Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ LẠNH ĐỀ TÀI TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH 1 Mục lục Chương 1 Giới thiệu hệ thống máy lạnh 1 Tổng quan về kỹ thuật lạnh 1 1 Lịch sử phát triển ngành lạnh 1 2 Ứng dụng c[.]
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ LẠNH ĐỀ TÀI: TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH Mục lục Trang Chương 1: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Tổng quan kỹ thuật lạnh 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh 1.2 Ứng dụng kỹ thuật lạnh Tổng quan công nghệ lạnh đông bảo quản sản phẩm đông lạnh 2.1 Tác dụng việc bảo quản lạnh 2.2 Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Tổng quan kho lạnh bảo quản 3.1 Kho lạnh bảo quản 3.2 Phân loại kho lạnh bảo quản 3.3 Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm Các loại hệ thống máy lạnh 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh máy đá vảy 4.3 Các phương pháp thiết bị kết đông thực phẩm 4.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống kho cấp đông 4.5 Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông cấp dịch từ bình trống tràn 4.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh tủ đơng gió 3 5 8 10 14 14 16 19 21 23 26 Chương 2: Các thông số đánh giá hệ thống máy lạnh PIC cách tính % tiết kiệm điện IPLV ý nghĩa IPLV tiết kiệm lượng Hiệu suất exergy đánh giá mức độ hồn thiện chu trình Một số thơng số đánh giá khác 29 30 31 31 Chương 3: Giải pháp ví dụ minh họa tiết kiệm lượng hệ thống máy lạnh 32 Tầm quan trọng tiết kiệm lượng hệ thống máy lạnh Một số giải pháp tiết kiệm ví dụ minh họa 32 Danh mục tài liệu tham khảo 33 40 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MÁY LẠNH Tổng quan kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh kỹ thuật tạo môi trường có nhiệt độ thấp nhiệt độ bình thường môi trường Giới hạn nhiệt độ lạnh nhiệt độ bình thường cịn có nhiều quan điểm khác Nhưng nhìn chung giới hạn mơi trường lạnh mơi trường có nhiệt độ nhỏ 20oC Trong môi trường lạnh chia làm vùng nhiệt độ Đó khoảng nhiệt độ dương thấp, khoảng từ - 20 oC khoảng nhiệt độ lại nhiệt độ lạnh đơng sản phẩm Bởi khoảng nhiệt độ khoảng nhiệt độ đóng băng nước tuỳ theo sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh Từ trước công nguyên người chưa biết làm lạnh, biết đến tác dụng lạnh ứng dụng chúng phục vụ sống Họ biết dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm lâu Người cập cổ đại biết dùng quạt cho nước bay hộp xốp đế làm mát khơng khí cách 2500 năm Người ấn độ người trung quốc cách 2000 năm biết trộn muối với nước với nước đá để tạo nhiệt độ thấp Kỹ thuật lạnh đại phát triển giáo sư Black tìm ẩn nhiệt hố ẩn nhiệt nóng chẩy vào năm 1761-1764 Con người biết làm lạnh cách cho bay chất lỏng áp suất thấp Sau hố lỏng khí CO2 vào năm 1780 Clouet Monge tiến hành Sang kỷ thứ 19 Faraday hố lỏng hàng loạt chất khí như: H2S ; CO2 ; C2H2 ; NH3 ; O2 ; N2 ; HCL Năm 1834 Tacob Perkins (Anh) phát minh máy lạnh nén với đầy đủ thiết bị đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, van tiết lưu Sau có hàng loạt phát minh kỹ sư Carres (pháp) máy lạnh hấp thụ chu kỳ lien tục với mộ chất khác +Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động Gerppt (Đức) đăng ký phát minh 1899 Platen Munter (Thụy điển) hoàn thiện năm 1922 Máy lạnh Ejector nươc Leiblane chế tạo năm 1910 Nó cấu tạo đơn giản, lượng tiêu tốn nhiệt tận dụng nguồn phế thải Một kiện quan trọng lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh việc sản xuất ứng dụng Freon Mỹ vào năm 1930 Freon khí Hidrocarbon thay phần hay toàn nguyên tử hydro nguyên tử Halogen :Cl ; F ; Br Freon chất lạnh có nhiều tính q báu khơng cháy khơng nổ, khơng độc hại, phù hợp với chu trình làm việc máy lạnh nén Nó góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển Nhất kỹ thuật điều hịa khơng khí Ngày kỹ thuật lạnh đại phát triển mạnh mẽ, với phát triển khoa học, kỹ thuật lạnh có bước tiến vượt bậc +Phạm vi nhiệt độ kỹ thuật lạnh ngày mở rộng Người ta tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối +Công suất lạnh máy mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng phòng thí nghiệm đến cac stoor hợp có cơng suất hàng triệu W trung tâm điều tiết khơng khí +Hệ thống lạnh ngày thay lắp giáp chi tiết, thiết bị lại với tổ hợp ngày hồn thiện, q trình lắp giáp, sử dụng thuận tiện chế độ làm việc hiệu +Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư chi phí cho đơn vị lạnh giam xuống Tuổi thọ độ tin cậy tăng lên Mức độ tự đơng hóa hệ thống lạnh máy lạnh tăng lên rõ rệt Những thiết bị tự động hóa hồn điện tử vi điện tử thay cho thiết bị thoa tác tay 1.2 Ứng dụng kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân khoa học kỹ thuật Kỹ thuật lạnh thâm nhập vào 70 ngành kinh tế quan trọng như: Công nghệ thực phẩm, chế biến thủy sản rau quả, rượu bia nước giải khát, sinh học, hóa lỏng hóa chất tách khí, điện tử, khí xác, y tế, điều hịa khơng khí Kỹ thuật lạnh ứng dụng vào nhiều lĩnh vực Một ngành ứng dụng quan trọng ngành cơng nghệ thực phẩm, theo thống kê khoảng 80% công nghệ lạnh sử dụng công nghệ thực phẩm Các sản phẩm bảo quản thịt cá sữa thực phẩm dễ bị hư hỏng tác dụng vi sinh vật enzyme nội tạng có thực phẩm, mà cần bảo quản lạnh Vi sinh vật enzyme nội tạng nguyên nhân gây nên hư hỏng thực phẩm Nhưng tác dụng nhiệt độ thấp chúng bị bất hoạt bị ức chế hoạt động, sản phẩm bị biến đổi chất lượng hương vị mầu sắc, chất dinh dưỡng nhờ thời gian giữ sản phẩm lâu tao điều kiện tốt cho trình chế biến, tiêu thụ sản phẩm Tổng quan công nghệ lạnh đông bảo quản sản phẩm đông lạnh 2.1 Tác dụng việc bảo quản lạnh Bảo quản thực phẩm trình bảo vệ hạn chế biến đổi chất lượng hình thức thực phẩm chờ đợi đưa sử dụng Thực phẩm sau thu hoạch chế biến bảo quản nhiệt độ thấp với chế độ thơng gió độ ẩm thích hợp kho lạnh, hạ nhiệt độ thấp enzyme vi sinh vật nhiên liệu bị ức chế hoạt động bị đình hoạt động Như nguyên liệu giữ tươi lâu thêm thời gian Nói chung nhiệt độ nhỏ 10oC vi sinh vật gây thối rữa vi khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần hoạt động chúng Khi nhiệt độ nhỏ 0oC tỷ lệ phát triển chúng thấp, -5oC ÷ -10oC hầu hết chúng khơng hoạt động Tuy nhiên có số lồi vi khuẩn nấm mốc hạ nhiệt độ xuống 15oC chúng phát triển Cloromobacter, Pseudomonas Do đó, muốn bảo quản thực phẩm, mặt hàng thuỷ sản thời gian dài nhiệt độ bảo quản phải -15oC Như vậy, q trình bảo quản lạnh có tác dụng sau: Ở nhiệt độ thấp phản ứng sinh hoá nguyên liệu giảm xuống Trong phạm vi hoạt động bình thường hạ 10oC phản ứng sinh hố giảm xuống 1/2÷1/3, hạ xuống thấp làm ức chế hoạt động sinh lý vi khuẩn nấm men Dưới tác dụng nhiệt độ thấp, nước động vật thuỷ sản bị đóng băng làm thể động vật bị nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển có cịn bị tiêu diệt Nói chung nhiệt độ hạ xuống thấp có tác dụng kiềm chế vi khuẩn giết chết chúng 2.2 Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp luận án tiếng “Bàn nguyên nhân nóng lạnh“ cho rằng: Những trình sống thối rửa diễn nhanh nhiệt độ cao kìm hãm chậm lại nhiệt độ thấp Thật vậy, biến đổi thực phẩm tăng nhanh nhiệt độ 40đến50oC nhiệt độ thích hợp cho hoạt hoá men phân giải (enzim) thân thực phẩm vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp phản ứng hoá sinh thực phẩm bị ức chế Trong phạm vi nhiệt độ bình thường giảm 10 oC tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động men phân giải không tiêu diệt chúng Nhiệt độ xuống oC, phần lớn hoạt động enzim bị đình Tuy nhiên số men lipaza, trypsin, catalaza nhiệt độ -191oC không bị phá huỷ Nhiệt độ thấp khả phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải mỡ Khi nhiệt độ giảm hoạt động sống tế bào giảm do: - Cấu trúc tế bào bị co rút - Độ nhớt dịch tế bào tăng - Sự khuyếch tán nước chất tan tế bào giảm - Hoạt tính enzim có tế bào giảm Bảng 1-1: Khả phân giải phụ thuộc nhiệt độ Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống độc lập với thể sống Vì khả chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết nước chưa đóng băng Tế bào động vật có cấu trúc hoạt động sống phức tạp, gắn liền với thể sống Vì khả chịu lạnh Đa số tế bào động vật chết nhiệt độ giảm xuống oC so với thân nhiệt bình thường Tế bào động vật chết chủ yếu độ nhớt tăng phân lớp chất tan thể Một số lồi động vật có khả tự điều chỉnh hoạt động sống nhiệt độ giảm, thể giảm hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường điều kiện mơi trường khoảng thời gian định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống chúng phục hồi, điều ứng dụng vận chuyển động vật đặc biệt thuỷ sản dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt giảm chi phí vận chuyển * Ảnh hưởng lạnh vi sinh vật - Khả chịu lạnh lồi vi sinh vật có khác Một số loài chết nhiệt độ 20đến0oC Tuy nhiên số khác chịu nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nước tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mơi trường khuyếch tán chất tan, gây biến tính nước làm cho vi sinh vật chết Trong tự nhiên có loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ nhiệt riêng Bảng 1-2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến vi sinh vật Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhiệt độ -10 oC hầu hết ngừng hoạt động trừ loài Mucor, Rhizopus, Penicellium Để ngăn ngừa mốc phải trì nhiệt độ -15 oC Các lồi nấm sống nơi khan nước tối thiểu phải đạt 15% Ở nhiệt độ -18oC, 86% lượng nước đóng băng, cịn lại 14% khơng đủ cho vi sinh vật phát triển Vì để bảo quản thực phẩm lâu dài cần trì nhiệt độ kho lạnh -18oC Để bảo thực phẩm người ta thực nhiều cách như: Phơi, sấy khơ, đóng hộp bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo lạnh tỏ có ưu điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nơng sản thích hợp phương pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ nhiều loại thực phẩm nông sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn hương vị, màu sắc, vi lượng dinh dưỡng thực phẩm Tổng quan kho lạnh bảo quản 3.1 Kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản kho sử dụng để bảo quản loại thực phẩm, nông sản, rau quả, sản phẩm cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, Hiện kho lạnh sử dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm chiếm tỷ lệ lớn Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm: - Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp, - Kho bảo quản nông sản thực phẩm hoa - Bảo quản sản phẩm y tế, dược liệu - Kho bảo quản sữa - Kho bảo quản lên men bia - Bảo quản sản phẩm khác Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo số yêu cầu sau: - Cần phải tiêu chuẩn hoá kho lạnh - Cần phải đáp ứng yêu cầu khắt khe sản phẩm xuất - Cần có khả giới hố cao khâu bốc dỡ xếp hàng - Có giá trị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, sử dụng máy thiết bị nước, Với yêu cầu nhiều mâu thuẫn ta phải đưa phương pháp thiết kế với hoàn cảnh Việt Nam 3.2 Phân loại kho lạnh bảo quản Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa phân loại khác nhau: a Theo công dụng: Người ta phân loại kho lạnh sau: – Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ hay bảo quản tạm thời thực phẩm nhà máy chế biến trước chuyển sang khâu chế biến khác – Kho chế biến: Được sử dụng nhà máy chế biến bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất thịt,…) Các kho lạnh loại thường có dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống có cơng suất lạnh lớn Phụ tải kho lạnh thay đổi phải xuất nhập hàng thường xuyên – Kho phân phối, trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho khu dân cư, thành phố dự trữ lâu dài Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn, trữ nhiều mặt hàng có ý nghĩa lớn đời sống sinh hoạt cộng đồng – Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản mặt hàng thực phẩm hệ thống thương nghiệp Kho dùng bảo quản tạm thời mặt hàng doanh nghiệp bán thị trường – Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tàu hoả, ôtô): Đặc điểm kho dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi đến nơi khác – Kho sinh hoạt: Đây loại kho nhỏ dùng hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản lượng hàng nhỏ b Theo nhiệt độ: Người ta chia ra: – Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm khoảng C đến 5oC Đối với số rau nhiệt đới cần bảo quản nhiệt độ cao (đối với chuối > 10oC, chanh >4oC) Nói chung mặt hàng chủ yếu rau mặt hàng nông sản o – Kho bảo quản đông: Kho sử dụng để bảo quản mặt hàng qua cấp đơng Đó hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu phải đạt -18 oC để vi sinh vật phát triển làm hư hại thực phẩm trình bảo quản – Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12oC, buồng bảo quản đa thường thiết kế -12oC cần bảo quản lạnh đưa lên nhiệt độ bảo quản 0oC cần bảo quản đơng đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18oC tuỳ theo yêu cầu công nghệ Khi cần sử dụng buồng đa để gia lạnh sản phẩm Buồng đa thường trang bị dàn quạt trang bị dàn tường dàn trần đối lưu khơng khí tự nhiên 10