Thiết kế phân xưởng lạnh đông tôm sú năng suất 10 tấn nguyên liệungày

Trong những năm gần đây, thủy sản được coi là một ngành quan trọng đóng góp cho nền kinh tế của nước nhà, việc phát triển nghề thủy sản không chỉ cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho các tầng lớp nhân dân trong nước mà còn là mặt hàng có giá trị xuất khẩu lớn trong quá trình phát triển kinh tế xã hội của nước ta. Sản lượng thủy sản trong các lĩnh vực đánh bắt, nuôi trồng và chế biến ngày càng gia tăng và chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong GDP của cả nước, kim ngạch xuất khẩu ngày càng tăng lên. Mặt khác, việc phát triển thủy sản đã giải quyết công ăn việc làm cho hàng triệu lao động, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho người lao động trong ngành.Tôm là đối tượng thủy sản dễ nuôi, cho năng suất lớn nhưng đa số không ổn định tùy theo từng mùa vụ, các sản phẩm của tôm rất đa dạng, phong phú. Tuy nhiên, hiện tại có rất ít các nhà máy đáp ứng đủ các yêu cầu kỹ thuật. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải xây dựng các nhà máy chế biến thủy sản lớn có khả năng đáp ứng các yêu cầu của thị trường.

ăn việc làm cho hàng triệu lao động, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinhthần cho người lao động trong ngành.

Tôm là đối tượng thủy sản dễ nuôi, cho năng suất lớn nhưng đa số không ổnđịnh tùy theo từng mùa vụ, các sản phẩm của tôm rất đa dạng, phong phú Tuynhiên, hiện tại có rất ít các nhà máy đáp ứng đủ các yêu cầu kỹ thuật Vì vậy, vấn

đề đặt ra là phải xây dựng các nhà máy chế biến thủy sản lớn có khả năng đáp ứngcác yêu cầu của thị trường

Từ những yêu cầu trên và định hướng phát triển cho ngành thủy sản trongtương lai, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế phân xưởng lạnh đông tôm súnăng suất 10 tấn nguyên liệu/ngày”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về lạnh đông

1.1.1 Định nghĩa

Làm lạnh đông là quá trình làm lạnh thủy sản do sự thu nhiệt của chất làmlạnh để đưa nhiệt độ ban đầu của cơ thể thủy sản xuống dưới điểm đóng băng vàtới -80C đến -100C hoặc có thể thấp hơn nữa: -180C, -300C, -400C

1.1.2 Mục đích

Làm lạnh đông thủy sản là hạ thấp nhiệt độ của thủy sản xuống thấp hơn nhiệt

độ đóng băng của dịch bào, làm chậm sự hư hỏng của thủy sản Như vậy, làm lạnhđông thủy sản là hạn chế tối đa sự hoạt động của vi sinh vật, các enzyme trongthủy sản để kéo dài thời gian bảo quản và hạn chế tối đa sự biến đổi về chất lượngthủy sản

Việc làm lạnh đông thủy sản giúp ta giữ được lâu hơn mà vẫn đảm bảo đượcchất lượng trong tồn trữ, vận chuyển và phân phối đến người tiêu dùng

1.1.3 Các phương pháp làm lạnh đông thủy sản

 Phương pháp làm lạnh đông chậm

Phương pháp này thường tiến hành trong môi trường có nhiệt độ không khílớn hơn -250C và vận tốc đối lưu không khí nhỏ hơn 1m/s nên thời gian lạnh đôngthường kéo dài từ 15-20h tùy kích thước và loại sản phẩm

Số lượng tinh thể đá hình thành trong gian bào rất ít nên có kích thước lớn dễgây nên sự cọ xát làm rách màng tế bào và phá hủy cấu trúc mô tế bào Sản phẩmlạnh đông khi đem đi tan giá thì lượng dịch bào bị thoát ra làm giảm giá trị dinhdưỡng của sản phẩm nên phương pháp lạnh đông chậm ít được dùng để kéo dàithời gian bảo quản thực phẩm Phương pháp này chủ yếu dùng để tăng hiệu suất éptrong sản xuất nước quả hay làm trong dịch quả dạng huyền phù

 Phương pháp làm lạnh đông nhanh

Phương pháp làm lạnh đông nhanh tiến hành trong môi trường không khí có nhiệt

độ nhỏ hơn -350C và vận tốc không khí từ 3-4m/s Môi trường làm lạnh đôngthường là không khí hoặc chất lỏng Môi trường lỏng thường là các dung dịchmuối để nhiệt độ đóng băng của dung dịch càng thấp càng tốt nhưng dễ gây bẩnlàm hỏng thiết bị, bề mặt sản phẩm bị thấm muối làm ảnh hưởng đến mùi vị của

sản phẩm Sản phẩm làm lạnh đông nhanh có nhiều tinh thể đá được tạo thành vớikích thước bé nên không làm rách màng tế bào và cấu trúc mô nên có thể giữ đượcchất lượng ban đầu của thực phẩm.

 Phương pháp làm lạnh đông cực nhanh

Làm lạnh đông cực nhanh tiến hành trong môi trường lỏng: Freon lỏng, nitolỏng và một số khí hóa lỏng khác Thời gian làm lạnh đông cực nhanh sản phẩmchỉ trong 5-10 phút Do rút ngắn thời gian nên làm lạnh đông cực nhanh làm giảmđược hao hụt khối lượng đến 3-4 lần Sản phẩm lạnh đông cực nhanh bảo đảm hầunhư nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của nguyên liệu ban đầu Với tính ưu việt củaquá trình làm lạnh đông cực nhanh nên lượng sản phẩm làm lạnh đông ngày càngchiếm tỷ lệ lớn trong tổng số sản phẩm lạnh đông

1.1.4 Các dạng thiết bị lạnh đông

 Lạnh đông bằng không khí

Ở đây, không khí lạnh được thổi liên tục trên sản phẩm, ưu điểm lớn nhất củathiết bị dạng này là tính linh hoạt của nó, nó có thể thích ứng với sự thay đổi hìnhdáng bất thường của sản phẩm Khi sản phẩm có hình dạng và kích thước thay đổitrong phạm vi rộng, lạnh đông dạng thôi khí được chọn là tốt nhất Tuy nhiên, nóthường gây khó khăn cho người sử dụng vì không thể biết được ứng dụng chínhxác của nó Thiết bị này dễ sử dụng nhưng tính chính xác và hiệu quả không cao.Thiết bị lạnh đông thổi khí liên tục có thể điều chỉnh tốc độ khí thổi vào khivượt quá giới hạn cho phép Tốc độ dòng khí thổi cao, khoảng 10-15m/s có thểmang lại giá trị kinh tế cao cho thiết bị lạnh đông dạng liên tục

Hình 1.1 Tủ đông gió

 Lạnh đông dạng đĩa (tiếp xúc)

Lạnh đông dạng đĩa được ứng dụng cho lạnh đông cá khối nhưng nó không linh hoạt như dạng thổi khí Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngang tùy theo cách sắp xếp của đĩa Các đĩa được làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, sắp xếp thành 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 Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa lạnh và sản phẩm

Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc:

Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh giảm do:

- Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại

- Các bề mặt tiếp xúc không phẳng

- Kích thước, hình dạng các 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

Hình 1.2 Tủ đông tiếp xúc và các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tiếp xúc, truyền

nhiệt trong tủ đông tiếp xúc

Biện pháp khắc phục:

- Thay khay đựng khuôn bằng khung ép 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

 Lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu

Thường sử dụng để cấp đông sản phẩm IQF, thường chỉ sử dụng để lạnh đông các 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 bề mặt cá và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy ra được tốt Môi trường lạnh đông thường được sử dụng là dung dịch muối NaCl, có điểm eutectic là -21,20C

 Cấp đông dạng phun (cấp đông băng chuyền)

Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh hàn.Tốc độ lạnh đông bằng phương pháp lạnh đông hỗn hợp trong ống sinh hàn rất nhanh nhờ vào sự tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh

Các dạng thiết bị lạnh đông băng chuyền:

- Lạnh đông băng chuyền thẳng

Băng chuyền gồm nhiều thanh ghép đặt nằm ngang không song song với nhau Phía ngoài có khoảng cách lớn hơn phía trong Nhờ đó nó chuyển động xoắn dọc trên khung đỡ hình trụ Băng chuyền vận chuyển sản phẩm động từ dưới lên trên, không khí lạnh chuyển động từ trên xuống dưới, trao đổi nhiệt với sản phẩm để thực hiện quá trình lạnh đông

Hình 1.3 Tủ đông băng chuyền thẳng

- Lạnh đông dạng thẳng

Tủ đông được ghép từ những tấm cách nhiệt và được đặt trực tiếp trên nền nhà Bên trong có băng chuyền thẳng chạy xuyên dọc tủ để vạn chuyển sản phẩm Dàn lạnh với quạt gió phía trên tạo ra dòng không khí lạnh thổi xuống bề mặt băng chuyền Không khí lấy nhiệt của thực phẩm và đưa vào dàn lạnh Băng chuyền vừanâng đỡ thực phẩm vừa nhận nhiệt của thực phẩm để truyền vào không khí

Hình 1.4 Tủ đông băng chuyền thẳng

1.1.5 Những biến đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông

 Biến đổi vật lý

Trong quá trình lạnh đông, nước bị kết tinh thành tinh thể đá làm cho sản phẩm trởnên rắn, thể tích tăng một ít do đó khối lượng riêng giảm Khối lượng riêng của sảnphẩm làm lạnh đông giảm đi 5-6% do sự giãn nở khi nước tạo thành đá Mặt khác,trong quá trình làm lạnh đông độ dẫn nhiệt của nước đá cũng tăng lên do nước đá

có độ dẫn nhiệt lớn hơn nước

 Biến đổi sinh hóa

Sản phẩm qua quá trình làm lạnh đông nhiệt độ rất thấp nên các phản ứng sinh hóa

bị kìm hãm với mức độ khác nhau tùy theo nhiệt độ Đồng thời khi nhiệt độ giảm,các hoạt động của các enzyme tồn tại trong thực phẩm cũng giảm Nhìn chung, cácbiến đổi sinh hóa khi làm lạnh đông vẫn tiếp tục xảy ra và kéo dài trong suốt thờigian làm lạnh đông và bảo quản lạnh đông nhưng diễn ra rất chậm do nhiệt độ thấp

và phần nước tự do có trong thực phẩm đã bị đóng băng Tốc độ và cường độ cácquá trình ấy phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái của thực phẩm trước khi làm lạnhđông

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu

1.2.1 Đặc điểm chung của tôm sú

Tôm sú (Penaeus monodon): còn gọi là tôm cỏ là loài tôm có kích thước lớn, khi

còn tươi ở vỏ đầu, ngực tôm có vằn ngang Tôm sú phân bố rộng từ đầm nước lợ ravùng biển sâu khoảng 40m, tập trung nhiều ở độ sau 10-25m Tôm có quanh nămnhưng vụ mùa chính từ tháng 2-4 và tháng 7-8 Tôm có chiều dài 150-250mm vớikhối lượng từ 50-150g tôm sú là loại tôm ngon, thịt chắc thơm, có giá trị kinh tếcao

Cơ thể tôm chia làm 2 phần:phần đầu ngực và phần bụng

Phần đầu ngực có 14 đôi chân phụ bao gồm:

- 1 đôi mắt kép có cuống mắt

- 2 đôi râu đảm nhận chức năng khứu giác và giữ thăng bằng

- 3 đôi hàm: đôi hàm nhỏ lớn, 2 đôi hàm nhỏ

- 3 đôi chân hàm có chức năng giữ mồi, ăn mồi và hỗ trợ cho hoạt động bơilội của tôm

- 5 đôi chân bò hay chân ngực giúp tôm bò trên mặt đất

Phần bụng có 7 đốt

Hầu hết cơ quan nội tạng nằm ở phần đầu ngực, phần bụng là phần có giá trị kinh

tế, là đối tượng của mọi công nghệ chế biến

Tôm sú có màu xanh thẫm có khoang trắng ở thân, khoang vàng ở chân ngực Tôm

sú có mùi vị nhẹ, thịt tôm sú mềm hơn các loài tôm khác, mùi vị thơm ngon, màusắc đặc trưng hấp dẫn, giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao Tôm sú nuôi quanhnăm nhưng mùa vụ chính từ tháng 2-4 và tháng 7-10 Đây là đối tượng được nuôirộng rãi nhưng tập trung nhiều ở ven biển miền Trung và Nam Bộ Tôm có chieufdài khai thác 150-250mm với khối lượng 50-150g

1.2.2 Một số hư hỏng thường gặp ở tôm

 Hiện tượng dập nát cơ học

Trong quá trình vận chuyển và bảo quản nguyên liệu dưới tác dụng cơ học tômthường bị đứt đầu, vỡ gạch, nứt đốt, dập nát toàn than Khi cấu trúc tề bào bị phá

vỡ thì chất dinh dưỡng sẽ thoát ra ngoài làm giảm chất lượng nguyên liệu

Nguyên nhân:

- Do sự va đập cơ học giữa tôm với các dụng cụ chứa đựng làm bằng vật liệucứng, có khối lượng lớn.

- Do tôm nguyên liệu tiếp xúc với đá vẩy có kích thước lớn, sắc cạnh dễ làm

hư hỏng cấu trúc

- Thao tác không nhẹ nhàng, không gọn gang, thiếu cẩn thận, không đúngtheo yêu cầu kỹ thuật của công nhân trực tiếp tiếp xúc với tôm nguyên liệu.Cách khắc phục:

- Yêu cầu thao tác của công nhận phải nhẹ nhàng, cẩn thận, dung kỹ thuật

- Bộ phận tiếp nhận phải kiểm soát chặt chẽ việc bốc dỡ tôm từ xe vào khuvực tiếp nhận và các thao tác của công nhaanh trong quá trình tiếp nhận

- Sử dụng đá có kích thước nhỏ hợp lý cho việc đảm bảo nhiệt độ của tômnguyên liệu

 Hiện tượng biến đen

Biến đen là hiện tượng thường gặp đối với tôm nguyên liệu sau khi đánh bắtkhông được bảo quản tốt Tôm xuất hiện những chấm đen ở các khớp nối, râu chângai nhọn và đuôi sau đó loang đều toàn thân Hiện tượng biến đen trên thân tômkhông làm giảm chất lượng tôm nhưng làm giảm giá trị cảm quan từ đó ảnh hưởngđến giá trị sản phẩm

- Phủ lớp đá vẩy trên bề mặt tôm trong quá trình vận chuyển và bảo quản

- Đậy nắp kín để hạn chế sự tiếp xúc của tôm nguyên liệu với không khí đôngthời giảm nhiệt độ nguyên liệu nhằm ức chế hoạt động enzyme

- Sauk hi tiếp nhận cần phải rửa sạch để loại bỏ một phần tạp chất và vi sinhvật

- Thao tác công nhân phải nhẹ nhàng, cẩn thận đắp đá thường xuyên lên bềmặt tôm, có thể kết hợp bảo quản lạnh một số hóa chất cho phép sử dụng

 Hiện tượng biến đỏ

Nguyên nhân: khi tôm ươn thối hoặc dưới tác dụng của nhiệt độ, acid, vi sinh vậtgây thối rửa làm protein biến tính do đó liên kết astaxanthin và protein bị cắt đứt.Astaxanthin tồn tại dưới dạng tự do dễ bị oxy hóa tạo thành astaxin có màu gạch

đỏ Quá trình biến đổi kéo theo sự giảm chất lượng của tôm, toàn thân tôm có màu

đỏ, đầu long khỏi thân, vỏ tôm dễ dàng tách ra khỏi thịt tôm, xuất hiện mùi khaithối

Cách khắc phục: hạ thấp nhiệt độ thân tôm bằng cách ướp đá để làm chậm quátrình sinh hóa và ức chế hoạt động gây thối rửa của vi sinh vật

1.2.3.2 Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu

Nguyên liệu cần đạt một số tiêu chuẩn sau:

- Nguyên liệu mới đánh bắt còn rất tươi tốt

- Vỏ nguyên vẹn, cứng và sáng bong, màu sắc đặc trưng

- Đầu dính chặt với hình, chân và đuôi còn đầy đủ nguyên vẹn

- Tôm không ôm trứng, không dính quá nhiều rong rêu, tôm không bị bệnh

- Tôm không bị đốm đen

Cách thức tiếp nhận: nguyên liệu được thu mua từ nhiều nơi khác nhau, có thểthông qua đại lý có ký hợp đông với công ty, tôm được bảo quản đá lạnh trongthùng cách nhiệt, vận chuyển đến công ty bằng xe lạnh, nhiệt độ bảo quản từ 1-40C

 Rửa

Tôm sau khi được tiếp nhận chuyển qua khu vực rửa

Phương pháp rửa: đổ tôm ra rổ nhựa 1-1,5kg/1 rổ, rửa sạch qua 3 bể nước lạnhnhiệt độ ≤ 40C

 Phân cỡ, phân loại

Sau khi rửa đủ thời gian quy định, tôm được đưa lên bàn phân cỡ, phân loại Bánthành phẩm được phân theo khối lượng, kích cỡ, chất lượng, tạo ra các sản phẩmđồng nhất về chủng loại, chất lượng và giá cả

Tôm sú nguyên con thường được phân làm 2 loại sau:

- Thịt tôm có màu sắc đặc trưng và

săn chắc, vỏ tôm không mềm, có

nhẹ, đen đuôi tỷ lệ 10% khôngsáng bóng

 Xếp khuôn, châm nước

Mỗi mẻ cân được xếp vào một khuôn Đặt thẻ size dưới đáy khuôn, phần chữ úpxuống dưới đáy khuôn Cầm tôm xếp từng con một, đầu dựng ra thành khuôn, xếphết lớp này đến lớp khác cho đến khi nào hết tôm

Tôm sau khi xếp xong cần tiến hành châm nước đá lạnh nhiệt độ ≤ 40C, lượngnước châm tùy theo yêu cầu của khách hàng

Sau khi tách khuôn tiến hành mạ băng qua nước đá lạnh ≤ 40C

 Bao gói, rà kim loại

Block tôm được cho vào 1 túi PE cùng kích cỡ hàn kín rồi chuyển đến công đoạn

rà kim loại Nếu phát hiện có kim loại thì cần loại ra còn nếu không thì cứ mội túi

PE cho vào một hộp giấy tráng sáp Bên ngoài hộp đánh dấu ký hiệu: tên mặt hàng,

cỡ, loại, chủng loại phù hợp với sản phẩm bên trong, mỗi thùng carton đựng 12hộp tôm, sau đó đai nẹp hai ngang, hai dọc bằng máy hàn đai

 Bảo quản

Các thùng carton được bảo quản trong kho lạnh có nhiệt độ từ -200C ± 20C Thờigian bảo quản trong vòng 6 tháng

CHƯƠNG 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ BỐ TRÍ NHÂN LỰC

2.1 Cân bằng nguyên vật liệu

Năng suất nhà máy: 10 tấn nguyên liệu/ngày

Định mức tiêu hao nguyên liệu được tính theo công thức:

BTP = NL D

m = 100001,001 = 9990 (kg/người/ca)

Bảng 2.1 Định mức tiêu hao nguyên liệu qua các công đoạn

Lượng nguyên liệu nhập vào nhà máy là 10000kg/ngày

Lượng sản phẩm tạo thành mỗi ngày là 8000kg/ngày

 Lượng sản phẩm sản xuất ra ở mỗi tháng trong năm

Theo kế hoạch sản xuất của nhà máy ngày làm 2 ca trong tuần, chủ nhật nghỉ, cứ 2 tháng xuất kho một lần và trong năm nghỉ 1 tháng để đại tu phân xưởng và sữa chửa thiết bị Ta chọn nghỉ tháng 9 vì có ít nguyên liệu sản xuất

Số ngày hoạt đông trong năm: 365 ngày

Số ngày nghỉ để tại tu phân xưởng: 31 ngày

Bảng 2.4 Biểu đồ xuất nhập kho của nhà máy

Để tính số công nhân của khâu nào, ta phải dựa vào năng suất lao động định mức của công nhân tại công đoạn đó Công thức tính:

N = g n GTrong đó:

G: khối lượng bán thành phẩm qua công đoạn đó (kg)

G: năng suất lao động định mức của công nhân qua công đoạn đó (kg/người/ca)N: số ca làm việc trong ngày: n = 2

 Khâu tiếp nhận nguyên liệu

Từ thực tế làm việc tại một số xí nghiệp ta có định mức trung bình năng suất lao đông của một người tại khâu tiếp nhận là 300kg/người/ca

NTN = 10000300.2 = 16,67Vậy số công nhân tại khâu tiếp nhận là 17 người

 Khâu phân cỡ

Ta chọn định mức trung bình năng suất lao động của một người tại khâu phân cỡ là

65 kg/người/ca

TPC = 998865.2 = 76,8Vậy số công nhân tại khâu phân cỡ là 77 người

 Khâu xếp khuôn

Ta chọn g = 90 kg/người/ca

TXK = 831590.2 = 46,19Vậy ta chọn số công nhân tại khâu xép khuôn là 47 người

 Khâu cấp đông- bao trang

TCĐBT = 125.28298 = 32,19Với g = 125 kg/người/ ca.

Vậy ta chọn số công nhân tại khâu cấp đông bao trang là 33 người

Ta chọn tổ công nhân phục vụ sản xuất bao gồm: vế sinh phân xưởng, vận chuyển phế liệu,…là 20 người

- Tổ thu mua: 6 người

- Tổ bảo vệ: 4 người

- Tổ vận hành máy: 8 người

- Nhóm kiểm nghiệm vi sinh: 3 người

Vậy tổng nhân lực lao động trực tiếp trong nhà máy là 215 người

2.2.2 Lao động gián tiếp

- Phòng kế toán tài vụ: 4 người

- Phòng kinh doanh: 5 người

- Phòng kỹ thuật công nghệ: 2 người

Nhân lực gián tiếp làm việc trong nhà máy là 20 người

Vậy tổng nhân lực làm việc trong nhà máy là 235 người

CHƯƠNG 3 TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa phòng lạnh với môi trường và giữa các phòng với nhau nên có sự tổn thất nhiệt rất lớn do đó phải tạo kết cấu bao che để hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao vào buồng lạnh có nhiệt độthấp

Bên cạnh đó cũng do sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến chênh lệch áp suất hơi nước giữa ngoài môi trường và trong buồng lạnh Áp suất ở ngoài môi trường lớn, áp suất trong buồng lạnh nhỏ, do đó luôn có một dòng ẩm đi từ ngoài môi trường vào buồng lạnh, gặp nhiệt độ thấp, ẩm ngưng tụ lại trong kết cấu cách nhiệt và phá hủy khả năng cách nhiệt, gây nấm mốc và thối rửa cho vật liệu cách nhiệt Do đó cách nhiệt bao giờ cũng đi kèm với cách ẩm

- Có thể lắp đặt ngay trong phân xưởng có mái che

- Không cần vật liệu xây dựng đối với kho lạnh nhỏ, vì vậy công việc xây dựng là đơn giản hơn nhiều so với kho xây dựng

- Cách nhiệt là tấm polyurethane có hệ số dẫn nhiệt thấp, vì vậy cấu trúc của kho lắp ghép luôn nhẹ hơn nhiều lần so với kho xây dựng

- Tấm bọc ngoài của panel rất đa dạng

- Nhược điểm của kho lắp ghép là giá thành cao hơn nhiều so với kho lạnh xây dựng truyền thống.

Chính những ưu điểm vượt trội của kho lạnh lắp ghép mà ngày nay nó được sử dụng rất rộng rãi Phương án xây dựng trong bài thiết kế này là kho lạnh lắp ghép

3.1.1 Cấu trúc, phương pháp lắp đặt kho lạnh

3.1.1.1 Cấu tạo kho lạnh lắp ghép

Kho lạnh tiêu chuẩn được lắp ghép t ừ các tấm tiêu chuẩn sau:

1 Các tấm sàn

2 Các tấm trần

3 4 tấm góc

5 Các tấm sườn

6 1 tấm cửa (hoặc 2 nếu có thể thêm cửa phụ dạng cửa sổ tiết kiệm lạnh

3.1.1.2 Các chi tiết lắp ghép kho

 Khóa cam (cam lock)

Hình 3.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khóa cam

Cơ cấu móc bên trái nằm ở mép một panel, chốt ngang nằm ở một vị trí tương ứng ởmép panel cần ghép nối Khi đặt 2 panel cạnh nhau, dùng chìa khóa (thường là loại khóa chìm 6 cạnh) quay theo chiều kim đồng hồ 1/4 vòng thì móc đã ăn khớp vào chốt của panel đối diện (quay đến khi chặt) thì cơ cấu cam kéo chốt về bên trái siết chặt 2 tấm panel vào với nhau

 Mộng âm dương

Mộng âm dương thường được sử dụng kết hợp với khóa cam để tăng hiệu quả cáchnhiệt Nguyên tắc cấu tạo là một cạnh panel bố trí lõm khe còn cạnh tương ứng củapanel ghép có vấu lồi để ăn khớp hoàn toàn với nhau, qua đó tránh được khe hở ở mối ghép panel với nhau, với trần, nền…

Hình 3.2 Mộng âm dương của tấm panel

 Cửa kho lạnh

Cửa kho lạnh cũng là một chi tiết có nhiều yêu cầu đặc biệt:

- Cần phải có cách nhiệt đủ dày để mặt ngoài không bị đọng sương

- Cần phải đóng mở nhẹ nhàng ngay cả khi băng giá đóng vào cửa

- Thường người ta bố trí sợi đốt điện để sưởi cửa để phòng băng dính chặt

Để chống tổn thất nhiệt, nhiều khi người ta làm cửa khổ lớn chùm lên lối vào và còn bố trí thêm cửa treo ở phía trong

Hình 3.3 Cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng của kho lạnh

3.2 Tính toán kích thước kho lạnh

3.2.1 Dung tích của kho lạnh

V = E

g V ; m3 (CT 2.1 tr33, [1])Trong đó:

E – dung tích kho lạnh, tấn;

gv - định mức chất tải, tấn/m3 , chọn gv = 0,45

V – thể tích kho lạnh, m3

F – diện tích chất tải, m2

h – chiều cao chất tải, m

Chiều cao chất tải là chiều cao lô hàng chất trong kho, chiều cao này phụ thuộc vàobao bì đựng hàng, phương tiện bốc xếp Chiều cao h có thể tính bằng chiều cao buồng lạnh trừ đi phần lắp đặt dàn lạnh treo trần và khoảng không gian cần thiết đểchất hàng và dỡ hàng

Kho lạnh thường được xây dựng có chiều cao từ 4,55m Trong bài thiết kế này chọn chiều cao xây dựng của kho lạnh là 5m Vậy chiều cao chất tải bằng chiều cao xây dựng trừ đi khoảng cách từ dàn lạnh đến sản phẩm là 0,3m; khoảng hở phía trần để không khí lưu thông là 0,5m và phía dưới nền lát tấm panel là 0,1m.Suy ra:

h=5−0,3−0,5−0,1=4,1

mVậy diện tích chất tải là:

gf – tải trọng nền (tấn/m2)

gv – tiêu chuẩn chất tải (tấn/m3)

h – chiều cao chấttải (m)

F - hệ số sử dụng diện tích buồng chứa, tính cả đường đi và diện tích giữa các

lô hàng, giữa lô hàng và cột, tường, các diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi, quạt

 F phụ thuộc diện tích buồng và lấy theo bảng ( 2 5 tr34, [1]) với diện tích chất tải của kho F=325,2 m2 nên chọn  F = 0,8

Z - số buồng tính toán xây dựng.

f - diện tích buồng lạnh quy chuẩn xác định qua các hàng cột kho, m2

Diện tích buồng lạnh quy chuẩn tính theo hàng cột quy chuẩn cách nhau 6m nên f cơ sở là 36m2 Các diện tích quy chuẩn khác nhau là bội số của 36m2 Trong khi tính toán, diện tích lạnh có thể lớn hơn diện tích ban đầu 10  15%, khi chọn Z

Diện tích thực của kho là: 12.26 = 312 (m2)

3.2.6 Dung tích thực của kho lạnh

Et = E

Z t

Z = 600

32,6=692,3 (tấn) (CT 2.6, tr35, [1])Trong đó:

E - Dung tích kho lạnh, tấn

Zt - Số buồng lạnh thực cần xây dựng

Z - Số buồng lạnh tính toán xây dựng

3.3 Vật liệu cách nhiệt và cách ẩm

- Hệ số dẫn nhiệt 𝜆 nhỏ (𝜆→0)

- Khối lượng riêng nhỏ

- Độ thấm hơi nước nhỏ (μ →0¿

- Độ bền cơ học và độ dẻo cao

- Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu tiếp xúc với nó

- Không cháy hoặc không dễ cháy

- Không bắt mùi và không có mùi lạ

- Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn, không bị chuột, sâu bọ đục phá

- Không độc hại đối với cơ thể con người

- Không độc hại đối với sản phẩm bảo quản, làm biến chất và giảm chất lượng sản phẩm

- Vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa, gia công dễ dàng

- Rẻ tiền và dễ kiếm

- Không đòi hỏi sự bảo dưỡng đặc biệt

Vật liệu cách nhiệt phần lớn là các vật liệu phi kim loại vô cơ và hữu cơ ở dạng xốp ngậm các bọt khí Đặc điểm quan trọng nhất là hệ số dẫn nhiệt nhỏ Hiện nay

sử dụng nhiều nhất là polystirol (stiropor) và polyurethan

Kho lạnh đang thiết kế chọn vật liệu cách nhiệt là polyurethan, bởi vì có ưu điểm tạo bọt không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng bất kỳ, độ bền tương đối lớn 0,1 – 0,2 N/mm2, hệ số dẩn nhiệt 0,023 ÷ 0,03 W/m.K.

Bên ngoài lớp polyurethan còn được bọc bởi 2 lớp tôn inox và 2 lớp sơn cách ẩm.Chọn hệ số dẫn nhiệt của polyurethan λCN = 0,025 (W/m.K).CN = 0,025 (W/m.K)

3.3.2 Vật liệu cách ẩm

Vật liệu cách ẩm chủ yếu là bitume, PE

3.3.2.1 Xác định chiều dày lớp cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được tính từ biểu thức hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp

2 - là hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, (W/m2K)

i - là bề dày của lớp vật liệu thứ i, (m)

CT 3.2,tr85, [1]

(CT 3.1, tr85, [1]

i - là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, (W/mK).

cn- là chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt, (m)

cn - là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, (W/mK)

k - là hệ số truyền nhiệt của vách, (W/m2K)

Bảng 3.1 Thông số các lớp vật liệu của panel tiêu chuẩn

Vật liệu Chiều dày(m) Hệ số dẫn nhiệt (W/

Chiều dày cách nhiệt thực của tấm panel tiêu chuẩn phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định

Ta chọn chiều dày panel tiêu chuẩn: δpanelTC =120mm

Từ đây tính được hệ số truyền nhiệt thực là:

=0,202

(W/m2K)

3.3.2.2 Kiểm tra tính đọng sương

Để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt kết cấu ở phía nhiệt độ cao thì nhiệt

độ bề mặt kết cấu phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của không khí ở điều kiện thường

Điều kiện để không đọng sương là Kt ≤ Ks

Với ks là hệ số truyền nhiệt đọng sương lớn nhất cho phép để tường ngoài không bị đọng sương, được xác định theo biểu thức sau:

ks = 0,95

1 1

α1 - hệ số tỏa nhiệt từ môi trường bên ngoài tới bề mặt vách kho (W/m2K);

α1 = 23,3 (w/m2K)

t1 - là nhiệt độ không khí ngoài môi trường: t1 = 37,3 0C

t2 - là nhiệt độ không khí trong kho lạnh: t2 = - 20 0C

ts - là nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài môi trường,0C.

Bảng 3.2 Thông số về khí hậu ở tỉnh Thừa Thiên Huế

Nhiệt độ trong phòng: t2 = -20oC

Nhiệt độ bên ngoài: t1 = 37,3oC

Nhiệt độ điểm sương: tsoC

Tra đồ thị (h-x) (3.9) ứng với t1 = 37,3 oC và φ = 73% ta được ts =32oC

Tính nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt khác nhau đi từ ngoài môi trường vào trong kho lạnh và các nguồn nhiệt khác nhau trong kho lạnh sinh ra Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môi trường, để đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài.Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q, được xác định bằng biểu thức:

Q1- dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh, (W)

Q2- dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra trong quá trình xử lý lạnh, (W)

Q3- dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh, (W)

Q4- dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh, (W)

Q5- dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, (W)

Do đây là kho lạnh bảo quản thủy sản đông lạnh nên Q3 = Q5 = 0 Dòng nhiệt tổn thất Q chỉ còn các dòng nhiệt sau:

Q = Q1 + Q2 + Q4, (W)

3.4.1 Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che

Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần và nền kho, do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần

Q1 = Q11 +Q12 (W) (tr 105, [1])Trong đó :

Q11 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ, (W).

Q12 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, (W)

 Tính Q11

Q11 = kt .F (t1 – t2), (W)(CT 4.3, tr107, [1])Trong đó:

kt - Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực kt = 0,194 (W/m²K)

F - Diện tích bề mặt kết cấu bao che, (m²)

t1 - Nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, 0C

t2 - Nhiệt độ không khí trong kho, 0C

Do kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến có tường bao xung quanh và có máiche nên nhiệt độ không khí xung quanh kho lạnh sẽ lấy bằng nhiệt độ của khuthành phẩm t1 = 260C Chỉ có trần kho lạnh có nhiệt độ cao hơn ta lấy nhiệt độkhông khí phía trên trần là 300C

Từ biểu thức tính dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền thay số vào tính toán ta đượcbảng tổng kết sau :

Bảng 3.4 Bảng tổng hợp dòng nhiệt qua kết cấu bao che

(W/ m2K)

L(m)

R(m)

F(m2)

- Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra, Q21, (W)

- Dòng nhiệt do bao bì mang vào, Q22 (W)

M : Lượng hàng nhập vào kho bảo quản đông, t/ngày đêm

M = 0,06 Et = 0,06 692,3 = 41,54 (tấn/ngày đêm)

Et - Dung tích buồng bảo quản lạnh

1000

Với kho bảo quản đông, các sản phẩm khi đưa vào kho bảo quản đã được cấp đôngđến nhiệt độ bảo quản Tuy nhiên, trong quá trình xử lý đóng gói và vận chuyển nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với các sản phẩm bảo quản đông lấy nhiệt độ vào là:

t1 = -120C, ( tr112, [1])

h1, h2 - Entanpi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh, (kJ/kg)

Nhiệt độ sản phẩm trước khi vào kho bảo quản đông:

Mb - khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/ngày đêm)

Cb - nhiệt dung riêng của bao bì, (kJ/kg.K)

t1, t2 -nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh bao bì, (0C)

Từ biểu thức tính dòng nhiệt do bao bì tỏa ra, thế số vào ta được kết quả ở bảng 3.6

Bảng 3.6: Tính dòng nhiệt do bao bì tỏa ra

M

(tấn)

Mb = 15%M(tấn/ngày đêm)

3.4.3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q 3

Vì đây là kho bảo quản sản phẩm thủy sản, không có sự hô hấp nên không cần thông gió; do đó Q3 = 0

3.4.4 Dòng nhiệt vận hành Q 4

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44, (W) Trong đó:

Q41 : Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng

Q42 : Dòng nhiệt do người làm việc trong kho

Q43 :Dòng nhiệt do động cơ điện

Q44: Dòng nhiệt do mở cửa

 Tính Q41

Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức:

Q41=A F, (W) (CT4.17, tr115, [1])Trong đó:

F - là diện tích kho lạnh, F = Zt f = 3 156 = 468 (m2);

A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1 m2 diện tích buồng hay diện tích nền, W/m2 Đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2; đối với buồng chế biến A = 4,5 W/m2

350 - Nhiệt lượng do 1 người thải ra khi làm việc nặng nhọc là 350 W/ người

n - Là số người làm việc trong buồng:

Nếu buồng nhỏ hơn 200 m2, n = 2 ÷ 3 người

Nếu buồng lớn hơn 200 m2, n = 3 ÷ 4 người

1000 - Hệ số chuyển đổi từ kW ra W

N - Công suất động cơ điện (kW)

Đề tài chọn buồng bảo quản lạnh đông nên chọn N = 10

 Q43 = 1000 10 = 10000 (W)

 Tính Q44

Q44=B F, (W) (CT 4.20, tr116, [1])Trong đó:

F - diện tích buồng, m2

B - dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2

Dòng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng Với chiều cao buồng 6 m lấy theo bảng sau:

Bảng 3.7 Dòng nhiệt riêng khi mở cửa

2

< 50 m2 50 ÷150 m2 > 150 m2

Với chiều cao buồng h = 5 m, diện tích buồng nằm trong khoảng >150 m2 Ta chọn

B = 8 W/m2

Suy ra:

Q44 = 8 156 = 1248 (W)Vậy Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 561,6 + 1050 + 10000 + 1248 = 12859,6(W)

3.4.5 Dòng nhiệt tỏa ra từ sản phẩm khi hô hấp, Q 5 = 0

Dòng nhiệt Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau quả hô hấp đang trong quá trình sống Vì là kho lạnh đông bảo quản cá nên suy ra:

Q5 = 0

3.4.6 Kết quả tính tổng dòng nhiệt xâm nhập vào kho

Q=  Qi= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 = 9581,26 + 15942,22 + 0 + 12859,6 + 0 = 38383,03 (W)

3.4.7 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén

Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi (dàn tường, dàn trần không khí đối lưu tự nhiên, dàn quạt đối lưu cưỡng bức hoặc dàn lạnh nước muối) Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất, như biểu thức đã nêu:

Đối với kho lạnh chế biến lấy 85% Q1

Nhiệt tải cho máy nén lấy 100% Q2 đã tính toán được đối với kho lạnh cá

Nhiệt tải của máy nén từ dòng nhiệt vận hành được tính bằng 75% Q4

Bảng 3.8 Tổng dòng nhiệt cho máy nén

k - hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh

b - hệ số thời gian làm việc

ΣQQ MN - tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi

Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh lớn lấy b = 0,9

Hệ số tính đến tổn thất lạnh trên đường ống và trong thiết bị của hệ thống lạnh làm lạnh trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong dàn lạnh không khí, ta chọn k = 1,07

Bảng 3.9 Năng suất lạnh máy nén