tudongtx NTTAN banchinh04

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên :

Nguyễn Thanh Tấn

Lớp

:

CNTP 47B

Ngành học

:

Công nghệ thực phẩm

1. Tên đề tài: Thiết kế tủ đông tiếp xúc bảo quản thủy sản lạnh đông công
suất 1100 kg/mẻ.
Số liệu ban đầu:
-

Năng suất: 1100 kg/mẻ.

Thành phần nguyên liệu: thủy sản đông lạnh xuất khẩu (cá).
Các thông số khác: tự chọn.

2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
-

Mở đầu
Tổng quan
Tính toán cho tủ đông tiếp xúc
Kết luận
Tài liệu tham khảo

3. Các bản vẽ
-

Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị và mặt cắt): A3, A1
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh: A3, A1

4. Ngày giao nhiệm vụ
5. Ngày hoàn thành
Huế, ngày…tháng…năm 2016

Trưởng bộ môn CNTP:

Giáo viên hướng dẫn:

Ths. Lê Thanh Long


LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi
trong nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo
quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, kĩ thuật
sấy nhiệt độ thấp, y học, thể thao, trong đời sống…Ngày nay càng phát triển
mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở
rộng và trở thành ngành kĩ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong
đời sống và kĩ thuật của tất cả các nước.
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kĩ thuật lạnh là bảo quản thực
phẩm. Theo số liệu thống kê thì 80% công suất lạnh được sử dụng trong công
nghiệp bảo quản thực phẩm, để bảo quản thực phẩm ít làm thay đổi tính chất ban
đầu của nguyên liệu, có thể vận chuyển đi xa và bảo quản lâu dài như: thịt, tôm,
cá, mực, mặt hàng nông sản,…
Nước ta có điều kiện địa lý thuận lợi với đường bờ biển trải dài 3000 cây số
rất thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh đi đôi với ngành đánh bắt, nuôi
trồng thủy hải sản. Các xí nghiệp đông lạnh có mặt trên mọi miền của đất nước.
Nhưng để sản phẩm đông lạnh của Việt Nam có chỗ đững vững vàng trên thị
trường nội địa và thế giới thì đòi hỏi phải nâng cao chất lượng công nghệ làm
lạnh nên nhiều xí nghiệp đang dần dần thay đổi công nghệ làm lạnh nhằm đáp
ứng nhu cầu đó.
Vậy, cấp đông là một trong những khâu khá quan trọng, nó không chỉ kéo
dài thời gian bảo quản cho sản phẩm mà còn giữ lại hầu hết tính chất ban đầu
của nguyên liệu.Cho nên việc thiết kế tủ cấp đông bảo quản sản phẩm thủy sản
động lạnh là một vấn đề cấp thiết hiện nay.
Trước tình hình đó, và được sự hướng dẫn của thầy giáo Lê Thanh Long,
em được giao đề tài: ” Thiết kế tủ đông tiếp xúc năng suất 1,1 tấn/mẻ đặt tại
thành phố Huế”.
Trong quá trình tính toán, thiết kế chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong
được sự đóng góp và chỉ dạy của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã hướng dẫn tận tình để em có thể
hoàn thành tốt đồ án của mình.

Huế, ngày

tháng

năm 2016

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Tấn
2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ LẠNH ĐÔNG TIẾP XÚC
Nguyên liệu

1.1.

Các loại thủy sản, quá trình tính toán dựa trên nguyên liệu ban đầu là cá. Cá
sau khi được khai thác được rửa và làm sạch đưa đến phòng chờ đông, nhiệt độ
của cá sẽ được làm lạnh xuống dưới 10 0C. Tiếp tục cá sẽ được đưa vào tủ cấp
đông, với thời gian cấp đông là 2h. Nhiệt độ tâm sản phẩm sau quá trình kết
đông là -180C. Sau đó cá sẽ được mạ băng và đóng hộp đưa đi tiêu thụ hoặc tồn
trữ.
1.2. Tổng quan về
1.2.1. Khái niệm

công nghệ lạnh đông thực phẩm
(TL,tr140)

Để hiểu rõ hơn về lạnh đông thực phẩm trước hết ta cần hiểu thế nào là

lạnh. Lạnh là trạng thái vật chất có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
môi trường (t0 thường khoảng 180C – 250C). Các cấp làm lạnh thực phẩm:
-

-

Làm lạnh: khi nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình nằm trong khoảng:
tđb < t < 200C.
Làm lạnh đông (cấp đông): khi nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông nằm trong
khoảng:
-1000C < t < tđb .
Làm lạnh thâm độ: khi nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông nằm trong
khoảng:
-2730C < t < -1000C.

Vậy, công nghệ lạnh đông thực phẩm là gì? Thực chất đó là quá trình hạ
thấp nhiệt độ của thực phẩm, khi đó các quá trình về chất, các quá trình thối rữa,
sẽ bị ức chế và kìm hãm. Lạnh đông và bảo quản lạnh đông là hai quá trình
thường đi đôi với nhau, nó làm chậm lại sự ươn hỏng và sản phẩm được tan giá
sau thời gian bảo quản lạnh đông hầu như không bị thay đổi tính chất ban đầu
của nguyên liệu.
Xử lý lạnh động có hai phương pháp:
-

Kết đông hai pha: sản phẩm (thịt) nóng đầu tiên được làm lạnh từ 37 0C xuống
khoảng 40C sau đó đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -80C.
Kết đông một pha: sản phẩm thịt sau khi ra lò mổ còn nóng được đưa ngay vào
thiết bị kết đông, nhiệt độ tâm thịt đạt dưới -80C.
1.2.2. Mục đích, ý nghĩa về lạnh đông thực phẩm

3


-

-

Việc bảo quản bằng nước đá chỉ giữ thực phẩm được tối đa 14 ngày. Làm lạnh
đông cho phép bảo quản thực phẩm trong thời gian dài.
Đối với công nghệ chế biến (thủy sản) do ngư trường xa cảng cá, xa chợ, xa
doanh nghiệp cho nên cần bảo quản đông đảm bảo độ tươi.
Nguyên liệu thủy sản có tính mùa vụ nên cần có bảo quản đông để đảm bảo tiến
độ sản xuất.
- Lạnh đông thực phẩm để xuất khẩu và bày bán trong các siêu thị.
Công nghệ lạnh đông tạo ra các sản phẩm chế biến sẵn, sử dụng ngay, rút ngắn
thời gian nội trợ.
1.2.3. Các phương pháp làm lạnh đông thực phẩm
(TL,tr169)
Cách phân chia phương pháp làm lạnh đông nhanh hay chậm dựa trên cơ
sở sự tạo thành tinh thể đá trong sản phẩm, khả năng thoát ẩn nhiệt đóng băng
của sản phẩm và liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ quá lạnh cho sản phẩm.
1.2.3.1.

Phương pháp lạnh đông chậm.

Trong lạnh đông chậm thì nhiệt độ không khí > -25 0C, thời gian lạnh đông
thường kéo dài từ 15-20h tùy thuộc kích thước và chủng loại sản phẩm.
Số tinh thể đá hình thành trong gian bào rất ít nên có kích thước lớn. Ngoài
ra còn có sự mất cân bằng về nhiệt độ ngay trong một tế bào khi làm lạnh đông.
Do xuất hiện tinh thể đá bên trong lẫn bên ngoài với kích thước lớn nên ngoài

tác dụng phá vỡ hệ thống keo do mất nước, làm tiêu nguyên sinh chất tế bào,
còn gây ra những tác dụng cơ học giữa những tinh thể đá có cạnh sắc với nhau
với áp suất lớn, phá rách màng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm,
cho nên khi tan giá thì dịch bào trong sản phẩm bị chảy ra ngoài (do màng tế bào
rách) làm sản phẩm giảm giá trị dinh dưỡng, dễ nhiễm trùng và có khi giảm đến
50% giá trị thương phẩm so với sản phẩm tươi sống.
Vì vậy ngày nay người ta không dùng phương pháp lạnh đông chậm để kéo
dài thời gian bảo quản thực phẩm. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được ứng
dụng trong bảo quản một số rau quả dự trữ cho chế biến nước quả sau này và
ứng dụng để làm trong các hỗn hợp thực phẩm ở dạng huyền phù.
1.2.3.2.

Phương pháp làm lạnh đông nhanh

Khi làm lạnh đông nhanh quá trình thoát nhiệt từ sản phẩm được tăng
cường, nhằm rút ngắn thời gian làm lạnh đông, hạn chế sự tạo thành những tinh
thể đá to ở gian bào và hạn chế sự dịch chuyển của nước trong tế bào và gian
bào mà tạo nhiều tinh thể đá bé ở ngay trong tế bào từ đó ít gây tác dụng cơ học
đối với nguyên sinh chất và màng tế bào.

4


Môi trường làm lạnh đông nhanh thường là không khí hoặc các chất lỏng.
Chế độ lạnh đông nhanh:
Nhiệt độ của môi trường lạnh phải thấp hơn -350C
Vận tốc đối lưu của môi trường khí từ 3-5m/s, của môi trường lỏng 1m/s
Kích thước sản phẩm nhỏ
Nhiệt độ quá lạnh của sản phẩm phải thấp, t0ql ≤ -60C
Quá trình đóng băng sản phẩm phải xảy ra cùng lúc trong tế bào và ngoài gian

bào để hạn chế sự chuyển nước từ trong tế bào ra ngoài gian bào.
-

-

Tất cả các điều kiện trên nhằm bảo đảm cho tốc độ quá trình lạnh đông
nhanh và kịp thời, nhất là khi xảy ra sự đóng băng đồng loạt một khối lượng
nước lớn: nước tự do và nước liên kết yếu.
Ưu điểm của phương pháp lạnh đông nhanh so với lạnh đông chậm:
- Đảm bảo khá tốt những đặc tính của sản phẩm
- Giảm thời gian lạnh đông xuống 3-4 lần
- Tăng cường tính chất mặt ngoài của sản phẩm,
- Hạn chế tổn hao khối lượng đi 1,5 -2 lần.
1.2.3.3. Phương pháp lạnh đông cực nhanh

tăng điều kiện vệ sinh

Khi lạnh đông tức thời do thoát nhiệt đều và rất nhanh nên hạn chế rất
mạnh sự chuyển nước trong tế bào ra ngoài gian bào, hạn chế sự tạo thành tinh
thể đá to ở gian bào, vì có ít nước chuyển qua màng tế bào để đóng băng kết tinh
ở gian bào nên khi làm tan giá chậm nó trở lại tế bào, làm tế bào sống lại được,
không phá vỡ cấu trúc nguyên sinh.
Như vậy muốn làm lạnh đông tức thời phải đảm bảo các điều kiện là cần có
ngay và rất nhiều tâm kết tinh, để tạo thành nhiều tinh thể bé trong tế bào.
Ngày nay kĩ thuật lạnh tiên tiến cho phép lạnh đông cực nhanh với thời
gian chỉ khoảng 5-10 phút, tức chỉ bằng 1/60 thời gian lạnh đông nhanh. Thường
được tiến hành trong môi trường lỏng (nitơ, Freon…).
1.2.4.

Phân loại máy kết đông

(TL,tr153)

Việc lựa chọn phương pháp, thiết bị lạnh đông thế nào cho phù hợp cần dựa
vào giá thành, chức năng của từng thiết bị, và mỗi loại sản phẩm. Có 3 dạng:

Bảng 1.1: Các loại máy kết đông
•

Kết đông trong buồng gió lạnh

•
•

Buồng kết đông gió
Tủ kết đông gió
Máy kết đông tầng sôi IQF
5


Kết đông tiếp xúc

•

Máy kết đông băng chuyền
xoắn IQF

•

Máy kết đông tiếp xúc kiểu

tấm
Máy kết đông tiếp xúc kiểu
quay

•

Kết đông phun bằng khí hóa lỏng
1.2.5.

•

Máy kết đông phun nitơ lỏng.

Các biến đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông

(TL,tr146)

Đối với quá trình bảo quản một sản phẩm thực phẩm nói chung và sản
phẩm thủy sản nói riêng thì quá trình làm lạnh đông ít làm biến đổi các tính chất
của nguyên liệu, tuy nhiên thực tế chúng ta cũng phải tìm hiểu về những biến
đổi này.
1.2.5.1.

Biến đổi vật lý

-

Sự kết tinh nước: Trong quá trình làm lạnh đông nước tách ra và đông lại tạo
tinh thể đá,làm cho sản phẩm ở dạng rắn và thay đổi thể tích. Khi nước trong
thực phẩm kết tinh tạo thành mạng tinh thể xen kẽ giữa các thành phần khác tạo

cấu trúc bền vững, nhưng khi làm tan băng phục hồi lại trạng thái ban đầu thì
cấu trúc sẽ bị mềm ra, kém đàn hồi hơn.

-

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 lạnh đông có hiện tượng mất nước, giảm trọng
lượng sản phẩm. Ẩm bốc lên từ bề mặt sản phẩm 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. 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

Sự lớn lên của tinh thể đá luôn thu hút nước từ những vị trí chưa kết tinh, 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 tính bán thấm và mao dẫn của cấu
trúc thực phẩm. Động lực của quá trình khuyếch tán, làm cho nước di chuyển từ
6


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.
1.2.5.2.

Biến đổi hóa học

Mức độ biến đổi hoá 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 hoá học diễn ra với tốc độ rất chậm, ít hư hỏng, chất
lượng thực phẩm được đảm bảo.
Các biến đổi chủ yếu là do sự ôxi hoá các sắc tố làm biến màu thực phẩm.
Sự ôxi hoá phụ thuộc mức độ tiếp xúc với không khí của thực phẩm và chất
lượng ban đầu.
Để giảm sự ôxi hoá có thể loại bỏ các sắc tố trước khi làm lạnh, hạn chế
bớt các hoạt tính của các enzim, hạn chế tiếp xúc với không khí, làm tăng tốc độ
làm lạnh.
1.2.5.3.

Biến đổi vi sinh

Trước khi làm lạnh thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ các tạp chất
nơi chứa chấp nhiều loại vi sinh vật.
Trong quá trình làm lạnh do nhiệt độ môi trường làm lạnh có nhiệt độ
không phù hợp với các vi sinh vật nên vi sinh vật ở lớp bề mặt 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.
1.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới thời
1.2.6.1. Loại thiết bị làm lạnh đông

gian lạnh đông

(TL,tr151)

Có rất nhiều loại thiết bị làm lạnh đông và nguyên lý hoạt động cũng khác
nhau. Thiết bị gió cưỡng bức tiếp xúc và làm lạnh đông sản phẩm thì có loại tiếp
xúc trực tiếp với bề mặt các tấm kim loại, nhưng có loại thì sản phẩm được
nhúng trong nitơ lỏng.
Do nguyên lí làm việc khác nhau nên tốc độ và thời gian lạnh đông cũng
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 thay đổi thời gian cấp đông.
1.2.6.2. Nhiệt độ buồng lạnh đông
Nhiệt độ lạnh đông càng thấp thì thời gian cấp đông càng nhanh và ngược
lại. Thời gian lạnh đông càng lâu thì chất lượng sản phẩm càng thấp vì vậy cần
7


chọn nhiệt độ buồng đông thích hợp để thời gian và nhiệt độ làm đông là tốt
nhất.
1.2.6.3. Tốc độ gió trong buồng cấp đông
Tốc độ gió càng cao thì thời gian cấp đông càng nhanh do hệ số toả nhiệt
đối lưu tăng, kết quả hệ số truyền nhiệt tăng.
1.2.6.4. 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 các kho chờ đông
để tạm thời bảo quản, chờ cho đủ khối lượng cần thiết cho một mẻ cấp đông
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 ÷ 12oC. Nếu thời gian bảo quản trong kho chờ đông lâu thì
nhiệt độ thực phẩm vào cấp đông còn nhỏ hơn. Nhiệt độ thực phẩm vào cấp
đông càng thấp thì thời gian cấp đông càng ngắn.
1.2.6.5.

Bề dày sản phẩm cấp đông

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. Mối quan hệ này không theo qui luật tuyến tính mà theo bậc bình
phương của chiều dày.
Các sản phẩm cấp đông dạng khối (block) có thời gian cấp đông khá
lâu,nhưng dạng rời thì thời gian ngắn hơn nhiều.
1.2.6.6. Hình dạng sản phẩm
Hình dạng của thực phẩm cũng ảnh hưởng tới tốc độ làm lạnh. Hình dạng
có liên quan tới diện tích tiếp xúc. Dạng khối sẽ có diện tích tiếp xúc kém nhất,
trong khi các sản phẩm dạng rời có diện tích tiếp xúc rất lớn nên thời gian làm
lạnh giảm rất nhiều. Sản phẩm càng nhỏ sẽ có diện tích tiếp xúc càng lớn nên
thời gian cấp đông nhanh.
1.2.6.7. Diện tích bề mặt tiếp xúc
Khi diện tích tiếp xúc giữa thực phẩm với tác nhân hoặc với bề mặt làm
lạnh tăng thì thời gian làm lạnh giảm. Trong tủ đông tiếp xúc, nếu bề mặt
không phẳng diện tích 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.
8

Trong các thiết bị đông rời nên bố trí sản phẩm đều theo toàn bộ khay hay
băng chuyền cấp đông.Trên các tấm lắc cấp đông nếu có băng cũng có thể làm
giảm diện tích tiếp xúc.
1.2.6.8. Bao gói sản phẩm
Một số sản phẩm cấp đông được đóng gói trước nên khi cấp đông làm
tăng nhiệt trở. Đặc biệt khi bao gói có lọt các lớp khí bên trong thì tạo ra lớp
cách nhiệt thì làm tăng đáng kể thời gian cấp đông.
1.2.6.9. 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 1kg mỗi loại thực phẩm rất khác nhau.
1.2.7. Chọn môi chất lạnh

(TL,tr32)

Người ta thường sử dụng môi chất tải lạnh trong các hệ thống máy lạnh lớn
là NH3 hoặc Freon. Tuy nhiên NH3 có tính chất nhiệt động phù hợp với chu trình
máy lạnh nén hơi dùng máy nén pittông và có một số tính chất như:
- Đây là loại môi chất khí không màu, có mùi hắc, là môi chất quan trọng sử dụng
o

o

trong nhiều lĩnh vực từ nhiệt độ bay hơi 10 C – (- 60 C). Năng suất lạnh riêng
thể tích lớn nên máy nén và thiết bị gọn nhẹ.
- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao nên tổn thất áp suất nhỏ, đường ống và các van
o

gọn nhẹ. Ẩn nhiệt hóa hơi lớn (r = 313.89 kcal/kg ở nhiệt độ hóa hơi – 15 C),

không gây phá hủy tầng ôzôn như các chất freon.
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn, thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo các thiết
bị ngưng tụ và bay hơi.. Mặt khác NH3 có khả năng hòa tan vô hạn trong nước
nên van tiết lưu không bị tắc ẩm.
- Là loại môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản, khi rò rỉ dễ
phát hiện do có mùi hắc.
-

Không ăn mòn phi kim loại chế tạo máy.

- Bền vững ở khoảng nhiệt độ và áp suất công tác.
Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó thì NH3 cũng có các nhược điểm như:
- Gây độc hại đối với con người, gây kích thích niêm mạc mắt, dạ dày nếu nồng
độ lớn hơn hoặc bằng 5% thể tích trong thời gian 30 phút có thể làm người bị
chết ngạt.
- Gây cháy nổ trong không khí, ở nồng độ 13,5 – 16% cháy ở nhiệt độ
9


0

651 C.
- Nếu bị rò rỉ dễ bị hấp thụ làm giảm chất lượng sản phẩm. Vì vậy mà môi chất
này thường sử dụng trong công nghiệp và hầu như không sử dụng trong tủ lạnh
gia đình.
1.3. Tổng quan về tủ đông tiếp xúc

(TL,tr173)

Máy kết đông tiếp xúc là loại máy kết đông cho sản phẩm thực phẩm

thường ở dạng bánh, khay hoặc có kích thước tiêu chuẩn tiếp xúc trực tiếp với
về mặt lạnh. Bề mặt lạnh có thể được làm lạnh bằng môi chất lạnh sôi trực tiếp
hoặc bằng nước muối. Theo kết cấu có thể chia ra các loại máy kết đông tiếp
xúc kiểu tấm đứng, tấm ngang hoặc kiểu trống quay. Ở đây, ta thiết kế tủ đông
tiếp xúc kiểu tấm ngang.
1.3.1. Cấu tạo
Tủ đông tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng block. Mỗi
block thường có khối lượng 2kg.
Tủ gồm có nhiều tấm lắc cấp đông (freezer plates) bên trong, khoảng cách
giữa các tấm có thể điều chỉnh bằng ben thủy lực, thường dịch chuyển từ 50
đến 105mm. Kích thước chuẩn của các tấm lắc là 2200Lx1250Wx22D (mm).
Đối với tủ cấp đông lớn kích thước từ 2000kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng các
tấm lắc lớn, có kích thước là 2400Lx1250Wx22D (mm). Sản phẩm cấp đông
được đặt trong các khay cấp đông sau đó đặt trực tiếp lên các tấm lắc hoặc lên
các mâm cấp đông, mỗi mâm có 4 khay. Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt
hơn khi có khay vì hạn chế được nhiệt trở dẫn nhiệt.
Ben thủy lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ cấp đông. Pittong và cần dẫn
ben thủy lực làm bằng thép không rỉ, đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Hệ thống có bộ
phân phối dầu cho truyền động bơm thủy lực.
Phía 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 lắc 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.
Trên tủ cấp đông người ta đặt bình trống tràn, hệ thống máy nén thuỷ lực
của ben và nhiều thiết bị phụ khác. Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu
10

lực và gỗ để tránh cầu nhiệt.
Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh
thực phẩm.
Vỏ tủ có 2 bộ cánh cửa ở 2 phía: bộ 4 cánh và bộ 2 cánh, cách nhiệt
polyurethane dày 125-150 mm, 2 mặt bọc inox dày 0,6 mm.

Hình 1.1: Tủ đông tiếp xúc.
1.3.2. Nguyên lý hoạt động
Sản phẩm được kết đông bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với các tấm kim
loại. Bên trong các tâm kim loại là dàn bay hơi trực tiếp của môi chất lạnh. Sản
phẩm được đóng sẵn vào các khuôn có kích thước tiêu chuẩn, sau đó được sắp
xếp vào giữa các tấm dàn bay hơi, tiếp theo, xi lanh thủy lực bơm dầu từ bình
vào xilanh thủy lực. Xilanh sẽ ép các tấm lại để sản phẩm tiếp xúc với cả bề
mặt trên và bề mặt dưới, lực ép duy trì từ 1,5 đến 7kPa. Sau khi ép xong, các
dàn lạnh được cấp lỏng và bắt đầu hoạt động. Nhiệt độ sôi đạt -34 0C. Sau khi
kết đông xong dầu được xả trở lại bình thường, xilanh đi xuống, các tấm được
tách ra và người ta có thể lấy sản phẩm ra dễ dàng.
Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống lạnh tủ cấp đông tiếp xúc có thể chia ra
làm các dạng sau:
-

Cấp dịch từ bình trống tràn (có chức năng giống bình giữ mức - tách lỏng). Với
tủ cấp dịch dạng này, dịch lỏng chuyển dịch dần vào các tấm lắc nhờ chênh lệch
cột áp thuỷ tĩnh, nên tốc độ chuyển động chậm và thời gian cấp đông lâu 4 đến 6
giờ/mẻ.

11

-

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 còn
1h30 đến 2h30 phút/mẻ. Hiện nay người ta thường sử dụng cấp dịch dạng này.
Ngoài các tủ cấp đông sử dụng các 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 hoà ẩm nên hiệu quả truyền nhiệt
không cao, khả năng làm lạnh kém, thời gian cấp đông kéo dài.
1.3.3. Tính năng của tủ đông tiếp xúc
Thiết kế theo tiêu chuẩn HACCP và FDA.
Thích hợp cho cấp đông sản phẩm thủy sản và thực phẩm dạng block.
Cấp đông nhanh, hiệu quả và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Các bề mặt tủ được làm bằng thép không gỉ.
Cách nhiệt bằng polyrethan tỉ trọng 40kg/m3.
Sử dụng ben thủy lực để nâng hạ các tấm lắc giúp đưa hàng ra vào dễ dàng, đảm
bảo trao đổi nhiệt tiếp xúc tốt với sản phẩm.
Các tấm trao đổi nhiệt được chế tạo bằng nhôm đúc chuyên dùng trong công
nghệ thực phẩm.
Môi chất có thể sử dụng NH3, Freon.
Vận hành, bảo dưỡng và vệ sinh đơn giản.
-

-

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC NĂNG SUẤT 1,1 TẤN/MẺ
2.1.

Các thông số thiết kế và tính toán sơ bộ

2.1.1.

Các thông số thiết kế tủ đông tiếp xúc

- Năng suất 1,1 tấn/mẻ
- Thời gian cấp đông cho mỗi mẻ: 2h
- Nhiệt độ không khí trong tủ: t = -350C
12


- Sản phẩm: cá (đã qua chế biến)
- Môi chất lạnh: NH3
- Phương pháp cấp dịch: cấp dịch từ bơm
- Kiểu cấp đông: tiếp xúc trực tiếp 2 mặt
- Nhiệt độ sản phẩm vào cấp đông: 100C
- Nhiệt độ châm nước: 3 - 60C
- Nhiệt độ cuối quá trình cấp đông: -180C
Kích thước, số khay và các tấm lắc cấp đông

2.1.2.

(TL,tr186)

Kích thước của tủ cấp đông được xác định căn cứ vào kích thước và số
lượng tấm lắc, các khoảng hở cần thiết ở bên trong về các phía của các tấm lắc.
Kích thước, số lượng khay và các tấm lắc cấp đông

2.1.2.1.

Khi cấp đông các mặt hàng thủy sản và thịt, thường được sắp xếp trên các
khay cấp đông tiêu chuẩn loại 2kg.
- Kích thước khay cấp đông như sau:
+

Đáy trên

: 290 x 210mm

+

Đáy dưới

: 280 x 200mm

+

Cao

: 70mm

+

Vật liệu

: nhôm, dày 2mm

- Kích thước tấm lắc: Dài: 2200mm x rộng: 1250mm x cao: 22mm.
- Số lượng sản phẩm trên một tấm lắc: Ta thiết kế được tấm lắc theo tiêu chuẩn
chứa được 36 khay, mỗi khay chứa 2kg sản phẩm, vậy khối lượng sản phẩm trên

một tấm lắc là: 36 × 2 = 72
(kg)
- Lượng nước châm vào khoảng 25 ÷ 30%, vậy ta chọn 28% nên khối lượng trên
một tấm lắc kể cả nước châm là :
m = = 100 (kg)
- Số lượng tấm lắc có chứa hàng là: N1 = =
Với M = 1100 kg/mẻ, suy ra: N1 = = 11(tấm)
Vậy, số lượng tấm lắc thực tế là : N = N1 + 1 = 12 (tấm)
2.1.2.2.

Kích thước tủ đông tiếp xúc năng suất 1100kg/mẻ

- Xác định chiều dài bên trong tủ:
13


+

Chiều dài các tấm lắc: l1 = 2200mm

+

Chiều dài bên trong tủ cấp đông bằng chiều dài của tấm lắc cộng với
khoảng hở hai đầu.

+

Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vủa đủ để lắp đặt các ống góp, không gian
lắp đặt và co giãn các ống mềm và lắp các ống dẫn hướng các tấm lắc.
Khoảng hở hai đầu đó là 400mm. Vậy chiều dài của tủ là:

L1 = 2200 + 2.400 = 3000 (mm)
+

Chiều dài phủ bì là:
L = 3000 + 2.δCN (mm)

Trong đó : δCN là chiều dày lớp cách nhiệt.
- Xác định chiều rộng bên trong tủ :
+

Chiều rộng các tấm lắc : 1250mm

+

Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng các tấm lắc cộng thêm
khoảng hở 2 bên, ta chọn khoảng hở hai bên là 125mm.

+

Chiều rộng của tủ :
W1 = 1250 + 2.125 = 1500 (mm)

+

Chiều rộng phủ bì là :
W = 1500 + 2.δCN (mm)

- Xác định chiều cao của tủ :
+

Khoảng cách cực đại giữa các tấm lắc hmax = 105mm

+

Chiều cao bên trong tủ là :
H1 = N1.105 + h1 + h2

Trong đó :

N1 là số tấm lắc chứa hàng
h1 là khoảng hở phía dưới các tấm lắc, h1 = 100mm

h2 là khoảng hở phía trên các tấm lắc, h 2 = 400 ÷ 450 mm,
chọn 450mm, từ đó ta có chiều cao trong tủ :
Suy ra :H1 = 11.105 + 100 + 450 = 1705(mm)
+
2.1.3.

Chiều cao phủ bì của tủ là: H = H1 + 2.δCN (mm)

Cấu trúc xây dựng tủ cấp đông tiếp xúc

(TL,tr182)
14


Vỏ tủ cấp đông được chế tạo gồm : lớp cách nhiệt polyurethan được chế tạo
theo phương pháp rót ngập, có độ đồng đều và độ bám cao, 2 mặt được bao bọc
bằng inox dày 0,6mm có mật độ 40 ÷ 42kg/mẻ, có hệ số dẫn nhiệt λ = 0,018 ÷
0,02 W/m.K.

Bảng 2.1: Các lớp cách nhiệt tủ cấp đông tiếp xúc

STT

Lớp vật liệu

1

Độ dày

Lớp Inox

Hệ số dẫn nhiệt
(W/m.K)

0,6

0,018 ÷ 0,02

Lớp polyurethane
2

- Vách tủ kg

150

- Cửa tủ

125

3

Lớp Inox

22

0,6

22

Bên trong vỏ tủ là hệ thống khung chịu lực làm bằng thép có mạ kẽm và
các thanh chống tạo cầu nhiệt.
2.1.4.

Xác định chiều dày cách nhiệt của tủ cấp đông tiếp xúc
Vật liệu cách nhiệt

2.1.4.1.

(TL,tr83)
(TL,tr204)

Do tính chất đặc biệt của cách nhiệt lạnh, các vật liệu đòi hỏi phải có các
tính chất sau đây:
+

Có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hoặc trở nhiệt lớn.

+

Không hút nước hoặc độ hút nước nhỏ.

+

Có độ trở thấm ẩm cao.

+

Có độ bền cơ học đủ lớn, dẻo dai trơ với băng giá.

+

Có hình dáng hình học cố định.

+

Có khối lượng riêng nhỏ.

+

Không cháy.

+

Không có phản ứng và tác động với hóa chất.

+

Không bắt mùi và không có mùi lạ.

+

Không ăn mòn và tác động gây ăn mòn bề mặt kim loại của bề mặt
cách nhiệt.
15


+

+

Không phát triển kí sinh trùng, nấm mốc, vi trùng.

+

Không bị các loài gặm nhấm phá hoại.

+

Tuổi thọ dài, không bị lão hóa, thối, hỏng, mục.

Phải rẻ tiền, dễ kiếm, dễ gia công chế biến, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp
ráp, sửa chữa, có độ tin cậy cao, không đòi hỏi sự bảo dưỡng đặc biệt.
Trong thiết bị lạnh đông, thì đa số sử dụng polyurethane. Polyurethane là
loại vật liệu có nhiều ưu điểm, có thể tạo bọt khi không cần gia nhiệt nên dễ
dàng tạo bọt trong thể tích rỗng bất kỳ nên hiệu quả cách nhiệt lớn, độ bền cơ lý
tốt, độ đàn hồi cao, lớp phủ không có mối nối, hệ số dẫn nhiệt nhỏ (0,023 – 0,03
W/m.K). Đây là yêu cầu vô cùng quan trọng đối với vật liệu cách nhiệt.
2.1.4.2.

Xác định chiều dày cách nhiệt

Chiều dày cách nhiệt xác định theo 2 yêu cầu cơ bản:
- Vách ngoài của kết cấu bao che không được phép đọng sương, nghĩa là độ dày
của lớp cách nhiệt phải đủ lớn để bề mặt vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng
sương.
- Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất, vì giá
thành cách nhiệt khá cao, từ 25 – 45% tổng giá trị xây dựng.
Ta có hệ số truyền nhiệt của vách tủ được tính theo công thức:
k = (W/m2.K)

(CT 3.1, TL)

Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt là:
δcn = λcn (m)

(CT 3.2, TL)

Trong đó:
- δcn : độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, ( m)
- λcn: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, (W/m.K)
- k: hệ số truyền nhiệt, (W/m2.K)

(Bảng 3.3 ÷ 3.6, TL)

- α1: hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tủ cấp
đông, (W/m2.K)
(Bảng 3.7,TL)
- α2: Hệ số tỏa nhiệt của vách tủ cấp đông, (W/m 2.K)
- δi: bề dày của lớp vật liệu thứ I, (m)

(Bảng 3.7,TL)
(cho trước)
16


- λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ I, (W/m.K)

(Bảng 3.1,TL)

Tra các bảng ở TLTK, ta có:
K (W/m2.K)
α1
λcn(W/m.K)
(tra với nhiệt
(W/m2.K
độ tủ là
(polyurethane)
)
-350C)
0,02

0,19

23,3

α2
(W/m2.K)

δi (m)

(Lớp
inox)

λi
(W/m.K
)

10,5

0,6.10-3

22

Từ đó suy ra :

δcn = 0,02. = 0,1025

(m)

Ta phải lựa chọn b ề dày cách nhiệt lớn hơn chiều dày xác đ ịnh đ ược,
nên ta chọn 0,105 m. Như vậy, hệ số truyền nhiệt thực tế là :

Kt =

= = 0,185 (W/m2.K)
Như vậy:

- Chiều dài phủ bì tủ đông : L = L1 + 2.δCN = 3000+ 2.105 = 3210 (mm)
- Chiều rộng phủ bì tủ đông : W = W1 + 2.δCN = 1500 + 2.105 = 1710
(mm)

- Chiều cao phủ bì tủ đông : H = H1 + 2.δCN = 1705 + 2.105 = 1915 (mm)
2.1.5.

Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt
Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo nhiều cách, trong đó có hai cách:
q = k.(t1 – t2)

(CT 3.3, TL)

q = α1.(t1 – tw1)

(CT 3.4, TL)

Từ đó, suy ra :
k = α 1.

(CT 3.5, TL)

Trong đó :
-

t1 : nhiệt độ môi trường bên ngoài. ( 0C)
t2 : nhiệt độ không khí bên trong tủ đông. ( 0C )
tw1 : nhiệt độ tại bề mặt vách ngoài. ( 0C )
α1 : hệ số cấp nhiệt bên ngoài tủ. (W/m2.K)
k: hệ số truyền nhiệt tổng quát qua vách, (W/m2.K)
17


Điều kiện không đọng sương là t w1 phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương

ts. Nếu thay ts vào công thức (3.5), ta có :

k < α 1.
Trong điều kiện thực tế, người ta lấy hệ số truyền nhiệt đọng sương
làm chuẩn là :
k < 0,95.α1..
Khi tính kiểm tra, điều kiện để vách ngoài không đọng s ương là k < k s
Ta có :
-

α1 = 23.3 (W/m2.K)
Nhiệt độ phòng đặt tủ: 25 (0C)
Độ ẩm ϕ = 70%
Chiếu trên đồ thị I-x, ta được: Nhiệt độ đọng sương ts : 22(0C)
Mặt khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là -35(0C ). Do đó :
ks = 0,95.23,3. = 1,106

Ta thấy, k = 0,185 < k s = 1,106. Như vậy vách ngoài không bị đọng
sương.

2.1.6.

Tính kiểm tra đọng ẩm

Với tủ cấp đông tiếp xúc, vỏ tủ được bọc Inox ở cả 2 bên bên ẩm không thể
lọt vào tấm cách nhiệt, do đó hoàn toàn không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong
lòng kết cấu tủ.
Tính toán nhiệt trong tủ cấp đông tiếp xúc 1100kg/mẻ

2.2.

(TL,tr189)

Tổn thất nhiệt trong tủ cấp đông gồm có:
- Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.
- Nhiệt do làm lạnh sản phẩm, khay cấp đông và do nước châm mang vào.
- Tổn thất nhiệt do mở cửa.
2.2.1.

Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt
tổn thất qua tường bao, trần và nên do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên
ngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời
qua tường bao và trần.
18


Q1 = Q11 + Q12
Trong đó:
- Q11: dòng nhiệt truyền qua tường do chênh lệch nhiệt độ.
- Q12 : dòng nhiệt qua tường, trần, nền do bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, do tủ cấp
đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.
Vì vậy, ta chỉ xét tổn thất nhiệt qua các vách của tủ cấp đông do chênh lệch nhiệt
độ. Vậy, ta có :
Q1 = Q11 = kt.F.( t1 – t2 ), W

(CT 4.2, TL)

Trong đó :

- kt : hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che đã xác định theo chiều dày cách
nhiệt. Theo tính toán trên, ta có kt = 0,185 (W/m2.K).
- F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2.
- t1 : nhiệt độ bên ngoài của tủ đông, (0C).
- t2 : nhiệt độ bên trong tủ đông, (0C).
Vì tủ đông đặt trong phòng lạnh nên nhiệt độ ở bên ngoài tủ đông khá thấp,
ta lấy t1 = 250C, nhiệt độ bên trong tủ t2 = -350C.
Tính diện tích bề mặt của kết cấu bao che. Theo tính toán ở trên, ta có:
- Chiều dài của tủ L = 3210 (mm) = 3,21 m
- Chiều rộng của tủ W = 1710 (mm) = 1,71 m
- Chiều cao của tủ H = 1915 (mm) = 1,915 m
Mặt khác: F = 2.F1 + 2.F2 + 2.F3 = 2.(F1 + F2 + F3)
Với :

F1: diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m 2
F2: diện tích mặt trước và mặt sau của tủ, m2
F3: diện tích 2 mặt bên của tủ, m2

Suy ra:

F = 2.( L.W + L.H + W.H)
= 2.( 3,21.1.71 + 3,21.1,915 + 1,71.1,915) = 29,82 (m 2)

Vậy, tổn thất nhiệt là: Q1 = kt.F.(t1 – t2)
= 0,185×29,82×(25 – (-35)) = 331 W
2.2.2.

Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm (Q2)
Tổn thất Q2 gồm :

19


- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
- Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông Q22
- Tổn thất do châm nước Q23
2.2.2.1.

Tổn thất do sản phẩm mang vào

Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm được tính theo công th ức sau:
Q21 = M., kW

(CT 4.30, TL)

Trong đó:
-

M: khối lượng sản phẩm của một mẻ cấp đông, kg

- i1, i2: entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra của s ản ph ẩm,
kJ/kg
- Nhiệt độ sản phẩm đầu vào lấy 10 0C do sản phẩm đã được làm lạnh ở kho
chờ đông. Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông phải đ ạt
-180C.
- τ : Thời gian cấp đông của một mẻ, (s). Thời gian cấp đông c ủa t ủ ph ụ
thuộc phương pháp cấp dịch, cấp dịch bằng bơm nên τ = 2h.
Từ số liệu ban đầu kết hợp tra TLTK, ta có:

M (kg)

1100

I1(kJ/Kg)
Tra bảng 4.2,TL:
với sản phẩm cá
béo
283

I2(kJ/Kg)
Tra bảng 4.2,TL:
với sản phẩm cá
béo
5

τ(s)
7200

Thay vào, ta có:
Q21 = 1100. = 42,47 (KW) = 42470 (W)
2.2.2.2.

Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông ( Q22)
Q22 = Mkh., kW

(CT 4.31, TL)

Trong đó:
- Mkh: tổng khối lượng khay cấp đông, kg.
Theo tính toán ở mục (2.1.2.1) thì số khay chứa sản ph ẩm sẽ là:

20


12 × 36 = 432 khay
Một khay có khối lượng khoảng 1,5kg và có dung tích ch ứa 2kg s ản
phẩm. Vậy, tổng khối lượng khay cấp đông là:
Mkh = 1,5 × 432 = 648 (kg)
- Cp: Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, (kJ/kg.K). Khay c ấp đông
làm bằng nhôm, có Cp = 0,896kJ/kg.K (theo TLtr64).
- t1, t2: nhiệt độ của khay trước và sau khi cấp đông, 0C.
Nhiệt độ của khay trước khi cấp đông bằng nhiệt độ môi tr ường, nên
t1 = 250C. Nhiệt độ của khay sau khi cấp đông t2 = -350C.
- τ: thời gian cấp đông, τ = 2h = 7200 giây.
Vậy:
Q22 = 648. = 4,84 (KW) = 4840 (W)
Tổn thất nhiệt do châm nước (Q23)

2.2.2.3.

Tổn thất nhiệt do châm nước được tính theo công th ức:
Q23 = Mn., W

(CT 4.32, TL)

Trong đó:
- Mn : khối lượng nước châm, kg
Khối lượng nước châm chiếm khoảng 10% khối lượng hàng cấp đông,
thường người ta châm dày khoảng 0,5 – 1 mm. Số khay ch ứa sản ph ẩm là
432 khay, mà một khay chứa 2kg sản phẩm, do đó khối l ượng hàng c ấp
đông là 432 × 2 = 864 (kg)

Khối lượng nước châm là: Mn = 864.10% = 86,4 kg
- τ: thời gian cấp đông, (giây).τ = 2h
- q0: nhiệt dung cần làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi
cấp đông hoàn toàn, kJ/kg. Được xác định theo công th ức:
q0 = Cpn.t1 + r + Cpd. (KJ/Kg)
Trong đó:
+

Cpn: nhiệt dung riêng của nước, ( kJ/kg.K ); Cpn = 4,186 kJ/kg.K

+

r: nhiệt đông đặc, ( kJ/kg ); r = 336,6 kJ/kg

+

Cpd: nhiệt dung riêng của đá, (kJ/kg ); Cpd = 2,09 kJ/kg.K
21


+

t1: nhiệt độ nước đầu vào; t1 = 50C.

+

t2 : nhiệt độ của đá sau khi cấp đông bằng nhiệt độ trung bình c ủa
sản phẩm, t2 = -180C.

Từ đó, ta được :

q0 = 4,186.5 + 336,6 + 2,09 . = 395,15 (kJ/kg) = 395150 (J/kg)
Suy ra, tổn thất nhiệt do châm nước là :
Q23 = 86,4. = 4741,8 (W)
Vậy, tổn thấy nhiệt do làm lạnh sản phẩm là :
Q2 = Q21 + Q22 + Q23
= 42470 + 4840 + 4741,8 = 52051,8 (W)
2.2.3.

Tổn thất nhiệt do mở cửa Q3
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công th ức:
Q3 = B.F, (W)

(CT 4.20,TL

Trong đó:
- F: diện tích nền tủ cấp đông, (m 2). Theo như tính toán ở mục 2.1.4.2, ta có:
chiều dài của tủ là L = 3,482 m, chiều rộng của tủ W = 1,982 m. Do đó:
F = 3,482 × 1,982 = 6,901 (m2)
- B: dòng nhiệt khi mở cửa, (W/m2). Dòng nhiệt riêng khi mở cửa phụ thuộc
vào diện tích buồng và chiều cao của buồng.
Bảng 2.2: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa theo chiều cao của buồng là 6m và
diện tích buồng
Tên buồng
Tủ kết đông

< 50
32

B, W/m2, đối với F, m2
50- 150

15

>50
12

Từ bảng trên ta có, với chiều cao của tủ đông là 2,187m, thu ộc vào
diện tích < 50 m. Từ nội suy, ta có: B = = 11,664 (W/m 2).
Vậy, tổn thất nhiệt do mở cửa là: Q3 = B.F = 11,664 × 6,901 = 80,5 W

22


CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
3.1. Kết quả tính toán về tủ đông tiếp xúc
Các kết quả tính toán và kết quả chọn được trình bày ở bảng sau:
Bảng 3.1: Kết quả tính toán về tủ đông tiếp xúc
Kết quả tính toán
Chiều dài phủ bì tủ đông (mm)

Kết quả chọn

Chiều rộng phủ bì tủ đông (mm)

1710mm

Chiều cao phủ bì tủ đông (mm)

1915mm

Số lượng tấm lắc sử dụng

12 (tấm)

Số khay sử dụng

342 (khay)

310mm

Kết quả tính toán kết cấu cách nhiệt của tủ đông:
Bảng 3.2:Giá trị tính toán và chọn kết cấu lớp cách nhiệt
Chiều dày cách nhiệt
(mm)
Hệ số truyền nhiệt k
(W/m2.K)

Kết quả tính toán

Kết quả chọn

102,5

105

0,185

0,19

Việc tính toán và chọn những giá trị trên nhằm mục đích đảm bảo khả

năng cách nhiệt, vì độ dày cách nhiệt bao giờ cũng phải lớn hơn hoặc bằng độ
dày cách nhiệt đã tính toán được. Mặt khác còn đảm bảo cách ẩm cho tủ cấp
đông, đồng thời đảm bảo năng suất làm lạnh, trong suốt thời gian lạnh đông
thực phẩm.

3.2. Tổng kết tổn thất nhiệt trong tủ đông tiếp xúc
Bảng 3.3: Kết quả tính toán tổn thất nhiệt của tủ đông tiếp xúc
23


Giá
trị
tính
toán(W)

Tổng
nhiệt
(W)

- Dòng nhiệt truyền qua vách tủ do chênh lệch
nhiệt độ Q11

331

331

- Dòng nhiệt truyền qua tường do bức xạ mặt trời

0

Các thành phần tổn thất nhiệt
Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q1:

Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm Q2:
- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21

42470

- Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông Q22

4840

- Tổn thất do lượng nước châm Q23

4741,8

Tổn thất do mở cửa Q3
3.3.
3.3.1.

52051,8

80,5

80,5

Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén
Tải nhiệt cho thiết bị

(TL,tr151)

Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đ ổi
nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo nhiệt độ trong bu ồng 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:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 331 + 52051,8 + 80,5 = 52463,3 (W)
3.3.2.

Tải nhiệt cho máy nén
Tải nhiệt cho máy nén được tính theo công thức:
QMN = 80%.Q1 + 100%.Q2 + 75%.Q3
= 80%.331 + 100%.52051,8 + 75%.80,5 = 52377 W

Năng suất lạnh riêng của máy nén đối với mỗi nhóm buồng l ạnh có
nhiệt độ sôi giống nhau và được tính theo biểu thức:
Q0 = , (W)

(CT 4.24,TL

Trong đó:
- K: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của h ệ th ống
lạnh. Với tủ đông tiếp xúc có nhiệt độ trong tủ là -350C, ta chọn k = 1,1.
- b: hệ số thời gian làm việc của tủ đông. Hệ số th ời gian làm việc c ủa các
thiết bị lạnh không lớn hơn 0,7. Ta chọn b = 0,7.
- : tổng nhiệt máy nén.
24


Do đó:

Q0 = = 82306,7 W

Tải nhiệt cho thiết bị và máy nén được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.4: Tải nhiệt cho thiết bị và máy nén.
Tải nhiệt cho thiết
bị (W)
52463,3

Tải nhiệt cho máy nén
(W)
52377

Năng suất lạnh (W)
82306,7

Lí do chọn tải nhiệt:
- Đảm bảo cho thiết bị và máy nén hoạt động đạt hiểu quả tốt nh ất, đ ảm
bảo được yêu cầu kĩ thuật và độ an toàn cao nhất.
- Với những thay đổi bất lợi của môi trường thì vẫn đảm bảo cho thiết bị và
máy nén làm việc an toàn.
- Khi có sự thay đổi về mặt hàng và số l ượng của sản ph ẩm lạnh đông thì
thiết bị máy nén vẫn đáp ứng tốt những thay đổi về tải nhiệt đó.

25