BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM.

MÁY ĐÁ VẢY
Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Tấn Âu
Trần Quốc Tiến
Vũ Ngọc Hiển

Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2008 – 2012.

1

08137050
08137008
08137002


ĐỀ TÀI: MÁY ĐÁ VẢY.

Nhóm thực hiện: NHÓM 10
1. Nguyễn Tấn Âu
2. Trần Quốc Tiến
3. Vũ Ngọc Hiển

08137050
08137008

08137002

Giáo viên hướng dẫn:
GV: Nguyễn Thị Hoài Thu

2

SĐT: 0974764103
SĐT: 01689949373
SĐT: 01687881902


LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................5
Chương I. MỞ ĐẦU..........................................................................................................6
1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh.....................................................................................6
1.2. Mục đích đề tài............................................................................................................7
Chương II. HỆ THỐNG MÁY NƯỚC Đ...........................................................................8
Á
2.1. Hệ thống máy nước đá................................................................................................8
2.1.1 Nồng độ tạp chất cho phép khi sản xuất nước đá...............................................8
2.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá.............................................8
2.2 Phân loại nước đá.........................................................................................................8
2.2.1 Phân loại theo màu sắc.........................................................................................8
2.2.1.1 Nước đá đục...................................................................................................8
2.2.1.2 Nước đá trong................................................................................................8
2.2.1.3 Nước đá pha lê................................................................................................8
2.2.2 Phân loại theo hình dạng....................................................................................8
2.2.2.1 Máy đá cây....................................................................................................8
2.2.2.2 Máy đá tấm.................................................................................................8
2.2.2.3 Máy đá vảy..................................................................................................8

2.2.2.4 Máy đá viên (máy đá dạng ống)......................................................................8
2.2.2.5 Máy đá tuyết...............................................................................................8
2.2.3 Phân loại theo nguồn nước sản xuất đá..............................................................9
2.2.3.1 Đá nước ngọt...........................................................................................9
2.2.3.2 Đá nước mặn...........................................................................................9
Chương III. MÁY ĐÁ VẢY....................................................................................................9
3.1.1 Cấu tạo..............................................................................................................9
...................................................................................................................................10
3.1.2 Nguyên lý hoạt động...............................................................................................11
3.1.3 Sơ đồ máy đá vảy.................................................................................................11
3.1.3.1 Máy nén lạnh...............................................................................................12
3.1.3.2 Cối đá vảy...................................................................................................12
3.1.3.3 Bình giữ nước tách lỏng............................................................................12
3.1.3.4 Kho chứa đá.................................................................................................12
3.1.3.5 Thiết bị ngưng tụ.....................................................................................12
3.1.3.2 Bình chứa..................................................................................................12
3.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng máy đá vảy..............................................12
3.1.4.1 Ưu điểm.....................................................................................................12
3.1.4.3 Phạm vi sử dụng......................................................................................13
Chương IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÁ VẢY..........................................................13
4.1 Tính toán phụ tải nhiệt............................................................................................13
4.1.1 Chi phí lạnh dùng để tạo đá.................................................................................13
3


4.2.4 Chu trình lạnh.................................................................................................17
4.2.5 Tính chu trình lạnh..........................................................................................18
4.2.6 Tính chọn máy nén..............................................................................................18
4.3 Tính thiết bị chính..................................................................................................20
4.3.1 Tính Toán thiết bị ngưng tụ.............................................................................20

4.3.2 Truyền nhiệt phía trong ống( phía nước giải nhiệt)....................................21
4.3.3Truyền nhiệt phía ngoài ống( phía môi chất ngưng tụ)..................................23
4.3.4 Chọn thiết bị ngưng tụ....................................................................................24
4.3.5 Thiết bị bốc hơi...............................................................................................24
4.3.6 Truyền nhiệt từ nước làm đá vào vách phía bốc hơi............................................24
4.3.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt...........................................................................25
4.3.9 Tính thời gian tạo đá và số vòng quay của dao cạo đá.........................................26
4.4. Tính cách nhiệt, cách ẩm..........................................................................................27
4.4.1 Tính cách nhiệt cách ẩm cho tang trống làm đá ...................................................27
4.4.2 Tính cách nhiệt, cách ẩm cho tường kho trữ đá..................................................28
4.4.3 Tính toán cách nhiệt............................................................................................28
3.4.4 Tính toán kểm tra đọng ẩm...............................................................................29
5.5 Cách nhiệt cách ẩm cho trần phong trữ đá.................................................................29
5.5.1 Tính toán cách nhiệt cho trần.............................................................................29
5.5.2 Kiểm tra đọng ẩm cho trần.............................................................................30
5.5.3 Tính cách nhiệt cách ẩm cho nền phòng trữ đá....................................................31
5.5.4 Tính toán cách nhiệt cho nền.............................................................................31
5.5.5 Kiểm tra đọng ẩm cho nền..............................................................................32
Chương V. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................32
5.2 Thảo luận................................................................................................................32
5.3 Đề nghị...................................................................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................32

4


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với công cuộc đổi mới công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước, kỹ thuật lạnh đang phát triển mạnh ở Việt Nam. Tủ lạnh, máy kem, máy đá,
máy điều hòa nhiệt độ, đã trở nên quen thuộc trong đời sống hằng ngày. Các máy và thiết

bị lạnh công nghiệp phục vụ trong các ngành chế biến, bia, rượu, sợi dệt, in ấn, thuốc lá,
điện tử, vi điện tử, thông tin, bưu chính, y tế, thể dục thể thao, du lịch,… cũng đang phát
huy tác dụng thúc đẩy nền kinh tế phát triển.
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là dùng để bảo quản thực
phẩm. Theo thống kê thì khoảng 80% năng suất lạnh được sử dụng trong công nghiệp
bảo quản thực phẩm. Thực phẩm hầu hết là sản phẩm dễ ôi thui hư hỏng do vi khuẩn gây
ra. Nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm nên ôi thui xảy ra càng nhanh chóng. Để bảo
quản thực phẩm, ngoài các phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao bì, xử lý khí,… phương
pháp làm lạnh tỏ ra rất nhiều ưu điểm như ít làm giảm chất lượng màu sắc, mùi vị thực
phẩm trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm bảo quản.
Ngày nay, công nghiệp thực phẩm xuất khẩu đang giữ vai trò hết sức qua trọng
trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến thực phẩm này không thể thiếu
những trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ thuật lạnh.
Nước đá đóng vai trò quan trọng trong đời sống và trong
công nghiệp. Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực
phẩm, rau quả chóng hư hỏng. Trong đời sống vai trò nước đá càng quan trọng hơn như
phục vụ giải khát, giải trí. Nước đá còn có vai trò quan trọng như tạo sân băng trượt băng
nghệ thuật.
Trong công nghiệp chế biế thực phẩm nước đá thường được sử dụng dưới nhiều dạng: đá
cây, đá vảy, đá tấm,… Chúng đều được sử dụng để ướp đá thực phẩm trong quá trình chế
biến.

5


Chương I. MỞ ĐẦU
1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh.
Từ lâu, con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh. Cách đây khoảng 5000 năm,
con người đã bảo quản thực lương và thực phẩm trong các hang động và nhiệt độ thấp do
các mạnh nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua.

Cách đây 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc nước
đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.
Tuy nhiên, kỹ thuật lạnh hiện đại mới chỉ bắt đầu từ thế kỷ 18 và 19 với các sự kiện nổi
bật:
1834: Perkin đăng ký phát minh về máy lạnh nén hơi đầu tiên trên thế giới.

Hình 2: Máy nén hơi kiểu kín môi chất SO2

Hình 1: Máy nén lạnh đầu tiên chạy bằng ete
1987: Tạo được nhiệt độ 1.10-5 K ở Beyreuth.

Máy lạnh nén hơi kiểu kín môi chất SO2 do hãng Singrun và Brown Bovery( Mỹ) chế tạo.
Koảng năm 1912 giới thiệu máy lạnh dùng sức người để vận hạnh ở Ấn Độ làm lạnh
nước muối để làm kem và đá.

6


Hình 3: Máy kem, máy đá chạy bằng sức người
1.2. Mục đích đề tài.
- Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đá vảy.
-

Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của máy đá vảy.

-

Sự cố máy đá vảy và cách khắc phục.

-


Tính toán thiết kế máy đá vảy.

7


Chương II. HỆ THỐNG MÁY NƯỚC ĐÁ

2.1. Hệ thống máy nước đá
2.1.1 Nồng độ tạp chất cho phép khi sản xuất nước đá.
Bảng 1: Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nhiệp
TT
Tạp chất
1
- Số lượng vi khuẩn
2
- Vi khuẩn đường ruột
3
- Chất khô
4
- Độ cứng chung của nước
5
- Độ đục
6
- Hàm lượng sắt
7
- pH

Hàm lượng
100 con/ml

3 con/l
1 g/l
7 mg/l
1,5 mg/l
0,3 mg/l
6,5- 9,5

2.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá
Tạp chất hòa tan trong nước làm cho chất lượng và thẩm mỹ của đá bị biến đổi.
Các tạp chất có thể tạo ra màu sắc, màu đục không trong suốt. Một số tạp chất làm cho đá
dễ bị nức nẻ. Một số tạp chất tách ra khi đông đá sẽ tạo thành cặn bã ở dưới đáy, một số
không tách ra dược, một số hòa tan vào nước làm cho quá trình đông khó hơn.
2.2 Phân loại nước đá
2.2.1 Phân loại theo màu sắc
2.2.1.1 Nước đá đục
2.2.1.2 Nước đá trong
2.2.1.3 Nước đá pha lê
2.2.2 Phân loại theo hình dạng
2.2.2.1 Máy đá cây
2.2.2.2 Máy đá tấm
2.2.2.3 Máy đá vảy
2.2.2.4 Máy đá viên (máy đá dạng ống)
2.2.2.5 Máy đá tuyết

8


2.2.3 Phân loại theo nguồn nước sản xuất đá
2.2.3.1 Đá nước ngọt
2.2.3.2 Đá nước mặn


Chương III. MÁY ĐÁ VẢY.
3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đá vảy.
3.1.1 Cấu tạo.

Hình 4: Máy đá vảy.

Hình 5: Kho chứa đá vảy.
9


Hình 6: Hình chiếu của máy đá vảy.

Hình 7: Cấu tạo của cối đá vảy.

10


1.Khung đế 2. Vỏ cách nhiệt 3. Dao gạt đá 4. Hộp giảm tốc 5. Ống cấp nước
6. Động cơ 7. Bơm nước 8. Thùng nước 9. Tang trống 10. Trục quay dao.
Bề mặt tạo đá bằng thép không rỉ. Dao gạt đá dạng răng lược giúp đá vảy được tách ra
khỏi bề mặt tang dễ dàng. Dao làm bằng thép không rỉ có độ cứng cao. Lớp cách nhiệt
bằng PU, vỏ cách nhiệt bằng thép không rỉ.
3.1.2 Nguyên lý hoạt động.
Máy đá vảy là máy tạo đá có dạng mảnh nhỏ. Quá trình tạo đá được thực hiện bên
trong một ống trụ có 2 lớp, ở giữa là môi chất lỏng bay hơi,đó là cối đá. Nước được bơm
tuần hoàn từ bể chứa nước đặt phía dưới bơm lên khay chứa nước phía trên. Nước từ
khay đá qua hệ thống ống phun lên bề mặt bên trong của cối đá và được làm lạnh, một
phần đông lại thành đá ở bên trong, phần dư chảy về bể và tiếp tục được bơm lên.
Khi đá đóng băng đủ dày thì được dao cắt cắt rơi xuống phía dưới kho chứa đá.

3.1.3 Sơ đồ máy đá vảy.

11


3.1.3.1 Máy nén lạnh.
Có thể sử dụng máy nén lạnh 1 cấp, môi chất lạnh Freon. Nếu sử dụng môi chất NH3, thì
nhiệt độ cuối tầm nén cao nên hiện nay sử dụng máy nén 2 cấp cho cối đá vảy.
3.1.3.2 Cối đá vảy.
Cối đá là một ống trụ có 2 lớp inox, ở giữa là môi chất lỏng bay hơi.
3.1.3.3 Bình giữ nước tách lỏng.
Dùng để duy trì mức dịch luôn ngập trong cối đá và tách lỏng môi chất hút về máy nén.
Mức dịch trong bình giữa mức tách lỏng được khống chế nhờ van phao và được duy trì ở
mức nhất định đảm bảo trong cối đá luôn luôn ngập dịch. Dịch lỏng từ bình CA được tiết
lưu vào bình tách lỏng – giữ nước. Trong bình hơi bão hòa được hút về máy nén, do vậy
hiệu quả trao đổi nhiệt bên trong cối đá khá cao. Hệ thống sử dụng van tiết lưu tay.
3.1.3.4 Kho chứa đá.
Đặt ngay dưới cối đá, thường được lắp từ tấm polyurethan dày 100 mm. Riêng bề mặt
đáy được lắp thêm 1 tấm inox bảo vệ panel.
3.1.3.5 Thiết bị ngưng tụ.
Trong trường hợp sử dụng môi chất R22 thì có thể sử dụng dàn ngưng không khí ống đồng
cánh bằng nhôm. Khi sử dụng NH3 nên sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước:
dàn ngưng bay hơi kiểu tới hoặc bình ngưng để giảm nhiệt độ đầu đẩy máy nén.
3.1.3.2 Bình chứa.
Hệ thống máy đá vảy không cần bình chứa kích thước lớn vì thực tế hệ thống sử dụng
môi chất không nhiều.
3.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng máy đá vảy.
3.1.4.1 Ưu điểm.
- Chi phí đầu tư khá nhỏ. Hệ thống máy đá vảy không cần trang bị bể muối, hệ thống cẩu
chuyển, bể nhúng, bàn lật, máy xay đá nên giá thành khá thấp so với máy đá cây.

- Chi phí vận hành nhỏ: Chi phí vận hành bao gồm chi phí công nhân, điện và nước. Do
hệ thống máy đá vảy rất đơn giản, ít trang thiết bị hơn máy đá cây rất nhiều nên chi phí
vận hành cũng thấp.

12


- Thời gian làm đá ngắn, thường sau 1 giờ đã có đá sử dụng.
- Đảm bảo vệ sinh và chủ động trong sản xuất. Các khâu sản xuất và bảo quản đá điều
được tiến hành rất đảm bảo yêu cầu vệ sinh nên chất lượng đá rất tốt.
- Tổn thất năng lượng nhỏ.
3.1.4.2 Nhược điểm.
- Vì có dạng vảy, kích thước nhỏ nên chỉ được sử dụng tại chỗ là chủ yếu, khó
vận chuyển đi xa và bảo quản lâu ngày.
- Cối đá vảy là thiết bị khó chế tạo.
3.1.4.3 Phạm vi sử dụng.
Chủ yếu dùng bảo quản thực phẩm trong dây chuyền công nghệ tại các xí nghiệp
chế biến thực phẩm.

Chương IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÁ VẢY
4.1 Tính toán phụ tải nhiệt.
Tổng tổn thất lạnh được tính như sau:
∑ Q = Qđ + Q1 +Q 2 , kW
Trong đó:
Qđ: Chi phí lạnh dùng để tạo đá, kW.
Q1: Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.
Q2: Tổn thất nhiệt do vận hành.

4.1.1 Chi phí lạnh dùng để tạo đá.
Qđ = G.q0.

G: năng suất lạnh theo khối lượng sản phẩm nước đá kg/s.
q0: Nhiệt lượng cần làm lạnh 1kg nước xuống nhiệt độ yêu cầu.
Trong đó:
Nhiệt độ nước vào t1 = 200C , nhiệt độ nước bắt đầu đông đặc t 0 = 00C, nhiệt độ đá thành
phẩm t2 = -70C.
qo = Cpn.(t1-t0) +rđđ + Cpđ(t0 –t2).
Cpn lấy tại nhiệt độ trung bình t = t0 + t1 , Cpn = 4,189 kJ/kg.K.
2
rđđ: Nhiệt đông đặc kJ/ kg, rđđ = 333,6 kJ/ kg.
Vậy:
13


qo = Cpn.(t1-t0) +rđđ + Cpđ(t0 –t2) = 4,189.(20-0) +333,6 + 2,09[0 – (- 7)] = 432,01
kJ/kg.
4.1.2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.
Ta có dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che tức là dòng nhiệt tổn thất khi nhiệt truyền
từ môi trường bên ngoài vào trong cối đá qua các lớp cách nhiệt:
Q1 = K.Δt.L, W
Trong đó:
K: hệ số truyền nhiệt tổng quát theo chiều cao thân trụ.
Δt: chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi trường bên ngoài và bên trong cối.
m: chiều cao cối đá.
Π
.
d
1
1
1
+∑

ln i +1 +
α1d1
2λi
di
α2d2
Trong đó α1 α 2 , W/m 2K là hệ số cấp nhiệt từ không khí bên ngoài tới bề mặt cách nhiệt
và hệ số cấp nhiệt từ không khí bên trong cối tới bề mặt tạo băng
λi ,W/mK – là hệ số dẫn nhiệt qua các lớp cách nhiệt i
d1, d2, - đường kính ngoài và trong của cối đá
di, m- đường kính lớp cách nhiệt thứ i
Δt = t1 – t2 , với t1,t2 là nhiệt độ môi trường trong và ngoài cối đá
Do tang trống có hai lớp một lớp cách nhiệt là polyurethan và lớp ngoài là thép
X18H10T và và hệ số dẫn nhiệt của X18H10T và hệ số cấp nhiệt phía trong tang
trống lớn hơn rất nhiều so với hai hệ số cấp nhiệt không khí bên ngoài và hệ số dẫn
nhiệt polyurethan nên ta bỏ qua hai đại lượng này, khi đó
Π
K=
d
1
1
+
ln n
α1d1 2λe d t
Trong đó α 2 α1 là hệ số cấp nhiệt từ không khí bên ngoài tới bề mặt cách nhiệt và hệ
số cấp nhiệt từ không khí bên trong cối tới bề mặt tạo băng, W/m2. K.
λi là hệ số dẫn nhiệt qua các lớp cách nhiệt i, W/m.K .
d1, d2, - đường kính ngoài và trong của cối đá
di đường kính lớp cách nhiệt thứ i
Δt = t1 – t2 , t1,t2 là nhiệt độ môi trường trong và ngoài cối đá
Do tang trống có hai lớp một lớp cách nhiệt là polyurethan và lớp ngoài là thép

X18H10T và và hệ số dẫn nhiệt của X18H10T và hệ số cấp nhiệt phía trong tang
trống lớn hơn rất nhiều so với hai hệ số cấp nhiệt không khí bên ngoài và hệ số dẫn
nhiệt polyurethan nên ta bỏ qua hai đại lượng này, khi đó
Π
K=
d
1
1
+
ln n
α1d1 2λe d t
K=

α1
14


= 23,3W/m2K.
Chọn sơ bộ đường kính trong, ngoài và chiều cao của tang trống
d1 = 1m, d2 = 0,8m, L = 1,2m (bề dày 0,1m = 100mm và bề dày lớp thép ko đáng kể)
λe = 100mm
Π
Π
K=
=
= 4,87W / m.K
dn
1
1
0,9

1
1
+
ln
+
ln
20.0,9 2.0,1 0,8
α 1 d 1 2λe d t
Q1 = K.Δt.L = 4,87.(20-(-15)).1,2 = 204,6 W
4.1.3 Tổn thất nhiệt do vận hành.

Q2: Chỉ tính cho một bóng đèn chiếu sáng mà bỏ qua lượng nhiệt sinh ra bởi
dao nạo
Q2 = A.F = 1,2.9,6 = 11,52W, ta chọn 1 bóng đèn 15W
Hay Q2 = 15W
A: công suất chiếu sáng riêng, W/m2, với phòng lạnh bảo quản ta chọn A = 1,2
F: diện tích phòng, ta chọn: rộng 2400mm, dài 4000mm, cao 3000mm.
F =9,6m.
4.1.3 Công suất lạnh của máy nén.
Qo = k .

∑ Q = 1,06. 50,22 = 53,23kW
b

1

Trong đó:
k: hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, nhiệt độ bốc
hơi t0 = - 200C ta chọn k = 1,06
b: hệ số thời gian làm việc của kho lạnh, đối với máy đá vảy làm việc liên tục

ta chọn b = 1.
4.2 Tính toán chu trình và chọn máy nén.
4.2.1 Chọn các thông số làm việc.
4.2.2 Chọn tác nhân lạnh cho quá trình.
Chọn tác nhân lạnh là Freon 22 kí hiệu R22.
4.2.3 Chọn chế độ làm việc.
Chọn nhiệt độ sôi môi chất lạnh là t0 = – 200C tương ứng với áp suất bốc hơi là 2,4472
bar
Chọn nhiệt độ ngưng tụ
Giải nhiệt bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt với nhiệt độ không khí.
15


Chọn nhiệt độ và độ ẩm vào mùa nắng để tính. Nhiệt độ bầu ướt tra từ giản đồ không khí
ẩm tư = 340C, tw1, tw2 là nhiệt độ nước vào và ra tháp giải nhiệt. Chọn nhiệt độ nước ra
khỏi tháp tw1 cao hơn nhiệt độ bầu ướt không khí khoảng 30C - 50C , ta chọn 40C
tw1 = tư +Δtư = 34 + 4 = 380C
Nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt nước tuần hoàn, chọn Δtw = 40C
tw2 = tw1 +Δtw = 38 + 4 = 420C
Nhiệt độ ngưng tụ lấy cao hơn nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt 20C
tk = tw2 + 2 = 42 +3 = 450C
Tương ứng với áp suất ngưng tụ là 17,286 bar
Vậy nhiệt độ ngưng tụ hơi môi chất lạnh trong thiết bị ngưng tụ tk = 450C
Nhiệt độ quá nhiệt tqn
Độ quá nhiệt khi sử dụng thiết bị hồi nhiệt đạt tqn = 20 – 250C, chọn 250C đối với
R22
Vậy tqn = 25+ (-20) = 50C
Trong đó độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh khi qua thiết bị bốc hơi và đường ống là
t1* –t1’’ = 5 - 100C, chọn t1* –t1’’ = 100C


16


Nhiệt độ quá lạnh tql
Cân bằng nhiệt cho thiết bị hồi nhiệt ta có Glvào.(hlvào - hlra) = Ghvào.(hhvào - hhra)

thvào

tlvào

tlvào

thra

Trong đó:
t

ra
l

Lưu lượng lỏng và hơi như nhau, ta có
hlvào - hlra = hhvào - hhra hay h3’ –h3 = h1 –h1* như trên đồ thị lgP – h

h3’ –h3 = h1 –h1* suy ra h3 = h3’ – (h1 –h1* ) = 557 – (715-705) = 547 kJ/kg
Vậy ta suy ra được điểm 3

4.2.4 Chu trình lạnh
Bảng tổng hợp kết quả từ đồ thị trên
Điểm
P(bar)

T(°C)
1’’
-20
2,4472
1*
-10
2,4472
17

h(kJ/kg)
695
705

v(m3/kg)
0,1
0,105

Trạng thái
Hơi bão hòa khô
Hơi quá nhiệt


1
2
2’’
3’
3
4

5

93
45
45
30
-20

2,4472
17,286
17,286
17,286
17,286
2,4472

715
768
716
557
547
547

0,11
0,015
0,012988
0,025

Hơi quá nhiệt
Hơi quá nhiệt
Hơi bão hòa
Lỏng bão hòa
Lỏng quá lạnh

Hơi ẩm

Tỉ số nén Π = 7,06 < 12, hiệu áp suấ tΔP = 1,48Mpa < 1,67Mpa, vậy chọn chu trình máy
lạnh một cấp
Quá trình làm việc
1’’ – 1* : quá trình quá nhiệt hơi hút.
1* – 1 : quá trình quá nhiệt hơi hút.
1 – 2 : quá trình nén đoạn nhiệt.
2 – 2’ : quá trình hạ nhiệt độ sau khi nén đến nhiệt độ ngưng tụ.
2’ – 3’: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp.
3’ – 3: quá trình quá lạnh.
3 – 4: quá trình tiết lưu.
4 – 1’’: quá trình bốc hơi.
4.2.5 Tính chu trình lạnh.
Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 = h1’’ – h4 = 695 – 547 = 148 kJ/kg
Năng suất lạnh riêng thể tích
qv =

q0 148
=
= 1345,45kJ / m 3
v1 0,11

Công nén riêng l = h2-h1 = 768 -715 = 53 kJ/kg
Năng suất nhiệt riêng qk = h2 –h3 = 768 – 547 = 221 kJ/kg
Hệ số lạnh của chu trình

ε=

q0 148

=
= 2,79
l
53

Hiệu suất exergy

ν=

ε
T −T
318 − 253
= ε . k 0 = 2,79.
= 0,72
εc
T0
253

Với nhiệt độ ngưng tụ Tk, nhiệt độ bốc hơi T0 tính theo độ Kenvin.
4.2.6 Tính chọn máy nén.
Lưu lượng hơi hút thực tế
18


Q 53,23
=
= 0,36kg / s
q0
148
Thể tích hơi hút thực tế Vtt = G0.v1 = 0,36.0,11 = 0,039m3/s

G0 =

Hiệu suất thể tích của máy nén
Vtt
Vlt
theo Hình 4.7 trang 64 (1) với tỉ số nén 7,06

λ=

ta có λ = 0,67
Thể tích hút lý thuyết (thể tích do pittong quét)
Vlt =

Vtt 0,039
=
= 0,058m3 / s = 209,55m 3 / h
λ
0,67

Công nén đoạn nhiệt:
Ns = G0.l = 0,36.53 = 19,08 KW
Công nén chỉ thị
Ni =

Ns
ηi

Tính λi theo công thức Levin
T0
+ 0,002.t0 = 0,85

Tk
N 19,08
Ni = s =
= 22,44kW
ηi
0,85

ηi = λw' + bt0 =

Trong đó:
λw = T0/Tk, và hệ số thực nghiệm b = 0,0025 đối với freon
Công suất hữu ích Ne = Ni + Nms
Nms = Vtt*pms
Vtt: thể tích hút thực tế.
pms : công suất ma sát riêng
Do máy sử dụng hơi freon có pms biến thiên từ 0,039 - 0,069 Mpa
Chọn pms = 54 Kpa
Nms = Vtt.pms = 0,039.54= 2,016 kW
Ne = Ni + Nms = 22,44 + 2,016 = 24,456 kW
Công suất động cơ điện
Ne
N el =
ηtđ .ηel
Hiệu suất truyền động htđ = 0,95
Hiệu suất động cơ điện hel = 0,85
Suy ra

19



N el =

Ne
24,456
=
= 30,3kW
ηtđ .η el 0,95.0,85

Hiệu suất chung
N s 19,08
=
= 0,63
N el
30,3
Công suất lắp đặt đông cơ phải lớn hơn công suất động cơ điện, ta chọn Nlđ = 1,5.Nel =
45,45 kW Từ thể tích hơi hút lý thuyết tra bảng 4.3a (1) chọn máy nén F6WA2 của
hãng Mycom – Nhật Bản.

η=

4.3 Tính thiết bị chính.
4.3.1 Tính Toán thiết bị ngưng tụ.
Chọn loại thiết bị ngưng tụ là thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang, các thông số
như sau
Lượng nhiệt cần trao đổi (lượng nhiệt môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra cho chất giải
nhiệt) Q = qk.G0 = 221.0,36 = 79,56 kW
Chọn loại thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang nước giải nhiệt đi trong ống, hơi
môi chất lạnh đi ngoài ống
Chọn ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh:


Đường kính trong của ống dt = 14mm = 1,4.10-2m
Đường kính ngoài ống (chân cánh tản nhiệt) dn = 16,5mm = 1,65.10-2m
Đường kính ngoài của cánh dc = 20mm = 2.10-2m
Bước cánh Sc = 2mm = 2.10-3m
Bề dày cánh ở đỉnh δd = 0,3mm = 3.10-4m
Bề dày cánh ở gốc δ0 = 0,4mm = 4.10-4m
Góc ở đỉnh cánhα= 350
Từ các số liệu trên ta tính các thông số cho 1m chiều dài ống
Diện tích phần cánh đứng:
π .(d c2 − d ng2 )
fc =
= 0,105 m 2 / m
α
2.sc cos( )
2
Diện tích bề mặt phần ống không có cánh :

20


f 0 = πd ng (1 −

δ0
δ
) + πδ d 0 = 0,01 m 2 / m
sc
sc

Diện tích bề mặt bên ngoài của ống truyền nhiệt:
f ng = Fc + F0 = 0,115 m 2 / m

Diện tích bề mặt trong của ống truyền nhiệt:
2
2
ftr = π.dtr = 0,0415 m /m
Chiều cao dẫn xuất của cánh :
π (d c2 − d bg2 )
h' =
= 0,005 m = 5.10 -3 m
4.d c
Hệ số làm cánh : β = f ng/f tr = 2,63

Hiệu nhiệt độ trung bình logaritΔtlog
∆t log =

∆t max − ∆t min
∆t
ln max
∆t min

Với Δtmax = tk –tw1 = 45 – 38 = 7
Δtmin = tk – tw2 = 45 - 42 = 3
Suy ra:
∆t − ∆t min 7 − 3
∆t log = max
=
= 5,77
∆t max
7
ln
ln

3
∆t min
4.3.2 Truyền nhiệt phía trong ống( phía nước giải nhiệt).
Nhiệt độ trung bình của nước giải nhiệt đi trong ống
t +t
42 + 38
t tb = w1 w 2 =
= 40
2
2
Các thông số phía nước giải nhiệt được tra theo nhiệt độ trung bình này
STT
Ý nghĩa
Kí hiệu
Giá trị
1

Khối lượng riêng

ρw (kg/m3)

991,5

2

Nhiệt dung riêng

cpw (kJ/kg.K)

4,178


3

Hệ số dẫn nhiệt

λw .102 (W/m.K)

63,61

4

Độ nhớt động học

vw.106(m2/s)

0,642

5
Chuẩn số Prantl
Prw
4,20
Lượng nước cần thiết để giải nhiệt:
Qk
79,56
mw =
=
= 4,76kg / s
c pw (t w 2 − t w1 ) 4,178.(42 − 38)
Chọn vận tốc nước đi trong ống  = 2 m/s
Số ống truyền nhiệt trong một lối


21


4.mw
4.4,76
=
= 15,06
2
991,5.2.π .(1,4.10 −2 ) 2
ρ w .ω.π .d t
Chọn số ống trong một lối là 16
Tính lại vận tốc trong ống
4.mw
4.4,76
ω=
=
= 1,95m / s
2
991,5.15.π .(1,4.10 −2 ) 2
ρ w .n.π .d t
Chuẩn số Reynolds
v.d 1,95.1,4.10 −2
Re =
=
= 42305,3
ν
0,642.10 −6
Ta thấy Re = 52305,3 > 10000 vậy chế độ chảy trong ống là chảy rối
Chuẩn số Nu

Pr
Nu = 0,021.ε 1 . Re 0,8 . Pr 0, 43 ( ) 0, 25
Prt
Với tỉ số Pr/Prt là ảnh hưởng của hướng dòng nhiệt, đối với quá trình làm nguội và ngưng
tụ thì Pr/Prt < 1 nhưng với chênh lệch nhiệt độ không lớn giữa nhiệt độ thành ống và
nhiệt độ
lưu chất bên trong nên ta coi Pr/Pr t = 1. Và hệ số hiệu
chỉnh tính đến ảnh hưởng của chiều dài và đường kính ống 1, chọn 1 = 1,1
n=

Nu = 0,021.1,1.423050,8.4,2 0, 43 = 215,14
Ta có

Nu.λw 215,14.0,6361
=
= 9775,04
dt
1,4.10 −2
Tính mật độ dòng nhiệt qua vách và phía nước
δ
∑ λi = 2,6.10 −4 (W / m 2 .K )
i
Chọn tổng nhiệt trở của vách và cặn
Vậy qw = A(Δt tb-Δtv)
Với Δtv = tk – t v; tv nhiệt đô vách của ống trao đổi nhiệt
1
A=
= 2760,1 (W/m 2 .K )
δi
1

+∑
αw
λi

αw =

Nên qw = 2760,1(Δ tb-Δt v)
chọn sô bộ :Δt v = 0,3Δt tb
2
Nên : q’ w = 0,7.A.Δt tb = 11148,18 (W/m )
Ta chọn bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàn theo các tam giác đều và
theo các cạnh hình lục giác, nên số ống bố trí theo đường chéo lớn nhất của lục giác
đều m
Qk
m = 0.753
q ' w .S.d tr .k
k = l/D : tỉ số chiều dài và đường kính của TBNT; ta chọn giả sử k = 8.
-2
Chọn S = 1,3.d c = 1,3 . 2.10 = 0,026m
22


Từ công thức trên ta tính được m = 10,58; làm tròn m đến số lẻ gần nhất m = 11
Số hàng theo chiều ống đứng n z = m =11
4.3.3Truyền nhiệt phía ngoài ống( phía môi chất ngưng tụ).
STT
1
2
3
4


Ý nghĩa
Nhiệt ngưng tụ
Độ nhớt động học
hệ số dẫn nhiệt
Khối lượng riêng

Ký hiệu
r (kJ/kg)
ν.106(m2/s)
λ.102(W/m.K)
ρ (kg/m3)

Giá trị
160
0,196
7,67
1108

Bảng 3.3 : các thông số vật lý của môi chất lạnh R22 ở nhiệt độ ngưng tụ
0
tk = 45 C
Ta có công thức tính hệ số cấp nhiệt với môi chất ngưng tụ như sau
r.ρ .λ3 .g  n z  −0.167
α R = 0,72 4
.β .Ψc
 
υ .d ng ∆t v  2 
= 0,72.4


160.10 3.1108.0,0767 3.9,81  11 
. 
0,196.10 −6.0,0165
2

−0 ,167

.2,63.1,7.∆t v−0, 25 = 9557,41.∆t v−0, 25

2

Với g = 9,81 m/s : gia tốc trọng trường.
Ψ c : hệ số khi kể tới các điều kiện ngưng tụ khác nhau trên mặt cánh đứng
và phần bề mặt ống nằm ngang không có cánh:
1

4
3  d ng 
f
f
 + 0 = 1,7
Ψc = 1.3 c E 4 
f ng
f ng
 h' 
β: hệ số tạo cánh (β= 2,63)
⇒ α R = 9557,41∆t v−0.25

⇒ q R = α R ∆t v = 9557,41∆t v0.75
Như vậy ta có hệ phương trình sau cho TBNT :

q w = 2760,1 (5,77 − ∆t v )

0.75
q r = 9557,41.∆t v
q = q
R
 w
0

∆t v = 1,37 C

Giải ra ta được
2

q w = q R = 12144,44W / m

Ftr =

QK
= 7,58m 2
qw

Diện tích bề mặt truyền nhiệt phía trong là
2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt phía ngoài F n =β. Ftr = 2,63.7,58 = 20m
Ftr
7,58
l=
=
= 2,82m

π .d tr .n π .14.10 −3.61
Vậy chiều dài của một ống là
23


4.3.4 Chọn thiết bị ngưng tụ.
Với Q k = 79,56 kW ta chọn thiết bị ngưng tụ KTP -25 có các thông số
Kiểu

Bề mặt ngoài
thực tế F ng,m 2

Chiều dài
ống,m

Đường kính
vỏ, mm

Số ống

Số lối

Phụ tải lớn
nhất

KTP-25

30

1,5


404

135

4

105

4.3.5 Thiết bị bốc hơi.
Thiết bị bốc hơi là bình hai vỏ đứng, tiết diện phần môi chất lạnh đi là tiết
vành khăn. Môi chất lạnh đi phía trong thu nhiệt và làm kết đông đá, đá
dao cạo cạo rơi xuống buồng chứa.
Tính chất vật lý của nước đá:
Khối lượng riêng 916,8kg/m 3
ẩn nhiệt đóng băng r = 334,6 kJ/kg
Nhiệt dung riêng của nước đá C pđ = 2,09 kJ/kg
Hệ số dẫn nhiệt của nước đá λ = 2,22 W/m.K

diện
được

4.3.6 Truyền nhiệt từ nước làm đá vào vách phía bốc hơi.

Hệ số cấp nhiệt của nước
Các thông số vật lý của nước tại 20 0C(nhiệt độ nước vào làm
đá)
STT
Ý NGHĨA
KÍ HIỆU

GIÁ TRỊ
6
2
1
Độ nhớt động học
1,00
νw.10 , m /s
3
2
Khối lượng riêng
998,2
ρw, kg/m
3
Chuẩn số Prantl
Prw
7,02
2
4
Hệ số dẫn nhiệt
59,80
λw.10 , W/m.K
5
Nhiệt dung riêng
Cpw, kJ/kg.K
4,18
Ta có:
Nu =

α1 .


π .Dtb
z
λ

Trong đó :
Dtb: đường kính trung bình của tang trống, m. Chọn sơ bộ ban đầu D tb= 0,9m
Z: số lưỡi dao cạo
α1: hệ số cấp nhiệt cua nước vào vách bốc hơi, W/m 2.K
α: hệ số dẫn nhiệt của nước, W/m.K
0,164.Dtb2 .n 0,164.0,9 2.5
Re =
=
= 664200
z.ν
1.10 −6
Với:
n = 5 vòng/ phút. số vòng quay của dao cạo đá
v = 10-6 m2/s. Độ nhớt động lực học của nước làm đá
Tính Nu bằng phương trình chuẩn số thực nghiệm
24


Nu = 0,27. Re 0,652 . Pr 0,333 = 0,27.6642000,652.7,020,333 = 3230
Nu.λ 3230.0,598
α1 =
=
= 683W / m 2 .K
π .Dtb
π .0,9
z

1
Tổng nhiệt trở của lớp cáu

δ
−3 2
∑ λi = ( 0 , 45 − 0, 6 ) × 10 m . K / W
i
Chọn

δ
−3 2
∑ λi = 0,5 × 10 m . K / W
i
Mật độ dòng nhiệt truyền từ nước làm đá vào bề mặt bốc hơi
∆t w
q1 =
= 754,74.∆t w = 509,13( 40 − ∆tv )
δi
1
+∑
α1
λi
∆t w + ∆tv = t n − to = 20 − ( −20) = 40o C
4.3.7 Truyền nhiệt từ vách phía bốc hơi vào môi chất lạnh.

Hệ số cấp nhiệt phía môi chất lạnh
 λ2
α1 = b 
 ν .σ .Ts
3


1/ 3


 .∆t 2 = 15,2.∆t 2


Trong đó

 ρ"  
b = 0,0751 + 10
  = 0,081
ρ
'
−
ρ
"




ρ '' = 10,762.10 −3 kg / l
ρ ' = 1,3505kg / l
o

Với số liệu tra ở to=-20 C

ν = 0,0225.10 −6 m 2 / s
σ = 39.10 −4 kg / m
λ = 0,106W / mK

TS = 273 − 20 = 253K

Và
q2 = α 2 .∆t = 15,2.∆t 3

4.3.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt.

Giải hệ phương trình
25