Giáo trình kỹ thuật lanh và lạnh động thực phẩm

§¼ng tÝch trong vïng h¬i Èm trïng víi ®¼ng nhiÖt, cßn trong vïng h¬i qu¸ nhiÖt dùng ®øng lªn trªn... TÝnh vµ chän giµn l¹nh kh«ng khÝ.[r]

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật Lạnh & lạnh đơng thực phẩm - 1

bộ giáo dục đào tạo

tr−ờng đại học nông nghiệp i hà nội

-

-GS TS Phạm Xuân Vợng TS Trần Nh Khuyên

giáo trình

k thut lnh v lnh đơng thực phẩm

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật Lạnh & lạnh đơng thực phẩm - 2 Ch−¬ng

Những khái niệm 1.1 Cơ sở nhiệt động máy lạnh

Truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao thực máy lạnh với trợ giúp chất làm việc phụ (mơi chất) chi phí cơng nhiệt l−ợng Q trình mơi chất thực gọi q trình vịng trịn ng−ợc chu trình nhiệt động ng−ợc Hình d−ới cho ta chu trình lạnh

Giả sử vật A có nhiệt độ thấp T, đặt vùng lạnh; vật B có nhiệt độ cao TC -

m«i tr−êng xung quanh; vật C môi chất làm việc Môi chất làm việc hoàn thành chu trình vòng tròn, lấy nhiệt lợng Q0 từ vật A

(bng cách bốc môi chất nhiệt độ thấp) sau nhận cơng L từ ngồi truyền vào vật B nhiệt l−ợng Q, chi phí cơng L Trong q trình khép kín, khối l−ợng môi chất không đổi, thay đổi trạng thái liên kết bốc ng−ng tụ

Do t−ơng ứng với định luật nhiệt động học viết Q = Q0 + L Kết

vật B có nhiệt độ cao, nhận nhiệt l−ợng lớn lấy từ vật lạnh A

Lợng nhiệt Q0, đo đợc gọi suất nhiệt, công suất lạnh cđa

thiÕt bÞ (KJ)

0

Q =q G

Trong đó:

q0 - suất lạnh riêng (tính Kg), đơi cịn gọi nhiệt riêng sôi môi chất (KJ/Kg)

G - L−ợng môi chất l−u thông thiết bị Hiệu làm việc thiết bị lạnh, đặc tr−ng hệ số lạnh

0 0

0

0

1

Q q Q

Q

L l Q Q

Q

ε = = = =

− −

Trong ú:

l - công riêng (KJ/Kg)

Khi môi chất thiết bị lạnh chất bị nén (hơi, khí khơng khí), chi phí cơng thực nén (giảm thể tích) mơi chất này, nghĩa dùng để tăng nhiệt độ áp suất vị trí ng−ợc lại, dZn mơi chất bị nén gắn liền với hồn thành làm việc (Hình 1.2)

Hình 1.1.Sơ đồ nguyên tắc làm việc máy lạnh

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật Lạnh & lạnh đơng thực phẩm - 3

Điều cho phép ta trình bày vịng trịn thiết bị lạnh toạ độ p - v (áp suất tuyệt đối thể tích riêng) T - S (nhiệt độ tuyệt đối ăngtrơpi)

Hình 1.2 Chu trình ng−ợc toạ độ p - v T - S

Trong toạ độ p - v, diện tích d−ới đ−ờng cong q trình biểu diễn cơng, cịn toạ độ T - S nhiệt l−ợng Diện tích - - - toạ độ p - v cơng ngồi hiệu l (là hiệu công dZn l = l n - ld) toạ độ T - S t−ơng đ−ơng với cơng nhiệt l−ợng Diện tích ab4-1 đồ thị T -S suất lạnh thiết bị q0, diện tích c - - - d nhiệt l−ợng q truyền tác nhân vào khụng khớ bờn ngoi

1.1.1 Chu trình Cácnô (Quá trình vòng tròn ngợc)

Kho sỏt chu trỡnh lnh, thực hai nguồn nhiệt có nhiệt độ T1 T2 có dung l−ợng nhiệt lớn Trao đổi nhiệt ng−ợc môi chất từ nguồn nhiệt, diễn nhiệt độ khơng đổi (đẳng nhiệt) Q trình nén dZn mơi chất xảy khơng có trao đổi nhiệt bên ngồi (đoạn nhiệt)

Chu trình ng−ợc tạo nên hai đẳng nhiệt hai đoạn nhiệt, gọi chu trình Cácnơ Trong q trình đẳng nhiệt - đ−a vào môi chất nhiệt l−ợng q0 (diện tích - - a - b) lấy từ

nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp, nghĩa từ môi tr−ờng lạnh Nhiệt độ môi chất nhiệt độ môi tr−ờng lạnh T1 không đổi

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật Lạnh & lạnh đơng thực phẩm - 4

Sau hồn thành trình đoạn nhiệt máy nén áp suất ban đầu p1 (quá trình - 2), khơng có trao đổi nhiệt với mơi tr−ờng bên ngồi nhiệt độ môi chất tăng từ T1 đến nhiệt độ mơi tr−ờng bên ngồi, nguồn nhiệt độ cao T2 Q trình nén chi phí cơng nén ln, trình đẳng nhiệt - mơi chất nh−ờng nhiệt l−ợng q1 cho nguồn có nhiệt độ cao T2, nghĩa mơi tr−ờng bên ngồi (diện tích - - b - a) Khi nhiệt độ môi

chất T2 nhiệt độ môi tr−ờng không đổi Để môi chất lần lấy nhiệt

từ nguồn nhiệt độ thấp (mơi tr−ờng lạnh), thực dZn đoạn nhiệt khơng tổn thất (q trình - 4) từ áp suất p2 xuống áp suất p1 Trao đổi nhiệt với mơi tr−ờng khơng có, nhiệt độ mơi

chÊt gi¶m từ T2 xuống T1, hoàn thành công dZn ld

Nh− vậy, hồn thành chu trình Cácnơ ng−ợc, nhiệt l−ợng q0 lấy từ nguồn nhiệt độ thấp T1 truyền vào nguồn nhiệt độ cao T2 Để thực hiện, cần chi phí cơng l (l = ln - ld)

Cơng chi phí cho chu trình ng−ợc Cácnơ lý t−ởng biến thành nhiệt, đ−ợc môi chất truyền vào mơi tr−ờng có nhiệt độ T2 Khơng q0 lấy từ mơi tr−ờng lạnh mà cịn nhiệt t−ơng đ−ơng cơng chi phí l

Ph−ơng trình cân nhiệt ứng với định luật thứ hai nhiệt động học có dạng: q = q0 + l; cơng chi phí cho trình: l = q - q0 t−ơng ứng với diện tích - 2- - (phần gạch

h×nh 1.3) b»ng hiƯu cđa diƯn tÝch -3 - b - a vµ - - b - a

Nhiệt l−ợng q0 lấy từ môi tr−ờng lạnh xác định suất lạnh chu trình Do

năng suất lạnh 1Kg mơi chất gọi suất lạnh khối tác nhân (KJ/Kg) Trên đồ thị T - S, q0 l đ−ợc biểu diễn diện tích, chu trình Cácnơ có dạng:

( )

0 a b

q =T S −S l=(T2−T1)(Sa−Sb)

Vµ thay vào công thức tính hệ số lạnh chu trình Cácnô ta có:

( )

( )( )

1

2

1

a b

K

a b

T S S T

T T S S T T

ε

θ

−

= = =

− − − −

Từ suy rằng, hệ số lạnh chu trình Cácnơ ng−ợc, khơng phụ thuộc vào tính

chất vật lý mơi chất dùng mà cịn đ−ợc xác định tỉ số nhiệt độ biên

1 T T θ   =  

  nghÜa lµ

nhiệt độ mơi tr−ờng lạnh mơi tr−ờng xung quanh Hệ số lạnh lớn nhiệt độ môi tr−ờng lạnh cao (T1) nhiệt độ môi tr−ờng xung quanh T2 thấp)

§é lín ε lớn, làm việc máy lạnh kinh tÕ

ở nhiệt độ đZ cho T1, T2, chu trình Cácnơ có giá trị hệ số lạnh cao so với chu

trình khác, chu trình Cácnơ chu trình lạnh tiêu chuẩn Các chu trình khác khoảng nhiệt độ T1T2 đZ cho chi phí cơng lớn chu trình Cácnơ

Trong điều kiện làm việc thực thiết bị lạnh, nguồn nhiệt độ thấp vật lạnh (khơng khí, sản phẩm, đất); nguồn nhiệt độ cao mơi tr−ờng lạnh (khơng khí n−ớc) nhiệt độ môi chất cần thấp nhiệt độ mơi tr−ờng lạnh (độ lớn ∆t1 hình 1.3) Chỉ nhiệt l−ợng

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật Lạnh & lạnh đơng thực phẩm - 5

trình - 3) vào n−ớc vào khơng khí Khi chu trình lạnh thực khoảng nhiệt độ giới hạn có hiệu l−ợng nhỏ (lạnh) nghĩa hệ số ε nhỏ

Năng suất lạnh thể tích qv (KJ/m3) đặc tính quan trng ca chu trỡnh Cỏcnụ ngc

Đó tỷ số suất lạnh khối riêng q0 với thể tích riêng môi chất v1 đầu thời kỳ nén máy nén, nghĩa là:

0

q qv =

v

Đại l−ợng xác định thể tích máy nén, nghĩa đặc tính cấu tạo máy lạnh 1.1.2 Đồ thị nhiệt động

Để tính tốn chu trình máy lạnh, cần xác định thông số môi chất sử dụng cho đồ thị bảng gia công sở lý thuyết thực nghiệm Phổ biến đồ thị entanpy ăngtrôpi, tập hợp đ−ờng cong đặc tr−ng toạ độ t−ơng ứng trình nhiệt động, cho phép tìm giá trị thơng số mơi chất điểm q trình kho sỏt

a/ Đồ thị ăngtrôpi (Hình 1.4a)

a/ b/ Hình 1.4 Cấu trúc đồ thị T - S (a) biểu diễn trình (b)

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật lạnh lạnh đơng thc phm - 138

3.4.1 Phân thiết bị bay 58

3.4.2 Tính chọn thiết bị bay làm lạnh chất tải lỏng 59

3.4.3 Tính chọn giàn lạnh không khí .62

3.5 Tính chọn thiết bị phụ trợ cho hệ thống lạnh 64

3.5.1 Bình tách lỏng 64

3.5.2 Bình tách dầu 64

Chơng Thiết kế kho lạnh thực phẩm 4.1 Phân loại kho lạnh 67

4.1.1 Phân loại kho lạnh: 67

4.1.2 Phân loại phòng lạnh 67

4.2 Các thông số ban đầu thiết kế kho lạnh 68

4.2.1 Những số liệu khí tợng .68

4.2.2 Chọn nhiệt độ n−ớc làm mát .72

4.2.3 Số liệu chế độ bảo quản .72

4.2.4 Hiệu nhiệt độ vách ngăn 73

4.2.5 Ph−¬ng pháp xếp dỡ - Máy nâng hạ 73

4.3 Tính diện tích xây dựng mặt kho 74

4.3.1 Dung tích tiêu chuẩn chất tải 74

4.3.2 Sự thoát tải kích thớc bên 78

4.3.3 Chọn mặt xây dựng 78

4.3.4 Phân bố diện tích phòng 79

4.4 Cấu trúc cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh 80

4.4.1 Đặc tính cách nhiệt 81

4.4.2 TÝnh kÝn khÝt - chèng ch¸y .82

4.4.3 TÝnh chÊt vËt lý cđa vËt liƯu c¸ch nhiệt .82

4.5 Tính cân nhiệt kho lạnh 91

4.5.1 Dßng nhiƯt qua kÕt cÊu bao che Q1 92

4.5.2 Dòng nhiệt sản phẩm toả Q2 93

4.5.3 Dòng nhiệt thông gió phòng lạnh Q3 95

4.5.4 Dòng nhiệt vận hành Q4 95

4.5.5 Dòng nhiệt hô hấp rau qu¶ Q5 96

4.5.6 Xác định phụ tải nhiệt cho máy nén thiết bị 96

Ch−ơng Kỹ thuật lạnh lạnh đông thực phẩm 5.1 Cơ sở lý thuyết 97

5.1.1 Tác dụng nhiệt độ thấp vi sinh vật 97

5.1.2 Tác dụng nhiệt độ thấp tế bào sống thực phẩm .98

5.2 KÜ thuật làm lạnh bảo quản lạnh thực phẩm 100

5.2.1 Kĩ thuật làm lạnh 100

Trường đại học Nơng nghiệp – Giáo trình Kỹ thuật lạnh lạnh đơng thực phẩm - 139

5.3 Kỹ thuật lạnh đông bảo quản đông thực phẩm 103

5.3.1 Các ph−ơng pháp lạnh đông thực phẩm 103

5.3.2 Những biến đổi sản phẩm liên quan tới lạnh đông 103

5.3.3 Sự thay đổi entanpy 107

5.3.4 Các biến đổi vật lý khác 110

5.3.5 Thời gian lạnh đông .111

5.3.6 Những biến đổi thực phẩm đơng lạnh q trình trữ đơng 112

5.4 Kỹ thuật tan giá thực phẩm đZ lạnh đông 113

5.4.1 Tan giá làm ấm 113

5.4.2 Vai trò công đoạn tan giá .116

5.5 Quy trình kĩ thuật làm lạnh lạnh đơng số thực phẩm 116

5.5.1 Chế biến lạnh đông loại thuỷ sản 116

5.5.2 Chế biến lạnh đông loại thịt 122

5.5.3 Bảo quản chế biến lạnh đông rau 123

Tài liệu tham khảo 131