đồ án đá Cây Thiết Kế Hệ Thống Sản Xuất Nước đá Cây - Tài Liệu Text

Tải bản đầy đủ (.docx) (39 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Báo cáo khoa học

đồ án đá cây Thiết kế hệ thống sản xuất nước đá cây

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (304.75 KB, 39 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TpHCMNAMCỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTKhoa Kỹ Thuật Hóa HọcĐộc lập – Tự do – HạnhphúcĐỒ ÁN MÔN HỌCQUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ - MSMH:Họ và tên sinh viên:Ngành: Quá trình và thiết bịLớp:Họ và tên người hướng dẫn:Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sản xuất nước đá cây1. Số liệu ban đầu:2.3.4.5.Năng suất: 100 tấn/ngàyMôi chất lạnh: NH3Các thông số khác tự chọnNội dung thực hiện:2.1. Mở đầu2.2. Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ2.3. Tính cân bằng vật chất và năng lượng2.4. Tính toán công nghệ thiết bị chính2.5. Tính và chọn thiết bị phụ2.6. Kết luận2.7. Tài liệu tham khảo2.8. Phụ lụcBản vẽ:1) Sơ đồ quy trình công nghệ - A12) Bản vẽ bể nước muối – A13) Bản vẽ lắp thiết bị chính: Thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới – A1Ngày giao nhiệm vụ: / / 2015Ngày nộp đồ án:12 / 2015Tp. HCM, ngàynăm 2015TRƯỞNG BỘ MÔNtháng 12Người hướng dẫnTS.Page 1 of 33LỜI CẢM ƠNEm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Văn Ngũ đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo, giảng dạy và truyền đạt kiến thức, luôn giúpđỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốtĐồ án môn học Quá trình và thiết bị nàyBên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáobộ trong bộ môn Quá trình và thiết bị nói riêng và các thầy cô trongkhoa Kỹ thuật hóa học nói chung đã truyền đạt kiến thức vững chắc,tạo nền tảng cơ sở trong suối ba năm học qua để em có thể vận dụngchúng vào việc thực hiện và hoàn thành đồ án môn họcCuối cùng, em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, chia sẻvà giúp đỡ emhiệnSinh viên thựcPage 2 of 33MỤC LỤCMỞ ĐẦU Đặt vấn đềNước đá được sử dụng rộng rãi, phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sốngnhư sử dụng trong làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông thủysản, thực phẩm, chế biến lạnh các sản phẩm từ thịt, cá, cho sinh hoạt, đặcbiệt là các vùng nhiệt đới để giải khát và làm mát.Có nhiều loại nước đá với các hình dạng và khối lượng khác nhau (đá khối, đátắm, đá thỏi, đá vảy, …) cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong đó, đá câychiếm vai trò quan trọng trong việc bảo quản lạnh cũng như phục vụ chonghành khai thác đánh bắt thủy sản gần và xa bờ. Vì vậy, việc sản xuất đácây là cấp thiết và được quan tâm trong đời sống hiện nay. Các phương pháp sản xuất nước đá cây• Bể nước muốiSản xuất nước đá cây từ bể nước muối là phương pháp truyền thống, được sửdụng từ rất lâu và đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi.•Phương pháp VilbushevichPhương pháp sản xuất nước đá khối nhanh, sử dụng môi chất lạnh sôi trựctiếp trong ống hai vỏ để tạo đá, rút ngắn đáng kể thời gian kết đông lại.•Phương pháp FecherPhương pháp Fecher tạo đá trong khuôn cố định trong bể nước được làm lạnhtrực tiếp bằng môi chất lạnh, có các vòi phun không khí dưới khuôn để đátrong suốt.CHƯƠNG 1. QUY ĐỊNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁCÂY DÙNG BỂ NƯỚC MUỐIPage 3 of 331.1. Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống sản xuất nước đá cây dùngbể nước muốiNước thủy cụcXử lý nướcCho nướcvào khuônĐặt linh đáVào bể đáĐá câyXả đáNhúng khuônXả đáĐông đáĐưa đára khỏi bể đá1.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống sản xuất nước đá dùng bểnước muốiAmoniac là một chất lạnh được máy nén hút về và nến từ áp suất thấpđến áp suất cao (áp suất ngưng tụ), qua bình tách dầu rồi vào dàn ngưng tụkiểu xối tưới. Ở đây, mỗi chất lạnh tỏa nhiệt ra bên ngoài môi trường là nước.Nước giải nhiệt khi xối tưới qua dàn ngưng được chứa và nguội dần ở bể nướcvà được tuần hoàn trở lại nhờ bơm.Môi chất lạnh qua dàn ngưng tụ chuyển pha thành lỏng. Lỏng saungưng tụ được chứa ở bình chứa cao áp, sau đó được dẫn qua phìn lọc và quavan tiết lưu để giảm áp suất xuống áp suất bóc hơi, một phần được dùng chothiết bị tách khí không ngưng tụ động, phần còn lại đi vào bình chứa thấp áp.Dòng lỏng môi chất lạnh được đưa qua bình chứa thấp áp tiếp tục đượcđưa vào dàn lạnh xương cá. Ở đây, lỏng môi chất lạnh thu nhiệt từ chất tảilạnh là nước muối để bốc hơi ở áp xuất thấp, nhiệt độ thấp. Nước muối trongbể được làm lạnh xuống nhiệt độ thấp và làm đông đá trong các khuô. Hơiamoniac từ dàn lạnh được đưa qua bình tách lòng phụ để tách lỏng hoàntoàn rồi được hút về máy nén, tiếp tục thực hiện chu trình lạnh.Các khuôn đá sau khi đã hình thành đá cây được đem qua bbeer nhúngđá để tự nổi lên và được đưa ra ngoài, sau đó đưa đi phân phối để sử dụng.1.3. Đặc điểm của hệ thống sản xuất nước đá cây dùng bể nước muối• Ưu điểmCông nghệ đơn giản, công xuất lớn, sản xuất dễ thu hồi vốn.•Nhược điểmChi phí vận hành lớn, chi tiêu vệ sinh không cao, hệ thống chiếm nhiều diệntích.•Chọn môi chất lạnhPage 4 of 33Môi chất lạnh được chọn là amoniac (NH3, R717) vì thích hợp với hệ thốnglạnh có công suất lớn, lượng môi chất lạnh nhỏ, lượng tuần hoàn nhỏ, máynén và các thiết bị khác nhỏ gọn. Amoniac có tính lưu động cao, tổn thấp ápxuất nhỏ, trao đổi nhiệt tốt không cần cách tản nhiệt, có năng xuất lạnhriêng lơn. Tuy nhiên, môi chất lạnh này không hòa tan dầu dẫn đến khó bôitrơn máy nén piston; là chất có khả năng cháy nổ trong không khí và gâyđộc.•Chọn chất tải lạnhChất tải lạnh được chọn là muối NaCl nồng độ 23,1%. Dung dịch muối ănrẻ tiền, dễ kiếm, hội tụ nhiều ưu điểm cần có của một chất tải lạnh là khôngcháy nổ, không độc hại với cơ thể sống, hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riênglớn, độ nhớt nhỏ làm tổn thấp áp xuất trên đường ống giảm, khối lượng riêngnhỏ làm giảm công bơm và làm tăng hệ số trao đổi nhiệt.Tuy nhiên, nước muối dễ gây ăn mòn thiết bị. Đặc biệt, hiệt độ đông đặcthấp nhất có thể đạt được là -21,2 nên độ chênh lệch với nhiệt độ sôi môichất lạnh thấp.•Chọn nguồn nước để sản xuất đáĐể bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm, chọn nguồn nước để sản xuất đácây là nguồn nước thủy cục có qua xử lý.Nước ở bể nhúng đá và nước giải nhiệt lấy nguồn từ nước giếng khoan.Page 5 of 33CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ ĐÁ2.1. Xác định kích thước bể đá2.1.1. Chọn khuôn đáVì năng suất lớn (100 tấm/ngày), chọn khuôn đá cây loại 50 kg với các thôngsố sau đây:Khối lượng khuôn (thép mạ kẽm):Chiều cao khuôn:27,2 kg1115 mmKích thước đáy lớn:380 mm x 190 mmKích thước đáy bé:340 mm x 169 mm2.1.2. Số lượng khuôn theo yêu cầuSó lượng khuôn đá xác định dựa vào năng suất bể đá và khối lượng cấy đá: N= M/mTrong đó: M – khối lượng đá trong bể ứng với 1 mẻ, kgM – khối lượng cây đá, kgN = M/m = 100000/50 = 2000 khuôn đáSố khuôn đá trong bể được tính dư 20% để dự phòng. Vậy nên số lượngkhuôn đá thực tế là 2400 khuôn.2.1.3. Số lượng và kích thước khuôn đáChọn linh đá là tập hợp của 20 khuôn đá. Số lượng linh đá được xác định bởi:M1 = N/n1 với N – Số khuôn đá, n1 – Số khuôn đá trên 1 linh đáVậy, m1 = N/n1 = 2400/20 = 120 linh đáHình 3.1: Linh đá gồm 20 khuôn đáKhoảng cách giữa các khuôn đá trong linh đá là 225 mm, 2 khuôn hai đầucách nhau 40 mm để móc cầu. Khoảng hở hai đầu còn lại là 75 mm. chiềudài mỗi linh đá sẽ được xác định như sau:l = n1 × 225+2×75+2×40 = n1 × 225+230 = 20×225+230 = 4730 mChiều rộng của linh đá là 425 mm, chiều cao linh đá là 1150 mm.2.1.4. Xác định kích thước bên trong bể đáBể đá được bố trí dàn lạnh ở giữa cùng máy khuấy, hai bên có hai dãy khuônđá để tăng hiệu quả truyền nhiệt và nước muối chuyển động đồng đều trongtoàn bể. Xác định chiều rộng bên trong bể đáW = 2×l + 4×d + A mmPage 6 of 33Trong đó:l- chiều dài l linh đá,mm- Khe hở giữa đá và vách bế đá, = 25 mmA- chiều rộng cần thiết dể lắp dàn lạnh xuống đá, chọn A=1000mm vì năng suất bể đá lớn.Vậy W= 2×l+ 4× +A= 2 × 4730 + 4×20 + 1000= 10560mm = 10,56m. Xác định chiều dài bên trong bể đáL = B + C + m2×b ,mmTrong đó:600mm.B- chiều rộng các đoạn hở lắp máy khuất và tuần hoàn nước, B=C- chiều rộng đoạn hở cuối bể, C = 500mmb- khoảng cách giữa các linh đá , được xác định trên cơ sở độrộng của linh đá và khoảng hở giữa chúng, b=425+50= 475mmm2- số linh đá dọc theo chiều dài bể đá, m2=m1/2=120/2=60linh đá.Vậy, L = B+C+ m2 ×b= 110 + m2× 475 = 1100 + 60×475 = 29600 mm=29,6 m Xác định chiều dài bên trong bể đáChiều dài bể đá được xác định dựa vào chiều cao khuôn đá, kết hợp vớikhoảng cách cần thiết giữa đáy khuôn đá và bể. Mặt khác, phía trên linh đácó một khoảng hở 100 mm, sau đó là lớp nắp bằng gỗ dày 30 mm.H = H1 + H2 + H3 + H4,mmTrong đó:10 mmH1- chiều cao từ đáy trong của bể đến đáy của khuôn đá, H1 =H2- chiều cao khuôn đá 50kg, H2= 1115 mm.H3- khoảng cách từ khuôn đến nắp gỗ, H3= 95 mmH4- chiều dài nắp gỗ, H4 = 30 mmVậy, H= 10+ 1115 + 95 + 30 =1250 mm = 1,25 m2.2. Thiết kế kết cấu cách nhiệt bể đá2.2.1. Tường bể đáTừ trái qua, lần lượt là các lớp:1. Lớp vữa trát xi măng2. Lớp gạch đỏ3. Lớp vữa trát xi măng4. Lớp hắc in quét liên tụcPage 7 of 335. Lớp chống ẩm bằng giấy dầu6. Lớp cách nhiệt polystirol7. Lớp thép tấm bể đáBảng 3.1: Thông số các thành phần trong kết cấu tường cách nhiệtbể đáLớpVật liệuBề dày,mmHệ số dẫn nhiệt�W/(m.K)Hệ số khếch tánẩm μg/mhMpa100,8890.10-62200,82105.10-61Lớp vữa trát xi măng2Lớp gạch đỏ3Lớp vữa trát xi măng100,8890.10-64Lớp hắc ín quét liên tục0,10,700,86.10-65Lớp chống ẩm bằnggiấy dầu20,161,35.10-66Lớp cách nhiệtpolystirol0,0477,5.10-67Lớp thép tấm bể đá545,32.2.2. Nền bể đáHình 2: Cấu tạo nền bể đáLớp1Vật liệuLớp thépBề dày(mm)Hệ số dẫnnhiệt �(W/m.K)Hệ số khếch tánẩm μ(g/mhMpa)0,006390Page 8 of 332Lớp cách ẩm cách nhiệt bitum0,10,180,863Lớp chiệu lực - bêtong0,21,1304Lớp cách nhiệt, cách ẩmbitum0,10,180,865Lớp cách nhiệt styropore0,0477,56Lớp cách ẩm - giấy dầu0,0040,181,357Lớp chịu lực -betong nền0,21,1308Đất nện đá dăm0,10,4630Hệ số dẫn nhiệt của nềnK2 =Chọn1δ i δ cn 1++∑λcn α 2i =1 λi7/2/K2 = 0,26 W/m2.độHệ số cấp nhiệt phía trong của bể α2 = 813,94W/m .độ.2Bề dày lớp cách nhiệt 1  7 δi1 δ cn = λcn −  ∑ +Kλαi=12i2 1  0,0060,1 0,2 0,004 0,2 0,11 δ cn = 0,047.−+ 2×+++++0,18 1,1 0,18 1,1 0,46 813,94  K 2  39= 0,1001 mChọn δcn = 0,2 mHệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toánở trênK2 = 0,167 W/m2.độSo sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọnVậy điều kiện được thỏa mãn.Page 9 of 33Vì mặt ngoài của của đáy bể đá là nên đất, không tiếp xúc vớikhông khí nên ở đây ta không cần kiểm tra hiện tượng độngsương.Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lótbằng thép, xem như cách ẩm hoàn toàn.2.2.3. Nắp bể đáĐể thuận tiện cho việc ra vào của đá, nắp bể đá được đẩy bằng các tấmđanh gỗ dày 30 mm, hệ số dẫn nhiệt µ= 0,2 W/(m,k), trên cùng phù thêm lớpvải bạt.2.2.4. Xác định chiều dày lớp cách nhiệtChiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo phương trình sau [2]:,m(3.1)Trong đó, k- hệ số truyền nhiệt của bể đá [1]. Hệ số này được chọn ban đầutương đương với hệ số truyền nhiệt k của kho lạnh, k= 0,28k/(m2.K)- hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bể đá, từ không khí trên tường bểmuối. Dựa vào hệ số tỏa nhiệt của không khí theo kho lạnh, chọn /(m2.K)- hệ số tỏa nhiệt bên trong bể đá, nước muối tỏa nhiệt khi chuyểnđộng cưỡng bức ngang qua vách đứng, W/(m2.k), chonj = 813W/m2.K- chiều dày của các lớp còn lại ở tường bể đá, mm ( bảng)- hệ số dẫn nhiệt của các lớp còn lại ở tường ber đá, W/(m.k)( bảng 3.1 )Vậy theo (3.1),Lớp cách nhiệt có bề dày theo tiêu chuẩn 150 mm2.2.5 Kiểm tra hiện tượng đọng sương trong kết cấu cách nhiệt.Hệ số truyền nhiệt thực của bề mặt đá với lớp cách nhiệt 150 mm là:Để không đọng sương bề mặt bên ngoài bể đá, hệ số truyền nhiệt thực phảiđảm bảo điều kiện sau :Page 10 of 33Trong đó:nhiệt độ không khí ngoài tường. Nhiệt độ này là nhiệt độ trongnhà, lấy thấp hơn nhiệ độ ngoài trời của TP.HCM là 37,3, chọn .Nhiệt độ đọng sương ứng với trạng thái không khí bên ngoàitường. Dựa vào độ ẩm của TP.HCM là 74%, nhiệt độ đọng sươnglà = 29Nhiệt độ nước muối trong bể, -10Theo (3.2) =0,95= 2,28 W/(Như vậy, vì nên bề mặ bên ngoài bể đá không có hiện tượng đọng sương.2.2.6. Kiểm tra hiện tượng đọng ẩm trong kết cấu cách nhiệtĐiều kiện để ẩm không đọng lại trong vách cách nhiệt là phân áp xuất hơinước thực luôn phải nhỏ hơn phân áp xuất bão hòa hơi nước:Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt:Q= = =12,69 W/(Xác định nhiệt độ các lớp vách:••Vậy, = 35= 34,53Tương tự, = 34,53 = 34,39≈ 10Bảng 3.3: Kết quả tính toán áp xuất bão hòaVáchNhiệt độ,Áp xuất bão hòa ,Pa•134,535477234,395440,73314496430,844455,1530,844455,1630,684414,6789,81 9,81264, 264,33Dòng hơi nghiêng qua kết cấu bao cheTrong đó: là phân áp xuất hơi nước của không khí bên ngoài trời và bêntrong bể đáPage 11 of 33Nước muối có nồng độ khối lượng 23% => phần mol của muối trongdung dịch:0.2358.5x== 0.0840.23 (1 − 0.23)+58.518là trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che/PaVậy theo (3.3),•Áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt vật liệuPaBảng 3.4: Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước thựcVáchÁp xuất bão hòa,PaÁp xuất riêng phầnhơi nước thực , Pa154774160,325440,74142,2344963800,444455,13782,354455,13762,364414,63521,67264,3259,28264,3259,2Từ kết quả tính toán trên, ta thu được kết quả phân áp xuất hơi nước thực ởcác lớp vật liệu đều nhỏ hơn áp xuất bão hòa thỏa mãnNhư vậy bể đá không bị đọng ẩm. Việc chon bề dày lớp cách ẩm (lớp giấydầu chống thấm dày 2mm) ban đầu là hợp lí.2.3. Thời gian đông đáThời gian đông đá được tính theo thời gian đông đặc của Planck (1913) vớinhững giả định về nhiệt độ nước tái lạnh không đỗi, sự trao đỗi nhiệt theo đểđông đạc theo hình thức dẫn nhiệt….như sau :Với là nhiệt độ đông đạc của chất, là nhiệt độ môi trường tiếp xúc để traođỗi nhiệt; là khối lượng riêng của chất; kích thước theo hình dạng vật; làhằng số phụ thược vào hình dạng; là bề dày đông đặc; là hệ số dẫn nhiệtcủa môi trường; hệ số truyền nhiệt. Công thức trên được cụ thể hóa cho việctạo đá bằng bể khuôn đặt trong bể nước muối như sau :Trong đó: A và B là hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ kích thước khuôn đáVì tỉ số nên A = 4540 và B = 0,026 (tra bảng 12.1 )Page 12 of 33kích thước cạnh dài của đáy lớn, mmkích thước cạnh ngắn của đáy lớn, mmnhiệt độ nước muối trong bể,Vậy theo 3.4,Ngoài ra còn có thể chia hình 9-7( Giá trị thực nghiệm của thời gian làm đáphụ thuộc vào nhiệt độ nước muối và loại khuôn để xác định thời gian đôngđá. Để an toàn và phù hợp với thực tế, chọn thời gian cho nước vào khuôn,đông đá, nhúng đá để lấy đá tròn một ngày một đêm.CHƯƠNG 3TÍNH TOÁN CHI PHÍ LẠNHNăng xuất nhiệt của bể đá được tính từ các tản nhiệt thành phầnTrong đó:nhiệt độDòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che do chênh lệchDòng nhiệt làm đông từ đá 30 xuống -7, kể cả làm lạnhkhuônDòng nhiệt do thông gió,Dòng nhiệt do động cơ máy khuấy tỏa ra do tách đá khỏinguồnDòng nhiệt do sản phẩm hô hấp,3.1 . Tính nhiệt tổn thất qua kết cấu bao cheDòng nhiệt bao gồm 3 thành phần: tường, nền và tháp gỗ3.3.1. Dòng nhiệt qua tườngTrong đó:Hệ số truyền nhiệt qua tường,Diện tích bề mặt bên ngoài tường của bểBề dày của tường( tổng bề dày các lớp vật liệu và lớp cách nhiệt) là400 mmChiều dài bên ngoài bể:Chu vi tường ngoàiVậy theo (4.2),3.1.2. Dòng nhiệt qua nềnTrong đó:Hệ số truyền nhiệt của nền K = 0,26Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2Page 13 of 33Q12 = 0,26 × (11,36 × 30,4) × (35 – (-15)) = 4382 W3.1.3. Dòng nhiệt qua nắpQ13 = knFn(tNkk - tTkk), WTrong đóFn = 10,56×29,6 = 312,576 m2 – Diện tích của nắp gỗtTkk = -5oC – Nhiệt độ không khí bên trong bể (dưới nắp gỗ),chênh lệch với nhiệt độ nước muối vài độkn – Hệ số truyền nhiệt ở nắp bể đá, W/(m2.K)kn == 18 W/(m2.K) – Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài từ không khí lên nắp bể đá= 10 W/(m2.K) – Hệ số tỏa nhiệt bên trong từ nắp bể đá xuống lớp không khíbên dưới nắp bể= 30mm = 0,03m – Chiều dày nắp gỗ= 0,2 W/(m2.K) – Hệ số dẫn nhiệt của gỗkn === 3,27 W/(m2.K)theo (4.4), Q13 = kn.Fn. (tNkk - tTkk) = 3,27 × 312,576 × (35 – (-5)) = 40 919,04Wvậy, Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 1322,77 + 4382 + 40 919,04 = 46 624,2 W3.2. Chi phí lạnh thuần túy cho việc tạo đá và làm lạnh khuôn đá3.2.1. Chi phí lạnh thuần túy cho việc tạo đáQ21 = , WTrong đó:E – Năng suất bể đá, E = 100 000kg/ngày= 24h = 86400 s – Thời gian đông đá cho một mẻQo – nhiệt lượng cần để làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến 0oC, đông đá và tôi lạnh, J/kgQo = Cpnt1 + r + Cpd |t2|Cpn – nhiệt dung riêng đằng áp của nước, C = 4186 J/(kg.K)R – nhiệt đông đặc của đá, r = 333600 J/(kg.K)Cpd – nhiệt dung riêng của nước đá, Cpd = 2090 J/(kg.K)t1 – nhiệt độ nước đầu vào, lấy t1 = 30oCt2 – nhiệt độ cây đá (-5 /-10) oC, lấy t2 = -7 oCTheo (4.6), qo = Cpnt1 + r + Cpd|t2| = 4186 × 30 + 333600 + 2090 × |-7| =473810 J/kgPage 14 of 33Theo (4.5). Q21 = = 100000×= 548391,2 W3.2.2. Chi phí lạnh làm lạnh khuônQ22 = Mk(Cpk(tk1 – tk2 )/, WTrong đó,kg.Mk – tổng khối lượng khuôn đá. Khối lượng 1 khuôn 50kg là 27,2Cpk – nhiệt dung riêng của khuôn là bằng tôn tráng kẽm, C = 450J/(kg.K)Tk1 – nhiệt độ khuôn ban đầu, lấy tương đương với nhiệt độ nướcđầu vào.Tk2 – nhiệt độ khuôn khi đá đã hoàn thiện, nhỏ hơn nhiệt độ trungbình của đá (2/3). Lấy tk2 = -10 oCQ22 = Mk(Cpk(tk1 – tk2 ))/t = 27,2 ×2000 × (450× (30- (-10)))/86400 = 11333,3WVậy, Q2 = Q21 + Q22 = 548391,2 + 11333,3 = 559724,53.3. Nhiệt do máy khuấy tỏa raQ41 = 1000�N , WTrong đó,� – hiệu suất động cơ điệnN – công suất của mô tơ cánh khuấy, kWW. Dựa vào bảng 3 -8[2], vì năng suất bể đá lớn, chọn 2 cánh khuấy MYCOM (nhật ) Model400 VGM có công suất 7,5 kWW; tốc độ 1000 phút; lưu lượng 40m/phút.Q41 = 1000�N = 1000 × 0,72 × 7,5 × 2 = 10800 W3.4. Nhiệt khi tách ra khỏi khuônQ42 = = ,WTrong đó,N – số khuôn đág – khối lượng phần đá đã tan, kgqo – nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh 1 kg đá từ nhiệt độ đầuđến nhiệt độ cây đá, J/kgf – diện tích bề mặt cây đá. Đối với loại 50 kg thì f= 1,19 m2– chiều dày phần đá đã tan khi nhúng. Dể có thể rút đá ra khỏikhuôn, cần làm tan đá ,ột lớp dày .. = 0,001 m= khối lượng riêng của đá, = 900 kg/m3– thời gian đông đá, sQ42 = = 2000 × 1,19 × 0,001 × 900 × 473810 / 86400 =11746,5 WPage 15 of 33Vậy, Q4 = Q41 + Q42 = 10800 + 11746,54 = 22546,5 WTheo (4.1), năng suất lạnh của bể đá là :Q1 = Q1 + Q2 + Q4 = 46624,2 + 559724,5 + 22546,5 =628895,22Chi phí lạnh đơn vị đề sản xuất 1 kg đá :×24×3600= 543,4 kJ/kgChi phí lạnh đơn vị đề sản xuất 1 kg đá trên thực tế là 650 kJ/kg [1]. Chi phílạnh đơn vị tính toán được nhỏ hơn so với thực tế. như vậy, tổn thất nhiệttrên thực tế có thể nhiều hơn so với tính toán lý thuyết.CHƯƠNG 4. DỰNG VÀ TÍNH CHU TRÌNH LẠNH4.1. Chọn chế độ làm việcBể đá được xây dựng tại TP.HCM có tkk = 37,3 oC, độ ẩm … = 74% (phụ lục E1– [3]) xác định từ giản đò h – x của không khí ẩm, ta được tư = 32 oC Chọn toTrong trường hợp làm lạnh gián tiếp chất tải lạnh là nước muối có nhiệt độyêu cầu là – 10 oC∆to = (4÷6) K. chọn ∆to = 5 Kto = tTL - ∆to = -10 -5 =-15oCChọn tqnHệ thống lạnh với môi chất lạnh NH không sử dụng thiết bị hồi nhiệt nên ∆tqn= (5/10 ) Ktqn = to + ∆tqn = -15 + 5 = -10 oC Chọn tkHệ thống thiết bị kiểu xối tưới giải nhiệt bằng nước và không khí nên tk = tw2+ ∆tktw1 = tu + (3/4) K = 32 +3 = 35 oCtw2 = tw1 + tw = tw1 + (2÷3) K = 35 + 2 = 27 oCtk = tw2 + ∆tk = tw2 + (2÷4) K = 37 + 3 = 40 oC(tw1 và tw2 lần lượt là nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra) Chọn tqttql = tk - ∆tql = 40 – (2÷3) K = 40 – 3 = 37 oCPage 16 of 334.2. Dựng và tính chu trình lạnhHình 5.2 : Chu trình lạnh biểu diễn bằng giản đồ log P – hBảng 5.2 : Thông số của môi chất lạnh tại các điểm nút chu trìnhlạnh (phụ lục A1b [3])to = -15 C ; tk = 40 oC ; tqo = -10 oC ; tql = 37 oCĐiểmt, Cp, barh, kJ/kg�,m3/kg1’-152,371743-1-102,3717600,525213215,562045-3’4015,56688-33715,56673-4-152,37673-CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH5.1. Tính chọn máy nén• Năng suất lạnh của máy nén : Qo =Trong đó,–hệ số tính đến tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn của hệ thốnglạnh. Với hệ thống làm lạnh gián tiếp, = 1,12b– hệ số thời gian làm việc của máy nén. Với máy nén ứng vớihệ hống với thống có năng suất lớn, chọn b = 0,98Vậy, Qo = = =726,15••••Tỷ số nén = pk /po = 15,56/2,37 = 6,57 ; chọn chu trình 1 cấp nén làphù hợpNăng suất lạnh riêng khối lượng : qo = h1 – h4 = 1760 – 673 = 1087kJ/kgCông nén riêng : l = h2 – h1 = 2045 – 1760 = 285 KJ/kgHệ số lạnh của chu trình : e = qo /l = 1087/285 = 3,81Page 17 of 33•Năng suất khối lượng thực tế của máy nén•Năng suất thể tích thực tế của máy nén :Vtt = m=2367,2 ×0,525 = 1242,8 m3/h = 0,345 m3/sHệ số cấp của máy nén � xác định theo công thức sau � = (6,1)•Trong đó := (0,005 – 0,01) Mpa, chọn = 0,01Mpa = 0,1 barm= ( 0,95 – 1,1) đối với máy nén ammoniac, chọn m = 1,1c- tỉ lệ thể tích chết, c = (0,03 – 0,05), chọn c = 0,03Vậy theo (6,1) � = = 0,82 × 0,824 = 0,68Thể tích quét của máy nén = 1827,6 m3/hCông nén đoạn nhiệt: Ns = ml = 0,66 × 285 = 187,4 kWCông nén chỉ thị:Trong đó – hiệu suất chỉ thị, , với b = 0,001, to là nhiệt độ sôi, oC= + 0,001 × (-15) = 0,81Vậy, = 231,4 kWCông suất hữu íchTrong đó: pms = ( 0,049 – 0,069), Mpa – Áp suất ma sát riêng đối vớimáy nén ammoniac thẳng dòng, chọn pms = 0,059 Mpa = 59 000 Pa= 0,344 × 59 000 = 20367,6 W = 20,368 kWVậy, = 20,368 + 231,4 = 251,768 kW 252 kWChọn máy nén:Dựa vào Vlt = 1826 m3/h và Ne = 252 kW tra phụ lục 2.8 [4], chọn máynén pittong 1 cấp hiệu MYCOM (hang Mazekawa Nhật Bản) loại 12B cóthông số kỹ thuật tương ứng với nhiệt độ ngưng tụ 40oC và nhiệt độbốc hơi là -15oC là :•••••Thể tích quét917,4 m3/hNăng suất lạnh:336,18 kWCông suất trên trục:134,8 kWNhư vậy, số máy nén cần chọn là:Vậy chọn 02 máy nén loại trên là thỏa mãn nhu cầu của hệ thống.Bảng 6.1: So sánh số liệu máy nén cần dùng và máy nén đượcchọnSố liệuCần cho hệ thống2 máy nén MYCOM 12B( Phụ lục 2.8 [4] )Thể tíchquét1827,6 m3/hNăng suất lạnh1834,8 m3/h732,4 kW726,15 kWCông suất trêntrục252 kW269,6 kWPage 18 of 335.2. Tính chọn thiết bị ngưng tụChọn thiết bị ngưng tụ kiểu xối tước có ống trích lỏng giữa chừng( dàn ngưngtưới). Vì trong hệ thống lạnh amoniac trung bình và lớn, người ta chỉ thườngsử dụng loại làm mát bằng nước hoặc kết hợp.Dàn ngưng kiểu xối tước có ưu điểm là: tiêu hao nước giải nhiệt và kim loại ít,dễ chế tạo và tin cậy trong vận hành. Tuy nhiên, khuyết điểm là cồng kềnh,chiếm nhiều diện tích, phải thường xuyên làm vệ sinh thiết bị phân phối nướcvà bề mặt truyền nhiệt...Nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ: Xác định hiệu nhiệt độ trung bình logaritTrong đó:Vậy, Hệ số tỏa nhiệt của mỗi chất lạnh ngưng tụ bên trong ống nằmngang. Hệ số tỏa nhiệt của môi chất lạnh được tính theo công thức sau [4]:(6.2)Trong đó:Chọn bề mặt truyền nhiệt là chùm ống trơn bằng thép mạ kẽm thích hợp choNH3 có đường kính ngoài dng = 57 mm và đường kính trong là dtr = 50 mm(Bảng 10-2 [1])Vậy theo (6.2), αa = 2100 θ-0.167 dtr-0.25 =2100×θ-0,167×0,05θ-0.25=4441×θ-0.167Mật độ dòng nhiệt: qa.tr=αaθ=4441×θ-0.167×θ=4441×θ-0.833(6.3)Hệ số tỏa nhiệt của nước chảy màng bao quanh bề mặt ngoài ống•Giả định rằng Rew >200 và với bước ống tương đối trong khoảnthì hệ số tỏa nhiệt về phía nước có thể xác định qua công thức [4]:Với =36oCCác thông số vật lí của nước ở 360C như sau:m3kJ(kg.K)µ= 727,4.N.s/m2Page 19 of 33Lượng nước xối tưới trên 1m chiều dài ống trong khoảng Γl=(0,25Chọn Γl=0,3 kg/(m.s)Bề dày màng nước:Kích thước tính toán:Vận tốc trung bình của màng nước:Trị số Reynolds:Vậy,Hệ số tỏa nhiệt về phía trước:Mật độ dòng nhiệt về phía trước:, W/(6.4)Trong đó tổng trở nhiệt của ống khi xét đến ảnh hưởng của lớp đâu bám, lớpsơn chống rỉ, lớp cáu bẩn và ống thép mạ kẽm:+++=Bảng 6.2: Số liệu tính toán tổng trở nhiệt của ống trong thiết bịngưng tụ kiểu xối tưới0,06.10-3Lớp sơn chốngrỉ0,1.10-30,120,58Lớp dầuBề dày, mHệ số dẫnnhiệt, W/(m.K)Lớp cáu bẩnLớp mạ kẽm0,6.10-32,5.10-31,545,3Vậy theo (6.4), = 1067×(3,92- ) W/m2Hệ phương trình để xác định mật độ dòng nhiệt (6.3) và (6.4)44410,833= 1067× (3,92 - )Giải ta được = 3410 W/m2Diện tích bề mặt truyền nhiệt tron ống:= 280 m2Diện tích bề mặt truyền nhiệt bên ngoài ống:319 m2•Nhiệt lượng truyền cho không khí do trao đổi nhiệt giữa nước và khôngkhíPage 20 of 33Trong đó:– Hệ số bay hơi, kg/(m2.s)= 23 W/(m2.K) – Hệ số tỏa nhiệt cho không khí đối lưu tự nhiênngoài ống= 1005 J/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của không khí bên ngoài ống(t = 37 C)o=2 – Hệ số tính đến sự tăng bề mặt hay bay hơi do nước tạothành tia và hạt– Entanpi không khí bão hòa ở nhiệt đô trung bình của nước(36 C), kJ/kgo– entanpi của không khí xung quanh (t = 37,3oC; φ = 74%), kJ/kgXác định theo giản đồ không khí ẩm : = 135,7 kJ/kg ; = 115,6 kJ/kgA – Hệ số hiệu chỉnh. Tra theo bảng trang 80 [3], A = 0,938Vậy, × 319 × 2× (135,7 – 115,6) × 0,938 = 272,98 kW•Lượng nước bay hơi(6.5)Trong đó:= 0, 0387 kg/kg không khí khô – Độ chứa hơi của không khí tạinhiệt độ trung bình của nước (36oC)= 0, 0304 kg/kg kkk – Độ chứa hơi của không khí xung quanh (tkk= 37,3oC; φ=74%)Theo (6.5), = × 319 × 2 × (0,0387 – 0,0304) = 0,12 kg/s= 0,432m3/h•Lượng nước xối tưới, kg/s với Cw = 4,184 kJ/( kg.K) – Nhiệt dung riêng của nước ở 36oCVậy, = 82,7 kg/s = 297,6m3/h•Lượng nước bổ sung:Tỉ lệ nước bổ sung: ξ==1Lượng nước bổ sung: = 1× 82,7 = 82,7 kg/s•Các kích thước của thiết bị ngưng tụ kiểu xối tướiChọn số dàn ống đặt song song theo mặt cắt ngang z = 27Chiều dài 1 ống là: l = 5,1m. Chọn ống dài 5mDiện tích bề mặt của một dàn ống: = 11,72 m2Tổng chiều dài trong một dàn ống: = 65,4mPage 21 of 33Số ống trong một dàn ống: = = 12,8. Chọn có 14 ống trong 1 dànChọn = 1,7. Vậy, bước ống S = 1,7dng = 1,7 × 0,057 = 0,0969m. Chọn S =0,1mChiều ngang của dàn ngưng: H = (= (14-1) × 0,1 + 0,057 = 1,357mLượng nước xối tưới cho một dàn ống: = 11m3/h phù hợp với lượng nươc xốitưới cho một dàn ống theo lý thuyết khoảng (10÷12) m3/hNhư vậy thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới được thiết kế có 27 dàn ống, mỗi dàncó 14 ống truyền nhiệt là ống thép mạ kẽm tiêu chuẩn cho môi chất lạnhNH3 đường kính 57mm. Các chi tiết còn lại của thiết bị được thể hiện dướiđây.Bảng 6.3: Thông số các chi tiết của thiết bị ngưng tụ kiểu xối tướiSTTTên chi tiết1Kẹp giữ ống2Máng phân phốinước3Máng xối nước4Ống góp hơi5Ống dẫn hơi6Ống trích lỏng7Ống chứa lỏng8Ống lấy lỏng9Ống dẫn lỏng10111213Ống gópngưngỐng dẫnngưngỐng dẫnnhiệtỐng dẫnsungkhí khôngkhí khôngnước giảinước bổThông số kỹ thuậtDày 5mm, dài1850mm, ngang50mmHình chữ nhật, tiếtdiện (100x200)mm,dài 4600mmDày 5mm, tiết diện(58x77)mm, dài5020mmĐường kính ngoài108mm, dày 4mmĐường kính ngoài76mm, dày 3,5mmĐường kính ngoài57mm, dày 3,5mmĐường kính ngoài219mm, dày 6mmĐường kính ngoài45mm, dày 2,25mmĐường kính ngoài89mm, dày 3,5mmĐường kính ngoài108mm, dày 4mmĐường kính ngoài45mm, dày 2,25mmĐường kính ngoài108mm, dày 4mmĐường kính ngoài108mm, dày 4mmSốlượngVật liệu chếtạo108Thép mạkẽm1SUS30427SUS3041113511271111Thép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmThép mạkẽmPage 22 of 33Nước giải nhiệt sau khi xối tưới qua dàn ống sẽ được chứa ở bể nước bên dươithiết bị và được làm nguội sau bằng nước bổ sung để có thể được tuần hoàntiếp tục vào dàn ống, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Nước giải nhiệt vớidàn ngưng tụ xôi tưới là nước giếng khoan để tiết kiệm chi phí.5.3. Tính chọn thiết bị bốc hơiChọn thiết bị bốc hơi là dàn lạnh xương cá.Dàn lạnh xương cá có nguyên tắc hoạt động giống với dàn lạnh kiểu Panel(ống trao đổi nhiệt thẳng đứng ) nhưng có sự cải tiến về diện tích bề mt traođổi nhiệt. Các ống trao đổi nhiệt của dàn lạnh xương cá được uốn cong(giống xương cá) để hạn chế chiều cao bể nhưng vẫn đảm bảo đường đi củamôi chất lạnh, tăng thời gian tiếp xúc.Phương pháp cấp dịch của dàn lạnh xương cá là kiểu ngập lỏng. Dịch lỏngcấp cho dàn lạnh được cấp từ bình giữ mức và luôn duy trình trong dàn lạnh.Nhược điểm của thiết bị là chế tạo khó hơn so với những kiểu khác. Tuy nhiêncấu tạo dàn xương cá gọn và làm giảm chiều cao của bể.Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi:Nhiệt độ nước muối vào dàn:Nhiệt độ nước muối ra khỏi dàn:•Xác định hiệu nhiệt độ trung bình logaritTrong đó: (-15) = 7 KVậy,=4,72K• Hệ số tỏa nhiệt về phía nước muốiNhiệt độ sôi của NH3 là -15, như vậy chọn dung dịch muối NaCl nồng độ khốilượng 23,1% có nhiệt độ đông đặc là -21,2 (thấp hơn khoảng 5độ là hợp lý)(Phụ lục B2 [2]). Chọn ống trong dàn bốc hơi là ống thép mạ kẽm có đườngkính ngoài dng=57 mm và đường kính trong là dtr=50 mm. Bước ống s=100mmTốc độ chuyển động của nước muối trong bể:Nhiệt độ trung bình của nước muối trong bể:Nước muối là dung dịch NaCl nồng độ khối lượng 23,1% ở nhiệt độ có cácthông số sau:= 14179Nước muối chuyển động bên ngoài chùm ống song song có hệ số tỏa nhiệttính theo công thức sau [6]:Page 23 of 33Trong đó:= 1 – Xem như nhiệt độ nước muối gần bằng nhiệt độ vách ống= 0,919 – Hệ số ảnh hưởng của bước ốngVậy 0,26 × 141790,65×29,50,33× 10,25×0,919 = 365Hệ số tỏa nhiệt về phía nước muối:= 3379 W/(m2.K)Mật độ dòng nhiệt về phía nước muối:== 862× (4,72 -(6.6)Với tổng trở nhiệt của ống NH3 trong khoảng ( 0,7 ÷0,9) m2.K/W khi xét đếnảnh hưởng của lớp dầu bám, lớp sơn chống rỉ, lớp cáu bẩn và ống thép mạkẽmBảng 6.4: Số liệu tính toán tổng trở nhiệt của ống trong thiết bị0,06.10-3Lớp sơnchống rỉ0,1.10-3Lớp cáubẩn0,6.10-3Thép mạkẽm2,5.10-30,120,581,545,3Lớp dầuBề dày, mHệ số dẫnnhiệt, W/(m2.K)+++=•Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh NH3:(6.7)•Hệ phương trình xác định mật độ dòng nhiệt (6.6) và (6.7)= 862× (4,72 -Giải ta được = 2830 W/m2Diện tích bề mặt truyền nhiệt bên trong ống:= 220,95 m2•Các kích thước của dàn lạnh xương cáChiều cao của 1 ống xương cá : 0,86mChiều ngang của 1 ống xương cá: 1,27mPage 24 of 33Chiều dài của 1 ống xương cá: 2,7mSố ống: = 520,97. Chọn có 521 ốngChọn 1 cụm dàn lạnh có 9 dãy ống ghép song song nhauSố ống trong một dãy: = 57,8. Chọn có 58 ốngChiều dài một dãy ống gồm 30 ống truyền nhiệt theo tiêu chuẩnL = 200 + 3660 +1270 = 5130mm = 5,13mChiều rộng 1 cụm dàn lạnh với 9 dãy ống với bước ống ngang là 0,1mL = (9-1).0,1 + 0,057 = 0,857 mNhư vậy chọn dàn lạnh có 2 cụm, mỗi cụm có 9 dãy, mỗi dãy có 30 ống. mộtdãy có 1 ống góp trên và 1 ống góp dưới. Một cụm ống có 1 ống góp ngangdưới và 1 ống góp ngang trên. Các ống góp có đường kính ngoài 76mm,đường kính trong 69mm.CHƯƠNG 6. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ6.1. Đường ốngĐường kính trong của ống dẫn được tính theo công thức,mTrong đó:m – lưu lượng tác nhân lạnh đi trong ống, kg/s– Khối lượng riêng của tác nhân lạnh, kg/m3– Vận tốc chuyển động của tác nhân lạnh, m/sBảng 7.1 Thông số để tính toán đường kính các loại ốngỐng đẩy,kg/sỐng hútỐng dẫn lỏng0,657,8741,905579,1181515412038(Chú ý: Có 2 máy nén được sữ dụng nên đối với tùng máy nen 0,65/2 = 0,32kg/s)Chọn đường kính ống dẫn thép theo tiêu chuẩn của Nga (Bảng 10-2).Page 25 of 33

Tài liệu liên quan

• Đồ án tính toán thiết kế hệ thống sản xuất biodiesel từ hạt cao su
  • 75
  • 1
  • 27
• Đồ án: Tính toán - Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy hải sản công suất 1000m3/ngày đêm
  • 117
  • 3
  • 20
• ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP TẬP TRUNG HÒA KHÁNH THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG CÔNG SUẤT 5000 M3/ NGÀY ĐÊM pptx
  • 107
  • 2
  • 19
• Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế dây chuyền sản xuất nước uống tinh khiết
  • 141
  • 1
  • 7
• đồ án phân tích thiết kế hệ thống quản lý khách sạn dạ hương ii
  • 37
  • 776
  • 0
• đồ án phân tích thiết kế hệ thống quản lý khách sạn dạ hương ii
  • 37
  • 970
  • 1
• đồ án phân tích thiết kế hệ thống giao dịch bằng thẻ đa năng
  • 21
  • 391
  • 0
• Đồ án tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo công suất 500 m3 ngày đêm
  • 71
  • 1
  • 6
• Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống xử lý nước thải công nghiệp
  • 86
  • 636
  • 3
• Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy công suất 200 m3 trên ngày đêm
  • 91
  • 792
  • 5

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(147.09 KB - 39 trang) - đồ án đá cây Thiết kế hệ thống sản xuất nước đá cây Tải bản đầy đủ ngay ×