TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMBÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ LẠNH THỰC PHẨM Đề tài: “Thiết kế hệ thống kho lạnh phân phối bảo quản Phile cá basa đ
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÁ BA SA
Nguồn gốc, phân loại và sự phân bố
Cá ba sa, hay còn gọi là cá giáo hoặc cá sát bụng, là một loài cá da trơn có giá trị kinh tế cao Loài cá này được nuôi phổ biến tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Hệ thống phân loại Tyson Roberts, cá ba sa thuộc họ Pangasiidae, giống Pangasius, loài P.bocouri Trước đây, cá ba sa được định danh là Pangasius pangasius.
Cá ba sa phân bố rộng ở Myanma, Java, Thái Lan, Campuchia, Việt Nam.
Cá sống chủ yếu ở các sông rộng với dòng chảy mạnh và là đối tượng nuôi nước ngọt có sản lượng xuất khẩu lớn nhất hiện nay Nghề nuôi cá ba sa trong vè đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu với mô hình nuôi công nghiệp, đạt năng suất trung bình từ 130-150 kg/m3/năm Hiện tại, có khoảng 4000 bè nuôi cá, sản xuất hơn 40000 tấn mỗi năm Cá ở đây có chế độ ăn tạp, chủ yếu là động vật, với tỉ lệ Li/L nhỏ thay đổi từ 1,78 trong tự nhiên đến 2,36 khi nuôi trong bè.
Cá giống được thả nuôi trong bè với trọng lượng từ 80-150 g/con, được cho ăn khẩu phần phù hợp cho loài ăn tạp Sau 10-11 tháng nuôi, cá có thể đạt trọng lượng từ 800-1500 g/con Trong môi trường tự nhiên, cá tăng trưởng nhanh, với trọng lượng 0.7 kg ở một năm tuổi, 1.2 kg ở hai năm tuổi, có kích cỡ tối đa gần một mét và trọng lượng từ 15-18 kg.
Hình 1.1 Cá basa trưởng thành
Thành phần dinh dưỡng của cá ba sa
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cá basa và cá tra
Thành phần Cá ba sa
Năng lượng từ chất béo 60 cal
Đặc điểm sinh học
Cá ba sa có ngoại hình dễ nhận biết với thân hình ngắn, hình thoi, hơi dẹp bên và bụng to tích lũy nhiều mỡ Chiều dài tiêu chuẩn của cá bằng 2,5 lần chiều cao thân Đầu cá ngắn, hơi tròn và dẹp đứng, với miệng hẹp nằm lệch dưới mõm, chiều rộng miệng chỉ chiếm dưới 10% chiều dài chuẩn Dải răng hàm trên to, rõ ràng khi miệng khép lại, và có các răng trên xương khẩu cái với vết lõm sâu ở giữa Cuống đuôi cao hơn 7% chiều dài chuẩn, trong khi mặt lưng có màu nâu và mặt bụng màu trắng.
Tình hình tiêu thụ cá ba sa ở Việt Nam và trên thế giới
Ở Việt Nam hai họ chính trong bộ cá trơn đucợ nghiên cứu là họ
Họ Pangasiidae bao gồm 21 loài thuộc 2 giống: 19 loài thuộc giống Pangasius và 2 loài thuộc giống Helicophagus Trong số đó, có một loài sống trong môi trường nước lợ và hai loài sinh sống ở biển Thói quen ăn uống của các loài trong họ Pangasiidae có sự thay đổi theo từng giai đoạn phát triển của cá thể.
Trong họ Pangasiidae, cá ba sa và cá tra là hai loài cá nuôi kinh tế quan trọng tại đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt trong hình thức nuôi tăng sản Nghề nuôi cá bè hàng năm cung cấp hàng tấn cá basa cho thị trường nội địa và hàng ngàn tấn nguyên liệu cho thức ăn gia súc Năm 1993, sản lượng nuôi bè ở miền Nam Việt Nam ước đạt khoảng 17.400 tấn, trong đó cá ba sa chiếm 13.400 tấn Đến năm 1996, sản lượng cá ba sa đạt khoảng 15.000 tấn.
Theo ước tính, tháng 12/2018 xuất khẩu thủy sản đạt 175 nghìn tấn, trị giá
Xuất khẩu thủy sản của Việt Nam trong năm 2018 ước đạt 2 triệu tấn, đạt giá trị 8,83 tỷ USD, giảm 1,76% về lượng nhưng tăng 6,3% về giá trị so với năm 2017 Trong năm 2017, giá trị xuất khẩu thủy sản đạt 800 triệu USD, tăng 1,29% về lượng và 8,09% về giá trị.
Theo số liệu từ Tổng cục Hải quan, trong tháng 11 năm 2018, xuất khẩu thủy sản đạt 1,85 triệu tấn với giá trị 8,04 tỷ USD, giảm 0,8% về lượng nhưng tăng 5,4% về giá trị so với cùng kỳ năm 2017 Xuất khẩu cá và chả cá ghi nhận sự tăng trưởng khả quan, trong khi xuất khẩu tôm giảm do phải cạnh tranh với các thị trường cung cấp khác.
Xuất khẩu cá tra, cá basa 11 tháng năm 2018 đạt 796 nghìn tấn, trị giá 2.03 tỷ USD, tăng 3,6% về lượng và tăng 26,5% về trị giá so với năm 2017 Năm
Năm 2018, xuất khẩu cá tra ghi nhận sự tăng trưởng tích cực, chủ yếu nhờ vào việc xuất khẩu sang Trung Quốc Khu vực EU cũng có sự phát triển khả quan, trong khi xuất khẩu sang Hoa Kỳ bắt đầu có dấu hiệu phục hồi gần đây Theo thống kê của NMFS vào tháng 10 năm 2018, lượng nhập khẩu cá da trơn của Hoa Kỳ đã tăng 154,4%, và giá trị nhập khẩu tăng 215,4% so với cùng kỳ.
Tính đến tháng 10/2017, phần lớn cá da trơn Hoa Kỳ nhập khẩu đến từ Việt Nam Nhu cầu cao từ thị trường Trung Quốc đã thúc đẩy ngành cá tra Việt Nam nâng cao khả năng cạnh tranh thông qua chất lượng sản phẩm và chú trọng đến các sản phẩm giá trị gia tăng cùng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, thay vì chỉ cạnh tranh bằng giá cả Nhờ đó, cá tra Việt Nam đã lấy lại được thiện cảm tại thị trường này Dự báo, trong năm 2019, xuất khẩu cá tra và cá ba sa sẽ tiếp tục có sự tăng trưởng khả quan so với năm 2018.
CHẾ ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN SẢN PHẨM
Chế độ bảo quản
- Sản phẩm: Phile cá basa đông lạnh
- Nhiệt độ kho bảo quản lạnh đông: -18 o C
- Môi chất sử dụng trong hệ thống: Freon (R22)
■ Địa điểm lắp đặt: Hải Phòng
■ Đặc điểm địa hình: (bổ sung)
Theo Bảng 1-1 trong Giáo trình Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của Nguyễn Đức Lợi, nhiệt độ và độ ẩm là các yếu tố quan trọng để tính toán hệ thống lạnh cho các địa phương.
Nhiệt độ TB ( o C) Độ ẩm (%)
Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông
Theo TCVN 4088 : 1985 về Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng: + ttbmax = 32,2 o C
Phương pháp làm lạnh
Để bảo quản phile cá basa, phương pháp hiệu quả là sử dụng làm lạnh và đông lạnh với hệ thống dàn lạnh trực tiếp trong buồng lạnh Việc lắp đặt thêm quạt gió trên dàn lạnh giúp tăng cường khả năng trao đổi nhiệt giữa sản phẩm và môi chất lạnh, đảm bảo cá được bảo quản tốt nhất.
Quy trình xử lý sản phẩm
- Mục đích: Tiếp nhận nguyên liệu thô từ các nhà cung cấp để chuẩn bị cho quy trình chế biến.
- Tiến hành: Cá basa sau khi thu hoạch được vận chuyển đến nhà máy trong điều kiện
Để đảm bảo độ tươi của cá, việc phân loại và bảo quản lạnh hoặc ướp đá là rất quan trọng Khi nhập kho, cá cần được kiểm tra kỹ lưỡng về trạng thái và màu sắc, đảm bảo rằng cá luôn ở trạng thái tươi ngon.
- Mục đích: Phân nhóm cá dựa trên chất lượng, kích thước và yêu cầu sản xuất.
Cá được chuyển đến khu vực phân loại, nơi nhân viên hoặc máy móc kiểm tra dựa trên các tiêu chí như kích thước (lớn, nhỏ, trung bình) và phần bị bầm dập Những con cá đạt tiêu chuẩn sẽ được chuyển sang công đoạn tiếp theo, trong khi cá không đạt sẽ bị loại bỏ hoặc chế biến thành sản phẩm phụ Quy trình phân loại cần diễn ra nhanh chóng để đảm bảo cá không bị mất nhiệt độ bảo quản.
- Mục đích: Làm đông nhanh cá phi lê để bảo vệ cấu trúc và giá trị dinh dưỡng.
Sau khi phân loại, cá được rửa sạch và phi lê để lấy phần thịt bỏ xương Phần phi lê sau đó được đặt lên băng chuyền và đưa vào máy làm đông nhanh, nhằm hạn chế sự hình thành của các tinh thể băng lớn có thể gây phá vỡ tế bào thịt cá.
- Mục đích: Lưu trữ phi lê cá đông lạnh trong thời gian dài mà không làm giảm chất lượng.
Cá sau khi được làm đông cần được bảo quản trong kho lạnh với môi trường được kiểm soát độ ẩm Điều này giúp ngăn ngừa sự hình thành băng trên bề mặt cá và tránh lây nhiễm vi sinh vật.
- Mục đích: Kiểm tra và phân loại lại sản phẩm trước khi xuất kho.
Cá phi lê được lấy ra từ kho lạnh và trải qua kiểm tra chất lượng cuối cùng Những sản phẩm bị gãy hoặc sứt mẻ trong quá trình bảo quản sẽ được loại bỏ Quy trình này cần được thực hiện nhanh chóng để đảm bảo cá không bị tan đông.
- Mục đích: Đóng gói và vận chuyển sản phẩm đến khách hàng trong điều kiện tốt nhất.
Cá phi lê được bảo quản trong bao bì kín, hút chân không hoặc túi nhựa PE, và thùng hàng được bổ sung đá hoặc gel làm lạnh để duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình vận chuyển.
Phương pháp xếp dỡ
Kho có dung tích 300 tấn, không quá lớn, vì vậy chúng ta có thể sử dụng phương pháp bốc xếp thủ công kết hợp với các thiết bị nâng hạ công nghiệp cỡ nhỏ để tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa.
- Cá basa sản phẩm được đóng vào bao bì tiêu chuẩn.
TÍNH DUNG TÍCH KHO LẠNH VÀ THIẾT KẾ MẶT BẰNG
Dung tích kho lạnh
Dung tích kho tính ở đây là tổng thể tích không gian trong các buồng bảo quản và được xác định theo công thức:
E: Dung tích kho lạnh (tấn)
Định mức chất tải thể tích (tấn/m³) cho sản phẩm cá ba sa được xác định là gv = 0,45 t/m³, theo bảng 2 – 4 trong sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh (trang 32).
Diện tích kho lạnh
Diện tích kho được tính là tổng diện tích lý thuyết của các buồng bảo quản, không bao gồm diện tích đường đi và các phòng chức năng đặc biệt, và được xác định theo công thức cụ thể.
F: Diện tích chất tải lạnh (m 2 )
h: Chiều cao của chất tải (m)
Chọn kho lạnh một tầng cao 3,6m và chiều cao chất tải lạnh là h = 2m. Vậy diện tích kho lạnh là:
Tải trọng của nền và của trần
Được tính toán theo định mức chất tải và chiều cao chất tải của nền và giá treo hoặc móc treo vào trần:
Với gF là định mức chất tải theo diện tích (t/m 2 )
→ Phụ tải nhỏ hơn phụ tải cho phép Giá trị thỏa mãn yêu cầu.
Diện tích xây dựng thực tế từng buồng lạnh
Diện tích kho thực tế được xác định sau khi đã tính toán không gian trống bên trong, bao gồm cả việc sắp xếp, bốc dỡ hàng hóa và vận chuyển hàng ra vào kho bảo quản.
Ta xác định được diện tích thực tế của kho theo công thức:
F1: Diện tích lạnh cần xây dựng (m 2 )
Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa (βF) được tính toán dựa trên tổng diện tích bao gồm đường đi, không gian giữa các lô hàng, khoảng cách giữa lô hàng với cột và tường, cũng như diện tích dành cho thiết bị như dàn bay hơi và quạt Giá trị của βF phụ thuộc vào diện tích của buồng chứa và được xác định theo bảng quy định.
Bảng 3.1 Hệ số sử dụng diện tích theo buồng
STT Diện tích buồng lạnh, m 2 β F
Cấu trúc xây dựng kho lạnh lắp ghép
Kho lạnh lắp ghép ngày nay ngày càng phổ biến nhờ vào cấu trúc đơn giản và khả năng lắp ráp nhanh chóng Khi cần thiết, kho lạnh này cũng có thể dễ dàng tháo rời và di chuyển đến vị trí khác, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng Những ưu điểm này khiến kho lạnh lắp ghép trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp.
Tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép được chế tạo từ các panel tiêu chuẩn, giúp việc vận chuyển đến địa điểm lắp ráp diễn ra nhanh chóng và dễ dàng.
- Kho lạnh lắp ráp có thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết.
- Có thể lắp đặt ngay trong phân xưởng có mái che.
Tổ hợp lạnh không cần buồng máy, cho phép lắp đặt ở vị trí thuận lợi nhất Đối với các nhà xưởng có mái cao, máy lạnh có thể được đặt ngay trên nóc kho, treo cạnh sườn hoặc ở phía sau.
-Không cần đến vật liệu xây dựng trừ nền con lươn đặt kho nên công việc xây dựng đơn giản hơn nhiều.
- Cách nhiệt là polyurethane có hệ số dẫn nhiệt thấp.
Nhược điểm cơ bản là giá thành cao hơn so với kho lạnh truyền thống.
Sau khi phân tích các ưu điểm và nhược điểm của kho lạnh lắp ghép, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn xây dựng kho lạnh lắp ghép để bảo quản phile cá ba sa, phù hợp với yêu cầu của đề tài.
Chọn vật liệu và xác định số lượng buồng lạnh cần xây dựng
Bảng 3.2 Vật liệu xây dựng
Loại panel Panel PU Panel EPS
Kết cấu ● Là những tấm cách nhiệt với lõi cách nhiệt polyurethane dày từ 50 – 200 mm.
●Hai mặt bọc tole mạ màu hoặc inox dày 0,45 – 0,5 mm.
● Được cấu thành bởi lõi polystyrene.
● Bao bọc bằng thép colorbond dày 0,6mm. Ưu điểm ● Độ bền cao hơn panel EPS, cách âm, cách nhiệt tốt.
Lắp đặt nhanh, chắc chắn, dễ tháo rời khi cần.
● Cách nhiệt cực tốt cho những công trình yêu cầu cao.
● Chịu lực, chịu nhiệt tốt, cách âm, cách nhiệt tốt.
Lắp đặt nhanh, tiết kiệm thời gian thi công.
Giá thành rẻ và chi phí bảo dưỡng thấp khiến sản phẩm này trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng Nó rất phù hợp để lắp đặt trong các kho lạnh, hầm đông cho ngành chế biến nông hải sản, kho mát, và các phòng sạch chế biến thực phẩm Ngoài ra, sản phẩm còn được sử dụng làm tấm trần trong các nhà máy lắp ráp điện trong hệ thống siêu thị, lắp nền tử, và trong các công trình xây dựng như lắp đặt hải sản, nhà tạm, và nhà nghỉ.
Do yêu cầu của kho phân phối thực phẩm rất cao cần vật liệu cách nhiệt rất tốt và bền nên ta chọn Panel PU.
Khi lựa chọn vật liệu xây dựng cho phòng bảo quản lạnh đông với nhiệt độ -20°C, nên sử dụng Panel PU cách nhiệt có kích thước 1,2m x 3,6m cho tường và 1,2m x 7,2m cho trần Độ dày cách nhiệt tối ưu theo tiêu chuẩn nhiệt độ là 100mm.
Bảng 3.3 Bảng mô tả các kho
STT Ứng dụng Nhiệt độ
1 Điều hòa không khí trong công nghiệp 20 50
Kho mát Tường ngăn kho lạnh
Kho lạnh Tường ngăn kho lạnh sâu
Kho lạnh Kho cấp đông – 20 ÷ – 30
Chiều dài tối đa của panel thường là 12m, vì vậy chúng ta lựa chọn hai loại kích thước là 7,2m và 3,6m Về chiều rộng, các panel tiêu chuẩn thường được sản xuất với kích thước là bội số của 0,3m, như 0,3m, 0,9m, 1,2m, v.v Do đó, chúng ta quyết định chọn panel có chiều rộng 1,2m.
- Kích thước 1 tấm panel chiều dài 7,2m; chiều rộng 1,2m là:
- Kích thước 1 tấm panel chiều dài 3,6m; chiều rộng 1,2m là:
- Chọn kích thước buồng bảo quản tiêu chuẩn là 7,2m x 7,2m x 3,6m (dài × rộng× cao)
- - Diện tích buồng bảo quản tiêu chuẩn là:
3.6.2 Xác định số buồng lạnh đông cần xây
Để xác định số lượng buồng bảo quản cần xây dựng, trước tiên cần chọn diện tích tiêu chuẩn cho mỗi buồng là 51,84 m² Sau đó, dựa vào diện tích thực tế đã tính toán, có thể tính toán được số lượng buồng bảo quản cần thiết.
- Số buồng bảo quản sản phẩm phile cá ba sa lạnh đông:
- Sơ đồ bố trí các buồng lạnh trong kho
- Diện tích thực tế kho lạnh:
Ta thấy Ftt chênh lệch không quá lớn so với F1 nên ta có thể chọn cách bố trí như trên cho buồng bảo quản lạnh đông.
Dung tích thực tế của kho bảo quản lạnh đông
Bố trí mặt bằng kho lạnh
Kho bảo quản sản phẩm lạnh đông gồm 6 phòng 7,2m×7,2m×3,6m (dài×rộng×cao) Kho lạnh được lắp ghép từ các tấm:
- Tấm trần: cần 36 tấm panel có kích thước 1,2m×7,2m
- Tấm tường: cần 80 tấm panel có kích thước 1,2m×3,6m
Cách thi công lắp ghép panel
3.9.2 Lắp panel và cố định bằng vít
■ Cách lắp đặt tấm cách nhiệt
Tấm cách nhiệt kho lạnh được lắp đặt trên các con lươn thông gió, được đổ bê tông hoặc xây gạch thẻ, có chiều cao từ 100-200mm để đảm bảo thông gió tốt và tránh đóng băng làm hỏng tấm cách nhiệt Bề mặt các con lươn được thiết kế dốc 2% về hai phía để ngăn ngừa tình trạng đọng nước Các tấm cách nhiệt được kết nối nhanh chóng và chắc chắn bằng Camlock đã được gắn sẵn, trong khi tấm cách nhiệt trần được hỗ trợ bởi các tấm cách nhiệt tường đối diện Đối với những kho lạnh có kích thước lớn, cần thiết phải có khung treo để đỡ tấm cách nhiệt, nhằm tránh tình trạng võng.
Sau khi lắp đặt xong, các khe hở giữa các tấm cách nhiệt được làm kín bằng sillicon để duy trì hiệu quả cách nhiệt Do sự biến động nhiệt độ, áp suất trong kho thường xuyên thay đổi, vì vậy cần gắn van thông áp trên vách panel cách nhiệt để cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài Nếu không có van, việc mở cửa sẽ trở nên khó khăn khi áp suất thay đổi Để giảm tổn thất nhiệt khi mở cửa, lắp đặt quạt chắn gió tại cửa ra vào là cần thiết Ngoài ra, để tiết kiệm thời gian xuất nhập hàng, nên làm một cửa nhỏ kích thước 600mm×600mm thay vì sử dụng cửa lớn, nhằm hạn chế tổn thất nhiệt Kho lạnh cũng được trang bị bộ chốt cửa chống nhốt người bên trong, còi báo động và điện trở sấy để ngăn ngừa tình trạng đóng băng cửa.
Nền kho lạnh
Nền của kho được xây dựng bằng bê tông phía dưới có hầm rỗng Nền được xây với các lớp sau:
Bảng 3.4 Tính chất vật lý của các loại vật liệu
Vật liệu Chiều dày, mm Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số truyền nhiệt tiêu chuẩn của nền là kn= 0,21 W/m 2 K
Hệ số dẫn nhiệt của bề mặt tường bên ngoài được xác định là α1 = 23,3 W/m².K, trong khi hệ số dẫn nhiệt của bề mặt bên trong buồng lạnh là α2 = 9 W/m².K Những số liệu này được trích dẫn từ bảng 3-7 trang 86 trong Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh.
Hệ số truyền nhiệt thực tế là:
Khi nước trong đất đóng băng, thể tích của nước đá lớn hơn nước lỏng, dẫn đến hiện tượng phồng nền Để khắc phục tình trạng này, cần thiết phải tạo lỗ thông gió dưới nền và lắp đặt kho lạnh trên các con lươn Các con lươn nên được xây dựng bằng bê tông hoặc gạch thẻ với chiều cao khoảng 200 mm, đảm bảo thông gió hiệu quả, và khoảng cách giữa các con lươn tối đa là 400 mm.
Kiểm tra đọng sương
Để bảo vệ lớp cách nhiệt khỏi ẩm ướt, cần đảm bảo rằng nhiệt độ bề mặt bên ngoài của tường bao hoặc panel luôn cao hơn nhiệt độ đọng sương trong môi trường Nếu không, hiện tượng đọng sương sẽ xảy ra, tạo điều kiện cho ẩm xâm nhập và gây hại cho cấu trúc.
Hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường được xác định là k = 0,21 W/m² K Đối với tường khi bề mặt ngoài có hiện tượng đọng sương, hệ số truyền nhiệt là ks Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của bao che là α = 23,3.
W/m 2 tf: nhiệt độ trong buồng tn: Nhiệt độ môi trường ngoài.
Tra TCVN 4008-1995 về khí hậu Việt Nam, ta thu được ttbmax = 32,2 0 C, tmax
Nhiệt độ và độ ẩm cần thiết cho hệ thống lạnh tại Thanh Hóa được tính toán như sau: nhiệt độ trung bình tn là 36,1°C, được xác định từ công thức tn = (32,2 + 40)/2 Ngoài ra, nhiệt độ đọng sương ts được tra cứu theo đồ thị I-d với tn là 36,1°C và độ ẩm 𝛽%, cho kết quả ts là 3,4°C.
Vậy không có hiện tượng đọng sương tại vách buồng lạnh.
TÍNH NHIỆT KHO LẠNH
Dòng nhiệt tổn thất qua bao che
Nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che bao gồm nhiệt lượng mất mát qua tường và trần, do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong phòng lạnh Ngoài ra, còn có nhiệt lượng tổn thất do bức xạ mặt trời tác động vào không gian này.
Do kho lạnh được xây dựng trong nhà máy với hệ thống tường bao quanh, giúp ngăn chặn bức xạ mặt trời, vì vậy nhiệt lượng tổn thất do bức xạ mặt trời là bằng không.
Nhiệt lượng tổn thất qua tường, trần và bao bì xảy ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong phòng lạnh Công thức tính toán nhiệt lượng tổn thất này rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh.
QV: Nhiệt tổn thất qua vách và trần QN: Nhiệt tổn thất qua nền
(Do các buồng được đặt trong nhà xưởng nên bỏ qua nhiệt do bức xạ mặt
4.1.1 Tổn thất qua vách và trần kho bảo quản lạnh đông
Trong đó: k1: Hệ số truyền nhiệt qua vách và trần tkk: Nhiệt độ ngoài trời
F1: Diện tích vách và trần tlđ: Nhiệt độ lạnh đông
- Vách và trần của kho lạnh được cấu tạo bởi các tấm Panel có độ dày 100 mm có k1 =0,21 W/m 2 K
4.1.2 Tổn thất qua nền kho bảo quản lạnh đông
Trong đó: kn: Hệ số truyền nhiệt qua nền
Fn: Diện tích nền tkk: Nhiệt độ ngoài trời tlđ: Nhiệt độ lạnh đông
- Nền được xây bằng bê tông có cách nhiệt, cách ẩm có hệ số truyền nhiệt: kn = 0,143 W/m 2 K
Vậy tổng nhiệt tổn thất qua bao che kho bảo quản lạnh đông là:
Nhiệt lượng do sản phẩm tỏa ra
Nhiệt lượng do sản phẩm tỏa ra bao gồm dòng nhiệt tỏa ra khi xử lí lạnh và dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì
4.2.1 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lí lạnh
Trong đó: h1: Entanpy của sản phẩm trước khi xử lý lạnh (kJ/kg) h2: Entanpy của sản phẩm sau khi xử lý lạnh (kJ/kg)
M: Công suất buồng gia lạnh (tấn/ngày đêm)
Các thông số được tra theo bảng 4-2 trang 81, sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi:
- Chọn nhiệt độ của sản phẩm trước khi đưa vào buồng lạnh đông bằng với nhiệt độ môi trường vào mùa hè là t1= 36,1°C, vậy h180,60 kJ/kg
- Nhiệt độ sản phẩm sau khi đưa vào buồng lạnh là t2= -18°C, vậy h2=5 kJ/kg
Kho lạnh phân phối có khả năng quản lý lượng sản phẩm ra vào lên đến 10% dung tích của kho lạnh đông mỗi ngày Mỗi kho có công suất bảo quản lên tới 200 tấn/ngày.
4.2.2 Dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì
Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kg)
Mb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (tấn/24h)
- Nhiệt dung riêng của bao bì : Cb =2 kJ/kg
- Khối lượng của bao bì:
- Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh là:
Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh
Trong đó: h1: Entanpy của sản phẩm ngoài buồng lạnh (kJ/kg) h2: Entanpy của sản phẩm trong buồng lạnh (kJ/kg)
M: Lưu lượng không khí của quạt thông gió (kg/s)
V: Thể tích buồng bảo quản cần thông gió (m3) a: Bội số tuần hoàn không khí trong 1 ngày đêm (lần/24h) ρ: Khối lượng riêng không khí trong buồng bảo quản (kg/ m3)
Theo sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh” của Nguyễn Đức Lợi, dòng nhiệt tổn thất do thông gió chỉ áp dụng cho các buồng lạnh bảo quản rau quả và sản phẩm hô hấp Trong trường hợp này, nguyên liệu cần bảo quản là phile cá basa, không có sự hô hấp, do đó không cần thiết kế hệ thống thông gió Kết quả là dòng nhiệt tổn thất do thông gió trong buồng lạnh Q3 bằng 0.
Dòng nhiệt do vận hành
4.4.1 Dòng nhiệt do vận hành chiếu sáng
A: Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng
- Đối với buồng bảo quản, chọn A=1,2W/m 2
4.4.2 Dòng nhiệt do người tỏa ra
350: Nhiệt lượng do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc
(W/người) n: Số người làm việc
- Do buồng có diện tích Diện tích bề mặt truyền nhiệt F k = 29,55
=> Chọn bình ngưng là KTT- 32 (Bảng 8-1 sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh.) Đường kính D= 500 mm
Số ống n= 144 ống o Lượng nước tiêu tốn để làm mát là
Chọn thiết bị bay hơi
Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức vì nó cho phép làm lạnh trực tiếp không khí mà không cần sử dụng chất tải lạnh Loại thiết bị này cũng dễ dàng vệ sinh và giúp tránh hiện tượng nứt ống do chất lỏng đóng băng.
Cấu tạo dàn bay hơi:
Nhiệt độ phòng lạnh đông: tf = -18 o C;
Lấy nhiệt độ vào dàn lạnh là: tf1= -17 o C;
Lấy nhiệt độ ra dàn lạnh là: tf2= -19 o C;
Tổng năng suất lạnh là: Qo= 206,18 kW. o Hiệu nhiệt độ:
∆tmin=tf2- to= -19+25= 6 o C o Hiệu nhiệt độ logarit: Δttb = 279,95 o K Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi mỗi phòng là:
Với, k – Hệ số truyền nhiệt của dàn quạt lạnh, được xác định theo trang 298- Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, ta có k = 12,2 (W/m 2 K)
Vậy ta chọn được (Theo bảng 8-13 Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh) :
9 dàn quạt BOII-150 có diện tích bề mặt Fd = 150m 2
Thông số dàn quạt lạnh BOII -150 :
Diện tích bề mặt: Fd 0m 2
Có bước cánh là: 11.3 mm
Quạt có 2 chiếc đường kính 600 mm
Công suất 1,5 kW cho tốc độ quay 25 vòng/phút
Chọn van tiết lưu
Van tiết lưu là thiết bị quan trọng trong hệ thống lạnh, có chức năng điều chỉnh lượng chất lỏng trong hệ thống thủy lực, từ đó kiểm soát vận tốc động cơ Khi môi chất di chuyển qua các van, ống mao dẫn hoặc lưu lượng kế, hiện tượng tiết lưu xảy ra, dẫn đến áp suất chất môi giới giảm do dòng xoáy và ma sát Mức độ giảm áp suất này phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của chất môi giới, độ co hẹp của ống, cũng như tốc độ dòng khí.
Lựa chọn van tiết lưu nhiệt.
Cấu tạo của van tiết lưu tự động
Màng đàn hồi (5) được điều chỉnh bởi áp suất môi chất (Pmc) trong khoang giữa thân van, màng đàn hồi, đầu cảm nhiệt và ống nối, cùng với tổng áp suất từ lò xo (Plx) và áp suất bay hơi (Po) Khi nhiệt độ quá nhiệt của hơi từ thiết bị bay hơi thay đổi, đầu cảm (9) sẽ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu áp suất để so sánh với tổng áp suất lò xo (Plx) và áp suất bay hơi (Po), từ đó điều chỉnh vị trí của màng đàn hồi (5) Màng đàn hồi này được kết nối với kim van (4) thông qua thanh truyền.
Khi màng co dãn, kim van trực tiếp điều chỉnh cửa van để kiểm soát lưu lượng môi chất vào thiết bị bay hơi, nhằm duy trì độ quá nhiệt cần thiết khi phụ tải thay đổi.
Ta có các thông số áp suất và nhiệt độ như sau:
Áp suất ngưng tụ là :Pk = 15,75 bar
Áp suất bay hơi là: Po = 1,778 bar
Tổn thất áp suất chọn:Pt = 2 bar
Hiệu áp suất qua van tiết lưu là ΔP = Pk - Pt - Po = 15,75 - 2 – 1,778
Với năng suất lạnh Q ld 0 = 206,18 kW và t0= -28 o C, dựa vào bảng 1.5 (Thiết bị tiết lưuvà thiết bị phụ - Nguyễn Đức Lợi – trang 51) ta chọn được van tiết lưu
2TEX12(04) của hãng Danfoss có năng suất lạnh tải được ở -28 o C.
Chọn tháp giải nhiệt
Tháp giải nhiệt có nhiệm vụ thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra, sử dụng nước làm chất tải nhiệt trung gian Nước vào bình ngưng tụ với nhiệt độ tw1, sau khi nhận nhiệt ngưng tụ, nhiệt độ nước tăng lên thành tw2 khi ra khỏi bình ngưng Nước nóng tw2 sau đó được đưa vào tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ để thải nhiệt ra môi trường.
Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí di ngược dòng từ dưới lên trên nhờ quạt gió cưỡng bức.
Cấu tạo tháp giải nhiệt
Nước sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ với nhiệt độ cao sẽ được dẫn vào tháp giải nhiệt qua dàn tưới, nơi nước được phun từ trên xuống và được làm mát bởi không khí chuyển động cưỡng bức từ dưới lên Sau khi làm mát, nước sẽ rơi xuống máng nước và được bơm đến thiết bị ngưng tụ để giải nhiệt Các tấm làm tơi nước giúp tăng cường khả năng trao đổi nhiệt giữa nước và không khí, trong khi tấm chắn giảm thiểu lượng nước bị cuốn theo không khí ra ngoài Van phao cấp nước bổ sung sẽ cung cấp nước để bù đắp cho lượng nước bị rò rỉ, văng ra ngoài hoặc bay hơi.
Tính chọn tháp giải nhiệt
Phụ tải của thiết bị ngưng tụ là là Qk= 281,844 kW
Lưu lượng nước tuần hoàn trong tháp giải nhiệt
C là nhiệt dung riêng của nước, C = 4.19 kJ/kg.K ρ là khối lượng riêng của nước, ρ = 1000kg/m 3
Do đó lưu lượng nước để làm mát được tính:
Ta chọn tháp giải nhiệt Tashin TSC
100RT Kích thước (D x H): 2800 x 2160 mm Trọng lượng: 400 kg Đường ống: 100 m/m
Khả năng làm mát: 390000 kcal/Hr Công suất động cơ: 1,472 kW
Lưu lượng gió: 700 m3/phút Lưu lượng nước: 1300 l/phút
Lựa chọn các thiết bị phụ khác
Bình tách lỏng đóng vai trò quan trọng trong việc tách lỏng ra khỏi dòng hơi trước khi đưa vào máy nén Việc này giúp ngăn chặn hiện tượng máy nén hút phải hơi ẩm và lỏng, từ đó giảm thiểu nguy cơ va đập thủy lực (thủy kích) gây hư hỏng cho máy nén.
Khi lưu chất di chuyển từ ống nhỏ sang bình lớn, sự giảm tốc đột ngột làm giảm lực quán tính, khiến các hạt lỏng có kích thước lớn bị tác động bởi trọng lực và rơi xuống.
- Do lực ly tâm khi qua các vị trí ngoặc dòng các hạt lỏng va đập vào thành bình và rơi xuống.
- Do mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn, các hạt lỏng giử lại dưới tác dụng trọng lực rơi xuống.
Chức năng của bình tách dầu
- Tách dầu ra khỏi dòng hơi sau khi ra khỏi máy nén.
- Đưa dầu về lại máy nén và giảm lượng dầu đến các thiết bị trao đổi nhiệt để đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt.
Bình tách dầu có 2 loại: bình tách dầu kiểu ướt và bình tách dầu kiểu khô
Bình tách dầu kiểu ướt là thiết bị quan trọng được sử dụng cho các máy nén trong hệ thống lạnh, giúp tách dầu hiệu quả Dầu tách ra sẽ được lưu giữ trong bình và được xả định kỳ ra ngoài, có thể thực hiện trực tiếp hoặc thông qua bình gom dầu.
- Bình tách dầu kiểu khô, bình sử dụng riêng cho mỗi máy nén, dầu tách ra được đưa về ngay máy nén.
Khi giảm vận tốc đột ngột khi chuyển từ ống nhỏ sang bình lớn, lực quán tính sẽ giảm, dẫn đến việc các hạt dầu có kích thước lớn sẽ rơi xuống dưới tác động của trọng lực.
- Do lực ly tâm khi qua các vị trí ngoặc dòng các hạt dầu va đập vào thành bình và rơi xuống.
- Do mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn, các hạt dầu giử lại dưới tác dụng trọng lực rơi xuống.
5.5.3 Bình tách khí không ngưng
Tác hại khí không ngưng khi lọt vào hệ thống
- Áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng.
- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng, dễ xảy ra nguy cơ cháy dầu bôi trơn
Bình có nhiệm vụ tách các khí không ngưng trong hệ thống lạnh và xả bỏ chúng ra bên ngoài, giúp nâng cao hiệu quả làm việc và đảm bảo độ an toàn cho toàn bộ hệ thống.
Hỗn hợp hơi môi chất và khí không ngưng từ thiết bị ngưng tụ và bình chứa cao áp được dẫn vào không gian giữa ống xoắn và bình chứa Tại đây, hỗn hợp này thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với chất lỏng từ bình chứa cao áp, được tiết lưu vào ống xoắn.
Mô chất sau khi được làm lạnh sẽ ngưng tụ thành dạng lỏng và chảy xuống theo đường số (6) để hồi về đường số (5), trong khi khí không ngưng sẽ thoát ra ngoài qua đường số (2) Đối với môi chất NH3, khí không ngưng thường được sục vào nước để giảm thiểu tính độc hại của nó.
Chức năng của mắt xem gas
- Báo hiệu lưu lượng và chất lượng môi chất lạnh trong hệ thống.
- Báo hiệu lượng ga đi qua đường ống có đủ không.
Khi chất lỏng chảy đầy trong ống, sự chuyển động của nó thường không được nhận thấy Ngược lại, nếu lượng chất lỏng không đủ, sẽ xuất hiện hiện tượng sủi bọt trên mặt kính.
Khi thiếu ga trầm trọng trên mắt kính sẽ có các vệt dầu chảy qua Báo hiệu độ ẩm của môi chất.
Khi trong lỏng có lẫn ẩm thì màu sắc của nó sẽ bị biến đổi.
- Màu vàng: có lọt ẩm cần thận trọng
- Màu nâu: lọt ẩm nhiều cần xử lý
Khi trong lỏng có lẫn các tạp chất cũng có thể nhận biết quá mắt kính.
5.5.5 Phin lọc ẩm Ẩm hoặc hơi nước và các tạp chất gây ra nhiều vấn đề ở bất cứ hệ thống lạnh nào. Hơi ẩm có thể đông đá và làm tắc lổ thiết bị tiết lưu, gây ăn mòn các chi tiết kim loại làm cháy môtơ và thủy phân dầu Các tạp chất có thể làm bẩn dầu máy nén và làm cho thao tác các van khó khăn.
Có nhiều loại thiết bị được sử dụng để khử hơi nước và tạp chất, trong đó phổ biến nhất là phin lọc ẩm kết hợp lọc cơ khí (filter – drier) Thiết bị này bao gồm một lõi xốp đúc, chứa chất hấp thụ nước hiệu quả, cùng với tác nhân trung hòa axit và bazơ Ngoài ra, lõi còn có khả năng lọc cặn bẩn và loại bỏ các tạp chất, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho hệ thống.
