Nguyễn Văn Hưng, chúng em xin làm bài tập lớn với đề tài “Thiết kế kho lạnh phân phối bảo quản thịt lợn đông lạnh với dung tích 230 tấn” được đặt tại Hà Nội.. Trước đây, các nhà khảo cổ
TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU THỊT LỢN
Nguồn gốc
Dấu hiệu khảo cổ cho thấy lợn (heo) được thuần hóa từ loài hoang dã từ rất sớm vào khoảng 13.000-12.700 TCN ở Cận Đông trong thung lũng Tigris được quản lý ở dạng hoang dã theo cách tương tự chúng được người New Guine chăn hiện nay Các loài lợn (heo) khác đã được xác định sớm hơn 11.400 TCN ở Síp, chúng phải được du nhập từ đất liền tức là chúng được thuần hóa trong đất liền Cũng có sự thuần hóa riêng biệt ở Trung Quốc diễn ra cách nay 8000 năm
Trước đây, các nhà khảo cổ học dựa vào những di chỉ khảo cổ (chủ yếu là xương sọ) đã cho rằng lợn được thuần hóa vào khoảng 9000 năm về trước ở vùng mà ngày nay thuộc miền Đông Thổ Nhĩ Kỳ hoặc cùng khoảng thời gian này tại Trung Quốc
Nhưng theo một nghiên cứu được tiến hành với sự hợp tác giữa các nhà di truyền học Mỹ và Thụy Điển, trong đó phân tích xu hướng phân bố và đồng dạng DNA của các giống lợn (700 con) trên thế giới, tổ tiên của lợn ngày nay được xác định là lợn rừng và quê hương của lợn rừng nguyên thủy này chính là vùng Đông Nam Á ngày nay Sau khi được thuần hóa ở Đông Nam Á, lợn theo con người đến các vùng khác của lục địa Á Âu (Eurasia) và ra các đảo Thái Bình Dương Lợn được tiếp tục thuần hóa nhiều lần ở nhiều vùng tại Trung Quốc, vùng Cận Đông và châu Âu
Một nghiên cứu di truyền đã phân tích DNA của các giống lợn thuộc các hải đảo Thái Bình Dương và đặc biệt là lợn không lông ở Vanuatu, các nhà nghiên cứu Úc và Mỹ khẳng định rằng lợn tại các hải đảo này cũng xuất phát và được thuần hóa từ lục địa Đông Nam Á (đặc biệt là từ Việt Nam) khoảng 3000 năm trước đây Sau đó, chúng theo con người "di cư" ra khỏi lục địa và đến các hải đảo như Vanuatu và Lưu Cầu Ngoài ra, các giống lợn tại các hải đảo này cũng có "hồ sơ" DNA rất giống với lợn ở Âu châu Ước tính về thời điểm thuần hóa và di cư của lợn nêu trên khá phù hợp với các di chỉ khảo cổ tìm thấy ở Việt Nam Theo các di chỉ này thì nghề chăn nuôi lợn ở Việt Nam được phát triển khá vào thời Hùng Vương Các di chỉ khảo cổ học thuộc thời kì hậu Đồ Đá Mới (tức khoảng 8000 đến 3000 năm trước đây) ở khu vực Phùng Nguyên, Đồng Đậu và Hoa Lộc có nhiều xương cốt các con vật nuôi trong nhà như lợn, chó, trâu bò nuôi, gà, vịt Tại di chỉ Đồng Đậu, tỉ lệ xương lợn trong tầng văn hóa ở đây cao hơn xương lợn rừng và các gia cầm.
Phân loại
Lợn thuần hóa hầu hết được xem là một phân loài của loài tổ tiên hoang dã của chúng, Sus scrofa theo Carl Linnaeus năm 1758, nên trong trường hợp này nó có tên chính thức là Sus scrofa domesticus Năm 1777, Johann Christian Polycarp Erxleben xếp lợn thuần hóa là một loài độc lập với loài hoang dã, và được đặt tên là Sus domesticus, hiện vẫn được một số nhà phân loại học sử dụng
► Các giống lợn nuôi tại Việt Nam
Giống bản địa: Hiện chưa xác minh được lợn ở các địa phương của Việt Nam thuộc một giống hay nhiều giống Các giống lợn truyền thống Việt Nam rất nhiều mỡ và sinh trưởng chậm Do vậy, chúng không phù hợp với nhu cầu phát triển kinh tế Do đó, hiện nay, người dân Việt Nam có xu hướng nuôi lợn lai nhập nội, dẫn đến nguy cơ mất dần đi những giống lợn bản địa Một số giống lợn đã được đưa vào Danh mục nguồn gen vật nuôi quý hiếm cần bảo tồn của Việt Nam, gồm: lợn ỉ, lợn cỏ, lợn mán, lợn Táp Ná, lợn Vân Pa
Giống nhập nội: Ở Việt Nam, các giống lợn nhập đa dạng, chủ yếu thông qua nhiều quốc gia như Liên Xô, các nước Đông Âu và Mỹ
- Lợn Yorkshire (Đại Bạch): có nguồn gốc từ nước Anh, có lông trắng tuyền, tai đứng, trán rộng, ngực rộng, ngoại hình thể chất chắc chắn, nuôi con khéo, chịu được kham khổ, chất lượng thịt tốt, khả năng chống chịu stress cao
- Lợn Landrace: xuất xứ từ Đan Mạch, mình thon nhọn, lông da trắng tuyền, mõm dài thẳng, hai tai to ngả về phía trước che cả mắt, mình lép, 4 chân hơi yếu, đẻ nhiều, tỷ lệ nạc cao
- Lợn Duroc: xuất xứ từ Bắc Mỹ, có thân hình vững chắc, lông có màu từ nâu nhạt đến nâu sẫm, bốn chân to khỏe, cao, đi lại vững vàng, tai nhỏ ngắn, gập về phía trước, mông vai nở, tỷ lệ nạc cao, có chất lượng thịt tốt
- Lợn Pietrain: xuất xứ từ Bỉ, lông da màu trắng đen xen lẫn từng đám, tai thẳng đứng, đầu to vừa phải, mõm thẳng, 4 chân thẳng, mông rất nở, lưng rộng, đùi to, nhiều nạc nhất trong các giống, nhưng có nhược điểm tim yếu, khả năng chịu đựng kém, nhạy cảm với stress
- Lợn Hampshire: xuất xứ từ Bắc Mỹ, có màu lông da đen, vùng ngực và chân trước có màu lông da trắng Tai thẳng, đầu to vừa phải, mõm thẳng, chân khỏe và chắc chắn
- Lợn Ba Xuyên: xuất phát từ tỉnh Sóc Trăng, được hình thành từ các giống lợn địa phương lai với lợn Hải Nam, lợn Craonnaise và lợn Berkshire Lợn Ba Xuyên có khối lượng trưởng thành đạt 120–150 kg, đẻ bình quân 8-9 con/lứa, nuôi con khéo Mỡ nhiều, tỷ lệ nạc chỉ đạt 39-40% Lợn Ba Xuyên thường được dùng làm nái nền để lai với đực ngoại tạo con lai nuôi thịt thương phẩm
- Lợn Thuộc Nhiêu: Đây là con lai giữa lợn Bồ Xụ và lợn Yorkshire ở vùng Thuộc Nhiêu, tỉnh Tiền Giang Lợn Thuộc Nhiêu có lông màu trắng, có thể có vài đốm đen nhỏ Giống lợn này chịu đựng được nhiều điều kiện chăn nuôi kham khổ, có khả năng sử dụng tốt thức ăn, nghèo protein, nuôi con khéo, chống chịu bệnh tốt, phù hợp với chăn nuôi gia đình Mỡ nhiều, tỷ lệ nạc đạt 40-42%.
Giá trị dinh dưỡng và lợi ích của thịt lợn
► Giá trị dinh dưỡng của thịt lợn Trong 100 gam thịt lợn cung cấp:
- Năng lượng: 1086 kJ (260 kcal) - Protein: 16.5 g
Vitamin C: 2mg Vitamin PP: 2.7 mg Folat: 4 μg Vitamin B1: 0.53 mg Vitamin B5: 0.672 mg Vitamin H: 2.6 μg Vitamin B2: 0.16 mg Vitamin B6: 0.393 mg Vitamin B12: 0.6 μg - Chất khoáng:
Canxi: 9 mg Mangan: 0.01 mg Natri: 55 mg
Sắt: 1.50 mg Phospho: 178 mg Kẽm: 1.91 mg
Magiê: 19 mg Kali: 285 mg Đồng: 63 μg
► Lợi ích của thịt lợn
Thịt lợn chứa hàm lượng protein cao cùng nhiều vitamin và khoáng chất Thịt lợn nạc là một thực phẩm tuyệt vời cho chế độ ăn uống lành mạnh Nó chứa tất cả các amino acid thiết yếu cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể khỏe mạnh Mỡ lợn đôi khi được sử dụng như là một chất béo trong nấu ăn Giống như các loại thịt đỏ, thịt lợn chủ yếu gồm các chất béo bão hòa và chất béo không bão hòa với hàm lượng tương đương nhau
Vitamin B12 trong thịt lợn rất quan trọng cho sự hình thành máu và chức năng của não
Thiếu hụt vitamin B12 có thể gây thiếu máu và tổn hại đến tế bào thần kinh Vitamin B6 quan trọng đối với sự hình thành của các tế bào máu đỏ
Thịt lợn đặc biệt giàu thiamin, một trong những vitamin nhóm B đóng một vai trò thiết yếu trong các chức năng của cơ thể Thịt lợn cũng chứa nhiều selenium, kẽm là chất cần thiết cho một bộ não và hệ thống miễn dịch khỏe mạnh Creatine trong thịt là một nguồn năng lượng cho cơ bắp Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng nó có thể cải thiện sự tăng trưởng và duy trì cơ bắp Vitamin B3 rất quan trọng cho sự tăng trưởng và chuyển hóa Phospho cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể khỏe mạnh
Thịt lợn cũng được xem là một nguồn cung cấp sắt dồi dào Taurine được tìm thấy trong cá và thit, taurine là một amino acid chống oxy hóa, có vai trò quan trọng đối với tim và các chức năng cơ bắp Carmosine là một chất rất quan trọng cho chức năng cơ bắp Mức độ arnosine trong cơ bắp của con người liên quan tới việc giảm mệt mỏi và cải thiện hiệu suất lao động Thịt lợn có chứa nhiều chất dinh dưỡng lành mạnh có lợi cho cơ bắp bao gồm utaurine, creatine và beta-alanine Beta-alanine là một amino acid, được sử dụng để sản xuất carnosine trong cơ thể.
CHẾ ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN SẢN PHẨM
Chế độ bảo quản
- Sản phẩm: Thịt lợn đụng lạnh (đó cắt thành ẵ con) - Nhiệt độ kho lạnh bảo quản lạnh đông: -18℃
- Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh: NH3 (R717) - Địa điểm lắp đặt: Thanh Hóa (huyện Thọ Xuân) ► Đặc điểm địa hình:
- Nhiệt độ trung bình năm 24 – 25℃, nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất 14℃, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất lên tới 37℃
- Lượng mưa trung bình hàng năm khá cao 1800 - 1900 mm nhưng phân bố không đều theo mùa, lượng mưa trung bình tháng 20 mm
- Độ ẩm không khí trung bình 86%
- Số giờ nắng hàng năm trung bình 1800 – 1900 giờ, tháng có nhiều ngày nắng nhất là tháng 7, tháng có ít ngày nắng là các tháng 2, 3
- Bão xuất hiện từ tháng 7 đến tháng 10, trung bình hàng năm có 3 - 4 cơn bão thường kèm theo mưa to, tốc độ gió cấp 7 – 9, cao nhất lên đến cấp 11 – 12 [1]
- Thọ Xuân là một huyện bán sơn địa (vùng đất vừa có nhiều núi, vừa có những khoảng đất rộng bằng phẳng), phù hợp để đặt các khu công nghiệp, nhà máy và kho bảo quản
Theo Bảng 1-1 Nhiệt độ và độ ẩm dùng để tính toán hệ thống lạnh của các địa phương (Giáo trình Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi – trang 7), có: Địa phương Nhiệt độ TB (℃) Độ ẩm (%)
Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông
Theo TCVN 4088 : 1985 về Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng: ttb max = 32,9℃ tmax = 42℃
Phương pháp làm lạnh
Với sản phẩm cần bảo quản là thịt lợn, nhóm em chọn phương pháp làm lạnh và lạnh đông thịt ở dạng nửa con, thịt được treo trên các giàn và được bố trí trong phòng lạnh.
Phương pháp xếp dỡ
- Dung tích của kho là 230 tấn, không lớn nên ta có thể áp dụng phương pháp bốc xếp thủ công kết hợp sử dụng các máy nâng, hạ công nghiệp cỡ nhỏ
- Sản phẩm thịt lợn lạnh đông được đóng vào bao bì tiêu chuẩn
TÍNH DUNG TÍCH KHO LẠNH VÀ THIẾT KẾ MẶT BẰNG
Dung tích kho lạnh
Dung tích kho tính ở đây là tổng thể tích không gian trong các buồng phân phối và được xác định theo công thức:
E: Dung tích kho lạnh (tấn) V: Thể tích kho lạnh (m ) 3 g : Định mức của chất tải thể tích (tấn/m ) Ở đây ta tính với sản phẩm là 3 thịt lợn tra bảng 2 – 4 (Sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh) ta chọn được: g = 0,45 t/m 3
Diện tích kho lạnh
Diện tích kho tính ở đây là tổng diện tích lý thuyết của các buồng phân phối chưa bao gồm các phần diện tích đường đi và các phòng có chức năng đặc biệt và được xác định theo công thức:
F: Diện tích chất tải lạnh (m ) 2 h: Chiều cao của chất tải (m) Chọn kho lạnh một tầng cao 3,6m và chiều cao chất tải lạnh là h = 2m
Tải trọng của nền và trần
Được tính toán theo định mức chất tải và chiều cao chất tải của nền và giá treo hoặc móc treo vào trần: g ≥ g h Với g là định mức chất tải theo diện tích (t/m ) 2 g h = 0,45.2 = 0,9 t m
→ Phụ tải nhỏ hơn phụ tải cho phép Giá trị thỏa mãn yêu cầu.
Diện tích xây dựng thực tế từng buồng lạnh
Diện tích kho thực tế sau khi đã tính toán đến không gian trống bên trong kho do sắp xếp bốc dỡ hàng và vận chuyển hàng ra và vào kho phân phối
Ta xác định được diện tích thực tế của kho theo công thức:
F1: Diện tích lạnh cần xây dựng (m ) 2 β : Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, tính cả đường đi và các diện tích giữa các lô hàng, giữa lô hàng và cột, tường, các diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi, quạt β phụ thuộc diện tích buồng và lấy theo bảng:
STT Diện tích buồng lạnh, m 2 β F
Cấu trúc xây dựng kho lạnh lắp ghép
Ngày nay kho lạnh lắp ghép được sử dụng rộng rãi do kết cấu đơn giản, có thể lắp ghép nhanh chóng và khi cần có thể tháo ra di chuyển đến địa điểm khác
Kho lạnh lắp ghép có nhiều ưu điểm như:
- Tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép là các panel tiêu chuẩn chế tạo sẵn nên có thể vận chuyển dễ dàng đến nơi lắp ráp một cách nhanh chóng
- Kho lạnh lắp ráp có thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết
- Có thể lắp đặt ngay trong phân xưởng có mái che
- Tổ hợp lạnh không cần có buồng máy mà có thể đặt ở vị trí nào thuận lợi nhất, trường hợp mái nhà xưởng cao có thể đặt máy lạnh ngay trên nóc kho, treo cạnh sườn hoặc ở phía sau
- Không cần đến vật liệu xây dựng trừ nền con lươn đặt kho nên công việc xây dựng đơn giản hơn nhiều
- Cách nhiệt là polyurethane có hệ số dẫn nhiệt thấp
Nhược điểm cơ bản là giá thành cao hơn so với kho lạnh truyền thống
Từ phân tích nhược điểm và ưu điểm của kho lạnh lắp ghép Nhóm chúng em chọn xây dựng kho lạnh lắp ghép để phân phối thịt lợn đông lạnh theo yêu cầu của đề tài.
Chọn vật liệu và xác định số lượng buồng lạnh
Là những tấm cách nhiệt với lõi cách nhiệt polyurethane dày từ 50 – 200 mm
Hai mặt bọc tole mạ màu hoặc inox dày 0,45 – 0,5 mm Được cấu thành bởi lõi polystyrene Bao bọc bằng thép colorbond dày 0,6mm Ưu điểm Độ bền cao hơn panel EPS, cách âm, cách nhiệt tốt
Lắp đặt nhanh, chắc chắn, dễ tháo rời khi cần
Chịu lực, chịu nhiệt tốt, cách âm, cách nhiệt tốt
Lắp đặt nhanh, tiết kiệm thời gian thi công
Cách nhiệt cực tốt cho những công trình yêu cầu cao
Giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp
Do yêu cầu của kho phân phối thực phẩm rất cao cần vật liệu cách nhiệt rất tốt và bền nên ta chọn Panel PU
Chọn vật liệu xây dựng là Panel PU cách nhiệt có kích thước là 1,2m x 3,6m cho tường và 1,2m x 7,2m cho trần Chiều dày cách nhiệt theo tiêu chuẩn nhiệt độ là 75 mm với phòng phân phối nhiệt độ -18 C o
STT Ứng dụng Nhiệt độ ( o C) Chiều dày (mm)
1 Điều hòa không khí trong công nghiệp 20 50
2 Kho mát Tường ngăn kho lạnh
3 Kho lạnh Tường ngăn kho lạnh sâu
5 Kho lạnh Kho cấp đông
Do chiều dài tối đa của panel thường là 12m nên ta chọn 2 loại là 7,2m và 3,6m, còn chiều rộng tiêu chuẩn được sản xuất thường là bội số của 0,3m như 0,3m; 0,9m; 1,2m;
… qua đó ta chọn panel có chiều rộng 1,2m
- Kích thước một tấm panel chiều dài 7,2m; chiều rộng 1,2m là: 1,2.7,2 = 8, 64 (m ) 2 - Kích thước 1 tấm panel chiều dài 3,6m; chiều rộng 1,2m là: 1, 2.3, 6 = 4, 32 (m 2 ) - Chọn kích thước buồng bảo quản tiêu chuẩn là 7,2m x 7,2m x 3,6m (dài × rộng × cao)
3.6.2 Xác định số buồng phân phối cần xây
Chọn diện tích 1 buồng phân phối tiêu chuẩn là 51,84 m , từ đó tìm được số lượng buồng 2 phân phối cần xây dựng dựa vào diện tích thực tế đã tính ở trên
Số buồng phân phối sản phẩm thịt lợn lạnh đông:
Sơ đồ bố trí các buồng lạnh trong kho
Diện tích thực tế kho lạnh:
Ta thấy Ftt chênh lệch không quá lớn so với F nên ta có thể chọn cách bố trí như trên 1 cho buồng bảo quản lạnh đông.
Dung tích thực tế của kho phân phối
Bố trí mặt bằng kho lạnh
Kho bảo quản sản phẩm lạnh đông gồm 7 phòng 7,2m×7,2m×3,6m (dài×rộng×cao) Kho lạnh được lắp ghép từ các tấm:
- Tấm sàn - Tấm trần: cần 42 tấm panel có kích thước 1,2m×7,2m - Tấm góc
- Tấm tường: cần 90 tấm panel có kích thước 1,2m×3,6m - Tấm cửa
Cách thi công lắp ghép panel
3.9.2 Lắp panel và cố định bằng vít
Cách lắp đặt tấm cách nhiệt
Tấm cách nhiệt kho lạnh được lắp đặt trên các con lươn thông gió Các con lươn này được đổ bê tông hoặc xây gạch thẻ Cao khoảng 100-200mm đảm bảo thông gió tốt, tránh đóng băng làm hỏng tấm cách nhiệt Bề mặt các con lươn dốc về 2 phía 2% để đảm bảo tránh đọng nước trên sàn tấm cách nhiệt Các tấm cách nhiệt được liên kết với nhau bằng Camlock được gắn sẵn trong tấm cách nhiệt nên ghép rất nhanh vừa sát và chắc chắn Tấm cách nhiệt trần được gối lên các tấm cách nhiệt tường đối diện nhau
Khi kích thước kho quá lớn cần có khung treo đỡ tấm cách nhiệt, nếu không tấm cách
Sau khi lắp đặt xong, các khe hở giữa các tấm cách nhiệt được làm kín bằng cách phun sillicon Do có sự biến động về nhiệt độ nên áp suất trong kho luôn thay đổi Để cân bằng áp suất bên trong và ngoài kho, người ta gắn thêm trên vách panel cách nhiệt các van thông áp Nếu không có van thông áp thì áp suất trong kho thay đổi sẽ rất khó khăn khi mở cửa, hoặc khi áp suất lớn thì cửa tự động mở ra Để giảm tổn thất nhiệt khi mở cửa Ta lắp một quạt chắn gió ngay tại cửa ra vào Mặt khác, do thời gian xuất nhập hàng thường dài, ta làm một cửa nhỏ kích thước 600mm×600mm để vào và ra hàng Không nên ra và vào hàng ở cửa lớn vì như vậy sẽ tổn thất nhiệt nhiều Tại cửa kho lạnh có trang bị bộ chốt cửa chống nhốt người bên trong, còi báo động, điện trở sấy để tránh đóng băng cửa.
Nền kho lạnh
Nền của kho được xây dựng bằng bê tông phía dưới có hầm rỗng Nền được xây với các lớp sau:
Vật liệu Chiều dày, mm Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số truyền nhiệt tiêu chuẩn của nền là k = 0,21 W/m K n 2
Hệ số dẫn nhiệt của mặt ngoài tường là 23,3 W/mK, hệ số dẫn nhiệt của mặt trong buồng lạnh là 9 W/mK
Hệ số truyền nhiệt thực tế là: k = 1
Do trong đất có nước nên bị đóng băng, thể tích riêng của nước đá lớn hơn thể tích riêng của nước do đó khi nước đóng băng sẽ làm phồng nền do đó người ta sẽ khắc phục bằng cách làm lỗ thông gió ở dưới nền, lắp đặt kho lạnh trên các con lươn, các con lươn được xây dựng bằng bê tông hoặc gạch thẻ cao khoảng 200 mm và đảm bảo thông gió tốt, khoảng cách giữa các con lươn tối đa là 400mm.
Kiểm tra đọng sương
Nếu bề mặt bên ngoài của tường bao hay panel bị đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá hủy lớp cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Ta có công thức: k = 0,95 α.t − t t − t Trong đó: ks: Hệ số truyền nhiệt qua tường khi bề mặt ngoài đọng sương α: Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của bao che, α = 23,3 W/m 2 tf: nhiệt độ trong buồng tn: Nhiệt độ môi trường ngoài
Theo TCVN 4088-1997 về số liệu khí hậu trong thiết kế xây dựng, ta có các số liệu về nhiệt độ, độ ẩm tại Hà Nội: ttbmax = 32,9 C o tmax = 42,8 C o tb = 84%
Vậy nhiệt độ và độ ẩm tính toán cho hệ thống lạnh lắp đặt tại Hà Nội là : t 2,9 + 42,8
2 = 37,85 và φ = 84% ts: nhiệt độ đọng sương, tra theo đồ thị I-d với tn = 37,85 và = 84% ta có ts = 34,67 C o Với t = f −18 o C, khi đó: k = 0,95 α = 0,95.23,3 , , ( , ) = 1,26 ( K)
Vậy không có hiện tượng đọng sương tại vách buồng
𝑞 = ℎ − ℎ 22, 3 − 204, 25 = 1218, 05 ( 𝑘𝐽 / 𝑘𝑔) 2) Lưu lượng hơi thực tế:
𝑠) 3) Thể tích hút thực tế của máy nén:
𝑠 ) 4) Hệ số cấp máy nén hạ áp:
Tra đồ thị trên, ta có hệ phương trình:
𝑏= 0,87=>𝜆 = −0,05 3,73 + 0,87 = 0,68 5) Thể tích hút lý thuyết cấp hạ áp:
𝑠) 6) Số lượng máy nén hạ áp:
Chọn … => ∏220=> 𝑉 =0,167( ) Số lượng máy nén:
𝑁 =𝑁 +𝑁 = 29,146 + 7,48 = 36,63(𝑘𝑊) 12) Công suất tiếp điện cấp hạ áp:
1) Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp:
=> 𝑚 =𝑚 × 1,131=0,136 x 1,131 = 0,15 (kg/s) 2) Thể tích hút thực tế cấp cao áp:
, = 3,735 - Tra đồ thị trên, áp dụng phương trình tính
=> = −0,05 3,735 + 0,87 => = 0,68 4) Thể tích hút lý thuyết cấp cao áp:
, = 0,061(𝑚 /𝑠) 5) Số lượng máy nén cao áp:
𝑁 =𝑚 ×𝑙 =𝑚 × (ℎ − ℎ )= 0,136 (1651,7 − 1461,72 = 25,84(kW) ) 7) Hiệu suất chỉ thị:
𝑁 =𝑉 ×𝑃 = 0,04.55 = 2,2(𝑘𝑊) 10) Công suất tiếp điện của máy nén cao áp:
𝑁 =𝑁 +𝑁 = 29,73 + 2,2 = 31,93(𝑘𝑊) 11) Công suất tiếp điện của máy nén cao áp:
Công suất tổng cao áp và hạ áp: 45,36 + 39,54 = 84,9(𝑘𝑊)
12) Nhiệt thải ra ở bình ngưng:
5.2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ cho hệ thống lạnh
Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay các chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngƣng tụ thành thể lỏng
Quá trình ngưng tụ luôn kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt, nói cách khác là nếu không được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại, mục đích là biến hơi môi chất lạnh thành thể lỏng cũng không thực hiện được Do tác nhân lạnh là Amoniac nên để phù hợp với tính chất của môi chất các ống trao đổi nhiệt thường là ống đồng có cánh nhôm lồng vào hoặc cuốn trên bề mặt ngoài của ống để tăng cường khả năng truyền nhiệt từ phía amoniac
5.2.1 Xác định hiệu số nhiệt độ log trung bình (Δt ) tb
- Hiệu số nhiệt độ logarit trung bình được tính theo công thức: t = t − t
2,3𝑙𝑔 t t Trong đó: t =𝑡 −𝑡 t =𝑡 −𝑡 𝑡 : nhiệt độ ngưng tụ = 42,5℃ 𝑡
𝑡 : nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng tụ
𝑡 là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ 𝑡 = 𝑡 + t, chọn thiết bị ngưng tự là bình ngưng ống vỏ nằm ngang nên t =5℃
5.2.2 Xác định nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ Ở phần chọn máy nén, ta đã tính được: 𝑄 1,565 (kW)
5.2.3 Xác định diện tích bề mặt trao đổi F
Với thiết bị ngưng tụ ống vỏ nằm ngang NH3, chọn k0 W/m2K (Giáo trình kĩ thuật lạnh-Nguyễn Văn Hưng, tr.159)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F:
800.1,6 = 149,66(𝑚 ) Tra bảng 6.1, Giáo trình kĩ thuật lạnh-Nguyễn Đức Lợi, tr.127 chọn bình ngưng KT 110
Kích thước phủ bì (mm) Số ống Kích thước ống nối
Thể tích giữa các ống, m 3 Khối lượng
Ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang vì nó có ưu điểm sau:
- Phụ tải nhiệt lớn nên ít tiêu hao kim loại, thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ, kết cấu chắc chắn
- Làm mát bằng nước ít phụ thuộc vào thời tiết nên máy hoạt động ổn định hơn
- Dễ vệ sinh về phía nước làm mát
5.2.4 Xác định lượng nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ
Lượng nước làm mát có thể tính theo công thức:
+ 𝑄 = 191,565kW + C là nhiệt dung riêng của nước, C = 4,19kJ/kg.K + là khối lượng riêng của nước, = 1000kg/𝑚 + t = 278K là độ tăng nhiệt độ của nước trong thiết bị ngưng Thay số ta có:
5.3 Tính và chọn thiết bị bay hơi
Chọn thiết bị bay hơi dàn lạnh không khí có quạt gió
33 Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức Vì nó được sử dụng để làm lạnh trực tiếp không khí mà không cần qua chất tải lạnh Mặt khác, loại này cũng dễ vệ sinh và tránh hiện tượng nứt ống do chất lỏng đóng băng
Ngoài ra, dàn lạnh không khí có quạt gió còn có một số ưu điểm khác như:
• Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh
• Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm
• Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn
• Ít tốn nguyên, vật liệu
− Nhiệt độ phòng lạnh đông: 𝑡 = −18 C
− Chọn nhiệt độ nước vào dàn lạnh là: 𝑡 = −17 C − Chọn nhiệt độ nước ra dàn lạnh là: 𝑡 = −19 C
− Tổng năng suất lạnh là: 𝑄 = 168,16 kW
− Đối với giàn ống trơn dùng NH3 có quạt gió K = 35 ÷ 43 W/m2 độ (theo bảng 3.20/trang 143, sách Kỹ thuật lạnh thực phẩm – TS Nguyễn Xuân Phương)
− Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là:
− Ta có: Kho bảo quản lạnh có 7 phòng, mỗi phòng bố trí 2 thiết bị bay hơi
→ Kho bảo quản lạnh có 14 thiết bị bay hơi Vậy, diện tích bề mặt mỗi thiết bị bay hơi là:
F ′ = , = 25,73 (m ) 2 − Tra bảng 3.19/ trang 141, sách Kỹ thuật lạnh thực phẩm – TS Nguyễn Xuân Phương
Chọn giàn quạt BOӶ - 50, giàn quạt có:
• Công suất sưởi điện: 8,68 kW
+ Số lượng: 2 + Đường kính: 400 mm + Vòng quay: 16,7/25 vòng/phút + Công suất: 0,4/0,6 kW + Lưu lượng: 0,670,95 𝑚 /s
Van tiết lưu của thiết bị chính trong hệ thống lạnh làm nhiệm vụ giảm áp suất của môi chất lỏng từ áp suất cao và nhiệt độ cao xuống áp suất bay hơi của môi chất Nó cũng làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng môi chất cấp vào thiết bị bay hơi
Ta có các thông số áp suất và nhiệt độ như sau:
• Áp suất ngưng tụ là: 𝑃 = 16,658 bar
• Áp suất bay hơi là: 𝑃 = 1,1946 bar Tổn thất áp suất chọn: 𝑃 = 2 bar Nhiệt độ bay hơi: = 𝑡 −30 C
→ Hiệu áp suất qua van tiết lưu là: ΔP = 𝑃 − 𝑃 − 𝑃 ,658 − 2 − 1,1946 = 13,4634 (bar) Năng suất lạnh: 𝑃 = kW Độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu: Δ𝑡 = 42,5 − 37,5 = 5℃
Với năng suất lạnh: 𝑄 = 168,16 kW và: 𝑡 = −30 C, dựa vào phụ lục K1 (Trang 380, sách Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh (Cơ sở và ứng dụng) – Nguyễn Đức Lợi) ta chọn được van TEX 55 – 85 với 𝑄 = 237kW tại 14bar và 𝑄 = 232kW tại 12bar
Dùng phương pháp nội suy ra được Qo tại 13,4634 bar là:
𝑄 = × ( , ) × ( , #5,66 (kW) ) Chọn được van tiết lưu TEX 55 – 85 của hãng Danfoss có năng suất lạnh tải được −30 C
6 CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG
6.1 Bình chứa cao áp 6.1.1 Mục đích
Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau thiết bị ngưng tụ, dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu
Bình chứa cao áp được đặt ngay dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường cân bằng hơi và lỏng Nó có tác dụng chứa toàn bộ lượng gas trong hệ thống khi cần sửa chữa bảo dưỡng
Bình chứa cao áp nằm ngang môi chất NH3 là một hình trụ nằm ngang, được thiết kế đảm bảo áp suất làm việc là 1,8 Mpa
6.2 Tháp giải nhiệt 6.2.1 Mục đích
Giải nhiệt toàn bộ loại nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ nhả ra Lượng nhiệt này thải ra môi trường nhờ chất thải nhiệt trung gian là nước
Nước nóng từ bình ngưng và nước làm mát máy nén vào dàn phun nước, giải nhiệt nhờ không khí đi từ dưới lên (chuyển động cưỡng bức nhờ động cơ quạt gió) và rơi xuống bể vào thiết bị ngưng tụ và đi làm mát máy nén Van phao có nhiệm vụ khởi động động cơ bơm nước, cấp nước cho tháp khi mực nước thấp hơn giá trị cho phép
- F - Lưu lượng nước làm mát
Chọn bình tách dầu kiểu nón chặn
Hơi môi chất sau khi được nén ra khỏi máy nén thường bị cuốn bẩn theo hạt dầu bôi trơn của máy nén
Lượng dầu này nếu đến các bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị như thiết bị ngưng tụ, bay hơi sẽ làm cản trở quá trình trao đổi nhiệt và làm giảm hiệu quả của thiết bị Do đó, cần phải
37 Vị trí đặt: sau máy nén và trước thiết bị ngưng tụ
Dầu được tách ra nhờ 3 nguyên nhân dưới đây:
- Nhờ sự giảm vận tốc đột ngột khi đi từ ống nhỏ ra bình nên lực quán tính giảm đột ngột 41
- Nhờ lực ly tâm khi ngoặc dòng nên hạt dầu nặng bị văng ra và rơi xuống đáy nền
- Nhờ các tấm chắn: dòng hơi bị va đập vào các tấm chắn sẽ bị mất vận tốc đột ngột và hạt dầu được giữ lại và rơi xuống đáy bình
6.4 Bình chứa dầu 6.4.1 Mục đích
Dùng để gom dầu từ các thiết bị như bình tách dầu, bầu dầu của bình ngưng, bình chứa, bình bay hơi, bình tách lỏng, để giảm tổn thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao
Bình chứa dầu là bình hình trụ, đặt đứng hay nằm ngang, có đường nối với đường hút máy nén và đường nối với áp kế, nối với đáy xả dầu và đường xả dầu ra ngoài
Khi mở van nối đường hút, áp suất trong bình giảm xuống, môi chất lạnh được thu hồi Khi áp suất dư giảm gần 0, có thể mở van xả để xả dầu ra khỏi bình Hồi dầu từ các bình về bình chứa dầu nhờ chênh lệch áp suất
6.5 Bình trung gian 6.5.1 Mục đích
Bình trung gian sử dụng trong máy lạnh 2 và nhiều cấp có làm mát trung gian nhờ tiết lưu môi chất lỏng
TÍNH NHIỆT KHO LẠNH
TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ CHÍNH
Tính chọn thiết bị ngưng tụ cho hệ thống lạnh
Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay các chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngƣng tụ thành thể lỏng
Quá trình ngưng tụ luôn kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt, nói cách khác là nếu không được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại, mục đích là biến hơi môi chất lạnh thành thể lỏng cũng không thực hiện được Do tác nhân lạnh là Amoniac nên để phù hợp với tính chất của môi chất các ống trao đổi nhiệt thường là ống đồng có cánh nhôm lồng vào hoặc cuốn trên bề mặt ngoài của ống để tăng cường khả năng truyền nhiệt từ phía amoniac
5.2.1 Xác định hiệu số nhiệt độ log trung bình (Δt ) tb
- Hiệu số nhiệt độ logarit trung bình được tính theo công thức: t = t − t
2,3𝑙𝑔 t t Trong đó: t =𝑡 −𝑡 t =𝑡 −𝑡 𝑡 : nhiệt độ ngưng tụ = 42,5℃ 𝑡
𝑡 : nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng tụ
𝑡 là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ 𝑡 = 𝑡 + t, chọn thiết bị ngưng tự là bình ngưng ống vỏ nằm ngang nên t =5℃
5.2.2 Xác định nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ Ở phần chọn máy nén, ta đã tính được: 𝑄 1,565 (kW)
5.2.3 Xác định diện tích bề mặt trao đổi F
Với thiết bị ngưng tụ ống vỏ nằm ngang NH3, chọn k0 W/m2K (Giáo trình kĩ thuật lạnh-Nguyễn Văn Hưng, tr.159)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F:
800.1,6 = 149,66(𝑚 ) Tra bảng 6.1, Giáo trình kĩ thuật lạnh-Nguyễn Đức Lợi, tr.127 chọn bình ngưng KT 110
Kích thước phủ bì (mm) Số ống Kích thước ống nối
Thể tích giữa các ống, m 3 Khối lượng
Ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang vì nó có ưu điểm sau:
- Phụ tải nhiệt lớn nên ít tiêu hao kim loại, thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ, kết cấu chắc chắn
- Làm mát bằng nước ít phụ thuộc vào thời tiết nên máy hoạt động ổn định hơn
- Dễ vệ sinh về phía nước làm mát
5.2.4 Xác định lượng nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ
Lượng nước làm mát có thể tính theo công thức:
+ 𝑄 = 191,565kW + C là nhiệt dung riêng của nước, C = 4,19kJ/kg.K + là khối lượng riêng của nước, = 1000kg/𝑚 + t = 278K là độ tăng nhiệt độ của nước trong thiết bị ngưng Thay số ta có:
Tính và chọn thiết bị bay hơi
Chọn thiết bị bay hơi dàn lạnh không khí có quạt gió
33 Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức Vì nó được sử dụng để làm lạnh trực tiếp không khí mà không cần qua chất tải lạnh Mặt khác, loại này cũng dễ vệ sinh và tránh hiện tượng nứt ống do chất lỏng đóng băng
Ngoài ra, dàn lạnh không khí có quạt gió còn có một số ưu điểm khác như:
• Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh
• Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm
• Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn
• Ít tốn nguyên, vật liệu
− Nhiệt độ phòng lạnh đông: 𝑡 = −18 C
− Chọn nhiệt độ nước vào dàn lạnh là: 𝑡 = −17 C − Chọn nhiệt độ nước ra dàn lạnh là: 𝑡 = −19 C
− Tổng năng suất lạnh là: 𝑄 = 168,16 kW
− Đối với giàn ống trơn dùng NH3 có quạt gió K = 35 ÷ 43 W/m2 độ (theo bảng 3.20/trang 143, sách Kỹ thuật lạnh thực phẩm – TS Nguyễn Xuân Phương)
− Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là:
− Ta có: Kho bảo quản lạnh có 7 phòng, mỗi phòng bố trí 2 thiết bị bay hơi
→ Kho bảo quản lạnh có 14 thiết bị bay hơi Vậy, diện tích bề mặt mỗi thiết bị bay hơi là:
F ′ = , = 25,73 (m ) 2 − Tra bảng 3.19/ trang 141, sách Kỹ thuật lạnh thực phẩm – TS Nguyễn Xuân Phương
Chọn giàn quạt BOӶ - 50, giàn quạt có:
• Công suất sưởi điện: 8,68 kW
+ Số lượng: 2 + Đường kính: 400 mm + Vòng quay: 16,7/25 vòng/phút + Công suất: 0,4/0,6 kW + Lưu lượng: 0,670,95 𝑚 /s
Chọn van tiết lưu
Van tiết lưu của thiết bị chính trong hệ thống lạnh làm nhiệm vụ giảm áp suất của môi chất lỏng từ áp suất cao và nhiệt độ cao xuống áp suất bay hơi của môi chất Nó cũng làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng môi chất cấp vào thiết bị bay hơi
Ta có các thông số áp suất và nhiệt độ như sau:
• Áp suất ngưng tụ là: 𝑃 = 16,658 bar
• Áp suất bay hơi là: 𝑃 = 1,1946 bar Tổn thất áp suất chọn: 𝑃 = 2 bar Nhiệt độ bay hơi: = 𝑡 −30 C
→ Hiệu áp suất qua van tiết lưu là: ΔP = 𝑃 − 𝑃 − 𝑃 ,658 − 2 − 1,1946 = 13,4634 (bar) Năng suất lạnh: 𝑃 = kW Độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu: Δ𝑡 = 42,5 − 37,5 = 5℃
Với năng suất lạnh: 𝑄 = 168,16 kW và: 𝑡 = −30 C, dựa vào phụ lục K1 (Trang 380, sách Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh (Cơ sở và ứng dụng) – Nguyễn Đức Lợi) ta chọn được van TEX 55 – 85 với 𝑄 = 237kW tại 14bar và 𝑄 = 232kW tại 12bar
Dùng phương pháp nội suy ra được Qo tại 13,4634 bar là:
𝑄 = × ( , ) × ( , #5,66 (kW) ) Chọn được van tiết lưu TEX 55 – 85 của hãng Danfoss có năng suất lạnh tải được −30 C
CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG
Bình chứa cao áp
Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau thiết bị ngưng tụ, dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu
Bình chứa cao áp được đặt ngay dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường cân bằng hơi và lỏng Nó có tác dụng chứa toàn bộ lượng gas trong hệ thống khi cần sửa chữa bảo dưỡng
Bình chứa cao áp nằm ngang môi chất NH3 là một hình trụ nằm ngang, được thiết kế đảm bảo áp suất làm việc là 1,8 Mpa.
Tháp giải nhiệt
Giải nhiệt toàn bộ loại nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ nhả ra Lượng nhiệt này thải ra môi trường nhờ chất thải nhiệt trung gian là nước
Nước nóng từ bình ngưng và nước làm mát máy nén vào dàn phun nước, giải nhiệt nhờ không khí đi từ dưới lên (chuyển động cưỡng bức nhờ động cơ quạt gió) và rơi xuống bể vào thiết bị ngưng tụ và đi làm mát máy nén Van phao có nhiệm vụ khởi động động cơ bơm nước, cấp nước cho tháp khi mực nước thấp hơn giá trị cho phép
- F - Lưu lượng nước làm mát
Bình tách dầu
Chọn bình tách dầu kiểu nón chặn
Hơi môi chất sau khi được nén ra khỏi máy nén thường bị cuốn bẩn theo hạt dầu bôi trơn của máy nén
Lượng dầu này nếu đến các bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị như thiết bị ngưng tụ, bay hơi sẽ làm cản trở quá trình trao đổi nhiệt và làm giảm hiệu quả của thiết bị Do đó, cần phải
37 Vị trí đặt: sau máy nén và trước thiết bị ngưng tụ
Dầu được tách ra nhờ 3 nguyên nhân dưới đây:
- Nhờ sự giảm vận tốc đột ngột khi đi từ ống nhỏ ra bình nên lực quán tính giảm đột ngột 41
- Nhờ lực ly tâm khi ngoặc dòng nên hạt dầu nặng bị văng ra và rơi xuống đáy nền
- Nhờ các tấm chắn: dòng hơi bị va đập vào các tấm chắn sẽ bị mất vận tốc đột ngột và hạt dầu được giữ lại và rơi xuống đáy bình
Bình chứa dầu
Dùng để gom dầu từ các thiết bị như bình tách dầu, bầu dầu của bình ngưng, bình chứa, bình bay hơi, bình tách lỏng, để giảm tổn thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao
Bình chứa dầu là bình hình trụ, đặt đứng hay nằm ngang, có đường nối với đường hút máy nén và đường nối với áp kế, nối với đáy xả dầu và đường xả dầu ra ngoài
Khi mở van nối đường hút, áp suất trong bình giảm xuống, môi chất lạnh được thu hồi Khi áp suất dư giảm gần 0, có thể mở van xả để xả dầu ra khỏi bình Hồi dầu từ các bình về bình chứa dầu nhờ chênh lệch áp suất
Bình trung gian
Bình trung gian sử dụng trong máy lạnh 2 và nhiều cấp có làm mát trung gian nhờ tiết lưu môi chất lỏng
Bình trung gian có nhiệm vụ làm mát trung gian 1 phần hay toàn phần hơi môi chất ra ở cấp nén áp thấp và để quá lạnh lỏng trước khi vào van tiết lưu bằng cách bay hơi một phần lỏng ở áp suất và nhiệt độ trung gian
39 Hai loại bình trung gian được sử dụng chủ yếu là bình trung gian làm mát toàn phần hơi hút về máy nén cao áp đặc biệt loại có ống xoắn
Bình trung gian không có ống xoắn có cấu tạo giống bình trung gian ống xoắn trừ ống xoắn.
Bình tách lỏng
Bình tách lỏng có nhiệm vụ tách các giọt chất lỏng khỏi luồng hơi hút về máy nén, tránh cho máy nén không hút phải lỏng gây va đập thủy lực, làm hư hỏng máy nén
Bình tách lỏng đơn giản là một hình trụ đặt đứng lắp đặt trên đường hút từ thiết bị bay hơi về máy nén Bình tách lỏng sử dụng được cho tất cả các loại máy lạnh với môi chất lạnh với môi chất NH 3