tính toán thiết kế tự cấp đông cho kho lạnh

Ỷ NGHĨA
KINH TẾ
- KỸVE
THUẬT
CỦA ĐÒ
ÁN
Chưong
1. TONG
QUAN
HẸ THONG
LẠNH

KỹLịch
thuậtsửlạnh
đóng
vaingành
trò rấtlạnh
quan trọng trong nền kinh tế xã hội. Đặc
1.1.
phát
triển
biệt là đối với nước ta nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, ngư nghiệp. Sản
Từ lâu
con người
đã biếttalàm
dụngđólạnh.
Cách
đây
khoảng
phẩm nông
nghiệp

của chúng
dồi lạnh
dào, và
bênsửcạnh
là quá
trình
phát
triển
5000kinh
nămtếcon
người
đã ta
biết
bảodần
quản
thựcnghiệp
- thựchóa
phẩm
các
nền
xã hội
chúng
đang
tiếnlương
tới công
hiệntrong
đại hóa.
hangphẩm
độngbán
có ra

nhiệt
thấpnhiều
do các
mạch
nước
nhiệt
thấp nông
chảy
Sản
ngàyđộcàng
và chế
biến
tinhngầm
chế hơn,
cácđộngành
qua. chế biến thủy sản ngày càng chiếm vị thế trong nền kinh tế xã hội.
sản,
Cách
đâyvới
khoảng
các tranh
vẽ trênsau
tường
các phải
kim
Đặc
biệt
ngành2500
chế năm
biến trong

thủy sản,
sản phấm
chế ởbiến
tụ1 tháp
Cậpđểđãcómô
cảnhquản
nô lệ
quạtthời
các gian
bình dài.
gốmDo
xốp
nướctriển
bay
được
cấpAi
đông
thểtảbảo
trong
đócho
để phát
hơi làm
mát không
được
ngành
này thìkhí.
công nghệ lạnh đóng vai trò rất quan trọng với ngành
trưng bày và bán hàng tại các trung tâm thương mại, siêu thị. Và việc
và người
Trung

đâyở 2000
đã biết
trộn
nghiênNgười
cún vàÂn
ứngđộdụng
kỹ thuật
lạnhquốc
đúngcách
hướng
nước năm
ta là rất
cần thiết
muối vào nước hoặc nước đá đế tạo nhiệt độ thấp hơn.
Tuy nhiên, kỹ thuật lạnh hiện đại chỉ mới bắt đầu phát triển khi giáo
sư Black tìm ra ân nhiệt hóa hơi và ấn nhiệt ngưng tụ vào năm 1761 1764. Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp
suất thấp.
Sau đó là sự hoá lỏng khí CƠ2 vào năm 1780 do Clouet và Monge
tiến hành. Sang thế kỷ thứ 19 thì Faraday đã hoá lỏng được hàng loạt các
chất khí như: H2S, C02, C2H2, NH3, 02, N2, HC1.
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.


tiên do Leiblane chế tạo năm 1910. Nó cấu tạo sất đơn giản, năng lượng
tiêu tốn là nhiệt năng do đó có thế tận dụng các nguồn phế thải.
Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là
việc sản xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930. Freon là các khí liên
carbon được thay thế một phần hay toàn bộ các nguyên tử hidro bằng các

nguyên tử haĩogen như: Cl, F, Br. Freon là những chất lạnh có nhiều đặc
tính quý báu như không cháy không nổ, không độc hại, phù họp 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 triến 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 tuyệt đối.
- Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW

sử dụng trong phòng thí nghiệm đến các stoor họp 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 tố hợp này ngày càng hoàn thiện nên sử dụng sẽ thuận tiện và chế
độ làm việc hiệu quả hơn.
- Hiệu suất máy tăng lên đáng kế, chi phí vật tư và chi phí cho một

đơn vị lạnh giảm xuống. Tuối thọ và độ tin cậy tăng lên. Mức độ tự động
hóa của các hệ thống lạnh và các máy lạnh tăng lên rõ rệt. Những thiết bị


Bảo quản thực phẩm là quá trình bảo vệ và hạn chế những biến đối
về chất luợng và hình thức của thực phấm 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 âm thích hợp trong kho lạnh, khi hạ
nhiệt độ thấp thì enzyme và vi sinh vật trong nhiên liệu bị ức chế hoạt động
và có thế bị đình chỉ hoạt động. Như vậy nguyên liệu được giữ tươi lâu

khoảng một thời gian nữa.
Nói chung khi nhiệt độ nhở hơn 10°c thì vi sinh vật gây thối rữa và
vi khuấn gây bệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng. Khi nhiệt độ
nhỏ hơn 0°c thì tỷ lệ phát triển của chúng rất thấp, ở -5°c -ỉ- -10°c thì hầu
hết chúng không hoạt động. Tuy nhiên có một số loài vi khuẩn và nấm mốc
khi hạ nhiệt độ xuống -15°c chúng vẫn phát triển được như
Cỉoromobacter, Pseudomonas... Do đó, muốn bảo quản được thực phẩm,
nhất là các mặt hàng thuỷ sản trong thời gian dài thì nhiệt độ bảo quản phải
dưới -15°c.
Như vậy, quá trình bảo quản lạnh có tác dụng như sau:
- Ớ nhiệt độ thấp các phản ứng sinh hoá trong nguyên liệu giảm

xuống. Trong phạm vi hoạt động bình thường cứ hạ 10°c thì các phản ứng
sinh hoá giảm xuống 1/2 -ỉ- 1/3, khi hạ xuống thấp sẽ làm ức chế các hoạt
động về sinh lý của vi khuẩn cũng như nấm men.
- Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong động vật thuỷ sản bị

đóng băng làm cơ thể động vật bị mất nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm
phát triển và có khi còn bị tiêu diệt. Nói chung khi nhiệt độ hạ xuống thấp


Nước nguyên chất đóng băng ở 0°c. Tuy nhiên điểm đóng băng của
thực phấm thì khác, vì nồng độ muối khoáng và các chất hòa tan trong dịch
tế bào của thực phẩm thay đối tùy theo từng loại thực phẩm nên chúng có
điếm 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:
tjb < t < 20°c
- Làm lạnh đông (cấp đông): khi nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông

nằm trong khoảng:
-100°c- Làm lạnh thâm độ: khi nhiệt độ của sản phấm sau cấp đông trong

khoảng:
-273°c < t< -100°c
•

Cơ chế đóng băng trong thực phấm khi cấp đông

Nước trong thực phẩm do có hòa tan các chất tan nên nhiệt độ đóng
băng thấp hơn 0°c.
Khi hạ nhiệt độ xuống thấp các dạng nước trong thực phấm đóng


Neu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thế sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn
bên trong tế bào, tinh thế đá sẽ nhuyễn và đều.
Do đó, nếu hạ nhiệt chậm tế bào bị 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 phâm.
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
a. Sự biến đổi về nhiệt vật lý

Sự kết tinh của nước đá
Trong quá trình cấp đông nước tách ra và đông thành các tinh thể,
làm cho sản trở nên rắn, tăng thế tích một ít. Khi nước trong thực phâm kết
tinh tạo thành mạng tinh thể xen kẽ giữa các thành phần khác tạo nên cấu
trúc vũng 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 tế bào thực phẩm.
Đối với các sản phấm 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. Đây là hiện tượng gây ảnh hưởng xấu cho sản phấm bảo quản.
Do nồng độ chất tan trong các tinh thế nước đá khác nhau thì khác nhau,
Bay hơi nước


Trong quá trình làm lạnh đông có hiện tượng mất nước, giảm trọng
lượng sản phấm. Đó là sự bay hơi nước vào không khí từ bề mặt sản phấm,
do chênh lệch mật độ p giữa không khí sát bề mặt và không khí xung
quanh.
Ám bốc lên từ bề mặt sản phâm 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. Neu chênh lệch nhiệt độ bề mặt sản phẩm và
không khí trong buồng cấp đông càng lớn thì âm bốc càng mạnh, gây hao
hụt khối lượng.

Khuếch tán nước
Khi cấp đông xảy ra hiện tượng khuếch tán nước trong cấu trúc thực
phẩm, nước khuếch tán là do các nguyên nhân:
- Sư chênh lệch nhiệt độ gây nên do chênh lệch mật độ p.
- Sự lớn lên của các tinh thể nước đá luôn thu hút nước từ những vị

trí chưa kết tinh dẫn đến, làm cho nước tù' nơi có nồng độ chất tan thấp
chuyển 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 chuyến tù' trong tế bào ra gian bào và tù’
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 lỷ thay đổi


Trong quá trình bảo quản đông lạnh các biến đổi sinh hóa, hóa học
diễn ra chậm. Các thành phần dễ bị biến đối là các protein hòa tan, lipid,
vitamin, chất 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 dạng 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
protein làm giảm chất lượng sản phấm khi sử dụng.
- Sự biến đối của lipid: dưới tác động của enzyme nội tạng 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 hóa
chất béo xảy ra. Quá trình oxy hóa này sinh ra các hợp chất có mùi vị xấu
làm giảm giá trị của sản phấm.

- Các chất màu bị oxy hoá cũng làm thay đổi màu sắc của sản

c. Biến đối do vi sinh

Trước khi làm lạnh thực phẩm thường được rửa sạch đế loại bỏ các
tạp chất noi chứa nhiều loại vi sinh vật.
Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15°c và được bảo
quản ôn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian. Ngược lại nếu
sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ
bảo quản không ốn định sẽ làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật,
chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm.


- 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 cấp đông siêu tốc.
- Hệ thống cấp đông nhúng nitơ lỏng.
1.3. Môi chất lạnh
1.3.1. Định nghĩa

Môi chất lạnh (tác nhân lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình
nhiệt động nguợc chiều đế hấp thu nhiệt của môi truờng cần làm lạnh và
thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn được
trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.
Phân loại
-

-

Dựa vào thành phần hóa học:
•

Môi chất vô cơ: NH3 (R717), C02 (R744), ...

•

Môi chất hữu cơ: hydrocarbon, halocarbon...

Dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất bão hòa


Lỏng

Hơi

Mpa

0,43

0,43

dm3/kg

1,57

289,3

- Ben vững trong khoảng nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ phân hủy
4,26
2,68
ở 260°c. (Tuy nhiên nếu bề mặt xilanh làm bằng thép và có mặt ẩm làm
kJ/(kg.K) chất xúc tác thì ở nhiệt
2,80
độ 110 - 120°c đã1,92
bị phân hủy).
m *Các
i ^ -11
Bảng 1.1.
thông số trạng thái ỏ’ 0°c
Đẳng áp
HỊỊiỊt Ị«Ị mm
kJ/(kg.K)

ng

-

10'6Pa.s

170,09

9,06

W/(m.K)

0,559

0,023

N/m

0,033

kJ/kg

Hình 1.1. Môi chất NH3
1262,2
• Tính chất nhiệt động:
- Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -33,35°c
- Nhiệt độ đông đặc: -77,7°c
- Nhiệt độ ngung tụ: 32°c
- Áp suất ngưng tụ khoảng 12+15 kg/cm2
- p(0°C) = 0,64kg/dm3
- Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn.
- Năng suất lạnh riêng thế tích qv lớn (máy nén và thiết bị gọn nhẹ).


Nhiệt

độCá

20

3

10

7

0

15

-10

40

-20

110

-30

230

Thịt bò

Gia cầm

8

2

16
5
Băng 1.2. Số ngày bảo quản phụ thuộc vào nhiệt độ đối vói cá, thịt bò, gia cầm
30

7
- Khi có100
ngọn lửa NH3 có 70
thể gây cháy nố ở nồng độ 13% - 16 % và
tự cháy ở 600°c.
1000
230
Tính chất
2300sinh lỷ
800
-

Độc hại với con người, gây kích thích niêm mạc mắt và dạ dày, gây

co thắt các cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
-

Ớ nồng độ 0,007 - 0,1% thể tích không khí bắt đầu có sự hủy hoại

cơ quanThực
hô hấp.
Từ 0,2
có thế
mùthuộc
mắt hoặc
làm chết
trong
ra thời
gian- 0,3%
bảo quản

cònlàm
phụ
vào nhiều
yếungạt
tố nhu
độ
30 phút.
ấm,
phưong pháp bao gói, thành phần không khí nơi bảo quản, chất lượng
bán thành phẩm,.. .nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trong nhất.
- NH3 làm giảm chất lượng thực phẩm
Ngày nay, công nghiệp thực phẩm xuất khẩu đang giữ một vai trò hết
Biện pháp an toàn
sức quan trọng trong nền kinh tế của nước ta và nền công nghiệp chế biến
thực phẩm này không thế thiếu những trang thiết bị hiện đại nhất của kỹ
- Khi tiếp xúc với NH3 phải mang mặt nạ phòng độc, khi xử lí sự cố
thuật lạnh.
hệ thống ít nhất phải có hai người.
1.4.2. Sấy thăng hoa
- Khi bị ngạt phải đưa ra chỗ thoáng nhưng phải ấm, xông hơi ấm và

uống các chất kích thích: cà phê, trà nóng,...
Sản phẩm sấy đầu tiên được kết đông xuống - 20°c sau đó được sấy
Tính chất hóa học
bằng cách hút chân không nên chất lượng sản phấm hầu như được giữ
- Khi bị bỏng phải nhanh chóng rửa bằng nước sạch và ấm. Neu
nguyên
sử tác
dụng
sảnvới

phẩm
tái hấp
và máy
giữ nguyên
- vẹn.
NH3 Khi
không
dụng
phi được
kim, kim
loại thụ
đennước
chế tạo
và kim
nặng thì phải đưa đi bệnh viện.
được
trạng
đầukim
cả của
về chất
loại màu
(trừthái
Cu ban
và hợp
Cu).lượng, màu sắc, mùi vị...Do giá thành
sấy thăng hoa rất đắt nên ít được ứng dụng cho thực phẩm mà chủ yếu cho
1.4. ứng dụng của kỹ thuật lạnh
ngành- y,NH3
dược.hòa tan vô tận trong H20 (không bị tắc ấm van tiết lưu nhưng
phải khống

< 0,1%).
1.4.1. chế
Bảoẩm
quăn
thực phẩm
1.4.3. Công nghiệp hóa chất


Hóa lỏng và tách không khí từ không khí ngành công nghiệp có ý
nghĩa rất to lớn đổi 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 tro' 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 hồ 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 khiến tốc độ phản ứng hóa học.
1.4.4. Điều hòa hóa chất

Điều hòa không khí công nghiệp và tiện nghi ngày nay là không thế
thiếu và thực sự đang phát triển rất mạnh mẽ. Các yêu cầu nghiêm ngặt về
nhiệt độ, độ ấm 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


Chưong 2. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ QUÁ
TRÌNH THIẾT BỊ
2.1. So' đồ tủ cấp đông cấp dịch nhò’ bom

2.2. Nguyên lý hoạt động

Trên hình là sơ đồ lạnh và nguyên lý hoạt động của tủ cấp đông tiếp
xúc. Hệ thống cấp đông làm lạnh ở nhiệt độ thấp -40°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 ổng 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 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
đôi nhiệt làm giảm hiệu quả trao đối nhiệt. Sau đó, môi chất sẽ đi vào thiết
bị ngưng tụ. Đây là bình ngưng ống chùm nằm ngang sử dụng cho môi chất
NH3. Bình ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng nên môi chất
được
quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ. Tại bình ngưng môi chất lỏng sẽ được
làm mát bằng nước nhờ một tháp giải nhiệt. Sau khi 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 đế chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt
của thiết bị ngưng tụ duy trì sự cấp lỏng liên 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 đây thì các cặn bẩn cơ học, nước, các axit sẽ được
loại trừ. Lỏng qua phin sấy lọc rồi 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

khống chế mức dịch cực đại trong bình. Môi chất tiếp tục đi qua van điện
tù' vào van tiết lưu đế tiến hành quá trình cấp dịch cho hệ thống. Theo SO'
đồ
này dịch lỏng được bơm bơm thẳng vào các tấm lắc nên tốc độ chuyển
động bên trong rất cao, hiệu quả truyền nhiệt tăng lên rõ rệt do đó giảm
đáng kế thời gian cấp đông. Tuy nhiên, hệ thống phải được trang bị bình
chứa hạ áp. Bình chứa hạ áp có vai trò rất quan trọng, nó vừa có nhiệm vụ
chứa dịch cho bơm hoạt động, vừa giũ' vai trò tách lỏng: do dịch chuyến
động qua các tấm lắc là cưỡng bức nên ỏ' 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 hiếm,gây va đập thủy lực hư hỏng máy nén. Bình tách long 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 tách lỏng sẽ
lại được hút về lại máy nén hạ áp và như vậy chu trình mới sẽ được lặp lại

Chưong 3. TÍNH TOÁN sơ BỘ TỦ CẤP ĐỒNG
3.1. Cấu tạo tu cấp đông

Tủ cấp đông tiếp xúc được sử dụng cấp đông các mặt hàng dạng


Hình 2.1. Tủ cấp đông tiếp xúc
Trên hình 2.1 là cấu tạo một tủ đông tiếp xúc. Tủ có nhiều tấm lắc cấp
đông (freezer plates) bên trong, khoảng cách các tấm có thể điều chỉnh
được bằng ben thủy lực, thường chuyển dịch tù' 50 - lOOmm. Kích thước
chuẩn của các tấm lắc là 2200L X 1250W X 22D (mm). Đối với tủ cấp
đông
tù' 2000kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng các tấm lắc lớn kích thước 2400L X
1250W X 22D (mm). Sản phấm cấp đông được đặt trong các khay cấp đông
sau đó đặt trực tiếp len các tấm lắc hoặc các mâm cấp đông, mồi mâm có 4

khay. Thông thường người ta đặt trực tiếp lên tấm lắc vì hạn chế được nhiệt
trờ dẫn nhiệt.
Ben thủy lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ cấp đông. Pittông và cần


Khi cấp đông, ben thủy lực ép các tấm lắc để cho các khay tiếp xúc
hai
mặt với tấm lắc. Quá trình trao đối nhiệt là nhờ dẫn nhiệt. Trong các tấm
lắc chứa ngập dịch lỏng ở độ âm sâu -40 -ỉ- -45°c.
Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống lạnh tủ đông tiếp xúc có thế chia ra
làm các dạng sau:
Cấp dịch từ bình chống tràn: với tủ cấp đông dạng này, dịch lỏng
chuyến dịch dần vào các tấm lắc nhờ chênh lệch cột áp thủy tĩnh nên tốc độ
chuyến động chậm và thời gian cấp đông lâu 4^6 giờ/mẻ.
Cấp dịch nhờ bơm dịch: môi chất chuyến động vào các tấm lắc dưới
dạng cưỡng bức do bơm tạo ra nên tốc độ chuyến động lớn, thời gian cấp
đông giảm còn 1 giờ 30 -ỉ- 2 giờ 30 phút/mẻ. Hiện nay người ta thường sử
dụng cấp dịch dạng này.
Ngoài các tủ cấp đông sử dụng các phương pháp nêu trên vẫn còn có
dạng tủ cấp đông bằng tiết lưu trực tiếp. Trong trường hợp này, môi chất
bên trong các tấm lắc ở dạng hơi bão hòa ấm, nên hiệu quả truyền nhiệt
không cao, khả năng làm lạnh kém, thời gian cấp đông kéo dài.
Phía trong, bên trên tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc, vừa là
tấm ép khi ben ép các tấm lắc xuống. Đe các tấm lắc không di chuyến 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 chuyến động. Bên trong
tủ còn có ống góp cấp lỏng và hơi ra, do các tấm lắc luôn di chuyển nên


m=n^o7=

/ z /0

ST
Lớp vật liệu
Lớp polyurethane

Độ dày

100kg/lăc

Hệ số dẫn nhiệt

3.2.2.2.
Xáccho
định
chiều
rộng
bênđều
trong
tủ đặt vào trong các khay
Các
sản phẩm
vào
tủ cấp
đông
được
H-tấm
0,02trao đối nhiệt (tấm lắc-freezer plates).
nhỏ và đặt 0,018
trên các

UTTL-J
l__J L-J l__J L-J l__J l__J l___l
mO
Om
Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm

khoảng
hởthước
2 bên khay
( mồicấp
khoảng
Kích
đông125mm):
tiêu chuẩn như sau:
Wi= trên:
1250 +
2.125=
1500mm
+ Đáy
290
X 210

fN
mm
Khi+ lắp
cácdưới:
cánh cửa
Đáy
280 tủ,
X một

200 phần 45mm cánh lọt vào bên trong tủ và
phần cònmm
lại 80mm nhô ra ngoài, vì vậy kích thuớc bề rộng phủ bì là:
+ Chiều cao: 70 mm
W=W] + 2.80=1660mm
Ta chọn tấm lắc chứa 36 khay, mỗi khay chứa 2kg sản
3.2.2.3. Xác định chiều cao bên trong tủ
SỐ lượng tấm lắc có chứa hàng:
A ĩ M 1000
N giữa
l ~ mcác
100tấm lắc: hmax=105rnm
Khoảng cách cực đại
Từ hình
vẽ trên
ta có:
—>
Số lượng
tấm
lắc của tủ: N= NỊ + 1= 10 +1= 11 tấm
Chiều cao bên trong tủ:
rộng của
tấmđông
lắc: w = 4.290 + 3.30 = 1250 mm
3.2.2.+ Chiều
Kích thước
tủ cấp
+ 8.13
hỊ ++ 206 = 2200 mm
+ Chiều dài của tấm lắc:HỊ=NỊ.105

L = 9.210 +
h2Tấm lắc có kích thuớc : 2200L X 1250W X 22D (mm)
—►
Ta bố trí 36 khay trên 1 lắc như sau:
NỊ - số tấm lắc chứa hàng
3.2.2.1. Xác

định
chiều
dài
bên
trong
tủ
hI bên
- Khoảng
hở cấp
phía dưới bằng
cùng chiều
các tấm
lắc:
/7/
Chiều dài
trong
tấm tiếp
lắc xúc
cộng với
Bảng tủ
3.1. Cấuđông
trúc cách nhiệt
của dài

tủ đông
khoảng hở hai đầu. Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vừa đủ đế lắp đặt các
ống góp, không gian lắp đặt và co giãn các ống mềm và lắp các ống dẫn
huớng tấm lắc. Khoảng hở đó là 400mm.Vậy chiều dài bên trong tủ là:


Chương 4. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO TỦ CẤP
ĐÔNG
4.1. Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Qi)

V Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các
dòng nhiệt tốn thất qua tuờng 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.
S Do tủ cấp đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh
hưởng bởi bức xạ mặt trời. Vì vậy ta chỉ xét tốn thất nhiệt qua vách tủ, cửa
tủ cấp đông.
S Tốn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ được tính như sau:
Q= k.F(trt2)
-► Qỉ=(kvFv + kcFc)(tKKN-tKKr)
+ ky, kc - Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua thân tủ (W/m2.K)
+ Fy, Fc - Diện tích của cửa tủ và vách tủ (m2).
+ ỈKKN= 25°C: Nhiệt độ của không khí bên ngoài tủ.

+ «/ - Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường, ai= 23,3W/m2K.
+ «2 - Hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong tủ, a2 =


Vậy:
1

K= “T ÕĨ5 0,0012 ĩ =0,194 W/m2K
——+-^+———
23.3
0.03
22

9

1
kc= ~~ĩ ÕÕ2 0,0012 I =0,24 W/m2K
23.3
0,03
22
9
Qi = (0,194 . 17,26 + 0,24 . 13)(25 + 35) = 388W = 0,388kW
4.2. Tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào (Q2)

Tốn thất nhiệt Q2 gồm:
- Tốn thất nhiệt làm đông sản phẩm Qsp.
- Tốn thất nhiệt làm lạnh khay cấp đông QK.
- Ngoài ra một sổ sản phẩm khi cấp đông người ta tiến hành châm

thêm nước đế mạ một lóp 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 Qx.
4.2.1.

Tổn thất nhiệt làm đông sản phẩm (QSP)

Đe 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.


+ ĩ - Thời gian cấp đông một mẻ sản phẩm (giờ).
Do sản phấm đã được bảo quản trước khi đưa vào làm đông nên nhiệt
độ sản phẩm ta chọn là 15°c.
Nhiệt độ trung bình của sản phẩm lấy ra là -18°c, với cấp đông cưỡng
bức bằng bơm dịch do đó thời gian cấp đông 2 giờ.
(314 4-5)
^ 2^720.
4.2.2.

= 31 kW

Tốn thất nhiệt làm đông nước châm khuôn (QN)

Năng suất tủ lOOOkg, khối lượng sản phẩm thực là 720kg, vậy khối
lượng nước châm khuôn là 280kg/mẻ, đế hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ
nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông cần qua ba giai đoạn:
QN = QNỈ + QN2 + QNỈ
+ QNI - nhiệt lượng đế làm hạ nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu
đến nhiệt độ điếm băng của nước.
+ QN2 - nhiệt tốn thất đế làm đóng băng nước châm khuôn.
+ QMS - nhiệt tốn thất để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ
điểm băng đến nhiệt độ cuối của sản phẩm.
5860,4
QNI~ 2.3600 = 0,81 kw
QN2 - MnckL

+ L - Nhiệt lượng đóng băng của nước 1 = 335 kJ/kg.
-> QNI = 280.335 = 93800 kJ/mẻ = 13 kw
QN3 = CNỈ MnckOÍN2 - tm)
+ Cj - Nhiệt dung riêng của nước đá Cj = 2,18 kJ/kg.
+ tfỉ3 - Nhiệt độ của nước cuối quá trình cấp đông tN3 = -18°c.
-> £>Vi= 280.2,18.(0+18)= 16027,2 kJ/mẻ =1,52 kw
Vậy nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn:
QN= 0,81 + 13 + 1,52 = 15,33 kw
4.2.3.

Tốn thất nhiệt làm lạnh khay cấp đông (QK)
QK=CKMKt-nđ2K
ĩ

+ MK - Tổng khối lượng khay cấp đông (kg).
+ CK - Nhiệt dung riêng của vật liệu làm khay, với vật liệu làm khay
bằng kẽm theo tài liệu, CK = 0,094kcal/kg = 0,39 kJ/kg°C.
+ tiK - nhiệt độ khay trước khi đưa vào cấp đông lấy ÍỊK = 25°c.
+ Í2K - nhiệt độ của khay sau quá trình cấp đông lấy Í2K = -35°c.
+ T - thời gian của một mẻ cấp đông (giờ).
Ta có 11 tấm lắc, 10 tấm đựng sản phẩm, mỗi tấm có 36 khay, mồi


- Tổn thất nhiệt làm lạnh không khí trong tủ QKK
- Tốn thất nhiệt khi mở cửa Qc
4.3.1.

Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc (QTL)

Tủ đông tiếp xúc làm việc tòng 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 đế
làm lạnh các tấm lắc là rất lớn vì vậy ta phải tính lượng nhiệt này.
QTL =
ĩ
+ MTL - khối lượng các tấm lắc (kg).
+ CTL - nhiệt dung riêng của các tấm lắc, tấm lắc ché tạo bằng nhôm
nên có CTL= 0,92 kJ/kg°C.
+ r - Thời gian cấp đông.
+ tị, t2 - Nhiệt độ trước và sau khi cấp đông, ti = 25°c, t2 = -35°c.
Vật liệu tấm lắc làm bằng nhôm đúc p = 2670 kg/m3.
Thể tích tấm lắc: v=2,2 . 1,25.0,022 = 0,06 m3
Khối lượng một tấm lắc:
A/=0,06.2670 = 161 kg
Tủ 1000 kg trên mẻ gồm 11 tấm lắc:


+ Gkk - khối lượng của không khí có trong tủ, được xác định:
Gkk - Vkk.Ọkk
Kích thước trong của tủ:
L = 3000 mm
w = 1500 mm
-30°c,

H = 1600 mm
+ Vki<: thể tích của không khí có trong tủ
vkk = |vtì = |. 3.1,5. 1,6 = 4,8 m3
+ Pkk - khối lượng riêng trung bình của không khí trong tủ ở
Pkk =1,453 kg/m3

Gkk = 4,8 . 1,453 = 6,97 ~
7kg/mẻ
0«= 1,013.7 ||^ = 0.06kW
[1-87]
4.3.3.

Tốn thất nhiệt do mỏ’ cửa (Qc)
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công thức
Qc = B.F (W)
+ F - Diện tích của tủ cấp đông (m2)


Để tủ hoạt động an toàn ở mọi điều kiện nên cần phải nhân thêm hệ số
an toàn là 1,1.
Qoi= 1,1 .62,8 = 69,1 kw
Vậy năng suất lạnh của máy nén theo yêu cầu của tủ cấp đông tiếp xúc


Môi chất lạnh thường dùng trong hệ thống lớn là NH3, NH3 tuy có
nhược điếm độc hại nhưng có ưu điếm 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 NH3 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 (t0)

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh ứng với tủ đông tiếp xúc là -40°c.

5.2.2.

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất (tk)

Ta sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước kiếu bay hơi.
tk t\v2^rAtk
+ tw2 - Nhiệt độ nước ra khỏi dàn ngưng.
+ Atk- Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, Atk= 3-^5°C.
tw2 ~ tWỊ+{2+6°C)
+ tWỊ - nhiệt độ nước vào dàn ngưng.

5.2.3.

Nhiệt độ quá lạnh, quá nhiệt và chu trình lạnh