I i
ا. . . 1:2. . .
-
NGUYÉN TẤN DŨNG
NG
ﺀ
GIÁOTRÌNH
QUÁTRỊNHVÀTH.ẺTBỊ
c O n g n g h ệ h ó a h ọ c ٧à THựC PHẲM
TẬP 2
CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
TRUYỀN NHIỆT
-
PHẦN .3: Các
quáسtrinh
và
thiết
bị làm lạnh và làm đông
;
ا--------- ١1
؛ί | Ι Ρ ν · | ΐ ؛: |
ΐΐΐ[ » ι
Ili';
NHÀ XUẤT BÀN
BẠI HỘC QUỐC GIA TP. H ồ CH ؛MINH
١
ﻉ
\-;ﺓ
Bộ GIAO 1)ỊÍC VA ĐẢƠ Ί ΑΟ
TRUỜNG ĐẠI HỌC su"PHẠ^I KỸ THUẬT
THÀNH PHÓ HÔ CHÍ MINH
ﻳﺐﺀﺗﺈ؛::î >;٠
. ؛!؛ ﻧﻴﺖ ﻵﻧﺬﺑﺬ٠ * دآ؛٠
٠
؛،■■ت
!* ة * د ذ ا ت
NGUYẺN TẤNDŨNG
QUÁ t r Jn h v à THÌÉT
в!
CÕNG NGHỆ HÓA HỌ.C VÀ THỰC PHẨM
*«ﺀاﺀ.« ا
4 اﺳﺎض، ﺳﺎ ﻷا.
TÍÌưrílDẠI l؛ÇCHHAÏRAN6
>
ﺍ
ة
THU' ٧ ﻻاؤة
6 ١ ة6
NHÀ XUÁT BẢN ٥ẠỊ HỌC QUỐC GIA
00
ة
THÀNH PHÓ HỒ CHÍ MINH
LỜI NÓI ĐẢU
Cuốn sách Quá trình và Thiết bị trong Công nghệ hóa học và
Thực phẩm, Tập 2, Quá trình vù Thiết bị Iniyển nhiệt (Kỳ thuật thực
phẩm 2) được biên soạn không ngoài mục đích là một giáo trình giảng
dạy cho sinh viên, học viên ở Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM và cũng có thể ở các trường đại học
thuộc khối kỹ thuật khác trong các lĩnh vực Công nghệ hóa học, Công
nghệ thực phẩm, Công nghệ nhiệt, Công nghệ môi trường và một số
naàiih kỳ thuật khác có liên quan.
Cuốn sách Tập 2, Oucì trình vờ Thiết bị truyền nhiệt gồm 3 phần;
Phần 1 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt (4 chương); Phần 2 Các quá trình
và thiết bị truyền nliiệt (3 chương); Phần 3 Các quá trình và thiết bị làm
lạnli, làm lạnh đông (5 chương). Nó mang lại lợi ích cho các độc giả
đồng thời phục vụ cho các sinli \’iên, học viên ờ các trường đại học có thể
tham khảo, tìm hiểu, tra cửu và nghiên cứu về các lý thuyết Truyền nhiệt
và Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt.
Qua đây tác giả xin chân thành cám ơn đến các thầy PGS.TS.
Nguyền Văn Sức (Klioa CNHH&TP), PGS.TS. Thái Bá cần, PGS.TS.
ĐỖ Văn Dũng (BGH Trường ĐHSPKT TP HCM) đã khuyến khích, ủng
hộ cho sự ra đời cuốn sách này.
Vì khối lượng kiến thức trong nội dung của cuốn sách này kliá
lởn nên quá trình biên soạn không tránli khỏi những sai sót. Tác giả rất
n٦oiig các độc giả góp ý đê cuôn sách này hoàn thiện hơn trong lần tái
bản tiếp theo.
Mọi phản hồi với tác giả xin gửi về địa chỉ Email:
[email protected], xin chân thành cám ơn.
Tác giả
NGUYỄN TẤN DŨNG
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐÀU
3
MỤC LỤC
5
Chưo>ng 8
CÁC CHU TRÌNH LẠNH c ơ BẢN TRONG QUÁ
TRÌNH LÀM LẠNH VÀ LÀM LẠNH ĐÔNG
8.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ Ý NGHĨA KINH TẾ
CỦA NGÀNH KỸ THUẬT LẠNH
15
8.1.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật lạnh
15
8.1.2. Ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh
8.1.2.1. ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm
8.1.2.2. Sấy thăng hoa
8.1.2.3. ứng dụng lạnh trong công nghiệp hóa chất
8.1.2.4. ứng dụng trong việc điều hòa không kh í
8.1.2.5. ứng dụng trong việc tạo ra chất siêu dẫn
8.1.2.6. ứng dụng trong sinh học
8.1.2.7. ứng dụng trong một số các lĩnh vực khác
8.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO
15
15
15
16
16
16
16
16
17
17
8.2.1. PhuoTìg pháp bay hơi khuếch tán
17
8.2.2. Phương pháp hòa trộn lạnh
18
8.2.3. Phương pháp dãn nở khi có sinh ngoại công
8.2.4. Phương pháp tiết lull không sinh ngoại công và
hiệu ứng joule - Thomson
8.2.4.I. Tiết hiu không sinh ngoại công
s.2.4.2. Hiệu ứng Joule ٠ Thomson
8.2.5. Dãn nỏ'khí trong ống khí
8.2.6. Hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng peltier
8.2.7. Phưong pháp khử đoạn nhiệt
8.2.8. Hóa lỏng hoặc thăng hoa vật rắn
8.2.9. Phưong pháp bay hoi chất lỏng
8.3. MÔI CHẤT LẠNH, CHAT TẢI LẠNH VÀ DẦU
BÔI TRƠN
18
19
19
20
21
22
23
23
24
24
8.3.1. Môí chất lạnh
8.3.1. !. Yêu cầu đối với môi chất lạnh
8.3.I.2. Pliân lot.ll va ﻻﻵhiệu môi chất h.iuh
8.3.13. Các môi chết lạnh thông dụng
8.3.1.4. Freou phá hotỊÌ môi siuh
8.3.1.5. Các mốì cliất lt,iuh tương lai
8.3.1.6. Các mốì cliất lạuli ti.، uliiêu
8.3.2. Chất tảỉ lạnh
8.3.2.1.
ﺍﺍﺍﻩ1 ﺍughla
8.3.2.2. Một số ﺃﺍﺟﻼcầu về chốt tài lạnh
8.3.3. Dầu bôi troư
8.3.3.1. Quau hệ giữa môi cliất va dầu troug
8.3.3.2. Li,، a cltọu dầu hôi trơ١
i ináỵ lanh
ﲦﺎﺍﺍ
ﻻﺃlạuli
8.3.3.3. Bảng cliọu dầu bôi trơn clio md^ lạuỉi
24
24
26
28
35
41
42
49
49
50
52
52
53
55
8.4. CAC CHU TRÌNH LẠNH c ơ BẢN CỦA MÁY
59
NÉN LẠNH
8.4.1. Các cliu trình lạnh m ột cấp nén
8.4.1.1٠Cliu trluli Cacuô ugược Ih، ^ còn gọi, chn trinh
ẩm)
8.4.1.2. Cliu trluh hliô
8.4.1.3. Cliu trluh Ịạuli có qud lanh vd qiU nliìệt
8.4.1.4. Cliu trinh lạnli cỏ thiết h ؛hồl nliiẹt
8.4.1.5. Cơ sô 1 ﻻtlmỵết tínli todn tlilết k ế lắp dặt hệ
thống lạnh một cấp nén
8.4.1.6. Cdc tổn tlidt vd cliu trlnli nén tliiíc
59
59
62
65
70
74
78
80
8.4.2. Các chu trinh lạnh haỉ cấp
8.4.2.1. Nliữtig 1 ﻻdo vd nguỵên nlidn phải díing hệ
80
thống máy nén lạnh hai hay nhiều cấp
8.4.2.2. Cliu trinh máﻻIqnh hal cốp nén cố một lần tiết
81
Imi và Idm mdt sơ bộ
8.4.2.3. Chu trinh máy lạnh hai cấp nén có làm mát
84
trung gian kliOng hodn todn vti có Iral lần tiết luu
8.4.2.4. Chu trinh máy Utnh hai cap nén có làm mát
87
trung gian liodn todn VỈI có hallần tlềt
8.4.2.5. Chu trìnli máy lạnh hai cấp nén có thiết bị
trung gian ổng xoẳn ruột gd Idm mdt hodn todn và có 90
Iiai Idn iiet
S.4.2.6. C(fs(ily thuyet tinh lodn thiet kekip dat he thong
lanh hai cap neu
93
8.4.3. Chu trinh lanh ha cap nen
8.4.3.1. So" do thiet bj
8.4.3.2. Do thi nhiet doiig chu trinh lanh ba cap nen
8.4.3.3. Nguyen ly Idm viec
8.4.3.4. Tinh todn nhiet cho chu trinh
99
99
100
8.4.4. Chu trinh may lanh ghep tang
8.4.4.1. Sff do thiet bi
8.4.4.2. Do thj chu trinh nhiet dpng
8.4.4.3. Nguyen ly Idni viec
8.4.4.4. Tinh todn chu trinh nidy lanh ghep tang
8.4.5. Chu trinh may nen lanh hap thu
8.4.5.1. Mgt so khdi niem chung
8.4.5.2. Chu trinh ly thuyet dia MLHT
8.4.6. Ky thuat sieu lanh (lanh Cryo)
8.4.6.1. Mgt so khdi niem co bdn
8.4.6.2. Ky thucit Idm lanh Cryo
8.4.6.3. Cdc phuong phdp chinh sii dung trong ky
thuat hod long
8.5. CAC CAU HOI ON TAP
TAI LIEU THAM KHAO
103
103
104
104
105
106
106
108
109
109
110
Chircyn^ 9
MAY VA THIET Bj CUA CAC QUA TRINH LAM
LANH VA LAM LANH DONG
9.1. MOT SO KHAI NIEM CO BAN
9.1.1. So' do hc thong lanh mot cap nen
9.1.1.1. Ile thong lanh ddn dung
9.1.1.2. Ile thong lanh cong nghiep
9.1.2. So’ do he thong lanh hai cap nen
9.1.2.1. Ile thong lanh hai cap nen chgy cho tu cap
dong thirc phdm
9.1.2.2. He thong lanh hai cap nen sii dung trong sdy
thdng hoa DS-3
9.1.2.3. Ile thong lanh ghep tang cong nghiep
100
101
112
118
120
121
121
122
122
125
128
128
131
131
9.2. CÁC THIET b ị CHÍNH TRONG HỆ THONG
LẠNH
9.2.1. Máy nén
9.2.2. T h؛ết bị ngưng tụ
9.2.2.1. Thiết bị ngưng tii l à i mát bằng nườc
9.2.2.2. Thiết bị ngnng tụ làm mát hOn họp vừa nưởc
vhahhônghhí
9.2.2.3. Thiết bị nginig tụ làm mát bằng không khi
9.2.3. V an tỉết.ư u
9.2.2.1. Van tiết lưa tự động bằng bần cảm biến nhiệt
IThermostatic Expansive Valve ؛T.E.V)
9.2.3.2. Van tìếí lini điện tie (Electric Expansive Valve;
E.E.V)
9.2.3.3. Van tiet Imi tay (Expansive Valve)
9.2.3.4. Tinh toán chọn van tiết licn
9.2.4. T h؛ết bj bay hol
9.2.4.1. Thiết bị bay hoi làm lạnh, làm lạnh đông trirc
tiếp IContact Егеегег)
9.2.4.2. Thiết bị bay hol làm lạnh gian tiếp
9.3. CÁC t h i E t b ị p h ụ t r o n g H ệ t h O n g l ạ n h
9.3.1. Thiết b ؛tách dầu (hay binh tách dầu)
9.3.2. Binh chUa cao áp
9.3.3. Th؛ết bị xả khi không ngu-ng
9.3.4. Thỉết bị làm m át trung gian (binh trung gian:,
BTG)
9.3.5. Bỉnh chứa thấp áp
9.3.6. Thíết bị tách lỏng (Binh tách lỗng: BTL)
9.3.7. Binh tập trung dầu (BTTD)
9.3.8. Thíết bị hỒl lua lOng (Binh hồỉ lưu lỏng; BHLL)
9.3.9. Binh chửa bảo vệ (BCBV)
9.3.10. Binh chứa tuần hoàn (BCTH)
9.3.11. Tháp gỉảl nhiệt (TGN؛
9.3.12. Phin lọc
9.3.13. BoTO dầu
9.3.14. Thiết bị hồỉ nhiệt (TBHN)
9.3.15. Van an toàn
9.3.16. Van một chiều
9.3.17. Van dl ؛n từ
8
132
132
135
136
137
137
138
139
141
142
143
143
144
149
157
157
158
159
160
162
163
164
165
166
166
167
168
169
171
172
173
174
9.4. CÁC CÂC HỚI ÒN ٠Ậl.
TÀI LIÊU rH AM KHẢO
Chương 1 .
QUÁ t R n h Là m l ạ n h VA là m l ạ n h d O n g
THỰCPHAM
1٧.1. MỘT SO KHAI n iệ m CO' BẢN
10.1.1. Kháỉ níệm vè chỉ số hính d ạ íg của thụ٠
c phẩm
10.1.1.1. tTmli dạixg hìnli học cíi، i thi.ỉc phổtti
10.1.1.2. Góc trirọĩ
10.1.2. M ột sô'tinh chất lý - nhỉệt của thực phẩm
10.1.2.1. Khô'i li، Ợng riỉìug I p , kg/m3)
10.1.2.2. Nhìệt
؟
182
184
184
10.1.2.6. Hệ sô dẫn nhiệt độ (a, m2/s)
186
10.1.2.7. Hệ sốcéip nhiệt {a: V/ỵịmi.K}}
10.1.2.8. Nhiệt lưựiig VCI tinh chất của nliĩệt lượìig
186
188
10.1.3. T’ác dộng lạnh dôìvứi sinh hoá của thực ph
10.1.3.1. Tác động ctin lạnli đốì vủi tế bào sống
10.1.3.2. Tủc dộng cíia l،٠
in ١i dối. vôi vi sinli vột
10.1.4. Tliành phần hod học cUa thực phẩm ảnh hưởng
dến quá trinh truyền nhiệt khí làm lạnh - làm lạnh
dông
10.2. m OI TRƯỜNG LÀM LẠNH - LÀM LẠNH
B()NG
10.2.1. MÔI trường không khi
10.2.1.1. Các loạikhôngkhííím
10.2.1.2. Cdc tliông số kỹ llinật trạng tlidì cíia không
khi ổ ١
n trong qnd trinh 1ﺍﻷ١
ﺃ1ﺃﺍﻭ1ﺃ
10.2.1.3. Cdc lot.ii đồ tlvi cfia kliOng klrí Ổ١
n
10.2.1.4. Cdc qnd trinh nhiệt dộng cơ bân xảy ra kliì
không kld ẩm hi -’lôl trí، 'ơn.g Idm líinh
190
\ \ﻭ
191
192
193
193
\S)S
ﻭﻭﺍ
2QT
10.2.2. M ố ؛trường lOng
10.2.2.1. Nước
10.2.2.2. Niíớc ١
ﺍﺓﺃﺍﺃﺍ
10.2.2.3. Etylen-glycol
10.2.2.4. Propỵleii-glycol
10.2.2.5. Freon 30
207
208
208
212
10.2.3. Môỉ trường rán
10.2.3.1. KOiiloạì
10.2.3.2. Nước đá
10.2.3.3. Hỗn ١iỢp nước đíi và ١nnô'i
213
213
214
215
10.3. C ơ SƠ KHOA HỌC LÀM LẠNH T H ự C P h A m
215
10.3.1. Một số kháí nỉệm chung
215
10.3.2. Những bỉến أ'ةجcủa thực phẩm khỉ làm lạnh
10.3.2.1. Nliững ﺍﺍ'ﺟﺎﻷđổi vật 1 ؛cíia thi.، c pliổtti
10.3.2.2. Nliững hiến đối về lioà liọc cíia thi.tc pliổni
trong quá trliiU lỉi١
n Iqnli
10.3.2.3. Những hiến đổi về vi sinli vật cíia thi.íc pliẩni
trong quà trlnli hun Iqnli
216
216
212
213
220
220
221
10.3.3. Định luật về tôC độ làm lạnh
221
10.3.3.1. Các kliáì lùện cơ hàn
10.3.3.2. Xác định phương trinh ciia định luật về tốc
222
độ lanì Iqnli
223
10.3.4. Thờí gian cUa quá trinh làm lạnh
10.3.4.1. XUc ũịnh thhi gian ia١
n lạnh tlieo pliương pliáp
223
g a itic h - d ồ th ị
10.3.4.2. Xdc ﺍﺍﺍﺝ1 ﺃllihi giaji là.n Iqnh llieo phitơng
233
pháp thí.tc nghìệ ١
n
10.3.5. Chi phi lạnh cUa quá trinh làm lạnh
233
10.3.6. Làm lạnh thực phẩm trong môỉ trường không
234
khi
234
10.3.6.1. Những líu nhược đìềni
10.3.6.2. Nliững đicu kiện kill là ١
n Iqnli tlu.íc pliẩni
234
bdng môi trithng kliOng klií
10.3.7. Làm lạnh thực phẩm bằng nước đá
10.3.7.1. Những ưu nhược dìềm
10
236
236
10.3.7.2. Yen can doi vo'i mio’c dd
10.3.7.3. Yen can doi vdi thi(c pluiin
10.3.7.4. Cdch tien lidiih
؛a ،t >
237 ’
10.3.8. Lam lanh thu’c pham biing dun" nioi hfiu c6’
237 ٠
10.3.8.1. Nhitng liii uliii'o'c diem
, ، < ؛, 237 , ٠١؛
238
10.3.8.2. Yea can ve dung nidi hitn co'
Cdch tien hdnh .10.3.8.3
؛١١؛...
١
١ ١ 238؛،■،
CO’,;SO.
KHOA HOC LAM
LANH DOI^G
THOC ’٠.■,10.4
٠
١
١
١
·
·
.>١١. ■
■٠١١
١ ■،■■A iV
PHAM
, ١٠
٠
١
.., ٠.238. ,٠
Sii ket tinh ciia nu’d’c Iron .10.4.1 ؛؛tluic pham
lanh
٠
^/'■٠r٠V
■‘.W؛.
dong
,V
; 238 , ١
Nhitng tdc dong sn' ket tinh mio'c doi vdi tliitc .10.4.1.1
Qua trinh ket tinh nit&c .10.4.1.2 ‘ ؛١ ■ ‘ ؛٠
Nhitng yen to dnh hitdng'tdi siCket tinh n iid c .10.4.1.3’ 229
^ ■ ' '·Sit ket tinh ciia mio'c trong thiic pkiain'phu .10.4.1.4
thnoc vao nhiet lanh ddhg i’
' ■؛؛١١■١
؛١١, ؛١ ؛١ ١
'؛A .١.A‘242
Nhiing hien doi ciia thifc ph^m'khidam.dSng .10.4.2؛. " · 243؛."
Nhitng bidii dot ve vat I f .10.4.2.1‘ ' ؛٠ ' ؛‘ ؛' ■ ؛؛A؛؛؛١؛١
243· ’■’..؛
Nhitng bieii doi ve hod hoc .10.4.2.2
،، ■ · ؛؛؛244 ؛
Nhitng bieii doi ve vi siiih vat .10.4.2.3
' ٠' 245 ١‘
Xac djnh ti le nuoc dong bang .10.4.3
,
٠ / ؛246١١
Pbuo'ng phdp xdc dinli ti le iiivo'c ctoiig bang .10.4.3.1
٠^
bdng thnc nghiem
٠’؛:·■؛٠؛٤v. >؛ua ١f١؛ ؛؛ ·؛;؛.'246 ٠'■٠٠؛
Xdc dinh ti le nmrc-ddng bShg bdhg nid liinh .1014:3.2 < / )؛ ؟.Ol
thirc nghiem ٠
. ٠^
،.,,246 ٠،؛.oj
Xdc djnh ti le nude dong bang theo mo hinh .10.4.3.3 , ٠. ,
ciia'Planck ٠
'
؛
.؛؛247 ٠١·.‘؛
Xdc dinh ti le nude ddiig bang tiled'Md h ٤n/i .10.4.3.4 ؛ ؛
-.a
ciia Liiikov. ؛; ؛, ؛■؛v■■؛,؛ ؛؛■؛n\f , 7,247 '.''؛
Xdy dung mo hinh loan xdc dinh ti,l^.nu'd’c .10.4.3.5 ؛o .7.\١؛؛
ddngbdng i
i,
■
. / A:.·A '? uAUVY ؛Of” . 248
Xac dinh thdi gian lam dong .10.4.4
Chi phi lanh ciia qua trinh lam dong .10.4.5
؛2 / ؛ ؛2517؛ «؛
' ؛؛
254
Moi triio'ng lorn dong thiic pham .10.4.6
٠
؛756 ' ٠
Lain lanh dong bang mdi trudiig khdng kin .10.4.6.1 256
؟I،!
bang tủ áônggtó
10.4.6.2, Làm 1ﻭ١ ﺍﺍﺍđông bằng tũ đông tiểp xúc trụ ٠
c
tiếp
10.4.6.3. Làm lạn ١
١ áông bằng môi truờng khi hóa
lỏng
10.4.7. Các phương pháp làm ứông chia theo dạng sản
phẩm
10.4.7.1. ^ m đông rơi
10.4.7.2. Làm đông khốì
258
258
261
261
261
10.4.8. M ạ băng sản phẩm dông lạnh
10.4.8.1. Ý nghla
10.4.8.2. Yên cần
10.4.8.3. c a d i tiến liành
262
262
262
263
10.5. BẢO QUẢN SẢN Р н А м
263
d On G l ạ n h
10.5.1. Các diều k؛ện bảo quản sản phẩm lạnh dông
10.5.1.1. N h ìệ tiộ
10.5.1. '2. Nhiệt độ môi trương kliOng k h i
10.5.1.3. ﺍﺓ.ﺀhtn thông cíia không kh i
10.5.2. Nhû'ng b ؛ến dổl của sản phẳm lạnh dông trong
quá trinh bảo quản
10.5.2.1. Biến đổi về mặt vcit 1ﻻ
10.5.2.2. Bìến đổi về m ặt Ιιοά học
10.5.2.3. Bìến dổi về m ặt vi sinh vật
263
263
264
265
10.5.3. Cách sắp xếp sản phẩm
266
10.6. TAN GIA
267
s ả n p h ẩ m d On g l ạ n h
265
265
266
266
10.6.1. Bản chất của quá trinh tan gỉá
267
10.6.2. Các phuO^g pháp làm ầ n gia
10.6.2.1. Môì trương klrOng klií
10.6.2.2. Môi tritơng lỏng
10.6.2.3. Tan gia bằng dOng diện cao tần
10.7. QUI T R Ì ^ CON g n G h ệ l à m Ι β
T H ựC PIL ^M
10.8. CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP
TÀI LIỆU THAM KHẢO
268
268
268
268
12
.Ô N G
269
271
271
Chương 11
t In h t OẠ n Hệ t h ố n g lanh c Ua q u A t r In h Là m
LẠNH, LÀM ι^ Ν Η ĐÔNG T h ự c p h Am
11.1. HỆ THONG LẠNH MỘT CẤP NÉN
11.1.1. Tinh toán hệ thống ١ạnh chạy cho bề nu’ó‘c đá
cây
11.1.1.1. Tinh toán phụ t؛، ì (ﺍ.ﺍﺍﺃ1 ﺍCÍIQ hề niró’c ﻩ
11.1.1.2. Xây dựng chii hlnh nhíệt dộng cha hệ thống
lạnh
11.1.1.3. Tinh todn с1г ؟п máy nén lanh cho hệ thOng
lạnhN H s
11.1.1.4. Tinh todn thìết kế thiết bi ngiimg tụ
11.1.1.5. Tinh todn thìèt kè thiết b ﺍbay hoi
11.1.1.6. Tinh todn chọn van tiết Imi
11.1.2. Tinh toán hệ thống ỉạnh chạy cho kho bảo quản
lạnh dông
11.1.2.1. Các thông số ban đần khi tìiĩết kế kho lạnh
11.1.2.2. Tinh diện tích xây dinig và bổ tri mặt bằng
kho lọnli
11.1.2.3. Tinh ctlch nìilệt và cdch am kho lạnh
11.1.2.4. Tinh todn nhiệt tai cíìaklio lạnli
11.1.2.5. Xdc dinh tdì nhìệt cho thìết bị vàmũy nén
11.2. HẸ THỐN.G LẠNH Hai c ẩ p Nén v à g h E p
Tầ n g . - 11.2.1. Tínli toán hệ tliống lạnh hai cấp nén chạy cho tủ
cấp dông
11.2.1.1. Tinh toíin t، l c؛ip dông tìếp XÍIC
11.2.1.2. Tinh toán thòi gian lanh đông c،ỉíí sản phẩm
cajlllct
11.2.1.3. Xác định nliiít till của hệ tliổng lt.، nh
11.2.1.4. Tinh tocin cho mdy nén l؛، p đặt cho hệ thống
lạnh
11.2.1.5. Thih tod ١
'i thì.ết kế thiết ъﺍ. nginig tii
11.2.1.6. Tínli to، 'in tlilết kế tliiết bị. han mát hnng gian
(binh trung gian')
11.2.1.7. Tinh toủ.١
i diíbng ống hilt VỈI dổy ﺓhai cấp
nén
11.2.1.8. Chọn binh tcích lỏng
11.2.1.9. Cliọn binh tdcli dầu
275
275
275
275
288
290
292
295
295
296
296
298
301
308
312
315
315
315
318
320
330
334
339
342
343
343
13
11.2.1.10. TÍUÌI toan cliọii binli chíía lliap áp
11.2.1.11. Tí١
ib toan cíiọn binli c١iứa cao áp
11.2.1.12. Tínli toán chọn van tiết Inii
11.2.2. Tinh toán th ỉết kế, ch ế tạo hệ thông máy tạnh
ghép tầng
11.2.2.1. Ntiững ﺃﺍﺟﻼcân ban dần khi tinh todn tìiiết
k ế h ệ thong máy lạnỉi ghép tầng dạng Pilot
11.2.2.2. Tinh todn kícti thước cũatíi cấp đông
11.2.2.3. Tinh todn nhiệt tải cíia tíi cdp dông clio hệ
thong máy lạnh ghép tầng
11.2.2.4. Tinli toá,i ١iệ ttiống lạiili ﺓtầng ditôì
11.2.2.5. Tinti tadít n ١iiệt CÍIO hệ thống lạnh ﺓtầng
trên
11.2.2.6. Tinh toá١
i tliiết kế tliìết bị trao đỗi ١i١ilệt
11.3. BÀI TẠP
TÀI LIỆU T h a m k h A o
Chương 12
VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
12.1. VẬT LIỆU
chE tạo m
344
344
345
346
346
346
347
355
358
363
379
379
381
Ay
và t h iE t b ị
381
12.1.1. Vật liệu kỉm loạí
381
12.1.2. V ật lìệu phỉ kim loạỉ
12.1.2.1. Độ bền hóa học
22.1.2.2. Tinh chất vật lý và cơ học
12.1.2.3. Hệ sốdẫii nhiệt và nhiệt dung riêng
385
385
387
388
12.2. VẠT LIỆU CÁCH NHIỆT
389
12.3. VẠT LIỆU HÚT ẨM
12.4. c A u h O i Ô n T ậ p
TÀI LIỆ.U THAM KHAO
394
397
397
PHỤ LỤC
399
14
Chương 8
CÁC ÇHU TRÌNH LẠNH cơ BẢN TRCNG QUÁ
TRINH LAM LẠN.H VA LAM l ạ n h đ ồ n g
8.1. LỊCH SỬ p h A t t r i ể n
n g An h k ỹ t h u ậ t l ạ n h
và
ý n g h ĩa
k in h
tE của
8.1.1. LJch sử p h át tríển của kỹ thuật tạnh
- Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh cách dây rất lâu.
Ngành khảo cổ học dẫ phát hiện ra những hang dộng mạch nước ngầm
cd nhiệt độ thấp, chảy qua dUng dể chứa thực phẩm và liíơng thực từ
5000 năm trước, và trải qua hàng ngàn năm ngành kỹ thuật lạnh cQng
phát triển không dáng kể.
- Nói một cách chinh xác ngành kỹ thuật lạnh hiện dại bắt dầu
kể từ khi giáo sư Black tìm ra nhiệt ẩn hóa hoi và nhiệt ẩn nOng chảy
vào năm 1761 1764 ب, từ dó con người biết làm lạnh bằng cách cho
bay hoi chất lỏng ở áp suất thấp. Kể từ dó một số nhà bác học phát
.triển ngành kỹ thuật lạnh cho dến nay khá hoàn hảo và dã tạo ra một
hệ thống lạnh khá hoàn chỉnh.
8.1.2. Ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh
8.1.2.1. ứ ng dụng lanh trong hảo qián thực phổm
- Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh là bảo
quản thực phẩm. Thực phẩm như các loại rau, quả, thỊt, cá, sữa... là
những thức ăn dể bị ôi, thiu do vi khuẩn gây ra và do một số phản ứng
oxy hóa gây ra. Nhiíng khi ở nhiệt độ thấp các vi sinh vật ngừng hoạt
dộng, có thể chết, ngoài ra khi nhiệt độ thấp làm cho quá trinh oxy
hOa sản phẩm không xảy ra. VI vậy giữ dược thực phẩm như ở trạng
thai ban dầu.
- Hiện nay kỹ thuật lạnh còn có thể ứng dụng vào y học dể lưu
trữ gen..... Nói chung ngành kỹ thuật lạnh ứng dụng trong công nghệ
tliực phẩm hết sức là quan trọng trong việc sản xuất, chế biến, bảo
quản nguyên liệu, sản phẩm trong lức thu mua cUng như lức tiêu thụ.
15
g.1.2.2. Sấy thăng hoa
Sấy được làm dông lạnh ở t٥= -20.C và sau dó hút chân không
nên sấy thăng hoa là một phương pháp hiện dại hầu như không lầm
giầm chất lượng cửa thực phẩm, và nước dưỢc rút ra gần như hoàn
toàn.
ﺍ
8.1.2.3. ứ ng dnng lạnh trong công nghiệp hóa chất
Trong công nghiệp, các hóa chất khi cần dưỢc hóa Idng lức ج
dạng khi như cio, amoniac, CO2, SO2, HCl...th'i phải hạ nhiệt độ xuống
thấp, cộng với công nghệ dầu khi kỹ thuật lạnh dưỢc ứng dụng tinh
luyện, tách các chất khi hydrocacbon ra thành các thành phần tinh
khiết dể sử dụng cho các mục dích khác nhau.
8.1.2.4. ứ n g dụng trong việc điền Hòa kHOng kHi
Trong môi trường làm việc của con người cần phải tạo ra mOi
ưường thích hỢp có nhiệt độ và độ ẩm tương dối ổn định, nhiệt độ
thíchhợp là t =-(18 - 26)٥c và dộ.ẩm thích hợp là tp = (65 - 80)%.
Nếu con người làm việc trong môi trường như vậy thi nâng suất lao
dộng nâng cao, sần phẩm tạo ra có chất lượng tốt, giảm tối thiểu chi
phi phế phẩm, tẫng dưỢc doanh thu, tạo ra dà phát triển cho nền kinh
tế. Để có môi trường như vậy cần phải có hệ thống lạnh diều hòa
nhiệt độ, hệ thống lạnh diều hòa trung tâm, V.V. Thông thường kỹ
thuật diều hòa không khi sử dụng trong nhiều lĩnh vực như trong lao
dộng sân xuất, trong các khu thương mại, trong cấc bệnh viện, V.V.
Ngoài ra nó còn dược sử dụng trong việc bảo quản máy móc và thiết
bị, bầo dưỡng, bẳo trì công nghiệp V.V.
8.1.2.5. ứ n g dnng trong việc tạo ra cHdt sieu dẫn
Trong kỹ thuật bán dẫn và siêu dẫn khi ta hạ thấp nhiệt độ, nhíệt
độ có độ âm sâu thi diện trở của chất bán dẫn dặc biệt tiến dến không
và trở thành chất siêu dẫn. Như vậy tổn thất năng lượng diện trên
dường dây xem như bằng không (vì nó rất nhỏ), lợi dụng tinh chất này
người ta tạo ra chất siêu dẫn.
8.1.2.6. ứ n g dạng trong slnH Hộc
Trong công nghệ sinh học như công nghệ tế bào, công nghệ gen
người ta ứng dụng nhiệt độ lạnh sâu từ (-70 ٥(90- بc dể bảo quản và bảo
16
tồn ỉen (đặc biệt là gen người 'và mộ't s؛ố lo؛ại động vật, thực vật quý
h nghiiên cứ ■
؛
u ttrong ؟iTgèinh công ngệ sinh học
ống, thụ tinh nhân tạo và lron؛gqu ؛
.
á trìnih phân tích v.v
I.I.8. ứng dụng trong một số các lĩnh ]Vực ịkhác . 8
Trong thể thao như làm sâ n trượt b؛ănging:hệ thuật, trong kỹ thuật
đo, ự động và một số ứng dụng khác v.v .
8.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO
8.2i. Phương pháp bay hoi khuếch tán
- Khi phun nước liên tục vào không khí khô có cùng nhiệt độ
nưcc sẽ bay hơi khuyếch tán vào không khí, lúc đó độ ẩm của không
khí tăng lên, một phần nhiệt lượng của không khí tạo thành nhiệt ẩn
và( bên trong lượng hơi nước được phun vào kết quả làm cho không
khí giảm nhiệt độ, không khí thay đổi trạng thái từ (1) đên (2) theo
(iư(ng đẳng entalpi, làm cho độ ẩm (cp) không khí tăng, nhiệt lượng
khíng khí giảm xuống, hình 8.1.
Trong đó: h (kJ/kg). là Entalpy; d (kg/kg không khí khô) - độ
c؛hía hơi; ti (٥C) - nhiệt độ không khí khô; t2 (٥C) - nhiệt độ bầu ướt; ts
(٠
٥
0 - nhiệt độ động sương. Ban đầu không khí ở ưạng thái (1) sau đó
ứ iển (2) thì độ ẩm tăng từ (Pi ^ (Pmax = 100%
17
8.2.2. Phương pháp hòa trộn lạnh
Cách đây 2000 năm người Trung Quốc và Ấn Độ đã biết làm
lạnh bằng cách hòa trộn muối vào nước theo một tỷ lệ nhất định thì
thu được dung dịch có nhiệt độ thâp.
Ví dụ: Nếu hòa trộn 31g NaNOa vào 31g NH4CI với lOOg H2O d
nhiệt độ t٥= lO.C thì hỗn hỢp sẽ giảm nhiệt độ xuống đến -12 c ,
hoặc ta lấy muôi NaCl trộn vào nước hoặc nước đá thì ta thu đưỢc hỗn
hỢp có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ban đầu.
٠١
8.2.3. Phương pháp giãn nở khỉ có sinh ngoại công
Đây là phương pháp làm lạnh nhân tạo quan trọng, các máy nén
lạnh làm việc theo nguyên lý giãn nở khi có sinh công gọi là máy nén
khí, phạm vi ứng dụng phương pháp này rât rộng. Nguyên tắc làm
việc của máy nén lạnh nén khí được trình bày như sau:
Hệ thống máy lạnh nén khí gồm bốn thiết bị tổng quát: máy
nén, thiết bị làm mát, máy giãn nở, buồng lạnh, môi châ١ lạnh là
không khí hoặc khí bât kỳ và chu trình đi từ (1) —> (2) —> (3)
(4) tạo
thành một chu trình khép kín, hình 8.2.
Trong đó: Po, Pk đưỢc xác định theo công thức PV. = ؛const, k là
sô mũ đoạn nhiệt.
18
qo = mCpAto = mCp(ti - u)
(B.l)
qk = mCpAti = mCp(t2 - ta)
( 8.2 )
PhuOiíg pháp tỉế t .8.2.4 ﻷ ﻻاkhông sinh ngoạ ؛công và híệu Ung Jouíe
Thomson 8.2.4.I. Tiết lưu không sinh ngoại công
Có thể giãn nở khí không sinh ngoại công bằng cách tiết lưu khí
qua cơ câu tiết lưu ·
y y / / / / / / ' / / / / / / / / / / / / / / / '/ / A
từ áp suất cao Pi
؛.lý
(2)W 2
xuống áp suất thấp
ỉ
y_____ ! ra V y______ ,
hơn ? 2, entalpy hi, h2
v 'y./ / / / / / / / / / / / / / / / / / /
Hinh
8.2a.
hru
và tốc độ Wi, W2 chi
“'"
١
٠٠
٩"^Cờ
٦ "câu
" tìêt١
٠
".
giảm và tăng cụ bộ
nhưng không thay
đổi theo chiều dài L
của cơ cấu tiết lưu,
xung quanh bọc cách
nhiệt, vì vậy không
có trao đổi nhiệt với
môi
trường bên
ngoài, đây là quá
trình
đoạn
nhiệt
không thuận nghịch
và entropy tăng ds >
0, xem mô tả cơ cấu
tiết lưu ở hình 8.3a
và 8.3b.
Ap dụng phương trình cân bằng nhiệt viết cho một kg môi châ١ ở
điếm ( 1) và điếm (2) ta có:
q i= h i +
w
٩2 = ة2 + ■2
(8.3)
(8.4)
+ 112
Vì quá trình đoạn nhiệt nên qi = ٩2. Như vậy, từ (8.3) và (8.4) có:
٠2
...2
11
w .i2
W2٠ , i u „٠, u _ u ,H'22-VV
hi 1 =ب
- h2 + 2| 1+ ﻳ ﺬhay h i= li 2 +
:
2
2
2
/ ﻝ
~
-
8.5)
[]
2)اإ
19
Nhưng li2 = 0, do không sinh công, mặt khác vì điểm (1) và (2)
VV|2 -VVị2
0.
cách xa nhau nên Wi « W2, nên
Từ (8.5) suy ra: hi - h2 = 0 ٠ hi = h2, tới dây có thể kết luận íằng:
quá trinh tiết lưu là một quá trinh tiết lUu là quá trinh dẳng entalpy.
Theo định luật nhiệt dộng học thU nhất ta cO:
Sq = dh + wdw = ٥
(8 .6)
ồq = d h - v d p = 0
(8.7)
Từ (8.6) và (8.7) sẽ nhận dược: wdw = - vdp دdp.dw < 0
(8 .8)
٧1 qua khe hẹp ta có tốc độ w tăng có nghĩa dw > 0 >يdp < 0
nhu vậy p là một hàm nghịch biến do dó áp suất giảm ?2 < Pi.
Kết luận: Quá trinh tiết lưu là quá trinh đoạn nhiệt không thuận
nghỊch nên entropy tăng và cUng là quá trinh d ^ g entalpy, áp suất giẳm
do tổn thất cục bộ tại co cấu tiết lưu sinh ra, diều dó dẫn dến nhiệt độ
giảm dể thực hiện quá trinh làm lạnh.
8.2.4.2. Hiệu ứng Joule ٠Thomson
Vào cuối thế kỷ 19 Joule - Thomson dã tlm ra hiệu ứng trong quá
trình tiết lim nhu sau: khi cho dOng môi chất di qua cơ cấu tìết lUu Joule
- Thomson dẫ phát hiện ra độ biến thiên nhiệt độ theo áp suất của các
nhOm khi thực khác nhau, nó thay dổi theo chiều hướng khác nhau. Và
Joule - Thomson gọi độ biến thiên nhiệt độ theo ap suất bằng một đại
lượng là a ؛và dại lượng này dược biểu diễn theo phương trình sau:
T.
a. ='
ÔT
ÔP
ôv
ÔT
-V
(8.9)
Nhu vậy khi quá trinh t؛ết liíu dưỢc thực hiện thl có các trường
hợp xảy ra như sau:
" Nếu a 0 < ؛có nghla T = f(P) là một hàm dồng biến, vl thế sau
quá trinh tiết lưu có áp suất giảm nó sẽ kéo theo nhiệt độ giảm. Trong
trường hỢp này nó dUng cho nhOm khi thực của các môi chất lạnh sử
dụng trong hệ thống lạnh.
20
■ Nếu Oj < 0 có nghĩa T = f(p) là một hàm nghịch biến, vì vậy
sau quá trình tiết lưu có áp suâ١giảm nó sẽ kéo theo nhiệt độ tăng.
Trong trường hỢp này nó đúng cho nhóm môi châ١sử dụng trong các
trường hỢp đặc biệt.
■ Nếu 0،i = 0 có nghĩa T = f(P) là một hàm hằng có nghĩa là
nhiệt độ không thay đổi trong quá trình tiết lưu. Trong trường hỢp này
nó đúng cho nhóm khí lý tưởng bởi vì:
pv = RT nên
ôv ١
١ p
ÔT
R
5T T . f - V
Thay vào (8.9) sẽ nhân đươc: a = — ٥؛----------- ؛ÔP
c'
( 8. 10)
=
0
( 8 . 11)
Điều này hoàn toàn đúng với khí lý tưởng khi c،i = 0
8.2.5. Giãn nở khí trong ống khí
Năm 1933 Ranque (Mỹ) đã mô tả về một hiệu ứng đặc biệt
trong ống xoắn: khi cho một không khí có p = 6atm ở T = 20٥c thổi
tiếp tuyến với thành ống, vuông góc với trục ống (ị)12mm thì nhiệt độ
thành ống tăng lên trong khi nhiệt độ ở tâm ống giảm xuống, khi đặt
tấm chắn sát dòng thổi tiếp tuyến có đường ống kính lỗ d « 12mm,
thì gió lạnh sẽ đi qua tấm chắn còn gió nóng đi theo chiều ngược lại
hiệu nhiệt độ lên đến 70..K, nhiệt độ phía lạnh đạt tới -12٥c, phía
nóng 58.C, áp suâ١sau khi giãn nở bằng áp suất khí quyển.
Ngoài ra còn một sô phương pháp lạnh khác nhirtig ít gặp như
làm lạnh theo hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng Peltier, theo phương pháp
khí đoạn nhiệt hóa lỏng hoặc thăng hoa vật rắn, hóa hơi chất lỏng.
21
.PDF 
405 
1291 
53 
