Kỹ thuật lạnh thực phẩm máy đá vảy

Kỹ thuật lạnh thực phẩm máy đá vảy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI: MÁY ĐÁ VẢY.

Nhóm thực hiện: NHÓM 10

1 Nguyễn Tấn Âu 08137050 SĐT: 0974764103

2 Trần Quốc Tiến 08137008 SĐT: 01689949373

3 Vũ Ngọc Hiển 08137002 SĐT: 01687881902

Giáo viên hướng dẫn:

GV: Nguyễn Thị Hoài Thu

LỜI MỞ ĐẦU 5

Chương I MỞ ĐẦU 6

1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh 6

1.2 Mục đích đề tài 7

Chương II HỆ THỐNG MÁY NƯỚC ĐÁ 8

2.1 Hệ thống máy nước đá 8

2.1.1 Nồng độ tạp chất cho phép khi sản xuất nước đá 8

2.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá 8

2.2 Phân loại nước đá 8

2.2.1 Phân loại theo màu sắc 8

2.2.1.1 Nước đá đục 8

2.2.1.2 Nước đá trong 8

2.2.1.3 Nước đá pha lê 8

2.2.2 Phân loại theo hình dạng 8

2.2.2.1 Máy đá cây 8

2.2.2.2 Máy đá tấm 8

2.2.2.3 Máy đá vảy 8

2.2.2.4 Máy đá viên (máy đá dạng ống) 8

2.2.2.5 Máy đá tuyết 8

2.2.3 Phân loại theo nguồn nước sản xuất đá 9

2.2.3.1 Đá nước ngọt 9

2.2.3.2 Đá nước mặn Error! Bookmark not defined Chương III MÁY ĐÁ VẢY 9

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đá vảy 9

3.1.1 Cấu tạo 9

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 11

3.1.3 Sơ đồ máy đá vảy 11

3.1.3.1 Máy nén lạnh 11

3.1.3.2 Cối đá vảy 11

3.1.3.3 Bình giữ nước tách lỏng 12

3.1.3.4 Kho chứa đá 12

3.1.3.5 Thiết bị ngưng tụ 12

3.1.3.2 Bình chứa 12

3.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng máy đá vảy 12

3.1.4.1 Ưu điểm 12

3.1.4.2 Nhược điểm 12

3.1.4.3 Phạm vi sử dụng 13

Chương IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÁ VẢY 13

4.1 Tính toán phụ tải nhiệt 13

4.1.1 Chi phí lạnh dùng để tạo đá 13

4.2.4 Chu trình lạnh 17

4.2.5 Tính chu trình lạnh 17

4.2.6 Tính chọn máy nén 18

4.3 Tính thiết bị chính 19

4.3.1 Tính Toán thiết bị ngưng tụ 19

4.3.2 Truyền nhiệt phía trong ống( phía nước giải nhiệt) 20

4.3.3Truyền nhiệt phía ngoài ống( phía môi chất ngưng tụ) 22

4.3.4 Chọn thiết bị ngưng tụ 23

4.3.5 Thiết bị bốc hơi 23

4.3.6 Truyền nhiệt từ nước làm đá vào vách phía bốc hơi 23

4.3.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt 25

4.3.9 Tính thời gian tạo đá và số vòng quay của dao cạo đá 25

4.4 Tính cách nhiệt, cách ẩm 26

4.4.1 Tính cách nhiệt cách ẩm cho tang trống làm đá 26

4.4.2 Tính cách nhiệt, cách ẩm cho tường kho trữ đá 27

4.4.3 Tính toán cách nhiệt 27

3.4.4 Tính toán kểm tra đọng ẩm 28

5.5 Cách nhiệt cách ẩm cho trần phong trữ đá 28

5.5.1 Tính toán cách nhiệt cho trần 28

5.5.2 Kiểm tra đọng ẩm cho trần 29

5.5.3 Tính cách nhiệt cách ẩm cho nền phòng trữ đá 30

5.5.4 Tính toán cách nhiệt cho nền 30

5.5.5 Kiểm tra đọng ẩm cho nền 31

Chương V KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 31

5.1 Kết quả 31

5.2 Thảo luận 31

5.3 Đề nghị 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với công cuộc đổi mới công nghiệp hóa, hiện đại hóađất nước, kỹ thuật lạnh đang phát triển mạnh ở Việt Nam Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hòa nhiệt độ, đã trở nên quen thuộc trong đời sống hằng ngày Các máy và thiết

bị lạnh công nghiệp phục vụ trong các ngành chế biến, bia, rượu, sợi dệt, in ấn, thuốc lá, điện tử, vi điện tử, thông tin, bưu chính, y tế, thể dục thể thao, du lịch,… cũng đang phát huy tác dụng thúc đẩy nền kinh tế phát triển

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là dùng để bảo quản thực phẩm Theo thống kê thì khoảng 80% năng suất lạnh được sử dụng trong công nghiệp bảo quản thực phẩm Thực phẩm hầu hết là sản phẩm dễ ôi thui hư hỏng do vi khuẩn gây

ra Nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm nên ôi thui xảy ra càng nhanh chóng Để bảoquản thực phẩm, ngoài các phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao bì, xử lý khí,… phương pháp làm lạnh tỏ ra rất nhiều ưu điểm như ít làm giảm chất lượng màu sắc, mùi vị thực phẩm trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm bảo quản

Ngày nay, công nghiệp thực phẩm xuất khẩu đang giữ vai trò hết sức qua trọng trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến thực phẩm này không thể thiếunhững trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ thuật lạnh

Nước đá đóng vai trò quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực phẩm, rau quả chóng hư hỏng Trong đời sống vai trò nước đá càng quan trọng hơn như phục vụ giải khát, giải trí Nước đá còn có vai trò quan trọng như tạo sân băng trượt băng nghệ thuật

Trong công nghiệp chế biế thực phẩm nước đá thường được sử dụng dưới nhiều dạng: đá cây, đá vảy, đá tấm,… Chúng đều được sử dụng để ướp đá thực phẩm trong quá trình chếbiến

Chương I MỞ ĐẦU

1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh

Từ lâu, con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh Cách đây khoảng 5000 năm, con người đã bảo quản thực lương và thực phẩm trong các hang động và nhiệt độ thấp do các mạnh nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua

Cách đây 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc nước

đá để tạo nhiệt độ thấp hơn

Tuy nhiên, kỹ thuật lạnh hiện đại mới chỉ bắt đầu từ thế kỷ 18 và 19 với các sự kiện nổi bật:

1834: Perkin đăng ký phát minh về máy lạnh nén hơi đầu tiên trên thế giới

1987: Tạo được nhiệt độ 1.10-5 K ở Beyreuth

Máy lạnh nén hơi kiểu kín môi chất SO2 do hãng Singrun và Brown Bovery( Mỹ) chế tạo.Koảng năm 1912 giới thiệu máy lạnh dùng sức người để vận hạnh ở Ấn Độ làm lạnh nước muối để làm kem và đá

Hình 1: Máy nén lạnh đầu tiên chạy bằng ete Hình 2: Máy nén hơi kiểu kín môi chất SO2

1.2 Mục đích đề tài.

- Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đá vảy

- Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của máy đá vảy

- Sự cố máy đá vảy và cách khắc phục

- Tính toán thiết kế máy đá vảy

Hình 3: Máy kem, máy đá chạy bằng sức người

Chương II HỆ THỐNG MÁY NƯỚC ĐÁ

2.1 Hệ thống máy nước đá

2.1.1 Nồng độ tạp chất cho phép khi sản xuất nước đá

Bảng 1: Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nhiệpng 1: Hàm l ng t p ch t trong n c đá công nhi pượng tạp chất trong nước đá công nhiệp ạp chất trong nước đá công nhiệp ất trong nước đá công nhiệp ước đá công nhiệp ệp

2.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá

Tạp chất hòa tan trong nước làm cho chất lượng và thẩm mỹ của đá bị biến đổi Các tạp chất có thể tạo ra màu sắc, màu đục không trong suốt Một số tạp chất làm cho đá

dễ bị nức nẻ Một số tạp chất tách ra khi đông đá sẽ tạo thành cặn bã ở dưới đáy, một số không tách ra dược, một số hòa tan vào nước làm cho quá trình đông khó hơn

2.2 Phân loại nước đá

2.2.1 Phân loại theo màu sắc

2.2.1.1 Nước đá đục2.2.1.2 Nước đá trong2.2.1.3 Nước đá pha lê2.2.2 Phân loại theo hình dạng

2.2.2.1 Máy đá cây

2.2.2.2 Máy đá tấm

2.2.2.3 Máy đá vảy2.2.2.4 Máy đá viên (máy đá dạng ống)2.2.2.5 Máy đá tuyết

2.2.3 Phân loại theo nguồn nước sản xuất đá

2.2.3.1 Đá nước ngọt

Chương III MÁY ĐÁ VẢY.

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đá vảy.

3.1.1 Cấu tạo.

Hình 4: Máy đá vảy

Hình 5: Kho chứa đá vảy.2.2.3.2 Đá nước mặn

1.Khung đế 2 Vỏ cách nhiệt 3 Dao gạt đá 4 Hộp giảm tốc 5 Ống cấp nước

6 Động cơ 7 Bơm nước 8 Thùng nước 9 Tang trống 10 Trục quay dao

Bề mặt tạo đá bằng thép không rỉ Dao gạt đá dạng răng lược giúp đá vảy được tách ra khỏi bề mặt tang dễ dàng Dao làm bằng thép không rỉ có độ cứng cao Lớp cách nhiệt bằng PU, vỏ cách nhiệt bằng thép không rỉ

Hình 6: Hình chiếu của máy đá vảy

Hình 7: Cấu tạo của cối đá vảy

3.1.2 Nguyên lý hoạt động.

Máy đá vảy là máy tạo đá có dạng mảnh nhỏ Quá trình tạo đá được thực hiện bêntrong một ống trụ có 2 lớp, ở giữa là môi chất lỏng bay hơi,đó là cối đá Nước được bơm tuần hoàn từ bể chứa nước đặt phía dưới bơm lên khay chứa nước phía trên Nước từ khay đá qua hệ thống ống phun lên bề mặt bên trong của cối đá và được làm lạnh, một phần đông lại thành đá ở bên trong, phần dư chảy về bể và tiếp tục được bơm lên

Khi đá đóng băng đủ dày thì được dao cắt cắt rơi xuống phía dưới kho chứa đá

3.1.3 Sơ đồ máy đá vảy.

3.1.3.3 Bình giữ nước tách lỏng.

Dùng để duy trì mức dịch luôn ngập trong cối đá và tách lỏng môi chất hút về máy nén Mức dịch trong bình giữa mức tách lỏng được khống chế nhờ van phao và được duy trì ở mức nhất định đảm bảo trong cối đá luôn luôn ngập dịch Dịch lỏng từ bình CA được tiết lưu vào bình tách lỏng – giữ nước Trong bình hơi bão hòa được hút về máy nén, do vậy hiệu quả trao đổi nhiệt bên trong cối đá khá cao Hệ thống sử dụng van tiết lưu tay

- Chi phí vận hành nhỏ: Chi phí vận hành bao gồm chi phí công nhân, điện và nước Do

hệ thống máy đá vảy rất đơn giản, ít trang thiết bị hơn máy đá cây rất nhiều nên chi phí vận hành cũng thấp

- Thời gian làm đá ngắn, thường sau 1 giờ đã có đá sử dụng

- Đảm bảo vệ sinh và chủ động trong sản xuất Các khâu sản xuất và bảo quản đá điều được tiến hành rất đảm bảo yêu cầu vệ sinh nên chất lượng đá rất tốt

- Tổn thất năng lượng nhỏ

3.1.4.2 Nhược điểm.

- Vì có dạng vảy, kích thước nhỏ nên chỉ được sử dụng tại chỗ là chủ yếu, khó vận chuyển đi xa và bảo quản lâu ngày.

- Cối đá vảy là thiết bị khó chế tạo

q0: Nhiệt lượng cần làm lạnh 1kg nước xuống nhiệt độ yêu cầu

4.1.2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.

Ta có dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che tức là dòng nhiệt tổn thất khi nhiệt truyền

từ môi trường bên ngoài vào trong cối đá qua các lớp cách nhiệt:

2

1

0 t t

t 

Q1 = K.Δt.L, Wt.L, WTrong đó:

K: hệ số truyền nhiệt tổng quát theo chiều cao thân trụ

Δt.L, Wt: chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi trường bên ngoài và bên trong cối

m: chiều cao cối đá

.1ln

2

11

2 2

1 1

d d

và hệ số cấp nhiệt từ không khí bên trong cối tới bề mặt tạo băng

,W/mK – là hệ số dẫn nhiệt qua các lớp cách nhiệt i

d1, d2, - đường kính ngoài và trong của cối đá

di, m- đường kính lớp cách nhiệt thứ i

Δt.L, Wt = t1 – t2 , với t1,t2 là nhiệt độ môi trường trong và ngoài cối đá

Do tang trống có hai lớp một lớp cách nhiệt là polyurethan và lớp ngoài là thépX18H10T và và hệ số dẫn nhiệt của X18H10T và hệ số cấp nhiệt phía trong tangtrống lớn hơn rất nhiều so với hai hệ số cấp nhiệt không khí bên ngoài và hệ số dẫnnhiệt polyurethan nên ta bỏ qua hai đại lượng này, khi đó

t

n

e d

d d

K

ln2

11

Trong đó là hệ số cấp nhiệt từ không khí bên ngoài tới bề mặt cách nhiệt và hệ

số cấp nhiệt từ không khí bên trong cối tới bề mặt tạo băng, W/m2.K

là hệ số dẫn nhiệt qua các lớp cách nhiệt i, W/m.K

d1, d2, - đường kính ngoài và trong của cối đá

di đường kính lớp cách nhiệt thứ i

Δt.L, Wt = t1 – t2 , t1,t2 là nhiệt độ môi trường trong và ngoài cối đá

Do tang trống có hai lớp một lớp cách nhiệt là polyurethan và lớp ngoài là thépX18H10T và và hệ số dẫn nhiệt của X18H10T và hệ số cấp nhiệt phía trong tangtrống lớn hơn rất nhiều so với hai hệ số cấp nhiệt không khí bên ngoài và hệ số dẫnnhiệt polyurethan nên ta bỏ qua hai đại lượng này, khi đó

t

n

e d

d d

K

ln2

11

d d

K

t

n e

./87,48,0

9,0ln1,0.2

19,0.20

1ln

2

11

1 1

Q k

1

22 , 50 06 , 1

 Trong đó:

k: hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, nhiệt độ bốchơi t0 = - 200C ta chọn k = 1,06

b: hệ số thời gian làm việc của kho lạnh, đối với máy đá vảy làm việc liên tục

ta chọn b = 1

4.2 Tính toán chu trình và chọn máy nén.

4.2.1 Chọn các thông số làm việc.

4.2.2 Chọn tác nhân lạnh cho quá trình.

Chọn tác nhân lạnh là Freon 22 kí hiệu R22

4.2.3 Chọn chế độ làm việc.

Chọn nhiệt độ sôi môi chất lạnh là t0 = – 200C tương ứng với áp suất bốc hơi là 2,4472 bar

Chọn nhiệt độ ngưng tụ

Giải nhiệt bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt với nhiệt độ không khí

Chọn nhiệt độ và độ ẩm vào mùa nắng để tính Nhiệt độ bầu ướt tra từ giản đồ không khí

ẩm tư = 340C, tw1, tw2 là nhiệt độ nước vào và ra tháp giải nhiệt Chọn nhiệt độ nước ra khỏi tháp tw1 cao hơn nhiệt độ bầu ướt không khí khoảng 30C - 50C , ta chọn 40C

tw1 = tư +Δt.L, Wtư = 34 + 4 = 380CNhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt nước tuần hoàn, chọn Δt.L, Wtw = 40C

tw2 = tw1 +Δt.L, Wtw = 38 + 4 = 420CNhiệt độ ngưng tụ lấy cao hơn nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt 20C

tk = tw2 + 2 = 42 +3 = 450C

Tương ứng với áp suất ngưng tụ là 17,286 barVậy nhiệt độ ngưng tụ hơi môi chất lạnh trong thiết bị ngưng tụ tk = 450CNhiệt độ quá nhiệt tqn

Độ quá nhiệt khi sử dụng thiết bị hồi nhiệt đạt ttqn = 20 – 250C, chọn 250C đối với R22

Vậy tqn = 25+ (-20) = 50CTrong đó độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh khi qua thiết bị bốc hơi và đường ống là

t1 –t1’’ = 5 - 100C, chọn t1 –t1’’ = 100CNhiệt độ quá lạnh tql

Cân bằng nhiệt cho thiết bị hồi nhiệt ta có Glvào.(hlvào - hlra) = Ghvào.(hhvào - hhra)

Trong đó:

Lưu lượng lỏng và hơi như nhau, ta có

hlvào - hlra = hhvào - hhra hay h3’ –h3 = h1 –h1* như trên đồ thị lgP – h

h3’ –h3 = h1 –h1* suy ra h3 = h3’ – (h1 –h1* ) = 557 – (715-705) = 547 kJ/kg Vậy ta suy ra được điểm 3

4.2.4 Chu trình lạnh

Bảng tổng hợp kết quả từ đồ thị trên

Điểm T(C) P(bar) h(kJ/kg) v(m3/kg) Trạng thái

1’’ – 1* : quá trình quá nhiệt hơi hút

1* – 1 : quá trình quá nhiệt hơi hút

1 – 2 : quá trình nén đoạn nhiệt

2 – 2’ : quá trình hạ nhiệt độ sau khi nén đến nhiệt độ ngưng tụ

2’ – 3’: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp

3’ – 3: quá trình quá lạnh

3 – 4: quá trình tiết lưu

4 – 1’’: quá trình bốc hơi

4.2.5 Tính chu trình lạnh.

Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 = h1’’ – h4 = 695 – 547 = 148 kJ/kg

Năng suất lạnh riêng thể tích

3

1

0 1345,45 /11

,0

148

m kJ v

253318.79,2

Q

148

23 , 53

0

Thể tích hơi hút thực tế Vtt = G0.v1 = 0,36.0,11 = 0,039m3/sHiệu suất thể tích của máy nén

ta có λ = 0,67

Thể tích hút lý thuyết (thể tích do pittong quét)

h m s

039 ,

N N





Tính λi theo công thức Levin

85,0.002,

0 0

0 0

T

T bt

k w

i 



kW

N N

i

s

i 22,44

85,0

08,19







Trong đó:

λw = T0/Tk, và hệ số thực nghiệm b = 0,0025 đối với freon Công suất hữu ích Ne = Ni + Nms

Nms = Vtt*pms

Vtt: thể tích hút thực tế

pms : công suất ma sát riêng

Do máy sử dụng hơi freon có pms biến thiên từ 0,039 - 0,069 MpaChọn pms = 54 Kpa

Nms = Vtt.pms = 0,039.54= 2,016 kW

Ne = Ni + Nms = 22,44 + 2,016 = 24,456 kW

Công suất động cơ điện

el tđ

e el

N N







Hiệu suất truyền động htđ = 0,95

Hiệu suất động cơ điện hel = 0,85

Suy ra

kW

N N

el tđ

e

85,0.95,0

456,24





Hiệu suất chung

63,03,30

08,19

4.3 Tính thiết bị chính.

4.3.1 Tính Toán thiết bị ngưng tụ.

Chọn loại thiết bị ngưng tụ là thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang, các thông sốnhư sau

Lượng nhiệt cần trao đổi (lượng nhiệt môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra cho chất giảinhiệt) Q = qk.G0 = 221.0,36 = 79,56 kW

Chọn loại thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang nước giải nhiệt đi trong ống, hơimôi chất lạnh đi ngoài ống

Chọn ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh:

Đường kính trong của ống dt = 14mm = 1,4.10-2m

Đường kính ngoài ống (chân cánh tản nhiệt) dn = 16,5mm = 1,65.10-2m

Đường kính ngoài của cánh dc = 20mm = 2.10-2m

Diện tích phần cánh đứng:

m s

d d f

c

ng c

c 0,105m /

)2cos(

.2

).( 2 2 2

s d

f

c

d c

ng(1 0) 0 0,01m2/

0      

Diện tích bề mặt bên ngoài của ống truyền nhiệt:

m F

m 5.10 m

005 , 0

4

) (

2 2

d

d d

h 

Hệ số làm cánh : β = fng/ftr = 2,63

Hiệu nhiệt độ trung bình logaritΔt.L, Wtlog

min max

min max

log

ln

t t

t t

7ln

37ln

min max

min max

t t

t

4.3.2 Truyền nhiệt phía trong ống( phía nước giải nhiệt).

Nhiệt độ trung bình của nước giải nhiệt đi trong ống

402

38422

Các thông số phía nước giải nhiệt được tra theo nhiệt độ trung bình này

STT Ý nghĩa Kí hiệu Giá trị

1 Khối lượng riêng ρw (kg/m3) 991,5

2 Nhiệt dung riêng cpw (kJ/kg.K) 4,178

3 Hệ số dẫn nhiệt λw 102(W/m.K) 63,61

4 Độ nhớt động học vw.106(m2/s) 0,642

5 Chuẩn số Prantl Prw 4,20