Tính toán và thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc công xuất 1000 kg trên mẻ

Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh mẽ trong các ngành như: Sinh học, hoá chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, bia, rượu, điện tử, tin học, y tế, … đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thủy sản. Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng. Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuôi trồng hàng năm là rất lớn. Vì vậy để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ việc xuất khẩu thủy sản thì việc chế biến và bảo quản làm sao cho đảm bảo chất lượng của sản phẩm là vấn đề rất quan trọng. Cùng với quy trình công nghệ chế biến thì máy móc và thiết bị chế biến là một phần không thể thiếu để góp phần tạo nên và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là các thiết bị máy móc trong quá trình lạnh đông và bảo quản lạnh đóng một vai trò rất quan trọng (nhất là đối với các sản phẩm là thủy – hải sản). Cho nên việc xây dựng và thiết kế những thiết bị máy móc phục vụ cho quá trình chế biến là một vấn cần được quan tâm hiện nay.Xuất phát từ những yêu cầu đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Tính toán và thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc công xuất 1000 kgmẻ”. Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn của quý Thầy Cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn. Nhóm sinh viên thực hiện

Trang 1

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh

mẽ trong các ngành như: Sinh học, hoá chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, bia, rượu, điện

tử, tin học, y tế, … đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thủy sản

Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng Sản lượng thủy sản đánh bắt

và nuôi trồng hàng năm là rất lớn Vì vậy để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ việcxuất khẩu thủy sản thì việc chế biến và bảo quản làm sao cho đảm bảo chất lượng củasản phẩm là vấn đề rất quan trọng

Cùng với quy trình công nghệ chế biến thì máy móc và thiết bị chế biến là mộtphần không thể thiếu để góp phần tạo nên và nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt

là các thiết bị máy móc trong quá trình lạnh đông và bảo quản lạnh đóng một vai tròrất quan trọng (nhất là đối với các sản phẩm là thủy – hải sản) Cho nên việc xâydựng và thiết kế những thiết bị máy móc phục vụ cho quá trình chế biến là một vấncần được quan tâm hiện nay

Xuất phát từ những yêu cầu đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Tính toán và thiết kế

tủ cấp đông tiếp xúc công xuất 1000 kg/mẻ”

Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ ánkhông tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ dẫn của quý Thầy Cô và sựđóng góp ý kiến của các bạn

Nhóm sinh viên thực hiện

Trang 2

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

Trang 3

1.1.1. Làm lạnh đông và tác dụng của việc làm lạnh đông

Kỹ thuật lạnh đã ra đời và phát triển hàng trăm năm nay, được sử dụng rộng rãitrong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau và ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn, trởthành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng Một trong những ứng dụng quan trọng của

kỹ thuật lạnh đó là trong việc làm lạnh đông (cấp đông) và bảo quản lạnh đông sảnphẩm

Làm lạnh đông là quá trình hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuốngdưới điểm đóng băng của dịch bào Tại nhiệt độ này các tinh thể băng bắt đầu đượchình thành trong các mô tế bào của sản phẩm Quá trình bảo quản lạnh có tác dụngnhư sau:

- Làm ức chế các hoạt động của vi sinh vật

- Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong động vật thuỷ sản bị đóng băng làm

cơ thể động vật bị mất nước, vi sinh vật bị giảm tốc độ phát triển và có khi còn

bị tiêu diệt

1.1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM

Cách phân chia phương pháp làm lạnh đông nhanh hay chậm dựa trên cơ sở sựtạo thành tinh thể đá trong sản phẩm, khả năng thoát ẩn nhiệt đóng băng và liên quanchặt chẽ đến nhiệt độ quá lạnh

Trang 4

vỡ hệ thống keo do mất nước, làm tiêu hao nguyên sinh chất tế bào, còn gây ra nhữngtác dụng cơ học giữa những tinh thể đá có cạnh sắt với nhau với áp suất lớn, phá ráchmàng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm, khi tan giá thì dịch bào trongsản phẩm bị chảy ra ngoài làm sản phẩm bị giảm đi giá trị dinh dưỡng, có khi giảmđến 50% giá trị thương phẩm so với sản phẩm tươi sống.

Vì vậy ngày nay người ta ít dùng phương pháp lạnh đông chậm, tuy nhiênphương pháp này vẫn được ứng dụng nhiều trong bảo quản một số rau quả dự trữ chochế biến nước rau quả, làm hỗn hợp thực phẩm dạng huyền phù vì quá trình đóngbăng tinh thể khi làm lạnh đông chậm trong trường hợp này lại có lợi vì có tác dụngphá hủy cấu trúc tế bào, cấu trúc hệ thống keo, nên khi ép nước rau quả sẽ cho năngsuất và hiệu suất cao

1.1.2.2. Lạnh đông nhanh

Khi làm lạnh đông nhanh, quá trình thoát nhiệt từ sản phẩm được tăng cường,tạo ra các tinh thể đá với kích thước nhỏ và số lượng nhiều ở ngay trong tế bào, dẫnđến ít gây tác dụng cơ học đối với nguyên sinh chất và màng tế bào, môi trường làmlạnh đông nhanh thường là không khí hoặc các chất lỏng

Các chất lỏng thường là hỗn hợp dung dịch của nhiều muối để nhiệt độ đóngbăng của dung dịch càng thấp càng tốt Nhược điểm của môi truòng lỏng là gây bẩn

và hỏng rỉ thiết bị, đồng thời nước muối thấm vào sản phẩm làm ảnh hưởng đến chấtlượng cũng như ngoại hình của sản phẩm

Môi trường không khí tuy có hệ số truyền nhiệt bé và làm cho sản phẩm dễ bịhao hụt khối lượng nhưng tiện lợi nên được sử dụng phổ biến

Các thông số của lạnh đông nhanh:

+ Nhiệt độ của môi trường làm lạnh phải thấp hơn -350C

+ Kích thước sản phẩm phải nhỏ

+ Quá trình đóng băng sản phẩm phải xảy ra cùng lúc trong và ngoài tế bào đểhạn chế sự chuyển nước từ trong tế bào ra gian bào

• Ưu điểm của phương pháp lạnh đông nhanh so với lạnh đông chậm:

- Bảo đảm khá tốt những đặc tính của sản phẩm, thành phần vitamin, tínhchất, mùi vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm ban đầu

Trang 5

- Tăng cường được tính chất mặt ngoài của sản phẩm, tăng điều kiện vệ sinh

- Rút thời gian lạnh đông và tăng cường hiệu suất làm lạnh đông trên cùngmột diện tích

- Giảm tổn hao khối lượng

1.1.2.3. Phương pháp lạnh đông cực nhanh

Khi lạnh đông cực nhanh, do thoát nhiệt đều và rất nhanh nên hình thành rấtnhiều tinh thể đá với kích thước vô cùng nhỏ trong tế bào, hạn chế rất lớn đến sự ảnhhưởng về chất lượng cũng như khối lượng thực phẩm trong quá trình tan giá sau này.Ngày nay, với kỹ thuật lạnh tiên tiến cho phép làm lạnh đông cực nhanh với thờigian chỉ trong khoảng 5 ÷ 10 phút tức là chỉ bằng 1/60 thời gian lạnh đông nhanh.Sản phẩm lạnh đông cực nhanh bảo đảm hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sốngcủa nguyên liệu ban đầu

1.1.3. Các biến đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông

1.1.3.1. Biến đổi vật lý

Sự kết tinh lại của nước đá

Đối với các sản phẩm đông lạnh, trong quá trình bảo quản nếu chúng ta khôngduy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ dẫn đến sự kết tinh lại của nước đá Đó làhiện tượng gây nên những ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản Do nồng độ chấttan trong các tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau, nên nhiệt độ kết tinh và nhiệt

độ nóng chảy cũng khác nhau

Khi nhiệt độ tăng thì các tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, có nhiệt độ nóngchảy thấp sẽ bị tan ra trước tinh thể có kích thước lớn, nhiệt độ nóng chảy cao Khinhiệt độ hạ xuống thì quá trình kết tinh lại xảy ra, nhưng kích thước tinh thể nước đálớn hơn Sự tăng về kích thước các tinh thể nước đá sẽ ảnh hưởng xấu đến thực phẩm

cụ thể là các cấu trúc tế bào bị phá vỡ, khi sử dụng sản phẩm sẽ mềm hơn, hao phí chấtdinh dưỡng tăng, mùi vị sản phẩm giảm

Để tránh hiện tượng kết tinh lại nước đá, trong quá trình bảo quản nhiệt độ bảoquản phải được giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép là ± 20C

Sự thăng hoa của nước đá

Trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh, do hiện tượng hơi nước trong

Trang 6

giảm Điều đó dẫn đến sự chênh lệch áp suất bay hơi của nước đá ở bề mặt sản phẩmvới môi trường xung quanh Kết quả là nước đá bị thăng hoa.

Sự thăng hoa nước đá của thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp, rỗng.Oxy không khí dễ thâm nhập vào làm oxy hoá sản phẩm Sự oxy hoá xảy ra làm chosản phẩm hao hụt về trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt là quá trình oxyhoá lipid

Để tránh hiện tượng thăng hoa nước đá của sản phẩm thì sản phẩm đông lạnhđem đi bảo quản cần được bao gói kín và loại hết không khí ra ngoài

1.1.3.2 Biến đổi hoá học

Trong quá trình bảo quản đông lạnh thì các biến đổi sinh hoá, hoá học diễn rachậm Các thành phần dễ bị biến đổi là protein hoà tan, lipid, vitamin, chất màu,…

Sự biến đổi protein

Trong các loại protein thì protein hoà tan trong nước dễ bị phân giải nhất, xảy rachủ yếu dưới tác dụng của enzyme có sẵn trong thực phẩm

Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa nước đá gây nên sự biến tínhcủa protein hoà tan Biến đổi protein sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng

Sự biến đổi chất béo

Dưới tác động của enzyme nội bào làm cho chất béo bị phân giải cộng với quátrình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm, đó là điều kiện thuậnlợi cho quá trình oxy hoá chất béo xảy ra Quá trình oxy hoá chất béo sinh ra các chất

có mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm Nhiều trường hợp đây lànguyên nhân chính làm hết thời hạn bảo quản của sản phẩm Các chất màu bị oxy hoácũng làm thay đổi màu sắc của thực phẩm

1.1.3.2. Biến đổi sinh học

Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15oC và được bảo quản ổnđịnh thì sẽ kiểm soát được số lượng vi sinh vật trong thời gian bảo quản Ngược lạinếu sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quảnkhông ổn định sẽ làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, hoạt động của chúnggây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm

1.1.4. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG

1.1.4.1. Thiết bị cấp đông

Trang 7

Thiết bị cấp đông là thiết bị dùng để làm lạnh đông sản phẩm nhằm hạ nhiệt độcủa sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống dưới điểm đóng băng của dịch bào để giúphoàn thiện và nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như kéo dài thời gian bảo quản sảnphẩm

1.1.4.2. Phân loại thiết bị cấp đông

Có 3 phương pháp làm lạnh cơ bản được ứng dụng cho 3 dạng thiết bị lạnh đông

cơ bản Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị nào sẽ dựa trên giá thành, chức năng

và tính khả thi phụ thuộc vào một số nhân tố và loại sản phẩm cần lạnh đông Cácdạng thiết bị lạnh đông đó là:

Thiết bị lạnh đông dạng khí thổi (đông gió)

Ưu điểm lớn nhất của thiết bị lạnh đông dạng khí thổi là tính linh hoạt của nó

Nó có thể thích ứng với sự thay đổi hình dạng bất thường của sản phẩm Khi sảnphẩm có hình dạng và kích thước thay đổi trong phạm vi rộng, lạnh đông dạng khíthổi được chọn là tốt nhất

Tuy nhiên, vì tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng

vì không thể biết được ứng dụng chính xác của nó Thiết bị này dễ dàng sử dụngnhưng tính chính xác và hiệu quả không cao

Thiết bị lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu

Đây là loại thiết bị thường được ứng dụng để cấp đông sản phẩm IQF, lạnh đôngcác sản phẩm đặc biệt hoặc sản phẩm có giá trị kinh tế cao

+ Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu

Sử dụng phương pháp cấp đông dạng ngâm phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bềmặt sản phẩm và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy rađược tốt Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, nhiệt độkhoảng -150C

+ Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền)

Trong phương pháp này, hơi lạnh được phun vào và tiếp xúc trực tiếp với sảnphẩm, nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh Hơi lạnh được sử dụng

có thể là CO hoặc N2 lỏng

Trang 8

Thiết bị lạnh đông dạng đĩa được ứng dụng cho lạnh đông cá khối (block) nhưng

nó không linh hoạt như dạng khí thổi Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngangtùy theo cách sắp xếp của đĩa Các đĩa được làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, sắp xếpthành hàng và chất lỏng làm lạnh sẽ đi qua đó

Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa Quátrình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa lạnh và sản phẩm Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh bị ảnhhưởng bởi nhiều yếu tố và có thể bị giảm do:

+ Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại

+ Các bề mặt tiếp xúc không phẳng

+ Kích thước, hình dạng khuôn đựng thực phẩm không đúng tiêu chuẩn

+ Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau

+ Sự ép nén không đạt yêu cầu

Để tăng khả năng truyền nhiệt của thực phẩm trong tủ đông tiếp xúc có thể ápdụng các biện pháp:

+ Thay khay đựng khuôn bằng khung ghép khuôn

+ Dùng thép không rỉ làm khuôn

+ Sử dụng các khuôn có kích thước phù hợp với sản phẩm trong khuôn, không

để dư thể tích khuôn khi sản phẩm đã đóng băng

+ Dùng nắp đậy khuôn phù hợp

+ Đảm bảo lực ép nén đều và đủ cho dàn lạnh

Đây cũng dạng thiết bị cấp đông mà chúng em chọn làm đề tài cho môn đồ ánthiết bị lần này với công suất 1000 kg/mẻ

Trang 9

CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ TỦ CẤP ĐÔNG

Trang 10

TIẾP XÚC 1000 KG/MẺ

2.1 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA TỦ

Vỏ tủ cấp đông cách nhiệt được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt là urethane dày 150 (mm), hai mặt được bọc bằng inox dày 0,6 (mm) Khung sườn tủđược làm bằng các thanh thép chịu lực, xương gỗ khung tủ để tránh cầu nhiệt và đượclàm bằng gỗ satimex tẩm dầu nhờ đó mà tủ có độ bền và cứng vững rất cao trong suốtquá trình sử dụng

Poly-Khung đỡ ben bằng thép mạ kẽm được lắp ở mặt bên trên của tủ có kết cấu chịulực để đỡ ben và bơm dầu thuỷ lực

Ben thuỷ lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ Pittông và cầu dẫn ben thuỷ lựclàm bằng thép không rỉ đảm bảo yêu cầu vệ sinh Hệ thống có bệ phân phối dầu chotruyền động bơm thuỷ lực

Các vật liệu bên trong tủ có khả năng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đều là loạivật liệu không rỉ

Trang 11

Khung cùm plate, ống dẫn hướng và các ống góp hút cấp dịch bằng inox Cácthanh đỡ của các tấm plate trên cùng và dưới cùng làm bằng nhựa PA

Các chi tiết bản lề, tay khoá cửa bọc bằng thép không rỉ inox, roăn cửa bằng cao

su chịu lạnh định hình đặc chủng với điện trở chống dịch

Tấm trao đổi nhiệt dạng nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếpxúc 2 mặt Các ống cấp dịch cho các tấm lắc bằng cao su chịu áp lực cao Tủ có trang

bị nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành

2.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỦ

2.2.1 Kích thước, số lượng của khay và các tấm lắc cấp đông

Khi cấp đông các mặt hàng thuỷ sản và thịt, thường người ta cấp đông sản phẩmtheo từng khay, kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn như sau:

%10x72

Trang 12

E m

000.1

L1 = 2200 + 2 x 400 = 3000 (mm)Chiều dài phủ bì là: L = 3000 + 2 δCN

Trong đó δCN

là chiều dày của lớp cách nhiệt

- Xác định chiều rộng bên trong tủ

Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm khoảng hở

ở hai bên, khoảng hở mỗi bên là 125 (mm)

Vậy chiều rộng của tủ là: W1 = 1250 + 2 x 125 = 1500 (mm)

Chiều rộng phủ bì là: W = 1500 + 2 CN

δ

- Xác định chiều cao bên trong tủ

Trang 13

Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc hmax = 105 (mm)

Chiều cao bên trong tủ: H1 = N1 x 105 + h1 + h2

Trong đó: N1: Số tấm lắc chứa hàng

h2: Khoảng hở phía trên, h2 = 400 ÷ 450 (mm)Vậy ta có: H1 = 13 x 105 + 100 + 450 = 1915 (mm)

Chiều cao bên ngoài hay chiều cao phủ bì của tủ là:

H = H1 + 2 δCN

= 1915 + 2 δCNTrong đó CN

δ

là chiều dày của lớp cách nhiệt

2.3 CẤU TRÚC THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT CỦA TỦ

2.3.1 Cấu trúc thiết kế

Vỏ tủ cấp đông được làm bằng vật liệu cách nhiệt poly - urethane dày 150 (mm)được chế tạo theo phương pháp rót ngập, có mật độ 40 ÷ 42 (kg/m3), có hệ số dẫnnhiệt λ

= 0,018 ÷ 0,02 (W/m.K), có độ đồng đều và độ bám cao, hai mặt được bọcbằng Inox dày 0,6 (mm)

Trang 14

Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ inox, đảm bảo điều kiện vệ sinh thựcphẩm cho hàng cấp đông.

2.3.2 Xác định chiều dày cách nhiệt

Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k:

1 1

1

α λ

δ λ

δ

CN i i n

i CN

CN

i

11

1

αλ

δα

λδ

δi

: Bề dày của lớp vật liệu thứ i (bảng 2-1), m

Trang 15

2 1

1 1

1 2

1 1

α λ

δ α

1 22

6 , 0 2 3 , 23

1 19 , 0 1

= 0,1014 (m)

Ta chọn chiều dày cách nhiệt theo tiêu chuẩn là CN

δ = 150 (mm)Lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt thực là:

kt =

5 , 10

1 02 , 0

15 , 0 22

6 , 0 2 3 , 23 1

1 1

2 1

1

2 1

1 1

+ +

+

= + + +

α λ

δ λ

δ

= 0,13 (W/m2.K)

2.4 TÍNH KIỂM TRA HIỆN TƯỢNG ĐỌNG SƯƠNG VÀ ĐỌNG ẨM

2.4.1 Tính kiểm tra hiện tượng đọng sương

Trang 16

t t

t

t S

−

− α

Trong đó: 0,95: Hệ số truyền nhiệt đọng sương

t1: Nhiệt độ không khí bên ngoài, 0C

t2 : Nhiệt độ không khí bên trong tủ đông (đã cho), 0C

Nhiệt độ bầu ướt tư = 320C

Mặc khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t2 = -350C

Do đó: ks = 0,95 23,3 35 , 1 ( 35) 1,2946

31 1 , 35

Trang 17

Đối với tủ cấp đông, vỏ tủ được bao bọc bằng inox ở cả hai bên nên hoàn toànkhông có ẩm lọt vào lớp cách nhiệt nên không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòngkết cấu

Trang 18

Tổn thất nhiệt trong tủ cấp đông gồm có:

- Tổn thất nhiệt do sản phẩm, khay cấp đông và do nước châm vào

Trang 19

- Tổn thất nhiệt do mở cửa

Là dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh (gia lạnh, kết đông, hạ nhiệt độtrong buồng bảo quản đông) Tổn thất Q1 được tính theo công thức:

Q1 = Q11 + Q12 + Q13Trong đó:

Q11: Tổn thất do sản phẩm mang vào

Q12: Tổn thất làm lạnh khay cấp đông

Q13: Tổn thất do làm lạnh nước Vì một số sản phẩm khi cấp đông người tatiến hành châm thêm nước để mạ 1 lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng đẹp,chống oxi hoá thực phẩm nên cũng cần tính thêm

2 1

x

h h

ℑ

−

(kW)Trong đó:

E: Năng suất tủ cấp đông, kg/mẻ, E = 1000 kg/mẻ

h1, h2: Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, kJ/ kg

Tra bảng 4.2 (p.110; [1]), ta được: h1 = 301 (kJ/kg)

h2 = 5 (kJ/kg)

Trang 20

Vậy: Q11 =

3600 3

5 301 1000

x

−

= 27,407 (kW) = 27407 (W)3.1.2 Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông Q12

Q12 = MKh

3600

2 1

x

t t

C P

ℑ

−

(kW)Trong đó:

MKh: Tổng khối lượng khay cấp đông, kg CP: Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, kJ/kg.độ

t1, t2: Nhiệt độ của khay trước và sau khi cấp đông, 0C

ℑ

: thời gian cấp đông, ℑ

= 3 giờTheo tính toán ở mục (2.2.1) thì số khay chứa sản phẩm sẽ là:

13 x 36 = 468 (khay)Một khay có khối lượng khoảng 1,5 kg Do vậy tổng số khối lượng khay cấpđông sẽ là: MKh = 468 x 1,5 = 702 (kg)

Khay cấp đông có vật liệu làm bằng nhôm có CP = 0,896 (kJ/kg.C)

Nhiệt độ của khay trước khi cấp đông bằng nhiệt độ sản phẩm đầu vào, tức là: t1

35 10

896 , 0

x

= 2,6208 (kW) = 2620,8 (W)3.1.3 Tổn thất do châm nước Q13

Tổn thất do châm nước được tính theo công thức:

Q13 = Mn x3600

q O

ℑ

(kW)

Trang 21

Trong đó:

Mn: Khối lượng nước châm, kg

qo: Nhiệt dung cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đáhoàn toàn, kJ/kg

ℑ

: thời gian cấp đông, ℑ

= 3 giờ Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5 ÷ 10 % khối lượng hàng cấp đông,thường người ta châm dày khoảng 5mm

Theo tính toán ở mục (3.2.2) thì tổng số khay chứa sản phẩm là 468 khay, mà 1khay chứa được 2 kg sản phẩm

Do đó khối lượng hàng cấp đông là: 468 x 2 = 936 (kg)

Khối lượng nước châm là: Mn = 936 100

10

= 93,6 (kg)Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo được

xác định theo công thức: qo = CPn.t1 + r + CPđ 2

t

(kJ/kg)Trong đó:

CPn: Nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.độ

CPn = 4,186 (kJ/kg.C)

r: Nhiệt đông đặc, kJ/kg

r = 333,6 (kJ/kg)CPđ: Nhiệt dung riêng của đá, kJ/kg.độ

CPđ = 2,09 (kJ/kg.C)t1: Nhiệt độ nước đầu vào, oC

t1 = 5oC

Trang 22

t2 = -5o

C ÷ -10oCThay vào ta có: qo = 4,186 5 + 333,6 + 2,09

43 , 375

x

3,254 (kW) = 3254 (W)Như vậy tổn thất Q1 sẽ là: Q1 = Q11 + Q12 + Q13

= 27407 + 2620,8 + 3254 = 33281,8 (W)

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổnthất qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môitrường bên ngoài và bên trong tủ cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trờiqua tường bao và trần

Q2 = Q21 + Q22Trong đó: Q21: Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự

mm kể cả cửa tủ cấp đông Do vậy ta có:

Q2 = Q21 = kt F ( t1 – t2), (W)Trong đó:

Trang 23

kt: Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che xác định theo chiều dàycách nhiệt thực, W/m2.K Theo tính toán ở mục (2.3.2) ta có:

kt = 0,13 (W/m2.K)

F: Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2

t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C t1 = 35,10C

δ

= 1500+ 2x 150 = 1800 (mm)Chiều cao: H = 1915 + 2 CN

δ = 1915 + 2 x 150 = 2215 (mm) Lúc đó ta có: F = 2F1 + 2 F2 + 2F3 = 2(F1 + F2 + F3)

Trong đó: 2F1: Diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m2

2F2: Diện tích bề mặt trước và sau của tủ, m2

2F3: Diện tích hai mặt bên của tủ, m2

Trang 24

Với : F là diện tích của buồng cấp đông, m2

Theo như tính toán ở mục (2.4.1) ta có:

Chiều dài buồng (không tình phủ bì) là: L = 3 (m)

Chiều rộng buồng (không tính phủ bì) là: W = 1,5 (m)

Do dó F = 3 x 1,5 = 4,5 (m2)

B: Dòng nhiệt khi mở cửa, (W/m2)

Tra bảng 4.4 (p.117; [1]), ta được: B = 10,2 (W/m2)

Vậy: Q3 = 10.2.4,5 = 45,9 (W)

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

Tải nhiệt cho thiết bị: Dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết

bị bay hơi Để đảm bảo giữ được nhiệt độ càn thiết trong tủ ở những điều kiện bất lợinhất, ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trịcao nhất

QTB = Q1 + Q2 + Q3, W = 33281,6 + 314,663 + 45,9 = 33642,163 (W)

Tải nhiệt cho máy nén: Cũng được tính toán từ tấc cả các tải nhiệt thành phần

nhưng phải theo những số liệu định hướng của “Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ kholạnh” Ở đây ta áp dụng các giá trị định hướng theo “Tiêu chuẩn thiết kế công nghệkho lạnh” của Nga để tính toán Ta có các quy định sau:

+ Nhiệt tải cho máy nén lấy 100% Q1 đã tính toán được cho các kho lạnh thịt và cá + Nhiệt tải cho máy nén chỉ lấy 80% Q2max cho các kho lạnh nhiệt độ

-200C

+ Nhiệt tải của máy nén từ dòng nhiệt do vận hành được tính bằng 50% ÷ 75% giátrị lớn nhất

Từ đó suy ra: QMN = 100% Q1+ 80% Q2+ 75%Q3

Trang 25

=

9 , 45 100

75 663 314 100

80 33281,8

100

+ +

= 33567,95 (W)