Tính toán và thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc công xuất 1000 kg trên mẻ

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh
mẽ trong các ngành như: Sinh học, hoá chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, bia, rượu, điện
tử, tin học, y tế, … đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thủy sản.
Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng. Sản lượng thủy sản đánh bắt
và nuôi trồng hàng năm là rất lớn. Vì vậy để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ việc
xuất khẩu thủy sản thì việc chế biến và bảo quản làm sao cho đảm bảo chất lượng của
sản phẩm là vấn đề rất quan trọng.
Cùng với quy trình công nghệ chế biến thì máy móc và thiết bị chế biến là một
phần không thể thiếu để góp phần tạo nên và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt
là các thiết bị máy móc trong quá trình lạnh đông và bảo quản lạnh đóng một vai trò
rất quan trọng (nhất là đối với các sản phẩm là thủy – hải sản). Cho nên việc xây
dựng và thiết kế những thiết bị máy móc phục vụ cho quá trình chế biến là một vấn
cần được quan tâm hiện nay.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Tính toán và thiết kế
tủ cấp đông tiếp xúc công xuất 1000 kg/mẻ”.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án
không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn của quý Thầy Cô và sự
đóng góp ý kiến của các bạn.
Nhóm sinh viên thực hiện

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH ĐÔNG
 Làm lạnh đông và tác dụng của việc làm lạnh đông
Kỹ thuật lạnh đã ra đời và phát triển hàng trăm năm nay, được sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau và ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn, trở
thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng. Một trong những ứng dụng quan trọng của

kỹ thuật lạnh đó là trong việc làm lạnh đông (cấp đông) và bảo quản lạnh đông sản
phẩm.
Làm lạnh đông là quá trình hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống
dưới điểm đóng băng của dịch bào. Tại nhiệt độ này các tinh thể băng bắt đầu được
hình thành trong các mô tế bào của sản phẩm. Quá trình bảo quản lạnh có tác dụng
như sau:
- Làm ức chế các hoạt động của vi sinh vật.
- 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 sinh vật bị giảm tốc độ phát triển và có khi còn
bị tiêu diệt.
 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM
Cách phân chia phương pháp làm lạnh đông nhanh hay chậm dựa trên cơ sở sự
tạo thành tinh thể đá trong sản phẩm, khả năng thoát ẩn nhiệt đóng băng và liên quan
chặt chẽ đến nhiệt độ quá lạnh.
 Lạnh đông chậm
Trong lạnh đông chậm thì nhiệt độ không khí > -20
0
C, thời gian lạnh đông
thường kéo dài 15 – 20 giờ tùy theo kích thước và chủng loại sản phẩm. Số tinh thể
đá hình thành trong gian bào rất ít và có kích thước lớn. Ngoài ra còn có sự mất cân
bằng về nhiệt độ ngay trong một tế bào khi làm lạnh đông, gần ngoài vỏ tế bào thì
lạnh hơn bên trong nguyên sinh chất nên dẫn đến việc nước chưa ra khỏi tế bào đã
gặp đủ độ lạnh và kết tinh thành tinh thể đá ngay trong màng tế bào. Do xuất hiện
tinh thể đá bên trong lẫn bên ngoài tế bào với kích thước lớn nên ngoài tác dụng phá

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
vỡ hệ thống keo do mất nước, làm tiêu hao nguyên sinh chất tế bào, còn gây ra những
tác dụng cơ học giữa những tinh thể đá có cạnh sắt với nhau với áp suất lớn, phá rách
màng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm, khi tan giá thì dịch bào trong
sản phẩm bị chảy ra ngoài làm sản phẩm bị giảm đi giá trị dinh dưỡng, có khi giảm

đến 50% giá trị thương phẩm so với sản phẩm tươi sống.
Vì vậy ngày nay người ta ít dùng phương pháp lạnh đông chậm, tuy nhiên
phương pháp này vẫn được ứng dụng nhiều trong bảo quản một số rau quả dự trữ cho
chế biến nước rau quả, làm hỗn hợp thực phẩm dạng huyền phù vì quá trình đóng
băng tinh thể khi làm lạnh đông chậm trong trường hợp này lại có lợi vì có tác dụng
phá hủy cấu trúc tế bào, cấu trúc hệ thống keo, nên khi ép nước rau quả sẽ cho năng
suất và hiệu suất cao.
 Lạnh đông nhanh
Khi làm lạnh đông nhanh, quá trình thoát nhiệt từ sản phẩm được tăng cường,
tạo ra các tinh thể đá với kích thước nhỏ và số lượng nhiều ở ngay trong tế bào, dẫn
đến ít gây tác dụng cơ học đối với nguyên sinh chất và màng tế bào, môi trường làm
lạnh đông nhanh thường là không khí hoặc các chất lỏng.
Các chất lỏng thường là hỗn hợp dung dịch của nhiều muối để nhiệt độ đóng
băng của dung dịch càng thấp càng tốt. Nhược điểm của môi truòng lỏng là gây bẩn
và hỏng rỉ thiết bị, đồng thời nước muối thấm vào sản phẩm làm ảnh hưởng đến chất
lượng cũng như ngoại hình của sản phẩm.
Môi trường không khí tuy có hệ số truyền nhiệt bé và làm cho sản phẩm dễ bị
hao hụt khối lượng nhưng tiện lợi nên được sử dụng phổ biến.
Các thông số của lạnh đông nhanh:
+ Nhiệt độ của môi trường làm lạnh phải thấp hơn -35
0
C.
+ Kích thước sản phẩm phải nhỏ.
+ Quá trình đóng băng sản phẩm phải xảy ra cùng lúc trong và ngoài tế bào để
hạn chế sự chuyển nước từ trong tế bào ra gian bào.
• Ưu điểm của phương pháp lạnh đông nhanh so với lạnh đông chậm:
- Bảo đảm khá tốt những đặc tính của sản phẩm, thành phần vitamin, tính
chất, mùi vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm ban đầu.

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP

- Tăng cường được tính chất mặt ngoài của sản phẩm, tăng điều kiện vệ sinh.
- Rút thời gian lạnh đông và tăng cường hiệu suất làm lạnh đông trên cùng
một diện tích.
- Giảm tổn hao khối lượng.
 Phương pháp lạnh đông cực nhanh
Khi lạnh đông cực nhanh, do thoát nhiệt đều và rất nhanh nên hình thành rất
nhiều tinh thể đá với kích thước vô cùng nhỏ trong tế bào, hạn chế rất lớn đến sự ảnh
hưởng về chất lượng cũng như khối lượng thực phẩm trong quá trình tan giá sau này.
Ngày nay, với kỹ thuật lạnh tiên tiến cho phép làm lạnh đông cực nhanh với thời
gian chỉ trong khoảng 5 ÷ 10 phút tức là chỉ bằng 1/60 thời gian lạnh đông nhanh.
Sản phẩm lạnh đông cực nhanh bảo đảm hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống
của nguyên liệu ban đầu.
 Các biến đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông
 Biến đổi vật lý
Sự kết tinh lại của nước đá
Đối với các sản phẩm đông lạnh, trong quá trình 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 nhiệt 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 thì quá trình kết tinh lại xảy ra, nhưng kích thước tinh thể nước đá
lớn hơn. 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, mùi vị sản phẩm giảm.
Để tránh hiện tượng kết tinh lại nước đá, trong quá trình bảo quản nhiệt độ bảo
quản phải được giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép là ± 2
0
C.

Sự thăng hoa của nước đá
Trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh, do hiện tượng hơi nước trong
không khí ngưng tụ thành tuyết trên dàn lạnh làm cho lượng ẩm trong không khí

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
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.
Sự thăng hoa nước đá của thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp, rỗng.
Oxy không khí dễ thâm nhập vào làm 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 là quá trình oxy
hoá lipid.
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 loại hết không khí ra ngoài.
1.1.3.2. Biến đổi hoá học
Trong quá trình bảo quản đông lạnh thì các biến đổi sinh hoá, hoá học diễn ra
chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là protein hoà tan, lipid, vitamin, chất màu,…
Sự biến đổi protein
Trong các loại protein thì protein hoà tan trong nước dễ bị phân giải nhất, xảy ra
chủ yếu 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 protein hoà tan. Biến đổi protein sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng.
Sự biến đổi chất béo
Dưới tác động của enzyme nội bào làm cho chất béo bị phân giải cộng với quá
trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm, đó là điều kiện thuận
lợi cho quá trình oxy hoá chất béo xảy ra. Quá trình oxy hoá chất 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.
 Biến đổi sinh học
Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15

o
C và được bảo quản ổn
định thì sẽ kiểm soát được số lượng vi sinh vật trong 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 làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, hoạt động của chúng
gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm.
 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG
 Thiết bị cấp đông

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Thiết bị cấp đông là thiết bị dùng để làm lạnh đông sản phẩm nhằm hạ nhiệt độ
của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống dưới điểm đóng băng của dịch bào để giúp
hoàn thiện và nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như kéo dài thời gian bảo quản sản
phẩm.
 Phân loại thiết bị cấp đông
Có 3 phương pháp làm lạnh cơ bản được ứng dụng cho 3 dạng thiết bị lạnh đông
cơ bản. Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị nào sẽ dựa trên giá thành, chức năng
và tính khả thi phụ thuộc vào một số nhân tố và loại sản phẩm cần lạnh đông. Các
dạng thiết bị lạnh đông đó là:
Thiết bị lạnh đông dạng khí thổi (đông gió)
Ưu điểm lớn nhất của thiết bị lạnh đông dạng khí thổi là tính linh hoạt của nó.
Nó có thể thích ứng với sự thay đổi hình dạng bất thường của sản phẩm. Khi sản
phẩm có hình dạng và kích thước thay đổi trong phạm vi rộng, lạnh đông dạng khí
thổi được chọn là tốt nhất.
Tuy nhiên, vì tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng
vì không thể biết được ứng dụng chính xác của nó. Thiết bị này dễ dàng sử dụng
nhưng tính chính xác và hiệu quả không cao.
Thiết bị lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu
Đây là loại thiết bị thường được ứng dụng để cấp đông sản phẩm IQF, lạnh đông
các sản phẩm đặc biệt hoặc sản phẩm có giá trị kinh tế cao.

+ Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu
Sử dụng phương pháp cấp đông dạng ngâm phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bề
mặt sản phẩm và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy ra
được tốt. Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, nhiệt độ
khoảng -15
0
C.
+ Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền)
Trong phương pháp này, hơi lạnh được phun vào và tiếp xúc trực tiếp với sản
phẩm, nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh. Hơi lạnh được sử dụng
có thể là CO hoặc N
2
lỏng.
Thiết bị lạnh đông dạng đĩa (tiếp xúc)

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Thiết bị lạnh đông dạng đĩa được ứng dụng cho lạnh đông cá khối (block) nhưng
nó không linh hoạt như dạng khí thổi. Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngang
tùy theo cách sắp xếp của đĩa. Các đĩa được làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, sắp xếp
thành hàng và chất lỏng làm lạnh sẽ đi qua đó.
Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa. Quá
trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa lạnh và sản phẩm.
Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh bị ảnh
hưởng bởi nhiều yếu tố và có thể bị giảm do:
+ Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại
+ Các bề mặt tiếp xúc không phẳng
+ Kích thước, hình dạng khuôn đựng thực phẩm không đúng tiêu chuẩn
+ Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau
+ Sự ép nén không đạt yêu cầu
Để tăng khả năng truyền nhiệt của thực phẩm trong tủ đông tiếp xúc có thể áp

dụng các biện pháp:
+ Thay khay đựng khuôn bằng khung ghép khuôn
+ Dùng thép không rỉ làm khuôn
+ Sử dụng các khuôn có kích thước phù hợp với sản phẩm trong khuôn, không
để dư thể tích khuôn khi sản phẩm đã đóng băng
+ Dùng nắp đậy khuôn phù hợp
+ Đảm bảo lực ép nén đều và đủ cho dàn lạnh
Đây cũng dạng thiết bị cấp đông mà chúng em chọn làm đề tài cho môn đồ án
thiết bị lần này với công suất 1000 kg/mẻ.

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
CHƯƠNG 2.
THIẾT KẾ TỦ CẤP ĐÔNG

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
TIẾP XÚC 1000 KG/MẺ
2.1 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA TỦ
Vỏ tủ cấp đông cách nhiệt được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt là Poly-
urethane dày 150 (mm), hai mặt được bọc bằng inox dày 0,6 (mm). Khung sườn tủ
được làm bằng các thanh thép chịu lực, xương gỗ khung tủ để tránh cầu nhiệt và được
làm bằng gỗ satimex tẩm dầu nhờ đó mà tủ có độ bền và cứng vững rất cao trong suốt
quá trình sử dụng.
Khung đỡ ben bằng thép mạ kẽm được lắp ở mặt bên trên của tủ có kết cấu chịu
lực để đỡ ben và bơm dầu thuỷ lực.
Ben thuỷ lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ. Pittông và cầu dẫn ben thuỷ lực
làm bằng thép không rỉ đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Hệ thống có bệ phân phối dầu cho
truyền động bơm thuỷ lực.
Các vật liệu bên trong tủ có khả năng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đều là loại
vật liệu không rỉ.


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Khung cùm plate, ống dẫn hướng và các ống góp hút cấp dịch bằng inox. Các
thanh đỡ của các tấm plate trên cùng và dưới cùng làm bằng nhựa PA.
Các chi tiết bản lề, tay khoá cửa bọc bằng thép không rỉ inox, roăn cửa bằng cao
su chịu lạnh định hình đặc chủng với điện trở chống dịch.
Tấm trao đổi nhiệt dạng nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếp
xúc 2 mặt. Các ống cấp dịch cho các tấm lắc bằng cao su chịu áp lực cao. Tủ có trang
bị nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành.
2.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỦ
2.2.1. Kích thước, số lượng của khay và các tấm lắc cấp đông
Khi cấp đông các mặt hàng thuỷ sản và thịt, thường người ta cấp đông sản phẩm
theo từng khay, kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn như sau:
+ Đáy trên: 277 x 217 (mm)
+ Đáy dưới: 267 x 207 (mm)
+ Cao: 70 (mm)
Kích thước tấm lắc cấp đông tiêu chuẩn:
2200 x 1250 x 22 (mm) (dài x rộng x cao)
Số lượng sản phẩm chứa trên một tấm lắc: một tấm lắc chứa được 36 khay sản
phẩm, 1 khay chứa 2 kg sản phẩm. Như vậy khối lượng sản phẩm trên 1 tấm lắc là:
36 x 2 = 72 (kg)
Khối lượng trên một tấm lắc kể cả nước châm (lượng nước châm chiếm 5 - 10%
khối lượng sản phẩm):
2,79%10x7272
=+=
m

(kg)
Số lượng tấm lắc có chứa hàng
:


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
2,79
1
E
m
E
N ==
Trong đó E là năng suất tủ cấp đông, E = 1000 (kg/mẻ)
 N
1
=
6,12
2,79
000.1
=
Chọn N
1
= 13 (tấm lắc)
Số lượng tấm lắc thực tế: N = N
1
+ 1 = 13 + 1 = 14 (tấm lắc)
2.2.2. Kích thước tủ: Kích thước tủ cấp đông được xác định dựa vào kích thước và số
lượng các tấm lắc.
- Xác định chiều dài tủ:
Chiều dài các tấm lắc L
1
= 2200 (mm)
Chiều dài tủ cấp đông bằng chiều dài của tấm lắc cộng với khoảng hở hai đầu.
Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vừa đủ để lắp đặt, xử lý các ống gas mềm và các ống
góp gas, khoảng hở đó là 400 (mm). Vậy chiều dài của tủ là:

L
1
= 2200 + 2 x 400 = 3000 (mm)
Chiều dài phủ bì là: L = 3000 + 2
CN
δ
Trong đó
CN
δ
là chiều dày của lớp cách nhiệt.
- Xác định chiều rộng bên trong tủ
Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm khoảng hở
ở hai bên, khoảng hở mỗi bên là 125 (mm).
Vậy chiều rộng của tủ là: W
1
= 1250 + 2 x 125 = 1500 (mm)
Chiều rộng phủ bì là: W = 1500 + 2
CN
δ
- Xác định chiều cao bên trong tủ

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc h
max
= 105 (mm)
Chiều cao bên trong tủ: H
1
= N
1
x 105 + h

1
+ h
2

Trong đó: N
1
: Số tấm lắc chứa hàng
h
1
: Khoảng hở phía dưới các tấm lắc, h
1
= 100 (mm)
h
2
: Khoảng hở phía trên, h
2
= 400
÷
450 (mm)
Vậy ta có: H
1
= 13 x 105 + 100 + 450 = 1915 (mm)
Chiều cao bên ngoài hay chiều cao phủ bì của tủ là:
H = H
1
+ 2
CN
δ
= 1915 + 2
CN

δ
Trong đó
CN
δ
là chiều dày của lớp cách nhiệt.
2.3. CẤU TRÚC THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT CỦA TỦ
2.3.1. Cấu trúc thiết kế
Vỏ tủ cấp đông được làm bằng vật liệu cách nhiệt poly - urethane dày 150 (mm)
được chế tạo theo phương pháp rót ngập, có mật độ 40
÷
42 (kg/m
3
), có hệ số dẫn
nhiệt
λ
= 0,018
÷
0,02 (W/m.K), có độ đồng đều và độ bám cao, hai mặt được bọc
bằng Inox dày 0,6 (mm)
Bảng 2.1 : Các lớp vỏ tủ cấp đông
Khung
sườn vỏ tủ được chế
tạo từ thép chịu lực
và gỗ để tránh cầu
nhiệt, để tăng tuổi thọ cho gỗ người ta sử dụng loại gỗ satimex có tẩm dầu.

STT Lớp vật liệu
Độ dày
(mm)
Hệ số dẫn nhiệt

(W/m.K)
1
Lớp Inox 0,6 22
2
Lớp poly urethane 150
0,018
÷
0,02
3
Lớp Inox 0,6 22
Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ inox, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực
phẩm cho hàng cấp đông.
2.3.2. Xác định chiều dày cách nhiệt
Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k:
k =
2
1
1
11
1
αλ
δ
λ
δ
α
+++
∑
=
CN

CN
i
i
n
j
(W/m
2
.K)
Ta có thể tính được chiều dày lớp cách nhiệt:














++−=
∑
=
n
i
i
CNCN

ik
1
21
111
αλ
δ
α
λδ
Trong đó :
CN
δ
: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m

CN
λ
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (bảng 2-1), W/m.K
k: hệ số truyền nhiệt, W/m
2
.K

1
α
: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tủ cấp
đông, W/m
2
.K

2
α
: hệ số toả nhiệt của vách tủ cấp đông vào tủ cấp đông, W/m

2
.K
Tra bảng 3.7 (p.86; [1]), ta chọn:

1
α
= 23,3 (W/m
2
.K);
2
α
= 10,5 (W/m
2
.K)
Tra bảng 3.3 (p.63; [1]), chọn nhiệt độ buồng lạnh là -40 ÷ -30
0
C, ta được: k =
0,19 (W/m
2
.K)

i
δ
: Bề dày của lớp vật liệu thứ i (bảng 2-1), m




Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP

i
λ
: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (bảng 2-1), W/m.K
Vậy ta có:
CN
δ
=
















++−
21
1
1
1
2
11

αλ
δ
α
λ
k
CN
= 0,02












++−
5,10
1
22
6,0
2
3,23
1
19,0
1
= 0,1014 (m)

Ta chọn chiều dày cách nhiệt theo tiêu chuẩn là
CN
δ
= 150 (mm)
Lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt thực là:
k
t
=
5,10
1
02,0
15,0
22
6,0
2
3,23
1
1
1
2
1
1
21
1
1
+++
=
+++
αλ
δ

λ
δ
α
CN
CN
= 0,13 (W/m
2
.K)
2.4. TÍNH KIỂM TRA HIỆN TƯỢNG ĐỌNG SƯƠNG VÀ ĐỌNG ẨM
2.4.1. Tính kiểm tra hiện tượng đọng sương

1
t


Hình 2.1. Truyền nhiệt qua vách phẳng

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
1
t
: Nhiệt độ không khí bên ngoài,
0
C

2
t

: Nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh,
0
C

t
1
w
: Nhiệt độ vách ngoài,
0
C
t
2
w
: Nhiệt độ vách trong,
0
C
Điều kiện để vách ngoài không đọng sương là: k
t

≤
k
s
(k
s
là hệ số truyền nhiệt
lớn nhất cho phép để bề mặt ngoài không bị đọng sương)
Với: k
s
= 0,95
21
1
1
tt
tt

S
−
−
α
Trong đó: 0,95: Hệ số truyền nhiệt đọng sương
t
1
: Nhiệt độ không khí bên ngoài,
0
C
t
2
: Nhiệt độ không khí bên trong tủ đông (đã cho),
0
C
t
S
: Nhiệt độ đọng sương,
0
C
Tra bảng 1.1 (p.7; [1]) thì nhiệt độ và độ ẩm vào mùa hè ở Vũng Tàu là nhiệt độ
t
1
= 35,1
0
C, độ ẩm là
ϕ
= 85%.
Ta tra đồ thị Molier h-x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển, (p.9; [1]) ta sẽ
tìm được: Nhiệt độ đọng sương t

S
= 31
0
C
Nhiệt độ bầu ướt t
ư
= 32
0
C
Mặc khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t
2
= -35
0
C
Do đó: k
s
= 0,95. 23,3
( )
2946,1
351,35
311,35
=
−−
−
Ta thấy k
t
= 0,13 < k
s
= 1,2946, như vậy vách ngoài không bị đọng sương.
2.4.2. Tính kiểm tra đọng ẩm


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Đối với tủ cấp đông, vỏ tủ được bao bọc bằng inox ở cả hai bên nên hoàn toàn
không có ẩm lọt vào lớp cách nhiệt nên không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòng
kết cấu.

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
CHƯƠNG 3.
TÍNH NHIỆT TỦ
CẤP ĐÔNG
Tính nhiệt tủ cấp đông là tính toán các dòng nhiệt bên ngoài đi vào buồng lạnh
của tủ. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó
trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và
không khí bên ngoài.
Tổn thất nhiệt trong tủ cấp đông gồm có:
- Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
- Tổn thất nhiệt do sản phẩm, khay cấp đông và do nước châm vào

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
- Tổn thất nhiệt do mở cửa
3.1. TỔN THẤT NHIỆT DO SẢN PHẨM MANG VÀO Q
1

Là dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh (gia lạnh, kết đông, hạ nhiệt độ
trong buồng bảo quản đông). Tổn thất Q
1
được tính theo công thức:
Q
1
= Q

11
+ Q
12
+ Q
13
Trong đó:
Q
11
: Tổn thất do sản phẩm mang vào
Q
12
: Tổn thất làm lạnh khay cấp đông
Q
13
: Tổn thất do làm lạnh nước. Vì một số sản phẩm khi cấp đông người ta
tiến hành châm thêm nước để mạ 1 lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng đẹp,
chống oxi hoá thực phẩm nên cũng cần tính thêm.
3.1.1 Tổn thất do sản phẩm mang vào Q
11
Tổn thất do sản phẩm mang vào được tính theo công thức sau:
Q
11
= E
( )
3600
21
x
hh
ℑ
−

(kW)
Trong đó:
E: Năng suất tủ cấp đông, kg/mẻ, E = 1000 kg/mẻ
h
1
, h
2
: Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, kJ/ kg.

ℑ
: Thời gian cấp đông 1 mẻ,
ℑ
= 3 giờ
Do sản phẩm trước khi đưa vào tủ cấp đông đã được làm lạnh ở kho chờ đông,
nên nhiệt độ sản phẩm đầu vào sẽ là t
1
= 10
0
C. Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản
phẩm cấp đông là t
2
= -18
0
C.
Tra bảng 4.2 (p.110; [1]), ta được: h
1
= 301 (kJ/kg)
h
2
= 5 (kJ/kg)


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Vậy: Q
11
=

( )
36003
53011000
x
−
=

27,407 (kW) = 27407 (W)
3.1.2. Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông Q
12
Q
12
= M
Kh
( )
3600
21
x
ttC
P
ℑ
−
(kW)
Trong đó:

M
Kh
: Tổng khối lượng khay cấp đông, kg
C
P
: Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, kJ/kg.độ
t
1
, t
2
: Nhiệt độ của khay trước và sau khi cấp đông,
0
C

ℑ
: thời gian cấp đông,
ℑ
= 3 giờ
Theo tính toán ở mục (2.2.1) thì số khay chứa sản phẩm sẽ là:
13 x 36 = 468 (khay)
Một khay có khối lượng khoảng 1,5 kg. Do vậy tổng số khối lượng khay cấp
đông sẽ là: M
Kh
= 468 x 1,5 = 702 (kg)
Khay cấp đông có vật liệu làm bằng nhôm có C
P
= 0,896 (kJ/kg.C)
Nhiệt độ của khay trước khi cấp đông bằng nhiệt độ sản phẩm đầu vào, tức là: t
1
= 10

0
C
Nhiệt độ của khay sau khi cấp đông t
2
= - 35
0
C
Vậy: Q
12
= 702 x
( )
[ ]
36003
3510896,0
x
x −−
= 2,6208 (kW) = 2620,8 (W)
3.1.3. Tổn thất do châm nước Q
13
Tổn thất do châm nước được tính theo công thức:
Q
13
= M
n
3600x
q
O
ℑ
(kW)


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Trong đó:
M
n
:

Khối lượng nước châm, kg
q
o
: Nhiệt dung cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá
hoàn toàn, kJ/kg

ℑ
: thời gian cấp đông,
ℑ
= 3 giờ
Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5
÷
10 % khối lượng hàng cấp đông,
thường người ta châm dày khoảng 5mm.
Theo tính toán ở mục (3.2.2) thì tổng số khay chứa sản phẩm là 468 khay, mà 1
khay chứa được 2 kg sản phẩm.
Do đó khối lượng hàng cấp đông là: 468 x 2 = 936 (kg)
Khối lượng nước châm là: M
n
= 936
100
10
= 93,6 (kg)
Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn q

o
được
xác định theo công thức: q
o
= C
Pn
.t
1
+ r + C
Pđ

2
t
(kJ/kg)
Trong đó:
C
Pn
: Nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.độ
C
Pn
= 4,186 (kJ/kg.C)
r: Nhiệt đông đặc, kJ/kg
r = 333,6 (kJ/kg)
C
Pđ
: Nhiệt dung riêng của đá, kJ/kg.độ
C
Pđ
= 2,09 (kJ/kg.C)
t

1
: Nhiệt độ nước đầu vào,
o
C
t
1
= 5
o
C
t
2
: Nhiệt độ đông đá,
o
C

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
t
2
= -5
o
C
÷
-10
o
C
Thay vào ta có: q
o
= 4,186 . 5 + 333,6 + 2,09
10−
= 375,43 (kJ/kg)

Vậy: Q
13
= 93.6.
=
36003
43,375
x
3,254 (kW) = 3254 (W)
Như vậy tổn thất Q
1
sẽ là: Q
1
= Q
11
+ Q
12
+ Q
13

= 27407 + 2620,8 + 3254
= 33281,8 (W)
3.2. TỔN THẤT NHIỆT DO TRUYỀN NHIỆT QUA KẾT CẤU BAO CHE Q
2
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.
Q
2 =
Q

21 +
Q
22
Trong đó: Q
21
: Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự
chênh lệch nhệt độ.
Q
22
: Dòng nhiệt qua tường bao, trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt
trời.
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 tường bao, trần và nền của tủ cấp đông.
Mặt khác chiều dày cách nhiệt của các bề mặt tủ là như nhau, tức là đều dày 150
mm kể cả cửa tủ cấp đông. Do vậy ta có:
Q
2
= Q
21
= k
t
. F ( t
1
– t
2
), (W)
Trong đó:

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
k

t
: Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che xác định theo chiều dày
cách nhiệt thực, W/m
2
.K. Theo tính toán ở mục (2.3.2) ta có:
k
t
= 0,13 (W/m
2
.K)
F: Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m
2
t
1
: Nhiệt độ môi trường bên ngoài,
0
C. t
1
= 35,1
0
C
T
1
= 273 + 35,1 = 308,1 (
0
K)
t
2
: Nhiệt độ bên trong tủ cấp đông,
0

C. t
2
= - 35
0
C
T
2
= 273 + (-35) = 238 (
0
K)
Theo tính toàn ở mục (2.2.2) ta có kích thước phủ bì của tủ cấp đông là:
Chiều dài: L = 3000 + 2
CN
δ
= 3000 + 2 x 150 = 3300 (mm)
Chiều rộng: W = 1500 + 2
CN
δ
= 1500+ 2x 150 = 1800 (mm)
Chiều cao: H = 1915 + 2
CN
δ
= 1915 + 2 x 150 = 2215 (mm)
Lúc đó ta có: F = 2F
1
+ 2 F
2
+ 2F
3
= 2(F

1
+ F
2
+ F
3
)
Trong đó: 2F
1
: Diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m
2
2F
2
: Diện tích bề mặt trước và sau của tủ, m
2
2F
3
: Diện tích hai mặt bên của tủ, m
2
=> F = 2 ( F
1
+ F
2
+ F
3
)
= 2 ( L.W + W.H + L.H )
= 2 ( 3,3 . 1,8 + 1,8 . 2,215 + 3,3 . 2,215) = 34,529 m
2
Vậy: Q
2

= k
t
. F ( t
1
– t
2
), W
= 0,13 . 34,529 [308,1 – 238] = 314,663 W
3.3. Tổn thất nhiệt do mở cửa Q
3
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công thức
Q
3
= B.F (W)

Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
Với : F là diện tích của buồng cấp đông, m
2
Theo như tính toán ở mục (2.4.1) ta có:
Chiều dài buồng (không tình phủ bì) là: L = 3 (m)
Chiều rộng buồng (không tính phủ bì) là: W = 1,5 (m)
Do dó F = 3 x 1,5 = 4,5 (m
2
)
B: Dòng nhiệt khi mở cửa, (W/m
2
)
Tra bảng 4.4 (p.117; [1]), ta được: B = 10,2 (W/m
2
)

Vậy: Q
3
= 10.2.4,5 = 45,9 (W)
3.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén
Tải nhiệt cho thiết bị: Dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết
bị bay hơi. Để đảm bảo giữ được nhiệt độ càn thiết trong tủ ở những điều kiện bất lợi
nhất, ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị
cao nhất.
Q
TB
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
, W
= 33281,6 + 314,663 + 45,9
= 33642,163 (W)
Tải nhiệt cho máy nén: Cũng được tính toán từ tấc cả các tải nhiệt thành phần
nhưng phải theo những số liệu định hướng của “Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ kho
lạnh”. Ở đây ta áp dụng các giá trị định hướng theo “Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ
kho lạnh” của Nga để tính toán. Ta có các quy định sau:
+ Nhiệt tải cho máy nén lấy 100% Q
1
đã tính toán được cho các kho lạnh thịt và cá.
+ Nhiệt tải cho máy nén chỉ lấy 80% Q
2max
cho các

kho lạnh nhiệt độ
-20
0
C
+ Nhiệt tải của máy nén từ dòng nhiệt do vận hành được tính bằng 50% ÷ 75% giá
trị lớn nhất.
Từ đó suy ra: Q
MN
= 100% Q
1
+ 80% Q
2
+ 75%Q
3


Trường đại học Bà Rịa -Vũng Tàu Khoa Hóa học và CNTP
=
9,45.
100
75
663.314
100
80
33281,8.
100
100
++
= 33567,95 (W)
