Tổng quan về hệ thống lạnh cấp đông
Khái niệm công nghệ cấp đông sản phẩm
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống hằng ngày, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với vật lạnh hơn Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như:
Ngành Công nghệ thực phẩm: chế biến và bảo quản thực phẩm
Ngành Công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc
Ngành Y tế: chế biến và bảo quản thuốc
Ngành Công nghiệp hóa chất: điều khiển các phản ứng hóa học
Lĩnh vực điều hòa không khí Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành Công nghệ thực phẩm Bởi vì thực phẩm ở nhiệt độ cao dưới tác dụng của men phân giải (enzim) của bản thân và các vi sinh vật sẽ gây ra quá trình biến đổi về chất, dẫn đến hư hỏng, ươn thối Khi nhiệt độ thức phẩm giảm xuống thấp các quá trình trên sẽ bị ức chế và kìm hãm, tốc độ các phản ứng hóa sinh sẽ giảm Nhiệt độ càng thấp Tốc độ phân giải càng giảm mạnh Vì vậy, sau khi chế biến thực phẩm, để bảo quản thực phẩm trong thời gian dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ thực phẩm ở một nhiệt độ thấp (− 400 0 C ÷ − 180 0 C).
Cơ sở về làm lạnh thực phẩm
* Các nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm
Có nhiều nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm, trong đó có ba nguyên nhân chính là:
Do tác dụng của men trong chính thực phẩm.
Do vi sinh vật từ bên ngoài.
Do các độc tố tiết ra từ các loại vi sinh vật, nấm mốc hoặc từ thực phẩm.
Trong ba nguyên nhân trên thì nguyên nhân do vi sinh vật xâm nhập là lớn hơn cả.
Vi sinh vật có thể chia làm 3 nhóm: ưa nóng (30 – 80 0 C), ưa ấm (24 – 40 0 C) và ưa lạnh (- 10 – 25 0 C) Phổ biến nhất là các loài ưa ấm còn các loài ưa nóng và ưa lạnh ít phổ biến hơn tuy rằng ở đâu cũng tồn tại tất cả các loài trên Tất nhiên, các loại vi sinh vật chỉ phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ thích hợp Vượt ra ngoài phạm vi nhiệt độ đó chúng sẽ bị kìm hãm phát triển hoặc có thể bi tiêu diệt.
Hình 1-1 biểu diễn sự phân bố số loài cơ thể sống theo từng khoảng nhiệt độ Qua biểu đồ ta thấy ở khoảng nhiệt độ 0 – 50 0 C, đặc biệt khoảng 20 – 30 0 C có nhiều loài cơ thể sống hoạt động nhất Vùng từ 50 – 150 0 C là vùng có số lượng rất ít loài cơ thể sống hoạt động Các vi sinh vật hoạt động trong vùng này phải chịu được nhiệt độ cao.
Từ 150 0 C trở lên hầu như không có một loài vi sinh vật nào sống được nữa Bình thường, để tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng, ta chỉ cần đưa nhiệt độ của thực phẩm lên đến 100 0 C là nhiệt độ nước sôi Khi cần thanh trùng triệt để hơn, người ta tiệt trùng trong các nồi hấp tiệt trùng có áp suất cao và nhiệt độ có thể đạt tới 130 – 150 0 C Nhóm ưa nóng có khả năng chịu được nhiệt độ cao nhưng dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ thấp Ngược lại, nhiệt độ thấp lại khó tiêu diệt các loại vi sinh vật ưa lạnh.
Hình 1.1: Sự phân bố loài cơ thể sống theo khoảng nhiệt độ Vùng nhiệt độ cơ thể sống rất bị kìm hãm
Vùng nhiệt độ cơ thể sống bị kìm hãm và hoạt động yếu, chỉ có số ít loài tồn tại Vùng nhiệt độ thích hợp, có nhiều loài cơ thể sống hoạt động mãnh liệt nhất
Vùng nhiệt độ cơ thể sống bị kìm hãm và hoạt động yếu, chỉ có số ít loài tồn tại Vùng nhiệt độ cơ thể sống hầu như không tồn tại
Trong việc bảo quản lạnh thực phẩm, các loại vi sinh vật ưa lạnh này là thủ phạm chủ yếu làm giảm chất lượng sản phẩm Một vài loại tiêu biểu có thể kể ra là pseudomonas làm cho thực phẩm biến màu thành màu xanh hoặc màu sẫm tối, hoặc các loại nấm mốc như Penicilium mucor,…hoạt động ở nhiệt độ - 15 0 C thậm chí đến –
80 0 C, nấm men ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ -2 đến 3 0 C ở môi trường chua Các loại vi sinh vật và nấm mốc này có khả năng phát triển ở tất cả các loại thực phẩm bảo quản, đặc biệt trên bề mặt và trong một số trường hợp cả theo chiều sâu vào khối thực phẩm.
Nói tóm lại, nhiệt độ thấp không có khả năng tiêu diệt vi sinh vật Đối với các vi sinh vật ưa ấm, chúng có thể bi kìm hãm, chúng tạo các vỏ bọc bảo vệ, nằm im nhưng khi nhiệt độ nâng lên chúng lại hoạt động trở lại Còn các vi sinh vật ưa lạnh, chúng vẫn hoạt động bình thường ở nhiệt độ thấp Qua các kết quả nghiên cứu người ta thấy rằng cần phải hạ nhiệt độ thực phẩm bảo quản xuống đến – 18 0 C thì hệ thống nấm men bị tiêu diệt phần lớn Tuy nhiên ,ở nhiệt độ này vẫn có một số loại nấm mốc phát triển. Các độc tố do nấm mốc và một số loại vi sinh vật tiết ra hoặc do chính thực phẩm tạo ra không bị biến đổi khi bảo quản lạnh Chính đây cũng là nhược điểm chủ yếu của việc bảo quản lạnh thực phẩm Để việc bảo quản lạnh thực phẩm đạt hiệu quả cao hơn, người ta thường kết hợp bảo quản lạnh với các phương pháp bảo quản khác như cho thêm hóa chất, chất sát trùng, chiếu xạ bằng các tia tử ngoại, tia X, tia phóng xạ αβγ và cả các tia siêu âm.
* Các biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm
Trong quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh, nhiệt độ thấp chỉ có tác dụng ức chế, kìm hãm sự biến đổi sinh hóa, lí hóa,… Các quá trình này thực tế vẫn tiến triển nên chất lượng sản phẩm vẫn bị thay đổi.
Biến đổi lý học Đó là các biến đổi về hình dạng, màu sắc,…của thực phẩm, nhưng quan trọng hơn cả là sự khô hao thực phẩm Trong buồng bảo quản đông hoặc lạnh luôn xảy ra một sự di chuyển ẩm từ sản phẩm đến dàn bay hơi hoặc dàn lạnh Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa dàn lạnh và sản phẩm, ẩm từ bề mặt sản phẩm bay hơi rồi đến bám vào dàn lạnh làm cho bề mặt sản phẩm luôn khô ráo, rau quả mau bị héo quắt Bị mất nước, bề mặt thịt có thể trở nên tối sẫm, một phần do mao quản bị teo không phản quang, một phần do bề mặt thịt bị oxy hóa.
Sự bay hơi chủ yếu phụ thuộc vào diện tích bề mặt bay hơi, độ chênh lệch nhiệt độ giữa sản phẩm và dàn, tốc độ gió trong phòng, tính chất sản phẩm, phương pháp bao gói sản phẩm, độ chín tới của sản phẩm, đặc biệt đối với các loại rau quả.
Sự bay hơi là nguyên nhân chính gây ra sự tổn hao khối lượng khi bảo quản.
Sự biến đổi hóa học bị kìm hãm do nhiệt độ thấp nhưng không hoàn toàn bị triệt tiêu, do đó vẫn có những biến đổi hóa học trong thực phẩm bảo quản tuy nhiên không đáng kể.
Biến đổi về sinh lý chủ yếu chỉ xảy ra với các loại rau quả có sự hô hấp khi bảo quản. Đó là quá trình trao đổi chất của tế bào cơ thể sống: hấp thụ oxy, thải khí carbonic, hơi nước và nhiệt.
Các hình thức cấp đông
Có 3 phương pháp lạnh đông cơ bản áp dụng cho sản phẩm là thủy sản.
+ Lạnh đông bằng không khí (tủ đông gió).
- Ở đây không khí lạnh được thổi liên tục qua sản phẩm.
- Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là tính linh hoạt của không khí Có thể thích ứng với hình dạng bất thường của sản phẩm Nếu sản phẩm có hình dạng kích thước thay đổi trong phạm vi rộng thì lạnh đông bằng không khí là biện pháp lựa chọn tốt nhất Tuy nhiên nhờ tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng vì không thể biết được chính xác ứng dụng của nó do vậy hiệu quả kinh tế sẽ không cao.
- Tốc độ dòng khí thổi 5m/s thường được áp dụng cho tất cả các hệ thống lạnh đông dạng không khí thổi Tuy nhiên con số này có thể thay đổi vượt định mức được từ 10 - 15m/s và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
- Nhược điểm của phương pháp này là tốc độ dòng không khí thổi không đều trên bề mặt sản phẩm.
+ Lạnh đông tiếp xúc hay lạnh đông bằng đĩa (tủ đông tiếp xúc).
Các sản phẩm được đặt trên các khay và được kẹp giữa các tấm lắc cấp đông Các tấm lắc kim loại bên trong rỗng để cho môi chất lạnh chảy qua, nhiệt độ bay hơi đạt t0 = -
45 0 C ÷ -40 0 C Nhờ tiếp xúc với các tấm lắc có nhiệt độ rất thấp,quá trình trao đổi nhiệt tương đối hiệu quả và thời gian làm đông được rút ngắn đáng kể so với làm đông dạng khối trong các kho cấp đông gió.
Truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc là dẫn nhiệt.
Phương pháp làm đông tiếp xúc thường được áp dụng cho các sản phẩm dạng khối (block).
* Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc.
- Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh giảm do: + Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại.
+ Các bề mặt tiếp xúc không phẳng.
+ Kích thước, hình dạng các khuôn đựng thực phẩm không đúng tiêu chuẩn.
+ Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau.
+ Sự ép nén không đạt yêu cầu.
- Biện pháp khắc phục: Để tăng khả năng truyền nhiệt của thực phẩm trong tủ đông tiếp xúc có thể áp dụng các biện pháp:
+ Thay khay đựng khuôn bằng khung ghép khuôn.
+ Dùng thép không rỉ làm khuôn.
+ Sử dụng các khuôn có kích thước phù hợp với sản phẩm trong khuôn, không để dư thể tích khuôn khi sản phẩm đã đóng băng.
+ Dùng nắp đậy khuôn phù hợp.
+ Đảm bảo lực ép nên đều và đủ cho dàn lạnh.
+ Lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu.
Dạng thiết bị lạnh đông này ít được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến cá lạnh đông mà chỉ thường được sử dụng để lạnh đông các sản phẩm đặc biệt hoặc sản phẩm có giá trị kinh tế cao.
+ Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu.
- Sử dụng phương pháp cấp đông dạng ngâm phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bề mặt cá và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy ra được tốt. Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng 15 0 C được ứng dụng cho tiến trình lạnh đông. Trong suốt quá trình vận chuyển sản phẩm đến kho bảo quản, nhiệt độ sản phẩm phải được giữ ở mức càng thấp càng tốt.
- Lạnh đông cá ngừ lớn trong dung dịch nước muối có thể kéo dài đến 3 ngày để đạt được quá trình lạnh đông hoàn toàn Sử dụng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt từ -50 0 C đến -60 0 C, thời gian lạnh đông ít hơn 24 giờ Lạnh đông trong dung dịch nước muối trước kia được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh đông cá, ngày nay phương pháp lạnh đông này đã được thay thế bằng phương pháp lạnh đông dạng khí thổi.
+ Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền).
- Lạnh đông dạng phun là phương pháp mà hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh.
- Với phương pháp lạnh đông này CO 2 lỏng được phun trên sản phẩm ngang qua các ống trên băng tải, phiá dưới có các vòi phun CO2 sẽ thay đổi trạng thái khi ngang qua các vòi phun và hấp thụ một lượng nhiệt lớn Kết quả làm cho sản phẩm lạnh xuống nhanh Trong một số hệ thống, các lớp CO2 rắn (nước đá khô) được đặt nằm dưới băng tải và sản phẩm được đặt nằm phiá trên CO2 lỏng sau đó được phun trên đầu; sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78 0 C, có thể làm lạnh đông xuống ít nhất -
75 0 C Quá trình lạnh đông xảy ra trong những trường hợp này rất nhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%.
- Trong trường hợp lạnh đông bằng N 2 lỏng, khí hoá lỏng được phun lên sản phẩm thổi ngang qua băng tải đang chuyển động Khí N2 đi ngược chiều với băng tải Vì vậy sản phẩm nên được làm lạnh sơ bộ trước khi đưa đến phun N2 lỏng Ở áp suất bình thường, nitơ lỏng sôi ở -196 0 C, vì vậy nó cần được làm lạnh sơ bộ xuống trong đường ống trước để tránh cho sản phẩm bị nứt ra do quá trình làm lạnh xuống quá nhanh (tức thời) Sau khi phun, sản phẩm cần phải được để ổn định trước khi đưa ra khỏi băng tải của phòng lạnh đông Điều này có thể do ảnh hưởng của sự chênh lệch nhiệt độ từ môi trường bên ngoài với nhiệt độ tâm sản phẩm để đưa đến trạng thái cân bằng Sản phẩm sau khi đạt đến trạng thái cân bằng hoàn toàn được đưa đến phòng bảo quản lạnh.
Những nhân tố ảnh hưởng tới sản phẩm trong quá trình cấp đông
Ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài.
- Môi trường: nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, … làm ảnh hưởng đến các thiết bị và cấu trúc kho cấp đông hay tủ đông.
- Cấu trúc kho lạnh đông: nếu cấu trúc kho cấp đông cách nhiệt và cách ẩm không tốt, cấu trúc không hợp lý thì sẽ lâu đạt nhiệt độ yêu cầu và chất lượng của sản phẩm sẽ giảm.
- Chế độ vận hành máy lạnh: nếu vận hành không hợp lý làm cho hệ thống máy lạnh hoạt động không ổn định thời gian làm đông tăng lên sẽ làm cho sản phẩm bị giảm khối lượng và giảm chất lượng nhiều.
- Chất lượng: của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì hệ thống lạnh cũng ảnh hưởng lớn đến sản phẩm cấp đông.
- Thời gian cấp đông sản phẩm: thời gian cấp đông sản phẩm càng dài thì khối lượng và chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút. Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong. Để có sản phẩm có chất lượng tốt cần đảm bảo điều kiện bảo vệ môi trường trong kho được ổn định theo đúng quy trình công nghệ đề ra như:
- Nhiệt độ cấp đông: nhiệt độ cấp đông sản phẩm phải được lựa chọn trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian cấp đông sản phẩm đó Thời gian cấp đông càng lâu thì chất lượng sản phẩm càng thấp nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông tối thiểu phải bằng nhiệt độ bảo quản sản phẩm đó Tránh hiện tượng sản phẩm bị sinh vật oxi hoá làm hư hỏng sản phẩm.
-Độ ẩm của không khí trong quá trình lạnh đông: độ ẩm của không khí trong kho lạnh hay trong tủ đông có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm khi sử dụng. Bởi vì độ ẩm của không khí có liên quan mật thiết đến hiện tượng thoát ẩm trong sản phẩm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Do vậy tuỳ từng loại sản phẩm cụ thể mà ta chọn độ ẩm của không khí cho thích hợp.
- Tốc độ không khí trong quá trình lạnh đông: không khí chuyển động trong kho lạnh hay trong tủ đông có tác dụng lấy đi lượng nhiệt tỏa ra của sản phẩm, nhiệt truyền vào do mở cửa, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho lạnh đông Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật trong kho lạnh.
Giới thiệu tủ cấp đông tiếp xúc
Cấu tạo
Tủ cấp đông tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng block Mỗi block thường có khối lượng 2kg Vỏ tủ có hai bộ cánh cửa ở 2 phía: bộ 4 cánh và bộ 2 cánh, cách nhiệt polyurethan dày 125÷150 mm, hai mặt bọc inox dày 0,6mm Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gỗ để tránh cầu nhiệt Để tăng tuổi thọ cho gỗ người ta sử dụng loại gỗ satimex có thấm dầu Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm Tủ gồm có nhiều tấm lắc cấp đông bên trong, khoảng cách giữa các tấm có thể điều chỉnh được bằng ben thủy lực, thường chuyển dịch từ 50 – 105 mm Kích thước chuẩn của các tấm lắc 2200L×1250W×22D(mm)
Nguyên lý làm việc
Sản phẩm cấp đông được đặt trong các khay cấp đông sau đó đặt trực tiếp lên các tấm lắc hoặc lên các mâm cấp đông, mỗi mâm có nhiều khay Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt hơn khi có khay vì hạn chế được nhiệt trở dẫn nhiệt.Các tấm lắc đặt trên tủ cấp đông được nâng hạ bằng ben thủy lực Piston và cần dẫn ben thủy lực được làm bằng thép không gỉ để đảm bảo vệ sinh Khi cấp đông, ben thủy lực ép các tấm lắc để cho các khay tiếp xúc với tấm lắc ở cả hai mặt Quá trình trao đổi nhiệt là nhờ phương pháp dẫn nhiệt Dịch lỏng ngập trong các tấm lắc ở nhiệt độ âm sau từ -40 0 C đến -
Ưu điểm và hạn chế của tủ đông tiếp xúc
Cấp đông nhanh, hiệu quả và đảm bảo chất lượng sản phẩm
Thời gian cấp đông nhanh, tiết kiệm điện năng.
Các tấm lắc được làm bằng hợp kim nhôm Chi tiết bên trong và bên ngoài tủ bằng Inox SUS 304 và loại vật liệu chống sét rỉ khác.
Cách nhiệt tốt bằng Polyurethane foam tỷ trọng 40-43kg/m 3 Hai mặt bằng inox 304. Sản phẩm cấp đông phù hợp với tiêu chuẩn HACCP/FDA.
Dễ dàng chọn lựa công suất đông cụ thể cần thiết.
Lắp ráp, vận hành, vệ sinh cũng như bảo trì bảo dưỡng rất dễ dàng, đơn giản.
+ Hạn chế của tủ cấp đông tiếp xúc:
Trong quá trình làm việc, khu vực nền và không gian xung quanh thường ẩm ướt do đó phải lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn các công trình.
Do thiết bị đặt ngoài trời nên nếu không sử dụng bơm loại đặc biệt chống nước mưa thì động cơ sẽ nhanh hỏng và gây sự cố.
TÍNH KÍCH THƯỚC TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
Kích thước tủ cấp đông
2.1.1 Cách xác định kích thước tủ cấp đông
Kích thước của tủ cấp đông được xác định căn cứ vào kích thước và số lượng tấm lắc, các khoảng hở cần thiết ở bên trong về phía của các tấm lắc.
Kích thước, số lượng khay và các tấm lắc cấp đông:
Tủ cấp đông tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng block Mỗi block thường có khối lượng 2 kg.
Kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn đó như sau:
Ta chọn tấm lắc chứa 15 khay, mỗi khay chứa 2 kg sản phẩm
→ Khối lượng hàng trên 01 tấm lắc: 15 × 2 = 30 [kg]
Khối lượng trên 01 tấm lắc kể cả nước châm (khối lượng danh định) Tỷ lệ châm nước từ 25% – 30%, chọn 25%
Vậy khối lượng trên một tấm lắc kể cả nước châm là:
Số lượng tấm lắc chứa hàng: m 30 75% 40 kg
M: Khối lượng hàng nhập cho 1 mẻ (khối lượng danh định), [kg]
Kích thước tủ cấp đông tiếp xúc:
Kích thước tủ cấp đông được xác định dựa vào kích thước và số lượng các tấm lắc
Ta bố trí 15 khay trên một tấm lắc như sau:
Hình 2.1: Số khay trên một tấm lắc
Từ hình vẽ trên, ta có:
Chiều rộng của tấm lắc: W 3 290 230 930 mm
Chiều dài của tấm lắc: L 5 210 413 1102 mm
Vậy tấm lắc có kích thước: 1102L 930W 22D mm
2.1.2 Chiều dài bên trong tủ
Chiều dài bên trong tủ cấp đông tiếp xúc bằng chiều dài tấm lắc cộng với khoảng hở hai đầu Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vừa đủ để lắp đặt các ống góp, không gian lắp đặt và co giản các ống mềm và lắp các ống dẫn hướng tấm lắc Khoảng hở đó là 400 mm.
Vậy chiều dài trong của tủ là:
Chiều dài phủ bì: L L 1 300 1902 300 2202 mm
2.1.3 Chiều cao bên trong tủ
Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc hmax = 105 mm
Chiều cao bên trong tủ:
N1: Số tấm lắc chứa hàng; h1: Khoảng hở phía dưới cùng các tấm lắc, h1 = 100 mm; h2: Khoảng hở phí trên, h2 = 400 ÷ 450 mm, chọn h2 = 450 mm
2.1.4 Chiều rộng bên trong tủ
Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm khoảng hở 2 bên (mỗi khoảng hở 125 mm).
Khi lắp các cánh cửa tủ, một phần 45 mm cánh lọt vào bên tron tủ và phần còn lại 80 mm nhô ra ngoài, vì vậy, kích thước bề rộng phủ bì là:
Chiều dày lớp cách nhiệt của các tủ đông là 150 mm Vì vậy kích thước bên ngoài và bên trong của tủ cấp đông được xác định là:
Bên trong: (Dài × Rộng × Cao) = (1902 × 1180 × 1075) mm
Bên ngoài: (Dài × Rộng × Cao) = (2202 × 1340 × 1375) mm
Thứ tự Lớp vật liệu Độ dày (mm)
TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM
Tủ cấp đông tiếp xúc
Cấu tạo của vỏ tủ cấp đông gồm các lớp như sau: lớp cách nhiệt polyurethan dày 150 mm, được chế tạo theo phương pháp rót ngập, có mật độ 40 – 42 kg/m 2 , có hệ số dẫn nhiệt λ = 0,018 ÷ 0,020 W/m.K, có độ đồng đều và độ bám cao, hai mặt trong và ngoài của vỏ tủ được bọc inox dày 0,6 mm Ngoài ra bên trong vỏ tủ là hệ thống khung chịu lực làm bằng thép có mạ kẽm và các thanh gỗ chống tạo cầu nhiệt
Bảng 3.1: Các lớp cách nhiệt tủ cấp đông
Chiều dày cách nhiệt của tủ
Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo công thức tính theo hệ số truyền nhiệt k qua vách phẳng nhiều lớp tính theo công thức (3-1) trang 64 tài liệu [ 1] k 1
CN : độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m
CN : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K k: hệ số truyền nhiệt vách ngoài, W/m 2 K
1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) W/m2 K
2 : hệ số toả nhiệt của vách phía trong, W/m2 K
- Tra theo bảng 3-7 tài liệu sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh trang 65 chọn : α1 = 23,3 W/m2.K α2 = 8 W/m2.K
- Tra bảng 3.3 sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh trang 63 chọn :
i: Bề dày của lớp vật liệu thứ i, m
i: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m.K
Ta chọn chiều dày cách nhiệt là: CN = 150mm
Lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt thực tế là : k t
3.2.1 Tính kiểm tra hiện tượng đọng sương
Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương xác định theo công thức k k
Trong đó : ktt :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường ks : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương
1 = 23,3 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che t1 = 32,7 0C nhiệt độ không khí bên ngoài.
Tủ nằm trong nhà xưởng lấy t1= t-50C => t12,70C t2 : nhiệt độ đọng sương 0C , t2 : nhiệt độ không khí bên trong tủ đông
0C Tra bảng 1.1/ sách HDTKHTl – Trang
Thì nhiệt độ vào mùa hè ở Đà Nẵng là : t1 = 37,70C Độ ẩm là : 77%
Ta tra đồ thị h-x/ sách HDTKHTL – Trang 9 :
Nhiệt độ đọng sương ts = 340C
Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 34,50C Mặc khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t2 = -350C
Như vậy vách ngoài không có hiện tượng đọng sương.
3.2.2 Tính kiểm tra đọng ẩm Đối với tủ cấp đông, vỏ tủ được bọc bằng inox ở cả hai bên nên hoàn toàn không có ẩm lọt vào lớp cách nhiệt nên hoàn toàn không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòng kết cấu.
TÍNH NHIỆT CHO TỦ ĐÔNG
Tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Q 1 )
Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong tủ cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.
Do tủ cấp đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời Vì vậy, ta chỉ xét tổn thất nhiệt qua vách tủ, cửa tủ cấp đông.
Tổn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ được tính như sau:
1 v v c c KK KK kv, kc: Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua cửa tủ [W/m2K]
Fv, Fc: Diện tích của vách và cửa tủ, [m2];
N : Nhiệt độ của không khí bên ngoài tủ, [ 0 C];
T : Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông, [ 0 C].
Bên ngoài: (Dài × Rộng × Cao) = (2202 × 1340 × 1375) mm
Diện tích của vách và cửa tủ là:
Nhiệt độ của không khí ngoài tủ: t N 32,7 0 C
Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông: t T 35 0 C
Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua cửa tủ được tính theo công thức: k
1 i 2 α1: Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài tường, α1 = 23,3 W/m2K; α2: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong tủ, α2 = 8 W/m2K; δi: Bề dày lớp cách nhiệt; t t
i: Hệ số dẫn nhiệt của các lớp cách nhiệt.
Vậy: Tổn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ là:
4.1.1 Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
Tổn thất do làm lạnh sản phẩm được tính theo công thức sau:
M: Khối lượng sản phẩm của một mẻ cấp đông [kg]; i1, i2: Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra của sản phẩm [J/kg]; τ: Thời gian cấp đông của một mẻ [giây] Thời gian cấp đông của tủ phụ thuộc phương pháp cấp dịch:
Cấp dịch bằng bơm τ = 1,5 ÷2,5 giờ
Nhiệt độ sản phẩm đầu vào lấy 10 0 C ÷ 12 0 C do sản phẩm đã được làm lạnh ở kho chờ đông.
→ Chọn nhiệt độ đầu vào của sản phẩm là: 12 0 C
Nhiệt độ trung bình đầu ra của sản phẩm cấp đông phải đạt 18 0 C, với cấp đông cưỡng bức bằng cấp dịch bằng bơm do đó thời gian cấp đông là 2 giờ. ấp đông thịt:
→ i1 = 248,2 [kJ/kg] và i2 = 4,6 [kJ/kg], trang 70 sách hệ thống máy và thiết bị lạnh – Ts.Võ Chí Chính
4.1.2 Tổn thất do khay lạnh cấp đông
Mkh: Tổng khối lượng khay cấp đông [kg];
Cp: Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông [KJ/kg.K]; t1, t2: Nhiệt độ khay trước và sau cấp đông [0C]; τ: Thời gian của một mẻ cấp đông.
Khay được làm bằng kẽm có Cp = 0,46 J/kg.K
Ta có 6 tấm lắc, 5 tấm đựng sản phẩm, mỗi tấm có 15 khay, mỗi khay nặng 2 kg Vậy có tổng số khay cấp đông là: 5×15u khay
Khối lượng của 75 khay là: 2×750 kg
4.1.3 Tổn thất do nước châm
Năng suất tủ 200 kg, khối lượng sản phẩm thực là 150 kg, vậy khối lượng nước châm khuôn là 50 kg/mẻ, để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông cần qua ba giai đoạn:
Q n c : Nhiệt độ để làm hạ nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ điểm băng của nước.
Q n c : Nhiệt độ tổn thất để làm đóng băng nước châm khuôn.
Q n c : Nhiệt độ tổn thất để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ điểm đóng băng đến nhiệt độ cuối sản phẩm.
Mnck: khối lượng nước châm khuôn [kg/mẻ];
Cp: nhiệt dung riêng của nước, Cp = 4,186 [kJ/kg.0C]; tn1: nhiệt độ của nước châm khuôn, tn1 = 250C; tn2: nhiệt độ điểm đóng băng của nước, tn2 = 00C.
Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ: kJ/mẻ
L: Nhiệt lượng đóng băng của nước, L = 335 [kJ/kg].
→ Q n c 50 335 16750 [kJ/ mẻ] Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ:
Cnd: Nhiệt dung riêng của nước đá, Cnd = 2,18 kJ/kg; tn3: Nhiệt độ của nước cuối quá trình cấp đông, tn3 = 180C.
→ Q n c 50 2,18(0 (18)) 1962 [kJ/ mẻ] Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ:
Vậy tổn thất nhiệt làm đông nước châm khuôn là:
4.1.4 Tổn thất nhiệt làm lạnh các tấm lắc
Tủ đông tiếp xúc làm việc từng mẻ sau khi làm đông xong sẽ dừng máy và ra hàng, khối lượng và diện tích của tấm lắc rất lớn do đó nhiệt để làm lạnh các tấm lắc là rất lớn vì vậy ta phải tính lượng nhiệt này.
MTL: khối lượng các tấm lắc [kg];
CTL: Nhiệt dung riêng của các tấm lắc, tấm lắc chế tạo bằng nhôm đúc có Cp = 0,92 [kJ/kg 0 C]; τ: Thời gian cấp đông; t1, t2: Nhiệt độ trước và sau khi cấp đông.
Vật liệu tấm lắc làm bằng nhôm đúc ρ = 2670 kg/m 3 Thể tích tấm lắc:
Khối lượng một tấm lắc:
Tủ năng suất 200 kg/mẻ có 6 tấm lắc:
4.1.5 Tổn thất nhiệt khi mở cửa
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công thức:
F: Diện tích của tủ cấp đông [m 2 ];
B: Dòng nhiệt khi mở cửa, chọn B = 20 [W/m 2 ]
4.1.7 Công suất lạnh yêu cầu của tủ cấp đông
Do hệ thống lạnh chỉ có 1 tủ cấp đông nên công suất yêu cầu của tủ cấp đông Qt= 12,2755 kw
4.1.8 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén
Công suất lạnh của máy nén được tính theo công thức:
Q 0 k b k : là hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. k = 1,065 b: hệ số kể đến thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh Chọn b = 0,9
Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:
CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN
Tổng quát
*Môi chất được sử dụng trong hệ thống là R22 (CHCLF2) vì có những ưu điểm sau: Không độc hại
Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu
Khi rò rỉ không làm hỏng thực phẩm cần bảo quản
Có thể dung cho máy nén hở và nửa kín
5.1.2 Chọn môi trường giải nhiệt
Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt vì so với không khí thì giải nhiệt bằng nước có những ưu điểm sau:
+ Hệ số toả nhiệt cao hơn giải nhiệt tốt hơn, nhanh hơn
+ Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết
Tủ cấp đông tiếp xúc
Năng suất làm lạnh yêu cầu máy nén Q MN 14,526 kW
Nhiệt độ đối tượng cần làm lạnh: t = - 35 0 C
Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt:
+ Nhiệt độ nước khi vào bình là t t 3 4 0 C
Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường Với khí hậu tại Đà Nẵng t = 37,70C, độ ẩm φ = 77%, ta có tư ≈ 32 0C t 32 3 4 0 C 36 0C t t 2 6 0 C t t 5 0 C 36 5
41 0 C Chọn nhiệt độ ngưng tụ: tk t t w1 t w2 36 41
Vì môi trường làm mát là nước Tra bảng hơi bão hoà R22 sách bài tập nhiệt động học kỹ thuật tại nhiệt độ 430C ta có áp suất ngưng tụ pk ,483 bar
Chọn nhiệt độ bay hơi t 0 t f (4 10) 0 C (35) 8 42 0 C
Tra bảng bơi bão hoà R22 sách bài tập nhiệt động học kỹ thuật tại -420C ta có áp suất bay hơi p0 = 0,95497 bar
Tính toán chu trình
Tuy nhiên hệ thống làm lạnh tới -35 độ C nên ta chọn 2 cấp nén để quá trình tiết lưu dễ dàng, nâng cao hiệu quả làm lạnh
Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian: p tg
Tra bảng hơi bão hoà R22 với áp suất 3,96 bar ta được ttg = -70C
5.3.2 Chọn kiểu chu trình lạnh
Chọn chu trình cho tủ cấp đông là chu trình máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn bình trung gian (BTG) có ống trao đổi nhiệt Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông khá lớn Nếu dùng BTG làm mát hoàn toàn thì môi chất cấp cho thiết bị ngưng tụ là ở áp suất trung gian không đủ lớn để đủ trở lực cấp đủ lỏng cho thiết bị bay hơi làm giảm công suất của thiết bị bay hơi, ảnh hưởng đến hiệu suất của chu trình Do đó ta chọn chu trình máy lạnh 2 cấp dùng BTG có ống trao đổi nhiệt.
5.3.3 Chọn nhiệt độ quá nhiệt, quá lạnh
Nhiệt độ quá lạnh tql = 330C Đối với máy nén sử dụng môi chất freon do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn rất cao Trong các máy nén freon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi nhiệt.
Với môi chất freon R22, độ quá nhiệt hơi hút
5.3.4 Xây dựng đồ thị và lập thông số các điểm nút
Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 2 cấp
Hình 5.2: Đồ thị T-s và LgP-i
1-2: Nén đoạn nhiệt trong máy nén hạ áp từ P0 lên Ptg
2-3: Làm mát đẳng áp hoàn toàn trong bình trung gian.
3-4: Nén đoạn nhiêt trong máy nén cao áp từ Ptg lên Pk.
4-5: Ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ.
5-5’: Tiết lưu từ Pk đến P0.
5-6: Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian.
6-6’: Tiết lưu từ áp suất Pk xuống P0.
6’-1: Nhận nhiệt đối tượng cần làm lạnh hoá hơi đẳng nhiệt đẳng áp.
6’ t [0C] p [bar] vi [m3/kg][kJ/kg]
Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà khô Hơi quá nhiệt Lỏng sôi Hơi bão hoà ẩm lỏng sôi lỏng chưa sôi Hơi bão hoà ẩm
- Nguyên lý làm việc: Hơi 1 sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được hút về máy nén ha áp và nén đoạn nhiệt rồi đi vào bình trung gian Ở đây hơi nén được làm mát được làm mát đẳng áp hoàn toàn thành hơi khô 3 và cùng với các dòng hơi khô khác được hút về máy nén cao áp và được nén đoạn nhiệt tới áp suất ngưng tụ P k rồi đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường ngưng tụ thành lỏng sôi 5 Lỏng sôi 5 được chia thành 2 dòng Dòng thứ nhất đi vào van tiết lưu giảm áp xuống áp suất trung gian thành hơi bão hoà ẩm 5’ rồi đi vào bình trung gian được tách thành hơi khô
3 và lỏng sôi 7 Dòng lỏng sôi còn lại đi vào ống trao đổi nhiệt của bình trung gian được quá lạnh đẳng áp thành lỏng chưa sôi 6, lỏng chưa sôi 6 qua van tiết lưu giảm áp suất xuống áp suất bay hơi P 0 rồi đi vào thiết bị bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hoà và chu trình cứ thế tiếp tục.
Bảng 5.1: Thông số tại các điểm nút
Chu trình được tính toán cho 1kg môi chất lạnh đi qua thiết bị bay hơi.
- Tính lượng hơi khô tạo thành do làm quá lạnh 1kg lỏng cao áp:
- Tính lượng hơi khô tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn 1kg hơi nén trung áp
- Lượng hơi khô tạo thành do van tiết lưu 1
* Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi: q 0 i 1 i 6 688,04 540, 41 147,63kJ/kg
* Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: q k 1 i 4 i 5
* Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp:
* Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp:
* Công suất nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
* Công nén máy nén hạ áp:
* Công nén máy nén cao áp:
* Công nén cho cả chu trình.
Tính chọn máy nén và động cơ
Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp:
- Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp:
- Thể tích hút thực tế qua máy nén cao áp:
- Hệ số cấp máy nén của máy nén hạ áp và máy nén cao áp:
+Máy nén cao áp: Tỉ số nén: p CA
Với máy nén kiểu hiện đại, ta có hệ số cấp HA = 0,86
Thể tích hút lý thuyết (thể tích quét pitton) của máy nén hạ áp và máy nén cao áp
- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén hạ áp:
- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén cao áp:
Khi chọn 1 máy nén 2 cấp như vậy ta không thể biết được thể tích hút lý thuyết của loại máy nén này là bao nhiêu, mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết trong từng cấp của máy nén Do đó ta chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén cho chu trình lạnh quy chuẩn đó làm máy nén chạy trong hệ thống lạnh thực tế.
- Xác định chu trình lạnh tiêu chuẩn:
Theo bảng thông số chu trình lạnh tiêu chuẩn chọn chế độ lạnh đông 2 cấp freon thì có các thông số sau: to = -420 C po = 0,95497 bar tk
Suy ra áp suất trung gian của chu trình: p tg
- Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q tc i tc i tc 688,04 540, 41 147,63 [kJ/kg].
- Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: tc q tc 147, 63 q v 0
- Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn
Tra đồ thị hình 7-4 Hệ số cấp của máy nén
Lấy trung bình cả 2 cấp là : 0,75
Thể tích hút lý thuyết (thể tích quét pitton) của máy nén hạ áp và máy nén cao áp
- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén hạ áp:
- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén cao áp:
- Hiệu suất nén hữu ích : e 0,75 v
- Công suất máy nén với giả thiết hiệu suất động cơ dc 0,90 và hiệu suất truyền động đai td 0,95 :
- Với N e l là công suất đo được trên bảng bản đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp, đai, …
- Tổng công nén yêu cầu nếu máy nén là loại 2 cấp:
- Vậy ta chọn máy nén : Chọn 2 tổ MYCOM 2 cấp kí hiệu F42B2 môi chất R22
TÍNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ
Tính chọn thuyết bị ngưng tụ
Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hoàn Bởi vì loại thiết bị này có phụ tải nhiệt khoảng 4500÷5500 W/m 2 nên nó ít tiêu hao kim loại, thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, làm mát bằng nước nên ít phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết và nhiệt độ ngưng tụ thấp nên năng suất lạnh cao, dễ vệ sinh về phía nước làm mát
Hình 6.1: Cấu tạo thiết bị ngưng tụ
3 Đường vào hơi cao áp
5 Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng
6,8 Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát
7 Nắp bình là nắp phẳng
9 Đường ra của lỏng cao áp
10 Các ống trao đổi nhiệt
11, 12 Đường vào và ra của lỏng cao áp
Hơi cao áp đi vào bình ngưng từ phía trên theo đường 4, chiếm đầy không gian thể tích bình Tại đây nó nhả nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức bên trong ống, ngưng tụ thành lỏng qua đường 10 đi ra ngoài.
6.1.4 Tính chọn thiết bị ngưng tụ
- Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
Kw Lấy phụ tải nhiệt: q F 5000 w/m 2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F
Tính các thiết bị phụ
- Để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu.
- Để chứa lỏng môi chất từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống Vị trí: đặt sau thiết bị ngưng tụ và trước van tiết lưu
Hình 6.2 Bình chứa cao áp
Thể tích bình Đường kính ngoài
1 Áp kế, dưới áp kế có ống xiphông để chống rung cho kim áp kế.
2 Van an toàn, dưới van an toàn có van chặn để cô lập khi sửa chữa hoặc khi van an toàn mất tác dụng.
3 Đường vào của lỏng cao áp.
4 Đường cân bằng với thiết bị ngưng tụ để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bình chứa dễ dàng.
5 Đường dự trữ hoặc làm đường xả khí không ngưng.
6 Ống thuỷ sáng để quan sát mức lỏng trong bình.
7 Đường ra của lỏng cao áp.
6.2.3 Tính toán bình chứa cao áp
Ta chọn hệ thống lạnh môi chất Frêon chảy từ trên xuống nên thể tích chứa được tính theo công thức 8 -13, trang 260, tài liệu 3 ta có:
0,51, 2 0.72 V d Với: Hệ số an toàn là 1,2
VCA : Thể tích bình chứa cao áp
Vd : Thể tích hệ thống dàn bay hơi Đối với dàn bay hơi Freon, chọn ống đồng đường kính là 0,018 m, dày 0,001m
=> đường kính ngoài của ống là d = 0,019 m
Chọn số ống trong dàn là 12, mỗi ống dài 2,5 m
=> Tổng chiều dài của các ống là:
Thể tích hệ thống dàn bay hơi:
Chọn bình chứa cao áp nằm ngang theo bảng 8-17 trang 264 tài liệu 2, ta chọn bình0.4PB với các thông số:
Bình tách dầu
6.3.1 Mục đích Để tách dầu ra khỏi luồng hơi nén của môi chất nhằm tránh dầu đến bám bẩn các bề mặt truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi làm cản trở quá trình truyền nhiệt.
Vị trí của bình tách dầu: đặt sau máy nén và trước bình ngưng tụ
1,3-Đường vào và ra của hơi cao áp 2-Van an toàn.
Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu khô cho máy nén 2 cấp Đường kính ống: theo tài liệu 1 trang 123 ta có: d
+ :tốc độ môi chất ở ống nối vào bình tách dầu
Chọn = 18 [m/s] (theo tài liệu 1 trang 123)
+Vh: thể tích thực tế của môi chất ra khỏi máy nén Đối với bình tách dầu dùng cho tủ cấp đông:
=> Chọn bình loại bình 65-MO.
Do giảm vận tốc đột ngột khi từ ống nhỏ ra bình lớn nên lực quán tính giảm các hạt dầu có kích thước lớn dưới tác dụng trọng lực sẽ rơi xuống Do lực ly tâm khi qua các vị trí ngoặc dòng các hạt dầu va đập vào thành bình và rơi xuống Do vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn, các hạt dầu giử lại dưới tác dụng trọng lực rơi xuống.
Bình chứa hạ áp
Chứa dịch môi chất ở nhiệt độ thấp để bơm cấp dịch ổn định cho hệ thống lạnh
1 - Ống góp bắt van phao
2 - Ống dịch tiết lưu vào
3 - Ống lắp áp kế và van an toàn
Tách lỏng lượng ga hút về máy nén Trong hệ thống lạnh sử dụng bơm cấp dịch lượng lỏng sau khi ra khỏi dòng bay hơi khá lớn, nếu sử dụng bình tách lỏng thì không có khả năng tách hết, rất dễ gây ngập lỏng Vì vậy người ta đưa về bình chứa hạ áp ở đó lỏng đc rơi xún dưới hơi ở trên được hút về máy nén.
Bình trung gian
- Làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh làm giảm công nén và nhiệt độ cuối tầm nén cho máy nén cao áp
- Tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp hút về máy nén cao áp
- Làm quá lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do tiết lưu.
1 Đường vào của hơi nén trung áp
2 Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình
3 Đường ra của hơi trung áp
5 Ống thuỷ tối và van phao
9 Đường tháo lỏng ra khỏi bình
10 Đường ra lỏng cao áp
- Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trung gian
Với : Q tg – Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian
Q ql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu
Q lm : Công suất nhiệt làm mát trung gian
Q tg Q ql Q lm 1,17 3,92 5,09 kW q F – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng t q i i 738,87 553,52 185,35 W m 2
-Đường kính trong bình trung gian: D
V: Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp.
0,1152 0,05824 6,7010 3 m 3 s ω: Tốc độ gas trong bình, chọn ω = 0.5 m/s
Bình hồi dầu
- Quá nhiệt dòng hơi hút về máy nén nhằm tránh hiện tượng thủy kích.
- Qúa lạnh lỏng cao áp trước khi vào tiết lưu nhằm giảm tổn thất lạnh do tiết lưu. -Thiết bị được đặt sau thiết bị bay hơi, trước máy nén.
1, 3 - Đường ra và vào của hơi hạ áp
2 - Ống trụ bịt hai đầu nhằm để hướng toàn bộ dòng hơi tiếp xúc với ống xoắn (6) và vừa làm tăng tốc độ của dòng hơi nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.
4, 5 - Đường ra và vào của lỏng cao áp.
Hơi hạ áp đi vào phía trên của bình trao đổi nhiệt với lỏng cao áp đi trong ống xoắn trở thành hơi quá nhiệt được hút về máy nén Hơi ra phải được lấy từ phía dưới để hút dầu về máy nén.
Bình này được bọc cách nhiệt
Bình chống tràn
Bình trống tràn về thực chất là bình giữ mức – tách lỏng được sử dụng để giữ mức dịch trong các tấm lắc và tách lỏng môi chất về máy nén.
Bình có cấu tạo dạng trụ, đặt nằm ngang, phía dưới có ống lỏng ra để đến các tấm lắc và ống hơi từ các tấm lắc vào bình Ống hơi vào bình được đưa lên phía trên bề mặt thoáng của lỏng trong bình để tạo nên vòng tuần hoàn tự nhiên của môi chất lạnh lỏng.Ống hơi ra bình về máy nén được uốn cong và bố trí 01 đoạn nằm ngang dọc phía trên khoang hơi thân bình Trên đoạn nằm ngang đó người ta khoan các lổ nhỏ Φ10 để hút hơi phần trên của ống nhằm tránh hút ẩm Ống cấp dịch sục vào cột lỏng để quá lạnh khối lỏng trong bình một cách nhanh chóng Bình thường trang bị 01 van phao nhằm khống chế mức dịch cực đại bảo vệ máy nén khỏi bị hút ẩm Khi lắp đặt, bình trống tràn được lắp ở ngay trên nóc tủ vừa thuận lợi lắp đặt vừa dễ đi vào đường ống.
Các thiết bị khác
Chọn các thiết bị khác bao gồm: Van 1 chiều, van chặn, van tiết lưu, van điện từ ta có thể chọn theo đường kính của hệ thống đường ống nối chúng
Van chặn có rất nhiều loại tuỳ thuộc vị trí lắp đặt, chức năng, công dụng, kích cỡ, môi chất, phương pháp làm kín, vật liệu chế tạo……
Theo chức năng van chặn có thể chia ra làm: van chặn hút, chặn đẩy, van lắp trên bình chứa, van góc, van lắp trên máy nén.
Trong hệ thống lạnh để bảo vệ các máy nén ,bơm… người ta thường lắp phía đầu đẩy các van một chiều.
Van một chiều có công dụng:
- Tránh ngập lỏng: Khi hệ thống lạnh ngừng hoạt động hơi môi chất còn lại trên đường ống đẩy có thể ngưng tụ lại và chảy về đầu đẩy máy nén và khi máy nén hoạt động có thể gây ngập lỏng.
- Tránh tác động qua lại giữa các máy làm việc song song.
- Tránh tác động của áp lực cao thường xuyên lên clappê máy nén.
Van điện từ trong hệ thống lạnh có chức năng đóng, mở dòng môi chất lạnh theo yêu cầu thông qua các mạch điện điều khiển.
VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG,THỬ KÍN
Quy trình vận hành của tủ cấp đông tiếp xúc
7.1.1 Nguyên tắc cơ bản trong vận hành tủ cấp đông tiếp xúc
- Ngay cả những tủ ngừng hoạt động do không có sản phẩm đầu vào, áp suất dàn lạnh vẫn tăng Mức độ tăng tuỳ thuộc vào độ kín giữa các van Khi áp suất tăng cao sẽ gây ra nhiều nguy cơ mất an toàn và cần tiến hành chạy rút gas để hạ áp suất Bởi vậy, nguyên tắc đầu tiên trong vận hành tủ chính là theo dõi thường xuyên và tiến hành chạy rút gas khi áp suất tăng cao Thời gian chạy rút gas phụ thuộc vào chất lượng máy nén và độ hở các van Quá trình chạy rút gas cần đảm bảo thực hiện nghiêm túc đúng quy trình tránh để tăng áp dàn lạnh quá giới hạn gây nổ đường ống cao su bên trong thiết bị.
- Quy trình vận hành tủ có hai nhiệm vụ cơ bản là cấp dịch và nâng dàn lạnh Cả hai công việc được điều khiển ngay tại tủ bằng hộp điều khiển ngay bên ngoài tủ đông. Trong đó, việc điều khiển cấp dịch thường theo chế độ tự động nhờ hệ thống phao và van điện từ tại bình chứa thấp áp đối với cấp dịch tràn hay bơm đối với cấp dịch từ bình tuần hoàn thấp áp.
Trước khi đưa sản phẩm vào cấp đông nên chạy thử tủ trước khoảng 20 phút để nhiệt độ tủ hạ xuống bằng nhiệt độ làm việc giúp rút ngắn thời gian cấp đông thực phẩm, góp phần tăng giá trị sản phẩm do rút ngắn thời gian sản xuất Bên cạnh đó, việc tiến hành chạy tủ trước 20 phút sẽ giúp máy hoạt động ổn định trước khi thực hiện công việc cấp đông chính thức cho các sản phẩm
Sau khi tủ chạy 20 phút, bề mặt các tấm lạnh bắt đầu có tuyết bám một lớp mỏng Tủ được mở một phía Nhấn nút UP hay tay gạt để nâng ben lên vị trí mở tối đa Nhấn STOP hoặc gạt cần lại vị trí trung gian để dừng cấp hàng vảo tủ cấp đông một cách dể dàng Trong quá trình nhập hàng vảo tủ cấp đông, tránh để tuyết bám rơi xuống khay chứa thực phẩm Thao tác nhanh gọn để giảm thơi gian mở tủ tránh tổn thất nhiệt khi mở cửa Sau khi nhập hàng xong , nhấn DOWN hoặc cần gạt điều khiển để hạ ben.
Tiến hành chạy tủ như bình thường cùng với việc chạy máy nén Theo dõi và kiểm soát nhiệt độ cấp đông hàng giờ Nếu trong quá trình cấp đông cần tiến hành mở cửa châm nước vào khuôn thì thực hiện nhanh và tương tự như nhập hàng Thời gian thực hiện cấp đông của mỗi tủ phụ thuộc vào các yếu tố như hệ thống thiết bị, kỹ thuật vận hành, kỹ thuật chất tải.
Sau khi sản phẩm được cấp đông đúng yêu cầu, tiến hành chạy rút gas dàn lạnh trước khi mở tủ Nâng ben từ từ từng tấm từ trên xuống để lấy hàng ra Thao tác lấy hàng ra cũng cần được thực hiện nhanh chóng và quá trình nâng ben thực hiện tương tự như nhập hàng vào kho.
Tủ cấp đông tiếp xúc sau mỗi lần hoạt động sẽ bị bám một lớp tuyết nên cần thực hiện xả tuyết dàn lạnh để tránh ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của mỗi lần sau đó. Trước khi tiến hành xả tuyết cần đảm bảo hệ thống được rút hết gas Trong quá trình xả tuyết, dàn lạnh ở vị trí để thao tác Rửa tủ bằng cách phun nước lạnh trực tiếp lên bề mặt dàn lạnh Việc nâng hạ các tấm ben trong quá trình sử dụng hoàn toàn do hệ thống ben thuỷ lực Hệ thống này hoạt động độc lập với hệ thống lạnh trong tủ cấp đông tiếp xúc.
Chú ý: Mỗi tủ cấp đông tiếp xúc chỉ nên sử dụng để cấp đông một loại sản phẩm Như vậy, chiều cao các khuôn mới đồng đều, đảm bảo khoảng cách tương đương giữa các dàn lạnh, giúp cho quá trình tiếp xúc giữa sản phẩm và dàn lạnh đạt hiệu quả tốt nhất.
Bão dưỡng hệ thống
- Bơm thuỷ lực: không có tiếng kiêu lạ.
- Ben thuỷ lực: tốc độ nâng hạ đều: Khoảng cách hai đầu các tấm trao đổi nhiệt đều nhau.
- Các bulon treo tấm trao đổi nhiệt không được lỏng.
- Cánh cửa vị trí chắc chắn không bị xệ, cân chỉnh nếu cần thiết.
- Vỏ tủ: có bị hư hỏng gì hông.
- Xã dầu trong tấm trao đổi nhiệt
Xử lý các sự cố và hư hỏng
7.3.1 Ngưng hoạt động tủ thời gian dài
Khi tủ không được sử dụng trong thời gian dài cần phải tiến hành các bước sau đây:
- Ngắt nguồn điện cung cấp cho tủ (bơm thuỷ lực).
- Tủ phải được vệ sinh kỹ càng.
- Cửa tủ nên để mở để thông thoáng.
- Trong thời gian này nên tiến hành công việc bảo trì.
7.3.2 Xử lý những hư hỏng thường gặp
- Đáy tủ có nước: Đây là hiện tượng do thực phẩm tiết ra nhiều nước, ống dẫn nước thải khi xả tuyết bị tắc.
- Trong quá trình làm việc, khu vực nền và không gian xung quanh thường ẩm ướt do đó phải lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn các công trình.
- Do thiết bị đặt ngoài trời nên nếu không sử dụng bơm loại đặc biệt chống nước mưa thì động cơ sẽ nhanh hỏng và gấy sự cố.
Thử kín thử bền hệ thống
Hệ thống được canh chỉnh bằng các dụng cụ đo đạt và kiễm tra chuyên ngành nhằm đảm bảo cho hệ thống hoạt động đúng với các yêu cầu đã đề ra trong thiết kế.
Kiểm tra độ kín, độ rò rỉ hệ thống đường ga, đường ống nước Kiểm tra hệ thống chịu áp lực của hệ thống ống ga, ống nước Các bước kiểm tra này phải tuân thủ đúng về an toàn kỹ thuật hệ thống lạnh.
Kiểm tra độ cách điện, sự rò rỉ của các thiết bị điện, hệ thống cáp và dây điện. Kiểm tra nguồn điện 3 pha từ tủ điện chính của nhà máy cung cấp vào hệ thống lạnh. Kiểm tra chiều quay của các mô tơ điện trong hệ thống.
Kiểm tra độ kín giữ lạnh của hệ thống tủ đông tiếp xúc
Kiểm tra các thiết bị bảo vệ trong hệ thống đả được lắp đặt đúng chưa, chắc chắn, đả được đấu nối đúng đường điện, đường tín hiệu.
Hệ thống sau khi lắp đặt được tiến hành thử kín toàn bộ bằng khí nén Đồng thời đươc kiểm tra độ tin cậy sau khi lắp đặt thông qua việc thử bền toàn bộ hệ thống bằng khí nén.
Quá trình thử kín : tăng dần áp suất đồng thời quan sát đường ống và thiết bị, khi đạt đến trị số 0,6 áp suất thử kín thì không tăng nữa để quan sát Sau đó tăng áp suất đến trị số áp suất thử bên thấp áp để kiểm tra độ kín bên thấp áp Tiếp tục tăng áp suất đến trị số áp suất thử bên áp cao để kiểm tra độ kín bên áp cao Cuối cùng giữ trị số áp suất thử này trong thời gian 24h, trong 6h đầu áp suất có thẻ giảm xuống không quá 10%, trong các giờ cuối áp suất phải không thay đổi.
Các bước kiểm tra này được tuân thủ đúng về an toàn kỹ thuật của hệ thống lạnh cụ thể như sau :
Thử bền và thử kín toàn bộ hệ thống bằng khí nén trung gian.
Quá trình thử bền : khi thư bền giữ áp suất thử trong thời gian 5 phút, sau đó hạ dần đến áp suất làm việc và tiến hành kiểm tra.
Hệ thống được xác định là đảm bảo độ tin cậy về mặt an toàn: sau khi thử kín và thử bền phải khong có vết rạng nứt, không rò rỉ, không biến dạng.
Sau khi công tác kiểm tra canh chỉnh hệ thống và chạy thử nghiệm để nghiệm thu Tiến hành vận hành hệ thống và thực hiện các công việc hiệu chỉnh các thiết bị lạnh trên hệ thống ga để đảm bảo công suất lạnh cho các phụ tải đúng theo thiết kế.
Thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc 200kg/mẻ dùng để cấp đông thịt heo trong 2h
Lạnh đông là một ngành đóng vai trò hết sức quan trọng đối với đời sống của con người và đặc biệt là trong các ngành công nghiệp và chế biến thực phẩm.
Có thể nhận thấy kĩ thuật làm lạnh đông có vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hàng ngày cũng như duy trì được các phẩm chất của nguyên liệu, tránh làm giảm chất lượng của sản phẩm.
Vì vậy, làm lạnh thực sự là một giải pháp tối ưu để ổn định nguyên liệu và cung cấp kịp thời cho sản xuất Để sử dụng phương pháp làm lạnh đông thì có rất nhiều thiết bị được ứng dụng Tủ đông tiếp xúc là một trong các thiết bị được sử dụng phổ biến và mang lại hiệu quả cao Viêc thiết kế các hệ thống lạnh, các thiết bị lạnh cụ thể là tủ đông tiếp xúc cần đảm bảo được các yêu cầu để phù hợp với sản phẩm Sau khi nhận được đề tài: “ Thiết kế tủ đông tiếp xúc công suất 200kg/mẻ”, nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Nguyễn Thị Hồng Nhung, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành xong đồ án Tuy nhiên trong quá trình làm và tính toán vẫn còn nhiều thiếu xót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để đồ án được hoàn thiện và nâng cao Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban lãnh đạo khoa Cơ khí, các thầy cô bộ môn Cơ - Nhiệt
- Điện Lạnh và đặc biệt là cô giáo Nguyễn Thị Hồng Nhung đã hướng dẫn, tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua.