đồ án thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

LỜI NÓI ĐẦU
Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh từ cách đây rất lâu:
+ Ngành khảo cổ học đã phát hiện ra các mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để
chứa lương thực, thực phẩm khoảng 5000 năm trước.
+ Các tranh vẽ trên tường trong các kim tự tháp Ai Cập cách đây khoảng 2500 năm,đã
mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm sốp cho nước bay hơi làm mát không khí.Người Ấn
Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước để tạo nhiệt độ thấp hơn cách đây 2000
năm.
Từ thế kỷ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao
của khoa học kỹ thuật.
Ngày nay kỹ thuật lạnh đã đi sâu vào lĩnh vực khoa học kỹ thuật như:Công nghệ
thực phẩm,công nghệ chế tạo máy,luyện kim y học, kỹ thuật điện tử...Lạnh đã phổ biến
và đã gần gũi với đời sống con người.Các sản phẩm như:Thịt,cá,rau,củ,quả...Nhờ có bảo
quản lạnh ma có thể vận chuyển đến nơi xa xôi,hoặc bảo quản trong thời gian dài mà
không bị hư thối.Điều này nói lên tầm quan trọng của các hệ thống cấp đông đặc biệt là
hệ thống cấp đông dùng tủ đông tiếp xúc.
Nước ta có bờ biển dài nên có tiềm năng rất lớn về thủy sản,các xí nghiệp đông lạnh
có mặt trên mọi miền đất nước.
Do kiến thức có hạn và chưa có kinh nghiệm thực tế được sự cho phép của thầy giáo
hướng dẫn: TRẦN CÔNG TY, em chọn đề tài: Thiết kế hệ thống cấp đông dùng tủ đông
tiếp xúc. Với môi chất là NH3, E=8 , tb = -400C.
Trong quá trình tính toán, thiết kế chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong ý kiến
đóng góp và chỉ dạy của các thầy,cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nam Định, Ngày 26 Tháng 02 Năm 2012
SVTH: VŨ TIẾN SINH

Page 1

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

Chương1
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM
1.1. Tổng quan về công nghệ cấp đông thủy sản đông lạnh.
1.1.1. Khái niệm công nghệ cấp đông sản phẩm.
- Công nghệ cấp đông thủy sản là hạ nhiệt độ sản phẩm xuống thấp. Làm chậm lại sự
ươn hỏng và làm cho sản phẩm được tan gia sau thời gian bảo quản sản phẩm không bị
biến đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi.
- Cấp đông và bảo quản là 2 qúa trình có tác dụng bảo vệ sản phẩm sau khi được chế
biến và 2 quá trình này thường đi song song nhau. Quá trình cấp đông được gọi là quá
trình lạnh đông sản phẩm. Quá trình lạnh đông sản phẩm thường được áp dụng đối với
sản phẩm là thủy sản xuất khẩu. Thủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng đối
với các nước phát triển do giá thành sản phẩm cao như cá lạnh đông, mang lại thu nhập
cao kinh tế cao hơn so với các sản phẩm thủy sản tiêu thụ tại nội địa.
- Quá trình kết tinh nước trong thực phẩm của quá trinh làm đông: Khi hạ nhiệt độ của
sản phẩm xuống dưới nhiệt độ quá lạnh, nước bắt đầu đóng băng. Do hạ nhiệt độ xuống
thấp thì chuyển động nhiệt của các phần tử trong môi trường lỏng giảm và tăng cường
chuyển động tương hỗ. Quá trình này làm tăng khả năng kết hợp giữa các phân tử nước
lại với nhau để tạo thành mầm tinh thể. Nếu tốc độ hạ nhiệt độ càng nhanh thi tinh thể
được tạo ra càng mịn it ảnh hưởng đến cấu trúc tế bào. Ngược lại nếu tốc độ hạ nhiệt
chậm sẽ làm cho các tinh thể nước đá có kích thước lớn. Làm rách màng tế bào dẫn đến
chất lượng sản phẩm giảm khi rã đông.

1.1.2 Các dạng hình thức cấp đông.
Có 3 phương pháp lạnh đông cơ bản áp dụng cho sản phẩm là thủy sản.
1. Lạnh đông bằng không khí (tủ đông gió).
- Ở đây không khí lạnh được thổi liên tục qua sản phẩm.

- Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là tính linh hoạt của không khí. Có thể
thích ứng với hình dạng bất thường của sản phẩm. Nếu sản phẩm có hình dạng kích
thước thay đổi trong phạm vi rộng thì lạnh đông bằng không khí là biện pháp lựa chọn tốt
nhất. Tuy nhiên nhờ tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng vì
không thể biết được chính xác ứng dụng của nó do vậy hiệu quả kinh tế sẽ không cao.
- Tốc độ dòng khí thổi 5m/s thường được áp dụng cho tất cả các hệ thống lạnh
Page 2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
đông dạng không khí thổi. Tuy nhiên con số này có thể thay đổi vượt định mức được từ
10 - 15m/s và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
- Nhược điểm của phương pháp này là tốc độ dòng không khí thổi không đều trên bề
mặt sản phẩm.
2. Lạnh đông tiếp xúc hay lạnh đông bằng đĩa (tủ đông tiếp xúc).
Các sản phẩm được 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 t 0 =
-45OC ÷ -40OC. 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.
Truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc là dẫn nhiệt.
Phương pháp làm đông tiếp xúc thường được áp dụng cho các sản phẩm dạng khối
(block).
* Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp
xúc.
- Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh giảm
do:
+ Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại.
+ Các bề mặt tiếp xúc không phẳng.
+ Kích thước, hình dạng các 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.
- Biện pháp khắc phục:
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 nên đều và đủ cho dàn lạnh.
3. Lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu.
Dạng thiết bị lạnh đông này ít được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế

Page 3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
biến cá lạnh đông mà chỉ thường được sử dụng để 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 cá 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, có điểm
cùng tinh là -21,20C. Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng -150C
được ứng dụng cho tiến trÌnh lạnh đông. Trong suốt quá trình vận chuyển sản phẩm đến
kho bảo quản, nhiệt độ sản phẩm phải được giữ ở mức càng thấp càng tốt.
- Lạnh đông cá ngừ lớn trong dung dịch nước muối có thể kéo dài đến 3 ngày để đạt
được quá trình lạnh đông hoàn toàn. Sử dụng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi ở nhiệt độ

càng thấp càng tốt từ -500C đến -600C, thời gian lạnh đông ít hơn 24 giờ. Lạnh đông
trong dung dịch nước muối trước kia được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh
đông cá, ngày nay phương pháp lạnh đông này đã được thay thế bằng phương pháp lạnh
đông dạng khí thổi.
Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền).
- Lạnh đông dạng phun là phương pháp mà hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt
tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh.
- Với phương pháp lạnh đông này CO 2 lỏng được phun trên sản phẩm ngang qua các
ống trên băng tải, phiá dưới có các vòi phun. CO2 sẽ thay đổi trạng thái
khi ngang qua các vòi phun và hấp thụ một lượng nhiệt lớn. Kết quả làm cho sản
phẩm lạnh xuống nhanh. Trong một số hệ thống, các lớp CO2 rắn (nước đá khô)
được đặt nằm dưới băng tải và sản phẩm được đặt nằm phiá trên. CO 2 lỏng sau đó được
phun trên đầu; sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78 0C, có thể làm lạnh
đông xuống ít nhất -750C. Quá trình lạnh đông xảy ra trong những trường hợp này rất
nhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%.
- Trong trường hợp lạnh đông bằng N2 lỏng, khí hoá lỏng được phun lên sản
phẩm thổi ngang qua băng tải đang chuyển động. Khí N 2 đi ngược chiều với băng tải. Vì
vậy cá nên được lam lạnh sơ bộ trước khi đưa đến phun N2 lỏng. Ở áp suất
bình thường, nitơ lỏng sôi ở -196 0C, vì vậy nó cần được làm lạnh sơ bộ xuống trong
đường ống trước để tránh cho sản phẩm bị nứt ra do quá trình làm lạnh xuống quá nhanh
(tức thời). Sau khi phun, sản phẩm cần phải được để ổn định trước khi đưa ra khỏi băng
tải của phòng lạnh đông. Điều này có thể do ảnh hưởng của sự chênh lệch nhiệt độ từ môi
trường bên ngoài với nhiệt độ tâm sản phẩm để đưa đến trạng thái cân bằng. Sản phẩm
sau khi đạt đến trạng thái cân bằng hoàn toàn được đưa đến phòng bảo quản lạnh.
•

1.1.3 Biến đổi của sản phẩm trong quá trình cấp đông.
Nguyên tắc làm đông sản phẩm là: làm đông nhanh nhưng tan giã chậm.
Page 4

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
1. Biến đổi về hoá học.
Biến đổi về hoá học xảy ra không đáng kể trong quá trình làm đông.
• Các phản ứng đặc trưng quá trình làm đông:
- Phản ứng phân giải của glucozen tạo ra axitlactic sẽ làm cho pH của thực
phẩm giảm.
- Phản ứng melanoidin: axitamin + đường khử →melanin có màu nâu đen.
- Triglyxerit ( thủy phân) → glyxerin + 3 axit béo tự do bị oxi hoá tạo ra các
sản phẩm của phản ứng oxi hoá lipit có màu nâu tối, xấu, có mùi vô cùng khó chịu, có
tính độc.
• Chú Ý :
+ Trong thời gian làm đông phản ứng xảy ra vô cùng bé.
+ Nếu thời gian bảo quản làm đông dài thì về hoá học sản phẩm không bị hư hỏng
nhiều, tuy nhiên đối với thịt thì mức độ biến tính protein tăng gây ảnh hưởng xấu đến
thịt.
2. Biến đổi về vật lý.
- Sản phẩm khi xử lý xong được đưa đi làm đông. Trong quá trình cấp đông sản
Phẩm bị co cứng lại làm cho mất đi hình dạng ban đầu của sản phẩm.
- Khi nhiệt độ giảm đến 0 0C thì lượng nước tự do trong sản phẩm đóng băng. Nếu thời
gian đóng băng chậm làm cho tinh thể nước đá lớn nên chèn ép màng tế bào làm rách, vỡ
màng tế bào. Mô trong tế bào chảy ra ngoài và làm cho chất lượng sản phẩm giảm đi.
Nếu thời gian làm đông nhanh thì màng tế bào sẽ không bị rách và khi đó chất lượng sản
phẩm sẽ không bị biến đổi.
3. Những biến đổi về hoá sinh.
- Khi nhiệt độ hạ thấp dưới nhiệt độ thích hợp tới gần điểm băng thì hoạt
động của enzyme bị giảm.
- Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -80C: một số enzyme ngừng hoạt động, số còn lại
hoạt động yếu.
- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -18 0C: hầu hết các enzyme ngừng hoạt động ngoại trừ enzyme

xúc tác cho phản ứng thủy phân lipit và phản ứng oxi hoá lipit nhưng
chúng hoạt động rất yếu.
4. Những biến đổi về vi sinh.
- Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ thích hợp của vi sinh vật (vsv) nhưng chưa dưới điểm
băng thi vsv bị ức chế, hoạt động yếu hơn.
- Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm băng thì nước đóng băng và nếu đóng chậm thì
các tinh thể nước đá to có thể gây rách màng tế bào làm cho một số vsv bị chết, số còn lại
rơi vào trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu.

Page 5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
- Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -80C thì hầu hết các loại vi khuẩn ngừng hoạt động nhưng
nấm mốc nấm men còn hoat động được.
- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -120C thì cả vi khuẩn, nấm mốc, nấm men ngừng
hoạt động nhưng một số vi khuẩn chịu lạnh vẫn còn hoạt động được nên chưa an
toàn.
- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -180C gần như không còn vsv nào còn hoạt động được nên khi
cấp đông cho sản phẩm tới nhiệt độ bảo quản sản phẩm từ -18 ÷ -250C
là được và vừa an toàn, vừa kinh tế.

1.1.4 Những nhân tố ảnh hưởng tới sản phẩm trong quá trình cấp đông.
1. Ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài.
-Môi trường: nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm
bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, … làm ảnh hưởng đến các thiết bị và cấu trúc kho cấp
đông hay tủ đông.
- Cấu trúc kho lạnh đông: nếu cấu trúc kho cấp đông cách nhiệt và cách ẩm không
tốt, cấu trúc không hợp lý thì sẽ lâu đạt nhiệt độ yêu cầu và chất lượng của sản phẩm sẽ
giảm.

- Chế độ vận hành máy lạnh: nếu vận hành không hợp lý làm cho hệ thống máy lạnh
hoạt động không ổn định thời gian làm đông tăng lên sẽ làm cho sản phẩm bị giảm khối
lượng và giảm chất lượng nhiều.
- Chất lượng: của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì hệ thống lạnh cũng ảnh hưởng
lớn đến sản phẩm cấp đông.
- Thời gian cấp đông sản phẩm: thời gian cấp đông sản phẩm càng dài thì khối
lượng và chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút.
2. Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong.
Để có sản phẩm có chất lượng tốt cần đảm bảo điều kiện bảo vệ môi trường trong kho
được ổn định theo đúng quy trình công nghệ đề ra như:
- Nhiệt độ cấp đông: nhiệt độ cấp đông sản phẩm phải được lựa chọn trên
cơ sở kinh tế và kỹ thuật. Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian cấp
đông sản phẩm đó. Thời gian cấp đông càng lâu thì chất lượng sản phẩm càng thấp. nhiệt
độ sản phẩm sau cấp đông tối thiểu phải bằng nhiệt độ bảo quản sản phẩm đó. Tránh hiện
tượng sản phẩm bị sinh vật oxi hoá làm hư hỏng sản phẩm.
- Độ ẩm của không khí trong quá trình lạnh đông: độ ẩm của không khí trong kho
lạnh hay trong tủ đông có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm khi
sử dụng. Bởi vì độ ẩm của không khí có liên quan mật thiết đến hiện tượng thoát
Page 6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
ẩm trong sản phẩm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Do vậy tuỳ từng loại sản
phẩm cụ thể mà ta chọn độ ẩm của không khí cho thích hợp.
- Tốc độ không khí trong quá trình lạnh đông: không khí chuyển động trong
kho lạnh hay trong tủ đông có tác dụng lấy đi lượng nhiệt tỏa ra của sản phẩm, nhiệt
truyền vào do mở cửa, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho lạnh
đông. Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế sự hoạt động của vi
sinh vật trong kho lạnh.

Page 7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

Chương 2
THIẾT KẾ TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 8 tấn/mẻ
Máy kết đông tiếp xúc là loại máy kết đông cho sản phẩm thường ở dạng bánh,khay
(block) hoặc có kích thước tiêu chuẩn tiếp xúc trực tiếp với bề mặt lạnh. Bề mặt lạnh có
thể làm lạnh bằng môi chất lạnh sôi trực tiếp hoặc làm lạnh gián tiếp bằng nước muối.
Theo kết cấu có thể chia ra:
- Máy kết đông tiếp xúc kiểu tấm. (được đề cập đến và tính toán trong đồ án).
- Máy kết đông tiếp xúc kiểu thùng quay. (loại này không đề cập đến trong đồ
án này).
• Máy kết đông tiếp xúc kiểu tấm.
Sản phẩm được cấp đông bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với các tấm kim loại (tấm
lắc). Bên trong tấm lắc là dàn bay hơi trực tiếp của môi chất lạnh, sản phẩm được đóng
sẵn vào trong các khuôn có kích thước tiêu chuẩn sau đó được xếp vào giữa các tấm dàn
bay hơi, tiếp theo xi lanh (ben) thủy lực bơm dầu từ bình chứa dầu vào ben thủy lực. Ben
thủy lực sẽ ép các tấm lại ( thường dịch chuyển từ 50 105mm )để sản phẩm được tiếp súc
cả ở bề mặt trên và dưới, lực ép duy trì 1,5 7 kPa . Sau khi ép xong các dàn lạnh được
cấp lỏng và bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ sôi đạt – 40 0C. Sau khi cấp đông xong dầu được xả
trở lại bình chứa dầu, xi lanh đi xuống các tấm lắc được tách ra và người ta có thể lấy sản
phẩm ra một cách dễ dàng.
Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc có thể chia ra làm các dạng
sau:
-Cấp dịch từ bình trống tràn. Với tủ cấp dịch dạng này, dịch lỏng chuyển dịch dần vào
các tấm lắc nhờ chênh lệch cột áp thủy tĩnh, nên tốc độ chuyển động chậm và thời gian
cấp đông lâu.
-Cấp dịch 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. Hiện nay người ta
thường sử dụng cấp dịch dạng này.
-Ngoài các tủ cấp đông sử dụng 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
kém, thời gian cấp đông kéo dài.
- Phiá trên bên trong tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc và là tấm ép khi ben ép
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 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.

Page 8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
- Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gỗ để tránh cầu nhiệt. Vật liệu bên
trong tủ làm bằng thép không gỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm. Vỏ tủ thường có
kết cấu cửa tủ kiểu cửa cánh có bản lề cách nhiệt bằng polyurethan dày 125, hai mặt bọc
inox dày 0,6mm, có hai bộ cánh cửa ở hai phía: Bộ 4 cánh và bộ 2 cánh. Tấm lắc trao đổi
nhiệt làm từ nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếp xúc hai mặt. Tủ có
trang bị nhiệt kế để theo giõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành.
-Trên tủ cấp đông người ta đặt hệ thống máy nén thủy lực của ben và nhiều thiết bị phụ
khác.
= Chọn tủ đông tiếp xúc kiểu tấm, cấp dịch bằng bình chống tràn.

2.1. Đặc tính kỹ thuật của tủ đông tiếp xúc 8 tấn/mẻ.
- Vỏ tủ đông cách nhiệt chế tạo bằng nguyên vật liệu ngoại nhập trên dây chuyền thiết
bị công nghệ mới, đồng bộ của Italya, sản xuất theo công nghệ sạch (CFC free ) bằng

máy phun foam áp lực cao.
- Vật liệu cách nhiệt là Polyurethane rót ngập dày 150mm. Tỷ trọng đạt tiêu
chuẩn 40 - 42 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt 0,047 W/m.K có độ đồng đều và độ bám cao. Hai
mặt của vỏ tủ được bọc bởi thép không rỉ INOX dày 0,6mm.
- 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.
- 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.
- Vỏ tủ đông được trang bị 1 bộ cửa kiểu bản lề ở cả 2 bên, một bên 2 cánh và một bên
4 cánh, vật liệu cách nhiệt là Polyurethane rót ngập dày 150mm, 2 mặt cửa bọc bằng thép
không rỉ INOX. 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 .
- Vỏ tủ đông được chế tạo nguyên khối, bọc bằng Inox có kết cấu chống bọt nước vào
bên trong tủ. Khung sườn tủ bên trong cách nhiệt bằng các thanh thép chịu lực định hình
và..... gia cường, xương gổ khung tủ để tránh cầu nhiệt được làm bằng gổ satimex tẩm
dầu nhờ đó mà tủ có độ bền và cứng vững rất cao trong suốt quá trình sử dụng.
- 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.

Page 9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

Hình 2-1 : Tủ cấp đông tiếp xúc Searefico
Năng suất (kg/mẻ)
8000
Kích thước tấm lắc Dài
L (mm)
2400
Rộng W (mm)
1250
Cao H (mm)
22
Độ cao giữa hai tấm lắc
min
50
(mm)
max
105
Công suất moto ben thủy lực (kW)
1,5

2.2. Xác định kích thước tủ cấp đông tiếp xúc 8 tấn/mẻ.
2.2.1. Kích thước số lượng khay và các tấm lắc cấp đông.
Khi cấp đông các mặt hàng thuỷ sản, thường người ta cấp đông sản phẩm theo từng
khay.
- Kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn loại dung tích 10 kg như sau :
343 x 250 x 90 mm
( dài x rộng x cao )
- Kích thước tấm lắc cấp đông tiêu chuẩn :
2400 x 1250 x 22 mm
Page 10

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
( dài x rộng x cao )
- Số lượng khay cấp đông trên tấm lắc:
+ Khay cấp đông bố trí ở chiều dài tấm lắc nd.
Chọn nd = 6 ( vì còn bố trí khoảng cách gữa các khay)
L1: Chiều dài tấm lắc, mm
L2: Chiều dài khay cấp đông, mm
+ Khay cấp đông bố trí ở chiều rộng tấm lắc nr.
Chọn nr = 4 (vì cần bố trí khoảng cách giữa các khay)
W1: Chiều rộng tấm lắc, mm
W2: Chiều rộng khay, mm
Vậy số khay cấp đông trên một tấm lắc là:
nk1 = nd . nr = 6 x 4 = 24 khay
- Số lượng sản phẩm chứa trên một tấm lắc :
1 tấm lắc chứa được 24 khay sản phẩm, 1 khay chứa 10 kg sản phẩm. Như vậy : Khối
lượng sản phẩm trên 1 tấm lắc là : 24 x 10 = 240 kg
- Khối lượng trên một tấm lắc kể cả nước châm :
Khối lượng nước trên một tấm lắc là: mn = 343 – 240 = 103, (kg)
- Số lượng tấm lắc có chứa hàng :
Trong đó E là năng suất tủ cấp đông E = 8 tấn/mẻ.
Số lượng tấm lắc thực tế: N = N1 + 1 = 23 + 1 = 24 (tấm lắc)
Vậy tổng số khay cấp đông trong tủ là: nk = nk1 x N1 = 24 x 23 = 552 khay

2.2.2. Kích thước tủ cấp đông tiếp xúc.
Kích thước tủ cấp đông được xác định dựa vào kích thước và số lượng các tấm lắc.
a. Xác định chiều dài trên tủ.
- Chiều dài tiêu chuẩn tấm lắc là: Ltl = 2400 mm
- Chiều dài tủ cấp đông: 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 :
L1 = 2400 + 2 . 400 = 3200 mm.
Chiều dài phủ bì là :
:Chiều dày của lớp cách nhiệt.
b. Xác định chiều rộng bên trong tủ.
cn

Page 11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
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 :
W1 = 1250 + 2 x 125 = 1500 mm
Chiều rộng phủ bì là :
c. Xác định chiều cao bên trong tủ
Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc hmax = 105 mm
Chiều cao bên trong tủ :
Trong đó :
N1 : Số tấm lắc chứa hàng .
h1 : Khoảng hở phía dưới các tấm lắc, h1 = 100 mm
h2 : Khoảng hở phía trên, h2 = 400 450 mm
Vậy ta có :
Chiều cao bên ngoài hay chiều cao phủ bì của tủ là :

2.3. Cấu trúc xây dựng và tính chiều dày cách nhiệt của tủ đông tiếp xúc
8 tấn/mẻ.

2.3.1. Cấu trúc xây dựng.
- Vỏ tủ cấp đông có cấu tạo gồm các lớp : Lớp cách nhiệt polyurethane dày 150 mm
được chế tạo theo phương pháp rót ngập, có mật độ 40 42 kg/m3, có hệ số dẫn nhiệt λ =
0,047 W/m.K , có độ đồng đều và độ bám cao, hai mặt được bọc bằng Inox dày 0,6 mm.
ST
T
1
2
3

Lớp vật liệu
Lớp Inox
Lớp polyurethan
Lớp Inox

Độ dày
(mm)
0,6
0,6

Hệ số dẫn nhiệt
(W/m.K)
22
0,047
22

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.
- 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:
Page 12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

- Ta có thể tính được chiều dày lớp cách nhiệt :

- Trong đó :
: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K
k : hệ số truyền nhiệt, W/m2.K
: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài ( phía nóng) tới tủ cấp đông,W/m2.K
: hệ số toả nhiệt của vách tủ cấp đông vào tủ cấp đông, W/m2.K
+ Tra bảng 3.7/ Sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh (HDTKHTL) Trang 86 chọn :
α1 = 23,3 W/ m2.K
α2 = 10,5 W/ m2 .K
+ Trang bảng 3.3/ Sách HDTKHTL trang 84 chọn :
k = 0,19 W/ m2.K
δi : Bề dày của lớp vật liệu thứ i, m
λi : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK
- Vậy ta có :
Ta chọn chiều dày cách nhiệt làcn = 242 mm
Lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt thực là :
(W/m2.K)
Vậy:
Chiều cao phủ bì tủ đông là:

Chiều rộng phủ bì tủ đông là:
Chiều dài phủ bì tủ đông là:

2.3.3. Tính kiểm tra đọng sương.
Điều kiện để vách ngoài không đọng sương là : kt ks
ks : Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để bề mặt ngoài không bị đọng sương.
t1: Nhiệt độ không khí bên ngoài 0C
t2: Nhiệt độ không khí bên trong tủ đông 0C
ts : Nhiệt độ đọng sương 0C
Tra bảng 1.1/ Sách HDTKHTL _Trang 7 :

Trong đó:

Page 13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
Địa phương
Trung bình
năm
Hải Phòng
23,5

Nhiệt độ 0C
Mùa hè
Mùa đông
37,0

Độ ẩm %
Mùa hè

Mùa đông

9,6

83

76

Nhiệt độ vào mùa hè ở Hải Phòng là: t1 = 37,0 0C. Độ ẩm là : ϕ = 83 %
Ta tra đồ thị i-d
Ta sẽ tìm được :
Nhiệt độ đọng sương tS = 240C
Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 250C
Mặt khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t2 = - 40 0C
Do đó:
Ta thấy
Như vậy vách ngoài không bị đọng sương vào mùa hè
Nhiệt độ vào mùa đông ở Hải Phòng là: tđ = 9,6 0C. Độ ẩm là: ϕđ = 76
Ta tra đồ thị i-d
Ta sẽ tìm được:
ts = 5,70C
tư = 7,50C
Do đó:
Ta thấy:
Như vậy vách tủ không bị đọng sương vào mùa đông.

2.3.4. Tính kiểm tra đọng ẩm.
- Đối với tủ cấp đông, vở tủ được bao bọc bằng Inox ở cả hai bên nên hoàn toàn không
có ẩm lọt vào lớp cách nhiệt nên hoàn toàn không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòng
kết cấu.

Chương 3
TÍNH NHIỆT TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 8 tấn/mẻ
3.1. Tính toán nhiệt tải cho hệ thống lạnh.
3.1.1. Mục đích của việc tính nhiệt tải cho tủ đông.
- Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào kho
lạnh. Đây là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môi
trường bên ngoài đảm bảo sự chênh lệch, sự ổn định giữa buồng lạnh và
môi trường không khí bên ngoài.
- Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh để
chọn máy nén và thiết bị.
Page 14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định theo biểu thức:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , (W)
Trong đó:
Q1: Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che.
Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý.
Q3: Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh : Q3 = 0. Vì tủ không có thông gió
Q4: Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành.
Q5: Dòng nhiệt khi sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp : Q5 = 0. Vì sản phẩm là
cá đã qua chế biến nên không còn sống
Đặc điểm của dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian. Do vậy năng suất lạnh
của hệ thống được thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn nhất QMax ta ghi
nhận ở thời điểm nào đó trong cả năm.

3.1.2 Tính nhiệt tải tủ đông.
1. Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q1

Q1 = Q11 + Q12 , (W)
Trong đó:
Q11: Dòng nhiệt qua tường, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ
Q12: Dòng nhiệt qua tường, trần do bức xạ mặt trời
- 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 Q12 = 0. 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
mm kể cả cửa tủ cấp đông. Do vậy ta có:
Q1 = Q11 = kt . F. ( t1 – t2), W
Trong đó :
k t : Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách
nhiệt , W/m2.K
Theo tính toán ở trên ta có kt = 0,189 W/m2K
F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2
t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C. t1 = 370C
t2 : Nhiệt độ bên trong tủ cấp đông, 0C. t2 = - 400C
Theo tính toán ở trên ta có kích thước phủ bì của tủ cấp đông là :
Chiều dài: L = 3,7 m
Chiều rộng: W = 1,982 m
Chiều cao: H = 2,24 m
Lúc đó ta có: F = 2F1 + 2 F2 + 2F3
Page 15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

Trong đó:
2F1: Diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m2
2F2: Diện tích bề mặt trước và sau của tủ, m2
2F3 : Diện tích hai mặt bên của tủ , m2
F = 2 ( F1 + F2 + F3)
= 2 ( 3,7 x 1,982 + 3,7 x 2,24 + 1,982 x 2,24 ) = 40,12 m2
Vậy: Q1 = kt . F. ( t1 - t2 ) , W
= 0,189 . 40,12 . [37 – ( - 40)] = 583,87 W = 0,58387 kW
2. Tổn thất do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lý Q2
Tổn thất Q2 gồm:
- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
- Tổn thất do bao bì Q22
+ Mà Q22 = Qk
Qk: Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông.
- Ngoài ra 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 tổn thất do làm lạnh nước Q23
a.Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
Tổn thất do sản phẩm mang vào được tính theo công thức sau:
Trong đó :
E: Năng suất tủ cấp đông, kg/mẻ ; E = 8 tấn/mẻ
i1, i2: Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra,kJ/kg. 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 t1 = 20C. Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông là t2 = - 120C
τ: Thời gian cấp đông 1 mẻ, giờ/mẻ
τ = 4 giờ
Tra bảng 4.2/ Sách HDTKHTL – Trang 110, ta có :
i1 = 256 kJ/kg (sản phẩm là cá béo t1 = 20C)
i2 = 32,7 kJ/kg (sản phẩm là cá béo t2 = - 100C)
Vậy :

b. Tổn thất do làm lạnh khay và tấm lắc cấp đông Q22.
kW
22
Trong đó:
Qk: Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông, kW
Qtl: Tổn thất do làm lạnh tấm lắc cấp đông, kW
Mk: Tổng khối lượng khay cấp đông, kg
Mtl: Tổng khối lượng tấm lắc, kg
Page 16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
t1: Nhiệt độ khay, tấm lắc trước khi làm lạnh, 0C
Chọn t1 = 8 0C
t2: Nhiệt độ khay, tấm lắc sau khi làm lạnh, 0C
Chọn t2 = -200C
CAl : Nhiệt dung riêng của nhôm, kJ/kg.K , CAl = 0,921 kJ/kg.K
τ: Thời gian cấp đông sản phẩm, kg/mẻ. τ = 4 giờ
Khối lượng một khay cấp đông là 1,5 kg và có dung tích chứa được 10 kg sản phẩm.
Ta có tổng số khay cấp đông theo tính toán trên là: nk = 552 khay.
Mà một khay có khối lượng là 1,5 kg. Nên tổng khối lượng khay cấp đông sẽ là:
Mk =1,5.nk = 1,5 . 552 = 828 kg
Khối lượng một tấm lắc là 15 kg. Tổng số tấm lắc theo tính toán trên là: N = 24 tấm
lắc.
Mà một tấm lắc có khối lượng là 15 kg. Nên tổng khối lượng tấm lắc sẽ là:
Mtl = 15.N = 15 . 24 = 420 kg
Thay số ta được:
c. Tổn thất do châm nước Q23 .
-Tổn thất do châm nước được tính theo công thức:
Trong đó :

Mn : Khối lượng nước châm, kg
- Theo tính toán trên thì khối lượng nước châm trên một tấm lắc là: m n = 103 (kg) mà
ta có số tấm lắc chứa sản phẩm là: N1 = 23, (kg)
- Do đó khối lượng nước châm là:
τ : Thời gian cấp đông, giờ τ = 4 giờ
q0 : Nhiệt cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn
toàn, kJ/kg
- Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn q 0 được xác
định theo công thức :
Trong đó :
- CPn : Nhiệt dung riêng của nước ; (kJ/kg.K). CPn = 4,186 kJ/kg.K
- r : Nhiệt đông đặc; (kJ/kg). r = 33,6 kJ/kg
- CPđ : Nhiệt dung riêng của đá; (kJ/kg.K). CPđ = 2,09 kJ/kg.K
- t1 : Nhiệt độ nước đầu vào; 0C. Chọn t1 =100C
- t2 : Nhiệt độ đông đá; 0C. Chọn t2 = -10 -180C
Thay vào ta có:
Vậy:
Như vậy tổn thất Q2 sẽ là:

Q2 = Q21+Q22+Q23
Page 17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
= 124+2,23+1,6 = 127,83 ; (kW)
3. Tổn thất nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3.
- Tủ đông tiếp xúc không có thông gió nên Q3 = 0
4. Tổn thất nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành Q4 .
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44
Q41: Tổn thất nhiệt do chiếu sáng tủ, W

Q42: Tổn thất nhiệt do người tỏa ra, W
Q43: Tổn thất nhiệt do các động cơ điện, W
Q44: Tổn thất nhiệt do mở cửa tủ, W
a. Tổn thất nhiệt do chiếu sáng tủ Q41.
- Tủ đông tiếp xúc không có hệ thống chiếu sáng tủ nên Q41 = 0
b. Tổn thất nhiệt do người tỏa ra Q42.
Q42 = 0
c. Tổn thất nhiệt do các động cơ điện Q43.
- Tủ đông tiếp xúc không có hệ thống quạt bên trong tủ nên Q43 = 0
d. Tổn thất nhiệt do mở cửa tủ, Q44.
Q44 = B x F ; (W)
B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2
F: Diện tích tủ đông, m2
F =2( L + W).H = 2.(3,7 + 1,982).2,24 = 25,45 ; m2
L: Chiều dài phủ bì của tủ đông, m
W: Chiều rộng phủ bì của tủ đông, m
Với F = 25,45 m2 tra bảng 4-4/ Sách HDTKHTL – Trang 87 ta có:
B = 32 W/m2
Q44 = 32 . 84,4 = 2700 ; (W) = 2,7 ; (kW)
Vậy: Q4 = 2,7 ; (kW)
5. Tổn thất nhiệt do hoa quả hô hấp Q5.
- Do sản phẩm là cá đã được chế biến rồi mới đưa vào cấp đông nên Q5 = 0

3.1.3. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén.
1. Tải nhiệt cho thiết bị : Dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị
bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ 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.
Q0TB = Q1 + Q2 + Q4 = 0,58387 + 127,83 + 2,7 = 131,11 (kW)
2. Tải nhiệt cho máy nén :
- Tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần

nhưng tuỳ theo từng loại kho lạnh mà ta có thể lấy một phần của tải nhiệt đó.
- Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất
nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chọn máy nén
có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các
Page 18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
tải nhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì
lấy 80%Q1, 100% Q2, 75%Q4
Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
k : Là hệ số tính đến tổn thất lạnh trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. Chọn k =
1,1
b : Là hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,9
Vậy:

Chương 4
THÀNH LẬP SƠ ĐỒ , TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH
VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN
4.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc.
Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau :
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk
- Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql
- Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt) tqn

4.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0.
- Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có

thể lấy như sau:
0
0b0 ; C
tb: Nhiệt độ tủ cấp đông, 0C.
tb = - 400C
0
0: Hiệu nhiệt độ yêu cầu, C. Theo sách HDTKHTL_trang 171 ta có: Hiệu nhiệt độ
tối ưu nhất, chọn 00C
Vậy:
t0 = -40 – 10 = -500C

0

0

C là

4.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ tk.
- Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ.
- Thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh có tác nhân làm mát là nước lấy từ nguồn nước
ngầm qua hệ thống xử lý được tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt.
Page 19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
- Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo biểu thức:
0
kw2k ; C
Trong đó :
tw2: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C.

0
k: Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, C. Theo sáchHDTKHTL_trang 171 ta có:
Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu k0C, nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ lớn hơn nhiệt độ nước ra
30C đến 50C. Chọn k = 40C.
- Nhiệt độ nước đầu vào, đầu ra chênh lệch nhau( 26) 0C phụ thuộc vào kiểu thiết bị
ngưng tụ.
tw2 = tw1 + (26) 0C.
Với: tw1: Là nhiệt độ nước vào bình ngưng.
- Thiết bị ngưng tụ trong cụm máy là thiết bị ngưng tụ ống trùm vỏ bọc nằm
ngang nên chọn w = 5 0C. Nghĩa là:
tw2 = tw1 + 5 0C
- Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường.
tw1 = tư +( 34) ,(0C).
Với: tư: Là nhiệt độ bầu ướt.
tư = 24 ,(0C).
vậy:
tw1 = tư + (34) = 24 + (34) ,(0C). Chọn tw1 = 27 0C
tw2 = 27 + 5 = 32, (0C).
tk = 32 + 4 = 36, (0C).

4.1.3. Nhiệt độ quá lạnh tql.
Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh
càng thấp thì năng suất lạnh càng cao.
- Sự quá lạnh lỏng được thực hiện trong thiết bị ngưng tụ
tql = tk - ql, (0C).
Trong đó:
tk: Nhiệt độ ngưng tụ, (0C). tk = 36, (0C)
0
0
ql = ( 35), ( C) chọn ql = 4, ( C).

Thay vào ta có :
tql = 36 - 4 = 32, (0C).
Vậy: tql = 320C

4.1.4. Nhiệt độ quá nhiệt tqn.
- Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi
hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất.
tqn = t0 + qn (0C)
t0: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh. 0C
- Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút
Page 20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
phải lỏng. Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau.
- Đối với máy lạnh freon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có
thể chọn cao khoảng (2530) 0C. Còn với môi chất NH3 độ quá nhiệt khoảng (515), 0C.
Nghiã là qn = (515) 0C là có thể đảm bảo cho máy làm việc bình thường.
tqn = t0 + (515), 0C
Mà: t0 = -50 0C
Nên: tqn = -50 + (515), 0C. Chọn tqn = -400C
Vậy: tqn = -400C
Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh amoniăc đạt được bằng ba cách:
- Qúa nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt.
- Qúa nhiệt nhờ hòa trộn thêm với hơi nóng trên đường về máy nén.
- Qúa nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén.
Trong điều kiện vận hành ở Việt Nam nên chọn bình tách lỏng hiệu quả cao để giảm độ
quá nhiệt hơi hút đến giới hạn thấp nhất.

4.2. Sơ đồ chu trình lạnh của hệ thống.

4.2.1. Các thông số ban đầu.
- Môi chất lạnh: NH3
- Nhiệt độ sôi môi chất: t0 = - 50, (0C).
Tra bảng thông số hơi bão hòa của amoniăc (NH 3) _Phần mềm coolpack với nhiệt độ t0
= -500C, ta có:
- Áp suất bay hơi môi chất: p0 = 40,85 (kPa)
- Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 36(0C).
Tra bảng thông số hơi bão hòa của amoniăc (NH 3)_phần mềm coolpack với nhiệt độ tk
= 36(0C), ta có:
- Áp suất ngưng tụ: pk = 1389,55(kPa)
- Áp suất trung gian: tg 0k (kPa)
0
tg C
- Tỉ số nén:
Vậy: chọn máy nén 2 cấp dùng NH3, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn.

4.2.2. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị.
1. Sơ đồ nguyên lý:

Page 21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
H2O
5'

5

4

NT

TL1

NCA

7

3
6

BTG

TL 2

2

8
NHA

BH
1

9

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống
NCA : Nén cao áp.
NHA : Nén hạ áp.
BTG : Bình trung gian có ống xoắn.
TL1 : Van tiết lưu 1.

TL2 : Van tiết lưu 2.
NT : Dàn ngưng.
BH : Dàn bay hơi.
2. Sơ đồ chu trình.

logP
Pk

6 5 5'

tk

Ptg

8 7

ttg

P0

9

t0

4
3

1'

2

1

i
Hình 4.2: Đồ thị lgP – i
Page 22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
4.2.3. Nguyên lý hoạt động của chu trình.
- Hơi môi chất sau khi ra khỏi dàn bay hơi thì bị quá nhiệt trên đường ống, hơi
được máy nén hạ áp hút về và nén từ trạng thái 1 có áp suất p0 và nhiệt độ tqn lên
trạng thái 2 có áp suất ptg và nhiệt độ t2. Sau đó đẩy vào bình trung gian có ống xoắn,
miệng ống đẩy được sục xuống dưới mức lỏng. Do đó hơi được làm mát xuống đến trạng
thái bão hòa 3. Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp hút về và nén đoạn nhiệt lên trạng
thái 4 có áp suất pk, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ lại thành lỏng. Lỏng môi chất sau
thiết bị ngưng tụ chia làm 2 phần. Một phần nhỏ qua tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian
để làm mát hơi hút về máy nén cao áp đến trạng thái bão hòa khô. Còn ống chính được
đẩy qua ống xoắn của bình trung gian được làm quá lạnh đến trạng thái 6. Sau đó được
qua van tiết lưu 2 xuống áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Trong thiết bị bay hơi lỏng
môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi hình thành trong dàn bay
hơi được máy nén hạ áp hút về, như vậy vòng tuần hoàn môi chất được khép kín.

4.2.4. Các quá trình nhiệt trong chu trình.
1’-1 : Quá nhiệt hơi hút hạ áp tại dàn lạnh.
1-2 : Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg.
2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp trong bình trung gian, xuống đường bão hòa
x=1
3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk.
4-5’ : Làm mát, ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ.

5’-5 : Quá lạnh lỏng trước van tiết lưu TL ( tại dàn ngưng).
5-7 : Quá trình môi chất lỏng tiết lưu đẳng entanpi qua van TL1 Vào bình trung gian,
phần hơi có entanpi là i3 được hút về máy nén cao áp.
5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong ống xoắn bình trung gian.
6-9 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi từ pk về p0 qua Van TL2.
9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh.

4.2.5. Trạng thái nhiệt các điểm trong chu trình.
1’: Hơi bão hoà : t1’= t0 ; p1’=p0.
1 : Hơi quá nhiệt : p1= p0.
2 : Hơi quá nhiệt : p2 = ptg.
3 : Hơi bão hoà : p3 = ptg , t3 = ttg.
4 : Hơi quá nhiệt : p4= pk.
5’: Lỏng bão hoà.
5 : Lỏng sau quá lạnh tại thiết bị ngưng tụ.
6 : Lỏng sau quá lạnh tại bình trung gian.
7 : Hơi ẩm bão hoà sau khi qua tiết lưu TL1.
8 : Lỏng bão hoà trong bình trung gian.
Page 23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
9 : Hơi ẩm sau khi qua van tiết lưu TL2.

4.2.6. Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn.
1. Tính toán tham số nhiệt của các điểm trong chu trình.
- Tra đồ thị lgP-i của amoniăc (NH3) _Phần mềm coolpack ứng với nhiệt độ tại các
điểm nút đã tính trên ta tìm được giá trị các thông số: i, v, s.
- Xác định thông số trạng thái các điểm nút chu trình, thành lập bảng các thông số. Khi
thành lập lấy nhiệt độ t6 = t8 + (35)0C

t, (0C)
P, (kPa)
i, (kJ/kg)
v, (m3/kg)
-50
40,85
1391,02
2,6
-40
40,85
1411,6
1,8
76
238,3
1653,09
-15
238,3
1443,07
0,4
110
1389,55
1658,7
36
1389,55
367,33
32
1389,55
348,48
-11
1389,55

149,84
-15
238,3
348,48
-15
238,3
133,55
-50
40,85
149,84
Bảng 4.2: Thông số trạng thái môi chất trong hệ thống

Điểm nút
1’
1
2
3
4
5’
5
6
7
8
9

s, (kJ/kg.K)
6,4382
6,528
6,521
5,7657

5,773
1,7203
1,643
0,884
1,733
0,817
0,865

2. Năng suất lạnh riêng q0.
- Là năng suất lạnh của một kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ cao tạo ra
sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong thiết bị bay hơi thành hơi bão hòa khô ở
nhiệt độ bay hơi và áp suất bay hơi:
q0 = i1’ – i9 = 1391,02 – 149,84 = 1241,18 ; ()
3. Năng suất lạnh riêng thể tích.
v

4. Công nén riêng.
- Là công lý thuyết mà máy nén phải sản ra để nén 1 kg hơi môi chất theo quá trình
đoạn nhiệt từ áp suất p0 lên áp suất pk:
Trong đó:
m1 : Lưu lượng môi chất qua máy nén hạ áp.
m3 : Lưu lượng môi chất qua máy nén cao áp.
l1, l2: Công nén riêng cấp hạ áp và cấp cao áp.
Cân bằng Entanpi ở bình trung gian ta có:
Page 24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG DÙNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC
m1.i5 + (m3 – m1).i7 + m1.i2 = m3.i3 + m1.i6
m3.(h3 – h7) = m1.(i5 – i7 – i6 + i2)

12

Mà theo đồ thị LgP-i ta có:
l1 = i 2 – i1
l2 = i 4 – i3
i5 = i 7
Thay vào ta có:
21

5. Năng suất nhiệt riêng.
k45; (kJ/kg)
Mà:
Do:
i5 = i7
Nên:
Vậy ta có:
k45

6. Hệ số lạnh.

4.3. Tính toán chu trình lạnh chọn máy nén và thiết bị.
4.3.1. Tính toán chu trình chọn máy nén.
1. Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén.
a. Cấp hạ áp.
1 ; (kg/s)
Trong đó:
Q0: Năng suất lạnh của máy nén; (kW)
Q0 = 159,28 (kW)
Vậy:

b. Cấp cao áp.
Do i5 = i7 nên:
31 ; (kg/s)
Page 25