đồ án thiết kế tủ cấp đông tiếp xúc

đồ án thiết kế tủ đông tiếp xúc rất hay và đầy đủ, được nghiên cứu, rất kỹ và thực sự hoàn hảo, rất hữu dụng cho các bạn sinh viên đang không biết phải làm đồ án như thế nào, vậy đây sẽ là mẫu đồ án hay nhất về thiết kế tủ đông tiếp xúc

LỜI NÓI ĐẦU

Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh từ cách đây rất lâu:

+ Ngành khảo cổ học đã phát hiện ra các mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa lương thực, thực phẩm khoảng 5000 năm trước

+ Các tranh vẽ trên tường trong các kim tự tháp Ai Cập cách đây khoảng 2500 năm,đã

mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm sốp cho nước bay hơi làm mát không khí.Người Ấn

Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước để tạo nhiệt độ thấp hơn cách đây 2000 năm

Từ thế kỷ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật

Ngày nay kỹ thuật lạnh đã đi sâu vào lĩnh vực khoa học kỹ thuật như:Công nghệ thực phẩm,công nghệ chế tạo máy,luyện kim y học, kỹ thuật điện tử Lạnh đã phổ biến

và đã gần gũi với đời sống con người.Các sản phẩm như:Thịt,cá,rau,củ,quả Nhờ có bảo quản lạnh ma có thể vận chuyển đến nơi xa xôi,hoặc bảo quản trong thời gian dài mà không bị hư thối.Điều này nói lên tầm quan trọng của các hệ thống cấp đông đặc biệt là

hệ thống cấp đông dùng tủ đông tiếp xúc

Nước ta có bờ biển dài nên có tiềm năng rất lớn về thủy sản,các xí nghiệp đông lạnh

có mặt trên mọi miền đất nước

Do kiến thức có hạn và chưa có kinh nghiệm thực tế được sự cho phép của thầy giáohướng dẫn: TRẦN CÔNG TY, em chọn đề tài: Thiết kế hệ thống cấp đông dùng tủ đông tiếp xúc Với môi chất là NH3, E=8 , tb = -400C

Trong quá trình tính toán, thiết kế chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong ý kiến đóng góp và chỉ dạy của các thầy,cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nam Định, Ngày 26 Tháng 02 Năm 2012

SVTH: VŨ TIẾN SINH

Chương1

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM

1.1 Tổng quan về công nghệ cấp đông thủy sản đông lạnh.

1.1.1 Khái niệm công nghệ cấp đông sản phẩm.

- Công nghệ cấp đông thủy sản là hạ nhiệt độ sản phẩm xuống thấp Làm chậm lại sựươn hỏng và làm cho sản phẩm được tan gia sau thời gian bảo quản sản phẩm không bịbiến đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi

- Cấp đông và bảo quản là 2 qúa trình có tác dụng bảo vệ sản phẩm sau khi được chếbiến và 2 quá trình này thường đi song song nhau Quá trình cấp đông được gọi là quátrình lạnh đông sản phẩm Quá trình lạnh đông sản phẩm thường được áp dụng đối vớisản phẩm là thủy sản xuất khẩu Thủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng đốivới các nước phát triển do giá thành sản phẩm cao như cá lạnh đông, mang lại thu nhậpcao kinh tế cao hơn so với các sản phẩm thủy sản tiêu thụ tại nội địa

- Quá trình kết tinh nước trong thực phẩm của quá trinh làm đông: Khi hạ nhiệt độ củasản phẩm xuống dưới nhiệt độ quá lạnh, nước bắt đầu đóng băng Do hạ nhiệt độ xuốngthấp thì chuyển động nhiệt của các phần tử trong môi trường lỏng giảm và tăng cườngchuyển động tương hỗ Quá trình này làm tăng khả năng kết hợp giữa các phân tử nướclại với nhau để tạo thành mầm tinh thể Nếu tốc độ hạ nhiệt độ càng nhanh thi tinh thểđược tạo ra càng mịn it ảnh hưởng đến cấu trúc tế bào Ngược lại nếu tốc độ hạ nhiệtchậm sẽ làm cho các tinh thể nước đá có kích thước lớn Làm rách màng tế bào dẫn đếnchất lượng sản phẩm giảm khi rã đông

1.1.2 Các dạng hình thức cấp đông.

Có 3 phương pháp lạnh đông cơ bản áp dụng cho sản phẩm là thủy sản

1 Lạnh đông bằng không khí (tủ đông gió).

- Ở đây không khí lạnh được thổi liên tục qua sản phẩm.

- Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là tính linh hoạt của không khí Có thể

thích ứng với hình dạng bất thường của sản phẩm Nếu sản phẩm có hình dạng kíchthước thay đổi trong phạm vi rộng thì lạnh đông bằng không khí là biện pháp lựa chọn tốtnhất Tuy nhiên nhờ tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng vìkhông thể biết được chính xác ứng dụng của nó do vậy hiệu quả kinh tế sẽ không cao

- Tốc độ dòng khí thổi 5m/s thường được áp dụng cho tất cả các hệ thống lạnh

đông dạng không khí thổi Tuy nhiên con số này có thể thay đổi vượt định mức được từ

10 - 15m/s và mang lại hiệu quả kinh tế cao

- Nhược điểm của phương pháp này là tốc độ dòng không khí thổi không đều trên bềmặt sản phẩm

2 Lạnh đông tiếp xúc hay lạnh đông bằng đĩa (tủ đông tiếp xúc).

Các sản phẩm được đặt trên các khay và được kẹp giữa các tấm lắc cấp đông Các

tấm lắc kim loại bên trong rỗng để cho môi chất lạnh chảy qua, nhiệt độ bay hơi đạt t0 =-45OC ÷ -40OC Nhờ tiếp xúc với các tấm lắc có nhiệt độ rất thấp,quá trình trao đổi nhiệttương đối hiệu quả và thời gian làm đông được rút ngắn đáng kể so với làm đông dạngkhối trong các kho cấp đông gió

Truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc là dẫn nhiệt

Phương pháp làm đông tiếp xúc thường được áp dụng cho các sản phẩm dạng khối(block)

* Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp

+ Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau

+ Sự ép nén không đạt yêu cầu

+ Sử dụng các khuôn có kích thước phù hợp với sản phẩm trong khuôn,

không để dư thể tích khuôn khi sản phẩm đã đóng băng

+ Dùng nắp đậy khuôn phù hợp

+ Đảm bảo lực ép nên đều và đủ cho dàn lạnh

3 Lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu.

Dạng thiết bị lạnh đông này ít được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế

biến cá lạnh đông mà chỉ thường được sử dụng để lạnh đông các sản phẩm đặc biệt hoặcsản phẩm có giá trị kinh tế cao.

• Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu.

- Sử dụng phương pháp cấp đông dạng ngâm phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt

giữa bề mặt cá và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy ra

được tốt Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, có điểm

cùng tinh là -21,20C Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng -150Cđược ứng dụng cho tiến trÌnh lạnh đông Trong suốt quá trình vận chuyển sản phẩm đếnkho bảo quản, nhiệt độ sản phẩm phải được giữ ở mức càng thấp càng tốt

- Lạnh đông cá ngừ lớn trong dung dịch nước muối có thể kéo dài đến 3 ngày để đạtđược quá trình lạnh đông hoàn toàn Sử dụng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi ở nhiệt độcàng thấp càng tốt từ -500C đến -600C, thời gian lạnh đông ít hơn 24 giờ Lạnh đôngtrong dung dịch nước muối trước kia được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnhđông cá, ngày nay phương pháp lạnh đông này đã được thay thế bằng phương pháp lạnhđông dạng khí thổi

• Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền).

- Lạnh đông dạng phun là phương pháp mà hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệttách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh

- Với phương pháp lạnh đông này CO2 lỏng được phun trên sản phẩm ngang qua cácống trên băng tải, phiá dưới có các vòi phun CO2 sẽ thay đổi trạng thái

khi ngang qua các vòi phun và hấp thụ một lượng nhiệt lớn Kết quả làm cho sản

phẩm lạnh xuống nhanh Trong một số hệ thống, các lớp CO2 rắn (nước đá khô)

được đặt nằm dưới băng tải và sản phẩm được đặt nằm phiá trên CO2 lỏng sau đó đượcphun trên đầu; sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -780C, có thể làm lạnhđông xuống ít nhất -750C Quá trình lạnh đông xảy ra trong những trường hợp này rấtnhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%

- Trong trường hợp lạnh đông bằng N2 lỏng, khí hoá lỏng được phun lên sản

phẩm thổi ngang qua băng tải đang chuyển động Khí N2 đi ngược chiều với băng tải Vìvậy cá nên được lam lạnh sơ bộ trước khi đưa đến phun N2 lỏng Ở áp suất

bình thường, nitơ lỏng sôi ở -1960C, vì vậy nó cần được làm lạnh sơ bộ xuống trongđường ống trước để tránh cho sản phẩm bị nứt ra do quá trình làm lạnh xuống quá nhanh(tức thời) Sau khi phun, sản phẩm cần phải được để ổn định trước khi đưa ra khỏi băngtải của phòng lạnh đông Điều này có thể do ảnh hưởng của sự chênh lệch nhiệt độ từ môitrường bên ngoài với nhiệt độ tâm sản phẩm để đưa đến trạng thái cân bằng Sản phẩmsau khi đạt đến trạng thái cân bằng hoàn toàn được đưa đến phòng bảo quản lạnh

1.1.3 Biến đổi của sản phẩm trong quá trình cấp đông.

Nguyên tắc làm đông sản phẩm là: làm đông nhanh nhưng tan giã chậm

1 Biến đổi về hoá học.

Biến đổi về hoá học xảy ra không đáng kể trong quá trình làm đông

• Các phản ứng đặc trưng quá trình làm đông:

- Phản ứng phân giải của glucozen tạo ra axitlactic sẽ làm cho pH của thực

phẩm giảm

- Phản ứng melanoidin: axitamin + đường khử →melanin có màu nâu đen

- Triglyxerit ( thủy phân) → glyxerin + 3 axit béo tự do bị oxi hoá tạo ra các

sản phẩm của phản ứng oxi hoá lipit có màu nâu tối, xấu, có mùi vô cùng khó chịu, cótính độc

• Chú Ý :

+ Trong thời gian làm đông phản ứng xảy ra vô cùng bé

+ Nếu thời gian bảo quản làm đông dài thì về hoá học sản phẩm không bị hư hỏngnhiều, tuy nhiên đối với thịt thì mức độ biến tính protein tăng gây ảnh hưởng xấu đếnthịt

2 Biến đổi về vật lý.

- Sản phẩm khi xử lý xong được đưa đi làm đông Trong quá trình cấp đông sản

Phẩm bị co cứng lại làm cho mất đi hình dạng ban đầu của sản phẩm

- Khi nhiệt độ giảm đến 00C thì lượng nước tự do trong sản phẩm đóng băng Nếu thờigian đóng băng chậm làm cho tinh thể nước đá lớn nên chèn ép màng tế bào làm rách, vỡmàng tế bào Mô trong tế bào chảy ra ngoài và làm cho chất lượng sản phẩm giảm đi.Nếu thời gian làm đông nhanh thì màng tế bào sẽ không bị rách và khi đó chất lượng sảnphẩm sẽ không bị biến đổi

3 Những biến đổi về hoá sinh.

- Khi nhiệt độ hạ thấp dưới nhiệt độ thích hợp tới gần điểm băng thì hoạt

động của enzyme bị giảm

- Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -80C: một số enzyme ngừng hoạt động, số còn lại

hoạt động yếu

- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -180C: hầu hết các enzyme ngừng hoạt động ngoại trừ enzymexúc tác cho phản ứng thủy phân lipit và phản ứng oxi hoá lipit nhưng

chúng hoạt động rất yếu

4 Những biến đổi về vi sinh.

- Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ thích hợp của vi sinh vật (vsv) nhưng chưa dưới điểm

băng thi vsv bị ức chế, hoạt động yếu hơn

- Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm băng thì nước đóng băng và nếu đóng chậm thì

các tinh thể nước đá to có thể gây rách màng tế bào làm cho một số vsv bị chết, số còn lạirơi vào trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu

- Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -80C thì hầu hết các loại vi khuẩn ngừng hoạt động nhưngnấm mốc nấm men còn hoat động được.

- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -120C thì cả vi khuẩn, nấm mốc, nấm men ngừng

hoạt động nhưng một số vi khuẩn chịu lạnh vẫn còn hoạt động được nên chưa an

toàn

- Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -180C gần như không còn vsv nào còn hoạt động được nên khicấp đông cho sản phẩm tới nhiệt độ bảo quản sản phẩm từ -18 ÷ -250C

là được và vừa an toàn, vừa kinh tế

1.1.4 Những nhân tố ảnh hưởng tới sản phẩm trong quá trình cấp đông.

1 Ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài.

-Môi trường: nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm

bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, … làm ảnh hưởng đến các thiết bị và cấu trúc kho cấpđông hay tủ đông

- Cấu trúc kho lạnh đông: nếu cấu trúc kho cấp đông cách nhiệt và cách ẩm không

tốt, cấu trúc không hợp lý thì sẽ lâu đạt nhiệt độ yêu cầu và chất lượng của sản phẩm sẽgiảm

- Chế độ vận hành máy lạnh: nếu vận hành không hợp lý làm cho hệ thống máy lạnh

hoạt động không ổn định thời gian làm đông tăng lên sẽ làm cho sản phẩm bị giảm khốilượng và giảm chất lượng nhiều

- Chất lượng: của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì hệ thống lạnh cũng ảnh hưởng

lớn đến sản phẩm cấp đông

- Thời gian cấp đông sản phẩm: thời gian cấp đông sản phẩm càng dài thì khối

lượng và chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút

2 Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong.

Để có sản phẩm có chất lượng tốt cần đảm bảo điều kiện bảo vệ môi trường trong khođược ổn định theo đúng quy trình công nghệ đề ra như:

- Nhiệt độ cấp đông: nhiệt độ cấp đông sản phẩm phải được lựa chọn trên

cơ sở kinh tế và kỹ thuật Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian cấp

đông sản phẩm đó Thời gian cấp đông càng lâu thì chất lượng sản phẩm càng thấp nhiệt

độ sản phẩm sau cấp đông tối thiểu phải bằng nhiệt độ bảo quản sản phẩm đó Tránh hiệntượng sản phẩm bị sinh vật oxi hoá làm hư hỏng sản phẩm

- Độ ẩm của không khí trong quá trình lạnh đông: độ ẩm của không khí trong kho

lạnh hay trong tủ đông có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm khi

sử dụng Bởi vì độ ẩm của không khí có liên quan mật thiết đến hiện tượng thoát

ẩm trong sản phẩm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Do vậy tuỳ từng loại sản

phẩm cụ thể mà ta chọn độ ẩm của không khí cho thích hợp

- Tốc độ không khí trong quá trình lạnh đông: không khí chuyển động trong

kho lạnh hay trong tủ đông có tác dụng lấy đi lượng nhiệt tỏa ra của sản phẩm, nhiệttruyền vào do mở cửa, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho lạnhđông Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế sự hoạt động của visinh vật trong kho lạnh

Chương 2

THIẾT KẾ TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 8 tấn/mẻ

Máy kết đông tiếp xúc là loại máy kết đông cho sản phẩm thường ở dạng bánh,khay(block) hoặc có kích thước tiêu chuẩn tiếp xúc trực tiếp với bề mặt lạnh Bề mặt lạnh cóthể làm lạnh bằng môi chất lạnh sôi trực tiếp hoặc làm lạnh gián tiếp bằng nước muối.Theo kết cấu có thể chia ra:

- Máy kết đông tiếp xúc kiểu tấm (được đề cập đến và tính toán trong đồ án)

- Máy kết đông tiếp xúc kiểu thùng quay (loại này không đề cập đến trong đồ

án này)

• Máy kết đông tiếp xúc kiểu tấm

Sản phẩm được cấp đông bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với các tấm kim loại (tấmlắc) Bên trong tấm lắc là dàn bay hơi trực tiếp của môi chất lạnh, sản phẩm được đóngsẵn vào trong các khuôn có kích thước tiêu chuẩn sau đó được xếp vào giữa các tấm dànbay hơi, tiếp theo xi lanh (ben) thủy lực bơm dầu từ bình chứa dầu vào ben thủy lực Benthủy lực sẽ ép các tấm lại ( thường dịch chuyển từ 50 105mm )để sản phẩm được tiếp súc

cả ở bề mặt trên và dưới, lực ép duy trì 1,5 7 kPa Sau khi ép xong các dàn lạnh đượccấp lỏng và bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ sôi đạt – 400C Sau khi cấp đông xong dầu được xảtrở lại bình chứa dầu, xi lanh đi xuống các tấm lắc được tách ra và người ta có thể lấy sảnphẩm ra một cách dễ dàng

Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc có thể chia ra làm các dạngsau:

-Cấp dịch từ bình trống tràn Với tủ cấp dịch dạng này, dịch lỏng chuyển dịch dần vàocác tấm lắc nhờ chênh lệch cột áp thủy tĩnh, nên tốc độ chuyển động chậm và thời giancấp đông lâu

-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 Hiện nay người tathường sử dụng cấp dịch dạng này

-Ngoài các tủ cấp đông sử dụng phương pháp cấp dịch nêu trên, vẫn còn có dạng tủcấp đông cấp dịch bằng tiết lưu trực tiếp Trong trường hợp này, môi chất bên trong cáctấm lắc ở dạng hơi bão hòa ẩm nên hiệu quả truyền nhiệt không cao, khả năng làm lạnhkém, thời gian cấp đông kéo dài

- Phiá trên bên trong tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc và là tấm ép khi ben épcác tấm lắc xuống Để các tấm lắc không di chuyển qua lại khi chuyển động, trên mỗitấm lắc có gắn các tấm định hướng, các tấm này luôn tựa lên thanh định hướng trong quátrình chuyển động Bên trong tủ còn có ống góp cấp lỏng và hơi ra Do các tấm luôn dichuyển nên đường ống môi chất nối từ các ống góp vào các tấm lắc là các ống nối mềmbằng cao su chịu áp lực cao, bên ngoài có lưới Inox bảo vệ

- Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gỗ để tránh cầu nhiệt Vật liệu bêntrong tủ làm bằng thép không gỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm Vỏ tủ thường cókết cấu cửa tủ kiểu cửa cánh có bản lề cách nhiệt bằng polyurethan dày 125, hai mặt bọcinox dày 0,6mm, có hai bộ cánh cửa ở hai phía: Bộ 4 cánh và bộ 2 cánh Tấm lắc trao đổinhiệt làm từ nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếp xúc hai mặt Tủ cótrang bị nhiệt kế để theo giõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành.

-Trên tủ cấp đông người ta đặt hệ thống máy nén thủy lực của ben và nhiều thiết bị phụkhác

= Chọn tủ đông tiếp xúc kiểu tấm, cấp dịch bằng bình chống tràn

2.1 Đặc tính kỹ thuật của tủ đông tiếp xúc 8 tấn/mẻ.

- Vỏ tủ đông cách nhiệt chế tạo bằng nguyên vật liệu ngoại nhập trên dây chuyền thiết

bị công nghệ mới, đồng bộ của Italya, sản xuất theo công nghệ sạch (CFC free ) bằngmáy phun foam áp lực cao

- Vật liệu cách nhiệt là Polyurethane rót ngập dày 150mm Tỷ trọng đạt tiêuchuẩn 40 - 42 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt 0,047 W/m.K có độ đồng đều và độ bám cao Haimặt của vỏ tủ được bọc bởi thép không rỉ INOX dày 0,6mm

- Khung đỡ ben bằng thép mạ kẽm được lắp ở mặt bên trên của tủ có kết cấu chịu lực

để đỡ ben và bơm dầu thuỷ lực

- Ben thuỷ lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ Pittông và cầu dẫn ben thuỷ lực làmbằng thép không rỉ đảm bảo yêu cầu vệ sinh Hệ thống có bệ phân phối dầu cho truyềnđộng bơm thuỷ lực

- Các vật liệu bên trong tủ có khả năng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đều là loại vậtliệu không rỉ

- Khung cùm plate, ống dẫn hướng và các ống góp hút cấp dịch bằng INOX

- Các thanh đỡ của các tấm plate trên cùng và dưới cùng làm bằng nhựa PA

- Vỏ tủ đông được trang bị 1 bộ cửa kiểu bản lề ở cả 2 bên, một bên 2 cánh và một bên

4 cánh, vật liệu cách nhiệt là Polyurethane rót ngập dày 150mm, 2 mặt cửa bọc bằng thépkhông rỉ INOX Các chi tiết bản lề, tay khoá cửa bọc bằng thép không rỉ Inox, roăn cửabằng cao su chịu lạnh định hình đặc chủng với điện trở chống dịch

- Vỏ tủ đông được chế tạo nguyên khối, bọc bằng Inox có kết cấu chống bọt nước vàobên trong tủ Khung sườn tủ bên trong cách nhiệt bằng các thanh thép chịu lực định hìnhvà gia cường, xương gổ khung tủ để tránh cầu nhiệt được làm bằng gổ satimex tẩmdầu nhờ đó mà tủ có độ bền và cứng vững rất cao trong suốt quá trình sử dụng

- Tấm trao đổi nhiệt dạng nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếp xúc 2mặt Các ống cấp dịch cho các tấm lắc bằng cao su chịu áp lực cao

- Tủ có trang bị nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành

Hình 2-1 : Tủ cấp đông tiếp xúc Searefico

Độ cao giữa hai tấm lắc min

(mm) max

50

105Công suất moto ben thủy lực (kW) 1,5

2.2 Xác định kích thước tủ cấp đông tiếp xúc 8 tấn/mẻ.

2.2.1 Kích thước số lượng khay và các tấm lắc cấp đông.

Khi cấp đông các mặt hàng thuỷ sản, thường người ta cấp đông sản phẩm theo từngkhay

- Kích thước khay cấp đông tiêu chuẩn loại dung tích 10 kg như sau :

343 x 250 x 90 mm

( dài x rộng x cao )

- Kích thước tấm lắc cấp đông tiêu chuẩn :

2400 x 1250 x 22 mm

( dài x rộng x cao )

- Số lượng khay cấp đông trên tấm lắc:

+ Khay cấp đông bố trí ở chiều dài tấm lắc nd

Chọn nd = 6 ( vì còn bố trí khoảng cách gữa các khay)

L1: Chiều dài tấm lắc, mm

L2: Chiều dài khay cấp đông, mm

+ Khay cấp đông bố trí ở chiều rộng tấm lắc nr

Chọn nr = 4 (vì cần bố trí khoảng cách giữa các khay)

W1: Chiều rộng tấm lắc, mm

W2: Chiều rộng khay, mm

Vậy số khay cấp đông trên một tấm lắc là: nk1 = nd nr = 6 x 4 = 24 khay

- Số lượng sản phẩm chứa trên một tấm lắc :

1 tấm lắc chứa được 24 khay sản phẩm, 1 khay chứa 10 kg sản phẩm Như vậy : Khốilượng sản phẩm trên 1 tấm lắc là : 24 x 10 = 240 kg

- Khối lượng trên một tấm lắc kể cả nước châm :

Vậy tổng số khay cấp đông trong tủ là: nk = nk1 x N1 = 24 x 23 = 552 khay

2.2.2 Kích thước tủ cấp đông tiếp xúc.

Kích thước tủ cấp đông được xác định dựa vào kích thước và số lượng các tấm lắc

a Xác định chiều dài trên tủ.

- Chiều dài tiêu chuẩn tấm lắc là: Ltl = 2400 mm

- Chiều dài tủ cấp đông: Chiều dài tủ cấp đông bằng chiều dài của tấm lắc cộng vớikhoảng hở hai đầu

- Khoảng hở hai đầu các tấm lắc vừa đủ để lắp đặt, xử lý các ống gas mềm và các ốnggóp gas Khoảng hở đó là 400 mm

Vậy chiều dài của tủ là :

L1 = 2400 + 2 400 = 3200 mm

Chiều dài phủ bì là :

cn :Chiều dày của lớp cách nhiệt

b Xác định chiều rộng bên trong tủ.

Chiều rộng bên trong tủ bằng chiều rộng của các tấm lắc cộng thêm khoảng hở ở haibên, khoảng hở mỗi bên là 125 mm.

Vậy chiều rộng của tủ là :

W1 = 1250 + 2 x 125 = 1500 mm

Chiều rộng phủ bì là :

c Xác định chiều cao bên trong tủ

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

Chiều cao bên trong tủ :

Trong đó :

N1 : Số tấm lắc chứa hàng

h1 : Khoảng hở phía dưới các tấm lắc, h1 = 100 mm

h2 : Khoảng hở phía trên, h2 = 400 450 mm

2.3.2 Xác định chiều dày cách nhiệt.

- Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k:

- Ta có thể tính được chiều dày lớp cách nhiệt :

- Trong đó :

: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m

: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K

δi : Bề dày của lớp vật liệu thứ i, m

λi : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK

Chiều dài phủ bì tủ đông là:

2.3.3 Tính kiểm tra đọng sương.

Điều kiện để vách ngoài không đọng sương là : kt ks

ks : Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để bề mặt ngoài không bị đọng sương

Trong đó: t1: Nhiệt độ không khí bên ngoài 0C

t2: Nhiệt độ không khí bên trong tủ đông 0C

ts : Nhiệt độ đọng sương 0C

Tra bảng 1.1/ Sách HDTKHTL _Trang 7 :

Địa phương Nhiệt độ 0C Độ ẩm %

Trung bình năm

Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông Hải Phòng 23,5 37,0 9,6 83 76

Nhiệt độ vào mùa hè ở Hải Phòng là: t1 = 37,0 0C Độ ẩm là : ϕ = 83 %

Ta tra đồ thị i-d

Ta sẽ tìm được :

Nhiệt độ đọng sương tS = 240C

Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 250C

Mặt khác ta có nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t2 = - 40 0C

Do đó:

Ta thấy

Như vậy vách ngoài không bị đọng sương vào mùa hè

Nhiệt độ vào mùa đông ở Hải Phòng là: tđ = 9,6 0C Độ ẩm là: ϕđ = 76

- Đối với tủ cấp đông, vở tủ được bao bọc bằng Inox ở cả hai bên nên hoàn toàn không

có ẩm lọt vào lớp cách nhiệt nên hoàn toàn không có hiện tượng ngưng tụ ẩm trong lòngkết cấu

Chương 3

TÍNH NHIỆT TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 8 tấn/mẻ

3.1 Tính toán nhiệt tải cho hệ thống lạnh.

3.1.1 Mục đích của việc tính nhiệt tải cho tủ đông.

- Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào kholạnh Đây là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môitrường bên ngoài đảm bảo sự chênh lệch, sự ổn định giữa buồng lạnh và

môi trường không khí bên ngoài

- Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh đểchọn máy nén và thiết bị

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định theo biểu thức:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , (W)

Trong đó:

Q1: Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che

Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý

Q3: Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh : Q3 = 0 Vì tủ không có thông gió

Q4: Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành

Q5: Dòng nhiệt khi sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp : Q5 = 0 Vì sản phẩm là

cá đã qua chế biến nên không còn sống

Đặc điểm của dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian Do vậy năng suất lạnhcủa hệ thống được thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn nhất QMax ta ghi

nhận ở thời điểm nào đó trong cả năm

3.1.2 Tính nhiệt tải tủ đông.

1 Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q 1

Q1 = Q11 + Q12 , (W)

Trong đó:

Q11: Dòng nhiệt qua tường, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ

Q12: Dòng nhiệt qua tường, trần do bức xạ mặt trời

- Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thấtqua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trườngbên ngoài và bên trong tủ cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tườngbao và trần

- Do tủ cấp đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh hưởng bởi bức xạ mặttrời Q12 = 0 Vì vậy ta chỉ xét tổn thất nhiệt qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông

- Mặt khác chiều dày cách nhiệt của các bề mặt tủ là như nhau tức là đều dày

mm kể cả cửa tủ cấp đông Do vậy ta có:

Q1 = Q11 = kt F ( t1 – t2), W

Trong đó :

kt : Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che xác định theo chiều dày cáchnhiệt , W/m2.K

Theo tính toán ở trên ta có kt = 0,189 W/m2K

F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2

t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C t1 = 370C

t2 : Nhiệt độ bên trong tủ cấp đông, 0C t2 = - 400C

Theo tính toán ở trên ta có kích thước phủ bì của tủ cấp đông là :

Chiều dài: L = 3,7 m

Chiều rộng: W = 1,982 m

Chiều cao: H = 2,24 m

Lúc đó ta có: F = 2F1 + 2 F2 + 2F3

Trong đó:

2F1: Diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m2

2F2: Diện tích bề mặt trước và sau của tủ, m2

2F3 : Diện tích hai mặt bên của tủ , m2

a.Tổn thất do sản phẩm mang vào Q 21

Tổn thất do sản phẩm mang vào được tính theo công thức sau:

Trong đó :

E: Năng suất tủ cấp đông, kg/mẻ ; E = 8 tấn/mẻ

i1, i2: Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra,kJ/kg Do sản phẩm trướckhi đưa vào tủ cấp đông đã được làm lạnh ở kho chờ đông, nên nhiệt độ sản phẩm đầuvào sẽ là t1 = 20C Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông là t2 = - 120C τ: Thời gian cấp đông 1 mẻ, giờ/mẻ

t1: Nhiệt độ khay, tấm lắc trước khi làm lạnh, 0C

Chọn t1 = 8 0C

t2: Nhiệt độ khay, tấm lắc sau khi làm lạnh, 0C

Chọn t2 = -200C

CAl : Nhiệt dung riêng của nhôm, kJ/kg.K , CAl = 0,921 kJ/kg.K

τ: Thời gian cấp đông sản phẩm, kg/mẻ τ = 4 giờ

Khối lượng một khay cấp đông là 1,5 kg và có dung tích chứa được 10 kg sản phẩm

Ta có tổng số khay cấp đông theo tính toán trên là: nk = 552 khay

Mà một khay có khối lượng là 1,5 kg Nên tổng khối lượng khay cấp đông sẽ là:

Mn : Khối lượng nước châm, kg

- Theo tính toán trên thì khối lượng nước châm trên một tấm lắc là: mn = 103 (kg) mà

ta có số tấm lắc chứa sản phẩm là: N1 = 23, (kg)

- Do đó khối lượng nước châm là:

τ : Thời gian cấp đông, giờ τ = 4 giờ

q0 : Nhiệt cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàntoàn, kJ/kg

- Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn q0 được xácđịnh theo công thức :

Trong đó :

- CPn : Nhiệt dung riêng của nước ; (kJ/kg.K) CPn = 4,186 kJ/kg.K

- r : Nhiệt đông đặc; (kJ/kg) r = 33,6 kJ/kg

- CPđ : Nhiệt dung riêng của đá; (kJ/kg.K) CPđ = 2,09 kJ/kg.K

- t1 : Nhiệt độ nước đầu vào; 0C Chọn t1 =100C

= 124+2,23+1,6 = 127,83 ; (kW)

3 Tổn thất nhiệt do thông gió buồng lạnh Q 3

- Tủ đông tiếp xúc không có thông gió nên Q3 = 0

4 Tổn thất nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành Q 4

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44

Q41: Tổn thất nhiệt do chiếu sáng tủ, W

Q42: Tổn thất nhiệt do người tỏa ra, W

Q43: Tổn thất nhiệt do các động cơ điện, W

Q44: Tổn thất nhiệt do mở cửa tủ, W

a Tổn thất nhiệt do chiếu sáng tủ Q 41

- Tủ đông tiếp xúc không có hệ thống chiếu sáng tủ nên Q41 = 0

b Tổn thất nhiệt do người tỏa ra Q 42

Q42 = 0

c Tổn thất nhiệt do các động cơ điện Q 43

- Tủ đông tiếp xúc không có hệ thống quạt bên trong tủ nên Q43 = 0

L: Chiều dài phủ bì của tủ đông, m

W: Chiều rộng phủ bì của tủ đông, m

Với F = 25,45 m2 tra bảng 4-4/ Sách HDTKHTL – Trang 87 ta có:

B = 32 W/m2

Q44 = 32 84,4 = 2700 ; (W) = 2,7 ; (kW)

Vậy: Q4 = 2,7 ; (kW)

5 Tổn thất nhiệt do hoa quả hô hấp Q 5

- Do sản phẩm là cá đã được chế biến rồi mới đưa vào cấp đông nên Q5 = 0

3.1.3 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén.

1 Tải nhiệt cho thiết bị : Dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị

bay hơi Để đảm bảo được nhiệt độ trong tủ ở những điều kiện bất lợi nhất, ta phải tínhtoán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất

Q0TB = Q1 + Q2 + Q4 = 0,58387 + 127,83 + 2,7 = 131,11 (kW)

2 Tải nhiệt cho máy nén :

- Tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần

nhưng tuỳ theo từng loại kho lạnh mà ta có thể lấy một phần của tải nhiệt đó

- Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất

nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chọn máy nén

có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các

tải nhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì

4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc.

Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau :

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0

- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk

- Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql

- Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt) tqn

4.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0.

- Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có

thể lấy như sau:

- Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ

- Thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh có tác nhân làm mát là nước lấy từ nguồn nướcngầm qua hệ thống xử lý được tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt

- Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo biểu thức:

kw2k ; 0C

Trong đó :

tw2: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C

k: Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0C Theo sáchHDTKHTL_trang 171 ta có:Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu k0C, nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ lớn hơn nhiệt độ nước ra

30C đến 50C Chọn k = 40C

- Nhiệt độ nước đầu vào, đầu ra chênh lệch nhau( 26) 0C phụ thuộc vào kiểu thiết bịngưng tụ

tw2 = tw1 + (26) 0C

Với: tw1: Là nhiệt độ nước vào bình ngưng

- Thiết bị ngưng tụ trong cụm máy là thiết bị ngưng tụ ống trùm vỏ bọc nằm

ngang nên chọn w = 5 0C Nghĩa là:

Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh

càng thấp thì năng suất lạnh càng cao

- Sự quá lạnh lỏng được thực hiện trong thiết bị ngưng tụ

4.1.4 Nhiệt độ quá nhiệt tqn.

- Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơihút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất

tqn = t0 + qn (0C)

t0: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 0C

- Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút

phải lỏng Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau.

- Đối với máy lạnh freon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút cóthể chọn cao khoảng (2530) 0C Còn với môi chất NH3 độ quá nhiệt khoảng (515), 0C.Nghiã là qn = (515) 0C là có thể đảm bảo cho máy làm việc bình thường

tqn = t0 + (515), 0C

Mà: t0 = -50 0C

Nên: tqn = -50 + (515), 0C Chọn tqn = -400C

Vậy: tqn = -400C

Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh amoniăc đạt được bằng ba cách:

- Qúa nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt

- Qúa nhiệt nhờ hòa trộn thêm với hơi nóng trên đường về máy nén

- Qúa nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén

Trong điều kiện vận hành ở Việt Nam nên chọn bình tách lỏng hiệu quả cao để giảm độquá nhiệt hơi hút đến giới hạn thấp nhất

4.2 Sơ đồ chu trình lạnh của hệ thống.

4.2.1 Các thông số ban đầu.

- Môi chất lạnh: NH3

- Nhiệt độ sôi môi chất: t0 = - 50, (0C)

Tra bảng thông số hơi bão hòa của amoniăc (NH3) _Phần mềm coolpack với nhiệt độ t0

- Áp suất ngưng tụ: pk = 1389,55(kPa)

- Áp suất trung gian: tg 0k (kPa)

H 2 O

NT TL1

4

5' 5

BTG : Bình trung gian có ống xoắn

TL1 : Van tiết lưu 1

TL2 : Van tiết lưu 2

4.2.3 Nguyên lý hoạt động của chu trình.

- Hơi môi chất sau khi ra khỏi dàn bay hơi thì bị quá nhiệt trên đường ống, hơi

được máy nén hạ áp hút về và nén từ trạng thái 1 có áp suất p0 và nhiệt độ tqn lên

trạng thái 2 có áp suất ptg và nhiệt độ t2 Sau đó đẩy vào bình trung gian có ống xoắn,miệng ống đẩy được sục xuống dưới mức lỏng Do đó hơi được làm mát xuống đến trạngthái bão hòa 3 Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp hút về và nén đoạn nhiệt lên trạngthái 4 có áp suất pk, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ lại thành lỏng Lỏng môi chất sauthiết bị ngưng tụ chia làm 2 phần Một phần nhỏ qua tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian

để làm mát hơi hút về máy nén cao áp đến trạng thái bão hòa khô Còn ống chính đượcđẩy qua ống xoắn của bình trung gian được làm quá lạnh đến trạng thái 6 Sau đó đượcqua van tiết lưu 2 xuống áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi Trong thiết bị bay hơi lỏngmôi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh Hơi hình thành trong dàn bayhơi được máy nén hạ áp hút về, như vậy vòng tuần hoàn môi chất được khép kín

4.2.4 Các quá trình nhiệt trong chu trình.

1’-1 : Quá nhiệt hơi hút hạ áp tại dàn lạnh

1-2 : Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg

2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp trong bình trung gian, xuống đường bão hòa

x = 1

3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk

4-5’ : Làm mát, ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ

5’-5 : Quá lạnh lỏng trước van tiết lưu TL ( tại dàn ngưng)

5-7 : Quá trình môi chất lỏng tiết lưu đẳng entanpi qua van TL1 Vào bình trung gian,phần hơi có entanpi là i3 được hút về máy nén cao áp

5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong ống xoắn bình trung gian

6-9 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi từ pk về p0 qua Van TL2

9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh

4.2.5 Trạng thái nhiệt các điểm trong chu trình.

1’: Hơi bão hoà : t1’= t0 ; p1’=p0

1 : Hơi quá nhiệt : p1= p0

2 : Hơi quá nhiệt : p2 = ptg

3 : Hơi bão hoà : p3 = ptg , t3 = ttg

4 : Hơi quá nhiệt : p4= pk

5’: Lỏng bão hoà

5 : Lỏng sau quá lạnh tại thiết bị ngưng tụ

6 : Lỏng sau quá lạnh tại bình trung gian

7 : Hơi ẩm bão hoà sau khi qua tiết lưu TL1

8 : Lỏng bão hoà trong bình trung gian