(TIỂU LUẬN) đề tài TÍNH TOÁN, THIẾT kế hệ THỐNG LẠNH CHẠY KHO bảo QUẢN sản PHẨM LẠNH ĐÔNG, NĂNG SUẤT 200 tấn mẻ

phải đạt -18˚C để các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản.- Kho đa năng: nhiệt độ bảo quản là -12˚C, buồng bảo quản đa năng thường đượcthiết kế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

======  ======

ĐỒ ÁN

QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Đề tài: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY KHO BẢO QUẢN SẢN PHẨM LẠNH ĐÔNG, NĂNG SUẤT 200 TẤN /

MẺ

GVHD:Ts Nguyễn Tấn DũngSVTH:Nguyễn Thị

Châu 14116011

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017

LỜI NÓI ĐẦU

Công cuộc đổi mới, công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đã và đang hướng đếnkinh tế xã hội và khoa học, củng cố và phát triển các ngành kỹ thuật trong đó có kỹ thuậtlạnh Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới thì kỹ thuật lạnh đang phát triển khámạnh, nó hỗ trợ tích cực cho các ngành như sinh học, hóa chất, công nghiệp dệt, thuốc lá,bia, rượu, y tế,

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về kho lạnh 4

1.1.1 Kho lạnh bảo quản 4

1.1.2 Phân loại kho lạnh 4

1.2 Cơ sở khoa học của lạnh đông thực phẩm 7

1.2.1 Tác dụng của việc bảo quản lạnh 7

1.2.2 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm khi lạnh đông 7

1.2.3 Những biến đổi của sản phẩm lạnh đông trong quá trình bảo quản 11

1.3 Tình hình ngoài nước 16

1.4 Tình hình trong nước 16

1.5 Nguyên liệu 17

1.6 Quy trình công nghệ 18

1.7 Thiết bị 20

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN 22

2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống lạnh chạy kho bảo quản sản phẩm lạnh đông 22

2.2 Đối tượng nghiên cứu và tính toán 22

2.2.1 Các thông số ban đầu khi thiết kế kho lạnh 23

2.2.2 Tính diện tích xây dựng và bố trí mặt bằng kho lạnh 25

2.3 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 28

2.4 Phương pháp tính toán và thiết kế 29

2.4.1 Thiết kế cấu trúc nền 29

2.4.2 Tính cách nhiệt cách ẩm 35

CHƯƠNG 3 Tính toán và thiết kế hệ thống lạnh chạy kho bảo quản lạnh đông và thảo luận 39

3.1 Tính toán nhiệt tải của kho lạnh 39

3.1.1 Lượng nhiệt qua kết cấu bao che 39

3.1.2 Lượng nhiệt do sản phẩm tỏa ra 41

3.1.5 Lượng nhiệt do sản phẩm hô hấp Q 5 44

3.2 Xác định tải nhiệt cho thiết bị 44

3.3 Chọn phương pháp làm lạnh 45

3.4 Chọn môi chất lạnh và môi trường làm mát cho thiết bị ngưng tụ 45

3.5 Các thông số của chế độ làm việc 46

3.6 Xây dựng chu trình làm việc của hệ thống lạnh chạy kho lạnh 47

3.7 Tính toán nhiệt cho chu trình có quá nhiệt và quá lạnh 49

3.7.1 Năng suất lạnh riêng của chu trình 50

3.7.2 Công nén riêng của chu trình 50

3.7.3 Nhiệt lượng riêng thải ra ngoài ở thiết bị ngưng tụ 50

3.7.4 Nhiệt lượng riêng thải ra ở thiết bị quá lạnh và quá nhiệt 51

3.7.5 Độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh hút về máy nén và độ quá lạnh của lỏng môi chất về van tiết lưu 51

3.7.6 Hệ số làm lạnh của chu trình 51

3.7.7 Hiệu suất Exergi của chu trình 51

3.8 Tính thiết bị ngưng tụ 55

3.8.1 Mục đích 55

3.8.2 Cấu tạo 55

3.8.3 Nguyên lý làm việc 56

3.8.4 Tính toán 57

3.9 Tính chọn thiết bị bay hơi 64

3.9.1 Nguyên lý 64

3.9.2 Tính toán chọn thiết bị bay hơi 64

3.10 Van tiết lưu 74

3.10.1 Nhiệm vụ 74

3.10.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 74

3.10.3 Vị trí lắp đặt 75

3.11.1 Bình tách dầu 76

3.11.2 Bình tách lỏng 78

3.11.3 Bình chứa cao áp 80

3.11.4 Xác định tháp giải nhiệt 81

3.11.5 Bình chứa dầu 84

3.11.6 Phin sấy lọc 85

3.11.7 Mắt gas 86

3.11.8 Bơm 87

3.11.9 Đường ống 88

3.11.10 Áp kế 88

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quá trình hình thành điểm đóng băng 9

Hình 1.2 Đường biểu diễn nhiệt độ - thời gian trong quá trình cấp đông 10

Hình 1.3 Quan hệ nhiệt độ môi trường lạnh với độ mất nước tương đối 13

Hình 1.4 Quy trình công nghệ bảo quản cá thu đông lạnh 20

Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 29

Hình 2.2 Cấu trúc nền móng của kho lạnh 30

Hình 2.3 Con lươn thông gió 31

Hình 2.4 Lắp ghép kho lạnh 32

Hình 2.5 Cấu trúc mái kho lạnh 33

Hình 2.6 Cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng của kho lạnh 34

Hình 2.7 Cửa ra vào kho lạnh 34

Hình 2.8 Màn nhựa che cửa ra vào và cửa xuất nhập khẩu hàng kho lạnh 35

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Số liệu về chế độ bảo quản sản phẩm 23

Bảng 2.2 Dung tích đối với các kho lạnh cá 25

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn chất tải và hệ số tính thể tích a của một số sản phẩm 25

Bảng 2.4 Hệ số sử dụng diện tích theo diện tích phòng 28

Bảng 2.5 Các thông số các lớp vật liệu của tấm panel tiêu chuẩn 37

Bảng 2.6 Hệ số truyền nhiệt của tường ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ phòng, (W/(m2.K)) 37 Bảng 2.7 Hệ số cấp nhiệt α1 α2 37

Bảng 3.1 Kết quả tính toán lượng nhiệt qua kết cấu bao che 40

NHÂN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Tp Hồ Chí Minh, Ngày … Tháng …Năm 2017

Ngươi nhân xet

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật lạnh đã được ứng dụng vào trong rất nhiều lĩnh vực Một trong nhữngứng dụng quan trọng đó là trong ngành Công nghệ thực phẩm, theo thống kê thì khoảng80% công nghệ lạnh được sử dụng trong công nghệ thực phẩm cụ thể là các loại như thịt

cá, sữa là những loại thực phẩm dễ bị hư hỏng do tác dụng của vi sinh vật và cácenzyme nội tạng có trong thực phẩm, vì vậy mà nó cần phải được bảo quản lạnh Vì dướitác dụng của nhiệt độ thấp chúng bị ức chế hoặc ngừng hoạt động do đó sản phẩm nhờ đó

mà ít bị biến đổi về chất lượng cũng như hương vị, màu sắc nhờ đó quá trình lưu trữ sảnphẩm được lâu hơn và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến, tiêu thụ, cũng nhưxuất khẩu

Xuất phát từ những yêu cầu đó, được sự phân công của khoa Công nghệ hóa học &Thực phẩm, Bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCMcùng với sự hướng dẫn của thầy Ts Nguyễn Tấn Dũng, tôi được giao đề tài: “Tính toán,thiết kế hệ thống lạnh chạy kho bảo quản sản phẩm lạnh đông, năng suất 200 tấn /mẻ”

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong những năm qua kỹ thuật lạnh đã có những thay đổi quan trọng trên thế giới

và ở cả Việt Nam Nó thực sự đã đi sâu vào hết các ngành kinh tế đang phát triển nhanh

và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó Đặc biệt là ngành công nghệ thực phẩm, chế biếnbảo quản thịt cá, rau quả

Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh Những thành tựu về khoahọc kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi vào trong các ngành công nghiệp cũng như nôngnghiệp Do đó năng suất lao động ngày càng tăng, sản phẩm làm ra ngày càng nhiều mànhu cầu tiêu dùng còn hạn chế dẫn đến sản phẩm dư thừa Để tiêu thụ hết những sảnphẩm dư thừa đó thì người ta phải chế biến và bảo quản nó bằng cách làm lạnh đông đểxuất khẩu Nhưng nước ta hiện nay còn rất ít những kho lạnh bảo quản, không đáp ứngnhu cầu

Cùng với quy trình công nghệ máy móc và thiết bị chế biến thì vấn đề bảo quảnsau khi chế biến là một khâu không thể thiếu để hạn chế những biến đổi làm giảm chấtlượng sản phẩm Cho nên việc xây dựng kho bảo quản sản phẩm đông lạnh là một vấn đềcấp thiết hiện nay

2 Mục tiêu đồ án

Tính toán, thiết kế hệ thống lạnh bảo quản sản phẩm lạnh đông và từ đó đưa ra cácthông số tối ưu cho sản phẩm thủy sản lạnh đông

3 Nội dung đồ án - Tổng quan

Đối tượng nghiên cứu, lựa chọn thiết bị của hệ thống lạnh

-Các thông số tính toán, tính toán cấu trúc kho lạnh

- Tính toán và thiết kế hệ thống lạnh chạy kho bảo quản sản phẩm lạnh đông

4 Giới hạn nghiên cứu của đồ án

- Phương pháp nghiên cứu qua tài liệu

2

- Sử dụng các công cụ toán học, toán - lý - nhiệt, tin học để nghiên cứu

Việc ứng dụng hệ thống lạnh chạy kho bảo quản sản phẩm lạnh đông với năng suất

200 tấn/mẻ sẽ góp phần đáp ứng được nhu cầu sản xuất của các doanh nghiệp từ đó gópphần đẩy mạnh nền kinh tế Việt Nam thông qua việc kéo dài thời gian sử dụng và thuậnlợi cho việc xuất khẩu qua các thị trường nước ngoài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về kho lạnh

1.1.1 Kho lạnh bảo quản

Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nông sản,rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hóa chất, công nghiệp thực phẩm,

Hiện nay kho lạnh được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm

và chiếm một tỷ lệ lớn nhất Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm:

- Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp,

- Kho bảo quản nông sản thực phẩm hoa quả

- Bảo quản các sản phẩm y tế, dược liệu

- Kho bảo quản sữa

- Kho bảo quản và lên men bia

- Bảo quản các sản phẩm khác

Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau:

- Cần phải tiêu chuẩn hóa các kho lạnh

- Cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu

- Cần có khả năng cơ giới hóa cao trong các khâu bốc dỡ sắp xếp hàng

- Có giá trị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, có thể sử dụng máy và thiết bị trong nước,

Với những yêu cầu nhiều khi mâu thuẫn nhau như trên, ta phải đưa ra những

phương pháp thiết kế với hoàn cảnh Việt Nam

1.1.2 Phân loại kho lạnh

Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau:

1.1.2.1 Theo công dụng

Người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau:

- Kho lạnh sơ bộ: dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác

- Kho chế biến: được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực phẩm(nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy xuất khẩu thịt, ) Cáckho lạnh này thường có dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống có công suất lạnh lớn Phụtải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất nhập hàng thường xuyên

- Kho phân phối, trung chuyển: dùng điều hóa cung cấp thực phẩm cho các khu dân

cư, thành phố và dự trữ lâu dài Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn, trữ nhiều mặthàng và có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống sinh hoạt của cả một cộng đồng

- Kho thương nghiệp: kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ thốngthương nghiệp Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh nghiệp bán trênthị trường

- Kho vận tải (trên tàu thủy, tàu hỏa, ô tô): đặc điểm của kho là dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này đến nơi khác

- Kho sinh hoạt: đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ

1.1.2.2 Theo nhiệt độ

Người ta có thể chia ra:

- Kho bảo quản lạnh: nhiệt độ bảo quản nằm trong khoảng -2˚C đến 5˚C Đối vớimột số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (đối với chuối >10˚C, đối vớichanh >4˚C) Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông sản

- Kho bảo quản đông: kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp đông

Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật Nhiệt độ bảo quản tùy thuộc vào thời gian,loại thực phẩm bảo quản Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng

5

phải đạt -18˚C để các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản.

- Kho đa năng: nhiệt độ bảo quản là -12˚C, buồng bảo quản đa năng thường đượcthiết kế ở -12˚C nhưng khi cần bảo quản lạnh có thể đưa lên nhiệt độ bảo quản 0˚C hoặc khicần bảo quản đông có thể đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18˚C tùy theo yêu cầu công nghệ.Khi cần thiết có thể sử dụng buồng đa năng để gia lạnh sản phẩm Buồng đa năng thườngđược trang bị dàn quạt nhưng cũng có thể được trang bị dàn tường hoặc dàn trần đối lưukhông khí tự nhiên

- Kho gia lạnh: được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt

độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh đông trong phương phápkết đông 2 pha Tùy theo yêu cầu của quy trình công nghệ gia lạnh, nhiệt độ buồng có thể hạxuống -5˚C và nâng lên vài độ trên nhiệt độ đóng băng của các sản phẩm được gia lạnh.Buồng gia lạnh thường được trang bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm

- Kho bảo quản nước đá: nhiệt độ tối thiểu -4˚C

1.1.2.3 Theo dung tích chứa

Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích hàng của nó Do đặc điểm và khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm khác nhau nên thường quy dung tích ra tấn thịt

1.1.2.4 Theo đặc điểm cách nhiệt

Người ta chia ra:

- Kho xây: là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta bọc lớpcách nhiệt Kho xây chiếm diện tích lơn, giá thành tương đối cao, không đẹp, khó tháo dỡ và

di chuyển Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây không đảm bảo tốt Vì vậy, hiệnnay ở nước ta thường ít sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm

- Kho panel: được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan và được lắp ghépvới nhau bằng các móc khóa cam locking và mộng âm dương Kho panel có hình thức đẹp,gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ và bảo

6

quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu, Hiện nay nhiềudoanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao Vìthế hầu hết các xí nghiệp, công nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảoquản hàng hóa.

1.2 Cơ sở khoa học của lạnh đông thực phẩm

1.2.1 Tác dụng của việc bảo quản lạnh

Bảo quản thực phẩm là quá trình bảo về và hạn chế những biến đổi về chất lượng

và hình thức của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng Thực phẩm sau khi thuhoạch về chế biến được bảo quản ở nhiệt thấp cùng với chế độ thông gió và độ ẩm thíchhợp trong kho lạnh, khi hạ nhiệt độ thấp thì enzyme và vi sinh vật trong nhiên liệu bị ứcchế hoạt động và có thể bị đình chỉ hoạt động Nhờ vậy nguyên liệu được giữ tươi lâuthêm một thời gian nữa

Nói chung khi nhiệt độ nhỏ hơn 10˚C thì vi sinh vật gây thối rữa và vi khuẩn gâybệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng Khi nhiệt độ nhỏ hơn 0˚C thì tỷ lệ pháttriển của chúng rất thấp, ở -5˚C ÷ -10˚C thi hầu hết chúng không hoạt động Tuy nhiên cómột số loài vi khuẩn và nấm mốc khi hạ nhiệt độ xuống -15˚C chúng vẫn phát triển được

như Cloromobacter, Pseudomonas Do đó, muốn bảo quản được thực phẩm, nhất là các

mặt hàng thủy sản trong thời gian dài thì nhiệt độ bảo quản phải dưới -15˚C

1.2.2 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm khi lạnh đông

1.2.2.1 Những tác động sự kết tinh nước đối với thực phẩm

Sự kết tinh nước là hiện tượng cơ bản làm thay đổi các tính chất của thực phẩm.Nước chuyển sang trạng thái rắn làm mất đi môi trường lỏng của sự hoạt động vi sinh vật

và các enzyme trong thực phẩm Sự giảm mức năng lượng do kết tinh của nước rất lớn sovới các quá trình giảm nhiệt độ, đây là những yếu tố chủ yếu dẫn tới tiêu diệt hoặc kìmchế hoạt động sống của vi sinh vật, hạn chế tác động của enzyme Do đó, làm giảm đi rấtnhiều những biến đổi hóa học của thực phẩm, ngoài ra cấu trúc thực phẩm được nước đábảo vệ hạn chế tác động của môi trường bên ngoài trong quá trình vận chuyển, bảo quản

Vì vậy, làm đông là biện pháp bảo vệ tốt nhất những tính chất ban đầu của thực phẩmtrong một thời gian rất dài [1] [2].

Khi nước kết tinh sẽ giản nở thể tích, thường làm rách vỡ cấu trúc bên trong củathực phẩm, dẫn đến làm thay đổi một số tính chất của nó Quá trình kết tinh nước làmtăng tốc độ mất nước, đồng thời có thể gây biến tính những chất dinh dưỡng có liên kếttốt với nước, dẫn đến giảm mùi vị, khả năng hút nước và giữ nước của thực phẩm, ngoài

ra nó còn thay đổi màu sắc thực phẩm [1]

1.2.2.2 Quá trình kết tinh nước

Quá trình kết tinh của nước là quá trình tạo thành các mầm tinh thể và tăng kíchthước của chúng Quá trình giảm nhiệt độ tức là quá trình giảm mức năng lượng, dẫn đến

sự giảm chuyển động tự do về nhiệt của các phần tử chất lỏng, đến một mức độ nào đólực liên kết giữa các phần tử có thể cố định chúng lại tại những vị trí xác định tạo thànhtinh thể nước đá Ở trong nước thường luôn luôn có những phần tử rắn chắc với kíchthước nhỏ Ở nhiệt độ gần 00C những phần tử chất rắn sẽ ngừng chuyển động nhiệt, lựcliên kết giữa các phân tử nước với nhau Vì vậy, các phần tử liên kết với các phân tử chấtrắn ở 00C để tạo thành những mầm tinh thể Do đó, xu thể chủ yếu là các mầm tinh thểhút các phần tử nước để tăng kích thước tinh thể và ít có xu hướng tăng thêm số lượngmầm tinh thể [2]

Trong cấu trúc thực phẩm, nước chịu nhiều tác động ở các chất tan, chất không tan,

ở những vị trí khác nhau trạng thái của chúng khác nhau Vì vậy, nhiệt độ nước trong thựcphẩm khác nhau là khác nhau

1.2.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới sự kết tinh nước

Nồng độ chất ban đầu

Khi tăng nồng độ chất tan thì nhiệt độ kết tinh của nước giảm, bởi vì các chất hòatan sẽ kéo các phân tử nước ngăn cản chúng kết hợp lại với nhau, khi tăng nồng độ cácchất tan một phân tử gam thì nhiệt độ kết tinh của nước giảm xuống 1,84˚C Như vậy độgiảm nhiệt độ của nước kết tinh phụ thuộc vào nồng độ chất tan ở trong đó [1] [3-9]

Với - n: số phân tử gam các chất tan

- : độ giảm nhiệt độ kết tinh

Khi nhiệt độ kết tinh của nước trong thực phẩm càng giảm thì các tinh thể nước đátạo thành có kích thước nhỏ, dài, mức độ ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm giảm Ởnhiệt độ khoảng (-20 ÷ -10)0C các tinh thể đá tạo thành có kích thước lớn không đều, ởnhiệt độ (-22 ÷ -20)0C các tinh thể đá tạo thành có kích thước nhỏ đều Nếu nhiệt độ thấphơn nữa thì các tinh thể đá tạo thành có kích thước rất nhỏ, số lượng tinh thể rất lớn [1]

Hiện tượng ở nhiệt độ dưới 00C, dưới điểm kết tinh mà nước chưa kết tinh thành đágọi là hiện tượng quá lạnh Hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu trúcmàng tế bào và tốc độ hạ nhiệt độ của môi trường xung quanh Nhiệt độ điểm quá lạnh vànhiệt độ điểm đóng băng hoàn toàn khác nhau [1]

Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt

độ thực phẩm Bởi vì tốc độ thải nhiệt không kịp với tốc độ sinh nhiệt do tạo mầm tinhthể đá Ở điểm này, chủ yếu nước tự do cấu trúc bị tách ra và kết tinh Nhiệt độ thực phẩmtăng lên đến một mức cao nhất và dừng ở đó một lúc để hoàn thành quá trình đóng băngnước (nước tự do – cấu trúc) đây là điểm đóng băng, sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ Quátrình này mô tả ở hình 1, ở mỗi loại thực phẩm khác nhau thì có điểm quá lạnh và điểmđóng băng khác nhau [1]

Hình 1.1 Quá trình hình thành điểm đóng băng Tốc độ làm đông

Tốc độ làm đông: có thể đo bằng tốc độ chuyển dịch của vạch phân cách giữa miềnnước đang kết tinh và miền nước chưa kết tinh, thông thường phân biệt quá trình làm lạnhđông với tốc độ chậm, nahnh và rất nhanh Đối với nhiều loại thực phẩm giới hạn giữalàm đông chậm và làm đông nhanh có thể là 3cm/h, nhưng nói chung tốc độ làm đông sẽảnh hưởng đến tinh thể nước đá và chất lượng thực phẩm [1]

(1) - Lạnh đông chậm

(2) - Lạnh đông nhanh

(3) - Lạnh đông tức thời

Hình 1.2 Đường biểu diễn nhiệt độ - thời gian trong quá trình cấp đông

- Quá trình làm đông chậm: do sự giảm nhiệt độ diễn ra chậm, quá trình kếttinh nước đá có điều kiện để hút các phân tử nước xung quanh dẫn đến số lượng tinh thể ít,thể tích tinh thể nước đá lớn do tác động nhiều đến cấu trúc sản phẩm.(Felix Franks,1997)

- Quá trình làm đông nhanh: do sự trao đổi nhiệt lớn, nhiệt độ thực phẩmgiảm nhanh, mức độ di chuyển của nước trong quấ trình kết tinh ít nên các tinh thể nước đá

có kích thước nhỏ, số lượng tinh thể nhiều, vì vậy ít ảnh hưởng đến cấu trúc và chất lượngcủa sản phẩm.(Heldman D.R,Daryl B.L,1992)

- Quá trình làm đông cực nhanh: nước về trạng thái ở ngay vị trí tồn tại banđầu của chúng với nhiệt độ kết tinh thấp Các tinh thể nước đá có kích thước rất nhỏ, ở dạngsợi nhỏ, một số trường hợp các tinh thể đá ở dạng vô định

hình Như vậy khi làm đông cực nhanh thì hầu như không ảnh hưởng đến cấu trúc và chất lượng của thực phẩm (Taylor,1993)

Trạng thái chất lượng của thực phẩm

11

Trạng thái chất lượng của thực phẩm: thường gắn liền với trạng thái của nướctrong thực phẩm Trong thực phẩm nước tồn tại ở hai dạng, nước tự do không tham giavào cấu trúc thực phẩm, nước liên kết tham gia vào liên kết với các thành phần chất tan,với những chất rắn trong cấu trúc thực phẩm Khi chất lượng thực phẩm giảm thì dẫn đến

tỷ lệ nước tự do tăng, nước liên kết giảm Đặc biệt trong quá trình biến đổi tự nhiên vớigiai đoạn co cứng (tê cứng) của động vật làm những trung tâm giữ nước trong cấu trúcthực phẩm giảm dẫn đến khi nước kết tinh khả năng di chuyển của nước tăng, các tinh thểnước đá có cấu trúc tăng, khối lượng thực phẩm giảm và làm ảnh hưởng xấu đối với chấtlượng thực phẩm [1]

1.2.2.4 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ lạnh

đông

Khi lạnh đông thực phẩm thì cần phải xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu Ứng vớinhiệt độ cấp đông tối ưu đó thì lượng nước tự do và lượng nước liên kết hóa lý trong thựcphẩm phải kết tinh trên 86% đối với bảo quản lạnh, vì tại giá trị này nước tồn tại ở môitrường lỏng trong thực phẩm rất bé, không đủ điều kiện cho vi sinh vật sinh trưởng vàphát triển và bị giết chết Còn đối với lạnh đông dùng để sấy thăng hoa thì yêu cầu nướctrong thực phẩm phải kết tinh hòa toàn thì mới đảm bảo được chất lượng của sản phẩmsau khi sấy [1]

1.2.3 Những biến đổi của sản phẩm lạnh đông trong quá trình bảo quản

1.2.3.1 Biến đổi về mặt vật lý

Trong quá trình lạnh đông, trạng thái của thực phẩm trở nên cứng, rắn do sự kếttinh của nước, nhưng khi phục hồi trạng thái ban đầu (làm tan nước đá của thực phẩm, tangiá) thì độ cứng, độ đàn hồi, tính chặt chẽ của cấu trúc thực phẩm giảm đó là do nhữngtác động đến thực phẩm của sự giãn nở các tinh thể nước đá làm rách vỡ cấu trúc của thựcphẩm Trong quá trình làm đông, màu sắc của thực phẩm thay đổi, mức độ biến đổi độcứng phụ thuộc vào kích thước tinh thể nước đá, nếu kích thước càng nhỏ, số lượng tinhthể nhiều thì sự biến đổi càng ít, sự mất nước của thực phẩm trong quá trình làm đôngdiễn ra khá phức tạp chủ yếu do sự kết tinh của nước Khi nước kết tinh bắt đầu từ bênngoài rồi đến bên trong, các tinh thể nước đá hình thành đầu tiên ở những vị trí nước tự

do Chúng có khả năng thu hút nước từ vị trí nước kết hợp gây nên sự chuyển dịch của

nước, ngoài ra khi nước ở vị trí tự do kết tinh nồng độ các chất tan ở đây tăng dần gây nên

sự chuyển dịch của nước, ngoài ra khi nước ở vị trí tự do kết tinh nồng độ các chất tan ởđây tăng dần gây nên sự chênh lệch áp suất thẩm thấu Sự chênh lệch hàm lượng nướcdẫn đến nước sẽ dịch chuyển từ nơi vị trí hàm lượng cao về vị trí có hàm lượng thấp, mặtkhác quá trình trao đổi nhiệt cũng tác động đến sự khuếch tán của nước, nước chuyểnđộng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp [14]

Còn ở trên bề mặt thực phẩm, khi nước chưa đóng băng thì có sự bay hơi nước vớicường độ lớn, khi nước chưa đóng băng thì có sự bay hơi nước với cường độ lớn, khinước đóng băng thì có sự thăng hoa của các tinh thể nước đá với mức độ thăng hoa khôngnhiều Như vậy, nước có thể kết tinh trong cấu trúc thực phẩm và trọng lượng của nó ítthay đổi, nhưng khi làm tan nước đá để phục hồi trạng thái thực phẩm thì một phần nướcnóng chảy sẽ chảy ra ngoài dẫn đến hao hụt trọng lượng và một số biến đổi về hình thứcchất lượng thực phẩm Mức độ mất nước của thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ thựcphẩm và nhiệt độ môi trường thực phẩm được biểu diễn trên đồ thị Hình, ở nhiệt độ âmcàng sau thì độ mất nước càng giảm và ngược lại

Hình 1.3 Quan hệ nhiệt độ môi trường lạnh với độ mất nước tương đối

Khi làm đông, nước sẽ đóng băng làm cho thể tích của chúng tăng lên khoảng từ 8% đến 10%, tùy theo các loại thực phẩm khác nhau thì thể tích của chúng tăng khác nhau

[14] Đối với loại thực phẩm thủy hải sản vì thành phần của nước chiếm 90% thì thể tích thực phẩm sau khi cấp đông là 10%, còn đối với gia súc, gia cầm thì nhỏ hơn 8%

Biến đổi mà̀u sắc:

Đồng thời với quá trình trên màu sắc thực phẩm cũng biến đổi do hiệu ứng quanghọc do tinh thể đá khúc xạ ánh sáng Màu sắc thực phẩm khi nước đóng băng phụ thuộcvào tính chất quang ánh sáng của các tinh thể đá [1]

Bay hơi nước:

Trong quá trình lạnh đông có hiện tượng mất nước, giảm trọng lượng sản phẩm

Đó là sự bay hơi nước vào không khí từ bề mặt thực phẩm, do chênh lệch mật độ p giữakhông khí sát bề mặt và không khí xung quanh [1] Còn ở trên bề mặt thực phẩm, khinước chưa đóng băng thì có sự bay hơi nước với cường độ lớn, khi nước đóng băng thì có

sự thăng hoa của các tinh thể nước đá với mức độ thăng hoa không nhiều Như vậy, nước

có thể kết tinh trong cấu trúc của thực phẩm, trọng lượng của nó ít thay đổi, nhưng khilàm tan nước đá để phục hồi trạng thái thực phẩm thì một phần nước nóng chảy sẽ chảy rangoài dẫn đến hao hụt trọng lượng và một số biến đổi về hình thức chất lượng thực phẩm.Mức độ mất nước của thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ thực phẩm và nhiệt độ môitrường thực phẩm Ở nhiệt độ càng âm sâu thì độ mất nước càng giảm và ngược lại [14].

Khuếch tán nước:

Khi cấp đông xảy ra hiện tượng khuếch tán nước trong cấu trúc thực phẩm, nước khuếch tán là do các nguyên nhân:

Sự chênh lệch nhiệt độ gây nên do chênh lệch mật độ p

Sự lớn lên của tinh thể đá luôn thu hút nước từ những vị trí chưa kết tinhdẫn đến, làm cho nước từ nơi có nồng đồ chất tan thấp chuyển đến nơi có nồng độ chấttan cao Sự di chuyển của nước thực hiện nhờ tính bán thấm và mao dẫn của cấu trúc thựcphẩm Động lực của quá trình khuếch tán, làm cho nước di chuyển từ trong tế bào ra gianbào và từ trong ra ngoài, từ vị trí liên kết ra tự do Khi nước khuếch tán cấu trúc tế bào corút, một số chất tan biến tính, dẫn đến khi làm tan một phần thực phẩm gần bề mặt [1][14]

1.2.3.2 Biến đổi về mặt hóa học

Bản chất của quá trình biến đổi hóa học của thực phẩm khi làm lạnh là sự phân giảicủa các chất dự trữ năng lượng do tác động của các enzyme có sẵn trong thực phẩm Mức độbiến đổi hóa học phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của thực phẩm và phương pháp lạnh đông.Nói chung do nhiệt độ giảm nhanh thời gian làm lạnh ngắn nên các biến đổi hóa học diễn ravới tốc độ rất chậm, ít hư hỏng, chất lượng thực phẩm được bảo đảm [1][14]

Sự biến đổi về mặt hóa học chủ yếu là sự biến tính protein hòa tan trong nước và

sự tạo thành acid lactic từ quá trình chuyển hóa glucose, bình thường các chất protein hòatan cùng với chất béo, glucose và các loại muốn tạo thành dung dịch Khi nước kết tinh,chúng tách ra khỏi phân tử protein làm cho các phân tử protein bị biến đổi cấu trúc, làmgiảm đi những trung tâm liên kết với nước trong cấu trúc phân tử của chúng Do đó, khiphục hổi trạng thái khả năng hút nước và giữ nước của thực phẩm giảm, các biến đổi này

sẽ được hạn chế khi kích thước các tinh thể nước đá giảm [14]

Màu sắc bị thay đổi là do các hợp chất màu bản thân của nó sẽ liên kết với protein

và nước, nhưng khi nước đóng băng nước sẽ tách ra, protein bị biến tính hợp chất màukhông còn là bản thân của nó nữa, nó sẽ thay đổi sắc tố Như vậy, quá trình tách nước làquá trình làm thay đổi màu sắc không nhiều thì ít vì hoạt độ của nước cũng bị thay đổi[14].Ngoài ra, khi làm đông thì mùi, vị của thực phẩm cũng thay đổi tuy không đáng kểnhưng nó cũng bị ảnh hưởng [14]

Các chất béo khi đông lạnh dễ bị oxy hóa, dễ bị chua do lipid thủy phân và hàmlượng acid béo tự do tăng lên, aicd béo tự do có thể phụ thuộc vào nhiệt độ và thời bảoquản, ngoài sự thay đổi của chất béo thì vitamin cũng bị thay đổi nhất là các loại vitamintan trong chất béo như vitamin A, D [14]

Trong trường hợp nếu nhiệt độ đông lạnh quá sâu và thời gian làm đông kéo dài,dẫn đến xảy ra hiện tượng cháy lạnh làm cho protein bị biến tính không thuận nghịch, gâybiến đổi sâu sắc về chất lượng thực phẩm [14]

1.2.3.3 Biến đổi về mặt vi sinh vật

Trước khi làm lạnh thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ các tạp chất nơichứa chấp nhiều loại vi sinh vật Trong quá trình làm lạnh do nhiệt độ môi trường lạnhđông có nhiệt độ không phù hợp với các vi sinh vật nên vi sinh vật ở lớp bề mặt thựcphẩm bị tiêu diệt Số còn lại bị hạn chế khả năng hoạt động Nhưng chúng thích nghi dầnvới lạnh, nên thời gian bảo quản thực phẩm bị giả Hầu hết các vi sinh vật bị tiêu diệt,nhưng vi sinh vật đã xâm nhập trong cấu trúc thực phẩm khó bị tiêu diệt hơn so với visinh vật ở trên bề mặt Mức độ tiêu diệt vi sinh vật phụ thuộc vào nhiệt độ chủ yếu lànhiệt độ cấp đông và mức độ hoạt động của chúng trước khi làm đông [14].Cần phải chú

ý rằng, cơ thể vi sinh vật nước chiểm một tỷ lệ là 90% Do đó, khi làm lạnh đông nướctrong tế bào vi sinh vật sẽ đóng băng, thể tích nước tăng làm cho cấu trúc tế bào vi si nh vậtrách, vỡ làm cho vi sinh vật chế, mặt khác khi làm đông protein, nước tách ra làm choprotein bị biến tính phá vỡ toàn bộ cơ quan trao đổi chất và trao đổi năng lượng, làm cho sựsống vi sinh vật bị ngừng hoạt động hoàn toàn [14]

Ở nhiệt độ -20˚C trở xuống hầu như tất cả các vi sinh vật bị tiêu diệt hoàn toàn, tuynhiên trong một số trường hợp các loại vi sinh vật như nấm mốc, nấm men vẫn tồn tại sựsống nhưng không có khả năng hoạt động [14]

1.3 Tình hình ngoài nước

Từ lâu con người đã biết đến làm lạnh và sử dụng lạnh Cách đây khoảng 5000năm con người đã biết bảo quản lương thực - thực phẩm trong các hang động có nhiệt độthấp do các mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua [1] [9]

Cách đây khoảng 2500 năm trong các tranh vẽ trên tường ở các kim tự tháp Ai Cập

đã mô tả cánh nô lệ quạt các bình gốm xốp cho nước bay hơi làm mát không khí Người

Ấn Độ và người Trung Quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối vào nước hoặc nước

đá để tạo nhiệt độ thấp hơn

Tuy nhiên kỹ thuật lạnh hiện đại chỉ mới bắt đầu phát triển khi giáo sư Black tìm

ra ẩn nhiệt hóa hơi và ẩm nhiệt ngưng tụ vào năm 1761 - 1764 Con người đã biết làmlạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp [1] [9] Sau đó là sự hóa lỏng khí CO2vào năm 1780 do Clouet và Monge tiến hành Sang thế kỳ 19 thì Faraday đã hóa lỏngđược hàng loạt các chất khí như H2S, CO2, NH3, O2, N2,

Năm 1834 Tacob Perkins (Anh) đã phát minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên với đầy

đủ các thiết bị hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi và van tiết lưu Sau đó

có hàng loạt các phát minh của kỹ sư Carres (Pháp) về máy lạnh hấp thụ chu kỳ và liêntục với các mô chất khác nhau Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh

là việc sản xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930 Freon là các khí liên carbonđược thay thế một phần hay toàn bộ các nguyên tử hydro bằng các nguyên tử halogennhư: Cl, F, Br Freon là những chất lạnh có nhiều đặc tính quý báy như không cháy nỏ,không độc hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi Nó đã góp phần tích

cự vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển Nhất là kỹ thuật điều hòa không khí

1.4 Tình hình trong nước

Ngày nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển rất mạnh mẽ, cùng với sự phát triểncủa khoa học, kỹ thuật lạnh đã có những bước tiến vượt bậc:

- Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày càng được mở rộng Người ta đang tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối.

- Công suất lạnh của máy nén cũng được mở rộng, từ máy lạnh và mW sử dụngtrong phòng thí nghiệm đến các stoor hợp có công suất triệu W ở các trung tâm điều tiếtkhông khí

- Hệ thống lạnh ngày nay thay vì lắp ráp các chi tiết, thiết bị lại với nhau thì tổ hợpnày ngày càng hoàn thiệt nên sử dụng sẽ thuận tiện và chế độ làm việc hiệu quả hơn

- Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí cho một đơn vị lạnh giảmxuống Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên Mức độ tự động hóa của các hệ thống lạnh

và các máy nen lạnh tăng lên rõ rệt Những thiết bị tự động hóa hoàn toàn bằng điện tử và vi điển tử thay thế cho các thiết bị thao tác bằng tay

1.5 Nguyên liệu

Bảo quản lạnh đông thường được áp dụng khi thủy sản xuất khẩu Với nguồnnguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuôi trồng hằngnăm là rất lớn đã và đang cung cấp cho con người một nguồn đạm thực phẩm khổng lồ vàphong phú Theo thống kê thì thủy sản đa dạng chiếm trên 20% nguồn đạm thực phẩmcủa nhân loại nói chung, trên 50% ở các nước đang phát triển

Nước ta có bờ biển dài 3260km, một vùng thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1triệu km2, thuộc vùng biển nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu rất đa dạng và có cả bốn mùa.Bên cạnh đó, nghề nuôi trồng thủy sản đang được phát triển khá mạnh (sản lượng của cácnước Đông Nam Á chiếm trên 50% tổng sản lượng nuôi trồng của thế giới) Nước ta cónhiều sông, hồ, kênh, rạch, đầm và diện tích mặt nước thoáng rất lơn cho nên đang tậptrung đẩy mạnh nuôi trồng thủy sản để nhanh chóng phát triển thành ngành một cách chủđộng, toàn diện giữa các khâu nuôi trồng, khai thác, chế biến Do khả năng nguồn lợi tolớn, ngành thủy sản có nhiệm vụ quan trọng là: chế biến nguồn lợi to lớn đó thành nhiềusản phẩm có giá trị cao cho sản xuất và đời sống con người

18

Đặc điểm nổi bật của nguyên liệu thủy sản là ươn thối rất nhanh, cho nên nhiệm vụđặt lên hàng đầu của khâu chất lượng sản phẩm là phải kịp thời bảo quản, chế biến màtrước hết là bảo quản lạnh đông để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ việc xuất khẩuthủy sản thì việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm là vấn đề rất quan trọng đặc biệt làthủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng với các nước đang phát triển nóichung và nước ta nói riêng do giá thành sản phẩm cao như tôm lạnh đông, mang lại thunhập có giá trị cao so với các loại sản phẩm thực phẩm khác tiêu thụ nội địa.

Ở đây chọn nguyên liệu cụ thể là cá thu Hàm lượng các chất trong cá thu là

20.90% protide, 1.02% lipid, 1.53% tro, 77.2% nước

Tiêu chuẩn nguyên liệu:

- Cá tươi, màu sáng tự nhiên

- Còn nguyên vẹn, không bị xây xát

- Mắt trong sáng và lồi

- Bụng không phình, không lõm

- Trọng lượng mỗi con trên 1kg

1.6 Quy trình công nghệ

Đông lạnh

Mạ băng Bao gói Bảo quản

Đầu, nội tạng,máu

20

Hình 1.4 Quy trình công nghệ bảo quản cá thu đông lạnh

- Nguyên liệu: cá nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn trên

- Rửa: rửa sạch dưới vòi nước chảy để loại hết tạp chất Rửa lại trong nước lạnh 5˚C có pha 50ppm Clo

- Xử lý: dùng dao mổ bụng cá từ hậu môn đến các nắp mang (các đường mổ phải thẳng, không xơ xác) Bỏ nội tạng, cạo sạch gân máu dọc theo xương sống, bỏ đầu

- Rửa: rửa thật sạch bên trong bụng Nước rửa cá phải sạch, lạnh 5˚C có pha 20ppm Clo

và 3% muối ăn để làm sạch nhớt Rửa xong để ráo nước 15 phút

- Phân cỡ: tính theo trọng lượng kg/con (gồm có cỡ 1-3 kg/con và trên 3kg/con)

- Rửa: rửa lại nước lạnh 5˚C có pha 10ppm clo

- Xếp mâm: cá được xếp vào mâm có lót PE, mỗi mâm một cỡ Có khi treo cá trong phòng đông

- Đông lạnh: đông IQF, nhiệt độ -40˚C, thời gian 4-6 giờ Nhiệt độ trung bình tại tâm sản phẩm ít nhất là -12˚C

- Mạ băng: cá được mạ băng trong nước lạnh 1˚C có pha 5ppm clo Thời gian mạ băng

5-10 giây

- Bao gói: cho mỗi con vào một bao PE Hàn kín miệng bao Cho vào thùng cactong 5 lớp

có tráng sáp, mỗi cỡ cho vào một thùng Cân mỗi thùng 10kg tịnh (khoảng từ 5 đến 10 con).Nẹp 2 đai ngang, 2 đai dọc Ngoài thùng ghi rõ các loại cá, cỡ, quy cách chế biến

- Bảo quản: nhiệt độ phòng bảo quản: -18 ± 2˚C Thời gian bảo quản không quá 3 tháng

1.7 Thiết bị

 Các thiết bị chính trong hệ thống lạnh

Đối với hệ thống lạnh một cấp nén thì gồm có bốn bộ phận chính cơ bản mà khôngthể thiếu được, đó là: máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu và thiết bị bay hơi, còn đối

với hệ thống lạnh hai hay nhiều cấp nén thì ngoài các thiết bị trên còn có thiết bị làm mát trung gian.

 Các thiết bị phụ trong hệ thống lạnh

Tuy nhiên trong thực tế để hệ thống lạnh làm việc an toàn, đồng thời khai thác triệt

để năng suất lạnh của hệ thống có thể có thì cần phải lắp đặt thêm các thiết bị phụ cầnthiết Chằng hạn như các thiết bị theo thứ trong một chu trình lạnh như sau:

1) Thiết bị tách dầu hay gọi là bình tách dầu

2) Bình chứa cao áp (bình chứa lỏng cao áp)

3) Thiết bị xả khí không ngưng

4) Thiết bị làm mát trung gian hay còn gọi là bình trung gian (nếu hệ thống lạnh hai cấp nén)

5) Bình chứa thấp (bình chứa lỏng thấp áp)

6) Bình hồi lưu lỏng, bình chứa tuần hoàn, bình chứa bảo vệ

7) Thiết bị tách lỏng hay gọi là bình tách lỏng

8) Thiết bị tập trung dầu hay gọi là bình tập trung dầu

9) Thiết bị hồi nhiệt

10) Tháp giải nhiêt (nếu thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước)

11) Bơm cấp dịch lỏng môi chất lạnh

12) Phin lọc, van điện từ, van an toàn

13) Các thiết bị bảo vệ áp lực, nhiệt độ

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN

2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống lạnh chạy kho bảo quản sản phẩm lạnh đông

Yêu cầu chung đối với mặt bằng kho lạnh bảo quản

Quy hoạch mặt bằng là bố trí nơi sản xuất phù hợp với dây truyền công nghệ, sản phẩm đi theo dây truyền không gặp nhau, không chồng chéo lên nhau, đan xen lẫn nhau

- Đảm bảo sự vận hành tiện lợi, rẻ tiền chi phí đầy tư thấp

- Phải đảm bảo kỹ thuật an toàn, chống cháy nổ

- Mặt bằng khi quy hoạch phải tính đến khả năng mở rộng phân xưởng hoặc xínghiệp

Quy hoạch mặt bằng kho bảo quản cần phải đảm bảo việc vận hành tiện lợi, dẻtiền: Cơ sở chính để giảm chi phí vận hành là làm giảm dòng nhiệt xâm nhập vào kho,giảm thể tích và giảm dòng nhiệt, dòng nhiệt qua vách thì cần giảm diện tích xung quanh

Vì trong các dạng hình học khối hình chữ nhật có diện tích lớn nhất Để giảm cần làmdạng hình lập phương khi đó đứng về mặt sắp xếp hàng hoá thì không có lợi, do đó đểgiảm dòng nhiệt qua vách cần hợp nhất các phòng lạnh thành một khối gọi là Block lạnhbởi vì việc xây lắp phân tán các kho lạnh ra không những tăng tổn thất nhiệt qua vách,còn làm tăng phân tán các kho lạnh ra còn làm tăng chi phí nguyên vật liệu

- Biện pháp để giảm dòng nhiệt xâm nhập vào kho bảo quản chúng ta tìm cách ngăn chặn, khi chúng ta mở cửa kho bảo quản đối với những kho tiếp xúc bên ngoài

2.2 Đối tượng nghiên cứu và tính toán

2.2.1 Các thông số ban đầu khi thiết kế kho lạnh

a Những số liệu về khí tượng

Những thông số về khí tượng của vùng như nhiệt độ, độ ẩm tương đối không khí,gió và hướng gió, lượng mưa hằng năm (hoặc hằng tháng trong năm) là những số liệuquan trọng để tính toán và thiết kế kho bản quản lạnh đông sản phẩm Tổn thất nhiệt quabao che là số liệu quan trọng để tính năng suất lạnh của hệ thống Độ ẩm không khí liênquan tới chiều dày của lớp cách ẩm, tránh đọng sương của vách từ không khí bên ngoàivào và kiểm tra đọng sương ở vách ngoài Gió và tốc độ gió liên quan tới trao đổi nhiệtđối lưu mặt ngoài kho với không khí

Khi thiết kế kho lạnh, sử dụng nhiệt độ trung bình cộng giữa nhiệt độ cực đại vànhiệt độ trung bình cực đại của tháng nóng nhất Cách làm này giảm được vốn đầu tư vàcông suất máy không quá lớn Tuy nhiên để đảm bảo an toàn tuyệt đối có thể tăng thêmnhiệt độ lên 10%

Độ ẩm trung bình tháng nóng nhất mùa hè dùng để tính bề dày cách ẩm, kiểm trađọng sương và đặc biệt để xác định nhiệt độ kế ướt, xác định nhiệt độ nước làm mát rakhỏi tháp giải nhiệt trong hệ thống lạnh dùng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt hoặcnhiệt độ nước tuần hoàn qua tháp ngưng tụ

Các số liệu về khí tượng ở thành phố Hồ Chí Minh

- Nhiệt độ trung bình cả năm: ttb = 27˚C

- Độ ẩm trung bình của Tp.HCM là φ = 80%

b Số liệu về chế độ bảo quản sản phẩm

Bảng 2.1 Số liệu về chế độ bảo quản sản phẩm

Sản phẩm Nhiệt độ bảo quản (˚C) Độ ẩm không khí(%) Thời gian bảo quản (giờ)

Nhiệt độ kho bảo quản: tf = -20˚C

Độ ẩm kho bảo quản: φf = 90%

c Chọn phương án xây dựng kho lạnh

Có hai phương án thiết kế kho lạnh: kho xây và kho lắp ghép

Nên lựa chọn phương án thiết kế là kho lạnh lắp ghép, mặc dù kho lạnh lắp ghépgiá thành cao hơn khá nhiều so với kho lạnh xây nhưng nó những ưu điểm vượt trộ so vớikho lạnh xây như sau:

- Tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép là các panel tiêu chuẩn chế tạo sẵn nên

có thể vận chuyển dễ dàng đến nơi lắp ráp một cách nhanh chóng trong một vài ngày so vớikho truyền thống phải xây dựng trong nhiều tháng, có khi nhiều năm

- Có thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết

- Không cần đến vật liệu xây dựng như kho xây trừ nền có con lươn đặt kho nên công việc xây dựng đơn giản nhiều hơn

- Cách nhiệt là polyuretan có hệ số dẫn nhiệt thấp

- Tấm bọc ngoài của panel đa dạng từ chất dẻo đến nhôm tấm hoặc thép không gỉ

- Hoàn toàn có thể sản xuất được trong nước

d Hình khối kho lạnh

Về lý thuyết thì hình lập phương là hình lý tưởng nhất cho kho lạnh vì diện tíchxung quanh là nhỏ nhất và thể tích là lớn nhất Tuy nhiên hình khối kho lạnh còn phụthuộc vào nhiều yếu tố như mặt bằng, địa hình, đượng giao thông, phương pháp bốc dỡ,cũng như thỏa mãn các điều kiện xây dựng khác nhau như: phân chia phòng, mở rộng khohàng

Kho lạnh một tầng chiếm nhiều diện tích, xây dựng tốn nhiều vật liệu, cách nhiệt

và tổn thất nhiệt qua vách lớn nên hệ thống lạnh cũng cần phải lớn hơn, chi phí về nănglượng cũng lớn hơn nhưng chúng lại có ưu điểm là xây dựng dễ dàng và đi lại vận chuyểntrong kho cũng dễ dàng Chính vì thế, nên chọn phương án xây dựng kho một tầng cóhình chữ nhật

2.2.2 Tính diện tích xây dựng và bố trí mặt bằng kho lạnh

a Xác định dung tích và tiêu chuẩn của kho lạnh được tính toán thiết kế theo yêu cầu của từng trường hợp cụ thể, có thể thiết kế theo định hướng dung tích đối với các kho lạnh cá như sau:

Bảng 2.2 Dung tích đối với các kho lạnh cá

Dung tích kho Công suất buồng Dung tích dự Công suất bể Dung tích buồnglạnh cá, tấn kết đông, tấn/24h trữ, tấn đá, tấn/24h chứa đá, tấn

từng loại và từ đó có thể tính ra dung tích và diện tích kho lạnh

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn chất tải và hệ số tính thể tích a của một số sản phẩm

Sản phẩm bảo quản Tiêu chuẩn chất tải (tấn/m3) Hệ số tính thể tích (a)

hoặc carton

Tiêu chuẩn chất tải là khối lượng sản phẩm, kể cả trọng lượng bao bì (nếu sản phẩm có đóng gói) Tiêu chuẩn chất tải ở các kho lạnh thương nghiệp và tiêu dùng

thường lấy nhỏ hơn so với tiêu chuẩn chất tải trên

b Xác định số lượng và kích thước các buồng lạnh

b.1) Dung tích kho lạnh

Dung tích kho lạnh

E = V.gvTrong đó:

E: dung tích kho lạnh (tấn) E = 200 tấn (theo đề tài cho)

V: thể tích kho lạnh (m3)

gv: định mức hay tiêu chuẩn chất tải (tấn/m3)

Nếu lấy tiêu chuẩn chất tải nhỏ nhất thì dung tích kho lại lớn nhất, do đó làm răngchi phí xây dựng và vận hành Nhưng nó lại có ưu điểm là làm tăng khả năng bảo quảnsản phẩm Ngược lại, nếu chọn tiêu chuẩn chất tải lớn thì giảm được chi phí đầu tư nhưngkhả năng bảo quản lại giảm Do đó, ở đây chọn tiêu chuẩn chất tải gv = 0.45 tấn/m3

Như vậy, thể tích kho lạnh là:

V = E/gv = 200/0.45 = 444.444 m3

Chọn V = 450 m3

b.2) Diện tích chất tải

F = Trong đó:

F (m2) - diện tích chất tải hoặc diện tích hàng chiếm trực

tiếp V (m3) - thể tích chất tải kho lạnh h (m) - chiều cao chất

tải

Chiều cao chất tải là chiều cao lô hàng chất trong kho, chiều cao này phụ thuộc vàobao bì đựng hàng, phương tiện bốc dỡ Chiều cao chất tải được tính bằng chiều cao buồnglạnh trừ đi phần lắp đặt giàn lạnh treo trần và khoảng không gian cần thiết để chất hàng và

dỡ hàng

Kho lạnh thiết kế bốc xếp bằng xe chở hàng nên chọn chiều cao chất tải là 3.65 m(chiều cao xây dựng là 4.5m), trừ khoảng cách từ dàn lạnh đến sản phẩm là 0.35m vàkhoảng cách móc treo từ dàn lạnh đến trần là 0.5m

h = 4.5 - 0.35 - 0.5 = 3.65 m

Như vậy, diện tích chất tải là:

F = = = 123.29 m2

Chọn F = 124 m2

b.3) Tải trọng trên 1 m 2 nền buồng

Được tính toán theo định mức chất tải và chiều cao chất tải của nền và giá treohoặc móc treo vào trần

gf ≥ gv.hTrong đó: gf - định mức chất tải theo diện tích, (tấn/m2)

Như vậy tải trong gf là:

gf = 0.45 3.65 = 1.6425 tấn/m2

Với tải trọng nền này thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén bởi vì độ chịu nén cuat panel tiêu chuẩn là 0.2 ÷ 0.29 Mpa.

b.4) Diện tích lạnh cần thiết

Fxd =

Trong đó: Fxd (m2) - diện tích lạnh cần xây dựng

F (m2) - diện tích chất tải hoặc diện tích hàng chiếm trực tiếp

- hệ số sử dụng diện tích các buồng, chưa tính cả đường đi và các diện tích giữa các lô hàng và cột, tường và các diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi quạt

Bảng 2.4 Hệ số sử dụng diện tích theo diện tích phòng

Vì kho lạnh có diện tích F=124m2 nên ta chọn βF = 0.75

Như vậy diện tích kho lạnh cần thiết là:

Fxd = = = 165.33 m2

Chọn diện tích xây dựng kho lạnh là 170 m2

Từ những tính toán trên có thể tính và chọn kích thước của kho lạnh như sau:

Tính toán cách nhiệt,cách ẩm kho lạnh

Tính toán cân bằngnăng lượng

Tính toán hệ thốngthiết bị kho lạnh

Tính toán và chọnthiết bị phụ

Tính toán cách nhiệt,cách ẩm cho mái và vách

Tính toán cho thiết bị và

máy nén

Tính toán chọn chế độlàm việc cho thiết bị

Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu và tính toán 2.4 Phương pháp tính toán và thiết kế

2.4.1 Thiết kế cấu trúc nền

Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ trong kho, tải trọng củakho, hàng bảo quản, dung tích kho lạnh

Do đặc thù của kho lạnh là bảo quản hàng hóa, do đó phải có cấu trúc vững chắc,móng phải chịu tải trọng của toàn bộ kết cấu xây dựng Móng kho được xây dựng tùythuộc vào kết cấu địa chấn của nơi xây dựng.

Do kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép nên toàn bộ kho được đặt trên nềnnhà xưởng Tải trọng của hàng hóa bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của nền, khảnăng chịu lún của nền Nếu tải trọng của hàng bảo quản càng lớn thì cấu trúc nền kho lạnhphải thiết kế có độ chịu nén cao Nền do phải chịu tải trọng lớn của hàng nên ta sử dụngtấm panel có mật độ cao, khả năng chịu nén tốt Các tấm panel nền được đặt trên các conlươn thông gió Cấu trúc nền kho lạnh được thiết lế như hình vẽ:

Hình 2.2 Cấu trúc nền móng của kho lạnh

Hình 2.3 Con lươn thông gió

Hình 2.4 Lắp ghép kho lạnh

Sau khi lắp xong, cần phun silicon hoặc sealant để làm kín các khe hở lắp ghép Do

có sự biến động về nhiệt độ nên áp suất trong kho luôn thay đổi, để cân bằng áp suất bêntrong và bên ngoài kho, người ta gắn trên tường các van thông áp