Hệ Thống Sản Xuất Nước đá Tinh Khiết - 123doc

một yếu tố quan trọng không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt hằng ngày củacon người như: máy làm lạnh, điều hòa không khí, tủ lạnh, hệ thống sản xuất nước đá… Để nghiên cứu kỹ hơn về v

MỞ ĐẦU

Thế giới hiện nay đang phát triển về công nghệ- kỹ thuật và các lĩnh vực

nghiên cứu khoa học để phục vụ cho mục đích cuối cùng là đời sống con người

Cùng với nhu cầu đó công nghệ lạnh cũng phát triển không ngừng cho đến nay

Không chỉ dừng ở việc phục vụ cho ngành công nghiệp và sản xuất mà lạnh là

một yếu tố quan trọng không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt hằng ngày của

con người như: máy làm lạnh, điều hòa không khí, tủ lạnh, hệ thống sản xuất

nước đá… Để nghiên cứu kỹ hơn về vấn đề này nhóm em sẽ nhận đề tài “Hệ

Thống Sản Xuất Nước Đá Tinh Khiết” mà đã, đang và sẽ là nhu cầu thiết yếu

cho con người hiện nay

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ

Ngày nay, nhu cầu tiêu thụ ngày càng nhiều, chất lượng thành phẩm

không chỉ đòi hỏi ở số lượng, chất lượng, mà còn đòi hỏi cả hình thức mẫu mă,

kích thước gọn nhẹ đồng thời tiện sử dụng Điều này đã khiến cho các ngành từ

nhỏ đến lớn đều phải có sự tương hổ nhau để cùng phát triển

Hiện nay, trên thị trường thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng “ Hệ

thống sản xuất nước đá” có rất nhiều loại và đa dạng về sản phẩm cũng như chất

lượng sản phẩm

1.1 PHÂN LOẠI VÀ CÔNG DỤNG

1.1.1 Màu sắc:

- Nước đá đục

Nước đá đục là nước đá có màu đục, không trong suốt, màu sắc như vậy

là do có tạp chất ở bên trong Về chất lượng, nước đá đục không thể sử dụng vào

mọi mục đích được mà chỉ sử dụng trong kỹ thuật, công nghiệp nên gọi là nước

đá kỹ thuật Các tạp chất trong nước đá đục có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí

- Nước đá trong

Nước đá trong là nước đá trong suốt, dưới tác dụng của các tia sáng phản

xạ màu xanh phớt Để có nước trong suốt cần loại bỏ các chất tan, huyền phù và

khí trong nước Vì vậy khi tan không để lại chất lắng

Có thể loại bỏ các tạp chất ngay trong quá trình kết tinh của đá bằng cách

vớt bỏ tạp chất nổi trên bề mặt đá khi kết tinh, tránh cho không bị ngậm giữa các

lớp tinh thể

- Nước đá pha lê

Khi nước được sử dụng để làm đá được khử muối và khí hoàn toàn thì đá

tạo ra là đá pha lê Đá pha lê trong suốt từ ngoài vào tâm và khi tan không để lại

cặn bẫn Nước đá pha lê có thể được sản xuất từ nước cất, nhưng như vậy giá

thành sản phẩm quá cao Nước đá pha lê khi xay nhỏ ít bị dính nên rất được ưa

chuộng

Nước đá pha lê có thể sản xuất ở các máy sản xuất đá nhỏ nhưng phải

đảm bảo tốc độ trên bề mặt đóng băng lớn và khử muối sạch

Khối lượng riêng của đá pha lê cỡ 910 đến 920 kg/m3

1.1.2 Hình dáng:

- 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% Sở dỉ như vậy là vì

khuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đông và nước trong khuôn phải

đảm bảo chìm hoàn toàn trong nước muối 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

Đá cây được sử dụng trong sinh hoạt để phục vụ giải khát, trong công

nghiệp và đời sống để bảo quản thực phẩm Hiện nay một số lượng lớn đá cây

được sử dụng cho ngư dân bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ và lâu ngày Hiện nay

ở nước ta người dân vẫn quen sử dụng đá cây để cho giải khát với số lượng khá

lớn

- 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 3 đến 6 m, cao 2 đến 3 m, dày 250đến

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 gảy 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

- Máy đá viên (máy đá dạng ống):

Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng được sản xuất trong các ống

phi57 x 3,5 và phi38 x 3mm, nên đường kính của viên đá là phi50 và phi32 Khi

sản xuất đá tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành những đoạn từ 30đến

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

Đá tuyết có thể được ép lại thành viên kích thước phù hợp yêu cầu sử

Sử dụng bảo quản thực phẩm, đặc biệt sử dụng bảo quản cá khi đánh bắt

xa bờ Nguyên liệu sản xuất đá là nước biển có độ mặn cao Nhiệt độ đông đặc

khá thấp nên chất lượng bảo quản tốt và thời gian bảo quản có thể kéo dài hơn

Để sản xuất đá mặn nhất thiết phải sử dụng phương pháp làm lạnh trực tiếp, vì

thế hạn chế tổn thất nhiệt năng

1.2 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC

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 đây dầu được lọc lại và đưa trở 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 chất thực hiện quá trình trao đổi nhiệt trở

thành 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 cáu bẩn và hàm lượng ẩm trong

môi chất, sau đó môi chất đi qua bình quá lạnh góp phần tăng năng suất lạnh

Môi chất lỏng tiếp tục đi qua kính xem lỏng, qua 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 lòng được hạ nhiệt độ và suất trong xuống p0, to, van tiết lưu nhiệt điều

chỉnh lượng lỏng nhờ vào bầu cảm biến ở đầu ra của dàn lạnh Từ bình chứa

thấp áp môi chất lỏng chảy vào dàn lạnh xương cá môi chất được bay hơi và trao

đổi nhiệt với dung dịch nước muối Sau đó hơi lạnh trở về bình chứa thấp áp

Hơi môi chất tiếp tục đi về bình tách lỏng, ở đây môi chất được tách lỏng, còn

hơi thì được máy nén hút về, kết thúc một quá trình và chu trình được lặp lại

1.3 CẤU TẠO CỦA MÁY SẢN XUẤT ĐÁ VIÊN

Máy sản xuất đá viên được thiết kế nhỏ gọn, chất lượng, hoạt động ổn

định, bền bỉ đem lại hiệu suất cao, tiết kiệm điện năng, dễ vận hành, đặt biệt giá

thành giảm so với máy nhập ngoại

Đá viên hiện nay được sử dụng rất nhiều, có thể sử dụng bảo quản thực

phẩm,….Máy sản xuẩt đá viên sử dụng dây chuyên lọc nước hiện đại sau đó sử

dụng để làm đá viên, nên hiện nay máy sản xuất đá viên được rất nhiều các

doanh nghiệp sử dung

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC VÀ CÁCH NHIỆT CỐI ĐÁ

● Năng suất thiết kế G= 1500kg/24h

● Nhiệt lượng đông đặc đá:

r = 80 kcal/kg

● Nhiệt độ đá ra khỏi thiết bị t2= -50C

● Nhiệt độ nước vào thiết bị t1= 50C

● Nhiệt độ môi chất bốc hơi t0= -150C

- Thiết bị bốc hơi ống chùm, số ống là 125 ống, được bố trí theo các cạnh của hình lục giác đều

và trên các đỉnh của tam giác đều theo cách bố trí này thì tổng các số ống chùm thỏa:

n = 0.75*( m2 – 1) + 1

156 = 0.75*( m2 – 1) + 1

m 14,5

Dựa vào bảng trang 127 , tài liệu kỹ thuật lạnh

chọn thiết bị bốc hơi là 169 ống, có số ống bố trí theo đường kính lớn nhất của hình lụcgiác ngoài cùng: m=15

Bước ống được xác định theo công thức

2.2 TÍNH KẾT CẤU CÁCH NHIỆT CỐI ĐÁ

K – hệ số truyền nhiệt của cối đá W/m2.K

1- hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bể đá

- hệ số tỏa nhiệt bên trong cối đá

- chiều dày của các lớp còn lại của cối đá

- hệ số dẫn nhiệt của các lớp kết cấu W/m2.K

2.2.1 vật liệu cách nhiệt

Chọn vật liệu cách nhiệt là polyourthan cho máy làm đá, styropor là vật liệu cáchnhiệt cho buồng chứa đá Cả 2 vật liệu này là vật liệu cách nhiệt tốt nhất thông dụng nhất hiệnnay Styropor được tạo thành những tấm đúc rất dễ sử dụng, lắp đặt Nó không bị thấm nước,

không bị mối mọt phá hoại,nhưng dễ cháy được chọn làm vật liệu cách nhiệt cho vách, trầncủa kho và cách nhiệt cho kho đá.

2.2.2 chọn môi chất lạnh.

Ta nhận thấy tác nhân R22 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá công suấtnhỏ vì:

Có năng suất lạnh riêng nhỏ

Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của R22 rất thấp

TT Vật liệu

( m ) Kcal/h.m

k

g/m.h.mmHg

λcn: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt W/m.K

δcn: chiều dày lớp cách nhiệt (m)

= 0,2013 m

- Chọn m theo tiêu chuẩn:

- Tính lại hệ số truyền nhiệt :

k =

= 0,198 m

- Kiển tra tính đọng sương trên bề mặt ngoài của đá:

- Điều kiện vách ngoài không đọng sương:

Nhiệt độ trong thiết bị làm lạnh : ttr=-15 C

KS= 0.95*23.3* =2.088

Ks=2.088 >K Vật không đọng sương

CHƯƠNG III: TÍNH PHỤ TẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG

3.1 DÒNG NHIỆT TRUYỀN QUA KẾT CẤU BAO CHE

3.1.1 Dòng nhiệt truyền qua vách cối đá

Q1= KT ∆t.F (W)

∆t = tkkN – t0 = 30+15 =45 0C

tkkN - Nhiệt độ không khí bên ngoài phòng; tkkN = 300C

t0 - nhiệt độ sôi của môi chất lạnh bên trong, lấy t0 = -150 C

F – Diện tích xung quanh bể

F = 2.3,14.r.h=2.3,14.0.19.1=1,2 m2

h – chiều cao thân cối đá; h=1 m

α1 – hệ số tỏa nhiệt giữa không khí và bề mặt bên ngoài cối đá, W/m2 .K

α2 – hệ số tỏa nhiệt khi sôi môi chất bên trong cối đá, W/m2.K

λi – hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu

di, di+1 – đường kính trong và ngoài của vật liệu W/m2 .K

d1, d2 – đường kính bề mặt vách tiếp xúc môi chất lạnh và bề mặt ngoài

ngoài cùng của cối đá, m

kT – hệ số truyền nhiệt vỏ trụ : theo công thức tính ở (*) ta được

kT=0,232 W/m.K

Q11= KT ∆t.F= 0,232.45.1,2=12,528 W

3.1.2 Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra:

M – khối lượng đá được sản xuất trong một ngày đêm, về giá trị đúng bằng năng

suất cối đá, kg

t – thời gian sản xuất đá

q0 - nhiệt lượng của 1 kg nước tỏa ra khi làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu đến khi

đông đá hoàn toàn, J/kg

Giá trị q0 được xác định theo công thức:

q0 = Cpn.t1 + r + Cpđ.׀t2׀

Cpn – nhiệt dung riêng của nước: Cpn = 4186 J/kg.k

r – nhiệt đông đặc: r = 333600 J/kg

Cpđ – nhiệt dung riêng của đá: Cpđ = 2090 J/kg.K

t1 – nhiệt độ nước đầu vào, 0C Nhiệt độ nước lạnh vào có thể lấy từ hệ

thống nước lạnh của nhà máy: t1 = 50C, hoặc từ mạng nước thường t1 = 300C, tùy

theo điều kiện cụ thể tại mỗi nhà máy Tuy nhiên, ở các nhà máy hiện đại thường

= 156.0,3.0,418.40=782,496 W

3.1.4 NhiỆt TỔn ThẤt Khi Tách Đá KhỎi Khuôn

Trong đó

Diện tích xung quanh của cây đá F= 0,06 m2

Bề dày lớp đá tan để có thể tách đá ra khỏi khuônδ = 0,001 mKhối lượng riêng của nước đá ρnđ = 900Kg/m 3

0C

pbar

hkJ/kg

υ

m3/kg

skJ/kg

Công nén riêng

l = h2 – h1 = 442,12 – 403,57 = 38,55Năng suất nhiệt riêng

Với thiết bị bốc hơi của máy đá sản xuất đá viên – môi chất sôi phía ngoài ống,

đá đông phíatrong ống, môi chất nhận nhiệt từ nước để bốc hơi

Thời gian đông đá phụ thuộc đường kính viên đá, hệ số cấp nhiệt cũng như chế

độ ống

Đối với quá trình sản xuất đá viên, ban đầu nước đông trong ống khi đang ở trạng

thái chảy màng

Sau đó nước đông như đá khối bình thường Để tính chính xác, thời gian đông đá

cho quá trình này là rất phức tạp Với mức độ giới hạn của độ ẩm này, ta chọn

công thức gần đúng để tính thời gian đông đá như sau:

Thời gian đông đá 25 phút

Thời gian xả đá cộng cắt đá khoảng 5 phút

Thời gian 1 mẻ 30 phút.

Theo tính toán ở chương II ta chọn thiết bị bay hơi có D= 40cm

4.2 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG THIẾT BỊ BỐC HƠI.

4.2.1 Thùng Chứa Nước Ở Trên:

- Thùng chứa nước trên có nhiệm vụ phân phối nước cho các thùng

làm đá

- Kích thước:

• Chiều cao: 1,2 m

• Chiều rộng: 0,5m

thể tích chứa 0,1 m = 100 kg Đáp ứng tốt cho nhu cầu làm đávới năng suất 47kg/mẻ

4.1.2 Thùng Chứa Nước Ở Phía Dưới:

Chứa nước từ máy lọc bơm sang và nước không đóng băng từ bồn chảy

xuống Nhiệm vụ là cung cấp nước cho thùng phía trên, đảmbảo nước cho chu

kỳ làm đá Kích thước 0,7m

4.1.3 Dao Cắt:

Nhiệm vụ dao cắt là cắt những viên đá rơi xuống, đồng thời giữ khoảng cách cố đỉnh củaviên đá, Do bố trí tấm chặng nghiêng, cho phép cắt đá thành từng đoạn như mong muốn Lưỡi dao quay nhờ một mô tơ điện, có hộp số, thiết kế cánh quạt có đường kính bằngđường kính thiết bị bốc hơi

Tra đồ thị ta được nhiệt độ ướt kế: 32.5oC

Nhiệt độ nước ra tính theo nhiệt độ nước vào:

tw2 = tw1 + 2.5

tw1 = tư + 2 = 32.5 + 2

= 34.5oC tw2 = 34.5 + 2.5 = 37oC

Ta chọN nhiệt tải riêng của thiết bị qF = 4000 W/m2

Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ là:

C: Nhiệt dung riêng của nước

C = 4,18 (KJ/KG.độ)đ: khối lượng riêng của nước

đ = 995 (kg/m3)tw: độ chênh lệch nhiệt độ của nước vào và ra khối tháp

+ Đường kính nối vào: dv = 40 mm

+ Đường kính nối ra: dr = 40 mm

+ Đường kính ống chảy tràn: 25

+ Đường kính xả: 25

+ Đường kính quạt gió: 530 mm

+ Lưu lượng quạt gió: 70 m3/ph

Tính toán :

- Lưu lượng tác nhân lạnh : G = 0,113 kg/s

- Thể tích riêng phía đầu đẩy máy nén :

Chiều cao H = 500 mmChiều cao phủ bì Dp = 1100 mmĐường kính ga vào dv = 50 mmĐường kính ga ra dr = 50 mmĐường kính ống dầu dd = 15 mmKhối lượng m = 60 kgKiểm tra bền khi bề dày thiết bị S = 9 mm

Bình chứa dầu có gắn các van để nối với bình tách dầu , đầu hút của máy nén Van xãdầu được gắn ở đáy bình xã dầu và xã ra ngoài ở áp suất thấp ( 1.2- 1.3 at ) sau khi húthết NH3 ra khỏi bình Hơi R22 hút ra khỏi bình nhờ nối với đầu hút của máy nén Tính toán :

Dựa vào chế độ làm việc ta chọn bình có thể tích khoảng 50 l

Theo TL[2]/281 chọn bình chứa dầu như sau :

4.4.7 Bình Chứa Thu Hồi:

Nhiệm vụ : dùng để chứa môi chất lỏng xã ra từ thiết bị làm đá trước khi đưa hơi nóng vào

4.4.8 Van Tiết Lưu :

Nhiệm vụ : van tiết lưu dùng để tiết lưu lỏng tác nhân lạnh từ áp suất ngưng tụ Pk đến ápsuất sôi Po và điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống

Để dễ dàng cho việc vận hành và tự động hoá ta chọn van tiết lưu tự động điều chỉnh nhiệtcho kho trữ đá Nếu nhiệt độ quá cao thì van sẽ mở thêm , ngược lại nếu nhiệt độ quá thấpvan sẽ tự động đóng bớt lại

Đối với thiết bị làm đá ta có thể sử dụng van tiết lưu phao theo mực lỏng trong thiết bị làm

đá

Tiết diện ngang của van tiết lưu thiết bị làm đá :

Trong đó :

Qo :Năng suất lạnh của van tiết lưu

qo : Năng suất lạnh riêng

Sản xuất đá viên tinh khiết đem lại hiệu quả kinh tế như :

Đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng cao của con người về mức độ vệ sinh , an toàn trong

Cuối cùngem xin chân thành cam ơn thầy LÊ TRẦN CẢNH đã nhiệt tình hứớng dẩncho em hoàn thành tốt đồ án này.

I.