Đồ án kỹ thuật lạnh - thiết kế hệ thống lạnh đông nhanh kiểu tiếp xúc

Trong côngnghiệp chế biến lạnh và bảo quản thực phẩm, người ta thường dùngphương pháp chủ yếu là lạnh đông nhanh cấp đông để lạnh đôngsản phẩm trước khi đưa vào bảo quản, vận chuyển và s

MỤC LỤC

Lời mở đầu trang

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNG 1

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT LẠNH TRÊN THẾ GIỚI: 1

II ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH: 2

III KỸ THUẬT LẠNH Ở VIỆT NAM: 3

CHƯƠNG II: LẠNH ĐÔNG NHANH KIỂU TIẾP XÚC (CONTACT FREEZER) 5

I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA LẠNH ĐÔNG NHANH: 6

II YÊU CẦU CỦA LẠNH ĐÔNG NHANH VÀ SƠ LƯỢC MỘT SỐ CHỦNG LOẠI MÁY: 7

1.Yêu cầu: 7

2.Một số chủng loại máy: 7

a Buồng kết đông 8

b Thiết bị kết đông nhanh 8

III.MÔI CHẤT LẠNH: 10

1.Giới thiệu: 10

2.Yêu cầu đối với môi chất lạnh: 10

a.Yêu cầu về nhiệt động lực học: 10

b.Yêu cầu lý-hoá: 10

c.Yêu cầu về lý-sinh: 11

d.Yêu cầu về kinh tế: 11

3.Một số môi chất lạnh thường dùng: 11

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN CHỌN KÍCH THƯỚC KẾT CẤU LẮP RÁP VÀ CÁCH NHIỆT TỦ CẤP ĐÔNG 12

I SƠ LƯỢC VỀ TỦ CẤP ĐÔNG CONTACT-FREEZER: 13

II TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC TỦ CẤP ĐÔNG CÔNG SUẤT 1000KG/MẺ: 14

1.Yêu cầu: 14

2.Kích thước khuôn: 14

3.Kích thước khay: 15

4.Chọn tấm plate: 15

5.Kích thước tủ cấp đông: 15

III.KẾT CẤU LẮP RÁP VÀ CÁCH NHIỆT TỦ CẤP ĐÔNG: .17 1.Yêu cầu chung: 17

2.Tính toán cách nhiệt: 18

a.Vật liệu cách nhiệt: 18

b.Vật liệu cách ẩm: 19

c.Xác định chiều dày của cơ cấu vách ngăn: 19

d Kiểm tra đọng sương: 20

e Kiểm tra đọng ẩm: 21

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT 22

I KHÁI NIỆM: 23

II TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT BUỒNG ĐÔNG: 24

1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: 24

2.Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra: 24

a Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra do xử lí lạnh (800kg / mẻ)25 b.Dòng nhiệt do lượng nước tỏa ra(200kg/mẻ) : 25

c.Dòng nhiệt do bao bì khuôn,khay : 26

3.Dòng nhiệt do thông gió: 26

4.Dòng nhiệt do vận hành: 26

5 Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp: 26

III NĂNG SUẤT LẠNH CỦA MÁY NÉN: 27

1 Tổn thất lạnh cho tủ cấp đông: 27

2.Xác định năng suất lạnh của máy nén: 27

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 28

I CHỌN SƠ ĐỒ CẤP ĐÔNG: 29

II CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU: 29

1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: 29

2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk: 30

3.Nhiệt độ quá lạnh tql: 30

4 Quá nhiệt của hơi hút về máy nén tqn: 31

III TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH: 31

1 Chọn chu trình lạnh: 31

a Chu trình hai cấp ,hai tiết lưu, làm mát trung gian không hoàn toàn: 32

b Chu trình hai cấp , hai tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn: .33

c Chu trình hai cấp , hai tiết lưu làm mát hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt: (quá lạnh môi chất) 34

2 Tính toán các thông số làm việc của chu trình: 35

3 Tính toán nhiệt máy lạnh và chọn máy nén: 38

a Tính cho cấp hạ áp : 38

b Chọn tính cho cấp cao áp: 40

CHƯƠNG VI: CHỌN THIẾT BỊ 42

I CHỌN THIẾT BỊ BỐC HƠI: 43

1.Giới thiệu: 43

2.Chọn thiết bị bốc hơi: 43

3 Tính truyền nhiệt: 44

II CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ: 45

1 Giới thiệu, phân loại: 45

2 Chọn thiết bị: 46

3 Tính toán truyền nhiệt: 46

a Phụ tải nhiệt: 46

b Thông số khí hậu : 46

c Tính toán truyền nhiệt: 46

III CHỌN THÁP GIẢI NHIỆT: 48

IV BÌNH TRUNG GIAN: 51

1 Các thông số ban đầu: 52

2 Tính chất nhiệt vật lí của môi chất lỏng trong chùm ống xoắn: .52

3.Bề mặt truyền nhiệt của chùm ống xoắn: 52

CHƯƠNG VII : CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 56

I.CHỌN BÌNH CAO ÁP: 57

a Thể tích bình chứa cao áp: 57

b Đường kính bình chứa cao áp: 58

c Chiều dài thân bình chứa cao áp: 58

II BÌNH CHỨA HẠ ÁP: 58

a Thể tích bình chứa hạ áp: 59

b Đường kính bình chứa hạ áp: 59

c Chiều dài thân bình chứa hạ áp: 59

III BÌNH TÁCH DẦU: 60

a Bình tách dầu ở phần hạ áp: 60

b Bình tách dầu ở phần cao áp: 61

IV CHỌN CÁC LOẠI VAN VÀ THIẾT BỊ LỌC: 61

1 Van khoá: 61

2 Van an toàn : 62

3 Van một chiều: 63

4 Van điện từ: 63

5 Van tiết lưu: 64

6 Phin lọc: 65

7 Phin sấy: 65

V CÁC RELAY BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG LẠNH: 66

1 Relay áp bảo vệ áp suất cao: 66

2 Relay áp suất thấp: 67

3 Relay áp suất dầu bôi trơn: 67

4 Relay nhiệt: 68

5 Công tắc phao: 69

6 Relay thời gian xả tuyết: 69

7 Relay dòng nước: 70

VI CƠ CẤU NÂNG HẠ PLATE, ĐIỆN TRỞ SƯỞI CỬA, SƯỞI

DẦU: 70

1 Cơ cấu nâng hạ plate: 70

2 Điện trở sưởi cửa: 70

3 Điện trở sưởi dầu: 70

CHƯƠNG VIII : TÍNH CHỌN CÁC ĐƯỜNG ỐNG 71

I CHỌN CÁC ĐƯỜNG ỐNG: 72

II TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG DẪN MÔI CHẤT FREON: 73

1 Đường ống từ máy nén cao áp đến thiết bị ngưng tụ: 73

2 Đường ống từ phần nén hạ áp đến bình trung gian: 73

3 Đường ống từ bộ bốc hơi đến máy nén hạ áp: 73

4 Đường ống từ bình trung gian đến phần nén cao áp: 74

5 Đường ống từ thiết bị ngưng tụ đến van tiết lưu bộ bốc hơi:74 6.Đường ống dẫn nước từ tháp giải nhiệt đến bộ ngưng tụ và ngược lại: 74

III SƠ ĐỒ NHIỆT CỦA HỆ THỐNG: 75

CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN VÀKHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN 77

I TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC: 78

1 Đặc điểm của hệ thống: 78

2 Tính toán mạch động lực: 78

a Động cơ máy nén: 78

b Quạt tháp giải nhiệt: 79

c Bơm nước giải nhiệt: 79

d Bơm nâng hạ plate: 79

e Điện trở sưởi cửa: 80

f Mạch điều khiển: 80

3.Tính toán chọn dây dẫn và khí cụ điện: 81

a Chọn dây dẫn: 81

b Chọn áp tomat: 83

c Chọn contactor: 86

d Chọn relay nhiệt: 87

e Chọn relay thời gian và các khí cụ khác: 88

II KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 89

1 Giới thiệu: 89

2.Thông số điều khiển và thông số bảo vệ: 89

a Thông số điều khiển: 89

b Thông số bảo vệ 90

3 Khảo sát mạch điều khiển: 91

a Các kí hiệu: 91

b Mạch điều khiển: 91 Tài liệu tham khảo 92

Chương I

Giới thiệu chung

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT LẠNH TRÊN THẾ GIỚI:

Lịch sử phát triển của ngành lạnh cho thấy rằng từ ngàn xưa conngười đã biết giữ gìn và sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như :sử dụng băng tuyết và các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm,làm lạnh bằng cách cho bốc hơi …, cách đây 2000 năm người Ấn Độvà Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc nước đá để tạo nhiệtđộ thấp hơn

Tuy nhiên phải đến những năm giữa và cuối thế kỷ 19, thì kỹ thuậtlạnh hiện đại mới phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ bằng các côngtrình nghiên cứu việc hóa lỏng các chất khí dùng làm môi chất lạnhvà đã có các bằng phát minh đăng ký đầu tiên về máy lạnh, máy nénhơi

Một sự kiện quan trọng là việc sản xuất và sử dụng rộng rãi cácchất Freon ở Mỹ vào những năm 1930 Đây là một loại môi chất cónhiều tính chất quí báu như không cháy, không nổ, phù hợp với chutrình máy lạnh nén hơi và được sử dụng phổ biến cho đến bây giờ Nóđóng góp phần vào tích cực vào việc thúc đẩy sự phát triển của kỹthuật lạnh

Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, cótrình độ khoa học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiếnkhác

Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày nay được mở rộng rấtnhiều, người ta đang tiến dần đến nhiệt độ không tuyệt đối Hiệu suấtcủa máy tăng lên đáng kể , chi phí cho một đơn vị lạnh giảm xuốngđáng kể, tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên Những thiết bị lạnh tự độnghoàn toàn bằng điện tử và bằng vi điện tử đang dần thay thế các thiết

bị thao tác bằng tay

II ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH:

Chế biến và bảo quản thực phẩm là một ứng dụng quan trọng củakỹ thuật lạnh Theo thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sửdụng trong công nghiệp bảo quản thực phẩm Thực phẩm như rauquả, thịt, cá, sữa… là những thức ăn dễ bị ôi thiu Vì vậy thực phẩmđược bảo quản ở nhiệt độ thấp (-180C) thì quá trình sinh hóa trongthịt, cá, hoa quả … đều xảy ra rất chậm Do đó bảo quản thực phẩm ởnhiệt độ thấp kéo dài thời gian sử dụng Thực ra thời gian bảo quảncòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm, phương pháp đóng gói,thành phần không khí nơi bảo quản…, nhưng nhiệt độ đóng vai tròquan trọng nhất

Trong thời đại hiện nay, các ngành công nghiệp thực phẩm chếbiến thịt cá rau quả và công nghiệp đánh bắt thủy hải sản không thểphát triển nếu như không có sự hỗ trợ của kỹ thuật lạnh Trong côngnghiệp chế biến lạnh và bảo quản thực phẩm, người ta thường dùngphương pháp chủ yếu là lạnh đông nhanh (cấp đông )để lạnh đôngsản phẩm trước khi đưa vào bảo quản, vận chuyển và sử dụng

Kỹ thuật lạnh đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiềungành khác nhau Ta có thể trình bày một số ứng dụng quan trọng củakỹ thuật lạnh:

_Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm

_Sấy thăng hoa

_Ứng dụng trong công nghệ hóa chất

_Ứng dụng trong điều tiết không khí

_Ứng dụng lạnh trong siêu dẫn

_Sinh học Gyuo

_Ứng dụng trong thể thao

_Ứng dụng trong xây dựng

_Trong cơ khí chính xác và chế tạo máy

_Ứng dụng trong ngành Y

Ngoài ra còn một số ứng dụng khác như trong hàng không, vũtrụ,trong khai thác mỏ,hầm lò sâu …

III KỸ THUẬT LẠNH Ở VIỆT NAM:

Khí hậu ở nước ta nóng ẩm, phía nam hầu như không có mùađông,bờ biển dài trên 3000km với hơn 110 cửa sông cùng 3000 đảolớn nhỏ Đó là điều kiện thuận lợi để phát triển ngành lạnh phục vụ

cho việc chế biến và bảo quản thực phẩm nhằm đáp ứng nhu cầutrong nước cũng như xuất khẩu.

Tuy nhiên trước đây ngành lạnh ở nước ta rất non yếu, chỉ chế tạocác loại máy lạnh cỡ nhỏ chua chế tạo các loại thiết bi cỡ lớn lạc hậukhông có cơ quan trung ương chủ trì nên đầu tư và phát triển khôngđúng mức, đôi khi dẫn đến lãng phí và thiệt thòi về kinh tế Trongnhững năm gần đây, dưới sự lãnh đạo của đảng và nhà nước cùng vớimở rộng quan hệ ngoại giao với các nước thì nhu cầu trao đổi, thôngthương hàng hóa ngày càng được nâng cao

Để đạt những mục tiêu trên ta cần có kế hoạch đầu tư nghiêm túcvà đúng mức cho ngành lạnh Việc tổ chức và phát triển ngành lạnhlà một nhu cầu cấp thiết chắc chắn sẽ mang lại nhiều lợi ích to lớn

Chương II

Lạnh đông nhanh kiểu tiếp xúc

(contact – freezer)

I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA LẠNH ĐÔNG NHANH:

Có nhiều phương pháp để bảo quản thịt cá , rau quả trước khiđưa vào sử dụng Tuy nhiên, đã có nhiều phương pháp làm ảnh hưởngđến chất lượng và khối lượng sản phẩm cũng như không thể bảo quảnđược sản phẩm lâu, do đó bảo quản bằng cách làm lạnh là phươngpháp tốt nhất cho các loại sản phẩm tươi sống

Trong kỹ thuật sản xuất và chế biến thực phẩm, để đảm bảocung cấp thường xuyên nguyên liệu cho bộ phận chế biến sản phẩmnhằm điều hòa, cung cấp thực phẩm cho các thành phố, khu đông dân

cư và phục vụ xuất khẩu thì cần thiết phải có khối lượng nguyên liệukhá lớn, do đó nảy sinh vấn đề bảo quản nguyên liệu dự trữ này nhưthế nào mà vẫn giữ được tốt chất lượng khi đưa vào chế biến sảnphẩm được giữ lâu dài đòi hỏi ta phải cấp đông sản phẩm Khác hẳnvới các phương pháp khác như: sấy, phơi khô, ướp muối… phươngpháp cấp đông sản phẩm bảo quản hầu như nguyên vẹn tính chất banđầu của nguyên liệu từ hình dáng bên ngoài đến chất lượng dinhdưỡng bên trong trong suốt thời gian khá dài (nhờ tác dụng kìm hãmnhững biến đổi về lý hóa sinh học cũng như hoạt động của vi sinh vậtbên trong sản phẩm) Đặc biệt trong vài trường hợp, nó còn tăngcường phẩm chất thực phẩm nhờ quá trình chín hóa học

Tuy nhiên, đối với sản phẩm đông lạnh chậm, do số tinh thể đátạo ra trong tế bào và gian bào sản phẩm rất ít, kích thước trung bình

các tinh thể đá lớn, làm cọ rách màng tế bào và phá hủy cấu trúc môtế bào sản phẩm Vì vậy, khi làm tan đá, dịch tế bào chảy ra làmgiảm giá trị dinh dưỡng và sản phẩm dễ bị nhiễm khuẩn Ngượclại,đối với sản phẩm đông lạnh nhanh, có rất nhiều tinh thể đá kíchthước rất bé tạo thành tế bào và gian bào nên ít phá hủy cấu trúc tếbào Vì vậy, khi làm tan đá vẫn giữ được sản phẩm tươi sống , thayđổi rất ít kích thước và khối lượng sản phẩm trong quá trình đông lạnhnhanh.

Như vậy, kỹ thuật làm lạnh đông nhanh (cấp đông ) trong bảoquản thực phẩm nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản mà vẫnbảo đảm phẩm chất tươi sống của thực phẩm khi đưa vào chế biến vàsử dụng

Quy trình công nghệ:

II YÊU CẦU CỦA LẠNH ĐÔNG NHANH VÀ SƠ LƯỢC MỘT SỐ CHỦNG LOẠI MÁY:

Sản phẩm

được bốc dỡ

từ cảng

PHÂN LOẠI Ở XƯỞNG

PHÂN CỠ LOẠI VÀ BÓC

XẾP KHUÔN

TRỮ

LẠNH

PHÂN

Đưa vào đóng gói

Mạ băng nhúng nước

ở 0 0 C

SẢN PHẨM ĐƯỢC

SẢN PHẨM ĐƯỢC

1.Yêu cầu:

_Nhiệt độ môi trường làm lạnh phải thấp hơn –350C

_Có thể có hoặc không có không khí đối lưu trong môi trường._Nhiệt độ gia lạnh của sản phẩm phải thấp hơn  -100C

_Quá trình đóng băng của sản phẩm phải xảy ra cùng lúc trongtế bào và gian bào để hạn chế sự truyền nước từ bên trong tếbào ra ngoài gian bào nhằm đảm bảo cho quá trình đạt tốc độlạnh đông nhanh và kịp thời nhất là khi xảy ra sự đóng băngđồng loạt một khối lượng tự do và nước liên kết yếu

_Kích thước sản phẩm phải nhỏ: theo tiêu chuẩn

_Yêu cầu của sản phẩm:phải tươi, sống, mới, hợp vệ sinh vàđều đặn trước khi cấp đông

2.Một số chủng loại máy:

a Buồng kết đông:

Buồng kết đông được trang bị các dàn lạnh ống cách quạt giócưỡng bức mạnh để tăng cường trao đổi nhiệt giữa sản phẩm, khôngkhí và dàn lạnh Các dàn lạnh là các dàn trực tiếp , môi chất lạnh sôitrong ống

b Thiết bị kết đông nhanh:

Các thiết bị kết đông nhanh khác biệt cơ bản với buồng kếtđông là tốc độ kết đông nhanh hơn , kết cấu gọn nhẹ hơn

Các thiết bị kết đông nhanh làm việc theo 3 nguyên tắc cơ bảnsau:

+Kết đông thực phẩm trong môi trường không khí lạnh , có tốcđộ chuyển động không khí cao

+Kết đông thực phẩm giữa các tấm (kim loại) lạnh Các tấm nàyđồng thời là dàn bay hơi trực tiếp(tiếp xúc)

+Kết đông thực phẩm trực tiếp khi nhúng trong chất lỏng lạnh:nước muối, chất tải lạnh, môi chất lạnh , ni tơ lỏng Riêng trường hợp

dùng môi chất lạnh , cần có biện pháp thu hồi môi chất lạnh , táchchúng ra khỏi nước và không khí.

Thiết bị kết đông nhanh kiểu tunnel:

Thiết bị kết đông nhanh kiểu băng tải trọng lực:

Thiết bị lạnh đông nhanh kiểu tiếp xúc:

1.Giới thiệu:

Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh ,gas lạnh…) là chất môigiới dùng trong chu trình máy lạnh để thu nhiệt từ đối tượng cần làmlạnh và thải nhiệt ra môi trường giải nhiệt có nhiệt độ cao hơn

Trong máy lạnh nén hơi, việc thu nhiệt của đối tượng cần làmlạnh nhờ vào sự bốc hơi của môi chất ở áp suất thấp và thải nhiệt chomôi trường giải nhiệt do sự ngưng tụ ở áp suất cao Vậy môi chất tuầnhoàn được trong hệ thống là nhờ vào máy nén

2.Yêu cầu đối với môi chất lạnh:

a.Yêu cầu về nhiệt động lực học:

_Năng suất lạnh riêng thể tích của môi chất lạnh có thể tíchtương đối lớn để làm giảm đáng kể các kích thước và trọng lượng củamáy nén cũng như các thiết bị khác Nhưng năng suất lạnh riêng cànglớn thì sẽ tăng tỉ số nén của máy lạnh

_Áp suất ngưng tụ ở cuối quá trình nén không được quá cao sẽlàm cho thiết bị phải dày hơn, kim loại tốt hơn và không an toàn

_Môi chất lạnh có áp suất bốc hơi không quá nhỏ , không nhỏhơn áp suất khí quyển để tránh nguy cơ không khí thâm nhập vào môichất

_Nhiệt ẩn hoá hơi càng lớn càng tốt sẽ làm giảm khối lượng môichất

_Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều, nhiệtđộ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều để hệ số lạnh cao.

_Độ lớn nhớt  càng nhỏ càng tốt để giảm tổn thất áp suất trênđường ống và các van

_Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt để tăng hệ số dẫn nhiệt,giảm bớt đi phần giải nhiệt và hấp thu nhiệt

b.Yêu cầu lý-hoá:

_Dễ tan trong nước để tránh tắc ẩm

_Không tan trong dầu bôi trơn để nhiệt bốc hơi không phụ thuộclượng dầu và dễ tách dầu, nhưng sẽ gây trở lực lớn và cản trở sựtruyền nhiệt

_Không được ăn mòn kim loại cũng như các vật liệu khác

_Không dễ cháy, dễ nổ, an toàn trong vận hành

_Dễ phát hiện khi bị rò rỉ

_Bền về mặt hoá học

c.Yêu cầu về lý-sinh:

_Không gây độc hại ,ảnh hưởng đến con người cũng như môitrương xung quanh

d.Yêu cầu về kinh tế:

_Dễ kiếm rẻ tiền, dễ bảo quản,dễ chuyên chở…

3.Một số môi chất lạnh thường dùng:

+Môi chất 12 (R-12CFC 12):công thức hoá học là CCl2F2 ,thườngđược dùng trong máy lạnh cỡ nhỏ Giải nhiệt bằng không khí tự nhiênnhư tủ lạnh Do R12 phá hoại tầng ôzôn nên bị cấm sản xuất vào năm2000

+Môi chất R22 (R-22, HCFC22) : Công thức hóa học là CHCLF2

thường được sử dụng trong các máy lạnh trung bình và lớn giải nhiệtbằng nước hoặc không khí cưỡng bức Ưu điểm của R22 là năng suấtlạnh riêng thể tích lớn hơn R12 1,6 lần, R22 còn được sử dụng đếnnăm 2030 ở Việt Nam

+Môi chất 502 (CFC502): là hỗn hợp đồng sôi của 48,8% R22 và

51,82% R115 có ưu điểm là nhiệt độ quá nhiệt sau khi nén thấp hơnR22 Thường được sử dụng cho hệ thống lạnh có tỉ số nén cao (tỉ sốnén ở giữa giới hạn giữa máy lạnh một cấp và hai cấp ) như phòng trữđông, cấp đông kiểu nén một cấp… Môi chất 502 cũng nằm trongdanh sách cần loại bỏ ngay

+Môi chất 717 (NH 3 ): là khí không màu ,có mùi hắc, sôi ở áp suất

khí quyển ở –33,35 0C NH3 có các tính chất nhiệt động rất tốt đối vớichu trình lạnh , lại rẻ tiền Từ khi khám phá ra hiệu ứng phá huỷ tầngôzôn của các khí CFC, NH3 lại được sử dụng nhiều, nhất là các quốcgia Tây Âu Tuy nhiên NH3 rất độc, ăn mòn đồng và các hợp kim chủyếu trong hệ thống dùng NH3 là thép

Với yêu cầu là cấp đông thủy hải sản nên ta không dùng NH3, nên

ta sử dụng môi chất R22, vì môi chất này vẫn còn được sử dụng nhiều

ở nước ta hơn nữa khả năng ứng dụng vẫn còn cho phép đến năm2030

Chương III

Tính toán chọn kích thước kết cấu lắp ráp và cách nhiệt

tủ cấp đông

Chương III : tính toán chọn kích thước kết cấu lắp ráp và cách nhiệt tủ

cấp đông

I SƠ LƯỢC VỀ TỦ CẤP ĐÔNG CONTACT-FREEZER:

Khi đặt sản phẩm tiếp xúc với bề mặt lạnh, khả năng trao đổinhiệt độ lớn hơn nhiều so với khi tiếp xúc với không khí lạnh Chính

vì vậy tốc độ cấp đông sẽ nhanh hơn , hiệu nhiệt độ giữa sản phẩm vànhiệt độ bay hơi sẽ giảm xuống, công suất lạnh yêu cầu giảm, qua đógiảm được diện tích lắp đặt thiết bị Nhược điểm của phương pháp kếtđông tiếp xúc là không thể kết đông bất cứ loại sản phẩm nào riênglẻ, máy kết đông kiểu tiếp xúc chỉ dùng kết đông các loại sản phẩmđặt trong khuôn cố định , kích thước của khuôn tùy thuộc vào nhà chếtạo quy định

Nguyên lý làm việc của máy kết đông tiếp xúc:

Hình 3.1Tấm tiếp xúc có thể bằng thép tấm tráng kẽm, thép không rỉ hoặc

đa số là bằng nhôm đúc áp lực, đảm bảo được vệ sinh công nghiệpthực phẩm để có thể tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm không có bao bì.Trong các tấm tiếp xúc là các dàn lạnh trực tiếp và có ống dẫn mềm

KHUÔ

N SẢN

Tấm tiếp xúc

bằng thép không rỉ ra ngoài để cấp và thải môi chất ra ngoài cũngnhư để dãn hoặc ép các tấm tiếp xúc khi tháo hoặc chất tải sản phẩm.Máy kết đông tiếp xúc kiểu tấm nằm ngang là loại phổ biến nhất,sản phẩm kết đông được đóng trong các khe nhôm hoặc khuôn địnhhình sau đó được đẩy vào giữa hai tấm tiếp xúc đang mở, sau khi nạpđầy sản phẩm , cơ cấu thủy lực tác động cho các tấm tiếp xúc ép lạivới nhau để sản phẩm tiếp xúc với cả tấm trên và dưới để thải nhiệtđộ nhanh chóng cho cả hai tấm Một bộ phận định vị giữa cho các tấmkhông bị ép qua sát nhau làm biến dạng sản phẩm.

Tấm đông tiếp xúc thường được sử dụng để đông lạnh nhanh cácloại sản phẩm thủy hải sản (tôm cá mực ) và thịt phi lê, sản phẩm gầnnhư tiếp xúc với dàn lạnh nên rút ngắn được thời gian đông lạnh vàchất lượng sản phẩm được bảo đảm tốt

Tủ cấp đông tiếp xúc thường có cấu tạo bằng khung kim loại chịulực bao bọc hai phía là hai lớp thép không rỉ, giữa hai lớp thép người

ta phun vật liệu cách nhiệt, vì vậy kết cấu bao che hết sức đơn giảnvà gọn nhẹ Có thể sản xuất từng cụm hay sản phẩm rời để lắp ráp

II TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC TỦ CẤP ĐÔNG CÔNG SUẤT 1000KG/MẺ:

1.Yêu cầu:

+Tủ cấp đông phải có kích thước tiêu chuẩn, đáp ứng được yêucầu xuất khẩu

+Có khả năng thao tác nhanh việc bốc dỡ và xếp hàng.

+Dễ dàng vệ sinh, tẩy rửa , ít bám bụi,đóng cặn bẩn, không bịđọng sương

+Tuổi thọ cao, có tính kinh tế kỹ thuật

+Điều khiển tự động, độ tin cậy lớn, độ ồn nhỏ

+Chiều cao của khuôn: 70mm

Công suất cấp đông 1000kg/mẻ như vậy số khuôn cần dùng:

1000 : 2,5= 400 khuônSố khuôn trên mỗi khay là 4 (xếp theo chiều dài) nên số khay cầndùng :

400 : 4=100 khaySố khay trên mỗi tầng là 12 (xếp theo chiều ngang của khay) , vậy sốtầng cần là:

100 : 12=8,33 8 Tầng

Như vậy số tấm plate cần dùng trong tủ cấp đông là:9 tấm

3.Kích thước khay:

Ta chọn cách xếp khuôn trên mỗi khay theo chiều dài Vậykhay có kích thước:

Dài: 280 x 4=1108 mmRộng:184 mm

Vậy chọn khay có kích thước: dài:1150mm, rộng: 195mm

4.Chọn tấm plate:

+Xếp 12 khay song song trên một tấm plate

+Kích thước tấm plate : dài:1150 mm , ngang: 195 x 12=2340mm

+Do đó ta chọn tấm plate theo tiêu chuẩn của tập đoàn A/S

DYBVAD STAL INDUSTRI – ĐAN MẠCH sản xuất có kích thước

:

1230x2440x22 mm

5.Kích thước tủ cấp đông:

Kích thước tủ cấp đông phải phù hợp với các thiết bị gắn bêntrong tủ, bao gồm:

+9 tấm plate, kích thước: 1230x2440x22 mm

+Thanh dẫn hướng các tấm plate

+Cơ cấu định vị truyền động các tấm plate

+Dàn ống dẫn môi chất vào và ra khỏi các tấm plate

+Khoảng mở giữa hai tấm plate phải đủ lớn để đưa các khay sảnphẩm vào ra dễ dàng

Do đó ta chọn:

_Khoảng cách giữa các tấm plate:100mm

_Hai bên hông mỗi bên chừa :350mm

_Mặt trước và sau mỗi mặt chừa: 200mm

_Mặt trên và dưới mỗi mặt chừa: 75mm

Từ đó ta xác định kích thước bên trong của tủ cấp đông:

Chiều cao của tủ:

Chiều dày 9 tấm plate + 8x(khoảng cách giữa hai tấm plate)+khoảng cách trên và dưới =9x25+8x100+75x2=1148 mm

Chiều ngang của tủ:

Chiều dài tấm plate+khoảng cách haibên=2440+2x350=3140mm

Chiều sâu của tủ:

Chiều rộng tấm plate+khoảng cách trước và sau =

III.KẾT CẤU LẮP RÁP VÀ CÁCH NHIỆT TỦ CẤP ĐÔNG:

1.Yêu cầu chung:

Do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài khoảng( 350C) và nhiệt độ bên trong buồng lạnh (-350C) ,nên luôn có mộtdòng nhiệt và ẩm xâm nhập từ bên ngoài vào trong buồng Đây làlượng nhiệt tổn thất ảnh hưởng đến việc chọn năng suất máy nénlạnh

Kết cấu lắp ráp và xây dựng tủ cấp đông phải đáp ứng được cácyêu cầu sau:

+Đảm bảo độ bên lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của tủ

+Cách nhiệt, cách ẩm tốt,giảm chi phí đầu tư cho máy nén lạnh.+Chống cháy nổ

+Vận hành an toàn

+Mang tính kinh tế – kỹ thuật

Việc thiết kế xây dựng tủ cấp đông lắp ghép bao gồm:

+Thiết kế nền trần

+Thiết kế tường bao quanh của tủ cấp đông

+Cách nhiệt các đường ống.

Buồng cấp đông có thể do nhà sản xuất chế tạo thành cụm theođơn đặt hàng hoặc sản xuất theo các bộ phận rời theo tiêu chuẩn vàvề lắp ghép lại

Ở đây, để thỏa mãn yêu cầu sử dụng và kinh tế, ta nhập hàng rờivà lắp ghép thì phải tạo được bộ khung của buồng chắc chắn đối vớicác thanh dẫn hướng và chịu được các tấm plate Buồng cấp đôngđược xây dựng trong nhà của một xí nghiệp đông lạnh , không chungvách với các buồng khác Buồng sẽ dùng vật liệu đơn giản, nhẹ ,lắpghép nhanh để làm thành lớp cách nhiệt bên ngoài Phương pháp sửdụng rộng rãi hiện nay là lắp ghép các tấm panel Các tấm panelcách nhiệt sẽ được sử dụng để lắp trần, tường, nền tủ cấp đông

Tính toán hệ số truyền nhiệt qua tấm panel và kiểm tra đọngsương Vì tấm panel được lắp ghép kín theo kết cấu bên trong khôngcó vật liệu cách ẩm là,thành phần chủ yếu của tấm panel là vật liệucách nhiệt, ta chọn vật liệu cách nhiệt là polyurethane, trong phầnnày ta không tínhh bề dày mà chỉ chọn bề dày lớp cách nhiệt theokinh nghiệm đồng thời có kiểm tra độ đọng sương Không cần kiêmtra độ đọng ẩm đối với sản phẩm cấp đông tiếp xúc

2.Tính toán cách nhiệt:

a.Vật liệu cách nhiệt:

Cách nhiệt lạnh có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ môitrường có nhiệt độ cao vào buồng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấubao che.

Yêu cầu của vật liệu cách nhiệt:

+Hệ số dẫn nhiệt nhỏ hoặc nhiệt trở lớn

+Không hút nước hoặc độ hút nước nhỏ

+Độ bền cơ học đủ lớn, dẻo dai trơ với băng giá

+Có hình dạng hình học cố định

+Có khối lượng riêng nhỏ

+Không dễ cháy

+Không có phản ứng và tác động với các hóa chất

+Không bắt mùi và có mùi lạ

+Không phát sinh nấm mốc, vi khuẩn

+Không ăn mòn và tác động lên bề mặt kim loại của bề mặtcách nhiệt

+Không độc hại đối với người, không làm biến chất sản phẩm.+Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt phải bền lâu không bị lãohóa, thối, hỏng

+Phải rẻ tiền, dễ kiếm, dễ gia công vận chuyển chế biến

+Không đòi hỏi bảo dưỡng đặc biệt

+Kinh tế kỹ thuật.

Có nhiều loại vật liệu cách nhiệt trên thị trường, nhưng hiệnnay, polyurethane và polystyrol rất được ưa chuộng trên thị trường

Bọt xốp polyurethane có một ưu điểm rất lớn là có thể tạo bọtkhông cần gia nhiệt và không cần áp suất Các lỗ rỗng, các khônggian giới hạn bởi các tấm cách ẩm … dễ dàng được điền đầy bằng bọtpolyurethane Do đó với polyurethane người ta áp dụng phương phápnày rất kinh tế hiệu quả cách nhiệt cao

Ta chọn vật liệu cách nhiệt cho tủ cấp đông là polyurethane

b.Vật liệu cách ẩm:

Do có sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa môi trường bên ngoài(lớn) và bên trong buồng lạnh ( nhỏ),nên luôn có một dòng ẩm đi từbên ngoài và môi trường bên trong buồng Gặp nhiệt độ thấp, ẩmngưng đọng lại trong kết cấu cách nhiệt,phá hủy khả năng cách nhiệt,gây nấm mốc,mục hư cho kết cấu cách nhiệt Chính vì vậy vật liệucách nhiệt không đủ trở thấm ẩm bao giờ cũng đi cùng với cách ẩm.Yêu cầu cần thiết:

+Vật liệu cách ẩm phải có trở ẩm lớn

+Nếu tính từ phía nóng vào phía lạnh thì vị trí bọc cách nhiệt ởtrong và cách ẩm ở bên ngoài Nếu có nhiều lớp cách nhiệt dánchồng lên nhau thì bố trí một lớp cách ẩm đủ dày ở phía ngoài cùng.+Lớp cách ẩm không dày (2,5  3mm), nhưng phải liên tục,không nên đứt quãng hay tạo ra vết nứt sẽ là cầu nối cho ẩm thấmvào tường

Với tủ lắp ghép bằng inox thì việc cách ẩm đã thoả mãn yêu cầuđặt ra.

c.Xác định chiều dày của cơ cấu vách ngăn:

Dựa vào tài liệu[3] phần tính toán cách nhiệt, cách ẩm,ta được:Chiều dày tính toán :

CN: bề dày lớp cách nhiệt

CN: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt (0,023 W/m.0K)[6]

K : hệ số truyền nhiệt cho trước của kết cấu bao che, ở t0= - 40 0Cthì K=0,17 (W/m.0K) (mái bằng) (Bảng 3-3[3])

1 : hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đến vách cách nhiệt,chọn giá trị :23,3 (W/m.0K) (bề ngoài của vách ngoài –tườngbao- và mái)

(Bảng 3-7[3])

2 :hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh,

chọn giá trị :10,5 (W/m.0K) (Bảng 3-7[3])

i , I : các bề dày và hệ số tỏa nhiệt của các lớp vách cách nhiệtthứ i

Do bề dày i rất nhỏ so với bề dày CN và i rất lớn so với CN nên tacó thể bỏ qua tỷ số

3 lớp

Hệ số truyền nhiệt thực tế:

Ktt=

11

Bề dày lớp tôn inox là rất nhỏ 0,001m so với lớp cách nhiệt là 0,15mnên ta có thể bỏ qua tỷ số

δ i

λ i Như vậy bề dày thực tế lớp cách nhiệt là: CN tt =150 mm

Ktt = 0,15 W/m2.K0

d Kiểm tra đọng sương:

1 1

tw1

tw2 q

K Kđs , Kđs=0,95 1

t1−t S

t1−t2 (3.3)

t1:nhiệt độ không khí bên ngoài

t2:nhiệt độ không khí bên trong

buồng lạnh

tw1:nhiệt độ vách ngoài

tw2:nhiệt độ vách trong

Kđs=0,95 1

t1−t S

t1−t2 =0,95 x 23,3 x

35−3035−(−40 ) =1,48 (W/m2.0K)Suy ra :Kđs=1,48 lớn hơn Ktt=0,15 (W/m2.0K)

Như vậy,vách ngoài không bị đọng sương

e Kiểm tra đọng ẩm:

Vì lớp tole INOX bao quanh đủ bền chắc để ẩm không lọt qua được bên trong lớp cách nhiệt vào buồng lạnh

Như vậy kích thước của tủ trở thành: 2000 x 1500 x 3500 mm

Chương IV

Tính toán cân bằng nhiệt

2000