Tài liệu Thiết kế hệ thống lạnh liên hoàn cho nhà máy chế biến thuỷ sản xuất khẩu hải phòng

  • Số trang: 91 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 217 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Thiết kế hệ thống lạnh liên hoàn cho nhà máy chế biến thuỷ sản xuất khẩu Hải Phòng
1 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về kỹ thuật lạnh càng lớn, trong những năm gần đây ngành kỹ thuật lạnh đang trong đà phát triển ở nước ta nhất là lạnh công nghiệp. Đặc biệt là ngành công nghệ chế biến thực phẩm và chế biến thuỷ sản. Được sự phân công của Khoa Chế biến, Bộ môn kỹ thuật lạnh em đã tiến hành thực hiện đồ án với nội dung: “ Thiết kế hệ thống lạnh liên hoàn cho nhà máy chế biến thuỷ sản xuất khẩu Hải Phòng”. Với các nội dung chính sau: Chương 1: Luận chứng kinh tế. Chương 2: Tổng quan về kỹ thuật lạnh thực phẩm. Chương 3: Tính toán nhiệt tải và chọn máy nén. Chương 4: Thiết kế mặt bằng và lập dự án vật tư. Chương 5: Sơ đồ hệ thống lạnh và mạch điện tự động hoá. Chương 6: Lập quy trình lắp đặt, thử nghiệm, vận hành và sửa chữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ts.Lê Văn Khẩn, thầy Khổng Trung Thắng và các thầy cô trong bộ môn kỹ thuật lạnh đã giúp em hoàn thành đồ án này. Nha Trang, tháng 11 năm 2007 Sinh viên thực hiện Lưu Văn Tuấn 2 Chương 1: LUẬN CHỨNG KINH TẾ 1.1. SỰ CẦN THIẾT VIỆC LẮP ĐẶT NHÀ MÁY. Việc xây dựng nhà máy chế biến thủy sản tại Hải Phòng căn cứ vào những vấn đề như khả năng đầu vào của nguồn nguyên liệu, khả năng đầu ra của sản phẩm, về mặt bằng xây dựng nhà máy, khả năng về giao thông đường xá, điện nước, nguồn lao động, giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, nguồn công nhân kỹ thuật và khả năng về vốn đầu tư xây dựng nhà máy… Về nguyên liệu Hải Phòng là tỉnh ven biển nên việc đánh bắt xa bờ rất có hiệu quả và ngày càng phát triển nhanh chóng nhất là những năm gần đây theo bộ thống kê số tàu đánh bắt xa bờ năm 2005 của Hải Phòng là 587 tàu do đó số lượng cá đánh bắt được cần được chế biến xuất khẩu. Vùng biển vịnh bắc bộ là vùng có nguồn nguyên liệu mực với trữ lượng khá lớn, mặt khác diện tích nuôi tôm của Hải Phòng cũng rất lớn theo bộ thống kê sản lượng tôm tại Hải Phòng năm 2005 là 37483 tấn nếu như nguồn nguyên liệu này chỉ bán trong nội địa thì giá trị kinh tế thấp do đó cần được xuất khẩu để có giá trị kinh tế cao hơn làm thúc đẩy ngành nuôi trồng phát triển, do đó công ty tập chung vào chế biến và xuất khẩu hai mặt hàng chính đó là mực và tôm, ngoài ra công ty còn làm thêm một số mặt hàng như cua, nghẹ…Mặt khác thành phố luôn coi trọng ngành thuỷ sản là ngành kinh tế mũi nhọn, do đó rất thuận lợi trong việc thi công nhà máy. Về thị trường, đó là mối lo ngại đối với ngành xuất khẩu thủy sản nói riêng cũng như ngành công nghiệp xuất khẩu nói chung. Về ngành xuất khẩu thủy sản hiện nay đã chiếm lĩnh được thị trường hết sức mạnh mẽ đặc biệt là các thị trường khó tính như Nhật Bản, Mỹ, Châu Âu… đây là những thị trường đòi hỏi sản phẩm xuất khẩu có độ vệ sinh an toàn thực phẩm và chất lượng rất cao. Trung Quốc là thị trường mới hiện nay đang được thủy sản Việt Nam Khai thác vì đây là nước có dân số đông và khá phát triển sự đòi hỏi về mặt chất lượng không cao mà Hải Phòng cách Trung Quốc khoảng 300km về phía Bắc do đó ngoài xuất khẩu sang các nước Nhật Bản, Châu Âu, Mỹ… công ty còn có lợi thế rất lớn đối với thị trường Trung Quốc. Về dân số, Thành Phố có dân số đông, lao động đông cả về lao động phổ thông và cả về lao động kỹ thuật do đó đáp ứng được nhu cầu về lao động lớn của 3 nhà máy và giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, ngoài những người nội tỉnh còn có người ngoại tính lân cận. Về nguồn lực lao động có khả năng đào tạo đông được đào tạo tại các trường trung cấp nghề Thuỷ sản I của Sở Thuỷ Sản Hải Phòng, Trường trung cấp Thuỷ sản I Hải Phòng thuộc Bộ Thuỷ Sản. Như vậy qua sự phân tích trên thì việc ra đời nhà máy chế biến thủy sản xuất khẩu Hải Phòng là cần thiết và hợp lý. Công ty ra đời không những giải quyết công ăn việc làm cho người công nhân tại công ty mà còn thúc đậy sự phát triển nuôi trồng của tỉnh và các địa phương lân cận như Thái Bình, Nam Định, Quảng Ninh… Về giải pháp cho xây dựng nhà máy: về công nghệ được cung cấp bởi công ty Cổ Phần Cơ Điện Lạnh SEAREE Đà Nẵng. Về vốn xây dựng do Bộ Thuỷ Sản đầu tư. Về thị trường chủ yếu là xuất khẩu sang Mỹ, Châu Âu, Nhật… 1.2. NHỮNG YÊU CẦU CHUNG VÀ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG Sự ra đời của nhà máy luôn kèm theo những yêu cầu có tính bắt buộc có liên quan đến khả năng hoạt động và phát triển của nhà máy như giao thông, điện, nước, công nhân… khi xây dựng nhà máy phải khảo sát xem các nhu cầu đó đáp ứng được đến đâu. Yêu cầu về vị trí địa lý, công ty nằm trên đường quốc lộ lớn, cách cảng Hải Phòng khoảng 3km rất thuận tiện cho việc xuất khẩu hàng bằng đường thủy đến Nhật, Mỹ, Châu Âu… Công ty cách cảng cá khoảng 1km đường bộ rất thuận lợi cho việc thu mua và trở nguyên liệu về nhà máy, công vận chuyển không cao và thời gian vận chuyển ngắn do đó nguyên liệu sẽ ít bị biến đổi và không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, công ty cách cửa biển khoảng 1km về phía đông, Nước thải được xử lý bởi khu xử lý của cụm công nghiệp. Yêu cầu về điện nước thì cả hai yếu tố đều thuận lợi vì công ty nằm trên khu vực cụm công nghiệp mặt khác Hải Phòng có nhà máy nhiệt điện nên đáp ứng được nhu cầu cho thành phố, ngoài ra công ty còn bố trí máy phát điện để dự phòng. Nước thì rất thuận tiện trong việc sử dụng nước thành phố. Yêu cầu về công nhân chủ yếu là công nhân kỹ thuật đã được đào tạo qua trường lớp, Hải Phòng có nhiều trường đào tạo về thủy sản do đó đáp ứng rất tốt về lao động có kỹ thuật. 4 Chương2: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM 2.1. QUÁ TRÌNH KẾT ĐÔNG THỰC PHẨM. 2.1.1. Mục đích của quá trình kết đông. Quá trình kết đông là làm giảm nhiệt độ sản phẩm xuống dưới điểm băng của sản phẩm kết đông nhằm mục đích làm giảm khả năng hoạt động của enzym và vi sinh vật vì chính vi sinh vật và enzym là nhân tố gây lên hư hỏng trong quá trình bảo quản, nó là tác nhân gây ra các phản ứng hóa sinh làm biến đổi chất trong thực phẩm do đó khi ta muốn vận chuyển (xuất nhập khẩu) thì ta phải kết đông sản phẩm không làm hư hỏng và mất trọng lượng sản phẩm. Thường nhiệt độ bề mặt cấp đông khoảng -180C còn nhiệt độ tâm sản phẩm khoảng -250C. 2.1.2. Các phương pháp kết đông thực phẩm 2.1.2.1. Kết đông chậm. Đây là phương pháp kết đông cổ điển thời gian kết đông kéo dài khoảng 15÷20 giờ, nhiệt độ không khí khoảng -25 0C [3]. Phương pháp này có ưu điểm đơn giản dễ thực hiện. Nhược điểm là thời gian kết đông kéo dài nên các tinh thể nước đá lớn do đông chậm nên khi một tinh thể nước đá kết đông các tinh thể bên cạnh bị khuếch tán và kết đông lại do đó tinh thể nước đá lớn làm chèn ép tế bào gây vỡ tế bào làm mất nước, mất chất dinh dưỡng làm giảm trọng lượng và chất lượng sản phẩm. Chính vì vậy phương pháp này hiện nay rất ít được sử dụng. 2.1.2.2. Kết đông nhanh. Là phương pháp kết đông với thời gian nhanh hơn, thời gian kết đông phụ thuộc từng loại sản phẩm, có thể thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong chất tải lạnh lỏng, phương pháp kết đông trong không khí là phương pháp cho thực phẩm cần kết đông tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt lạnh gọi là phương pháp dẫn nhiệt, phương pháp này có ưu điểm là khả năng trao đổi nhiệt lớn, tốc độ kết đông nhanh, năng suất lạnh yêu cầu giảm, tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm giảm. Nhưng có nhược điểm là nó chỉ có thể kết đông loại thực phẩm được đặt trong khuôn có kích thước cố định như tủ đông tiếp xúc, tủ IQF. Kết đông trong chất lỏng lạnh là phương pháp nhúng thực phẩm vào nước muối lạnh hay chất lỏng lạnh chuyển động, phương pháp này có tốc độ kết đông cao 5 do hệ số trao đổi nhiệt của chất tải lạnh lớn, có ưu điểm thực phẩm đưa vào kết đông không cần hình dạng cố định và có thể làm kết đông loại thực phẩm có kích thước lớn như cá ngừ nguyên con…Phương pháp kết đông nhanh có ưu điểm hơn so với phương pháp đông chậm là tinh thể nước đá mịn hơn nhỏ hơn khi tan rã, sự vỡ tế bào giảm hơn ít làm giảm trọng lượng và mất chất dinh dưỡng, ít làm giảm chất lượng của sản phẩm. 2.1.2.3. Kết đông cực nhanh. Đặc điểm của phương pháp này là kết đông cực nhanh thời gian kết đông chỉ còn từ 5 – 10 phút, tốc độ kết đông có thể đạt tới 300 – 500cm/h [3]. Thực hiện bằng cách nhúng thực phẩm vào trong khí hóa lỏng, thường thực hiện với nitơ lỏng có nhiệt độ sôi -1960C. Phương pháp này so với hai phương pháp kia thì phương pháp kết đông cực nhanh có độ chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa thực phẩm với nhiệt độ sôi của chất tải lạnh, do đó làm đông thực phẩm gần như tức thời, nó có thể giữ nguyên vẹn tế bào và chất lượng thực phẩm, phương pháp này bảo quản rất tốt sản phẩm nhưng chi phí quá đắt và thực hiện rất khó. 2.1.2.4. Điều kiện để có sản phẩm kết đông tốt Chất lượng kết đông phụ thuộc vào các điều kiện sau: - Chất lượng ban đầu của thực phẩm khi đưa vào kết đông. - Điều kiện vệ sinh khi ra công chế biến. - Phụ thuộc vào chín tới của sản phẩm. - Phụ thuộc vào bao bì bảo quản. - Phụ thuộc vào quá trình kết đông. - Phụ thuộc vào quá trình làm ấm sản phẩm. - Phụ thuộc vào quy trình vận hành và chất lượng máy… Qua phân tích các phương pháp cấp đông, ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của các phương pháp thì hệ thống cấp đông nhanh là phù hợp nhất, phương pháp kết đông nhanh trong luồng không khí lạnh, hay trong kết đông tiếp xúc. 2.1.3. Các yêu cầu trong quá trình cấp đông. Trong quá trình cấp đông thì yếu tố được quan tâm đó là nhiệt độ cấp đông và thời gian cấp đông. Nhiệt độ cấp đông phải đảm bảo yêu cầu về công nghệ, nhiệt độ tối thiểu của bề mặt phải đạt -18 0C, còn tâm sản phẩm phải đạt -12 0C. Với phương pháp kết đông nhanh thời gian kết đông phải đạt yêu cầu, tránh sản phẩm 6 cấp đông bị giảm trọng lượng và chất lượng sản phẩm. Đối với tôm, mực thời gian kết đông khoảng từ 1,5 ÷ 2 giờ. 2.2. QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN THỰC PHẨM 2.2.1. Mục đích của quá trình bảo quản đông. Sau quá trình kết đông sản phẩm phải được đưa vào bảo quản đông để hạn chế quá trình biến đổi về mặt hóa học, hóa sinh, vật lý, sinh vật, biến đổi chất trong thực phẩm, nhằm mục đích giữ nguyên chất lượng, trạng thái của thực phẩm đến người tiêu dùng. Nhiệt độ kho bảo quản đông phụ thuộc vào yêu cầu quy định, tùy thuộc vào vị trí địa lý cũng như yêu cầu của đối tác đòi hỏi. 2.2.2.Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình bảo quản đông. 2.2.2.1. Biến đổi vật lý. Biến đổi vật lý là biến đổi về màu sắc, hình dạng cũng như sự mất nước gây khô hao ngót sản phẩm, có hiện tượng này là vì sản phẩm bị đè nén, làm biến dạng, còn hiện tượng co ngót là do hơi nước của sản phẩm bị bốc hơi vào dàn lạnh, điều này phụ thuộc vào diện tích trao đổi nhiệt của dàn lạnh và tốc độ gió của quạt dàn lạnh, do sự tan rã và tái kết tinh, bao gói… Ngoài ra sự kết tinh nước trong cấu trúc thực phẩm cũng có thể làm hư hỏng thực phẩm, sự thăng hoa của nước đá sẽ tạo ra cấu trúc rỗng, xốp trong sản phẩm làm không khí dễ xâm nhập vào gây ôxy hóa sản phẩm, khi làm tan băng do nước tự do trong sản phẩm lớn làm hao hụt trọng lượng cũng như chất lượng của sản phẩm, giảm mùi vị, màu sắc đặc trưng của sản phẩm… 2.2.2.2.Biến đổi về mặt hóa học. Trong quá trình bảo quản đông thực phẩm ở nhiệt độ thấp nên sự biến đổi về mặt hóa học diễn ra chậm và chỉ xảy ra ở một số thành phần hóa học và chúng chỉ xảy ra khi nhiệt độ kho bảo quản không ổn định, không đồng đều như chất béo, protein, đường, vitamin… các thành phần cơ bản của cấu trục như xenlulo, protit, muối khoáng không bị biến đổi. 2.2.2.3.Biến đối về mặt sinh lý, sinh hóa. Biến đổi sinh lý chỉ chủ yếu xảy ra ở những sản phẩm có hô hấp như rau, củ, quả… Những loại này sau khi tách khỏi cây tế bào của chúng vẫn còn hô hấp do đó chúng trao đổi chất cho nhau. 7 Sự biến đổi hóa sinh của thực phẩm làm cho thực phẩm bị hư hỏng, phân hủy, thối rữa… nó làm giảm giá trị sử dụng hoặc không còn giá trị sử dụng. 2.2.2.4.Biến đổi về mặt vi sinh vật. Biến đổi về mặt vi sinh vật sẽ giảm nếu trong quá trình chế biến đảm bảo đúng quy trình, quy trình vận hành hệ thống sao cho nhiệt độ kho lạnh phải ổn định và đồng đều, nếu nhiệt độ không ổn định sẽ là nguyên nhân gây ra sự biến đổi vi sinh vật. Nếu bị nhiễm vi sinh vật chúng sẽ là tác nhân gây ra các phản ứng có hại cho sản phẩm và gây thối rữa sản phẩm, chật lượng sản phẩm sẽ giảm từ loại I xuống loại II hoặc III thậm chí còn là phế phẩm. 2.2.3.Các yêu cầu trong bảo quản đông thực phẩm. Trong bảo quản đông thực phẩm có các yêu cầu về mặt nhiệt độ, yêu cầu về không khí tuần hoàn trong kho, nhiệt độ ổn định trong kho. Nhiệt độ trong kho phải đảm bảo yêu cầu về nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ phải giao động trong mức cho phép, không được quá cao, không khí tuần hoàn trong kho phải đều, tốc độ của không khí tuần hoàn không được quá lớn sẽ gây ra hao ngót sản phẩm. 2.2.4.Các nguyên tắc xếp hàng trong kho. Sản phẩm trong kho không được xếp vào và lấy ra cùng một lúc vì thời gian sản phẩm lưu kho là khác nhau, vì vậy sản phẩm nhập kho trước phải được lấy ra trước do đó khi xếp hàng phải theo một quy luật nào đó trong kho như từ trong ra ngoài hay từ trái sang phải sao cho thuận tiện trong việc xếp hàng điều này nhằm mục đích hàng cũ không bị tồn đọng qúa lâu trong kho sẽ bị hư hỏng. Trong quá trình bảo quản đông sản phẩm luôn bị bốc hơi, tốc độ bốc hơi phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc của sản phẩm, do đó ta phải duy chì lượng hàng trong kho vừa phải không được quá ít và phải xếp lại thành khối. Qua phân tích các quá trình biến đổi của thực phẩm coa ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ, do đó ta chọn các loại thiết bị có nhiệt độ cấp đông thấp tối thiểu nhiệt độ bề mặt sản phẩm là -25 0C[1]. Chọn loại thiết bị cấp đông IQF và tủ đông tiếp xúc cấp dịch cưỡng bức bằng bơm dịch. 8 Chương 3: TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 3.1. TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG, KHO BẢO QUẢN, MÁY ĐÁ VẨY. 3.1.1.CHỌN CÁC THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG. Với yêu cầu của nguồn nguyên liệu do đó chọn năng suất cấp đông 10 tấn nguyên liệu trong ngày, nguyên liệu là tôm và cá mực, do đó ta phải tính toán để chọn loại tủ cấp đông sao cho phù hợp với yêu cầu. Do sản phẩm chính là tôm và mực nên ta chọn thiết bị cấp đông IQF và tủ đông tiếp xúc. Ta chọn thiết bị cấp đông cho hệ thống là tủ đông băng chuyền năng suất 500kg/h, tủ đông tiếp xúc hai chiếc loại 1000kg/mẻ. Thời gian làm việc của tủ đông băng chuyền là 10 giờ, trừ các chí phí thời gian khởi động máy và thời gian ra hàng coi như thời gian chạy cấp đông của tủ chỉ còn 9 giờ. Tủ đông tiếp xúc ta cho làm việc 5 mẻ/ngày, mỗi mẻ là 2 giờ, thao tác công nghệ 1giờ. Công suất tủ đông tiếp xúc 1000 kg/mẻ. Do khay còn chứa nước châm khuôn nên khối lượng thực chỉ có 720 kg/mẻ. Công suất tủ đông tiếp xúc: 720 x 5 = 3600 kg/ngày Công suất của tủ đông băng chuyền: 500 x 9 = 4500 kg/ngày Tổng công suất nhà máy là: 3600 x2 + 4500 =11700 kg/ngày hay 11,7 tấn/ngày Vậy chọn hai tủ đông tiếp xúc 1000kg/mẻ, một tủ đông băng chuyền 500kg/h 3.1.2.TÍNH NHIỆT TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC. 3.1.2.1.Kích thước tủ đông tiếp xúc, số lượng khay và các tấm lắc cấp đông. Do hai tủ có năng suất như nhau nên ta chỉ tính một cái sau đó nhân đôi ta được công suất hai tủ. Với tủ đông tiếp xúc khay đựng thực phẩm 2kg thì kích thước khay như sau: 9 - Đáy trên: 290 x 210 mm - Đáy dưới: 280 x 200 mm - chiều cao khay: 70 mm Kích thước tủ 1000kg/mẻ, theo thông số kỹ thuật của SEAREE ta có: Kích thước tấm lắc: 2200 x 1250 x 22 mm Mỗi tấm lắc đặt 36 khay vậy tủ có 11 tấm lắc. Kích thước phủ bì: 3300 x 1660 x 1900 mm. Cấu trúc cách nhiệt chủ yếu là polyurethan, bên ngoài bọc inox bảo vệ cấu trúc bên trong khỏi tác động cơ học, chống ẩm và chống đọng sương bên mặt ngoài của tủ. Bảng 3 - 1: Cấu trúc cách nhiệt của tủ đông tiếp xúc. Đối tượng Vách tủ Thân tủ Cửa tủ Sàn tủ Chiều dầy lớp polyurethan, mm 150 150 120 150 Hệ số dẫn nhiệt, W/m.K 0,03 0,03 0,03 0,03 Chiều dầy lớp inox bọc, mm 1,2(2 lớp) 1,2(2 lớp) 1,2(2 lớp) 1,2(mặt trên) 3.1.2.2.Tính nhiệt tổn thất cho tủ đông tiếp xúc. Q01 = QSP + QN + QK + QKK + QT + QTL - QSP: Tổn thất nhiệt làm đông sản phẩm. - QK :Tổn thất nhiệt từ khuôn khay - QN: Tổn thất nhiệt làm đông nước châm khuôn. - QKK: Tổn thất nhiệt của không khí trong kho. - QT: Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua thân tủ. - QTL: Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc. Hệ số dẫn nhiệt, W/m2.K 22 22 22 22 10 Nhiệt tổn thất làm đông sản phẩm Để làm giảm nhiệt độ sản phẩm thuỷ sản đến nhiệt độ yêu cầu, hệ thống lạnh phải lấy đi ở sản phẩm một lượng nhiệt nào đó trong suốt quá trình làm đông. Nhiệt tổn thất để làm đông thực phẩm lấy theo công thực sau: QSP = G (i1 − i2 ) ,W τ G - khối lượng sản phẩm của một mẻ cấp đông. i1 - entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ bặt đầu đưa vào cấp đông. i2 - entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ sau khi cấp đông. τ - thời gian cấp đông một mẻ sản phẩm. Do sản phẩm đã được bảo quản trước khi đưa vào làm đông nên nhiệt độ sản phẩm ta chọn là 150C. Nhiệt độ trung bình của sản phẩm lấy ra là -18 0C, với cấp đông cưỡng bức bằng bơm dịch do đó thời gian cấp đông 2 giờ Mực là dòng cá gây nên với nhiệt độ 150C, entanpy i1 = 314,4 kJ/kg, t2 = - 180C, i2 = 5 kJ/kg Vậy: QSP = 720 × 314,4 − 5 = 31 kW 2 × 3600 Nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn. Năng suất tủ 1000kg mà khối lượng sản phẩm thực là 720kg vậy khối lượng nước châm khuôn là 280 kg/mẻ, để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông cần qua ba giai đoạn: QN = Q 1 + Q 2 + Q 3 - Q1: nhiệt lượng để làm hạ nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ điểm băng của nước. - Q2: nhiệt tổn thất để làm đóng băng nước châm khuôn. - Q3: nhiệt tổn thất để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ điểm băng đến nhiệt độ cuối của sản phẩm. Q1 = MnckC (tN1 – tN2) 11 - Mnck: khối lượng nước châm khuôn Mnck = 280 kg/ mẻ - C: nhiệt dung riêng của nước, C = 4,186 kJ/kg.K - tN1: nhiệt độ của nước châm khuôn 50C - tN2: nhiệt độ điểm băng của nước 00C Q1 = 280 x 4,186 x ( 5 - 0 ) = 5860,4 kJ/mẻ Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ Q1 = 5860,4 = 0,81 kW 2 × 3600 Q2 = MnckL L - Nhiệt lượng đóng băng của nước L = 335 kJ/kg Q2 = 280 x 335 = 93800 kJ/mẻ = 13 kW Q3 = C3 Mnck(tN2 – tN2’) C3 - Nhiệt dung riêng của nước đá C3 = 2,18 kJ/kg k tN2’ - Nhiệt độ của nước cuối quá trình cấp đông tN2’ = -180C Q3 = 280 x 2,18 x { 0 – (-18) } = 16027,2 kJ/mẻ = 1,52 kW Vậy nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn QN = 0,81 + 13 + 1,52 = 15,33 kW Tổn thất nhiệt do khuôn khay Qk = C k M k t1k − t 2 k τ Mk - Khối lượng khuôn khay Ck - Nhiệt dung riêng của vật liệu làm khay, với vật liệu làm khay bằng kẽm theo tài liệu [5], Ck =0,094kcal/kg = 0,39 kJ/kg t1k - nhiệt độ khay trước khi đưa vào cấp đông lấy t1k = 250C t2k - nhiệt độ của khay sau quá trình cấp đông lấy t2k = -350C τ - thời gian của một mẻ cấp đông. Ta có 11 tấm lắc, 10 tấm đựng sản phẩm, mỗi tấm có 36 khay, mỗi khay nặng 2kg vậy ta có tổng số khay là : 10 x 36 = 360 khay, 12 Khối lượng mỗi khay là 2kg vậy: Mk = 2 x 360 = 720 kg/mẻ Qk = 0,39 × 720 25 − ( − 18) = 1,68 kW 2 × 3600 Tổn thất nhiệt do không khí trong tủ Nhiệt tổn thất do không khí trong tủ được tính như sau: Qkk = CkkGkk(td – tc) - td: nhiệt độ không khí lúc bắt đầu chạy máy 250C - tc: nhiệt độ không khí cuối quá trình cấp đông -350C - Ckk: nhiệt dung riêng của không khí trong tủ Ckk =0,242 Kcal/kg.K Ckk =1,013kJ/kgK - Gkk: khối lượng của không khí có trong tủ, được xác định: Gkk = Vkkρkk Kích thước trong của tủ: L = 2200 +2x400 = 3000 mm W = 1250 + 2x125 = 1500 mm H = 1600 mm -Vkk: thể tích của không khí có trong tủ Vkk = 2/3Vtủ Vtủ = 3x1,5x1,6 = 7,2 m3 Vkk = 2/3x7,2 = 4,8 m3 - ρkk: khối lượng riêng trung bình của không khí trong tủ ở -300C ρ =1,453 kg/m3 Gkk = 4,8x1,453 = 6,97 ≈ 7kg/mẻ  25 + 35  Qkk = 1,013 × 7 ×   = 0,06 kW  2 × 3600  Tổn thất nhiệt qua thân tủ Tổn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ được tính như sau: 13 QT = (kvFv + kcFc) x (tKKN – tKKT) - Kv,KC: Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua thân tủ - Fv,Fc: Diện tích của cửa tủ và vách tủ. - tKKN: Nhiệt độ của không khí bên ngoài tủ. tKKN = 250C - tKKT: Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông tKKT = -350C Fv = 2x1,66x1,9+2x1,66x3,3 = 17,26m2 Fc = 2x3,3x1,9 = 13m2 Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức sau: k= 1 δ 1 1 +∑ 1 + α1 λ1 α 2 - α1: Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường α1= 23,3W/m2K - α2: Hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong tủ α2 = 9 W/m2K - δ1: Bề dầy lớp cánh nhiệt cách ẩm. - λ1: Hệ số dẫn nhiệt của các lớp cách nhiệt, cách ẩm. Vậy: kv = kc = 1 = 0,194 1 0,15 0,0012 1 + + + 23,3 0,03 22 9 W/m2K 1 = 0,24 1 0,12 0,0012 1 W/m2K + + + 23,3 0,03 22 9 QT = (0,194x17,26+0,24x13)(25+35) = 388 W = 0,388 kW Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc 14 Tủ đông tiếp xúc làm việc từng mẻ sau khi làm đông xong sẽ dừng máy và ra hàng, khối lượng và diện tích của tấm lắc rất lớn do đó nhiệt để làm lạnh các tấm lắc là rất lớn vì vậy ta phải tính lượng nhiệt này. QTL = M TL CTL ( t1 − t 2 ) τ - MTL: khối lượng các tấm lắc. - CTL: nhiệt dung riêng của các tấm lắc, tấm lắc chế tạo bằng nhôm nên có CTL = 0,92 KJ/kgK - τ: Thời gian cấp đông. - t1, t2: Nhiệt độ trước và sau khi cấp đông, t1 = 250C, t2 = -350C Vật liệu tấm lắc làm bằng nhôm đúc ρ = 2670 kg/m3 V = 2,2x1,25x0,022 = 0,06 m3 Khối lượng một tấm lắc: M = 0,06 x 2670 = 161 kg Tủ 1000 tấn trên mẻ gôm 11 tấm lắc MTL = 11 x 161 = 1771 kg QTL = 1771 × 0,92 × ( 25 + 35) = 13,57 kW 2 × 3600 Vậy năng suất lạnh yêu cầu của hệ thống tủ đông tiếp xúc: Q01 =2x(31+15,33+1,68+0,06+0,388+13,57) = 124 kW Để tủ hoạt động an toàn ở mọi điều kiện ta nên nhân thêm hệ số an toàn 1,1 Q01 = 124 x 1,1 = 136,4 kW. Vậy năng suất lạnh của máy nén theo yêu cầu của tủ đông tiếp xúc là Q0 = 136,4 kW 3.1.3.TÍNH NHIỆT TỦ ĐÔNG BĂNG CHUYỀN VÀ BUỒNG TÁI ĐÔNG. 15 3.1.3.1. Chọn tủ đông. Hệ thống lạnh IQF được viết tắt bằng tiếng Anh là inđiviual Quickly Freezer, nghĩa là hệ thống cấp đông nhanh của sản phẩm rời. Một trong những đặc điểm của hệ thống IQF là các sản phẩm được đặt trên các băng chuyền, chuyển động với tốc độ chậm, trong quá trình đó nó tiếp xúc với không khí lạnh ở nhiệt độ thấp và hạ xuống rất nhanh. Buồng cấp đông IQF chuyên sử dụng để cấp đông sản phẩm rời, tốc độ băng tải có thể điều chỉnh vô cấp tuỳ thuộc vào loại sản phẩm và yêu cầu công nghệ. Trong quá trình di chuyển trên băng tải sản phẩm tiếp xúc với không khí đối lưu tốc độ lớn, nhiệt độ thấp -400C. Vỏ bao che buồng cấp đông là các tấm cách nhiệt polyurethan dầy 150 ÷ 200mm, hai mặt bọc cách nhiệt. Hệ thống băng tải rất đơn giản, được thết kế để giảm thiểu bảo dưỡng. Khung đỡ băng tải và các thiết bị cũng làm bằng vật liệu iox, dàn lạnh làm bằng thép không rỉ các cánh tản nhiệt làm bằng nhôm. Chiều cao cho thông sản phẩm khoảng 35 ÷ 50mm. Các tấm phân phối khí phía bên trên có thể dễ dàng nâng lên và hạ xuống để vệ sinh thường xuyên và bảo dưỡng cho khu vực tiếp xúc. Dàn lạnh bố trí cả hai phía để dễ dàng kiểm tra khi ngừng máy. Bảng điện dùng để điều chỉnh thời gian cấp đông ở mọi chế độ vận hành, vệ sinh xả tuyết dàn lạnh. 16 Cấu tạo tủ đông IQF Bảng 3 - 2;Các thông số của tủ đông băng chuyền theo số liệu của hãng SEAREE Công suất cấp đông Nhiệt độ sản phẩm vào /ra Nhiệt độ không khí trong buồng Phương pháp cấp dịch Môi chất lạnh Vật liệu băng chuyền Chiều rộng băng tải Chiều dầy cách nhiệt vỏ buồng Chiều dài buồng cấp đông Chiều rộng buồng cấp đông Chiều cao buồng cấp đông Thời gian cấp đông Phương pháp xả băng Nguồn điện Kg/h 0 C 0 C 500 +15/-18 -40 Bơm dịch NH3 Thép không gỉ mm mm mm mm mm Phút 1400 150 10000 3400 3200 4÷6 Bằng nước 3 pha /380V / 50HZ Bảng 3 – 3: Các thông số của buồng tái đông. Kích thước 3 chiều Công suất tái đông LxWxH = 3600x3000x2500 500kg/h 17 Vỏ inox Công suất quạt Công suất động cơ dẫn động Bề dầy cách nhiệt 0,6 mm 3 cái mỗi cái 2,2kW 0,25kW 180 mm 3.1.3.2. Tính toán nhiệt tủ đông băng chuyền, buồng tái đông. Q02 = QT +QSP+QDC+QC+QBC+QMB - Q02: nhiệt tổn thất cho tủ IQF và tủ tái đông - QT: nhiệt tổn thất do xâm nhập qua thân tủ. - QSP: nhiệt tổn thất do quá trình làm đông sản phẩm. - QDC: nhiệt tổn thất do động cơ trong tủ. - QC: nhiệt tổn thất qua khe hở của tủ. - QBC: nhiệt tổn thất do làm lạnh băng tải. - QMB: Nhiệt tổn thất do mạ băng Nhiệt tổn thất do xâm nhập qua thân tủ QT = k F ( t1 – t2) - F: tổng diện tích sáu mặt của tủ đông - K: hệ số Truyền nhiệt - t1, t2: Nhiệt độ bên trong và ngoài của tủ đông t1 = 250C, t2 = -400C a, Với tủ đông băng truyền k= 1 1 δ 1 +∑ + α1 λ α2 - α1: Hệ số toả nhiệt phía ngoài tủ. α1 = 23,3 W/m2K - α2: Hệ số toả nhiệt đối lưư cưỡng bức không khí. α2 = 10,5W/m2K - δ: Bề dầy lớp cách nhiệt, cách ẩm. - λ: Hệ số cách nhiệt của lớp dẫn nhiệt, dẫn ẩm. Bảng 3 -3 cấu trúc bao che 18 Vật liệu Độ dầy, mm Hệ số dẫn nhiệt, W/mK Lớp inox 0,6 22 Lớp polyurethan 150 0,03 Lớp inox 0,6 22 k= 1 = 0,194 1 0,15 0,0012 1 W/m2K + + + 23,3 0,03 22 10,5 F = 2(3,4.10 + 3,2.10 + 3,4.3,2) = 153,76 m2 QT1 = 0,194x153,76x(25 + 40) = 1939 W = 1,94kW b, Buồng tái đông. Bảng 3 -4: cấu trúc buồng tái đông. Vật liệu Độ dầy, mm Hệ số dẫn nhiệt, W/mK Lớp inox 0,6 22 Polyurethan 180 0,03 Lớp inox 0,6 22 k= 1 = 0,162 1 0,18 0,0012 1 W/m2K + + + 23,3 0,03 22 10,5 F = 2( 3,6.3 + 3.2,5 + 3,6.2,5) = 54,6 m2 QT2 = 0,162.54,6.(25+40) = 575W = 0,58 kW Vậy tổng lượng nhiệt xâm nhập qua thân tủ là: QT = 0,58 + 1,94 = 2,52 kW 19 Tổn thất nhiệt do quá trình làm đông sản phẩm QSP = E i1 − i2 , kW 3600 - E: năng suất của tủ. E = 500kg/h - i1, i2: entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ vào và ra sản phẩm nhiệt độ của sản phẩm khi vào là 150C. i1 = 314,4kJ/kg nhiệt độ của sản phẩm sau quá trình cấp đông là -180C i2 = 5kJ/kg QSP = 500. 314,4 − 5 = 43 kW 3600 Nhiệt tổn thất do động cơ trong tủ Tủ đông băng chuyền sử dụng 8 quạt mỗi quạt công suất 2 kW, tủ tái đông có 3 quạt công suất mỗi quạt 2,2 kW, công suất của đông cơ dẫn động băng chuyền là 1,5 kW, công suất dẫn động tái đông là 0,25 kW Vậy nhiệt tổn thất do động cơ là: QDC = n.N - n: số lượng quạt sử dụng trong tủ. - N: công suất mỗi quạt QDC = 8.2 + 3.2,2 +1,5 + 0,25 = 24,35 kW Nhiệt tổn thất qua khe hở của tủ Đối với hệ thống cấp đông băng chuyền trong quá trình hoạt động có gió lọt vào qua khe của cửa đưa sản phẩm vào và sản phẩm ra (cửa nạp liệu và lấy sản phẩm). Nhiệt tổn thất này được tính như sau: QC = CkkGkk(t1 – t2) - Ckk: nhiệt dung riêng của không khí, nhiệt dung riêng của không khí trong khoảng nhiệt độ -400C ÷ 200C Ckk = 1,009 kJ/kg độ - t1, t2: nhiệt độ không khí ngoài và trong tủ t1 = 250C, t2 = - 400C Gkk = ρkkωF ρkk = 1,205kg/m3 tra trong bảng nhiệt độ trung bình - 400C ÷ 200C 20 F: Tổng diện tích khoảng hở ra và vào cửa băng tải. ω: Vận tốc của băng tải, phụ thuộc vào sản phẩm cần cấp đông, để tính được nhiệt tổn thất do khoảng hở lấy ω = 0,04 m/s. Chiều cao khoảng hở là 50mm, chiều rộng ben là 1200mm F = 2x0,05x1,2 = 0,12m2 QC = 1,009x1,35x0,3x0,12x60 = 2,94kW Với buồng tái đông lượng nhiệt này cũng lấy bằng 2,94kW Vậy tổng lượng nhiệt tổn thất do khe hở là: QC = 2,94x2 = 5,88 kW Tổn thất nhiệt do làm lạnh băng chuyền Băng chuyền có một phần nằm bên ngoài để nạp liệu và tháo liệu. Khi băng chuyền chuyển động từ tủ đông ra băng chuyền có nhiệt độ thấp sẽ trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. Băng chuyền chạy từ đầu vào đến đầu ra mất 5 phút, chiều dài của băng chuyền là: Lbc = 2(ltủ + 1,2 +0,2) = 2.(10 + 1,2 + 0,5 ) = 23,4 m ltủ: Chiều dài tủ. 1,2: Chiều dài đầu nạp liệu 0,5: Chiều dài đầu tháo liệu. Vậy vận tốc băng chuyền là: ω = 23,4/5 = 4,68m/phút = 281m/h Khối lượng 1m băng chuyền là 5 kg. Trong 1giờ khối lượng băng chuyền là: Gb = 281 x 5 = 1405 kg/h Nhiệt tổn thất làm lạnh băng chuyền là: QBC = GbCbi∆t - Gb: Lưu lượng khối lượng của băng chuyền. - Cb: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm băng tải, Cb =0,394 kJ/kg.K
- Xem thêm -