Tài liệu Tổng quan về hệ thống lạnh pdf

Tổng quan về hệ thống lạnh 1.Tổng quan về kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình thường của môi trường. Giới hạn giữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ bình th ường còn có nhiều quan điểm khác nhau. Nhưng nhìn chung thì giới hạn môi trường lạnh là môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn 20 o C Trong môi tr ường lạnh được chia làm 2 vùng nhiệt độ. Đó là khoảng nhiệt độ dương thấp, khoảng này từ 0  20 o C còn khoảng nhiệt độ còn lại là nhi ệt độ lạnh đông của sản phẩm. Bởi vì khoảng nhiệt độ này là khoảng nhiệt độ đóng băng của nước tuỳ theo từng sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác nhau . 1.1.Lịch sử phát triển ngành lạnh. Từ trước công nguyên con người tuy chưa biết làm lạnh, nhưng đã biết đến tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ cuộc sống. Họ đã biết dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm được lâu hơn . Ng ười ai cập cổ đại đã biết dùng quạt cho nước bay hơi ở các hộp xốp đế làm mát không khí cách đây 2500 năm . Ng ười ấn độ và người trung quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối với nước hoặc với nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn . K ỹ thuật lạnh hiện đại phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hoá h ơi và ẩn nhiệt nóng chẩy vào năn 1761-1764. Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp . Sau đó là sự hoá lỏng khí 2 CO vào năm 1780 do Clouet và Monge tiến hành. Sang thế kỷ thứ 19 thì Faraday đã hoá lỏng được hàng loạt các chất khí như: H 2 S ; CO 2 ; C 2 H 2 ; NH 3 ; O 2 ; N 2 ; HCL. Năm 1834 Tacob Perkins (Anh) đã phát minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên với đầy đủ các thiết bị hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, và van tiết lưu . Sau đó có hàng loạt các phát minh của kỹ sư Carres (pháp) về máy lạnh hấp thụ chu kỳ và lien tục với các mộ chất khác nhau. +Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hoàn toàn không có chi tiết chuyển động được Gerppt (Đức) đăng ký phát minh 1899 và được Platen c ùng Munter (Th ụy điển) hoàn thiện năm 1922. Máy lạnh Ejector hơi nươc đầu tiên do Leiblane ch ế tạo năm 1910. Nó cấu tạo sất đơn giản, năng lượng tiêu tốn là nhi ệt năng do đó có thể tận dụng các nguồn phế thải. Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là việc sản xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930. Freon là các khí Hidrocarbon được t hay thế một phần hay toàn bộ các nguyên tử hidro bằng các nguyen tử Halogen như : Cl ; F ; Br. Freon là nh ững chất lạnh có nhiều tính quý báu như không cháy không nổ, không độc hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi. Nó đ ã góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển. Nhất là kỹ thuật điều hòa không khí . Ngày nay k ỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển sất mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật lạnh đã có những bước tiến vượt bậc. +Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày càng được mở rộng. Người ta đang tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối . +Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng trong phòng thí nghiệm đến cac stoor hợp có công suất hàng triệu W ở các trung tâm điều tiết không khí. +Hệ thống lạnh ngày nay thay vì lắp giáp các chi tiết, thiết bị lại với nhau thì tổ hợp ngày càng hoàn thiện, do đó quá trình lắp giáp, sử dụng thuận tiện và chế độ làm việc hiệu quả hơn . +Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí cho một đơn vị lạnh giam xuống. Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên. Mức độ tự đông hóa của các hệ thống lạnh và các máy lạnh tăng lên rõ rệt. Những thiết bị tự động hóa hoàn bằng điện tử và vi điện tử thay thế cho các thiết bị thoa tác bằng tay. 1.2.Ứng dụng của kỹ thuật lạnh. Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong khoa học kỹ thuật. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70 ngành kinh tế quan trọng như: Công nghệ thực phẩm, chế biến thủy sản rau quả, rượu bia và nước giải khát, sinh học, hóa lỏng hóa chất và tách khí, điện tử, cơ khí chính xác, y tế, điều hòa không khí…. K ỹ thuật lạnh đã ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực . Một trong những ngành ứng dụng quan trọng đó là ngành công nghệ thực phẩm, theo thống kê thì kho ảng 80% công nghệ lạnh được sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Các sản phẩm được bảo quản như thịt cá sữa…là những thực phẩm dễ bị hư hỏng do tác dụng của vi sinh vật và các enzyme nội tạng có trong thực phẩm, vì vậy mà nó cần được bảo quản lạnh. Vi sinh vật và các enzyme nội tạng là nguyên nhân chính gây nên nh ững hư hỏng của thực phẩm. Nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ thấp thì chúng b ị bất hoạt hoặc bị ức chế hoạt động, do đó sản phẩm của chúng ta ít bị biến đổi về chất lượng cũng như hương vị mầu sắc, chất dinh dưỡng…nhờ thế thời gian giữ sản phẩm lâu hơn tao điều kiện tốt cho quá trình chế biến, tiêu thụ sản phẩm. 1.3.Hầm đông. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành chế biến thủy sản. Hầm đông đóng vai tr ò quan trọng trong khâu cấp đông sản phẩm. Cấp đông cho s ản phẩm giữ được giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị khác như giá trị cảm quan, hình dạng sản phẩm …giúp cho các nhà doanh nghiệp yên tâm về sản phẩm sau khi đã chế biến xong, tạo cho sản phẩm có sức cạnh tranh trên thị trường. 2.Tổng quan về công nghệ làm đông và bảo quản sản phẩm đông lạnh 2.1.Tác dụng của việc bảo quản lạnh Bảo quản thực phẩm là quá trình bảo vệ và hạn chế những biến đổi về chất lượng và hình thức của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng. Thực phẩm sau khi thu hoạch về chế biến được bảo quản ở nhiệt độ thấp cùng với chế độ thông gió và độ ẩm thích hợp trong kho lạnh, khi hạ nhiệt độ thấp thì enzyme và vi sinh vật trong nhiên liệu bị ức chế hoạt động và có thể bị đình chỉ hoạt động. Như vậy nguyên liệu được giữ tươi lâu thêm một thời gian nữa. Nói chung khi nhiệt độ nhỏ hơn 10 o C thì vi sinh vật gây thối rữa và vi khu ẩn gây bệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 0 o C thì tỷ lệ phát triển của chúng rất thấp, ở -5 o C ÷ -10 o C thì hầu hết chúng không hoạt động. Tuy nhiên có một số loài vi khuẩn và nấm mốc khi hạ nhiệt độ xuống -15 o C chúng vẫn phát triển được như Cloromobacter, Pseudomonas… Do đó, muốn bảo quản được thực phẩm, nhất l à các mặt hàng thuỷ sản trong thời gian dài thì nhiệt độ bảo quản phải dưới -15 o C. Như vậy, quá trình bảo quản lạnh có tác dụng như sau: Ở nhiệt độ thấp các phản ứng sinh hoá trong nguy ên liệu giảm xuống. Trong phạm vi hoạt động bình thường cứ hạ 10 o C thì các phản ứng sinh hoá giảm xuống 1/2÷1/3, khi hạ xuống thấp sẽ làm ức chế các hoạt động về sinh lý của vi khuẩn cũng như nấm men. Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong động vật thuỷ sản bị đóng băng làm cơ thể động vật bị mất nước, vi khuẩn thiếu nước n ên giảm phát triển và có khi còn bị tiêu diệt. Nói chung khi nhiệt độ hạ xuống thấp thì chỉ có tác dụng kiềm chế vi khuẩn hơn là giết chết chúng. 2.2.Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản đông. 1. Biến đổi vật lý. Sự kết tinh lại của nước đá: Đối với các sản phẩm đông lạnh trong quá tr ình bảo quản nếu chúng ta không duy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ dẫn đến sự kết tinh lại của nước đá. Đó là hiện tượng gây nên những ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản. Do nồng độ chất tan trong các tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau, nên nhi ệt độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy cũng khác nhau. Khi nhiệt độ tăng thì các tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, có nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ bị tan ra trước tinh thể có kích thước lớn, nhiệt độ nóng chảy cao. Khi nhiệt độ hạ xuống trở lại thì quá trình kết tinh lại xảy ra, nhưng chúng lại kết tinh thể nước đá lớn do đó làm cho kích thước tinh thể nước đá lớn ngày càng to lên. Sự tăng về kích thước các tinh thể nước đá sẽ ảnh hưởng xấu đến thực phẩm cụ thể là các cấu trúc tế bào bị phá vỡ, khi sử dụng sản phẩm sẽ mềm hơn, hao phí chất dinh dưỡng tăng do sự mất nước tự do tăng làm mùi vị sản phẩm giảm. Để tránh hiện tượng kết tinh lại nước đá, trong quá tr ình bảo quản nhiệt độ bảo quản phải được giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép là ± 2 0 C. S ự thăng hoa của nước đá: Trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh do hiện tượng hơi nước trong không khí ngưng tụ th ành tuyết trên dàn lạnh làm cho lượng ẩm trong không khí giảm. Điều đó dẫn đến sự chênh lệch áp suất bay hơi của nước đá ở bề mặt sản phẩm với môi trường xung quanh. Kết quả là nước đá bị thăng hoa, hơi nước đi v ào bề mặt sản phẩm với môi trường không khí. Nước đá ở bề mặt bị thăng hoa, sau đó các lớp bên trong của thực phẩm cũng bị thăng hoa. S ự thăng hoa nước đá của thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp, rỗng. Oxy không khí dễ thâm nhập vào oxy hoá sản phẩm. Sự oxy hoá xảy ra làm cho sản phẩm hao hụt về trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt trong quá tr ình oxy hoá lipit. Để tránh hiện tượng thăng hoa nước đá của sản phẩm thì sản phẩm đông lạnh đem đi bảo quản cần được bao gói kín và đuổi hết không khí ra ngoài. Nếu có không khí bên trong sẽ xảy ra hiện tượng hoá tuyết trên bề mặt bao gói và quá trình thăng hoa vẫn xảy ra. 2. Biến đổi về hoá học. Trong quá trình bảo quản đông lạnh các biến đổi sinh hoá, hoá học diễn ra chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là protêin hoà tan, lipit, vitamin, ch ất màu,… S ự biến đổi của protêin: Trong các lo ại protêin thì protêin hoà tan trong nước dễ bị phân giải nhất, sự phân giải chủ yếu dưới dạng dưới tác dụng của enzyme có sẵn trong thực phẩm. Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa nước đá gây nên sự biến tính của protêin hoà tan. Bi ến đổi protêin làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng. Sự biến đổi của chất béo: Dưới tác động của enzyme nội tạng l àm cho chất béo bị phân giải cộng với quá trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm. Đó là quá tr ình thuận lợi cho quá trình oxy hoá chất béo xảy ra. Quá trình oxy hoá ch ất béo sinh ra các chất có mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm. Nhiều trường hợp đây là nguyên nhân chính làm hết thời hạn bảo quản của sản phẩm. Các chất màu bị oxy hoá cũng làm thay đổi màu sắc của thực phẩm. Sự biến đổi về vi sinh vật: Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15 o C và được bảo quản ổn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian bảo quản. Ngược lại nếu sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản không ổn định sẽ l àm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm. 1.3.Tổng quan về kho lạnh bảo quản. 3.1. Kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nông sản, rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ,… Hiện nay kho lạnh được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm và chiếm một tỷ lệ lớn nhất. Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm: - Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp,… - Kho bảo quản nông sản thực phẩm hoa quả. - Bảo quản các sản phẩm y tế, dược liệu. - Kho bảo quản sữa. - Kho bảo quản và lên men bia. - B ảo quản các sản phẩm khác. Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau: - Cần phải tiêu chuẩn hoá các kho lạnh. - Cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu. - Cần có khả năng cơ giới hoá cao trong các khâu bốc dỡ sắp xếp hàng. - Có giá tr ị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, có thể sử dụng máy và thiết bị trong nước,… Với những yêu cầu nhiều khi mâu thuẫn nhau như trên ta phải đưa ra những phương pháp thiết kế với hoàn cảnh Việt Nam. 3.2 Phân loại kho lạnh Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau: a. Theo công dụng: Người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau: - Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác. - Kho ch ế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất khẩu thịt,…). Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống có công suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất nhập hàng thường xuy ên. - Kho phân ph ối, trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho các khu dân cư, thành phố v à dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn, trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống sinh hoạt của cả một cộng đồng. - Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ thống thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh nghiệp bán tr ên thị trường. - Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tàu hoả, ôtô): Đặc điểm của kho là dung tích l ớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này đến nơi khác. - Kho sinh ho ạt: Đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách s ạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ. b. Theo nhiệt độ: Người ta có thể chia ra: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm trong khoảng -2 o C đến 5 o C. Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (đối với chuối > 10 o C, đối với chanh >4 o C). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông sản. - Kho bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua c ấp đông. Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt -18 o C để các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản. - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12 o C, buồng bảo quản đa năng thường được thiết kế ở -12 o C nhưng khi cần bảo quản lạnh có thể đưa lên nhiệt độ bảo quản 0 o C hoặc khi cần bảo quản đông có thể đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18 o C tuỳ theo yêu cầu công nghệ. Khi cần có thể sử dụng buồng đa năng để gia lạnh sản phẩm. Buồng đa năng thường được trang bị dàn quạt nhưng cũng có thể được trang bị dàn tường hoặc dàn trần đối lưu không khí tự nhiên. - Kho gia l ạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh đông trong phương pháp kết đông 2 pha. Tuỳ theo yêu cầu quy trình công nghệ gia lạnh, nhiệt độ buồng có thể hạ xuống -5 o C và nâng lên vài độ trên nhiệt độ đóng băng của các sản phẩm được gia lạnh. Buồng gia lạnh thường được trang bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm. - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4 o C. c. Theo dung tích chứa: Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó. Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm khác nhau n ên thường quy dung tích ra tấn thịt (MT – Meat Tons). Ví dụ: Kho 50 MT, kho 100 MT, 200 MT, 500 MT,… là những kho có khả năng chứa 50, 100, 200, 500 tấn thịt. d. Theo đặc điểm cách nhiệt: Người ta chia ra: - Kho xây: Là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta bọc lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, giá thành tương đối cao, không đẹp, khó tháo dỡ, v à di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây không đảm bảo tốt. Vì vậy, hiện nay ở nước ta thường ít sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm. - Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan và được lắp ghép với nhau bằng các móc khoá cam locking và mộng âm dương. Kho panel có hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ v à bảo quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu… Hiện nay nhiều doanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao. Vì thế hầu hết các xí nghiệp, công nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo quản h àng hoá. 1.4.Tính cấp thiết của đề tài Tủ lạnh thương nghiệp là kho lạnh thương nghiệp nhỏ dùng để bảo quản và trưng bày bán sản phẩm như thịt, cá , rau, quả…Các mặt h àng này chủ yếu được bầy bán trong các siêu thị . Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trêm mà tôi quyết định chon đề tài : “Tính toán thi ết kế tủ lạnh thương nghiệp bảo quản sản phẩm thịt dê sức chứa 90kg đặt tại si êu thị “ , với thời gian lưu kho tối đa 15 ngày. 1.5.Kết luận Kỹ thuật lạnh đóng vai trò sất quan trọng trong nền kinh tế xã hội. Đặc biệt là đối với nước ta nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, ngư nghiệp . Sản phẩm nong nghiệp của chúng ta dồi dào, bên cạnh dó là quá trình phát triển nền kinh tế xã hội chúng ta đang dần tiến tới công nghiệp hóa hiện đại hóa. Sản phẩm bán ra ngày càng nhiều và chế biến tinh chế hơn, các ngành nông sản , chế biến thuyw sản ngày càng chiếm vị thế trong nền kinh tế xã hội. Để phát triển được ngành này thì công nghệ lạnh đóng vai trò đặc biệt với ngành trưng bầy bày và bán hàng t ại các trung tâm thương mai, siêu thị. Do đó việc nghiên cứu và ứng [...]...dụng kỹ thuật lạnh vào nước ta là sất cần thiết và đúng hướng để cùng xã hội đưa nền kinh tế đi lên . Tổng quan về hệ thống lạnh 1 .Tổng quan về kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt. về sản phẩm sau khi đã chế biến xong, tạo cho sản phẩm có sức cạnh tranh trên thị trường. 2 .Tổng quan về công nghệ làm đông và bảo quản sản phẩm đông lạnh