Bài giảng công nghệ lạnh thực phẩm chương 3 thiết bị và chọn thiết bị cho hệ thống lạnh trong thực phẩm

Đặc điểm của máy nén bán kínNâng cao hiệu suất động cơ điện; Đảm bảo không có hiện tượng thủy kích; Tuy nhiên đòi hỏi phải có cách điện tốt do động cơ luôn làm việc trong môi trường ẩ

CHƯƠNG III THIẾT BỊ VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG LẠNH TRONG THỰC

PHẨM

3.1 Máy nén lạnh

3.1.1 Khái niệm và phân loại : Máy nén là nguồn động lực của hệ thống lạnh Máy nén có

nhiệm vụ hút hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi để nén lên áp suất cao đẩy vào thiết bịngưng tụ Nhờ có máy nén mà môi chất tuần hoàn được trong hệ thống lạnh

thể tích của khoang hơi giữa pittong và xi lanh Máy nén làm việc theo nguyên lý này làm việc theo chu kỳ hút – nén – xả

thành thế năng Ví dụ: trong máy nén tuabin, giai đoạn đầu hơi được

tăng tốc nhờ đĩa quay và cánh quạt, giai đoạn hai, dòng hơi có động

năng lớn được dẫn đến buồng khuếch tán, tại đây động năng biến thành thế năng và áp suất tăng dần Máy nén động học làm việc liên tục và

không có van.

3.1 Máy nén lạnh

Loại máy nén

Đặc tính kỹ thuật

Pittong trượt Trục vít Tuabin

Năng suất lưu lượng 0,000015 – 1,5 m 3 /s

(0,5-5000 m 3 /h) Trạng thái hút

0,055 – 3,0 m 3 /s (200-10.000 m 3 /h) Trạng thái hút

Tối thiểu 0,3m 3 /s (1000 m 3 /h) Trạng thái nén

Tỷ số áp suất tối đa hoặc hiệu áp

suất trong 1 cấp nén

cấu của máy nén

Dạng nén Xung động Tương đối ổn định Ổn định

Lưu lượng thể tích khi thay đổi áp

suất nén

Khả năng điều chỉnh năng suất khi

giữ nguyên tốc độ vòng quay

Hạn chế theo từng nấc Điều chỉnh vô cấp không hạn chế

xuống đến 10%

Điều chỉnh vô cấp có giới hạn

do thiết bị điều chỉnh

Đối với hiện tượng lỏng vào

đường hút (va đập thủy lực)

Va đập thủy lực là vấn đề nan giải Không trở ngại gì Ít gây trở ngại

Số chi tiết bị mài mòn Nhiều Ít Rất ít

Yêu cầu diện tích lắp đặt Nhiều nhất Trung bình Ít nhất

Kiểu máy Hở, nửa kín, kín Hở, nửa kín Hở, nửa kín

Yêu cầu bảo dưỡng Ít, đơn giản, dễ dàng Nhỏ Cần có chuyên môn và sự thận

trọng cao

MÁY NÉN HỞ

Đặc điểm của máy nén hở

- Dễ bảo dưỡng, thay thế động cơ

- Tuy nhiên bị tổn thất do phải truyền động

- Thường dùng cho máy lạnh công suất lớn, đặc biệt máy lạnh có

môi chất là NH3

Đặc điểm của máy nén bán kín

Nâng cao hiệu suất động cơ điện;

Đảm bảo không có hiện tượng thủy kích;

Tuy nhiên đòi hỏi phải có cách điện tốt do động cơ luôn làm việc trong môi trường ẩm;

Thích hợp cho hệ thống lạnh công suất vừa và lớn

Đặc điểm của máy nén kín

Vận hành đơn giản, tuổi thọ cao;

Gồm các loại piston, roto, xoắn ốc.

Nhược điểm là khó bảo dưỡng, đòi hỏi độ bền cao, thích hợp với các máy lạnh công suất nhỏ như

tủ lạnh, điều hòa không khí (<10kw)

3.1.2.Phạm vi ứng dụng của máy nén

 Dễ dàng vận hành và bảo dưỡng, thông dụng, được dùng ở các giải công suất vừa và nhỏ Máy có thể ở dạng hở, bán kín và kín

 Tỷ số nén đối với 1 cấp nén п<9 đới với NH3

và п<12 đối với freon Tỷ số nén bị hạn chế

do nhiệt độ cuối tầm nén

 Có thể dùng làm máy nén 2 cấp;

 Đối với công suất lớn khó cân bằng rung

Với công suất trung bình thường bố trí xi lanh theo kiểu V, W, VV;

 Nhạy với va đập thủy lực

Máy nén pittong

Máy nén pittong

Giá thành đầu tư ban đầu lớn, chế

độ vận hành đòi hỏi nghiêm ngặt (hệ thống hồi dầu riêng), gây ra

Máy nén trục vit

127

3.1.3 Quá trình nén và thể tích hút thực

3.1.3 Quá trình nén và thể tích hút thực

3.1.3 Quá trình nén và thể tích hút thực

3.1.4 Liên hệ giữa công nén lý thuyết và thực của máy lạnh nén hơi

Hiệu suất nén : là tỉ số giữa công nén lý thuyết và công nén thực tế

Công nén thực tế và các thành phần tổn thất

ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA MÁY NÉN

Mục đích: trong quá trình hoạt động năng suất lạnh của hệ thống máy lạnh thường xuyên thay đổi

bởi các yếu tố bên ngoài (sự thay đổi điều kiện khí hậu) và phụ tải lạnh bên trong Vì vậy để hệthống làm việc ổn định và tiêu thụ năng lượng hợp lý cần điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén

Phương pháp điều chỉnh:

Đối với máy nén pittong

Lưu lượng thể tích mà máy nén quét được trong một đơn vị thời gian:

𝑉𝑙𝑡 = 𝜋𝐷2

4 𝑆 𝑧 𝑛, m3/s

ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA MÁY NÉN

Năng suất lạnh của máy nén

(1)Tiết lưu đường hút, tức là tăng thể tích hút riêng phần v1;

(2)Thay đổi z, tức là đóng ngắt từng xilanh, hoặc cả cụm xilanh;

(3)Thay đổi số vòng quay n: thay đổi cặp cực của động cơ, sử dụng

động cơ biến tần…

TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY NÉN

Mục đích: Xác định thể tích hút của máy nén trên cơ sở đó lựa chọn hoặc thiết kế máy nén.

Xác định công suất động cơ điện, lựa chọn động cơ dùng cho máy nén Xác định công suấtnhiệt của thiết bị ngưng tụ, bay hơi, thiết bị tiết lưu

Trình tự tính toán theo 2 bước:

Bước 1: Tính toán nhiệt cho chu trình

Bước 2: Tính toán máy nén

(1) Xác định lưu lượng khối lượng của môi chất 𝑚 = 𝑄𝑜

𝑞𝑜(2) Xác định thể tích hút thực tế 𝑉𝑡𝑡 = 𝑚 𝑣1

Bài 9

Một máy nén lạnh ammoniac có thể tích hút lý thuyết là 200m3/h, nhiệt độ ngưng tụ 40 oC, nhiệt độ bay hơi -10 oC Hãy xác định chu trình khô, năng suất lạnh Qo, công nén hiệu dụng Ne Biết ηtđ=0,95 và ηel=0,9.

Giải

Sử dụng đồ thị logP-h của ammoniac (NH3), xây dựng chu trình khô theo tk=40 oC và to=-10 oC, tương ứng với hai đường Pk=1,56Mpa và Po=0,29 Mpa Xác định các điểm nút của chu trình;

- Điểm 1 là giao của đường Po và đường bão hòa khô x=1

- Điểm 3 là giao của đường Pk và đường bão hòa lỏng x=0

- Điểm 4 là giao của đường h=const (h3=h4) và Po

- Điểm 2 là giao của đường s=const (s1=s2) và Pk

Tính toán máy nén

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Vai trò : Trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí các thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trò chuyển tải năng lượng

(nhiệt) giữa môi chất và môi trường.

Chu trình lạnh bị phá vỡ, các máy lạnh không hoạt động được nếu thiếu thiết bị trao đổi nhiệt.

Dàn ngưng (thải nhiệt ra môi trường) và Dàn bay hơi (thu nhiệt – làm lạnh) là các thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt

Kiểu bề mặt

Môi chất lạnh và môitrường trao đổi qua bề

mặt rắn

Kiểu hỗn hợp

Môi chất lạnh và môitrường tiếp xúc trực

tiếp với nhau

3.2 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ môi chất lạnh quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng

3.2 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

Thiết bị ngưng tụ

Môi chất ngưng ở bề mặt ngoài của bề mặt TĐN

Dàn ngưng ống vỏ nằm ngang

Dàn ngưng ống vỏ cho freon

Bình ngưng ống vỏ nằm ngang

Bình ngưng ống vỏ nằm ngang

Ưu điểm:

 Thiết bị gọn, chắc chắn, ít chiếm diện tích nên có thể bố trí trong nhà.

 Tiêu hao vật liệu thấp, phần dưới của bình có thể thay chức năng của bình chứa;

 Hiệu quả giải nhiệt cao do giải nhiệt bằng nước, hệ số truyền nhiệt tương đối lớn (k=800-1000 W/m 2 K), độ chênh lệch nhiệt độ giữa hơi ngưng và nước làm mát ∆ttb=5÷6K, mật độ dòng nhiệt q=3000÷6000 W/m 2 ;

 Hiệu quả trao đổi nhiệt ổn định, ít phụ thuộc vào môi trường;

 Dễ chế tạo và lắp đặt, bảo dưỡng, tuổi thọ cao.

Nhược điểm:

- Cần có diện tích dự phòng phía đầu bình khi sữa chữa, thay thế;

- Yêu cầu khối lượng nước làm mát lớn và nhanh tạo cặn bám làm giảm khả năng truyền nhiệt;

- Thường phải đầu tư thêm tháp giải nhiệt;

Phạm vi ứng dụng:

 Được dùng khá phổ biến cho máy lạnh công suất trung bình và

lớn, thích hợp cho những nơi có nguồn nước sạch và sẵn nước, giá thành nước không cao.

 Khi có thêm tháp giải nhiệt thì nhiệt độ ngưng tụ và công suất

lạnh ổn định, ít phụ thuộc vào môi trường và mùa khí hậu trong năm.

Bình ngưng ống vỏ nằm ngang

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí

155

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí

Ưu điểm

 Không cần dùng nước, bơm và tháp giải nhiệt;

 Bề mặt trao đổi nhiệt ít bị bám bẩn;

 Ứng dụng cho điều hòa không khí trung tâm công suất trung bình và lớn.

 Tiện lợi khi lắp đặt, tiết kiệm diện tích.

Nhược điểm

• Chịu ảnh hưởng lớn bởi yếu tố thời tiết;

• Hệ số truyền nhiệt nhỏ (k=25-35 W/m2.K), mật độ dòng nhiệt thấp

q=140-157

Ưu điểm

 Tiết kiệm nước bổ sung (khoảng 3%);

 Thiết bị tương đối đơn giản, dễ chế tạo;

 Hiệu quả giải nhiệt cao, chi phí điện năng thấp;

 Mật độ dòng nhiệt vào khoảng 1400÷1900 W/m2 , ∆ttb=2÷3K;

 Có thể lắp đặt ngoài trời để tiết kiệm diện tích nhà xưởng;

 Thích hợp cho những nơi có mặt bằng hạn chế, thiếu nước mát hay giá thành nước cao.Nhược điểm:

• Cồng kềnh, thiết bị dễ bị ăn mòn;

• Chế độ làm việc phụ thuộc thời tiết và thời gian trong năm;

Tháp ngưng tụ

Đặc điểm của thiết bị ngưng tụ

-Dàn ngưng tụ kiểu bay hơi: là loại dàn có khả năng giải nhiệt tốt

nhất, tuy nhiên hay bị đóng cặn khó làm sạch, bảo dưỡng;

-Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước (kiểu ống vỏ, kiểu tấm): có kích thước gọn nhẹ thích hợp với hệ thống lạnh công suất lớn, tuy nhiên

thường phải đi kèm với tháp giải nhiệt và đòi hỏi lượng nước tiêu thụ lớn Thích hợp với nơi có nguồn nước phong phú.

-Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng gió: về thiết bị đơn giản, ít cấu kiện Tuy nhiên có hạn chế là áp suất nén cao, đặc biệt là khi nhiệt độ ngoài trời lớn Vì vậy tỉ số nén cao Thích hợp nhất dùng cho điều hòa không khí và các máy lạnh có nhiệt độ bay hơi cao.

Mục đích: là tính toán hoặc kiểm tra Xác định diện tích trao đổi nhiệt F,

m2 theo các dữ kiện đã cho là:

- Phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ Qk, W

- Nhiệt độ nước làm mát vào và ra tw1 và tw2 hoặc nhiệt độ không khí vào

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

TÍNH KIỂM TRA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ:

-Tính hiệu nhiệt độ trung bình logarit

Δt = Δt max

−Δt min

ln Δtmax

Δtmin

- Xác định hệ số tỏa nhiệt phía môi chất lạnh ngưng α1

- Xác định hệ số tỏa nhiệt phía môi trường α2

- Xác định phương trình tính mật độ dòng nhiệt

- Xác định diện tích trao đổi nhiệt F

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

LƯỢNG NƯỚC LÀM MÁT CUNG CẤP CHO TB NGƯNG TỤ

𝐶 ρ Δ𝑡𝑤

Trong đó: Qk – Nhiệt thải ra ở dàn ngưng, kW

C- Nhiệt dung riêng của nước = 4,19 kJ/kg.K

ρ- Khối lượng riêng của nước, 1000kg/m khối

Δtw- độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, K

Bài tập 9

Xác định diện tích trao đổi nhiệt của tháp ngưng biết Qo=200kW, to= 22C, tk=38 C, tql=35 C, tqn=-15 C, Ne=77kW, môi chất ammoniac.

-3.3 THIẾT BỊ BAY HƠI

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh để hóa hơi môi chất lạnh lỏng sau tiết lưu do vậy hạ nhiệt của môi trường cần làm lạnh Thiết bị bay hơi quyết định đến thời gian và hiệu quả làm lạnh

Thiết bị bay hơi

Dàn làm lạnh không khí kiểu cưỡng bức (có quạt)

Dàn làm lạnh không khí tĩnh (không có quạt)

Thiết bị làm lạnh nước hoặc chất tải

lạnh khác

3.3 THIẾT BỊ BAY HƠI – Phân loại

THIẾT BỊ BAY HƠI - làm lạnh chất tải lạnh trung gian

THIẾT BỊ BAY HƠI

THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG

ThiếT bị cấp đông

Băng truyền IQF

Tủ đông gió ABF

Tủ đông tiếp xúc

Băng truyền xoắn

 Đối với tủ đông tiếp xúc truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt;

 Đối với ABF, IQF quá trình truyền nhiệt sảy ra do đối lưu cưỡng bức.

THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG IQF DẠNG XOẮN

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI

TÍNH TOÁN – CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI

- Giảm áp suất môi chất từ áp suất ngưng tụ Pk về áp suất bay hơi Po;

- Điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh theo nhiệt độ hơi quá nhiệt, áp suất bay hơi hoặc theomức chất lỏng (điều chỉnh Qo)

3.4 THIẾT BỊ TIẾT LƯU

Phân loại thiết bị tiết lưu:

- Theo đại lượng điều chỉnh có thể chia ra: TBTL làm việc theo nhiệt độ hơi quá nhiệt của hơihút và theo mức chất lỏng;

-Theo phương pháp điều chỉnh phân loại ra: điều chỉnh liên tục và điều chỉnh theo hai vị tríon-off;

- Theo cơ cấu điều chỉnh phân loại ra: điều chỉnh bằng tay, cơ-nhiệt, điện, điện tử;

- Theo áp suất làm việc tối đa MOP (maximum operating pressure) phân ra: loại có MOP vàloại không có MOP;

- Van tiết lưu nhiệt: Van cân bằng trong và cân bằng ngoài có MOP hoặc không có MOP, vantiết lưu nhiệt điện;

- Van tiết lưu nhiệt khác: Van tiết lưu tay, ống mao;

- Van tiết lưu nhiệt điện tử: điều chỉnh liên tục, on-off;

- Van tiết lưu điều chỉnh theo mức lỏng: van phao hạ áp, van phao cao áp, van tiết lưu tay kếthợp với van từ được điều chỉnh on-off theo mức lỏng

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.1 Bình tách dầu

Ứng dụng:

- Sử dụng cho các hệ thống lạnh có môi chất không hòa tan dầu (NH3) hoặc hòa tan hạn chế (R22);

- Sử dụng cho các hệ thống lạnh công suất lớn;

- Bình tách dầu thường sử dụng cho các

hệ thống lạnh có đường ống dẫn từ máy nén đền dàn ngưng xa.

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.2 Bình tách lỏng

1-Ống ga vào; 2- Vành gia cường; 3- Ống hơi ra; 4- Nón chắn; 5- Cửa hơi xả vào

bình; 6- Lỏng ra

1-Hơi về máy nén; 2- Hơi vào; Nón chắn; 4- Lỏng vào; 5- Xả lỏng; 6- Lỗ tiết lưu dầu và lỏng; 7- Lỏng ra; 8- Ống hồi nhiệt

3-3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.3 Bình chứa cao áp

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH

3.5.4 Bình làm mát trung gian ống xoắn

1-Hơi hút về máy nén cao áp; 2- Hơi từ đầu máy nén hạ áp đến; 3- Tiết lưu vào; 4- cách nhiệt; 5- Nón chắn; 6- Lỏng ra; 7- Ỗng xoắn ruột gà; 8- Lỏng vào; 9- Hồi lỏng; 10- Xả đáy, hồi dầu; 11- Chân bình; 12- Tấm bạc; 13- Thanh đỡ; 14- Ống góp lắp van

phao; 15- Ống lắp van áp kế.

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.5 Bình chứa trung gian (cho freon)

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.5 Bình thu hồi dầu

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.6 Bình tách khí không ngưng

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.6 Bộ chia ga

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.7 Phin sấy lọc

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.7 Van chặn

3.5 THIẾT BỤ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 3.5.7 Thiết bị khác

3.6.1 Hệ thống lạnh trong sản xuất bia 3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3.6.2 Hệ thống lạnh kho đông gió

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3.6.3 Chuỗi lạnh

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3.6.4 Kho lạnh

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

1 Khái niệm: Kho lạnh là các không gian, kết cấu bảo ôn được trang bị hệ thống

lạnh và các trang thiết bị khác để bảo quản sản phẩm thực phẩm ở nhiệt độ thấp.

2 Kho lạnh được thiết kế cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng được yêu cầu bảo quản sản phẩm (nhiệt độ, độ ẩm, thành phần không khí…)

- Phân bố đều nhiệt độ, độ ẩm, hạn chế tối đa hao hụt sản phẩm và thất thoát nhiệt;

- Cần tiêu chuẩn hóa;

- Có khả năng cơ giới cao trong khâu bốc dỡ, sắp xếp sản phẩm;

- Có hiệu quả kinh tế.

3.6.4 Kho lạnh

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3 Phân loại kho lạnh

3.1 Phân loại theo chức năng:

1/Kho lạnh chế biến (xí nghiệp chế biến lạnh): là bộ phận của nhà máy chế biến thực phẩm, tại đây các sản phẩm được chế biến lạnh rồi được chuyển đến các kho lạnh bảo quản, kho lạnh

phân phối….bằng các thiết bị vận tải lạnh Là mắt xích đầu tiên trong dây chuyền lạnh

2/Kho lạnh phân phối: dùng để bảo quản, phân phối, điều hòa các sản phẩm khác nhau,

dùng cho đơn vị dân cư Phần lớn sản phẩm được gia lạnh hoặc kết đông ở các nhà máy chế biếnvận chuyển đến để bảo quản Thường có dung tích lớn gồm kho chuyên dụng và kho đa năng

3/Kho lạnh trung chuyển: Thường đặt ở các hải cảng, những điểm nút đường sắt, đường

bộ…dùng để bảo quản ngắn hạn các sản phẩm trước khi xuất khẩu/sau khi nhập khẩu Có thể kếthợp với kho phân phối và kho lạnh thương nghiệp

3.6.4 Kho lạnh

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3 Phân loại kho lạnh

3.1 Phân loại theo chức năng:

ra thị trường tiêu thụ Thường đặt ở các siêu thị, chợ, cụm dân cư nhỏ, các trung tâm công nghiệp, thị xã, nhà hàng, khách sạn Loại nhỏ là các tủ lạnh gia đình, các

tủ lạnh thương nghiệp Thời gian bảo quản 10-20 ngày.

hệ thống lạnh dùng để vận chuyển các sản phẩm bảo quản lạnh.

máy kem gia đình…Đây là mắt xích cuối cùng trong chuỗi lạnh.

3.6.4 Kho lạnh

3.6 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH

3 Phân loại kho lạnh

3.2 Phân loại theo nhiệt độ buồng lạnh:

3/Buồng bảo quản đa năng -12 o C: khi cần thiết có thể hạ xuống -18 oC hoặc nâng lên 0 oC tùytheo yêu cầu công nghệ Dàn lạnh tĩnh hoặc quạt