THIẾT KẾ HỆ THỐNG I.Q.F TẦNG SÔI CHO NHÀ MÁY LONG UYÊN,TIỀN GIANG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.37 MB, 108 trang )
CHƯƠNG 11: VÂN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG LẠNH
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm luận văn em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía
thầy cô trường Đại học Bách Khoa, các anh chị trong Công ty ARICO, gia đình và bạn
bè.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người thầy đã tận tâm hướng dẫn
em – Tiến sĩ Hà Anh Tùng. Trong suốt quá trình làm luận văn, thầy đã giúp đỡ em rất
nhiều từ những kiến thức chuyên môn sâu rộng cũng như cách trình bày luận văn sao
cho khoa học và hợp lý.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại học Bách Khoa và đặc biệt là
các thầy cô bộ môn Công nghệ Nhiệt – Lạnh đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt
quá trình học đại học.
Em xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo Công ty ARICO đã tạo điều kiện cho em
có cơ hội thực tập cũng như các anh trong Phòng kỹ thuật R&D đã giúp đỡ em khi gặp
những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài luận văn.
Sau cùng em gửi lời cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ em để có
thể hoàn thiện đề tài luận văn của mình.
Do kiến thức em còn hạn chế nên có những thiếu sót trong lúc hoàn thiện đề tài
luận văn em mong nhận được những lời góp ý quý giá từ thầy cô và các bạn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.
Tp.HCM, tháng 12 năm 2015
Ký tên
Mai Hoàng Khôi
1
CHƯƠNG 11: VÂN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG LẠNH
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn “THIẾT KẾ HỆ THỐNG I.Q.F TẦNG SÔI CHO NHÀ MÁY LONG
UYÊN” bao gồm các công việc sau:
1. Tìm hiểu các thông tin và yêu cầu về nhà máy: yêu cầu của chủ đầu tư về nhà
máy, vị trí xây dựng nhà máy, điều kiện khí hậu, cơ sở hạ tầng, nguồn nguyên
liệu.
2. Xác định sản lượng, năng suất chế biến của nhà máy (thông qua yêu cầu của chủ
đầu tư, kế hoạch sản xuất, ta tính toán được sản lượng của nhà máy).
3. Tính toán các phụ tải lạnh
4. Tính toán và lựa chọn các thiết bị chính của hệ thống: máy nén, dàn lạnh, bình
ngưng, van, bình áp lực.
5. Thiết lập sơ đồ nguyên lý của hệ thống: bản vẽ kết nối các thiết bị.
Nội dung luận văn:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Chương 1: Giới thiệu tổng quát về công trình
Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án cấp đông
Chương 3: Giới thiệu về I.Q.F tầng sôi
Chương 4: Phân tích lựa chọn thiết bị lạnh cho hệ thống I.Q.F tầng sôi
Chương 5: Các bước tính toán và thiết kế hệ thống.
Chương 6: Tính toán chu trình nhiệt và chọn máy nén
Chương 7: Tính toán thiết kế bình ngưng của hệ thống lạnh
Chương 8: Tính toán và chọn dàn lạnh cho I.Q.F
Chương 9: Tính chọn các thiết bị phụ cho hệ thống lạnh
Chương 10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh
Chương 11: Vận hành và bảo trì hệ thống lạnh
2
CHƯƠNG 11: VÂN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG LẠNH
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MỤC LỤC
3
DANH MỤC HÌNH ẢNH
4
DANH MỤC BẢNG BIỂU
5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
I.
Tổng quan về
công ty
1. Địa chỉ
- Nhà xưởng: Xã Kim Sơn, huyện Châu Thành, Tiền Giang.
- Văn phòng đại diện: 261/37/30 Chu Văn An, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
2. Vị trí địa lý
- Xã Kim Sơn trực thuộc TP.Mỹ Tho là một xã ven sông.
- Cách TP.HCM 70 km và TP.Cần Thơ 90 km.
- Là khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam.
Hình 1.1: Vị trí của nhà máy Long Uyên
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3. Yếu tố tự nhiên
- Vùng đất Mỹ Tho có nhóm đất phù sa trung tính phù hợp trồng lúa và cây ăn
trái.Khi đó nhà máy được đặt ở khu vực này sẽ phù hợp với việc thu mua nông
sản và vận chuyển từ hộ nông dân tới nhà máy.
- Độ ẩm trung bình năm: 75 ÷ 80 %
- Nhiệt độ trung bình năm: 29 ÷ 31 oC
4. Lĩnh vực hoạt động: Chuyên chế biến – xuất khẩu các loại trái cây nông sản
như xoài, thanh long, chôm chôm, …
II.
Tổng quan về
sản phẩm
1. Sản phẩm của Công ty
- Sản phẩm chủ lực là xoài (chiếm khoảng 65%)
- Còn lại là thanh long, chôm chôm…
2. Sản phẩm đầu vào
- Các loại trái cây cắt khoang như dứa hoặc cắt hạt lựu như xoài và các loại hoa
quả có khối lượng nhẹ.
3. Sản phẩm đầu ra
- Sau khi được cấp đông, trái cây sẽ được xuất khẩu để sử dụng trong các ngành
công nghiệp chế biến thức ăn, cocktail, sinh tố, …
4. Mục đích của việc cấp đông sản phẩm
- Hiện nay đông lạnh là biện pháp kỹ thuật thích hợp nhất cho công nghiệp chế
biến bảo quản thực phẩm. Theo cách này thực phẩm giữ được gần như nguyên
vẹn tính chất ban đầu về hình dáng cũng như chất lượng dinh dưỡng bên trong. Vì
ở nhiệt độ thấp, vi sinh vật sẽ bị đóng băng nên nó sẽ bị ngủ và không làm hư
hỏng thực phẩm.
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Đông lạnh không những kìm hãm được những biến đổi về hoá học, sinh học mà
đôi khi còn có tác dụng tăng phẩm chất của một số nguyên liệu rau quả như trái
cây sẽ tích tụ được nhiều pectin hơn, mềm hơn từ đó độ tiêu hoá và giá trị hấp thu
sẽ tăng lên. Nhất là các loại đồ hộp trái cây, nước trái cây, kem trái cây, cocktail,
… sẽ hấp dẫn người tiêu dùng hơn.
- Đối với rau quả tươi cấp đông thì giá trị dinh dưỡng được giữ lại cao nhất so với
các phương pháp bảo quản khác như sấy khô, muối chua,…
Hình 1.2: Trái cây cấp đông
5. Tại sao phải cấp đông sản phẩm trái cây ở nhiệt độ -18 oC
- Ở nhiệt độ -18 oC, 86% lượng nước bị đóng băng, 14% còn lại không đủ cho vi
sinh vật phát triển. Vì vậy để bảo quản sản phẩm lâu dài thì cần duy trì nhiệt độ
sản phẩm ít nhất ở -18 oC
III.
Quy trình công
nghệ - tiêu chuẩn
nguyên liệu
1. Tiêu chuẩn nguyên liệu
- Xoài từ nhà sản xuất được kiểm tra chặt chẽ về chất lượng ở bộ phận KCS, nếu
đạt tiêu chuẩn thì sẽ được đưa qua công đoạn gọt vỏ, ngược lại nếu nguyên liệu
8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
chưa đạt tiêu chuẩn sẽ được chuyển đến kho ủ hoặc trả về nơi sản xuất. Ví dụ tiêu
chuẩn nguyên liệu dành cho xoài như sau:
+ Xoài phải tươi, nguyên vẹn, không bị úng thối, không bị tổn thương cơ học.
+ Thịt vàng tươi, có mùi thơm đặc trưng.
+ Quả non phải được ủ rồi kiểm tra chất lượng sản phẩm trước khi sử dụng.
- Khi đạt đủ các tiêu chuẩn của Công ty trái cây sẽ qua các quy trình công nghệ
được trình bày ở phần sau.
2. Quy trình công nghệ
Hình 1.3: Quy trình công nghệ của nhà máy
- Nguyên liệu đầu vào (xoài, thanh long, chôm chôm, …) được kiểm tra chặt chẽ ở
bộ phận KCS. Đợi khi đạt tiêu chuẩn sẽ được qua công đoạn gọt vỏ.
- Sau khi gọt vỏ, nguyên liệu sẽ qua công đoạn tạo hình (cắt hạt lựu, cắt má, cắt lát,
hay để nguyên trái tùy theo từng loại trái cây).
- Sau khi được tạo hình, sản phẩm sẽ được rửa sạch bằng nước (t = 27 oC) và
chuyển tới phòng chờ đông (t = 10 oC) để chờ tới mẻ cấp đông tiếp theo.
- Sau khi lấy sản phẩm ra từ phòng chờ đông để đưa vào dây chuyền cấp đông, thì
sản phẩm sẽ được rửa lại bằng nước đã qua xử lý (t = 10 oC) để loại bỏ các chất
bẩn có thể có trong lúc chờ đông.
- Khi đi qua dây chuyền cấp đông nhiệt độ sản phẩm sẽ được giảm từ 10 oC xuống
-18 oC.
- Sau đó sản phẩm được rà kim loại để đủ tiêu chuẩn xuất khẩu.
- Sản phẩm được đóng gói và bảo quản trong kho (t = -18 oC)
9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3. Thời gian làm việc trong ngày
- Mỗi ngày làm việc 2 ca.
- Mỗi ca 10 tiếng.
IV.
Thông số kỹ thuật
của Nhà máy
Long Uyên
1. Bản vẽ mặt bằng công trình
- Với diện tích trên 6.500 m2, nhà máy được chia thành nhiều khu vực:
+ Kho lạnh.
+ Khu cấp đông.
+ Phòng máy.
+ Khu chế biến.
+ Khu tổng hợp.
+ Khu xử lý nước thải.
+ Khu chứa rác.
Trong đề tài của luận văn, chúng ta tập trung vào khu vực cấp đông của Nhà
máy Long Uyên.
10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. Bản vẽ mặt bằng khu cấp đông
- Tổng diện tích của khu cấp đông khoảng 300 m 2. Là khu vực chính của Nhà máy
với nhiệm vụ cấp đông sản phẩm sau khi qua các quy trình công nghệ được trình
bày ở phần trên.
Hình 1.4: Mặt bằng khu vực lắp đặt dây chuyền cấp đông
- Hiện nay có rất nhiều phương án để cấp đông sản phẩm: sử dụng tủ đông gió, tủ
đông tiếp xúc, thiết bị I.Q.F. Mỗi phương án sẽ có ưu và nhược điểm riêng. Tuy
nhiên, tùy thuộc vào từng loại sản phẩm thì sẽ có những phương án phù hợp nhất
để đạt năng suất cao nhất và tiết kiệm năng lượng nhất.
Các phương án cấp đông sẽ được phân tích ở chương 2 để lựa chọn 1 hệ thống tối ưu nhất
cho sản phẩm sử dụng trong bài luận văn.
11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN CẤP ĐÔNG
I.
Nhu cầu sử dụng các thiết bị cấp đông trong công nghiệp hiện nay
-
Trong những năm gần đây cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước thì ngành kỹ thuật lạnh cũng phát triển mạnh mẽ. Nó đã
xâm nhập vào rất nhiều nghành kinh tế và thúc đẩy các nghành đó phát
triển. Đặc biệt công nghiệp kỹ thuật lạnh đã được ứng dụng rộng rãi
-
trong đời sống dân cư, trong y học, trong công nghệ sinh học…
Cùng với công nghệ chế biến thủy sản hệ thống máy và thiết bị lạnh
đóng vai trò rất quan trọng và không thể thiếu trong các nhà máy chế
biến từ nông lâm đến thủy sản. Vì nó đảm nhận những nhiệm vụ cơ bản
nhất trong quy trình công nghệ chế biến như: Bảo quản nguyên liệu, làm
lạnh đông sản phẩm và bảo quản thành phẩm… Hệ thống lạnh đồng bộ
và hiện đại sẽ làm tăng năng suất sản xuất, tăng chất lượng và hạ giá
-
thành sản phẩm.
Thiết bị cấp đông được phân biệt dựa theo 2 phương pháp cấp đông là
cấp đông theo mẻ và cấp đông dạng rời.
12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
II.
Cấp đông theo mẻ.
1. Tủ cấp đông tiếp xúc (Contact Freezer)
Hình 2.1: Cấu tạo của tủ đông tiếp xúc
-
Cấu tạo: tủ đông tiếp xúc được cấu tạo từ những tấm trao đổi nhiệt được
kết nối với ống góp qua các ống dẫn gas mềm. Các tấm trao đổi nhiệt
được ép xuống hoặc nâng nhờ bộ bơm thủy lực để tăng diện tích truyền
nhiệt. Vỏ thiết bị được làm bằng panel cách nhiệt, lắp chung với hệ
-
thống cửa và tủ điện.
Công dụng: cấp đông theo từng mẻ với sản phẩm chủ yếu là bạch tuộc
-
nguyên con.
Nguyên lý hoạt động: Môi chất lạnh chạy giữa những tấm trao đổi nhiệt
(tấm lắc) bằng nhôm đúc rỗng bên trong, ghép với nhau. Các khay sản
phẩm được đặt giữa các tấm trao đổi nhiệt. Sản phẩm đặt trong khay
thường được ngập trong nước để tăng khả năng trao đổi nhiệt và tạo lớp
bảo vệ cho sản phẩm. Các tấm trao đổi nhiệt có thể được nâng lên hạ
-
xuống nhờ hệ thống bơm thủy lực.
Phương pháp truyền nhiệt: dẫn nhiệt.
13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. Tủ cấp đông gió (Air - blast Freezer)
Hình 2.2: Cấu tạo của tủ cấp đông gió
-
Cấu tạo: tủ đông gió được cấu tạo bao gồm quạt gió, coil lạnh và các
khay để chứa sản phẩm cần cấp đông được sắp thành kệ. Trong quá trình
vận hành các khay được sắp sẵn bên ngoài ở kệ khác. Các kệ có thể
được sử dụng liên tục để tránh lãng phí thời gian chờ của tủ. Ngoài ra
còn có một số mẫu tủ cấp đông gió có kích thước lớn còn sử dụng đường
ray để luân chuyển sản phẩm trong tủ. Vỏ thiết bị được làm bằng panel
-
cách nhiệt, lắp chung với hệ thống cửa và tủ điện.
Công dụng: cấp đông theo đừng mẻ với các sản phẩm có khối lượng lớn
-
(cá loại lớn,sầu riêng, …).
Nguyên lý hoạt động: Không khí được làm lạnh nhờ coil lạnh sẽ được
-
quạt thổi qua các sản phẩm cần được cấp đông.
Phương pháp truyền nhiệt: đối lưu cưỡng bức.
Ngoài ra tủ đông gió còn có thể được sử dụng như kho lạnh để dự trữ
sản phẩm ở các mùa vụ có sản lượng cao.
14
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
III. Cấp đông dạng rời.
-
Mỗi bật trong phương pháp công đông dạng rời là các hệ thống I.Q.F
(Individual Quick Freezing). Là công nghệ được phát triển bởi
Frigoscandia Equipment (JBT Foodtech) như một giải pháp để giữ
-
nguyên các thuộc tính gốc của sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của các loại I.Q.F cơ bản là giống nhau. Sản phẩm
cần làm đông được đưa vào thiết bị cấp đông có nhiệt độ từ -40 oC đến
-35 oC và sau dưới 30 phút mà nhiệt độ trung tâm của sản phẩm đó đạt
-18 oC đến -22 oC. Với sản phẩm được cấp đông IQF thì thời gian bảo
quản sản phẩm được lâu hơn mà chất lượng sản phẩm gần như được giữ
-
nguyên vẹn.
Phương pháp truyền nhiệt: đối lưu cưỡng bức.
Cấu tạo của I.Q.F bao gồm băng tại được kéo bằng motor chạy với vận
tốc thấp trong buồng đông. Quạt tạo gió với vận tốc cao thối qua dàn
coil lạnh được bố trí dọc theo chiều dài I.Q.F. Vỏ thiết bị được làm bằng
-
panel cách nhiệt, lắp chung với hệ thống cửa và tủ điện.
I.Q.F cũng rất đa dạng được phân biệt thông qua cấu tạo hình dáng của
belt.
1. I.Q.F siêu tốc tấm phẳng (Impingement Steel Belt I.Q.F)
Hình 2.3: I.Q.F siêu tốc tấm phẳng
15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-
Sử dụng belt phẳng bằng thép không rỉ để vận chuyển sản phẩm trong
-
buồng đông.
Sản phẩm chủ yếu là các loại cá hoặc fillet cá để sản phẩm sau khi cấp
đông vẫn giữ được hình dạng ban đầu, mang tính thẩm mỹ cao.
2. I.Q.F siêu tốc lưới (Impingement Mesh Belt I.Q.F)
Hình 2.4: I.Q.F siêu tốc lưới
-
Sử dụng belt lưới bằng thép không rỉ để vận chuyển sản phẩm trong
-
buồng đông.
Sản phẩm chủ yếu là tôm nhưng có thể sử dụng cấp đông các loại cá khi
đó phải cá phải được trên 1 tấm kim loại để đảm bảo thẩm mỹ của sản
phẩm.
3. I.Q.F xoắn (Spiral I.Q.F)
16
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 2.5: I.Q.F xoắn
-
Sử dụng belt bằng thép không rỉ, belt chuyển động xoắn ốc từ dưới lên
-
trên và gió lạnh được quạt thổi từ trên xuống.
Sản phẩm chủ yếu là các loại bánh.
4. I.Q.F tầng sôi (Fluidized I.Q.F)
Hình 2.6: I.Q.F tầng sôi
-
Sử dụng belt bằng nhựa PE có các lỗ để gió lạnh có thể thổi qua.
Sản phẩm chủ yếu là các loại trái cây có khối lượng nhẹ hoặc được cắt
-
lát hay cắt hạt lựu.
Khi vận hành, công nhân đổ sản phẩm lên băng chuyền nhập liệu. Khi
sản phẩm được tải đưa vào buồng đông, gió lạnh thổi xuyên qua belt sẽ
17
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
xới các sản phẩm để chúng không dính vào nhau và cấp đông đều ở các
mặt của sản phẩm.
IV. Ưu – nhược điểm của hệ thống I.Q.F tầng sôi so với các hệ thống I.Q.F siêu tốc
khác
Bảng 2.1: So sánh giữa các loại I.Q.F
I.Q.F tấm
phẳng
I.Q.F belt
lưới
Loại belt
Thép tấm
không rỉ
Thép lưới
không rỉ
Thép không rỉ
Nhựa PE
dạng lưới
Sản phẩm
chính
Cá
Tôm
Bánh
Trái cây cắt
lát – hạt lựu
Tốc độ gió
40 m/s
40 m/s
Thời gian
3 ÷ 15 phút
5 ÷ 25 phút
10 ÷ 14 phút
5 ÷ 15 phút
Đặc điểm
cấp đông
Sản phẩm
nằm trên belt
Sản phẩm
nằm trên belt
Sản phẩm
nằm trên belt
Sản phẩm rời
belt
I.Q.F xoắn
I.Q.F tầng
sôi
15 m/s
• Ưu điểm
- Sản phẩm sẽ tách rời khỏi belt.
- Về mặt lý thuyết thì điện năng tiêu thụ của I.Q.F tầng sôi sẽ thấp hơn so với các
I.Q.F siêu tốc khác do tốc độ gió lý thuyết thấp hơn dẫn tới công suất tiêu thụ
điện của quạt cũng sẽ thấp hơn.
Nhược điểm
- Sử dụng công nghệ phức tạp.
- Sản phẩm cấp đông không đa dạng hoặc không đạt được công suất cấp đông
•
mong muốn khi sử dụng cho các sản phẩm có khối lượng lớn.
Do sản phẩm chính của công trình Long Uyên là các loại nông sản – trái cây và yêu
cầu sản phẩm sau khi cấp đông phải rời nhau, không được đóng thành khối nên ta
lựa chọn thiết bị I.Q.F tầng sôi cho công trình.
18
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
V.
Các nhà sản xuất và phân phối thiết bị cấp đông trong và ngoài nước
Thị trường sản xuất và phân phối các thiết bị cấp đông rất đa dạng và cạnh tranh
khốc liệt. Một số Công ty dẫn đầu trong lĩnh vực này như:
1. Các Công ty trong nước
-
Công ty TNHH MTV Kỹ Nghệ Lạnh Á Châu – ARICO
Công Ty Cổ Phần Công Nghiệp Lạnh Hưng Trí.
Công Ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Năm Dũng.
Công Ty Thiết Bị Lạnh Và Cách Nhiệt TST.
2. Các Công ty nước ngoài.
- John Bean Technologies Corporation (JBT).
- FMC Technologies Incorporation.
- Nantong Sinrofreeze Eqiupment Co.LTD
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ I.Q.F TẦNG SÔI
(FLUIDIZED I.Q.F )
I.
Hiện tượng tầng sôi
1. Cơ sở lý thuyết
- Quạt tạo cho không khí một vận tốc lớn thổi vào bên dưới lớp vật liệu cần cấp
đông.
- Khi tốc độ khí nhỏ, thì lớp vật liệu ở trạng thái đứng yên.
19
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Khi vận tốc khí đạt đến một giới hạn nào đó (V s), lớp hạt sẽ trở nên linh động,
chiều cao lớp vật liệu tăng lên, các hạt dần dần chuyển động và được khuấy trộn
đều.
- Khi vận tốc khí vượt quá giá trị Vf, trạng thái sôi chấm dứt.
Hình 3.1: Các trạng thái của lớp vật liệu
a. Hạt đứng yên.
b. Thể tích lớp vật liệu tăng lên.
c. Hạt và khí chuyển động giống hiện tượng sôi (tầng sôi).
d. Phân lớp.
- Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí đến chiều cao lớp vật liệu.
+ Đoạn AB: Khi dòng khí có vận tốc nhỏ V s các vật liệu ở trạng thái nằm trên
belt.
+ Đoạn BC: Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đến khi đạt vận tốc V s thì vật liệu
bắt đầu sôi và rời khỏi mặt belt.
+ Đoạn CE và CF: Khi vận tốc dòng khí vượt quá giá trị V f thì chiều cao lớp sôi
bắt đầu dao động, xuất hiện hượng tượng sôi không đều do tác nhân gây lỏng giả
là dòng không khí.
+ Đoạn CD: Khi vận tốc dòng khí giảm nhỏ hơn V s thì trạng thái sôi chấm dứt,
các vật liệu sẽ nằm trên belt.
20
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 3.2: Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí đến chiều cao lớp vật liệu
2. Các thông số cơ bản của hiện tượng tầng sôi
a. Vận tốc sôi tối thiểu Vs
- Là giới hạn dưới của vận tốc gió gây ra hiện tượng tầng sôi.
- Vận tốc sôi tối thiểu được tính qua phương trình sau:
Trong đó:
- dtd : dường kính tương đương của vật liệu, m
- ϑk : độ nhớt động học của không khí, m2/s
Theo [5;153] Khi đó hệ số Reynold được tính như sau:
Trong đó hệ số Archimet được tính:
- ρh: khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3
- ρk: khối lượng riêng của không khí, kg/m3
- g: gia tốc trọng trường, m/s2
Ví dụ: Tính vận tốc tối thiểu Vs để tạo hiệu ứng tầng sôi của vật liệu xoài có kích
thước 15x15x15 mm
Giải:
Ta có
- Khối lượng riêng của xoài ρh = 1050 kg/m3
- Khối lượng riêng của không khí ở -30 oC ρk = 1,013 kg/m3
- Độ nhớt động học của không khí: ϑ = 10,8x10-6 m2/s
- Gia tốc trọng trường: g = 9,81 (m/s2)
Hệ số Archimet
Hệ số Reynold
21
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Vận tốc tối thiểu
b
Vận tốc tới hạn Vf
- Khi vận tốc dòng khí qua lớp hạt tăng lên và lớn hơn vận tốc tối thiểu và tới khi
đạt giá trị đủ lớn để nâng một hạt vật liệu rời khỏi lớp sôi(phụt).
- Với Re > 500
Ví dụ: Cùng các số liệu như trên, tính vận tốc tới hạn Vf
Với Re > 500
c
Vận tốc làm việc tối ưu V
- Vận tốc dòng khí khi làm việc ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cấp đông. Vận tốc
dòng khí bằng V = Vs thì hạt bắt đầu sôi và nếu lớn hơn V f thì toàn bộ hạt sẽ cuốn
theo dòng khí.
- Tốc độ càng cao thì thời gian cấp đông càng ngắn.
- Do đó vận tốc làm việc tối ưu phải trong khoảng.
- Vận tốc gió sẽ được tính toán thông qua các thông số của quạt và belt ở các
chương sau.
- Theo khuyến cáo của hãng FMC Foodtech thì vận tốc gió làm việc tối ưu khoảng
15 m/s.
d Trở lực của lớp sôi ∆ps
- Để lớp hạt tồn tại ở chế độ sôi, phải cung cấp năng lượng cho lớp hạt đó. Năng
lượng dùng để thắng các lực ma sát giữa các hạt, giữa môi trường và hạt. Ngoài
ra còn phải kể đến năng lượng để tăng thể tích lớp hạt.
- Nếu như độ xốp của lớp hạt không đổi suốt thời gian làm việc, thì trở lực của lớp
sôi được tính:
- Nếu độ xốp của lớp hạt tĩnh là ε0 và chiều cao lớp hạt tĩnh là H0 thì công thức trên
sẽ trở thành công thức tính trở lực qua lớp hạt tĩnh ∆p0
Trong đó:
- Chiều cao lớp hạt trên belt: H (m)
22
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Độ xốp của lớp hạt: ε (%)
Ví dụ: Tính trở lực qua lớp vật liệu với cùng sản phẩm với các ví dụ trên
Ta có:
- Khối lượng riêng của xoài ρh = 1050 kg/m3
- Khối lượng riêng của không khí ở -30 oC ρk = 1,013 kg/m3
- Chiều cao lớp vật liệu ban đầu ở trạng thái tĩnh: H0 = 0,04 m
- Độ xốp của lớp vật liệu: ε0 = 30%
Trở lực của lớp hạt tĩnh ∆p0
- Chiều cao lớp vật liệu khi sôi: H = 0,1 m
- Độ xốp của lớp vật liệu: ε = 75%
Trở lực của lớp hạt khi sôi ∆p
II.
Giới thiệu về I.Q.F tầng sôi
1. Nguyên lý hoạt động I.Q.F tầng sôi
- Gió lạnh được quạt thổi vào dưới belt. Belt được làm bằng nhựa PE có các lỗ để
gió lạnh đi qua nhưng sản phẩm không lọt xuống được.
- Với vận tốc gió thích hơp, gió lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm cao đi qua lớp sản
phẩm trong buồng lạnh nâng các sản phẩm lên làm cho các lớp vật liệu xáo trộn
như thể một dịch thể đang sôi. Vì vậy người ta gọi hệ thống này là cấp đông tầng
sôi.
- Quá trình sôi cũng là quá trình trao đổi nhiệt giữa sản phẩm và gió lạnh.
- Dòng khí lạnh thổi tuần hoàn do quạt cao áp được thổi từ dưới lên xuyên qua belt
dạng mắt lưới với áp lực đủ lớn để thắng được các trở lực bao gồm trở lực qua
belt và trở lực qua lớp hạt do đó các sản phẩm sẽ tách rời nhau và tách khỏi băng
tải (hiện tượng sôi).
- Sản phẩm được làm lạnh qua 2 giai đoạn.
+ Giai đoạn 1: dòng không khí âm sâu và được thổi với vận tốc cao nhờ quạt vào
sản phẩm, sản phẩm được làm lạnh nhanh để hóa băng bề mặt sản phẩm bảo đảm
cho sản phẩm không bị mất nước, hao hụt sản phẩm và mất chất dinh dưỡng.
+ Giai đoạn 2: sản phẩm tiếp tục di chuyển trong buồng lạnh để làm lạnh tới nhiệt
độ - 18 oC như mong muốn.
23
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 3.3: Nguyên lý của I.Q.F tầng sôi
2. I.Q.F tầng sôi là gì?
- I.Q.F tầng sôi là thiết bị cấp đông dạng rời dựa trên nguyên lý của hiện tượng
tầng sôi. Các cá thể sản phẩm sẽ được thổi để tạo 1 lớp sôi “lăn tăn” mục đích để
ngăn các cá thể sản phẩm dính lại với nhau sau khi cấp đông.
- Các sản phẩm chủ lực của I.Q.F tầng sôi: xoài cắt hạt lựu, cắt má hay thanh long
hạt lựu,…
- Một số hình ảnh về I.Q.F tầng sôi và sản phẩm đặc trưng
Hình 3.4: Băng chuyền cấp đông I.Q.F tầng sôi
24
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LONG UYÊN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 3.5: Sản phẩm xoài hạt lựu
Hình 3.6: Sản phẩm thanh long hạt lựu
25
