Kỹ thuật lạnh ứng dụng

1.5.Các tổ hợp thiết bị:Các máy lạnh hiện đại cỡ lớn, do điều kiện chuyên chở và vận chuyển khó khănhoặc do yêu cầu đặc biệt trong sử dụng vận hành bảo dưỡng sửa chữa người ta có thểphân

CHƯƠNG 1: TỔ HỢP LẠNH

Tổ hợp lạnh là tập hợp máy và thiết bị lạnh với một hoặc nhiều thiết bị chính lắpđồng bộ với thiết bị phụ và các thiết bị tự động để đảm bảo một hoặc nhiều chức năngcủa một chu trình lạnh đáp ứng một yêu cầu ứng dụng cụ thể

1.1.Phân loại

a)Theo trọng lượng, yêu cầu và các điều kiện bao bì đóng gói, vận chuyển bảo quản,lắp ráp vận hành… mà người ta phân ra tổ hợp lạnh hoàn chỉnh và tổ hợp lạnh từngphần

 Tổ hợp lạnh hoàn chỉnh như: Tủ lạnh gia đình, máy lạnh thương nghiệp,các máy điều hòa nhiệt độ là các tổ hợp lạnh hoàn chỉnh

 Tổ hợp lạnh từng phần: tổ máy nén, tổ máy nén ngưng tụ, các loại tổ hợpthiết bị như tổ bay hơi tiết lưu, tổ ngưng tụ tiết lưu bay hơi, tổ bình trunggian và bay hơi…

Các tổ hợp lạnh được ký hiệu và phân loại theo rất nhiều đặc điểm:

b)Kiểu máy nén:

 máy nén pittông, roto, trục vít hoặc tuabin, máy nén kín, nửa kín hoặc hở,máy nén Freon hay Amôniac, máy nén một hoặc hai cấp, một, hai haynhiều xilanh, năng suất lạnh nhỏ, trung bình hay lớn…

c)Nhiệt độ bay hơi:Người ta phân biệt ba cấp nhiệt độ bay hơi khác nhau:

 Nhiệt độ bay hơi thấp từ -400C đến -250C

 Nhiệt độ bay hơi trung bình -250C đến -100C

 Nhiệt độ bay hơi cao từ -100C đến 100C

d)Nhiệt độ ngưng tụ: Thường các tổ hợp được chia ra 4 cấp nhiệt độ ngưng tụ:

 Trung bình: 300C đến 400C

 Cao: 400C đến 450C

 Nhiệt đới ẩm: 450C đến 500C

 Nhiệt đới khô: 500C đến 550C

e)Dạng thiết bị ngưng tụ: Thường các tổ hợp lạnh chỉ có hai dạng thiết bị ngưng tụ là

bình ngưng làm mát bằng nước và dàn ngưng làm mát băng không khí, không có loạidàn tưới kết hợp nước và không khí

f)Dạng thiết bị bay hơi: Thường cũng chỉ có hai dạng thiết bị bay hơi là bình bay hơi

làm lạnh chất tải lạnh lỏng và dàn bay hơi làm lạnh không khí

1.2.Tổ máy nén:

Tổ máy nén là tổ hợp máy động cơ và các thiết bị phụ trợ như van chặn đường hútđường đẩy, bình làm mát dầu, bánh đai hoặc khớp nối, van an toàn, van điện từ điềuchỉnh năng suất lạnh, nhiệt kế đầu đẩy,đầu hút, hộp điện điều khiển, bộ làm mát đầumáy nén, các thiết bị tự động bảo vệ và báo hiệu: rơ le áp suất, áp kế, bộ sưởi dầu có

rơle nhiệt độ Một số tổ máy nén lắp cả bình tách dầu và hệ thống van điện từ tự động

xả dầu quay trở lại máy nén

Hình 1: Tổ máy nén piston

Hình 2: Tổ máy nén trục vít

Tổ máy nén ngưng tụ được chia làm hai loại:

 Tổ máy nén bình ngưng với thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước

 Tổ máy nén dàn ngưng với thiết bị ngưng tụ lầm mát bằng không khí

Tổ máy nén bình ngưng khá gọn gàng nhưng có năng suất lạnh đến 500kW do côngsuất trao đổi nhiệt lớn Ngược lại, dàn ngưng khá cồng kềnh nhưng năng suất lạnh của

tổ hợp chỉ đến 20kW, ít khi có năng suất lớn hơn vì dàn ngưng sẽ rất lớn, khó khăntrong vận chuyển và lắp đặt

Hình 4: Tổ máy nén ngưng tụ 1.4 Tổ máy nén bay hơi:

Tổ máy nén bay hơi là tổ máy nén có lắp thêm thiết bị bay hơi hoàn chỉnh vớicác thiết bị tự động và thiết bị phụ

Trong các máy lạnh dùng làm lạnh nước hoặc làm lạnh chất lỏng bằng bình bốchơi ống chùm để tối ưu về kinh tế thì bình bay hơi được tổ hợp với máy nén còn dànngưng tưới hoặc dàn ngưng không khí được lắp đặt tách biệt ngoài trời

Tổ hợp máy nén bay hơi được ứng dụng đối với các máy sản suất nước lạnh cỡtrung và lớn có một số máy điều hòa hai cục cỡ trung được bố trí thiết bị theo kiếu tổmáy nén bay hơi

Hình 5: Tổ máy nén bay hơi

1.5.Các tổ hợp thiết bị:

Các máy lạnh hiện đại cỡ lớn, do điều kiện chuyên chở và vận chuyển khó khănhoặc do yêu cầu đặc biệt trong sử dụng vận hành bảo dưỡng sửa chữa người ta có thểphân ra các cụm thiết bị khác nhau: cụm ngưng tụ - tiết lưu – bay hơi, cụm tiết lưu –bay hơi, cụm bình trung gian, cụm ngưng tụ, bình chứa…

1.6.Các tổ hợp lạnh hoàn chỉnh:

Tổ hợp lạnh hoàn chỉnh đã được lắp thành một khối chỉ cần một số thao tác đơngiản là có thể cung cấp lạnh Đây là dạng hoàn chỉnh và hiện đại nhất của tổ hợp lạnh

Tủ lạnh gia đình và máy điều hòa một cục là các tổ hợp lạnh hoàn chỉnh

Ưu điểm nổi bật của tổ hợp lạnh hoàn chỉnh là độ tin cậy và tuổi thọ cao vì tất

cả các khâu lắp ráp, thử kín, sấy khô, nạp môi chất, nạp dầu, chạy thử được thực hiệnngay trong xưởng chuyên dụng với các thiết bị hiện đại

Ngày nay, nhờ tiến bộ của khoa học kỹ thuật lạnh, các nhà chế tạo tìm cáchgiảm dần kích thước các thiết bị, tăng cường hiệu quả các thiết bị tự động tiến đến chếtạo tổ hợp lạnh hoàn chỉnh

Theo phương pháp tổ hợp có thể chia tổ hợp lạnh hoàn chỉnh thành hai loạichính là loại không có khung bệ và có khung bệ

Trong tổ hợp không có khung bệ, bình ngưng và bình bay hơi đặt phía dưới cóchân đỡ Trên đó bố trí tất cả các thiết bị cón lại như máy nén, động cơ, các thiết bịphụ, tủ điện, các hộp điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, tự động bảo vệ

Trong tổ hợp có khung bệ, toàn bộ thiết bị được bố trí trong khung bệ Để tiếtkiệm diện tích lắp đặt, bình ngưng được bố trí phía dưới, máy nén, động cơ và các thiết

bị phụ ở giữa, trên cùng là bình bay hơi

4.Tổ máy nén là gì ? Kể tên một số thiết bị phụ trợ trong tổ hợp máy nén ?

5.Tổ máy nén ngưng tụ là gì ? Phân loại ?

6.Ứng dụng tổ máy nén ngưng tụ ?

7.Vì sao tổ máy nén dàn ngưng ít được sử dụng trong các hệ thống lạnh lớn ?

8.Tổ máy nén bay hơi là gì ?

9.Tổ máy nén bay hơi thường được ứng dụng ở đâu ?

10.Kể tên một số tổ hợp thiết bị ?

11.Thế nào là tổ hợp lạnh hoàn chỉnh ? kể tên một số tổ hợp lạnh hoàn chỉnh ?

12.Ưu điểm của tổ hợp lạnh hoàn chỉnh ?

13.Phân loại tổ hợp lạnh hoàn chỉnh ?

 Các yêu cầu của một sơ đồ hệ thống lạnh:

-Phải đảm bảo, duy trì được các chế độ nhiệt độ đã cho, vận hành dể dàng, có

khả năng chuyển máy và thiết bị dự phòng vào làm việc một cách nhanh chóng,thay đổi điều kiện làm việc, bảo đảm thay thế dể dàng trong các trường hợp hỏnghóc và sửa chữa

- Cần đơn giản, tiện lợi cho việc lắp đặt vận hành, bảo dưỡng, không phát sinh chiphí lớn

- Cần đảm bảo số lượng đường ống, chiều dài đường ống và các phụ tùng, dụng cụ

là ít nhất

- Đảm bảo an toàn cho công nhân vânh hành

- Đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ quy định của máy và thiết bị tự động báo hiệu,điều chỉnh, điều khiển và bảo vệ cho hệ thống

2.1.Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp:

Trong các cụm thiết bị của một hệ thống lạnh thì cụm tiết lưu bay hơi là cụm thiết bịtrực tiếp thực hiện việc cấp lạnh cho phòng lạnh Hoạt động ổn định của cụm thiết bịnày có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo sự hoạt động bình thường và hiệu quảcho toàn hệ thống lạnh

 Sơ đồ cụm tiết lưu bay hơi cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống, không bị va đập thủy lực khi cấp lỏngcho hệ thống làm việc ở các chế độ tải nhiệt khác nhau, đặc biệt khi đầy tải vàquá tải

- Cấp lỏng đều cho các bề mặt trao đổi nhiệt, đảm bảo hiệu suất trao đổi nhiệt làlớn nhất

- Đảm bảo phân phối nhiệt độ đều trong phòng

- Có khả năng cấp lỏng tự động cho dàn

- Thể tích chứa môi chất của hệ thống dàn là thấp nhất để tránh nguy hiểm domôi chất có thể gây ra

- Dể dàng lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa

- Dể dàng xả dầu, vệ sinh, xả tuyết cho dàn

- Cột áp thủy tĩnh không được ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi (hệ thống cấp lỏngnhờ cột lỏng, bình tách lỏng ở trên, kho lạnh nhiều tầng)

 Có ba phương pháp cấp lỏng chủ yếu cho dàn bay hơi trực tiếp:

- Cấp lỏng nhờ chênh áp suất giữa phía đẩy và phía hút

- Cấp lỏng nhờ cột áp thủy tĩnh (Bình tách lỏng đặt trên cao)

- Cấp lỏng nhờ bơm tuần hoàn (Cấp lỏng từ dưới lên hoặc từ trên xuống)

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, hiệu quả trao đổi nhiệt của dàn đạt cao

Độ ngập lỏng của dàn được đánh giá qua độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén Độngập lỏng vừa phải có độ quá nhiệt hơi hút ổn định từ 5-15K Nếu độ quá nhiệt quánhỏ, dàn đã được cấp quá nhiều lỏng, có nguy cơ va đập thủy lực nếu độ quá nhiệt quálớn, dàn được cấp quá ít lỏng, một phần dàn chỉ có hơi, hiệu quả trao đổi nhiệt kém.Các sơ đồ ở đây đều theo kiểu cấp lỏng từ dưới lên Tuy nhiên cũng có thể cấp lỏng từtrên xuống Phương pháp này có hiệu quả trao đổi nhiệt kém nhưng khả năng hồi dầu

về máy nén dể dàng nên hay sử dụng trong hệ thống lạnh Freon

2.1.1Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng trực tiếp:

Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng trực tiếp cho dàn bay hơi nhờ độ chênh áp suấtgiữa phía đẩy và phía hút

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh, cấp lỏng trực tiếp

1- Máy nén lạnh; 2- Bình ngưng; 3-Cụm tiết lưu; 4-Dàn bay hơi;

5- Tháp giải nhiệt; 6- Bơm giải nhiệt; 7- Ống góp

Phương pháp cấp lỏng này thường sử dụng với các van tiết lưu nhiệt và phải đảm bảo môichất bay hơi hết khi ra khỏi dàn bay hơi Do đó phải duy trì độ quá nhiệt hơi hút lớn, dàn phảihoạt động tương đối ổn định tránh tải nhiệt đột ngột và số dàn lạnh là hạn chế

2.1.2 Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ cột áp thủy tĩnh.

Hình 7: Hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ cột áp thủy tĩnh

1- Máy nén lạnh; 2- Bình ngưng; 3-Ống góp; 4-Bình tách lỏng;

5- Tháp giải nhiệt; 6-Dàn bay hơi; 7- Tiết lưu, 8.Bơm nước giải nhiệt

Cấp lỏng theo phương pháp này, lỏng có thể tiết lưu ngay vào bình tách lỏng Lỏng

tự chảy vào dàn do chênh lệch cột lỏng Hơi sinh ra trong dàn sẽ kéo theo một phầnlỏng chảy trở lại bình tách lỏng Hơi được hút về máy nén còn lỏng rơi xuống đáy bình

và chảy trở lại dàn Để đảm bảo lỏng phân phối tốt trong dàn, bình tách lỏng đặt caohơn dàn ít nhất 3-5m Nhược điểm của sơ đồ này là khi tải nhiệt thiết bị lớn, lỏng cuốntheo hơi nhiều có thể gây va đập thủy lực ở máy nén Và nếu cột lỏng quá cao sẽ ảnhhưởng đến nhiệt độ bay hơi đặc biệt đối với phạm vi nhiệt độ thấp Do các dàn ở các độcao và độ xa khác nhau nên việc phân phối lỏng cho các dàn khó đồng đều

2.1.3 Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng trực tiếp cho dàn bay hơi nhờ bơm tuầnhoàn

Sơ đồ dùng bơm tuần hoàn có bình tách lỏng đặt dưới thấp.Bơm đặt thấp hơn bìnhtách lỏng 1,5 đến 3m để đảm bảo cột lỏng cho bơm Nhờ bơm tuần hoàn nên lỏng đượcphân phối đều cho các dàn Đề phòng cột lỏng quá nhỏ, hơi có thể sinh ra và lọt vàobơm làm gián đoạn sự hoạt động của bơm, người ta bố trí thiết bị tách hơi trước bơm

8

Hình 8: Sơ đồ hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng trực tiếp cho dàn bay hơi nhờ

bơm tuần hoàn

1- Máy nén lạnh; 2- Bình ngưng; 3-Bình tách lỏng; 4- Thiết bị tách hơi,5- Tháp giảinhiệt; 6- Bơm nước giải nhiệt ; 7- Bơm tuần hoàn, 8.Ống góp, 9.Dàn bay hơi

 Ưu điểm của hệ thống bơm tuần hoàn:

- Lỏng lưu động trong dàn với tốc độ lớn, tất cả bề mặt dàn đều được thấm ướt làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt

- Phân phối lỏng cho các dàn đồng đều hơn

- Giảm hiện tượng phun hơi và ẩm từ dàn khi tải lạnh tăng lê đột ngột

 Nhược điểm:

Hệ thống có thêm bơm và phải tốn thêm năng lượng cho bơm

2.2.Sơ đồ hệ thống lạnh hai cấp:

2.2.1.Sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp, cấp lỏng từ tiết lưu trực tiếp

Hình 9: Sơ đồ hệ thống lạnh kho cấp đông môi chất R 22

1- Máy nén; 2- Bình chứa; 3- Bình ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình tách lỏng HN; Dàn lạnh; 7- Tháp GN; 8- Bơm nước GN; 9- Bình trung gian; 10- Bộ lọc; 11- Bể nước;

6-12- Bơm nước xả băng

Hệ thống gồm các thiết bị chính sau đây:

- Máy nén: Hệ thống sử dụng máy nén 2 cấp Các loại máy nén lạnh thường hay được

sử dụng là MYCOM, York-Frick, Bitzer, Copeland vv…

- Bình trung gian: Đối với hệ thống lạnh 2 cấp sử dụng frêôn người ta thường sử dụng

bình trung gian kiểu nằm ngang Bình trung gian kiểu này rất gọn, thuận lợi lắp đặt,vận hành và các thiết bị phụ đi kèm ít hơn

Đối với hệ thống nhỏ có thể sử dụng bình trung gian kiểu tấm bản của Alfalaval chi phíthấp nhưng rất hiệu quả

Đối với hệ thống NH3, người ta sử dụng bình trung gian kiểu đứng với đầy đủ các thiết

bị bảo vệ, an toàn

- Bình tách lỏng hồi nhiệt: Trong các hệ thống lạnh thường các thiết bị kết hợp một hay

nhiều công dụng Trong hệ thống frêôn người ta sử dụng bình tách lỏng kiêm chứcnăng hồi nhiệt Sự kết hợp này thường làm tăng hiệu quả của cả 2 chức năng

2.2.2 Sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ cột áp thủy tĩnh

1- Máy nén; 2- Tháp giải nhiệt; 3- Bình chứa cao áp; 4- Bình ngưng;

5-Bình tách dầu; 6- Bình trung gian; 7- Bình tách lỏng; 8- Bình trống tràn;

9- Tủ cấp đông; 10-Bình thu hồi dầu

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông NH 3 cấp dịch từ bình trống tràn

Hình trên là nguên lý tủ cấp đông tiếp xúc sử dụng môi chất NH3 và R22 cấp dịch từbình trống tràn Nguyên lý cấp dịch dựa trên cột áp thuỷ tĩnh

Theo sơ đồ này, môi chất được tiết lưu vào một bình gọi là bình trống tràn Bình trốngtràn thực chất là bình giữ mức – tách lỏng, có 2 nhiệm vụ:

- Chứa dịch ở nhiệt độ thấp để cấp cho các tấm lắc Bình phải đảm bảo duy trì trongcác tấm lắc luôn luôn ngập đầy dịch lỏng, như vậy hiệu qủa trao đổi nhiệt khá cao

- Tách lỏng môi chất hút về máy nén, tránh không gây ngập lỏng máy nén Để đảm bảo khônghút lỏng về máy nén trên bình trống tràn có trang bị van phao duy trì mức lỏng, khi mức lỏngvượt quá mức cho phép thì van phao tác động ngắt điện van điện từ cấp dịch vào bình trốngtràn Ngoài ra trong bình còn có thể có các tấm chắn đóng vai trò như các nón chắn trong bìnhtách lỏng để tránh hút ẩm về máy nén Van tiết lưu sử dụng cho bình trung gian và bình trốngtràn trong hệ thống này là van tiết lưu tay

2.2.3.Sơ đồ hệ thống lạnh 2 cấp, cấp lỏng nhờ bơm:

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông NH 3 , cấp dịch bằng bơm

1.Máy nén, 2.Bình chứa cao áp, 3.Tháp giải nhiệt, 4.Bình tách dầu, 5.Bình chứa hạ áp, 6.Bình trung gian, 7.Tủ cấp đông, 8.Bình thu hồi dầu, 9.Bơm dich, 10.Bơm nước giải

nhiệt

Hình trên là sơ đồ nguyên lý hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc sử dụng bơm cấp dịch.Theo sơ đồ này, dịch lỏng được bơm bơm thẳng vào các tấm lắc nên tốc độ chuyểnđộng bên trong rất cao, hiệu quả truyền nhiệt tăng lên rỏ rệt, do đó giảm đáng kể thờigian cấp đông Thời gian cấp đông chỉ còn khoảng 1giờ 30’÷2 giờ 30’

2.3 Sơ đồ hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh:

a)Chất chải lạnh chủ yếu là:

-Nước: cho nhiệt độ sôi đến 50C dùng trong các hệ thống điều hòa trung tâm, các kholạnh rau quả…

-Nước muối NaCl cho nhiệt độ sôi -180C (nhiệt độ cùng tinh -210C ở nồng độ 23%)dùng cho các bể đá, phòng lạnh, kho lạnh

-Nước muối CaCl2 cho nhiệt độ sôi đến -500C ở nồng độ 29,9%)

-Các loại rượu và glycol có thể điều chỉnh nhiệt độ sôi tương ứng với nồng độ củachúng, thường được sử dụng trong các bồn lên men tự hành sản xuất bia

b) Phân loại:

-Hệ thống kín là hệ thống có chất tải lạnh không tiếp xúc với không khí bên ngoài.

-Hệ thống hở là hệ thống có chất tải lạnh có bề mặt tiếp xúc với không khí bên ngoài.2.3.1Sơ đồ dùng chất tải lạnh loại hở:

Hình 12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây, chất tải lạnh nước muối

1.Máy nén, 2.Bình chứa, 3.Tháp giải nhiệt, 4.Bình tách dầu, 4 Bình tách dầu

5 Bình tách khí không ngưng 6.Bình thu hồi dầu 7 Bình tách lỏng..

8 Bình giữ mức- tách lỏng 9 Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh

kiểu xương cá.

Ưu điểm của hệ thống này là đơn giản, nhược điểm là độ ăn mòn thiết bị lớn, hơinước đọng vào nước muối lạnh, nhanh chóng làm loãng nên phải định kỳ bổ sungmuối Đối với các chất tải lạnh dể bay hơi như cồn rượu…dể tổn thất chất tải lạnh dobay hơi đặc biệt khi máy ngừng hoạt động

2.3.1.1.Sơ đồ hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh (nước)loại hở:

1- Máy nén; 2- Bình chứa cao áp; 3- Dàn ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình trống tràn;

6- Bộ làm lạnh nước; 7- Bồn chứa nước lạnh; 8- Bơm tuần hoàn;

9- Bơm tiêu thụ, 10-Bình chứa dầu

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm lạnh nước chế biến

Trong các nhà máy chế biến thực phẩm để đảm bảo vệ sinh thực phẩm yêu cầunước chế biến phải có nhiệt độ tương đối thấp cỡ 7oC

Điểm đặc biệt trong sơ đồ trên là dàn lạnh sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bảncủa Alfalaval, cấp dịch theo kiểu ngập lỏng và do đó thời gian làm lạnh rất nhanh đảmbảo yêu cầu sản xuất và nhu cầu lớn về nước lạnh trong các nhà máy chế biến thựcphẩm

2.3.1.2 Sơ đồ hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh (nước) loại kín

1- Máy nén; 2- Bình chứa cao áp; 3- Dàn ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình giữa mức; 6- Bình thu hồi dầu; 7- Thùng nước lạnh; 8- Bơm nước tuần hoàn; 9- Bơm nước sử

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1.Thế nào là một sơ đồ hệ thống lạnh?

2.Trình bày các yêu cầu của một hệ thống lạnh?

3.Trong một hệ thống lạnh cụm thiết bị nào giữ vai trò trực tiếp cấp lạnh cho phònglạnh?

4.Trình bày các yêu cầu của cụm thiết bị tiết lưu bay hơi trong một hệ thống lạnh?

5.Nêu tên 3 phương pháp cấp lỏng chủ yếu cho dàn bay hơi?

6 Hiệu quả trao đổi nhiệt của dàn cao nhất khi nào?

7.Độ ngập lỏng của dàn được đánh giá qua thông số nào?

8.Độ ngập lỏng trong dàn ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống lạnh?

9.Vì sao cấp lỏng từ trên xuống có hiệu quả trao đổi nhiệt kém nhưng người ta vẫn sửdụng cho hệ thống lạnh Freon?

10.Vẽ sơ đồ cấp lỏng cho dàn bay hơi :

 Nhờ độ chênh áp suất pk – p0

 Nhờ cột áp thủy tĩnh (bình tách lỏng đặt trên cao)

 Nhờ bơm tuần hoàn

11.Trình bày ưu nhược điểm của từng sơ đồ cấp lỏng cho dàn bay hơi ?

12.Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng trực tiếp cho dàn bay hơi nhờ

độ chênh áp suất giữa phía đẩy và phía hút ?

13 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ cột ápthủy tĩnh ?

14 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh một cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ bơmtuần hoàn ?

15.Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh hai cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi bằng tiết lưutrực tiếp ?

16 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh hai cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ cột ápthủy tĩnh ?

17 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh hai cấp, cấp lỏng cho dàn bay hơi nhờ bơm tuânhoàn ?

18.Thế nào là máy lạnh trự tiếp, máy lạnh gián tiếp ?

19.Kể tên một số hộ tiêu thụ lạnh sử dụng máy lạnh trực tiếp, gián tiếp ?

20.Nêu một số chất tải lạnh thường sử dụng trong thực tế ?

21 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh loại hở ?

22 Trình bày nguyên lý hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh loại kín ?

Chương 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được xác định bằng biểu thức:

Q=Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 , W

Q1 :dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che

Q2 : dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (đặc biệt khi gia lạnh và kết đông)

Q3 : dòng nhiệt từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh

Q4 : dòng nhiệt do các nguồn khác nhau khi vận hành

Q5 : dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm thở

Dòng nhiệt tổn thất Q=ΣQi tại một thoài điểm nhất định được gọi là phụ tải nhiệt củathiết bị lạnh Đặc điểm của dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian

Q1 : phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ bên ngoài, thay đổi theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm

Q2 : phụ thuộc vào thời vụ

Q3 : phụ thuộc vào loại hàng bảo quản Các sản phẩm như thịt, bơ, sữa, cá

không phải thông gió nhưng các sản phẩm như rau, quả, trứng, hoa phải thông gió cho chúng thở

Q4 : phụ thuộc vào công nghệ chế biến và bảo quản

Q5 : phụ thuộc vào biến đổi sinh hóa của sản phẩm thở

Công suất lạnh của hệ thống lạnh được thiết kế theo phụ tải lớn nhất Qmax mà ta ghi nhận được tại một thời điểm nào đó trong năm

3.2.Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1:

Q1 = Q1v + Q1n+ Q1t+ Q1bx

Q1v , Q1n , Q1t : dòng nhiệt tổn thất qua vách, nền, trần do chênh lệch nhiệt độ

Q1bx :dòng nhiệt tổn thất qua tường và trần do ảnh hưởng của năng lượng mặt trời

Q1v = k1Fv(t1-t2)

k1: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che, W/m2K

Fv : diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2

t1: nhiệt độ bên ngoài môi trường, 0C

t2: nhiệt độ trong phòng lạnh, 0C

Diện tích bề mặt tường bao được tính như sau:

Fv1 = h.l (m2)

h: chiều cao của tường, m

l: chiều dài của tường, m

Nhiệt độ môi trường bên ngoài t1(0C):Lấy nhiệt độ trung bình của 4-5 ngày nóng nhấttrong năm Hoặc có thể tính t1 theo công thức sau:t1=0.5(ttbmax + tmax)

Trong đó:

ttbmax:Nhiệt độ trung bình cao nhất của tháng nóng nhất

tmax: Nhiệt độ tuyệt đối cao nhấtNền có sưởi tính theo công thức:

Q1n =knFn(tn – t2), W

tn: Nhiệt độ trung bình của nền có sưởi (thông thường lấy tn = 40C)

Nền không có sưởi tính theo công thức:

Qm =kqFn(t1 – t2)m , W

kq: hệ số truyền nhiệt quy ước tương ứng với từng vùng nền,

Fn: diện tích tương ứng với từng vùng nền

t1: nhiệt độ không khí bên ngoài,

t2: nhiệt độ không khí trong phòng

Hệ số m được tính theo công thức sau:









25,11

1

1 1

: chiều dày các lớp nền, m

: hệ số dẫn nhiệt các lớp nền, W/mK

Nếu nền không có cách nhiệt thì m = 1

Bề mặt tường ngoài và mái kho lạnh chịu ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ mặt trời thìdòng nhiệt do bức xạ mặt trời được xác định như sau:

Q1bx = k1Fbxt12

k1: hệ số truyền nhiệt thực của vách,

Fbx: diện tích nhận bức xạ trực tiếp

t12: hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng bức xạ mặt trời

Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời phụ thuộc vào vị trí của kho lạnh, hướng của vách cũngnhư diện tích của nó t12 được lấy như sau:

-Đối với trần màu xám ( bê tông, xi măng hoặc lớp phủ) lấy t12 = 190C,

-Màu sáng lấy 160C

Đối với tường lấy t12 theo bảng sau:

Bảng: Hiệu nhiệt độ dư t12 theo hướng và tính chất bề mặt vách

Nam

Tây Nam

Đông Tây Tây

Bắc

Đông Bắc

2 1.6

4 3.2

10 8

11 10

11 10

13 12

7 6

6 5

0 0

3.3.Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra:

Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh như gia lạnh, kết đông và hạ nhiệt độtiếp trong phòng bảo quản đông được tính theo biểu thức:

Q2 = M(h1 – h2)

3600.241000

h1,h2: entanpy của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh, kJ/kg, tra bảng

M: năng suất buồng gia lạnh, kết đông hoặc lượng hàng nhập vào các buồng bảo quản lạnh hoặc đông, tấn/24h

Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra, kW

Đối với sản phẩm được bảo quản trong bao bì thì phải tính thêm lượng nhiệt do bao

bì thải ra:

Q2b = Mb Cb(t1 – t2)

3600.24

1000

, kW

Mb: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, tấn/24h

Cb: nhiệt dung riêng của bao bì, kJ/kgK

t1, t2: nhiệt độ sản phẩm trước khi đưa vào kho và nhiệt độ kho bảo quản

Khối lượng bao bì: Mb = (1030%)M, đặc biệt đối với bao bì thủy tinh thì Mb = M,bao bì gỗ thì Mb=20% M

Nhiệt dung riêng của bao bì lấy như sau:

Bao bì gỗ: 2.5 kJ/kgK

Bìa cacton: 1.46 kJ/kgK

Kim loại: 0.46 kJ/kgK

Thủy tinh: 0.835 kJ/kgK

Thường lấy t1=580C, t2 lấy bằng nhiệt độ bảo quản trong kho lạnh

3.4.Dòng nhiệt do thông gió phòng lạnh:

Q3 chỉ được tính cho các phòng lạnh bảo quản rau quả và trứng

Q2 = Mk(h1 – h2), kW

Mk : lưu lượng không khí của quạt thông gió, kg/s

h1 , h2 : entanpy của không khí ở ngoài và trong phòng, kJ/kg,

Mk được tính như sau:

3600.24

k a V

M   , kg/s V: thể tích phòng bảo quản cần thông gió, m3

a: số lần thay đổi không khí trong 1 ngày đêm, lần/24h

k:khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ và độ ẩm trong phòng lạnh

Q4 = Q41 + Q42+ Q43+ Q44

Q41 : dòng nhiệt do chiếu sáng

Q42 : dòng nhiệt do người tỏa ra

Q43 : dòng nhiệt do các động cơ

Q44: dòng nhiệt tổn thất khi mở cửa

Các dòng nhiệt này được tính vào phụ tải nhiệt của máy nén và thiết bị

a)Dòng nhiệt do chiếu sáng:

350 W/người : nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng

c)Dòng nhiệt do các động cơ điện tỏa ra:

Q43 = 1000.N., W

N: tổng công suất của động cơ điện, kW

: hệ số hoạt động đồng thời, % Nếu tất cả các động cơ đều hoạt động

Phòng có diện tích nhỏ lấy trị số nhỏ và ngược lại

d)Dòng nhiệt khi mở cửa:

3.6.Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q 5 :

Q5 = E(0.1qn+0.9Qbq) W

Trong đó:

E:dung tích kho lạnh, tấn

qn, qbq:dòng nhiệt tỏa ra khi nhập sản phẩm vào kho lạnh vói nhiệt độ ban đầu và

sau đó hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ bảo quản, W/tấn, tra theo bảng

3.7.Tính tải nhiệt cho máy nén và thiết bị:

3.7.1.Phụ tải nhiệt thiết bị:

Tải nhiệt cho thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cầnthiết của thiết bị bay hơi Công suất giải nhiệt yêu cầu của thiết bị bao giờ cũng phảilớn công suất máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động có thể xãy ratrong quá vận hành

Vì thế, tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt:

TB K

q

q.Q

- Thiết bị hồi nhiệt:

0

HN TB 0

TB HN

q

q.Q

3.7.2 Phụ tải nhiệt cho máy nén

Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệtyêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng của các tổn thất nhiệt Để tránh lựa chọn máy nén cócông suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệtthành phần nhưng tuỳ theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của tải nhiệt

đó.

Cụ thể, tải nhiệt máy nén được lấy theo tỷ lệ nêu ở bảng định hướng dưới đây

Bảng : Tỷ lệ tải nhiệt để chọn máy nén

Kho lạnh bảo quản và phân phối 100% 100% 5070%

Kho bảo quản cá và trung chuyển 100%

Kho bảo quản cá của nhà máy chế biến 85%

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LẠNH TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

THỰC PHẨM.

4.1.Cơ sở lý thuyết về làm lạnh thực phẩm:

4.1.1.Các nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm:

Có nhiều nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm, trong đó có ba nguyên nhân chính là:

 Do tác dụng của men của chính thực phẩm

 Do vi sinh vật từ bên ngoài

 Do các độc tố tiết ra từ các loại vi sinh vật, nấm mốc hoặc từ thực phẩm

Trong ba nguyên nhân trên nguyên nhân do vi sinh vật xâm nhập là lớn hơn cả Visinh vật có thể chia làm ba nhóm: ưa nóng (30÷800C), ưa ấm (24÷400C) và ưa lạnh (-10÷250C) Phổ biến nhất là loại ưa ấm, còn các loại ưa nóng và ưa lạnh ít phổ biến hơn.Tuy ở đâu cũng tồn tại tất cả các loại trên, nhưng chúng chỉ phát triển tốt ở những điềukiện nhiệt độ thích hợp

Trong bảo quản thực phẩm, các loại vi sinh vật ưa lạnh này là thủ phạm chủ yếulàm giảm chất lượng sản phẩm Một số loại hoạt động ở nhiệt độ -150C thậm chí đến-800C, chúng có khả năng phát triển ở tất cả các loại thực phẩm bảo quản

Ở nhiệt độ thấp không có khả năng tiêu diệt vi sinh vật Đó chính là nhược điểmchủ yếu của việc bảo quản lạnh thực phẩm Do đó để việc bảo quản thực phẩm đạt hiệuquả cao người ta thường kết hợp bảo quản lạnh với một số phương pháp bảo quản khácnhư cho thêm hóa chất, chất sát trùng, chiếu xạ bằng các tia tử ngoại, tia X

4.1.2.Các biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm:

Trong quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh, nhiệt độ thấp chỉ tác dụng ức chế,kìm hãm sự biến đổi sinh hóa, lý hóa thực tế quá trình này vẫn tiến triển nên chấtlượng sản phẩm vẫn bị thay đổi

1.Biến đổi lý học: đó là biến dạng về hình dạng, màu sắc của thực phẩm,

nhưng quan trọng hơn cả là sự khô hao thực phẩm Trong phóng bảo quản đông hoặclạnh, do sự bay hơi rau quả mất nước sẽ bị héo quắt, bề mặt thịt sẽ trở nên tối sẫm

Sự bay hơi phụ thuộc chủ yếu dựa vào diện tích bề mặt bay hơi, độ chênh nhiệt

độ giữa sản phẩm và dàn, tốc độ gió trong phòng, tính chất sản phẩm, độ chính tới củasản phẩm, đặc biệt đối với các loại rau quả Sự bay hơi là nguyên nhân chính làm haohụt khối lượng sản phẩm

2.Biến đổi hóa học: sự biến đổi hóa học bị kìm hãm do nhiệt độ thấp nhưng

không hoàn toàn bị triệt tiêu, do đó vẫn có những biến đổi hóa học trong phẩm, tuynhiên không đáng kể

3.Biến đổi về sinh lý: biến đổi về sinh lý chủ yếu chỉ xảy ra với các loại râu quả

có sự hô hấp khi bảo quản Đó là quá trình trao đổi chất của tế bào cơ thể sống: hấp thụ

O2, thải CO2, hơi nước và nhiệt

4.Biến đổi sinh hóa: Sau khi chết, động vật tỏa ra nhiệt nhiều hơn cả khi con vật

còn sống

Động vật sau khi giết và đem làm lạnh đều trải qua 3 giai đoạn biến đổi sinh hóa:

1)Giai đoàn tê cóng sau khi chết: ở giai đoạn này độ chắc của cơ bắp tăng lên,

độ đàn hồi giảm, trở lực cắt có thể tăng lên gấp đôi, do đó đem chế biến thịtđang ở giai đoạn này sẽ mất ngon

2)Giai đoạn chín tới (chín hóa học): sau khi tê cóng, thịt bắt đầu mềm ra, lúc đóthịt đã chuyển sang giai đoạn chính tới Độ chắc của thịt giảm mạnh, thịt chínsinh học có độ tiêu hóa cao, ngon hơn thịt tươi Ở cá không có giai đoạn nàychín hóa học mà chuyển sang giai đoạn phân hủy sâu sắc hay thối rữa

3)Giai đoạn phân hủy sâu sắc: xảy ra sau quá trình chín tới do các men ở chínhtrong thịt súc vật Nếu để thịt ở nhiệt độ thân nhiệt của con vật (36 đến 370C) tốc

độ phản ứng rất mãnh liệt và thịt con vật bắt đầu thối rữa

4.1.3.Phương pháp làm lạnh thực phẩm:

Làm lạnh thực phẩm là hạ nhiệt độ thực phẩm xuống gần nhiệt độ đông cứngcủa nó, có nghĩa là không xuống nhiệt độ đóng băng của sản phẩm Nhiệt độ đóng băngcủa thịt đóng băng của thịt động vật hoặc sản phẩm từ thực vật thấp hơn nhiệt độ đóngbăng của nước Có 6 phương pháp làm lạnh như sau:

1.Làm lạnh tĩnh: sản phẩm được làm lạnh trực tiếp nhờ các các dàn lạnh tĩnh

bay hơi trực tiếp hoặc làm lạnh gián tiếp qua nước muối Không khí lạnh trong phòngđối lưu tự nhiên

Phương pháp làm lạnh tĩnh có tốc độ làm lạnh chậm, tốn diện tích làm lạnhnhưng độ khô hao thực phẩm nhỏ, độ ẩm không khí cao

2.Làm lạnh tăng cường: các phòng lạnh được trang bị các dàn quạt Dàn lạnh có

thể là bay hơi trực tiếp hoặc gián tiếp qua nước muối Không khí đối lưu cưỡng bức do

đó quá trình làm lạnh tăng, thời gian làm lạnh rút ngắn Tổn hao khối lượng do khô haolớn hơn phương pháp làm lạnh tĩnh Phương pháp này có thể áp dụng cho tất cả cácloại sản phẩm thịt cá, rau quả

3.Làm lạnh phun: các phòng lạnh được trang bị các buống phun nước muối.

Không khí được trao đổi nhiệt ẩm trực tiếp với nước muối, sau đó vào làm lạnh sảnphẩm Phương pháp này giảm tiêu hao khối lượng nhưng không dùng được cho các sảnphẩm kị muối

Phương pháp này khá hiệu quả đối với sản phẩm gà vịt gia cầm đóng gói, có thểxối trực tiếp nước muối lên sản phẩm Đối với rau quả có thể dùng nước lạnh gần 00Cxối trực tiếp vừa có tác dụng làm lạnh, vừa có tác dụng tẩy rửa rau quả

4.Làm lạnh bằng cách nhúng sản phẩm vào nước muối: sản phẩm được nhứng

trực tiếp trong nước muối đã được làm lạnh, thời gain làm lạnh rút ngắn đáng kể.Phương pháp này sử dụng hiệu quả cho sản phẩm đóng gói trong bao nilông kín như

gà, vịt, gia cầm Có thể dùng phương pháp này để làm lạnh cá, nhưng phải dùng thêmchất phụ gia để tránh thẩm thấu làm tăng khối lượng sản phẩm

5.Ướp đá, vùi tuyết: phương pháp này thường được sử dụng để làm lạnh cá Đá

được đạp vụn hoặc xay vụn sau đó có thể trộn thêm với muối hoặc chất khoáng sinh rồi

mang bảo quản cá, cá và đá được xếp thành lớp Ướp đá có thể dùng cho rau quả, chỉcần xếp đá vào các ngăn bảo ôn, sau đó xếp rau, quả vào giữa.

6.Làm lạnh chân không: phương pháp này dùng cho rau quả là chính Rau quả

được xếp vào phòng kín bằng kim loại sau đó đóng kín phòng, hút chân không bằngmáy nén kiểu ejector Dưới áp lực chân không, hơi nước từ chính rau quả sẽ bốc hơilàm lạnh rau quả Phương pháp này có ưu điểm là quá trình lmà lạnh nhanh, đảm bảochất lượng và mỹ quan sản phẩm

4.2.Một số phương pháp bảo quản thực phẩm:

1.Phương pháp phóng xạ:

 Phóng xạ ion: các phóng xạ ion có thể là tia cực âm, tia rơnghen, các tia phóng

xạ gama Các tia phóng xạ có khả năng xác trùng cao Do đó chúng được dùng để tiêudiệt toàn bộ vi sinh vật làm hỏng sản phẩm hoặc kìm hãm chúng không cho phát triểntrong thời gain dự định bảo quản ở nhiệt độ thường hoặc kết hợp với bảo quản lạnh.Trước khi chiếu xạ cần nghiên cứu kỹ mức độ chiếu xạ phù hợp tránh làm biến đổitính chất của sản phẩm

 Chiếu xạ tử ngoại: tia tử ngoại có đặc điểm là không thể xuyên thấu sản phẩm,

do đó nó chỉ có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt sản phẩm Tia tử ngoại cũng

có ảnh hưởng đến sản phẩm làm biến đổi cấu trúc protein trong sản phẩm và rất độcđối với con người Do đó trước khi chiếu xạ phải nghiên cứu kỹ liều lượng bức xạ, thờiginn bức xạ để bảo quản sản phẩm

2.Phương pháp sấy khô:

Phương pháp sấy khô là phương pháp lấy ẩm của sản phẩm, ngăn ngà hoạt độngcủa vi sinh vật và nấm mốc

Phương pháp sấy khô có nhiều ưu điểm song cũng có một số nhược điểm như:thực phẩm sấy khô không được sử dụng ngay mà phải ngâm nước trước khi sử dụng.Nếu sấy khô ở nhiệt độ cao có thể làm biến chất sản phẩm bảo quản Để không phá hủycác chất hoạt tính sinh học như hoocmon, men, vitamin người ta sấy khô thực phẩmbằng bơm nhiệt, bằng cách hút chân không hoặc sấy thăng hoa

3.Phương pháp sử dụng chất kháng sinh:

Chất kháng sinh được sử dụng để bảo quản thực phẩm kết hợp với bảo quảnlạnh Chất kháng sinh không có hại đối với thực phẩm, bền vững đối với các tác độngkhác nhau bến ngoài môi trường lại dể bị phân hủy khi nấu nướng Khi dùng chấtkháng sinh kết hợp với bảo quản lạnh có thể làm tăng thời hạn bảo quản lên gấp rưỡi,thậm chí gấp hai, ba lần bình thường

4.Phương pháp sử dụng các chất khí ozon, CO2

 Dùng khí ozon (O3): ozon có khả năng oxi hóa mạnh, khi nó phân ly thành O2 vàmột O nguyên tử nó có khả năng tiệt trùng mạnh Nó dùng để tiệt trùng khôngkhí các phòng lạnh trước khi đưa hàng vào, tiệt trùng khử mùi thực phẩm

Khi xử lý ozon cần hạ nhiệt độ phòng lạnh và tăng độ ẩm bảo quản thì hiệu quả

sẽ cao hơn

 Dùng khí CO2

Khí CO2 có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm vì CO2 kìm hãm sựhoạt động của vi sinh vật, nhưng không có khả năng tiêu diệt được nấm mốc và vi sinhvật

Nếu dùng liều lượng quá cao sẽ làm biến chất sản phẩm

5.Phương pháp sử dụng bao bì đóng gói:

Một số loại bao bì dùng để bảo quản thực phẩm chống sự xâm nhập của vi sinhvật từ bên ngoài, chống mất mùi, chống thấm khí thấm ẩm từ bên ngoài vào, chốngnhiễm mùi

Các dạng chủ yếu của bao bì thực phẩm là: thủy tinh, gỗ, hộp sắt tây, giấycactông, giấy tráng thiết hoặc tráng nhôm, các túi nhựa bảo quản thực phẩm Nếu kếthợp với các phương pháp khác như bảo quản lạnh như sấy khô, ướp muối, chiếu phóngxạ thì thời gian bảo quản sẽ tăng lên đáng kể

4.3.Ứng dụng lạnh trong cấp đông thực phẩm:

4.3.1.Mục đích và ý nghĩa của cấp đông thực phẩm:

Thực phẩm ở nhiệt độ cao dưới tác dụng của men phân giải (enzim) của bảnthân và các vi sinh vật sẽ xảy ra quá trình biến đổi về chất, dẫn đến hư hỏng, ươn thối

Khi nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các quá trình trên sẽ bị ức chế và kìm hãm,tốc độ các phản ứng hoá sinh sẽ giảm Nhiệt độ càng thấp, tốc độ phân giải càng giảmmạnh

Khi nhiệt độ giảm thì hoạt động sống của tế bào giảm là do:

- Cấu trúc tế bào bị co rút;

- Độ nhớt dịch tế bào tăng;

- Sự khuyếch tán nước và các chất tan của tế bào giảm;

- Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm Nhiệt độ thấp ức chế tốc độ của cácphản ứng hoá sinh trong thực phẩm Nhiệt độ thấp tốc độ giảm, người ta tính rằng cứgiảm 10oC thì tốc độ phản ứng hoá sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3 Nhiệt độ thấptác dụng đến các men phân giải nhưng không tiêu diệt được nó Nhiệt độ giảm xuống

0oC hoạt động của hầu hết các enzim bị đình chỉ Men lipaza, trypsin, catalaza ở nhiệt

độ -191oC cũng không bị phá huỷ Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm, ví dụkhả năng phân giải của men lipaza phân giải mỡ cho ở bảng 4-1 dưới đây

Bảng : Khả năng phân giải của men phân giải mỡ lipaza

4.3.2 Cơ chế đóng băng trong thực phẩm khi cấp đông

Nước trong thực phẩm do có hoà tan các chất tan nên nhiệt độ đóng băng thấphơn 0oC

Khi hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các dạng nước trong thực phẩm đóngbăng dần dần tuỳ mức độ liên kết của chúng với tế bào

Khi nhiệt độ hạ xuống thấp bằng nhiệt độ cấp đông, trước tiên các tinh thể đáxuất hiện ở gian bào (khoảng trống giữa các tế bào) Khi đến điểm đóng băng đa sốnước ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên cao hơn trong tế bào Do đó

áp suất thẩm thấu tăng lên làm cho nước trong tế bào có xu hướng ra ngoài qua gianbào, qua màn bán thấm của tế bào Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì nước trong tế bào ra

sẽ làm các tinh thể hiện diện lớn lên mà không tạo nên tinh thể mới

Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn bên trong tếbào, tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều

Do đó nếu hạ nhiệt chậm tế bào bị mất nước và các tinh thể đá tạo ra sẽ to vàchèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, giảm chất lượng sản phẩm

Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến nước liên kết, bắt đầu từ nước có liênkết yếu đến nước có liên kết mạnh

4.3.3.Các phương pháp và thiết bị kết đông thực phẩm

Thiết bị cấp đông có rất nhiều dạng, hiện nay ở nước ta sử dụng phổ biến các hệ thốngnhư sau:

- Kho cấp đông gió (Air Blast Freezer);

- Tủ cấp đông tiếp xúc (Contact Freezer);

- Tủ cấp đông gió;

- Hệ thống cấp đông dạng rời , có băng chuyền IQF;

Hệ thống cấp đông có băng chuyền cấp đông thẳng

Hệ thống cấp đông có băng chuyền dạng xoắn

Hệ thống cấp đông siêu tốc

- Hệ thống cấp đông nhúng N2 lỏng

4.3.3.1 Làm đông thực phẩm trong không khí lạnh

Thực phẩm được làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ âm sâu đối lưu cưỡng bứcqua bề mặt Quá truyền nhiệt là trao đổi nhiệt đối lưu

Sản phẩm cấp đông có thể dạng block hoặc dạng rời, nhưng thích hợp nhất là dạng sảnphẩm rời

a Ưu điểm

-Không khí có nhiệt dung riêng nhỏ nên giảm nhiệt độ nhanh

-Khi tiếp xúc không gây các tác động cơ học vì thế giữ nguyên hình dáng kích thước thực phẩm, đảm bảo thẩm mỹ và khả năng tự bảo vệ cao của nó

-Hoạt động liên tục, dễ tự động hoá sản xuất

b Nhược điểm

-Thực phẩm dễ bị khô do bay hơi nước bề mặt và dễ bị ôxi hoá do tiếp xúc

Truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc là dẫn nhiệt

Phương pháp làm đông tiếp xúc thường được áp dụng cho các loại sản phẩmdạng khối (block)

Làm đông cực nhanh:

Thực phẩm được di chuyển trên các băng chuyền và được phun làm lạnh bằng ni tơlỏng có nhiệt độ bay hơi rất thấp -196oC Vì thế thời gian làm lạnh đông cực nhanh từ5÷10 phút Hiện nay các nước phát triển ứng dụng rộng rãi phương pháp này

Bảng: Các thông số về phương pháp cấp đông

Phương pháp cấp đông Nhiệt độ tâmsản phẩm 0C

Thông số khôngkhí trong buồngcấp đông

Thờigiancấpđông

Tổnhaokhốilượng,

%

Banđầu Cuối Nhiệtđộ, 0C Tốc độchuyển

4.3.3.2 Làm đông bằng hổn hợp đá và muối

Phương pháp này thực hiện ở những nơi không có điện để chạy máy lạnh Khi chomuối vào nước đá thì tạo nên hỗn hợp có khả năng làm lạnh Tuỳ thuộc vào tỷ lệ muốipha mà đạt được các hổn hợp nhiệt độ khác nhau

Phương pháp này có ưu điểm đơn giản dễ thực hiện

Nhưng có nhược điểm là nhiệt độ hỗn hợp tạo ra không cao cỡ -12oC, vì vậy chỉ cókhả năng bảo quản trong thời gian ngắn và thực phẩm tươi sạch Nhược điểm khác củaphương pháp này là thực phẩm mất trọng lượng và giảm phẩm chất bề mặt

4.3.3.3 Làm đông bằng nước muối lạnh

Có 2 cách:

1 Ngâm trong nước muối

Cá được xếp vào giỏ lưới rồi nhúng vào bể nước muối được làm lạnh bởi giàn bốchơi amôniăc Nước muối được lưu động bằng bơm, nhiệt độ -18oC, thời gian làm đông

3 giờ

2 Phun nước muối lạnh

Phương pháp này được ứng dụng trong chế biến thuỷ sản

Cá vận chuyển trên băng chuyền và được phun nước muối lạnh -25oC Khi đã đônglạnh cá được phun nước sạch 20oC để rửa muối bám lên cá, cuối cùng cá được phunnước 0oC để mạ băng trước khi chuyển về kho bảo quản

Theo phương pháp này thời gian làm đông ngắn mà hao hụt trọng lượng ít, lượng muốingấm vào ít Tuy nhiên phương pháp này cũng làm cho thực phẩm ngấm muối ít nhiều

4.3.4.Kho cấp đông:

Nguyên lý cấp đông của kho là làm lạnh bằng không khí đối lưu cưỡng bức Sảnphẩm cấp đông dạng block hoặc dạng rời được đặt trong các khay và chất lên các xecấp đông Xe cấp đông làm bằng vật liệu inox, có nhiều tầng, khoảng cách giữa cáctầng đủ lớn để sau khi xếp các khay sản phẩm vào vẫn còn khoảng hở nhất định đểkhông khí lạnh tuần hoàn đi qua Không khí lạnh tuần hoàn cưỡng bức trong khoxuyên qua khe hở giữa các khay và trao đổi nhiệt về cả hai phía Quá trình trao đổinhiệt ở đây là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, phía trên trao đổi trực tiếp với sảnphẩm, phía dưới trao đổi qua khay cấp đông và dẫn nhiệt vào sản phẩm

Hình 15: Bố trí bên trong kho cấp đông

Nhiệt độ không khí trong buồng cấp đông đạt –35oC Do đó thời gian cấp đôngkhá nhanh, đối với sản phẩm dạng rời khoảng 3 giờ/mẻ, sản phẩm dạng block khoảng7÷9 giờ/mẻ

Dàn lạnh kho cấp đông có thể treo trên cao hoặc đặt dưới nền Đối với kho côngsuất lớn, người ta chọn giải pháp đặt nền, vì khối lượng dàn khá nặng Khi treo trên caongười ta phải làm các giá treo chắc chắn đặt trên trần panel và treo lên các xà nhà

Dàn lạnh kho cấp đông thường bám tuyết rất nhiều, do sản phẩm cấp đông còntươi và để trần, nên phải được xả băng thường xuyên Tuy nhiên không nên lạm dụng

xả băng, vì mỗi lần xả băng bao giờ cũng kèm theo tổn thất nhiệt nhất định, đồng thờingừng làm lạnh nên thời gian xả băng bị kéo dài Người ta thường chọn giải pháp xảbăng bằng nước cho dàn lạnh kho cấp đông

Sơ đồ nguyên lý hệ thống và cấu tạo các thiết bị sử dụng trong các kho cấp đông tươngđối đơn giản, dễ chế tạo

Kho cấp đông có ưu điểm là khối lượng hàng cấp đông mỗi mẻ lớn Tuy nhiên,

do thời gian cấp đông khá lâu nên kho cấp đông ít được sử dụng

1.Máy nén; 2- Bình chứa; 3- Bình ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình tách lỏng HN; Dàn lạnh; 7- Tháp GN; 8- Bơm nước GN; 9- Bình trung gian; 10- Bộ lọc; 11- Bể

6-nước; 12- Bơm xả băng

Hình 16: Sơ đồ hệ thống lạnh kho cấp đông môi chất R 22

Hệ thống gồm các thiết bị chính sau đây

- Máy nén: Hệ thống sử dụng máy nén 2 cấp Các loại máy nén lạnh thường hay được

sử dụng là MYCOM, York-Frick, Bitzer, Copeland vv…

- Bình trung gian: Đối với hệ thống lạnh 2 cấp sử dụng frêôn người ta thường sử dụng

bình trung gian kiểu nằm ngang Bình trung gian kiểu này rất gọn, thuận lợi lắp đặt,vận hành và các thiết bị phụ đi kèm ít hơn

Đối với hệ thống nhỏ có thể sử dụng bình trung gian kiểu tấm bản của Alfalaval chi phíthấp nhưng rất hiệu quả

Đối với hệ thống NH3, người ta sử dụng bình trung gian kiểu đứng với đầy đủ các thiết

bị bảo vệ, an toàn

- Bình tách lỏng hồi nhiệt: Trong các hệ thống lạnh thường các thiết bị kết hợp một hay

nhiều công dụng Trong hệ thống frêôn người ta sử dụng bình tách lỏng kiêm chứcnăng hồi nhiệt Sự kết hợp này thường làm tăng hiệu quả của chức năng

1- Dàn lạnh; 2- Quạt dàn lạnh; 3- Trần giả; 4- Tấm hướng dòng; 5- Xe hàng

Hình 17 : Bố trí bên trong kho cấp đông

- Vỏ kho: Vỏ kho được lắp ghép từ các tấm panel polyurethan, dày 150mm Riêng nền

kho, không sử dụng các tấm panel mà được xây bê tông có khả năng chịu tải trọng lớn.Nền kho được xây và lót cách nhiệt giống như nền kho xây Để gió tuần hoàn đều trongkho người ta làm trần giả tạo nên kênh tuần hoàn gió

- Các thiết bị khác: Ngoài thiết bị đặc biệt đặc trưng cho hệ thống kho cấp đông sử

dụng R22, các thiết bị khác như thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp, tháp giải nhiệt vv không có điểm khác đặc biệt nào so với các hệ thống khác

4.3.5 Hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc

a)Cấu tạo tủ cấp đông

Tủ cấp đông tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng block Mỗiblock thường có khối lượng 2 kg

Hình dưới là cấu tạo của một tủ cấp đông tiếp xúc Tủ gồm có nhiều tấm lắc cấp đông(freezer plates) bên trong, khoảng cách giữa các tấm có thể điều chỉnh được bằng benthuỷ lực, thường chuyển dịch từ 50÷105mm Kích thước chuẩn của các tấm lắc là2200Lx1250Wx22D (mm) Đối với tủ cấp đông lớn từ 2000 kg/mẻ trở lên, người ta sửdụng các tấm lắc lớn, có kích thước là 2400Lx1250Wx22D (mm) Sản phẩm cấp đôngđược đặt trong các khay cấp đông sau đó đặt trực tiếp lên các tấp lắc hoặc lên các mâmcấp đông, mỗi mâm có 4 khay Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt hơn khi có khay vìhạn chế được nhiệt trở dẫn nhiệt Trên hình 4-10 giới thiệu cách sắp xếp các khay cấpđông trên các tấm lắc

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

Khi cấp đông ben thuỷ lực ép các tấm lắc để cho các khay tiếp xúc 2 mặt với tấm lắc.Quá trình trao đổi nhiệt là nhờ dẫn nhiệt Trong các tấm lắc chứa ngập dịch lỏng ởnhiệt độ âm sâu -40÷-45oC

Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống lạnh tủ cấp đông tiếp xúc có thể chia ra làm cácdạng sau:

- Cấp dịch từ bình trống tràn (có chức năng giống bình giữ mức - tách lỏng) Với tủ cấpdịch dạng này, dịch lỏng chuyển dịch dần vào các tấm lắc nhờ chênh lệch cột áp thuỷtĩnh, nên tốc độ chuyển động chậm và thời gian cấp đông lâu 4÷6 giờ/mẻ

- Cấp dịch nhờ bơm dịch Môi chất chuyển động vào các tấm lắc dưới dạng cưỡng bức

do bơm tạo ra nên tốc độ chuyển động lớn, thời gian cấp đông giảm còn 1h30 đến 2h30phút/mẻ Hiện nay người ta thường sử dụng cấp dịch dạng này

- Ngoài các tủ cấp đông sử dụng các phương pháp cấp dịch nêu trên, vẫn còn có dạng

tủ cấp đông cấp dịch bằng tiết lưu trực tiếp Trong trường hợp này, môi chất bên trongcác tấm lắc ở dạng hơi bão hoà ẩm nên hiệu quả truyền nhiệt không cao, khả năng làmlạnh kém, thời gian cấp đông keo dài

Phía trên bên trong tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc và là tấm ép khi ben épcác tấm lắc xuống Để các tấm lắc không di chuyển qua lại khi chuyển động, trên mỗitấm lắc có gắn các tấm định hướng, các tấm này luôn tựa lên thanh định hướng trongquá trình chuyển động Bên trong tủ còn có ống góp cấp lỏng và hơi ra Do các tấm lắcluôn di chuyển nên, đường ống môi chất nối từ các ống góp vào các tấm lắc là các ốngnối mềm bằng cao su chịu áp lực cao, bên ngoài có lưới inox bảo vệ

Trên tủ cấp đông người ta đặt bình trống tràn, hệ thống máy nén thuỷ lực của ben vànhiều thiết bị phụ khác

Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gổ để tránh cầu nhiệt Để tăng tuổithọ cho gỗ người ta sử dụng loại gỗ satimex có tẩm dầu

Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm

Thông số kỹ thuật của tủ như sau:

- Kiểu cấp đông : Tiếp xúc trực tiếp, 2 mặt

- Sản phẩm cấp đông : Thịt, thuỷ sản các loại

- Nhiệt độ sản phẩm đầu vào: +10oC ÷12oC

- Nhiệt độ trung bình sản phẩm sau cấp đông : -18oC

- Nhiệt độ tâm sản phẩm sau cấp đông : -12oC

- Thời gian cấp đông

Cấp dịch từ bình trống tràn : 4 ÷ 6 giờ Cấp dịch bằng bơm : 1,5 ÷ 2,5 giờ Cấp dịch bằng tiết lưu trực tiếp : 7÷9 giờ

- Khay cấp đông : Loại 2 kg

- Nhiệt độ châm nước : 3÷6oC

- Môi chất lạnh NH3/R22

Hình 19: Hệ thống lạnh tử đông tiếp xúc

b)Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông tiếp xúc cấp dịch từ bình chống tràn và cấp dịch nhờbơm

*Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông tiếp xúc, cấp dịch từ bình chống tràn

1- Máy nén; 2- Tháp giải nhiệt; 3- Bình chứa cao áp; 4- Bình ngưng; 5-Bình tách dầu; 6- Bình tách lỏng hồi nhiệt; 7- Bình trung gian; 8- Bình trống tràn; 9- Tủ cấp đông;

10- Bộ lọc ẩm môi chất

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông R 22 cấp dịch từ bình trống tràn

Tủ cấp đông hoạt động theo nguyên lý cấp dịch từ bình trống tràn, trước đây sửdụng rất rộng rãi do hệ thống thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chi phí đầu tư ít hơn so

với cấp dịch bằng bơm nhưng do tốc độ môi chất chuyển động bên trong các tấm lắcchậm nên thời gian cấp đông tương đối dài từ 4÷6 giờ/mẻ

Hiện nay, trước yêu cầu về vệ sinh thực phẩm đòi hỏi phải hạn chế thời gian cấp đôngnên người ta ít sử dụng sơ đồ kiểu này, mà chuyển sang sử dụng sơ đồ cấp dịch bằngbơm

*Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông tiếp xúc, cấp dịch nhờ bơm:

Theo sơ đồ này, dịch lỏng được bơm bơm thẳng vào các tấm lắc nên tốc độchuyển động bên trong rất cao, hiệu quả truyền nhiệt tăng lên rỏ rệt, do đó giảm đáng

kể thời gian cấp đông Thời gian cấp đông chỉ còn khoảng 1giờ 30’÷2 giờ 30’

Tuy nhiên hệ thống bắt buộc phải trang bị bình chứa hạ áp Bình chứa hạ áp đóng vaitrò rất quan trọng, cụ thể:

- Chứa dịch để cung cấp ổn định cho bơm hoạt động

- Đảm nhiệm chức năng tách lỏng: Do dịch chuyển động qua các tấm lắc làcưỡng bức nên ở đầu ra các tấm lắc vẫn còn một lượng lớn lỏng chưa bay hơi, nếu đưatrực tiếp về đầu hút máy nén sẽ rất nguy hiểm, đưa vào các bình tách lỏng nhỏ thìkhông có khả năng tách hết vì lượng lỏng quá lớn Vì thế chỉ có bình chứa hạ áp mới

có khả năng tách hết lượng lỏng này

Bình được bảo vệ bằng: 03 van phao, van an toàn Nhiệm vụ của các van phao như sau:

- Van phao trên cùng, bảo vệ mức dịch cực đại, ngăn ngừa hút lỏng về máy nén Khimức dịch trong bình đạt đến mức cực đại, van phao này tác động đóng van điện từ cấpdịch vào bình trống tràn

- Van phao giữa, bảo vệ mức dịch trung bình, tác động mở van điện từ cấp dịch chobình

- Van phao dưới cùng bảo vệ mức dịch thấp, đây là mức dịch sự cố Khi dịch lỏng quáthấp, sẽ tác động dừng bơm, tránh bơm làm việc không có dịch

- Van phao trên, bảo vệ mức lỏng cực đại, ngăn ngừa hút ẩm về máy nén cao áp Khimức lỏng dâng lên cao, van phao sẽ tác động đống van điện từ cấp dịch vào bình

1.Máy nén; 2- Bình chứa cao áp; 3- Dàn ngưng; 4-Bình tách dầu; 5- Bình chứa hạ áp;6- Bình trung gian;

7- Tủ cấp đông; 8 - Bình thu hồi dầu; 9 -Bơm dịch; 10- Bơm nước giải nhiệt

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý tủ cấp đông NH 3 , cấp dịch bằng bơm

Phương pháp cấp dịch cho tủ đông gió là từ bình trống tràn theo kiểu ngập dịch

a)Cấu tạo tủ đông gió:

Hình 22: Hình dáng và cấu tạo tủ đông gió

Tủ đông gió có cấu tạo dạng tủ chắc chắn, có thể dễ dàng vận chuyển đi nơikhác khi cần Tủ có cấu tạo như sau:

- Vỏ tủ: Cách nhiệt vỏ tủ bằng polyurethan dày 150mm, có mật độ khoảng 40÷42

kg/m3, hệ số dẫn nhiệt λ= 0,018 ÷ 0,020 W/m.K Các lớp bao bọc bên trong và bênngoài vỏ tủ là inox dày 0,6mm

Tủ có 02 buồng, có khả năng hoạt động độc lập, mỗi buồng có 02 cánh cửa cách nhiệt,kiểu bản lề, mỗi cánh tương ứng mở vào một ngăn tủ Kích thước của cánh tủ là 800W

x 1900H x 125T (mm) Hai mặt các cánh tủ là 2 nox dày 0,6mm Cánh tủ có trang bịđiện trở sấy chống đóng băng, bản lề, tay khoá bằng inox, roăn làm kín có khả năngchịu lạnh cao

Khung vỏ tủ được gia công từ thép chịu lực, mạ kẽm và gỗ chống cầu nhiệt tại các vịtrí cần thiết

- Dàn lạnh: Có 1 hoặc 2 dàn lạnh hoạt động độc lập Dàn lạnh có ống, cánh tản nhiệt

và vỏ là thép nhúng kẽm nóng hoặc bằng inox Dàn lạnh được thiết kế để sử dụng chomôi chất NH3 Dàn lạnh đặt trên sàn tủ, xả băng bằng nước Hệ thống đường ống xảbăng, máng hứng nước là thép mạ kẽm Mô tơ quạt là loại chống ẩm ướt, cánh quạtloại hướng trục, có lồng bảo vệ chắc chắn Lòng quạt và máng hứng nước có trang bịđiện trở chống đóng băng

- Giá đỡ khay cấp đông: Mỗi ngăn có 01 giá đỡ khay cấp đông, giá có nhiều tầng để

đặt khay cấp đông, khoảng cách giữa các tầng hợp lý để đưa khay cấp đông vào ra vàlưu thông gió trong quá trình chạy máy

- Khay cấp đông: Khay được chế tạo bằng inox dày 2mm, có đục lổ trên bề mặt để

không khí tuần hoàn dễ dàng Khối lượng hàng trong mỗi khay tuỳ thuộc vào công suất

- Xả băng: bằng nước nhờ hệ thống bơm riêng

- Kiểu cấp đông : đông gió cưỡng bức

- Nhiệt độ sản phẩm vào cấp đông: + 10÷12oC

- Nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau cấp đông: - 18oC

- Nhiệt độ tâm của sản phẩm sau cấp đông: - 12oC

- Thời gian cấp đông : 1 ÷ 2 giờ/mẻ (tuỳ theo sản phẩm)

- Sản phẩm cấp đông : Dạng rời của tôm, cá qua chế biến

- Số ngăn cấp đông: 2, 4, 6 hoặc 8 ngăn Mỗi ngăn chứa khoảng 50 hoặc 62,5 kg