HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM ĐÔNG IQF VÀ BIỆN PHÁP LÀM GIẢM THỜI GIAN LÀM ĐÔNG

Các thông số cần kiểm tra cho hệ thống lạnh:1.Kiểm tra năng suất lạnh của náy nén Để tủ hoạt động hiệu quả ta cần kiểm tra năng suát lạnh của máy nén xem có đảm bảo cho hệ thống lạnh cấ

ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA SAU ĐẠI HỌC

GVGD: TS NGUYỄN ANH TUẤN SVTH: NGUYỄN THỊ LỘC

MSSV: 54CH100 LỚP: CNSTH 2012

Khánh Hòa, tháng 07 năm 2013

Hãy sưu tập hình ảnh hoặc video clip về hệ thống thiết bị làm đông nhanh cho sản phẩm đông rời, giải thích rõ những thông số cần kiểm tra, kiểm soát về mặt nhiệt để hệ thống có thể hoạt động được Muốn giảm thời gian làm đông cho một hệ thống lạnh đã có, người ta có thể áp dụng những giải pháp nào?

 Hình ảnh về hệ thống thiết bị làm đông nhanh cho sản phẩm đông rời

Thông số kỹ thuật

Thời gian cấp đông Phút 2~15

Sản phẩm Tôm, mực, bạch tuột Cá, mực

Nhiệt độ sản phẩm

vào/ra

0 C +10/-18

Nhiệt độ buồng đông 0 C -42 ~ -45

Kiểu cấp dịch Bơm dịch / Tiết lưu khô / Bầu đổ

Công suất lạnh yêu

cầu

Chiều rộng băng tải mm 1200/1500

Vật liệu băng tải Thép không gỉ

 Dây chuyền cấp đông nhanh IQF dạng tầng sôi

Thông số kỹ thuật

 Dây chuyền cấp đông nhanh IQF dạng xoắn ốc

Là hệ thống cấp đông thích hợp với các sản phẩm như thịt, kem, hải sản, rau quả, thực phẩm đóng gói nhỏ

Là trong gian cấp đông có băng tải vận chuyển truyền động dạng xoắn ốc, làm cho nguyên liệu được làm lạnh nhanh chóng Thời gian cấp đông có thể lựa chọn trong khoảng 15~90 phút

- Thiết kế hợp lý, vận hành an toàn tin cậy.

- Sử dụng thuận lợi, linh hoạt.

- Thao tác đơn giản, sửa chữa và vệ sinh dễ dàng.

- Vật liệu chế tạo bằng thép không gỉ SUS 304, hoàn toàn phù hợp đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

Có 2 loại: xoắn ốc đơn và đôi

Thông số kỹ thuật

 Tủ đông tiếp xúc dạng tấm phẳng

Thích hợp với các sản phẩm dạng miếng lát, khay

đóng gói như: thủy sản, thịt, gia cầm Đặc điểm: diện

tích mặt bằng nhỏ, dung lượng lớn, tiết kiệm điện năng,

hiệu quả làm lạnh cao Tấm cắt trao đổi nhiệt là hợp kim

Nhôm-Magie, giúp trao đổi nhiệt hiệu quả cao, bền đẹp.

Nâng hạ các tấm plate bằng bơm thủy lực chất lượng cao, hoạt động êm không bị xì nhớt,

độ bền cao có thể điều chỉnh được tốc độ nâng hạ.

Thông số kỹ thuật

I Các thông số cần kiểm tra cho hệ thống lạnh:

1.Kiểm tra năng suất lạnh của náy nén

Để tủ hoạt động hiệu quả ta cần kiểm tra năng suát lạnh của máy nén xem

có đảm bảo cho hệ thống lạnh cấp đông được sản phẩm cấp đông theo yêu cầu hay không

Đối với hệ thống lạnh băng chuyền phằng IQF ta cần kiểm tra các thông

số kỹ thuật sau:

Qmm: Năng suất lạnh máy nén theo thiết kế

Qsp: Chi phí lạnh làm đông sản phẩm

Qkk: Nhiệt lượng lấy ra để hạ không khí trong tủ

Qbc: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ băng chuyền

Qdc: Nhiệt lượng thải ra từ động cơ trong tủ đông

Qdo: Nhiệt tổn thất đường ống

τ: Thời gian chạy máy

β: Hệ số dự phòng khi môi trường tăng hoặc quá tải ở dàn lạnh

1.1.Chi phí lạnh cho quá trình làm đông

Là lượng nhiệt lấy ra để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ cuối của quá trình làm đông.

Chi phí lạnh cho quá trình làm đông bao gồm tất cả các chi phí:

Qsp = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Q1: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ điểm băng

Q2: Nhiệt lượng lấy ra để làm nước tự do đóng băng

Q3: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Q4: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của nước liên kết trong thực tới nhiệt

độ cuối của quá trình cấp đông

Q5: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

*Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ điểm băng

Q1=C1× G× (t1-tđb) (kj/h)

C1=C’× φ+C’’ × (1-φ)

C’: nhiệt dung riêng của nước

C’’: nhiệt dung riêng của chất khô

φ: Tỷ lệ nước trong nguyên liệu

t1: Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu

tđb: Nhiệt độ điểm băng của nguyên liệu

G: Khối lượng nguyên liệu cấp đông trong một giờ

*Nhiệt lượng lấy ra để làm nước tự do đóng băng

Q2=L× G × w × φ (kj/h)

L: Nhiệt đông đặc của nước

W: Tỷ lệ nước đóng băng so với nước ban đầu

*Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Q3=C3× G × w× φ× (tđb-tc) (kj/h)

C3: Nhiệt dung riêng của nước đá

tc: Nhiệt độ cuối quá trình cấp đông

*Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của nước liên kết trong thực tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Q4=C4 × G × (1-w) × φ× (tđb-tc) (kj/h)

C4: Nhiệt dung riêng của nước liên kết

*Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Q5 = C’’× G × (1-w) × (tđb-tc) (kj/h)

1.2.Nhiệt lượng lấy ra để hạ không khí trong tủ trong quá trình cấp đông

Nhiệt lượng cần cung cấp để làm lạnh lượng không khí trên là:

Qkk = Ckk× Vlk ×ρkk × (tmt-tkk) (kj/h)

tmt: Nhiệt độ ban đầu môi trường không khí trước khi cấp đông

tkk: Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông

ρkk: Khối lượng riêng trung bình của không khí

Ckk: Nhiệt dung riêng của không khí

Vlk: Lượng không khí cần làm lạnh

1.3.Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ băng chuyền tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông

Qbc=Cbc×Gbc× (tbc1-tbc2) (kj/h)

Cbc: Nhiệt dung riêng của Inox

Gbc: Khối lượng băng tải chạy qua tủ trong một giờ

tbc1: Nhiệt độ đầu vào của băng chuyền

tbc2: Nhiệt độ đầu ra của băng chuyền

1.4.Nhiệt lượng do dao động động cơ bên trong tủ đông thải ra

Nhiệt lượng do động cơ hoạt động trong tủ đông sinh nhiệt là:

Qdc=N×φ (kw)

N=Nq+Nmr

Nq: Công suất quạt gió

Nmr: Công suất máy rung

φ=1: Hệ số hoạt động đồng thời của động cơ

1.5.Nhiệt lượng xâm nhập từ môi trường

Qmt=Q + Qc (w)

Q: Nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che

Qc: Nhiệt xâm nhập qua cửa

1.6.Nhiệt lượng tổn thất qua đường ống

Qdo = m1× (i1’ –i1) (*)

*Năng suất lạnh riêng

6 8

thay vào công thức (*) ta được:

Qqn = m1× (i1’ –i1)

*Năng suất lạnh máy nén

Qomn = Qotd + Qoqn

2.Kiểm tra thiết bị ngưng tụ

*Nhiệt thải ra trong quá trình ngưng tụ

Diện tích trao đổi nhiệt theo thiết kế

Chỉ tính toán cho dàn ngưng IQF nên chưa thể đánh gía được thiết bị nhưng

tụ sử dụng thực tế trong hệ thống bởi vì trong hệ thống thiết bị ngưng sử dụng cho nhiều thiết bị bay hơi khác nữa như: tủ đông tiếp xúc, cối đá vảy…

3 Kiểm tra công suất của động cơ máy nén

3 1 Thể tích hút lý thuyết của máy nén ở phần hạ áp

3 3 Thể tích hút thực tế của máy nén ở phần hạ áp

Vtt = Vlt × λha

3 4 Lưu lượng hơi thực tế hút qua máy nén cấphạ áp

m1 =

v1’ : Thể tích riêng của môi chất ở trạng thái 1

3 5.Tính toán mô tơ cho phần hạ áp

3 5.1 Công ép nén đoạn nhiệt của máy ở phần hạ áp:

3.5.4 công suất hữu ích

Ne1 = Ni1 + Nms1

3.6.Tính toán công suất mô tơ cho phần hạ áp

3 6.1 Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cao áp

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt cho bình làm mát trung gian ta có:

m 3 × i7 + m 1 × i2 = m 1 × i8 + m 3 × i3

Từ công thức trên, ta tính được m3 ( lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cao áp)

3 6.2 Công ép nén đoạn nhiệt của máy nén ở phần hạ áp

Ns2 = m3 × l3 (kw)l3=i4-i3 (kj/h) công tiêu rốn để ép 1kg môi chất từ trạng thái 3 sang trạng thái4

3 6.3 Công chỉ thị

ηi2 hiệu suất chỉ thị ở phần cap áp

3 6.4 Công ma sát của động cơ cho phần cao áp

Nms2 = Vtt2 × PmsPms: Áp suất ma sát, nó phụ thuộc vào loại máy nén và môi chất sử dụng

Vtt2: Thể tích hút thực tế của máy nén ở phần cao áp

3 7 Công suất tiêu thụ của động cơ điện ở cả hai cấp nén

Công suất hữu ích

N1i2 =

Ns2

N 2 cấp = Ne1 + Ne2

Công suất tiêu thụ của động cơ điện ở cả hai cấp nén

η: Hiệu suất động cơ điện

β=1 Hiệu số dự trữ của động cơ

II.Các giải pháp giảm thời gian làm đông

Muốn rút ngắn thời gian cấp đông nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm thì phải tìm mọi biện pháp hạn chế đến mức tối đa các chi phí lạnh trong quátrình cấp đông, bên cạnh các biện pháp hạn chế đó còn phải chú ý đảm bảo được yêu cầu công nghệ, không vì giảm chi phí lạnh mà không tuân thủ đúng quy trình công nghệ gây ảnh hưởng xấu đến sản phẩm

1.Biện pháp giảm chi phí lạnh của quá trình cấp đông:

 Chi phí lạnh của quá trình cấp đông chính là lượng nhiệt cần lấy ra khỏi sản phẩm trong quá trình cấp đông Nó được tính bằng tổng các lượng nhiệt và các thành phần khác nhau của thực phẩm mà không phụ thuộc vào sự liên hệ giữa chúng

 Chi phí lạnh của quá trình cấp đông gồm tất cả các chi phí sau:

Q3: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Q4: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của nước lien kết trong thực tới nhiệt

độ cuối của quá trình cấp đông

Q5: Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông

Trong tất cả các chi phí lạnh trên thì Q2, Q3, Q4, Q5 phụ thuộc vào loại sản phẩm cấp đông và yêu cầu công nghệ đặt ra, do đó rất khó thay đổi, nếu thay đổi sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và ảnh hưởng đến các yếu tố khác như giảm khối lượng sản phẩm sau cấp đông từ đó làm giảm giá trị kinh tế Vì vậy chỉ có thể thay đổi được một cách chủ quan mà vẫn đảm bảo được yêu cầu công nghệ

Ta có: Q1 = C1× G× (t1-tđb) (kj/h)C1: Nhiệt dung riêng của thực phẩm

t1: Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu

tđb: Nhiệt độ điểm băng của nguyên liệu

G: Khối lượng nguyên liệu cấp đông trong một giờ

Theo công thức trên, nếu ta tìm cách hạ nhiệt độ t1 xuống thì sẽ làm giảm được chi phí lạnh Q1 từ đó làm giảm chi phí lạnh cho cả quá trình làm đông Qua tính toán cho thấy nếu t1 giảm 1oC thì sẽ giảm chi phí lạnh Q1 là 4843 kj/h

Qua đó thấy việc làm giảm nhiệt độ ban đầu t1 của nguyên liệu sẽ rất

có hiệu quả trong việc giảm chi phí lạnh mà vẫn đảm bảo được yêu cầu công nghệ

vì ở nhiệt độ này sản phẩm ít bị biến đổi tự nhiên và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

Mặt khác nếu giảm nhiệt độ ban đầu của bán thành phẩm trước khi đưa vào cấp đông còn giảm được sự chênh lệch nhiêt độ giữa nhiệt độ của dàn ngưng và nhiệt độ của sản phẩm, như vậy sẽ giảm sự khuếch tán nước trên bề mặt sản phẩm vào không khí trong tủ từ đó hạn chế được lượng ẩm ngưng tụ và hóa tuyết bám trên dàn lạnh, tăng khả năng trao đổi nhiệt của dàn lạnh, giảm được sự hao hụt trong quá trình cấp đông

Để giảm được nhiệt độ ban đầu của bán thành phẩm trước khi cấp đông ta có các biện pháp sau:

 Trong suốt quá trình chế biến, từ lúc tiếp nhận nguyên liệu cho đến thành phẩm phải luôn luôn được giữ lạnh ( cả trên bàn chế biến và trong các thùng bảo quản) để giữ nhiệt độ của nguyên liệu được thấp và ổn định Trong quá trình ngâm tăng trọng chonguyên liệu phải chú ý duy trì nhiệt độ thấp để khi đưa vào cấp đông nhiệt độ thân nguyên liệu đạt yêu cầu

 Nguyên liệu sau khi ngâm qua hóa chất được rửa sơ qua nước lạnh, vì thế cần chú ý đến nhiệt độ nước rửa Phải gảm nhiệt độ nước rửa xuống càng thấp càng tốt bằng các cho thêm nước đá vào nước rửa, từ đó làm giảm nhiệt độ nguyên liệu trước cấp đông Sau khi rửa ráo phải tiến hành rải lên băng chuyền IQF ngay không được để tồn đọng vì thế sẽ làm tăng nhiệt độ của nguyên liệu

 Nhiều khi đã chế biến thành phẩm rồi nhưng do tủ đông chay không kịp vì vậy phải được ngâm trong nước đá để bảo quản Những lúc bảo quản như vậy phải luôn chú ý đến hàm lượng đá

ướp đúng quy định theo tỷ lệ nguyên liệu/đá vảy là 1/1, định kỳ

bổ sung thêm nước đá vào thùng bảo quản để đảm bảo nhiệt độ thấp

Như vậy nếu nhiệt độ nguyên liệu trước ki cấp đông càng thấp thì càng làm giảm chi phí lạnh cho quá trình cấp đông Ngoài ra việc làm giảm nhiệt

độ còn đảm bảo chất lượng bán thành phẩm trước khi cấp đông

2.Phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh của hệ thống theo sự biến đổi của chi phí lạnh trong quá trình cấp đông.

Chi phí lạnh trong quá trình cấp đông tính trong toàn bộ thời gian cấp đông là một đại lượng không đổi Nhưng tính trong một đơn vị thời gian là một đại lượng biến đổi, có hai yếu tố ảnh hưởng là nhiệt độ sản phẩm và sự kết tinh của nước

Sự kết tinh của nước cần một lượng năng suất lạnh lớn Nhiệt lấy ra

để kết tinh nước chiếm 70% chi phí lạnh của quá trình làm đông, còn lại 30% để làm giảm nhiệt độ của các thành phẩn khác

Do sự biến đổi của chi phí lạnh trong quá trình cấp đông như vậy nên nếu ta giả sử năng suất lạnh của hệ thống là không đổi và tính bằng giá trị trung bình thì ở giai đoạn đầu của quá trình làm đông năng suất lạnh nhỏ hơn chi phí lạnh nên sẽ hạn chế khả năng trao đổi nhiệt cảu nguyên liệu Cáctinh thể nước đá đã được tạo thành với tốc độ chậm và kích thước lớn như vậy sẽ làm biến đổi cấu trúc, biến tính protein… dẫn đến làm giảm chất lượng sản phẩm Còn ở giai đoạn sau cảu quá trình cấp đông thì năng suất lạnh sẽ lớn hơn chi phí lạnh làm dư năng suất lạnh Từ đó gây ra sự cố cho máy nén như hiện tượng ngập dịch

Chính vì sự biến đổi chi phí lạnh như vậy nên trong quá trình vận hành phải có các chế độ điều chỉnh năng suất lạnh của hệ thống phù hợp với

sự biến đổi của chi phí lạnh

Đặc điểm của hệ thống lạnh cấp đông băng chuyền là hoạt động lien tục, nguyên liệu được lien tục đưa vào nên chi phí lạnh không biến đổi theo thời giam mà biến đổi theo mỗi vị trí của băng chuyền trong tủ đông

3.Một số biện pháp rút ngắn thời gian cấp đông

Hệ thống IQF cấp đông cho nhiều loại sản phẩm với các kích cỡ khác nhau Trong quá trình cấp đông năng suất lạnh ban đầu của tủ là lớn nhất, sau đó giảm dần do có lượng tuyết bám trên dàn lạnh Ngoài ra năng suất lạnh của hệ thống vào ban đêm và buổi sang bao giờ cũng ổn định và cao hơn ban ngày nhất là vào buổi trưa Vì sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi

trường và các chi phí lạnh khác Do vậy cần sắp xếp chạy đông từng mặt hàng, từng loại kích cỡ phù hợp với từng điểm biến đổi của năng suất lạnh

sẽ đảm bảo được cân bằng giữa năng suất lạnh và chi phí lạnh của quá trình cấp đông Vì vậy, sẽ đảm bảo được chất lượng sản phẩm và công suất của hệthống

Kế hoạch sắp xếp cụ thể như sau:

 Trước khi vào ca sản xuất thì KCS cần xem xét tổng quát một lượt các thùng đựng khay và các loại mặt hàng khác, từ đó lên

kế hoạch sản xuất cho ca thích hợp

 Vì lúc mới vào ca tuyết dàn lạnh không có, lúc này năng suất lạnh của hệ thống là lớn nhất, ổn định nhất Do vậy, ưu tiên cấp đông cho những sản phẩm lớn và kích cỡ lớn nếu số lượng sản phẩm còn ít thì cố gắng cấp đông hết, không cần để sang ngày

hôm sau Nhưng nếu sản phẩm còn nhiều thì phải tiến hành bảo quản để hôm sau cấp đông.

 Khi tiến hành rải nguyên liệu lên băng chuyền IQF thì nhiệt độ

tủ phải đạt <-36oC mới được tiến hành rải nguyên liệu, và phải luôn giữ nhiệt độ thân nguyên liệu ổn định càng thấp càng tốt Trong quá trình rải cần chú ý lượng nguyên liệu đi qua tủ đông trong một đơn vị thời gian để nhiệt độ tủ luôn ổn định <-36oC trong suốt quá trình cấp đông

 Mỗi khi thay đổi loại hàng, cỡ nguyên liệu thì ứng với từng loạihàng mà điều chỉnh tốc độ băng chuyền khác nhau để điều chỉnh thời gian cấp đông, hạn chế sự hao hụt khối lượng trong quá trình cấp đông

 Trong quá trình cấp đông tránh mở cửa tủ để tránh hao phí năngsuất lạnh

4.Các biện pháp giảm nhiệt độ ngưng tụ:

Như ta đã biết nếu giảm nhiệt độ ngưng tụ thì năng suất lạnh của hệ thống sẽtăng Có nhiều cách làm giảm nhiệt độ ngưng tụ, một vài cách phổ biến như:

Trong vận hành: Phải luôn theo dõi nhiệt độ môi trường xung quanh, xem nhiệt độ không khí, nhiệt độ nước để từ đó lập ra kế hoạch vận hành hệ thống Tránh cho hệ thống hoạt động vào các thời điểm nhiệt độ môi trường quá cao, làm tăng nhiệt độ ngưng tụ ảnh hưởng đến năng suất lạnh của hệ thống

Bảo dưỡng hệ thống: Trong quá trình hoạt động cần chú ý bảo dưỡng hệ thống lạnh Thường xuyên vệ sinh dàn ngưng để tăng trao đổi nhiệt Bên cạnh đó còn chú ý đến nhiệt độ máy nén, cần làm mát cho máy nén để tránh nhiệt độ của môi chất cuối quá trình nén quá cao gây ảnh hưởng đến nhiệt độ ngưng tụ Thườngxuyên kiểm tra các đường nước vào làm mát máy nén, kiểm tra tình trạng dầu