Tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống máy làm nước đá cây công suất 500câyngày (mỗi cây 50kg)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA THỦY SẢN ĐỒ ÁN HỌC PHẦN MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY SẢN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY VỚI CÔNG SUẤT 500 CÂY/NGÀY (MỖI CÂY 50KG) Giáo viên hướng dẫn: THI THANH TRUNG Tp.HCM, tháng 6 năm 2018 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản LỜI NÓI ĐẦU Trong điều kiện toàn cầu hóa của đời sống kinh tế thế giới hướng tới thế kỷ XXI, không một quốc gia nào phát triển nền kinh tế của mình mà không tham gia vào quá trình hội nhập quốc tế và khu vực. Điều đó không loại trừ đối với Việt Nam đặc biệt là trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước hiện nay. Nghị quyết đại hội Đảng cộng sản Việt Nam lần thứ VIII, IX tiếp tục khẳng định đường lối đổi mới và mở cửa nền kinh tế, thực hiện chiến lược công nghiệp hóa hiện đại hóa hướng mạnh vào xuất khẩu. Để tăng xuất khẩu thời gian tới, Việt Nam chủ trương kết hợp xuất khẩu những mặt hàng mà đất nước có lợi thế tương đối (những mặt hàng xuất khẩu truyền thống: hàng nông lâm thủy sản, khoáng sản, nhiên liệu và hàng dệt may ) và một số hàng có hàm lượng kỹ thuật công nghệ cao bao gồm ô tô, xe máy, hàng điện tử và dịch vụ phần mềm… Hàng thủy sản là mặt hàng xuất khẩu truyền thống của Việt Nam. Kinh ngạch xuất khẩu mặt hàng này năm 1996 đạt 670 triệu USD, đến năm 1997 đã tăng lên 776 triệu USD. Đặc biệt năm 2000 xuất khẩu thủy sản Việt Nam đã có bước nhảy vọt, vượt qua ngưỡng 1 tỷ USD, đạt mức 1,479 tỷ USD và năm 2002 đạt mức 2,023 tỷ USD chiếm hơn 10% tổng kinh ngạch xuất khẩu Việt Nam. Theo tổng cục thống kê, thủy sản là mặt hàng có kinh ngạch xuất khẩu lớn thứ 3 sau dầu thô và dệt may. Theo dự kiến trong thời gian tới, sẽ có sự thay đổi các mặt hàng xuất khẩu chính yếu của Việt Nam, nhưng thủy sản vẫn là một trong những mặt hàng xuất khẩu lớn của đất nước. Điều đó khẳng định ngành thủy sản giữ một vai trò quan trọng trong cơ cấu tổng sản phẩm quốc nội của Việt Nam. Ngoài ra, ngành thủy sản còn góp phần quan trọng trong việc giải quyết công ăn việc làm cho hàng triệu ngư dân, đảm bảo an ninh xã hội cho đất nước cũng như góp phần thỏa mãn nhu cầu thực phẩm ngày càng tăng của thị trường nội địa. Cũng giống như bất cứ một quốc gia nào, ngành thủy sản là một trong những ngành kinh tế “nhạy cảm” nên vai trò của quản lý nhà nước là không thể thiếu. Một điều quan trọng hơn hết là làm thế nào để phát triển thuận lợi và toàn diện để thu lại nguồn lợi nhuận cao nhất và việc đạt ra những nhu cầu về trang thiết bị máy móc tiên tiến hơn thay cho những máy móc thiết bị thủ công tốn rất nhiều nguồn lao động đã đặt ra việc đầu tư thiết kế ra những máy móc hổ trợ nâng cao năng suất, sử dụng nguồn lao động tốt khá quan trọng. Nhận biết được điều này, chúng em đã chọn nghiên cứu đề tài:” Tính toán, thiết kế hệ thống máy làm nước đá cây công suất 500cây/ngày (mỗi cây 50kg)”.Nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của hệ thống máy làm nước đá cây với tầm quan trọng trong việc bảo quản thủy sản. Tuy nhiên, do trình độ và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên việc thiếu sót là không thể tránh khỏi. Chúng em rất mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy để bài viết được hoàn thiện hơn. 1 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1 DANH MỤC HÌNH.................................................................................................4 DANH MỤC BẢNG................................................................................................5 PHẦN 1: TỔNG QUAN..........................................................................................6 1.1. Tình hình thủy sản Việt Nam..........................................................................6 1.1.1. Sản xuất thủy sản ở Việt Nam..................................................................6 1.1.2. Chuỗi giá trị và sự liên kết giữa các chủ thể trong ngành thủy sản...........9 1.1.3. Các vùng hoạt động của thủy sản mạnh trong nước................................10 1.1.4. Các doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản trong nước...................................11 1.1.5. Thị trường xuất khẩu chính.....................................................................12 1.2. Công nghệ chế biến lạnh đông thủy sản........................................................12 1.2.1. Mục đích của quá trình lạnh đông...........................................................12 1.2.2. Tiến trình lạnh đông................................................................................12 1.3. Máy móc và thiết bị sử dụng trong quá trình chế biến thủy sản hiện nay......14 1.4. Hệ thống đá cây.............................................................................................15 PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY........................................................................................................................ 17 2.1. Giới thiệu hệ thống sản xuất nước đá cây......................................................17 2.1.1. Công dụng và phân loại nước đá.............................................................17 2.1.2. Cấu tạo máy đá cây.................................................................................18 2.1.3. Nguyên lý làm việc.................................................................................18 2.2. Tính toán máy làm nước đá cây.....................................................................19 2.2.1. Các lựa chọn ban đầu..............................................................................19 2.2.1.1. Chọn phương pháp thiết kế nước đá.................................................19 2.2.1.2. Chọn chất tải lạnh............................................................................19 2.2.1.3. Chọn tác nhân lạnh...........................................................................20 2.2.1.4. Quy trình sản xuất nước đá cây........................................................21 2.2.2. Tính chu trình lạnh..................................................................................21 2.2.3. Tính chi phí lạnh.....................................................................................23 2.2.3.1. Tính cách nhiệt, cách ẩm..................................................................23 2 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản 2.3. Chọn máy nén................................................................................................25 2.3.1. Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén...........................................25 2.3.2. Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén........................................26 2.3.3. Chọn máy nén.........................................................................................26 2.3.4. Chọn động cơ cho máy nén.....................................................................26 2.4. Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu xối nước............................................................27 2.5. Chọn thiết bị bốc hơi (kiểu xương cá)...........................................................31 2.6. Các thiết bị khác............................................................................................32 2.6.1. Đường ống..............................................................................................32 2.6.2. Bình tách lỏng.........................................................................................33 2.6.3. Bình tách dầu..........................................................................................34 2.6.4. Bình chứa dầu.........................................................................................34 2.6.5. Bình chứa cao áp.....................................................................................34 2.6.6. Thiết bị tách khí không ngưng................................................................35 2.6.7. Phin lọc và phin sấy................................................................................35 2.6.8. Mắt ga.....................................................................................................35 2.6.9. Các loại van............................................................................................36 2.6.10. Áp kế...................................................................................................38 2.6.11. Cánh khuấy..........................................................................................38 2.7. Bố trí lắp đặt..................................................................................................38 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................39 3.1. Kết luận.........................................................................................................39 3.2. Kiến nghị.......................................................................................................39 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................40 3 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đánh bắt cá của ngư dân............................................................................8 Hình 1.2: Sản lượng thủy sản Việt Nam qua các năm (nghìn tấn).............................8 Hình 1.3: Chuỗi giá trị ngành nuôi trồng thủy sản.....................................................9 Hình 1.4 : Mối liên kết dọc theo các chủ thể trong ngành thủy sản.........................10 Hình 1.5 : Tỉ lệ suất khẩu thủy sản của các vùng (%)..............................................10 Hình 1.6: Thu hoạch cá Tra – basa..........................................................................11 Hình 1.7. Top 15 doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản lớn nhất, giá trị Tr.USD..........12 Hình 1.8. Nhiệt độ và thời gian lạnh đông thủy sản.................................................13 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây.....................................................16 Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và h..................................................22 Hình 2.1: Cấu tạo tường bể đá.................................................................................23 Hình 2.2: Cấu tạo nền bể đá....................................................................................25 Hình 2.2: Cấu tạo dàn ngưng kiểu tưới....................................................................29 Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của các dòng khi qua thiết bị ngưng tụ.............................................................................................................................. 30 Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của các dòng.................................32 Hình 2.5: Van thẳng và van góc..............................................................................37 Hình 2.5: Van một chiều hình cốc và van một chiều hình nấm...............................38 Hình 2.6: Van tiết luu cân băng nhiệt ngoài............................................................39 Hình 2.7: Bản vẽ thiết kế của máy sản xuất đá cây..................................................40 4 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1:Sản lượng thủy sản Việt Nam năm 2012....................................................7 Bảng 2.1: Nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối........................................20 Bảng 2.2: Các thông số cần cho tính toán chu trình lạnh.........................................22 Bảng 2.3: Các thông số cần cho tính toán cách nhiệt, cách ẩm của tưởng bể đá......23 Bảng 2.4: Các thông số cần thiết để tính cách nhiệt, cách ẩm cho nền bể đá...........25 5 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1. Tình hình thủy sản Việt Nam 1.1.1. Sản xuất thủy sản ở Việt Nam Với bờ biển dài trên 3200km, diện tích mặt biển rộng và khí hậu nhiệt đới gió mùa nên vùng biển nước ta có nhiều loài hải sản quý hiếm và có giá trị kinh tế cao như: cá, tôm, mực...ngoài ra, trong đất liền còn có diện tích ao hồ rộng lớn, hệ thống sông ngòi chằng chịt, rất thuận lợi cho việc phát triển ngành nuôi trồng thủy sản. Do đó nguồn nguyên liệu thủy sản của nước ta là rất dồi dào. Theo thống kê của Tổng cục Hải quan Việt Nam, ước tính năm 2017, ngành thủy sản Việt Nam đạt kim ngạch xuất khẩu hơn 8,4 tỷ USD, tăng 15% so với năm 2016. Trong đó, sản lượng thủy sản nuôi trồng 9 tháng ước tính đạt 2.676,1 nghìn tấn, tăng 4,2% so với cùng kỳ năm trước, trong đó cá đạt 1.909,1 nghìn tấn, tăng 2,8%; tôm đạt 480,8 nghìn tấn, tăng 9,7%. Nuôi trồng thủy sản gặp thuận lợi cả về thời tiết và giá cả. Giá cá tra hiện ở mức tương đối cao, xuất khẩu cá tra tăng so với cùng kỳ năm trước. Diện tích nuôi cá tra 9 tháng ước tính đạt 12,3 nghìn ha, tăng 1,1% so với cùng kỳ năm trước; sản lượng cá tra ước tính đạt 871 nghìn tấn, tăng 2,4%, trong đó Bến Tre đạt 133,6 nghìn tấn, tăng 3%; Tiền Giang 27,2 nghìn tấn, tăng 2,7%. Nuôi tôm đạt khá do một bộ phận người nuôi chuyển từ thâm canh, bán thâm canh sang nuôi siêu thâm canh, nhất là tôm thẻ chân trắng. Diện tích nuôi tôm sú 9 tháng ước tính đạt 596,5 nghìn ha, tăng 3,6% so với cùng kỳ năm trước; diện tích nuôi tôm thẻ chân trắng đạt gần 96 nghìn ha, tăng 15,5%. Sản lượng tôm thẻ chân trắng 9 tháng ước tính đạt 263,9 nghìn tấn, tăng 13,4% so với cùng kỳ năm trước; sản lượng tôm sú ước tính đạt 187,3 nghìn tấn, tăng 4,2%. Bên cạnh đó, sản lượng thủy sản khai thác 9 tháng của cả nước ước tính đạt 2.449,8 nghìn tấn, tăng 4,8% so với cùng kỳ năm trước, trong đó cá đạt 1.790,5 nghìn tấn, tăng 5,4%; tôm đạt 122,2 nghìn tấn, tăng 2,1%. Sản lượng thủy sản khai thác biển 9 tháng đạt 2.304,1 nghìn tấn, tăng 5%, trong đó cá đạt 1.689,7 nghìn tấn, tăng 5,5%; tôm đạt 112,4 nghìn tấn, tăng 2,7%. Sản lượng cá ngừ đại dương ước tính đạt 17 nghìn tấn, tăng 13,6% so với 9 tháng năm 2016, trong đó Bình Định đạt gần 9 nghìn tấn, tăng 20,9%; Phú Yên đạt 3,5 nghìn tấn, tăng 7%. 6 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Bảng 1.1:Sản lượng thủy sản Việt Nam năm 2012 Kết quả sản xuất thủy sản năm 2017 Đơn vị tính: Sản lượng (1.000 tấn), Diện tích: (1.000 ha), Số lượng tàu thuyền (1.000 chiếc), Số lượng người (1.000 người), Giá trị kim ngạch (triệu USD), GTSX (tỷ đồng) Kế Ước So sánh (%) Thực hoạch thực STT Chỉ tiêu hiện năm hiện Với Với năm 2016 2017 2017 KH 2016 Giá trị sản xuất 200.90 212.98 I 105% 106,0 2 5 Thủy sản khai thác 78.630 83.482 106,2 Thủy sản nuôi trồng 122.27 129.50 105,9 2 3 II Tổng sản lượng 7.000 6.895 7.279 104,0 105,6 1 Sản lượng khai thác 3.300 3.237 3.421 103,7 105,7 SL khai thác hải sản 3.047 3.221 105,7 SL khai thác nội địa 190 200 105,3 2 Sản lượng nuôi 3.700 3.658 3.858 104,3 105,5 Tôm nước lợ 675 657,2 683,4 101,2 104,0 - Tôm sú 265 263,8 256,4 96,8 97,2 - Tôm CT 410 393,4 427,0 104,1 108,5 Cá tra 1200 1.187 1.250 104,2 105,3 III Diện tích nuôi 1.071 1.103 103.1 Tôm nước lợ 700 694,6 721,1 103,0 103,8 - Tôm sú 600 600,4 622,4 103,7 103,7 - Tôm CT 100 94,2 98,7 98,7 104,7 Cá tra 5,00 5,05 5,227 104,5 103,5 IV Số lượng tàu cá 109,9 109,6 99,7 Số lượng tổ/đội SX trên biển 3.500 4.400 125,7 V 1 2 3 4 5 6 Số lượng tàu tham gia Số lượng người tham gia Kim ngạch xuất khẩu Tôm các loại - Tôm chân trắng - Tôm sú Cá tra Cá ngừ Cá các loại khác Mực và bạch tuộc Thủy sản khác 10 100 7.162 3.151 1.958 931 1.715 508 1.139 439 209 7.100 7 12 120,0 120 120 8.399 117,3 3.863 122,6 2.535 129,5 880 94,6 1.785 104,1 597 117,1 1.328 116,7 620 141,3 206 98,6 Nguồn: Tổng cục Thủy sản Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Hình 1.1: Đánh bắt cá của ngư dân Sản lượng thủy sản Việt Nam đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 22 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%/năm. Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động nuôi trồng thủy sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng cao trong các năm qua, bình quân đạt 12,77%/năm, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tổng sản lượng thủy sản của cả nước. Hình 1.2: Sản lượng thủy sản Việt Nam qua các năm (nghìn tấn) 8 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Trong khi đó, trước sự cạn kiệt dần của nguồn thủy sản tự nhiên và trình độ của hoạt động khai thác đánh bắt chưa được cải thiện, sản lượng thủy sản từ hoạt động khai thác tăng khá thấp trong các năm qua, với mức tăng bình quân 6,42%/năm. 1.1.2. Chuỗi giá trị và sự liên kết giữa các chủ thể trong ngành thủy sản Khả năng khép kín quy trình sản xuất có vai trò quan trọng đối với các doanh nghiệp thủy sản. Doanh nghiệp có hoạt động sản xuất càng khép kín thì khả năng tự chủ nguồn nguyên liệu và hiệu quả kinh doanh càng cao. Ngược lại, doanh nghiệp càng ít khép kín thì phải phụ thuộc vào bên ngoài nhiều hơn, sẽ dễ dẫn đến bị động trong sản xuất, giảm hiệu quả kinh doanh. Với nhu cầu phát triển và đòi hỏi chất lượng ngày càng cao, hoạt động của ngành thủy sản cần có sự tham gia của một số tổ chức tài chính và các cơ quan kiểm định chất lượng thủy sản, điều này đã làm mối quan hệ giữa các chủ thể trong ngành ngày càng chặt chẽ hơn. Hình 1.3: Chuỗi giá trị ngành nuôi trồng thủy sản. 9 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Hình 1.4 : Mối liên kết dọc theo các chủ thể trong ngành thủy sản. 1.1.3. Các vùng hoạt động của thủy sản mạnh trong nước Hoạt động sản xuất, xuất khẩu thủy sản của Việt Nam nằm rải rác dọc đất nước với sự đa dạng về chủng loại thủy sản, nhưng có thể phân ra thành 5 vùng xuất khẩu lớn: Hình 1.5 : Tỉ lệ suất khẩu thủy sản của các vùng (%) Vùng Bắc Trung Bộ, duyên hải miền Trung: nuôi trồng thủy sản nước mặn lợ, đặc biệt phát huy thế mạnh nuôi biển, tập trung vào một số đối tượng chủ yếu như: tôm các loại, sò huyết, bào ngư, cá song, cá giò, cá hồng... Vùng ven biển Nam Trung Bộ: nuôi trồng thủy sản trên các loại mặt nước mặn lợ, với một số đối tượng chủ yếu như: cá rô phi, tôm các loại... 10 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Vùng Đông Nam Bộ: Bao gồm 4 tỉnh là Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu và TP.HCM, chủ yếu nuôi các loài thủy sản nước ngọt hồ chứa và thủy sản nước lợ như cá song, cá giò, cá rô phi, tôm các loại.... Vùng ven biển ĐBSCL: gồm các tỉnh nằm ven biển của Đồng Bằng Sông Cửu Long như Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang…Đây là khu vực hoạt động thủy sản sôi động, hoạt động nuôi trồng thủy sản trên tất cả các loại mặt nước, đặc biệt là nuôi tôm, cá tra - ba sa, sò huyết, nghêu và một số loài cá biển. Các tỉnh nội vùng: Bao gồm những tỉnh nằm sâu trong đất liền nhưng có hệ thống sông rạch khá dày đặc như Hà Nội, Bình Dương, Cần Thơ, Hậu Giang, Đồng Tháp, An Giang, thuận lợi cho nuôi trồng các loài thủy sản nước ngọt như: cá tra basa, cá rô phi, cá chép… Hình 1.6: Thu hoạch cá Tra – basa Khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, với điều kiện lý tưởng có hệ thống kênh rạch chằng chịt và nhiều vùng giáp biển, đã trở thành khu vực nuôi trồng và xuất khẩu thủy sản chính của Việt Nam. Theo thống kê, năm 2011 cả nước có 37 tỉnh có doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản, trong đó các tỉnh có kim ngạch xuất khẩu thủy sản lớn nhất lần lượt là Cà Mau (chủ yếu nhờ kim ngạch xuất khẩu lớn của Minh Phú, Quốc Việt), TP.HCM, Cần Thơ, Đồng Tháp, Khánh Hòa, Sóc Trăng… 1.1.4. Các doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản trong nước Top 15 doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản lớn 3 tháng đầu năm 2017 ghi nhận sự đóng góp của gương mặt mới HAVICO, Thủy sản Âu Vững và Thủy sản Bình Định với sự tăng trưởng từ 27,7% đến 64,4% so với cùng kỳ năm trước. Tăng trưởng của 3 doanh nghiệp nói trên cho thấy triển vọng của dòng sản phẩm khai thác, đánh bắt và các sản phẩm giá trị gia tăng. Minh Phú – Hậu Giang, thành viên của Tập đoàn Minh Phú ghi dấu ấn khi ngoạn mục vượt qua Minh Phú (mẹ) và Thủy sản Vĩnh Hoàn để chiếm ngôi vương, với giá trị xuất khẩu đạt 62,3 triệu USD, tăng 65% so với cùng kỳ năm trước. Tiếp sau là Minh Phú mẹ với giá trị xuất khẩu 3 tháng đạt 51,2 triệu USD. 11 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Hình 1.7. Top 15 doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản lớn nhất, giá trị Tr.USD 1.1.5. Thị trường xuất khẩu chính Thành tựu của ngành thủy sản thể hiện bằng kết quả xuất khẩu tăng nhanh về cả giá trị và sản lượng trong giai đoạn 2001 – 2017. Năm 2017, sản phẩm thủy sản được XK sang 167 nước và vùng lãnh thổ. Ba thị trường chính là EU chiếm 18%, Mỹ 17% và Nhật Bản 16% và đang có những thị trường tiềm năng như Trung Quốc (15%) và ASEAN (18%). Với mức tăng 37% trong năm 2017 và giá trị nhập khẩu lên đến 420 triệu USD, Trung Quốc đang dẫn đầu các thị trường mua cá tra, và là thị trường nhập khẩu tôm lớn thứ 3 sau EU và Nhật Bản với giá trị 677 triệu USD, tăng trên 60% so với năm 2016. Theo đánh giá của VASEP, Trung Quốc sẽ tiếp tục là thị trường quan trọng và tiềm năng cho các doanh nghiệp thủy sản trong thời gian tới. 1.2. Công nghệ chế biến lạnh đông thủy sản 1.2.1. Mục đích của quá trình lạnh đông Mục đích của quá trình lạnh đông thủy sản là hạ nhiệt độ xuống thấp. Vì vậy làm chậm lại sự ươn hỏng và sản phẩm được tan giá sau thời gian bảo quản lạnh đông hầu như không bị thay đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi. Bảo quản lạnh và lạnh đông thường được áp dụng khi thủy sản xuất khẩu. Thủy sản lạnh đông xuất khẩu thường rất quan trọng với các nước đang phát triển do giá thành sản phẩm cao như tôm lạnh đông, mang lại thu nhập có giá trị cao so với các loại sản phẩm thực phẩm khác tiêu thụ nội địa. 1.2.2. Tiến trình lạnh đông Thủy sản chiếm khoảng 75% trọng lượng nước. Lạnh đông là tiến trình chuyển đổi hầu hết lượng nước trong cá thành nước đá. Nước trong thủy sản là dạng chất hòa tan và dạng keo. Điểm lạnh đông hạ xuống dưới 0oC. Điểm lạnh đông phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan trong dung dịch. Điểm lạnh đông tiêu biểu của thủy sản là -10C đến -20C. Trong suốt quá trình lạnh đông, nước dần dần chuyển đổi thành nước đá, nồng độ muối hữu cơ và vô cơ hòa tan tăng lên, điểm lạnh đông tiếp tục hạ thấp. Ngay cả ở nhiệt độ -250C, chỉ có 90 đến 95% nước thực sự đóng băng. 12 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Lượng nước này không bao gồm nước liên kết (nghĩa là nước liên kết hóa học với những phần tử đặc biệt như carbonyl, nhóm amino của protein và liên kết hydro). Vì vậy không bao giờ có điểm lạnh đông cố định. Tuy nhiên, phần lớn nước (khoảng 75-80%) được đông kết ở nhiệt độ -10C và -50C. Khoảng nhiệt độ này được gọi là điểm tới hạn hay vùng lạnh đông. Trong suốt giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh, nhiệt độ giảm nhanh xuống dưới điểm lạnh đông của nước (00C). Khi đó lượng nhiệt yêu cầu tách ra lớn trong giai đoạn 2 để chuyển lượng lớn nước liên kết thành nước đá, sự thay đổi nhiệt độ rất ít và giai đoạn này được gọi là giai đoạn ngưng nhiệt. Có khoảng 3/4 nước được chuyển đổi tạo thành nước đá, nhiệt độ một lần nữa bắt đầu giảm và trong suốt giai đoạn thứ 3 này hầu như lượng nước còn lại đóng băng. Một lượng nhỏ nhiệt đã được tách ra trong suốt giai đoạn 3 này. Hình 1.8. Nhiệt độ và thời gian lạnh đông thủy sản Sự ươn hỏng tiếp tục giảm nhanh ở nhiệt độ dưới 0 0C. Đây là điểm quan trọng để chuyển nhanh đến điểm tới hạn lạnh đông. Tuy nhiên, quá trình lạnh đông chậm cho kết quả sản phẩm có chất lượng kém và đây là nguyên nhân chính dẫn đến sự phân giải protein. Khi nhiệt độ của sản phẩm giảm xuống dưới 00C, dung dịch đầu tiên được làm lạnh xuống nhanh, sau đó dung dịch bắt đầu kết tinh hoặc hình thành kết tủa và tinh thể nước đá hình thành ở giai đoạn 2. Đầu tiên có một ít phân tử, đó là những phân tử nhỏ của chất lơ lửng không hòa tan trong chất lỏng hoặc sự kết hợp ngẫu nhiên của các phân tử nước để tạo thành tinh thể nước đá theo tiêu chuẩn. Sang giai đoạn 2, các tinh thể lớn dần lên, lượng nhiệt tách ra chậm kết quả làm cho quá trình lạnh đông chậm lại, tinh thể đá hình thành với kích thước lớn hơn và số lượng ít hơn, có thể gây ra sự phá vỡ vách tế bào, kết quả làm mất chất dịch và làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm khi tan giá. Ngược lại, lượng nhiệt tách ra nhanh là kết quả của quá trình lạnh đông nhanh, tạo ra số lượng lớn tinh thể nước đá nhỏ. Vì vậy giảm sự hao hụt chất dịch và sự phá vỡ vách tế bào. 13 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Tuy nhiên, vách tế bào của cá được xem như là lớp màng elastic để chống lại sự phá vỡ vách tế bào từ sự hình thành tinh thể nước đá lớn để giảm sự mất dịch khi tan giá cá lạnh đông. Thực tế, phần lớn lượng nước được liên kết trong cấu trúc của protein và sẽ không bị mất đi do sự rò rĩ khi tan giá. Lượng nước liên kết này có thể được xác định khi ép mô cơ cá tươi bằng tay và không thấy có chất lỏng thoát ra. Tuy nhiên, sự tan giá của bất kỳ loại sản phẩm cá nào cũng có sự mất chất dịch từ phần thịt cá, được giải thích thông qua sự phân giải protein trong suốt tiến trình lạnh đông gây nên sự biến đổi protein làm mất khả năng liên kết nước. Sự phân giải protein dựa trên nồng độ enzym (và các thành phần khác) và nhiệt độ. Sự gia tăng nồng độ enzym làm gia tăng tốc độ phân giải. Sự phân giải này sẽ giảm khi nhiệt độ hạ thấp. Dĩ nhiên, khi nhiệt độ hạ thấp, một lượng nước lớn sẽ chuyển thành nước đá và nồng độ của enzym trong dung dịch tăng lên. Vì vậy dưới điểm lạnh đông của nước, nồng độ và nhiệt độ có mối quan hệ rất gần nhau. Khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân giải protein từ -1 0C đến -20C. Vì vậy để giảm sự rò rĩ chất dịch khi tan giá đến mức thấp nhất, thời gian để nhiệt độ sản phẩm nằm trong khoảng nhiệt độ này trong suốt quá trình lạnh đông phải càng ngắn càng tốt. Sự phân giải protein dẫn đến sự mất nước trong suốt quá trình bảo quản lạnh đông. Lạnh đông nhanh là dạng phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các tiến trình lạnh đông thực phẩm. Trong lạnh đông nhanh có khái niệm lạnh đông IQF hay còn gọi là lạnh đông rời. Lạnh đông nhanh rất khó để xác định. Mặc dù ở Anh đã có đề nghị rằng tất cả các loài cá nên giảm nhiệt độ từ 0 0C đến -50C trong 2 giờ hoặc ít hơn. Tuy nhiên, 2 giờ vẫn bị xem là thời gian quá dài cho các sản phẩm. Như đã chỉ ra ở trên, sự hạ thấp nhiệt độ làm giảm tốc độ phản ứng. Hơn thế nữa, khi lượng nước trong cá đông đặc nó sẽ trở nên dạng liên kết. Vì vậy giảm độ hoạt động của nước (aw) và cũng giảm được sự phát triển của vi khuẩn. Vì vậy có thể nói rằng tiến trình lạnh đông trong bảo quản cá là sự kết hợp của sự giảm nhiệt độ và hạ thấp độ hoạt động của nước. 1.3. Máy móc và thiết bị sử dụng trong quá trình chế biến thủy sản hiện nay Hiện nay, việc sử dụng các máy móc thiết bị trong chế biến thủy sản còn nhiều hạn chế, những máy móc thiết bị thủ công vẫn còn được sử dụng nhiều. Một phần do thiếu vốn đầu tư của các công ty thủy sản nhỏ lẽ, việc đầu tư phát triển để khai thác tốt nhất nguồn lợi từ biển vẫn còn khó khan. Vì vậy việc đầu tư tiềm năng cho sự phát triển đất nước được chú trọng: (ĐCSVN) - Ngày 14/11/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 68/2013/QĐ-TTg về chính sách hỗ trợ nhằm giảm tổn thất trong nông nghiệp. Theo đó, ngân sách nhà nước hỗ trợ lãi suất vốn vay thương mại đối với các khoản vay dài hạn, trung hạn, ngắn hạn để mua máy, thiết bị nông cụ nhằm giảm tổn thất trong nông nghiệp. Theo Quyết định, có 7 nhóm danh mục máy, thiết bị được hỗ trợ, bao gồm: 14 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Các loại máy làm đất, san phẳng đồng ruộng, gieo cấy, trồng, chăm sóc, thu hoạch lúa, ngô, cà phê, chè, mía; máy sấy nông sản, thủy sản; máy, thiết bị sản xuất muối sạch; máy, thiết bị sử dụng trong chăn nuôi. Máy, thiết bị sử dụng sản xuất giống, nuôi trồng, thu hoạch thủy sản. Các loại máy, thiết bị dò cá, thu, thả lưới câu, thông tin liên lạc, hầm (buồng) cấp đông, thùng (hầm) bảo quản sản phẩm có gắn thiết bị lạnh, sản xuất nước đá, lọc nước biển làm nước ngọt sử dụng trên tàu cá, tàu dịch vụ hậu cần phục vụ đánh bắt xa bờ. Máy, thiết bị chế biến sản phẩm từ phế và phụ phẩm nông nghiệp, thủy sản. Kho, thiết bị sử dụng chứa, bảo quản thóc, ngô quy mô hộ gia đình. Các loại máy kéo, động cơ Diezen sử dụng trong nông nghiệp, khai thác đánh bắt thủy sản. Quyết định này có hiệu lực thi hành kể từ ngày 1/1/2014; thay thế Quyết định số 63/2010/QĐ-TTg, ngày 15/10/2010 và Quyết định số 65/2011/QĐ-TTg, ngày 02/12/2011 của Thủ tướng Chính phủ về chính sách hỗ trợ nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản. 1.4. Hệ thống đá cây 15 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản Hệ thống có các thiết bị chính sau: 1- Máy nén: Máy nén 1 cấp, sử dụng môi chất NH3 hoặc R22. 2. Bình chứa cao áp. 3. Dàn ngưng: Có thể sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi, bình ngưng, dàn ngưng tụ kiểu tưới và có thể sử dụng dàn ngưng không khí. 4. Bình tách dầu. 5. Bình tách khí không ngưng. 6. Bình thu hồi dầu (sử dụng trong hệ thống NH3). 7. Bình tách lỏng. 8. Bình giữ mức- tách lỏng. 9. Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh kiểu xương cá. Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây 16 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY 2.1. Giới thiệu hệ thống sản xuất nước đá cây Phương pháp sản xuất đá cây là một trong những phương pháp cổ điển nhất. Đá cây được sản xuất trong các bể dung dịch muối lạnh, có nhiệt độ khoảng –10 oC. Nước được đặt trong các khuôn có kích thước nhất định, theo yêu cầu sử dụng. Khối lượng thường gặp nhất của các cây đá là 12,5; 25; 50 kg. ưu điểm của phương pháp sản xuất đá cây là đơn giản, Dụ thực hiện, đá có khối lượng lớn nên vận chuyển bảo quản được lâu ngày, đặc biệt dùng cho việc bảo quản cá, thực phẩm khi vận chuyển đi xa. Ngoài ra đá cây cũng được sử dụng làm đá sinh hoạt và giải khát của nhân dân. Tuy nhiên, đá cây có một số nhược điểm quan trọng như: chi phí đầu tư, vận hành lớn, các chỉ tiêu về vệ sinh không cao do có nhiều khâu không đảm bảo vệ sinh, tính chủ động trong sản xuất thấp do thời gian đông đá lâu. Đi kèm theo hê ̣ thống máy đá cây phải trang bị thêm nhiều hê ̣ thống thiết bị khác như: hê ̣ thống cẩu chuyển, Hê ̣ thống cấp nước khuôn đá, bể nhúng đá, bàn lật đá, kho chứa đá, máy xay đá. Vì vậy ngày nay trong kỹ thuật chế biến thực phẩm người ta ít sử dụng đá cây. Nếu có trang bị cũng chỉ nhằm bán cho tàu thuyền đánh cá để bảo quản lâu ngày. 2.1.1. Công dụng và phân loại nước đá Công dụng nước đá Nước đá có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất, sau đây là một số ứng dụng của nước đá:  Bảo quản thực phẩm  Điều tiết không khí  Thể duc thể thao  Công nghiệp hóa chất Phân loại nước đá Có nhiều cách để phân loại nước đá:  Dựa vào nguyên liệu sản xuất:  Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sôi, nguyên chất).  Nước đá từ nước biển, từ nước muối.  Nước đá từ nước sát trùng và kháng sinh.  Dựa vào độ trong của đá:  Nước đá pha lê  Nước đá trong suốt  Nước đá đục  Dựa vào hình dạng:  Nước đá khối  Nước đá tấm  Nước đá thỏi  Nước đá ống  Nước đá vẩy 17 Đồ án học phần: Máy và thiết bị thủy sản 2.1.2. Cấu tạo máy đá cây Hệ thống có các thiết bị chính sau: 1- Máy nén: Máy nén 1 cấp, sử dụng môi chất NH3 hoặc R22. 2. Bình chứa cao áp. 3. Dàn ngưng: Có thể sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi, bình ngưng, dàn ngưng tụ kiểu tưới và có thể sử dụng dàn ngưng không khí. 4. Bình tách dầu. 5. Bình tách khí không ngưng. 6. Bình thu hồi dầu (sử dụng trong hệ thống NH3). 7. Bình tách lỏng. 8. Bình giữ mức- tách lỏng. 9. Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh kiểu xương cá. 2.1.3. Nguyên lý làm việc Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay Bể nước muối được chia làm hai ngăn, ngăn lớn để bố trí các khuôn đá, còn ngăn nhỏ để bố trí dàn bay hơi làm lạnh nước muối trong bể có bố trí một bơm nước muối tuần hoàn mạnh từ dàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi lại quay lại dàn bay hơi. Bơm nước muối bố trí thẳng đứng để tránh rò rì nước muối ra ngoài. Dàn bay hơi kiểu xương cá có khả năng tăng khả năng trao đổi nhiệt lên đáng kể. Các khuôn đá được ghép lại với nhau thành linh đá suốt chiều ngang của bể. Các linh đá không 18