Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế tủ đông tiếp xúc thủy sản Thiết kế tủ đông tiếp xúc bảo quản thủy sản lạnh đông công suất 1100 kgmẻ. Năng suất: 1100 kgmẻ. Thành phần nguyên liệu: thủy sản đông lạnh xuất khẩu (cá). Các thông số khác: tự chọn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ - CƠNG NGHỆ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên : Nguyễn Thanh Tấn Lớp : CNTP 47B Ngành học : Công nghệ thực phẩm Tên đề tài: Thiết kế tủ đông tiếp xúc bảo quản thủy sản lạnh đông công suất 1100 kg/mẻ Số liệu ban đầu: - Năng suất: 1100 kg/mẻ Thành phần nguyên liệu: thủy sản đông lạnh xuất (cá) Các thông số khác: tự chọn Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Mở đầu Tổng quan Tính tốn cho tủ đơng tiếp xúc Kết luận Tài liệu tham khảo Các vẽ - Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị mặt cắt): A3, A1 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh: A3, A1 Ngày giao nhiệm vụ Ngày hoàn thành Huế, ngày…tháng…năm 2016 Trưởng môn CNTP: Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Long LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật lạnh đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp rượu, bia, sinh học, kĩ thuật sấy nhiệt độ thấp, y học, thể thao, đời sống…Ngày phát triển mạnh mẽ, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kĩ thuật vô quan trọng, thiếu đời sống kĩ thuật tất nước Lĩnh vực ứng dụng quan trọng kĩ thuật lạnh bảo quản thực phẩm Theo số liệu thống kê 80% cơng suất lạnh sử dụng công nghiệp bảo quản thực phẩm, để bảo quản thực phẩm làm thay đổi tính chất ban đầu nguyên liệu, vận chuyển xa bảo quản lâu dài như: thịt, tôm, cá, mực, mặt hàng nơng sản,… Nước ta có điều kiện địa lý thuận lợi với đường bờ biển trải dài 3000 số thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh đôi với ngành đánh bắt, nuôi trồng thủy hải sản Các xí nghiệp đơng lạnh có mặt miền đất nước Nhưng để sản phẩm đông lạnh Việt Nam có chỗ đững vững vàng thị trường nội địa giới đòi hỏi phải nâng cao chất lượng cơng nghệ làm lạnh nên nhiều xí nghiệp thay đổi công nghệ làm lạnh nhằm đáp ứng nhu cầu Vậy, cấp đơng khâu quan trọng, khơng kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm mà giữ lại hầu hết tính chất ban đầu nguyên liệu.Cho nên việc thiết kế tủ cấp đông bảo quản sản phẩm thủy sản động lạnh vấn đề cấp thiết Trước tình hình đó, hướng dẫn thầy giáo Lê Thanh Long, em giao đề tài: ” Thiết kế tủ đông tiếp xúc suất 1,1 tấn/mẻ đặt thành phố Huế” Trong q trình tính tốn, thiết kế chắn nhiều thiếu sót, mong đóng góp dạy thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô hướng dẫn tận tình để em hồn thành tốt đồ án Huế, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Tấn CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LẠNH ĐÔNG TIẾP XÚC Nguyên liệu 1.1 Các loại thủy sản, q trình tính tốn dựa ngun liệu ban đầu cá Cá sau khai thác rửa làm đưa đến phòng chờ đông, nhiệt độ cá làm lạnh xuống 10 0C Tiếp tục cá đưa vào tủ cấp đông, với thời gian cấp đông 2h Nhiệt độ tâm sản phẩm sau q trình kết đơng -180C Sau cá mạ băng đóng hộp đưa tiêu thụ tồn trữ 1.2 Tổng quan 1.2.1 Khái niệm công nghệ lạnh đông thực phẩm (TL,tr140) Để hiểu rõ lạnh đông thực phẩm trước hết ta cần hiểu lạnh Lạnh trạng thái vật chất có nhiệt độ thấp nhiệt độ thấp nhiệt độ môi trường (t0 thường khoảng 180C – 250C) Các cấp làm lạnh thực phẩm: - - Làm lạnh: nhiệt độ sản phẩm cuối trình nằm khoảng: tđb < t < 200C Làm lạnh đông (cấp đông): nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông nằm khoảng: -1000C < t < tđb Làm lạnh thâm độ: nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông nằm khoảng: -2730C < t < -1000C Vậy, công nghệ lạnh đông thực phẩm gì? Thực chất q trình hạ thấp nhiệt độ thực phẩm, trình chất, trình thối rữa, bị ức chế kìm hãm Lạnh đơng bảo quản lạnh đơng hai q trình thường đơi với nhau, làm chậm lại ươn hỏng sản phẩm tan giá sau thời gian bảo quản lạnh đơng khơng bị thay đổi tính chất ban đầu nguyên liệu Xử lý lạnh động có hai phương pháp: - Kết đông hai pha: sản phẩm (thịt) nóng làm lạnh từ 37 0C xuống khoảng 40C sau đưa vào thiết bị kết đơng để nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -80C Kết đông pha: sản phẩm thịt sau lò mổ nóng đưa vào thiết bị kết đơng, nhiệt độ tâm thịt đạt -80C 1.2.2 Mục đích, ý nghĩa lạnh đông thực phẩm - - Việc bảo quản nước đá giữ thực phẩm tối đa 14 ngày Làm lạnh đông cho phép bảo quản thực phẩm thời gian dài Đối với công nghệ chế biến (thủy sản) ngư trường xa cảng cá, xa chợ, xa doanh nghiệp cần bảo quản đông đảm bảo độ tươi Nguyên liệu thủy sản có tính mùa vụ nên cần có bảo quản đông để đảm bảo tiến độ sản xuất - Lạnh đông thực phẩm để xuất bày bán siêu thị Công nghệ lạnh đông tạo sản phẩm chế biến sẵn, sử dụng ngay, rút ngắn thời gian nội trợ 1.2.3 Các phương pháp làm lạnh đông thực phẩm (TL,tr169) Cách phân chia phương pháp làm lạnh đông nhanh hay chậm dựa sở tạo thành tinh thể đá sản phẩm, khả ẩn nhiệt đóng băng sản phẩm liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ lạnh cho sản phẩm 1.2.3.1 Phương pháp lạnh đông chậm Trong lạnh đông chậm nhiệt độ khơng khí > -25 0C, thời gian lạnh đông thường kéo dài từ 15-20h tùy thuộc kích thước chủng loại sản phẩm Số tinh thể đá hình thành gian bào nên có kích thước lớn Ngồi có cân nhiệt độ tế bào làm lạnh đông Do xuất tinh thể đá bên lẫn bên ngồi với kích thước lớn nên ngồi tác dụng phá vỡ hệ thống keo nước, làm tiêu nguyên sinh chất tế bào, gây tác dụng học tinh thể đá có cạnh sắc với với áp suất lớn, phá rách màng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào sản phẩm, tan giá dịch bào sản phẩm bị chảy (do màng tế bào rách) làm sản phẩm giảm giá trị dinh dưỡng, dễ nhiễm trùng có giảm đến 50% giá trị thương phẩm so với sản phẩm tươi sống Vì ngày người ta khơng dùng phương pháp lạnh đông chậm để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Tuy nhiên phương pháp ứng dụng bảo quản số rau dự trữ cho chế biến nước sau ứng dụng để làm hỗn hợp thực phẩm dạng huyền phù 1.2.3.2 Phương pháp làm lạnh đông nhanh Khi làm lạnh đơng nhanh q trình nhiệt từ sản phẩm tăng cường, nhằm rút ngắn thời gian làm lạnh đông, hạn chế tạo thành tinh thể đá to gian bào hạn chế dịch chuyển nước tế bào gian bào mà tạo nhiều tinh thể đá bé tế bào từ gây tác dụng học nguyên sinh chất màng tế bào Mơi trường làm lạnh đơng nhanh thường khơng khí chất lỏng Chế độ lạnh đông nhanh: Nhiệt độ môi trường lạnh phải thấp -350C Vận tốc đối lưu mơi trường khí từ 3-5m/s, mơi trường lỏng 1m/s Kích thước sản phẩm nhỏ Nhiệt độ lạnh sản phẩm phải thấp, t0ql ≤ -60C Q trình đóng băng sản phẩm phải xảy lúc tế bào gian bào để hạn chế chuyển nước từ tế bào gian bào - - Tất điều kiện nhằm bảo đảm cho tốc độ trình lạnh đông nhanh kịp thời, xảy đóng băng đồng loạt khối lượng nước lớn: nước tự nước liên kết yếu Ưu điểm phương pháp lạnh đông nhanh so với lạnh đông chậm: - Đảm bảo tốt đặc tính sản phẩm - Giảm thời gian lạnh đông xuống 3-4 lần - Tăng cường tính chất mặt ngồi sản phẩm, - Hạn chế tổn hao khối lượng 1,5 -2 lần 1.2.3.3 Phương pháp lạnh đông cực nhanh tăng điều kiện vệ sinh Khi lạnh đông tức thời thoát nhiệt nhanh nên hạn chế mạnh chuyển nước tế bào gian bào, hạn chế tạo thành tinh thể đá to gian bào, có nước chuyển qua màng tế bào để đóng băng kết tinh gian bào nên làm tan giá chậm trở lại tế bào, làm tế bào sống lại được, không phá vỡ cấu trúc nguyên sinh Như muốn làm lạnh đông tức thời phải đảm bảo điều kiện cần có nhiều tâm kết tinh, để tạo thành nhiều tinh thể bé tế bào Ngày kĩ thuật lạnh tiên tiến cho phép lạnh đông cực nhanh với thời gian khoảng 5-10 phút, tức 1/60 thời gian lạnh đông nhanh Thường tiến hành môi trường lỏng (nitơ, Freon…) 1.2.4 Phân loại máy kết đông (TL,tr153) Việc lựa chọn phương pháp, thiết bị lạnh đông cho phù hợp cần dựa vào giá thành, chức thiết bị, loại sản phẩm Có dạng: Bảng 1.1: Các loại máy kết đơng • Kết đơng buồng gió lạnh • • Buồng kết đơng gió Tủ kết đơng gió Máy kết đơng tầng sơi IQF Kết đơng tiếp xúc • Máy kết đơng băng chuyền xoắn IQF • Máy kết đông tiếp xúc kiểu Máy kết đơng tiếp xúc kiểu quay • Kết đơng phun khí hóa lỏng 1.2.5 • Máy kết đơng phun nitơ lỏng Các biến đổi thực phẩm trình lạnh đơng (TL,tr146) Đối với q trình bảo quản sản phẩm thực phẩm nói chung sản phẩm thủy sản nói riêng q trình làm lạnh đơng làm biến đổi tính chất nguyên liệu, nhiên thực tế phải tìm hiểu biến đổi 1.2.5.1 Biến đổi vật lý - Sự kết tinh nước: Trong q trình làm lạnh đơng nước tách đông lại tạo tinh thể đá,làm cho sản phẩm dạng rắn thay đổi thể tích Khi nước thực phẩm kết tinh tạo thành mạng tinh thể xen kẽ thành phần khác tạo cấu trúc bền vững, làm tan băng phục hồi lại trạng thái ban đầu cấu trúc bị mềm ra, đàn hồi - Biến đổi màu sắc: đồng thời với trình màu sắc thực phẩm biến đổi hiệu ứng quang học tinh thể đá khúc xạ ánh sáng Màu sắc thực phẩm nước đóng băng phụ thuộc tính chất quang ánh sáng tinh thể nước đá - Bay nước: q trình lạnh đơng có tượng nước, giảm trọng lượng sản phẩm Ẩm bốc lên từ bề mặt sản phẩm vào khơng khí xung quanh, sản phẩm nhập có bề mặt ướt cấp đơng chúng đơng lại, sau diễn q trình thăng hoa Nếu chênh lệch nhiệt độ bề mặt sản phẩm khơng khí buồng cấp đơng lớn ẩm bốc mạnh, gây hao hụt khối lượng - Khuyếch tán nước: Khi cấp đông xảy tượng khuyếch tán nước cấu trúc thực phẩm, nước khuyếch tán nguyên nhân: + + Sự chênh lệch nhiệt độ gây nên chênh lệch mật độ Sự lớn lên tinh thể đá thu hút nước từ vị trí chưa kết tinh, làm cho nước từ nơi có nồng độ chất tan thấp chuyển đến nơi có nồng độ chất tan cao Sự di chuyển nước thực nhờ tính bán thấm mao dẫn cấu trúc thực phẩm Động lực trình khuyếch tán, làm cho nước di chuyển từ tế bào gian bào từ ngoài, từ vị trí liên kết tự Khi nước khuyếch tán cấu trúc tế bào co rút, số chất tan biến tính, dẫn đến làm tan phần thực phẩm gần bề mặt 1.2.5.2 Biến đổi hóa học Mức độ biến đổi hoá học phụ thuộc vào trạng thái ban đầu thực phẩm phương pháp làm lạnh Nói chung nhiệt độ giảm nhanh thời gian làm lạnh ngắn nên biến đổi hoá học diễn với tốc độ chậm, hư hỏng, chất lượng thực phẩm đảm bảo Các biến đổi chủ yếu ơxi hố sắc tố làm biến màu thực phẩm Sự ơxi hố phụ thuộc mức độ tiếp xúc với khơng khí thực phẩm chất lượng ban đầu Để giảm ơxi hố loại bỏ sắc tố trước làm lạnh, hạn chế bớt hoạt tính enzim, hạn chế tiếp xúc với khơng khí, làm tăng tốc độ làm lạnh 1.2.5.3 Biến đổi vi sinh Trước làm lạnh thực phẩm thường rửa để loại bỏ tạp chất nơi chứa chấp nhiều loại vi sinh vật Trong q trình làm lạnh nhiệt độ mơi trường làm lạnh có nhiệt độ khơng phù hợp với vi sinh vật nên vi sinh vật lớp bề mặt thực phẩm bị tiêu diệt Số lại bị hạn chế khả hoạt động Nhưng chúng thích nghi dần với lạnh, nên thời gian bảo quản thực phẩm bị giảm 1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới thời 1.2.6.1 Loại thiết bị làm lạnh đông gian lạnh đông (TL,tr151) Có nhiều loại thiết bị làm lạnh đơng nguyên lý hoạt động khác Thiết bị gió cưỡng tiếp xúc làm lạnh đơng sản phẩm có loại tiếp xúc trực tiếp với bề mặt kim loại, có loại sản phẩm nhúng nitơ lỏng Do nguyên lí làm việc khác nên tốc độ thời gian lạnh đông khác đáng kể Đối với dạng máy cấp đông sử dụng phương pháp cấp dịch cho thiết bị bay khác làm thay đổi thời gian cấp đông 1.2.6.2 Nhiệt độ buồng lạnh đơng Nhiệt độ lạnh đơng thấp thời gian cấp đông nhanh ngược lại Thời gian lạnh đơng lâu chất lượng sản phẩm thấp cần chọn nhiệt độ buồng đơng thích hợp để thời gian nhiệt độ làm đơng tốt 1.2.6.3 Tốc độ gió buồng cấp đơng Tốc độ gió cao thời gian cấp đông nhanh hệ số toả nhiệt đối lưu tăng, kết hệ số truyền nhiệt tăng 1.2.6.4 Nhiệt độ sản phẩm trước cấp đông Việc chế biến thực phẩm diễn thời gian lâu, chế biến khay sản phẩm nào, người ta tạm cho vào kho chờ đông để tạm thời bảo quản, chờ cho đủ khối lượng cần thiết cho mẻ cấp đông đem cấp đơng Mặt khác q trình chế biến, thực phẩm ướp đá xử lý không gian lạnh Vì nhiệt độ thực phẩm đưa vào thiết bị cấp đơng thường cỡ 10 ÷ 12oC Nếu thời gian bảo quản kho chờ đơng lâu nhiệt độ thực phẩm vào cấp đơng nhỏ Nhiệt độ thực phẩm vào cấp đơng thấp thời gian cấp đông ngắn 1.2.6.5 Bề dày sản phẩm cấp đông Thời gian cấp đông lâu thực phẩm dày Người ta nhận thấy thời gian cấp đơng tăng lên cách nhanh chóng tăng chiều dày thực phẩm Mối quan hệ không theo qui luật tuyến tính mà theo bậc bình phương chiều dày Các sản phẩm cấp đông dạng khối (block) có thời gian cấp đơng lâu,nhưng dạng rời thời gian ngắn nhiều 1.2.6.6 Hình dạng sản phẩm Hình dạng thực phẩm ảnh hưởng tới tốc độ làm lạnh Hình dạng có liên quan tới diện tích tiếp xúc Dạng khối có diện tích tiếp xúc nhất, sản phẩm dạng rời có diện tích tiếp xúc lớn nên thời gian làm lạnh giảm nhiều Sản phẩm nhỏ có diện tích tiếp xúc lớn nên thời gian cấp đơng nhanh 1.2.6.7 Diện tích bề mặt tiếp xúc Khi diện tích tiếp xúc thực phẩm với tác nhân với bề mặt làm lạnh tăng thời gian làm lạnh giảm Trong tủ đông tiếp xúc, bề mặt khơng phẳng diện tích tiếp xúc nhỏ làm tăng thời gian làm lạnh Vì khay cấp đơng phải có bề mặt phẳng, khơng gồ ghề lồi lõm Trong thiết bị đông rời nên bố trí sản phẩm theo tồn khay hay băng chuyền cấp đông.Trên lắc cấp đông có băng làm giảm diện tích tiếp xúc 1.2.6.8 Bao gói sản phẩm Một số sản phẩm cấp đơng đóng gói trước nên cấp đơng làm tăng nhiệt trở Đặc biệt bao gói có lọt lớp khí bên tạo lớp cách nhiệt làm tăng đáng kể thời gian cấp đơng 1.2.6.9 Loại thực phẩm Mỗi loại thực phẩm có nhiệt dung nhiệt hàm khác nhau, nhiệt lượng cần thiết để cấp đông 1kg loại thực phẩm khác 1.2.7 Chọn môi chất lạnh (TL,tr32) Người ta thường sử dụng môi chất tải lạnh hệ thống máy lạnh lớn NH3 Freon Tuy nhiên NH3 có tính chất nhiệt động phù hợp với chu trình máy lạnh nén dùng máy nén pittơng có số tính chất như: - Đây loại mơi chất khí khơng màu, có mùi hắc, môi chất quan trọng sử dụng o o nhiều lĩnh vực từ nhiệt độ bay 10 C – (- 60 C) Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén thiết bị gọn nhẹ - Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao nên tổn thất áp suất nhỏ, đường ống van o gọn nhẹ Ẩn nhiệt hóa lớn (r = 313.89 kcal/kg nhiệt độ hóa – 15 C), khơng gây phá hủy tầng ôzôn chất freon - Hệ số dẫn nhiệt trao đổi nhiệt lớn, thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo thiết bị ngưng tụ bay Mặt khác NH3 có khả hòa tan vơ hạn nước nên van tiết lưu không bị tắc ẩm - Là loại môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển bảo quản, rò rỉ dễ phát có mùi hắc - Khơng ăn mòn phi kim loại chế tạo máy - Bền vững khoảng nhiệt độ áp suất công tác Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm NH3 có nhược điểm như: - Gây độc hại người, gây kích thích niêm mạc mắt, dày nồng độ lớn 5% thể tích thời gian 30 phút làm người bị chết ngạt - Gây cháy nổ khơng khí, nồng độ 13,5 – 16% cháy nhiệt độ 651 C - Nếu bị rò rỉ dễ bị hấp thụ làm giảm chất lượng sản phẩm Vì mà mơi chất thường sử dụng công nghiệp không sử dụng tủ lạnh gia đình 1.3 Tổng quan tủ đông tiếp xúc (TL,tr173) Máy kết đông tiếp xúc loại máy kết đông cho sản phẩm thực phẩm thường dạng bánh, khay có kích thước tiêu chuẩn tiếp xúc trực tiếp với mặt lạnh Bề mặt lạnh làm lạnh mơi chất lạnh sôi trực tiếp nước muối Theo kết cấu chia loại máy kết đơng tiếp xúc kiểu đứng, ngang kiểu trống quay Ở đây, ta thiết kế tủ đông tiếp xúc kiểu ngang 1.3.1 Cấu tạo Tủ đông tiếp xúc sử dụng để cấp đông mặt hàng dạng block Mỗi block thường có khối lượng 2kg Tủ gồm có nhiều lắc cấp đơng (freezer plates) bên trong, khoảng cách điều chỉnh ben thủy lực, thường dịch chuyển từ 50 đến 105mm Kích thước chuẩn lắc 2200Lx1250Wx22D (mm) Đối với tủ cấp đơng lớn kích thước từ 2000kg/mẻ trở lên, người ta sử dụng lắc lớn, có kích thước 2400Lx1250Wx22D (mm) Sản phẩm cấp đơng đặt khay cấp đơng sau đặt trực tiếp lên lắc lên mâm cấp đơng, mâm có khay Đặt trực tiếp khay lên lắc tốt có khay hạn chế nhiệt trở dẫn nhiệt Ben thủy lực nâng hạ lắc đặt tủ cấp đông Pittong cần dẫn ben thủy lực làm thép không rỉ, đảm bảo yêu cầu vệ sinh Hệ thống có phân phối dầu cho truyền động bơm thủy lực Phía bên tủ cùm ben vừa giá nâng lắc ép ben ép lắc xuống Để lắc không di chuyển qua lại chuyển động, lắc có gắn định hướng, tựa lên định hướng q trình chuyển động Bên tủ có ống góp cấp lỏng Do lắc di chuyển nên đường ống môi chất nối từ ống góp vào lắc ống nối mềm cao su chịu áp lực cao, bên ngồi có lưới inox bảo vệ Trên tủ cấp đơng người ta đặt bình trống tràn, hệ thống máy nén thuỷ lực ben nhiều thiết bị phụ khác Khung sườn vỏ tủ chế tạo từ thép chịu 10 1tc 3tc 5’tc 6tc 9tc -30 -8 35 -5 -8 0,072 0,31 1,35 1,35 0,31 1720 1673 670 470 470 1,6 0,388 - a, Năng suất lạnh riêng khối lượng riêng tiêu chuẩn: q0TC = h1’TC – h9TC = 1626 – 470 = 1156 (kJ/kg) b, Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: qvtc = = = 722,5 (kJ/m3) c, Hệ số cấp điều kiện tiêu chuẩn: λTC= Trong đó: + p0: Áp suất thời điểm môi chất sôi, p0 = 0,072 Mpa + : Hiệu áp suất clape hút, = 0,005 Mpa + ptg: Áp suất trung gian, ptg = 0,31Mpa + : Hiệu áp suất clape đẩy, ∆ptg = 0,01 Mpa + Đối với NH3, m = 0,95 ÷ 1,1 Ta lấy m = + C : Tỉ số thể tích chết, c = 0,03 ÷ 0,05, chọn c = 0,04 + T0: Nhiệt độ tuyệt đối sôi môi chất, T0 = -40 + 273 = 2330K + Ttg : Nhiệt độ tuyệt đối trung gian môi chất Ttg = -8 + 273 = 2650K Thay vào, ta : λTC = = 0,82 d, Năng suất tiêu chuẩn Q0TC tính chuyển từ Q0 Q0tc = q0 (kW) Trong : qv = = = 551,4 (kJ/m3) λha = 0,77; Q0 = 82,3067 (kW) Suy ra: Q0TC = 82,3067 = 114,85 (kW) e, Công suất nén đầu trục máy nén Ne 34 Để lựa chọn máy nén thích hợp, người ta dựa vào công suất nén đầu trục máy nén Ne Mặt khác, ta có Ne = Ni + Nms Trong đó: Ni cơng suất thị, Nms công suất ma sát Ni : Công suất thị công nén thực trình nén lệch khỏi trình nén đoạn nhiệt lý thuyết Được tính sau : Ni = (kW) Trong : - : hiệu suất thị,= λw + b.t0 Với : + λw = = = 0,86 + Đối với máy nén ammoniac khơng có trượt chọn b = 0,001 + t0: nhiệt độ sôi môi chất, t0 = - 450C Từ ta có : ηi = 0,86 + 0,001.(- 45) = 0,815 (1) - Ns : cơng nén đoạn nhiệt, Ns = m1 × l1 (kW) Với : + l1 công nén riêng, l1 = h2 – h1 (kJ/kg) + m1 = 0,071(kg/s) Từ ta có: Ns = 0,071.(1950 – 1720) = 16,33 (kW) (2) Từ (1) (2) ta có : Ni = = = 20,04 (kW) (3) Nms công ma sát sinh ma sát chi tiết truyền động máy nén, công suất mày phụ thuộc kích thước cường độ hoạt động máy nén Được tính sau : Nms = Vtt.pms Với : pms áp suất ma sát riêng, máy amoniac thẳng dòng, p ms = 0,049 – 0,069MPa, ta chon pms = 0,06MPa = 60 KPa (TL Vtt :thể tích hút thực tế máy nén phẩn hạ áp, Vtt = 0,15 Thay vào,ta có : Nms = 0,15 × 60 = (kW) (4) Từ (3) (4) ta có : Ne = Ni + Nms = 20,04 + = 29,04 (kW) f, Công suất tiếp điện: công suất đo bảng đấu điện động Công suất tiếp điện Nel thực tế phải lớn cơng suất N e tính thêm tổn thất truyền động loại máy nén để truyền động khớp, truyền động đai, nhiên trục khuỷn lắp trực tiếp trục động tổn thất truyền động khơng Tổn thất động điện gọi cơng nén thực tế Đặc trưng cho tổn thất truyền động ηtđ, đặc trưng cho tổn thất động ηel Vậy: NelHA = 35 Truyền động đai có hiệu suất truyền động ηtđ = 0,95 Hiệu suất truyền động động điện ηel = 0,9 Thường cơng suất tiếp điện lớn cơng suất hữu ích 10 – 15% Nên ta có : NelHA = = = 33,96 (kW) 4.3.2 Tính tốn cấp cao áp 4.3.2.1 Lưu lượng khối lượng môi chất qua cấp nén cao áp (m3) Cân entanpy bình trung gian, ta có: (m3 – m1).h7 + m1.h5 + m1.h2 = m3.h3 + m1.h6 = = m3 = m1 = 0,071 = 0,1 (kg/s) 4.3.2.2 Thể tích hút thực tế cấp cao áp VttCA = m3.v3 = 0,1 × 0,388 = 0,0388 (m3/s) 4.3.2.3 Hệ số cấp nhiệt máy nén λCA= Sử dụng số liệu phần 4.3.1.3, ta có: λCA = = 0,64 4.3.2.4 Hệ số cấp máy nén điều kiện tiêu chuẩn λCA = Với điều kiện chuẩn là: - ptg = 0,31MPa - pk = 1,35 MPa - ttg = -8 + 273 = 2650K - tk = 35 + 273 = 3080K - = 0,01 MPa - Đối với NH3, m = 0,95 ÷ 1,1 Ta lấy m = - C = 0,04 36 λCA = = 0,72 4.3.2.5 Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Q0 Q0tc = q0 (kW) Theo tính tốn trên, ta có : - qv = = = 551,4 (kJ/m3) λCA = 0,72 Q0 = 82,3067 (kW) λTC =0,82 qvtc = 722,5 (kW) Suy ra: Q0TC = 82,3067 = 122,8(kW) 4.3.2.6 Công nén đoạn nhiệt cao áp Ns = m3 × l2, (kW) Trong đó: m3: lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp, m3 = 0,1 (kg/s) l2: công nén riêng cấp cao áp, l2 = h4 – h3 Thay vào: Ns = 0,1 × ( 2010 – 1673) = 33,7 (kW) 4.3.2.7 Hiệu suất thị ηi = λw + b.ttg Trong đó: - λw = = = 0,83 - Đối với máy nén ammoniac khơng có trược b = 0,001 - Ttg: nhiệt độ trung gian môi chất, ttg = -80C Thay vào, ta có : ηi = 0,83 + 0,001.(-8) = 0,822 4.3.2.8 Công suất thị Ni = = = 41 (kW) 4.3.2.9 Công suất ma sát Nms = VttCA × pms, (kW) Với: pms áp suất ma sát riêng, máy amoniac thẳng dòng, p ms = 0,049 – 0,069MPa, ta chon pms = 0,06MPa = 60 KPa.(TL VttCA = 0,0388 (m3/s) 37 Suy ra: Nms = 0,0388 × 60 = 2,33 (kW) 4.3.2.10 Cơng suất hữu ích Ne = Nms + Ni = 2,33 + 41 = 43,33 (kW) 4.3.2.11 Công suất tiếp điện NelCA = ,(kW) Với : - ηtd : Hiệu suất truyền động khớp, đai,… ηtd = 0,95 - ηel : Hiệu suất động cơ, ηel = 0,8 ÷ 0,95, chọn ηel = 0,9 Suy ra: NelCA = = 50,64 (kW) 4.3.2.12 Nhiệt thải bình ngưng Qk Qk = m3.l3 = m3.(h4 – h5) = 0,1.(2010 – 680) = 133 (kW) Vậy : Tổng công suất điện nén cao áp hạ áp : Nel = 50,64+ 33,96 = 84,6 (kW) Tổng cơng suất hữu ích cao áp hạ áp : Ne = 43,33 + 29,04 = 72,37 (kW) Công suất động điện lắp đặt Ndc : công suất lăp đặt phải lớn cơng suất tiếp điện nhiều chế độ làm việc có u cầu cơng suất nén khác Khi t0 tk tăng cơng suất nén tăng, người ta phải tính tốn theo chế độ làm việc khắc nhiệt mà máy nén gặp phải Đồng thời trình vận hành điện áp không ổn định, chọn công suất động tránh tải điện áp hụt cần phải cọn cơng suất lớn thường N dc = (1,1 ÷ 2,2) Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, ta chọn hệ số an toàn 1,5 Nên: Ndc = 1,5 × Nel = 1,5 × 81,52 = 122,28 (kW) 4.3.3 Lựa chọn máy nén Qua việc tính tốn chương III, ta xác định nhiệt tải máy nén Q0MN = 82,3067 kW Đây suất lạnh mà máy nén cần ph ải đạt để đảm bảo trì nhiệt độ tủ đông điều ki ện thi ết kế Với chế độ làm việc sau: - Máy nén cấp 38 - Môi chất lạnh: NH3 - Nhiệt độ ngưng tụ tk = 460C - Nhiệt độ sôi môi chất t0 = -450C - QMN = 82,3067 kW, Ndc = 122,28 kW Tra bảng máy nén pittong MYCOM hai cấp nén (kiểu hở), suất lạnh công suất trục nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ bay khác nhau, môi chất lạnh NH3,(bảng 7.3,TL,tr223) Em chọn máy nén Mycom cấp có kí hiệu N124B với thơng số sau: Kí hiệu Pittong φ S, mm N124B 130φ × 100 Số xilanh 12 + Tốc độ, vg/ph 870 Thể tích quét, m3/h Q0 Ne, kW 1108,8 81200 kcal/h = 94,3 kW 72,4 Số lượng máy nén là: ZMN = = = 1,69 Vậy, ta chọn máy Hình 4.5 : Máy nén MYCOM cấp KẾT LUẬN Q trình làm lạnh đơng trình quan trọng sử dụng phổ biến đời sống ngành cơng nghệ thực phẩm, quan trọng thủy sản Để sử dụng phương pháp có 39 nhiều thiết bị ứng dụng Tủ đông tiếp xúc thiết bị sử dụng phổ biến mang lại hiệu cao Việc thiết kế phải phù hợp với sản phẩm suất để đạt hiệu tối ưu Qua tháng nhận đề tài: Thiết kế tủ đông tiếp xúc suất 1,1 tấn/mẻ, nhận giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Lê Thanh Long giúp đỡ từ bạn nhóm với nỗ lực than, em hồn thành xong đồ án cơng nghệ Tuy nhiên q trình làm tính tốn nhiều thiếu sót, kính mong đóng góp ý kiến thầy để đồ án hồn thiện để nâng cao, tích lũy nhiều kiến thức bổ ích Qua em xin cám ơn chân thành tới ban lãnh đạo khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ, thầy cô khoa, đặc biệt thầy giáo Lê Thanh Long hướng dẫn, tạo điều kiện tận tình giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin cảm ơn tới bạn tập thể CNTP 47 nhiệt tình giúp đỡ em Em xin cảm ơn ! Huế, ngày… tháng… năm 2016 Sinh viên thực NGUYỄN THANH TẤN TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Lợi, Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội,2002 Võ Chí Chính, Giáo Trình Cơng Nghệ Lạnh, Đại Học Đà Nẵng,2009 40 Nguyễn Đức Lợi, Vật Liệu Kĩ Thuật Nhiệt Lạnh, NXB Bách Khoa Hà Nội,2008 Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Máy Thiết Bị Lạnh, NXB Giáo Dục,1998 41 Nguyễn Xuân Phương, Kỹ Thuật Lạnh Thực Phẩm, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Kỹ Thuật Lạnh Cơ Sở, NXB Giáo Dục, 2009 Https://voer.edu.vn/m/he-thong-tu-cap-dong-tiep-xuc/a295cd21 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC 1.1 Nguyên liệu 1.2 Tổng quan công nghệ lạnh đông thực phẩm 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Mục đích, ý nghĩa lạnh đơng thực phẩm 1.2.3 Các phương pháp làm lạnh đông thực phẩm .3 1.2.3.1 Phương pháp lạnh đông chậm 1.2.3.2 Phương pháp làm lạnh đông nhanh 1.2.3.3 Phương pháp lạnh đông cực nhanh 1.2.4 Phân loại máy kết đông .4 1.2.5 Các biến đổi thực phẩm trình lạnh đơng .5 1.2.5.1 Biến đổi vật lý 1.2.5.2 Biến đổi hóa học .6 1.2.5.3 Biến đổi vi sinh .6 1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới thời gian lạnh đông 1.2.6.1 Loại thiết bị làm lạnh đông .6 1.2.6.2 Nhiệt độ buồng lạnh đông 1.2.6.3 Tốc độ gió buồng cấp đông 1.2.6.4 Nhiệt độ sản phẩm trước cấp đông 1.2.6.5 Bề dày sản phẩm cấp đông .7 1.2.6.6 Hình dạng sản phẩm .7 1.2.6.7 Diện tích bề mặt tiếp xúc 1.2.6.8 Bao gói sản phẩm 1.2.6.9 Loại thực phẩm .8 1.2.7 Chọn môi chất lạnh 1.3 Tổng quan tủ đông tiếp xúc 1.3.1 Cấu tạo 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 10 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN TỦ ĐƠNG TIẾP XÚC NĂNG XUẤT 1,1 TẤN/MẺ 12 2.1 Các thông số thiết kế tính tốn sơ .12 2.1.1 Các thông số thiết kế tủ đông tiếp xúc .12 2.1.2 Kích thước, số khay lắc cấp đông 12 2.1.2.1 Kích thước, số lượng khay lắc cấp đơng .12 2.1.2.2 Kích thước tủ đơng tiếp xúc suất 1100kg/mẻ .13 2.1.3 Cấu trúc xây dựng tủ cấp đông tiếp xúc 14 2.1.4 Xác định chiều dày cách nhiệt tủ cấp đông tiếp xúc 14 2.1.4.1 Vật liệu cách nhiệt 14 2.1.4.2 Xác định chiều dày cách nhiệt .15 2.1.5 Kiểm tra đọng sương bề mặt vách cách nhiệt 17 2.1.6 Tính kiểm tra đọng ẩm .18 2.2 Tính tốn nhiệt tủ cấp đông tiếp xúc 1100kg/mẻ 18 2.2.1 Tổn thất nhiệt truyền nhiệt qua kết cấu bao che 18 2.2.2 Tổn thất nhiệt làm lạnh sản phẩm (Q2) .19 2.2.2.1 Tổn thất sản phẩm mang vào (Q21) 20 2.2.2.2 Tổn thất làm lạnh khay cấp đông ( Q22) 20 2.2.2.3 Tổn thất nhiệt châm nước (Q23) .20 2.2.3 Tổn thất nhiệt mở cửa Q3 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN 23 3.1 Kết tính tốn tủ đông tiếp xúc 23 3.2 Tổng kết tổn thất nhiệt tủ đông tiếp xúc 24 3.3 Xác định tải nhiệt cho thiết bị máy nén 24 3.3.1 Tải nhiệt cho thiết bị 24 3.3.2.Tải nhiệt cho máy nén .24 CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG LẠNH VÀ MÁY NÉN 26 4.1 Chọn thông số chế độ làm việc 26 4.1.1 Nhiệt độ sôi môi chất lạnh t0 .26 4.1.2 Nhiệt độ ngưng tự tk 26 4.1.3 Nhiệt độ lạnh tql (0C) 27 4.1.4 Nhiệt độ nhiệt tqn (0C) 27 4.2 Thành lập sơ đồ tính tốn chu trình lạnh .28 4.2.1 Các thông số ban đầu .28 4.2.2 Thành lập sơ đồ .28 4.2.3 Xác định chu trình nén cấp bình trung gian có ống xoắn .30 4.2.3.1 Xác định thông số trạng thái chu trình 30 4.2.3.2 Năng suất lạnh riêng, q0 31 4.2.3.3.Năng suất lạnh riêng thể tích, qv 31 4.2.3.4 Công nén riêng .31 4.2.3.5 Năng suất nhiệt riêng, qk .32 4.2.3.6 Hệ số lạnh .32 4.3 Tính tốn chu trình lạnh chọn máy nén 32 4.3.1 Tính cấp hạ áp 32 4.3.1.1 Lưu lượng thực tế nén qua máy nén hạ áp .32 4.3.1.2 Thể tích hút thực tế máy nén hạ áp 33 4.3.1.3.Hệ số cấp nén 33 4.3.1.4 Quy đổi suất lạnh sang chế độ tiêu chuẩn để chọn máy nén .33 4.3.2 Tính tốn cấp cao áp 37 4.3.2.3 Hệ số cấp nhiệt máy nén .37 4.3.2.4 Hệ số cấp máy nén điều kiện tiêu chuẩn 38 4.3.2.5 Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Q0 .38 4.3.2.6 Công nén đoạn nhiệt cao áp 38 4.3.2.7 Hiệu suất thị 39 4.3.2.8 Công suất thị 39 4.3.2.9 Công suất ma sát 39 4.3.2.10 Cơng suất hữu ích .39 4.3.2.11 Công suất tiếp điện .39 4.3.2.12 Nhiệt thải bình ngưng Qk .39 4.3.3 Lựa chọn máy nén 39 KẾT LUẬN .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các loại máy kết đông …5 Bảng 2.1: Các lớp cách nhiệt tủ đông tiếp xúc 14 Bảng 2.2: Dòng nhiệt riêng mở cửa theo chiều cao buồng 6m diện tích buồng 22 Bảng 3.1: Kết tính tốn tủ đơng tiếp xúc .23 Bảng 3.2: Giá trị tính tốn chọn kết cấu lớp cách nhiệt 23 Bảng 3.3: Kết tính tốn tổn thất nhiệt tủ đông tiếp xúc .24 Bảng 3.4: Tải nhiệt cho thiết bị máy nén 25 Bảng 4.1: Các thông số trình 27 Bảng 4.2: Thông số trạng thái điểm nút chu trình 30 Bảng 4.3: Bảng chế độ lạnh tiêu chuẩn NH3 34 Bảng 4.4: Các thơng số chu trình tiêu chuẩn 34 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Tủ đơng tiếp xúc 10 Hình 4.1: Chu trình cấp bình trung gian ống xoắn 28 Hình 4.2: Chu trình biểu diễn đồ thị T-S 29 Hình 4.3: Chu trình biểu diễn đồ thị lg P-h 29 Hình 4.4: Chu trình tiêu chuẩn biểu diễn đồ thị lg P-h 33 Hình 4.5: Máy nén MYCOM cấp 41 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ− CƠNG NGHỆ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Đề tài: THIẾT KẾ TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC BẢO QUẢN THỦY SẢN CÔNG SUẤT 1100KG/MẺ Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thanh Long Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tấn Mã sinh viên: 13L1031350 Lớp: CNTP K47B Huế, 4/2016