Tìm hiểu cách làm nước đá trực tiếp và gián tiếp

ứng bằng các tủ lạnh gia đình tủ lạnh thương nghiệp. Nhưng nhu cầu đối với các máy làm đá vẫn rất lớn, đặc biệt với Bể đá cây. 1.1. Kết cấu bể đá cây. Bể đá cây được xây dựng với diện tích là 16m2 cao 1,4m, cấu tạo bể được biểu diễn trên hình 1.3. Thành bể nước muối ở bên trong phải gò bằng tôn đen dầy 0,003m, giữa cách nhiệt bằng tấm polystirol và một lớp giấy dầu dầy khoảng 0,15m. Vỏ ngoài được xây bằng gạch đỏ và hai lớp vữa xi măng. Bể nước muối được chia làm hai ngăn, ngăn lớn để bố trí các khuôn đá, còn ngăn nhỏ để bố trí dàn bay hơi làm lạnh nước muối trong bể có bố trí một bơm nước muối tuần hoàn mạnh từ dàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi lại quay lại dàn bay hơi. Bơm nước muối bố trí thẳng đứng để tránh rò rì nước muối ra ngoài. Dàn bay hơi kiểu xương cá có khả năng tăng khả năng trao đổi nhiệt lên đáng kể. Các khuôn đá được ghép lại với nhau thành linh đá suốt chiều ngang của bể. Các linh đá không phải đứng im trong bể mà chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể nhờ cơ cấu chuyển động xích. Khi một linh đá kết đông xong và được nhắc ra khỏi bể thì cơ cấu xích chuyển động dồn tất cả các linh đá lên chừa ra phía cuối bể một khoảng hở vừa đủ để đặt linh đá đã đổ đầy nước mới vào. Chuyển động giữa nước muối tuần hoàn và linh đá là ngược chiều. Khi đá đã kết đông trong khuôn, toàn bộ linh đá được cầu trục nâng ra khỏi bể và thả vào bể làm tan giá. Các khuôn đá nóng lên, lớp băng dính khối đá với khuôn tan ra, cầu trục sẽ nâng đá trượt lên bàn trượt đá để vào kho chứa đá, còn linh đá được cầu trục đưa đến máng rót nước, máng rót nước tự động nhiều vòi có định lượng rót đồng thời cho tất cả các khuôn đá lượng nước đã định trước. Sau khi rót nước xong linh đá được đặt vào đầu bể vị trí mà cơ cấu chuyển động xích vừa đẩy toàn bộ các linh đá dịch ra. - Máy lạnh phục vụ cho bể muối là máy lạnh amoniắc một cấp, thiết bị ngưng tụ là bình ngưng ống vỏ nằm ngang. Dàn bay hơi kiểu xương cá có cấu tạo để tạo ra dòng chảy rồi tăng cường trao đổi nhiệt. Nước nuối sử dụng là nước muối ăn NaCl. Hình 1-1: Cơ cấu rót 1. Máy nước; 2. Vòi nước. 1.2. Những thông số ban đầu. 1.2.1. Nơi thiết kế và lắp đặt. Sản xuất đá tại Hà Nội nên các số liệu được lấy tại đây, tra bảng 1.1 - [1] được: nhiệt độ trung bình cả năm : = 23,40C. nhiệt độ mùa hè : = 37,20C jhè độ ẩm cao nhất : jhè = 83%. 1.2.2. Nước làm mát. Để làm mát nước bình ngưng và máy nén, ta có thể dùng nhiều nguồn nước khác nhau, các phương án như sau: 1. Dùng nước thành phố không tuần hoàn: Nếu: Nước thành phố là nước giếng khoan : tW1 = + (3 á 4)0C Nước thành phố là nước mặt : tW1 = tư DTW t K = 450C TW1 Hình 1-2: Trao đổi nhiệt ngược chiều TW2 DTmin 2. Dùng nước giếng khoan không tuần hoà: tW1 = ttbnăm. 3. Dùng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt: tW1 = tư + (3 á 5)0C (1) ở đây ta áp dụng phương án 3 từ jhè = 83% tra đồ thị hình (1-2b - [1] ta được: tư = 34,60C thay vào (1) có: tW1 = 34,6 + (3 á 50C) = (37,6 á 39,6)0C. Chọn tW1 = 37,60C. Chọn tW2 - tW1 = 3,40C. tW2 = tW1 + 3,40C = 400C. Chọn hiệu nhiệt độ tối thiểu Dtmin = 5K do đó: tK = tW2 + Dtmin = 400C + 5 = 450C. vậy tK = 450C. 1.2.3. Tính toán nhiệt độ bay hơi. Nhiệt độ nước đá yêu cầu: Nếu lấy nhiệt độ nước đá lớn hơn -40C thì chất lượng đá không tốt (non đá), nếu nhỏ hơn -60C thì đá già (khi ra đá rễ bị gãy) ta chọn nhiệt độ thích hợp là -50C. B L 1,0 Hình 1-3: Sơ đồ bể đá khối 1 - Bể nước muối 2 - Hàng khuôn Chọn môi chất lạnh là Amoniắc, sản xuất đá bằng phương pháp gián tiếp qua chất tải lạnh nước muối Natri clorua (NaCl) t0 = tnước muối - (4 á 6)0C. Coi độ chênh nhiệt độ giữa nước đá và nước muối qua vách ống là nhỏ khoảng 4K, do đó: Chọn tnước muối = -100C. Chọn độ chênh nhiệt độ của nước muối vào ra: Dtm = 4 á 6K Suy ra: t0 = -10 - (4 á 60C) t0 = -150C. C t c j A 1 j C j 2 j B j % kg/kg j t b t A t A' t B' T B A A' B B' 2 1 = 10 0 t C Hình 1-4: Quan hệ phụ thuộc giữa nồng độ và nhiệt độ của nước muối. 1 - Đường kết tủa tinh thể nước đá. 2 - Đường kết tủa muối Với nhiệt độ nước muối ở trên ta có thể xác định được nồng độ khối lượng muối (j%). Tra hình 3.11 - [3] cho NaCl được: j1 = 10% á 12% hoặc j2 = 20% á 30%. Dĩ nhiên trên thực tế phải chọn nước muối có nồng độ j2. Điều này được giải thích trên hình 1-6 như sau: Giả sử nước muối ở điểm A có nhiệt độ tA và nồng độ jA. Như vậy tinh thể nước đá sẽ xuất hiện khi nhiệt độ hạ xuống tA' (chẳng hạn đến t = -100C) thì nồng độ nước muối sẽ tăng nên từ nồng độ jA đến nồng độ j1, mức tăng sẽ chấm dứt khi nồng độ muối đạt tới jC (tại đây nước muối sẽ đóng băng ở dạng hỗn hợp đồng nhất của các thành phần). Nếu nước muối ở trạng thái B (tB, jB), muối sẽ kết tủa nếu hạ nhiệt độ đến điểm tB'. Khi nhiệt độ hạ xuống thấp hơn tB' nồng độ nước muối sẽ giảm dần từ jB qua j2 rồi xuống tới jC. Đường (2) còn gọi là đường bão hoà dung dịch. ở nhiệt độ t = -100C sẽ có hai nồng độ nước muối là j1 và j2, nhưng ở nồng độ j1 chỉ có nước đóng băng còn ở nồng độ j2 chỉ có muối kết tủa, hạ nhiệt độ xuống sẽ làm mức đá kết tủa và nồng độ muối tăng lên. Một đặc điểm nữa của nước muối là tính ăn mòn kim loại, đặc biệt khi tiếp xúc với oxy không khí. Hệ nước muối hở bị oxy hoá bão hoà nhanh gấp 4 lần so với hệ kín, vì vậy kim loại trong hệ hở sẽ bị ăn mòn nhanh hơn. Để giảm tối thiểu tính ăn mòn, nên hoà vào trong bể nước muối một ít chất chống rỉ (chẳng hạn muối Crôm, Silicat Natri, axit Photphoric hoặc hợp chất cao phân tử như polyox, polyacrilamic thuộc cấu trúc tuyến tính). Vậy ở nhiệt độ bay hơi t0 = -150C thì điểm đông đặc của nước muối phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi yêu cầu từ (3 á 5)0C. t0 - tbăng = (3 á 5)0C. ị tbăng = t0 - (3 á 5)0C. = -15 - 4 = -190C. tbăng = -190C. Từ tbăng = -190C. Tra bảng 6.3 - [3] ta tìm được nồng độ nước muối theo yêu cầu: j2 = 22,2%. Chương 2 Tính nhiệt bể đá 2.1. Kích thước. 2.1.1. Khuôn, bể đá. Tính chọn kích thước khuôn đá: Có hai loại khuôn, khuôn có thiết diện hình chữ nhật và khuôn dạng hình vuông. Ta chọn loại khuôn hình chữ nhật tức là: n = = 2. Trong đó: a0: Chiều dài miệng khuôn. b0: Chiều rộng miệng khuôn. Thời gian làm đá được tính theo công thức plank sau đây: (2) Với: t0: Thời gian làm đá, h. tm: nhiệt độ nước muối trung bình trong bể, 0C. b0: Chiều rộng miệng khuôn, m. A, B: Các hằng số, trị số của chúng phụ thuộc vào tỷ lệ n. n2 = 2 ta có: A = 4540 , B = 0,026. Thời gian làm đá: 24h/mẻ. Nhiệt độ trung bình nước muối tm với từng loại đá khác nhau là khác nhau. Nước đá đục: tm = -100C. Nước đá trong suốt tm = -4 á -60C. Nước đá pha lê: tm = -4 á -60C. Chọn tm = -100C, thay vào (2). Sau đó biến đổi ta được: + 0,026b0 - 0,044 = 0 Đây là phương trình bậc hai đầy đủ, giải phương trình này sẽ cho: b0 = 0,19728 m (2) Phương trình này có 2 nghiệm, ta chỉ lấy nghiệm dương vì b0 là chiều dài. Từ bảng 9 -3 - [4] tra được khuôn chuẩn sau: Khối lượng kg Tiết diện trên mm ´ mm Tiết diện dưới mm ´ mm Chiều cao chuẩn mm Chiều cao tổng mm 50 380 ´ 190 340 ´ 160 1101 1115 Sau khi chọn chuẩn b0, thời gian làm đá thực là: . 0,19728 (0,19728 + 0,026) = 19,19 (h) Số lượng khuôn đá: Một khuôn đá nặng 50kg, vậy 6 tấn đá cần: = 120 khuôn. Kích thước bể nước muối. Từ kích thước khuôn và số khuôn ta tính được sơ bộ kích thước của bể nước muối. Chọn một linh đá gồm 12 khuôn nên số linh đá sẽ là = 10 linh chọn khoảng cách giữa các mép hàng khuôn kế tiếp nhau là 0,002m. Khoảng cách giữa hàng khuôn và thành bể 2 x 0,3m. Bề rộng của thanh đỡ hai đầu hàng khuôn (2 x 0,1) Chiều dài lòng bể L: L = 10 (0,38 + 0,002) + 2 x 0,3 = 4,42 (m) Chiều rộng lòng bể B: B = 12 x 0,19 + 1,0 + 2 x 0,1 = 3,48 (m) Chiều cao bể H: Phải đảm bảo chiều cao khuôn, đảm bảo khoảng cách đáy khuôn tới đáy bể và chiều cao nắp đậy. Thường tổng các chiều cao này khoảng 1,4m. 2.1.2. Kho bảo quản đá. Thường kho bảo quản đá có dung tích gấp (2 á 5) lần năng suất ngày đêm của bể đá. ở đây ta lấy 2 lần. Kho này thường được trang bị dàn lạnh treo trần, đối lưu không khí tự nhiên. Kích thước kho bảo quản đá: Diện tích 1 khối đá đặt trên nền là (0,38 + 0,34) x 1,12/2 = 0,403m2. Số khối đá cần đặt trong kho theo năng suất kho là = 240 khối ta xếp đá làm 5 chồng, mỗi chồng gồm 48 khối đá. Diện tích các khối đá là: 48 x 0,403 = 19,34 m2 Diện tích kho trữ đá bằng diện tích các khối đá + diện tích phụ trợ (đường đi, khoảng cách các khối đá…) + diện tích phụ trợ (đường đi, khoảng cách các khối đá…) = 19,34 + 15,5 = 34,84 9m2) Chọn = 35 (m2). Ta bố trí chiều dài kho trữ đá 7(m), chiều rộng 5 (m) Chọn chiều cao kho trữ đá h = 2,5 (m). Mái kho đá được đổ bê tông cốt thép. 2.1.3. Phương án kết cấu. Đây là công trình có quy mô nhỏ, kết cấu chủ yếu giải quyết bao che đáp ứng yêu cầu không gian kiến trúc và dây chuyền công nghệ. - Kết cấu chịu lực là hệ các cột bê tông theo khẩu độ 5000mm - Trường ngăn và bao che sử dụng gạch xây dầy 220mm bên ngoài là lớp vữa xi măng tường cao 4500mm. - Mái nhà xưởng lợp bằng tôn Austnam - Nền: Giáp lớp đất tự nhiên dùng cát tôn nền dày 150mm đầm chặt. Phía trên là nền bê tông dày 150mm. Hình 2-1: Mặt bằng kho sản xuất đá 1 - Bể nước muối 4 - Dàn ngưng 7 - Phòng dụng cụ và sửa chữa 2 - Kho bảo quản 5 - Bể trữ nước làm đá 8 - Phòng ra đá 3 - Phòng máy 6 - Phòng vận hành 2.2. Tính cấu trúc. 2.2.1. Cấu trúc cách nhiệt bể nước muối. Cấu trúc cách nhiệt của tường bao bể đá được biểu diễn trên hình 2-1. Theo bảng 3-4 [1], ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào bể đá (-100C) là k = 0,33 W/m2K. Theo bảng 3-7 [1] tra được hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt là a1 = 23,3 W/m2K. Hệ số dẫn nhiệt dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. 2 3 4 1 Hình 2-2: Cấu trúc tường bao bể đá 1 - Vữa trát xi măng 2 - Tường gạch 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt và trong bể là lớp tôn đen dày 0,003m hàn kín 2.2.1.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp gạch đỏ d = 0,22m l = 0,82W/mK m = 105 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa - Lớp tôn d = 0,003m l = 50W/mK Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1]. Vì hệ số toả nhiệt của vách kho đá vào kho đá a2 rất lớn nên ằ 0 thay số vào công thức ta được: Ta chọn chiều dầ‎y cách nhiệt là SCN = 0,15m. Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1]. W/m2K. 2.2.1.2. Kiểm tra đọng sương. Theo bảng (1-1) [1] nhiệt độ tháng nóng nhất tại Hà Nội lấy t1 = 37,20C độ ẩm j = 83%. Tra đồ thị h - x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển. B = 760mmHg ta được tS = 340C. Theo biểu thức (3-7) [1] ta có: KS = 0,95 . a1 . (t1 - tS)/ (t1 - t2) KS = 0,95 . 23,3 (37,2 - 34)/ (37,2 + 10) = 1,50 W/m2 K Trong đó: KS : là hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngoài không bị đọng sương. Ta thấy kS > Pt = 0,279. Như vậy vách ngoài không bị đọng sương. 2.2.1.3. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Nhiệt độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,279 . [37,2 - (-10)] = 13,1 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách: q = a1 (Tf1 - t1). ị = 36,630C. = 36,330C. = 32,810C. = 32,510C. = 32,260C. = -9,540C. = -9,990C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -1 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 36,63 36,33 32,81 32,51 32,26 -9,54 -9,99 áp suất PX", Pa 6087 5986,8 4927,1 4844,5 4781,1 266,6 259,5 - Tích phân áp xuất thực hơi nước: - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che. Trong đó: và là phân áp xuất hơi của không khí bên ngoài và bên trong bể đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = PX" (t = 37,20C). j1 = 6274. 83% = 5207,4 Pa Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 259,445 . 90% = 233,5 Pa H = = 0,025 m2 hMPa/g w = = 0,2 g/m2h. - Phân áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 5163 Pa = 4744 Pa = 4699,5 Pa = 4255,2 Pa = 255,2 Pa = 210,8 Pa Hình 2-3: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dây vách Phương pháp này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-2. 2.2.2. Cách nhiệt nền bể nước muối. 2.2.2.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Cấu trúc nhiệt nền bể đá được biểu diễn trên hình 2-3. Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. - Lớp gạch vỡ d = 0,4m l = 0,87W/mK m = 68 g/mhMPa - Lớp bê tông cốt thép d = 0,2m l = 1,4W/mK m = 30 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,002m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa - Lớp tôn d = 0,003m l = 50W/mK 3 2 4 5 1 - Lớp gạch vỡ 2 - Bê tông 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt 5 - Vữa xi măng 1 Hình 2-4: Cấu trúc cách nhiệt nền bể đá Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1] = 0,356 W/m2K 2.2.2.2 Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Mật độ dòng nhiệt qua kết cáu cách nhiệt. q = k. DT = 0,356 . 35 = 12,46 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách. t1 = 250C. ị = 19,270C. = 17,260C. = 17,260C. = 16,980C. = 16,820C. = -9,690C. = -9,970C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -2 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhiệt độ t0C 25 19,27 17,49 17,26 16,98 16,82 -9,69 -9,97 áp suất Pa 3166,3 2234 1998,2 1969,2 1934 1915 266,8 260,2 - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che: Trong đó: Ph1 và Ph2 là phân áp suất hơi của không khí bên ngoài và bên trong bể đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2h MPa/g Ph1 = PX" (t = 250C). j1 = 3166,3 . 83% = 2628Pa. Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 259,445 . 90% = 233,5Pa. H = = 0,03 m2hMPa/g = 0,08 g/m2h. - Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 2157,4 Pa = 1624,1 Pa = 1446,3 Pa = 1428,5 Pa = 1310 Pa = 243,3 Pa = 225,6 Pa Hình 2-4: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách. Phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phần áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-4. 2.3. Tính toán cách nhiệt tường bao kho bảo quản đá. 2.3.1. Tính cách nhiệt tường bao kho bảo quản đá. 2.3.1.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Theo bảng 3-3 [1] ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào kho trữ đá (-50C) là k = 0,34 W/m2K. Theo bảng 3-7 [1] tra được hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt là a1 = 23,3 W/m2K. Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp gạch đỏ d = 0,22m l = 0,82W/mK m = 105 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa 2 3 4 1 1 - Vữa trát xi măng 2 - Gạch xây 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt Hình 2-6: Cấu trúc tường bao kho trữ đá Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1] = 0,114 m. Ta chọn chiều dầ‎y cách nhiệt là SCN = 0,15m. Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1]. = 0,27 W/m2K. 2.3.1.2. Kiểm tra đọng sương. Theo bảng (1-1) [1] nhiệt độ tháng nóng nhất tại Hà Nội lấy t1 = 37,20C độ ẩm j = 83%. Tra đồ thị h - x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển. B = 760mmHg ta được tS = 34,20C. Theo biểu thức (3-7) [1] ta có: KS = 0,95 . a1 . (t1 - tS)/ (t1 - t2) KS = 0,95 . 23,3 (37,2 - 34,2)/ (37,2 + 5) = 1,58 W/m2 K 2.3.1.3. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,27 . [37,2 - (-5)] = 11,34 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách: q = a1 (tf1 - t1). ị = 36,510C. = 36,250C. = 33,210C. = 32,950C. = 32,740C. = -3,450C. = -3,710C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -1 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 36,51 36,25 33,21 32,95 32,74 -3,45 -3,71 áp suất PX", Pa 6110,4 6023,6 5090 5015,2 4957,4 458 448 - Tích phân áp xuất thực hơi nước: - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che. Trong đó: và là phân áp xuất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = PX" (t = 37,20C). j1 = 6274. 83% = 5207,4 Pa Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 401,033 . 90% = 361 Pa H = = 0,025 m2 hMPa/g w = = 0,194 g/m2h. - Phân áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 5164,3 Pa = 4757,8 Pa = 4714,7 Pa = 4283,6 Pa = 402,6 Pa = 360,5 Phương án 3 4 2 1 5 6 7 1000 2000 3000 4000 5000 6000 h P a P d ,m PX" PX Hình 2-7: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dây vách Phương pháp này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-7. 2.3.2. Cách nhiệt trần kho bảo quản đá. 2.3.2.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Cấu trúc nhiệt trần kho bảo quản đá được biểu diễn trên hình 2-8. Hình 2-8: Cấu trúc cách nhiệt trần kho bảo quản đá Theo bảng 3-3[1] ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào kho bảo quản đá (-50C) là K = 0,34 W/m2K. Theo bảng 3-7 [1] ta tra được hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới trần cách nhiệt là a1 = 23,3 W/m2K. Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. - Lớp phủ Bitum d = 0,01m l = 0,3W/mK m = 0,86 g/mhMPa - Lớp bê tông cốt thép d = 0,2m l = 1,4W/mK m = 30 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1]. dCN = 0,12 m. Ta chọn chiều dầ‎y cách nhiệt là SCN = 0,15m. Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1]. = 0,28 W/m2K. 2.3.2.2. Kiểm tra đọng sương. Theo bảng (1-1) [1] nhiệt độ tại Hà Nội tháng nóng nhất là t1 = 37,20C độ ẩm j = 83%. Tra đồ thị h - x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển. B = 760mmHg ta được tS = 34,20C. Theo biểu thức (3-7) [1] ta có: KS = 0,95 . a1 . (t1 - tS)/ (t1 - t2) KS = 0,95 . 23,3 (37,2 - 34,2)/ (37,2 + 5) = 1,58 W/m2 K 2.3.2.3. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,28 . [37,2 - (-5)] = 11,81 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách: q = a1 (tf1 - t1). ị = 36,690C. = 36,290C. = 34,600C. = 34,370C. = -3,320C. = -3,580C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -4 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 Nhiệt độ t0C 36,69 36,29 34,60 34,37 -3,32 -3,58 áp suất PX", Pa 6107,1 3976,8 5448,7 5382 463,1 452,6 - Tích phân áp xuất thực hơi nước: - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che. Trong đó: và là phân áp xuất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = PX" (t = 37,20C). j1 = 6274. 83% = 5207,4 Pa Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 401,033 . 90% = 361 Pa H = = 0,041 m2hMPa/g w = = 0,12 g/m2h. - Phân áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 3812,1 Pa = 3012,1 Pa = 4714,7 Pa = 345,4 Pa = 318,7 Pa Hình 2-9: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách Phương pháp này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-9. 2.3.3. Cách nhiệt nền kho bảo quản đá. 2.3.3.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Cấu trúc cách nhiệt của nền kho bảo quản đá được biểu diễn trên hình 2-10. 5 1 - Gạch vỡ 2 - Bê tông 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt 5 - Vữa xi măng 2 2 4 1 Hình 2-10: Cấu trúc cách nhiệt nền kho bảo quản đá - Lớp gạch vỡ d = 0,4m l = 0,87W/mK m = 68 g/mhMPa - Lớp bê tông cốt thép d = 0,2m l = 1,4W/mK m = 30 g/mhMPa - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,005m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số truyền nhiệt k = 0,35 W/m2K. Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1] Ta chọn dCN = 0,1 (m) Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1] 2.3.3.2. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,344. (25 + 5) = 10,32 W/m2 - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách. t1 = 250C Tra bảng “Tính chất vật lý của không khí ẩm” bảng 7-10 [3] ta được. Bảng 2-5: áp suất hơi Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 25 20,26 18,79 18,56 18,37 -3,59 -3,82 áp suất PH, Pa 3166,3 2375,5 2168 2137,3 2112 452,6 443,7 - Tính phân áp thực của hơi nước - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che: Trong đó: Ph1 và Ph2 là phân áp suất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H: Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = Px’’(t = 250C). j1 = 3166,3. 83% = 2628 Pa Ph2 = Px’’(t = -50C). j2 = 401,033. 90% = 361 Pa - Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt. Hình 2-11: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách Phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-11. 2.4. Tính cân bằng nhiệt. 2.4.1. Đại cương Tính cân bằng nhiệt là tính toán các dòng nhiệt từ bên ngoài đi vào bể đá và kho trữ đá. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa bể đá, kho đá với không khí bên ngoài. Mục đích cuối cùng của việc tính cân bằng nhiệt là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Dòng nhiệt tổn thất vào bể đá và kho đá Q được xác định bằng biểu thức sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (W) Q1 – Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh Q2 – Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh Q3 – Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài vào do thông gió buồng lạnh Q4 – Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh Q5 – Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp, Q5 = 0. 2.4.2. Tính tổn thất nhiệt bể đá 2.4.2.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, nắp bể và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong bể đá. Q1 = Q11 + Q12 + Q13, W Q11 – Dòng nhiệt tổn thất qua tường Q12 – Dòng nhiệt tổn thất qua nắp bể Q13 – Dòng nhiệt tổn thất qua nền 2.4.2.2. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua tường bể đá. Q11 = kt. Ft. DT11 Kt – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt tường bao. Kt = 0,279 W/m2K Ft – Diện tích bề mặt tường bể đá Ft = 2.(4,42. 1,4 + 3,48. 1,4) = 22,12m2 DT11 – Chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá với môi trường bên ngoài22222 Q11 = 0,279. 22,12 [37,2 – (-10)] = 291,29 W 2.4.2.3. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua nắp bể đá Q12 = ktr. Ftr. DT12 Ktr – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt nắp bể, W/m2K Ftr – Diện tích bề mặt tường bể đá Ftr = 4,42. 3,48 = 15,38m2 DT12 – Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong bể đá với nhiệt độ môi trường. Bể đá được đậy bằng nắp gỗ dán dày 10cm Hệ số truyền nhiệt thực qua nắp bể được tính theo biểu thức Q12 = 1,2. 15,38 (37,2 – 2) = 650 W 2.4.2.4. Xác định dòng nhiệt qua nền bể đá Q13 = kn. Fn. DT13 k22222 kn – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt nền bể. Kn = 0,356 W/m2K Fn – Diện tích bề mặt nền bể đá Fn = 3,48. 4,42 = 15,38m2 DT13 – Chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá với nhiệt độ lòng đất. Q13 = 0,356. 15,38. (25 – (-10)] = 191,63 W Vậy dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che bể đá là. Q1 = 291,29 + 650 + 191,63 = 1132,92 W 2.4.2.5. Xác định lượng nhiệt cần thiết để làm lạnh đá Q2 Dòng nhiệt thu của nước trong khuôn đế làm lạnh từ 270C xuống –100C. Q2 = m.[(pw (t1 – 0) + qr + Cpd (0 – t2)] Trong đó m = (Đổi ra từ 6 tấn/24 giờ) Nhiệt độ nước dùng làm đá là 270C. KJ/Kg.K – Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước qr = 333,6 KJ/Kg – Nhiệt đông đặc của nước đá. Cpd =2,09 KJ/Kg.K – Nhiệt dung riêng của nước đá t1 - Nhiệt độ nước vào, t1 = 270C t2 - Nhiệt độ nước đá khi ra, t2 = -100C. Q2 = 0,0624 = 0,0694 Q2 = 32,43 KJ/s = 32,34 KW 2.4.2.6. Xác định dòng nhiệt toả ra khi vận hành Q4 2.4.2.6.1. Dòng nhiệt toả ra của quạt khuấy nước muối Q41 = 1,5 KW 2.4.2.6.2. Xác định lượng nhiệt để làm lạnh khuôn. Diện tích tôn cần thiết để làm 1 khuôn đá. Diện tích tôn cần thiết để làm 124 khuôn đá d = 124. 1,22 = 152,28m2 Tôn dầy 1mm => V = S.h = 152,28. 0,001 = 0,151m3 Khối lượng riêng của tôn rt = 5,4 g/cm3 Khối lượng tôn cần thiết để làm khuôn là m = rt. V = 5,4. 0,151 = 0,815 = 815,4 Kg - Dòng nhiệt làm lạnh khuôn từ nhiệt độ 37,20C xuống –100C. Q42 = m. c. DT = 815,4 . 0,477 (37,2 -+ 10)/243600 = 212,4 W Trong đó C = 0,477 KJ/Kg.K là nhiệt dung riêng của tôn Q4 = 1,5 + 0,212 = 1,71 (KW) 2.4.2.6.3. Nhiệt tải thiết bị. Ta lấy thêm hệ số an toàn k = 1,1 để tính toán thiết kế thiết bị. 3.4.2.6.4. Nhiệt tải máy nén 2.4.3. Tính tổn thất nhiệt kho trữ đá. 2.4.3.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho trữ đá. Q1 = Q11 + Q12 + Q13, W Q11- Dòng nhiệt tổn thất qua tường Q12- Dòng nhiệt tổn thất qua trần Q13- Dòng nhiệt tổn thất qua nền 2.4.3.2. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua tường kho trữ đá. Q11 = kt. Ft. DT11 kt – Hệ số truyền nhiệt xác định theo chiều dầy cách nhiệt kho kt = 0,27 w/m2H Ft - Diện tích bề mặt tường kho đá DTn - Chênh lệch nhiệt độ giữa kho đá với môi trường bên ngoài Qn = 0,27. 60 (37,2 + 5) = 683,64 W 2.4.3.3. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua trần kho trữ đá Q12 = ktr + F1 . DT12 ktr - Hệ số nhiệt thức xác định theo chiều dầy cách nhiệt trần kho ktr = 0,28 W/m2H Ftr - Diện tích bề mặt trần kho đá, m2 Ftr = 7.5 = 25m2 Q12 = 0,28. 36 (37,5 + 5) = 416,5W 2.4.3.4. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua nền kho trữ đá Q13 = kn. Fn. DT13 kn - Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dòng cách nhiệt nền kho. Fn - Diện tích mặt nền kho đá. Fn = 7. 5 = 35m2 DT13 - Chênh lệch nhiệt độ giữa kho bảo quản và lòng đất Q13 = 0,344. 35 (25 + 5) = 361,2W Vậy dòng tổn thất qua kết cấu bao che của kho trữ đá là Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 683,64 + 416,5 + 361,2 = 1461,34 W 2.4.3.2. Dòng nhiệt toả ra do vận hành 2.4.3.2.1. Dòng nhiệt chiếu sáng buồng Ta dùng 6 bóng đèn công suất mỗi bóng là 40W để chiếu sáng kho trữ dá. Vậy dòng nhiệt toả ra khi chiếu sáng là Q41 = 6.40 = 240W. 2.4.3.2.2. Dòng nhiệt do người toả ra. Q42 = 350. n n - Số người làm việc trong buồng, n = 2 người 350 - Dòng nhiệt do 1 người toả ra khi làm việc năng, W Q42 = 350. 2 = 700W 2.4.3.2.3. Dòng nhiệt do động cơ toả ra Trong kho trữ đá cơ quạt của dàn làm lạnh không khí. Ta lấy Q43 = 2000W 2.4.3.2.4. Dòng nhiệt khi mở cửa Q44 = B. F B - Dòng nhiệt khi mở cửa, B = 15W/m2 F - Diện tích buồng, F = 35m2 Q44 = 35. 15 = 525 W Lượng nhiệt toả ra kho vận hành là. Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 240 + 700 + 2000 + 525 = 3465 W 2.4.3.2.5. Nhiệt toả thiết bị. Ta lấy thêm hệ số an toàn k = 1,3 để tính toán thiết kế thiết bị. 2.4.3.2.6. Nhiệt tải máy nén. 2.4.3.2.7. Nhiệt tải thiết bị của cả hệ thống. Q0 = Qo' + Q0'' = 39 + 6,5 = 45,5 KW 2.4.3.2.8. Nhiệt tải máy nén của cả hệ thống. Qmn = 34,9 + 4,06 = 39 KW. Chương 3 Tính chọn máy nén 3.1 dựng chu trình * Số liệu ban đầu: Nhiệt độ sôi: t0 = -150C. suy ra: P0 = 0,24MPa. Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 450C. PK = 1,785MPa Nhiệt độ nước vào: tW1 = 37,60C. Tỷ số nén: = 7,43 < 9. Suy ra: Với p = 7,43 < 3: ta chọn chu trình một cấp nén. * Nhiệt độ quá lạnh: tql là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu, tql càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, đối với máy lạnh một cấp không có hồi nhiệt NH3 thì ta có thể tính theo công thức. tql = tW1 + (3 á 5)0C= 37,6 + (3 á 5)0C = (40,6 á 42,6)0C. * Nhiệt độ hơi hút: th là nhiệt độ của hơi trước khi hút về máy nén để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng trên đường hút gần máy nén. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau. Với NH3: th = t0 + (5 á 15)0C tức là nhiệt độ hơi hút cho hơn nhiệt độ sôi từ (5 á 15)0C. Th = -15 + (5 á 150C0 = (-10 á 0)0C: chọn th = -50C. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị lgp-h như hình 3.1 dưới đây. Nước làm mát NT BH 1' TL MN lgP 3 2 4 1 h a. Sơ đồ nguyên lý b. Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-h 2 2' 3' 3 1 2' 3' 1' Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-h Sự thay đổi trạng thái môi chất trong chu trình như sau: 1'-1: Quá nhiệt hơi hút. 1-2: Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 lên áp suất cao PK. 2-2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà: 2-3': Ngưng tụ một chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3-3': Quá lạnh. 3-4: Quá trình tiết lưu đẩy entapi ở van tiết lưu h3 = h4. 4-1': Quá trình bay hơi trong bay hơi đẳng nhiệt P0 = const và t0 = const. * Nguyên lý hoạt động: Hơi NH3 từ thiết bị bay hơi được máy nén hút và nén lên áp suất cho nồi đẩy vào bình ngưng tụ, tại đây hơi quá nhiệt NH3 thải nhiệt cho nước làm mát ._.