Đề tài Thiết kế hệ thống lạnh tủ đông bán tiếp xúc năng suất 400kg/mẽ

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam có vị trí địa lý thuận lợi cho việc đánh bắt và nuôi trồng thủy sản phát triển, do đó yêu cầu phải phát triển các nhà máy đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cho công việc chế biến, cấp đông, bảo quản thủy sản một cách liên tục nhằm đem lại hiệu quả cao nhất. Trong những năm gần đây ngành thủy sản có nhiều chuyển biến tích cực đặc biệt trong lĩnh vực đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, do đó năng suất lao động ngày càng tăng, sản phẩm làm ra ngày càng nhiều mà nhu cầu tiêu thụ còn hạn chế đòi hỏi sản phẩm cần được phân phối phải được cấp đông và bảo quản trước khi ra thị trường tiêu thụ đặc biệt là sản phẩm tươi sống, chính vì vậy mà hàng loạt hệ thống lạnh ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường gần đây. Cấp đông là một trong những khâu của quá trình chế biến khá là quan trọng, là bước đầu quá trình bảo quản giữ sản phẩm làm cho sản phẩm không bị biến đổi chất lượng đem lại hiệu quả kinh tế cao. Do vậy tôi chọn đề tài thiết kế của mình là: “thiết kế hệ thống lạnh tủ đông bán tiếp xúc năng suất 400kg/mẽ”. Nội dung của đề tài bao gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống lạnh bán tiếp xúc. Chương 2: Xác định các thông số tính toán nhiệt tải. Chương 3: Kết quả tính toán. Chương 4: Tính toán chọn chu trình, chọn máy nén. Chương 5: Tính toán chọn thiết bị. Chương 6: Một số lưu ý khi lắp ráp hệ thống lạnh. Chương 7: Trang bị tự động hóa cho hệ thống lạnh và vận hành hệ thống Bài viết còn ít kiến thức thực tế nên có nhiều thiếu sót mong quý thầy cô đóng góp thêm nhiều ý kiến hơn nửa để bài viết hoàn thiện hơn. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH BÁN TIẾP XÚC Tổng quan về công nghệ cấp đông thủy sản đông lạnh. 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 sự ươn hỏng và làm cho sản phẩm được tan giá sau thời gian bảo quản sản phẩm không bị biến đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi. - Cấp đông và bảo quản là 2 quá trình có tác dụng bảo vệ sản phẩm sau khi được chế biến và 2 quá trình này thường đi song song nhau. Quá trình cấp đông được gọi là quá trình lạnh đông sản phẩm. Quá trình lạnh đông sản phẩm thường được áp dụng đối với sản phẩm là thủy sản xuất khẩu. Thủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng đối với các nước phát triển do giá thành sản phẩm cao như tôm lạnh đông, mang lại thu nhập cao 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 quán trình làm đông. Khi hạ nhiệt độ của sản phẩm xuống dưới nhiệt độ quá lạnh, nước bắt đầu đóng băng. Do hạ nhiệt độ xuống thấp thì chuyển đọng nhiệt của các phân tử trong môii trường lỏng giảm và tăng cường chuyển động tương hỗ. Qúa trình này làm tăng khả năng kế thợp giữa các phân tử nước lại với nhau đêt tạo thành mầm tinh thể. Nếu tốc độ hạ nhiệt độ càng nhanh thì tinh thể được tạo ra càng mịn ít ảnh hưởng đến cấu trúc tế bào. Ngược lại nếu tốc độ hạ nhiệt chậm sẽ làm cho các tinh thể nước đá có kích thước lớn. Làm rách mang tế bào dẫn đến chất lượng sản phẩm giảm khi rã đông. 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 bán tiếp xúc, 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 kích thướt thay đổi trong phạm vi rộng thì lạnh đông bằng không khí là biện pháp lựa chọn tốt nhất. Tuy nhiên nhờ tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng vì không thể biết được chính xác ứng dụng của nó do vậy hiệu quả kinh tế sẻ 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 đếu trên bề mặt sản phẩm. 2. lạnh đông tiếp xúc hay lạnh đông bằng đĩa (tủ đông tiếp xúc). - Được ứng dụng như lạnh đông block nhưng không có tính linh hoạt như dạng khí thổi. Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngang tùy theo cách xắp xếp của đĩa. Đĩa làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, xếp thành hàng và chất lỏng làm lạnh sẻ đi qua nó. Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra mặt trên và mặt dưới của nó. Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ quá trình tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa lạnh và sản phẩm. - kích thướt tối đa của sản phẩm ứng dụng trong phương pháp này thường là 1,07 mm x 535 mm. Tuy nhiên, kích cỡ của khối sản phẩm có thể thay đổi tùy theo sản phẩm và bề dày của khối sản phẩm có thể thay đổi dao động trong khoảng từ 25 đến 130 mm. Kích cỡ của khối sản phẩm được chọn lựa phụ thuộc vào loại cá đem đi lạnh đông. * Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc. - Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh giảm do: + Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại. + Các bề mặt tiếp xúc không phẳng. + Kích thước, hình dạng các khuôn đựng thực phẩm không đúng tiêu chuẩn. + Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau. + Sự ép nén không đạt yêu cầu. - Biện pháp khắc phục: Để tăng khả năng truyền nhiệt của thực phẩm trong tủ đông tiếp xúc có thể áp dụng các biện pháp: + Thay khay đựng khuôn bằng khung ghép khuôn. + Dùng thép không rỉ làm khuôn. + 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 nén 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 hoặc sản 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 eutectic là -21,20C. Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng -150C được ứng dụng cho tiến trình lạnh đông. Trong suốt quá trình vận chuyển sản phẩm đến kho 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 đạt được quá trình lạnh đông hoàn toàn. Sử dụng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt từ -500C đến -600C, thời gian lạnh đông ít hơn 24 giờ. Lạnh đông trong dung dịch nước muối trước kia được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh đông cá, ngày nay phương pháp lạnh đông này đã được thay thế bằng phương pháp lạnh đông dạng khí thổi. Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền). - Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh hàn. Tốc độ lạnh đông bằng phương pháp lạnh đông hỗn hợp trong ống sinh hàn rất nhanh nhờ sự tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm. Trong phương pháp này, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh. - Với phương pháp lạnh đông này oxyt carbon lỏng được phun trên sản phẩm ngang qua các ống trên băng tải, phía dưới có các vòi phun. CO 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 CO rắn (nước đá khô) được đặt nằm dưới băng tải và sản phẩm được đặt nằm phía trên. CO lỏng sau đó được phun trên đầu; sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -780C, có thể làm lạnh đông xuống ít nhất -750C. Quá trình lạnh đông xảy ra trong những trường hợp này rất nhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%. - Trong trường hợp lạnh đông bằng N2 lỏng, khí hóa lỏng được phun lên sản phẩm thổi ngang qua băng tải đang chuyển động. Khí N2 đi ngược chiều với băng tải. Vì vậy cá nên được làm 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 trong đường ống trước để tránh cho sản phẩm bị nức 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 băng tải của phòng lạnh đông. Điều này có thể do ảnh hưởng của sự chênh lệch nhiệt độ từ môi trường bên ngoài với nhiệt độ tâm sản phẩm để đưa đến trạng thái cân bằng. Sản phẩm sau khi đạt đến trạng thái cân bằng hoàn toàn được đưa đến phòng bảo quản lạnh. - Cả CO và N2 cũng có thể sử dụng trong phương pháp lạnh đông bằng khí thổi với thiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc. Biến đổi của sản phẩm trong quá trình cấp đông. Nguyên tắc làm đông sản phẩm là: làm đông nhanh nhưng tan giá chậm. Biến đổi về hóa học. Biến đổi về hóa 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 hóa tạo ra các sản phẩm của phản ứng oxi hóa lipit có màu nâu tối, xấu, có mùi vô cùng khó chịu, có tính độc. Chú ý : + Trong thời gian làm đông phản ứng xảy ra vô cùng bé. + Nếu thời gian bảo làm đông dài thì về hóa học sản phẩm không bị hư hỏng nhiều, tuy nhiên đối với thịt thì mức độ biến tính protein tăng gây ảnh hưởng xấu đến thịt. Biến đổi về vật lý. - Sản phẩm khi xử lý xong được đưa đi làm đông. Trong quá trình cấp đông sản phâm 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 thời gian đóng băng chậm làm cho tinh thể nước đá lớn nên chèn ép màng tế bào làm rách vỡ màng 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 sẻ không bị rách và khi đó chất lượng sản phâm sẻ không bị biến đổi. Những biến đổi về hóa 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 enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân lipit và phản ứng oxi hóa lipit nhưng chúng hoạt động rất yếu. 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 thì 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 lại rơi vào trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. - Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -80C thì hầu hết các loài vi khuẩn ngừng hoạt động nhưng nấm 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 khi cấp đông cho sản phẩm tới nhiệt độ bảo quản sản phẩm từ -18 ÷ -250C là được và vừa an toàn, vừa kinh tế. Những nhân tố ảnh hưởng tới sản phẩm trong quá trình cấp đông. 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 cấp đông hay tủ đông từ đó ảnh hưởng lên sản phẩm. - Cấu trúc kho lạnh đông: nếu cấu trúc kho cấp đông cách nhiệt và cách ẩm không tốt và cấu trúc không hợp lý thì kho sẽ lâu đạt nhiệt độ yêu cầu và chất lượng của sản phẩm sẻ giảm. - 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 khối lượng và 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 môi trường trong kho được 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 hiện tượng sản phẩm bị sinh vật ôxi hóa làm hư hỏng sản phẩm. - Độ ẩm của không khí trong quá trình lạnh đông: độ ẩm của không khí trong kholạnh 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 tùy 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, nhiệt truyền vào do mở cửa, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho lạnh đông. Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật trong kho lạnh. Tổng quan về tủ đông tiếp xúc, bán tiếp xúc. Khái niệm tủ đông tiếp xúc, bán tiếp xúc. Khái niệm tủ đông tiếp xúc. - Tủ cấp đông tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các mặt hàng dạng Block. Tủ gồm nhiều tấm lắc cấp đông (freezer plates) bên trong, khoảng cách giữa các tấm có thể điều chỉnh được bằng ben thủy lực, thường dịch chuyển từ 50 đến 105 mm. Kích thước chuẩn của các tấm lắc là 2200L x 1250W x 22D (mm). Đối với tủ cấp đông lớn từ 2000 kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng những tấm lắc lớn, có kích thước 2400L x 1250W x 22D (mm). Sản phẩm cấp đông được đặt trong các khay cấp đông sau đó sau đó đặt trực tiếp lên các tấm lắc hoặc lên các mâm cấp đông, mỗi mâm có 4 khay. Đặt trực tiếp khay lên các tấm lắc tốt hơn đặt lên các mâm vì hạn chế được nhiệt trở dẫn nhiệt. - Ben thủy lực nâng hạ các tấm lắc đặt trên tủ cấp đông. Piston và cần dẫn ben thủy lực làm bằng thép không rỉ đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Hệ thống có bộ phân phối dầu cho truyền động bơm thủy lực. Khi cấp đông, ben thủy lực ép các tấm lắc để cho các khay tiếp xúc hai mặt với tấm lắc. Quá trình trao đổi nhiệt nhờ dẫn nhiệt. Trong các tấm lắc chứa ngập dịch lỏng ở nhiệt độ âm sâu – 400C đến – 450C. - Theo nguyên lý cấp dịch, hệ thống lạnh tủ đông tiếp xúc có thể được cấp dịch bằng bình chống tràn hoặc cấp dịch nhờ bơm dịch. Ở trong hệ thống lạnh liên hoàn này tủ đông tiếp xúc được cấp dịch bằng bơm cấp dịch. Môi chất chuyển động vào các tấm lắc dưới dạng cưỡng bức do bơm tạo ra nên tốc độ chuyển động lớn. Trao đổi nhiệt nhờ đối lưu cưỡng bức nên hệ số trao đổi nhiệt lớn, thời gian cấp đông giảm. - Phía trên, bên trong tủ là cùm ben vừa là giá nâng các tấm lắc và là tấm ép khi ben ép các tấm lắc xuống. Để các tấm lắc không di chuyển qua lại khi chuyển động trên mỗi tấm lắc có gắn các tấm định hướng, các tấm này luôn tựa lên thanh định hướng trong quá trình chuyển động. Bên trong tủ còn có ống góp cấp lỏng và hơi ra. Do các tấm luôn di chuyển nên đường ống môi chất nối từ các ống góp vào các tấm lắc là các ống nối mềm bằng 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 bên trong tủ làm bằng thép không gỉ, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm. Vỏ tủ thường có kết cấu cửa tủ kiểu cửa cách có bản lề cách nhiệt bằng polyuretan, hai mặt bọc inox. Nhưng các tủ đông tiếp xúc trong hệ thống lạnh liên hoàn ở đây có kết cấu cửa kiểu cửa cuốn. Vật liệu làm cửa là nhựa mềm có thể cuốn vào một thanh cuốn khi thao tác xếp khay vào tủ và buông xuống làm kín không gian tủ trong quá trình cấp đông. Tấm lắc trao đổi nhiệt làm từ nhôm đúc có độ bền cơ học và chống ăn mòn cao, tiếp xúc hai mặt. Tủ có trang bị nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ bên trong tủ trong quá trình vận hành. Khái niệm tủ đông bán tiếp xúc. - Về cơ bản tủ đông bán tiếp xúc giống như tủ đông tiếp xúc, ngoài ra có những điểm khác như sau: + Dàn lạnh gồm các tấm plate và các quạt 2 bên. + Không có ben thủy lực, các tấm plate đặt cố định. + Sản phẩm cấp đông đa dạng: thủy hải sản, thịt … Phân loại tủ đông tiếp xúc, bán tiếp xúc. Tủ đông tiếp xúc. - Có thể có nhiều cách chia nhưng phổ biến nhất là cách chia sau: + Tủ đông tiếp xúc áp lực thấp: áp lực tạo ra trên bề mặt tấm lắc, đạt 0.2 đến 0.3 kg/cm2. + Tủ đông tiếp xúc áp lực cao: áp lực tạo ra trên bề mặt tấm lắc, đạt 0.5 đến 0.7 kg/ cm2. Tủ đông bán tiếp xúc. - Có thể chia tủ đông bán tiếp xúc thành các loại sau: Chia theo năng suất. + Tủ đông bán tiếp xúc loại nhỏ: có năng suất < 500 kg/mẽ. + Tủ đông bán tiếp xúc loại trung bình: có năng suất từ 500 - 2000 kg/mẽ. + Tủ đông bán tiếp xúc loại lớn: có năng suất > 2000 kg/mẽ. Chia theo số lượng quạt. + Loại tủ đông có một quạt. + Loại tủ đông có nhiều quạt. Phương án thiết kế, chọn tủ đông bán tiếp xúc. - Để lựa chọn được tủ đông thiết kế cho hệ thống lạnh này ta cần biết những thông số cơ bản của việc chọn một tủ đông bất kỳ. Ví dụ: như năng suất lạnh, nhiệt độ làm việc, độ dày cách nhiệt, kích thướt tủ… Ngoài ra còn phải chú ý đến kinh phí, giá thành nửa. - Chọn tủ đông có 2 cách chọn lựa đó là: + Mua tủ đông của các công ty chế tạo sẵn. Tuy nhiên tính đa dạng và phong phú tủ đông bị hạnh chế do năng suất lạnh không đáp ứng đủ hoặc quá lớn so với yêu cầu của người sử dụng. + Tự thiết kế, chế tạo tủ đông nhờ vào các thông số (điều kiện) cho trước. Chương 2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ, PHƯƠNG PHÁP CHỌN TỦ ĐÔNG, TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI CHO HỆ THỐNG LẠNH 2.1 Xác định các thông số thiết kế. 2.1.1 Xác định địa điểm lắp đăt tủ đông. - Tỉnh Sóc Trăng là nơi có ngành nuôi trồng thủy sản khá phát triển. Với dãi bờ biển dài 72km, với 3 của sông chính: Định An, Trần Đề, Mỹ Thanh. Vùng lãnh hãi thuộc địa phận Sóc Trăng khá rộng hình thành nhiều ngư trường với nguồn lợi thủy sản đa dạng và phong phú. - Đi cùng với kết quả khai thác hải sản tự nhiên tăng đều đặn, việc nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm sú đang phát triển mạnh ở các huyện ven biển với hơn 60 nghìn ha nuôi tôm các loại. Năm 2009 nghề nuôi tôm ở Sóc Trăng đạt hiệu quả khá cao với sản lượng 54 nghìn tấn tôm tạo nguồn nhiên liệu dồi dào. 2.1.2 Các thông số về địa lý và khí tượng tại nơi lắp đặt tủ đông bán tiếp xúc. - Về khí hậu ở đây cũng khá khắc nghiệt. nhiệt độ 2 mùa chênh lệch nhau cũng tương đối cao. Bảng 2.1 Thông số khí hậu tại Sóc Trăng Địa phương Nhiệt độ (0C) Độ ẩm (%) TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông Sóc Trăng 26.8 35.9 19 77 80 2.1.3 Các thông số thiết kế bên trong tủ đông bán tiếp xúc. Năng suất: 400 kg/mẻ Thời gian cấp đông cho mỗi mẻ: 1,5 giờ Nhiệt độ không khí trong tủ: t = - 35oC Sản phẩm: Tôm, cá ( qua chế biến ) Môi chất lạnh: NH3 Phương pháp cấp đông: cưỡng bức gió bằng quạt Kiểu cấp đông: Kiểu tiếp xúc trực tiếp 1 mặt Nhiệt độ sản phẩm vào cấp đông: + 10oC Nhiệt độ sản phẩm cuối quá trình cấp đông : - 20oC 2.2 Phương pháp chọn tủ đông. Tự thiết kế, chế tạo tủ đông nhờ vào các thông số (điều kiện) cho trước. Tính toán thiết kế tủ đông bán tiếp xúc. Vỏ tủ làm bằng Inox, kích thước tủ phụ thuộc vào cấu tạo các thiết bị bên trong buồng: - Khay cấp đông: Được làm bằng nhôm tấm dày 2mm hoặc Inox, có đục lỗ trên bề mặt khay nhằm tạo được sự lưu thông gió dễ dàng, khay được thiết kế phù hợp với loại sản phẩm cấp đông như tôm, cá, mực... Mỗi khay cấp đông chứa được 2kg sản phẩm, kích thướt tiêu chuẩn mỗi khay là: + Loại 2 kg tiêu chuẩn. + Kích thước phủ bì : 290L x 210W x 60H (mm) + Vật liệu: Nhôm tấm dày 2mm. - Tấm plate: được làm bằng Inox, dùng để đỡ khay cấp đông bên trong tủ đông. Tấm plate có kích thước tiêu chuẩn như sau: 2200L x 1250W x 22H (mm ). Khoảng cách giữa các khay được bố trí hợp lý nhằm tăng khả năng lưu thông gió. Mỗi tấm plate bố trí được 30 khay cấp đông. Vậy mỗi giá chứa được : 30 x 2 = 60 kg sản phẩm. Với tủ đông gió năng suất 400 kg/h ta cần 400 : 60 = 6.6 (giá đỡ) Chọn số giá đỡ = 7 (giá đỡ). Tính toán bố trí khay cấp đông trên tấm plate. Số khay bố trí theo bề rộng tấm plate: chọn n = 5 khay Khoảng cách giữa các khay là: a = (mm) Số khay bố trí theo bề dài tấm plate: n’= 6 khay Khoảng cách giữa các khay là: b = (mm) Hình 2.1 Sơ đồ bố trí khay cấp đông 2.2.3 Tính toán kích thướt tủ đông. chiều cao tủ đông: h + Tổng chiều cao tấm plate: h1 = 22 x 7 = 154 (mm) + Tổng khoảng cách hai tấm plate: h2 = 60 x 6 + 100 x 6 = 960 (mm) + Khoảng cách từ tấm plate trên cùng tới trần: h3 = 500 (mm) + Khoảng cách từ tấm plate dưới cùng tới nền: h4 = 500 (mm) Vậy chiều cao của buồng là h = h1 + h2 + h3 + h4 = 960 + 154+ 2 x 500 = 2114 (mm) Chiều rộng tủ đông: w + Chiều rộng của tấm plate: 1250 (mm) + Ta lấy khoảng cách từ tấm plate về 2 bên là: 270 (mm) Vậy chiều rộng tủ đông là: w = 1250 + 2 x 270 = 1790 (mm) Chiều dài tủ đông: l + Chiều dài của tấm plate là : 2200 (mm) + Từ ống góp dàn lạnh ta lấy rộng sang 2 bên 800 (mm) để lắp đặt quạt dàn lạnh, các van chặn, đường ống, các thiết bị khác ... Vậy chiều dài tủ đông: l = 2200 + 800 x 2 = 3800 (mm) Cấu trúc xây dựng và tính chiều dày cách nhiệt của tủ đông bán tiếp xúc. 1. Cấu trúc xây dựng. Vỏ tủ cấp đông có cấu tạo gồm các lớp: + Lớp cách nhiệt poly - urethane được chế tạo theo phương pháp rót ngập, có mật độ 4042 kg/m3, có hệ số dẫn nhiệt = 0,018 0,02 W/m.K, có độ đồng đều và độ bám cao. + Hai mặt được bọc bằng Inox dày 0,6 mm. Bảng 2.2 Bảng thông số vật liệu cách nhiệt STT Lớp vật liệu Độ dày (mm) Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) 1 Lớp Inox 0,6 22 2 Lớp poly urethane 0,018 0,02 3 Lớp Inox 0,6 22 + Khung sườn vỏ tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gỗ để tránh cầu nhiệt. Để tăng tuổi thọ cho gỗ người ta sử dụng loại gỗ satimex có tẩm dầu. + Vật liệu bên trong tủ làm bằng thép không rỉ Inox, đảm bảo điều kiện vệ sinh thực phẩm cho hàng cấp đông. 2. Xác định chiều dày cách nhiệt. Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k: k = ,W/m2.K [3] Ta có thể tính được chiều dày lớp cách nhiệt : [3] Trong đó : : độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K k : hệ số truyền nhiệt, W/m2.K : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài ( phía nóng) tới tủ cấp đông, W/m2.K : hệ số toả nhiệt của vách tủ cấp đông vào tủ cấp đông, W/m2.K = 23,3 W/ m2.K [3] = 10,5 W/ m2.K [3] k = 0,19 W/ m2.K [3] : Bề dày của lớp vật liệu thứ i, m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m.K Vậy ta có : = = 0,02 = 0,1014 m. Ta chọn chiều dày cách nhiệt là : = 110 mm Lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt thực là : kt = = 0,176 (W/m2.K) 3. Tính kiểm tra đọng sương. ks = 0,95 x [3] 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 Thì nhiệt độ vào mùa hè ở Sóc Trăng là: t1= 35.90C [3] Độ ẩm là : = 77% [3] Ta tra đồ thị i-d Ta sẽ tìm được : Nhiệt độ đọng sương tS = 310C Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 32.10C Mặt khác ta có: Nhiệt độ bên trong tủ cấp đông là t2 = -350C Do đó: ks = 0,95. 23,3 (W/m2.K) Ta thấy kt = 0,176 < 1,52 = ks (W/m2.K) Như vậy vách ngoài không bị đọng sương. Vậy: Chiều cao phủ bì tủ đông là: H = h + 2= 2114 + 2 x 110 = 2338 (mm) Chiều rộng phủ bì tủ đông là: W = w +2= 1790 + 2 x 110 = 2010 (mm) Chiều dài phủ bì tủ đông là L = l + 2= 3800 + 2 x 110 = 4020 (mm) 2.3 Tính toán nhiệt tải cho hệ thống lạnh. 2.3.1 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 kho lạnh. Đây là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môi trường 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 để chọn 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) [3] 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. 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. Đặc điểm của dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian. Do vậy năng suất lạnh của hệ thống được thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn nhất Q ta ghi nhận ở thời điểm nào đó trong cả năm. 2.3.2 Tính nhiệt tải tủ đông. 1. Dòng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài. Q = Q+ Q , (W) Trong đó : Q: Dòng nhiệt qua tường, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ Q : Dòng nhiệt qua tường, trần do bức xạ mặt trời Tính Q. Q= k x F x (t- t) , (W) [3] Trong đó : k:Hệ s