Nghiên cứu thực nghiệm khả năng ứng dụng chất tải lạnh lỏng trong công nghệ cấp đông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRƯƠNG QUANG TRÚC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHẤT TẢI LẠNH TRONG CÔNG NGHỆ CẤP ĐÔNG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 12/2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS - TS Lê Chí Hiệp … ……………………………… Cán chấm nhận xét : ………………………………….…………………………… Cán chấm nhận xét : ………………………………….…………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 12 năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày25 tháng 01 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Trương Quang Trúc Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 20 – 06 – 1964 Nơi sinh : Bình Định Chun ngành : Cơng nghệ nhiệt MSHV : 00605124 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHẤT TẢI LẠNH LỎNG TRONG CÔNG NGHỆ CẤP ĐÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : • Khảo sát hệ thống cấp đơng thực phẩm truyền thống • Phân tích hạn chế quy trình cơng nghệ cấp đơng gió • Đề xuất giải pháp khắc phục luận sở • Tính tốn cho hệ thống cấp đơng gió hệ thống đề xuất • Tiến hành thực nghiệm thiết bị thực tế • Đánh giá kết quả, rút nhận xét, kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 18/02/2008 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/12/2008 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : P.GS TS LÊ CHÍ HIỆP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MƠN QL CHUN NGÀNH P.GS TS LÊ CHÍ HIỆP Nội dung đề cương luận văn Thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày 20 tháng 02 năm 2008 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn thân gặp nhiều khó khăn Cùng với nỗ lực thân giúp đỡ nhiệt tình Thầy, bạn học đồng nghiệp xa gần Qua tập luận văn này, xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy Lê Chí Hiệp, P Giáo sư, Tiến sĩ, Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Nhiệt Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh có cơng đạo hướng dẫn suốt trình thực đề tài Các Thầy Bộ môn Công nghệ Nhiệt Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh có nhiều bảo q trình dạy học q trình góp ý, phản biện cho nội dung đề tài để nội dung đề tài tốt Công ty Cổ phần Đầu tư Thương mại Thủy sản (INCOMFISH) đơn vị động viên mặt tinh thần đơn vị Việt Nam chấp nhận đầu tư toàn kinh phí để triển khai thực đề tài; có cơng đầu Ơng Nguyễn Phát Quang Ông Đặng Việt Hùng việc xúc tiến cụ thể bước triển khai Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè lớp có nhiều hỗ trợ việc giải khó khăn thực đề tài Tác giả đề tài chân thành ghi nhận giúp đỡ xin bày tỏ lịng biết ơn nơi CAM KẾT Tơi xin cam đoan phần tính tốn trình bày luận văn riêng chưa công bố tài liệu tác giả khác TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Xuất phát từ trình làm việc với thiết bị cấp đông, thân ghi nhận công nghệ cấp đông giới Việt Nam ngày hồn thiện Các cơng nghệ cấp đông phát triển nhằm vào hai hướng cấp đơng mơi trường đối lưu khơng khí cấp đơng tiếp xúc Trước đây, thời gian cấp đông kéo dài lâu, theo thời gian hiểu biết người lĩnh vực ngày nhiều người ta rút ngun tắc chung cho q trình cấp đơng tốc độ cấp đơng nhanh chất lượng sản phẩm cao Nhiều công nghệ cấp đông đời nhằm đạt mục đích nói có nhiều nước sản xuất băng chuyền cấp đông siêu tốc với thời gian cấp đông ghi nhận từ thực tế khỏang vài phút sản phẩm mỏng Tập luận văn có giới thiệu q trình cấp đơng tính tốn liên quan Có điều chắn dù cơng nghệ có hồn thiện đến đâu tốc độ cấp đơng thông số giới hạn Muốn vượt qua giới hạn đó, có cách đột phá công nghệ chất Việc cấp đông kiểu tiếp xúc mơi trường khơng khí phổ biến người ta thường hiểu cấp đông phải thực phương thức Thực ra, sản xuất đá (cấp đông nước), người ta dùng dung dịch muối NaCl để làm chất tải lạnh Nhưng nhiệt độ thấp mà dung dịch đạt tới mặt lý thuyết -23,1oC thực tế -20oC Nhiệt độ chưa đủ thấp để cấp đông nhanh thực phẩm, dung dịch NaCl dừng lại mức độ sản xuất đá Nếu có dung dịch hay chất lỏng làm việc (khơng đơng đặc) đến nhiệt độ -30 ÷ -35oC đáp ứng yêu cầu khác chất tải lạnh việc ứng dụng chúng để đưa cơng nghệ cấp đơng có nhiều tính ưu việt điều có ý nghĩa thực tiễn lớn Nội dung chủ yếu tập luận văn nhằm đến mục đích Các nội dung cụ thể tập luận văn bao gồm việc khảo sát, đánh giá lại hệ thống cấp đông truyền thống; xem xét, khảo sát chất tải lạnh có thể, xác định chất tải lạnh sử dụng được, tính tốn hệ thống cấp đơng tương ứng nhận xét, kết luận rút từ tính toán thực nghiệm Đi kèm với tài liệu hình ảnh đọan phim minh họa nội dung cần thiết MỤC LỤC MỞ ĐẦU : Tình hình cấp đơng thực phẩm 01 CHƯƠNG : Những vấn đề chung đông lạnh thực phẩm 04 1.1 Phân loại giới hạn làm lạnh 04 1.2 Mục đích làm lạnh đơng nguyên lý bảo quản thực phẩm 04 1.3 Sự kết tinh nước thực phẩm 05 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết tinh nước thực phẩm 06 1.5 Sự biến đổi thực phẩm q trình cấp đơng 09 1.6 Thời gian làm lạnh đông thực phẩm 12 1.7 Các phương pháp thiết bị kết đông thực phẩm 15 1.8 Xử lý thực phẩm sau cấp đông 16 CHƯƠNG : Các thiết bị cấp đông 19 2.1 Hệ thống kho cấp đông 19 2.1.1 Những vấn đề chung 19 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý 19 2.1.3 Kết cấu cách nhiệt kho cấp đông 22 2.1.4 Tính nhiệt kho cấp đơng 23 2.2 Hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc 29 2.2.1 Tổng quát tủ cấp đông 29 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 32 2.2.3 Cấu tạo kích thước tủ cấp đơng 35 2.2.4 Tính nhiệt tủ cấp đơng 37 2.3 Hệ thống tủ cấp đơng gió 40 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 40 2.3.2 Kết cấu đặc tính kỹ thuật tủ đơng gió 41 2.4 Hệ thống cấp đông I.Q.F 43 2.4.1 Khái niệm phân loại 43 2.4.2 Sơ đồ nguyên lý 44 2.4.3 Hệ thống cấp đông IQF băng chuyền lưới thẳng 44 2.4.4 Hệ thống cấp đông I.Q.F băng chuyền thép 46 2.4.5 Hệ thống cấp đông I.Q.F với buồng cấp đơng có băng tải dạng xoắn 47 2.4.6 Hệ thống cấp đông I.Q.F siêu tốc 49 CHƯƠNG : Đề xuất hướng cấp đông 55 3.1 Các vấn đề trình cấp đông thực phẩm 55 3.2 Đề xuất hướng giải 57 3.3 Lựa chọn chất tải lạnh đáp ứng nhu cầu 59 3.4 Các vấn đề cần lưu ý dùng dung dịch CaCl2 làm chất tải lạnh 61 3.5 Thiết kế sơ hệ thống 62 CHƯƠNG : Tính tốn lý thuyết Chế tạo vận hành mơ hình thử nghiệm 64 4.1 Tính tốn thời gian cấp đơng 64 4.2 Tính hệ số làm lạnh chu trình 70 4.3 Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm 72 4.4 Kết vận hành thực tế 74 4.4.1 Mơ hình thực nghiệm tự làm – Kết thực nghiệm tính tốn 74 4.4.2 Thực tế sản xuất cấp đông nhúng Xijang Qiao - Trung Quốc 77 4.4.3 Thực tế sản xuất cấp đơng gió Incomfish – Việt Nam 77 CHƯƠNG : Thiết kế hệ thống cấp đông nhúng kiểu băng chuyền 78 5.1 Đề xuất quy trình vận hành hệ thống cấp đông nhúng kiểu liên tục 78 5.2 Những nhận xét hệ thống 80 5.3 Thiết kế hệ thống cấp đông nhúng kiểu băng chuyền 80 5.3.1 Tính thời gian cấp đông 81 5.3.2 Tính kích thước bể cấp đơng 83 5.3.3 Tính nhiệt hệ thống lạnh 83 5.3.4 Tính COP chu trình lạnh 87 5.3.5 Tính chọn máy nén lạnh 87 5.3.6 Tính trở kháng thuỷ lực chọn bơm dung dịch 87 5.3.7 Tính lực kéo belt chọn động kéo belt 91 5.4 Chọn sơ đồ nhiệt nguyên lý cho hệ thống lạnh 92 CHƯƠNG : Đánh giá - Nhận xét - Kết luận 93 6.1 Đánh giá hiệu kỹ thuật 93 6.2 Đánh giá hiệu kinh tế 94 6.3 Tổng hợp ưu nhược điểm hệ thống cấp đơng gió cấp đông nhúng 98 6.4 Những nhận xét 99 6.5 Kết luận 100 Phụ lục : Một số chất tải lạnh dùng công nghiệp Đức 101 Phụ lục : Tính chất vật lý dung dịch nước muối CaCl2 theo nồng độ 102 Phụ lục : Tính chất vật lý dd etylen glycol C2H4(OH)2 theo nồng độ 104 Tài liệu tham khảo 105 QUY ƯỚC, KÝ HIỆU VÀ HẰNG SỐ VẬT LÝ Sau quy ước, ký hiệu giá trị số vật lý dùng luận văn τ : thời gian, s υ : độ nhớt động học, m2/s ρ : khối lượng riêng, kg/m3 ω : vận tốc, m/s α : hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K λ : hệ số dẫn nhiệt vật liệu, W/mK δ : chiều dày, m ε : hệ số làm lạnh β : hệ số giãn nở nhiệt độ, K-1 p : áp suất, kG/cm2 t : nhiệt độ Celcius, oC T : nhiệt độ Kelvin, K v : thể tích riêng, m3/kg V : thể tích, m3 ln : logarit tự nhiên (cơ số e = 2,7182) i : enthalpy riêng 1kg chất xét, kJ/kg I : enthalpy chất xét, kJ G : lưu lượng khối lượng, kg/s Q : suất lạnh, W, kW N : công suất điện, W, kW g : gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 Rμ : số phổ biến chất khí, Rμ = 8314,4J/kmol.K MỞ ĐẦU TÌNH HÌNH CẤP ĐƠNG THỰC PHẨM HIỆN NAY Hiện nhu cầu sử dụng lạnh giới ngày tăng lên Trong đó, điều hồ khơng khí cấp đơng thực phẩm hai lĩnh vực có phát triển mạnh mẽ Đối với lĩnh vực điều hoà khơng khí việc phát triển tập trung vào hai đối tượng cải tiến, đổi máy nén lạnh phát triển kỹ thuật điều khiển Còn lĩnh vực cấp đơng thực phẩm phát triển lại nhắm vào nhiều hướng khác nhau, : Cải tiến thiết bị hệ thống lạnh thiết bị cấp đơng • Cải tiến, đổi máy nén lạnh • Cải tiến thiết bị cấp đơng • Tìm kiếm tác nhân lạnh có đặc tính nhiệt động tốt, an toàn với người thân thiện với mơi trường • Phát triển kỹ thuật điều khiển • Cải tiến thiết bị phụ trợ khác Với nỗ lực theo nhiều hướng khác đó, cơng nghệ cấp đông thực phẩm tiến bước dài, thể tiêu chí sau: • Thời gian cấp đơng ngày rút ngắn • Chất lượng cấp đơng ngày tăng lên • Hiệu kinh tế tăng • Thiết bị ngày gọn nhẹ • Tính thẩm mỹ ngày cao • Tiêu hao nhân công giảm nhờ hệ thống thiết bị giám sát, điều khiển tự động hố ngày hồn thiện Hãng Mycom thuộc tập đoàn Hasegawa Nhật hãng máy nén hàng đầu giới có cải tiến lớn thiết bị máy nén phần thiết bị hệ thống điều khiển Nhiều hãng máy nén khác thê giới Copeland, York, Surely, Hitachi, Mitsubishi có thành cơng tương tự Tương tự vậy, thiết bị cấp đông ngày gọn nhẹ, đẹp tổn thất nhiệt ngày giảm xuống nhờ sử dụng vật liệu chế tạo cách nhiệt 98 Lưu lượng thể tích tuần hồn V = G / 0,456m3/ph hay 27,36m3/h = 9,5759/1260 = 0,0076m3/s ; tức Hai thiết bị bể đặt dàn bay bể cấp đông nối với ống dẫn hai đầu cho nước muối chảy bể cấp đông ngược chiều sản phẩm Bơm tuần hoàn đặt ống dẫn nước muối từ bể cấp đông bể đặt dàn lạnh Trở kháng thuỷ lực tổng gồm thành phần Trở kháng thuỷ lực nhánh khơng có bơm Trở kháng thuỷ lực nhánh có bơm p1 p2 Trở kháng thuỷ lực thiết bị đặt dàn lạnh Trở kháng thuỷ lực thiết bị cấp đông p3 p4 Ta chọn vận tốc dịng chảy ống dẫn khơng có bơm   m/s Khi đường kính tương ứng D= 4V πω1 = * 0,0076 = 0,1391m π * 0,5 Ta chọn ống có đường kính ngồi D1 = 0,15m Ống inox dày 2,5mm đường kính ống D2 = 0,145m Khi vận tốc dịng chảy tương ứng =4V/ D22 = 4*0,0076/ (3,1416*0,1452) = 0,4602m/s Trở kháng thủy lực đọan ống khơng có bơm Trở kháng ma sát pms = L p1 = pms + pcb, : / 2D1, đó: Chiều dài ống L = 10m Khối lượng riêng nồng độ 28% m /s Tiêu chuẩn Reynolds Re = D1/ = 1260kg/m3; độ nhớt động học = 1,3x10- = 0,4602*0,145/1,3*10-5 = 5197 Theo tài liệu - trang 349, chế độ chảy rối bên ống trơn (Re > 3000) Hệ số ma sát = 0,3164 / Re0,25 = 0,3164/51970,25 = 0,0373 Vậy trở kháng ma sát pms = L w2 / 2D2 = 0,0373*10*1260*0,46022/(2*0,145) = 343N/m2 Trở kháng cục pcb gồm có : 99 Đột thu (tại vị trí bể đặt dàn lạnh vào ống) t= 0,5.(1-fn/fl)0,75 = 0,4925 Tỷ số tiết diện nhỏ lớn đột thu fn/fl = 0,02 m= Đột mở (tại vị trí ống vào bể cấp đông) (1-fn/fl)2 = 0,957 Tỷ số tiết diện nhỏ lớn đột mở fn/fl = 0,02173 Uốn cong 90o, bán kính cong R = 2D, số lượng cái, hệ số 350) = 1,2 (tài liệu 1, trang Vậy trở kháng cục : pcb = ( t + m +4 ) /2 = (0,4925+0,957+4*1,2)*1260*0,46022/2 = 834N/m2 Trở kháng thủy lực đọan ống p1 = pms + pcb = 343 + 834 = 1177N/m2 Đổi mmH2O = 117,7mmH2O Ta chọn vận tốc dịng chảy ống dẫn có bơm = 1m/s Khi đường kính tương ứng D= 4V πω = * 0,0076 = 0,0984m π *1 Chọn ống inox có đường kính ngồi 0,1m Đường kính ống D2 = 0, 95m Khi vận tốc dịng chảy tương ứng =4V/ D22 = 4*0,0076/ (3,1416*0,0952) = 1,07m/s Trở kháng thủy lực đọan ống Trở kháng ma sát p= pms + pcb, : pms = L w2 / 2D2 với: Chiều dài ống L = 10m Tiêu chuẩn Reynolds Re = D/ = 1,07*0,095/1,3*10-5 = 7933 Theo tài liệu - trang 349, chế độ chảy rối bên ống trơn (Re > 3000) Hệ số ma sát = 0,3164 / Re0,25 = 0,3164/79330,25 = 0,0335 Vậy trở kháng ma sát pms = L w2 / 2D2 = 0,0335*10*1260*1,072/(2*0,095) = 2223N/m2 Trở kháng cục pcb gồm có : Đột thu (tại vị trí bể cấp đơng vào ống) t= 0,5.(1-fn/fl)0,75 = 0,49183 Tỷ số tiết diện nhỏ lớn đột thu fn/fl = 0,02173 Đột mở (tại vị trí ống vào bể đặt dàn lạnh) m= (1-fn/fl)2 = 0,9604 100 Tỷ số tiết diện nhỏ lớn đột mở fn/fl = 0,01876 Uốn cong 90o, bán kính cong R = 2D, số lượng cái; ngoặt đầu bơm số lượng có hệ số tra theo tài liệu 1, trang 350 = 1,2 Vậy trở kháng cục pcb = ( t + m + ) /2 = = (0,49183+0,9604+6*1,2)*1260*1,072/2 = 5451N/m2 Bể cấp đông bể dặt dàn lạnh đặt cốt Tuy nhiên vận hành mức lỏng hai bể không : bơm lắp đường lỏng từ bể cấp đông bể đặt dàn lạnh Cịn đường tuần hồn tự chảy nhờ độ chênh mức bể Độ chênh mức trở kháng thủy lực đường ống khơng lắp bơm tính phần Trở kháng thủy lực đọan ống có bơm p2 = pcb = 2223 + 5451 = 7674N/m2 pms + Trở kháng thủy lực dung dịch nước muối chảy qua dàn lạnh tính dựa vào Czz/2, N/m2 hướng dẫn tài liệu - trang 350 : p = Tiết diện hẹp dàn lạnh F2 = 0,7373m2 Vận tốc nước muối tiết diện hẹp dàn lạnh = V/F2 = 0,0076/0,7373 = 0,0103m/s Khoảng hở trung bình chiều ngang ống s1 = 0,1071m Khoảng hở trung bình chiều dọc ống s2 = 0,026m Tiêu chuẩn Reynolds Re = s1/ = 0,0103*0,1071/1,3*10-5 = 86 Hệ số a = s1 / d = 0,1071/0,025 = 4,286 Hệ số b = s2 / d = 0,026/0,025 = 1,04 Tỷ số a/b = 4,286/1,04 = 4,121 Tra đồ thị hình 9-1b - trang 351 - tài liệu 1, ta có s = 1,9 Tra đồ thị hình 9-1b - trang 351 - tài liệu 1, ta lại có Do đó, hệ số tổn thất cục = s o =4 = 1,9*4 = 7,6 Theo hướng dẫn tài liệu - trang 352 z = 94 ta có hệ số Cz = Vậy p3 = Czz/2 = 7,6*1260*0,01032*1*94 / = 48N/m2 Trở kháng thuỷ lực thiết bị cấp đơng p4 : tính tương tự Trong thiết bị cấp đơng, dịng nước muối chảy ngược chiều sản phẩm 101 Vận tốc sản phẩm 0,0035m/s Vận tốc trung bình nước muối ước tính 0,0052m/s Vậy vận tốc biểu kiến nước muối so với khuôn sản phẩm là: 0,0087m/s Ta ước tính tổn thất xấp xỉ tổn thất dàn lạnh, tức p4 = 48N/m2 Tổng cột áp bơm theo tính tốn p= p1 + p2 + p3 + = 8947N/m2 p4 = 1177 + 7674 + 48+ 48 Thực tế nước muối không tinh khiết, độ nhớt dung dịch tăng lên Ngoài ra, nước muối sau thời gian vận hành xuất váng dầu cá, mỡ cá có mẫu cá vụn; bể đặt dàn lạnh có lưới lọc tạp chất Tất điều làm cho trở lực đường nước muối tăng lên Do chọn bơm ta dự trữ cột áp khoảng 100% so với giá trị tính tốn Do cột áp chọn bơm H = 2* 8947 = 17.894N/m2 Lưu lượng tính tốn bơm 27,36m3/h Ta chọn bơm với độ dự trữ lưu lượng 25%, tức Q = 34,2m3/h Công suất điện tiêu hao bơm N = Q.H / 3600 (Hiệu suất mô tơ điện đ b đ = 34,2*17.894/(3.600*0,85*0,6) = 333W = 0,85 ; hiệu suất buồng bơm b = 0,6) 5.3.7 Tính lực kéo belt chọn động kéo belt Tổng chiều dài belt L1 = 2* 6,4583 + = 13,917mét Số lượng rổ có chứa cá belt L1/0,25 = 55,667 rổ Ta chọn lại số rổ 56 rổ Khi tổng chiều dài belt 56 * 0,25 = 14 mét Tổng trọng lượng belt rổ nhánh có tải 9,81*56*(2+2) = 2197N Tổng trọng lượng belt nhánh khơng có tải 9,81*56*2 = 1099N Trọng lượng 12 rổ cá chưa ngập dung dịch muối :9,81*12*5 = 589N Lực nâng nước muối lên 44 rổ cá ngập 9,81*(ρm - ρc)*Vc = 9,81*(1260-1050)*44*5/1050 = 432N Vậy tổng trọng lượng biểu kiến băng chuyền làm việc 2197 + 1099 + 589 – 432 = 3453N Ước tính lực kéo belt 10 lần trọng lượng biểu kiến, tức 34.530N 102 Công suất kéo belt lúc vận hành bình thường 34530*0,2083/(0,75*60) = 160W Ta chọn công suất cần thiết gấp đôi giá trị để khởi động lại belt belt có tải, tức 320W Ta chọn mơ tơ kéo belt có cơng suất 0,5HP Trên kết tính tốn thu với giả sử thông số ban đầu cố định Trong thực tế, thông số ban đầu dao động phạm vi Do kết thu mảng giá trị Sử dụng phần mềm Matlab để tính tốn trường hợp cho cách đánh giá kết xác tồn diện Một số kết chạy chương trình Matlab nêu chương 5.4 Chọn sơ đồ nhiệt nguyên lý cho hệ thống lạnh Về bản, hệ thống lạnh có sơ đồ nhiệt tương tự hệ thống cấp đơng gió Dưới sơ đồ nhiệt nguyên lý cho hệ thống sử dụng môi chất NH3 Với hệ thống dùng mơi chất Freon sơ đồ nhiệt khơng cần trang bị cụm bình tách thu hồi dầu 1- Máy nén; 2- Bình chứa; 3- Dàn ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình chứa hạ áp; – Bình trung gian; 7- Buồng đơng IQF; 8- Bình thu dầu; 9- Bơm giải nhiệt; 10- Bơm dịch Hình 5-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp đông nhúng I.Q.F 103 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ - NHẬN XÉT - KẾT LUẬN 6.1 Đánh giá hiệu kỹ thuật Ở góc độ kỹ thuật, ta xem xét tiêu sau: 6.1.1 Thời gian cấp đông cá trường hợp cấp đông nhúng cấp đơng gió Chương trình Matlab tính tốn thời gian cấp đơng nhúng cấp đơng gió cá fillet có chiều dày – 4cm cho đồ thị sau: Su phu thuoc Tn, Tg vao delta Tn, Tg (phut) 150 100 Tg 50 Tn 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 chieu day san pham, cm Su phu thuoc ti so Tn/Tg vao delta 3.6 3.8 3.6 3.8 0.55 Tn/Tg 0.5 Tn/Tg 0.45 0.4 0.35 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 chieu day san pham, cm Hình 6-1: So sánh thời gian cấp đơng nhúng cấp đơng gió Matlab 6.1.2 Hệ số làm lạnh chu trình trường hợp cấp đơng nhúng cấp đơng gió Nhiệt độ bay -340C tương ứng với cấp đơng nhúng cịn nhiệt độ bay -440C tương ứng với cấp đơng gió COP trường hợp 2,667 2,183 Do độ chênh COP 2,667 – 2,183 / 2,183 = 0,222 = 22,2% (tham khảo trang 63) 104 Từ đó, ta tính cơng suất máy nén lạnh cần thiết hai trường hợp cấp đông gió cấp đơng nhúng Chương trình Matlab cho kết tính tốn COP chu trình cơng suất máy nén lạnh theo nhiệt độ bay đồ thị hình 6-2 Su phu thuoc he so lam lanh vao t bay hoi He so lam lanh cop 2.8 2.6 2.4 2.2 Cong suat may nen ly thuyet, W -44 -43 -42 -41 -43 -42 -41 5.5 x 10 -40 -39 -38 -37 -36 nhiet bay hoi NH3, doC Su phu thuoc cong suat may nen vao t bay hoi -35 -34 -35 -34 4.5 -44 -40 -39 -38 -37 nhiet bay hoi NH3, doC -36 Hình 6-2: So sánh hệ số làm lạnh cấp đông nhúng cấp đông gió Matlab 6.2 Đánh giá hiệu kinh tế Ở góc độ kinh tế, ta xem xét chi phí đầu tư chi phí vận hành cho hệ thống cấp đơng gió cấp đơng nhúng cụ thể 6.2.1 Xem xét chi phí đầu tư cho dây chuyền thiết bị cấp đơng gió cấp đông nhúng Trong tập luận văn chưa thể đưa chi phí đầu tư cho phương án góc độ định tính ta có nhận xét sau: 105 • Cơng suất máy nén lạnh cấp đông nhúng nhỏ cấp đơng gió khoảng 20% Cấp đơng nhúng khơng cần thiết bị tái đơng, cơng suất tổng máy nén lạnh giảm đến 40% làm giảm giá thành hệ thống lạnh từ 20 đến 30% • Khi cấp đơng gió, chiều dài thiết bị cấp đông lớn lần cấp đông nhúng Tuy nhiên vật liệu chế tạo bể cấp đông nhúng bể đặt dàn lạnh cấp đông nhúng inox nên ta ước tính giá thành chế tạo thiết bị cấp đông (bao gồm bể đặt dàn lạnh cấp đông nhúng tủ tái đơng cấp đơng gió) trường hợp tương đương (hệ thống cấp đông nhúng cao khơng đáng kể) Tổng hợp lại, ta xem chi phí đầu tư hệ thống giống 6.2.2 So sánh chi phí vận hành cho hệ thống cấp đơng gió cấp đơng nhúng cụ thể 6.2.2.1 So sánh chi phí điện Theo tài liệu 11, trang 73 giảm nhiệt độ ngưng tụ 10C làm tiết kiệm điện cho hệ thống lạnh khoảng 2%, cịn theo trang 76 tăng nhiệt độ bay 1oC làm tiết kiệm điện cho hệ thống lạnh khoảng - 1,5% Ở nhiệt độ ngưng tụ xem giữ nguyên nhiệt độ bay tăng khoảng 10oC tiết kiệm điện cho máy nén lạnh khoảng 15% (tức hệ số làm lạnh tăng khoảng 15%) Xem xét hệ thống lạnh cấp đông hệ thống độc lập, công suất lạnh tính chương Q0 = 52,511kW cơng suất điện máy nén lạnh N = Q0/  đc  mn với hệ số làm lạnh chu trình; đc hiệu suất động điện mn hiệu suất thị máy nén Ở ta giả sử ηđc= = 0,9 ηmn = 0,85 (giống cho trường hợp) Công suất tiêu hao cho bơm tuần hoàn nước muối, mộ tơ dẫn động belt cho máy hút chân không trường hợp cấp đông nhúng xem tương đương cơng suất quạt gió, quạt thổi khơ belt, dẫn động belt cấp đơng bơm nước mạ băng trường hợp cấp đông gió Trong phương pháp cấp đơng gió hầu hết sản phẩm đưa qua khâu mạ băng tái đông để tạo lớp áo băng bảo vệ sản phẩm Theo thống kê cơng đoạn tái đơng tiêu hao lượng điện khoảng 35% lượng tiêu hao cho cấp đông Tuy 106 nhiên cấp đông nhúng khơng cần cơng đoạn Do cơng suất điện tiết kiệm nhờ khơng có thiết bị tái đơng là: 0,35 x 31,444 = 11kW Ta có kết tính tốn bảng sau Bảng 6-1: Tiêu hao điện cấp đơng gió cấp đơng nhúng Thơng số Cấp đơng gió Cấp đơng nhúng Công suất lạnh Q0, kW 52,511 52,511 Hệ số làm lạnh chu trình 2,183 2,667 0,9 0,9 0,85 0,85 Công suất tiêu hao cho cấp đông, kW 31,444 25,737 Công suất tiêu hao cho tái đông, kW 11 42,444 25,737 Hiệu suất động máy nén Hiệu suất máy nén đc mn Công suất tiêu hao cho máy nén lạnh, kW Ta giả dụ số hoạt động thiết bị trung bình năm 3.000h (công suất thực thiết bị 3000 x 500 = 1500.000kg/năm = 1500tấn/năm) Giá điện bình quân cho sản xuất 2.000đ/kWh lượng tiền tiết kiệm năm từ việc giảm lượng điện tiêu tốn : (42,444 – 25,737) x 3.000 x 2.000 = 100.242.000 đồng 6.2.2.2 So sánh chi phí nước dùng q trình sản xuất Trong q trình cấp đơng gió, nước dùng khâu vệ sinh, xả băng mạ băng đáng kể Tính tốn chi phí khó xác ta ước tính sơ sau: Bảng 6-2: Tiêu hao nước cấp đơng gió cấp đơng nhúng Cấp đơng gió Cấp đơng nhúng 300 300 Vệ sinh thiết bị đầu cuối ca sản xuất, m3 Nước thô 3000đ/m3 Xả băng cuối ca sản xuất, m3 nt Số lượng ca sản xuất / năm Ghi 107 Mạ băng trước tái đông, m3/h Tổng số tiền nước / năm 0,5 (5+3)x300x3000 2x300x3000 +0,5x3000x6000 = 1.800.000đ Nước 6000đ/m3 =16.200.000đ Vậy giảm chi phí nước năm 16.200.000 – 1.800.000 = 14.400.000đ 6.2.2.3 So sánh chi phí bổ sung nước muối Nước muối bị nhiễm bẩn bị loãng theo q trình sản xuất Trong q trình cần phải bổ sung CaCl2 định kỳ năm thay dung dịch lần Tổng lượng CaCl2 cần cho năm khoảng 3000kg Với giá mua khoảng 10.000đ/kg, ta có chi phí CaCl2 cho năm 3.000kg x 10.000đ/kg = 30.000.000đồng 6.2.2.4 So sánh chi phí bao bì Đồng thời ta phải tốn thêm lượng bao bì nylon để bao bọc sản phẩm trước cấp đơng Với loại túi nylon dày 0,05mm định mức tiêu hao bao bì vào khoảng 1kg/200kg thành phẩm Với giá nylon khoảng 25.000đ/kg chi phí nylon năm là: 1kg nylon/200kg x 500kg/h x 3.000h/năm x 25.000đ/kg nylon = 187.500.000đ Tuy nhiên khơng tốn bao bì bên cho thùng sản phẩm (trong u cầu bao gói sản phẩm đơng lạnh có lớp bao bì này) Số liệu từ thống kê thực tế sản xuất công ty Cổ phần Đầu tư Thương mại Thuỷ sản sản xuất cấp đơng gió cho 1.500 cá loại tổng chi phí bao bì bên (chưa kể thùng carton bên ngoài) khoảng 105 triệu đồng Vậy lượng tăng chi phí bao bì 187.500.000 – 105.000.000 = 82.500.000đ 6.2.2.5 So sánh chi phí nhân cơng vận hành Chi phí nhân cơng vận hành máy hút chân khơng xem tương đương với chi phí nhân cơng vận hành thiết bị tái đông 6.2.2.6 Tổng hợp chênh lệch chi phí vận hành Chi phí vận hành giảm (điện nước) : 100.242.000 + 14.400.000 = 114.642.000đ/năm 108 Chi phí vận hành tăng (dung dịch nước muối bao bì) : 30.000.000 + 82.500.000 = 112.500.000đ/năm Tổng hợp chênh lệch chi phí vận hành khơng đáng kể 6.2.3 So sánh lượng sản phẩm hao hụt sau cấp đơng Khi cấp đơng gió, sản phẩm dính chặt vào bề mặt belt nên khỏi belt sản phẩm bị gãy bể vụn Tỷ lệ hao hụt theo thống kê bình quân 1,5% cấp đông tôm, khoảng 0,5% cấp đông cá fillet khoảng 0,1% cá nguyên Trong cấp đơng nhúng khơng bị hao hụt gãy vỡ Do ta ước tính khối lượng sản phẩm tiết kiệm cấp đông nhúng là: 0,3%*1.500 = 4,5tấn/năm Nếu kg sản phẩm có giá khoảng 5USD lượng tiền tiết kiệm năm : 5*4.500 = 22.500USD (khoảng 380 triệu đồng VN) 6.3 Tổng hợp ưu nhược điểm hệ thống cấp đơng gió cấp đông nhúng Bảng 6-3 : Các ưu điểm cấp đơng nhúng IQF so với cấp đơng gió IQF STT Các ưu điểm Lý Máy nén lạnh có công suất nhỏ Do mục 4.3 Thiết bị cấp đông gọn Nhờ hệ số k lớn Dàn bay nhỏ gọn Nhờ hệ số k lớn Cấp dịch vào dàn bay đơn giản tin Nhờ số lượng dàn lạnh cậy Thiết bị điện khu vưc dàn lạnh bị cố Khơng có quạt dàn lạnh Chi phí nhân cơng vận hành Do khơng cần nhân cơng xếp sản phẩm lên belt Chi phí điện hoạt động bình Do mục 4.3 thường Không phải xả đá định kỳ dàn lạnh Khơng Khơng có tượng bám băng lên cần thiết bị quạt thổi khô belt belt dàn lạnh Khơng tốn chi phí nhân cơng điện Không cần mạ băng sản phẩm 109 cho tái đơng cấp đơng nhúng 10 Do khơng có sản phẩm gãy, vỡ Hao hụt sản phẩm sau cấp đông xem q trình cấp đơng, tái đơng khơng có cào belt Do khơng có bay nước q trình cấp đơng 11 Khả bị nhiễm vi sinh sau cấp đơng Bao bì PE sau hút chân khơng đảm loại trừ hồn tồn bảo cách ly tốt 12 Có thể nâng cao cơng suất line sản Do kích thước thiết bị giảm xuất xuống đáng kể Bảng - : Các nhược điểm cấp đông nhúng IQF so với cấp đông gió IQF STT Các nhược điểm Lý Thêm chi phí bao bì, nhân cơng điện Cấp đơng gió khơng có khâu cho hút chân khơng Thêm chi phí bổ sung định kỳ chất tải lạnh Việc định kỳ làm vệ sinh bể cấp đông Do phải bơm nước muối khỏi bể dàn lạnh phức tạp Các thiết bị khác xung quanh khu vực đặt Do ảnh hưởng dung dịch dàn lạnh bể cấp đông dễ hư hỏng CaCl2 Do chất tải lạnh bị hao hụt trình vận hành Tổng hợp ưu nhược điểm đây, ta nhận thấy ưu điểm chủ yếu 6.4 Những nhận xét Thiết bị đặt dàn lạnh thiết bị cấp đông cần phải đặt thơng gió để tránh tượng đọng sương đáy nguyên nhân làm hư hỏng lớp vật liệu cách nhiệt kết cấu thiết bị Việc nhiễm bẩn dung dịch nước muối chuyện chắn xảy Do cần có giải pháp làm dung dịch, mà cách đơn giản ta đề xuất làm lưới lọc nhiều tầng đường tuần hoàn nước muối Quy trình vận hành vệ sinh lưới 110 lọc tái sinh dung dịch định kỳ vào kết vận hành thực tế lâu dài để xác định Mơ tơ bơm dung dịch bị đọng sương trình sử dụng (đặc biệt hệ thống dừng) Đó nguyên nhân trực tiếp làm cho mô tơ dễ bị cố điện nguyên nhân gián tiếp làm cháy động kẹt cứng, sét rỉ Do cần phải có giải pháp loại trừ việc đọng sương mô tơ Một hướng đề xuất giải vấn đề thay bơm nước muối từ bơm ly tâm sang bơm hướng trục với trục bơm kéo dài ra, cánh bơm đặt bên đường ống cịn mơ tơ bơm đặt bên ngồi Khi cần phải có chèn kín trục bơm để ngăn khơng cho nước muối chảy Tuy việc rị rỉ khơng thể loại trừ hoàn toàn nên cần phải làm máng hứng thu hồi dung dịch muối rò rỉ Do nước muối bị dính theo sản phẩm nên nồng độ dung dịch giảm theo thời gian Tuy cường độ ăn mòn dung dịch CaCl2 khơng mạnh gây ăn mịn mức độ Do khu vực đặt hệ thống nên cho dễ vệ sinh nước vệ sinh trực tiếp chảy vào mương nước thải mà không chảy qua khu vực khác 6.5 Kết luận Qua nội dung trình bày, ta đưa nhận định có tính kết luận sau: Phương pháp cấp đông nhúng phương pháp cấp đơng có nhiều tính ưu việt tiết kiệm lượng, rút ngắn thời gian cấp đông, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm hao hụt sản phẩm, thiết bị gọn, suất cấp đông cao chi phí nhân cơng vận hành Hệ thống thiết bị cấp đông nhúng phù hợp với cơng nghệ chế tạo có nước Thiết bị thực nghiệm trình bày báo chưa thật hoàn chỉnh, thực cải tiến thích hợp trình ứng dụng, hy vọng tiêu kinh tế - kỹ thuật hệ thống cải thiện theo Trên sở kết luận nêu trên, dự đốn tương lai cơng nghệ ứng dụng rộng rãi 111 PHỤ LỤC 1: Một số chất tải lạnh công nghiệp CHLB Đức STT Tên thương mại Thành phần Nhiệt độ làm việc, oC Ghi Oratin C2H4(OH)2 90 ÷ -40 Phù hợp với tất kim loại Reinhartin MgCl2/CaCl2/ KCl 50 ÷ -45 Khơng dùng cho Al thép hợp kim cao Eissol extra MgCl2/CaCl2 ≥ -45 Không dùng cho Al thép hợp kim cao Anticora K2CO3 ≥ -25 Không dùng cho Zn, thận trọng với Mn Nikor K2CO2 ≥ -22 Không dùng cho Zn, thận trọng với Mn – Chất tải lạnh thứ có thành phần etylen glycol Chất thứ hai thứ ba có thành phần dung dịch muối CaCl2 Chất thứ tư thứ năm chưa dùng phổ biến 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thanh Kỳ - Máy lạnh – NXB Giáo dục - 1994 Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính – Máy thiết bị lạnh – NXB – 2005 Lê Chí Hiệp – Kỹ thuật điều hồ khơng khí NXB Đại học Quốc gia TPHCM – 2000 Lê Chí Hiệp – Máy lạnh hấp thụ kỹ thuật điều hồ khơng khí NXB Đại học Quốc gia TPHCM – 2004 Nguyễn Tấn Dũng – Công nghệ lạnh ứng dụng sản xuất nước đá, đá khô nước giải khát – NXB ĐH QG TPHCM 2008 Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – NXB Khoa học Kỹ thuật – 1992 Hồng Đình Tín, Bùi Hải – Bài tập Nhiệt động học kỹ thuật Truyền nhiệt – NXB ĐH Quốc gia TPHCM – 2004 Trần Quang Nhạ, Bùi Hải, Hồng Đình Tín, Nguyễn Hoài Văn - Bài tập Nhiệt kỹ thuật – NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp – 1976 Trần Đức Ba, Lê Vi Phúc, Nguyễn Văn Quan - Kỹ thuật chế biến lạnh thủy sản NXB ĐH GD chuyên nghiệp - Hà Nội – 1990 10 Nguyễn Đức Lợi – Ga, dầu chất tải lạnh – NXB Giáo dục - 2006 11 Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Thế Bảo - Bảo toàn lượng, sử dụng hợp lý, tiết kiệm, hiệu công nghiệp NXB KH&KT – 2006 12 Trần Đức Ba, Lê Phước Hùng, Đỗ Thanh Thủy, Trần Thu Hà – Đông lạnh rau xuất – NXB ĐHQG TPHCM – 2006 13 Yunus A Çengel – Heat Transfer A Practical Aproach – WCB McGraw-Hill ... Cơng nghệ nhiệt MSHV : 00605124 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHẤT TẢI LẠNH LỎNG TRONG CÔNG NGHỆ CẤP ĐÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : • Khảo sát hệ thống cấp đơng thực. .. phẩm, W; 21 Q : Công suất lạnh để làm lạnh khay cấp đông, W; 22 Q : Công suất lạnh để làm lạnh xe cấp đông, W; 23 Q : Công suất lạnh để làm lạnh nước châm, W 24 • Cơng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm... độ cấp đông 1cm/h thời gian cấp đông - Cấp đông nhanh: Khi tốc độ cấp đông từ ÷ 5cm/h thời gian cấp đơng từ 0,5 đến - Cấp đông siêu tốc: Khi tốc độ cấp đông lớn 10cm/h, thời gian cấp đông 20