Đồ Án giữa kỳ môn thiết bị và hệ thống tự Động Đề tài quy trình và thiết bị trong hệ thống bảo quản lạnh

Giới thiệu - Một trong những phương pháp dùng để bảo quản thực phẩm được ưa chuộng hiện nay chính là sử dụng hệ thống bảo quản lạnh.Hệ thống bảo quản lạnh hoạt động dựa trên nguyên lý l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ThS Đường Khánh Sơn Trần Huỳnh Khang 210094

Trần Hoài Phúc 2100497 Nguyễn Gia Minh 2100296 Huỳnh Minh Khôi 2100092

Lê Hữu Hậu 2101171

Ngành: CN KT Cơ điện tử

Cần Thơ, Tháng 10, Năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ThS Đường Khánh Sơn Trần Huỳnh Khang 210094

Trần Hoài Phúc 2100497 Nguyễn Gia Minh 2100296 Huỳnh Minh Khôi 2100092

Lê Hữu Hậu 2101171

Ngành: CN KT Cơ điện tử

Cần Thơ, Tháng 10, Năm 2024

MỤC LỤC

PHẦN I: QUY TRÌNH CỦA THỆ THỐNG BẢO QUẢN LẠNH 1

I Giới thiệu chung 1

1 Giới thiệu 1

2 Phân loại 1

3 Ứng dụng 2

II Nguyên lý cơ bản của hệ thống bảo quản lạnh 3

1.Nguyên lý hoạt động 3

2 Ảnh hưởng của nhiệt độ: 3

III Quy trình của hệ thống bảo quản lạnh 3

1 Quy trình làm lạnh cơ bản 3

2 Hệ thống điều khiển và giám sát 4

3 Bảo quản hàng hóa 4

4 Quy trình vận hành hệ thống 5

PHẦN II:THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG BẢO QUẢN LẠNH 6

I Thiết bị 6

1 Máy nén (Compressor): 6

2 Dàn ngưng (Condenser): 9

3 Dàn bay hơi (Evaporator): 12

4 Quạt gió: 14

5 Van tiết lưu (Expansion Valve): 14

6 Hệ thống điều khiển và cảm biến: 16

7 Tụ điện và rơ – le nhiệt: 18

8 Ống dẫn ga: 18

9 Hệ thống cách nhiệt: 18

10 Máy phát điện dự phòng: 18

II Chu trình hoạt động cụ thể: 19

2 Chuyển đến dàn ngưng: 19

3 Qua van tiết lưu: 19

4 Đến dàn bay hơi: 19

5 Hoàn tất chu trình: 19

PHẦN III: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ CỦA BẢO QUẢN LẠNH 20

1 Chất lượng và thiết kế của thiết bị: 20

2 Chất lượng cách nhiệt của kho: 20

3 Điều kiện môi trường xung quanh: 20

4 Chất lượng và loại chất làm lạnh: 20

5 Quản lý và bảo dưỡng hệ thống: 21

6 Điều kiện và phương pháp lưu trữ hàng hóa: 21

7 Hệ thống điều khiển tự động: 21

8 Tối ưu hóa và tiết kiệm năng lượng: 21

PHẦN IV: LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CỦA BẢO QUẢN LẠNH 22

I Lợi ích của hệ thống bảo quản lạnh 22

1 Duy trì chất lượng sản phẩm: 22

2 Kéo dài thời gian bảo quản: 22

3 Tăng cường an toàn thực phẩm: 22

4 Đáp ứng nhu cầu thị trường: 22

5 Tối ưu hóa chuỗi cung ứng: 22

6 Khả năng đa dạng hóa sản phẩm: 22

II Hạn chế của hệ thống bảo quản lạnh 23

1 Chi phí đầu tư cao: 23

2 Tiêu tốn năng lượng: 23

3 Rủi ro về bảo trì và sự cố: 23

4 Không phù hợp cho tất cả loại sản phẩm: 23

5 Yêu cầu về quản lý và đào tạo: 23

6 Ảnh hưởng đến môi trường: 23

PHẦN V: KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

PHẦN I: QUY TRÌNH CỦA THỆ THỐNG BẢO QUẢN LẠNH

I Giới thiệu chung

1 Giới thiệu

- Một trong những phương pháp dùng để bảo quản thực phẩm được ưa chuộng hiện nay chính là sử dụng hệ thống bảo quản lạnh.Hệ thống bảo quản lạnh hoạt động dựa trên nguyên lý làm lạnh bằng cách giảm nhiệt độ trong thời gian ngắn nhất và nhiệt độ có thể điều chỉnh được để phù hợp với từng đặc tính của hàng hóa, sản phẩm, hạn chế tình trạng hàng hóa bị hư hỏng

- Nó giống như một chiếc tủ lạnh nhưng có diện tích và quy mô lớn hơn và được lắp đặt thêm hệ thống dàn lạnh với nhiệt độ điều chỉnh được phù hợp với nhiều loại hàng hóa khác nhau

- Được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp chế biến đặc biệt là đối với các sản phẩm có khả năng hư hỏng nhanh như thủy sản, nông sản, thuốc, hoa Hệ thống bảo quản lạnh thường được sử dụng cho quy mô lớn như khu công nghiệp, chế biến thực phẩm và bảo quản cấp đông thực phẩm tươi sống

Hiện nay kho lạnh được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm rất rộng rãi và chiếm một tỷ lệ lớn nhất

2 Phân loại

2.1 Phân loại theo nhiệt độ hoạt động:

- Hệ thống bảo quản lạnh thông thường (Cold Storage):

- Hệ thống siêu lạnh (Ultra-low Temperature Storage):

+ Duy trì nhiệt độ dưới -50°C

+ Thường được sử dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như bảo quản mẫu sinh học, dược phẩm và một số sản phẩm công nghiệp

2.2 Phân loại theo ứng dụng:

a) Kho lạnh bảo quản thực phẩm:

Dùng trong nhà máy chế biến thực phẩm, siêu thị, nhà hàng và cơ sở phân phối b) Kho lạnh bảo quản dược phẩm:

Dùng để lưu trữ vaccine, thuốc và các sản phẩm y tế cần nhiệt độ bảo quản cụ thể nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng

c) Kho lạnh bảo quản hóa chất:

Dùng để lưu trữ hóa chất nhạy cảm với nhiệt độ nhằm tránh phản ứng hóa học không mong muốn

d) Kho lạnh bảo quản nông sản:

Sử dụng để bảo quản nông sản sau thu hoạch, giúp kéo dài thời gian sử dụng và giảm thiểu thất thoát

2.3 Phân loại theo quy mô và kết cấu:

a) Kho lạnh công nghiệp:

- Có quy mô lớn và được sử dụng trong các nhà máy chế biến thực phẩm, trung tâm phân phối hoặc hệ thống logistics

- Được trang bị hệ thống làm lạnh mạnh mẽ, có khả năng lưu trữ số lượng lớn hàng hóa

- Được thiết kế để dễ dàng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

- Phù hợp cho các sự kiện ngắn hạn, hoạt động vận chuyển hoặc nhu cầu bảo quản linh hoạt

II Nguyên lý cơ bản của hệ thống bảo quản lạnh

1.Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống làm lạnh dựa trên việc sử dụng môi chất lạnh (chất làm lạnh) để hấp thụ nhiệt từ không gian cần làm mát và thải nhiệt ra môi trường bên ngoài Hệ thống này hoạt động theo chu trình tuần hoàn, bao gồm bốn giai đoạn chính: nén, ngưng tụ, giãn nở, và bay hơi

2 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Theo nhiệt độ người ta chia ra:

- Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản thường nằm trong khoảng -2℃đến

5℃ Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (chuối > 10℃, chanh > 4℃) Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông sản

- Kho bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp

đông Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt -18℃ để cho các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản

- Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12℃

- Kho gia lạnh: Nhiệt độ 0℃, dùng gia lạnh các sản phẩm trước khi chuyển sang

khâu chế biến khác

- Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ kho tối thiểu -4℃

Theo dung tích chứa Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm có khác nhau

III Quy trình của hệ thống bảo quản lạnh

1 Quy trình làm lạnh cơ bản

- Quy trình làm lạnh trong hệ thống bảo quản lạnh thường được chia thành bốn bước chính: nén, ngưng tụ, giãn nở và bay hơi Đây là mô tả chi tiết của từng bước:

Bước 1: Nén

- Hoạt động: Máy nén hút chất làm lạnh từ dàn bay hơi, chất làm lạnh này

thường ở dạng hơi và áp suất thấp Sau đó, máy nén nén chất làm lạnh này lên áp suất cao, làm tăng nhiệt độ của nó

- Mục đích: Tạo áp suất cần thiết để đưa chất làm lạnh vào dàn ngưng

Bước 2: Ngưng tụ:

- Hoạt động: Chất làm lạnh ở áp suất cao và nhiệt độ cao sau đó được chuyển

đến dàn ngưng Tại đây, không khí hoặc nước làm mát sẽ thải nhiệt từ chất làm lạnh, làm cho nó ngưng tụ và chuyển đổi từ dạng hơi sang dạng lỏng

- Mục đích: Giảm nhiệt độ và chuyển chất làm lạnh sang trạng thái lỏng, sẵn

sàng cho bước tiếp theo

Bước 3: Giãn nỡ:

- Hoạt động: Chất làm lạnh dạng lỏng đi qua van tiết lưu, nơi áp suất của nó

giảm đột ngột Sự giãn nở này làm giảm nhiệt độ của chất làm lạnh

- Mục đích: Chuẩn bị cho chất làm lạnh vào dàn bay hơi ở dạng lạnh và áp suất

thấp

Bước 4: Bay hơi:

- Hoạt động: Chất làm lạnh ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp vào dàn bay hơi Tại

đây, nó hấp thụ nhiệt từ không khí trong kho lạnh và chuyển đổi từ dạng lỏng sang dạng hơi

- Mục đích: Hạ nhiệt độ không khí trong kho, tạo ra môi trường lạnh cho hàng

hóa bảo quản

2 Hệ thống điều khiển và giám sát

- Cảm biến và thiết bị điều khiển: Hệ thống sử dụng cảm biến để đo lường nhiệt

độ và độ ẩm bên trong kho Dữ liệu này được gửi về bảng điều khiển để tự động điều chỉnh hoạt động của máy nén, quạt gió và van tiết lưu, nhằm duy trì điều kiện bảo quản tối ưu

- Bảo trì và bảo dưỡng: Các thông số kỹ thuật, như nhiệt độ và độ ẩm, được theo

dõi liên tục để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả Bảo trì định kỳ giúp phát hiện sớm các vấn đề và ngăn ngừa sự cố

3 Bảo quản hàng hóa

- Sắp xếp hàng hóa: Hàng hóa trong kho cần được sắp xếp hợp lý, đảm bảo

không cản trở luồng khí lạnh, giúp khí lạnh lưu thông đều và duy trì nhiệt độ ổn định

- Quy trình nhập và xuất hàng: Quy trình nhập và xuất hàng cũng cần được quản

lý chặt chẽ, nhằm giảm thiểu thời gian mở cửa kho, tránh thoát nhiệt và giữ cho nhiệt

độ bên trong kho ổn định

4 Quy trình vận hành hệ thống

- Khởi động hệ thống: Khi hệ thống được khởi động, máy nén sẽ bắt đầu hút

chất làm lạnh và chu trình làm lạnh sẽ bắt đầu

- Theo dõi và điều chỉnh: Hệ thống tự động theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ và

độ ẩm để đảm bảo điều kiện bảo quản luôn trong giới hạn an toàn

- Ngừng hoạt động: Khi cần thiết, hệ thống có thể được ngừng hoạt động một

cách an toàn, với các biện pháp cần thiết để đảm bảo không làm hỏng hàng hóa trong kho

PHẦN II:THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG BẢO QUẢN LẠNH

I Thiết bị

1 Máy nén (Compressor):

- Chức năng: Nén chất làm lạnh từ áp suất thấp lên áp suất cao, tạo điều kiện cho quá trình làm lạnh

- Công suất: Tùy thuộc vào quy mô của hệ thống, công suất máy nén có thể dao

động từ 1 HP (horsepower) cho các kho nhỏ đến hàng trăm HP (thường 50-500 HP) cho các kho công nghiệp lớn

Phân loại theo cấu tạo

Phân loại theo mức độ làm kính

Cấu tạo của máy nén lạnh:

- Cấu tạo của dòng máy này gồm nhiều bộ phận khác nhau như: Trục khủy, xilanh, hút tiêu âm, khoang hút, tay biên,…

Nguyên lý hoạt động của máy nén:

Quá trình làm việc của máy được diễn ra như sau:

Cuối cùng, khi pít tông chuyển động đến điểm chết phải thì kết thúc quá trình hút và chuyển sang quá trình nén

2 Dàn ngưng (Condenser):

- Chức năng: Giải phóng nhiệt từ chất làm lạnh, chuyển hóa chất làm lạnh từ

trạng thái khí sang lỏng

- Công suất: Phụ thuộc vào kích thước và yêu cầu nhiệt độ của kho, thường từ

vài kW đến vài trăm kW

- Loại dàn ngưng: Làm mát bằng không khí (air-cooled condenser) hoặc làm

mát bằng nước (water-cooled condenser)

Hình 1.1 Dàn ngưng (Condenser)

- Dựa theo môi trường làm mát 

+ Dàn ngưng tụ giải nhiệt nước: Loại dàn ngưng này có vai trò làm mát với cấu tạo theo hình thức dàn nhúng hoặc bình bên trong của bể

+ Dàn ngưng tụ giải nhiệt gió: Gió, không khí hoặc các luồng khí tự nhiên bị

áp chế đưa vào dàn ngưng, trao đổi với nhau để làm mát hệ thống máy.  + Dàn ngưng giải nhiệt kết hợp không khí và nước: Loại dàn ngưng này được hoạt động theo cơ chế kết hợp 2 yếu tố, không khí giải nhiệt cho nước còn nước đóng vai trò giải nhiệt cho các loại môi chất của thiết bị ngưng tụ. 

- Thiết bị ngưng tụ bằng các chất trong môi trường: Thiết bị này chủ yếu được

sử dụng trong các loại máy lạnh ghép tầng Máy được hoạt động theo cơ chế dàn ngưng phía dưới điều hòa nhiệt cho các môi chất trong dàn ngưng ở phía trên

- Dựa theo đặc điểm cấu tạo 

+ Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước 

+ Dàn ngưng tụ theo cơ chế bay hơi 

+ Dàn ngưng tụ theo hình thức tưới 

+ Dàn ngưng tụ dựa trên không khí 

+ Dàn ngưng tụ dạng ống lồng ống

+ Dàn ngưng tụ dạng tấm bản 

- Dựa theo đặc điểm đối lưu của không khí 

+ Dàn ngưng tụ theo hình thức đối lưu tự nhiên 

+ Dàn ngưng tụ theo hình thức cưỡng bức 

- Dựa theo nguyên lý vận hành 

+ Dàn ngưng tụ cơ chế dòng chảy ngược:  dòng chất lỏng và hơi ngưng tụ trong máy di chuyển ngược chiều 

+ Dàn ngưng tụ theo dòng chảy song song: dòng chất lỏng và ngưng tụ trong máy di chuyển theo cùng một hướng. 

- Cấu tạo dàn ngưng:

+ Dàn ngưng được cấu tạo từ nhiều phân tử khác nhau trong hệ thống làm lạnh Các phần tử đó được thiết kế theo dạng nằm ngang, bởi vậy, chúng có cấu tạo như bình ngưng Các phần tử trong hệ thống làm lạnh kết nối với nhau dựa theo hoạt động của tác nhân làm lạnh và được kết nối song song theo đường làm mát. 

+ Dàn ngưng được hình thành 8 bộ phận, cụ thể như sơ đồ trên:

(1).Bình chứa nước lỏng  (2).Đường ống lỏng ra  (3).Đường dẫn nước

ra  (4).Đường dẫn nước vào  (5).Đường dẫn tác nhân lạnh  (7).Đường dẫn xả dầu  (8).Các phần tử cân bằng nhiệt

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động

+ Nhiệt độ từ khí môi chất truyền thẳng đến cánh con tỏa nhiệt Từ đó, luồng gió mát sẽ được tỏa ra không khí một lượng nhiệt Tiếp theo, lượng nhiệt này

sẽ bị tách ra ngoài môi chất lạnh theo dạng thể hơi Như vậy, nó nhanh chóng

bị ngưng tụ thành thể lỏng với tương đương với lượng nhiệt khi môi chất lạnh

bị chuyển hóa trong hệ thống máy lạnh. 

+ Môi chất lạnh cũng được lưu chuyển từ dạng lỏng qua khí hơi 

+ Môi chất dạng hơi thoát ra ngoài dàn ngưng do áp lực lớn từ máy nén  + Môi chất tiếp tục đi theo đường ống dẫn tới bầu lọc (hút ẩm) Tại đây, dàn nóng có chức năng làm mát môi chất theo mức độ trung bình Vì vậy, khoảng

⅔ dàn ngưng tụ tồn tại dạng ha ở môi chất với nhiệt độ cao, ⅓ còn lại được chuyển hóa qua thể lỏng và lạnh. 

3 Dàn bay hơi (Evaporator):

- Chức năng: Hấp thụ nhiệt từ không khí trong kho lạnh, làm mát không gian

- Công suất: Công suất của dàn bay hơi được tính bằng kW hoặc BTU/h Ví dụ,

một kho lạnh nhỏ có thể sử dụng dàn bay hơi với công suất từ 2-10 kW, trong khi một kho lớn có thể cần dàn bay hơi có công suất 100 kW trở lên

- Loại dàn bay hơi: Treo trần, đặt sàn, hoặc gắn tường

Hình 1.3: Dàn bay hơi của hệ thống lạnh

- Nguyên lý dàn bay hơi:

Khi không khí được đẩy qua dàn bay hơi, nó sẽ tiếp xúc với ống đồng chứa chất làm lạnh Chất làm lạnh trong ống đồng có nhiệt độ thấp, khi không khí tiếp xúc với chúng, chúng sẽ hấp thụ nhiệt từ không khí và chuyển đổi chất lỏng trong đó thành hơi Trong quá trình chất lỏng (chất làm lạnh – môi chất lạnh) chuyển đổi trạng thái thành dạng hơi sẽ hấp thu nhiệt để chuyển đổi trạng thái, làm hạ nhiệt độ không khí xung quanh

Sau khi không khí đã được làm lạnh, nó được đưa trở lại không gian cần làm mát Có thể giảm độ ẩm trong không khí bằng các thành phấn có tác dụng ngưng đọng hơi nước sau đó loại bỏ ra khỏi hệ thống Khi chất làm lạnh trong dàn bay hơi hấp thụ nhiệt từ không khí và chuyển đổi thành hơi, sau đó sẽ được giải nhiệt và chuyển đổi trở lại thành chất lỏng ở Dàn ngưng Quy trình này lặp lại liên tục và tuần hoàn

- Một số ví dụ các dàn bay hơi có trên thị trường:

+Thiết bị bay hơi Zhongli DJ-1.2/8

Dàn lạnh Zhongli DJ-1.2/8 được ứng dụng rộng rãi trong các công trình phòng lạnh, kho lạnh, máy làm mát, máy sấy, máy làm đá ,…

Thông số kỹ thuật thiết bị bay hơi Zhongli DJ-1.2/8: Công suất 1.2KW; Diện tích làm mát 8m2; Kích thước: 1030x410x540mm; Trọng lượng: 33kg

+Thiết bị bay hơi EEJ Quang Thắng

Thiết bị bay hơi EEJ Quang Thắng được sử dụng cho các kho bảo quản đông lạnh dưới -25 độ C

Thông số kĩ thuật dàn bay hơi EEJ Quang Thắng:

Bước cánh tỏa nhiệt 9mm, nhiệt độ bay hơi dưới -25 độ C Ống đồng: 9.52×0.3mm