Giáo trình hình thành ứng dụng điều khiển dòng nhiệt riêng của hệ thống tủ cấp đông p1 docx

M
x
- Tổng khối lợng xe chất hàng, kg
M
x
= n . m
x
n Số lợng xe sử dụng;
m
x
Khối lợng mỗi xe cấp đông, kg;
t
1
, t
2
- Nhiệt độ xe trớc lúc vào cấp đông và sau khi cấp đông xong,
o
C.
4. Nhiệt do làm lạnh nớc châm Q
24
Chỉ có sản phẩm dạng block mới cần châm nớc. Đối với sản phẩm
dạng rời quá trình mạ băng thực hiện sau cấp đông ở bên ngoài, sau
đó có thể đa vào khâu tái đông.

o
n
q
MQ .
24
= , W (4-17)
M

n
Tổng khối lợng nớc châm, kg;
Khối lợng nớc châm chiếm khoảng 5% khối lợng hàng cấp
đông, thờng ngời ta châm dày khoảng 0,5ữ1,0mm;
- Thời gian cấp đông, Giây;
q
o
- Nhiệt lợng cần làm lạnh 1 kg nớc từ nhiệt độ ban đầu đến khi
đông đá hoàn toàn, J/kg.
Nhiệt làm lạnh 1 kg nớc từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn
toàn q
o
đợc xác định theo công thức:
q
o
= C
pn
.t
1
+ r + C
pđ
.t
2
, J/kg (4-18)
C
pn
- Nhiệt dung riêng của nớc : C
pn
= 4186 J/kg.K;
r - Nhiệt đông đặc : r = 333600 J/kg;

C
pđ
- Nhiệt dung riêng của đá : C
pđ
= 2090 J/kg.K;
t
1
- Nhiệt độ nớc đầu vào, lấy từ nớc lạnh chế biến t = 5ữ7
o
C;
t
2
- Nhiệt độ đá sau cấp đông bằng nhiệt độ trung bình của sản
phẩm, tạm lấy : t
2
= -15ữ-18
o
C.
Thay vào ta có:
q
o
= 4186.t
1
+ 333600 + 2090.t
2
, J/kg (4-19)

4.2.3.3 Tổn thất nhiệt do vận hành
Tổn thất vận hành bao gồm:
- Tổn thất do mở cửa Q

31
, W;
- Tổn thất do xả băng Q
32
, W;
- Tổn thất do đèn chiếu sáng Q
33
, W;
- Tổn thất do ngời toả ra Q
34
, W;

164
Giỏo trỡnh hỡnh thnh ng dng iu khin
dũng nhit riờng ca h thng t cp ụng
- Tổn thất do động cơ quạt Q
35
, W.
Q
3
= Q
31
+ Q
32
+ Q
33
+ Q
34
+

Q
35
, W (4-20)
1. Nhiệt do mở cửa Q
31

Trong quá trình vận hành các kho cấp đông, ngời vận hành trong
nhiều trờng hợp cần phải mở cửa vào kiểm tra hàng, các thiết bị và
châm nớc, nên không khí thâm nhập vào phòng gây ra tổn thất
nhiệt. Lợng nhiệt do mở cửa rất khó xác định. Có thể xác định lợng
nhiệt mở cửa giống nh kho lạnh nh sau:
Q
31
= B.F, W (4-21)
B - dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m
2
;
F - diện tích buồng, m
2
.
Dòng nhiệt riêng khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng của kho
cấp đông đợc đa ra ở bảng dới đây:

Bảng 4-8 Dòng nhiệt riêng do mở cửa

B, W/m
2
< 50m
2
50ữ150m

2
> 150m
2
32 15 12

2. Tổn thất nhiệt do xả băng
Giống nh kho lạnh, ở kho cấp đông nhiệt xả băng đại bộ phận làm
tan băng ở dàn lạnh và đợc xả ra ngoài kho, một phần truyền cho
không khí trong phòng, kết quả sau khi xả băng, nhiệt độ trong phòng
tăng lên đáng kể . Vì vậy cần tính đến tổn thất do xả băng mang vào.
Tổn thất nhiệt do xả băng mang vào đợc tính theo biểu thức sau:
W
Q
Q ,
32

= (4-22)
Trong đó:
- Thời gian cấp đông, giây;
Q
32
Tổn thất nhiệt do xả băng mang vào, W;
Q- Tổng nhiệt lợng do xả băng truyền cho không khí có thể tính theo
tỷ lệ phần trăm lợng nhiệt xả băng hoặc dựa vào mức độ tăng nhiệt độ
trong sau khi xả băng:
Q =
KK
.V.C
P
.t, J (4-23)

KK
Khối lợng riêng của không khí,
KK
1,2 kg/m
3
;

165
V- Dung tích kho cấp đông, m
3
;
C
p
Nhiệt dung riêng của không khí, J/kg.K ;
t - Độ tăng nhiệt độ không khí trong kho sau xả băng,
o
C

3. Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng Q
33
Dòng nhiệt do chiếu sáng có thể tính theo công thức sau:
Q
33
= N (4-24)
N - Công suất đèn chiếu sáng, W.
Nếu không có số liệu của đèn chiếu sáng kho cấp đông có thể căn
cứ vào mật độ chiếu sáng cần thiết cho kho để xác định công suất đèn.

4. Dòng nhiệt do ngời toả ra Q

34
Đối với kho cấp đông, trong quá trình cấp đông rất ít khi có ngời
vận hành ở bên trong kho, tổn thất này có thể bỏ qua. Khi cấp đông
các sản phẩm block, ngời ta có thể tạm dừng để châm nớc cho hàng,
quá trình này tạo nên một tổn thất nhiệt nhất định.
Dòng nhiệt do ngời toả ra đợc xác định theo biểu thức:
Q
34
= 350.n, W (4-25)
n - số ngời làm việc trong buồng.
350 - nhiệt lợng do một ngời thải ra khi làm công việc nặng nhọc:
q=350 W/ngời.
Số ngời làm việc trong kho cấp đông cỡ 1ữ2 ngời

5. Dòng nhiệt do các động cơ quạt Q
35
Dòng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu
thức:
Q
35
= 1000.N ; W (4-26)
N - công suất động cơ điện, kW.
Các buồng cấp đông có từ 2-4 quạt, công suất của quạt từ 1ữ2,2 kW
Khi bố trí động cơ ngoài kho cấp đông tính theo biểu thức:
Q
35
= 1000.N. , W (4-27)
- hiệu suất động cơ

4.2.4 Cấu tạo một số thiết bị chính

Trong hệ thống lạnh kho cấp đông sử dụng môi chất R
22
ngời ta
thờng sử dụng bình trung gian kiểu nằm ngang và bình hồi nhiệt tách

166
lỏng. Dới đây chúng tôi xin giới thiệu cấu tạo và đặc điểm của các
bình đó.

4.2.4.1 Bình trung gian kiểu nằm ngang

200250100 100 250225225225225250
ống trao đổi
nhiệt 15A
125
A
40A
B
20A
125
167
E
40A
C
20A
D
10A

A- Môi chất ra; B- Dịch lỏng vào; C- Dịch lỏng ra; D- ống tiết lu;
E- ống môi chất vào

Hình 4-5: Bình trung gian kiểu nằm ngang R22

Trên hình 4-5 trình bày cấu tạo bình trung gian kiểu nằm ngang
thờng sử dụng cho hệ thống R
22
.
Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo giống bình ngng nhng
kích thớc nhỏ hơn. Trong bình môi chất cuối quá trình nén cấp 1
đợc đa vào bên trong ống trao đổi nhiệt, dịch lỏng cao áp đi bên
ngoài ống
Các tấm ngăn có tác dụng làm dịch lỏng cao áp đi theo đờng dích
dắc để quá trình trao đổi nhiệt đều và hiệu quả hơn.
Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo gọn, hiệu quả trao đổi
nhiệt cao, giá thành rẻ, các thiết bị phụ đi kèm ít.

4.2.4.2 Bình hồi nhiệt tách lỏng
Bình tách lỏng hồi nhiệt kết hợp 2 chức năng: tách lỏng và hồi
nhiệt
- Dòng dịch lỏng từ bình trung gian (hoặc bình chứa cao áp) đợc
đa qua ống xoắn để quá lạnh.
- Môi chất sau dàn lạnh trớc khi đợc hút về máy nén đợc đa
vào bình tách lỏng để tách các giọt lỏng còn lại


167
390
508
120480
6x70=420
45575

1130
135 135
AA
A-A
A
80A
B
32A
D
32A
C
15A
80A
E
5050
10

A- Ga vào; B- Lỏng ra; C- Hồi lỏng; D- Lỏng vào; E- Ga ra
Hình 4-6: Bình tách lỏng hồi nhiệt

4.3 hệ thống Tủ CấP đông TIếP XúC
4.3.1 Cấu tạo tủ cấp đông
Tủ cấp đông tiếp xúc đợc sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng
block. Mỗi block thờng có khối lợng 2 kg.
Trên hình 4-7 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 đợc bằng ben thuỷ lực, thờng chuyển dịch
từ 50ữ105mm. Kích thớc chuẩn của các tấm lắc là
2200Lx1250Wx22D (mm). Đối với tủ cấp đông lớn từ 2000 kg/mẻ
trở lên, ngời ta sử dụng các tấm lắc lớn, có kích thớc là

2400Lx1250Wx22D (mm). Sản phẩm cấp đông đợc đặt trong các
khay cấp đông sau đó đặt trực tiếp lên các tấp lắc hoặc lên các mâm
cấp đông, mỗi mâm có 4 khay. Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt
hơn khi có khay vì hạn chế đợc nhiệt trở dẫn nhiệt. Trên hình 4-10
giới thiệu cách sắp xếp các khay cấp đông trên các tấm lắc.

168
Hệ thống băng tải có thể điều chỉnh vô cấp đảm bảo sản phẩm đợc
làm mát đạt yêu cầu ở đầu ra tuỳ theo từng loại sản phẩm khác nhau.

4.5.5.3 Nồi hơi của băng chuyền hấp
Để đảm bảo yêu cầu vệ sinh cho nhà máy chế biến thực phẩm,
ngời ta sử dụng lò hơi đốt dầu D.O để cung cấp hơi cho băng chuyền
hấp. Hệ thống đờng ống dẫn hơi bằng inox có độ dày đảm bảo yêu
cầu. Công suất hơi yêu cầu cho băng chuyền không lớn (khoảng
100ữ750 kg/ hơi/giờ tuỳ thuộc băng chuyền) nên ngời ta thờng sử
dụng lò hơi dạng đứng.
Lò hơi đợc trang bị đầy đủ các thiết bị điều khiển, bảo vệ, cùng
hệ thống xử lý nớc, hoàn nguyên đầy đủ.
- áp suất hơi : 8 kG/cm
2
- Nhiên liệu : Dầu D.O

4.5.5.4 Thiết bị mạ băng
Thiết bị mạ băng có cấu tạo dạng băng chuyển, sản phẩm sau cấp
đông chuyển động qua băng tải của thiết bị mạ băng và đợc phơng
nớc lạnh để mạ băng.
Có 2 phơng pháp mạ băng:
- Phun sơng nớc từ 2 phía: trên xuống và dới lên. Thiết bị
thờng có cơ cấu điều chỉnh đợc lu lợng nớc và tỉ lệ mạ băng.

- Nhúng nớc bằng cách cho băng tải chuyển dịch qua bể nớc.
Phơng pháp này có nhợc điểm tổn hao lạnh nhiều nên ít sử dụng.
Toàn bộ các chi tiết của thiết bị mạ nh bể nớc, hệ thống ống
nớc, khung, chân băng chuyền làm bằng vật liệu không rỉ. Băng tải
kiểu lới inox hoặc nhựa.
Việc truyền động của băng tải thực hiện bằng mô tơ có hộp giảm
tốc. Thiết bị mạ băng có bộ biến tần điện tử để điều khiển tốc độ băng
chuyền vô cấp.


209
Thông số kỹ thuật:
- Tỷ lệ mạ băng : 10 ữ 15% (tuỳ theo sản phẩm)
- Nhiệt độ nớc mạ băng : + 3ữ5
o
C
- Bề rộng băng chuyền khoảng 1200ữ1500mm
4.5.5.5 Băng chuyền làm cứng
Sau khi đợc mạ băng xong sản phẩm đợc đa qua băng chuyền kế
tiếp để hoá cứng lớp băng mạ.
Băng chuyền có mô tơ truyền động qua hộp giảm tốc. Thiết bị mạ
băng có bộ biến tần điện tử để điều khiển tốc độ băng chuyền vô cấp.
-Toàn bộ các chi tiết của thiết bị bằng vật liệu không rỉ. Băng tải kiểu
lới.
4.5.5.6 Buồng tái đông
Về cấu tạo, bố trí thiết bị và chế độ nhiệt rất giống buồng cấp đông
I Q.F dạng thẳng, nhng kích thớc ngắn hơn. Buồng tái đông có cấu
tạo dạng khối hộp, đợc lắp ghép bằng panel cách nhiệt, polyurethan
dày 150mm. Hai mặt panel bọc tole phủ PVC. Vỏ buồng tái đông có
02 cửa ra vào để kiểm tra, làm vệ sinh và bảo dỡng thiết bị. Bên

trong buồng là băng chuyền dạng thẳng đơn, vật liệu chế tạo băng
chuyền là inox hoặc nhựa giống nh băng chuyên I.Q.F dạng thẳng.
Dàn lạnh và quạt đặt phía trên các băng tải.
Nền buồng đợc gia cố thêm lớp nhôm để làm sàn và máng thoát
nớc, nhôm đúc có gân dạng chân chim chống trợt dày 3 mm.
Băng chuyền đợc điều chỉnh tốc độ vô cấp nhờ bộ điều tốc điện tử.
Dàn lạnh sử dụng môi chất NH
3
đợc làm bằng inox cánh nhôm xả
băng bằng nớc. Quạt dàn lạnh là loại hớng trục, mô tơ quạt là loại
kín chống thấm nớc.
Tất cả các chi tiết bên trong nh khung đỡ băng chuyền, khung đỡ
dàn lạnh, vỏ che dàn lạnh đều làm bằng vật liệu không rỉ.
Thông số kỹ thuật của buồng tái đông 500 kg/h
- Công suất tái đông : 500 kg/h
- Kích thớc : 6.000mmLx3000mmW x 3000mmH

210
- Công suất lạnh của dàn : 35 kW (t
e
/
t
= -40
o
C/7
o
C)
- Môi chất lạnh : NH
3
(cấp dịch bằng bơm)

- Phơng pháp xả đá : Bằng nớc
- Quạt dàn lạnh : 3 x 2,2 kW - 380V/3Ph/50Hz
- Dẫn động bằng mô tơ : 0,25 kW

4.5.6 Tính toán nhiệt hệ thống cấp đông I.Q.F
Tổn thất nhiệt trong tủ cấp đông gồm có:
- Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng cấp đông.
- Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
- Tổn thất do động cơ quạt và truyền động của băng chuyển.
- Tổn thất do lọt không khí qua cửa vào ra hàng.
Mặc dù có trang bị hệ thống xả băng, nhng trong quá trình cấp
đông ngời ta không xả băng, mà chỉ xả băng sau mỗi mẻ cấp đông
nên ở đây không tính tổn thất nhiệt do xả băng.
Trong trờng hợp hệ thống cấp đông I.Q.F có trang bị thêm buồng
tái đông và hoạt động cùng chung máy nén với buồng cấp đông I.Q.F
thì phải tính thêm tổn thất nhiệt ở buồng tái đông. Các thành phần tổn
thất ở buồng tái đông giống nh buồng cấp đông.
4.5.6.1 Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Tổn thất qua kết cấu bao che của các buồng cấp đông có thể tính
theo công thức truyền nhiệt thông thờng:
Q
1
= k.F.t (4-42)
F - tổng diện tích 6 mặt của buồng cấp đông, m
2
;
t = t
KK
N
t

KK
T
;
t
KK
N
- Nhiệt độ không khí bên ngoài,
o
C;
Thờng tủ cấp đông đặt trong khu chế biến, có nhiệt độ khá thấp do
có điều hoà không khí , lấy t
KK
N
= 20ữ22
o
C
t
KK
T
- Nhiệt độ không khí bên trong kho cấp đông, lấy t
KK
T
= -35
o
C.

Bảng 4-22: Nhiệt độ không khí trong các buồng I.Q.F

Dạng buồng I.Q.F Dạng thẳng Dạng xoắn Siêu tốc
Nhiệt độ,

o
C - 35
o
C - 35
o
C
- 41ữ43
o
C
k - Hệ số truyền nhiệt, W/m
2
.K

211
21
11
1



++
=

i
i
k , W/m
2
.K (4-43)

1

- Hệ số toả nhiệt bên ngoài tờng
1
= 23,3 W/m
2
.K;

2
- Hệ số toả nhiệt bên trong. Tốc độ đối lu cỡng bức không khí
trong buồng rất mạnh nên lấy
2
= 10,5 W/m
2
.K
Các lớp vật liệu của panel tờng, trần.

Bảng 4-23: Các lớp cách nhiệt buồng I.Q.F

TT Lớp vật liệu Độ dày
mm
Hệ số dẫn nhiệt
W/m.K
1 Lớp inox
0,5 ữ 0,6
22
2 Lớp polyurethan 150
0,018ữ0,020
3 Lớp inox
0,5 ữ 0,6
22
Đối với buồng tái đông cũng tính tơng tự, vì các thông số kết cấu,

chế độ nhiệt tơng tự buồng cấp đông.

4.5.6.2 Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm đợc tính theo công thức sau:
E - Năng suất kho cấp đông, kg/h
Q
2
= E.(i
1
-i
2
)/3600 , W (4-44)
i
1
, i
2
- Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, J/kg;
Nhiệt độ sản phẩm đầu vào lấy t
1
= 10
o
C;
Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông phải đạt yêu
cầu là -18
o
C.

4.5.6.3 Tổn thất do động cơ điện
1. Do động cơ quạt
Quạt dàn lạnh đặt ở trong buồng cấp đông nên, dòng nhiệt do các

động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức:
Q
31
= 1000.n.N ; W (4-45)
N - Công suất động cơ của quạt, kW;
n - Số quạt của buồng cấp đông.
2. Do động cơ băng tải gây ra

212
Động cơ băng tải nằm ở bên ngoài buồng cấp đông, biến điện năng
thành cơ năng làm chuyển động băng tải. Trong quá trình băng tải
chuyển động sinh công và tỏa nhiệt ra môi trờng bên trong buồng. Có
thể tính tổn thất nhiệt do động cơ băng tải gây ra nh sau:
Q
32
= 1000..N
2
; W (4-46)
- Hiệu suất của động cơ băng tải;
N
2
- Công suất điện mô tơ băng tải, kW.

4.5.6.4 Tổn thất nhiệt do lọt khí bên ngoài vào
Đối với các buồng cấp đông I.Q.F, trong quá trình làm việc do các
băng tải chuyển động vào ra nên ở các cửa ra vào phải có một khoảng
hở nhất định. Mặt khác khi băng tải vào ra buồng cấp đông nó sẽ cuốn
vào và ra một lợng khí nhất định, gây ra tổn thất nhiệt. Tổn thất nhiệt
này có thể tính nh sau:
Q

4
= G
kk
.C
pkk
(t
1
-t
2
) (4-47)
G
kk
- Lu lợng không khí lọt, kg/s;
C
pkk
- Nhiệt dung riêng trung bình của không khí trong khoảng -
40ữ20
o
C
t
1
, t
2
- Nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong buồng
Việc tính toán G
kk
thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ
băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định G
kk
một cách gần

đúng nh sau:
G
kk
=
kk
..F (4-48)

kk
- Khối lợng riêng của không khí kg/m
3
;
- Tốc độ chuyển động của băng tải, m/s;
F - Tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải, m
2
.
Diện tích khoảng hở đợc xác định căn cứ vào khoảng hở giữa
băng tải và chiều rộng của nó. Khoảng hở khoảng 35ữ50mm.

4.6 CHọN MáY LạNH
Các máy lạnh sử dụng trong các hệ thống cấp đông là máy lạnh 2
cấp, môi chất sử dụng có thể là R
22
và NH
3
. Đối với hệ thống rất lớn
ngời ta thờng hay sử dụng máy lạnh trục vít , với môi chất NH
3
.
Máy nén của các hàng Bitzer, Mycom, York-Frick, Saboe thờng hay
đợc sử dụng cho các hệ thống lạnh cấp đông ở nớc ta.

213