảy trên ống Bài 6.3 [6] Kích thướt hình học Bài 6.3 [6] Tốc độ trung bình của màng nước trên ống Bài 6.3 [6] Chuẩn số Chọn tỷ số giữa số bước ống và đường kính ống 1,7 ¸ 2, ta cĩ Chuẩn số Bài 6.3 [6] Hệ số tỏa nhiệt phía nước Mật độ dịng nhiệt về phía nước Trong đĩ Đường kính trong của ống dt = 50 mm Đường kính ngồi của ống dn = 57 mm Hệ số truyền nhiệt nhiệt của vật liệu làm ống (thép) l = 45,3 W/m.K Nhiệt trở của lớp dầu, vách, bẩn, cặn Ta cĩ phương trình mật độ dịng nhiệt phía ngồi ống Mật độ dịng nhiệt phía mơi chất lạnh Hệ số tỏa nhiệt phía mơi chất lạnh Bài 6.3 [6] Trong đĩ Mật độ dịng nhiệt phía mơi chất lạnh Ta cĩ phương trình mật độ dịng nhiệt phía mơi chất lạnh Giải phương trình (1) và (2) bằng phương pháp đồ thị tv (oC) 35 36 37 38 39 40 41 qn(W/m2) 289.1463 1044.237 1799.327 2554.417 3309.50743 4064.597717 4819.688001 qt(W/m2) 19754.99 16971.44 14092.65 11089.67 7911.06185 4440.959306 0 Đồ thị 2: Đồ thị biều diễn sự biến thiên mật độ dịng nhiệt Theo đồ thị tại tv = 40,085oC, ta cĩ Mật độ dịng nhiệt phía nước qn = 4128,78 W/m2 Mật độ dịng nhiệt phía mơi chất lạnh qt = 4124,208 W/m2 Diện tích bề mặt truyền nhiệt Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Trong đĩ Năng suất nhiệt riêng qk = 1392,857 KJ/Kg Lưu lượng khối lượng thực tế của mơi chất lạnh mtt = 0,282 Kg/s Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt phía trong ống Tổng diện tích bể mặt truyền nhiệt phía ngồi ống Lượng nhiệt tổn thất ra mơi trường khơng khí Bài 6.3 [6] Trong đĩ Entanpi của mơi trường khơng khí xung quanh h1 = 75,24 KJ/Kgkkk (tra giản đồ khơng khí ẩm ở 35oC, độ ẩm khơng khí 50%) Entanpi của khơng khí bão hịa htb = 133,76 KJ/Kgkkk (tra giản đồ khơng khí ẩm ở nhiệt độ trung bình của nước) Hệ số lưu lượng Với Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía khơng khí akk = 20 W/m2.K Nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí Cpk = 1020 W/m2.K Hệ số kể đến sự tăng bề bay hơi do tạo thành các tia và giọt b = 2 Khối lượng nước bay hơi Bài 6.3 [6] Trong đĩ Độ ẩm của khơng khí bão hồ xtb = 0,036 Kg/Kg (Tra ở nhiệt độ trung bình của nước) Độ ẩm của khơng khí x1 = 0,014 Kg/Kg (Tra ở nhiệt độ khơng khí xung quanh) Nhiệt tiêu tốn cho quá trình bay hơi lượng nước Mb Tiêu hoa nước tưới trong thiết bị ngưng tụ Trong đĩ Nhiệt dung riêng của nước Cp = 4,18 KJ/Kg Nhiệt độ nước ra t2 = 36oC Nhiệt độ nước vào t1 = 33oC Lượng nhiệt mà nước nhận được khi chảy qua giàn xối tưới Tỷ số giữa lượng nước bổ sung và lượng nước tiêu tốn Lượng nước bổ sung Mbs = 7,49 Kg/s Lượng nước thải Các kích thướt cơ bản của thiết bị Số cụm ống n = 8 cụm Tổng chiều dài của tất cả các cụm Tổng chiều dài của ống trong một cụm Chiều dài của mỗi ống thẳng l = 2,5 m Tổng số ống trong một cụm Chọn Nống = 31 ống Bước ống ở các đơn nguyên s = 1,7 x dn = 0,969 m Tính chọn thiết bị bốc hơi (kiểu xương cá) Dịng nhiệt phía ngồi giàn lạnh Đồ thị 3: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của các dịng Khi qua thiết bị bốc hơi Nhiệt độ nước muối vào tm1 = -9oC Nhiệt độ nước muối ra tm2 = -11oC Nhiệt độ bốc hơi to = -15oC Hiệu nhiệt độ trung bình Đường kính ngồi của ống dng = 45 mm Đường kính trong của ống dt = 40,5 mm Gĩc nghiêng của ống j = 20o Bước ống ngang S1 = 0,1 m Bước ống dọc S2 = 0,2 m Các thơng số của nước muối NaCl 23,1% ở nhiệt độ trung bình -10oC Khối lượng riêng r = 1175 Kg/m3 Độ nhớt động lực học m = 4,71 x 10-3 Pa.s Độ nhớt động học n = 4,008 x 10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt l = 0,539 W/m.độ Nhiệt dung riêng Cm = 3,01 KJ/Kg.độ Chuẩn số Vận tốc của dịng nước muối chạy qua thiết bị bốc hơi V = 0,6 m/s [3] (trong khoảng 0,4 – 0,7 m/s) Chuẩn số Þ chế độ chảy quá độ Chuẩn số Theo tài liệu [4] Trong đĩ ez = 1 là hệ số xét đến ảnh hưởng của thứ tự ống Hệ số cấp nhiệt phía chất tải lạnh Mật độ dịng nhiệt phía chất tải lạnh Cơng thức 8.3 [5] Trong đĩ: tổng nhiệt trở của vách và các lớp dầu, bẩn, cặn Với: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (thép) l = 45,3 W/m.K Phương trình dịng nhiệt phía nước muối Mật độ dịng nhiệt về phía mơi chất lạnh Mật độ dịng nhiệt tính theo diện tích bề mặt trong Cơng thức 8.11 [5] Trong đĩ: Phương trình mật độ dịng nhiệt về phía mơi chất lạnh Cơng thức 8.11 [5] Giải hệ phương trình (1), (2) bằng phương pháp đồ thị tv oC -12 -13 -14 qn W/m2 412.2254 1055.366 1698.507 qt W/m2 4469.965 2273.84 716.0494 Dựa vào đồ thị, ta thấy 2 đường biểu diễn mật độ dịng nhiệt phía trong và phía ngồi giao nhau tại tv = -13,51oC. Ứng với nhiệt độ này: Mật độ dịng nhiệt phía ngồi qn = 1383,368 W/m2 Mật độ dịng nhiệt phía trong qt = 1392,017 W/m2 Đồ thị 4: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên mật độ dịng nhiệt phía trong và phía ngồi giàn lạnh Diện tích bề mặt truyền nhiệt Năng suất lạnh Qo = 308,05 KW Diện tích bề mặt truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt Tổng chiều dài của ống Chọn chiều dài của một ống l = 2,05 m Số ống trong thiết bị Chọn N = 771 ống Số ống trong 1 lớp n = 3 Tổng số lớp trong thiết bị Số lớp trong 1 tép nlớp1 = 32 lớp Số tép trong thiết bị tép Chọn Ntép = 8 tép Khoảng cách giữa 2 tép 0,1 m Chiều dài của thiết bị L = 2.d + (nlớp1 – 1 ).s2 = 6,6 m Với khoảng cách giữa 2 đầu d = 0,2 m Bề rộng của thiết bị L1 = 0,1 x 8 = 0,8 m Dàn lạnh xương cá CHƯƠNG VII TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ Đường ống Yêu cầu với việc tính tốn và lựa chọn đường ống là đủ độ bền cần thiết và tiết diện của ống phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Chọn vật liệu của đường ống trong hệ thống là thép. Việc kiểm tra bền là khơng cần thiết. Thường ống cĩ thể chịu được áp lực đến 3MPa. Ta cần chọn đường kính của: Ống hút của máy nén hơi. Ống đẩy của máy nén hơi. Đường dẫn lỏng của máy lạnh. Ta cĩ thể tính tốn đường kính trong của ống dẫn theo biểu thức Cơng thức 10 – 1 [3] Khối lượng riêng của mơi chất lạnh. Kg/m3 di Đường kính trong của ống dẫn. mm m Lưu lượng mơi chất trong hệ thống. Kg/s w Vận tốc của dịng chảy trong ống. m/s Ống đẩy Ống hút Ống dẫn lỏng m 0,282 r 8,3 1,82 580 w 20 15 0,5 di 46,5 114,7 35,2 Chọn đường kính ống dẫn bằng thép theo tiêu chuẩn của Nga Đường kính danh nghĩa Dy, mm Đường kính ngồi Da, mm Đường kính trong Di,mm Chiều dày vách ống mm Tiết diện ống, mm2 Khối lượng 1m ống Kg Ơng đẩy 50 57 50 3,5 1960 4,62 Ống hút 125 133 125 4 12300 12,73 Ống dẫn 40 45 40,5 2,25 595 1,65 Màu sơn quy định cho các đường ống Ống đẩy: mảu đỏ. Ống hút: màu xanh da trời. Ống dẫn lỏng: màu vàng. Ống dẫn nước muối: màu xám. Ống dẫn nước: màu xanh lá cây. Bình tách lỏng Nhiệm vụ: tách lỏng ra khỏi dịng hơi về máy nén, đảm bảo máy nén chỉ hút hơi khơng hút lỏng gây va đập thủy lực, dẫn đến hư hỏng máy nén. Cấu tạo và vị trí: bình tách lỏng là một bình hình trụ bằng thép, được bố trí trên đường hút về máy nén, giữa giàn lạnh và máy nén. Bình tách lỏng được đặt cao hơn giàn bay hơi, được bọc cách nhiệt nhằm giảm tổn hoa nhiệt và tránh hiện tượng đọng sương. Nguyên lý hoạt động: do sự giảm vận tốc đột ngột ( 15m/s xuống 0,5 m/s), các giọt dầu và lỏng bị tách ra khỏi dịng hơi. Dịng ra khỏi bình tách lỏng hầu như hồn tồn là hơi khơ. Áp suất tối đa cho phép của bình tách lỏng là 1,5 MPa, nhiệt độ tù -50 đến 40oC. Chọn: ta chọn bình tách lỏng dựa vào đường kính ống hút của máy nén. Bình tách lỏng Kích thướt, mm Khối lượng Kg Dbình Di B H 125 – 0 Â 600 125 1080 2100 313 Bình tách dầu Nhiệm vụ: máy nén hoạt động cần cĩ dầu bơi trơn cho pitong. Do đĩ, khi máy nén hoạt động, nén mơi chất lạnh NH3, luơn cĩ một phần dầu hịa lẫn vào mơi chất lạnh. NH3 khơng hịa tan dầu, chúng phân lớp. Dầu theo mơi chất lạnh, nếu khơng được tách ra, đi vào thiết bị ngưng tụ và bám lên thành ống trao đổi nhiệt, hạn chế quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị. Bình tách dầu cĩ nhiệm vụ, tách phần dầu lẫn trong mơi chất lạnh trước khi nĩ đi vào thiết bị ngưng tụ. Binh gas NH3 Cấu tạo và vị trí: bình tách dầu là một ống thép đặt đứng, cĩ tấm đổi hướng chuyển động của dịng ở phía trong. Bình tách dầu được đặt trên đường đẩy của máy nén, trước thiết bị ngưng tụ và sau máy nén. Nguyên tắc hoạt động: dịng mơi chất lạnh cĩ lẫn dầu đi vào bình, vận tốc của dịng bị giảm đột ngột (20m/s xuống 0,7 m/s), mặt khác dịng cịn bị thay đổi hướng đột ngột, các giọt dầu lẫn trong dịng mơi chất lạnh bị tách ra khỏi dịng rơi xuống đáy bình, rồi chảy vào bình chứa dầu. Chọn: ta chọn bình tách dầu dựa vào đường kính đẩy của máy nén. Đường kính ống hút,mm Đường kính bình mm Chiều cao bình mm Khối lượng Kg 125 600 2100 313 Bình chứa dầu Nhiệm vụ: gom dầu từ bình tách dầu, giảm nguy hiểm khi xả dầu và giảm tổn thất mơi chất khi xả dầu ra khỏi hệ thơng lạnh Cấu tạo và vị trí: bình chứa dầu là bình thép cĩ dạng hinh trụ đặt đứng hoặc đặt nằm, cĩ đường nối với bình tách dầu, đường nối với đường hút của máy nén. Áp suất trong bình được báo bằng áp kế gắn trên bình. Khi mở van với đường hút, áp suất trong bình cĩ thể giảm xuống gần bằng áp suất khí quyển. Khi xả dầu áp suất trong bình chỉ được phép lớn hơn áp suất khí quyển chút ít, tất cả các van phải đĩng. Áp suất cao nhất cho phép của bình là 1,8MPa, nhiệt độ từ -40oC đến 150oC. Bình chưa dầu Kích thướt, mm Thể tích, m3 Khối lượng, Kg Dbình B H 300CM 325 765 1270 0,07 92 Bình chứa cao áp Nhiệm vụ: Chứa lỏng cao áp sau ngưng tụ, trước tiết lưu, nhằm giải phĩng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ và duy trì sự cấp lỏng thường xuyên cho van tiết lưu. Cấu tạo và vị trí: Hệ thống lạnh của ta thuộc loại lớn, nên bình chứa cao áp được chọn là một bình hình trụ được đặt nằm ngang. Bình được tính tốn để làm việc với áp suất 1,8 MPa. Bình được đặt phía sau và thấp hơn thiết bị ngưng tụ. Chọn: Theo quy định về an tồn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của tồn bộ hệ thống dàn lạnh bay hơi trong hệ thống lạnh cĩ bơm cấp mơi chất lỏng từ trên và 60% thể tích dàn trong hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới lên. Khi vận hành mức lỏng trong bình cao áp chỉ được phép chốn 50% thể tích bình. Sức chứa của bình chứa cao áp đối với hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới: Với dung tích của tổ dàn: Vtd = L.V = 1575,146 x 1,59 x 10-3 = 2,5 m3 Trong đĩ: Chiều dài ống trong tổ dàn L = 1575,146 m Dung tích của 1 m ống Loại bình Kích thướt, mm Dung tích m3 Khối lượng Kg D L H 3,5PB 1000 4890 950 3,5 1455 Thiết bị tách khí khơng ngưng Cùng tuần hồn với mơi chất lạnh trong hệ thống lạnh cĩ khơng khí và các loại khí khơng ngưng. Thành phần chủ yếu của khí khơng ngưng trong hệ thống vẫn là khơng khí. Khơng khí lọt vào hệ thống do nhiều nguyên nhân: Khi tiến hành sửa chữa. Khi hút chân khơng hệ thống, độ chân khơng chưa đảm bảo yêu cầu. Khi hệ thống làm việc ở chế độ chân khơng vì nhiệt độ sơi thấp. Khi nạp mơi chất và nạp dầu. Do phân hủy mơi chất… Nhiệm vụ: trong thiết bị ngưng tụ, khơng khí tạo lớp bao quanh bề mặt trao đổi nhiệt làm tăng trở nhiệt, dẫn đến làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Mặt khác, khí khơng ngưng cịn làm tăng áp suất ngưng tụ và nhiệt độ cuối tầm nén. Chính vì vậy, ta cần cĩ thiết bị tách khí khơng ngưng ra khỏi hệ thống theo định kỳ. Cấu tạo và vị trí: gồm 2 ống lồng vào nhau, đặt trên bình chứa cao áp. Hoạt động: mơi chất NH3 đi qua van tiết lưu vào ống trong của thiết bị, mơi chất NH3 bay hơi ở nhiệt độ thấp. Hỗn hợp khí khơng ngưng và mơi chất đi vào ống ngồi của thiết bị, tiếp xúc với ống trong, mơi chất ngưng tụ, trở về bình chứa cao áp, khí khơng ngưng được cho thốt ra ngồi. Phin lọc và phin sấy Nhiệm vụ: tách các cặn bẩn và các tạp chất khác như nước, axit…ra khỏi dịng mơi chất nhằm tránh: Tắc ống dẫn nhất là tắc van tiết lưu. Các chi tiết chuyển động của máy bị bào mịn. Tắc van tiết lưu do nước đĩng băng. Cấu tạo : thân của phin lọc cĩ dạng hình trụ bằng thép. Bộ phận lọc và sấy của phin chỉ là một khối zeolite được đặt cĩ định trong phin. Vị trí lắp đặt: Phin lọc đường hơi, được bố trí trên đường ống hút trước máy nén. Phim lọc đường lỏng, được bố trí trên đường lỏng phía trước van tiết lưu. Mắt gas Nhiệm vụ: mắt gas cĩ một số nhiệm vụ sau: Quan sát dịng mơi chất chuyển động phía trong hệ thống. Quan sát để biết lượng gas phía trong hệ thống: Nếu đủ gas, khơng sủi bọt khí phía trong mắt gas. Nếu thiếu gas, sủi bọt khí mạnh phía trong mắt gas. Nếu hết gas ta sẽ thấy các giọt dầu bám trên kính. Quan sát để biết độ ẩm của dịng mơi chất, bằng cách so sánh màu của chấm màu ở tâm mắt gas với các màu ở chu vi mắt gas: Xanh: khơ. Vàng: thận trọng. Nâu: ẩm. Nếu dịng mơi chất bị ẩm, ta phải thay phin sấy mới. Quan sát để biết tình trạng các hạt zeolite trong phin sấy, nếu mắt gas bị vẩy đục điều đĩ cĩ nghĩa là các hạt zeolite bị phân rã bên trong phin sấy, khi đĩ ta phải thay phin sấy để tránh hiện tượng bị ngẹt van tiết lưu. Cấu tạo: mắt gas là một ống hình trụ, phía dưới được bịt kín, phía trên gắn mắt gas để quan sát dịng mơi chất phía trong. Vị trí lắp đặt: mắt gas được lắp trên đường lỏng, phía sau phin sấy, phía trước van tiết lưu. Các loại van: Van khĩa, van chặn: Được lắp trên đường hút, đường đẩy của máy nén, phía trước áp kế và các thiết bị khác, với mục đích để khĩa cho hệ thống được kín trong điều kiện sửa chữa hay thay thế các thiết bị. 1 – thân; 2 – đế; 3 – tấm van, kim van; 4 – đệm kín; 5 – chèn đệm; 6 – trục; 7 – tay quay hình: van thẳng hình: van gĩc Van một chiều Van một chiều chỉ cho dịng chảy theo một hướng. Van được lắp trên đường đẩy của máy nén, nằm giữa máy nén và thiết bị ngưng tụ, cĩ nhiệm vụ ngăn khơng cho mơi chất chảy ngược trở lại máy nén, trong trường hợp phải dừng máy nén để sửa chữa. Ngồi ra van một chiều cịn được lắp trên đường dẫn khí khơng ngưng ra ngồi khơng khí, ngăn khơng cho chúng quay ngược trở lại thiết bị tách khí khơng ngưng. Van hoạt động dựa trên nguyên tắc chênh lệch áp suất. Khi áp suất đầu vào lớn hơn áp suất đầu ra, van sẽ tự động mở cho dịng hơi đi qua. Hình : Van một chiều hình cốc Hình : Van một chiều hình nấm Van an tồn Van an tồn được lắp ở những thiết bị cĩ áp suất cao và chứa nhiều mơi chấy lỏng như thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp. Van cũng hoạt động dựa trên chênh lệch áp suất giống van một chiều, nhưng khác là độ chênh lệch áp suất phải đạt những trị số nhất định. Van được dùng để đề phịng khi áp suất trong các thiết bị vượt quá mức quy định, lúc đĩ van sẽ tự động mở ra để xả mơi chất ra ngồi khơng khí. Van tiết lưu tay Van tiết lưu tay là một bộ phận của thiết bị tách khí khơng ngưng. Mơi chất lạnh qua van, áp suất giảm từ Pk xuống Po, nhiệt độ bốc hơi của mơi chất lạnh lúc này là to. Nhờ vậy khi hỗn hợp hơi (mơi chất lạnh và khí khơng ngưng) tiếp xúc với ống trụ chứa nĩ, trao đổi nhiệt, mơi chất lạnh ngưng tụ trở về bình chứa cao áp. Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngồi Van tiết lưu nhiệt hay cịn gọi là van tiết lưu điều chỉnh tự động nhờ độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén. Cĩ 2 loại: Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong: dùng cho hệ thống lạnh nhỏ. Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngồi: dùng cho hệ thống lạnh lớn. Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngồi, cĩ một ống được bố trí sát với đầu hút của máy nén. Khi đĩ áp suất dưới màng đàn hồi là Ph. Nếu tải nhiệt của dàn bay hơi lớn hay mơi chất lạnh vào dàn bay hơi ít, độ quá nhiệt của hơi ra khỏi dàn tăng, áp suất phía trên màng đàn hồi tăng, đẩy kim van xuống phía dưới, mở cửa van, mơi chất lạnh vào nhiều hơn. Và ngược lại. trang 155 [7]. Van điện từ Là loại van điều chỉnh ON – OFF. Lấy tin hiệu áp suất, nhiệt độ hay mức lỏng để đĩng mở van. Áp kế Được dùng để do áp suất của mơi chất bên trong đường ống và thiết bị. Áp kế được lắp trên đường hút, đường đẩy của máy nén, trên thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp…Các áp kế chuyên dùng cho hệ thống lạnh cĩ các thang chia nhiệt độ sơi bão hịa tương ứng của mơi chất lạnh. Cánh khuấy Quạt khuất nước muối dùng để khuấy trộn và tuần hồn nước muối trong bể. Mục đích, tăng cường trao đổi nhiệt giữa nước muối và dàn bay hơi, giữa bề mặt khuơn đá và nước muối, làm đồng đều nhiệt độ trong bể nước muối, làm đồng đều sự đơng đá trong khuơn. Tính chọn cánh khuấy theo tài liệu [8] Chọn cánh khuấy cĩ đường kính dk = 760 mm. Tơc độ vịng quay của cánh khuấy n = 3 vịng/s. Chọn đường kính ống dẫn hướng dịng D = 1200 mm Hệ số đồng dạng hình học của thiết bị khuấy Chuẩn số = 5,7 x 10-3 Từ trên ta cĩ thể tra đồ thị và nhận được hệ số cơng suất khuấy KN = 0,45. Cơng suất khuấy N = KN. r. n3. dk5 = 0, 45. 1175. 33. 0, 765 = 3619,78 W = 3,62 KW. Cơng suất của động cơ: Nđ = Kđ. N/h = 4,68 KW Trong đĩ: Hệ số trữ cơng suất chọn Kđ = 1,1. Hiệu suất sử dụng h = 0,85. Chọn động cơ 3 pha cĩ cơng suất theo tiêu chuẩn 5 KW. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG Hình 19: sơ đồ nguyên lý 1 – máy nén 2 – bình tách dầu 3 – tháp ngưng 4 – bính chứa cao áp 5 – bình tách khí không ngưng 6 – bình tách lỏng giữ mức 7 – dàn lạnh xương cá 8 – bình tách lỏng 9 – bình hồi dầu 10 – phin lọc Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất hút về máy nén là hơi quá nhiệt được máy nén nén lên đến nhiệt độ tk, áp suất Pk đi vào bình tách dầu ở nay dầu được giữ lại và đưa được về máy nén nhờ vào nguyên tắc chênh lệch áp suất. Còn hơi môi chất đưa đến thiết bị ngưng tụ, tại bình ngưng tụ hơi môi chật được thực hiện quá trình trao đổi nhiệt trở thanh lỏng. Sau khi môi chất trở thành lỏng được đưa vào bình chứa cao áp, rồi đi qua phin lọc, phin lọc có nhiệm vụ lọc các cặn bản và hàm lượng ẩm trong môi chất, sau đó môi chất được đưa qua bình quá lạnh lỏng góp phần tăng năng suất lạnh Môi chất lỏng tiếp tục đi qua kính xem lỏng, van điện từ và chia thành hai đường vào qua van tiết lưu và đi vào bình chứa thấp áp, nhờ vào van tiết lưu mà gas lỏng được hạ nhiệt độ và áp suất xuống t0,p0. Van tiết lưu nhiệt điếu chỉnh luợng long nhờ vào bầu cảm biền ở đầu ra của dàn lạnh Từ bình chứa thấp áp môi chất lỏng chảy vào dàn lạnh xương cá, môi chấtđược bay hơi và trao đổi nhiệt với nuớc muối Sau đó hơi lạnh trở vế bình chứa thấp áp. Hơi môi chất tiếp tục đi về bình tách lỏng, ở nay môi chất được tách lỏng còn hơi thì được hút về , kết thúc moat quá trình và chu trình được lặp lại. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Đức lợi – Phạm Văn Tùy – Đinh Văn Thuận, kỹ thuật lạnh ứng dụng, NXB Giáo Dục, 363 trang, tháng 6/2007. [2]. Trần Đức Ba – Nguyễn Tấn Dũng (chủ biên), cơng nghệ lạnh, tập 1, NXB Đại Học Quốc Gia, 537 trang, 2007. [3]. Nguyễn Đức Lợi, hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 402 trang, 2006. [4]. Nguyễn Cơng Minh, Luận Văn Tốt Nghiệp: thiết kế xưởng sản xuất nước đá khối, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 112 trang, 2001. [5].Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo Dục, 379 trang, 2007. [6].Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Bài tập kỹ thuật lạnh, NXB Giáo Dục, 227 trang, 1996. [7]. Nguyễn Đức Lợi, Tự động hĩa hệ thống lạnh, NXB Giáo Dục, 319 trang, 2003. [8]. Trương Hồng Minh, Thiết kế nhà máy sản xuất nước đá cây 120 tấn/ 24h và kho bảo quản đá dung tích 120 tấn, Đồ án chuyên ngành, Đại học Nha Trang, 2008.