đồ án thiết bị trong kỹ thuật lạnh

Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Ý NGHĨA KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN
Kỹ thuật lạnh đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế
xã hội. Đặc biệt làđối với nước ta nền kinh tế chủ yếu là nông
nghiệp, ngư nghiệp. Sảnphẩmnông nghiệp của chúng ta dồi dào,
bên cạnh đó là quá trình phát triển nền kinhtế xã hội chúng ta
đang dần tiến tới công nghiệp hóa hiện đại hóa.Sản phẩmbán ra
ngày càng nhiều và chế biến tinh chế hơn, các ngành nông sản,
chế biếnthủy sản ngày càng chiếm vị thế trong nền kinh tế xã hội.
Đặc biệt với ngành chế biến thủy sản, sản phẩm sau chế biến
phải được cấp đông để có thể bảo quản trong thời gian dài. Do đó
để phát triển đượcngành này thì công nghệ lạnh đóng vai trò rất
quan trọng với ngành trưng bày vàbán hàng tại các trung tâm
thương mại, siêu thị. Và việc nghiên cứu và ứngdụng kỹ thuật lạnh
đúng hướng ở nước ta là rất cần thiết đểđưa nền kinh tế nước nhà
đi lên.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 1
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH
1.1. Lịch sử phát triển ngành lạnh
Từ lâu con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh. Cách đây khoảng 5000
năm con người đã biết bảo quản lương thực – thực phẩm trong các hang động có
nhiệt độ thấp do các mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua.
Cách đây khoảng 2500 năm trên các tranh vẽ trên tường ở các kim tự tháp Ai
Cập đã mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm xốp cho nước bay hơi làm mát không
khí.
Người Ấn Độ và người Trung Quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối
vào nước hoặc nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.
Tuy nhiên, kỹ thuật lạnh hiện đại cỉ mới bắt đầu phát triển khi giáo sư Black

tìm ra ẩn nhiệt hóa hơi và ẩn nhiệt ngưng tụ vào năm 1761 – 1764. Con người đã
biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở ấp suất thấp.
Sau đó là sự hóa lỏng khí CO
2
vào năm 1780 cho Clouet và Monge tiếnhành.
Sang thế kỷ 19 thì Faraday đã hóa 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 hang loạt các phát minh của kỹ sư Carres (Pháp) về máy lạnh hấp thụ
chu kì và liên tục với các môi 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 Planten cùng Munter (Thụy Điển) hoàn
thiện năm 1922. Máy lạnh Ejector hơi nước đầu tiên do Leiblane chế tạo năm 1910.
Nó cấu tạo rất đơn giản, năng lượng tiêu tốn là nhiệt năng do đó có thể tận dụng

được các nguồn phế thải.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 2
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
− 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 carbon được thay thế một phần
hay toàn phần các nguyên tử hidro bằng các nguyên tử halogen như: Cl, F, Br là
những chất lạnh có những đặc tính quý báu như: không cháy, không nổ, không độc
hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi. Nó đã góp phần tích cực
vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển. Nhất là kỹ thuật điều hòa không khí.
Ngày nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển rất 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 tuyết đối.
− Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng trong
phòng thí nghiệm các stoor hợp có công suất triệu W ở các trung tâm điều tiết
không khí.
− Hệ thống lạnh ngày nay thay vì lắp ráp các chi tiết thiết bị lại với nhau thì tổ hợp
này ngày càng hoàn thiện nên sử dụng sẽ thuận tiện và chế độ làm việc sẽ hiệu quả
hơn.
− Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí cho một đơn vị lạnh giảm
xuống. Tuổi thọ và độ tin cấy tăng lên. Mức độ tự động hóa cảu hệ thống lạnh và
các máy lạnh tang lên rõ rệt. Những chi tiết tự động hóa hoàn toàn bằng điện tử và
vi điện tử thay thế cho các thiết bị thao tác bằng tay.
1.2. Tổng quan về công nghệ làm đông và bảo quản sản phẩm đông lạnh
1.2.1. 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 nguyên liệu bị ức chế hoạt động và có thể bị đình
chỉ hoạt động. Như vậy nguyên liệu được giữ tươi lâu khoảng một thời gian nữa.
Nói chung khi nhiệt độ nhỏ hơn 10
0
C thì vi sinh vật gây thối rữa và vi khuẩn
gây bệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 10
0
C thì
tỷ lệ phát triển của chúng rất thấp, ở -5
0
C ÷ -10
0
C thì hầu hết chúng không hoạt
động.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 3
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Tuy nhiên, có một số loài vi khuẩn và nấm mốc khi hạ nhiệt độ xuống -15
0
C
chúng vẫn phát triển được như cloromobacter, Pseudomonas… Do đó, muốn bảo
quản được thực phẩm, nhất là các mặt hang thủy sản trong thời gian dài thì nhiệt độ
bảo quản phải dưới -15
0
C.
Như vậy, quá trình bảo quản có tác dụng như sau:
- Ở nhiệt độ thấp các phản ứng hóa sinh trong nguyên liệu giảm xuống. trong phạm
vi hoạt động bình thường, cứ hạ 10
0
C thì các phản ứng hóa sinh giảm xuông ½ -

1/3, khi hạ xuống thấp sẽ 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 thủy sản bị đóng băng làm cơ
thể động vật bị mất nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển và có khi còn bị
tiêu diệt. Nói chung là khi nhiệt độ hạ xuống thấp thì chỉ có tác dụng kiềm chế vi
khuẩn hơn là giết chết chúng.
1.2.2. Các vấn đề về cấp đông thực phẩm.
1.2.2.1. Phân loại giới hạn làm lạnh.
• Nhiệt độ đóng băng của thực phẩm
Nước nguyên chất đóng băng ở 0
0
C. Tuy nhiên điểm đóng bang của thực
phẩm thì khác, vì nồng độ muối khoáng và các chất hòa tan trong dịch tế bào của
thực phẩm thay đổi tùy theo từng loại thực phẩm nên chúng có điểm đóng băng
khác nhau và thường nhỏ hơn 0.
• Các cấp làm lạnh thực phẩm.
Ứng với khoảng nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông người ta phân biệt các cấp
làm lạnh thực phẩm như sau:
- Làm lạnh: khi nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình nằm trong khoảng t
db
< t< 20
0
C.
- Làm lạnh đông(cấp đông): khi nhiệt độ sau cấp đông nằm trong khoảng:
-100
0
C<t< t
tb
.
- Làm lạnh thâm độ: khi nhiệt độ sau cấp đông nằm trong khoảng: -273

0
C<t<
-100
0
C.
• Cơ chế đóng băng trong thực phẩm khi cấp đông.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 4
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Nước trong thực phẩm do có hòa tan các chất tan nên nhiệt độ đóng băng
thấp hơn 0
0
C.Khi hạ nhiệt độ xuống thấp các dạng nước trong thực phẩm đóng băng
dần dần tùy theo mức độ liên kết của chúng với tế bào.
Khi hạ nhiệt độ xuống thấp bằng nhiệt độ cấp đông, trước tiên các tinh thể đá
xuất hiện ở gian bào(khoảng trống giữa các tế bào). Khi đến điểm đóng băng đa số
nước ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên cao hơn trong tế bào. Do
áp suất thẩm thấu tăng lên làm cho nước trong tế bào có xu hướng ra ngoài qua gian
bào, qua màng bán thấm của tế bào. Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì nước trong tế bào
ra sẽ làm cho các tinh thể hiện diện lớn lên mà không tạo tinh thể mới.
Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả bên trong lẫn bên ngoài tế
bào, tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều.
Do đó, nếu hạ nhiệt độ chậm, tế bào sẽ mất nước, các tinh thể đá tạo ra sẽ to
và chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, làm giảm chất lượng
sản phẩm.
Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến nước liên kết, bắt đầu từ nước có
liên kết yếu đến nước có liên kết mạnh.
1.2.2.2. Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản lạnh
đông
Sự kết tinh của nước đá

Trong quá trình cấp đông, nước tách ra và đông thành các tinh thể, làm cho
sản phẩm trở nên rắn, tăng thể tích một ít. Khi nước trong thực phẩm kết tinh tạo
thành mạng tinh thể xen kẽ giữa các thành phần khác tạo nên cấu trúc vững chắc,
nhưng khi làm tan băng, phục hồi trạng thái ban đầu thì cấu trúc thực phẩm sẽ bị
mềm yếu hơn, kém đàn hồi hơn do các tinh thể làm rách cấu trúc tế bào thực phẩm.
Đối với các thực phẩm đông lạnh trong quá trình bảo quản, nếu chúng ta
không duy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ đẫn đến sự kết tinh lại của nước
đá. Đây là hiện tượng gây ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản.do nồng độ chất
tan trong tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau, nên nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ
nóng chảy cũng khác nhau.
Sự biến đổi màu sắc
Đồng thời với quá trình trên, màu sắc thực phẩm cũng biến đổi do hiệu ứng
quang học, do tinh thể đá khúc xạ ánh sáng. Màu sắc thực phẩm khi nước đóng
bang phụ thuộc tính chất ánh quang của tinh thể nước đá.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 5
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Bay hơi nước
Trong quá trình làm lạnh đông có hiện tượng mất nước, giảm trọng lượng
sản phẩm. Đó là sự bay hơi nước vào không khí từ bề mặt sản phẩm, do chênh lệch
mật độ ρ giữa không khí sát bề mặt và không khí xung quanh.
Ẩm bốc lên từ bề mặt sản phẩm vào không khí xung quanh, nếu sản phẩm
nhập có bề mặt còn ướt thì khi cấp đông chúng sẽ đông lại, sau đó diễn ra quá trình
thăng hoa.Nếu chênh lệch nhiệt độ bề mặt sản phẩm và không khí trong buồng cấp
đông càng lớn thì ẩm bốc càng mạnh, gây hao hụt khối lượng.
Khuếch tán nước
Khi cấp đông xảy ra hiện tuongj khuếch tán nước trong cấu trúc thực phẩm,
nước khuếch tán là do các nguyên nhân:
- Sự chênh lệch nhiệt độ gây nên do chênh lệch mật độ ρ.
- Sự lớn lên các tinh thể nước đá luôn thu hút nước từ các vị trí chưa kết tinh dẫn đến,

làm cho nước từ nơi có nồng độ chất tan thấp chuyến đến nơi có nồng độ chất tan
cao. Sự di chuyển của nước thực hiện nhờ tính bán thấm và mao dẫn của cấu trúc
thực phẩm. Động lực của quá trình khuếch tán, làm cho nước di chuyển từ trong tế
bào ra gian bào và từ trong ra ngoài, từ vị trí liên kết ra tự do. Khi nước khuếch tán
cấu trúc tế bào co rút, một số chất tan biến hình.
-
Các thông số nhiệt vật lý thay đổi
− Biến đổi nhiệt dung: nhiệt dung sản phẩm thay đổi là do nước trong thực phẩm đã
đóng băng.
− Biến đổi hệ số dẫn nhiệt.
− Biến đổi hệ số dẫn nhiệt độ.
a. Biến đổi hóa học
Trong quá trình bảo quản đông lạnh các biến đổi sinh hóa, hóa học diễn ra
chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là các protein hòa tan, lipid, vitamin, chat
màu….
− Sự biến đổi protein: trong các loại protein thì protein hòa tan trong nước là dễ bị
phân giải nhất, sự phân giải chủ yếu dưới tác dụng của enzyme có sẵn trong thực
phẩm. sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa của nước đá gây nên sự biến
tính protein hòa tan. Biến đổi pro tein làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 6
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
− Sự biến đổi của lipid: dưới tác dụng của enzyme nôi tạng làm cho chất béo bị phân
giải cộng với quá trình thăng hoa của nước đá làm cho oxy xâm nhập vào trong thực
phẩm. Đó là điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa chất béo xảy ra. Quá trình
oxy hóa này sinh ra các hợp chất có mùi vị xấu làm giảm giá trị sản phẩm.
− Các chất màu bị oxy hóa cũng làm thay đổi màu sắc của sản phẩm.
b.Biến đổi do vi sinh
Trước khi làm lạnh, thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ tạp chất
nơi chứa nhiều loại vi sinh vật.

Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15
0
C và được bảo quản
ổn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian. Ngược lại, nếu sản phẩm làm
lạnh đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản không ổn
định sẽ làm cho các sản phẩm bi lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt động gây thối
rữa và giảm chất lượng sản phẩm.
1.2.2.3. Các phương pháp và thiết bị cấp đông thực phẩm
Thiết bị cấp đông thực phẩm có nhiều dạng, hiện nay nước ta sử dụng phổ
biến các hệ thống sau:
− Kho cấp đông gió.
− Tủ cấp đông tiếp xúc.
− 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 cấp đông dạng xoắn.
+ Hệ thống tủ cấp đông siêu tốc.
− Hệ thống cấp đông nhúng nitơ lỏng.
1.3. Môi chất lạnh và một số ứng dụng của kỹ thuật lạnh
Định nghĩa
Môi chất lạnh (tác nhân lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt
động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi
trường có nhiệt đọ cao hơn. Môi chất tuần hoàn được trong hệ thống lạnh nhờ quá
trình nén.
Phân loại
− Dựa vào thành phần hóa học:
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 7
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
• Môi chất vô cơ: NH

3
(R717), CO
2
(R744),….
• Môi chất hưu cơ: hydrocarbon, halocarbon….
− Dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất bão hòa
• Môi chất có áp suấ sôi cao: R744.
• Môi chất có áp suất sôi trung bình: R123, R134.
• Nhóm môi chất có áp suất sôi thấp: R717, R507.
Ngoài ra còn dựa vào tính độc hại và tính dễ cháy nổ để phân loại.
1.3.1. Môi chất lạnh NH
3
Tuy NH
3
độc hại nhưng vẫn được coi là môi chất của hiện tại và tương lai.
Tính chất nhiệt động
− Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -33.35
0
C
− Nhiệt độ đông đặc: -77,7
0
C
− Nhiệt độ ngưng tụ: 32
0
C
− Áp suất ngưng tụ khoảng 12 ÷ 15 kg/cm
2
− Ρ (0
0
C) = 0,64 kg/dm

3
− Năng suất lạnh riêng khối lượng q
0
lớn.
− Năng suất lạnh riêng thể tích q
v
lớn (máy nén và thiết bị gọn nhẹ).
− Nhiệt độ cuối tầm nén cao (làm mát đầu xi lanh và phải hút hơi bão hòa).
− Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao(tổn thất áp suất nhỏ, đường ống và các van gọn
nhẹ).
− Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn (thuận lợi cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị
ngưng tụ và bay hơi).
− Bền vững trong khoảng nhiêt độ và áp suất công tác chỉ phân hủy ở 260
0
C. tuy
nhiên nếu bề mát xi lanh làm bằng thép và có mặt ẩm làm chất xúc tác thì ở nhiệt độ
110– 120
0
C đã bị phân hủy.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 8
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Bảng 1.1. Các thông số trạng thái ở 0
0
C
Đơn vị Lỏng Hơi
Áp suất Mpa 0,43 0,43
Thể tích riêng dm
3
/kg 1,57 289,3

Nhiệt dung riêng
− Đẳng áp
− Đẳng tích
KJ/(kg.K)
KJ/(kg.K)
4,26
2,08
2,68
1,92
Độ nhớt 10
-6
Pa.s 170,09 9,06
Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,559 0,023
Sức căng bề mặt N/m 0,033
Nhiệt hóa hơi KJ/kg 1262,2
Tính chất hóa học
− NH
3
không tác dụng với phi kim, kim loại đen chế tạo máy và kim loại màu (trừ Cu
và hợp kim của Cu).
− NH
3
hòa tan vô tận trong H
2
O (không bị tắc ẩm van tiết lưu nhưng phải khống chế
ẩm <0,1%).
− NH
3
không hòa tan dầu bôi trơn.
− Hỗn hợp với Hg sẽ gây nổ.

− Khi có ngọn lửa NH
3
có thể gây cháy nổ ở nồng độ 13% - 16% và tựu cháy ở
600
0
C.
Tính chất vật lý
− Độc hại đối với con người, gây kích thích niêm mạc mắt và dạ dày, gây co thắt các
cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
− Ở nồng độ 0,007 – 0,1% thể tích không khí bắt đầu có sự hủy hoại cơ quan hô hấp.
Từ 0,2 -0,3% có thể làm mù mắt hoặc chết ngạt trong 30 phút.
− NH
3
làm giảm chất lượng thực phẩm.
Biện pháp an toàn
− Khi tiếp xúc với NH
3
phỉa mang mặt nạ phòng độc, khi xử lí sự cố hệ thống phải có
ít nhất 2 người.
− Khi bị ngạt phải đưa ra chổ thoáng nhưng phải ấm, xông hơi ấm và uống các chất
kích thích: cà phê, trà nóng…
− Khi bị bỏng phải nhanh chóng rửa bang nước sạch và ấm. Nếu nặng phải đưa đến
bệnh viện.
1.3.2. Ứng dụng của kỹ thuật lạnh
Bảo quản thực phẩm
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 9
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh lá dung để bảo quản
thực phẩm. Theo thống kê thì khoảng 80% năng suất lạnh được sử dụng trong công

nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm hầu hết là các sản phẩm bị ôi thiu hư hỏng
do vi khuẩn gây ra.
Để bảo quản thực phẩm ngoài phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao bì, xử lý
khí… Phuong pháp làm lạnh tỏ ra có nhiêu ưu điểm như ít làm giảm chất lượng,
màu sắc, mùi vị thực phẩm trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm bảo quản.
Bảng 1.2. Số ngày bảo qản phụ thuộc vào nhiệt độ đối với cá, thịt bò, gia cầm
Nhiệt độ(0
0
C) Cá Thịt bò Gia cầm
20 3 8 2
10 7 16 5
0 15 30 7
-10 40 100 70
-20 110 1000 230
-30 230 2300 800
Thực ra thời gian bảo quản còn phụ thuộc nhiều yếu tố như độ ẩm, phương
pháp bap gói, thành phần không khí nơi bảo quản, chất lượng bán thành phẩm,…
nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất.
Ngày nay, công nghiệp thực phẩm xuất khẩu đang giữ một vai trò hết sức
quan trọng trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến thực phẩm
này không thể thiếu những trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ thuật lạnh.
Công nghiệp hóa chất
Ứng dụng quan trọng nhất trong công nghệ hóa chất là việc hóa lỏng và tách
khí như công nghiệp sản xuất khí clo, amoniac, carbonic, sulfuro, clohydryd, các
loại khí đốt, khí sinh học, khí thiên nhiên, hóa lỏng và tách không khí,…
Hóa lỏng và tách không khí từ không khí ngành công nghiệp có ý nghĩa rất
to lớn đối với ngành luyện kim, chế tạo máy và các ngành kinh tế khác kể cả y học
và sinh học. Oxy và nito được sử dụng nhiều ở lĩnh vực khác nhau như hàn, cắt kim
loại, sản xuất phân đạm, làm chất tải lạnh…các loại khí trơ như heli, argon được sử
dụng trong nghiên cứu vật lí, trong công nghiệp hóa chất và sản xuất bóng đèn. Kỹ

thuật lạnh cũng hỗ trợ đắc lực trong các công nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân
tạo, phim ảnh…nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng hóa học nên
người ta còn sử dụng lạnh để điều khiển tốc độ phản ứng hóa học.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 10
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Điều hòa hóa chất
Điều hòa không khí công nghiệp và tiện nghi ngày nay là không thể thiếu và
thực sự đang phát triển rất mạnh mẽ. Các yêu cầu nghiêm ngặt về nhiệt độ, độ ẩm
và thành phần không khí trong các quy trình công nghệ sản xuất như vải, sợi, in ấn,
thuốc lá, điện tử, vi điện tử, máy tính, quang học…nhất thiết phải có điều hòa
không khí.
Các dịch vụ như khách sạn, du lịch, vui chơi giải trí, y tế, thể dục thể thao,
giao thông vận tải…cũng không thể thiếu được điều hòa không khí. Ngày nay kỹ
thuật lạnh đã thâm nhập và hỗ trợ cho hàng trăm ngành kinh tế khác nhau.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cấp đông
1.4.1. Loại máy cấp đông
Có nhiều loại thiết bị cấp đông và nguyên lý hoạt động rất khác nhau. Thiết
bị gió cưỡng bức và làm lạnh ssanr phẩm, có loại tiếp xúc là bề mặt các tấm kim
loại, nhưng có loại thì sản phẩm được nhúng trong N
2
lỏng.
Do nguyên lý làm lạnh khác nhau nên tốc độ sẽ khác nhau đáng kể. Đối với
cùng một dạng máy cấp đông, nhưng nếu sử dung phương pháp cấp dịch cho thiết
bị bay hơi khác nhau cũng làm cho thời gian cấp đông thay đổi đáng kể, do hệ số
trao đổi nhiệt bên trong phụ thuộc nhiều vào phương pháp cấp dịch.
1.4.2. Nhiệt độ buồng cấp đông
Nhiệt độ cấp đông càng thấp thì giời gian cấp đông càng nhanh và ngược
lại.Vì vây, cần chọn nhiệt độ buồng hợp lý.Thường nhiệt độ không khí trong buồng
cấp đông đạt là -35

0
C.
1.4.3. Tốc độ gió trong buồng cấp đông
Tốc độ gió càng cao thì thời gian cấp đông càng nhanh do hệ số tỏa nhiệt đối
lưu tăng, kết quả hệ số truyền nhiệt tăng.
1.4.4. Nhiệt độ sản phẩm trước cấp đông
Việc chế biến thực phẩm diễn ra trong một thời gian khá lâu, vì vậy khi chế
biến được khay sản phẩm nào, người ta sẽ tạm cho vào các kho chờ đông để tạm
thời bảo quản, chờ cho đủ khối lượng cần thiết cho một mẻ cấp đông mới đem cấp
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 11
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
đông.Mặc khác trong quá trình chế biến, thực phẩm được ướp đá và xử lý trong
không gian khá lạnh.Vì thế, nhiệt độ thực phẩm đưa vào thiết bị cấp đông thường
chỉ cỡ 10-12
0
C.Nếu thời gian bảo quản trong kho chờ đông lâu thì nhiệt độ thực
phẩm vào cấp đông còn nhỏ hơn.Nhiệt độ thực phẩm vào cấp đông càng thấp thì
thời gian cấp đông càng ngắn.
1.4.5. Bề dày sản phẩm cấp đông
Thời gian cấp đông càng lâu nếu thực phẩm càng dày. Người ta nhận thấy
thời gian cấp đông tăng lên một cách nhanh chống nếu tăng chiều dày thực phẩm.
Mối quan hệ này không theo qui luật tuyến tính mà theo bậc bình phương của chiều
dày. Các sản phẩm cấp đông dạng khối (block) có thời gian cấp đông khá lâu,
nhưng dạng rời thì thời gian ngắn hơn nhiều.
1.4.6. Hình dạng sản phẩm
Hình dạng của thực phẩm cũng ảnh hưởng tới tốc độ làm lạnh.Hình dạng có
lien quan tới diện tích tiếp xúc.Dạng khối sẽ có diện tích tiếp xúc kém nhất, trong
khi các sản phẩm dạng rời có diện tích tiếp xúc lớn nên thời gian làm lạnh giam đi
nhiều.Sản phẩm càng nhỏ sẽ có diện tích tiếp xúc càng lớn nên thời gian cấp đông

càng nhanh.
1.4.7. Diện tích tiếp xúc
Khi diện tích tiếp xúc giữa thực phẩm với các tác nhân hoặc với bề mặt làm
lạnh tăng thì thời gian làm lạnh giảm. Vì thế, các khay cấp đông phải có bề mặt
phẳng, không gồ ghề lồi lõm. Trong các thiết bị đông rời nên bố trí sản phẩm đều
theo toàn bộ khay hay bang chuyền cấp đông. Trên các tấm lắc cấp đông nếu có
băng cũng có thể làm giảm diện tích tiếp xúc.
1.4.8. Bao gói sản phẩm
Một số sản phẩm cấp đông được đông gói trước khi cấp đông làm tăng nhiệt
trơ. Đặc biệt khi bao gói có lọt các lớp khí bên trong thì tạo ra các lớp cách nhiệt thì
làm tăng đáng kể thời gian cấp đông.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 12
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
1.4.9. Loại thực phẩm
Mỗi loại thực phẩm có nhiệt dung và nhiệt hàm khác nhau. Do đó nhiệt
lượng cần thiết để cấp đông 1kg mỗi loại thực phẩm rất khác nhau.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 13
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Chương 2. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
2.1. Giới thiệu về tủ cấp đông tiếp xúc
Hình 2.1. Tủ
cấp đông tiếp xúc
Trên hình
2.1 là cấu tao
một tủ cấp đông
tiếp xúc để cấp đông các mặt hàng dạng block. Mỗi block thường có khối lượng
2kg. Tủ gồm có nhiều tấm lắc cấp đông (freezer plates) bên trong, khoảng cách giữa
các tấm có thể điều chỉnh được bằng ben thủy lực, thường chuyển dịch từ 50 –

105mm. Kích thước chuẩn của các tấm lắc là 2200L x 1250W x 22D (mm). Đối với
tủ cấp đông lớn từ 2000kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng các tấm lắc lớn, có kích
thước là 2400L x 1250W x 22D (mm).Sản phẩm cấp đông được đặt trong các khay
cấp đông sau đó đặt trực tiếp lên các tấm lắc hoặc lên các mâm cấp đông, mỗi mâm
có 4 khay.Thông thường người ta đặt trực tiếp lên tấm lắc cì hạn chế được nhiệt trở
dẫn nhiệt.
Ben thủy lực nâng hạ các tấm lắc đặc trên tủ cấp đông.Pittông và cần dẫn ben
thủy lực làm bằng thép không rỉ đảm bảo yêu cầu vệ sinh.Hệ thống có bộ phận phân
phối dầu cho truyền động bơm thủy lực.
Khi cấp đông ben thủy lức ép các tấm lắc để cho các khay tiếp xúc hai mặt
với tấm lắc.Quá trình trao đổi nhiệt là nhờ dẫn nhiệt.Trong các tấm lắc chứa ngập
dịch lỏng ở nhiệt độ âm sâu -40
0
C ÷ -45
0
C.
Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống lạnh tủ cấp đông tiếp xúc có thể chia ra
làm các dạng sau:
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 14
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
- Cấp dịch từ bình chống tràn: với tủ cấp đông dạng này, dịch lỏng chuyển dịch dần
vào các tấm lắc nhờ chêch lệch cột áp suất thủy tĩnh, nên tốc độ chuyển động chậm
với thời gian cấp đông lâu 4-6 giờ/mẻ.
- Cấp dịc 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
2h30 phút/mẻ. Hiện nay người ta thường dùng cấp dịch loại 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
trong các tấm lắc ở dạng hơi bão hòa ẩm, nên hiệu quả truyền nhiệt không cao, khả

năng làm lạnh kem, thời gian cấp đông kéo dài.
- Phía trên bên trong tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc vừa là tấm ép khi ben
các tấm lắc xuống. Để các tấm lắc không di chuyển qua lại khi chuyển động, trên
mỗi tấm lắc có gắn các tấm định hướng, các tấm này luôn tựa lên thanh định hướng
trong quá trình chuyển động. Bên trong tủ còn có ống góp cấp lỏng và hơi ra. Do
các tấm lắc luôn di chuyển nên đường ống môi chất nối từ các ống góp vào các tấm
lắc là các ống nối mềm bằng cao su chịu áp lực cao, bên ngoài có lưới inox bảo vệ.
- Trên tủ cấp đông người ta đặt bình chống tràn, hệ thống máy nén thủy lực của ben
và thiết bị phụ khác.
2.2.Sơ đồ tủ cấp đông cấp dịch nhờ bơm
2.3. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống cấp đông làm lạnh ở nhiệt độ thấp -40
0
C vì vậy máy nén có tỉ số
nén cao do đó phải sử dụng chu trình nén 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát bằng bình trung
gian có ống xoắn.
Hơi môi chất sẽ được hút về máy nén hạ áp và nén lên bình trung gian, tại
đây môi chất sẽ được làm mát trung gian hoàn toàn.Sau khi được làm mát, hơi môi
chất được máy nén cao áp hút về và tiếp tục nén cao áp.Hơi sau khi nén cao áp sẽ đi
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 15
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
qua bình tách dầu. Tại đây, dầu sẽ được tách ra khỏi hơi môi chất để tránh trường
hợp dầu sẽ theo hơi vào các thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt.
Sau đó, môi chất sẽ đi vào thiết bị nhưng tụ.Đây là bình ngưng ống chùm nằm
ngang sử dụng cho môi chất NH
3
.Bình ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược
dòng nên môi chất được làm lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ.Tại bình ngưng môi chất
lỏng sẽ được làm mát bằng nước nhờ một tháp giải nhiệt. Sauk hi hơi môi chất được

ngưng tụ thành lỏng sẽ đi qua bình chứa cao áp, đường ống nối từ bình ngưng tụ
xuống bình chứa cao áp chính là đường ống cân bằng áp. Bình chứa cao áp dùng để
chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt của thiết bị ngưng tụ duy trì sự
cấp lỏng lien tục cho van tiết lưu. Sau đó, môi chất lỏng sẽ được tiết lưu tự động,
lỏng tiếp tục đi theo ống dẫn lỏng qua phin lọc, khi qua dây thì các cặn bẩn cơ học,
nước, các axit sẽ được loại trừ. Lỏng qua phin sấy lọc qua van điện từ, van điện từ
có nhiệm vụ đóng mở nhầm cung cấp dịch hoặc ngưng cấp dịch cho tiết lưu. Môi
chất sau đó lại đi vào tiết lưu nhiệt (ở đây ta dùng van tiết lưu tự động), van tiết lưu
tự động trong quá trình làm việc tự động điều chỉnh khe hở van nhầm khống chế
mức dịch vào bình trung gian vừa đủ duy trì, với nhiệm vụ duy trì mức dịch luôn ổn
định nên trong bình trung gian có gắn phao để khống chế mức dịch cực đại trong
bình. Môi chất tiếp tục đi qua van điện từ vào van tiết lưu để tiến hành quá trình cấp
dịch cho hệ thống.Theo sơ đồ dịch lỏng đươc bơm thẳng vào các tấm lắc nên tốc đô
chuyển động bên trong rất cao, hiệu quả truyền nhiệt tăng lên rõ rệt do đó giảm
đáng kể thời gian cấp đông.Tuy nhiên, hê thống phải được trang bị bình chứa hạ áp.
Bình chứa hạ áp có vai trò quan trọng, nó vừa có nhiệm vụ chứa dịch cho bơm hoạt
động, vừa giữ vai trò tách lỏng: do dịch chuyển động qua tấm lắc là cưỡng bức nên
ở đầu ra các tấm lắc vẫn còn một lượng lớn lỏng chưa bay hơi, nếu đưa trực tiếp về
đầu hút máy nén sẽ rất nguy hiểm, gây va đập thủy lực hư hỏng máy nén. Bình tách
lỏng nhỏ không có khả năng tách hết lượng lỏng quá lớn, vì thế chỉ có bình chứa hạ
áp mới có khả năng tách hết lượng lỏng này. Hơi môi chất sau khi tách lỏng sẽ được
hút về lại máy nén hạ áp và như vậy chu trình mới sẽ được lặp lại và tiếp tục.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 16
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Chương 3. Tính toán sơ bộ tủ cấp đông
3.1. Kích thước sơ bộ
 Kích thước, số lượng khay và tấm lắc cấp đông
Các sản phẩm cho vào tủ cấp đông đều được đặt vào trong các khay nhỏ và
đặt trên các tấm trao đổi nhiệt (tấm lắc-freezer plates).

Kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn như sau:
+ Đáy trên: 290 x 210 mm
+ Đáy dưới: 280 x 200 mm
+Chiều cao: 70 mm
Ta chọn tấm lắc chứa 36 khay, mỗi khay chứa 2kg sản phẩm
→Khối lượng hàng trên một tấm lắc: 36.2=72kg
Tỉ lệ châm nước từ 25% - 30%, chọn 28%
→Khối lượng trên một tấm lắc kể cả nước châm:
m= = 100kg/lắc
Số lượng tấm lắc có chứa hàng:
N
1
= =
1500
10
= 15 tấm
→ Số lượng tấm lắc của tủ: N= N
1
+1= 15 +1= 16 tấm
3.2. Kích thước tủ cấp đông
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 17
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Kích thước tủ cấp đông được xác định dựa vào kích thước và số lượng các
tấm lắc
Ta bố trí 36 khay trên 1 lắc như sau:
Từ hình vẽ trên ta có:
+ Chiều rộng của tấm lắc: W = 4.290 + 3.30 = 1250mm
+ Chiều dài của tấm lắc: L = 9.210 + 8.13 + 206 = 2200mm
→ Tấm lắc có kích thước : 2200L x 1250W x 22D (mm)

3.2.1. Xác định chiều dài bên trong tủ
Chiều dài bên trong tủ cấp đông bằng chiều dài tấm lắc cộng với khoảng hở
hai đầu. Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vừa đủ để lắp đặt các ống góp, khônggian
lắp đặt và co giãn các ống mềm và lắp các ống dẫn hướng tấm lắc. Khoảng hở đó là
400mm.Vậy chiều dài bên trong tủ là:
L
1
= 2200 + 2.400 =3000 mm
→Chiều dài phủ bì: L= L
1
+ 300= 3300 mm
3.2.2. Xác định chiều rộng bên trong tủ
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 18
Hình2.2. Bố trí khay trên tấm lắc
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm khoảng
hở 2 bên ( mỗi khoảng 125mm):
W
1
= 1250 + 2.125= 1500mm
Khi lắp các cánh cửa tủ, một phần 45mm cánh lọt vào bên trong tủ và phần
còn lại 80mm nhô ra ngoài, vì vậy kích thước bề rộng phủ bì là:
W=W
1
+2.80=1660mm
3.2.3. Xác định chiều cao bên trong tủ
Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc: h
max
=105mm

Chiều cao bên trong tủ:
H
1
=N
1
.105 + h
1
+ h
2
N
1
- Số tấm lắc chứa hàng
h
1
- Khoảng hở phía dưới cùng các tấm lắc: h
1
=100mm
h
2
- Khoảng hở phía trên các tấm lắc: h
2
=400÷450mm
3.2.4. Tính cách nhiệt cách ẩm
Cấu tạo vỏ tủ cấp đônggồm các lớp như sau: lớp cách nhiệt chủ yếu là
polyurethan dày 150mm, được chế tạo theo phương pháp rót ngập có mật độ 40-42
kg/m
3
, có độ đồng đều và độ bám cao, hai mặt trong và ngoài của vỏ tủ được bọc
bằng inox dày 0,6mm bảo vệ khỏi tác động cơ học, chống ẩm và chống đọng sương
bên ngoài mặt tủ.Ngoài ra bên trong vỏ tủ là hệ thống khung chịu làm bằng thép có

mạ kẽm và các thanh gỗ chống tạo cầu nhiệt.
SSTT Lớp vật liệu
Độ dày
mm
Hệ số dẫn nhiệt
W/m.K
1 Lớp Inox 0,6 22
2 Lớp polyurethane
Vách tủ
Cửa tủ
150
125
0,018
÷
0,02
3 Lớp Inox 0,6 22
Chương 4. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO TỦ CẤP ĐÔNG
4.1. Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Q
1
)
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 19
Bảng 3.1. Cấu trúc cách nhiệt của tủ đông tiếp xúc
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
 Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất
qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi
trường bên ngoài và bên trong tủ cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt
trời qua tường bao và trần.
 Do tủ cấp đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh hưởng bởi bức xạ
mặt trời. Vì vậy ta chỉ xét tổn thất nhiệt qua vách tủ, cửa tủ cấp đông.

 Tổn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ được tính như sau:
Q= k.F(t
1
-t
2
)
→Q
1
=(k
v
F
v
+ k
c
F
c
)(t
KKN
-t
KKT
)
+ k
v
, k
c
- Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua thân tủ (W/m
2
.K)
+ F
v

, F
c
- Diện tích của cửa tủ và vách tủ (m
2
).
+ t
KKN
= 25
0
C: Nhiệt độ của không khí bên ngoài tủ.
+ t
KKT
= -35
0
C: Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông
• F
v
= 2.1,66.2,425 +2.1,66.3,3 = 19,007m
2
• F
c
= 2.3,3.2,425 = 16m
2
• Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức sau:
+ α
1
- Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường,α
1
= 23,3W/m
2

K.
+ α
2
- Hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong tủ,α
2
= 9W/m
2
K.
+ δ
1
- Bề dày lớp cách nhiệt cách ẩm.
+ λ
1
- Hệ số dẫn nhiệt của các lớp cách nhiệt, cách ẩm.
Vậy:
k
v
= =0,194 W/m
2
K
k
c
= =0,24 W/m
2
K
→Q
1
= (0,194 . 19,007 +0,24 . 16)(25+35) = 452W = 0,452kW
4.2. Tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào (Q
2

)
Tổn thất nhiệt Q
2
gồm:
- Tổn thất nhiệt làm đông sản phẩm Q
SP
.
- Tổn thất nhiệt làm lạnh khay cấp đông Q
K
.
- Ngoài ra một số sản phẩm khi cấp đông người ta tiến hành châm thêm
nước để mạ một lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng đẹp, chống oxi hoá
thực phẩm, nên cũng cần tính thêm tổn thất nhiệt làm đông nước Q
N
.
4.2.1. Tổn thất nhiệt làm đông sản phẩm (Q
SP
)
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 20
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Để làm giảm nhiệt độ sản phẩm thuỷ sản đến nhiệt độ yêu cầu, hệ thống lạnh
phải lấy đi ở sản phẩm một lượng nhiệt nào đó trong suốt quá trình làm đông.
Nhiệt tổn thất để làm đông thực phẩm lấy theo công thức sau:
Q
SP
= G
+ G - Khối lượng sản phẩm một mẻ cấp đông (kg).
+ i
1

- entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ ban đầu đưa vàocấp đông (kJ/kg), i
1
= 314,4 kJ/kg (mặt hàng thủy sản).
+ i
2
- entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ sau khi cấp đông (kJ/kg), ), i
1
= 5
kJ/kg.
+ τ – Thời gian cấp đông một mẻ sản phẩm (giờ).
Do sản phẩm đã được bảo quản trước khi đưa vào làm đông nên nhiệt độ sản
phẩm ta chọn là 15
0
C.
Nhiệt độ trung bình của sản phẩm lấy ra là -18
0
C, với cấp đông cưỡng bức
bằng bơm dịch do đó thời gian cấp đông 2 giờ.
→Q
SP
=1080. = 46 kW
4.2.2. Tổn thất nhiệt làm đông nước châm khuôn (Q
N
)
Năng suất tủ 1500kg, khối lượng sản phẩm thực là 1080kg, vậy khối lượng
nước châm khuôn là 420kg/mẻ, để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ đầu
đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông cần qua ba giai đoạn:
Q
N
= Q

N1
+ Q
N2
+ Q
N3
+ Q
N1
- nhiệt lượng để làm hạ nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu đến
nhiệt độ điểm băng của nước.
+ Q
N2
- nhiệt tổn thất để làm đóng băng nước châm khuôn.
+ Q
N3
- nhiệt tổn thất để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ điểm
băng đến nhiệt độ cuối của sản phẩm.
Q
N1
= M
nck
C (t
N1
– t
N2
)
+ M
nck
: khối lượng nước châm khuôn M
nck
= 420 kg/ mẻ.

+ C: nhiệt dung riêng của nước, C = 4,186 kJ/kg
0
C.
+ t
N1
: nhiệt độ của nước châm khuôn 5
0
C.
+ t
N2
: nhiệt độ điểm băng của nước 0
0
C.
Q
N1
= 420.4,186.(5 - 0) = 8790,6 kJ/mẻ
Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ:
→ Q
N1
=
8790,6
2.3600
=1,22 kW
Q
N2
= M
nck
L
+ L - Nhiệt lượng đóng băng của nước L = 335 kJ/kg.
→Q

N2
= 420.335 = 140700 kJ/mẻ = 19,54 kW
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 21
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Q
N3
= C
N3
M
nck
(t
N2
– t
N3
)
+ C
3
- Nhiệt dung riêng của nước đá C
3
= 2,18 kJ/kg.
+ t
N3
- Nhiệt độ của nước cuối quá trình cấp đông t
N3
= -18
0
C.
→Q
N3

= 420.2,18.(0+18)=16480,8 kJ/mẻ =2,289 kW
Vậy nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn:
→Q
N
= 1,22 + 19,54 + 2,289 = 23,049 kW
4.2.3. Tổn thất nhiệt làm lạnh khay cấp đông (Q
K
)
Q
K
= C
K
M
K
+ M
K
- Tổng khối lượng khay cấp đông (kg).
+ C
K
- Nhiệt dung riêng của vật liệu làm khay, với vật liệu làm khay bằng
kẽm theo tài liệu, C
K
= 0,094kcal/kg = 0,39 kJ/kg
0
C.
+ t
1K
- nhiệt độ khay trước khi đưa vào cấp đông lấy t
1K
= 25

0
C.
+ t
2K
- nhiệt độ của khay sau quá trình cấp đông lấy t
2K
= -35
0
C.
+ τ- thời gian của một mẻ cấp đông (giờ).
Ta có 16 tấm lắc, 15 tấm đựng sản phẩm, mỗi tấm có 36 khay, mỗi khay
nặng 2kg → Vậy ta có tổng khối lượng khay cấp đông là : 15. 36 = 540 khay.
Khối lượng mỗi khay là 2kg vậy: M
K
= 2 .540 = 1080 kg/mẻ
→Q
K
= 0,39.1080 .= 3,51 kW
→Vậy tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào
Q
2
= Q
SP
+ Q
N
+ Q
K
= 46 + 23,049 + 3,51 = 72,559 kW
4.3. Tổn thất nhiệt từ các nguồn khác nhau (Q
3

)
Ngoài những tổn thất nhiệt nói trên còn phải kể đến:
- Tổn thất nhiết làm lạnh các tấm lắc Q
TL
- Tổn thất nhiệt làm lạnh không khí trong tủ Q
KK
- Tổn thất nhiệt khi mở cửa Q
C
4.3.1. Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc (Q
TL
)
Tủ đông tiếp xúc làm việc từng mẻ sau khi làm đông xong sẽ dừng máy và ra
hàng, khối lượng và diện tích của tấm lắc rất lớn do đó nhiệt để làm lạnh các tấm
lắc là rất lớn vì vậy ta phải tính lượng nhiệt này.
Q
TL
= (t
1
-t
2
)
+ M
TL
- khối lượng các tấm lắc (kg).
+ C
TL
- nhiệt dung riêng của các tấm lắc, tấm lắc chế tạo bằng nhôm nên có
C
TL
= 0,92 kJ/kg

0
C.
+ τ - Thời gian cấp đông.
+ t
1
, t
2
- Nhiệt độ trước và sau khi cấp đông, t
1
= 25
0
C, t
2
= -35
0
C.
Vật liệu tấm lắc làm bằng nhôm đúc ρ= 2670 kg/m
3
.
Thể tích tấm lắc: V = 2,2 . 1,25 . 0,022 = 0,06 m
3
Khối lượng một tấm lắc:
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 22
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
M = 0,06 . 2670 = 161 kg
Tủ 1500 kg trên mẻ gồm 16 tấm lắc:
M
TL
= 16 . 161 = 2576 kg

Q
TL
=
2576.0,92
2.3600
(25+35)=19,75 kW
4.3.2. Tổn thất nhiệt làm lạnh không khí trong tủ (Q
KK
)
Nhiệt tổn thất do không khí trong tủ được tính như sau:
Q
kk
= C
kk
G
kk
(t
d
– t
c
)
+ t
d
- nhiệt độ không khí lúc bắt đầu chạy máy 25
0
C
+ t
c
- nhiệt độ không khí cuối quá trình cấp đông -35
0

C
+ C
kk
-nhiệt dung riêng của không khí trong tủ C
kk
=0,242 Kcal/kg
0
C =1,013kJ/kg
0
C.
+ G
kk
- khối lượng của không khí có trong tủ, được xác định:
G
kk
= V
kk .
ρ
kk
Kích thước trong của tủ:
L = 3000 mm
W = 1500mm
H = 2125 mm
+ V
kk
: thể tích của không khí có trong tủ
V
kk
= V
tủ

= . 3.1,5 . 2,125 = 6,375 m
3
+ ρ
kk
- khối lượng riêng trung bình của không khí trong tủ ở -30
0
C,
ρ
kk
=1,453 kg/m
3
G
kk
= 6,375 . 1,453 = 9,23≈ 9kg/mẻ
Q
kk
= 1,013 . 9= 0,076kW
4.3.3. Tổn thất nhiệt do mở cửa (Q
C
)
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công thức
Q
C
= B . F (W)
+ F - Diện tích của tủ cấp đông (m
2
)
Theo như tính toán ta có :
Chiều dài tủ là : L = 3,3 m
Chiều rộng tủ là : W = 1,66 m

→Do dó F = 3,3 . 1,66 = 5.478 m
2
+ B - Dòng nhiệt khi mở cửa, W/m
2
. Chọn B = 20 W/m
2
. [1-87]
Vậy Q
C
= 20 . 5,478 = 110W = 0,11 kW
→Vậy tổn thất nhiệt từ các nguồn khác nhau là:
Q
3
=Q
TL
+Q
KK
+Q
C
= 19,75 + 0,076 + 0,11 = 19,936 kW
Tổng tổn thất nhiệt là:
Q
01
=Q
1
+Q
2
+Q
3
= 0,452 + 72,559 + 19,936 = 92,947 kW

GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 23
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
Để tủ hoạt động an toàn ở mọi điều kiện nên cần phải nhân thêm hệ số an
toàn là 1,1.
Q
01
= 1,1 . 92,947 = 102,24 kW
Vậy năng suất lạnh của máy nén theo yêu cầu của tủ cấp đông tiếp xúc là:
Q
0
= 102,24 kW
Chương 5. TÍNH CHỌN MÁY NÉN
5.1. Chọn môi chất cho tủ cấp đông
Môi chất lạnh thường dùng trong hệ thống lớn là NH
3
, NH
3
tuy có nhược
điểm độc hại nhưng có ưu điểm về mặt kinh tế cũng như tính chất nhiệt động, tổn
thất áp suất trên đường ống và các cửa van nhỏ vì vậy ta chọn môi chất NH
3
cho tủ
cấp đông.
5.2. Các thông số của chế độ làm việc và chọn chu trình lạnh của hệ thống
5.2.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh (t
0
)
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh ứng với tủ đông tiếp xúc là -40
0

C.
5.2.2. Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất (t
k
)
Ta sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước kiểu bay hơi.
t
k
= t
w2
+∆t
k
+ t
w2
– Nhiệt độ nước ra khỏi dàn ngưng.
+ ∆t
k
– Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆t
k
= 3÷5
0
C.
t
w2
= t
w1
+(2÷6
0
C)
+ t
w1

– nhiệt độ nước vào dàn ngưng.
Do nhà máy sử dụng nước thành phố nên nhiệt độ sẽ lấy cao hơn nhiệt độ
trung bình năm 3
0
C.
Nhà máy xây dựng tại Vũng Tàu, theo bảngta có t
tb
= 24
0
C.
t
w1
= 24 + 5 = 29
0
C
t
w2
= 29 + 2 = 31
0
C
t
k
= 31+ 5 =36
0
C
Từ nhiệt độ t
k
= 36
0
C tra bảng hơi bão hoà NH

3
, p
k
= 1,39 Mpa.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 24
Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Đồ án thiết bị
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
5.2.3. Nhiệt độ quá lạnh, quá nhiệt và chu trình lạnh
 Nhiệt độ quá lạnh
Là nhiệt độ môi chất lạnh trước khi đi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh
càng thấp năng suất lạnh càng lớn do đó người ta hạ được nhiệt độ quá lạnh xuống
càng thấp càng tốt. Tuy nhiên đối với máy lạnh không hồi nhiệt NH
3
thì nhiệt độ
quá lạnh khi đi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều vẫn cao hơn nhiệt độ nước là
3÷5
0
C.
t
ql
= t
w1
+ (3÷5
0
C) = 29+ 4 = 33
0
C
 Nhiệt độ quá nhiệt
Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi nước trước khi vào máy nén. Nhiệt độ
quá nhiệt luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Hơi phải là hơi quá nhiệt để không

hút phải lỏng. Đối với tác nhân là NH
3
.
t
qn
= - 40 + 10 = -30
0
C
 Chu trình lạnh
Đối với hệ thống cấp đông hai cấp chu trình lạnh là hệ thống được chọn hai
cấp bình trung gian có ống xoắn. Môi chất lạnh lỏng quá lạnh trong ống xoắn nhiệt
độ không hạ đến nhiệt độ trung gian vì tồn tại hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt không
thuận nghịch trongống xoắn nhiệt độ quá lạnh lớn hơn nhiệt độ trung gian khoảng
5
0
C.
GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Hiểu 25