Đề tài Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cấp đông cho Phân xưởng Chế biến Thuỷ sản năng suất 300 tấn thành phẩmngày

Tuy nhiên trong công nghiệp chế biến thủy sản hiện nay người ta không dùng đến mức nhiệt độ này vì chi phí rất cao hơn nữa về phương diện kỹ thuật sản phẩm thủy sản ở điểm Eutectic sẽ kh

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY 1

1.1.1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG TY 1

1.1.2 CƠ CẤU TỔ CHỨC VÀ QUAN LÝ CỦA CÔNG TY 3

1.1.2.1 Sơ đồ bộ máy tổ chức của công ty TNHH Nam Việt 3

1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẠNH ĐÔNG 4

1.2.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY SẢN 4

1.2.1.1 Định nghĩa 4

1.2.1.2 Mục đích làm lạnh đông thủy sản 4

1.2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY SẢN 5

1.2.2.1 Nước trong thuỷ sản 5

1.2.2.2 Cơ chế đóng băng trong việc làm lạnh đông 5

1.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự kết tinh của nước trong thủy sản 8

1.2.2.4 Thời gian làm đông 9

1.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY SẢN 12

1.2.3.1 Làm lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối 12

1.2.3.2 Làm lạnh đông thủy sản bằng nước muối lạnh 13

1.2.3.3 Làm lạnh đông thủy sản bằng không khí lạnh 13

1.2.3.4 Làm lạnh đông thủy sản bằng tủ đông tiếp xúc 14

1.2.3.5 Làm đông thủy sản bằng tủ đông băng chuyền 14

1.2.3.6 Làm đông bằng khí hóa lỏng 15

1.2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐÔNG CHIA THEO DẠNG SẢN PHẨM 15

1.2.4.1 Làm đông dạng khối (Block) 15

1.2.4.2 Làm đông dạng rời 15

1.2.5 NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA SẢN PHẨM THỦY SẢN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM ĐÔNG 16

1.2.5.1 Biến đổi về vật lý 16

1.2.5.2 Biến đổi về hóa học 17

1.2.5.3 Biến đổi về vi sinh vật 18

CHƯƠNG II CHỌN SỐ LIỆU BAN ĐẦU 19

2.1 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 19

2.1.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ LÀM ĐÔNG 19

2.1.1.1 Chọn phương pháp làm đông 19

2.1.1.2 Chọn môi chất 20

2.1.2 LỰA CHỌN MẶT HÀNG THỦY SẢN 20

2.1.2.1 Nguyên liệu cấp đông 20

2.1.2.2 Đặc điểm của sản phẩm cá Phile 20

2.1.3 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CẤP ĐÔNG CÁ PHILE 21

2.1.4 NĂNG SUẤT CẤP ĐÔNG 22

2.1.5 LỰA CHỌN CHU TRÌNH LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 22

2.1.5.1 Xác định nhiệt độ ngưng tụ 22

2.1.5.2 Xác định nhiệt độ sôi của môi chất 23

2.1.5.3 Xác đinh nhiệt độ quá nhiệt của môi chất 24

2.1.5.4 Xác định nhiệt độ quá lạnh lỏng trong thiết bị trao đổi nhiệt chéo của bình trung gian 24

2.1.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TẠI CÁC ĐIỂM MÚT CỦA CHU TRÌNH 26

2.1.6.1 Sơ đồ nguyên lý 26

2.1.6.2 Thuyết minh chu trình 26

2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHỌN THIẾT BỊ 29

2.2.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 29

2.2.1.1 Cấu tạo thân tủ 29

2.2.1.2 Cấu tạo của dàn lạnh tủ đông tiếp xúc 29

2.2.1.3 Tính toán kích thước tủ đông 31

2.2.1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ben thủy lựcError! Bookmark not defined 2.2.1.5 Hình dạng hoàn chỉnh của tủ đông tiếp xúcError! Bookmark not defined 2.2.2 TÍNH CHỌN TỦ ĐÔNG BĂNG CHUYỀN IQF 32

2.3 TÍNH TOÁN CHỌN SỐ LƯỢNG THIẾT BỊ 37

2.3.1 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG IQF 37

2.3.2 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG CẤP ĐÔNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 37

2.3.3 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG KHO BẢO QUẢN 38

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN THIẾT BỊ 38

3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT CHO HỆ THỐNG LẠNH 38

3.1.1 TÍNH TOÁN NHIỆT CHO HỆ THÔNG TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 38

3.1.1.1 Nhiệt lượng cần lấy ra từ sản phẩm để hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống nhiệt độ yêu cầu của quá trình làm đông 38

3.1.1.2 Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của khuôn đựng sản phẩm 43

3.1.1.3 Nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh không khí trong tủ 44

3.1.1.4 Nhiệt xâm nhập từ môi trường bên ngoài qua kết cấu bao che 45

3.1.1.5 Dòng nhiệt xâm nhập vào tủ do mở cửa để kiểm tra sản phẩm 48

3.1.2 TÍNH NHIỆT TẢI CỦA TỦ ĐÔNG BĂNG CHUYỀN IQF 49

3.1.2.1 TÍNH NHIỆT TẢI CỦA IQF 49

3.1.2.2 TÍNH TOÁN NHIỆT CHO TÁI ĐÔNG AF 58

3.1.3 TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI CHO KHO BẢO QUẢN 64

3.1.3.1 Dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che 65

3.1.3.2 Dòng nhiệt lấy ra từ sản phẩm bảo quản 66

3.1.3.3 Dòng nhiệt do vận hành 67

3.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 68

3.2.1 TÍNH TOÁN PHẦN THẤP ÁP 68

3.2.1.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng 68

3.2.1.2 Lưu lượng gas qua máy nén tầm thấp 69

3.2.1.3 Thể tích hơi hút thực tế 69

3.2.1.4 Hệ số cấp máy nén 69

3.2.1.5 Công nén đoạn nhiệt 69

3.2.1.6 Hiệu suất chỉ thị 70

3.2.1.7 Công suất chỉ thị 70

3.2.1.8 Công suất ma sát 71

3.2.1.9 Công suất hiệu dụng 71

3.2.1.10 Công suất tiếp điện cấp hạ áp 71

3.2.2 TÍNH TOÁN PHẦN CAO ÁP 72

3.2.2.1 Lưu lượng ga thực tế đi qua phần nén cao áp 72

3.2.2.2 Thể tích hơi hút thực tế 73

3.2.2.3 Hệ số cấp máy nén 73

3.2.2.4 Công suất đoạn nhiệt 73

3.2.2.5 Hiệu suất chỉ thị thể tích 74

3.2.2.6 Công suất chỉ thị 74

3.2.2.7 Công suất ma sát 74

3.2.2.8 Công suất hiệu dụng 75

3.2.2.9 Tổng công suất của cả hai tầm nén 75

3.2.2.10 Chọn công suất lắp đặt động cơ 75

3.3 CHỌN MÁY NÉN 77

3.4 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG LẠNH 78

3.4.1 TÍNH CHỌN DÀN NGƯNG TỤ 78

3.4.1.1 Nhiệt tải dàn ngưng 78

3.4.1.2 Tính diện tích trao đổi nhiệt 78

3.4.2 TÍNH CHỌN BCTA 81

3.4.2.1 Vị trí lắp đặt bình chứa thấp áp 81

3.4.2.2 Tính chọn bình chứa thấp áp 81

3.4.3 TÍNH CHỌN BÌNH CHỨA CAO ÁP 84

3.4.3.1 Vị trí lắp đặt và nhiệm vụ của bình chứa cao áp 84

3.4.3.2 Tính chọn bình chứa cao áp 84

3.4.4 BÌNH TẬP TRUNG DẦU 86

CHƯƠNG IV TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA– VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH 87

4.1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA 87

4.2 CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG MẠCH ĐIỆN 87

4.3 CÁC MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG 89

4.3.1 MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC 89

4.3.2 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 90

4.4 THUYẾT MINH MẠCH ĐIỆN 93

4.4.1 MẠCH KHỞI ĐỘNG BƠM NƯỚC VÀ QUẬT DÀN NGƯNG 93

4.4.6 MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM CẤP DỊCH 94

4.4.7 MẠCH CẤP DỊCH CHO TỦ ĐÔNG 95

4.4.8 MẠCH BÁO ĐỘNG SỰ CỐ 95

4.5 VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH 95

4.5.1 VẬN HÀNH MÁY NÉN 95

4.5.1.1 Công tác chuẩn bị 95

4.5.1.2 Khởi động máy nén và giám sát 96

4.5.2 VẬN HÀNH THIẾT BỊ LẠNH 97

4.5.2.1 Vận hành tủ đông tiếp xúc 97

4.5.2.2 Vận hành tủ đông băng chuyền 98

4.5.2.3 Vận hành kho bảo quản 98

4.5.3 DỪNG MÁY 98

4.5.3.1 Dừng máy bị động 99

4.5.3.2 Dừng máy chủ động 99

4.5.4 MỘT SỐ THAO TÁC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH 99

4.5.4.1 Xả băng dàn lạnh 99

4.5.4.2 Xả khí không ngưng 102

4.5.5 BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LẠNH 102

4.5.5.1 Nạp ga cho hệ thống lạnh 102

4.5.5.2 Rút gas khỏi hệ thống lạnh 104

4.5.5.3 Nạp đầu bổ sung 105

4.5.5.4 Xả dầu 106

4.6 MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 108

4.6.1 SỰ CỐ ÁP SUẤT NÉN 108

4.6.1.1 Sự cố áp suất nén cao bất thường 108

4.6.1.2 Áp suất nén thấp bất thường 109

4.6.2 SỰ CỐ ÁP SUẤT HÚT 110

4.6.2.1 Sự cố áp suất hút thấp 110

4.6.2.2 Sự cố áp suất hút cao 110

4.6.2.3 Sự cố áp suất dầu thấp 111

4.6.4 SỰ CỐ NGẬP DỊCH 111

4.6.4.1 Định nghĩa, nhận biết, nguyên nhânvà hậu quả của sự cố ngập dịch 111

4.6.4.2 Xử lý ngập dịch 112

CHƯƠNG V TỔ CHỨC PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT, ĐÁNH GIÁ CHẤT

LƯỢNG, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 113

5.1 LẮP ĐẶT HỆ THÔNG LẠNH 113

5.1.1 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 113

5.1.2 YÊU CẦU VỀ PHÒNG ĐẶT MÁY VÀ THIẾT BỊ 113

5.1.3 TRÌNH TỰ LẮP RÁP HỆ THỐNG LẠNH 114

5.1.3.1 Lắp đặt tổ hợp máy nén 114

5.1.3.2 Lắp đặt thiết bị ngưng tụ 115

5.1.3.3 Lắp đặt tủ đông 115

5.1.3.4 Lắp đặt các thiết bị phụ 115

5.1.3.5 Lắp đặt đường ống 116

5.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH 118

5.3 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 119

5.3.1 KẾT LUẬN 119

5.3.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 120

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.2.1 Quan hệ giữa lượng nước đóng băng và nhiệt độ làm đông 4

Bảng 1.2.2 Quan hệ hạ nhiệt độ giữa tỷ lệ muối ăn và nước đá 13

Bảng 2.1.1 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh cấp đông IQF 27

Bảng 2.1.2 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh cấp đông tủ đông tiếp xúc 28

Bảng 2.1.3 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh Kho bảo quản 28

Bảng 3.1.1 kết quả tính nhiệt của QI 43

Bảng 3.1.2 Kết quả tính nhiệt của QIV 48

Bảng 3.1.3 Tổng hợp kết quả tính nhiệt của tủ đông tiếp xúc 49

Bảng 3.1.4 Kết quả tính nhiệt của Qsp 52

Bảng 3.1.5 Kết quả tính nhiệt của Qmt 56

Bảng 3.1.6 Kết quả tính nhiệt của tủ đông băng chuyền 58

Bảng 3.1.7 Kết quả tính nhiệt của Qsp 60

Bảng 3.1.8 Kết quả tính nhiệt của Qmt 63

Bảng 3.1.9 Kết quả tính nhiệt kho lạnh nhóm 1 65

Bảng 3.1.10 Kết quả tính nhiệt kho lạnh nhóm 2 65

Bảng 3.1.11 Nhiệt tải của kho lạnh 68

Bảng 3.1.12 Tổng kết nhiệt tải của hệ thống lạnh 68

Bảng 3.2.1 Kết quả xác định thể tích hơi hút lý thuyết 69

Bảng 3.2.2 Kết quả xác định hệ só cấp máy nén 69

Bảng 3.2.3 Kết quả xác định công nén đoạn nhiệt cấp hạ áp 70

Bảng 3.2.4 Kết quả xác định hiệu suất chỉ thị 70

Bảng 3.2.5 Kết quả xác định công nén chỉ thị 70

Bảng 3.2.6 Kết quả xác định công suất ma sát 71

Bảng 3.2.7 Kết quả xác định công suất hiệu dụng 71

Bảng 3.2.8 Kết quả xác định công suất tiếp điện cấp hạ áp 72

Bảng 3.2.9 Kết quả xác định lưu lượng gas thực tế qua phần nén cao áp 72

Bảng 3.2.10 Kết quả xác định thể tích hơi hút thực tế cấp cao áp 73

Bảng 3.2.11 Kết quả xác định hệ số cấp máy nén cấp cao áp 73

Bảng 3.2.12 Kết quả xác định công suất đoạn nhiệt 73

Bảng 3.2.13 Kết quả xác định hiệu suất chỉ thị thể tích 74

Bảng 3.2.14 Kết quả xác định công suất chỉ thị 74

Bảng 3.2.15 Kết quả xác định công suất ma sát 75

Bảng 3.2.16 Kết quả xác định công suất hiệu dụng 75

Bảng 3.2.17 Kết quả xác định công suất của cả hai tầm nén 75

Bảng 3.2.18 Công suất động cơ tính toán 76

Bảng 3.2.19 Tổng công suất lắp đặt của đông cơ 76

Bảng 3.4.1 Các thông số kỹ thuật của BCCA 84

Bảng 4.6.1 Nguyên nhân và cách khắc phục sự cố áp suât nén cao bất thường 109

Bảng 4.6.2 Nguyên nhân và cách khắc phục sự cố áp suất nén thấp bất thường 109

Bảng 4.6.3 Nguyên nhân và cách khắc phục sự cố áp suất hút thấp 110

Bảng 4.6.4 Nguyên nhân và cách khắc phục sự cố áp suất hút cao 111

Bảng 4.6.5 Nguyên nhân cà cách khắc phục sự cố áp suất dầu thấp 111

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2.1 Quá trình hình thành điểm đóng băng 6

Hình 1.2.2 Mô phỏng sự kết tinh của nước trong sản phẩm thuỷ sản 9

Hình 1.2.3 Làm lạnh đông thuỷ sản bằng tủ đông tiếp xúc 14

Hình 2.1.1 Đồ thị i-d của không khí ẩm 22

Hình 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý 26

Hình 2.1.3 Chu trình làm việc 26

Hình 2.2.1 Cấu tạo thân tủ 29

Hình 2.2.2 Cấu tạo tấm truyền nhiệt 29

Hình 2.2.3 Cách ghép các tấm truyền nhiệt 30

Hình 2.2.4 Cấu tạo hệ thống ben thủy lực Error! Bookmark not defined Hình 2.2.5 Cấu tạo tấm panel cách nhiệt vách Error! Bookmark not defined Hình 2.2.6 Dàn lạnh hệ thống cấp đông IQF 33

Hình 2.2.7 Cách sắp xếp hàng trong kho 36

Hình 3.1.1 Cấu trúc tấm cách 45

Hình 3.1.2 Cấu trúc của sàn tủ đông tiếp xúc 46

Hình 3.1.3 Cấu trúc của cửa tủ đông tiếp xúc 47

Hình 3.4.1 Cấu tạo của dàn ngưng 80

Hình 3.4.2 Hình dạng của dàn ngưng bay hơi 81

Hình 3.4.3 Hình dạng BCTA 83

Hình 3.4.5 Hình dạng của BCCA 85

Hình 3.4.6 Cấu tạo bình tập trung dầu 86

Hình 3.4.7 Hình dạng của bình tập trung dầu 86

Hình 4.5.1 Quy trình nạp gas 103

Hình 4.5.2 Tiến hành rút gas 105

Hình 4.5.3 Xả dầu từ BTTD 107

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY

1.1.1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG TY

Trước đây công ty Nam Việt trực thuộc của tỉnh đội An Giang Hoạt động sản xuất kinh doanh bao gồm rất nhiều ngành nghề khác nhau như: xây dựng dân dụng, công nghiệp giao thông, cầu đường thủy lợi, sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng, trang trí nội thất, khai thác chăn nuôi thủy sản, chế biến thức ăn gia súc, kinh doanh nông sản và kinh doanh lương thực

Trong quá trình hoạt động kinh doanh nhiều ngành nghề như thế đã có sự phát triển không ngừng và không bao lâu Công Ty TNHH Nam Việt ra đời, căn cứ vào giấy phép số 363 GPUB ngày 2 tháng 1 năm 1993 của UBND Tỉnh An Giang quyết định chính thức thành lập

Tên được viết tắt là: NAVICO Địa chỉ trụ sở chính: Đường Lê Văn Nhung, Phường Mỹ Bình Thành Phố Long Xuyên

Sau khi thành lập thì công ty vẫn dựa trên nền tảng sản xuất kinh doanh trước đây Doanh số hàng năm của công ty thu được khoảng 5 triệu USD, chủ yếu bán cho các công ty chế biến xuất khẩu thủy sản trong tỉnh

Với sự phát triển của ngành nghề chế biến xuất khẩu thủy sản ngày càng tăng thì nhu cầu về nguồn nguyên liệu ngày càng nhiều Chính do lợi thế của nguồn nguyên liệu này mà bà con ngư dân, các đại lý nguyên liệu, các công ty khác bắt đầu đầu tư vào việc nuôi cá Tra, cá Basa, đã làm cho giá cá bắt đầu giảm đáng kể gây ảnh hưởng không nhỏ đến doanh thu của công ty

Tổng số vốn điều lệ là: 54 tỷ ĐVN

Để phát huy thế lực nguồn cá Tra, cá Basa, công ty không bỏ lỡ cơ hội tiếp theo Ngày 1 tháng 11 năm 2000, được sự đồng ý của sở kế hoạch đầu tư Tỉnh An

Địa chỉ chi nhánh: 19D Trần Hưng Đạo, Phường Mỹ Quý, TP Long Xuyên Tỉnh An Giang

Ngành nghề kinh doanh chủ yếu của chi nhánh là: chế biến, kinh doanh thủy hải sản xuất khẩu

Trong quá trình hoạt động, công ty không ngừng phát triển đi lên, doanh thu của công ty ngày càng lớn: Nhà Máy Đông Lạnh Chế Biến Thủy Sản là nguồn doanh thu chủ lực của công ty hiện nay

Năm 2001 doanh số 11,7 triệu USD Năm 2002 doanh số 25,2 triệu USD Năm 2003 doanh số 36 triệu USD Năm 2004 doanh số 63 triệu USD Sản phẩm xuất khẩu chính của công ty vẫn là cá Tra, Basa đông lạnh

Thị trường chính của công ty là Châu Mỹ, Âu, Á, Úc

Hiện nay công ty đang hoạt động theo dây truyền khép kín:

Trại giống

cá bố mẹ

Nuôi cá tra bằng bè, ao

Nhà Máy Chế Biến

Cá Tra, Basa Xuất Khẩu

Phụ phẩm

Nhà Máy Chế Biến Thức ăn cho cá

Nhà Máy Chế Biến Phụ Phẩm

PHÒNG

QUẢN LÝ

NHÂN SỰ

GIÁM ĐỐC ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT

GIÁM ĐỐC QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG

GIÁM ĐỐC XUẤT NHẬP KHẨU

GIÁM ĐỐC TCKT

GIÁM ĐỐC CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN

TỔNG GIÁM ĐỐC

PHÓ TỔNG GIÁM ĐỐC

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY BAO BÌ

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY PHỤ PHẨM

1.1.2 CƠ CẤU TỔ CHỨC VÀ QUAN LÝ CỦA CÔNG TY

1.1.2.1 Sơ đồ bộ máy tổ chức của công ty TNHH Nam Việt

+ SƠ ĐỒ MẶT BẰNG CỦA PHÂN XƯỞNG ẤN ĐỘ DƯƠNG

1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẠNH ĐÔNG

1.2.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY

Để cho toàn bộ nước trong thủy sản đóng băng thì nhiệt độ phải là

t = (–55-65)0C, đây gọi là điểm Eutectic (đóng băng tuyệt đối) Tuy nhiên trong

công nghiệp chế biến thủy sản hiện nay người ta không dùng đến mức nhiệt độ này

vì chi phí rất cao hơn nữa về phương diện kỹ thuật sản phẩm thủy sản ở điểm

Eutectic sẽ không đạt giá trị thẩm mỹ và độ bền mà chỉ cần đến -400C là đã đảm bảo

xuống thấp thì có tác dụng làm chậm sự ươn thối của thủy sản, giữ được những

phẩm chất gần giống như ban đầu của thủy sản trong một khoảng thời gian khá dài

Nếu như đánh bắt xa cảng cá và việc vận chuyển kéo dài ngày và khoảng cách từ cảng cá đến nơi tiêu thụ, chế biến là quá xa thì người ta sử dụng kỹ thuật lạnh đông ngay trên tàu để bảo quản nguyên liệu được tươi

Vì sản phẩm đánh bắt không đồng đều, quan hệ cung cầu luôn biến động cho nên phải làm lạnh đông và trữ đông thủy sản lúc rộ mùa để kịp thời điều hòa và phân phối mọi lúc mọi nơi các loại thủy sản chất lượng cao và giá cả ổn định

Nếu để xuất khẩu thủy sản thường được bảo quản lạnh đông và trữ đông Việc xuất khẩu thủy sản đông lạnh ngày càng được chú trọng vì nó đem lại lợi nhuận cao hơn tiêu thụ nội địa nên việc làm lạnh đông thủy sản rất có ý nghĩa vì không gian và thời gian vận chuyển thủy sản ngày càng xa rộng hơn

1.2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY SẢN 1.2.2.1 Nước trong thuỷ sản

Nước chiếm đa phần trong cơ thể thủy sản đến khoảng 80% Tùy mức độ liên kết của nước trong thủy sản, người ta phân chia làm hai loại:

+ Nước tự do + Nước liên kết Nước tự do: là các phân tử nước có ở trong cấu trúc của các mô thủy sản và

có các tính chất cấu trúc giống như nước thường Loại nước này rất linh động, dễ dịch chuyển đến các vùng khác nhau, điểm đóng băng của nó từ t = (–1-1,5)0C

Nước liên kết: là nước được duy trì trong tổ chức các mô và các tế bào bằng lực liên kết vững chắc với các chất tan vô cơ và hữu cơ Năng lượng để hình thành liên kết rất lớn nó khó tách ra khỏi các mô và tế bào, nó bền vững cho nên điểm đóng băng rất thấp

1.2.2.2 Cơ chế đóng băng trong việc làm lạnh đông

Ta biết rằng nước nguyên chất đóng băng ở 00C Nước tự do trong tế bào thủy sản không giống như nước nguyên chất cho nên điểm đóng băng của nó phải dưới 00C Tùy theo nồng độ chất tan trong nước mà có các điểm đóng băng khác

Ở nhiệt độ dưới 00C mà nước chưa kết tinh thành đá gọi là hiện tượng quá lạnh Hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nộng độ chất tan, cấu tạo mạng tế bào và

độ hạ nhiệt độ của môi trường xung quanh

Môi trường lỏng luôn luôn chuyển động nhiệt (chuyển động Brao) và chuyển động tương hỗ Ở nhiệt độ thấp chuyển động nhiệt giảm mà tăng cường chuyển động tương hỗ nhằm tăng cường khả năng kết hợp các phân tử với nhau để kết tinh thành đá Nước nguyên chất ở 00C chuyển động nhiệt đã bé và lực tương tác đủ để tạo thành cơ cấu tinh thể Đối với nước trong tế bào khi hạ nhiệt độ xuống 00C vẫn chưa đóng băng vì các chất tan ở nhiệt độ >00C, cho nên phải hạ nhiệt độ xuống đến

độ quá lạnh để dung chất đạt 00C hay thấp hơn thì mới sinh mầm tinh thể

Điểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để có kết tinh đá Ở thủy sản điểm quá lạnh bình quân là –50C

Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh tỏa ra nhiệt ẩn đóng băng làm tăng nhiệt độ sản phẩm (do tốc độ thải nhiệt không kịp với tốc độ sinh nhiệt do tạo mầm tinh thể đá) Ở điểm này chủ yếu nước tự do cấu trúc bị tách ra và kết tinh, nhiệt độ sản phẩm tăng nên đến một mức cao nhất và dừng ở đó một lúc để hoàn thành quá trình đóng băng (đây là điểm đóng băng) sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ Quá trình này được biểu diễn bởi hình vẽ sau

Hình 1.2.1 Quá trình hình thành điểm đóng băng

t ( 0C)

T ( phút) Điểm đóng băng

Điểm quá lạnh

0 -1,45

-5,2

b Cơ chế đóng băng của thủy sản

Khi hạ nhiệt độ dưới 00C các dạng nước trong thủy sản đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng trong tế bào, liên kết yếu thì nhiệt độ lạnh đông càng cao, liên kết mạnh thì nhiệt độ lạnh đông thấp hơn Tổng quát:

Nước tự do _cấu trúc: tql = (-1 ÷ -1,5)0C Nước bất động: tql = (-1,5 ÷ -20)0C Nước liên kết: tql = (-20 ÷ -65)0C Trước tiên điểm quá lạnh làm xuất hiện mầm tinh thể đá gian bào (khoảng trống giữa các tế bào) mà không xuất hiện trong tế bào vì nồng độ chất tan trong nước tự do ở gian bào rất thấp so với trong tế bào Khi đến điểm đóng băng, đa phần nước tự do ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên, cao hơn nồng

độ chất tan trong tế bào Do áp suất thẩm thấu tăng lên làm cho nước trong tế bào ra ngoài gian bào qua màng bán thấm của tế bào Nếu tốc độ thoát nhiệt kết tinh thấp hơn mức độ vận chuyển của nước ra (tức độ hạ nhiệt chậm) thì có sự sinh dưỡng, nghĩa là không có sự tạo thành tinh thể mới mà nước từ trong tế bào ra gian bào làm các tinh thể hiện diện lớn lên Ứng với từng mức hạ nhiệt ngày càng thấp, hiện tượng đóng băng nước tự do trong gian bào vẫn tiếp tục và các tinh thể đá ngày càng lớn thêm, vì nồng độ chất tan trong gian bào vẫn thấp hơn trong tế bào và điểm đóng băng ở gian bào hầu như luôn luôn cao hơn trong tế bào vì nhiệt độ lạnh khó xâm nhập vào trong tế bào

Nếu tốc độ thoát nhiệt lớn (độ hạ nhiệt nhanh) tinh thể đá tạo thành cả ở trong tế bào và gian bào thì tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều khắp Vì vậy hạ nhiệt độ sản phẩm với tốc độ chậm sẽ làm tế bào mất nước, tinh thể đá to ở gian bào chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, giảm sút phẩm chất sản phẩm

Khi nước tự do đã đóng băng hết thì tới nước liên kết đóng băng, bắt dầu từ nước có mối liên kết yếu nhất dần dần tới nước liên kết mạnh

1.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự kết tinh của nước trong thủy sản

a Nồng độ chất tan

Trong thủy sản, nước hòa tan các chất vô cơ, hữu cơ và các hợp chất đạm, đường, chất béo tạo thành một dung dịch dạng keo Khi nước muối kết tinh nó phải thoát ra khỏi sự liên kết với các thành phần chất tan Vì vậy nhiệt độ kết tinh phụ thuộc vào nồng độ các chất tan Độ giảm nhiệt độ của nước được tính theo công thức:

Δt = -1,84n (1.1) n: nồng độ phân tử gam các chất tan

Khi nhiệt độ kết tinh càng giảm thì tốc độ kết tinh tăng sẽ làm tăng số các tinh thể Nhờ đó giảm tác động xấu đến cấu trúc tế bào thực phẩm

Người ta phân chia kích thước tinh thể đá ra làm các mức sau:

+ Tinh thể lớn: d = (0,2  0,6)mm + Tinh thể trung bình: d = (0,1  0,2)mm + Tinh thể nhỏ: d < 0,1mm

Kích thước các tinh thể đá phụ thuộc vào nhiệt độ

+ Ở khoảng t = (>-2)0C các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước lớn + Ở khoảng nhiệt độ t = (-10 ÷-20)0C các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ đều, số lượng lớn

b Tốc độ làm đông

Tốc độ làm đông được xác định dựa vào kết tinh của nước v(cm/giờ) Nó tỷ

lệ với tốc độ trao đổi nhiệt của thủy sản với môi trường lạnh Nước bắt đầu kết tinh

ở bề mặt sản phẩm sau đó sẽ được chuyển dần vào trung tâm sản phẩm

Nếu v < 3 cm/h thì gọi là quá trình làm đông chậm, tinh thể đá lớn không đều

Nếu v > 3 cm/h gọi là quá trình làm đông nhanh, tinh thể đá đều

Nếu v >100 cm/h gọi là quá trình làm đông cực nhanh, tinh thể đá rất nhỏ

và chất lượng sản phẩm thủy sản hầu như không thay đổi

Mặt khác tốc độ làm đông còn phụ thuộc các yếu tố sau:

Loại máy và thiết bị làm đông

Nhiệt độ vận hành máy

Tốc độ gió ở máy đông dùng không khí lạnh

Diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm với môi trường lạnh

Bao gói sản phẩm

Loại sản phẩm

Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm và nhiệt độ yêu cầu của sản phẩm ở cuối quá trình làm đông

1.2.2.4 Thời gian làm đông

Xác định thời gian làm đông là cơ sở cho việc tính toán nhiệt, tổ chức quá trình sản xuất đồng thời cho biết những yếu tố có thể tác động để làm giảm thời gian làm đông một cách hợp lý nhất

Trong quá trình làm đông luôn luôn có hiện tượng kết tinh của nước vì vậy

có thể xác định thời gian làm đông dựa vào việc xác định thời gian kết tinh của nước trong thực phẩm

Giả sử thực phẩm thủy sản có dạng hình hộp Sau một khoảng thời gian ở lớp gần bề mặt đã có sự kết tinh của nước, lớp tiếp theo nước đang kết tinh





Nhiệt sinh ra từ sự đóng băng của nước được truyền ra ngoài theo phương trình:

t db o



1

.)

tdb: nhiệt độ đóng băng của nước trong thực phẩm ( 0C)

t0: nhiệt độ của môi trường lạnh( 0C )

Từ (1.2) và (1.3) suy ra:

)

1(

W dX L d

o db

)

(

o db n o

db

n

t t

X W dX L t

t

X W L

d

=> C

t t

X W L

t t

X W L

o db n o

2

)

(

.

)(

X W L

o db



 (1.5) Trong quá trình làm đông sự kết tinh của nước diễn ra liên tục Ngoài sự đóng băng của nước sản phẩm còn giảm nhiệt độ Vì vậy ta có thể tìm công thức tính thời gian làm đông từ công thức tính thời gian kết tinh của nước Ngoài lượng nhiệt lấy ra để nước đóng băng còn có lượng nhiệt lấy ra để giảm nhiệt độ của nước

đá và các thành phần khác của thực phẩm Vì vậy có thể thay Li là độ biến đổi hàm nhiệt của thực phẩm Khi đó:

R i o

) 2

1 (

R i A o

Trong thực tế thực phẩm được đưa vào thiết bị làm đông khi nước trong nó chưa bắt đầu đóng băng Vì vậy phải cộng thêm thời gian khi nước đóng băng Khoảng thời gian này được xác định như sau:

o

o t t

t t



 1 ln 1

 (1.9) Trong đó:

t1 : nhiệt độ ban đầu của sản phẩm ( 0C)

t0 :nhiệt độ của môi trường lạnh ( 0C) t: nhiệt độ của sản phẩm sau khi làm lạnh ( 0C) m: nhịp độ làm lạnh được tính bởi công thức sau:

m =

)

1.(

C: nhiệt dung riêng của thực phẩm , kcal/kg.K

 : khối lượng riêng của thực phẩm , kg/m3

: bề dày theo phương truyền nhiệt của thực phẩm , m

: hệ số cấp nhiệt của thực phẩm , W/m2K l: khoảng cách truyền nhiệt , m

: hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm , W/m.K Vậy tổng thời gian của quá trình làm đông thực tế là:

) 2

1 ( ln

R i A t t

t t

1.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ĐÔNG THỦY SẢN

1.2.3.1 Làm lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối

Dựa vào sự hòa tan của muối NaCl và nước đá tạo ra hỗn hợp sinh hàn Tùy theo tỷ lệ pha trộn giữa nước đá và muối ăn mà ta có các nhiệt độ hạ thấp khác nhau Quan hệ giữa sự hạ nhiệt độ với tỷ lệ muối ăn và nước đá được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 1.2.3 Quan hệ nhiệt độ theo tỷ lệ muối ăn và nước đá

1.2.3.2 Làm lạnh đông thủy sản bằng nước muối lạnh

Thủy sản được bao gói PE chống ẩm, nhúng vào bể chứa dung dịch nước muối lạnh có nhiệt độ từ t = (-18-25)0C nhờ dàn bay hơi NH3 kiểu xương cá

1.2.3.3 Làm lạnh đông thủy sản bằng không khí lạnh

Môi trường không khí bảm bảo điều kiện vệ sinh cao dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất, rẻ tiền, thủy sản đưa vào làm lạnh đông không phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, tốc độ làm lạnh đông nhanh nhưng sản phẩm dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí và tăng mức độ mất nước của sản phẩm

Không khí được đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió qua dàn lạnh, nhiệt độ không khí sau khi trao đổi nhiệt với môi chất ở dàn lạnh có nhiệt độ từ t = (-35-40)0C do vậy sản phẩm được làm đông rất đều trong một thời gian ngắn

+ Đối với những loại thủy sản có kích thước và khối lượng nhỏ hơn 200 gam người ta dùng thiết bị làm đông kiểu tầng sôi Thủy sản được đặt trên băng chuyền lưới, dàn lạnh quạt gió thổi không khí từ dưới lên làm cho sản phẩm chuyển động lên khỏi bề mặt của băng chuyền lưới rồi lại rớt xuống (hiện tượng giả sôi) do đó nhiệt độ phân phối rất đều và nhanh

trên các giá đỡ, dàn lạnh được bố trí thích hợp sao cho không khí lạnh đối lưu phân

bố đều khắp buồng đông, năng suất làm đông khá lớn, thời gian làm đông tùy thuộc vào khối lượng sản phẩm, kích thước sản phẩm và mật độ sản phẩm

1.2.3.4 Làm lạnh đông thủy sản bằng tủ đông tiếp xúc

Ở phương pháp làm đông này thủy sản được đặt trong các khay và được đặt

ở giữa các tấm truyền nhiệt Bên trong tấm truyền nhiệt có môi chất lạnh do đó sự trao đổi nhiệt chủ yếu nhờ dẫn nhiệt của kim loại.Vì vậy tốc độ trao đổi nhiệt lớn, hạn chế được ảnh hưởng của oxy không khí và sự mất nước của thủy sản Chính vì vậy mà thời gian kết đông rất nhanh, năng suất cấp đông lớn Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là chỉ sử dụng kết đông những sản phẩm được đặt trong khuôn

Hình 1.2.4 Làm lạnh đông thuỷ sản bằng tủ đông tiếp xúc

1 Khuôn đựng sản phẩm

2 Tấm truyền nhiệt

1.2.3.5 Làm đông thủy sản bằng tủ đông băng chuyền

Phương pháp làm đông này kết hợp giữa trao đổi nhiệt tiếp xúc với kim loại

và không khí lạnh đối lưu cưỡng bức nên có khả năng trao đổi nhiệt rất lớn, tốc độ làm đông nhanh, hoạt động liên tục, có thể tự động hóa quá trình sản xuất Tuy nhiên sử dụng chất mang lạnh lỏng nên chi phí lạnh tăng lên rất nhiều khi hoạt động sản xuất không ổn định Thiết bị này thường được ứng dụng để làm lạnh đông các sản phẩm dạng rời (IQF), có khối lượng và kích thước nhỏ và đều, quá trình sản xuất có tính ổn định cao

Thủy sản được đặt trên băng chuyền được làm bằng thép không rỉ có bề dày rất nhỏ, bên trên có các dàn lạnh không khí thổi không khí lạnh xuống sản phẩm Bên dưới băng chuyền được làm lạnh bằng chất tải lạnh là CaCl2, CaCl2 tuần hoàn

qua thiết bị bay hơi kiểu ống chùm vỏ bọc nằm ngang được làm lạnh sau đó phun lên bề mặt dưới của băng chuyền tấm phẳng, làm lạnh băng chuyền và sản phẩm đặt trên băng chuyền, không khí lạnh trong thiết bị có nhiệt độ t = (-35-45)0C, vận tốc chuyển động của không khí trong khoảng v = (46)m/s, thời gian làm đông tùy thuộc vào sản phẩm Tốc độ băng chuyền được điều chỉnh theo thời gian làm đông

1.2.3.6 Làm đông bằng khí hóa lỏng

Dùng khí hóa lỏng phun trực tiếp lên bề mặt của sản phẩm Chúng sẽ bay hơi trực tiếp trên bề mặt của sản phẩm do đó độ chênh lệch nhiệt độ giữa sản phẩm và nhiệt độ sôi là rất lớn nên sản phẩm được kết đông cực nhanh Chất lượng của sản phẩm được giữ gần như nguyên vẹn

1.2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐÔNG CHIA THEO DẠNG SẢN PHẨM 1.2.4.1 Làm đông dạng khối (Block)

Trong phương pháp làm đông khối, sản phẩm được đặt vào các khuôn, khay làm bằng tôn và được châm thêm nước do đó sản phẩm liên kết với nhau nhờ sự đóng băng của lượng nước bao bọc bên ngoài Nước đá bao bọc bên ngoài sản phẩm

có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập của oxy không khí, làm giảm mức độ mất nước của sản phẩm, tạo cấu trúc vững chắc, chống lại các tác động cơ học trong quá trình bốc xếp, vận chuyển và bảo quản Nhưng theo phương pháp này thì chi phí sản xuất cho một đơn vị sản phẩm phải lớn do phải làm đông vận chuyển bảo quản một lượng nước khá lớn bên ngoài thực phẩm Lượng nước này có thể chiếm khoảng từ

2080% trọng lượng của sản phẩm Ngoài ra còn phải chi phí kim loại để làm khuôn

Làm đông dạng khối thường áp dụng với những sản phẩm thích hợp với môi trường nước, có chất lượng kém hơn dễ bị oxy hóa, khả năng tự bảo vệ kém Phương pháp này thường sử dụng tủ đông tiếp xúc để làm đông sản phẩm

1.2.4.2 Làm đông dạng rời

làm đông, thời gian làm đông ngắn hơn, chi phí sản xuất ít hơn, chi phí lao động và chi phí kim loại làm khuôn cũng ít hơn so với đông khối

Sản phẩm đông rời dễ phân phối hơn, giảm chi phí vận chuyển bảo quản, dễ tiêu thụ dễ sử dụng và thời gian tan giá nhanh Tuy nhiên so với phương pháp làm đông dạng khối thì sản phẩm đông rời dễ bị dập vỡ hơn, dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí, mức độ mất nước lớn hơn và hao hụt trọng lượng nhiều hơn

Những sản phẩm loại đông rời thường là những sản phẩm thích hợp với môi trường không khí hoặc chúng có chất lượng cao, có khả năng tự bảo vệ tốt Một số trường hợp phải bao gói để hạn chế những tác động xấu của không khí đối với thực phẩm

Sản phẩm đông rời thường được làm đông trong các thiệt bị làm đông bằng không khí lạnh như: Hầm đông gió (Tunnel), tủ đông băng chuyền, tủ đông tầng sôi, khí hóa lỏng Một số trường hợp có thể làm đông trong tủ đông tiếp xúc với bao gói cách ẩm để ngăn không cho chúng liên kết với nhau

1.2.5 NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA SẢN PHẨM THỦY SẢN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM ĐÔNG

1.2.5.1 Biến đổi về vật lý

Trong quá trình làm đông cấu trúc của sản phẩm thủy sản trở lên rắn chắc, màu sắc cũng bị biến đổi do bị oxy hóa, mất nước Những biến đổi này phụ thuộc vào mức độ biến tính của các chất tan và mức độ mất nước của thủy sản

Các chất tan biến tính và cấu trúc mất nước sẽ có màu trắng đục, trọng lượng của thủy sản giảm sút mùi vị đặc trưng của thủy sản cũng bị giảm đi do hao phí các chất dinh dưỡng hòa tan trong quá trình làm tan băng và cấu trúc của thủy sản sau khi tan băng trở nên mềm nhão do hậu quả của quá trình kết tinh nước làm thể tích tăng lên, các tinh thể đá làm rách vỡ cấu trúc tế bào và mô

Quá trình kết tinh nước diễn ra từ bề mặt luôn luôn có xu hướng thu hút nước ở những vị trí nước chưa kết tinh, sự chuyển động của nước còn do sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến sự chênh lệch áp suất hơi nước, nước sẽ chuyển động từ nơi

có nhiệt đô cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn Ở vị trí nước đang kết tinh nồng độ

các chất tan tăng lên dẫn đến chênh lệch áp suất thẩm thấu với những vị trí xung quanh Những tác động này đều cùng một hướng làm cho nước ở trong tế bào chuyển động ra ngoài, nước ở vị trí có trạng thái kết hợp cao đến nơi có trạng thái

tự do hơn Khi làm tan băng thì một phần nước không quay trở lại được trạng thái ban đầu dẫn đến tỉ lệ nước tự do tăng lên làm cho chúng dễ thoát ra ngoài đem theo các chất hòa tan làm giảm trọng lượng và mùi vị của thủy sản

Mức độ mất nước của thủy sản khi làm đông phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian, môi trường làm lạnh đông

Nhiệt độ cấp đông càng thấp thì mức độ mất nước càng ít

Thời gian làm đông càng ngắn thì mức độ mất nước càng ít

Làm đông trong môi trường lỏng, tiếp xúc với tấm truyền nhiệt bằng kim loại, dùng nitơ lỏng sẽ mất nước ít hớn so với làm đông bằng không khí lạnh đối lưu cưỡng bức

1.2.5.2 Biến đổi về hóa học

Ở nhiệt độ rất thấp nước kết tinh gần hết nên các biến đổi hóa sinh giảm Biến đổi hóa học chủ yếu là sự tạo thành axit lactic từ glycogen và sự biến tính protein hòa tan Các biến đổi này diễn ra chủ yếu ở giai đoạn nước tự do kết tinh Mức độ biến đổi sẽ giảm khi làm tăng tốc độ kết tinh nước

Các phân tử protein luôn ở trạng thái phân cực Bình thường các gốc phân cực của phân tử protein quay ra ngoài và liên kết với các phân tử nước, bằng liên kết tĩnh điện Khi nước khuyếch tán để kết tinh, các gốc phân cực của phân tử protein sẽ quay vào phía trong tự cân bằng điện tích Như vậy chúng thay đổi cấu trúc, mất khả năng liên kết với nước Khi sử dụng chúng làm giảm tính giữ và hút nước của sản phẩm

Khi làm tăng tốc độ kết tinh nước sẽ giảm sự khuyếch tán nước Vì vậy giảm

sự biến tính của protein của sản phẩm

1.2.5.3 Biến đổi về vi sinh vật

Trong quá trình làm đông số lượng vi sinh vật giảm rất nhiều Vì vi sinh vật

bị tiêu diệt do mất môi trường sống Ở nhiệt độ t = –50C đã có thể đóng băng 80% nước trong thực phẩm Lượng nước còn lại ở trạng thái liên kết với các chất tan nên

vi sinh vật khó hoạt động Nồng độ chất cao sẽ tạo ra áp suất thẩm thấu gây khuyếch tán nước trong vi sinh vật ra ngoài, làm biến đổi tính chất nguyên sinh của

CHƯƠNG II CHỌN SỐ LIỆU BAN ĐẦU 2.1 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

2.1.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ LÀM ĐÔNG

2.1.1.1 Chọn phương pháp làm đông

Tại nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh Nam Việt chủ yếu là làm đông cá nên tôi chọn phương pháp làm đông bằng băng chuyền phẳng và đông tiếp xúc Đây

là hai phương pháp làm đông có rất nhiều ưu điểm

Ưu điểm của phương pháp cấp đông bằng tủ đông tiếp xúc

+Tủ đông tiếp xúc có cấu trúc vững chắc, đơn giản, ít hư hỏng, diện tích chiếm chỗ ít, dễ vận hành

+ Do sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với các tấm truyền nhiệt nên thời gian làm đông khá nhanh, sản phẩm ít bị oxy hóa và ít hao trọng lượng khi cấp đông

+ Đặc biệt nó vừa có thể làm đông sản phẩm dạng rời vừa có thể làm đông các sản phẩm thủy sản dạng khối (Block)

+ Năng suất cấp đông khá lớn

Ưu điểm của phương pháp cấp đông bằng tủ đông băng chuyền

+ Tủ đông băng chuyền có cường độ trao đổi nhiệt lớn do không khí trong tủ đối lưu cưỡng bức nhờ các quạt gió.Vì vậy mà thời gian làm đông rất nhanh

+ Tủ đông băng chuyền hoạt động liên tục nên nguyên liệu không phải chờ đợi trước khi làm đông, công suất tủ lớn phù hợp với điều kiện sản suất có công suất lớn và ổn định

+ Các dàn lạnh quạt gió đặt phía trên băng chuyền tạo ra dòng không khí chuyển động ngang trên bề mặt băng chuyền Nhờ đó mà đường đi của không khí ngắn, vận tốc lớn và đều

2.1.1.2 Chọn môi chất

Đối với máy lạnh công nghiệp hiện nay chủ yếu sử dụng hai loại môi chất là

NH3 và Freon Trong đó môi chất NH3 được sử dụng nhiều hơn do không phá hủy tầng Ôzôn và rẻ tiền Vì vậy tôi chọn NH3 là môi chất sử dụng cho hệ thống cấp đông

2.1.2 LỰA CHỌN MẶT HÀNG THỦY SẢN CẤP ĐÔNG

2.1.2.1 Nguyên liệu cấp đông

Ở đây mặt hàng cần cấp đông là cá Tra và cá Basa phile Đây là mặt hàng có trữ lượng rất lớn ở An Giang Sản phẩm chủ yếu là để xuất khẩu đi các nước ở châu

Mỹ, Âu, Ôxtraylia…Vì vậy mà mặt hàng này có giá trị kinh tế rất cao

2.1.2.2 Đặc điểm của sản phẩm cá Phile

Thành phần hóa học của động vật thủy sản bao gồm có hai nhóm:

+ Chất đa lượng: Protein, khoáng chất, đường

+ Chất vi lượng: Vitamin, khoáng vi lượng, các enzyme, các sắc tố, chất màu, độc tố, hợp chất chứa nitơ không phải protein, chất ngấm ra

Thành phần hóa học quyết định giá trị, chất lượng của thực phẩm Thành phần hóa học của động vật thủy sản phụ thuộc vào: Giống loài, hoàn cảnh sống, trạng thái sinh lý, đực cái, mùa vụ thời tiết

Cá Tra, Cá Basa là loại cá có hàm lượng protein và nước tương đối cao Hàm lượng protein chiếm khoảng 12,2% Nên ta có thể thấy rằng tổ chức liên kết trong

cơ thịt cá lỏng lẻo, thịt cá mềm mại Hơn nữa hàm lượng mỡ trong cơ thể cá Tra, cá Basa là tương đối lớn, chiếm khoảng 25% khối lượng con cá Bởi vậy đối với loại nguyên liệu này thì ta phải cấp đông ở nhiệt độ tương đối thấp Do nhiệt dung riêng của cá biến đổi tỷ lệ thuận với hàm lượng nước trong cơ thể Hơn thế nữa hệ số dẫn nhiệt lại tỷ lệ nghịch với hàm lượng mỡ trong cá

2.1.3 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÁ PHILE ĐÔNG LẠNH

NGUYÊN LIỆU

FILLET RỬA 1 LẠNG RA

TẠO HÌNH KIỂM TRA KÝ SINH TRÙNG

2.1.4 NĂNG SUẤT CẤP ĐÔNG

Tùy theo kích thước và mặt hàng được cấp đông mà năng suất của tủ khác nhau Có thể từ 5001500 kg/mẻ Hiện nay tại xí nghiệp chế biến thủy sản Nam

Việt có rất nhiều tủ đông tiếp xúc với năng suất khác nhau

Ở đây tôi thiết kế hệ thống máy lạnh chạy liên hoàn với bình chứa tuần hoàn

có sử dụng bơm dịch để cấp đông cho Tủ đông tiếp xúc và IQF

+ Với năng suất cấp đông của tủ đông tiếp xúc là 1200 kg/mẻ (không kể lượng nước châm khuôn) và thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ Do vậy năng suất

cấp đông của Tủ đông tiếp xúc là 600 kg/h

+ Năng suất cấp đông của IQF là 700 kg/h

2.1.5 LỰA CHỌN CHU TRÌNH LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ

số nhiệt độ và độ ẩm như sau:

Nhiệt độ là: t1 = 380C

Độ ẩm là: φ =78%

Hình 2.1.1 Đồ thị i-d của không khí ẩm

Từ hai thông số trên, tra đồ thị i-d: tư = 330C Nhiệt độ nước vào dàn ngưng được xác định theo công thức: tw2 = tw1 + Δtw

Ở đây tôi thiết kế thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi nên Em chọn Δtw = 20C

% 78





% 100

tw2 = 36 + 2 = 380C Nhiệt độ ngưng tụ là: tk = tw2 + Δtk

Δtk: hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu : Δtk = 3 ÷ 50C Với thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi thi độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng

tụ và nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng là không lớn lắm Nên ta có thể chọn

Δtk =20C Vậy nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất là:

tk = 38 + 2 = 400C

2.1.5.2 Xác định nhiệt độ sôi của môi chất

Nhiệt độ sôi của môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí trong tủ đông ở cuối quá trình làm đông theo yêu cầu công nghệ Nhiệt độ của không khí trong tủ vào khoảng t = (-35 ÷ -50)0C tùy theo chất lượng của máy móc thiết bị và điều kiện vận hành Ở đây ta chọn nhiệt độ không khí là tkk = -400C cho hệ thống Tủ đông băng chuyền IQF, tkk = -250C cho hệ thống Tủ đông Tiếp xúc và tkk = -200C cho hệ thống kho bảo quản Nhiệt độ sôi của môi chất thấp hơn nhiệt độ của không khí trong tủ từ (56)0C

Ta có t0 = tkk –Δt0 Em chọn Δt0 =50C Nhiệt độ sôi của môi chất của hệ thống IQF là:

t0 = -40 -5 = -450C Nhiệt độ sôi của môi chất của hệ thống Tủ đông Tiếp xúc là:

t0 = -25 -5 = -300C Nhiệt độ sôi của môi chất của hệ thống Kho bảo quản là:

t0 = -20 -5 = -250C

2.1.5.3 Xác định nhiệt độ quá nhiệt của môi chất

Là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt đô sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng thì hơi hút về máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt

tqn = -45 + 5 = -400C Nhiệt độ quá nhiệt cho hệ thống Kho bảo quản là:

1 1’

2 3

4

5 5’

7 6

TBNT TL1

TL1,TL2 : các van tiết lưu

2.1.6.2 Thuyết minh chu trình

Máy nén tầm thấp hút hơi quá nhiệt có áp suất p0, nhiệt độ t1(tqn), thực hiện quá trình ép nén đoạn nhiệt 1’ - 2, nhiệt độ tăng từ t1 đến t2, áp suất tăng từ p0 đến

ptg Tại đây môi chất nén tầm thấp được tiết lưu làm mát trung gian, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm trao đổi nhiệt chéo có diện tích bề mặt chuyền nhiệt lớn, do đó hơi nén tầm thấp được làm mát hoàn toàn xuống đến trạng thái bão hòa khô có nhiệt độ

t3 Hơi ở trạng thái 3 được máy nén tầm cao hút về và nén lên trạng thái 4 có áp suất 5’

ngưng tụ pk nhiệt độ ngưng tụ t4 rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ Tại đây hơi môi chất được làm mát và ngưng tụ lại thành lỏng nhờ thải nhiệt cho môi trường nước làm mát làm cho nhiệt độ giảm từ t4 đến t5 (p =const) Tại điểm 5 gas được hóa lỏng hoàn toàn và được chia làm hai nhánh

+ Nhánh 1: gas lỏng đi qua van tiết lưu (TL1) thực hiện quá trình tiết lưu 56,

áp suất giảm từ pk đến ptg và nhiệt độ giảm từ tk đên ttg Tiết lưu này để làm quá lạnh dịch lỏng cao áp trước khi đến TL2 sau đó được hòa trộn làm mát cho hơi nén tầm thấp

+ Nhánh 2: gas lỏng đi vào thiết bị trao đổi nhiệt chéo để quá lạnh, nhiệt độ giảm từ t5 đến t5’ (p = const) Sau khi được quá lạnh ga lỏng đi qua van tết lưu (TL2)

để thực hiện quá trình giảm áp từ áp suất pk đến áp suất p0 và nhiệt độ giảm từ t5’

đến t0

Gas lỏng đi qua van tiết lưu TL2 vào thiết bị bay hơi Tại thiết bị bay hơi môi chất lỏng thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và bay hơi trở về trạng thái hơi bão hòa khô Do tổn thất nhiệt trên đường ống hút nên hơi môi chất trở thành trạng thái hơi quá nhiệt trước khi vào máy nén tầm thấp Chu trình làm việc được khép kín

Bảng 2.1.1 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh cấp đông IQF

Bảng 2.1.2 Các thông số trạng thái của hệ thống lạnh cấp đông tủ đông tiếp xúc

2.2 TÍNH TOÁN CHỌN SƠ BỘ THIẾT BỊ

2.2.1 TÍNH TOÁN CHỌN TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC

2.2.1.1 Cấu tạo thân tủ

Chú thích : 1:Lớp Inox 2:Lớp polyurethan 3:Khung thép 4: đà gỗ

Thân tủ có cấu tạo dạng hình hộp, được tạo bởi cấu trúc chịu lực là một

khung làm bằng thép góc, bên cạnh đó Hình 2.2.1 Cấu tạo thân tủ

còn có các đà gỗ để tạo khoảng trống phun polyurethan cách nhiệt Ngoài cùng hai bên được bọc Inox bảo vệ cấu trúc bên trong khỏi tác động cơ học và hơi nước, chống đọng sương bề mặt vách ngoài của tủ

2.2.1.2 Cấu tạo của dàn

lạnh tủ đông tiếp xúc

1: Ống góp lỏng (5033mm) 2: Ống góp hơi (5033mm) 3: Lỗ bắt bulông 4: Chốt ghép ngăn 5: Ngăn

Dàn lạnh của tủ đông bao gồm các tấm truyền nhiệt được tạo nên từ hai lớp hợp kim nhôm Khoảng trống ở giữa hai lớp được chia làm 5 ngăn, mỗi ngăn được chia làm 8 rãnh nhằm tạo cho dòng môi chất được lưu lại trong dàn lạnh được lâu hơn Các ngăn được nối tiếp với nhau, còn các rãnh trong ngăn thì song song với nhau nhờ hai ống góp ở hai đầu Các ngăn được ghép với nhau bằng các chốt có tác dụng làm tăng độ vững chắc, tăng diện tích trao đổi nhiệt là kéo dài đường đi của ga tạo sự chuyển động và phân bố đều của ga trong tấm truyền nhiệt Các ống góp được nối với ống dẫn ga từ bình chứa tuần hoàn tới bằng ống cao su mềm

Các tấm truyền nhiệt được ghép với nhau bằng các bulông có thể dịch chuyển được Tấm trên cùng được ghép chặt với hệ thống ben thủy lực Nhờ đó nó kéo theo các tấm ở phía dưới dịch chuyển để tấm truyền nhiệt áp sát vào khay chứa sản phẩm, làm tăng diện tích trao đổi nhiệt giữa các tấm và khay đựng sản phẩm, rút ngắn thời gian làm đông

Các tấm truyền nhiệt sẽ được ghép với nhau như sau:

1: Các tấm truyền nhiệt

2: Bu lông

3: Ống đệm giới hạn khoảng ép

Hình 2.2.3 Cách ghép các tấm truyền nhiệt

Như vậy với kích thước tấm truyền nhiệt là: 2740122025mm và kích thước các khuôn là 56027045mm

Thì mỗi tấm truyền nhiệt sẽ chứa được 20 khuôn sản phẩm mỗi khuôn chứa

6 kg sản phẩm Do đó để chứa được 1200 kg sản phẩm/1mẻ cần có 10 khoang chứa sản phẩm Tức là tủ phải có 11 tấm truyền nhiệt

2

3

1

2.2.1.3 Tính toán kích thước tủ đông

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

a Chiều dài tủ

- Chiều dài tấm lắc là l1 = 2740 mm Chiều dài bên trong tủ bằng chiều dài của tấm lắc cộng với khoảng hở hai đầu Khoảng hở hai đầu vừa đủ để lắp đặt các ống góp, không gian lắp đặt và co giãn ống mềm và các ống dẫn hướng các tấm lắc Khoảng hở đó rộng 320mm Vậy chiều dài bên trong tủ là:

L1 = 2740 + 2 × 320 = 3380 (mm) Chiều dài phủ bì của tủ là:

Chiều rộng phủ bì của tủ: là chiều rộng khi đã lắp cửa tủ

W = W1 + 2 × 70 = 1700 (mm)

c Chiều cao tủ

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

Chiều cao bên trong tủ