Thiết kế tủ cấp đông gió 2 tấnmẻ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (916.11 KB, 74 trang )
MỤC LỤC
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
CHÝÕNG 1:
CHÝÕNG 2:
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
TỔNG QUAN
Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong bảo quản thực phẩm
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là bảo quản thực
phẩm. Theo một số thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong
công nghiệp là để bảo quản thực phẩm.
Thực phẩm như một số loại rau quả, thịt, cá, sữa... chứa nhiều chất và cấu
trúc rất phức tạp. Các thông số về chất lượng thực phẩm thay đổi dưới tác dụng
của các quá trình lên men trong thực phẩm cũng như các quá trình phát triển của
vi sinh vật và quá trình oxi hoá của không khí làm cho thực phẩm đó có cấu trúc
vi sinh vật bị phá huỷ. Do đó làm giảm giá trị của thực phẩm.
Mặt khác, ở thực phẩm nóng có thể xuất hiện nhiều chất có hại cho cơ thể
người. Vậy để hạn chế những biến đổi không có lợi có hại cho thực phẩm bằng
cách hạ nhiệt độ của thực phẩm vì ở nhiệt độ thấp thì những biến đổi có hại cho
thực phẩm sẽ bị kìm hãm làm cho quá trình đó lâu hơn. Do đó, đã làm cho chất
lượng thực phẩm tăng cao và thời gian giữ được thực phẩm lâu hơn.
Muốn làm được điều này thì bằng các phương pháp làm lạnh nhân tạo mà
ngành kỹ thuật lạnh đã làm được và nó cũng là phương pháp đạt hiệu quả cao
trong các điều kiện nhiệt độ như ở nước ta.
Ngày nay, công nghiệp thực phẩm như chế biến thịt cá, thủy hải sản, rau
quả... không thể phát triển nếu không có sự hỗ trợ tích cực của ngành kỹ thuật
lạnh. Các kho cấp đông, kho bảo quản lạnh, nhà máy sản xuất nước đá, các máy
lạnh thương nghiệp, các xe vận chuyển đông lạnh đến các tủ lạnh gia đình... đã
không còn xa lạ với chúng ta.
CHÝÕNG 3:
Các vấn đề về cấp đông thực phẩm
CHÝÕNG 4:
Các cấp làm lạnh thực phẩm
Lạnh là trạng thái của vật chất khi nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ môi
trường xung quanh. Vậy giới hạn nào đó của nhiệt độ môi trường xung quanh
để phân biệt giữa nóng và lạnh của vật chất. Vấn đề này chưa được thống nhất
trên thế giới. Tuy nhiên, hiện nay nhiều nước chọn giới hạn lạnh là trạng thái
vật chất dưới +200C. Như vậy, ứng với khoảng nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông
người ta phân biệt các cấp làm lạnh thực phẩm như sau:
•
•
•
Làm lạnh thường: tđb < t < +200C
Làm lạnh đông:
-1000C < t < tđb
Làm lạnh thâm độ: -2730C < t < -1000C
GVHD: Nguyễn Văn Pha
2
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
CHÝÕNG 5:
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Nhiệt độ đóng băng của thực phẩm
Nước trong thực phẩm, đặc biệt trong thủy sản chiếm tỷ lệ rất lớn có thể
lên đến 80%. Nước nguyên chất đóng băng ở 0 0C. Tuy nhiên, điểm đóng băng
của thực phẩm thì khác vì nồng độ muối khoáng và 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 00C. Ví dụ của cá biển có điểm đóng
băng khoảng -1,50C, cá nước ngọt ở -10C, tôm biển -20C.
CHÝÕNG 6:
Sự biến đổi của thực phẩm trong quá trình cấp đông
a) Biến đổi về nhiệt vật lý
Sự kết tinh của nước: 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 ra cấu trúc vững chắc, nhưng khi làm tan băng phục hồi trạng thái ban
đầu thì cấu trúc thực phẩm bị mềm yếu hơn, kém đàn hồi hơn do các tinh thể
làm rách cấu trúc liên kết tế bào của thực phẩm.
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 băng phụ thuộc tính chất quang ánh sáng của các tinh thể
nước đá.
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
thực phẩm, do chênh lệch mật độ ρ giữa không khí sát bề mặt và không khí
xung quanh. Ẩm bốc hơi lên từ bề mặt sản phẩm vào không khí xung quanh,
nếu sản phẩm 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.
Khuyếch tán nước: Khi cấp đông xảy ra hiện tượng khuyếch tán nước
trong cấu trúc thực phẩm, nước khuyếch tán là do các nguyên nhân:
- Sự chênh lệch nhiệt độ gây nên do chênh lệch mật độ ρ.
- Sự lớn lên của tinh thể nước đá luôn thu hút nước từ những vị trí chưa
kết tinh dẫn đến, làm cho nước từ nơi có nồng độ chất tan thấp chuyển đến nơi
có nồng độ chất tan cao. Sự di chuyển của nước thực hiện nhờ bám thấm và
mao dẫn của cấu trúc thực phẩm. Động lực của quá trình khuyếch 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 khuyếch tán cấu trúc tế bào co rút, một số chất tan biến tính,
dẫn đến khi làm tan một phần thực phẩm gần bề mặt.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
3
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Các thông số nhiệt vật lý thay đổi: Biến đổi nhiệt dung, hệ số dẫn nhiệt, hệ
số dẫn nhiệt độ.
b) Biến đổi hóa học
Bản chất quá trình biến đổi hóa học của thực phẩm khi làm lạnh là sự phân
giải của các chất dự trữ năng lượng do tác động của các enzim có sẵn trong thực
phẩm.
Mức độ biến đổi hóa học phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của thực phẩm
và phương pháp làm lạnh. Nói chung do nhiệt độ giảm nhanh thời gian làm lạnh
ngắn nên các biến đổi hóa học diễn ra với tốc độ chậm, ít hư hỏng, chất lượng
sản phẩm được đảm bảo.
Các biến đổi chủ yếu là do sự oxi hóa các sắc tố làm biến màu thực phẩm,
sự oxi hóa phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với không khí của thực phẩm và chất
lượng ban đầu.
Để giảm sự oxi hóa có thể loại bỏ các sắc tố trước khi làm lạnh, hạn chế
bớt, hạn chết bớt các hoạt tính của các enzim, hạn chế tiếp xúc với không khí,
làm tăng tốc độ làm lạnh.
c) Biến đổi do vi sinh
Trước khi làm lạnh, thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ các tạp
chất nói chứa nhiều loại vi sinh vật.
Trong quá trình làm lạnh do nhiệt độ môi trường làm lạnh không phù hợp
với vi sinh vật nên vi sinh vật bề mặt ngoài của thực phẩm bị tiêu diệt. Số còn
lại bị hạn chế khả năng hoạt động. Nhưng chúng thích nghi dần với lạnh, nên
thời gian bảo quản thực phẩm bị giảm.
CHÝÕNG 7:
a)
Sự kết tinh của nước trong thực phẩm
Nước trong thực phẩm
Nước trong thực phẩm, đặc biệt trong thủy sản chiếm tỷ lệ rất lớn có thể
lên đến 80%. Tùy theo mức độ liên kết mà người ta chia nước trong thực phẩm
ra các dạng: Nước tự do và nước liên kết.
Nước tự do: Chỉ liên kết cơ học. Nước nằm bất động trong mạng lưới cấu
trúc mô cơ dưới hình thức dung môi để khuyếch tán các chất qua tế bào.
Nước liên kết: Không phải là dung môi mà là ở dạng liên kết với các chất
protit tan và các chất vô cơ, hữu cơ tan khác tạo thành các cấu trúc của mô cơ.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
4
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
b)
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Cơ chế đóng băng trong thực phẩm khi cấp đông
Nước trong thực phẩm do có hòa tan các chất tan nên nhiệt độ đóng băng
thấp hơn 00C.
Khi hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các dạng nước trong thực phẩm
đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng với các tế bào.
Khi nhiệt độ hạ 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 đó khi áp suất thẩm thấu tăng lên làm nước trong tế bào có xu hướng ra
ngoài qua gian bào, qua màn bán thấm của tế bào. Nếu tốc độ làm lạnh chậm thì
nước trong tế bào ra sẽ làm các tinh thể hiện diện lớn lên mà không tạo nên tinh
thể mới.
Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn trong tế
bào, tinh thể sẽ nhuyễn và đều. Do đó nếu hạ nhiệt chậm tế bào bị mất nước và
tinh thể đá tạo ra sẽ to và chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến
dạng, giảm chất lượng sản phẩm.
Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến lượt nước lên kết, bắt đầu từ
nước có liên kết yếu đến nước có liên kết mạnh.
c)
Tác động của sự kết tinh của nước đối với thực phẩm
Trong quá trình kết tinh của nước trong thực phẩm, xảy ra các hiện tượng
sau đây, nếu tốc độ làm lạnh không đạt yêu cầu sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến
chất lượng sản phẩm:
- Có sự phân bố lại nước trong thực phẩm không chỉ giữa gian bào và tế bào mà
còn theo chiều sâu của sản phẩm.
- Có sự biến đổi tế bào do sự phân bố lại nước, do tạo thành lớp đá, vỡ tế bào,
biến đổi cấu trúc sợi cơ.
d)
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự kết tinh của nước trong thực phẩm
● Nồng độ các chất hòa tan
Các chất đường, chất béo, protein, muối… trong thực phẩm hòa tan liên
kết với nước tạo thành dung dịch keo.
Để kết tinh các phân tử nước phải tách ra khỏi sự liên kết của các chất tan.
Vì vậy khi có các chất tan thì nhiệt độ của nước phải giảm để giảm động năng,
GVHD: Nguyễn Văn Pha
5
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
tăng lực liên kết phân tử giữa các phân tử nước với nhau để kết tinh. Do đó
nồng độ chất hòa tan tăng thì nhiệt độ kết tinh nước giảm.
•
Tốc độ cấp đông
Tốc độ làm lạnh thực phẩm là tỷ số giữa chiều dày lớp thực phẩm được
cấp đông với thời gian để làm đông lớp đó.
Tốc độ làm lạnh đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ cấp đông,
phương pháp cấp dịch cho dàn lạnh, kích thước và bản chất thực phẩm cấp
đông, trong đó yếu tố nhiệt độ buồng cấp đông đóng vai trò quan trọng nhất.
•
Chất lượng ban đầu của thực phẩm
Thực phẩm tươi sống đem làm lạnh đông sẽ có chất lượng cao nhất vì cấu
trúc và sự liên kết của nước với các thành phần còn lại còn nguyên tính tự
nhiên.
Khi các cấu trúc bị hư hỏng do va chạm hoặc do chất lượng bị giảm vì quá
trình tự phân giải, thối giữa thì khả năng giữ nước giảm, tỷ lệ nước tự do tăng,
tính đàn hồi của cấu trúc giảm. Tương tự như ở thịt động vật ở giai đoạn co
cứng, cấu trúc giảm tính đàn hồi vì khả năng giữ nước giảm.
Trong những trường hợp này nước kết tinh sẽ khuyếch tán nhiều, cấu trúc
liên kết tế bào bị nước đá giãn nở sẽ rách vỡ làm cho chất lượng sản phẩm giảm.
CHÝÕNG 8:
Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cấp đông
a) Loại máy cấp đông
Có nhiều loại thiết bị cấp đông và nguyên lý hoạt động khác nhau. Thiết bị
gió cưỡng bức tiếp xúc và làm lạnh sản phẩm, có loại tiếp xúc là bề mặt các tấm
kim loại, nhưng có loại thì sản phẩm được nhúng trong dịch 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 dụng 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.
b) Nhiệt độ buồng cấp đông
Nhiệt độ cấp đông càng thấp thì thời gian cấp đông càng nhanh và ngược
lại. Vì vậy cần chọn nhiệt độ buồng hợp lý. Thường nhiệt độ không khí trong
buồng cấp đông đạt là -35oC.
c) Tốc độ gió trong buồng cấp đông
GVHD: Nguyễn Văn Pha
6
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
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.
d) 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 kho chờ đông để
tạm thời bảo quản, để chờ cho đủ khối lượng cần thiết cho 1 mẻ mới đem cấp
đông.
Mặt 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 ÷ 120C. Nhiệt độ thực phẩm đưa vào cấp đông càng thấp thì
thời gian cấp đông càng ngắn.
e) Bề dày sản phẩm cấp đông
Thực phẩm cấp đông thường có dạng khối nguyên con hoặc dạng rời nhỏ
(phi lê). Thời gian cấp đông làm lạnh từ ngoài vào tâm sản phẩm phụ thuộc rất
nhiều vào chiều dày của thực phẩm.
Thời gian cấp đông càng lâu nếu thực phẩm càng dày. Người ta nhận thấy
thời gian cấp đông tăng lên một cách nhanh chóng nếu tăng chiều dày thực
phẩm. Các thực phẩm dạng cấp đông dạng khối có thời gian cấp đông khá lâu
nhưng dạng rời thì thời gian ngắn hơn nhiều.
f) Diện tích bề mặt tiếp xúc
Trong tủ cấp đông tiếp xúc nếu bề mặt tiếp xúc nhỏ sẽ làm tăng thời gian
làm lạnh. 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 thực phẩm đều theo toàn bộ khay. Trên
các tấm lắc cấp đông nếu có băng cũng có thể làm giảm diện tích tiếp xúc.
g) Bao gói sản phẩm
Một số thực phẩm cấp đông được đóng gói trước nên khi cấp đông làm
tăng nhiệt trở. Đặt biệt khi bao gói có lọt các lớp khí vào bên trong thì tạo ra lớp
cách nhiệt sẽ làm tăng thời gian cấp đông.
h) Loại thực phẩm
Mỗi loại thực phẩm có một nhiệt dung và nhiệt hàm khác nhau, do đó
nhiệt lượng cần thiết để cấp đông 1 kg mỗi loại thực phẩm rất khác nhau.
Ngoài ra hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm cũng ảnh hưởng đến tốc độ làm
lạnh của nó. Thực phẩm có thể tích riêng nhỏ cũng có thời gian cấp đông lớn.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
7
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
CHÝÕNG 9:
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Các phương pháp và thiết bị cấp đông thực phẩm
Thiết bị cấp đông có rất nhiều dạng, hiện nay ở nước ta sử dụng phổ biến
các hệ thống như sau:
• Kho cấp đông gió (Air Blast Freezer);
• Tủ cấp đông tiếp xúc (Contact Freezer);
• Tủ cấp đông gió dạng rời;
• 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 dạng xoắn;
- Hệ thống cấp đông siêu tốc;
• Hệ thống cấp đông nhúng N2 lỏng.
CHÝÕNG 10:
Làm đông thực phẩm trong không khí lạnh
Thực phẩm được làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ âm sâu đối lưu
cưỡng bức qua bề mặt. Sản phẩm cấp đông dạng block hoặc dạng rời, nhưng
thích hợp nhất là sản phẩm dạng rời. Quá trình truyền nhiệt là trao đổi nhiệt đối
lưu.
Ưu điểm: Không khí có nhiệt dung riêng nhỏ giảm nhiệt độ nhanh, khi
tiếp xúc không gây các tác động cơ học vì thế giữ nguyên hình dáng kích thước
thực phẩm, đảm bảo thẩm mỹ và khả năng tự bảo vệ cao của nó.
Nhược điểm: Thực phẩm dễ bị khô do bay hơi nước bề mặt và dễ oxi hóa
do tiếp xúc nhiều với khí O2.
CHÝÕNG 11:
Làm đông tiếp xúc
Các sản phẩm đặt trên các khay và được kẹp giữa các tấm lắc cấp đông.
Các tấm lắc kim loại bên trong rỗng để cho môi chất lạnh chảy qua, nhiệt độ
bay hơi đạt to = -40 ÷ -450C.
Nhờ tiếp xúc với các tấm lắc có nhiệt độ rất thấp, quá trình trao đổi nhiệt
tương đối hiệu quả và thời gian làm đông được rút ngắn đáng kể so với làm
đông dạng khối trong các kho cấp đông gió, thời gian từ 1,5 ÷ 2 giờ nếu cấp
dịch bằng bơm, từ 4 ÷ 4,5 giờ nếu cấp dịch từ bình giữ mức theo kiểu ngập
dịch.
Quá trình truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc là dẫn nhiệt.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
8
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
CHÝÕNG 12:
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Làm đông cực nhanh
Thực phẩm được di chuyển trên các băng chuyền và được phun làm lạnh
bằng Nitơ lỏng có nhiệt độ bay hơi rất thấp khoảng -1960C.
Vì thế thời gian làm đông cực nhanh từ 5 ÷ 10 phút. Hiện nay ở các nước
phát triển ứng dụng rộng rãi phương pháp này.
CHÝÕNG 13:
Làm đông bằng hỗn hợp đá và muối
Phương pháp này được thực hiện ở những nơi không có điện để chạy máy
lạnh. Khi cho muối vào nước đá thì tạo nên hỗn hợp có khả năng làm lạnh. Tùy
thuộc vào tỷ lệ muối pha mà đạt được các hỗn hợp có nhiệt độ khác nhau.
Phương pháp này có ưu điểm dễ thực hiện. Nhưng có nhược điểm là nhiệt
độ hỗn hợp tạo ra không cao cỡ -120C, vì vậy chỉ có khả năng bảo quản trong
thời gian ngắn và thực phẩm tươi sạch. Nhược điểm khác của phương pháp này
là thực phẩm mất trọng lượng và giảm phẩm chất bề mặt.
CHÝÕNG 14:
Làm đông bằng nước muối lạnh
Có 2 cách:
Ngâm trong nước muối: Cá được xếp vào giỏ lưới rồi nhúng vào bể nước
muối được làm lạnh bởi dàn bốc hơi amôniăc. Nước muối được lưu động bằng
bơm, nhiệt độ -180C, thời gian làm đông khoảng 3 giờ.
Phun nước muối lạnh: Phương pháp này nược ứng dụng trong chế biến
thủy sản. Cá vận chuyển trên băng chuyền và được phun nước muối lạnh -25 0C.
Khi đã đóng băng cá được phun nước sạch 20 0C để rửa muối bám lên cá, cuối
cùng cá được phun nước 00C để mạ băng trước khi chuyển vào kho bảo quản.
Theo phương pháp này thời gian làm đông ngắn mà hao hụt trọng lượng ít,
lượng muối ngấm vào ít.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
9
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
CHÝÕNG 15:
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
TÍNH TOÁN CẤU TRÚC TỦ ĐÔNG
GIÓ VÀ TÍNH PHỤ TẢI NHIỆT
CHÝÕNG 16:
Chọn thông số thiết kế ban đầu
CHÝÕNG 17:
Thông số địa lý, khí tượng ở TP.HCM
Các thông số này đã được thống kê trong nhiều năm, khi tính toán thiết kế
để đảm bảo độ an toàn cao ta thường lấy giá trị cao nhất ứng với chế độ khí hậu
khắc nghiệt nhất. Từ đó sẽ đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn trong mọi
điều kiện khí hậu.
Theo bảng 1.1 trang 8 tài liệu [1]. Ta có:
Bảng 2.1: Thông số khí hậu ở TP.HCM
Nhiệt độ, 0C
Độ ẩm tương đối, %
TB cả năm
Mùa hè
Mùa đông
Mùa hè
Mùa đông
27
37,3
17,4
74
74
Từ các thông số khí hậu và kết hợp với đồ thị I - d của không khí ẩm ta có các
thông trạng thái không khí như sau:
tN = 37,30C là nhiệt độ của không khí ngoài trời;
φN = 74% là độ ẩm của không khí ngoài trời;
dN = 30,58 g/kg kkk là độ chứa hơi;
tư = 330C là nhiệt độ nhiệt kế ướt;
ts = 31,70C là nhiệt độ đọng sương.
CHÝÕNG 18:
Yêu cầu về nhiệt độ trung bình của sản phẩm
Nhiệt độ trữ đông thủy sản ở các nước châu Âu hiện nay là -30 0C. Theo
viện nghiên cứu lạnh đông quốc tế đề nghị nhiệt độ trữ đông là -200C cho cá gầy
(cá song, cá nục) và -300C cho cá béo (cá hồi, cá thu, cá trích). Nếu cá gầy
muốn bảo quản trên 1 năm dùng nhiệt độ trữ đông là -30 0C. Còn ở Việt Nam
nhiệt độ bảo quản thủy sản đông quy định chung là -18 ÷ -25 0C và bằng với
nhiệt độ trung bình cuối quá trình cấp đông.
Theo yều cầu của đề tài thì nhiệt độ không khí bên trong tủ cấp đông gió
là tb = -400C. Nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau cấp đông được xác định
theo công thức 5.8 trang 196 tài liệu [2]:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
10
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
ttb =
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
t f − tt
2
(2.1)
Trong đó:
Nhiệt độ bề mặt sản phẩm: tf = tb × 0,7 = -40 × 0,7 = -280C
Nhiệt độ tâm sản phẩm ít nhất là tt = -120C
Vậy nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau cấp đông là ttb = -200C
CHÝÕNG 19:
Cấu trúc xây dựng của tủ cấp đông gió 2 tấn/mẻ
Tủ cấp đông gió phải được thiết kế có kích thước và công suất đủ sức cấp
đông 2 tấn cá trong 6 giờ, nhiệt độ không khí trong tủ là -400C.
Tường và trần của tủ cấp đông được lắp ráp bằng các tấm panel cách nhiệt
Polyurethan, độ dày δCN. Tỷ trọng của tất cả các tấm panel đạt tiêu chuẩn 40 ÷
42 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt λ = 0,018 ÷ 0,02 W/m.K, độ đồng đều và độ bám cao.
Mặt trong và mặt ngoài là lớp tôn mạ màu colorbond chống trầy xước dày 0,5
mm.
Theo bảng 5.5 trang 209 tài liệu [2]. Ta có:
Bảng 2.2: Các lớp cách nhiệt của panel tường, trần
STT
Lớp vật liệu
Độ dày
mm
Hệ số dẫn nhiệt
W/m.K
1
Lớp tôn
0,5
45,3
2
Lớp Polyurethane
δCN
0,018 ÷ 0,02
3
Lớp tôn
0,5
45,3
Các tấm panel có gờ âm – dương và được liên kết với nhau bằng các móc
khoá camblock ở cả 4 mặt của panel.
Ở các góc tường được lắp tấm panel góc liền khối 90 0 để loại bỏ khe hở
lắp ghép ở các góc, chống hình thành các ổ vi sinh, đồng thời tăng thêm độ cứng
vững của kho trong suốt thời gian sử dụng.
Tủ cấp đông gió được trang bị 1 bộ cửa trượt tay với kích thước 1500R ×
2000H, cửa tủ đông có trang bị điện trở sưởi, cách nhiệt bằng Polyurethane dày
150mm, khung cửa làm bằng nhựa hỗn hợp chịu lạnh sâu, định hình nhập ngoại
để tránh cầu nhiệt và nhẹ nhàng khi mở, có độ thẩm mỹ cao. Hai mặt trong,
ngoài của cửa tủ đông được bọc bằng tôn colorbond dày 0,5mm.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
11
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Ngoài ra, để tránh cơi nền do hiện tượng đông đá phía dưới nền ta bố trí
các ống thông gió. Ống thông gió là các ống PVC Ø100 đặt cách nhau khoảng 1
m đi dích dắc, hai đầu ống đưa lên khỏi nền để gió bên ngoài có thể vào ra ống,
nhằm tránh ống gió đóng băng.
Để đỡ lớp bê tông, tải trọng dàn lạnh và xe hàng phía trên tránh đề bẹp lớp
cách nhiệt, người ta bố trí xen kẽ trong lớp cách nhiệt, người ta bố trí xen kẽ
trong lớp cách nhiệt các gối gỗ. Gối gỗ được làm từ loại gỗ tốt chống mối mọt
và mục do ẩm. Phía trên và dưới lớp cách nhiệt là các lớp giấy dầu chống thấm
bố trí 2 lớp. Để tránh nước bên trong và ngoài kho có thể chảy xuống các lớp
cách nhiệt nền theo các tấm panel tường và sát chân tường, phía trong và phía
ngoài người ta xây cao một khoảng 100 mm. Trước khi lót cách nhiệt trên bề
mặt lớp bê tông nền người ta quét một lớp hắc ín liên tục để chống thấm nước từ
dưới nền lên lớp cách nhiệt.
Bảng 2.3: Các lớp cách nhiệt của nền
STT
Lớp vật liệu
Độ dày
mm
Hệ số dẫn nhiệt
W/m.K
1
Lớp vữa tráng nền
10 ÷ 20
0,78
2
Lớp bê tông cốt thép
75 ÷ 100
1,28
3
Lớp giấy dầu chống thấm
2
0,175
4
Lớp cách nhiệt
δCN
0,018 ÷ 0,020
5
Lớp giấy dầu chống thấm
2
0,175
6
Lớp hắc ín quét liên tục
0,1
0,70
7
Lớp bê tông
150 ÷
200
1.28
CHÝÕNG 20:
Xác định kích thước tủ cấp đông gió
CHÝÕNG 21:
Thể tích tủ cấp đông V (m3)
Được xác định theo công thức 5.10 trang 208 tài liệu [2].
V=
E
gv
,m3
(2.2)
Trong đó:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
12
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
- E : Dung tích tủ cấp đông, t;
- V : Thể tích tủ cấp đông, m3;
- gv : Định mức chất tải thể tích, t/m3.
Theo bảng 5.4 trang 208 tài liệu [2] về kích thước một số kho cấp đông
trong thực tế .Với dung tích tủ cấp đông E = 2 tấn/mẻ ta chọn hệ số chất tải g v =
0,1 t/m3.
Từ đó ta có:
V=
E
2
=
= 20 (m3 )
gV 0,1
Vì thể tích tủ cấp đông chứa sản phẩm chỉ chiếm khoảng 50%, phần còn
lại để làm trần giả và lắp đặt dàn lạnh. Do đó, thể tích thực tế của tủ cấp đông là
Vtt = V × 2 = 40 (m3)
Diện tích tủ cấp đông F (m2)
CHÝÕNG 22:
Ta chọn chiều cao của tủ cấp đông h = 2,85 m
Theo công thức 5.11 trang 208 tài liệu [2].
F=
Vậy
F=
Vtt
2
h ,m
(2.3)
40
= 14,03(m 2 )
2,85
→ Chiều dài của tủ cấp đông là D = 4,5 m.
Chiều rộng của tủ cấp đông là R = 3,3 m.
Khi chọn chiều dài và chiều rộng của tủ cấp đông phải lựa chọn sao cho
việc lắp đặt được thuận tiện vì chiều rộng mỗi tấm panel là 1,2 m.
→ Chiều dài thực tế của tủ cấp đông là Dtt = 4,5 +2.δCN
Chiều rộng thực tế của tủ cấp đông là Rtt = 3,3 + 2.δCN
CHÝÕNG 23:
Tính chiều dày cách nhiệt của tường, trần và nền
a) Tính chiều dày cách nhiệt tường và trần
Theo công thức 3.1 trang 85 của tài liệu [1] ta có:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
13
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
kt =
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
1
δ δ
1
1
+ ∑ i + CN +
α 1 i =1 λi λCN α 2
n
(2.4)
1 1
δ 1
δ CN = λCN − + 2 1 + ÷
λ1 α 2 →
k α1
Trong đó:
-
λCN : Hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu cách nhiệt. Ta lấy λCN = 0,02 W/m.K;
- k : Hệ số truyền nhiệt. Tra theo bảng 3.3 trang 84 tài liệu [1]. Ta chọn k = 0,19
W/m2.K;
- α1 : Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường. Tra bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1]. Chọn α1
= 23,3 W/m2.K;
- α2 : Hệ số toả nhiệt bên trong tủ cấp đông. Tra bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1].
Chọn α2 = 10,5 W/m2.K;
-
δ1 = 0,5 mm = 0,0005 m là bề dày của lớp tôn;
-
λ1 = 45,3 W/m.K là hệ số dẫn nhiệt của lớp tôn.
Thay tất cả vào ta có :
δ CN
1 1
0,0005 1
−
+ 2.
+
45,3 10,5
= 0,02 0,19 23,3
δCN = 0,102 m Vậy ta chọn δCN = 0,15 m = 150 mm
kt =
1
δ δ
1
1
+ 2 1 + CN +
α1
λ1 λCN α 2
= 0,13
→ Hệ số truyền nhiệt thực của tường và
trần là
W/m2.K
b) Tính chiều dày cách nhiệt nền
Theo công thức 3.1 trang 85 của tài liệu [1] ta có:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
14
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
1 1 δ
δ
δ δ
1
δ CN = λ CN − + 1 + 2 2 + 2 3 + 4 +
λ2
λ 3 λ 4 α 2
k α 1 λ1
Trong đó:
-
λCN : Hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu cách nhiệt. Ta lấy λCN = 0,02 W/m.K;
- k : Hệ số truyền nhiệt của nền. Theo bảng 3.6 trang 84 tài liệu [1]. Chọn k =
0,18 W/m2.K;
- α1 : Hệ số toả nhiệt bên ngoài nền. Tra bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1]. Chọn α1 =
23,3 W/m2.K;
- α2 : Hệ số toả nhiệt bên trong tủ cấp đông. Tra bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1].
Chọn α2 = 10,5 W/m2.K;
-
δ 1 : Chiều dày lớp vữa tráng nền. δ 1 = 20 mm = 0,02 m;
-
λ 1 : Hệ số dẫn nhiệt lớp vữa tráng nền. λ 1 = 0,78 W/m.K;
-
δ 2 : Chiều dày lớp bê tông cốt thép. δ 2 = 100 mm = 0,1 m;
-
λ 2 : Hệ số dẫn nhiệt lớp bê tông cốt thép. λ 2 = 1,28 W/m.K;
-
δ 3 : Chiều dày lớp giấy dầu chống thấm. δ 3 = 2 mm = 0,002 m;
-
λ 3 : Hệ số dẫn nhiệt lớp giấy dầu chống thấm. λ 3 = 0,175 W/m.K;
-
δ 4 : Chiều dày lớp hắc ín quét liên tục. δ 4 = 0,1 mm = 0,0001 m;
-
λ 4 : Hệ số dẫn nhiệt lớp hắc ín. λ 4 = 0,7 W/m.K.
Thay tất cả vào ta có:
1 1 0,02
0,1
0,002
0,0001 1
δ CN = 0,02
−
+
+ 2.
+ 2.
+ 2.
+
1,28
0,175
0,7 10,5
0,18 23,3 0,78
= 0,104 m
Chọn chiều dày lớp cách nhiệt nền là δCN = 0,15 m = 150 mm
→ Hệ số truyền nhiệt thực của nền sẽ là:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
15
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
1
δ δ δ
1 δ1
δ
1
+ + 2. 2 + 2. 3 + 4 + CN +
α 1 λ1
λ2
λ3 λ 4 λCN α 2
1
=
1
0,02
0,1
0,002
0,0001 0,15 1
+
+ 2.
+ 2.
+ 2.
+
+
23,3 0,78
1, 28
0,175
0,7
0, 2 10,5
ktn =
= 0,127 W/m2.K
Sau khi xác định được chiều dày cách nhiệt δCN = 150 mm = 0,15m ta có
kích thước thực tế của tủ cấp đông như sau:
Chiều dài thực tế của tủ cấp đông là Dtt = 4,5 +2.δCN = 4,8 m.
Chiều rộng thực tế của tủ cấp đông là Rtt = 3,3 + 2.δCN = 3,6 m.
Chiều cao thực tế của tủ cấp đông là Ctt = 2,85 + δCN = 3 m.
CHÝÕNG 24:
Tính kiểm tra hiện tượng đọng sương
Điều kiện để vách ngoài không bị đọng sương là kt ≤ ks.
Với ks là hệ số truyền nhiệt lớn nhất để bề ngoài không bị đọng sương
được xác định theo công thức 3.7 trang 86 tài liệu [1].
k s = 0,95.α 1.
t1 − t s
t1 − t 2 (2.5)
Trong đó:
-
t1 = tN = 37,30C : Nhiệt độ không khí bên ngoài;
-
t2 = tb = -400C : Nhiệt độ không khí bên trong tủ đông;
-
ts = 31,70C : Nhiệt độ đọng sương;
- α1 : Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường. Theo bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1] ta có α 1=
23,3 W/m2.K.
Thay số vào ta có:
ks = 0,95.α 1.
t1 − ts
37,3 − 31, 7
= 0,95.23,3.
t1 − t2
37,3 − ( − 40) = 1,6 (W/m2.K)
Như vậy ks > kt .Vậy vách ngoài sẽ không bị đọng sương.
CHÝÕNG 25:
Tính phụ tải nhiệt tủ cấp đông
Tổn thất nhiệt ở tủ cấp đông gồm có:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
16
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
• Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che;
• Tổn thất nhiệt do sản phầm, khay cấp đông và xe đựng hàng mang vào;
• Tổn thất nhiệt do vận hành gồm có:
- Tổn thất nhiệt do mở cửa;
- Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng;
- Tổn thất nhiệt do người toả ra;
- Tổn thất nhiệt do các động cơ quạt;
- Tổn thất nhiệt do xả băng.
CHÝÕNG 26:
Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q1
Tổn thất qua kết cấu bao che gồm 2 thành phần :
-
Tổn thất qua tường, trần Q11;
-
Tổn thất qua nền Q12.
a) Tổn thất nhiệt qua vách và trần Q11
Ở đây nhiệt truyền qua cửa ta tính chung với vách và trần.
Theo công thức 5.14 trang 211 tài liệu [2]. Ta có:
Q11 = kt .Ft .∆t, W
(2.6)
Trong đó:
- Ft : Diện tích vách, trần, m2;
- ∆t = tN - tb : Độ chệnh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài tủ đông, 0C;
- kt : Hệ số truyền nhiệt của tường, trần, W/m2.K.
Theo như tính toán ở trên thì ta có kích thước thực tế của tủ cấp đông là
4800D × 3600R × 3000C.
• Diện tích của vách, trần
Ft = 2.(4,8 x 3) + 2.(3,6 x 3) + (4,8 x 3,6) = 67,68 (m2)
• Độ chệnh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài tủ đông
∆t = tN - tb = 37,3 - (-40) = 77,30C
• Hệ số truyền nhiệt của vách và trần
Như tính toán ở phần 2.3.3 ta có kt = 0,13 W/m2.K
Vậy Q11 = 0,13. 67,68. 77,3 = 680,12 (W)
GVHD: Nguyễn Văn Pha
17
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
b) Tổn thất nhiệt qua nền Q12
Theo công thức 5.16 trang 213 tài liệu [2]. Nền tủ cấp đông có thể tính tổn
thất nhiệt như sau:
Q12 = k.Fn.(ttbn - tb) ,W
(2.7)
Trong đó:
- Fn : Diện tích vách, trần, m2;
- ttbn : Nhiệt độ trung bình của nền, 0C;
- tb = -400C : Nhiệt độ bên trong tủ đông, 0C;
- k = 0,13 W/m2.K : Hệ số truyền nhiệt tính giống như vách và trần.
• Diện tích nền
Fn = D × R = 4,8 x 3,6 = 17,28 (m2)
• Nhiệt độ trung bình của nền
Do dưới nền có độ chênh nhiệt độ thấp hơn nên ta chọn t n = 30,30C (tức là
thấp hơn nhiệt độ tại địa phương 70C).
Vậy Q12 = 0,13. 17,28. (30,3 - (-40)) = 157,9 (W)
Từ đó ta có tổng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che:
Q1 = Q11 + Q12 = 680,12 + 157,9 = 838,02 (W)
CHÝÕNG 27:
Nhiệt do làm lạnh sản phẩm Q2
Gồm:
-
Nhiệt do làm lạnh thực phẩm Q21;
-
Nhiệt do làm lạnh khay cấp đông Q22;
-
Nhiệt do làm lạnh xe cấp đông Q23.
Ngoài ra, một số sản phầm 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 do làm lạnh nước Q24.
a) Nhiệt do làm lạnh thực phẩm Q21
Theo công thức 5.17 trang 213 tài liệu [2]. Ta có:
Q21 = M
(i1 − i2 )
,W
τ
(2.8)
Trong đó:
GVHD: Nguyễn Văn Pha
18
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
- M = 2 tấn = 2000 kg : Khối lượng thực phẩm cấp đông cho 1 mẻ;
- i1 , i2 : Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, kJ/kg;
- τ = 6 giờ = 21600 giây : Thời gian cấp đông của 1 mẻ.
Nhiệt độ sản phẩm đầu vào do đã được làm lạnh ở kho chờ đông, nên có
thể lấy nhiệt độ đầu vào t1 = 100C.
Nhiệt độ trung bình đầu ra của sản phẩm sau cấp đông đã tính ở phần 2.1.2
phải đạt -200C.
Tra bảng 3.11 trang 113 tài liệu [2] ta được:
t1 = 100C → i1 = 283 kJ/kg
t2 = -200C → i2 = 0 kJ/kg
Vậy
Q21 = 2000.
(283 − 0) 3
.10 = 26203,7 (W )
21600
b) Nhiệt do làm lạnh xe cấp đông Q22
Theo công thức 5.19 trang 214 tài liệu [2]. Ta có:
Q22 = M x .
C px .(t1 − t2 )
Trong đó:
τ
,W (2.9)
- Cpx = 460 J/kg.K : Nhiệt dung riêng của xe cấp đông bằng inox;
- t1 = 37,30C : Nhiệt độ xe trước khi cấp đông xem như bằng với nhiệt độ không
khí ngoài trời;
- t2 = -400C : Nhiệt độ xe sau khi cấp đông xem như bằng với nhiệt độ không khí
trong tủ đông;
- Mx : Tổng khối lượng các xe cấp đông.
2000
= 5,71
Ta chọn loại xe cấp đông làm bằng inox dày 2 mm có kích
350
thước chuẩn 1200D x 800R x 1590C, chứa khoảng 350 kg hàng gồm 2 ngăn,
mỗi ngăn có 12 giá đỡ, trọng lượng xe khoảng 50 kg. Bánh xe được chế tạo
bằng vật liệu chịu được nhiệt độ âm sâu và tải trọng chất hàng, khoảng cách
giữa các khay được bố trí một cách hợp lý nhằm tăng khả năng lưu thông gió
trong tủ.
Vậy số xe cần dùng là
GVHD: Nguyễn Văn Pha
. Ta chọn 6 xe.
19
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
→ Mx = 50 × 6 = 300 kg
Q22 = 300.
460.(37,3 − (( − 40))
= 493,9 (W)
21600
Vậy
c) Nhiệt do làm lạnh khay cấp đông Q23
Xe cấp đông có tất cả 24 giá đỡ khay. Vậy số khay cần sử dụng 24 × 6 =
144 khay. Khay được làm bằng nhôm tấm dày 2mm với khối lượng khay
khoảng 3 kg. Kích thước khay theo chuẩn là 795D x 555R x 54C.
Theo công thức 5.18 trang 214 tài liệu [2]. Ta có:
Q23 = M kh .
C p .(t1 − t2 )
τ
,W
(2.10)
Trong đó:
- Mkh : Tổng khối lượng khay cấp đông, Mkh = 144 × 3 = 432 kg;
- Cp = 921 J/kg.K : Nhiệt dung riêng của khay cấp đông bằng nhôm;
- τ = 6 giờ = 21600 giây : Thời gian cấp đông của 1 mẻ;
- t1 = 37,30C và t2 = -400C : Nhiệt độ khay trước khi và sau khi cấp đông tính như
trên xe cấp đông.
Vậy
Q23 = 432.
921.(37,3 − (− 40))
= 1423,87 (W)
21600
d) Nhiệt do làm lạnh nước châm Q24
Do sản phẩm cấp đông ở đây là cá nguyên con dạng block nên phải châm
thêm nước để mạ 1 lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng, đẹp, chống oxi
hóa thực phẩm.
Theo công thức 5.20 trang 215 tài liệu [2]. Ta có:
Q24 = M n .
Trong đó:
qo
τ ,W
GVHD: Nguyễn Văn Pha
(2.11)
20
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
- Mn : Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5% khối lượng hàng cấp đông,
thường người ta châm dày khoảng 0,5 ÷ 1,0 mm. Mn = 2000 × 5% = 100 kg;
- τ = 6 giờ = 21600 giây : Thời gian cấp đông của 1 mẻ;
- qo : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khí đông đá
hoàn toàn. Được tính theo công thức 5.21 trang 216 tài liệu [2].
qo = Cpn . t1 + r + Cpđ. |t2| ,J/kg
Với:
(2.12)
- Cpn = 4186 J/kg.K : Nhiệt dung riêng của nước;
- r = 333600 J/kg : Nhiệt đông đặc;
- Cpđ = 2090 J/kg.K : Nhiệt dung riêng của đá;
- t1 = 50C : Nhiệt độ nước đầu vào, lấy nước lạnh chế biến từ 5 ÷ 70C;
- t2 = -200C : Nhiệt độ đá sau cấp đông bằng nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau
cấp đông.
Vậy qo = 4186.5 + 333600 + 2090.20 = 396330 (J/kg)
Q24 = 100.
396330
= 1834,86 (W )
21600
Từ đó ta tính được
Tổng hợp các nguồn nhiệt làm lạnh sản phẩm ta có:
Q2 = Q21 + Q22 + Q23 + Q24
= 26203,7 + 493,9 + 1423,87 + 1834,86
= 29956,33 (W)
CHÝÕNG 28:
Tổn thất nhiệt do vận hành Q3
Gồm:
-
Tổn thất nhiệt do mở cửa Q31;
-
Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng Q32;
-
Tổn thất nhiệt do người toả ra Q33;
-
Tổn thất nhiệt do các động cơ quạt Q34;
-
Tổn thất nhiệt do xả băng Q35.
a) Tổn thất nhiệt do mở cửa Q31
Trong quá trình vận hành tủ cấp đông, người vận hành trong nhiều trường
hợp cần phải mở cửa vào kiểm tra hàng và các thiết bị nên một lượng nhiệt và
ẩm thâm nhập vào phòng gây ra tổn thất lạnh. Lượng nhiệt do mở cửa rất khó
xác định. Có thể xác định lượng nhiệt mở cửa giống như kho lạnh.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
21
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Theo công thức 5.24 trang 216 tài liệu [2]. Ta có:
Q31 = B.F ,W
(2.13)
Trong đó:
- F : Diện tích tủ đông. Với F = 4,8 × 3,6 = 17,28 m2;
- B : Dòng nhiệt khi mở cửa ra. Tra theo bảng 5.10 trang 217 tài liệu [2] ta chọn
B = 32 W/m2.
Vậy Q31 = 32. 17,28 = 552,96 (W)
b) Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng Q32
Theo công thức 5.27 trang 217 tài liệu [2]. Ta có:
Q32 = A.F ,W
(2.14)
Trong đó:
- F = 17,28 m2 : Diện tích tủ cấp đông;
- A : Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m 2 diện tích tủ cấp đông. Chọn A = 1,2
W/m2.
Thay vào ta có: Q32 = 17,28. 1,2 = 20,736 (W)
c) Tổn thất nhiệt do người tỏa ra Q33
Theo công thức 5.28 trang 218 tài liệu [2]. Ta có:
Q33 = 350.n ,W
(2.15)
Trong đó:
- n : Số người làm việc trong tủ. Thường thì số người làm việc khoảng 1 ÷ 2
người. Ta chọn n = 2;
- q = 350 W/người : Nhiệt lượng do người thải ra khi làm việc năng nhọc.
Vậy Q33 = 350. 2 = 700 (W)
d) Tổn thất nhiệt do các động cơ quạt Q34
Trong tủ cấp đông thường có 2 ÷ 4 quạt. Công suất từ 0,75 ÷ 1,5 kW. Ta
chọn 4 quạt, công suất là 1,5 kW.
Theo công thức 5.29 trang 218 tài liệu [2]. Ta có:
Q34 = 1000.N ,W
(2.16)
Vậy Q34 = 1000. 4. 1,5 = 6000 (W)
e) Tổn thất nhiệt do xả băng Q35
GVHD: Nguyễn Văn Pha
22
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Theo công thức 5.25 tài liệu [2]. Ta có:
Q35 =
Trong đó:
Q
τ ,W
(2.17)
- τ = 6 giờ = 21600 giây : Thời gian cấp đông của 1 mẻ;
- Q : Tổng nhiệt lượng do xả băng truyền cho không khí.
Theo công thức 5.26 tài liệu [2]. Ta có:
Q = ρkk.V.Cp.∆t ,W
(2.18)
Với:
- ρkk = 1,2 kg/m3 : Khối lượng riêng không khí;
- V = 40 m3 : Dung tích kho cấp đông;
- Cp = 1005 J/kg.K : Nhiệt dung riêng của không khí;
- ∆t : Độ tăng nhiệt độ không khí trong tủ cấp đông sau xả băng. Ta chọn ∆t =
100C.
→ Q = 1,2. 40. 1005. 10 = 482400 (J)
Từ đó ta tính được nhiệt tổn thất do xả băng là:
Q35 = 482400/21600 = 22,3 (W)
Tổng hợp các nguồn nhiệt trong quá trình vận hành ta có:
Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 + Q35
= 552,96 + 20,736 + 700 + 6000 + 22,3
= 7296 (W)
CHÝÕNG 29:
a)
Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén
Tải nhiệt của thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần
thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều
kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải
nhiệt thành phần có giá trị cao nhất.
Qtb = Q1 + Q2 + Q3
= 838,02 + 29956,33 + 7296 = 38090,35 (W)
b)
Tải nhiệt cho máy nén
GVHD: Nguyễn Văn Pha
23
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Theo tài liệu [1] trang 120 ta có công thức sau:
QMN = 80%.Q1 + 100%.Q2 + 75%.Q3
= 80%. 838,02 + 100%. 29956,33+ 75%. 7296
= 36098,746 (W)
c)
Năng suất lạnh của máy nén
Theo công thức 4.24 trang 120 tài liệu [1] ta có:
Qo =
Trong đó:
k .QMN
b ,W
(2.19)
- k : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh.
Theo tài liệu [1] trang 121. Ta chọn k = 1,1;
- b : hệ số thời gian làm việc. Đối với các tủ cấp đông gió làm việc theo từng mẻ
ta dự tính hệ thống sẽ làm việc khoảng 18 giờ trong ngày đêm nên ta chọn b =
0,75.
Vậy
Qo =
1,1. 36098,746
= 52944,83(W ) ≈ 52,945 kW
0,75
CHÝÕNG 30: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH
- CHỌN MÁY NÉN VÀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
CHO HỆ THỐNG
CHÝÕNG 31:
Chọn phương pháp làm lạnh
Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý sản phẩm. Theo môi chất
trong dàn bay hơi có làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp. Ta chọn phương
pháp làm lạnh trực tiếp và theo cách đối lưu cưỡng bức.
• Hệ thống làm lạnh trực tiếp có những ưu điểm sau:
Thiết bị đơn giản vì không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ.
Tuổi thọ cao, tính kinh tế cao hơn vì không phải tiếp xúc với nước muối là
một chất gây han gỉ, ăn mòn rất mạnh.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
24
Khoa công nghệ nhiệt lạnh
Đồ án học phần kỹ thuật lạnh
Ít tổn thất năng lượng về mặt nhiệt động. Vì hiệu nhiệt độ giữa buồng lạnh
và dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa buồng với
nhiệt độ bay hơi gián tiếp qua nước muối.
Tổn hao lạnh khi khởi động máy nhỏ, tức là thời gian từ khi mở máy đến
khi buồng đạt nhiệt độ yêu cầu là ngắn hơn.
• Hệ thống lạnh trực tiếp cũng có một số nhược điểm trong từng trường hợp
cụ thể sau:
Khi là hệ thống lạnh trung tâm, có nhiều hộ sử dụng lạnh thì lượng môi
chất nạp vào máy sẽ rất lớn, khả năng rò rỉ môi chất lớn nhưng lại khó có khả
năng dò tìm những chỗ rò rỉ để xử lý, khó hồi dầu đối với máy freôn khi dàn
lạnh đặt quá xa và đặt thấp hơn vị trí máy nén. Với quá nhiều dàn lạnh việc bố
trí phân phối đều môi chất cho các dàn lạnh cũng gặp khó khăn và khả năng nén
rơi vào tình trạng ẩm.
Việc trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém hơn do đó khi máy nén ngừng
hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng.
CHÝÕNG 32:
Chọn môi chất làm lạnh
Môi chất thường được sử dụng trong hệ thống lạnh là NH3 và R22. Do yêu
cầu về mặt môi trường: Phá hủy tầng ozôn, gây hiệu ứng nhà kính. Môi chất
freon 22 chỉ là môi chất quá độ và dần sẽ được thay thế bằng môi chất khác. Vì
vậy nhóm quyết định chọn môi chất ammoniac cho hệ thống lạnh đang thiết kế.
Môi chất NH3 ký hiệu R717 là một chất vô cơ. Ở điều kiện bình thường
không màu và có mùi khó chịu. Sau đây là một số tính chất của NH3:
• Tính chất vật lý
- Amoniac có áp suất ngưng tụ khá cao trong điều kiện bình thường, có áp suất
bay hơi khá lớn vì vậy các chế độ làm lạnh thường lớn hơn -35,5 0C. Chỉ đối với
chu trình 2 cấp thì nhiệt độ bay hơi rất thấp.
- Nhiệt độ cuối tầm nén khá cao, vì thế cần làm mát đầu xi lanh bằng nước, hạn
chế độ quá nhiệt hơi hút. Tốt nhất là duy trì hơi hút về máy nén là hơi bão hòa
khô. Nên trong hệ thống lạnh amonic ít sử dụng thiết bị hồi nhiệt là vì lý do này.
- Hòa tan nước không hạn chế nên không xảy ra vấn đề tắc ẩm nhưng tỉ lệ không
được vượt quá 0,1%.
- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn.
- Độ nhớt, tính lưu động cao nên tổn thất áp nhỏ, đường ống và thiết bị phụ nhỏ.
- Không hoà tan với dầu bôi trơn nên khó bôi trơn hệ thống.
GVHD: Nguyễn Văn Pha
25
