CHƯƠNG 8 THI ẾT KẾ MÁY ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY 4.1/ GI ỚI THIỆU MÁY ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY Máy đá vảy loại cối đá đặt đứng với trống cố điịnh và dao quay. Phần cối tạo đá có vách đôi được chế tạo bằng thép mạ Crom. Dao gạt đá được chế tạo bằng thép không rỉ, có dạng xoắn ốc kiểu trục vít tạo sự chắc chắn, khi dao quay tạo lực ép nhưng không hề ma sát hay tiếp xúc lên bề mặt ống tạo đá và lực tác động lên dao sẽ giảm đi nhiều so với các loại thông thường, làm tăng độ bền thiế t bị. Mô tơ dẫn động trục trung tâm được gắn trên cối, khi trục trung tâm quay sẽ làm quay dao gạt đá theo kiểu chuyển động vệ tinh. Máy đá vảy được thiết kế với cấu trúc để làm ra đá vảy khô đảm bảo hiệu quả làm lạnh cao nhất của đá vảy. Bơm nước được gắ n trên thiết bị và đưa nước vào khay phun nước bên trên. Nước được phun v ào bề mặt ống tạo đá, tạo ra lớp đá trên bề mặt ống và nước c òn dư sẽ rơi xuống khay hứng bên dưới bằng thép không rỉ, rồi được bơm tuần ho àn trở lại khay phun nước. Hệ thống thu hồi nước được hoạt động rất hữu hiệu. Mô tơ dẫn động trục quay của máy đá vảy được trang bị bộ điều tốc để có thể điều khiển thay đổi tốc độ của mô tơ truyền động trục quay dao gạt đá để có thể làm ra đá vảy có kích thước d ày mỏng theo ý muốn, giảm tải khi khởi động và tránh hỏng dao hoặc bộ truyền động khi lớp đá quá dày. Kèm theo thi ết bị cối tạo đá vảy là bình giử mức ngập dịch, có trang bị van phao điện từ khống chế mức dịch, van điều chỉnh cấp dịch tự động. 4.2/ GIỚI THIỆU KHO CHỨA ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY Kho chứa đá đặt ngay dưới cối đá, có kích thước là : 3600W x 3600D x 3000H (mm) Tường, trần , nền kho đá vảy được lắp ráp bằng các tấm panel cách nhiệt tiền chế, vật liệu cách nhiệt là Polyurethane PU, dày 100 mm. Tỷ trọng của tất cả các tấm panel đạt tiêu chuẩn 40  42 kg/m 3 , hệ số dẫn nhiệt  = 0,018  0,02 W/m . K, độ đồng đều và độ bám cao. Bề mặt trong kho được bọc Inox dày 0,6 mm và mặt ngoài của panel kho được bọc tole color – bond dày 0,5 mm. Các t ấm panel có gờ âm – dương và được liên kết nhau bằng các móc khoá cam – block ở cả 4 mặt của panel. Ở góc tường được lắp tấm panel góc liền khối 90 0 với kích thước 600 x 600 mm, để loại bỏ khe hở lắp ghép ở các góc, chống h ình thành các ổ vi sinh, đồng thời tăng thêm độ cứng vững của kho trong suốt thời gian sử dụng. Kho được trang bị 1 cửa có kích thước 980 mm W x 1980 mm H, cửa kho cách nhiệt bằng Polyurethane dày 100 mm, khung cửa làm bằng nhựa hỗn hợp chịu lạnh sâu, định hình nhập ngoại để tránh cầu nhiệt và nhẹ nhàng khi m ở, có độ thẩm mỹ cao. Hai mặt trong, ngoài của cửa kho được bọc bằng Inox dày 0,6 mm. Cửa có trang bị chốt mở từ bên trong để chống sự cố nhốt người vô ý. 4.3/ CHỌN CỐI ĐÁ VẢY Dựa vào năng suất của máy đá vảy là 20 tấn/ngày ta chọn máy đá cảy của hãng MYCOM có các đặc tính kỹ thuật sau : - Loại máy : K – 200 - Năng suất : 20 tấn/ngày - Công su ất lạnh : 90000 KCal/h - Di ện tích cối đá : 5,55 m 2 - Công suất ngưng tụ : 60 kW - Công suất mô tơ dao cắt đá : 2,5 kW - Ống dịch vào : 32 mm - Ống ga ra : 32 mm - Ống nước vào : 20 mm - Chi ều cao : 2600 mm - Chi ều rộng : 1600 mm - Chi ều dài : 1600 mm - Kh ối lượng : 3500 kg Hình 4-1 : Cối đá vảy 4.4/ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỐI ĐÁ VẢY Kích thước cối đá vảy được xác định theo diện tích yêu cầu của cối đá vảy. Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của cối đá được xác định theo công thức sau : F =  . D t . h t , m 2 Trong đó : F : Diện tích của cối đá, m 2 F = 5,55 m 2 D t : Đường kính trong cối đá, m h t : Chiều cao bên trong cối đá, m Cối đá vảy có đường kính bao ngoài là 1600 mm, chiều dày lớp cách nhiệt là 100 m, 2 l ớp Inox mỗi lớp dày 5 mm, ở giữa là lớp môi chất dày 50mm Do đó đường kính trong của cối đá sẽ là : D t = 1600 – ( 100 x 2 + 10 x 2 + 50 x 2) = 1280 mm = 1,28 m T ừ đó ta có : h t = 28,1.14,3 55,5 .  t D F  = 1,38 m 4.5/ KẾT CẤU CÁCH NHIỆT  Kết cấu tường của cối đá vảy được trình bày trên hình 4-2 : Hỡnh 4-2 : Cỏch nhit ci ỏ vy Kt cu tng b nc tun hon tng t nh ca thnh ci ỏ, tuy nhiờn thay vỡ lp 5 l mụi cht lnh thỡ õy l nc lnh tun hon . 1. Lồùp voớ inox daỡy 0,5-0,6mm 2. Lồùp giỏỳy dỏửu chọỳng thỏỳm 3. Lồùp caùch nhióỷt daỡy 100mm 4. Lồùp inox daỡy 5mm 5. Mọi chỏỳt laỷnh daỡy 50mm 6. Lồùp inox daỡy 5mm GHI CH 1- Thõn ci ỏ 2- Bm nc tun hon 3- B nc tun hon 4- Mỏng phõn ph i nc 5- B mt to ỏ 6- Vỏch 2 lp 7- Trc vớt to ỏ 8- Mụ t quay Hình 4-3 : Cấu tạo bên trong cối đá 4.6/ TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG CỐI ĐÁ VẢY Trong hệ thống lạnh cối đá vảy có các tổn thất nhiệt sau đây: - Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt Q 1 + Tổn thất nhiệt qua vách cối đá vảy. + Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn . - T ổn thất nhiệt do làm lạnh nước dá Q 2 . - T ổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q 3. Riêng tổn thất nhiệt ở kho chứa đá khôngtính vì kho chứa chỉ làm nhi ệm vụ bảo quản và hệ thống lạnh không làm lạnh cho kho bảo quản. 4.6.1/ Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt Nhiệt truyền qua kết cấu bao che hệ thống lạnh máy đá vảy bao gồm : + Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối đá Q 11 + Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn Q 12 Q 1 = Q 11 + Q 12 4.6.1.1/ Nhiệt truyền qua kết cấu bao che cối đá Tổn thất nhiệt qua thành cối đá gồm tổn thất qua vách đứng và ở nắp cối đá. Quá trình truyền nhiệt ở đây rất khác nhau, cụ thể như sau : - Ở vách đứng, nhiệt truyền từ môi trường không khí bên ngoài vào môi ch ất lạnh - Ở nắp, nhiệt truyền từ môi trường bên ngoài vào không khí bên trong c ối đá.  Đối với vách đứng Q D 11 = k t .  t . h t , W Trong đó : h t : Chiều cao bên trong cối đá, m h t = 1,38 m  t = t n - t b t n : Nhiệt độ khôngkhí bên ngoài, 0 C t n = 38 0 C t b : Nhiệt độ của môi chất lạnh, chính là nhiệt độ bay hơi, 0 C t b = - 23 0 C k t : Hệ số truyền nhiệt qua vách đứng cối đá, W/m . K - Vách đứng cối đá hình trụ mà hệ số truyền nhiệt K qua vách trụ nhiều lớp có công thức tổng quát là : k =     i ni i i dd d d 12 1 11 . 1 ln .2 1 . 1 1  , W/m . K - H ệ số truyền nhiệt qua vách đứng hình trụ cối đá sẽ là : k t = 322 3 21 2 111 1 ln 2 1 ln 2 1 . 1 1 dd d d d d   ,W/m . K Trong đó : d 1 : Đường kính trong của cối đá không kể lớp môi chất lạnh , m d 1 = 13,9 m 1  : Hệ số toả nhiệt bên ngoài thành cối dá ra môi trường không khí , W/m 2 . K Tra b ảng 3 – 7/ Sách HDTKHTL – Trang 65 chọn : 1  = 23,3 W/m 2 . K 1  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp Inox , W/m . K 1  = 22 W/m . K d 2 : Đường kính của cối đá tính đến lớp Inox dày 5 mm d 2 = 1,4 m 2  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt Polyurethane, W/m . K 2  = 0,018  0,02 W/m . K d 3 : Đường kính ngoài của cối đá vảy , m d 3 = 1,6 m 2  : Hệ số toả nhiệt vách trong ra môi chất lạnh, W/m 2 . K 2  = 21 W/m 2 . K Thay t ất cả vào ta có : k t = 6,114,321 1 4,1 6,1 ln 02,014,32 1 39,1 4,1 ln 2214,32 1 39,114,33,23 1 1 xxxxxxxx  = 0,923 W/m . K Như vậy : Q D 11 = k t ( t n – t b ) h t , W = 0,923 ( 38 – ( - 23) . 1,38 = 77,698 W  Đối với nắp Q N 11 = k n . F n .  t , W Trong đó : F n : Diện tích nắp cối đá , m 2 F N = 4 39,114,3 4 22 1 xd   = 1,52 m 2  t = t n - t b t n : Nhiệt độ không khí bên ngoài , 0 C t n = 38 0 C t b : Nhiệt độ không khí bên trong cối đá, 0 C t b = 0  - 2 0 C k n : Hệ số truyền nhiệt qua nắp cối đá, W/m 2 . K k n =   21 11 1      CN CN i i , W/m 2 . K Trong đó : 1  : Hệ số toả nhiệt bên ngoài nắp cối đá ra môi trường không khí , W/m 2 . K 1  = 23,3 W/m 2 . K i  : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i , m i  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m . K CN  : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, m CN  = 100 mm = 0,1 m CN  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt , W/m . K CN  = 0,018  0,02 W/m . K 2  : Hệ số toả nhiệt từ vách ra môi trường không khí bên trong c ối đá, W/m 2 . K Tra b ảng 3-7/ Sách HDTKHTL – Trang 65 chọn : 2  = 8 W/m 2 . K Do  i i   là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt là : k n = 21 11 1     CN CN = 8 1 02,0 1,0 3,23 1 1  = 0,193 W/m 2 . K Như vậy : Q N 11 = k n . F n .  t = k n . F n ( t n - t b ) = 0,193 . 1,52 [38 – ( -2) ] = 11,734 W V ậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối dá Q 11 là : Q 11 = Q D 11 + Q N 11 , W = 77,698 + 11,734 = 89,432 W 4.6.1.2/ Nhiệt truyền kết cấu bao bể nước tuần hoàn Q 12 - Ở bể nước tuần hoàn quá trình truyền nhiệt thực hiện từ môi trường không khí bên ngoài vào nước lạnh tuần ho àn : Q 12 = k B . F B .  t , W Tro ng đó : F B : Diện tích bể nước tuần hoàn, m 2 Bể nước tuần hoàn có kích thước là : Chi ều dài bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Chi ều rộng bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Di ện tích F B = 1,7 . 1,7 = 2,89 m 2  t = t n - t b t n : nhiệt độ không khí bên ngoài, 0 C t n = 38 0 C t b : Nhiệt dộ của nước tuần hoàn, 0 C t b = 5 0 C k B : Hệ số truyền nhiệt của bể nước tuần hoàn, W/m 2 . K k B =   21 11 1      CN CN i i , W/m 2 . K Trong đó : 1  : Hệ số toả nhiệt bên ngoài bể nước ra môi trường không khí , W/m 2 . K 1  = 23,3 W/m 2 . K i  : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i , m 1  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m . K CN  : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, m CN  = 100 mm = 0,1 m CN  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt , W/m . K CN  = 0,018  0,02 W/m . K 2  : Hệ số toả nhiệt từ vách trong của bể ra nước tuần hoàn, W/m 2 . K 2  = 21 W/m 2 . K Do  i i   là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có : k B = 21 11 1     CN CN = 21 1 02,0 1,0 3,23 1 1  = 0,196 W/m 2 . K Thay t ất cả vào ta có : Q 12 = 0,196 . 2,89 ( 38 – 5 ) = 18,692 W V ậy tổn thất do truyền nhiệt Q 1 sẽ là : Q 1 = Q 11 + Q 12 = 89,432 + 18,692 = 108,124 W 4.6.2/ Tổn thất nhiệt do làm lạnh nước đá Q 2 Q 2 = E 3600 24 x q O , W Trong đó : E : Năng suất của cối đá, kg/ngày E = 20 t ấn/ngày = 20000 kg/ngày 24 x 3600 : Qui đổi ngày đêm ra giây, đó là thời gian làm việc q o : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn , kJ/kg Nhiệt làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn q o được xác định theo công thức: q o = C pn . t 1 + r + C pđ . 2 t , kJ/kg C pn : Nhiệt dung riêng của nước , kJ/kg.K C pn = 4,186 kJ/kg.K r : Nhi ệt đông đặc , kJ/kg r = 333,6 kJ/kg C pđ : Nhiệt dung riêng của đá , kJ/kg.K C pđ = 2,09 kJ/kg.K t 1 : Nhiệt độ nước đầu vào, 0 C t 1 = 25 0 C t 2 : Nhiệt độ cây đá , 0 C t 2 = -5  -8 0 C Thay vào ta có : q o = 4,186 . 25 + 333,6 + 2,09. 8 = 454,97 kJ/kg Thay t ất cả vào ta có : Q 2 = 20000 3600 24 97,454 x = 105,317129 kW = 105317,129 W 4.6.3/ Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q 3 Mô tơ dao cắt đá được đặt bên ngoài cối đá, vì vậy nhiệt lượng tạo ra bằng công suất trên trục của mô tơ. Q 3 =  . N , kW Trong đó :  : Hiệu suất của động cơ điện .  = 0,8  0,95 N : Công su ất mô tơ dao cắt đá, kW N = 2,5 kW Thay vào ta có : Q 3 = 0,85 x 2,5 = 2,125 kW 4.6.4/ Xác định tải nhiệt cho máy nén và năng su ất lạnh của máy nén [...]... 1 -23 - 18 0,1661 0,1661 1432,5 1445, 28 0,70 68 0,7 586 Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt 2 3 4 5’ 5 6 7 8 9 25 -8 112 42 33 -5 -8 -8 -23 0,3151 0,3151 1,6429 1,6429 1,6429 1,6429 0,3151 0,3151 0,1661 1532,3 1451 ,8 1660,6 391,14 352, 78 177,19 352, 78 163,55 177,19 0,4461 0, 387 0,1 28 0,00173 0,00169 0,00155 0, 387 0,00154 0,70 68 Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Lỏng bão hoà Lỏng bão hoà Lỏng quá lạnh Hơi... Tải nhiệt cho máy nén QMN = 80 % Q1 + 100%Q2 + 75% Q3 = 80 100 75 1 08, 124 + 105317,129 + 2125 100 100 100 = 106997,3 78 W  Năng suất lạnh của máy nén QO = K QMN b ,W Trong đó : K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh Chọn K = 1,07 b: hệ số thời gian làm việc Chọn b = 0,9 QMN : Tổng tải nhiệt của máy nén đối với nhiệt độ bay hơi, W Thay... tế nén qua máy nén cao áp, kg/s m3 = 0,124 kg/s l2 : Công nén riêng cấp cao áp , kJ/kg l2 = h4 – h3 = 1660,6 – 1451 ,8 = 2 08, 8 kJ/kg Thay vào ta có : NS = 0,124 2 08, 8 = 25 ,89 1 kW 8/ Hiệu suất chỉ thị i =  W + bttg Trong đó : W = Ttg Tk =  8  273 265  42  273 315 b = 0,01 ttg = - 8oC Thay vào ta có : i  265  0,001( 8)  0 ,83 3 315 9/ Công suất chỉ thị Ni = N S 25 ,89 1   31, 081 kW 0 ,83 3 i 10/... 1255,31  = 3,644 l 344,473 4.7.2.2/ Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén A/ Tính toán cấp hạ áp 1/ Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp m1 = QO kg/s qO Trong đó : Qo : Năng suất lạnh của máy nén , kW Qo =127,2 08 kW Vậy m1 = QO 127,2 08  = 0,101 kg/s qO 1255,31 2/ Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp VttHA = m1 v1 = 0,101 0,7 586 = 0,076 m3/s 3/ Hệ số cấp máy nén  HA    Ptg  Ptg  PO ...  = 0,622 8/ Năng suất tiêu chuẩn QoTC tính chuyển từ Qo ra QoTC = Qo qVTC TC qV HA , kW Theo tính toán ở phần trước ta có : qv = 1654,772 kJ/m3  HA = 0 ,83 8 Qo = 127,2 08 kW Thay vào ta có : QoTC = 127,2 08 757,177 x0,622 = 43,2 kW 1654,772 x0 ,83 8 Với QoTC = 43,2 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTLTrang 200 chọn tổ máy nén 2 cấp  AY80 có các thông số kỹ thuật của cấp hạ áp là - Năng suất lạnh : 93... 0,95 el : Hiệu suất dộng cơ el = 0 ,80  0,95 Thay vào ta có : NelHA = 9,5567 = 11 ,83 4 kW 0,95.0 ,85 B/ Tính toán cấp cao áp 1/ Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp, do h5 = h7 nên h2  h6 , kg/s h3  h7 1532,3  177,19 = 0,124 kg/s = 0,101 1451 ,8  352, 78 m3 = m1 2/ Thể tích hút thực tế VttCA = m3 v3 , m3/s = 0,124 0, 387 = 0,0 48 m3/s 3/ Hệ số cấp của máy nén CA    Ptg  Ptg  P  PK... có : QO = 1,07 x106997,3 78  1272 08 W 0,9 = 127,2 08 kW 4.7/ THÀNH LẬP SƠ ĐỒ , TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 4.7.1/ Chọn các thông số của chế độ làm việc Chế độ làm việc của máy đá vảy được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau : - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt)... ta sử dụng máy nén 2 cấp cho cối đá vảy trong hệ thống NH3 Ta nhận thấy : Po ( to = - 23oC ) = 0,1661 MPa Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 MPa Do đó ta có : Tỷ số nén   pk 1,6429   9 ,89 1 po 0,1661 Ta thấy tỷ số nén  = 9 ,89 1 > 9 Vì vậy ta chọn chu trình lạnh máy nén 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn 4.7.2.1/ Thành lập sơ đồ 5’ 5 4 NT TL1 - 7 NCA - 3 BTG 6 2 NHA - 8 TL2 BH... h7 = ( 1532,3 – 1445, 28 ) + = = 1532,3  177,191660,6  1451 ,8 87 ,02 + 344,473 kJ/kg 1451 ,8  352, 78 257,453 e/ Năng suất nhiệt riêng m3 , kJ/kg m1 m3 h2  h5  h7  h6  m1 h3  h7 qk = ( h4 – h5 ) mà do h5 = h7 m3 h2  h6  m1 h3  h7 nên Vậy ta có : qk = (h4 – h5 ) h2  h6  h3  h7  = ( 1660,6 – 352, 78 ) 1532,3  177,19 1451 ,8  352, 78 = 1612,563 kJ/kg f/ Hệ số lạnh  qO 1255,31  =... = -8 + 273 = 2650K Tk = 35 + 273 = 3 080 K Thay vào ta có : TC 1     1,3503  0,01  1 0,3111  0,01  265  0,3111  0,01    0,05     0,3111  0,3111   3 08  0,3111      = 0, 686 5/ Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Qo ra qVTC TC , kW qV  CA 757,177 x0, 686 = 62, 98 kW 127,2 08 1654,772 x0,634 QoTC = Qo = Với QoTC = 62, 98 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTLTrang 200 chọn máy . quản và hệ thống lạnh không làm lạnh cho kho bảo quản. 4.6.1/ Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt Nhiệt truyền qua kết cấu bao che hệ thống lạnh máy đá vảy. 106997,3 78 W  Năng suất lạnh của máy nén Q O = b QK MN . , W Trong đó : K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh