Thiết kế tủ cấp đông năng suất 1 tấn mẻ

Giới thiệu quá trình lạnh thực phẩm : Các loại thực phẩm đều là những loại dễ ôi thiu do các loại vi sinh vật , đặc biệt là ở các nước nhiệt đới như nước tavà gây thiệt hại lớn , chình

- MỤC LỤC

Chương 1 : MỞ ĐẦU

I Nhiệm vụ đồ án

II Giới thiệu về kỹ thuật lạnh

III Sơ bộ về kỹ thuật lạnh đông

IV

Chương 2 : TÍNH CÔNG NGHỆ

I

Chương 1 : MỞ ĐẦU

I Nhiệm vụ đồ án

Thiết kế tủ cấp đông ( kiểu contact freeze )

 Năng suất 1t / mẻ

 Dùng NH3

 Thông số khác tự chọn

II Giới thiệu quá trình lạnh thực phẩm :

Các loại thực phẩm đều là những loại dễ ôi thiu do các loại vi sinh vật , đặc biệt là ở các nước nhiệt đới như nước tavà gây thiệt hại lớn , chình vì vậy từ lâu con người đã tìm các phương pháp để bảo quản lâu dài và phân phối đi nhiều vùng , nhiều nơi Có nhiều phương pháp để bảo quản thực phẩm , ứng dunïg nhiều nhất là phương pháp làm lạnh Thực chất của quá trình lạnh là hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp gần nhiệt độ đóng băng của nó nhằm ngăn cản sự hoạt động của các loại vi sinh vật , nấm mốc , Tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số loài vi sinh vật có khả năng phát triển dưới nhiệt độ thấp , vì vậy có thể sử dụng thêm một số phương pháp khác như thêm hoá chất sát trùng , chiếu tia tử ngoại , tia X , tia phóng xạ …

Các phương pháp làm lạnh thực phẩm :

 Làm lạnh tĩnh : Các phòng lạnh được trang bị dàn lạnh tĩnh bay hơi trực tiếp hay gián tiếp qua nước muối Không khí trong phòng đối lưu tự nhiên , thực phẩm được xếp trên giá hay treo Nhiệt độ phòng dạt từ -3  00C

 Làm lạnh tăng cường : Các phòng lạnh được trang bị thêm quạt , tốc độ không khí trong phòng đạt 3  4 m/s nhiệt độ có thể hạ thấp đến -50C cho thịt lợn và -10C cho bò

… Độ ẩm duy trì từ 85  95%

 Làm lạnh phun :Các phòng lạnh được trang bị các buồng phun nước muối Không khí trao đổi trực tiếp với nước muối và làm lạnh sản phẩm Ưu điểm của phương pháp này là giảm được tổn hao khối lượng do dộ ẩm khá cao , tránh oxy hoá mỡ , giữ vitamin nhưng nhược điểm là không áp dụng được cho các sản phẩm kị ẩm và kị thấm muối

 Làm lạnh bằg cách nhúng sản phẩm trong nước muối lạnh :Nhúng trực tiếp sản phẩm vào trong nước muối lạnh , nước lạnh , nước biển đã làm lạnh Do hệ số trao đổi nhiệt rất lớn nên thời gian làm lạnh được giảm xuống Aùp dụng có hiệu quả cho các sản phẩm đóng gói trong các bao nilông kín

 Ướp đá , vùi tuyết :Đây là phương pháp làm lạnh cá làm lạnh thông dụng nhất Đá được đập nhuyễn hoặc xay vụn sau đó được tộn thêm với muối hoặc chất kháng sinh rồi mang bảo quản cá

 Làm lạnh chân không : Chủ yếu được ứng dụng cho rau quả Rau quả được xếp trong phòng kín bằng kim loại , phòng sẽ được hút chân không bằng máy nén ejectơ Dưới áp suất chân không , rau quả bốc hơi và được làm lạnh phương pháp này có ưu điểm là làm lạnh nhanh ,giữ được vẻ mỹ quan cho sản phẩm

III Sơ bộ về kỹ thuật lạnh đông :

Kết đông là quá trình làm lạnh đông thực phẩm xuống dưới nhiệt độ đóng băng của thực phẩm ,nhưng không có nghĩa là toàn bộ lượng nước trong sản phẩm bị đóng băng So với làm lạnh thì quá trình kết đông có thể bảo quản sản phẩm trong thời gian dài hơn , có thể lên đến 6 tháng

Các phương pháp kết đông :

 Kết đông một pha : Sản phẩm thịt nóng được làm lạnh từ nhiệt độ 370C xuống nhiệt độ mong muốn

 Kết đông hai pha là hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ 370C xuống một nhiệt độ trung gian khoảng 50C Sau đó tiếp tục hạ nhiệt độ sản phẩm xuống nhiệt độ mong muốn

III Tác nhân lạnh : NH3

 Ưu điểm :

 Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh co ùnăng suất trung bình và lớn

 Năng suất lạnh riêng thể tích qv (kJ/m3) tương đối nhỏ nên máy nén gọn nhẹ

 Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ tương đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước

 Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ, nên các thiết

bị này khá gọn nhẹ

 Amoniac không ăn mòn thép, các kim loại đen chế tạo máy, nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng (trừ hợp kim đồng có photpho) nên không sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong hệ thống lạnh amoniac

 Có mùi khó chịu, dễ phát hiện rò rỉ ra ngoài môi trường

 Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh hưởng đến chất lượng của tác nhân

Chương 2 : TÍNH TOÁN SƠ BỘ TỦ CẤP ĐÔNG

I Số liệu ban đầu :

I.1 Thông số thời tiết :

Địa điểm đặt Tủ cấp đông : Thành phố Hồ Chí Minh

 Nhiệt độ không khí : t = 31oC

 Độ ẩm : 79.5%

I.2 Sản phẩm :

Các loại thuỷ sản , quá trình tính toán dựa trên các số liệu ban đầu là cá

Cá sau khi được khai thác , được rửa và làm sạch sẽ được đưa đến phòng chờ đông (

vì tủ kết đông làm việc theo mẻ ),nhiệt độ của cá sẽ được làm lạnh xuống khoảng 10 0C Tiếp tục cá sẽ được đưa vào Tủ cấp đông , với thời gian cấp đông là 4h ,Nhiệt độ tâm sản phẩm sau quá trình kết đông là -12oC , Sau đó cá sẽ được mạ băng và đóng hộp đưa đi tiêu thụ hoặc tồn trữ

II Thông số tủ cấp đông( kiểu contact freezer ) :

II.1 Vị trí tủ :

Nằm trong phòng chế biến lạnh , nhiệt độ phòng là 15oC ( có công nhân làm việc ) Tủ nằm trước thiết bị mạ băng và nằm sau phòng chờ động trong quy trình công nghệ chế biến thuỷ sản

II.2 Kích thướt sơ bộ của tủ :

Kích thướt và khối lượng của một số loài cá( sách Nguyên liệu chế biến thuỷ sản – Nguyễn Trọng Cần ) :

STT Loài cá Chiều dài ( mm) Khối lượng (g )

bố trí theo hai hàng trên tấm lắc Trên cơ sở xem xét kích thướt và khối lương cá , ta chọn kích thướt khay tương ứng là : dài * rộng * cao = 600* 400* 30 ( mm )

Theo một số tài liệu , nếu xem chiều dài của cá là 100 thì bề ngang và chiều cao của một số loài cá như cá tầm : 14 * 12, cá trắng : 17 *10 Trên cơ sở đó có thể ước lượng một cách tương đối như sau , chiều cao : 20 , chiều rộng : 12 Do vậy tầm cao hiệu quả của các tấm lắc trong khoảng 50  105 mm ( có thể lấy theo số liệu tủ cấp đông của một số công

ty như Mycom , Searefico … )

Như vậy :

Chiều dài tấm lắc là : (400+50)*5 =2250 mm ,

Chiều rộng tấm lắc là (600+ 50)*2 = 1300 mm ( trong đó 50 mm là khoảng cách giữa các khay )

Chiều cao của tấm lắc chọn trên cơ sở tiêu chuẩn ( giống với tủ cấp đông của công ty Mycom và Searefico) là h = 22 mm

Vậy kích thước sơ bộ có thể chọn của tủ là :

 Chiều dài : D = 2250 + 500 + 500 = 3250 mm ( với 500 mm : khoảng cách dự tính cho các thiết bị cấp NH3 và lấy hơi ra )

 Chiều rộng : R = 1300 + 100 + 100 = 1500 mm ( với 100 mm : khoảng cách dự trù cho quá trình vận hành , vệ sinh và sửa chữa tủ )

 Chiều cao : C = 105*10 + 22*11 + 400 =1700 mm ( với 400 mm : khoảng cách dự tính cho việc lắp đặt hệ thống nâng ép thuỷ lực )

Các kích thướt trên chưa tính đến bề dày vỏ tủ

Chương 3 : TÍNH CÁCH NHIỆT- CÁCH ẨM

I Tính cách nhiệt :

I.1 Vật liệu cách nhiệt :

Chọn vật liệu cách nhiệt cần thoả mãn những yêu cầu sau:

 Hệ số dẫn nhiệt nhỏ

 Độ thấm hơi nước nhỏ , bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn vật liệu xây dựng tiếp xúc với nó

 Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn , không bị chuột và sâu bọ đục phá

 Không độc hại đối với cơ thể con người

 Không độc hại đối với sản phẩm bảo quản , làm biến chất và giảm chất lượng sản phẩm

 Vậ chuyển , lắp ráp , sửa chữa , gia công dể dàng

 Rẻ tiền dễ kiếm

Hiện nay polystrol và polyurethan được sử dụng rộng rãi nhất để cách nhiệt các buồng lạnh Polyurethan có ưu điểm lớn là tạo bọt không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng bất kỳ Vì vậy polyurethan được sử dụng rộng rãi trong các tủ lạnh gia đình , tủ lạnh thương nghiệp , cách nhiệt đường ống … với hiệu quả cách nhiệt và hiệu quả kinh tế cao Do vậy đối với thiết bị Tủ kết đông này , ta sử dụng polyurethan là chất cacùh nhiệt

I.2 Xác định chiều dày cách nhiệt :

Thiết kế kết cấu vỏ tủ như hình vẽ :

Thép không gỉpolyurethan

cn

11

 hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i , W/mK ( bảng

Các thông số tra được :

W/mK

Thép không gỉ ( OXH10T) 0.002 16.3

23

1 

 W/m2K

5

10

2 

 W/m2K ( bề mặt trong buồng đối lưu cưỡng bức )

13

.16

2

*002.03.23

119.0

1047

5.10

1047.0

240.03.16

2

*002.03.231

11

1

1

2 2

1 1

I.3 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt :

Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo nhiều cách trong đó có hai cách :

)(

)(

1 1 1

2 1

w t t q

t t k q

2 1

1 1 1

t t

t t





Trong đó : t1 , t2 : nhiệt độ ngoài và trong vách tủ

tw1 : nhiệt độ tại bề mặt vách ngoài

1 : hệ số cấp nhiệt phía ngoài tủ

k : hệ số truyền nhiệt tổng quát qua vách

Trong điều kiện thực tế người ta lấy hệ số truyền nhiệt đọng sương làm chuẩn là :

2 1

1 195.0

t t

t t

1315

*3.23

*95





Vậy vách ngoài không đọng sương

II Tính cách ẩm :

Do vách là tấm kim loại , nên đươc cách ẩm hoàn toàn

Chương 4 : CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO TỦ CẤP

ĐÔNG

Dòng nhiệt cần thiết cho tủ cấp đông

Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Trong đó :

Q1 : dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của tủ

Q2 : dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình

Q3 : dòng nhiệt từ không khí bên ngoài so thông gió buồng lạnh

Q4 : dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh

Q5 :dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi hô hấp

Q3 và Q5 chỉ xuất hiện trong các kho lạnh rau quả trường hợp này Q3 , Q5 bằng không

1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che :

)(

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

t1 :nhiệt độ môi trường ngoài , 0C

t2 : nhiệt độ trong buồng lạnh , 0C

Ta có :

k = 0.191 w/m2K

t1 = 150C

M : Khối lượng sản phẩm tính cho một mẻ , kg/ mẻ

t : thời gian một mẻ cấp đông ,s

h :enthanpy của sản phẩm trước khi xử lý lạnh , kJ/kg 1

h : enthanpy của sản phẩm sau khi xử lý lạnh , kJ/kg 2

h = 301 kJ/kg ( bảng 4 – 2 -TL[6] , cho sản phẩm cá gầy ở nhiệt độ 101 0C )

h =24.8 kJ/kg (bảng 4 – 2 -TL[6] , cho sản phẩm cá gầy ở nhiệt độ -122 0C)

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

Do không thể xác định một cách chính xác nguồn nhiệt này nên ta có thể tính gần đúng theo công thức sau :

Chương 5 : TÍNH CHỌN MÁY NÉN

I Thông số của chế độ làm việc :

I.1 Nhiệt độ sôi môi chất lạnh t0:

Chọn nhiệt độ trong tủ là t b  -400C

Nhiệt độ sôi môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế là

t0 t b t0

:

0

t

 hiệu nhiệt độ yêu cầu

Ngày nay hiệu nhiệt độ yêu cầu tối ưu được coi là : t0 8130C

Chọn t0 100C

t 0C

0 401050

I.2 Nhiệt độ ngưng tụ t k :

Chọn thiết bị ngưng tụ làm mát dùng nước thành phố có tuần hoàn

 : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu ,t k 350C -chọn t k 50C

Nhiệt độ nước vào và ra của bình ngưng phụ thuộc vào kiểu bình ngưng

t w2 t w1(26)0C

Chọn bình ngưng kiểu vỏ ống nằm ngang với :

t w2 t w140C

Thông số không khí trung bình trong năm tại tp Hồ Chí Minh là

%5.79

Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt để làm mát bình ngưng ( hay nước ra khỏi tháp giải nhiệt ) bằng nhiệt độ bầu ướt cọng thêm 35oC

t w1 284320C

t w 0C

2 32436

Do vậy nhiệt độ ngưng tụ là : t k 364400C

I.3 Nhiệt độ quá lạnh t : ql

Nhiệt độ môi chất lạnh trước khi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn , vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt Ngày nay do thiết bị quá lạnh làm cho máy lạnh thêm cồng kềnh , tiêu tốn vật tư lại cho hiệu quả không cao , nên các máy lạnh hầu như không trang bị thiết bị quá lạnh Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngâp vài ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm Nước cấp vào bình sẽ đi qua các ống này trước để quá lạnh lỏng sau đó mới đi lên ống để ngưng tụ môi chất

t ql t w1350C

t ql 325370C

I.4 Nhiệt độ quá nhiệt t qn:

Nhiệt độ hơi hút trước khi vào máy nén , để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, hơi hút vào máy nén là hơi quá nhiệt

Mặt khác đối với môi chất NH3 , nhiệt độ cuối tầm nén là rất cao nên càng phải giảm độ quá nhiệt càng thấp càng tốt , thường t qn 5150C

85.15

Aùp suất trung gian : p tg  p k*p0  15.85*0.41682.57 bar

Suy ra nhiệt độ trung gian : t tg 13.50C

 Sơ đồ quy trình công nghệ: ( hình vẽ kèm theo )

Chọn quy trình công nghệ là chu trình hai cấp bình trung gian có ống xoắn Với giản đồ lgP – h :

10

4 5

1'

3

2 1

9

h lgP

Các quá trình :

 1 – 1’ quá nhiệt hơi hút hạ áp

 1 – 2 nén đoạn nhiệt cấp hạ áp s1 = s2 từ p0 lên p tg

 2 – 3 làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hoà

 3 – 4 nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk

 4 – 9 làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong bình ngưng

 5 – 6 tiết lưu lỏng từ áp suất pk vào bình trung gian

 9 – 10 tiết lưu lỏng từ áp suất pk xuống p0

 10 – 1’ bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh

Thuyết minh quy trình công nghệ :

Hơi NH3 sau khi ra khỏi dàn lạnh và được loại lỏng tại bình tách lỏng (1’) được dẫn đến máy nén thực hiện qúa trình nén thấp áp Hơi NH3 ra khỏi máy nén (2) đưa đến bình chứa trung gian và trao đổi nhiệt với dòng lỏng (5) và (6) đi từ bình chứa cao áp Hơi NH3 bão hoà khô (3) được dẫn về máy nén thực hiện quá trình nén cao áp Hơi NH3 ra khỏi máy nén (4) sau khi qua bình tách dầu để loại bớt dầu lẫn từ máy nén , sẽ qua thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang , trao đổi nhiệt với dòng nước lạnh và ngưng tụ Lỏng NH3 (5) được dẫn về bình chứa cao áp Tại đây sẽ tách bớt phần hơi chưa ngưng Dòng lỏng (5) được tách thành

2 dòng , một dòng qua van tiết lưu 1 thành dòng (6) nhằm làm lạnh bớt dòng hơi (2) từ máy nén và đưa vào bình chứa trung gian , dòng còn lại sau khi qua ống xoắn trao đổi nhiệt với dòng lỏng (6) , qua van tiết lưu 2 sẽ được đưa vào bình tách lỏng và đưa vào dàn lạnh Sau

khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt , NH3 sẽ hoá hơi sau khi được tách lỏng tại bình tách lỏng sẽ được đưa vào máy nén tiếp tục thực hiện chu trình mới

III Tính chọn máy nén :

III.1 Tính toán cấp hạ áp :

a Năng suất lạnh riêng :

1023677

170010

' 1

0 h' h   

b Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp :

0191.01023

561.19

*0191.0

* 1'

d Hệ số cấp máy nén :

Có thể tra theo đồ thị ( )

57



 HA 0.68 đối với máy nén kiểu hiện đại

HA 0.78 đối với máy nén trục vít

Tính theo công thức 7.12:

tg

m tg tg HA

T

T p

p p p

p p c p

p

0

0 0 1

0 0

0 0

223

*1.04168.01.057.2

*04.01.04168.0

e Thể tích hút lý thuyết cấp hạ áp :

112.0459.0

0512.0

V V

f Công nén đoạn nhiệt :

1

1*l m

N s Trong đó l1 là công nén riêng : l1h2h1' 19451700245 kJ/kg

68.4245

*0191

223

0  



tg w T

68.4

N N

i Công suất ma sát :

ms tt

ms V p

N  *

Trong đó p là áp suất ma sát riêng , đối với máy amoniac thẳng dòng ms

p ms=0.049  0.069 MPa , ở đây chọn p ms =0.06 MPa

N s 0.0512*603.072 kW

j Công suất hữu ích trên trục máy nén :

857.8785.5072

e elHA

N N



 *



Trong đó td là hiệu suất truyền động của khớp , đai …td=0.95

el là hiệu suất động cơ el= 0.80  0.95

9.0

*95.0

857



elHA

III.2 Tính toán cấp cao áp :

a Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp , do h5 = h6

6 3

9 2 1

3 *

h h

h h m m







0232.06991745

6771945

*0191.0

V ttCA0.0232*0.460.0107 m3/s

c Hệ số cấp nhiệt máy nén :

tg

k p

85.15







Cho máy nén kiểu hiện đại : = 0.7

Cho máy nén trục vít : =0.8

Tính theo công thức 7.12:

k tg

tg

tg tg m

tg

k k

tg

tg tg CA

T

T p

p p p

p p c p

p p

5.259

*57.2

1.057.257.2

1.085.15

*04.057.2

1.057.2

0107

0  



tg w T

916

N N

h Công suất ma sát

ms tt

ms V p

N  *

Trong đó p ms là áp suất ma sát riêng , đối với máy amoniac thẳng dòng

p ms=0.049  0.069 MPa , ở đây chọn p ms =0.06 MPa

N s 0.0107*600.642 kW

i Công suất hữu ích

896.7254.7642