Tính toán thiết kế tủ cấp đông gió công suất 250kg mẻ đà nẵng

Đề tài: “Tính toán thiết kế tủ cấp đông gió công suất 250kg/mẻ - Đà Nẵng” gồm 5 chương với các nội dung chính sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỦ CẤP ĐÔNG VÀ CÁC Chương 3: TÍNH TOÁN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ CẤP ĐÔNG GIÓ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ CẤP ĐÔNG GIÓ

CÔNG SUẤT 250KG/MẺ

Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Hồng Nhung

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hữu Chung - 1911504310104

: Hồ Đắc Quang - 1911504310138

Đề tài: “Tính toán thiết kế tủ cấp đông gió công suất 250kg/mẻ - Đà Nẵng” gồm

5 chương với các nội dung chính sau:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỦ CẤP ĐÔNG VÀ CÁC

Chương 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ CHỌN MÁY NÉN

Thành lập sờ đồ nguyên lý và đồ thị T-S và Log P-I, tính toán chu trình, công suất và chọn mấy nén

Chương 4: TÍNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ

Tính toán các thiết bị: ngưng tụ, bay hơi và các thiết bị phụ tải lạnh của tủ đônggió

Chương 5: VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG

Tìm hiểu về nguyên lý vận hành và bảo trì tủ đông gió

LỜI NÓI ĐẦU

i

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ và yêu cầu của sinh viên để kết thúc khóa học trướckhi tốt nghiệp ra trường, đồng thời nó cũng giúp cho sinh viên tổng kết được nhữngkiến thức đã học trong suốt quá trình học tập, cũng như phần nào xác định được côngviệc mà mình sẽ làm trong tương lai khi tốt nghiệp ra trường

Với đề tài “Tính toán thiết kế tủ cấp đôn gió 250kg/mẻ”, sau khi tiềm hiểu và tiếnhành làm đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, đề tài này

đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm cho công việc tương lai saunày

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của cô: ThS Nguyễn Thị HồngNhung cùng với các thầy cô khác trong khoa đến nay đồ án của em đã được hoànthành Mặc dù em đã cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng do kinh nghiệm, kiến thức cònhạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình làm đồ án Em rất mong nhậnđược sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn để em hoàn thiện hơn về kiến thức chuyênmôn

Em xin chân thành cảm ơn cô: ThS Nguyễn Thị Hồng Nhung đã tận tình

hướng dẫn em trong thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài tốt nghiệp này Sự hướngdẫn, góp ý tận tình của thầy đã là nguồn động viên to lớn giúp em rất nhiều trong quátrình thực hiện đề tài Và em cũng cảm ơn quý thầy cô trong khoa công nghệ nhiệt –điện lạnh đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này.Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô trong nghành nghệ kỹ thuật nhiệt thậtdồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyềnđạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Chung Hồ Đắc Quang

MỤC LỤC

iii

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

DANH SÁCH BẢNG VẼ VÀ HÌNH ẢNH vi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỦ CẤP ĐÔNG GIÓ VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐÔNG LẠNH THỰC PHẨM 2

1.1 Khái niệm về cấp đông: 2

1.2 Bảo quản thực phẩm: 2

1.3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm: 3

1.4 Xử lý thủy sản sau khi đông lạnh 5

1.4.1 Mạ băng sản phẩm đông 5

1.4.2 Bao gói thực phẩm 6

1.4.3 Các công nghệ đông lạnh thực phẩm 6

1.5 Tổng quan về tủ cấp đông gió 7

1.5.1 Hệ thống tủ cấp đông gió 7

1.5.2 Kết cấu và đặc tính kỹ thuật của tủ cấp đông gió 7

1.5.3 Nguyên lý làm việc: 8

1.6 Hệ thống cấp đông IQF 9

1.6.1 Khái niệm và phân loại 9

1.6.2 Những chức năng của hệ thống 9

1.7 Nhiệm vụ đồ án 10

Chương 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỦ VÀ TÍNH TỔN THẤT CHO HỆ THỐNG 12

2.2 Tính kích thước tủ đông gió 12

2.2.1 Chiều cao 12

2.2.2 Chiều rộng 12

2.2.3 Chiều dài 12

MỤC LỤC

iv

2.1.2 Kích thước của tủ 12

2.3 Cách nhiệt cách ẩm cho tủ đông gió 13

2.4 Kiểm tra đọng sương 14

2.5 Tính nhiệt cho tủ cấp đông gió 14

2.5.1 Dòng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài 14

2.5.2 Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra 15

2.5.3 Tổn thất nhiệt do thông gió 16

2.5.4 Tổn thất do vận hành 16

2.5.5 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén 17

Chương 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 18

3.1 Chọn môi chất lạnh và thông số kĩ thuật 18

3.1.1 Môi chất lạnh 18

3.1.2 Yêu cầu của môi chất lạnh 18

3.1.3 Chọn môi chất lạnh 19

3.1.4 Chọn môi trường giải nhiệt 19

3.2 Thông số ban đầu 19

3.2.1 Nhiệt độ sôi của môi chất 20

3.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất 21

3.2.3 Nhiệt độ hơi hút về máy nén 21

3.2.4 Nhiệt độ quá lạnh 21

3.3 Tính toán chu trình 22

3.3.1 Chọn cấp của chu trình 22

3.3.2 Chọn kiểu chu trình 22

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị 22

3.4 Tính toán chu trình 25

3.5 Chọn máy nén 28

Chương 4: TÍNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ 32

4.1.1 Đặc điểm 32

4.1.2 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ 32

MỤC LỤC

v

4.1.3 Cấu tạo 32

4.1.4 Nguyên lý làm việc 33

4.1.5 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 33

4.2 Thiết kế thiết bị bay hơi 36

4.2.1 Khái niệm về thiết bị bay hơi 36

4.2.2 Lựa chọn thiết bị 37

4.2.3 Cấu tạo 37

4.2.4 Nguyên lý làm việc 37

4.2.5 Tính chọn thiết bị bay hơi 38

4.3 Các thiết bị phụ 38

4.3.1 Bình chứa cao áp 38

4.3.2 Bình tách lỏng 40

Chú thích: 40

4.3.3 Bình tách dầu 41

4.3.4 Bình trung giang 42

4.3.5 Tháp giải nhiệt 45

4.3.6 Bình thu hồi dầu 46

4.3.7 Các thiết bị khác 48

Chương 5: VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG 49

5.1 Vận hành: 49

5.2 Bảo trì 50

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH SÁCH BẢNG VẼ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Tủ đông gió 8

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý 22

Hình 3.2: Đồ thị T-S và Lgp-i 23

Hình 3.3: Giao diện của phần mền BITZER SOFTWARE 28

Hình 3.4: Nhập thông số chọn máy nén 29

Hình 3.5: Kết quả thông số máy nén 29

Hình 3.6: Bản vẽ chi tiết và kích thước của máy nén 30

Hình 3.7: Thông số kỹ thuật của máy nén 30

Hình 4.1: Cấu tạo của thiết bị ngưng tụ 36

Hình 4.2: Dàn bay hơi 37

Hình 4.3: Bình chứa cao áp 38

Hình 4 4: Bình tách lỏng 40

Hình 4.5: Bình tách dầu 41

Hình 4.6: Bình trung giang 43

Hình 4.7: Tháp giải nhiệt 45

Bảng 1.1: Số ngày bảo quản phụ thuộc vào nhiệt độ đối với cá, thịt bò, gia cầm 2

Bảng 1.2: Khả năng phân giải phụ thuộc vào nhiệt độ 3

Bảng 1.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật 4

Bảng 3.1: Thông số các điểm nút 24

Bảng 4.1: Thông số bình ngưng 36

Bảng 4.2: Thông số bình trung gian 44

Bảng 4.3:Các đặc tính kỹ thuật cơ bản tháp RINKI 48

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

t1: nhiệt độ môi trường bên

ngoài t2: nhiệt độ môi trường bên

trong ts :nhiệt độ đọng sương

1: hệ số toả nhiệt về phía không khí

Q11: Dòng nhiệt qua tường , trần , nền do chênh lệch nhiệt độ

Q12 : Dòng nhiệt qua tường, trần do bức xạ mặt trời

kt: Hệ số truyền nhiệt thực tế qua kết cấu bao che

F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che

Q2sp: Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm

Q2bb : Lượng nhiệt cấp cho bao bì

isp: Entanpi của sản phẩm trước khi gia

lạnh isp: Entanpi của sản phẩm sau khi gia

lạnh B : dòng nhiệt tổn thất khi mở cử

Q1, Q2, Q3 - Nhiệt do đèn, người, máy tỏa ra

K: là hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnhb: hệ số kể đến thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh

tw2: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

tw1: Nhiệt độ nước khi vào bình

ngưng Q0 - Năng suất làm lạnh của

máy nén

Fkk : diện tích để không khí đi qua

V : Thể tích của bình chứa cao áp, m3

G : Lượng tác nhân lạnh đi qua bình chứa cao áp

v : Thể tích riêng của chất lỏng ở nhiệt độ tK

V : lưu lượng thể dòng hơi đi qua bình tách dầu

𝜔 : tốc độ của hơi môi chất trong bình

V2 : thể tích riêng trạng thái hơi qua

bình

Qtg : Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian

Qql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu

Qlm: Công suất nhiệt làm mát trung gian

qF : Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ

V: Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp.C: Nhiệt dung riêng của nước

p : Khối lượng riêng của nước

△tw : Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ

Tính toán thiết kế tủ cấp đông gió công suất 250kg/mẻ - Đà Nẵng

 Mục tiêu đề tài

Áp dụng những kiến thức đã được học vào thực tế để thiết kế đưa ra giải pháp

hệ thống điều hòa không khí phù hợp tiết kiệm cho công trình, trau dồi những kỹnăng cần có hiện nay

 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Tính toán thiết kế tủ cấp đông gió công suất 250kg/mẻ tại thành phố Đà Nẵng

 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết của các giáo trình, bài giảng

để tính toán tổn thất nhiệt, ẩm, thành lập sơ đồ; tính toán các thiết bị chính và thiết bị phụ

 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Đồ án có các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống tủ cấp đông gió và các công nghệ làm lạnhthực phẩm

Chương 2: Xác định kích thước tủ và tính tổn thất nhiệt cho hệ thống

Chương 3: Tính toán chu trình lạnh và máy nén

Chương 4: Tính thiết bị trao đổi nhiệt và thiết bị phụ

Chương 5: Vận hành và bảo trì hệ thống

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỦ CẤP ĐÔNG GIÓ VÀ CÁC

CÔNG NGHỆ ĐÔNG LẠNH THỰC PHẨM

1.1 Khái niệm về cấp đông:

Cấp đông là một cách thông dụng dùng được để giữ sự tươi ngon cho các loại sảnphẩm như thực phẩm, rau củ quả, thịt, hải sản… Để làm được điều này, người ta sẽgiảm nhiệt độ của thực phẩm xuống đến nhiệt độ đông lạnh trong thời gia ngắn sau đómới đưa cào kho lạnh để bảo quản

So với việc bảo quản chỉ dùng kho đông lạnh, việc cấp đông đưa thực phẩm vàoquá trình đông lạnh trong thời gian ngắn nên giữ được chất lượng sản phẩm ở nhiệt

độ tốt nhất

Ngoài ra, việc cấp đông thường được sử dụng trong trường hợp cần giữ thực phẩm

có hạn sử dụng ngắn, dễ bị hỏng Nếu chỉ đưa vào kho lạnh bảo quản theo cách thôngthường, thực phẩm sẽ bị hư hỏng do không được làm lạnh kịp thời Như vậy, đến đâyhẳn chúng ta đã hiểu thực sự cấp đông là gì

Ưu điểm của phương pháp cấp đông: không chất bảo quản, tươi ngon và bổdưỡng, sử dụng quanh năm an toàn thực phẩm, tránh lãng phí, thuận tiện và linh hoạt,đảm bảo cung cấp sản phẩm ổn định

1.2 Bảo quản thực phẩm:

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là dùng để bảo quản thựcphẩm Theo thống kê thì khoảng 80% cong suất lạnh được sử dụng trong công nghiệpbảo quản thực phẩm Thực phẩm hầu hết là các loại sản phẩm dễ bị ôi thiêu hư hỏng

do vi khuẩn gây ra Nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm nên quá trình ôi thiuthực phẩm xảy ra càng nhanh chóng

Để bảo quản thực phẩm, ngoài phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao bì, xử lýkhí… phương pháp làm lạnh tỏ ra có rất nhiều ưu điểm như ít làm giảm chất lượngmàu sắc, mùi vị thực phẩm trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm bảo quản

Thực ra, thời gian bảo quản còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm, phươngpháp bao gói, thành phần không khí nơi bảo quản, chất lượng bạn thành phẩm…,nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất.

Ngày nay, công nghệ thực phẩm xuất khẩu đang giữ một vai trò hết sức quantrọng trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến thực phẩm nàykhông thể thiếu những trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ thuật lạnh

1.3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm:

Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp trong một luận án nổi tiếng “ Bàn vềnguyên nhân nóng và lạnh” đã cho rằng: Những quá trình sống và thối rữa diễn ranhanh hơn do nhiệt độ cao và kìm hãm chậm lại nhiệt độ thấp

Thật vậy, biến đổi của thực phẩm tăng nhanh ở nhiệt độ 40 ÷ 50ºC vì ở nhiệt độnày rất thích hợp cho hoạt hóa của men phân giải (enzym) của bản thân thực phẩm và

vi sinh vật

Ở nhiệt độ thấp các phản ứng hóa sinh trong thực phẩm bị ức chế Trong phạm

vi nhiệt độ bình thường cứ giảm 10 ºC thì tốc độ phản ứng giảm xuống ½ đến 1/3 lần.Nhiêt độ thấp tác dụng đến hoạt động của các men phân giải nhưng không tiêudiệt được chúng Nhiệt độ xuống dưới 0ºC, phần lớn hoạt động của ennzym bị đìnhchỉ Tuy nhiên một số men như lipaza, trypsin, calataza ở nhiệt độ -191 ºC cũngkhông bị phá hủy Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm, ví dụ men lipaza phângiải mỡ

Khi nhiệt độ giảm thì hoạt động sống của tế bào là do:

- Cấu trúc tế bào bị phân rút

- Độ nhớt dịch tế bào tăng

- Sự khuyếch tán nước và các chất hòa tan của tế bào giảm

- Hoạt tính enzym có trong tế bào giảm

Bảng 1.2: Khả năng phân giải phụ thuộc vào nhiệt độCác tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống có thể độc lập với cơ thểsống Vì vậy khả năng chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết khi nướctrong nó chưa đóng băng

Tế bào động vật có cấu trúc và hoạt động phức tạp, gắn liền với cơ thể sống Vìvậy khả năng chịu lạnh kém hơn Đa số tế bào động vật chết khi nhiệt độ giảm xuống

dưới 4 ºC so với thân nhiệt bình thường của nó Tế bào động vật chết chủ yếu là do độnhớt tăng và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể.

Một số động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ thay đổi,

cơ thể giảm các hoạt động sống đến mức không cần nhu cầu bình thường của điềukiện môi trường trong một khoảng thời gian nhất định Khi tăng nhiệt độ, hoạt độngsống của chúng sẽ phục hồi, điều này ứng dụng trong vận chuyển động vật đặc biệt làthủy sản ở dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển

Khả năng chịu lạnh của mỗi loài sinh vật có khác nhau Một số loài chết ở nhiệt

độ 20 ÷ 0 ºC Tuy nhiên một số khác chịu ở nhiệt thấp hơn

Khi nhiệt độ hạ xuống thấp, nước trong tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng

tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mất môi trường khuếchtán chất tan, gây biến tính của nước làm cho vi sinh vật chết

Trong tự nhiên có ba loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ riêng

50 ÷ 70 ºCBảng 1.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật

Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhưng nhiệt độ -10 ºC hầu hết ngừng hoạtđộng ngoại trừ các loài Mucor, Rhizopus, Penicellium Để ngăn ngừa nấm mốc phảiduy trì nhiệt độ dưới -15ºC Các loài nấm có thể sống ở mọi nơi khan nước nhưng tốithiểu đạt 15% Ở nhiệt độ -18 ºC, 86% lượng nước đóng băng, còn lại 14% không đủcho vi sinh vật phát triển

Vì vậy bảo quản thực phẩm lâu dài cần duy trì nhiệt độ kho lạnh ít nhất -18 ºC

Để bảo quản thực phẩm người ta có thể thực hiện nhiều cách như: Phơi, sấykhô,

đóng hộp và bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo quản lạnh tỏ ra có ưu điểmnổi bật vì:

- Hầu hết thực phẩm, nông sản đều thích hợp đối với phương pháp này

- Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ của nhiều loại thực phẩm nông sản

1.4 Xử lý thủy sản sau khi đông lạnh

1.4.1 Mạ băng sản phẩm đông

Ý nghĩa: Mạ băng là quá trình làm đông băng một lớp nước đá trên bề mặt sảnphẩm Việc mạ băng có tác dụng sau:

Lớp băng có tác dụng bảo vệ thực phẩm chống oxy hóa các thành phần dinh dưỡng

do tiếp xúc với không khí

- Chống quá trình thăng hoa nước đá trong thực phẩm

Phương pháp thực hiện từ nhiều phía, hệ thống điều khiển tự động phải nhịp nhànggiữa các khâu Tuy nhiên khi phun mặt dưới của sản phẩm sẽ không được mạ nênphải có biện pháp bổ sung

Do vậy người ta thường sử dụng hai phương tiện trên là vừa nhúng vừa phun Ở

vị trí phun sản phẩm chuyển động vòng xuống màng chứa nước nên cả hai đều mạbăng Mặt trên được mạ do phun còn mặt dưới được mạ nhờ nước trong máng.Phương pháp này đảm bảo đều cả hai mặt nhưng lượng nước không nhiều và mátlạnh không đáng kể

Sau khi làm ướt bề mặt sản phẩm được để trong không khí, nước lấy lạnh từthực phẩm và kết tinh trên bề mặt thực phẩm tạo thành lớp băng bám chặt bề mặt thựcphẩm Để tăng lớp băng mạ không nên kéo dài thời gian mạ băng, vì như vậy sẽ bịmất nhiệt mà nên thực hiện nhiều lần, giữa các lần xen kẽ làm lạnh tiếp thực phẩm

Để mạ đều sản phẩm cần tiến hành nhiều lần, không để cho các lớp thực phẩmtiếp xúc với nhau nhiều Chiều dày mạ băng ít nhất là 0,3mm

Sau khi mạ băng sản phẩm do nhiệt độ sản phẩm tăng nên người ta đưa vào táiđông lại lần nữa để làm lạnh thực phẩm

1.4.2 Bao gói thực phẩm

Để bảo vệ, bảo quản và tăng thẩm mỹ thực phẩm, sau cấp đông thực phẩm đượcchuyển sang khâu đóng gói bao bì Đây là khâu hết sức quan trọng làm tăng giá trịthực phẩm, thu hút khách hàng và quảng bá sản phẩm Bao bì phải đáp ứng các yêucầu cơ bản sau đây:

Phải kín tránh tiếp xúc không khí gây ra oxy hóa sản phẩm Mặt khác phảichống thâm nhập hơi ẩm hoặc thoát ẩm của thực phẩm Thường sản phẩm được baobọc bên trong là bao nylon bên ngoài là thùng cacton tráng sáp

- Hệ thống cấp đông dạng rời, có băng chuyền IQF

+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền cấp đông thẳng

+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền dạng xoắn

+ Hệ thống cấp đông siêu tốc

Ngoài ra còn một số công nghệ lạnh đông khác như: làm đông thực phẩm trongkhông khí lạnh, làm đông bằng hỗn hợp đá với muối, làm đông bằng nước muối lạnh

- Thực phẩm được làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ âm sâu đối lưu cưỡngbức qua bề mặt Quá trình truyền nhiệt là trao nhiệt đối lưu

- Sản phẩm cấp đông có thể dạn block hoặc rời, nhưng thích hợp nhất là dạng rời

- Không khí có nhiệt dung riêng nhỏ nên giảm nhiệt độ nhanh

- Khi tiếp xúc không gây ra các tác động cơ học, vì thế giữ nguyên hình dáng kích thước thực phẩm, đảm bảo thẩm mỹ và khả năng tự bảo vệ cao của nó

- Hoạt động liên tục, dễ tự động hóa sản xuất

nhiều với khí O2.

- Các sản phẩm được đặt trên khay và được kẹp ở giữa các tấm lắc cấp đông

- Các tấm lắc kim loại bên trong rỗng để môi chất lạnh chảy qua, nhiệt độ bay hơi đạt t0 = -40÷-45 ºC.

- Nhờ tiếp xúc với các tấm lắc có nhiệt độ thấp, quá trình trao đổi nhiệt tươngđối hiệu quả và thời gian làm đông được rút ngắn đáng kể so với làm đôngdạng khối trong các kho cấp đông gió.

- Phương pháp này thực hiện ở những nơi không có điện để chạy máy lạnh Khicho muối vào nước đá thì tạo nên hỗn hợp có khả năng làm lạnh Tùy thuộcvào tỷ lệ muối pha mà đạt được các hỗn hợp nhiệt độ khác nhau

- Đơn giản, dễ thực hiện

- Nhiệt độ hỗn hợp tao ra không cao cỡ -12 ºC

- Giamr trọng lượng và phẩm chất bề mặt

- Khả năng bảo quản trong thời gian ngắn và chỉ có thực phẩm tươi sạch

1.5 Tổng quan về tủ cấp đông gió

1.5.1 Hệ thống tủ cấp đông gió

Tủ cấp đông gió được sử dụng để cấp đông các sản phẩm rời với khối lượng nhỏ,được trang bị cho các xí nghiệp nhỏ và trung bình Năng suất chủ yếu từ 200 đến 500kg/h Trong trường hợp khối lượng nhiều, người ta chuyển sang cấp đông dạng cóbăng chuyền IQF

Bên trong có các cụm dàn lạnh, quạt gió, hệ thống giá đặt các khay chứa hàng cấpđông Các sản phẩm rời như tôm, cá philê… được đặt trên khay với một lớp mỏng,được làm lạnh nhờ có gió tuần hoàn với tốc độ lớn, nhiệt độ rất thấp, khoảng -35ºC,

do đó thời gian làm lạnh ngắn Phương pháp cấp dịch cho tủ đông gió là từ bìnhchống tràng theo kiểu ngập dịch

1.5.2 Kết cấu và đặc tính kỹ thuật của tủ cấp đông gió

Tủ đông gió có cấu tạo dạng tủ chắc chắn, có thể dễ dàng vận chuyển đi nơikhác khi cần Tủ có cấu tạo như sau:

Vỏ tủ: Cách nhiệt vỏ tủ bằng polyuretan dày 150mm, có mật độ khoảng 40 ÷ 42kg/m3, hệ số dẫn nhiệt

Tủ có 2 buồng, có khả năng hoạt động độc lập, mỗi buồng có hai cánh cửa cáchnhiệt, kiểu bản lề, mỗi cánh tương ứng mở vào một ngăn tủ Kích thước của cánh tủ là800W x 1900H x 125T (mm) Hai mặt các cánh tủ là hai tấm inox dày 0.6 mm Cánh

tủ có trang bị điện trở sấy chống đóng băng, bản lề, tay khóa inox, joăng làm kín cókhả năng chịu lạnh cao

Khung vỏ được gia công từ thép chịu lực, mạ kẽm và gỗ chống cầu nhiệt tại các

vị trí cần thiết

Dàn lạnh: Có 1 hoặc 2 dàn lạnh hoạt động độc lập Dàn lạnh có ống, cánh tảnnhiệt và vỏ là thép nhúng kẽm nóng hoặc inox Dàn lạnh được thiết kế để sử dụng chomôi chất NH3 Dàn lạnh đặt trên sàn tủ, xả băng bằng nước Hệ thống ống xả băng,máng hứng nước là thép mạ kẽm Động cơ quạt là loại chống ẩm ướt, cánh quạt cóhướng trục, có lồng bảo vệ chắc chắn Lòng quạt và máng hứng nước có trang bị điệntrở chống đóng băng.

Giá đỡ khay cấp đông: Mỗi ngăn có một giá đỡ khay cấp đông, giá có nhiềutầng để đặt khay cấp đông, khoảng cách giữa các tầng hợp lý để đưa khay cấp đôngvào ra và lưu thông gió trong quá trình chạy máy

Khay cấp đông: Khay được chế tạo bằng inox dày 2mm, có đục lỗ trên bề mặt

để không khí tuần hoàn dễ dàng Khối lượng hàng trong mỗi khay tùy thuộc vào côngsuất của tủ mà chọn sao cho hợp lý

Hình 1: Tủ đông gió

1.5.3 Nguyên lý làm việc:

Các sản phẩm được đặt vào khay nhôm có khoét lỗ Sau đó những khay nhômnày được xếp chồng lên nhau hoặc được xếp lên các xe đẩy Các sản phẩm sẽ đượccấp đông nhanh chóng bởi dòng khí lạnh luân chuyển áp suất cao trực thổi ra từ quạt

làm mát lên bề mặt sản phẩm Ngăn tủ đông cung cấp lý tưởng cho việc cấp đông sảnphẩm

theo lô Hệ thống này thiết kế để mở rộng giữa thời gian cấp đông và thời gian rãđông sản phẩm Đối với kiểu thiết kế này chúng ta có thể tận mắt nhìn thấy quá trìnhcấp đông diễn ra như thế nào.

Sử dụng tủ đông gió là một giải pháp rất kinh tế dùng cấp đông các sản phẩmđôg lạnh rời cho các doanh nghiệp nhỏ và vừa, vì chi phí đầu tư thấp, vận hành tiệnlợi, có thể chạy với số lượng hàng nhỏ và rất nhỏ

Chỉ trong trường hợp doanh nghiệp có vốn lớn, sản lượng khai thác và chế biếnnhiều thì mới cần đến các dây chuyền cấp đông IQF

1.6 Hệ thống cấp đông IQF

1.6.1 Khái niệm và phân loại

Hệ thống IQF được viết tắt từ chữ tiếng anh Individual Quickly Freezer, nghĩa là

hệ thống cấp đông nhanh các sản phẩm rời

Một trong những đặc điểm đặc biệt của hệ thống IQF là các sản phẩm được đặttrên các băng chuyền, chuyển động với tốc độ chậm, trong quá trình đó nó tiếp xúcvới không khí lạnh nhiệt độ thấp và nhiệt độ hạ xuống rất nhanh

Buồng cấp đông kiểu IQF chuyên sử dụng để cấp đông các sản phẩm dạng rời.Tốc độ băng tải di chuyển có thể điều chỉnh được tùy thuộc vào loại sản phẩm và yêucầu công nghệ Trong quá trình di chuyển trên băng chuyền sản phẩm tiếp xúc vớikhông khí đối lưu cưỡng bức với tốc độ lớn, nhiệt độ thấp -35ºC ÷ 43 ºC và hạ nhiệt

độ rất nhanh Vỏ bao che buồng cấp đông là các tấm cách nhiệt polyuretan, hai mặtinox

Buồng cấp đông dạng IQF có ba dạng chính sau đây:

- Buồng cấp đông có băng chuyền kiểu xoắn: Sprial IQF

- Buồng cấp đông có băng chuyền kiểu thẳng: Straight IQF

- Buồng cấp đông có băng chuyền siêu tốc: Impingement IQF

Đi đôi với buồng cấp đông các hệ thống còn lại được trang bị thêm các băngchuyền khác như băng chuyền hấp, băng chuyền làm nguội, băng chuyền làm khô,băng chuyền mạ băng và buồng tái đông

1.6.2 Những chức năng của hệ thống

Các tấm phân phối khi phía bên trên có thể dễ dàng được nâng lên hoặc hạ xuống để vệ sinh thường xuyên và bảo dưỡng cho khu vực tiếp xúc và để cấp đôngsản phẩm Dàn lạnh bố trí ở cả hai phía để kiểm tra dễ dàng khi dừng máy

Băng tải làm bằng thép không rỉ được thiết kế bằng một lớp lưới inox đơn giản,

để hạn chế việc sản phẩm kẹt trong quá trình sản xuất

Hình1.1: Phương pháp xác định trên đồ thị I - d của không khí ẩm

Bảng điện điều khiển máy cấp đông và điều chỉnh thời gian cấp đông ở mọi chế

độ vận hành, vệ sinh xả tuyết dàn lạnh Việc điều chỉnh nhiệt độ giúp dễ dàng theodõi và kiểm soát chất lượng sản phẩm

1.7 Nhiệm vụ đồ án

 Các số liệu và tài liệu ban đầu:

Các số liệu về khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm của không khí, bức xạ mặt trời, gió

và hướng gió, lượng mưa Đó là những yếu tố quan trọng để tính toán thiết kế hệthống lạnh Chúng là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất nhiệt của hệthống lạnh qua vách bao che Dòng nhiệt tổn thất này là giá trị cơ bản để tính toánthiết kê úhệ thống lạnh

Ở đây công ty chế biến được xây dựng tại Quận Sơn Trà-Thành Phố Đà Nẵng

và có các thông số khí tượng sau :

Nhiệt độ trung bình cao nhất: tmaxtb = 37,7C

Độ ẩm trung bình cao nhất: 1 = 77%

Từ đó ta xác định được nhiệt độ, nhiệt kế ướt (tư) nhiệt độ điểm đọng sương (tư)trên đồ thị I-d của không khí

Trạng thái không khí lấy làm chuẩn để tính toán:

t1 = 37,7C

Suy ra: ts = 33 C; tư=32C

Chương 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỦ VÀ TÍNH TỔN THẤT CHO

HỆ THỐNG

2.1 Các thông số chi tiết

Vỏ tủ làm bằng Inox, kích thước tủ phụ thuộc vào cấu tạo các thiết bị bên trongbuồng:

+ Khay cấp đông: được làm bằng nhôm dài 2mm hoặc Inox, có đục lỗ trên bềmặt khay nhằm tạo được sự lưu thông gió dễ dàng, khay được thay thế phù hợp vớiloại sản phẩm cấp đông như: tôm, mực, cá Mỗi khay cấp đông chứa được 2,5kg sảnphẩm

+ Giá đỡ khay : được làm bằng Inox, dùng để đỡ khay cấp đông bên trong tủđông Giá đỡ có kích thước sau : Dài 610mm x Rộng 400mm x Cao 1400mm Với 25tầng để bố trí các khay cấp đông, khoảng cách giữa các khay được bố trí hợp lý nhằmtăng khả năng lưu thông gió Mỗi giá bố trí được 25 khay cấp đông

Vậy mỗi giá chứa được : 25 x 2.5 = 62,5 kg sản phẩm

Với buồng đông gió năng suất 250kg/h ta cần 250 : 62,5 = 4 ngăn

2.2 Tính kích thước tủ đông gió

+ Khoảng cách từ giá đến vỏ tủ mỗi bên là: 200mm

+ Khoảng cách giữa các giá đỡ là: 150mm

+ Khoảng cách 2 giá là: 150mm

Vậy chiều dài phủ bì là: 4.600+2.150+2.200= 3100mm

2.1.2 Kích thước của tủ

Đối với mỗi ngăn sẽ có 1 cửa tủ cửa tủ có cậu là tấm inox dầy 0.6 mm, được bọccách nhiệt, ở giữa là lớp polyurethan dày 125mm Cánh cửa tủ có trang bị điện trở sấy

2.3 Cách nhiệt cách ẩm cho tủ đông gió

Tủ đông gió ngày nay thường được làm bằng các tấm panel gồm : hai lớp thépcacbon bên ngoài và ở giữa là lớp cách nhiệt polyuretal

1,2: Tole dày 0,6mm3: Lớp cách nhiệt

mặt tủ bằng nhau và bằng vách bao ngoài

Đối với buồng này chiều dày cách nhiệt của vách, trần, nền như sau:

ΔCN = λCN [

k − (

2.0,0006

+45,35

2.4 Kiểm tra đọng sương

Kiểm tra đọng sương: điều kiện để mặt ngoài không bị đọng sương là nhiệt

độ bề mặt ngoài t𝑤 lớn hơn nhiệt độ đọng sương hoặc hệ số truyền nhiệt của vách

k𝑡 phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt đọng sương tức k𝑡 <k𝑠

t1: nhiệt độ môi trường bên ngoài t1 = 25C

t2: nhiệt độ môi trường bên trong t2=-35C

ts: nhiệt độ đọng sương

1: hệ số toả nhiệt về phía không khí 1 =2 3,3

Tủ đông gió đặt trong phòng điều hoà t1 = 25C

So sánh ks> kt nên đảm bảo không đọng sương trên bề mặt tủ

thép cacbon ở hai phía nên hoàn toàn không có ẩm lọt vào lớp cách nhiệtnên hoàn toàn không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòng kết cấu

2.5 Tính nhiệt cho tủ cấp đông gió

2.5.1 Dòng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài

Trong đó :

Q11: Dòng nhiệt qua tường , trần , nền do chênh lệch nhiệt độ

Q12 : Dòng nhiệt qua tường , trần do bức xạ mặt trời

*Tính Q11:

Trong đó

kt:Hệ số truyền nhiệt thực tế qua kết cấu bao che đã xác định ở chương 4

F: Diện tích bề mặt của kết cấu bao che

t

t1: Nhiệt độ bên ngoài phòng t1 = 25C

t2: nhiệt độ bên trong phòng t2 = -35C

Theo các phần tính toán trước ta có :

Q2sp: Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm

Q2bb: Lượng nhiệt cấp cho bao bì

2.5.2.1 Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm

Q2sp= G2sp.(isp -isp)/

Với isp: Entanpi của sản phẩm trước khi gia

lạnh isp: Entanpi của sản phẩm sau khi gia

= 10,74(KW)

2.5.2.2 Lượng nhiệt cấp cho bao bì

Lượng nhiệt cấp cho bao bì bao gồm các 4 giá và các khay nhôm

Với: t : nhiệt độ trước khi làm lạnh của bao bì 15Ct : nhiệt độ sau khi làm lạnh của bao bì -18C

CA = 0,22kcal = 0,921kj/kg :nhiệt dung riêng của nhôm

 = 2670 kg/m3 : Khối lượng riêng của nhômKhay 810 x 500 x50mm

2.5.3 Tổn thất nhiệt do thông gió

Tủ đông gió không có thông gió nên Q3 = 0

2.5.5 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén

2.5.5.1 Xác định tải nhiệt cho thiết bị

Tải nhiệt cho thiết bị nhằm mục đích để tính toán diện tích bề mặt trao đổinhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi Để đảm bảo được nhiệt trong buồng ở những điềukiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các giá trị thànhphần có giá trị cao nhất

Chương 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ CHỌN MÁY NÉN

3.1 Chọn môi chất lạnh và thông số kĩ thuật

3.1.1 Môi chất lạnh

Môi chất lạnh (cón được gọi là tác nhân lạnh, gas lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thụ nhiệt của môi trường cần làm lanh

có nhiệt độ thấp và tải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn

Ở máy nén hơi, quá trình hấp thu nhiệt ở môi trường lạnh được thực hiện nhờ quátrình bat hơi của môi chất ở nhiệt độ thấp, áp suất thấp và quá trình thải nhiệt ở môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ môi chất ở nhiệt độ cao, áp suất cao

3.1.2 Yêu cầu của môi chất lạnh

- Phải bền ững trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân hủy, không được polyme hóa;

- Áp suất ngưng tụ không quá cao (<15 ÷ 20 bar);

- Nhiệt độ cuối tầm nén phải thấp;

- Áp suất bay hơi không quá thấp (>1 bar ) ;

- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều;

- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn, máy còn gọn nhẹ;

- Độ nhớt càng nhỏ, tổn thất áp suất trên đường ống càng nhỏ;

- Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt ;

- Dâu bôi trơn càng hòa tan nhiều môi chất lạnh càng dễ bôi trơn;

- Càng hòa tan nước nhiều càng đỡ tắc ẩm van tiết lưu;

- Không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nữa kín;

- Không độc hại đối với cơ thể sống;

- Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản;

- Rẻ tiền, dễ kiếm;

- Sản xuất, vận chuyển bảo quản dễ dàng;

- Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản;

- Không được phá hủy môi sinh của môi trường;

- Cần có mùi đặc biệt để dễ phát hiện rò rỉ Nếu không mùi có thể pha thêm chất có mùi nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh;

3.1.3 Chọn môi chất lạnh

Ở đây ta chọn môi chất R22 cho tủ cấp đông:

Ưu điểm:

- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc

- Không cháy và không nổ

- Không độc với cơ thể sống ;

- Không làm biến chất thực phẩm bảo quản

- Khi nồng lên quá cao có thể ngạt thở do thiếu dưỡng khí

- Gây ảnh hưởng đến môi trường

- Khô da khi sử dụng

3.1.4 Chọn môi trường giải nhiệt

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt vì so với khôngkhí 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

3.2 Thông số ban đầu

Công suất lạnh của máy nén được tính theo công thứ:

Q0 =

K: là hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh.Theo trang 92 tài liệu [1], đối với nhiệt độ cấp đông 𝑡𝑓 = -18 ºC nên bằng phươngpháp nội suy ta có, k = 1,1

b: hệ số kể đến thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh Dự tính đông gió làmviệc khoảng 22h/ngày đêm ➔chọn b=0,9 theo trang 92 tài liệu [1]

Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

1,1.17,65

0,9

Nhiệt độ đối tượng cần làm lạnh: t = - 18 0C

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt:

Nhiệt độ nước khi vào bình là tw1 = tư + (3 ÷ 4) 0C

Với 𝑡ư là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với 𝑡𝑛 = 37,7 0C

ta có áp suất ngưng tụ pk =15,3 bar

Chọn nhiệt độ bay hơi:

𝑡0 = tf – (4 ÷ 10) 0 C

 𝑡0 = -18 – 7 = -25 0C

Tra bảng bơi bão hoà R22 ta có áp suất bay hơi p0 = 1,05 bar

3.2.1 Nhiệt độ sôi của môi chất

t0 = tf - 𝛥t0

Trong đó:

tf = -35C Nhiệt độ tủ đông

𝛥t0 = 5C Hiệu nhiệt độ Vậy t0 = (-35) - 5= -40C

3.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất

tk = tw2 + 𝛥tk

tw2 = tw1 + 26CVới tw2 Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

tw1 Nhiệt độ nước khi vào bình ngưng

tw1 = tu + 3CNhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường Với khí hậu tại Đà Nẵng t = 37,7C, độ ẩm  =77% nên ta tính được

Tư = 32C

 tw1 = 32 + 3 = 35C

 tw2 = 35 + 2 = 37CVậy tk = 37 + 3 = 40C

3.2.3 Nhiệt độ hơi hút về máy nén

th = t0 + 𝛥th

th = t0 + 515CVậy th= (-40) + 10= -30C

3.2.4 Nhiệt độ quá lạnh

tql = tw1+35C

tql = 35+3 = 38C

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị

 Sơ đồ nguyên lý: (Hình 3.1).

BH: Dàn bay hơi

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý