Làm chậm lại sự ươm hỏng và làm cho sản phẩm được tan giá sau thời gian bảo quản sản phẩm không bị biến đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi.- Cấp đông và bảo quản là 2 quá trình c
Khái niệm công nghệ cấp đông sản phẩm
- Công nghệ cấp đông thủy sản là hạ nhiệt độ sản phẩm xuống thấp Làm chậm lại sự ươm hỏng và làm cho sản phẩm được tan giá sau thời gian bảo quản sản phẩm không bị biến đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi.
- Cấp đông và bảo quản là 2 quá trình có tác dụng bảo vệ sản phẩm sau khi được chế biến và 2 quá trình này thường đi song song nhau Quá trình cấp đông được gọi là quá trình lạnh đông sản phẩm Quá trình lạnh đông sản phẩm thường được áp dụng đối với sản phẩm là thủy sản xuất khẩu Thủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng đối với các nước phát triển do giá thành sản phẩm cao như tôm lạnh đông, mang lại thu nhập cao kinh tế cao hơn so với các sản phẩm thủy sản tiêu thụ tại nội địa.
Các dạng 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 bán tiếp xúc, 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 thướt 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 đồng 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.
- Lạnh đông tiếp xúc hay lạnh đông bằng đĩa ( tủ đông tiếp xúc ) Được ứng dụng như lạnh đông block nhưng không có tính linh hoạt như dạng khí thổi Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngang tùy theo cách sắp xếp của đĩa Đĩa làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, xếp thành hàng và chất lỏng làm lạnh sẽ đi qua nó Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra mặt trên và mặt dưới của nó Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ đến 130 mm Kích cỡ của khối sản phẩm được chọn lựa phụ thuộc vào loại cá đem đi | lạnh đông
- 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 đồng dạng ngâm thẩm thấu.
+ Sử dụng phương pháp cấp đông dụng 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, có điểm eutectic là -21,2°C Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng -15°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 dạng phun (cấp đông băng chuyền).
+ Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh hàn Tốc độ lạnh đông bằng phương pháp lạnh đông hỗn hợp trong ống sinh hàn rất nhanh nhờ sự tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm Trong phương pháp này, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi môi trường lạnh.
Tổng quan về tủ đông gió
Khái niệm tủ đông gió
+ Khái niệm tủ đông gió
- Tủ cấp đông gió được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dụng Block Tủ gồm nhiều tấm lắc cấp đông (freezer plates) bên trong, khoảng cách giữa các tấm có thể điều chỉnh được bằng ben thủy lực, thường dịch chuyển từ 50 đến 105 mm Kích thước chuẩn của các tấm lắc là 2200L x 1250W x 22D (mm) Đối với tủ cấp đông lớn từ 2000 kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng những tấm lắc lớn, có kích thước 2400L x 1250W x 22D (mm) Sản phẩm cấp đông được đặt trong các khay cấp đông sau đó sau đó đặt trực tiếp lên các tấm lắc hoặc lên các mâm cấp đông, mỗi mâm có 4 khay Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt hơn đặt lên các mâm vì hạn chế được nhiệt trở dẫn nhiệt.
+ Khái niệm về tủ đông
Về cơ bản tủ đông có những đặc điểm khác nhau như sau:
+ Dàn lạnh gồm các tấm plate và các quạt 2 bên.
+ Sản phẩm cấp đông đa dạng: thủy hải sản, thịt
Phương án thiết kế, chọn tủ gió
- Để lựa chọn được tủ đông thiết kế cho hệ thống lạnh này ta cần biết những thông số cơ bản của việc chọn một tủ đông bất kỳ Ví dụ: như năng suất lạnh, nhiệt độ làm việc, độ dày cách nhiệt, kích thướt tủ Ngoài ra còn phải chú ý đến kinh phí, giá thành nữa.
- Chọn tủ đông có 2 cách chọn lựa đó là:
+ Mua tủ đông của các công ty chế tạo sẵn Tuy nhiên tính đa dạng và phong phú tủ đông bị hạnh chế do năng suất lạnh không đáp ứng đủ hoặc quá lớn so với yêu cầu của người sử dụng.
+ Tự thiết kế, chế tạo tủ đông nhờ vào các thông số (điều kiện cho trước).
Nhu cầu về cấp đông sản phẩm
Như chúng ta cũng đã biết thủy sản là thực phẩm dễ bị hư hỏng khi để ở môi trường bên ngoài, chỉ sau một vài tiếng không sử dụng phương pháp bảo quản nào thì xem như nó là đồ bỏ đi Các phương pháp truyền thống như ngâm muối, ướp đá… tỏ ra không phù hợp nữa Bởi chúng làm thay đổi dưỡng chất của thủy sản khá nhiều, hơn nữa thời gian bảo quản không được lâu Trong khi đó, từ lúc đánh bắt cho đến lúc đến được tay người tiêu dùng là cả một quá trình dài Làm thế nào để bảo quản thủy sản được lâu nhất mà không độ tươi ngon so với ban đầu không bị sai lệch bao nhiêu?
Xuất phát từ nhu cầu đó, người ta đã nghiên cứu và cho ra đời hệ thống kho lạnh, trong đó có kho cấp đông dùng để bảo quản thủy sản và các sản phẩm khác đúng như mong muốn của người dùng Đó là nếu như bảo quản bằng ướp đá chỉ đáp ứng được 1 hoặc 2 tuần thì cấp đông thủy sản cho phép chúng ta bảo quản chúng từ 6 tháng đến 1 năm, Đối với những khách hàng khó tính, đặt ra những yêu cầu cao về chất lượng thủy sản thì cho đến nay chỉ mới kho cấp đông có thể đáp ứng được Thủy sản sau khi đắt bắt cho đến khi đến được tay người tiêu dùng, thậm chí là đem đi xuất khẩu là một thời gian dài, do vậy phải được bảo quản bằng kho cấp đông.
Những yêu cầu khi cấp đông thủy sản Ở các nước châu Âu, nhiệt độ trữ đông của họ là -30 độ C Viện nghiên cứu lạnh đông quốc tế đề nghị mức nhiệt độ trữ đông cho từng loại thủy sản cụ thể như sau: Đối với cá gầy như cá Song, cá Thu nhiệt độ là -20 độ C; còn cá béo như cá Nục, các Trích thì nhiệt độ trữ đông nên là -30 độ C.
Còn ở Việt Nam, nhiệt độ trữ đông thủy sản quy định chung là -18 độ C, nhiệt độ này tương đương với nhiệt độ trung bình sản phẩm cuối của quá trình cấp đông. Đó là đối với nhiệt độ, còn đối với kho lạnh cấp đông thì yêu cầu như sau: Vật liệu làm vỏ kho phải là panel cách nhiệt PU, có tôn cách ẩm 2 bên bờ mặt, lắp đặt hệ thống các con lươn thông gió, cửa kho lạnh phải thiết kế 1 chiều hoặc có rèm chắc chắn…
CẤU TẠO SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
Cấu tạo
Hình 2.1 Tủ cấp đông gió
Tủ đông gió có cấu tạo dạng tủ chắc chắn, có thể dễ dàng vận chuyển đi nơi khác khi cần
- Vỏ tủ: Cách nhiệt vỏ tủ bằng polyurethan, có mật độ khoảng 40 đến 42 kg/m 3 , hệ số dẫn nhiệt λ= 0,018 đến 0,020 W/m.K Các lớp bao bọc bên trong và bên ngoài vỏ tủ là inox dày
Tủ có 02 buồng, có khả năng hoạt động độc lập, mỗi buồng có 02 cánh cửa cách nhiệt, kiểu bản lề, mỗi cánh tương ứng mở vào một ngăn tủ Kích thước của cánh tủ là 800W x 1900H x 125T (mm) Hai mặt các cánh tủ là 2 nox dày 0,6mm Cánh tủ có trang bị điện trở sấy chống đóng băng, bản lề, tay khoá bằng inox, roăn làm kín có khả năng chịu lạnh cao.
Khung vỏ tủ được gia công từ thép chịu lực, mạ kẽm và gỗ chống cầu nhiệt tại các vị trí cần thiết
- Dàn lạnh: Dàn lạnh có ống, cánh tản nhiệt và vỏ là thép nhúng kẽm nóng hoặc bằng inox Dàn lạnh được thiết kế để sử dụng cho môi chất NH3 Dàn lạnh đặt trên sàn tủ, xả băng bằng nước Hệ thống đường ống xả băng, máng hứng nước là thép mạ kẽm Mô tơ quạt là loại chống ẩm ướt, cánh quạt loại hướng trục, có lồng bảo vệ chắc chắn Lòng quạt và máng hứng nước có trang bị điện trở chống đóng băng.
- Giá đỡ khay cấp đông: Mỗi ngăn có 01 giá đỡ khay cấp đông, giá có nhiều tầng để đặt khay cấp đông, khoảng cách giữa các tầng hợp lý để đưa khay cấp đông vào ra và lưu thông gió trong quá trình chạy máy.
- Khay cấp đông: Khay được chế tạo bằng inox dày 2mm, có đục lổ trên bề mặt để không khí tuần hoàn dễ dàng Khối lượng hàng trong mỗi khay tuỳ thuộc vào công suất của tủ mà chọn sao cho hợp lý.
Hình 2.2: Cấu tạo bên trong tủ đông gió
Sơ đồ và nguyên lí hoạt động
1-Máy nén; 2- Tháp giải nhiệt; 3- Bình chứa; 4-Bình ngưng; 5- Bình tách dầu;
6- Bình tách lỏng; 7- Bình trống tràn; 8- Tủ đông gió; 9- Bình thu hồi dầu;
10- Bình trung gian; 11- Bể nước xả băng; 12- Bơm xả băng; 13- Bơm giải nhiệt
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tủ đông gió
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hơi môi chất được máy nén 1 ở cấp nén hạ áp, nén lên vào bình làm mát trung gian10,hơi được làm mát và được cấp nén cao áp hút về rồi nén lên qua bình tách dầu 5, ở đây dầu được tách ra, hơi môi chất tiếp tục đi vào bình ngưng 4.Bình ngưng 4 được bơm nước 13, bơm nước từ tháp giải nhiệt 2 lên giải nhiệt cho môi chất nên hơi môi chất ngưng tụ thành lỏng, lỏng này được chứa vào bình chưa 3, từ đây môi chất tiếp tục được dẫn vào ống xoắn bình trung gian 10,trước khi vào bình trung gian lỏng được trích ra nhánh phụ qua van tiết lưu tiết lưu 1 vào làm mát bình trung gian Nhánh chính đi vào bình trung gian, lỏng sau khi được quá lạnh trong ống xoắn sẽ đi vào cụm tiết lưu 2 để tiết lưu xuống áp suất p0 đưa vào bình chứa hạ áp 7.Từ đây lỏng hạ áp sẽ được cấp cho tủ đông gió 8 Lỏng sau khi trao đổi nhiệt với không khí trong tủ sẽ trở thàn lỏng ẩm ở áp suất p0 được trở về bình chứa hạ áp, tại bình chứa, hơi hạ áp sẽ được tách lỏng 1 phần trước khi vào bình tách lỏng 6, tại bình tách lỏng 6, môi chất được tách lỏng hoàn toàn trở thành hơi bão hòa khô và được cấp nén hạ áp hút về Khép kín chu trình
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ DUNG TÍCH TỦ
Các thông số
Vỏ tủ làm bằng inox gồm:
+ Khay cấp đông : được làm bằng nhôm, dày 2mm, mỗi khay chứa được 2,5 kg sản phẩm.
+ Giá đỡ khay: được làm bằng inox, dùng để đỡ khay cấp đông.
+ Kích thước giá đỡ: dài 810mm, rộng 500mm, cao 1900mm + Mỗi giá bố trí được 25 khay cấp đông.
Vậy mỗi giá đỡ chứa được 25.2,5 = 62,5 kg sản phẩm
Buồng đông gió có năng suất 300 kg/h nên ta cần 62,5 300 =4,8 => 5 giá đỡ
Kích thước tủ đông gió
Chiều cao Với chiều cao của giá đỡ là 1900 mm ta lấy thêm chiều cao từ giá đến trần là 500 mm
Chiều cao phủ bì là H = 1900 + 500 = 2400 mm
Chiều rộng của giá đỡ là 500 mm ta lấy thêm chiều rộng để lắp các thiết bị dàn lạnh, quạt, van, đường ống và các thiết bị khác là 1800 mm
Chiều rộng phủ bì là W = 500 + 1800 = 2300 mm
Chiều dài Chiều dài của mỗi giá đỡ là 810 mm
Tổng chiều dài giá đỡ là 810.5@50 mm Ta chọn:
+ Khoảng cách từ giá đến vỏ tủ mỗi bên là 270 mm
Vậy chiều dài phủ bì là:
1 Dàn lạnh 2 Giá khay xếp sản phẩm 3 Bình chống tràn
Hình 3.1: Bảng vẽ tiết diện tủ đông gió
Xác định dung tích tủ
- M: công suất của tủ cấp đông, M=0,3.24=7,2 tấn/24h
- T: thời gian hoàn thành một mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lý lạnh, phá băng cho dàn lạnh (quá trình thường diễn ra từ 15-30p); T=1+0,33=1,33 giờ
- k: hệ số tính chuyển từ tiêu chuẩn chất tải lạnh, k=1,2 ¿>F= 72.3,33
0,45.24 1,2=¿ 1,85 m 2 Đối với tủ cấp đông gió dung tích chứa hang chỉ chiếm khoảng 50% nên diện tích cần thiết là F=2.1,85=3,7m 2
3.2.2 Dung tích tủ cấp đông gió
- F: diện tích cần thiết để lắp tủ đông gió, F=3,7m 2 - E: dung tích tủ, tấn
- gV: tiêu chuẩn chất tải, gV=0,45 tấn/m 3 (Bảng 2.5 TL1) - h: chiều cao chất tải lạnh của tủ, m
Chọn chiều cao ban của tủ là 3m Đảm bảo khoảng tối thiểu 800 đến 1000mm cho chiều cao kênh gió, ta chọn: h=3-0,8=2,2m ¿>E=F g V h=3,7.0,45 2,2=3,663tấn
3.3.3 Thể tích tủ cấp đông gió V (m 3 )
XÁC ĐỊNH DÒNG NHIỆT TỔN THẤT
Hệ số truyền nhiệt
Tủ đông gió ngày nay thường được làm bằng các panel gồm: hai lớp thép cacbon bên ngoài và ở giữa là lớp cách nhiệt polyuretal
1,2 : Tole dày 0,6mm3: Lớp cách nhiệt
Hệ số truyền nhiệt qua vách tủ k= 1
- Bề mặt ngoài của tường không đón gió có thể lấy α 1#,3W/m 2 K
- Bề mặt trong của tủ đối lưu cưỡng bức mạnh nên lấy α 2 ,5W/m 2 K
- Chiều dày lớp cách nhiệt và hệ số dẫn nhiệt vách tủ: δ 1 0mm ; λ=0,02 W/mK δ 2 =0,0006mm ; λE,3 W/mK ¿>k= 1
- Chiều dày lớp cách nhiệt và hệ số dẫn nhiệt vách cửa: δ 1 5mm ; λ=0,019 W/mK δ 2 =0,0006mm ; λE,3 W/mK ¿>k= 1
Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che
Trong đó :Q11 : Dòng nhiệt truyền qua vách tủQ12 : Dòng nhiệt truyền qua vách cửa
Q11 = k.F (t1 – t2) Trong đó k hệ số truyền nhiệt qua vách tủ, k= 0,162 W/m 2 K t1 : Nhiệt độ bên ngoài tủ đông gió t% 0 C t2 : Nhiệt độ bên trong tủ đông gió t= -35 0 C
F : Diện tích bề mặt vách tủ F = 2.(6,4 + 2,3).2,4 + 2.6,4.2,3 = 71,2 m 2 Q11 = K.F (t1 – t2) = 0,162.71,2.(25+35) = 692,064 W
4.2.2 Dòng nhiệt truyền qua vách cửa
Q12 = k.F (t1 – t2) Trong đó k hệ số truyền nhiệt qua vách tủ, k= 0,15 W/m 2 K t1 : Nhiệt độ bên ngoài tủ đông gió t% 0 C t2 : Nhiệt độ bên trong tủ đông gió t= -35 0 C
Fc : Diện tích bề mặt vách cửa, Fc=1,2m 2 Q11 = K.F (t1 – t2) = 0,15.1,2.(25+35) = 10,8 W ¿>Q 1 =0,69+0,108=0,8kW
4.3 Dòng nhiệt do sản phẩm, khay cấp đông và thiết bị tỏa ra
Dòng nhiệt tổn thất Q 2 bao gồm:
- Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q21
- Dòng nhiệt do khay và giá cấp đông tỏa ra Q22
4.3.1 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
M: khối lượng hang trong một mẻ, kg i1 i2: entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, J/kg τ: thời gian cấp đông 1 mẻ Thời gian cấp đông nằm trong khoảng 1,5 đến 2,5 giờ/mẻ tùy thuộc vào loại sản phẩm
Sản phẩm đã qua chờ đông nên ta chọn nhiệt độ đầu vào t 1℃, nhiệt độ đầu ra của các sản phẩm phải đạt tiêu chuẩn nên t 2=−18℃
Tra bảng 2.11 (TL1) ta có i101 kJ/kg; i2=5 kJ/kg ¿>Q 21 00.(301−5)
4.3.2 Dòng nhiệt do khay và giá cấp đông tỏa ra
Mkh: tổng khối lượng khay và giá cấp đông, kg Cp: nhiệt dung riêng của vật liệu khay và giá cáp đông, J/kgK Khay và giá cấp đông được làm từ innox t1 t2: nhiệt độ khay trước và sau cáp đông, ℃ Đối với tủ đông gió thường sử dụng khay cấp đông 5kg với các thông số giống như ở kho cấp đông
- Với 25 khay như đã tính ở trên ¿> M kh =5.255kg
- Khay được làm bằng nhôm Cp=0,921 kJ/kg ¿>Q 22 5.0,921.(25+20)
4.3.3 Dòng nhiệt do các thiết bị trong tủ tỏa ra
Dòng nhiệt do xả băng tỏa ra
Trong đó: τ: thời gian cấp đông, s Q: lượng nhiệt do xả băng truyền cho không khí trong phòng
Q=ρ KK V C pk ∆ t , J/mẻ Với: ρ KK : khối lượng riêng của không khí, ρ KK =1,2kg/m 3 V: thể tích không khí nhận nhiệt xả băng trong một mẻ, V=8,14 m 3
C pk : nhiệt dung riêng của không khí, C pk =1,029J/kgK
∆ t: độ tăng nhiệt độ không khí trong tủ sau khi xả băng,℃ Để đảm bảo băng tan thì nhiệt độ trong tủ sau khi xả băng phải ≤ 0 ℃, nên ta chọn
Dòng nhiệt do động cơ quạt dàn lạnh tỏa ra
Q4=n.N, kW Trong đó - N: công suất động cơ điện, kW - n: số quạt của tủ đông gió
Thường các dàn lạnh của tủ đông gió mỗi ngăn có 2 quạt, mỗi buồng có hai ngăn
Công suất mỗi quạt nằm trong khoảng 0,75-1,5kW Đối với tủ 2 buồng thì số quạt là 8.Ta chọn công suất quạt 1kW nên ta có: Q4=8.1=8kW
Tổng tổn thất nhiệt của tủ đông gió là:
TÍNH CHỌN MÁY NÉN CHO TỦ ĐÔNG
Chọn môi chất lạnh cho hệ thống
Đối với hệ thống tủ cấp đông gió ở nước ta thông thường sử dụng hai loại môi chất chình là NH3 và R22 Để đảm bảo tính an toàn, ta sử dụng môi chất cho hệ thống là R22, vì môi chất này có nhiều ưu điểm nổi trội vừa phù hợp với tủ đông gió lại vừa không độc hại khi bị rò rỉ môi chất, hơn nữa hiện nay giá của R22 có thể chấp nhận được do đó môi chất R22 dùng cho hệ thống vừa đảm bảo an toàn, vừa có tính kinh tế.
- Không hòa tan nước, hòa tan dầu hạn chế.
- Không dẫn điện nên có thể sử dụng cho máy nén bán kín hoặc kín - Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc
- Không gây cháy nổ nên được coi là môi chất lạnh an toàn- Không gây độc với cơ thể người, không làm biến chất sản phẩm bảo quản
Chọn thông số của chế độ làm việc
Hệ thống cấp đông gió có nhiệt độ trung bình đạt yêu cầu khoảng 35 ℃ 40℃ Nhiệt độ trong tủ đông càng thấp thì thời gian cấp đông càng nhanh nên ta chọn nhiệt độ không khí trong tủ đông là -40℃
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t 0 =t bl −∆ t 0 Với: t bl =−40℃; nhiệt độ không khí trong buồng lạnh
∆ t 0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu, đối với tủ đông làm lạnh trực tiếp không khí chọn
- t w 2: nhiệt độ nước sau khi làm mát t w 2 =t w 1 +(2÷6)℃ t w 1 :nhiệt độ nước vào làm mát bình ngưng; t w 1=t w +(3÷4)℃
- ∆ t k =3÷5℃; hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ nước sau khi làm mát, chọn ∆ t k =5℃
- TPHCM tháng 5 có nhiệt độ và độ ẩm trung bình là: t5℃,φ % ¿>t w '℃ ¿>t w 1 '+30℃ ¿>t 0+55℃
Tính toán chu trình lạnh
Tỷ số nén П=pk/p00,74>14 Vì vậy ta chọn chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu bình trung gian có ống xoán
Vì đối với hệ thống cấp đông thì chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn được ứng dụng rộng rãi trong thực tế Ưu điểm năng suất lạnh riêng lớn, nhờ bình trung gian ống xoắn nên dầu bôi trơn từ máy nén hạ áp không đi vào tuyến lỏng để vào thiết bị bay hơi, do đó khong làm bám lên thiết bị bay hơi tạo cản trở trao đổi nhiệt
NHA – Nén hạ áp BTG – Bình trung gian NCA – Nén cao áp NT – Thiết bị ngưng tụ TL – Van tiết lưu MTG – Mát trung gian
Hình 5.1: Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu bình trung gian có ống xoắn
Chu trình trên đồ thị
Hình 5.2a: Đồ thị T-s Hình 5.3b: Đồ thị lgp-h
1-2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp 2-4: quá trình làm mát trung gian ở bình trung gian 4-5: nén đoạn nhiệt cấp cao áp
5-6: quá trình ngưng tụ ở TBNT 6-7: TL1
5.3.3 Tính toán chu trình 5.3.3.1 Tính toán hạ áp
Năng suất lạnh riêng: q o =i 1 −i 11 80,59−183,347,25kJ/kg
Công nén riêng: l HA =i 2 −i 1 B2,14−380,59A,55kJ/kg l CA =i 5 −i 4 D1,26−398,33B,93kJ/kg
Công suất tiêu thụ điện
Công suất lăp đặt động cơ
Cân bằng entanpy ở bình trung gian: m 1 m 4
Công nén riêng l CA =i 5 −i 4 D1,26−398,33B,93kJ/kg
Công suất lắp động cơ
Tổng công suất lắp máy nén là N= 16,06+28,35D,4kW
Chọn máy nén
Từ các dữ liệu trên { Q t o o t !,78 N =−55 k @ D,4 ℃ ℃ kW ta chọn máy nén piston nửa kín loại 2 cấp hãng Bitzer có model S66F-60.2-40P
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG
Tính toán và chọn thiết bị chính của hệ thống
6.1.1 Thiết bị ngưng tụ Đối với tủ đông được đặt trong phòng chờ đông nên ta chọn bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, nằm ngang vì có nhiều ưu điểm như
- Nhỏ gọn và chắc chắn nhất, không chiếm diện tích nhiều - Là loại bình ngưng có tiêu hao kim loại nhỏ nhất khoảng 40-45kg/m 3 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (của các ống) Ống nước có đường kính 20-50mm, tốc độ nước khoảng 1,5-2,5m/s
- Hệ số truyền nhiệt k tương đối lớn k0-1000W/m 2 K; độ chênh nhiệt độ trung bình giữa hơi ngưng và nước làm mát ∆ t tb =5-6K với mật độ dòng nhiệt q`00- 10000W/m 2
- Dễ chế tạo và lắp đặt, có thể sửa chữa và làm sạch ống bằng hóa chất
- Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tw1 = 30oC
+ Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tw2 = 35 oC.
+ Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 40 oC
+ Phụ tải nhiệt của bình ngưng, Qk=m4.(i5-i6)=0,18.(441,26-249,22)4,5kW
Diện tích trao đổi nhiệt
- Qk: phụ tải nhiệt bình ngưng, Qk4,5kW - k: hệ số truyền nhiệt; kp0 W/m 2 K - ∆ t tb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit
∆ t tb =∆ t max −∆ t min ln∆t max
Với phụ tải nhiệt bình ngưng Qk4,5 kW và diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng F=6,8m 2 chọn bình ngưng vỏ ống nằm ngang Freon NGA chế tạo có model
Kiểu Bề mặt ngoài thực tế Fng, m 2 Chiều dài ống l, m Đường kính vỏ D, mm Số ống n Số lõi z Phụ tải lớn nhất
6.1.2 Tính chọn dàn bay hơi
Với { Q t 0 0 t !,78 =−55 k @ ℃ ℃ kW ta chọn dàn lạnh hang Goedhart có model BC50-i-82637
Hướng gió thổi đơn Lựa chọn dữ liệu
Công suất kW 48.1 Tác nhân lạnh R-22 tiết lưu
Lưu lượng gió m³/ 22689 Nhiệt độ bay hơi °C -55.0
Nhiệt độ gió Vào °C 40 (85.0%) Nhiệt độ gió Ra °C -4.2 (95.5%) Nhiệt độ chất lỏng °C 20.0
Bề dày lớp tuyết mm 0.20 Đặc tính kỹ thuật
Bước cánh mm 7.0 Vật liệu cuộn ống Cu / Al
Diện tích trao đổi nhiệt m² 229.3 Vật liệu vỏ Mạ kẽm
Thể tích dm³ 55.2 Hoàn thiện Tự nhiên
Khối lượng (rỗng) kg 379 Độ ồn - khoảng cách dB(A)- 66.1 @ 3.0 Ống cấp lỏng/Ống hút mm 16 / 42 Khoảng thổi xa m 35.9
Thông số quạt: ErP Compliance 2015 Đường kính quạt mm 630 Pha - Vôn - Tần số V-Hz 3 x 400 /50
Tốc độ quạt vòn 1360 [4p (D)] Cấp bảo vệ cách điện IP54
Công suất điện kW 1,5 Độ ồn (LwA) dB(A) 86
FLC A 2,7 [@+20 °C] Áp suất tăng cường Pa 50
Kích thước không kể phần thiết bị phụ (xấp xỉ) Tùy thuộc sự hiệu chỉnh!
Với hệ thống cấp đông gió ta sử dụng 2 van tiết lưu, 1 van sử dụng tiết lưu làm mát bình trung gian và 1 van khác dùng để dễ dàng điều chỉnh mực lỏng trong bình chứa, hơn nữa van tiết lưu tay giá thành rẻ hơn van tiết lưu tự động.
Van tiết lưu chỉnh bằng tay cũng có kết cấu giống như van chặn thường gặp Điểm khác biệt của van tiết lưu tay so với van chặn ở kết cấu tấm van.
Tấn van, dạng hình trụ kéo dài có xẻ rãnh, để khi trục van kéo tấm van lên xuống,
Thiết bị phụ
Bình tách dầu lắp vào đường đẩy của máy nén để tách dầu ra khỏi dòng hơi nén trước khi vào bình ngưng.
Dòng hơi từ máy nén vào bình bị rẽ ngoặt 90o thay đổi hướng đột ngột làm các giọt dầu rơi xuống Trong bình tốc độ dòng khí giảm xuống từ 18÷25 m/s còn 0,5÷ 1 m/s làm các giọt dầu mất động năng và rơi xuống đáy bình, các giọt dầu chưa tách hết khi đi lên bị các nón chắn trên cản lại tiếp tục rơi xuống đảm bảo tách hết dầu trước khi môi chất thoát ra đường 2
6.2.1.1 Tính toán chọn bình tách dầu
Đường kính trong D t của bình:
Vh: lưu lượng thể tích của dòng hơi đi qua bình tách dầu, m 3 /s
- G: lưu lượng khối lượng môi chất qua bình, G=m4=0,18 kg/s
- v: thể tích riêng trạng thái hơi qua bình, v4=0,083 ¿>V h =0,18.0,083=0,015m 3 /s
- ω: tốc độ của hơi môi chất trong bình, m/s Tốc độ hơi trong bình đủ nhỏ để tách các hạt dầu ω=0,5 ÷ 1 m/ s Chọn ω=0,5 m/s
Chọn bình tách dầu do NGA sản xuất có thông số kỹ thuật như sau:
Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra Lượng nhiệt này được thải ra môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước Nước vào bình ngưng có nhiệt độ, nhận nhiệt ngưng tụ tăng lên khoảng 5 0 C, ra khỏi bình ngưng có nhiệt độ Nước sau khi ra khỏi bình ngưng được đưa sang tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược dòng từ dưới lên trên nhờ quạt gió cưỡng bức Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần nước và không khí Nhiệt độ nước giảm 5 0 C và xuống nhiệt độ ban đầu Tháp được làm bằng vật liệu nhựa composit khá bền, nhẹ và thuận lợi lắp đặt Bên trong có các khối nhựa có tác dụng làm tơi nước, tăng diện tích và thời gian tiếp xúc
Nước nóng được bơm tưới từ trên xuống, trong quá trình phun, ống phun quay quanh trục và tưới đều lên trên các khối nhựa Không khí được quạt hút từ dưới lên và trao đổi nhiệt cưỡng bức với nước Quạt được đặt ở phía trên của tháp giải nhiệt Phía dưới thân tháp có các tấm lưới có tác dụng ngăn không cho rác bên ngoài rơi vào bên trong bể nước của tháp và có thể tháo ra để vệ sinh đáy tháp
Thân tháp được lắp ghép từ các tấm rời, vị trí lắp ghép tạo thành gân làm cho thân tháp vững chắc hơn
1 - Động cơ quạt gió 8 - Đường nước lạnh cấp làm mát bình ngưng 2 - Vỏ tháp 9 - Đường nước nóng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ không khí đi ngược chiều từ dưới lên 3 - Chắn bụi nước 10 – Phin lọc nước 4 - Dàn phun nước 11 - Phễu chảy tràn 5 - Khối đệm 12 – Van xả đáy 6 - Cửa không khí vào 13 - Đường cấp nước với van phao
6.2.2.1 Tính toán chọn tháp giải nhiệt
Lưu lượng nước tuần hoàn:
- C=4,17 kJ/kg℃;nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 37,5℃
- ρ29kg/m 3 ; khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 37,5℃
- tw10℃; nhiệt độ nước ra khỏi tháp
- tw25℃;nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt ¿>V n = 34,5
Lưu lượng nước bổ sung cho tháp giải nhiệt:
Với năng suất nhiệt Qk4,5kW và lưu lượng nước nước qua tháp Vn=1,6 l/s
Model Q k kW Lưu lượng nước l/min
Kích thước Quạt gió Nối ống
Tràn mm Ống nước bổ sung
6.2.3 Bình chứa cao áp 6.2.3.1 Cấu tạo
1-Kính xem lỏng 2-Ống lắp van an toàn 3-Ống lắp áp kế 4-Ống lỏng về 5-Ống cân bằng 6-Ống cấp dịch 7-Ống xả đáy
6.2.3.2 Tính toán chọn bình chứa
Thể tích bình (đối với môi chất R22)
- G: lưu lượng khối lượng qua bình chứa, G=0,18kg/s
- v: thể tích riêng của môi chất lỏng ở nhiệt độ làm việc bình thường của bình chứa,
Hình 6.2: Cấu tạo bình chứa cao áp
Thể tích bình V=0,294m 3 nên ta chọn loại bình do NGA sản xuất có model 04PB, có thông số như sau (Bảng 8.17 TL3):
Kích thước, mm Dun g tích m 3
Bình trung gian được lắp đặt giữa cấp nén hạ áp và cấp nén cao áp, nhiệm vụ chính là để làm mát trung gian giữa các cấp nén.Ngoài ra còn làm quá lạnh lỏng trước tiết lưu nhằm giảm tổn thất tiết lưu
Chọn bình trung gian đặt đứng có ống xoắn ruột gà sử dụng cho tủ đông, bởi vì loại thiết bị này có nhiều ưu điểm nổi trội như:
Ngoài việc sử dụng để làm mát trung gian, bình còn sử dụng để:
- Tách dầu cho dòng môi chất đầu đẩy máy nén cấp 1
- Tách lỏng cho môi chất hút về máy nén cấp 2
- Quá lạnh lỏng trước khi tiết lưu vào bình giữ mức- tách lỏng nhằm giảm tổn thất tiết lưu
6.2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1-Hơi hút về cấp nén cao áp;
2-Hơi từ đầu đẩy cấp nén hạ áp vào vào bình;
3-Tiết lưu vào bình 4-Lớp cách nhiệt 5-Nón chắn 6-Lỏng ra 7-Ống xoắn ruột gà 8-Lỏng vào
9-Hồi lỏng 10-Xả đá 11-Chân bình 12-Tấm bạ 13-Thanh đỡ 14-Ống gớp lắp va phao 15-Ống lắp van an toàn và áp kế
Hình 6.3: Cấu tạo bình trung gian đặt đứng ống xoắn ruột gà
Ga từ máy nén cấp 1 đến bình được dẫn sục vào trong khối lỏng có nhiệt độ thấp và trao đổi nhiệt một cách nhanh chóng Phần cuối ống đẩy 2 người ta khoan nhiều lổ nhỏ để hơi sục ra xung quanh bình đều hơn Phía trên thân bình có các nón chắn có tác dụng tách dầu và tách lỏng Dòng lỏng tiết lưu hoà trộn với hơi quá nhiệt cuối quá trình nén cấp 1 trước khi đưa vào bình Ống hút hơi về máy nén cấp 2 được bố trí nằm phía trên các nón chắn đảm bảo hơi hút về cấp nén cao áp là hơi bảo hòa khô đã được tách dầu, tách lỏng
6.2.4.2 Tính toán chọn bình trung gian
Các thông số ban đầu:
- Nhiệt độ tại bình trung gian t6@℃
- Nhiệt độ của R22 lỏng khi vào bình trung gian t5p℃
- Nhiệt độ quá lạnh môi chất khi qua bình trung gian t8=-17℃
Công suất trao đổi nhiệt ở bình trung gian:
- Q ql : Công suất nhiệt quá lạnh trước tiết lưu
- Q lm : Công suất nhiệt làm mát trung gian
Đường kính trong Dt của bình
- V: lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút cấp 2,V=v2=0,102 m 3 /s
- ω: tốc độ của hơi môi chất trong bình, ω=0,5÷ 1 m/ s Chọn ω=0,5 m/s
Với Qtg,53kW và Dt P0m ta chọn bình trung gian của NGA sản xuất có model 60ПCC 3 có thông số kỹ thuật như sau (Bảng 8.19 TL3)
Model Kích thước, mm Diện tích bề mặt ông xoắn m 3
Bình tách lỏng có nhiệm vụ tách các giọt hơi ẩm còn lại trong dòng hơi nước trước khi về máy nén để ngăn ngừa hiện tượng ngập lỏng gây hư hỏng máy nén. Đối với hệ thống cấp đông gió thường sử dụng bình tách lỏng hồi nhiệt để ngoài việc tách lỏng còn có mục đích dùng quá lạnh lỏng trước tiết lưu để giảm tổn thất tiết lưu, tăng năng suất lạnh đồng thời nâng cao tác dụng tách lỏng.
6.2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình
1- Ống hút về máy nén 2- Ống hơi vào
3- Nón chắn 4- Lỏng vào 5- Xả lỏng 6- Lỗ tiết lưu dầu và lỏng 7- Lỏng ra
Hình 6.4: Cấu tạo bình tách lỏng hồi nhiệt
Dòng hơi môi chất từ thiết bị bay hơi được hút vào ống hút 2 và đi về phía dưới các nón chắn 3 Ở phía dưới hơi trao đổi nhiệt với lỏng chuyển động trong ống xoắn, các giọt hơi ẩm còn lại sẽ hóa hơi và đảm bảo hơi ra khỏi bình tách lỏng sẽ có độ quá nhiệt nhất định Các nón chắn 3 được bố trí phía trên sẽ tiếp tục tách các giọt lỏng còn lại khi dòng hơi chuyển động lên phía trên trong trường hợp các giọt ẩm chưa được hóa hơi hết ở bên dưới Ống hơi 1 hút về máy nén được uống cong xuống phía dưới đáy bình, ở đó có khoang một lỗ nhỏ để hút dầu và lỏng đọng lại bên trong bình tách lỏng về Việc hút này không gây ngập lỏng vì số lượng ít và lỏng đã bị hóa hơi do tiết lưu khi đi qua lỗ nhỏ Phần lỏng còn lại ở đáy bình được đưa về tấm lắc cấp đông qua ống xả lỏng 5
6.2.5.2 Tính toán chọn bình tách lỏng
Đường kính trong D t của bình
- V: lưu lượng thể tích dòng hơi đi qua bình, bằng lưu lượng hút cấp 1, V=v1=0,415 m 3 /s
- ω: tốc độ của hơi môi chất trong bình, ω=0,5 ÷ 1 m/ s Chọn ω=0,5 m/s
Với Dt28mm ta chọn bình tách lỏng của NGA sản xuất có model 300-0ж r
Model Kích thước, mm Khối lượng, kg
6.2.6 Bình giữ mức-tách lỏng
Bình giữ mức tách lỏng có nhiệm vụ giữ mức dịch cho các tấm lắc cấp đông, bình còn có chức năng tách lỏng hơi hút về máy nén
6.2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1- Tủ cấp đông 2- Bình giữ mức tách lỏng
6.2.6.2 Tính toán chọn bình giữ mức- tách lỏng
Chọn bình chứa thu hồi nằm ngang tuần hoàn model 0,75 P д (Bảng 8.17 TL3)
Model Kích thước, mm Dung tích m 3 Khối lượng,
