Đề tài Bể sản xuất kem

BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1. Giới thiệu chung về kem : Kem là sản phẩm chủ yếu của sữa với các phụ gia. Có nhiều lọai kem khác nhau như : kem thường, kem sữa, kem hoa quả, kem trứng, kem váng sữa, kem dầu thơm…Thành phần của kem được thêm các chất khác nhau như bột cacao, sôcôla, hoa quả và các loại tinh dầu thơm…. Tên của kem cũng nói lên thành phần chủ yếu của kem như: kem sữa đậu xanh, kem sữa sôcôla, kem váng sữa cà phê, kem sữa hồ đào, kem táo, kem mơ, kem dừa… Ngoài ra kem được phân loại theo hình dạng và phương pháp chế biến như : kem que, kem gói, kem cốc, kem bát,… Bảng thành phần chủ yếu và giá trị dinh dưỡng của 1 số loại kem : Thành phần cơ bản của kem Chất béo từ sữa (không nhỏ hơn) % Đường (không nhỏ hơn), % Thành phần khô trong sữa , % Tổng thành phần khô, % Lượng calo, kcal/kg kem Kem sữa : Cà phê Sôcôla Hoa quả Kem váng sữa Cà phê Sôcôla Hoa quả Kem hoa quả 1 2 3 Kem dầu thơm 3,5 3,5 2,8 10 10 8 - - - - 15,5 15,5 16 14 16 15 27 30 31 25 10 10 12 10 10 12 - - - - 29,5 31,5 33,5 34 36 38 30 33 35 25 1400 1470 1550 1920 2000 2080 1230 1350 1430 1100 2. Quy trình sản xuất kem : - Kem ít nhất phải chứa 10% chất béo, kem hoa quả ít nhất 8% và 20% bột hoa quả. Sau khi đã cân đong tự động, các thành phần được đưa vào máy khuấy, trộn đều, lọc, triệt khuẩn, làm đồng nhất và được làm lạnh trong dàn lạnh kiểu tấm đến 2 ÷ 4°C, sau đó đưa vào các bình chứa ( 3000 lít ) để ủ cho “chín tới”. Thời gian chín tới của hỗn hợp tùy theo các chất phụ gia, kéo dài 4 ÷ 24h. Sau khi chín tới, hỗn hợp được đưa vào lạnh đông, rót, làm cứng đóng gói rồi bảo quản. - Trong máy lạnh đông, hỗn hợp được nhào trộn để không khí lẫn vào hỗn hợp dưới dạng bọt khí li ti. Sau khi nhào trộn và kết đông thể tích hỗn hợp tăng từ 80 đến 100%, đồng thời nhiệt độ giảm đến -5°C trong đó 30% nước đã hóa băng. Hỗn BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 2 hợp này được gọi là kem xốp. Kem xốp được rót vào bao bì, đóng vào hộp, rót thành các suất đều… rồi đưa vào máy kết đông hoặc hầm kết đông để đưa nhiệt độ tâm kem xuống -18°C đến -20°C. Quá trình này gọi là làm cứng kem. Có thể làm cứng kem đến -25°C và bảo quản đông ở nhiệt độ -25°C đến 35°C. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 3 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 4 CHƯƠNG II CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ Mục đích của việc chọn phương pháp thiết kế là tìm ra được phương án tương đối tốt, phù hợp với các yêu cầu của xí nghiệp, đồng thời phải đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế của công trình. Vì năng suất kem nhỏ nên phải thiết kế sao cho vận hành đơn giản, dễ dàng, vì vậy tất cả các thiết bị phải gọn nhẹ. I. Chọn chất tải lạnh Trong kỹ thuật lạnh, muốn thực hiện vận tải lạnh từ nơi phát sinh đến nới tiêu thụ, phải sử dụng những chất tải lạnh. Chất tải lạnh có thể ở 3 trạng thái:  Trạng thái hơi (khí).  Trạng thái lỏng (thường ở dạng dung dịch).  Trạng thái rắn. 1. Yêu cầu của chất tải lạnh Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau:  Nhiệt độ đông đặc phải thấp.  Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao.  Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ.  Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị.  Không độc hại và không nguy hiểm.  Dễ kiểm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành. 2. Phân tích tính chất của chất tải lạnh Sau đây ta sẽ phân tích tính chất cùng ưu nhượt điểm của từng loại chất tải lạnh và đề ra phương án lựu chọn chất tải lạnh cho bể đá khối của ta. 2.1.Chất tải lạnh ở thể khí Đối với chất tải lạnh ở thể khí thì không khí là chất tải lạnh được dùng phổ biến nhất vì nó có các ưu điểm sau:  Rẻ tiền, đâu cũng có nhiều.  Dễ vận chuyển vào nơi cần làm lạnh.  Trong các hệ thống thông gió phục vụ cho sinh hoạt, nhà ở …thì không khí là môi trường tải lạnh tốt nhất, do không khí không độc và dễ điều chỉnh tốc độ, lưu lượng. Nhưng không khí có những nhượt điểm sau:  Hệ số cấp nhiệt quá nhỏ 6 8 Kcal/m2.h.oC.  Nếu tăng tốc độ vận chuyển của không khí thì hệ số tăng nhưng không đáng kể.  Khó làm sạch, khó tách vi sinh vật. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 5 Các môi trường tải lạnh khác như: N2, CO2 cũng có các nhược điểm giống không khí và các nhược điểm riêng khác. Sử dụng chất tải lạnh này thì đắc tiền và phải dùng trong hệ thống kín. 2.2.Chất tải lạnh ở thể lỏng Thường dùng nhất là nước muối. Nước muối có những ưu điểm sau:  Có hệ số truyền nhiệt lớn: = 200 400 Kcal/m2.h.oC.  Trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì = 40.000 Kcal/m2.h.oC.  Dùng môi trường lỏng thì tránh được hao hụt khối lượng, tránh được hiện tượng oxy hóa sản phẩm.  Dùng nước muối có thể đạt được nhiệt độ khá thấp bằng cách trộn loại muối ăn với nhau, cho nên dùng dung d ịch nước muối làm chất tải lạnh ta không sợ hiện tượng chất tải lạnh bị đông đặc vì nhiệt độ đóng băng của các dung dịch muối khá thấp. Các loại muối hòa tan trong hỗn hợp với nước đá sẽ thu nhiệt và làm lạnh hỗn hợp đến nhiệt độ tương đối thấp. Ví dụ, hỗn hợp nước đá với nước muối NaCl có thể làm lạnh đến nhiệt độ -21,2oC và với muối CaCl2 thì có thể đến -55 oC. Bên cạnh những ưu điểm, dung dịch muối có những nhượt điểm sau:  Nước muối thấm vào sản phẩm cần làm lạnh, thấm vào dụng cụ thiết bị làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và làm cho thiết bị chóng bỉ, chóng mục.  Một số sản phẩm không cho phép thấm ướt nên không thể dùng môi trường lỏng để làm lạnh.  Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khó làm sạch, mặt khác dung dịch NaCl tạo thành bọt trào ra ngoài gấy tiêu tốn muối, bẩn, nguy hiểm, hạn chế sự tiếp xúc giữa sản phẩm và môi trường. Các biện pháp nhằm khắc phục:  Trong các loại dung dịch muối thì dung dịch CaCl2 nguyên chất có tính ăn mòn kim loại ít nhất. Trong thực tế không có CaCl2 tinh khiết nên ta có thể hạn chế sự ăn mòn bằng cách thêm chất chống ăn mòn. Cuï theå nhö vôùi 1 m 3 dung dòch CaCl2 thì duøng 1,6 Kg Na2Cr2O7 ( coù theâm 27 Kg NaOH cho 1 Kg Na2Cr2O7 ñeå chuyeån bicromat thaønh cromat trung tính Na2CrO4). Tröôùc khi theâm chaát choáng aên moøn ta phaûi trung hoøa dung dòch ñeán PH = 7. Moãi naêm moät laàn phaûi theâm ½ löôïng Na2Cr2O7 vaø kieàm ban ñaàu.  Ñoái vôùi dung dòch NaCl thì cuõng duøng chaát choáng aên moøn nhö treân. Cuï theå laø vôùi 1m 3 dung dòch pha 3,2 Kg Na2Cr2O7( coù theâm 27 Kg NaOH cho 1Kg Na2Cr2O7).Vaø tröôùc ñoù cuõng phaûi trung hoøa dung dòch ñeán PH = 7 moãi naêm cuõng phaûi coù moät laàn cho theâm löôïng ban ñaàu Na2Cr2O7 vaø NaOH. 2.3.Chất tải lạnh rắn BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 6 Thöôøng duøng laø ñaù öôùt, ñaù ,khoâ. Ñaù öôùt goàm ñaù thieân nhieân vaø ñaù nhaân taïo. Ñaù khoâ laø tuyeát cacbonic. Ñaù khoâ ñöôïc saûn xuaát töø nhieàu nguyeân lieäu reû tieàn khaùc nhau nhö: khoùi loø hôi, khí moû than, khí CO2 trong coâng nghieäp leân men röôïu, bia, thuûy phaân goã, coâng ngheä toång hôïp NH3, coâng ngheä cheá bieán daàu moû… Ñaù khoâ bay hôi khoâng qua traïng thaùi loûng ( söï thaêng hoa ) neân ñöôïc öùng duïng thích hôïp cho baûo quaûn nhieàu loïai saûn phaåm, laøm laïnh ñoâng thöïc phaåm. Nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa ñaù khoâ laø vieäc saûn xuaát noù phöùc taïp vaø ñaét tieàn hôn ñaù öôùt raát nhieàu. 3. Chọn chất tải lạnh Qua việc phân tích ở trên ta nhận thất:  Chaát taûi laïnh theå khí coù heä soá caáp nhieät quaù beù, khoâng theå ñaùp öùng cho vieäc saûn xuaát ñaù.  Ñoái vôùi chaát taûi laïnh raén neáu duøng ta chæ coù theå duøng ñöôïc tuyeát cacbonic ñeå laøm chaát taûi laïnh (vì caùc loaïi chaát taûi laïnh raén coøn laïi ñeàu laø ñaù ). Tuy nhieân tuyeát cacbonic saûn xuaát phöùc taïp, ñaét tieàn neân ta cuõng khoâng duøng.  Chaát taûi laïnh loûng coù öu ñieåm cô baûn laø coù heä soá caáp nhieät khaù lôùn, coù theå ñaùp öùng toát cho yeâu caàu saûn xuaát ñaù. Maët khaùc hieän nay ngöôøi ta cuõng ñaõ tìm ra nhöõng bieän phaùp ñeå khaéc phuïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa chaát taûi laïnh loûng nhö aên moøn thieát bò, khoù laøm saïch…. Cho neân, vieäc choïn chaát taûi laïnh loûng laø hôïp lyù hôn caû. Trong coâng nghieäp saûn xuaát ñaù caây, ngöôøi ta thöôøng duøng caùc loaïi dung dòch muoái sau ñaây:  Dung dòch NaCl  Dung dòch MgCl2  Dung dòch CaCl2  Hoãn hôïp caùc loaïi dung dòch treân Caùc dung dòch naøy coù ñaëc tính lyù töôûng cuûa chaát taûi laïnh loûng, khoâng ñoäc haïi vaø deã tìm. Bảng: nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối Soá Thöù Töï Muoái hoøa tan Noàng ñoä % Khoái löôïng Nhieät ñoä Ñoâng ñaëc BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 7 1 2 3 4 NaCl CaCl2 MgCl2 MgSO4 23,1 29,9 20 19 -21,2 -55 -35 -9,9 Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt độ để đông đá là 5oC, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng 10oC. Nhiệt độ để đông đá là -5oC, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt là -10oC, và nhiệt độ đông đặc của dung dịch là -20oC. Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đông đặc là 21,2oC, sẽ thõa điều kiện trên. Ngoài ra do NaCl rẻ tiền và có nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCl làm chất tải lạnh là hợp lý. II. Chọn tác nhân lạnh Nhöõng chu trình nhieät ñoäng cuûa maùy laïnh, chuû yeáu döïa treân cô sôû bieán ñoåi pha cuûa caùc ñôn chaát hoaëc hoãn hôïp goïi laø taùc nhaân laïnh. 1. Yeâu caàu ñoái vôùi taùc nhaân laïnh Caùc yeâu caàu ñoái vôùi taùc nhaân laïnh ñöôïc chia ra laøm 4 nhoùm:  Caùc yeâu caàu veà nhieät ñoäng: Naêng suaát laïnh theå tích qv cuûa taùc nhaân laïnh phaûi lôùn, vì nhö theá seõ laøm giaûm moät caùch ñaùng keå caùc kích thöôùc vaø troïng löôïng cuûa maùy neùn do theå tích taùc nhaân laïnh laøm vieäc trong chu trình nhoû. Nhöng yeâu caàu ñoù khoâng phaûi laø baét buoäc khi choïn taùc nhaân laïnh, vì khi qv taêng thì cuõng taêng hieäu soá aùp suaát trong maùy laïnh. Ñoù laø ñieàu khoâng mong muoán. Aùp suaát cuûa taùc nhaân laïnh ôû cuoái quaù trình neùn khoâng ñöôïc quaù lôùn, vì raèng aùp suaát cao seõ laøm phöùc taïp vaø naëng neà thieát bò, ñoàng thôøi khoâng an toaøn. Aùp suaát soâi cuûa taùc nhaân laïnh mong muoán cao hôn aùp suaát khí quyeån ñeå thieát bò khoâng phaûi laøm vieäc ôû chaân khoâng, vì khoâng khí deã thaâm nhaäp vaøo heä thoáng chaân khoâng aûnh höôûng xaáu ñeán söï laøm vieäc cuûa thieát bò. Heä soá neùn p p 0 k khoâng neân quaù lôùn ñeå giaûm coâng tieâu hao vaø kích thöôùc cuûa maùy neùn, ñoàng thôøi taêng hieäu suaát cuûa maùy neùn. Nhieät aån hoùa hôi caàn phaûi lôùn ñeå giaûm soá löôïng taùc nhaân caàn luaân chuyeån trong thieát bò. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 8 Nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa taùc nhaân laïnh phaûi thaáp ñeå coù theå ñaït tôùi nhieät ñoä laøm laïnh thaáp vaø nhieät ñoä tôùi haïn phaûi cao ñeå cho heä soá laïnh lôùn. Troïng löôïng rieâng vaø ñoä nhôùt phaûi nhoû ñeå giaûm toån thaát thuûy löïc trong ñöôøng oáng. Ngoaøi ra khi ñoä nhôùt giaûm seõ taêng heä soá traû nhieät vaø truyeàn nhieät, töø ñoù seõ giaûm tieâu hao kim loaïi cho caùc thieát bò trao ñoåi nhieät.  Yeâu caàu veà hoùa lyù: Mong muoán taùc nhaân laïnh deã daøng tan trong nöôùc ñeå traùnh hieän töôïng ñoùng baêng caûn trôû söï laøm vieäc cuûa heä thoáng. Ngoaøi ra nöôùc ôû traïng thaùi töï do coù khaû naêng aên moøn kim loïai. Tính chaát quan troïng cuûa taùc nhaân laïnh laø söï hoøa tan cuûa chuùng trong daàu. Neáu taùc nhaân laïnh khoâng tan trong daàu, thì chuùng deã taùch ra khoûi daàu khi chuùng soâi ôû t0 = Const khoâng phuï thuoäc vaøo löôïng daàu trong heä thoáng. Vaø treân caùc beà maët truyeàn nhieät seõ taïo moät lôùp daàu moûng, caûn trôû söï truyeàn nhieät. Ñoù laø nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi taùc nhaân laïnh noùi treân. Neáu taùc nhaân laïnh tan trong daàu thì lôùp daàu baùm treân beà maët truyeàn nhieät haàu nhö khoâng coøn nöõa, ñieàu ñoù seõ laøm toát hôn söï truyeàn nhieät. Nhöng nhö theá thì raát khoù taùch daàu ra khoûi thieát bò boác hôi vaø seõ laøm taêng nhieät ñoä soâi, söï laøm vieäc cuûa maùy laïnh seõ xaáu ñi raát nhieàu. Taùc nhaân laïnh khoâng ñöôïc aên moøn kim loïai vaø caùc vaät lieäu khaùc cuûa thieát bò. Chuùng khoâng ñöôïc deã chaùy vaø deã noã. Taùc nhaân laïnh phaûi coù muøi, maøu saéc hoaëc vaøi tính chaát khaùc ñeå deã phaùt hieän khi bò roø ræ.  Caùc yeâu caàu veà lyù sinh: Caùc taùc nhaân laïnh khoâng ñöôïc ñoäc haïi, gaây khoù thôû hoaëc laøm môø maét.  Yeâu caàu veà kinh teá: Caùc taùc nhaân phaûi reû tieàn, khoâng khan hieám, deã ñieàu cheá vaø coù theå baûo quaûn ñöôïc laâu daøi. 2. Ñaëc tính moät soá taùc nhaân laïnh thöôøng duøng hieän nay 2.1. Amoniac (NH3) Khí khoâng maøu, coù muøi hoâi khoù thôû, ñoäc haïi ñoái vôùi cô theå con ngöôøi. Haøm löôïng cho pheùp cuûa NH3 trong khoâng khí laø 0,02 mg/l. Ôû haøm löôïng lôùn hôn seõ gaây khoù chòu cho maét vaø muõi. ÔÛ keùo daøi 60 phuùt trong vuøng coù noàng ñoä NH3 0,5 1% coù theå gaây töû vong. Hoãn hôïp 16 25% theå tích NH3 vôùi khoâng khí coù theå gaây noå. Hôi NH3 nheï hôn khoâng khí. NH3 khoâng aên moøn kim loaïi ñen, nhoâm, nhöng coù nöôùc thì aên moøn caùc kim loaïi maøu nhö keõm, BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 9 ñoàng vaø hôïp kim cuûa Ñoàng. Deã hoøa tan trong nöôùc, cho pheùp chöùa 0,2% nöôùc. Ít tan trong daàu. Theo caùc tính chaát nhieät ñoäng thì NH3 laø moät trong caùc taùc nhaân laïnh toát nhaát. Aùp suaát trong bình ngöng ôû ñieàu kieän bình thöôøng khoâng vöôït quaù 15 at. Naêng suaát laïnh theå tích qv töông ñoái lôùn. NH3 söû duïng trong caùc maùy laïnh pittoâng ôû tk <= 43 0 C vaø t0 >= -60 0 C. NH3 coøn coù theå söû duïng trong caùc maùy neùn tuabin vaø roto, ñoàng thôøi coøn söû duïng trong caùc maùy laïnh haáp thuï cuøng vôùi nöôùc taïo thaønh dung dòch NH3 thöôøng duøng trong caùc heä thoáng maùy nöôùc ñaù coù coâng suaát lôùn. 2.2. Freon 12 (CCl2F2 ) (R12): Khí khoâng maøu, coù muøi nheï ñaët bieät khoâng theå thaáy ñöôïc ôû noàng ñoä nhoû hôn 20%, naëng hôn khoâng khí 4,18 laàn, laø moät trong nhöõng taùc nhaân laïnh an toaøn nha át. Khoâng khí coù chöùa R12 lôùn hôn 30% theå tích thì thaáy khoù thôû vì thieáu oâxy. Hoaøn toaøn khoâng noå, nhöng ôû t > 400 0 thì raát deã chaùy khi gaëp löûa taïo thaønh caùc hoån hôïp ñoäc haïi, cho neân nghieâm caám huùt thuoác hoaëc laøm vieäc coù löûa ôû gaàn thieát bò freon. R12 hoøa tan voâ cuøng trong daàu vaø coù ñoä hoøa tan taêng khi aùp suaát taêng vaø nhieät ñoä giaûm .Khoâng hoøa tan trong nöôùc, löôïng aåm chöùa trong R12 coâng nghieäp khoâng ñöôïc quaù 0,0025% troïng löôïng, coøn R12 trong caùc tuû laïnh gia ñình thì khoâng quaù 0,0006%. R12 khoâng chöùa nöôùc khoâng aên moøn kim loïai. Noù laø chaát tan raát toát taát caû caùc chaát höõa cô. Cho neân cao su bình thöôøng khoâng theå söû duïng ñeå laøm caùc chi tieát coù tieáp xuùc vôùi R12 maø phaûi dung caùc loaïi cao su ñaët bieät chòu ñöôïc xaêng daàu. R12 coù theå thaåm thaáu qua caùc khe hôû raát nhoû, thaäm chí laø caùc loå moït gang thoâng thöôøng. Cho neân trong caùc maùy neùn freon chæ coù theå söû duïng gang ñuùc coù haït mòn. Naêng suaát laïnh theå tính cuûa R12<NH3 khi coù cuøng naêng suaát laïnh. R12 coù theå söû duïng trong caùc maùy neùn Pittoâng vôùi baát kyø naêng suaát laïnh naøo ôû tk <= 60 0 C, ñoàng thôøi cuõng söû duïng trong maùy neùn tuabin vaø roto. 2.3. Freon 22 (CHClF2) (R22): Taùc nhaân laïnh naøy ñoäc haïi hôn R12, nhöng khoâng noå, hoøa tan voâ taän trong daàu chæ ôû nhieät ñoä cao (trong bình ngöng), coøn ôû nhieät ñoä thaáp thì ít hôn. Cho neân khi soâi phaàn treân cuûa bình beå hôi bò baùm moät lôùp daàu daøy. R22 deã daøng thaãm thaáu qua caùc khe hôû, khoâng aên moøn kim loaïi, ít hoøa tan trong nöôùc, cho pheùp chöùa nöôùc khoâng quaù 0,0025%. Heä soá toûa nhieät khi soâi vaø ngöng tuï cuûa R22 lôùn hôn R12 25 30%, coøn qv thì lôùn hôn 60%. R22 ñöôïc söû duïng töông ñoái roäng raõi. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 10 3. Choïn taùc nhaân laïnh: Vì sản xuất kem quy mô nhỏ nên ta chọn tác nhân lạnh là R22 III. Choïn máy nén : Máy nén kín là thích hợp nhất do có những ưu điểm : Rất gọn nhẹ Công suất lạnh lớn so với khối lượng lốc Chạy điện 1 pha Môi chất là R22 có khả năng trao đổi nhiệt lớn, lượng nạp không nhiều, năng suất lạnh lớn IV. Chọn thiết bị ngƣng tụ: Vì năng suất nhỏ nên ta chọn dàn ngưng gió. Dàn quạt gồm 1 dàn ống xoắn bằng đồng có cánh tản nhiệt bằng các lá nhôm mỏng bước cánh 2-5mm, quạt gió thường là quạt hướng trục và có hộp gió để nâng cao hiệu suất quạt. V. Chọn dàn bay hơi : Dàn bay hơi được ngâm trong dung dịch nước muối rất lớn nên ống không cần cánh tản nhiệt. Ngoài ra, cánh tản nhiệt còn gây bó dàn (bó dàn là hiện tượng nước đá đóng băng kín dàn, làm mất khả năng trao đổi nhiệt của dàn với nước muối). Vì phải làm việc trong môi trường nước muối nên dàn phải làm bằng đồng hoặc thép không rỉ. VI. Bể nƣớc muối : Nhiệt độ nước muối của bề kem khoảng 15⁰C. Bể nước muối ở bên trong phải gò bằng tôn kẽm hoặc thép, giữa cách nhiệt bằng stiropo hoặc bông thủy tinh, vỏ ngoài có thể làm bằng tôn kẽm, thép, ván gỗ hoặc gỗ đán. Nếu bể chưa đủ cứng phải làm gân tăng cứng phía ngoài bằng thép góc. Các gân tăng cứng có thể hàn chung quanh bể. Chiều cao của bể kem khoảng 400-500mm phù hợp với chiều cao của kem. Nắp bể chỉ cần làm bằng gỗ, không cần cách nhiệt để tiện thao tác. VII. Cánh khuấy nƣớc muối : Cánh khuấy nước muối dùng để khuấy trộn và tuần hoàn nước muối trong bể. Mục đích tăng cường trao đổi nhiệt giữa nước muối và dàn bay hơi, tăng cường trao đổi nhiệt giữa bề mặt khuôn kem và nước muối, làm đồng đều nhiệt độ trong bể nước, làm đồng đều sự đông kem trong khuôn đặt ở các vị trí khác nhau trong bể. Yêu cầu thiết kế cánh khuấy sao cho công suất khuấy là nhỏ nhất nhưng đạt được sự tuần hoàn nước muối tốt nhất, nhiệt độ nước muối đồng đều nhất. Có nhiều phương pháp bố trí cánh khuấy nước muối: đặt đứng, đặt nghiêng, dặt nằm ngang. 1. Cánh khuấy đặt đứng: BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 11 Ưu : Không cần chèn kín. Nhược : khó đều, nếu bề nông và kích thước dài rộng lớn, tốc độ nước muối không đều, đông kem không đều Tốn diện tích bề mặt bể. Phạm vi sử dụng; chỉ nên dùng cho bể có chiều sâu lớn nhưng hẹp bề dài rộng, nếu không phải thiết kế ống dẫn hướng nước muối, khi đó có thể đặt cánh khuấy vào 1 góc bể. 2. Cánh khuấy đặt nghiêng : Ưu : Không cần chèn kín, độ đồng đều nước muối khá hơn kiểu khuấy đứng. Nhược : Tốc độ tuần hoàn nước muối không đồng đều, nhiệt độ nước muối cũng không đồng đều. Tốn diện tích mặt bể. Phạm vi sử dụng : có thể dùng cho các bể có chiểu sâu nước muối lớn, độ dài và chiều ngang có thể hẹp. 3. Cánh khuấy đặt ngang : Ưu : đạt độ đồng đều về nhiệt độ nhiệt độ và tốc độ tuần hoàn ở các vị trí khác nhau tỏng bể là tốt nhất, làm việc ổn định nhất. Nhược : phải có bộ chèn vì nước muối có thể bị rò rỉ theo trục quay ra ngoài. Tốn 1 công vô ích do ma sát bộ chèn trục. Phạm vi sử dụng : sử dụng tốt cho tất cả các loại bể có kích cỡ khác nhau, đặc biệt cho các bể nông và dài.  Chọn cánh khuấy nằm ngang VIII. Khuôn kem : Khuôn kem được lấy theo tiêu chuẩn miệng trên ( 30×35)mm, đáy dưới (25×30)mm, chiều cao 150mm ( phần nhúng trong nước muối 120mm ), khối lượng mỗi que kem là 80g, ghép 20 khuôn thành 1 vỉ. Bể 15 vỉ. Năng suất 300 que / mẻ . Khuôn kem làm bằng tôn kẽm. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 12 CHƯƠNG III TÍNH CHU TRÌNH LẠNH 1. Chọn các thông số kỹ thuật  Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là dàn ngưng giải nhiệt gió.  Nhiệt độ không khí vào : t1 = 37⁰C  Nhiệt độ không khí ra : t2 = t1 + Δtkk = 37 +8 = 45⁰C  Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -15 oC.  Nhiệt độ bay hơi : tbh = -20⁰C  Nhiệt độ ngưng tụ : tnt = 52⁰C  Có thiết bị hồi nhiệt nên : t1* = tbh + (5±10)⁰C = -15⁰C  Đối với R22 : Chọn Δtqn = 25⁰C t1 = t1* + Δtqn = 10⁰C Ta có cân bằng nhiệt : h1 – h1* = h3’ – h3 → h3 = h3’ – (h1 – h1*) = 566 – (718 – 702 ) = 550 kJ/kg → t3 = 42⁰C 2. Tính chu trình lạnh Bảng các thông số cần cho tính toán chu trình lạnh Điểm t h P √ 1 10 718 0.25 0.12 1'' -20 696 0.24 1* -15 702 0.1 2 108 785 3' 52 566 2.1 3 42 550 4 -20 550 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 13 Chu trình lạnh của hệ thống Năng suất lạnh riêng q0 = h1* - h4 = 702 – 550 = 152 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích Công nén riêng Hệ số lạnh 27.20 l q Năng suất nhiệt riêng Tỷ số nén 75.8 24.0 1.2 0P Pk Hiệu suất exercy 64.0 253 253325 27.2 0 0 0 T TTk 3/1520 1.0 152 mKJ q q ov KgKJhhl /6771878512 KgKJhhqk /219566785 ' 32 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 14 CHƯƠNG IV TÍNH CHI PHÍ LẠNH 1. Tính cách nhiệt, cách ẩm 1.1.Tính cho tƣờng bể a. Tính bề dày lớp cách nhiệt Lớp Vật liệu bề dày  m hệ số dẫn nhiệt  W/m.K 1 Lớp thép 0.0015 40 2 Lớp bitum 0.003 0.18 3 Lớp styropore δcn 0.047 4 Lớp thép 0.002 40 Hệ số dẫn nhiệt của tường Vì nhiệt độ nước muối là -15⁰C nên chọn K1= 0.23 W/m 2.độ Bề dày lớp cách nhiệt Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể 1 = 23.3 W/m 2.độ. Hệ số cấp nhiệt phía trong bể 2 = 813,94 W/m 2.độ. Chọn cn = 0.202 m. 4 1 21 1 11 1 i cn cn i i K 4 1 211 111 . i i i cncn K m cn 201,0 94,813 1 18.0 003,0 40 002.0 40 0015.0 3.23 1 23.0 1 .047,0 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 15 Kiểm tra lại : 23.0 047.0 202.0 3.23 1 1 tK ( đúng ) b. Kiểm tra đọng sƣơng Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế Với Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t1 = 37.3 oC. Nhiệt độ trong bể t2 = -15 oC. Nhiệt độ đọng sương (tra ở 37.3oC) ts = 32.5 oC. Theo trên ta thấy K1 < ks bề mặt bể không đọng sương. Theo kết cấu của bể, bề mặt trong bể là tấm thép, nên kết cấu của tường được cách ẩm hoàn toàn. 1.2.Tính cho nền của bể Lớp Vật liệu bề dày  m hệ số dẫn nhiệt  W/m.K 1 Lớp thép 0.002 40 2 Lớp cách nhiệt styropore cn 0.047 3 Lớp cách ẩm bitum 0.005 0.18 4 Lớp chịu lực -betong nền 0.1 1.1 5 Đất nện đá dăm 0.1 0.46 Hệ số dẫn nhiệt của nền Chọn K2 = 0.23 W/m 2.độ Hệ số cấp nhiệt phía trong của bể 2 = 813,94 W/m 2.độ. Bề dày lớp cách nhiệt KmW tt tt k ss ./03.2 153.37 .323.37 3.2395,0.95.0 2 21 1 1 4 1 2 2 1 1 i cn cn i i K 4 1 22 11 i i i cncn K BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 16 Chọn cn = 0,2 m Hệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toán ở trên K2 = 0,22 W/m 2.độ ( đúng ) Vậy điều kiện được thỏa mãn. Vì mặt ngoài của của đáy bể là nên đất, không tiếp xúc với không khí nên ở đây ta không cần kiểm tra hiện tượng động sương. Tương tự như vách của bể , mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như cách ẩm hoàn toàn. 2. Tính toán chi phí lạnh cho bể đá 2.1.Kết cấu của bể đá Năng suất bể kem 700 kg/ngày, đêm. Khối lượng một que kem 80 g. Thời gian đông đá Trong đó: Nhiệt độ trung bình của nước đá tm = -15⁰C Chiều rộng khuôn kem bo = 0.03 m (chọn mặt trên của khuôn). Vì n ≈1 nên : A = 3120 B = 0,036 Thời gian thao tác t = 10ph →Thời gian 1 mẻ : τ = 35ph Số khuôn kem trong một mẻ 300 m cn 188.0 94,813 1 46,0 1,0 1,1 1,0 18,0 005,0 40 002,0 23.0 1 .047,0 Bbb t A m 00 .. h41.0)036,003,0(03,0 15 3120 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 17 Số hàng Nhàng = 15 Số khuôn kem trong 1 vỉ 20 Chiều dài bể L = 20*35+ 100 =800 mm Chiều rộng bể B = 20*30 + 100 = 700 mm Chiều cao bể H = 450mm Nắp gỗ dày 30mm Tường bể dày 300mm 2.2.Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Qvách = k*F*Δt = 135.2 W Trong đó : Hệ số truyền nhiệt của vách k = 0.23 W/m2.độ Diện tích xung quanh của bể F = 1.92 m2 F = U.H = 2.(0.8 + 0.7 + 2.0.3).0.45 Hiệu nhiệt độ nước muối và ngoài trời Δt = 52.3⁰C Qxq = 0.23*52.3*1.92 = 23.06 W Diện tích nắp Fnắp = 0.72m2 Fnắp = 0.9*0.8 Hệ số truyền nhiệt của nắp knắp = 2.98W/m2.độ 98.2 7 1 2.0 03.0 3.23 1 1 11 1 21 k W/m2.độ Qnắp = 2.98*52.3*0.72 = 112.2 W Vậy : Qvách = 23.06 + 112.2 = 135.2 W 2.3.Nhiệt làm đông kem Qkem = Gkem*( i1 – i2 )*τ -1 = 0.08*300* ( 382 – 48 )*0.583-1 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 18 = 13741.7 kJ/h = 3.8 kW Trong đó : Gkem : Khối lượng 1 mẻ kem i1 : Entanpi của hỗn hợp kem ở nhiệt độ môi trường i2 : Entanpi của hỗn hợp kem ở nhiệt độ khi ra kem 2.4.Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy Qkhuấy = η*N = 0.27 kW Động cơ khuấy N = 0.6 kW Hiệu suất truyền tải η = 0.9 2.5.Tổng chi phí lạnh Q0 = Qkem + Qvách + Qkhuấy =4.22 kW BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 19 CHƯƠNG V CHỌN MÁY NÉN 1. Chọn máy nén a. Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén Đối với các kho lạnh nhỏ thương nghiệp và đời sống, nhiệt tải thành phần của máy nén lấy bằng 100% tổng các dòng nhiệt thành phần tính toán được Qmn = Q0 = 4.22 kW Năng suất lạnh riêng qo = 152 KJ/Kg Lượng môi chất chạy qua máy nén Năng suất thể tích thực tế của máy nén b. Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén Hệ số cấp Dựa vào đồ thị 3.8/ trang 48 ( KTL) : Tỷ số nén : π = 8.75 → λ = 0.53 Năng suất lý thuyết của máy nén Vlt = 0052.0 53.0 0028.0ttV m3/s c. Chọn máy nén Theo bảng 7 – 6 ( HD TKHTL) chọn máy nén ký hiệu ПГ5 Ký hiệu Số xilanh Đường kính pitong mm Vòng quay Vòng/s Vlt 10-2 m3/s Dài mm Rộng mm Cao mm Khối lượng Kg ПГ5 2 42 48 0.411 380 365 480 58 2. Chọn động cơ cho máy nén a. Chọn động cơ Công nén đoạn nhiệt của máy nén Ns = m.l = 1.86 kW Công nén hữu ích Ne = 7.2 69.0 86.1 e sN kW sKg q Q m o mn o tt /028.0 smmV tttt /0028.0. 3 rwktlc BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 20 Trong đó Hiệu suất nén hữu ích tra đồ thị 3.10 KTL ηe = 0.69 Công suất tiếp điện công thức 3.16/KTL Trong đó chọn Hiệu suất truyền động của khớp đai tđ = 0,95 Hiệu suất của động cơ el = 0,85 b. Tính hiệu suất của máy nén Hiệu suất nén ηe = 0.69 Hiệu suất có kể đến tổn thất do truyền động tđ = 0,95 Hiệu suất động cơ điện el = 0,85 Hiệu suất của máy nén KW N N eltđ e el 34.3 . 58.0.. eltđe BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 21 CHƯƠNG VI TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH I. Tính chọn thiết bị ngƣng tụ (dàn ngƣng giải nhiệt gió) Năng suất giải nhiệt Qk = qk*mtt = 6.08 kW Ống trao đổi nhiệt chọn là loại ống lưỡng kim có cánh. Ống gồm ống trong bằng thép trơn bên ngoài là ống nhôm có cánh. Các thông số như sau : - Đường kính trong d1 = 0,021m - Đường kính chân cánh d0 = 0,028m - Đường kính cánh dc = 0,049m - Diện tích bên ngoài tính cho 1m dài ống f1 = 0,79m2/m - Bước cánh s = 0,0035m - Chiều dày trung bình của cánh δ = 0,0085m - Chùm ống bố trí so le : Với bước ống ngang S1 = 0,052m Với bước ống dọc S2 = 0,045m Nhiệt độ không khí vào t1 = 37 oC Chọn nhiệt độ không khí tăng 8˚C Nhiệt độ không khí ra t2 = 45˚C Nhiệt độ ngưng tụ tk = 52 oC Hiệu nhiệt độ trung bình Lưu lượng khối lượng của không khí 76,0 8.005,1 08,6 ).( 12 ttC Q m kk k kk kg/s Ck=1,005 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng đẳng áp không khí Lưu lượng thể tích của không khí sm m V kkkk /67,0 128,1 76,0 3 ρ = 1,128kg/s là khối lượng riêng của không khí ở 41˚C Phương trình tiêu chuẩn Nusselt : Nu = C.Cz.Cs.(d0/s )-0,54.(l/s)-0,14.Ren C t t tt t otb 5.10 ln 1 2 12 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 22 Đối với dàn bố trí so le có n = 0,65 C = 0,23 Chọn số dãy ống theo hướng chuyển động của dòng khí ( theo bề dày của dàn ) z=5 thì Cz= 0,95 1 )'( )( 2,0 02 2,0 01 dS dS Cs do chọn số S’2 = S1 Chiều cao của cánh l = 0,5.(dc – do) =0,5.(0,049 – 0,028) = 0,015m Số Re của dòng không khí : 610.96,16 0035,0.4. Re s = 825,5 υ là độ nhớt động học của không khí ở 41˚C ω – vận tốc không khí lấy 4,5m/s Vậy Nu = 0,23.0,95.1.(28/3,5)-0,54.(10,5/3,5)-0,14.825,50,65= 4,8 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí : KmW s Nu kk ./95,37 0035,0 0277,0.3,50. 2 2 λkk= 0,0277W/m 2.K – hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 41˚C Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí tính theo toàn bộ bề mặt có cánh 79,0 038,0 85,0.1. 79,0 752,0 .2,398.. 2 0 2 2 F E F c c 32,5W/m2.K Trong đó : Fc là diện tích bề mặt phía cánh tính theo chiều dài 1m ống: 22 0 2 752,0... 1 )( 4 2 . 1 md s dd s F ccc F0 là diện tích bề mặt ống phần giữa các cánh: F0 = F2 – Fc = 0,79 – 0,752 = 0,038 m 2/m BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 23 E là hiệu suất cánh lấy bằng 1 Ψ là hệ số kể đến sự truyền nhiệt không đều theo chiều cao cánh ( lấy ψ = 0,85 ) Mật độ dòng nhiệt về phía không khí tính theo tiết diện trong của ống : )5,10(49,32 .21.21 21 1 221 1 2 2 v n n t t c vtb n n t t c kv t t FF F tt FF F tt q Trong đó : δt và λt là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của ống thép δn và λn là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của ống nhôm F1, F2 là bề mặt trong và ngoài ống trao đổi nhiệt F1 = π.d1.l = π.0,021 = 0,066m2/m F2 = π.d0.l = π.0,0028 = 0,088m2/m tv – tk = (tk – tkk) – (tk – tv) = Δttb – Δtv Hệ số tỏa nhiệt từ phía môi chất R22 ngưng tụ : 4/1 1 32 1 .. ... .72,0 vtd gr Các thông số của R22 ở 52˚C : ρ = 1074 kg/m3 λ = 0,1249 W/m.K μ = 14,0.10-6 Ns/m2 r = qk = 219 kJ/kg α1 = 1449,4.Δtv -0,25 Mật độ dòng nhiệt từ phía R22 : 75,02 11 .1,121 79,0 066,0 ..4,1449.. vvv tt F F tq BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 24 Thiết lập hệ phương trình : q1 = qc = q2 và giải bằng đồ thị ta được Δtv = 2.684, q = 253,9 W/m2 Bề mặt toàn bộ dàn ống có cánh : 224 9,253 6080 m q Q F k Chiều dài tổng các ống dàn ngưng : L = F/f2 = 24/0,79 = 30 m Chọn chiều dài 1 ống là 0,5m thì tổng số ống là : n = L/0,5 = 60 ống Chọn số dãy ống theo chiều chuyển động của không khí là 4 khi đó số ống trên hang ngang sẽ là : 60/4 = 15 ống Kiểm tra tốc độ không khí trong tiết diện hẹp nhất Diện tích tiết diện ngang tự do tính quy cho 1m chiều dài ống : mm s dddSF ckk /0189,0)([ 2 0011 Tiết diện thoáng cho không khí đi qua : Fkk = n1.l1.Fkk1 = 15.0,5.0,0189 = 0,14m2 Tốc độ không khí : ωkk = Vkk/Fkk = 0,67/0,14 = 4,7 m/s (phù hợp ) II. Tính chọn thiết bị bốc hơi (kiểu xƣơng cá) 1. Dòng nhiệt phía ngoài dàn lạnh Nhiệt độ nước muối vào tm1 = -12 oC Nhiệt độ nước muối ra tm2 = -15 oC Nhiệt độ bốc hơi to = -20 oC Hiệu nhiệt độ trung bình C t t tt t otb 38,6 ln 1 2 12 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 25 Đường kính ngoài của ống dng = 38 mm Đường kính trong của ống dt = 31 mm Các thông số của nước muối NaCl 21,2% ở nhiệt độ trung bình -13,5oC Khối lượng riêng = 1160 Kg/m3 Độ nhớt động lực học = 4,986.10-3 Pa.s Độ nhớt động học = 4,295.10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt = 0,524 W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt độ a = 1,353.10-7 Nhiệt dung riêng Cm = 3,359 KJ/Kg.độ Chuẩn số Vận tốc của dòng nước muối chạy qua thiết bị bốc hơi V = 0,6 m/s (trong khoảng 0,4 – 0,7 m/s) Chuẩn số chế độ chảy quá độ Chuẩn số Trong đó z = 1 là hệ số xét đến ảnh hưởng của thứ tự ống Hệ số cấp nhiệt phía chất tải lạnh Mật độ dòng nhiệt phía chất tải lạnh Trong đó: tổng nhiệt trở của vách và các lớp dầu, bẩn, cặn 96,31 . Pr m C a 5,5308 . Re ngd 4,179.Pr.Re.3.0 36.06.0 zNu KmW d N ng u ngs ./54,2473 2 . i i ngs f ngs t q . . 1 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 26 Với: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (thép) = 45,3 W/m.K Phương trình dòng nhiệt phía nước muối 2. Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh Mật độ dòng nhiệt tính theo diện tích bề mặt trong Trong đó: Phương trình mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh Giải hệ phương trình (1), (2) bằng phương pháp đồ thị Dựa vào đồ thị, ta thấy 2 đường biểu diễn mật độ dòng nhiệt phía trong và phía ngoài giao nhau tại tv = -17.96 oC. Ứng với nhiệt độ này: Mật độ dòng nhiệt phía ngoài qn = 2847,257 W/m2 Mật độ dòng nhiệt phía trong qtr = 2860,394 W/m2 3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt Năng suất lạnh Qo = 4,22 KW Diện tích bề mặt truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt WKm c c b b v v d d i i /.00112,0 5.1 106.0 58.0 101.0 3,45 1025,2 12.0 1006.0 2 3333 vvtbovff ttttttt 62,13 162,13.05,656 vn tq t ng otrs F F tq ..580 667.1. 20vovo tttt 503,1 2 2 t ng t ng d d F F 220.51,871 667,1 vt tq 248.1 m q Q F n o ng KmW tF Q K tbng o ./28,446 . 2 BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 27 Tổng chiều dài của ống Chọn chiều dài của một ống l = 0,2 m Số ống trong thiết bị Chọn N = 63 ống Số lớp trong thiết bị n = 3 Tổng số ống trong 1 lớp 2415,12 . m d F L ng ng n N nlop 21 075,62 l L N BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 28 CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 1. Đƣờng ống Yêu cầu với việc tính toán và lựa chọn đường ống là đủ độ bền cần thiết và tiết diện của ống phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Chọn vật liệu của đường ống trong hệ thống là thép. Việc kiểm tra bền là không cần thiết. Thường ống có thể chịu được áp lực đến 3MPa. Ta cần chọn đường kính của:  Ống hút của máy nén hơi.  Ống đẩy của máy nén hơi.  Đường dẫn lỏng của máy lạnh. Ta có thể tính toán đường kính trong của ống dẫn theo biểu thức . ..4 .. .4 mm di Khối lượng riêng của môi chất lạnh. Kg/m3 di Đường kính trong của ống dẫn. mm m Lưu lượng môi chất trong hệ thống. Kg/s Vận tốc của dòng chảy trong ống. m/s Chọn tốc độ môi chất đi trong các ống như sau : Ống hút ωh = 8m/s Ống đẩy ωđ = 10 m/s Ống lỏng ωl = 0,6m/s Đường ống hút : mdh 023,0 8. 12,0.028,0.4 Đường ống đẩy : dđ = m0078,0 10. 0175,0.028,0.4 Đường ống dẫn lỏng : md l 0073,0 6,0. 028,0.10.8909,0.4 3 Chọn đường kính ống dẫn bằng thép theo tiêu chuẩn của Nga BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 29 Đường kính danh nghĩa Dy, mm Đường kính ngoài Da, mm Đường kính trong Di,mm Chiều dày vách ống mm Tiết diện ống, mm2 Khối lượng 1m ống Kg Ông đẩy 8 12 8 2 0,503 0,493 Ống hút 25 32 27,5 2,25 5,95 1,65 Ống dẫn 8 12 8 2 0,503 0,493 Màu sơn quy định cho các đường ống  Ống đẩy: mảu đỏ.  Ống hút: màu xanh da trời.  Ống dẫn lỏng: màu vàng.  Ống dẫn nước muối: màu xám.  Ống dẫn nước: màu xanh lá cây. 2. Thiết bị hồi nhiệt : 1’ 1 3’ 3 Nhiệt độ, ⁰C Áp suất, bar Entanpi, kJ/kg -20 0,24 696 10 0,25 718 52 2,1 566 42 550 Nhiệt độ trung bình của lỏng quá lạnh : Cttb 47 2 4252 Tra phụ lục : ρ = 1099,2 kg/m3 λ = 7,956.10-2 W/mK η = 1,6.10-4 Ns/m2 ν = 0,1456.10-6 m3/kg Pr =2,764 Nhiệt độ trung bình của hơi quá nhiệt : ttb = -5⁰C Cp =0,68 kJ/kg.K λ = 0,00828 W/m.K η = 1,18.10-5 Ns/m2 ρ = 15,29 kg/m3 ν = 0,772.10-6 m2/s Pr = 0,99 Chọn các kích thước của thiết bị hồi nhiệt : Ống xoắn trơn bằng đồng, đường kính di = 0,01m, da = 0,012m Đường kính thân bình Di = 0,157m, đường kính lồi Dla = 0,1m Ống xoắn 2 lớp cách thân bình trong và vỏ lõi ngoài 1,5mm BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 30 Các ống xoắn cách nhau 1mm Lưu lượng R22 qua hồi nhiệt : skg q Q m hn /0192,0 696718 444,0 Lưu lượng thể tích hơi quá nhiệt : sm m Vh /10.25,1 29,15 0192,0 33 Diện tích vành khăn của bình hồi nhiệt : 222 0115,0)1,0157,0.(4/ mFvk Diện tích choán chỗ của 2 cuộn ống xoắn : 22222 009684,0)12,0154,0()103,0127,0.(4/ mFx Diện tích cho hơi đi qua : 2001816,0 mFFF xvkh Tốc độ hơi đi qua tiết diện hẹp : sm F V h h /9,6 Trị số Re của hơi : 510.0725,1 . Re a d Trị số Nu của hơi với chế độ quá độ : Nu = 0,27.Re0,63.Pr0,36.0,95=377,1 Hệ số tỏa nhiệt phía hơi : KmW d Nu a h ./2,260 . 2 Lưu lượng thể tích lỏng quá lạnh chuyển động trong ống : Vl = m/ρ = 0,0192/1099,2 = 1,747.10 -5 m3/s Tốc độ chuyển lỏng : sm dn V l l /1112,0 01.0..2 10.747,1.4 .. .4 2 5 2 Trị số Re : 7637 10.1456,0 01,0.1112,0. Re 6 ld Trị số Nu : Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43.ε với ε = 1 vì l/di > 50 = 0,021.76370.8.2,7640,43.1 = 41,5 Hệ số tỏa nhiệt phía lỏng quá lạnh : BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 31 KmW d Nu i i ./6,311 01,0 10.502,7.5,41. 2 2 Do chuyển động trong ống xoắn, hệ số tỏa nhiệt thức có hiệu chỉnh như sau : αlt = αl.εx = ).8,11.( tb i l R d 399 W/m2.K Trong đó : Rtb = (0,127 + 0,103 +0,154 + 0,13)/8 = 0,06425 m Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngoài : KmW d d k i a lt a ./130 2,260 1 8,383 001,0 01,0 012,0 . 6,311 1 1 1 . 1 1 δ , λ là bề dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống đồng Hiệu nhiệt độ trung bình logarit : Kttb 35,51 42 62 ln 4262 Diện tích truyền nhiệt yêu cầu : 2632,0 35,51.130 4220 . m tk Q F tb hn a Tổng chiều dài ống đồng : m d F l a a 7,16 . 3. Bình tách lỏng Nhiệm vụ: tách lỏng ra khỏi dòng hơi về máy nén, đảm bảo máy nén chỉ hút hơi không hút lỏng gây va đập thủy lực, dẫn đến hư hỏng máy nén. Cấu tạo và vị trí: bình tách lỏng là một bình hình trụ bằng thép, được bố trí trên đường hút về máy nén, giữa giàn lạnh và máy nén. Bình tách lỏng được đặt cao hơn giàn bay hơi, được bọc cách nhiệt nhằm giảm tổn hoa nhiệt và tránh hiện tượng đọng sương. Nguyên lý hoạt động: do sự giảm vận tốc đột ngột ( 15m/s xuống 0,5 m/s), các giọt dầu và lỏng bị tách ra khỏi dòng hơi. Dòng ra khỏi bình tách lỏng hầu như hoàn toàn là hơi khô. Áp suất tối đa cho phép của bình tách lỏng là 1,5 MPa, nhiệt độ tù -50 đến 40oC. Chọn: ta chọn bình tách lỏng dựa vào đường kính ống hút của máy nén. Đường kính bình tách lỏng : . .4 V d BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 32 Bình tách lỏng Kích thướt, mm Khối lượng Kg DxS d B H 70 – 0 426x10 70 890 1750 210 4. Bình tách dầu Nhiệm vụ: máy nén hoạt động cần có dầu bôi trơn cho pitong. Do đó, khi máy nén hoạt động, nén môi chất lạnh NH3, luôn có một phần dầu hòa lẫn vào môi chất lạnh. NH3 không hòa tan dầu, chúng phân lớp. Dầu theo môi chất lạnh, nếu không được tách ra, đi vào thiết bị ngưng tụ và bám lên thành ống trao đổi nhiệt, hạn chế quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị. Bình tách dầu có nhiệm vụ, tách phần dầu lẫn trong môi chất lạnh trước khi nó đi vào thiết bị ngưng tụ. Cấu tạo và vị trí: bình tách dầu là một ống thép đặt đứng, có tấm đổi hướng chuyển động của dòng ở phía trong. Bình tách dầu được đặt trên đường đẩy của máy nén, trước thiết bị ngưng tụ và sau máy nén. Nguyên tắc hoạt động: dòng môi chất lạnh có lẫn dầu đi vào bình, vận tốc của dòng bị giảm đột ngột (20m/s xuống 0,7 m/s), mặt khác dòng còn bị thay đổi hướng đột ngột, các giọt dầu lẫn trong dòng môi chất lạnh bị tách ra khỏi dòng rơi xuống đáy bình, rồi chảy vào bình chứa dầu. Chọn: ta chọn bình tách dầu dựa vào đường kính đẩy của máy nén. Đường kính ống hút,mm Đường kính bình mm Chiều cao bình mm Khối lượng Kg 125 600 2100 313 5. Bình chứa cao áp Nhiệm vụ: Chứa lỏng cao áp sau ngưng tụ, trước tiết lưu, nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ và duy trì sự cấp lỏng thường xuyên cho van tiết lưu. Cấu tạo và vị trí: Hệ thống lạnh của ta thuộc loại lớn, nên bình chứa cao áp được chọn là một bình hình trụ được đặt nằm ngang. Bình được tính toán để làm việc với áp suất 1,8 MPa. Bình được đặt phía sau và thấp hơn thiết bị ngưng tụ. Chọn: Theo quy định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của toàn bộ hệ thống dàn lạnh bay hơi trong hệ thống lạnh có bơm cấp môi chất lỏng từ trên và 60% thể tích dàn trong hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới lên. Khi vận hành mức lỏng trong bình cao áp chỉ được phép choán 50% thể tích bình. Sức chứa của bình chứa cao áp đối với hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới: BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 33 306,148,1.72,02,1. 5,0 .3,0 m V V dCA 6. Phin lọc và phin sấy Nhiệm vụ: tách các cặn bẩn và các tạp chất khác như nước, axit…ra khỏi dòng môi chất nhằm tránh:  Tắc ống dẫn nhất là tắc van tiết lưu.  Các chi tiết chuyển động của máy bị bào mòn.  Tắc van tiết lưu do nước đóng băng. Cấu tạo : thân của phin lọc có dạng hình trụ bằng thép. Bộ phận lọc và sấy của phin chỉ là một khối zeolite được đặt có định trong phin. Vị trí lắp đặt:  Phin lọc đường hơi, được bố trí trên đường ống hút trước máy nén.  Phim lọc đường lỏng, được bố trí trên đường lỏng phía trước van tiết lưu. 7. Mắt gas Nhiệm vụ: mắt gas có một số nhiệm vụ sau:  Quan sát dòng môi chất chuyển động phía trong hệ thống.  Quan sát để biết lượng gas phía trong hệ thống: Nếu đủ gas, không sủi bọt khí phía trong mắt gas. Nếu thiếu gas, sủi bọt khí mạnh phía trong mắt gas. Nếu hết gas ta sẽ thấy các giọt dầu bám trên kính.  Quan sát để biết độ ẩm của dòng môi chất, bằng cách so sánh màu của chấm màu ở tâm mắt gas với các màu ở chu vi mắt gas: Xanh: khô. Vàng: thận trọng. Nâu: ẩm. Nếu dòng môi chất bị ẩm, ta phải thay phin sấy mới.  Quan sát để biết tình trạng các hạt zeolite trong phin sấy, nếu mắt gas bị vẩy đục điều đó có nghĩa là các hạt zeolite bị phân rã bên trong phin sấy, khi đó ta phải thay phin sấy để tránh hiện tượng bị ngẹt van tiết lưu. Cấu tạo: mắt gas là một ống hình trụ, phía dưới được bịt kín, phía trên gắn mắt gas để quan sát dòng môi chất phía trong. Vị trí lắp đặt: mắt gas được lắp trên đường lỏng, phía sau phin sấy, phía trước van tiết lưu. 8. Các loại van: 8.1.Van khóa, van chặn: BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 34 Được lắp trên đường hút, đường đẩy của máy nén, phía trước áp kế và các thiết bị khác, với mục đích để khóa cho hệ thống được kín trong điều kiện sửa chữa hay thay thế các thiết bị. 8.2. Van một chiều Van một chiều chỉ cho dòng chảy theo một hướng. Van được lắp trên đường đẩy của máy nén, nằm giữa máy nén và thiết bị ngưng tụ, có nhiệm vụ ngăn không cho môi chất chảy ngược trở lại máy nén, trong trường hợp phải dừng máy nén để sửa chữa. Ngoài ra van một chiều còn được lắp trên đường dẫn khí không ngưng ra ngoài không khí, ngăn không cho chúng quay ngược trở lại thiết bị tách khí không ngưng. Van hoạt động dựa trên nguyên tắc chênh lệch áp suất. Khi áp suất đầu vào lớn hơn áp suất đầu ra, van sẽ tự động mở cho dòng hơi đi qua. 1 – thân; 2 – đế; 3 – tấm van, kim van; 4 – đệm kín; 5 – chèn đệm; 6 – trục; 7 – tay quay hình: van thẳng hình: van góc BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 35 Hình : Van một chiều hình cốc Hình : Van một chiều hình nấm 8.3.Van an toàn Van an toàn được lắp ở những thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chấy lỏng như thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp. Van cũng hoạt động dựa trên chênh lệch áp suất giống van một chiều, nhưng khác là độ chênh lệch áp suất phải đạt những trị số nhất định. Van được dùng để đề phòng khi áp suất trong các thiết bị vượt quá mức quy định, lúc đó van sẽ tự động mở ra để xả môi chất ra ngoài không khí. 8.4.Van tiết lƣu tay Van tiết lưu tay là một bộ phận của thiết bị tách khí không ngưng. Môi chất lạnh qua van, áp suất giảm từ Pk xuống Po, nhiệt độ bốc hơi của môi chất lạnh lúc này là to. Nhờ vậy khi hỗn hợp hơi (môi chất lạnh và khí không ngưng) tiếp xúc với ống trụ chứa nó, trao đổi nhiệt, môi chất lạnh ngưng tụ trở về bình chứa cao áp. 8.5.Van tiết lƣu nhiệt cân bằng ngoài Van tiết lưu nhiệt hay còn gọi là van tiết lưu điều chỉnh tự động nhờ độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén. Có 2 loại:  Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong: dùng cho hệ thống lạnh nhỏ.  Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài: dùng cho hệ thống lạnh lớn. Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài, có một ống được bố trí sát với đầu hút của máy nén. Khi đó áp suất dưới màng đàn hồi là Ph. Nếu tải nhiệt của dàn bay hơi lớn hay môi chất lạnh vào dàn bay hơi ít, độ quá nhiệt của hơi ra khỏi dàn tăng, áp suất phía trên màng đàn hồi tăng, đẩy kim van xuống phía dưới, mở cửa van, môi chất lạnh vào nhiều hơn. Và ngược lại. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 36 8.6.Van điện từ Là loại van điều chỉnh ON – OFF. Lấy tin hiệu áp suất, nhiệt độ hay mức lỏng để đóng mở van. 9. Áp kế Được dùng để do áp suất của môi chất bên trong đường ống và thiết bị. Áp kế được lắp trên đường hút, đường đẩy của máy nén, trên thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp…Các áp kế chuyên dùng cho hệ thống lạnh có các thang chia nhiệt độ sôi bão hòa tương ứng của môi chất lạnh. BỂ SẢN XUẤT KEM GVHD: TS. Trần Văn Ngũ Page 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Đức Lợi - kỹ thuật lạnh (cơ sở và ứng dụng) [2]. Nguyễn Đức Lợi - hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh [3].Nguyễn Đức Lợi –bài tập tính toán kỹ thuật lạnh (cơ sở và ứng dụng) [4] Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn, Nguyễn Văn Tài, Trần Thu Hà, Hồ Đắc Lộc, Choumak I.G., Chepurnhenco V.P., Parkhaladze E.G. – Công nghệ lạnh nhiệt đới [5].Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy – Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hòa nhiệt độ [6]. Nguyễn Đức Lợi, Tự động hóa hệ thống lạnh