BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TIỂU LUẬN
THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ ỐNG 10 TẤN/NGÀY
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Pha
Sinh Viên Thực Hiện: Lê Vĩnh Hội 10040851
Hoàng Văn Quang 10041701
Lê Hoàng Minh 10038401
Nguyễn Đình Trung 10083961
Lớp : DHNL6
Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 7 năm 2014
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


Mục lục
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT LẠNH TRÊN THẾ GIỚI
Lịch sử phát triển của ngành lạnh cho thấy rằng từ ngàn xưa con người đã
biết giữ gìn và sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như : sử dụng băng tuyết và
các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm, làm lạnh bằng cách cho bốc hơi …,
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 phải đến những năm giữa và cuối thế kỷ 19, thì kỹ thuật lạnh hiện
đại mới phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ bằng các công trình nghiên cứu việc
hóa lỏng các chất khí dùng làm môi chất lạnh và đã có các bằng phát minh đăng
ký đầu tiên về máy lạnh, máy nén hơi.
Một sự kiện quan trọng là việc sản xuất và sử dụng rộng rãi các chất Freon ở
Mỹ vào những năm 1930. Đây là một loại môi chất có nhiều tính chất quí báu như
không cháy, không nổ, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi và được sử dụng
phổ biến cho đến bây giờ. Nó đóng góp phần vào tích cực vào việc thúc đẩy sự
phát triển của kỹ thuật lạnh.
Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa
học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến khác.
1.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH
Chế biến và bảo quản thực phẩm là một ứng dụng quan trọng của kỹ thuật
lạnh. Theo thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công
nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm như rau quả, thịt, cá, sữa… là những thức
ăn dễ bị ôi thiu. Vì vậy thực phẩm được bảo quản ở nhiệt độ thấp (-18
0
C) thì quá
trình sinh hóa trong thịt, cá, hoa quả … đều xảy ra rất chậm. Do đó bảo quản thực
phẩm ở nhiệt độ thấp kéo dài thời gian sử dụng. Thực ra thời gian bảo quản còn
Chương 1: Tổng quan 5

thực phẩm trong quá trình chế biến.
Chương 1: Tổng quan 6
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
1.3.2 Các loại máy đá:
- 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%. 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.
- 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 3m đến 6 m, cao 2m đến 3 m, dày
250mm đến 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 gãy 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.

• Yêu cầu về sinh lý:
- Không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường.
• Yêu cầu về kinh tế:
- Dễ kiếm, rẻ tiền, dễ bảo quản, dễ vận chuyển.
1.4.3 Một số môi chất lạnh thường dùng:
Chương 1: Tổng quan 8
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
- Môi chất R12: công thức hoá học là CCl2F2 ,thường được dùng trong máy lạnh cỡ
nhỏ. Giải nhiệt bằng không khí tự nhiên như tủ lạnh. Do R12 phá hoại tầng ôzôn
nên bị cấm sản xuất vào năm 2000.
- Môi chất R22: Công thức hóa học là CHCLF2 thường được sử dụng trong các
máy lạnh trung bình và lớn giải nhiệt bằng nước hoặc không khí cưỡng bức. Ưu
điểm của R22 là năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn R12 1,6 lần.
- Môi chất R502: là hỗn hợp đồng sôi của 48,8% R22 và 51,82% R115 có ưu điểm
là nhiệt độ quá nhiệt sau khi nén thấp hơn R22. Thường được sử dụng cho hệ
thống lạnh có tỉ số nén cao như phòng trữ đông, cấp đông kiểu nén một cấp… Môi
chất 502 cũng nằm trong danh sách cần loại bỏ ngay.
- Môi chất R717(NH3): là khí không màu, có mùi hắc ,sôi ở áp suất khí quyển ở –
33,35
0
C. NH3 có các tính chất nhiệt động rất tốt đối với chu trình lạnh , lại rẻ tiền.
Từ khi khám phá ra hiệu ứng phá huỷ tầng ôzôn của các khí CFC, NH3 lại được
sử dụng nhiều, nhất là các quốc gia Tây Âu. Tuy nhiên NH3 rất độc, ăn mòn đồng
và các hợp kim chủ yếu trong hệ thống dùng NH3 là thép.
 Với những đặc điểm trên, ta chọn R22 làm môi chất lạnh cho hệ thống.
Chương 1: Tổng quan 9
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY ĐÁ ỐNG
2.1. CẤU TẠO MÁY ĐÁ ỐNG:
Hình 2-1. Cấu tạo máy đá ống

1000.2.3,14. 3,77
4 4
ng tr
kg
−
−
= =
Số lượng ống cần thiết là: n = 416,67/3,77 = 110,5 ống. Chọn n = 111 ống
Ta chọn bố trí ống trên mặt sàn theo hình lục giác đều như hình vẽ:
Hình 2-2. Bố trí ống trên mặt sàn
Xác định bước ống:
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 11
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Bước ống được xác định theo kinh nghiệm: [3;150]
S = (1,24 – 1,45).d
a
Chọn S = 1,3.d
a
⇒ S = 1,3.0,057 = 0,074 m
Số ống bố trí trên đường chéo lớn nhất của lục giác:
1 111 1
1 1 13
0,75 0,75
n
m
− −
= + = + =
ống
Đường kính mặt sàn:
D

=
 
 
 
 ÷
 ÷
 
 
 
= − + +
∑
Trong đó :
cn
δ
: chiều dày cách nhiệt.
cn
λ
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt. Tra phụ lục E3 [1;340] ta
được
cn
λ
= 0,047 W/mK.
K: hệ số truyền nhiệt vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. Tra phụ
lục E7 [1;357] ta được k = 0,23 W/m
2
.K
1
α
: hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đến vách cách nhiệt. Tra
phụ lục E7 [1;357] ta được

i
λ
rất lớn so với
cn
λ
nên ta có thể bỏ qua
tỷ số
i
i
λ
δ
.
1 2
1 1 1 1 1 1
0,047. 0,197
0,23 23,3 9
cn cn
m
k
δ λ
α α
 
 
 
 
= − + = − + =
 
 ÷
 
 ÷

s
: hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngoài không bị đọng sương.
21
1
1
95,0
tt
s
tt
s
k
−
−
=
α
Trong đó: t
1
: nhiệt độ không khí bên ngoài.
t
2
: nhiệt độ môi chất bên trong cối đá.
ts : nhiệt độ đọng sương.
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 15
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Tra bảng 12-7 [2;192] thì nhiệt độ trung bình mùa hè ở Tp.HCM là t
1
= 34,6
0
C; độ ẩm = 74%.
Tra đồ thị hình I –d ta được t

11v
= k.F
v
( t
1
- t
2
)
Trong đó:
k
v
: hệ số truyền nhiệt qua vách cối đá. k
v
= 0,226 W/m
2
K
F
v
: tổng diện tích các bề mặt vách.
Kích thước cối đá: D
pb
× H = 1,36 × 2,3 m
2
3,14.1,36.2,3 9,82
v pb
F D H m
π
⇒ = = =
t1: nhiệt độ không khí bên ngoài. t1 = 34,6oC
t2: nhiệt độ sôi môi chất lạnh bên trong. Chọn t2 = -15oC

: diện tích nắp.
2 2
2
3,14.0,962
0,73
4 4
n
D
F m
π
= = =
Q
11n
= 0,33 × 0,73 × [ 34,6 – 3] = 7,61 W
Q
11
= 110,08 + 7,61 = 117,69 W

 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che bể nước tuần hoàn Q
12
Q
12
= k
b
.F
b
( t
1
- t
2

+ Q
12
= 117,69 + 26,54 = 144 W
2.4.2 Dòng nhiệt do nước làm đá và khuôn làm đá toả ra Q
2
:
 Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra Q
21
:
21
.
24.3600
o
qM
Q =
Trong đó:
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 17
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
M: năng suất máy đá. M = 10t = 10000kg
24.3600 là thời gian làm việc trong ngày quy đổi ra giây.
q
0
là nhiệt lượng của 1kg nước tỏa ra khi làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu đến
khi đông đá hoàn toàn.
q
o
= C
pn
.t
1

Thay vào ta có :
q
o
= 4186.5 + 333600 + 2090.5 = 364980 W

21
10000.364900
W
42234
24.3600
Q = =
 Dòng nhiệt tổn thất do làm lạnh khuôn Q
22
:
Q
22
=
k k 1 2
M .C ( t - t )
.3600
τ
Trong đó:
M
k
: khối lượng khuôn đưa vào cùng sản phẩm.
Ta có: ống làm đá bằng vật liệu inox có kích thước là D
tr
/D
ng
= 50 x 57 mm,

 
=
 ÷
 
3
22
328.0,45.10 (5 5)
410W
1.3600
Q
+
⇒ = =
⇒ Q
2
=

Q
21
+ Q
22
= 42234 + 410 = 42644 W
2.4.3 Dòng nhiệt do động cơ dao cắt đá tạo ra Q
3
:
Q
3
= 1000.η
đ
.N
đ

là công suất đầu vào động cơ bơm nước. Tham khảo bảng
3.15 [2;122] ta chọn N
đ
= 0,25 kW
⇒ Q
4
= 1000.0,85.0,25 = 213 W
2.4.5 Xác định năng suất lạnh máy nén:
Q
o
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
= 144+ 42644 + 638 + 213 = 43639 W = 43,6 kW
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 19
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN
CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN
3.1. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
Chế độ làm việc của một số hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ
sau: [5;204]
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t
o
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t
k

o
C t
o
= -5 - 10 = - 15
o
C
3.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ t
k
Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát thiết bị ngưng tụ. Chọn thiết
bị ngưng tụ làm mát bằng nước: t
k
= t
w2
+ ∆t
k
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 20
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Trong đó:
t
w2
: nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng. t
w2
= t
w1
+ (2÷6)
0
C [5;205]

k
= 40 + 5 = 45
0
C
3.1.3. Nhiệt độ hơi hút t
h
Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Theo tài liệu [5;208] đối với
Freon chọn
t
h
= t
0
+ 25
o
C = -15 + 25 = 10
o
C
3.2. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH:
Ta có: p
0
(t
o
= -15
0
C) = 2,966 bar
p
k
(t
k
= 45

Bảng 3-1. Thông số trạng thái tại các điểm nút
Điểm t (
0
C) P (bar) h (kJ/kg) v.10
-3
(m
3
/kg) S (kJ/kg)
1
’
-15 2,966 698,38 77,29 1,771
1 10 2,966 715,41 85,79 1,8329
2 99 17,266 765,42 18,09 1,8329
3
’
45 17,266 559,97 0,9011 1,1860
3 20 17,266 509,96 - -
4 - 2,966 509,96
Tính chu trình và chọn máy nén
• Năng suất lạnh riêng :
'
0 1 4
698,38 509,96 188, 42 /q h h kJ kg= − = − =
• Lượng hơi hút về máy nén :
0
0
43,6
0,23 / 828 /
188,42
Q

3, 7
50, 01
q
l
ε
= = =
• Công suất nén đoạn nhiệt :
2 1
.( ) 0,23.50,01 11,5
s
N G h h kW= − = =
• Hiệu suất chỉ thị:
0
. . 0,81 0, 001.( 15) 0, 795
i
b t
η λ ω
= + = + − =
Trong đó :

0
15 273
. 0,81
45 273
K
T
T
λ ω
− +
= = =

N kW= =
• Công suất hữu ích:
14, 47 0, 987 15, 457 W
e i ms
N N N k
= + = + =
• Nhiệt thải ngưng tụ :
( )
2 3'
0,23.(765,42 559,97) 47,25
K
Q G h h kW
= − = − =
• Nhiệt tỏa ra ở thiết bị hồi nhiệt:
3' 3
( ) 0,23.(559,97 509,96) 11,5
hn
Q G h h kW= − = − =
Tra phụ lục F4 [1;363] với QO = 43,6 kW, Vtt = 71,03 m3/h, Ne = 15,457
kW ta chọn máy nén pittong MYCOM một cấp nén F4WA2 có các thông số sau:
Thể tích quét: V = 187,2 m3/h
Năng suất lạnh ở -15oC là: Qo = 86 kW
Tốc độ quay n = 1450 vòng/phút, Ne = 27,2 kW
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 25