Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
- 1 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
Mục Lục
CH NG I: T NG QUANƯƠ Ổ 4
I. TÍNH CH TẤ V TẬ LÝ C AỦ N CƯỚ VÀ N CƯỚ ÁĐ: 4
1.Tính ch t v t lý c a n c: ấ ậ ủ ướ 4
2.Tính ch t v t lý c a n c á:ấ ậ ủ ướ đ 4
II. CH NỌ PH NGƯƠ PHÁP VÀ CÁC TÁC NHÂN LÀM L NHẠ 5
1.C s v t lý c a quá trình ông á: ơ ở ậ ủ đ đ 5
2.Mu i NaCl:ố 5
3.Tác nhân l nh:ạ 6
CH NG 2: L A CH N QUY TRÌNH CÔNG NGHƯƠ Ự Ọ Ệ 8
I. QUI TRÌNH LÀM N CƯỚ ÁĐ: 8
II. THUY TẾ MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: 14
CH NG 3: CÂN B NG V T CH TƯƠ Ằ Ậ Ấ 15
I. TÍNH NHI TỆ BỂ ÁĐ Q0: 15
II. TÍNH CÁCH NHI TỆ - CÁCH MẨ CHO BỂ ÁĐ : 22
1.Vách b á:ể đ 22
2.N n b á.ề ể đ 26
3.K t c u n p b á:ế ấ ắ ể đ 27
4.Xác nh kích th c c a b á:đị ướ ủ ể đ 27
CH NG 4:TÍNH TOÁN C KHÍƯƠ Ơ 30
I. TÍNH CÁC THI TẾ BỊ CHÍNH TRONG HỆ TH NGỐ LÀM L NHẠ 30
1.Tính toán thi t k thi t b ng ng t : ế ế ế ị ư ụ 30
2.Tính toán thi t b bay h i :ế ị ơ 33
II. TÍNH TOÁN THI TẾ BỊ PHỤ: 34
1.Chu trình l nh c a máy nén:ạ ủ 34
2.Bình tách d u:ầ 36
3.Bình h i d u:ồ ầ 37
4.Bình ch a cao áp:ứ 38

3
và
khi biến thành nước đá khối lượng riêng tiếp tục giảm tới 916.8 kg/m
3

Nước có nhiệt dung riêng cao bất thường, C
nước
=4.18kJ/kgK.Từ đó có thể
thấy nước là một chất toả nhiệt rất tốt.
Nhiệt nóng chảy của nước : λ
c
= 334 kJ/kg
Nhiệt hoá hơi của nước : λ
h
= 2253 kJ/kg
Đứng về phương diện khoa học mà nhận xét thì nước rõ là một chất lỏng có
những điểm bất thường :
Khối lượng riêng ở 4°C là khối lượng riêng cực đại, đáng lẽ ra khối lượng
riêng của thể rắn phải lớn hơn khối lượng riêng ở thể lỏng.
Có nhiệt dung riêng rất lớn và lớn hơn so với nhiệt dung riêng của nhiều chất
lỏng khác.
2. Tính chất vật lý của nước đá:
− Nhiệt độ nóng chảy t = 0°C.
− Khối lượng riêng nước đá : ρ
đ
= 916.8 kg/m
3

− Khối lượng riêng của nước đá có quan hệ nhiệt độ như sau: ρ
đ

mà hệ thống chuyển động được cân bằng lực theo phương trình: P
kết hợp
= P
đẩy
+
P
ch.d.nhiệt
thì xuất hiện tâm kết tinh của mạng lưới tinh thể, lúc này tương tự như
xảy ra phản ứng tổng hợp: các phần tử lỏng liên kết với mạng tinh thể hiện có
thành một khối nước đá và toả ẩn nhiệt đóng băng ra. An nhiệt đóng băng toả ra
qua lớp nước đóng băng tới môi trường tỏ lạnh hoặc trực tiếp hoặc qua nhiệt trở
của thành.
2. Muối NaCl:
+ ưu điểm:
− Có hệ số truyền nhiệt lớn: α = 200-400(kcal/m
2
hK)
trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì α = 400000
(kcal/m
2
hK). Vì thế nên có lợi về mặt kinh tế là rút ngắn thời gian sản xuất, thời
gian phục vụ.
− Dùng muối NaCl (muối ăn) rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản và sử dụng.
− Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa.
- 5 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
− Nhiệt độ đóng băng thấp: NaCl 23.1% khối lượng có nhiệt độ Ơtectic
-21.2°C
− Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất của bơm và trở lực thuỷ lực.:
NaCl 20% có µ = 4.08 PaS ở -10

2
0 cho 1 m
3
dung dịch
NaCl (thêm vào hàng tháng).
− Dùng môi trường nước muối để tải lạnh có thể gặp phải nguy hiểm vì
hiện tượng chất tải lạnh đóng băng. Vì thế phải thường xuyên kiểm tra nồng độ
nước muối và thường chọn nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự trữ để khi
có hạ nhiệt độ dưới yêu cầu vẫn chưa làm đóng băng dung dịch được.
− Tính chất của dung dịch NaCl, ta có thể chọn NaCl 23% có T
đb
= -20°C,
nhiệt dung riêng ở 0°C: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt ở -10°C: λ = 0.434
kcal/kgK.
− Khi đó chọn nhiệt độ của nước muối trong bể đá là -10°C.
3. Tác nhân lạnh:
Trong phương pháp sản xuất nước đá bằng bể đá khối thì hệ thống lạnh
+ Ưu diểm của NH
3
:
− Năng suất lạnh riêng khối lượng q
0
(kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất
tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh co năng suất lớn.
− Năng suất lạnh riêng thể tích q
v
(kJ/m
3
) tương đối nhỏ nên máy nén gọn
nhẹ.

− Ở qui mô nhà máy này có năng suất nhỏ nên dùng nguồn nước này tiện
hơn nếu phải xây dựng thêm một công trình cấp nước.
 Nhược điểm:
− Chi phí cho việc sử dụng nước nhiều.
- 8 –
Nước cấp từ
TP
Nước
Cặn
bã
Muối
Xử lý nuớc
Cấp nuớc vào bể
chứa
Hoa tan trong bể
Đóng băng
Nâng linh đá ra
khỏi bể
Lấy đá ra Bể tan đá
Cho vào bể đáRót nước
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
− Đôi khi cung cấp không ổn định.
2. Xử lý nước:
Mặc dù nước cấp từ thành phố đã qua xử lý sơ bộ tuy nhiên do nước đá dùng
để uống, bảo quản thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh như đối với các
thực phẩm tiêu dùng trực tiếp vì vậy cần phải được xử lý trước khi đưa vào sản
xuất.
Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi những yêu
cầu đặc biệt đối với nguyên liệu (nước) và sản phẩm (nước đá), thiết bị và quá
trình sản xuất.

Tách ra được
MgCO
3
Tạo chất lắng bẩn, bọt khí, làm nứt
ở nhiệt độ thấp
Tách ra được
Oxit sắt Cho chất lắng màu vàng (nâu) và
nhuộm màu chất lắng canxi và
magie
Tách ra được
Oxit silic
và oxit
nhôm
Cho chất lắng bẩn Tách ra được
Chất lơ
lửng
Cho cặn bẩn Tách ra được
Sulfat natri
clorua,
sulfat canxi
Tạo các vết trắng ở lõi, kéo dài thời
gian đóng băng , không có chất
lắng
Không thay
đổi
Clorua
canxi và
sulfat
magie
Cho chất lắng xanh nhạt ở lõi, kéo

Trong đó: G : 100 cây/ngày
g : khối lượng một cây đá, g= 50 kg
ρ : khối lượng riêng của nước, ρ = 999 kg/m
3
⇒V
1
= 100x50/999 = 5m
3
/ngày
Lượng nước dự trữ: V
2
=1m
3
Vậy thể tích bể chứa là: V = V
1
+ V
2
= 5 + 1 = 6m
3
Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 2 x 2 x1.75=7m
3
4. Cấp nước vào khuôn:
Vì hệ thống không sử dụng máy rót nước nên cứ sau mỗi mẻ công nhân lấy
đá ra sẽ gắn vòi nước vào các ống cấp nước được thiết kế phía trên bể đá
chuyền xuống châm nước vào khuôn.
Khi châm nước phải châm mực nước trong khuôn thấp hơn mực nước muối
để làm lạnh đông điều và nhanh. Đồng thời, mực nước trong khuôn phải thấp
hơn miệng khuôn để tránh khi đông thể tích của nước đá tăng 9%, trào ra ngoài
làm giảm nồng độ của nước muối.
 Quá trình đông đá:

Nhiệt độ của môi trường tải lạnh là t
2
, hệ số cấp nhiệt từ vách phẳng vào
môi trường là α
2
( W/m
2
K).
Hệ số dẫn nhiệt của nước đá là λ
đ
( W/mK)

, của thành kim loại là
λ
M
( W/mK).
δ
d
bề dày thành nước đá tạo thành, θ
0
nhiệt độ vách nước đá vừa đông (°C).
Ta có, dòng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q
1
phụ thuộc vào t
1
-θ
0
: q
1
= α






++
−
=
αλ
δ
λ
δ
θ
(2-2)
5. Chọn phương án sản xuất:
Ngày nay khoa học kỹ thuật tiến bộ nên có nhiều loại máy sản xuất nước đá
như : máy đá khối, máy đá vảy, máy đá viên,….Các loại máy trên có thể hoạt
- 12 –
δ
d
δ
M
dδ
t
1
, α
1
t
2
, α

Phương pháp này thuộc loại cổ điển, có nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh
tế cũng như chỉ tiêu vệ sinh nhưng được có ưu điểm lớn là đơn giản, dễ chế tạo,
sử dung cho năng suất lớn, thao tác trong sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp. Hiện
nay thì hầu hết các phân xưởng sản xuất nước đá ở nước ta đều chọn phương
pháp này.
- 13 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
Theo phương pháp này thì hệ thống thiết bị bao gồm: máy nén, thiết bị
ngưng tụ, thiết bị bay hơi ngâm trong bể nước muối, bình chứa cao áp, khuôn
đá, các thiết bị phụ khác,…Với năng suất lớn đòi hỏi sản xuất liên tục thì còn có
cơ cấu tự động đẩy khuôn đá, balance cẩu đá, máy rót nước vào khuôn.Tuy
nhiên với năng suất nhỏ như phân xưởng này thêm vào đó là việc cung cấp sản
phẩm với số lượng lớn đồng thời, nên em chọn sản xuất nước đá theo từng mẻ,
phân phối sản phẩm đồng thời nên không cần phải có hệ thống cơ giới hoá.
II. Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
− Đầu tiên hơi môi chất được hút về máy nén là hơi quá nhiệt với
t
0
= -23
0
C,p
0
=1,6 at .Sau đó được nén đến nhiệt độ t
k
=46
0
C và p
k
=18,3 at Mpa và
được đưa qua van tiết lưu vào bình tách dầu (3) ở đây dầu được tách ra ,giữ lại

Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
Q
1
- dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che vào bể, ở đây là thành, đáy và
nắp bể.
Q
2
- dòng nhiệt thu của nước làm đá từ 30
0
C xuống 0
0
C.
Q
3
- dòng nhiệt do thông gió, ở đây lấy bằng 0.
Q
4
- dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra khỏi
khuôn.
Q
5
- dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp, ở đây lấy bằng 0.
a. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá:

Bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị bức xạ trực tiếp rất ít vì vậy
nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá chỉ do độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước
muối trong bể và không khí bên ngoài. Gồm 3 thành phần :
 Nhiệt truyền qua tường bể đá
Q
11

∆
t
t
= t
1
– t
2
= 37,3 – (-10) = 47,3
o
C
Vậy Q
11
= 0.49x24.3x47.3 = 556.248 W
 Nhiệt truyền qua nắp bể đá :
Q
12
= K
n
.F
n
.
∆
t
n
F
n
: Diện tích nắp bể đá được xác định theo kích thước chiều dài và chiều
rộng bên trong bể đá (m
2
)

∆
t
n
= 37.3 – (- 5) = 42,3
o
C
K
n
: hệ số truyền nhiệt ở nắp bể đá (W/m
2
K) :
K
n
=
1
2
1
1 1
δ
α λ α
+ +
(W/m
2
K)
Tra bảng 3 – 7/tr86 ta có
α
1
và
α
2

Q
13
=
∑
K
q . F. (t
1
- t
2
) .m
t
1
= 37,3
o
C là nhiệt độ không khí bên ngoài
t
2
= -10
o
C là nhiệt độ nước muối trong bể
K
q
: Hệ số truyền nhiệt qui ước tương ứng với từng vùng
F : Diện tích tương ứng với từng vùng nền
Để tính toán dòng nhiệt vào qua sàn, người ta chia sàn ra các vùng khác nhau
có chiều rộng 2m mỗi vùng tính từ bề mặt tường bao vào giữa buồng.
Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước k
q
,W/m
2

i
i
δ
λ
+
∑
Từ bảng 4 ta có :
i
δ
: Chiều dày của từng lớp kệt cấu nền (m)
i
λ
: Hệ số dẫn nhiệt của từng lớp vật liệu (W/m.K)
m =
1
0.006 0.02 0.2 0.23 0.003 0.2 0.1
1 1.25
45 0.88 1.4 0.19 0.15 1.4 0.45
 
+ + + + + + +
 
 
= 0.175
Vậy Q
13
= (0.47+0.07)x(42.16+0.333)x(37.3+10)x0.175= 190W
⇒
Q
1
= Q

pđ
|t
2
| (J/kg)
C
pn
= 4186 J/kg.K. Nhiệt dung riêng của nước
r = 333600 J/kg. Nhiệt đông đặc (80 Kcal/kg)
- 18 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
C
pđ
= 2090 J/kg.K(0,5 kCal/kg.K)
t
1
= 30
o
C. Nhiệt độ nước đầu vào
t
2
= -8
o
C. Nhiệt độ cây đá.
q
0
= 4186x30 + 333600 + 2090x8= 475900 J/kg
Vậy Q
21
= 5000.
475900

= -10
o
C. Nhiệt độ của nước muối
Q
22
= 3080.
390(30 10)
68400
+
= 702 W
⇒
Q
2
= Q
21
+ Q
22
= 34788 + 702 = 35490 W
⇒ Vậy dòng nhiệt tổn thất từ bể đá là:
0 1 2 3 4 5
Q Q Q Q Q Q= + + + +
= 3.1 + 35 + 0 + 2.2 + 0 = 40.3KW
c. Dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra khỏi
khuôn Q
4
 Nhiệt do bộ cánh khuấy gây raQ
41
:
Do năng suất bể đá là 5 tấn nên ta chọn bộ cánh khuấy có hãng MYCOM có
MODEL là 180 VGM có tốc độ 1000 V/P, lưu lượng 7,5 m3/p, công suất

.
f = 1,25m
2
là diện tích bề mặt cây đá
δ
: chiều dài phần đá đã tan khi nhúng. Để có thể rút đá ra khỏi khuôn caàn
làm tan đá một lớp
δ
= 0,001 m
ρ
= 900 kg/m
3
là khối lượng riêng của đá.
g = 1,25 . 0,001 . 900 = 1,125 kg
q
o
: nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh 1 kg đá từ nhiệt độ ban đầu đến khi
đông đá hoàn toàn. Qo = 480080 J/kg.
τ
= 68400 giây thời gian đông đá
Q
42
= 112x1.25x0.001x900.
68400
480080
= 884.358 W
⇒
Q
4
= Q

liệu cách ẩm phủ lên mặt ngoài của lớp cách nhiệt.
Vật liệu cách ẩm thường dùng là: keo, bitum, giấy dầu, giấy nhựa, giấy
kim loại…
Kết cấu lớp cách nhiệt phải đảm bảo yêu cầu sau :
 Bề dày lớp cách nhiệt phải tính sao cho hệ số truyền nhiệt K của vách bao
che có giá trị tối ưu.
 Bề dày lớp cách nhiệt đủ lớn để ngăn chặn hiện tượng ngưng tụ hơi nước
trên bề mặt ngoài vách phòng lạnh.
 Lớp cách nhiệt phải liên tục, liên kết chặt chẽ với kết cấu xây dựng.
- 21 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
 Đối với bể đá và phòng trữ đá ta dùng vật liệu cách nhiệt là polystyrol và
cách ẩm là giấy dầu.
II. Tính cách nhiệt - cách ẩm cho bể đá :
1. Vách bể đá:
Giữa các lớp giấy dầu, tường và lớp cách nhiệt có quét Bitum nóng chảy
để dán dính chúng lại.
Chọn kết cấu vách bể đá như hình vẽ:
Hình 2: kết cấu vách cách nhiệt:
Bảng 3: thông số các lớp cách nhiệt vách bể đá.
- 22 –
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
 Hệ số truyền nhiệt qua vách:
∑
=
+++
=
n
i
cn

∑
=
n
i
i
i
cncn
k
1
21
111
αλ
δ
α
λδ
(3-2)
Trong đó:
− α
1
: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường
(W/m
2
K)
Bảng 3-7/tr86 [3] : chọn α
1
= 23.3 (W/m
2
K)
α
2

0.02
0.004
δ
CN
0.006
0.02
0.88
0.82
0.88
0.18
0.047
45
0.88
Đồ Án Công Nghệ GVHD:ThS.Nguyễn Quốc Hải
− δ
cn
: chiều dày lớp cách nhiệt (m)
− λ
cn
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt.
− K : hệ số truyền nhiệt của bể đá W/m
2
.K. hệ số truyền nhiệt K đựoc
xác định trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Có thể lấy hệ số truyền nhiệt K
tuơng đương với hệ số truyền nhiệt của kho lạnh.
Theo bảng 3-5/tr84 : ta có k = 0.58 (W/m
2
K)
Vậy :
1 1 3 0.02 0.25 0.004 0.006 1

− t
1
: nhiệt độ ngoài không khí, t
1
= 37.3°C
− t
2
: nhiệt độ trong bể đá, t
2
= -10°C
− t
s
: nhiệt độ đọng sương, tra giản đồ trạng thái không khí ẩm( với
không khí có nhiệt độ 37.3°C và độ ẩm 75%) ta có; t
s
= 31°C
Hình 3: Sự truyền nhiệt qua vách
21
11
1
tt
tt
k
w
−
−
=⇒
α
(3-3)


1
1 2
37.3 31
0.95. 0.95 23.3 2.95
37.3 10
s
s
t t
k x
t t
α
−
−
= = =
− − −
(W/m
2
K)
Để vách ngoài không đọng sương k = 0.46 < k
s
= 2.94 (thỏa)
 Kiểm tra đọng ẩm của vách cách nhiệt:

Hình 4: cơ cấu truyền nhiệt qua vách
Từ bảng 3-7:
α
1
= 23,3 W/m.K;
α
2

0
C
t
2
= t
1
-
1
1
.q
δ
λ
= 36,4-
21.758 0.02
0.88
x
= 36
0
C
t
3
= t
2
-
2
2
.q
δ
λ
= 36 -

.q
δ
λ
= 34.5 -
21.758 0.004
0.18
×
= 34
O
C
- 25 –
t
f1
t
f2
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
1
t