Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông tôm sú iqf, với năng suất 1500kg mẻ

Trang 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMGVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN DŨNGSVTH: TRẦN THỊ THU HẰNG S K L 0 0 9 7 3 7 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH C

Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu chức năng nguyên lý, kỹ thuật của hệ thống cấp đông IQF để bảo quản tôm sú

- Tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho hệ thống lạnh phù hợp với công suất cấp đông 1500 kg tôm sú/mẻ

- Tính toán chi phí thi công lắp đặt hệ thống cấp đông IQF.

Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về nguyên liệu tôm sú

Tổng quan về công nghệ và thiết bị bảo quản lạnh đông, cơ sở khoa học của quá trình làm đông thực phẩm

Xây dựng quy trình công nghệ làm lạnh đông cho sản phẩm tôm sú dạng rời bằng hệ thống cấp đông IQF là một bước quan trọng trong ngành chế biến thủy sản Để đảm bảo hiệu quả, cần tính toán và lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống cấp đông IQF, nhằm tối ưu hóa chất lượng và bảo quản sản phẩm.

Thiết kế hệ thống lạnh và điều khiển cho buồng cấp đông IQF bao gồm việc tính toán chi phí và giá thành cho toàn bộ hệ thống Việc này đảm bảo hiệu quả hoạt động của tủ cấp đông IQF, đồng thời tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu về hệ thống lạnh đông tôm sú không chỉ cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng kỹ thuật làm lạnh đông thực phẩm trong sản xuất chế biến, mà còn giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo quản các chất dinh dưỡng Tôm sú là nguyên liệu khó bảo quản, do đó, việc ứng dụng công nghệ lạnh đông IQF là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp và người nuôi.

Bố cục của báo cáo

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị

Chương 4: Xây dựng bản vẽ thiết kế hệ thống

Chương 5: Hệ thống điều khiển và vận hành hệ thống lạnh

Chương 6: Tính toán kinh tế

TỔNG QUAN

Nguyên liệu tôm sú

Tôm sú (Penaeus monodon), còn gọi là tôm cỏ, là loài tôm lớn với vỏ đầu ngực có vằn ngang Tôm sống ở biển có vằn trắng nâu hoặc trắng xanh xen kẽ, trong khi tôm ở đầm nước lợ có vằn màu xanh đen Loài tôm này phân bố rộng rãi từ đầm nước lợ đến vùng biển sâu khoảng 40m, chủ yếu tập trung ở độ sâu từ 10 đến 25m.

Tôm có quanh năm, nhưng mùa vụ chính từ tháng 2 ÷ 4 và tháng 7 ÷ 10 Tôm có chiều dài khai thác 150 ÷ 250 mm với khối lượng từ 50 ÷ 150g

Tôm sú là loài tôm ngon, thịt chắc, thơm có giá trị kinh tế cao [2]

1.1.1 Tình hình nuôi tôm ở nước ta

Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế trong việc phát triển nuôi tôm và chế biến các sản phẩm từ tôm, đặc biệt tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, nơi đóng góp tới 95% sản lượng tôm và là trung tâm của các nhà máy chế biến tôm.

Tôm sú là loài tôm có giá trị kinh tế cao, được nuôi chủ yếu tại các trại nuôi ở Việt Nam Nguyên liệu cho việc nuôi tôm sú đến từ hồ nuôi, khu vực ven biển và các trại nuôi tôm Trong những năm qua, sản lượng tôm sú của Việt Nam đã tăng trưởng đáng kể, với sản lượng đạt khoảng 740.000 tấn vào năm 2021, theo thông tin từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

Vào năm 2020, cả nước có khoảng 2.187 cơ sở sản xuất tôm giống, bao gồm 1.558 cơ sở sản xuất tôm sú và 639 cơ sở sản xuất tôm thẻ chân trắng Tổng sản lượng tôm giống đạt 135 tỷ con, trong đó tôm sú chiếm 35 tỷ con và tôm thẻ chân trắng chiếm 100 tỷ con.

Tại đồng bằng Sông Cửu Long, tỉnh Bạc Liêu dẫn đầu về diện tích nuôi tôm sú công nghiệp với 16.950 ha, tiếp theo là Sóc Trăng với 12.292 ha, Cà Mau 5.030 ha, Bến Tre 509 ha và Kiên Giang thấp nhất với 127 ha Sóc Trăng và Bạc Liêu được công nhận là những địa phương có năng suất cao và chất lượng sản phẩm tốt trong ngành nuôi tôm sú.

Ngoài ra ở Việt Nam còn có một số tỉnh thành nuôi tôm sú như là Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu…

Ngành nuôi tôm Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm chi phí sản xuất cao và năng lực cạnh tranh yếu Hệ thống cơ sở hạ tầng chưa phát triển đầy đủ, cùng với tác động nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, đã làm gia tăng khó khăn cho ngành này Ngoài ra, môi trường nước nuôi tôm ngày càng ô nhiễm do chất thải công nghiệp và nông nghiệp chưa được xử lý, trong khi độ mặn của nước tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long biến đổi thất thường do ảnh hưởng của các đập thủy điện trên thượng nguồn sông Mê Kông.

1.1.2 Đặc điểm sinh học và sinh thái của tôm sú

Tôm sú (Tên tiếng Anh: Giant/Black Tiger Prawn) được phân loại như sau: Ngành: Arthropoda

Tên khoa học: Penaeus monodon Fabricius

Hình 1.1 Tôm sú (Penaeus monodon Fabricius)

Hình 1.2 Cấu tạo của tôm a Hình dạng ngoài:

Tôm là động vật giáp xác có thân dài hơi tròn, được bao bọc bởi lớp vỏ mỏng làm từ chitine và canxi Màu sắc của tôm được xác định bởi sắc tố trong lớp cutium và các tế bào riêng biệt Thân tôm gồm 20 đốt, chia thành hai phần chính là đầu ngực và bụng, mỗi phần đều có những bộ phận phụ rất đa dạng.

Phần đầu ngực (Cephalethorax) của động vật có vỏ được cấu tạo thành một khối cứng, với mai thấm chitine ở phía lưng, gọi là mai đầu ngực Phía trước mai có chùy nhọn kéo dài, hai bên chùy là hai mắt kép và hai mang thất nằm bên cạnh mai đầu ngực Ngoài ra, phần đầu ngực còn có 13 đốt và các đôi chân phụ xúc giác phát triển dài, được gọi là râu.

 5 đốt đầu với 5 đôi phụ bộ đầu: 1 đôi râu nhỏ, 1 đôi râu lớn, 1 đôi hàm giữa,

1 đôi hàm trước, 1 đôi hàm sau

 8 đốt ngực với 8 đôi phụ bộ ngực: 3 đôi khẩu túc, 5 đôi động túc (mỗi động túc có 7 đoạn)

Phần bụng của cơ thể gồm 7 đốt và có 7 đôi chân bụng, trong đó 6 đôi đảm nhiệm chức năng hô hấp và sinh dục, trong khi đôi cuối cùng giúp điều khiển di chuyển Giáp đầu ngực và vỏ bọc bụng chứa carbon calci, tạo nên một bộ xương cứng cáp bảo vệ cơ thể Vỏ này có các mấu lõm để bám cho các cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của các phần phụ.

Hệ thần kinh của tôm bao gồm một chuỗi hạch và hệ thần kinh giao cảm với hạch và dây dẫn đến phần đầu ống tiêu hóa Các giác quan của tôm, bao gồm lông râu và các phần phụ miệng, thực hiện chức năng xúc giác, khứu giác và vị giác Bình nang ở gốc râu giúp tôm cảm nhận thăng bằng.

Tôm có hai loại mắt: mắt đơn nằm ở giữa và mắt kép lớn hơn ở hai bên Cấu trúc của mắt tôm khá phức tạp, với mỗi mắt đơn đảm nhiệm việc thu nhận một phần hình ảnh của vật thể.

Dưới sự điều khiển của hệ thần kinh trung ương, tuyến nội tiết có khả năng tiết ra chất giúp tôm thay đổi màu sắc để phù hợp với môi trường xung quanh Hệ tiêu hóa của tôm cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Hệ tiêu hóa của tôm rất phát triển, nằm ở phía lưng và dưới mai đầu ngực, với miệng ở phía bụng Ống tiêu hóa được chia thành ba phần: ruột trước, ruột giữa và ruột sau Đặc biệt, ở ruột trước, dạ dày có một cơ quan nghiền độc đáo, được cấu tạo từ các nếp chitine, gọi là cối xay dạ dày.

Hệ thống tiêu hóa bao gồm hai tuyến nước bọt và hai tuyến gan lớn, với ống dẫn kết nối tới thực quản và ruột giữa, giúp tiêu hóa protein, lipid và glucid Ruột song song với động mạch chủ lưng, kéo dài đến hậu môn Gan và tụy nằm ở vị trí trung tâm giữa hai mang thất.

Thức ăn của tôm là các động vật nhỏ, vụn hữu cơ, vi khuẩn và tảo d Hệ hô hấp

Tôm thở bằng mang, một cấu trúc gồm nhiều sợi nhỏ được bọc bởi một lớp tế bào mỏng và có hệ thống vi huyết quản Mang có mối liên hệ chặt chẽ với hệ tuần hoàn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi khí và duy trì sự sống của tôm.

Cơ sơ ̉ của quá trình lạnh đông

1.2.1 Định nghĩa và mục đích việc làm lạnh đông thủy sản

Làm lạnh đông thủy sản là quá trình sử dụng chất làm lạnh để hạ nhiệt độ của thủy sản xuống dưới điểm đóng băng, thường ở mức -8 ÷ -10°C, và có thể đạt tới -18°C, -30°C hoặc -40°C.

Trong phương pháp làm lạnh đông, nước trong thủy sản đóng đông từng phần theo mức hạ nhiệt Điểm eutecti, hay còn gọi là điểm đóng băng tuyệt đối, là nhiệt độ tối thiểu -55 ÷ -65°C để toàn bộ nước trong tế bào thủy sản đông đặc Tuy nhiên, trong công nghiệp chế biến lạnh thủy sản, mức nhiệt độ này không được sử dụng do chi phí cao và sản phẩm không đạt giá trị thẩm mỹ cùng độ bền Thay vào đó, nhiệt độ -40°C đã đủ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Bảng 1.6 Quan hệ giữa lượng nước đóng băng trong thủy sản và nhiệt độ làm lạnh đông

Nhiệt độ (°C) Lượng ẩm đóng băng Nhiệt độ (°C) Lượng ẩm đóng băng

1.2.1.2 Mục đích làm lạnh đông thủy sản

Làm lạnh đông thủy sản là quá trình hạ thấp nhiệt độ nhằm làm chậm sự hư hỏng của sản phẩm, đảm bảo rằng khi rã đông, thủy sản đông lạnh vẫn giữ được chất lượng tương đương với thủy sản tươi sống.

Nhu cầu bảo quản thủy sản bằng phương pháp đông lạnh ngày càng tăng do ướp nước đá không phù hợp cho thời gian lưu trữ lâu dài Trong khi ướp lạnh chỉ bảo quản được trong vài ngày đến tối đa một hai tuần, thì ướp đông và trữ đông có thể giữ cho thủy sản tươi ngon trong nhiều tháng, thậm chí lên đến một năm hoặc hơn.

Bảo quản thủy sản bằng phương pháp ướp đông có nhiều ứng dụng quan trọng Khi việc đánh bắt diễn ra xa cảng và vận chuyển kéo dài nhiều ngày, kỹ thuật lạnh đông nên được áp dụng trên tàu để giữ chất lượng cá Ngoài ra, nếu khoảng cách từ cảng đến chợ quá xa, việc sử dụng làm lạnh đông cũng rất cần thiết để đảm bảo phẩm chất thủy sản trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và phân phối.

Do sản lượng đánh bắt thủy sản không ổn định, việc làm lạnh đông và trữ đông vào mùa cao điểm là cần thiết để đảm bảo cung cấp các loại thủy sản chất lượng cao với giá cả ổn định Việc chế biến thủy sản với sản lượng vừa phải sẽ hiệu quả hơn so với việc chế biến với khối lượng lớn mà không có kế hoạch, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lợi thủy sản.

Xuất khẩu thủy sản, đặc biệt là tôm đông lạnh, đóng vai trò quan trọng đối với các quốc gia đang phát triển, vì đây là nguồn ngoại tệ đáng kể Việc bảo quản thủy sản bằng phương pháp làm lạnh đông không chỉ mang lại nhiều lợi ích mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong ngành thủy sản Phương pháp này cho phép phân phối các sản phẩm protein giá trị cao đến mọi thị trường trên thế giới.

1.2.2 Cơ sở khoa học của kỹ thuật làm lạnh đông thủy sản

1.2.2.1 Sự cần thiết làm lạnh đông thủy sản a Nước trong thủy sản

Nước chiếm khoảng 75% trọng lượng cơ thể thủy sản, và được phân loại thành hai loại dựa trên mức độ liên kết: nước tự do và nước liên kết.

Theo Heiss, tỷ lệ các loại nước này (đối với cá) như sau:

- Nước tự do: 71,7% trong đó: nước bất động: 65,6%; nước tự do – cấu trúc: 6,1%

Nước tự do là các phân tử nước tồn tại trong cấu trúc của mô thủy sản, mang đặc tính cấu trúc tương tự như nước thường Loại nước này có tính linh động cao, dễ dàng di chuyển đến các khu vực khác nhau, với điểm đóng băng nằm trong khoảng từ -1 đến -1,5°C.

Nước bất động trong mô cơ đóng vai trò quan trọng như một dung môi giúp khuếch tán các chất qua thành tế bào Việc tách nước này cần sử dụng máy hút mạnh, bởi vì nếu không, có thể gây tổn hại đến cấu trúc của mô cơ do sự phức tạp của các vi mao quản.

Nước tự do - cấu trúc có khả năng chuyển động tự do qua các lỗ hốc của mạng cấu trúc Chúng ta có thể tách loại nước này bằng máy hút với áp suất 40kg/cm² Khi nhiệt độ hạ xuống điểm đóng băng, nước tự do - cấu trúc sẽ đông đặc thành nước đá, trong khi nước bất động vẫn chưa đông lại.

Nước liên kết là loại nước được giữ lại trong các mô và tế bào nhờ vào lực liên kết mạnh mẽ với các chất tan vô cơ và hữu cơ Năng lượng cần thiết để hình thành các liên kết này rất lớn, khiến cho nước khó tách ra khỏi mô và tế bào, tạo nên tính bền vững cao và làm giảm điểm đóng băng của nó Cơ chế đóng băng trong quá trình làm lạnh đông cũng liên quan chặt chẽ đến đặc tính này.

Nước nguyên chất đóng băng ở 0°C, nhưng nước tự do trong tế bào thủy sản có điểm đóng băng thấp hơn do sự hiện diện của chất tan Điểm đóng băng này thay đổi tùy theo nồng độ chất tan Hiện tượng quá lạnh xảy ra khi nước ở nhiệt độ dưới 0°C mà chưa kết tinh thành đá, và hiện tượng này phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu trúc mạng tế bào, và tốc độ hạ nhiệt của môi trường xung quanh.

Môi trường lỏng luôn tồn tại chuyển động nhiệt (chuyển động Brao) và chuyển động tương hỗ Khi nhiệt độ giảm, chuyển động nhiệt giảm và chuyển động tương hỗ tăng lên, giúp các phân tử kết hợp để kết tinh thành đá Nước nguyên chất ở 0°C có chuyển động nhiệt thấp và lực tương tác đủ để hình thành cấu trúc tinh thể Tuy nhiên, nước trong tế bào thủy sản không đóng băng khi hạ nhiệt độ xuống 0°C do sự hiện diện của các chất tan Để tạo ra tinh thể, nhiệt độ cần phải giảm xuống mức quá lạnh để dung dịch đạt 0°C hoặc thấp hơn.

Nhiệt độ quá lạnh ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng kỹ thuật đông lạnh Khi độ quá lạnh (Δtql) càng lớn, quá trình hình thành tinh thể sẽ diễn ra chậm hơn, nhưng khi bắt đầu, nó sẽ xảy ra nhanh chóng và đồng loạt, dẫn đến việc tạo ra các hạt tinh thể rất nhuyễn.

Công nghệ lạnh đông IQF

Hệ thống lạnh IQF (Individual Quickly Freezer) là giải pháp cấp đông siêu tốc cho các sản phẩm rời, sử dụng băng chuyền với tốc độ chậm Trong quá trình di chuyển, sản phẩm được tiếp xúc với không khí lạnh với nhiệt độ giảm dần, giúp bảo quản chất lượng sản phẩm hiệu quả.

Hệ thống lạnh IQF được thiết kế đặc biệt cho việc cấp đông sản phẩm dạng rời với tốc độ di chuyển băng chuyền có thể điều chỉnh theo yêu cầu của sản phẩm Nhiệt độ tiếp xúc với sản phẩm trong quá trình cấp đông đạt từ -35 đến -43°C, sử dụng không khí đối lưu cưỡng bức với tốc độ lớn để đảm bảo thời gian đông lạnh nhanh chóng Đặc biệt, vỏ buồng cách nhiệt bọc hai lớp inox và làm từ polyurethan giúp giảm thiểu thất thoát nhiệt hiệu quả.

1.3.2 Nguyên lý làm việc của kỹ thuật lạnh đông IQF

Hệ thống lạnh IQF sử dụng môi chất NH3 và nhiều kiểu băng chuyền cấp đông, kết hợp với phương pháp cấp dịch dàn lạnh bằng bơm Băng chuyền cấp đông đi kèm với băng chuyền tái đông, trong đó nước được sử dụng để xả băng dàn lạnh Để làm khô băng chuyền, khí nén được áp dụng Các sản phẩm và nguyên liệu di chuyển trên băng tải qua các khe gió thổi lớn, với gió thổi từ trên xuống để làm lạnh sản phẩm và từ dưới lên để làm lạnh băng chuyền Gió thổi giúp khí lạnh tiếp xúc đều với bề mặt sản phẩm, đảm bảo đông nhanh và đồng nhất, với nhiệt độ lý tưởng ở tâm sản phẩm đạt -18°C.

Hệ thống lạnh IQF bao gồm nhiều thiết bị quan trọng như máy nén, bình chứa cao áp, dàn ngưng, bình tách dầu, bình chứa hạ áp, bình trung gian, buồng đông IQF, buồng tái đông, bình thu hồi dầu, bể nước xả băng, bơm xả băng, bơm giải nhiệt và bơm dịch.

1.3.3 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật lạnh đông IQF Ưu điểm

- Thời gian cấp đông rút ngắn nhờ áp dụng nguyên lý cấp đông siêu tốc

- Hạn chế mất nước tối thiểu và hao hụt trọng lượng sản phẩm, chi phí vận hành thấp

- Chất lượng sản phẩm cao và không bị biến dạng trong quá trình cấp đông

- Lắp đặt nhanh, theo khối hoàn chỉnh, dễ dàng mở rộng quy mô tăng công suất

- Đáp ứng được tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp

- Thích hợp với sản phẩm mỏng dẹt như cá phi lê, tôm, bánh khoai, bánh nướng và các sản phẩm trứng

- Chi phí đầu tư hệ thống lớn

- Quá trình lắp đặt, vận hành thiết bị phức tạp, cần có hệ thống

- Suất tiêu hao năng lượng của hệ thống lớn

1.3.4 Phân loại và lựa chọn hệ thống cấp đông IQF cần thiết cho tính toán thiết kế để cấp đông tôm sú

Hệ thống cấp đông IQF có 3 dạng chính như sau:

- Dạng băng chuyền kiểu xoắn

- Dạng băng chuyền kiểu thẳng

- Dạng băng chuyền siêu tốc

1.3.4.1 Hệ thống cấp đông IQF dạng xoắn a Kết cấu buồng cấp đông dạng xoắn

Hệ thống cấp đông IQF dạng xoắn là một công nghệ tiên tiến với buồng cấp đông và băng tải xoắn hình khối hộp Để đảm bảo hiệu quả, hệ thống này yêu cầu công suất lạnh lớn và thời gian đông lạnh ngắn, thường sử dụng phương pháp cấp dịch bằng bơm.

Cấu trúc bao gồm các tấm vách cách nhiệt polyurethane dày 150mm, trọng lượng 40kg/m³, bề mặt bằng inox Bên trong có băng tải vận chuyển sản phẩm cấp đông theo dạng xoắn lò xo từ dưới lên Hệ thống lạnh được trang bị các dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức với tốc độ cao (8 ÷ 12 m/s) và nhiệt độ cực thấp (-40 độ C).

-35)°C đối lưu từ trên xuống Sản phẩm thích hợp cho quá trình làm lạnh đông loại này chủ yếu là vật liệu rời, có kích thước nhỏ hoặc vừa

Buồng cấp đông với băng tải kiểu xoắn có thiết kế nhỏ gọn, giúp giảm thiểu tổn thất và nâng cao hiệu quả làm lạnh trong không gian lắp đặt hạn chế Tuy nhiên, việc chế tạo, vận hành và sửa chữa hệ thống này khá phức tạp, đặc biệt là trong cách bố trí băng tải.

Hình 1.7 Cấu tạo buồng cấp đông dạng xoắn của băng chuyền IQF b Nguyên lý hoạt động

Tôm sú sau khi chế biến thành bán thành phẩm sẽ được chuyển vào thiết bị cấp đông nhanh qua băng tải Tốc độ di chuyển của băng tải có thể điều chỉnh linh hoạt tùy theo loại sản phẩm và yêu cầu công nghệ.

Sản phẩm được đưa vào dàn lạnh, nơi nhiệt độ giảm sâu xuống mức âm Hàng ngàn tia khí lạnh với tốc độ cao liên tục thổi lên bề mặt trên và dưới của sản phẩm, tạo ra một lớp băng mỏng bao bọc quanh sản phẩm Lớp băng này giúp giảm thiểu mất nước và ngăn chặn sự biến dạng cơ học của sản phẩm.

Sau khi đạt nhiệt độ yêu cầu, sản phẩm sẽ được chuyển đến thiết bị mạ băng bằng phun hơi sương ở nhiệt độ từ 2 – 5°C Sau khi ra khỏi phòng tái đông, sản phẩm sẽ được bao bọc bằng lớp băng mỏng để bảo vệ.

1- Cửa vào; 2- Dàn lạnh; 3- Thiết bị chỉnh độ căng băng tải;

4- Cửa ra; 5- Panel cách nhiệt; 6- Động cơ chính; 7- Trống;

8- Băng tải lưới thép không rỉ; 9- Quạt; 10- Tủ điều khiển

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cấp đông IQF dạng xoắn

1.3.4.2 Hệ thống cấp đông IQF dạng thẳng

Hệ thống cấp đông IQF dạng thẳng được thiết kế với các dàn lạnh đặt trên băng chuyền, giúp thổi gió lạnh lên bề mặt băng chuyền khi sản phẩm di chuyển qua Vỏ bao che của hệ thống được làm từ polyurethane dày 150mm và bọc inox hai mặt, đảm bảo độ bền và hiệu quả trong quá trình cấp đông Toàn bộ băng chuyền được sắp xếp theo một đường thẳng, tối ưu hóa quy trình vận hành.

Hình 1.9 Cấu tạo băng chuyền dạng thẳng

Dạng băng chuyền thẳng dễ dàng chế tạo, cho phép sản phẩm cấp đông được đưa vào một đầu và ra đầu kia Tuy nhiên, chiều dài băng chuyền lớn gây tốn diện tích Để giảm thiểu tổn thất nhiệt tại cửa ra vào, hệ thống sử dụng cửa khe hở nhỏ, tùy thuộc vào loại sản phẩm.

1- Cửa vào; 2- Panel cách nhiệt; 3- Cửa ra; 4- Dàn lạnh;

5- Quạt; 6-Giá đỡ thép không rỉ; 7- Động cơ chỉnh độ căng băng tải 8- Động cơ băng tải; 9- Băng tải; 10- Tủ điện điều khiển

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống cấp đông băng chuyền IQF thẳng

Cấu tạo của hệ thống cấp đông IQF dạng thẳng:

Tủ đông được thiết kế với lớp bao che cách nhiệt bằng tấm panel PU dày 100mm, phủ sơn nhựa thực phẩm màu trắng ở cả hai mặt Buồng tủ có cửa ra vào kiểu kho lạnh, được trang bị hệ thống điện trở sưởi và hệ thống chiếu sáng bên trong.

Tủ được trang bị một băng chuyền (vị trí số 9 hình 1.10) với khả năng điều chỉnh tốc độ, phù hợp với yêu cầu cấp đông của nhiều loại sản phẩm khác nhau Hai dàn lạnh (vị trí số 4 hình 1.10) được sắp xếp thành hai dãy bên cạnh băng chuyền.

Khung đỡ băng tải và các thiết bị được chế tạo từ inox, đảm bảo độ bền và chống ăn mòn Dàn lạnh sử dụng thép không rỉ kết hợp với cánh tản nhiệt bằng nhôm, được cung cấp dịch vụ từ bơm cấp dịch tuần hoàn, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát.

Quạt gió (vị trí số 5 hình 1.10) kiểu li tâm được nối trực tiếp với môtơ, cánh quạt làm bằng nhôm và lồng dẫn khí vào trong

1.3.4.3 Hệ thống cấp đông IQF siêu tốc a Cấu tạo hệ thống cấp đông IQF siêu tốc

Cấu tạo của hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông IQF

1.4.1 Sơ đồ hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông IQF

Hệ thống lạnh cho tủ cấp đông IQF dạng xoắn bao gồm các thiết bị chính như máy nén, thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp, bình tách dầu, bình thu hồi dầu và bình trung gian Các thiết bị này được tính toán và thiết kế phù hợp với năng suất sản xuất, đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cấp đông nhanh IQF dạng xoắn

1.4.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị trong hệ thống lạnh

Máy nén lạnh là thành phần thiết yếu trong hệ thống cấp đông IQF, có chức năng hút và nén hơi môi chất lạnh từ thiết bị bay hơi để đẩy vào thiết bị ngưng tụ Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, máy nén cần có năng suất hút lớn, duy trì áp suất bay hơi p0 tương ứng với nhiệt độ bay hơi t0 yêu cầu ở dàn hơi, đồng thời tạo ra áp suất đẩy đủ cao để duy trì áp suất trong dàn ngưng tụ tương ứng với nhiệt độ môi trường hiện tại.

Máy nén piston là loại máy nén phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Trong số đó, máy nén piston hai cấp nén thuộc loại máy nén kín, với động cơ và máy nén được đặt trong một lock Trục chính của máy nén được gắn trực tiếp với trục động cơ điện, cho phép truyền động điện trực tiếp qua trục chính Lock được hàn kín, điều này có nghĩa là khi xảy ra hư hỏng, việc sửa chữa sẽ không thể thực hiện được.

Trong hệ thống cấp đông băng chuyền IQF thường sử dụng máy nén piston Ưu điểm:

- Hoàn toàn kín môi chất khí do vỏ được hàn kín

- Không có tổn thất truyền động do trục động cơ liền với trục máy nén

- Có thể đạt tốc độ cao nhất 3600 vòng/phút (f = 60 Hz)

- Gọn nhẹ, hiệu suất cao, dễ lắp đặt

- Sử dụng được các môi chất khí không dẫn điện như Freon, nitơ, không khí

Thay đổi năng suất lạnh thông qua việc điều chỉnh số cặp cực gặp nhiều khó khăn Do năng suất và công suất của động cơ nhỏ, phương pháp ngắt máy đơn giản có thể được áp dụng hiệu quả.

- Năng suất nhỏ, rất nhỏ

- Độ quá nhiệt hơi hút cao

- Hệ thống bị nhiễm bẩn nếu cháy động cơ

- Công nghệ gia công đòi hỏi khắt khe

Hình 1.13 Sơ đồ thiết bị máy nén hai cấp [9]

Chu trình làm việc của hệ thống hai cấp nén làm mát trung gian với ống xoắn được mô tả qua hai đồ thị: đồ thị P-i và đồ thị T-s Đồ thị P-i thể hiện mối quan hệ giữa áp suất và dòng điện, trong khi đồ thị T-s mô tả sự thay đổi nhiệt độ và entropy trong quá trình nén Hệ thống này giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát, mang lại hiệu quả cao hơn trong ứng dụng công nghiệp.

Quá trình 1 - 2 là quá trình nén hơi đoạn nhiệt (S = const), xảy ra ở máy nén một cấp

Quá trình 2 - 3 là giai đoạn làm mát trung gian, trong đó dòng hơi nén từ máy nén cấp 1 được hòa trộn với dòng hơi từ bình trung gian có áp suất và nhiệt độ thấp Quá trình này diễn ra qua van tiết lưu lần một trước khi vào bình trung gian, trước khi máy nén cấp hai thực hiện quá trình rút về.

Quá trình 3 - 4 là quá trình nén hơi đoạn nhiệt lần 2 (S = const), xảy ra ở máy nén cấp hai

Quá trình 4 - 5 là quá trình ngưng tụ đẳng áp, trong đó áp suất (Pk) được giữ không đổi Trong giai đoạn này, chuyển pha từ hơi sang lỏng diễn ra, đồng thời nhiệt được thải ra môi trường bên ngoài Quá trình này xảy ra tại thiết bị ngưng tụ.

Quá trình 5 - 6 là quá trình tiết lưu đẳng entanpy (i = const) giúp hạ nhiệt độ và áp suất ngưng tụ xuống mức áp suất và nhiệt độ bay hơi Quá trình này diễn ra tại van tiết lưu vào bình trung gian, nơi mà hơi được máy nén cấp hai hút về, trong khi phần lỏng tiếp tục vào van tiết lưu lần hai để chuyển đổi vào thiết bị bay hơi.

Quá trình 6 - 7 diễn ra khi môi chất lỏng từ thiết bị ngưng tụ được chuyển vào ống xoắn bình trung gian, nơi nhiệt độ và áp suất được hạ thấp xuống mức trung gian Quá trình này giúp môi chất hơi trở nên quá lạnh trước khi đi vào van tiết lưu lần hai.

Quá trình 7 - 8 là quá trình tiết lưu lần hai (i = const) vào thiết bị bay hơi

Quá trình 8 - 1 là quá trình bay hơi lỏng thu nhiệt môi trường cần làm lạnh để tạo hiệu ứng lạnh [20]

Hình 1.15 Cấu tạo của máy nén piston

Vị trí: nằm sau thiết bị ngưng tụ và trước van tiết lưu

Nhiệm vụ chính của thiết bị là hồi lỏng môi chất lạnh từ thiết bị ngưng tụ, giúp giải phóng bề mặt truyền nhiệt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt Đồng thời, thiết bị cũng cung cấp lỏng đều đặn cho các trạm tiết lưu trong hệ thống lạnh có nhiều thiết bị bay hơi Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng tách dầu, với bình chứa cao áp có thể được thiết kế dưới dạng hình trụ đứng hoặc hình trụ nằm, giúp xử lý hiệu quả lượng dầu không tách hết ở bình tách dầu.

1- Đường lỏng môi chất từ dàn ngưng về BCCA

2- Lỏng môi chất đến VTL hay BTG; 3- Đường cân bằng áp;

4- Đường xả khí không ngưng; 5- Áp kế; 6- Van an toàn;

7- Kính xem mức lỏng; 8- Bình chứa cao áp (BCCA);

9- Đường về bình tập trung dầu; 10- Đường xả dầu ra ngoài;

11- Ống dẫn lỏng; 12- Lỏng môi chất; 13- Hơi môi chất

Bình chứa tuần hoàn trong hệ thống lạnh có vai trò quan trọng, đặc biệt khi sử dụng bơm cấp dịch cho thiết bị bay hơi, nhất là trong các hệ thống có nhiều dàn lạnh ở vị trí xa hoặc cao so với bình chứa cao áp Bình chứa này được lắp đặt sau van tiết lưu lần 1 và trước bơm cấp dịch nhằm tạo ra áp suất đầu hút thấp cho bơm, giúp giảm trở lực và momen cản động cơ, từ đó đảm bảo hiệu quả khởi động của bơm.

Khi dàn lạnh đặt ở vị trí cao hoặc xa so với bình chứa cao áp, việc sử dụng bơm cấp dịch sẽ mang lại nhiều lợi ích Bơm giúp cung cấp lỏng một cách đều đặn đến van tiết lưu lần 2, đồng thời bù đắp áp suất bị tổn thất dọc theo đường ống khi chuyển môi chất lạnh từ van tiết lưu lần 1 đến van tiết lưu lần 2.

Cấp dịch bằng bơm giúp môi chất lạnh tuần hoàn qua thiết bị bay hơi nhanh hơn, kéo dầu trong dàn lạnh về máy nén hiệu quả Bình chứa tuần hoàn không tạo lớp trở nhiệt, và với tốc độ môi chất lạnh cao, lưu lượng qua dàn lạnh lớn, năng suất chu trình lạnh tăng lên Điều này không chỉ tăng tốc độ làm lạnh mà còn rút ngắn thời gian làm lạnh, mang lại lợi ích kinh tế và sản xuất đáng kể.

Hệ thống bơm dẫn lỏng mặc dù phức tạp và đòi hỏi vốn đầu tư lớn, cùng với yêu cầu về kinh nghiệm trong vận hành và bảo dưỡng, vẫn được ưa chuộng trong các nhà máy sản xuất và chế biến thủy hải sản cũng như thực phẩm nhờ vào tính hiệu quả kinh tế của nó.

1- Bình tuần hoàn; 2- Đường từ BCCA đến; 3- Đường dẫn lỏng đến cụm VTL; 4- Đường nối với ống góp hơi sau khi ra khỏi dàn lạnh và BCTA;

5- Bơm dẫn lỏng; 6- Đường máy nén hút về; 7- Phin lọc;

8- Van điện từ; 9- Van TL lần 1; 10- Nón chắn lỏng;

11- Lỏng môi chất lạnh; 12- Công tắc phao; 13- Đường cân bằng áp

Hình 1.17 Nguyên lý cấu tạo bình chứa tuần hoàn

Vị trí: Nằm sau máy nén bình tách dầu và trước bình chứa cao áp và cụm van tiết lưu

Nhiệm vụ chính của hệ thống là thải nhiệt ra môi trường xung quanh thông qua môi trường làm mát như nước, không khí hoặc hỗn hợp của cả hai Sau khi được nén, môi chất sẽ được đưa đến thiết bị ngưng tụ, nơi nó sẽ thải nhiệt cho môi trường làm mát trong quá trình ngưng tụ đẳng áp (Pk = const) Quá trình này chuyển đổi pha từ hơi sang lỏng, có thể nằm trên đường bão hòa lỏng x = 1 hoặc trong vùng lỏng ở trạng thái quá lạnh, tùy thuộc vào thiết kế của thiết bị ngưng tụ.

Công nghệ bảo quản lạnh đông tôm sú IQF

1.5.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 1.24 Sơ đồ công nghệ bảo quản tôm sú bằng cấp đông IQF

Nguyên liệu: Tôm sú (Penaeus monodon) còn sống, hoặc còn tươi, đảm bảo chất lượng tốt và quy cách đúng tiêu chuẩn

Sau khi thu mua, tôm nguyên liệu được vận chuyển về khu vực tiếp nhận để kiểm tra chất lượng Nhân viên sẽ đánh giá độ tươi sống, kích thước và giống tôm nhằm xác định giá thu mua Đồng thời, các giấy tờ thủ tục, thông số nhiệt độ, sunfit và các yếu tố liên quan cũng được kiểm tra kỹ lưỡng.

Rà kim loại Đóng gói

Ra vỉ – mạ băng Cấp đông

Xử lý tôm bỏ đầu

Rửa lần 2 Xếp vỉ Tiếp nhận

Mục đích: Loại bỏ tạp chất và vi sinh vật ra khỏi nguyên liệu

Bể có thể được xây dựng bằng xi măng, lót gạch men hoặc làm từ nhựa composite, với kích thước dài 2m, rộng 0,8m và cao 0,3m Bể được đặt sát mặt nền và có lỗ thoát nước có thể đóng mở Trên miệng bể có hai vòi nước, có khả năng làm đầy trong vòng 2 đến 3 phút.

Để xử lý tôm nguyên liệu, cần đổ khoảng 50kg tôm vào bể và rửa bằng nước sạch có nồng độ chlorine 30 ppm, với nhiệt độ nước không vượt quá 4°C Trong quá trình này, tôm được khuấy đảo nhẹ nhàng nhằm tách bỏ tạp chất và vi sinh vật có hại.

Mục đích của việc phân loại nguyên liệu là tách riêng các thành phần theo khối lượng hoặc kích thước cụ thể trong một khoảng xác định, đồng thời nhóm các chất lượng nguyên liệu khác nhau.

Sau khi rửa, tôm được chuyển đến máy phân cỡ tự động để thực hiện phân cỡ sơ bộ Tiếp theo, tôm sẽ được phân cỡ bằng tay, mỗi lần khoảng 10kg, trong rổ nhựa ngâm trong thau nước pha chlorine 10ppm có đá bào Mỗi loài tôm được phân loại vào từng rổ riêng biệt, và công việc cần được thực hiện nhanh chóng Việc phân cỡ và phân loại tuân theo tiêu chuẩn TCVN 4381-92 và các yêu cầu của khách hàng, với sai sót cho phép dưới 3% Đồng thời, nhiệt độ thâm tôm trong quá trình phân cỡ không được vượt quá 4°C.

Tiêu chí phân loại tôm sau khi phân cỡ xong được chuyển cho công nhân:

Tôm loại 1 có thân cứng, với tỷ lệ đốt thân hở nhỏ chỉ từ 3 – 5% Màu sắc tôm giữ nguyên, không có mùi ươn thối, và vỏ tôm luôn sáng bóng, không mềm Tôm không có điểm đen hay long tróc ở bất kỳ vị trí nào Sau khi luộc, tôm tỏa ra mùi thơm tự nhiên, thịt chắc và nước luộc trong suốt.

Tôm loại 2 là loại tôm không có mùi ươn thối, cho phép có vết bể vỏ nhưng không quá 1/3 chu vi đốt Trên thân tôm không có quá 3 điểm đen, thân hơi mềm và màu sắc bị biến đổi nhẹ, không còn sáng bóng Tỷ lệ đen ở đuôi không vượt quá 10% Sau khi luộc, tôm có mùi đặc trưng, vị kém ngọt và nước luộc trong.

1.5.2.5 Xử lý tôm bỏ đầu

Mục đích của việc loại bỏ phần có giá trị thấp là nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, giảm thiểu hư hỏng và tạo điều kiện thuận lợi cho các quy trình chế biến tiếp theo.

Xử lý nguyên liệu tôm bao gồm các thao tác như cắt, xén và sửa đổi hình dạng để đạt được sản phẩm theo yêu cầu Các hình thức sản phẩm có thể là tôm nguyên con, tôm đã vặt đầu, tôm bóc vỏ bỏ đầu, và tôm đã bỏ chỉ lưng.

Vỉ đựng tôm cần được làm từ xốp cứng, đảm bảo nguyên vẹn và không bị hư hỏng Trước khi sử dụng, vỉ phải được sát trùng bằng dung dịch chlorine 50ppm, sau đó rửa sạch với nước và để khô ráo bằng cách xếp chồng lên kệ Việc xếp vỉ giúp tạo lớp bao bì, thuận tiện cho việc di chuyển tôm với số lượng nhất định Tôm phải được xếp đều kích cỡ, với đuôi xoè ra, và đặc biệt, thịt tôm không được biến đen.

1.5.2.7 Chờ đông Để tránh sự xâm nhập của vi sinh vật, tôm sau khi xếp vào khuôn sẽ được đưa vào tủ đông có nhiệt độ 10°C

Mục đích của việc giảm nhiệt độ tâm sản phẩm xuống -18°C là nhằm đình chỉ hoạt động của các enzyme nội tại và vi sinh vật, từ đó kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm hiệu quả.

Khi nhiệt độ băng chuyền cấp đông đạt từ (-40 ÷ -45)°C, tôm sẽ được đưa vào buồng cấp đông với nhiệt độ thấp hơn -45°C Thời gian cấp đông tôm phụ thuộc vào kích cỡ của từng loại tôm Sản phẩm cuối cùng từ buồng cấp đông cần đạt nhiệt độ trung tâm -18°C để đảm bảo chất lượng.

Mục đích của việc tạo cảm quan cho bề mặt sản phẩm là nhằm hạn chế sự oxy hóa và ngăn chặn tình trạng mất nước của tôm do hiện tượng thăng hoa trong quá trình bảo quản.

Sau khi sản phẩm tôm được cấp đông hoàn tất, cần tháo vỉ ở block và thực hiện mạ băng theo quy định Tỷ lệ mạ băng tối thiểu phải đạt 10% để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.5.2.10 Đóng gói, rà kim loại

Sau khi hoàn tất quá trình mạ băng, cần tiến hành kiểm tra chất lượng mạ băng và tỷ lệ nước mạ băng Tiếp theo, sản phẩm sẽ được đóng gói vào túi PE, kiểm tra bằng máy dò kim loại và sau đó được đóng thùng carton theo yêu cầu thị trường về trọng lượng tôm.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN

Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà máy chế biến thủy sản lắp đặt hệ thống lạnh cấp đông IQF

2.1.1 Yêu cầu về địa điểm xây dựng nhà máy chế biến thủy sản Địa điểm xây dựng nhà máy chế biến thủy sản phải có đủ các yếu tố sau:

Nhà máy cần được xây dựng tại vị trí lý tưởng, tránh xa các yếu tố gây ô nhiễm như mùi hôi, khói, bụi và các tác nhân khác từ môi trường xung quanh Đồng thời, địa điểm cũng phải đảm bảo không bị ngập nước hoặc đọng nước trong những ngày mưa hoặc khi triều cường dâng cao.

- Phù hợp với ngành thủy sản và quy hoạch tổng thể của thành phố

- Có nguồn nước đảm bảo cho các hoạt động sản xuất của nhà máy

- Có nguồn điện ổn định, không bị gián đoạn, đảm bảo cho các hoạt động chế biến và bảo quản sản phẩm

- Thuận tiện về giao thông vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm

- Gần thị trường tiêu thụ và gần nơi cung ứng nguyên vật liệu

- Đảm bảo các tiêu chuẩn áp dụng trong phòng sạch chế biến thủy hải sản [25]

2.1.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy chế biến thủy sản

Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy chế biến thủy sản là một bước quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và liên tục của nhà máy Khu công nghiệp Vĩnh Lộc được xem là địa điểm phù hợp cho việc xây dựng này, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết.

Khu công nghiệp Vĩnh Lộc tọa lạc trên địa bàn ba phường, bao gồm phường Bình Hưng Hòa B thuộc quận Bình Tân, xã Vĩnh Lộc A huyện Bình Chánh và xã Bà Điểm huyện Hóc Môn.

Khu công nghiệp Vĩnh Lộc, nằm trong tứ giác kinh tế trọng điểm phía Tây Nam thành phố Hồ Chí Minh, sở hữu nhiều điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy chế biến thủy sản.

- Giáp trục đường quốc lộ 1A rộng lớn

- Cách sân bay Tân Sơn Nhất 8km

- Cách trung tâm thành phố Hồ Chí Minh 17km

- Cách ga Sài Gòn 10km

Gần các nguồn cung cấp thủy sản phong phú như Vũng Tàu, Cần Giờ (thành phố Hồ Chí Minh), Long An, Bến Tre, Tiền Giang, Kiên Giang, Ninh Thuận, Bình Thuận và Khánh Hòa, khu vực này nổi bật với sự đa dạng và chất lượng của hải sản tươi sống.

Giao thông vận tải thuận tiện

Khu công nghiệp Vĩnh Lộc tọa lạc tại vị trí phía Tây Bắc cửa ngõ thành phố Hồ Chí Minh, thuộc hai xã Vĩnh Lộc A và Bình Hưng Hòa, huyện Bình Chánh Đây là một đầu mối quan trọng kết nối với các tỉnh miền Tây và miền Đông Nam Bộ Với địa chất và địa hình thuận lợi, khu công nghiệp Vĩnh Lộc được xây dựng trên lớp đất tốt và có địa hình bằng phẳng, đảm bảo điều kiện phát triển bền vững.

Hình 2.1 Vị trí địa lý khu công nghiệp Vĩnh Lộc

Về hệ thống giao thông trong và ngoài khu công nghiệp:

- Bên trong khu công nghiệp, có đường quốc lộ 80 băng ngang từ phía Tây đến phía Đông và hệ thống đường nội bộ

Hệ thống giao thông vận tải đường bộ đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào các tuyến đường nội khu rộng rãi và địa hình phẳng, tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động lưu thông Tuyến đường Bắc Nam kết nối các khu công nghiệp và dân cư với lộ giới 30m, cùng với các tuyến đường nội bộ khác có lộ giới từ 16 đến 30m.

Hệ thống đường nội bộ và ngoại vi của khu công nghiệp, cùng với các tuyến đường đang được lập kế hoạch xây dựng, sẽ hỗ trợ tối đa cho các nhà đầu tư trong việc vận chuyển nguyên liệu và hàng hóa.

2.1.2.2 Cơ sở hạ tầng a Hệ thống cấp điện Điện được cấp từ mạng lưới điện quốc gia 110/22 KV Khu công nghiệp được trang bị 2 máy phát điện lớn với công suất 40MVA để đảm bảo sự ổn định trong việc cung cấp điện cho các doanh nghiệp trong khu công nghiệp b Hệ thống cấp nước

Theo thiết kế được sự chấp thuận của Bộ Tài nguyên và Môi trường, toàn khu công nghiệp có 7 giếng bơm, tổng công suất khai thác là 12.000m 3 /ngày đêm

Hiện nay, khu công nghiệp đã đầu tư xây dựng và khai thác 4 giếng với công suất 7.000m³/ngày đêm Tại các vị trí giếng khai thác, hệ thống xử lý nước theo công nghệ EPD của Hoa Kỳ được lắp đặt nhằm cung cấp nước cho các nhà máy Một trạm xử lý nước sạch cũng đã được xây dựng để phục vụ cho hoạt động của con người và cho sản xuất thông qua hệ thống ống riêng biệt.

Trong thời gian tới, khu công nghiệp Vĩnh Lộc sẽ nhận được nguồn nước bổ sung từ nhà máy xử lý nước sông Sài Gòn thông qua hệ thống ống dẫn của thành phố, nhằm cải thiện nguồn cung cấp nước cho khu vực Bên cạnh đó, vấn đề thoát nước cũng sẽ được chú trọng để đảm bảo môi trường và điều kiện hoạt động cho các doanh nghiệp trong khu công nghiệp.

Hệ thống thoát nước mưa được thiết kế hiệu quả nhằm đảm bảo thoát nước nhanh chóng, ngăn ngừa tình trạng ngập úng trong khu công nghiệp Đồng thời, hệ thống xử lý nước thải có công suất đạt 6.000 m³/ngày đêm, đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải một cách hiệu quả.

Hệ thống ống và trạm xử lý nước thải sẽ được xây dựng với công nghệ hiện đại, đảm bảo xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam Để thu hút nhà đầu tư vào khu công nghiệp, công ty Cholimex đã hợp tác với nhiều công ty cung cấp dịch vụ để mở chi nhánh ngay tại khu công nghiệp, nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ cho các doanh nghiệp.

- Bảo vệ và trật tự công cộng

2.1.3 Yêu cầu về thiết kế nhà xưởng chế biến

Quy hoạch mặt bằng nhà xưởng lắp đặt hệ thống cấp đông IQF là bước quan trọng để tối ưu hóa không gian cho các thiết bị cấp đông thực phẩm sau chế biến, bao gồm tủ, kho và dây chuyền cấp đông Việc tuân thủ các yêu cầu về xưởng chế biến và khu vực chứa hệ thống cấp đông IQF sẽ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.1.3.1 Đối với xưởng chế biến có hệ thống cấp đông IQF

Đối tượng nghiên cứu và tính toán

Hệ thống lạnh cho tủ cấp đông băng chuyền IQF dạng xoắn được nghiên cứu và tính toán với năng suất 1500kg/mẻ So với các phương pháp cấp đông khác, tủ đông băng chuyền IQF mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.

Tủ cấp đông băng chuyền IQF sở hữu cường độ trao đổi nhiệt cao nhờ vào hệ thống quạt gió giúp không khí trong tủ được lưu thông cưỡng bức Điều này dẫn đến thời gian làm đông thực phẩm diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

Tủ cấp đông băng chuyền IQF hoạt động liên tục, giúp nguyên liệu không phải chờ đợi trước khi đông lạnh Với công suất lớn, thiết bị này phù hợp cho các dây chuyền sản xuất có nhu cầu cao và ổn định.

Các dàn lạnh quạt gió được lắp đặt trên băng chuyền nhằm tạo ra dòng không khí di chuyển ngang, giúp tăng tốc độ và độ đồng đều của không khí Điều này rất quan trọng cho các hệ thống cấp đông IQF trong ngành công nghiệp hiện nay.

Hai loại môi chất chính được sử dụng là NH3 và Freon, trong đó NH3 nổi bật hơn nhờ vào tính thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế cao.

Vì vậy em chọn NH3 là môi chất sử dụng cho hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông IQF đáp ứng năng suất 1500kg tôm sú/mẻ.

Sơ đồ nghiên cứu và tính toán

Hệ thống lạnh của tủ cấp đông IQF tôm sú

Nghiên cứu thiết bị và quy trình Xác định thông số

Tính toán hệ thống lạnh đông

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Tính toán hệ thống lạnh của tủ cấp đông

Hiệu chỉnh Sai Kiểm tra

Hiệu chỉnh Sai Kiểm tra

Hiệu chỉnh Sai Kiểm tra Đúng Đúng Đúng

Chế tạo và vận hành Cài đặt thông số

Kết luận Hiệu chỉnh Sản phẩm

Phương pháp tính toán và thiết kế

2.4.1 Lựa chọn chu trình lạnh

Chu trình máy lạnh 2 cấp tiết lưu sử dụng môi chất NH3 được lựa chọn để tính toán và thiết kế cho hệ thống cấp đông IQF, nhằm đảm bảo hiệu quả làm mát trung gian.

2.4.2 Xác định các thông số kỹ thuật

Để đảm bảo quá trình cấp đông đạt hiệu suất 1500kg/mẻ, cần xác định tổng năng lượng cần thiết cho toàn bộ quy trình, bao gồm cả năng lượng hao hụt Đồng thời, cần tính toán nhiệt lượng ngưng tụ cần thiết cho quá trình lạnh đông.

Tính toán, xác định các thông số cần thiết cho thiết bị như nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt độ quá nhiệt của môi chất

2.4.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Sau khi hoàn tất việc tính toán và xác định các thông số của toàn bộ hệ thống, chúng tôi tiến hành xây dựng sơ đồ nguyên lý cho hệ thống lạnh trong tủ cấp đông IQF, với năng suất đạt 1500kg mỗi mẻ.

2.4.4 Tính toán chọn sơ bộ thiết bị và số lượng thiết bị

Xác định cấu tạo, kích thước để lựa chọn hệ thống thiết bị

Tính toán nhiệt cho hệ thống và xác định nhiệt độ quá lạnh lỏng trong thiết bị trao đổi nhiệt chéo của bình trung gian

Tính toán và xác định nhiệt tải của hệ thống cấp đông IQF, nhiệt cho quá trình tái đông

2.4.5 Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén

Để tính toán phần thấp áp và phần cao áp, cần xác định năng suất lạnh riêng, lưu lượng gas qua máy nén tầm thấp, thể tích hơi hút thực tế, công nén đoạn nhiệt, hiệu suất chỉ thị, công suất ma sát và công suất lắp đặt động cơ.

Sau khi tính toán, tiến hành chọn máy nén cho hệ thống

2.4.6 Tính toán chọn thiết bị cho hệ thống lạnh

Tính chọn dàn ngưng tụ, tính chọn bình chứa thấp áp và cao áp, bình tập trung dầu

2.4.7 Thiết kế bản vẽ hệ thống cấp đông IQF

Sử dụng AUTOCAD để thể hiện bản vẽ chi tiết hệ thống lạnh của tủ cấp đông IQF dạng xoắn, sau khi đã kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số tính toán cần thiết.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ

Các thông số ban đầu cần thiết cho tính toán

Để xác định thời gian lạnh đông của sản phẩm, ta cần xác định các thông số sau đây:

 Độ ẩm của tôm sú: Wa = 0,752 (75,2 %)

 Nhiệt dung riêng của nước: cn = 4,186 kJ/(kg.K)

 Nhiệt dung riêng của nước đá: cnđ = 2,09 kJ/(kg.K)

 Nhiệt dung riêng của chất khô: cck = 1,3 kJ/(kg.K)

Nhiệt dung riêng của tôm khi nước trong thực phẩm chưa kết tinh được xác định

Nhiệt dung riêng của tôm khi nước trong thực phẩm đã kết tinh được xác định:

Vì lạnh đông dùng để bảo quản nên tỷ lệ nước đóng băng phải trên 86 %, nên ở đây chọn ω = 0,9 (90%)

 Sản phẩm ban đầu ở nhiệt độ phòng: tp = 25 o C

 Nhiệt độ bắt đầu nước đóng băng: tkt = -1,21 o C

 Nhiệt độ môi trường lạnh đông: tmt = -45 o C

 Sản phẩm tôm sú được xem là gần đúng với dạng tấm phẳng, có bề dày  = 2R 24 mm = 0,024 m; R = 0,012m

 Ẩn nhiệt đóng băng của nước: L = 335 kJ/kg

 Hệ số tỏa nhiệt của môi trường không khí làm lạnh đông ở nhiệt độ -45 o C là 2 8,2 W/(m 2 K)

 Khối lượng riêng trung bình của tôm sú khi nước chưa đóng băng 1 = 839,514 kg/m 3

 Khối lượng riêng trung bình của tôm sú khi nước đã kết tinh 2 = 838,554 kg/m 3

Hệ số dẫn nhiệt trung bình của tôm khi nước chưa kết tinh:

= 0,605×0,752 + 0,256× (1 – 0,752) = 0,518 W/(m.K) Với: ’ [W/(m.K)] – hệ số dẫn nhiệt của nước, thông thường ’ = 0,605 W/(m.K); ’’ [W/(m.K)] – hệ số dẫn nhiệt của chất khô, với ’’ = 0,256 W/(m.K)

Hệ số dẫn nhiệt trung bình của tôm khi nước đã kết tinh:

Hệ số dẫn nhiệt độ:

Tính toán thời gian lạnh đông

3.2.1 Xác định thời gian làm lạnh ở giai đoạn 1

Hạ nhiệt độ từ tp = t1 = 25°C xuống nhiệt độ tkt = -1,21°C, ở môi trường có nhiệt độ t0 = -45°C Sử dụng phương trình sau: τ 1 = − A R 2

Bi 1 + 0,8) × lg (t kt − t 0 t p − t 0 ) + 0,12 (3.7) Với: A = 1 vì dạng tấm phẳng

3.2.2 Xác định tổng thời gian lạnh đông Để xác định thời gian lạnh đông của sản phẩm khi nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối quá trình lạnh đông phải đạt -18°C thì có thể sử dụng phương trình Planck:

= 1,99ℎ Vậy tổng thời gian của quá trình lạnh đông tôm sú trong một mẻ của tủ cấp đông băng chuyền IQF được xác định như sau:

 = 1 + 2 = 0,71 + 1,99 = 2,7h (3.9) Vậy tổng thời gian cấp đông tôm sú trong 1 mẻ là 3h.

Tính chọn kích thước kho lạnh

3.3.1 Cấu trúc kho bảo quản

Kho lạnh tiêu chuẩn được lắp ghép từ các tấm panel tiêu chuẩn sau:

Panel được cấu tạo từ ba lớp chính: hai lớp tôn dày từ 0,5 đến 0,6 mm ở hai bên, và lớp polyurethan cách nhiệt ở giữa có độ dày từ 50 đến 200 mm tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ Hai cạnh của panel được thiết kế với mộng âm dương, giúp việc lắp ghép trở nên dễ dàng hơn.

Về vật liệu bề mặt:

- Tôn mạ màu (colorbond) dày 0,5 ÷ 0,8mm

- Tôn phủ PVC dày 0,5 ÷0,8mm

Lớp cách nhiệt polyurethan (PU)

- Độ chịu nén từ 0,2 ÷ 0,29 MPa

- Chiều dài tối đa: 12000mm

- Chiều rộng tối đa: 1200mm

- Chiều rộng tiêu chuẩn: 300, 600, 900 và 1200mm

- Chiều dày tiêu chuẩn: 50, 75, 100, 125, 150, 175 và 200mm

Phương pháp lắp ghép tấm panel sử dụng khóa camlocking hoặc mộng âm dương để tạo các mối ghép Khóa camlocking được ưa chuộng nhờ tính tiện lợi và khả năng lắp ráp nhanh chóng.

3.3.2 Tính thể tích kho lạnh

Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:

Trong đó: E là năng suất kho lạnh, tấn

V là thể tích kho lạnh, m 3 gv là định mức chất tải thể tích, tấn/m 3 Kho được thiết kế với sản phẩm tôm đông lạnh nên gv = 0,45 tấn/m 3

3.3.3 Diện tích chất tải của kho lạnh F, m 2 Được xác định qua thể tích buồng lạnh và chiều cao chất tải:

Trong đó: F – Diện tích chất tải hoặc diện tích hàng chiếm trực tiếp, m 2 h – Chiều cao chất tải, m

Chiều cao chất tải là chiều cao của lô hàng trong kho, phụ thuộc vào bao bì và phương tiện bốc dỡ Để tính chiều cao này, ta lấy chiều cao buồng lạnh trừ đi phần lắp đặt dàn lạnh treo trần và không gian cần thiết cho việc chất và dỡ hàng Chiều cao chất tải còn phụ thuộc vào chiều cao thực tế h1 của kho, được xác định bằng chiều cao phủ bì của kho lạnh trừ đi hai lần chiều dày cách nhiệt của trần và nền kho lạnh, công thức tính là h1 = H - 2δ m.

+ Chọn chiều cao phủ bì H = 3,6m là chiều dài lớn nhất của tấm panel

+ Chọn chiều dày cách nhiệt δ = 125 mm

Chiều cao chất tải thực h của kho được xác định bằng chiều cao phủ bì trừ đi khoảng hở 0,5m phía trần để lưu thông không khí và 0,1m phía dưới nền lát tấm pallet.

3.3.4 Tải trọng của nền và của trần

Tải trọng nền được tính theo công thức gf = gv.h = 0,45.2,75 = 1,2375 tấn/m² Với tải trọng này, panel sàn có khả năng chịu lực nén, vì độ chịu nén tiêu chuẩn của panel nằm trong khoảng 0,2 đến 0,29 MPa.

3.3.5 Xác định diện tích kho lạnh cần xây dựng

Khi xây dựng kho lạnh, cần tính toán kỹ lưỡng diện tích thực tế, bao gồm không gian di chuyển, khoảng trống giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh và khoảng cách từ các lô hàng đến tường bao Do đó, diện tích cần xây dựng phải lớn hơn diện tích tính toán ban đầu và được xác định theo công thức cụ thể.

Diện tích kho lạnh cần xây dựng được ký hiệu là Fxd (m²) Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, bao gồm cả đường đi và không gian giữa các lô hàng, cũng như giữa lô hàng và các cột, tường và diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi và quạt, được ký hiệu là βF Hệ số βF này phụ thuộc vào diện tích buồng và được chọn là 0,85.

Từ Fxd = 475,3 m 2 , em chọn kích thước kho lạnh như sau:

Như vậy diện tích thực của kho cần xây dựng là 35.14 = 490 m 2

Tính toán các thông số của băng chuyền

Hệ thống cấp đông băng chuyền IQF với năng suất 1.500 kg/mẻ, mỗi mẻ là 3h từ đó ta có năng suất cấp đông là 500kg/h

Môi chất lạnh sử dụng: NH3

Thời gian làm lạnh: 15 ÷ 25 phút, chọn t = 20 phút

Nhiệt độ sản phẩm vào: tv = 10°C (tôm sú đã xử lý chờ cấp đông)

Nhiệt độ phòng ban đầu: tp = 25°C

Nhiệt độ môi trường lạnh đông: tlđ = -45°C

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau khi cấp đông: tc = -18°C (tại nhiệt độ này tỷ lệ nước đóng băng trên 86%)

Khối lượng tôm sú tức thời trong tủ cấp đông IQF:

Trên fdm = 1m 2 băng chuyền có 2kg sản phẩm thì diện tích sản phẩm chiếm chỗ trên băng chuyền trong tủ là:

Chọn chiều rộng băng chuyền: Bbc = 0,5 m

Chiều rộng thực tế để xếp sản phẩm: Bsp = 0,45 m

Chiều dài băng chuyền có chứa tôm sú:

Chọn chiều dài 1 tầng băng chuyền là: Lbc = 8m

Vậy số tầng băng chuyền chồng lên nhau là:

Vận tốc của băng chuyền:

Chọn góc xuyên của băng chuyền là: 𝜑 = 10 o Đường kính băng chuyền xoắn:

Chọn chiều cao giữa các tầng băng chuyền là: h = 0,12 m

Suy ra chiều cao băng chuyền xoắn:

H = n.h = 24 x 0.12 = 2,88 m (3.22) Chọn chiều cao phần lạnh của buồng:

Chiều rộng phòng lạnh của buồng:

Bb = 0,15 × 2 + 3,05 = 3,35 m = 3.350 mm (3.24) Chiều dài phần lạnh của buồng:

Lb = 0,55 + 3,05 + 0,25 + 2,5 = 6,35 m = 6.350 mm (3.25) Kết cấu bao che có chiều dày cách nhiệt: 𝛿 = 0,15 m = 150 mm

Kích thước phủ bì của tủ:

L × B × H = 6.500 × 3.500 × 3.950 (mm x mm x mm) (3.26) Chiều dài thực tế của băng chuyền:

Trong đó: 0,2 là chiều dài băng chuyền quấn trên tầng ở cửa ra sản phẩm, m;

2 là chiều dài băng chuyền từ cửa ra sản phẩm đến tầng dưới cùng, m Vậy thông số của thiết bị băng chuyền được tổng hợp dưới bảng dưới đây:

Bảng 3.1 Thông số thiết bị cấp đông IQF

Kích thước lạnh (mm × mm × mm) 6350 × 3350 × 3800

Kích thước phủ bì (mm × mm × mm) 6500 × 3500 × 3950

Tốc độ băng chuyền (m/phút) 9,26

Chiều cao băng chuyền (m) 2,88 Đường kính tầng xoắn (m) 2,2

Tính cách nhiệt ẩm

Buồng lạnh IQF được lắp ghép bằng các panel có kết cấu hệ số truyền nhiệt qua các mặt tủ bằng nhau và bằng vách bao ngoài

Với t1 = 25 o C: tủ được đặt trong phòng kín có điều hòa nhiệt độ

Nhiệt độ buồng cấp đông: t2 = -45 o C

Chọn hệ số tỏa nhiệt trong và ngoài vách:

Hệ số dẫn nhiệt của không khí trong vách cách nhiệt: 𝜆CN = 0,025 W/(m.K) Chiều dày của một lớp polyurethane: 𝛿 = 0,6 mm = 0,0006 m

Vách bao, trần, nền có chung kết cấu nên chiều dày cách nhiệt được tính:

Hệ số truyền nhiệt thực tế qua vách tủ:

Để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt tủ băng chuyền, nhiệt độ bề mặt tủ cần phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm bên ngoài Ngoài ra, hệ số truyền nhiệt của vách tủ phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt tối đa cho phép của vách, tức là hệ số truyền nhiệt của tủ phải nhỏ hơn của môi trường xung quanh.

Nhiệt độ đọng sương: tủ được đặt trong phòng kín có điều hòa nhiệt độ t1 = 25 o C, độ ẩm φ = 70% Do đó, tra đồ thị h – d của không khí ẩm ta có ts = 18 o C

Vì kt < ks nên bề ngoài vách không đọng sương.

Tính chọn tủ đông băng chuyền IQF

Năng suất cấp đông của phân xưởng trong một mẻ đạt 1500kg Dựa trên kết quả tính toán, năng suất cấp đông được lựa chọn cho hệ thống IQF là 500kg/h.

Cấu tạo: Tủ đông băng chuyền có dạng hình hộp với kích thước phủ bì của tủ là

Tủ đông có kích thước 6.500 × 3.500 × 3.950 mm với nhiều cửa ở hai bên Bên trong, băng chuyền vận chuyển sản phẩm cấp đông hoạt động nhờ động cơ, được hỗ trợ bởi các tấm định hướng gió ở trên và dưới, giúp không khí lạnh tiếp xúc nhanh và đều với sản phẩm Bên hông tủ đông được lắp đặt các dàn lạnh, trên đó có quạt gió, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt bằng cách hút không khí qua dàn lạnh và thổi không khí lạnh vào sản phẩm.

Tốc độ của băng chuyền được điều chỉnh liên tục thông qua việc điều chỉnh mô tơ truyền động Việc thay đổi tốc độ mô tơ được thực hiện nhờ vào bộ biến đổi tần số, cho phép điều chỉnh linh hoạt và hiệu quả.

Tôm sú được sắp xếp đều trên băng chuyền trước cửa tủ, nơi nguyên liệu được chuyển vào Tại đây, quá trình trao đổi nhiệt cưỡng bức diễn ra nhờ quạt gió Sản phẩm có nhiệt độ cao nhả nhiệt vào không khí lạnh, làm cho không khí này nóng lên Sau đó, quạt gió hút không khí nóng qua dàn lạnh và thổi trở lại vào sản phẩm.

Quá trình trao đổi nhiệt giữa sản phẩm và không khí lạnh trong tủ được thực hiện liên tục trong suốt quá trình sản phẩm đi trong tủ

IQF được chọn có các thông số chính như sau:

 Kích thước: Kích thước phủ bì: 6.500 × 3.500 × 3.950 mm

Chiều cao đầu nạp: 950 mm Chiều cao đầu ra vật liệu: 950 mm Chiều rộng băng tải: 500 mm

 Công suất cấp đông: Sản phẩm cấp đông: Tôm sú dạng rời

Nhiệt độ sản phẩm đầu vào: 10 ÷ 15 o C Nhiệt độ sản phẩm đầu ra: -18 o C

Nhiệt độ dàn lạnh: -40 o C ÷ -45 o C Công suất sản phẩm: 500 kg/h

 Số lượng quạt dàn lạnh: 2 cái, thể tích gió tuần hoàn trong dàn lạnh là 1000 m 3 /phút Mỗi quạt thổi 125 m 3 /phút, công suất 3,7 kW

 Môi chất lạnh NH3 dùng làm dịch bơm tuần hoàn.

Tính toán phụ tải nhiệt cho thiết bị cấp đông IQF

Tải nhiệt phụ tải nhiệt cho thiết bị cấp đông IQF [20]:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4, W (3.31) Trong đó : Q1 [kW] - Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che

Q2 [kW] - Nhiệt lượng do sản phẩm tạo ra

Q3 [kW] - Lượng nhiệt do thông gió

Q4 [kW] - Lượng nhiệt tổn thất do vận hành

3.7.1 Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q 1

Q1 = Q11 + Q12, kW (3.32) a Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q 11

Q11 = kt × F × (t1−t2), kW (3.33) Trong đó: kt = 0,163 W/m 2 K: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực

F: diện tích bề mặt kết cấu bao che của 2 cửa:

= 2×(6,5+3,5) ×2,85 + 2×(6,5×3,5) = 102,5 m 2 Vậy tổn thất nhiệt lượng qua kết cấu bao che:

Q11 = kt × F × (t1 – t2) = 0,163 × 102,5 × (25 – (-45)) = 1169,5 W = 1,1695 kW b Tổn thất nhiệt do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Q 12

Vì tủ được đặt trong nhà kín nên xem như Q12 = 0

Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che:

3.7.2 Nhiệt lượng do sản phẩm tạo ra Q 2

Q2 = Q2sp + Q2bc ,kW (3.35) a Lượng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 2sp

Q2sp = Mđ (i2 – i1), kW (3.36) Trong đó: Mđ = 1500kg/mẻ – công suất cấp đông

Nhiệt độ tôm sú trước và sau khi xử lý lạnh: tspv = 10 o C tương ứng i1 = 301 [kJ/kg] tspr = -18 o C tương ứng i2 = 5 kJ/kg τ: thời gian cấp đông τ = 3h

3 × 3600 = 41,111 𝑘𝑊 b Lượng nhiệt do băng chuyền mang vào Q 2bc

Q2bc = Mbc.Cbc.(t1−t2), kW (3.37) Trong đó: Cbc = 0,45 kJ/(kg.K) - nhiệt dung riêng của lưới thép inox;

Băng chuyền làm thép không rỉ có các thông số như sau :

- Khối lượng riêng của thép: 𝜌 = 7900 kg/m 2 ;

- Chiều dày của băng chuyền: 𝛿bc = 0,002 m ;

- Diện tích 1m chiều dài băng chuyền:

- Tốc độ băng chuyền: vbc = 0,154 m/s;

- Thể tích 1m chiều dài băng chuyền:

- Băng chuyền có cấu tạo dạng lưới nên thể tích thực tế của 1m băng chuyền:

- Khối lượng tĩnh của 1m băng chuyền: mbc = 𝜌.Vtt = 7900 × 0,00033 = 2,607 kg (3.41)

- Khối lượng động của 1m băng chuyền được tính:

Ta có: t1bc = -25 o C nhiệt độ trung bình vào của băng chuyền; t2bc = -45 o C nhiệt độ trung bình ra của băng chuyền

Q2bc = 2.Mbc.Cbc.(t1bc – t2bc) = 2 × 0,4015 × 0,45 × (-25 – (-45)) = 7,227 kW

Số ‘2’ là vì băng chuyền có hai đầu: vào, ra

Vậy tổn thất nhiệt do sản phẩm:

3.7.3 Lượng nhiệt do thông gió Q 3

Q3 = Gkk×Ckk× (t1 – t2), kW (3.43) Trong đó:

- Ckk = 1,0036 kJ/(kg.K): nhiệt dung riêng của không khí;

- t1 = 25 o C: nhiệt độ không khí trước khi lọt vào thiết bị;

- t2 = -45 o C: nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị;

- Gkk: khối lượng không khí lọt vào thiết bị, kg/s;

- Chiều rộng của băng chuyền: Bbc = 0,5m;

- Đường kính ở đầu vào (ra) của băng chuyền: d 𝑡𝑔 = 2 × 0.2

- Tốc độ không khí đối lưu trong phòng: vbc = 2m/s;

- Tốc độ không khí qua cửa ra (vào) của băng chuyền: vkk = 0,5.vbc = 0,5×2 = 1m/s (3.45)

- Khối lượng riêng của không khí: 𝜌kk = 1,293 kg/m 3 ;

- Độ cao ngăn cản sản phẩm rơi ra ngoài và độ dày băng chuyền: 𝛿 = 0,04m;

- Khe hở giữa mép bên của băng chuyền với các mép của cửa: ∆ = 0,02m;

- Khoảng cách giữa vây ngăn cản sản phẩm với mép dưới cửa: 0,02m;

Kích thước cửa băng chuyền được xác định:

= (0,5 + 2 × 0,02) × (2 × 0,04 + 2 × 0,02 + 0,13) = 0,135 m 2 Lượng không khí lọt vào qua cửa ra của sản phẩm:

Gkk = vkk.Bc.Hc.𝜌kk (3.47) = 1 × 0,135 × 1,293 = 0,17 kg/s

3.7.4 Lượng nhiệt tổn thất do vận hành Q 4

Q41: tổn thất nhiệt do chiếu sáng, kW;

Q42: tổn thất nhiệt do xả băng, kW;

Q43: tổn thất nhiệt do các động cơ, kW;

Q44: tổn thất nhiệt do mở cửa, kW

Vì buồng cấp đông kín nên bỏ qua tổn thất nhiệt Q41, Q42, Q44

Với: Ni - công suất động cơ điện, kW

Vậy tổn thất do vận hành: Q4 = Q43 = 12 kW

Từ đó, tải nhiệt phụ tải nhiệt cho thiết bị cấp đông IQF là:

Xác định tải nhiệt cho máy nén

Trong đó: k = 1,047 - hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh; b = 1,0: hiệu số thời gian làm việc

Bảng 3.2 Các thông số về nhiệt lượng của hệ thống cấp đông IQF

Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che

Nhiệt do sản phẩm tạo ra

Nhiệt tổn thất do vận hành

Tải nhiệt cho thiết bị

Tải nhiệt cho máy nén

1,1695 kW 48,338 kW 11,94 kW 12 kW 73,48 kW 76,9 kW

Tính toán hệ thống thiết bị chính

3.9.1 Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén

3.9.1.1 Xây dựng chu trình nhiệt độ của máy nén

Em sử dụng môi chất NH3 là môi chất lạnh cho hệ thống cấp đông IQF năng suất 1500kg/mẻ

Xác định nhiệt độ ngưng tụ

Hệ thống lạnh có thông số nhiệt và độ ẩm như sau:

Từ hai thông số trên, tra đồ thị i – d ta có nhiệt độ nước tuần hoàn là tw = 33°C Trong đó:

∆tk = (3 ÷ 5)°C: nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ của nước từ 3 đến 5°C; tw2: nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng; tw1: nhiệt độ nước khi vào bình ngưng;

Không khí môi trường ở Thành phố Hồ Chí Minh có:

 Nhiệt độ trung bình: tmt = 35 o C

 Độ ẩm: 𝜑 = 78%, tra đồ thị h-d ta có tu = 32 o C

Nhiệt độ nước vào dàn ngưng được tính theo công thức tw1 = tu + 3 o C, với kết quả là tw1 = 35°C Để xác định nhiệt độ nước ra, ta sử dụng công thức tw2 = tw1 + Δtw, trong đó Δtw được chọn là 2°C, dẫn đến tw2 = 37°C Cuối cùng, nhiệt độ ngưng tụ được tính bằng công thức tk = tw2 + Δtk.

Với Δtk: độ chênh lệch nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Với Δtk= 2 ÷ 6°C

Với thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi, độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tự và nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị thường không lớn Do đó, có thể chọn giá trị Δtk là 3°C.

Vậy nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất là: tk = 37 + 3 = 40°C

Xác định nhiệt độ sôi của môi chất

Nhiệt độ sôi của môi chất trong hệ thống tủ đông băng chuyền IQF phụ thuộc vào nhiệt độ không khí trong tủ, thường dao động từ -35 đến -50°C, tùy thuộc vào chất lượng thiết bị và điều kiện vận hành Đối với hệ thống này, nhiệt độ không khí được chọn là -45°C Nhiệt độ sôi của môi chất thấp hơn nhiệt độ không khí trong tủ khoảng 5 đến 6°C, do đó, nhiệt độ sôi của môi chất được tính là -50°C Độ chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường cần làm lạnh và nhiệt độ sôi của môi chất là 5°C.

Xác định nhiệt độ quá nhiệt của môi chất

Nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén, được gọi là nhiệt độ hơi hút, luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, hơi hút vào máy nén cần phải là hơi quá nhiệt Công thức tính nhiệt độ hơi hút là tqn = to + (5 ÷ 15)°C.

Do nhiệt độ cuối tầm nén của môi chất NH3 là tương đối cao nên cần giảm độ quá nhiệt càng nhỏ càng tốt

Vậy ta chọn độ quá nhiệt là: Δtqn = Δtql = 5°C

Nhiệt độ quá nhiệt cho hệ thống IQF là: tqn = -50 + 5 = -45°C

Xác định nhiệt độ hút hơi về máy nén

Nhiệt độ hơi hút vào máy nén luôn cao hơn nhiệt độ sôi của môi chất, cụ thể với môi chất NH3, nhiệt độ hơi hút cao hơn từ 5 đến 15°C Công thức tính toán được thể hiện như sau: th = to + ∆th = to + (5÷ 15)°C, trong đó to là nhiệt độ sôi Ví dụ, với to = -50°C, ta có th = -50 + 10 = -40°C.

Xác định nhiệt độ quá lạnh của môi chất

Nhiệt độ môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu được xác định là tql = tw1 + Δtql = 35 + 3 = 38°C Thông số ban đầu của môi chất lạnh NH3 được trình bày trong Bảng 3.3.

Nhiệt độ sôi của môi chất t0 = -50 o C Áp suất bay hơi của môi chất p0 = 0,41 bar

Nhiệt độ ngưng tụ tk = 40 o C Áp suất ngưng tụ pk = 15,56 bar

Xác định nhiệt độ quá lạnh lỏng trong thiết bị trao đổi nhiệt chéo của bình trung gian của hệ thống IQF

Từ tk = 40°C, ta có pk = 15,56 bar to = -50°C, ta có po = 0,41 bar

Vậy áp suất trung gian là [14]:

Từ Ptg = 2,53 bar, ta có ttg = -13°C

Nhiệt độ quá lạnh lỏng trong thiết bị trao đổi nhiệt chéo của bình trung gian: tql = ttg + Δtql = -13 + 5 = -8 o C (3.62) Với: Δtql = 5℃

Để đông lạnh tôm sú hiệu quả, cần sử dụng máy hai cấp nén cho thiết bị lạnh đông IQF, với môi chất lạnh NH3 Hệ thống này bao gồm 2 tiết lưu và bình trung gian có ống xoắn, giúp tối ưu hóa quá trình đông lạnh.

[4] Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh 2 cấp nén được thể hiện như hình sau:

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị của hệ thống lạnh hai cấp nén (NHA: máy nén hạ áp; NCA: máy nén cao áp; NT: thiết bị ngưng tụ;

BTG (bình trung gian), BH (thiết bị bay hơi) và TL (van tiết lưu) là các thành phần quan trọng trong chu trình nhiệt Trạng thái nhiệt tại các điểm trong chu trình cùng với các tham số nhiệt ở điểm nút được thể hiện rõ ràng, giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất và hoạt động của hệ thống.

2 đồ thị là đồ thị T-S và logP-i:

Hình 3.2 Chu trình biểu diễn trên đồ thị T – S

Hình 3.3 Chu trình biểu diễn đồ thị trên lgP – i

Với 10 điểm mút tương ứng như sau:

 3: hơi bão hòa: t3 = ttg, p3 = ptg

 5’: lỏng sau quá lạnh tại thiết bị ngưng tụ

 8: lỏng bão hòa trong bình trung gian

 9: lỏng sau quá lạnh tại bình trung gian

 10: hơi ẩm sau khi qua van tiết lưu 2

Bảng 3.4 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh cấp đông IQF Điểm T ( O C) P (bar) i (kJ/kg) v (m 3 /kg) S (kJ/(kg.K)

3.9.1.3 Tính toán phần thấp áp

Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0 = i1’ – i10 (3.64)

= 1690 – 317,6 = 1372,4 kJ/kg Lưu lượng gas qua máy nén tầm thấp:

Thể tích hút hơi thực tế:

V tt 1 = G1 × v1’ = 0,05 × 0,96 = 0,048 m 3 /s (3.66) Đối với hệ số cấp máy nén, ta có thể xác định hệ số cấp máy nén bằng cách tra đồ thị theo tỉ số nén: β =p k p 0 ,56

Hệ số cấp của máy nén hạ áp: λ HA 1 = [𝑃 0 − 𝛥𝑃 0

Hệ số không gian có hại C1 là 0,05, trong khi tổn thất áp suất ở bình trung gian ΔPtg là 0,051 kg/cm² và tổn thất áp suất ở phần thấp áp ΔP0 cũng là 0,051 kg/cm² Số mũ đa biến n được xác định là 1, tương ứng với đoạn nhiệt.

Thể tích hút lý thuyết của máy nén cấp 1

Công đoạn nén đoạn nhiệt cấp hạ áp:

−13+273,17 = 0,858 (3.72) b: hệ số thực nghiệm đối với máy nén NH3, chọn b = 0,001

𝑁 𝑚𝑠 1 = 𝑉 𝑡𝑡 1 × 𝑝 𝑚𝑠 = 0,048 × 0,05 10 3 = 2,4 kW (3.74) Trong đó: pms = 0,049 ÷ 0,069 [Mpa] - công suất ma sát riêng Với máy nén NH3 ta chọn pms = 0,05 [Mpa]

N e 1 = N i 1 + N ms 1 = 16,17 + 2,4 = 18,57 kW (3.75) Công suất tiếp điện cấp hạ áp:

Với: 𝜂 𝑡đ là hiệu suất truyền động Ở đây ta chọn máy nén hở truyền động bằng các khớp thẳng Chọn 𝜂 𝑡đ = 0,95

𝜂 𝑒𝑙 = 0,8 ÷ 0,96 - hiệu suất động cơ điện Chọn 𝜂 𝑒𝑙 = 0,85

3.9.1.4 Tính toán phần cao áp Để xác định lượng gas thực tế qua phần nén cao áp, ta giải phương trình cân bằng enthalpy ở bình trung gian có ống xoắn như sau:

Hình 3.4 Bình trung gian ống xoắn

1753,8 − 668,4 = 0,058 kg/s Thế tích hút hơi thực tế: V tt 2 = G3 × v3 (3.78)

Hệ số cấp của máy nén cao áp: λ CA 2 = [𝑃 𝑡𝑔 − 𝛥𝑃 𝑡𝑔

Khi tính toán áp suất trong hệ thống, ta có công thức 40 + 273,15 = 0,6 Hệ số không gian có hại được xác định là C2 = 0,05 Tổn thất áp suất ở bình trung gian là ΔPtg = 0,051 kg/cm², trong khi tổn thất áp suất ở phần cao áp là ΔPk = 0,051 kg/cm² Cuối cùng, n = 1 đại diện cho số mũ đa biến hay đoạn nhiệt trong tính toán.

Thể tích hút lý thuyết của máy nén cấp 2:

Công đoạn nén đoạn nhiệt:

N s 2 = G3 × (i4 – i3) = 0,058 × (2010 – 1753,8) = 14,86 kW (3.81) Hiệu suất chỉ thị:

40 + 273,17 = 0,831 (3.83) b: hệ số thực nghiệm đối với máy nén NH3, chọn b = 0,001

N ms 2 = V tt 2 P ms = 0,02 × 0,05 10 3 = 1 kW (3.85) Trong đó: pms2 = 0,049 ÷ 0,069 MPa - công suất ma sát riêng Với máy nén NH3 ta chọn pms = 0,05 MPa

Công suất hiệu dụng: N e 2 = N i 2 + N ms 2 = 18,16 + 1 = 19,16 kW (3.86) Công suất tiếp điện cấp cao áp:

Với: 𝜂 𝑡đ là hiệu suất truyền động Ở đây ta chọn máy nén hở truyền động bằng các khớp thẳng Chọn 𝜂 𝑡đ = 0,95

𝜂 𝑒𝑙 = 0,8 ÷ 0,96 - hiệu suất động cơ điện Chọn 𝜂 𝑒𝑙 = 0,95

Tổng công suất tiếp điện động cơ cả hai tầm nén:

Nel = Ne1 + Ne2 = 22,99 + 21,22 = 44,21 kW (3.88) Bảng 3.5 Kết quả tính toán chu trình nhiệt của máy nén

STT Tên đại lượng Hạ áp Cao áp Đơn vị

1 Năng suất lạnh riêng 1372,4 1372,4 kJ/kg

2 Công nén riêng từng phần 262 256,2 kJ/kg

3 Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén 0,05 0,058 kg/s

4 Thể tích hút thực tế của máy nén 0,048 0,02 m 3 /s

5 Hệ số cấp máy nén 0,52 0,60 -

6 Công nén đoạn nhiệt 13,1 14,86 kW

7 Công suất chỉ thị 16,17 18,16 kW

8 Công suất ma sát 2,4 1 kW

9 Công suất hiệu dụng 18,57 19,16 kW

10 Công suất tiếp điện 22,99 21,22 kW

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy nén, nhưng trong lĩnh vực cấp đông thủy sản như tôm sú, máy nén trục vít và máy nén piston là hai loại phổ biến nhất.

Máy nén piston là thiết bị quan trọng trong hệ thống máy lạnh với công suất lớn Để thiết kế hệ thống cấp đông hiệu quả cho hệ thống cấp đông liên hoàn, chúng tôi đã lựa chọn máy nén piston thương hiệu MYCOM.

Khi chọn máy nén, nguyên tắc quan trọng là năng suất lạnh của máy nén phải lớn hơn năng suất lạnh tính toán Đồng thời, cần lựa chọn máy nén ở chế độ khắc nghiệt nhất để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động tối ưu cho thiết bị.

Công suất lắp đặt của động cơ cần được tính toán để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động, đặc biệt khi gặp phải chế độ tải không ổn định hoặc sự cố bất thường làm tăng tải máy nén Để đáp ứng những yêu cầu này, công suất lắp đặt phải lớn hơn công suất tiêu thụ, với hệ số dự trữ β từ 1,1 đến 1,5 Trong trường hợp này, hệ số β được chọn là 1,1 để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và an toàn.

Tính toán hệ thống thiết bị phụ

3.10.1 Tính chọn bình trung gian

Thiết bị trung gian được cấu tạo dạng ống xoắn ruột gà gồm:

 Ống xoắn làm bằng thép

 Hai chùm ống xoắn lồng vào nhau với đường kính trung bình là: D1 = 0,3 m; D2

 Ống thép có dng = 0,025 m = 25 mm; dtr = 0,02 m = 20 mm

Tốc độ môi chất lạnh NH3 đi trong ống xoắn được xác định:

Tại trạng thái 5 (x = 0, tk = 40℃) trước khi vào ống xoắn, tra đồ thị P-h sẽ tìm được v5 = 0,093 m 3 /kg; v = 0,2574.10 -6 m 2 /s; Pr = 1,486;  = 0,5 kJ/(kg.K)

0,2574 10 −6 = 1149961,15 > 104 (3.118) Phương trình chuẩn số Nusselt được xác định:

Vì 1/dtr = 1/0,02 ≥ 50, nên hệ số hiệu chỉnh 1 = 1

0,02 = 43921,15 W/(𝑚 2 K) (3.121) Bán kính uốn cong trong bình của chùm ống xoắn:

Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn:

x = 1 + 1,8.dtr/R = 1 + 1,8.0,02/0,175 = 1,21 (3.123) Vậy hệ số tỏa nhiệt sau khi hiệu chỉnh:

w = w’.x = 43921,15×1,21 = 53144,59 (3.124) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của bình trung gian là:

Mức độ dòng nhiệt NH3 lỏng trong lòng ống xoắn:

Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của chất tải lạnh và nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt được ký hiệu là s, trong đó s = tw – ts Nhiệt độ trung bình của chất lỏng NH3 trong ống xoắn ruột gà và nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn được thể hiện qua công thức tw = t w + t ql.

Nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn và nhiệt độ sôi của NH3 bên ngoài ống xoắn trong bình trung gian được xác định qua công thức: tw +  = t0 + m + tv – t0 = m + tv Từ đó, ta có mối quan hệ (m + tv) = (tw – tv).

= 549,81 × (21,58 – θ) Mật độ dòng nhiệt phía ngoài ống (NH3 sôi) được qui đổi theo bề mặt trong ống được tính theo công thức sau:

Vì qq.tr = qw.tr nên sẽ có 580 × 0,025

  = 4,62 o C Như vậy, mật độ dòng nhiệt được xác định: qw.tr = 549,81 × (21,58 – 4,62) = 9324,7 W/m 2 (3.131) Nhiệt tỏa của thiết bị làm mát trung gian (bình trung gian):

Qtg = G1 × (h5 – h9) = 0,05 × (668,4 – 472,4) = 9,8 kW (3.132) Diện tích truyền nhiệt của ống xoắn

9324,7 = 1,051 𝑚 2 (3.133) Tổng chiều dài ống xoắn

Số vòng xoắn trên mỗi chùm xoắn là

3,14 (0,3 + 0,4) = 7,6  𝑛 = 8 𝑣ò𝑛𝑔 (3.135) Chiều cao các chùm xoắn khi vòng này cách vòng kia  = 50 mm thì:

Hx = n.dng + (n – 1)  = 8 × 25 + (8 – 1) × 50 = 550 mm (3.136) Chiều cao của bình trung gian:

Chọn khoảng cách từ vòng xoắn cuối cùng đến đáy dưới 1 = 400 mm; khoảng cách vòng xoắn trên cùng đến đáy trên là H0x = 1000 mm Như vậy:

Htg = Hx + 1 + H0x = 550 + 400 + 1000 = 1950 mm (3.137) Đường kính của bình trung gian:

Dtg = D2 + 2.2 = 0,4 + 2 × 0,025 = 0,45 m (3.138) Với: 2 = 0,025 m là khoảng cách từ vòng xoắn ở chùm xoắn lớn đến thành bình trung gian

Dựa trên các kết quả tính toán, tôi đã lựa chọn bình trung gian cho hệ thống cấp đông băng chuyền phẳng IQF, cụ thể là loại có kí hiệu 40πC3 với các thông số kỹ thuật phù hợp.

 Đường kính trong: Di = 406 mm

 Diện tích bề mặt ống xoắn: 1,75 m 2

3.10.2 Tính chọn bình tách dầu Đường kính bình tách dầu được tính theo công thức:

Bình tách dầu cho hệ thống cấp đông được khuyến nghị là loại dòng xoáy cyclon OVS.400/3 với các thông số kỹ thuật như sau: đường kính D = 0,24 m (240 mm), chiều cao H = 2500 mm, thể tích 0,4 m³ và khối lượng 410 kg.

3.10.3 Tính chọn bình chứa thấp áp

Bình chứa thấp áp phải có thể tích tối thiểu bằng tổng thể tích của dàn lạnh để đảm bảo cung cấp dịch lỏng cho dàn lạnh và tuần hoàn trở lại bình Nó cũng đóng vai trò như bình tách lỏng Trong hệ thống cấp đông băng chuyền phẳng IQF, một bình chứa thấp áp có thể cấp dịch tuần hoàn cho 2 hệ thống IQF, mỗi hệ thống có 4 dàn lạnh, do đó tổng số dàn lạnh mà một bình chứa thấp áp cần cung cấp dịch tuần hoàn là 8 dàn.

Mỗi dàn lạnh gồm n = 64 ống, mỗi ống dài L = 2m, đường kính trong của ống d

= 25mm Mỗi dàn lạnh có một ống góp lỏng có đường kính trong d1 = 50mm, dài L1

Một hệ thống ống dẫn khí gồm một ống góp hơi với đường kính trong d2 = 75mm và chiều dài L2 = 30cm Đường ống nối từ bơm dịch đến dàn lạnh có đường kính trong L3 = 30mm, với khoảng cách giữa bơm dịch và dàn lạnh là 30m.

Thể tích ống dẫn môi chất lạnh đến dàn lạnh và ống dẫn hơi về bình chứa cao áp dài 1,27m là:

Thể tích bình chứa được tính bằng công thức Vbc = Vdl + V2, với Vdl = 0,5045 m³ và V2 = 8,104 x 10^-3 m³, cho kết quả Vbc = 0,5126 m³ Theo tiêu chuẩn an toàn, mức dịch tối đa cho bình chứa thấp áp là 60% thể tích bình chứa Do đó, bình chứa thấp áp được chọn có thể tích VBCTA = 0,5 m³.

Chọn bình chứa thấp áp có kí hiệu 0,4PB

Thông số kỹ thuật của bình chứa thấp áp:

3.10.4 Tính chọn bình chứa cao áp

Thể tích bình chứa cao áp được xác định như sau:

VCA = 1,2 × (75% × V + 30% × VBCTA) (3.142) Trong đó: VCA – thể tích bình chứa cao áp

V – thể tích dàn lạnh IQF

Vậy thể tích bình chứa cao áp là:

VCA = 1,2 × (0,75 × 0,5045 + 0,3 × 0,3) = 0,562 m 3 (3.143) Chọn bình chứa thấp áp có kí hiệu 0,75PB

Thông số kỹ thuật của bình chứa cao áp:

3.10.5 Tính chọn van tiết lưu

Trong hệ thống hai cấp nén, việc lựa chọn và tính toán hai van tiết lưu là rất quan trọng Van tiết lưu đầu tiên được sử dụng cho bình trung gian, trong khi van thứ hai phục vụ cho tủ cấp đông.

Tiết diện của van tiết lưu cho hệ thống lạnh có thể sử dụng phương trình sau đây:

 = (0,50,8) = 0,8 - hệ số nén của dòng chảy qua van tiết lưu;

P (kg/m 2 ): độ chênh lệch áp suất trước và sau van tiết lưu;

G = 9,81 m/s 2 : gia tốc trọng trường của Trái Đất;

 (kg/m 3 ): khối lượng riêng môi chất lạnh trước khi qua van tiết lưu; mtt (kg/s): năng suất lạnh của hệ thống lạnh

F (m 2 ): tiết diện ngang của van tiết lưu

3.10.5.1 Chọn van tiết lưu cho thiết bị làm mát trung gian

Với: P = Pk – Ptg = 15,56 – 2,53 (3.145) = 13,03 kg/cm 2 = 13,03 × 10 4 kg/m 2 mtt = m2 – m1 = 0,0687 - 0,05 = 0,0187 kg/s (3.146) v5 = 0,0882.10 -3 m 3 /kg

Chọn van tiết lưu, kim van có thể điều chỉnh khe hẹp có kích thước từ 3.10 -4 mm

3.10.5.2 Chọn van tiết lưu cho thiết bị ngưng tụ bay hơi

Với: P = Pk – P0 = 15,56 – 0,41 = 15,15 kg/cm 2 = 15,15.10 4 kg/m 2 (3.149) m1 = 0,05 kg/s v7 = 1,5463.10 -3 m 3 /kg

= 2,016.10 -6 m = 2,016.10 -3 mm Vậy chọn van tiết lưu, kim van có thể điều chỉnh khe hẹp có kích thước từ (1,0  1,28).10 -3 mm.

Tính toán đường ống trong hệ thống

3.11.1 Tính toán chọn đường ống hút và đẩy ở máy nén hạ áp

Lưu lượng tuần hoàn qua máy nén hạ áp: m1 = 0,05 kg/s; v1’ = 1,55 m 3 /kg;  3,14; chọn wh = 10,5 m/s; wd = 15 m/s

Vậy có thể chọn dh HA: ∅97x7 (mm); dd HA: ∅82x7 (mm)

3.11.2 Tính toán chọn đường ống hút và đẩy ở máy nén cao áp

Lưu lượng NH3 tuần hoàn qua máy nén cao áp: m2 = 0,0687 kg/s; v3 = 0,368 m 3 /kg;

Vậy có thể chọn dh CA: ∅52x7 (mm); dd HA: ∅45x7 (mm)

XÂY DỰNG BẢN VẼ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Bản vẽ sơ đồ nguyên lý

Hình 4.1 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông IQF

Bộ hồ sơ bản vẽ kỹ thuật

Hình 4.3 Bản vẽ kỹ thuật thiết bị ngưng tụ dạng bay hơi

Hình 4.5 Bản vẽ kỹ thuật bình trung gian có ống xoắn

Hình 4.6 Bản vẽ kỹ thuật bình tách dầu kiểu nón chắn

Hình 4.7 Bản vẽ kỹ thuật bình chứa hạ áp

THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH118 5.1 Hệ thống điều khiển hệ thống lạnh

Lắp đặt hệ thống điện

Trong hệ thống lạnh, việc duy trì chế độ vận hành tối ưu và bảo vệ tự động các thiết bị khỏi những tình huống nguy hiểm là rất quan trọng, và điều này được thực hiện nhờ vào mạch điều khiển Mạch điều khiển mang lại ưu điểm nổi bật về độ chính xác và tốc độ, giúp giảm tiêu hao điện năng đồng thời đảm bảo yêu cầu bảo quản và an toàn cho người lao động.

Hệ thống điện gồm hai phần chính

Hai phần này liên quan chặt chẽ, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn Các điều kiện cần thiết để máy nén hoạt động đúng cách.

 Không có sự cố quá dòng trong mạch điều khiển

 Không có sự cố áp suất hút thấp và áp suất nén cao

 Quạt và dàn ngưng đã hoạt động

 Không có sự cố áp lực dầu hoặc lưu lượng dầu, mực dầu

 Không có sự cố áp lực nước

Vận hành hệ thống máy và thiết bị lạnh yêu cầu ưu tiên hàng đầu về an toàn cho con người, sau đó mới đến an toàn cho máy móc Các thiết bị cần hoạt động nhịp nhàng với thông số ổn định để tối ưu hóa quy trình công nghệ, tăng độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ hệ thống Để đáp ứng những yêu cầu này, ngoài các quy tắc an toàn trong thiết kế và lắp đặt, hệ thống lạnh cần được vận hành an toàn với hiệu suất cao Việc tự động hóa trong điều khiển và thao tác thiết bị là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển

Các hệ thống lạnh cần thiết bị tự động để điều chỉnh các yếu tố quan trọng như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức lỏng và lưu lượng Các thiết bị bảo vệ góp phần tăng cường độ kín và độ tinh khiết Quá trình tự động hóa trong hệ thống lạnh, bao gồm điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ, rất phức tạp, do đó sơ đồ điều khiển điện cũng phức tạp hơn so với hệ thống lạnh Yêu cầu chính cho công tác tự động hóa trong một hệ thống lạnh bao gồm việc quản lý hiệu quả máy nén.

Bảo vệ quá tải cho máy nén công nghiệp bao gồm việc giám sát các yếu tố như dòng điện, nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ chi tiết chuyển động, nhiệt độ dầu, áp suất đầu đẩy và áp suất hút Cần điều chỉnh năng suất lạnh để phù hợp với yêu cầu sử dụng, đồng thời bảo vệ hệ thống làm mát bằng cách theo dõi nhiệt độ và lưu lượng nước Thiết bị ngưng tụ cũng cần được điều chỉnh, phân thành hai loại chính để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

 Bình ngưng làm mát bằng nước: điều chỉnh áp suất ngưng tụ, điều chỉnh lưu lượng nước làm mát (vận hành kinh tế)

 Dàn ngưng làm mát bằng không khí: lưu lượng không khí, giữ áp suất ngưng tụ tối thiểu

Thiết bị điều chỉnh mức lỏng trong bình ngưng hoặc bình chứa có vai trò quan trọng trong việc cung cấp lỏng cho dàn bay hơi, thường sử dụng van điều chỉnh kiểu phao áp suất cao Ngoài ra, thiết bị bay hơi cũng là một phần không thể thiếu trong hệ thống này.

Các thiết bị điều chỉnh cho dàn bay hơi bao gồm thiết bị cấp lỏng, đảm bảo cung cấp đủ lượng lỏng để tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt, đồng thời giữ cho hơi hút về máy nén ở trạng thái khô, tránh va đập thủy lực Ngoài ra, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất bay hơi, cũng như thực hiện việc phá băng để ngăn chặn lớp tuyết dày cản trở quá trình trao đổi nhiệt.

Các thiết bị tự động trong phòng lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định, không vượt quá giới hạn cho phép Những thiết bị này thường liên kết chặt chẽ với nhau, đặc biệt là trong việc điều khiển điện của máy nén, điều chỉnh tốc độ vòng quay và năng suất lạnh của máy nén, cũng như thực hiện các chức năng như phá băng và điều chỉnh nhiệt độ phòng lạnh.

Vận hành hệ thống lạnh

5.2.1 Nhiệm vụ vận hành máy trong hệ thống lạnh

Để duy trì hoạt động ổn định của hệ thống, cần đạt được các chế độ nhiệt độ và độ ẩm theo yêu cầu sử dụng, đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Việc phát hiện hư hỏng và sự cố kịp thời cũng rất quan trọng để khắc phục trong các điều kiện được quy định trong quy trình vận hành và kỹ thuật an toàn vệ sinh.

Ngày càng nhiều thiết bị lạnh công nghiệp được hoàn toàn tự động hóa, nhưng việc thiết lập chế độ giám sát và quản lý của con người vẫn cần thiết và phải được tổ chức một cách hợp lý.

Trong các hệ thống thiết bị lạnh có mức độ tự động hóa thấp, việc tổ chức trực theo ca là cần thiết Điều này bao gồm sự phối hợp giữa các công nhân kỹ thuật lạnh và công nhân điện làm việc theo ca để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Các phương tiện hỗ trợ công nhân trong hệ thống lạnh bao gồm sơ đồ bố trí máy móc, thiết bị, sơ đồ điện và ống dẫn môi chất Ngoài ra, cần có các quy trình hướng dẫn vận hành, xử lý sự cố, quy định về vệ sinh an toàn, phòng chống cháy nổ, cấp cứu người bị nạn, cùng với sổ theo dõi vận hành và các phương tiện kiểm tra Các phụ tùng thay thế và tủ thuốc cấp cứu cũng cần được chuẩn bị sẵn trong phòng máy.

5.2.3 Điều kiện làm việc bình thường của hệ thống lạnh

Hệ thống lạnh được coi là làm việc bình thường trong những điều kiện chủ yếu sau đây:

1 Đảm bảo trị số cho phép của nhiệt độ và độ ẩm trong các phòng lạnh và các đối tượng làm lạnh khác theo yêu cầu

2 Đảm bảo các chỉ tiêu chế độ làm việc của máy và thiết bị như:

 Thiết bị bay hơi: nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 3 đến 5K Nhiệt độ trong phòng lạnh cao hơn nhiệt độ nước muối 8 ÷ 10K

Thiết bị ngưng tụ hoạt động khi nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 4 ÷ 8K hoặc cao hơn nhiệt độ không khí từ 8 ÷ 12K Khi nước đi qua bình ngưng, nhiệt độ của nó tăng khoảng 5 ÷ 7K Đồng thời, áp suất ngưng tụ và áp suất trong thiết bị bay hơi không được chênh lệch quá 12 bar.

Máy nén có tỉ số nén trong một cấp không vượt quá 9, với nhiệt độ đầu hút cao hơn nhiệt độ bay hơi từ 5 đến 8K Trong máy nén hai cấp, nhiệt độ hút của xi lanh hạ áp phải cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 10K, trong khi nhiệt độ đầu hút của xi lanh cao áp cao hơn nhiệt độ sôi ở áp suất trung gian khoảng 5K Đối với hệ thống máy lạnh amoniac, nhiệt độ đầu đẩy của máy nén một cấp không vượt quá 145°C, và ở máy nén hai cấp, nhiệt độ đầu đẩy của xi lanh hạ áp dao động từ 60 đến 80°C, còn của xi lanh cao áp phụ thuộc vào nhiệt độ hơi trong bình trung gian và nhiệt độ ngưng tụ nhưng không cao quá 115°C Áp suất dầu cần duy trì lớn hơn áp suất hút từ 1,5 đến 2 bar, trong khi nhiệt độ dầu trong hệ thống bôi trơn không được vượt quá 60°C Nhiệt độ nước ra khỏi áo nước làm mát máy nén không cao hơn 45°C, và nhiệt độ vỏ máy không được vượt quá 50°C.

3 Trong các phòng máy, phòng thiết bị, các phòng lạnh, các đường dẫn nước, cửa thoát các van xả, van an toàn trong hệ thống amoniac phải đảm bảo không có môi chất

4 Máy nén, hệ thống thiết bị và các dụng cụ kiểm tra đo lường tự động điều chỉnh, làm việc bình thường (không rung, không có tiếng ồn lạ trong khi làm việc )

5 Các đồng hồ đo kiểm chỉ ổn định ở trị số cho phép (kim áp kế không dao động nhiều )

6 Dầu tuần hoàn bình thường trong hệ thống Mức dầu trong máy nén và trong các thiết bị ở phạm vi cho phép [11].

TÍNH TOÁN KINH TẾ

Chi phí đầu tư

Chi phí đầu tư cho thiết bị dự tính là:

Bảng 6.1 Dự toán chi phí thiết bị trong hệ thống lạnh

STT Vật tư Đơn vị

Số lượng Đơn giá (VNĐ)

3 Bình chứa cao cáp Cái 1 10.000.000 10.000.000

4 Bình chứa thấp áp Cái 1 9.000.000 9.000.000

7 Van điện từ cấp dịch Cái 10 550.000 5.500.000

9 Rơ le áp suất cao Cái 1 1.000.000 1.000.000

10 Áp kế cao áp Cái 1 450.000 450.000

11 Rơ le áp suất thấp Cái 1 1.000.000 1.000.000

12 Áp kế thấp áp Cái 1 450.000 450.000

13 Điện trở gia nhiệt Cái 1 1.750.000 1.750.000

14 Chi phí điện, đường ống, máy…

15 Lập trình hệ thống điều khiển

17 Màn hình cảm ứng Cái 1 5.000.000 5.000.000

18 Chi phí phát sinh Gói 1 4.000.000 4.000.000

19 Chi phí vận chuyển Gói 1 4.000.000 4.000.000

Vậy tổng chi phí đầu tư thiết bị cho hệ thống lạnh đông là 520.550.000 VNĐ

Chi phí lắp đặt để chi trả cho bên nhà thi công lắp đặt khoảng 15 ngày, mỗi ngày trả cho bên thi công 1.500.000 VNĐ

Như vậy chi phí phải bỏ ra để lắp đặt hệ thống hệ thống lạnh đông IQF là:

15 × 1.500.000 = 22.500.000 VNĐ (6.1) Tổng chi phí lắp đặt hệ thống thiết bị lạnh đông là:

5.1.3 Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị

Hệ thống dự tính được bảo dưỡng 6 tháng 1 lần Mỗi lần chi phí phải trả cho việc bảo dưỡng là 10.000.000 VNĐ

Vậy chi phí bảo dưỡng hệ thống lạnh đông IQF 1 năm là 20.000.000 VNĐ Chi phí sửa chữa thiết bị 1 năm khoảng: Csc = 35.000.000 VNĐ.

Định mức sản phẩm

5.2.1 Chi phí nguyên vật liệu

Chi phí nguyên vật liệu cho 1 mẻ tôm sú được tính theo công thức sau:

Với S1: giá tôm sú được bán trên thị trường có giá chênh lệch nhau tùy vào thời điểm dao động khoảng 170.000 VNĐ/kg

G1: khối lượng tôm sú đầu vào cho 1 mẻ

Năng suất tôm sú đầu vào cho một mẻ là 1500kg, bao gồm khối lượng tôm đã qua sơ chế và xử lý bỏ đầu Do đó, phương trình cân bằng vật chất của tôm sú được thiết lập dựa trên khối lượng này.

Tôm sú nguyên liệu bao gồm tôm sú đầu vào IQF, vỏ, chân, nội tạng, tạp chất và hao hụt Cụ thể, tôm sú nguyên liệu được tính bằng tôm sú đầu vào IQF cộng với tôm sú nguyên liệu nhân với tỷ lệ 31%, 1% và 0,5% Tôm sú đầu vào IQF chiếm 67,5% trong tổng số tôm sú nguyên liệu.

 1500= 67,5% Gtôm sú nguyên liệu => Gtôm sú nguyên liệu = 2222,22 (kg)

Chi phí nguyên vật liệu cho 1 mẻ tôm sú:

Hệ thống cấp đông tôm sú hoạt động với thời gian mỗi mẻ là 3 giờ, cho phép thực hiện 3 mẻ mỗi ngày Ước tính, trong một tháng, hệ thống có thể thực hiện khoảng 78 giờ cấp đông.

Chi phí nguyên liệu tôm sú cho 1 tháng là:

Cnlt = 78 x 377.777.400 = 29.466.637.200 VNĐ (6.6) Chi phí nguyên liệu tôm sú trong 1 năm là:

5.2.2 Chi phí điện và nước

Nguồn điện sử dụng là 380V / 50Hz [29]

Giá điện được tính trong hệ thống là 2.442 đồng/kWh

Tổng lượng điện tiêu thụ của hệ thống trong 1 tháng là: 10399,12 kWh

Sơ chế, xử lý tôm bỏ đầu

Tôm sú nguyên liệu đầu vào

Tôm sú đầu vào cho hệ thống cấp đông IQF

Tiền điện phải trả trong 1 tháng là:

Cđt = 2.442 x 10399,12 = 25.394.651 VNĐ (6.8) Tiền điện phải trả trong 1 năm là:

Tổng lượng nước tiêu thụ của hệ thống trong 1 tháng: 402 m 3

Giá nước được tính trong hệ thống là 11.625 đồng/m 3

Tiền nước phải trả trong 1 tháng là:

Cnt = 11.625 x 402 = 4.673.250 VNĐ (6.10) Tiền nước phải trả trong 1 năm là:

5.2.3 Chi phí trả lương nhân viên

Tổng số lượng nhân viên vận hành hệ thống lạnh đông: 4

 Nhân viên kiểm soát hệ thống: 02

 Nhân viên kiểm tra chất lượng sản phẩm: 02

Chi phí tiền lương được tính theo công thức sau:

Ctl = Ltb x M (VNĐ/ngày) (6.12) Với Ltb là lương bình quân = 300.000 VNĐ / ngày

M: số nhân công vận hành hệ thống lạnh đông = 04 người

Tiền lương của nhân viên trong 1 ngày:

Ctl = Ltb x M = 300.000 x 4 = 1.200.000 VNĐ/ngày (6.13) Tổng tiền lương phải trả cho nhân viên trong 1 tháng là:

Ctlt & x 1.200.000 = 31.200.000 VNĐ (6.14) Tổng tiền lương phải trả cho nhân viên trong 1 năm là:

Doanh nghiệp phải đóng thuế bằng 20% của lợi nhuận

5.2.5 Tổng chi phí làm ra sản phẩm trong 1 năm

Csp = Cnln + Cđn + Cnn + Ctln (6.16)

Giá thành sản phẩm

Sản phẩm tôm sú cấp đông IQF hiện được phân phối trên thị trường dưới dạng khay và thùng Chúng được cung cấp cho các đại lý sỉ với số lượng lớn, với giá trung bình cho mỗi khay 500g là 198.000 VNĐ.

Giá thành để sản xuất 1 mẻ:

Số sản phẩm sản xuất trong 1 mẻ:

Giá thành sản xuất 1 sản phẩm:

Lượng sản phẩm cho 1 năm:

2025 × 365 × 3 = 2.217.375 sản phẩm/năm (6.20) Doanh thu cho 1 năm:

Thời gian hoàn vốn

Vốn đầu tư ban đầu: 25.000.000.000 VNĐ

434.605.500.000 - 354.334.861.212 = 80.270.638.788 VNĐ (6.22) Thuế doanh nghiệp: 20% × 80.270.638.788 = 16.054.127.757 VNĐ (6.23) Lợi nhuận sau thuế:

Thời gian hoàn vốn là thời gian nhà máy được hoàn vốn đầu tư ban đầu, công thức tính thời gian hoàn vốn như sau:

Kết luận

Bảo quản lạnh đông thủy sản đóng vai trò quan trọng trong ngành thủy sản, đặc biệt trong bối cảnh thị trường xuất khẩu phát triển mạnh mẽ Việc này không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu lãng phí và nâng cao giá trị kinh tế cho ngành Do đó, tôi đã thực hiện đồ án “Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông tôm sú IQF, với năng suất 1500kg/mẻ” nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

Bảo quản lạnh đông sản phẩm giúp duy trì thành phần dinh dưỡng, hình dạng và mùi vị đặc trưng, đồng thời đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người Hệ thống lạnh này rất phù hợp cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ, giúp họ thay thế các công nghệ ngoại nhập với chi phí đầu tư cao.

Sau khi tính toán đồ án này em đã tìm ra được các nội dung sau:

Tìm hiểu về nguyên liệu tôm sú, đặc điểm dinh dưỡng, thành phần hóa học của tôm

Nghiên cứu hệ thống lạnh đông trong ngành thủy sản nhằm thiết kế hệ thống lạnh đông IQF, với ứng dụng chính cho sản phẩm tôm sú dạng rời.

Để tối ưu hóa hệ thống cấp đông, các thông số quan trọng cần được tính toán bao gồm: nhiệt độ tôm sú khi vào hệ thống là 10°C, nhiệt độ tâm sản phẩm đầu ra đạt -18°C, và nhiệt độ môi trường lạnh đông duy trì ở mức -45°C.

Tính toán thông số các thiết bị chính bao gồm:

- Máy nén piston 2 cấp sử dụng môi chất lạnh là NH3 có công suất động cơ

50 kW, tốc độ vòng quay 1.000 vòng/phút, đường kính piston d = 0,13m

- Thiết bị ngưng tụ dạng bay hơi sử dụng môi chất lạnh NH3 có kích thước phủ bì 3760 x 4160 x 1840 mm, số lượng quạt của thiết bị ngưng tụ gồm

3 cái, thể tích gió tuần hoàn trong dàn ngưng là 700m 3 /phút, công suất động cơ 3kW

Tính toán thông số các thiết bị phụ bao gồm:

- Bình trung gian dạng ống xoắn ruột gà có chiều cao 1950mm, đường kính của bình 450mm

- Bình tách dầu kiểu nón chắn có chiều cao 2500mm, đường kính 240mm

- Bình chứa thấp áp có thể tích 0,5m 3 , đường kính 700mm, chiều dài 1900mm

- Bình chứa cao áp có thể tích 0,75m 3 , đường kính 700mm, chiều dài 1960mm.

Kiến nghị

Qua quá trình nghiên cứu tính toán, em kiến nghị nên mở rộng nghiên cứu một số vấn đề sau:

- Phát triển các cảm biến theo dõi quá trình cấp đông một cách tối ưu để đảm bảo sản phẩm có chất lượng tốt nhất

- Chế tạo hệ thống tự động điều kiển tự động hóa hơn nữa đối với hệ thống cấp đông IQF

- Tối ưu hóa diện tích cấp đông của tủ cấp đông IQF để đạt được số lượng sản phẩm cao nhất

- Nghiên cứu thay thế một số thiết bị để giảm chi phí nhưng vẫn đảm bảo duy trì quá trình sản xuất.