HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM ĐÔNG RỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ====@&?==== TIỂU LUẬN MÔN KĨ THUẬT THỰC PHẨM NÂNG CAO GVHD : TS. NGUYỄN ANH TUẤN HVTH : TRẦN HẢI MINH LỚP : CNSTH 2012 MSSV : 54CH101 1 Chủ đề: HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM ĐÔNG RỜI MỤC LỤC 2 Nha trang, tháng 7 năm 2013 1. HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM RỜI (IQF) 1.1. Giới thiệu về hệ thống thiết bị làm lạnh đông nhanh cho sản phẩm rời (IQF) Hệ thống lạnh I.Q.F được viết tắt từ chữ tiếng Anh Individual Quickly Freezer, nghĩa là hệ thống cấp đông nhanh cho sản phẩm rời. Một trong những điểm đặc biệt của hệ thống IQF là các sản phẩm được đặt trên các băng chuyền, chuyển động với tốc độ chậm, trong quá trình đó sản phẩm tiếp xúc với không khí lạnh ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ hạ xuống rất nhanh. Tốc độ băng tải di chuyển có thể điều chỉnh được tuỳ thuộc vào loại sản phẩm và yêu cầu công nghệ. Trong quá trình di chuyển trên băng chuyền sản phẩm tiếp xúc với không khí đối lưu cưỡng bức với tốc độ lớn, nhiệt độ thấp -35÷-43 o C và hạ nhiệt độ rất nhanh. Với sản phẩm được cấp đông IQF thì thời gian bảo quản sản phẩm được lâu hơn mà chất lượng sản phẩm gần như được giữ nguyên vẹn. Trong buồng IQF, sản phẩm được di chuyển trên băng tải dạng tấm phẳng bằng vật liệu thép không rỉ. Hàng ngàn tia và màn khí lạnh với tốc độ cực cao thổi trực tiếp và liên tục lên mặt trên của sản phẩm và mặt dưới của băng tải, cùng với hệ số dẫn nhiệt cao của loại băng tải sử dụng, đã làm lạnh nhanh sản phẩm bằng hai phương pháp là trao đổi nhiệt đối lưu và tiếp xúc. Do sự trao đổi nhiệt diễn ra đồng thời trên tất cả bề mặt sản phẩm, nên quá trình cấp đông diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. 1.2. Hình ảnh về về hệ thống thiết bị làm lạnh đông nhanh cho sản phẩm rời (IQF) a) Thiết bị IQF lạnh đông tầng sôi 3 b) Thiết bị IQF lạnh đông tiếp xúc 4 c) Thiết bị IQF làm đông siêu tốc 2. CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CẦN KIỂM TRA, KIỂM SOÁT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM RỜI (IQF) 2.1. Kiểm tra năng suất lạnh của náy nén 5 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: Q mn : Năng suất lạnh máy nén theo thiết kế Q sp : Chi phí lạnh làm đông sản phẩm Q kk : Nhiệt lượng lấy ra để hạ không khí trong tủ Q bc : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ băng chuyền Q dc : Nhiệt lượng thải ra từ động cơ trong tủ đông Q do : 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 2.1.1. 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: Q sp = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Q 1 : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ điểm băng Q 2 : Nhiệt lượng lấy ra để làm nước tự do đóng băng Q 3 : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông Q 4 : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của nước lien kết trong thực tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông Q 5 : 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 Q 1 =C 1 *G*(t 1 -t đb ) (kj/h) C 1 =C’*φ+C’’ *(1-φ) 6 C’: nhiệt dung riêng của nước C’’: nhiệt dung riêng của chất khô φ: Tỷ lệ nước trong nguyên liệu t 1 : Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu t đb : 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 Q 2 =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 Q 3 =C 3 *G*w*φ*(t đb -t c ) (kj/h) C 3 : Nhiệt dung riêng của nước đá t c : 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 Q 4 =C 4 *G*(1-w)*φ*(t đb -t c ) (kj/h) C 4 : 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 Q 5 =C’’*G*(1-w)*(t đb -t c ) (kj/h) 2.1.2. 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: Q kk =C kk *V lk *ρ kk *(t m -t kk ) (kj/h) t m : Nhiệt độ ban đầu môi trường không khí trước khi cấp đông t kk : Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông ρ kk : Khối lượng riêng trung bình của không khí 7 P (kg/cm2) i (kj/kg) 1 1’ 2 4 4’ 7 5 6 8 C kk : Nhiệt dung riêng của không khí V lk : Lượng không khí cần làm lạnh 2.1.3. Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ băng chuyền tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông Q bc =C bc *G bc *(t bc1 -t bc2 ) (kj/h) C bc : Nhiệt dung riêng của Inox G bc : Khối lượng băng tải chạy qua tủ trong một giờ t bc1 : Nhiệt độ đầu vào của băng chuyền t bc2 : Nhiệt độ đầu ra của băng chuyền 2.1.4. 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: Q dc =N*φ (kw) N=N q +N mr N q : Công suất quạt gió N mr : Công suất máy rung φ=1: Hệ số hoạt động đồng thời của động cơ 2.1.5. Nhiệt lượng xâm nhập từ môi trường Q mt =Q+Q c (w) Q: Nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che Q c : Nhiệt xâm nhập qua cửa 2.1.6. Nhiệt lượng tổn thất qua đường ống Q do =m 1 *(i 1’ –i 1 ) 8 2.2. Kiểm tra thiết bị ngưng tụ  Nhiệt thải ra trong quá trình ngưng tụ Q k =m × q k =m × (i 4 –i 7 ) Lưu lượng môi chất qua thiết bị ngưng tụ chính là lượng môi chất qua dàn bay hơi nên m = m 1  Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị F nt = (m 2 ) K= 300÷1000 (W/ m 2 độ): mật độ dòng nhiệt. Chọn K= 900 (W/ m 2 độ) Δt = ( 0 C) Δt max = t k – t w1 Δt min = t k – t w2 εΔt = 0,96÷0,98  Kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt thực tế của dàn ngưng Diện tích trao đổi nhiệt theo thiết kế F = Π × D × L × n Trong đó: D: Đường kính ống đồng L: Chiều dài ống n: Số ống 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… 2.3. Kiểm tra công suất của động cơ máy nén 2.3.1. Thể tích hút lý thuyết của máy nén ở phần hạ áp Ta có: V lt = Π × × s × z × n × (m 3 /s). Trong đó: V lt : Thể tích hút lý thuyết ở phần thấp áp (m 3 /s). 9 N1i = Ns1 ηi1 λω = To Ttg d : Đường kính trong của xilanh (m) n: Số vòng quay của trục khuỷu (vòng/phút) z : số xilanh. 2.3.2. Hệ số cấp ở phần hạ áp: λ ha Hệ số cấp λ ha được dùng để biểu thị tổn thất thể tích khi máy nén làm việc. Khi biết P tg , P 0 , ta tra bảng sẽ tìm được λ ha. 2.3.3. Thể tích hút thực tế của máy nén ở phần hạ áp V tt = V lt × λ ha 2.3.4. Lưu lượng hơi thực tế hút qua máy nén cấp hạ áp m 1 = v 1’ : Thể tích riêng của môi chất ở trạng thái 1. 2.3.5. Tính toán môtơ cho phần hạ áp  Công ép nén đoạn nhiệt của máy ở phần hạ áp N s 1 =m 1 *l 1 (kw) L 1 =i 2 -i 1’ (kj/h) là công tiêu tốn để ép nén 1kg môi chất từ trạng thái 1’ sang trạng thái 2  Công chỉ thị η i 1 =λ w *ω’+b*t o hiệu suất chỉ thị ở phần thấp áp b= 0,0001 t o nhiệt độ sôi của môi chất  Công ma sát cả động cơ 10 [...]... năng suất lạnh của máy nén 12 Để tủ hoạt động hiệu quả ta cần kiểm tra năng suất lạnh của máy nén xem có đảm bảo cho hệ thống lạnh cấp đông được lượng sản phẩm cấp đông theo yêu cầu hay không Đối với hệ thống lạnh băng chuyền phẳng IQF ta cần kiểm tra các thông số kỹ thuật sau: Qmn ≥ ((Qsp+ Qkk + Qbc)/τ +Qmt+ Qdc) *β +Qqn Qmn: năng suất lạnh máy nén theo thiết kế Qsp: chi phí lạnh làm đông sản phẩm Qkk:... thể làm giảm thời gian làm đông cho hệ thống thiết bị làm lạnh đông nhanh sản phẩm rời (IQF) 3.1 Biện pháp làm giảm chi phí điện năng Trong tất cả các chi phí, có thể nói chi phí điện năng là nhiều nhất Bởi vì tất cả mọi sự hoạt động của nhà máy đều sử dụng điện năng Điện được sử dụng ở đây là nguồn lưới điện quốc gia, ngoài ra còn có máy phát điện riêng đề phòng khi mạng bị sự cố Trong hệ thống lạnh, ... nếu nhiệt độ của sản phẩm trước khi đưa vào cấp đông càng thấp thì càng làm giảm chi phí lạnh cho quá trình cấp đông sản phẩm Ngoài ra, việc làm giảm nhiệt độ ban đầu còn bảo đảm được chất lượng của bán thành phẩm trước khi đưa vào cấp đông 3.3 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... t1 sẽ giảm được chi phí lạnh do quá trình làm đông sản phẩm, mặc khác còn đảm bảo được yêu cầu công nghệ Để làm được điều này, thì trong quá trình chế biến ta luôn giữ cho sản phẩm ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ thấp sản phẩm giữ được chất lượng tốt vì ở nhiệt độ này sản phẩm ít bị biến đổi và hạn chế được hoạt động của vi sinh vật, giảm sự chênh lệch nhiệt độ của sản phẩm và giàn lạnh nên hạn chế khuếch... các chi phí này đều phụ thuộc nhệt độ bên ngoài tủ Nếu như nhiệt độ bên ngoài thấp, thì chênh lệch nhiệt bên trong và bên ngoài tủ sẽ nhỏ dẫn đến các chi phí qua kết cấu bao che, qua băng chuyền, qua không khí sẽ nhỏ, do đó sẽ làm giảm chi phí lạnh Muốn làm giảm chi phí làm đông, ta tìm cách giảm chi phí làm đông cho sản phẩm Qsp Chi phí lạnh cho quá trình làm đông sản phẩm được tính: Qsp= Q1 +Q2 +... tái đông cũng tính tương tự, vì các thông số kết cấu, chế độ nhiệt tương tự buồng cấp đông • Tổn thất do làm lạnh sản phẩm Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm được tính theo công thức sau: E - Năng suất kho cấp đông, kg/h Q2 = E.(i1-i2)/3600 , W (4-44) i1, i2 - Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, J/kg; Nhiệt độ sản phẩm đầu vào lấy t1 = 10oC; Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm. .. cuối của quá trình cấp đông Q5: nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm tới nhiệt độ cuối Trong tất cả các chi phí lạnh trên thì Q2,3,4,5 phụ thuộc vào sản phẩm cấp đông và yêu cầu công nghệ đặt ra, do đó rất khó thay đổi được, 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 khi cấp đông từ đó làm giảm giá trị kinh... buồng cấp đông • Tổn thất do làm lạnh sản phẩm 13 • Tổn thất do động cơ quạt và truyền động của băng chuyển • Tổn thất do lọt không khí qua cửa vào ra hàng Mặc dù có trang bị hệ thống xả băng, nhưng trong quá trình cấp đông người ta không xả băng, mà chỉ xả băng sau mỗi mẻ cấp đông nên ở đây không tính tổn thất nhiệt do xả băng Trong trường hợp hệ thống cấp đông I.Q.F có trang bị thêm buồng tái đông và... trên bề mặt sản phẩm vào không khí và tách ra bám trên dàn lạnh Nên hạn chế tuyết bám dàn lạnh Dàn lạnh được trao đổi nhiệt tốt hơn và giảm được hao hụt trọng lượng sản phẩm 3.4 Biện pháp làm giảm nhiệt độ ngưng tụ Như ta đã biết, nếu giảm nhiệt độ ngung tụ thì năng suất lạnh của hệ thống sẽ tăng, vì thế phải tìm mọi biện pháp làm giảm nhiệt độ ngưng tụ, từ đó tăng năng suất lạnh của hệ thống, giảm... Q1 +Q2 + Q3 +Q4 +Q5 Trong tất cả chi phí lạnh thì ta có thể làm giảm lạnh chi phí Q1, còn các chi phí khác ta không thể giảm được vì nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và yêu cầu công nghệ: Ta có: Q1 = C1 G (t1 – tđb) Trong đó: G: khối lượng sản phẩm cấp đông t1: nhiệt độ sản phẩm trước khi đưa vào tủ đông tđb: nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong sản phẩm Theo biểu thức trên ta có thể giảm . tháng 7 năm 2013 1. HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM RỜI (IQF) 1.1. Giới thiệu về hệ thống thiết bị làm lạnh đông nhanh cho sản phẩm rời (IQF) Hệ thống lạnh I.Q.F được viết. mặt sản phẩm, nên quá trình cấp đông diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. 1.2. Hình ảnh về về hệ thống thiết bị làm lạnh đông nhanh cho sản phẩm rời (IQF) a) Thiết bị IQF lạnh đông tầng sôi 3 b) Thiết. sôi 3 b) Thiết bị IQF lạnh đông tiếp xúc 4 c) Thiết bị IQF làm đông siêu tốc 2. CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CẦN KIỂM TRA, KIỂM SOÁT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM LẠNH ĐÔNG NHANH CHO SẢN PHẨM RỜI (IQF) 2.1.