Trong những năm qua kỹ thuật lạnh đã có những thay đổi quan trọng trên thế giới và ở cả Việt Nam ta. Nó thực sự đã đi sâu vào hết các ngành kinh tế đang phát triển nhanh và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó. Đặc biệt là ngành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo quản các sản phẩm từ chăn nuôi.
TỔNG QUAN VỀ KHO LẠNH BẢO QUẢN CẤP ĐÔNG VÀ KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH BẢO QUẢN TÌNH HÌNH BẢO QUẢN THỊT LỢN
Công nghệ lạnh đông và bảo quản sản phẩm thịt lợn đông lạnh
Làm đông thực phẩm là phương pháp hạ nhiệt độ nguyên liệu xuống dưới -8°C, giúp nước trong thực phẩm kết tinh và ngăn chặn hoạt động của enzyme và vi sinh vật gây thối rữa Tùy thuộc vào thời gian bảo quản, nhiệt độ lưu trữ có thể dao động từ -18°C đến -20°C để đảm bảo chất lượng thực phẩm.
Hình 1.1 Sản phẩm thịt đông lạnh 1.1.1 Mục đích
Hạ thấp nhiệt độ giúp giảm hoạt động của enzyme và vi sinh vật trong nguyên liệu, qua đó có thể đình chỉ sự sống của chúng Điều này giúp nguyên liệu giữ tươi lâu hơn và hạn chế tối đa sự biến đổi về chất lượng thủy sản.
Khi nhiệt độ dưới 10°C, vi khuẩn gây thối rữa và vi khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần nào, với tỷ lệ phát triển rất thấp ở 0°C Tại nhiệt độ từ -5°C đến -10°C, hầu như vi khuẩn không phát triển được Tuy nhiên, một số loại vi khuẩn đặc biệt, như nấm mốc, vẫn có khả năng phát triển khi nhiệt độ xuống dưới -15°C.
Mucor, Phzopus, và Penicilium vẫn có thể tồn tại ở nhiệt độ -10°C Để bảo quản thực phẩm tươi lâu hơn, nhiệt độ cần hạ xuống dưới -15°C Do đó, trong quá trình bảo quản nguyên liệu, người ta thường áp dụng các mức nhiệt độ thích hợp để đảm bảo chất lượng thực phẩm.
- Bảo quản trên dưới một tháng t < - 15 0 C
- Bảo quản từ 6 tháng đến một năm t < -18 0 C.
Làm lạnh đông đóng vai trò quan trọng trong bảo quản và chế biến thực phẩm, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản Phương pháp này đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội, đồng thời tạo điều kiện cho việc xuất khẩu và phân phối sản phẩm ra toàn cầu.
Hình 1.2 Kho Lạnh 1.1.3 Bảo quản sản phẩm thịt lợn đông lạnh
Bảo quản sản phẩm là quá trình làm hạn chế mức thấp nhất những biến đổi có hại cho sản phẩm trong thời gian chờ sử dụng.
Những biến đổi về vật lý
Sự kết tinh lại của nước đá trong sản phẩm đông lạnh xảy ra khi nhiệt độ bảo quản không ổn định, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm Hiện tượng này xuất hiện do sự dao động nhiệt độ trong quá trình bảo quản, dẫn đến sự khác biệt về nồng độ chất tan trong các tinh thể nước đá, từ đó làm thay đổi nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy của chúng.
Khi nhiệt độ tăng, các tinh thể nước đá nhỏ với nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ tan chảy trước các tinh thể lớn hơn có nhiệt độ nóng chảy cao Khi nhiệt độ giảm trở lại, quá trình kết tinh xảy ra, dẫn đến việc hình thành các tinh thể nước đá lớn hơn, làm tăng kích thước của chúng Sự gia tăng kích thước này ảnh hưởng tiêu cực đến thực phẩm, gây ra sự phá vỡ cấu trúc tế bào, khiến sản phẩm trở nên mềm hơn và mất đi chất dinh dưỡng do nước tự do tăng lên, làm giảm hương vị Để ngăn ngừa hiện tượng kết tinh lại của nước đá, cần duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình bảo quản, với mức dao động cho phép là ± 2°C.
Sự thăng hoa của nước đá
Trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh, hơi nước trong không khí ngưng tụ thành tuyết trên giàn lạnh, dẫn đến giảm độ ẩm không khí Sự giảm này tạo ra chênh lệch áp suất bay hơi giữa nước đá trên bề mặt sản phẩm và môi trường xung quanh Kết quả là nước đá bị thăng hoa thành hơi nước, đi vào không khí, và lớp nước đá trên bề mặt thăng hoa trước, tiếp theo là lớp bên trong của thực phẩm.
Sự thăng hoa nước đá trong thực phẩm tạo ra cấu trúc xốp, rỗng, khiến oxy không khí dễ dàng xâm nhập và gây oxy hóa sản phẩm Quá trình này dẫn đến mất trọng lượng chất tan và thay đổi mùi vị, đặc biệt là ôi hóa lipit Để ngăn ngừa hiện tượng thăng hoa nước đá, thực phẩm đông lạnh cần được bao gói kín và loại bỏ hoàn toàn không khí bên trong Nếu còn không khí, hiện tượng hoá tuyết sẽ xảy ra trên bề mặt bao gói và thăng hoa vẫn tiếp tục diễn ra.
Những biến đổi về hóa học
Trong quá trình bảo quản đông, các biến đổi sinh hóa và hóa học diễn ra với tốc độ chậm hơn Những thành phần dễ bị biến đổi trong thực phẩm bao gồm protein hòa tan, lipid, vitamin và chất màu.
Sự biến đổi của Protein
Protein hòa tan trong nước là loại protein dễ bị phân giải nhất, chủ yếu do tác động của enzyme có sẵn trong sản phẩm.
Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa nước đá gây nên sự biến tính của protein hoà tan.
Biến đổi của protein làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng.
Sự biến đổi của chất béo
Enzyme nội tại phân giải chất béo, kết hợp với quá trình thăng hoa của nước đá, tạo điều kiện cho oxy xâm nhập Điều này thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo, sinh ra các hợp chất có mùi vị xấu, từ đó làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm Nhiều trường hợp, quá trình này là nguyên nhân chính dẫn đến việc hết hạn bảo quản của sản phẩm.
Các chất màu bị oxy hoá cũng làm thay đổi màu sắc của sản phẩm.
Việc bảo quản sản phẩm đông lạnh ở nhiệt độ dưới -18°C giúp giảm số lượng vi sinh vật theo thời gian Tuy nhiên, nếu quá trình làm đông không đồng đều, vệ sinh không đạt tiêu chuẩn hoặc nhiệt độ bảo quản không ổn định, sản phẩm có thể bị nhiễm vi sinh vật, dẫn đến thối rữa và giảm chất lượng.
Các điều kiện trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh
- Nhiệt độ bảo quản sản phẩm :
Nhiệt độ của sản phẩm được xác định là trung bình giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất Do đó, nhiệt độ bảo quản tối thiểu cần phải tương đương với nhiệt độ của sản phẩm.
Nhiệt độ bảo quản thực phẩm cần được điều chỉnh để hạn chế hoạt động của enzyme, phụ thuộc vào đặc điểm hóa học, vật lý và vi sinh vật của từng loại thực phẩm Đối với thực phẩm ít bị phân giải, nhiệt độ bảo quản có thể tăng lên để giảm chi phí, nhưng không được cao hơn -18°C Ngược lại, với sản phẩm dễ bị oxy hóa, cần giảm nhiệt độ bảo quản để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, tuy nhiên, mức nhiệt độ này cũng phải cân nhắc đến yếu tố kinh tế và công nghệ Nếu nhiệt độ quá thấp, sản phẩm có thể tăng tính chất tan, do đó giới hạn dưới của nhiệt độ bảo quản là -35°C.
Khái quát về kho lạnh bảo quản cấp đông
1.2.1 Khái niệm kho lạnh bảo quản cấp đông
Kho lạnh bảo quản cấp đông là hệ thống lưu trữ chuyên dụng, được thiết kế để bảo quản thực phẩm, nông sản, thịt và các sản phẩm từ ngành công nghiệp hóa chất, công nghiệp nhẹ Việc sử dụng kho lạnh giúp duy trì chất lượng và độ tươi ngon của sản phẩm, đồng thời đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm trong quá trình lưu trữ và vận chuyển.
Hiện nay, kho lạnh đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế biến, với sự ứng dụng rộng rãi và chiếm tỷ lệ lớn trong ngành Các mặt hàng được bảo quản trong kho lạnh rất đa dạng, góp phần nâng cao chất lượng và thời gian bảo quản sản phẩm.
- Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: Thịt, hải sản, đồ hộp.
- Bảo quản nông sản thực phẩm, rau quả.
- Bảo quản các sản phẩm y tế, dược liệu.
- Kho bảo quản và lên men bia.
- Bảo quản các sản phẩm khác.
Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau:
Người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau:
Kho lạnh sơ bộ là hệ thống được sử dụng để làm lạnh và bảo quản tạm thời thực phẩm tại các nhà máy chế biến, giúp duy trì chất lượng sản phẩm trước khi chuyển sang các khâu chế biến tiếp theo.
Kho chế biến thực phẩm được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy như nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thủy sản và nhà máy xuất khẩu thịt Những kho lạnh này thường có dung tích lớn và yêu cầu hệ thống lạnh có công suất cao để đáp ứng nhu cầu bảo quản Do tần suất xuất nhập hàng thường xuyên, phụ tải của kho lạnh luôn biến động.
Kho phân phối và trung chuyển là những cơ sở quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm cho các khu dân cư và thành phố, đồng thời đảm bảo nguồn dự trữ lâu dài Với dung tích lớn, kho lạnh phân phối có khả năng lưu trữ nhiều mặt hàng khác nhau, góp phần thiết yếu vào đời sống sinh hoạt của cộng đồng.
Kho thương nghiệp là kho lạnh chuyên dụng để bảo quản thực phẩm trong hệ thống thương mại Nơi đây được sử dụng để lưu trữ tạm thời các mặt hàng mà doanh nghiệp đang phân phối trên thị trường.
Kho vận tải, bao gồm kho trên tàu thuỷ, tàu hoả và ôtô, có đặc điểm nổi bật là dung tích lớn Hàng hóa được bảo quản tại đây thường mang tính tạm thời, phục vụ cho việc vận chuyển từ địa điểm này đến địa điểm khác.
- Kho sinh hoạt: Đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ.
Người ta có thể chia ra:
Kho bảo quản lạnh là nơi lưu trữ thực phẩm với nhiệt độ từ -2 o C đến 5 o C Một số loại rau quả nhiệt đới như chuối cần được bảo quản ở nhiệt độ trên 10 o C, trong khi chanh nên được giữ ở nhiệt độ trên 4 o C Chủ yếu, kho này chứa các mặt hàng nông sản, đặc biệt là rau quả.
Kho bảo quản cấp đông là nơi lưu trữ các sản phẩm thực phẩm đông lạnh, chủ yếu là thực phẩm có nguồn gốc từ động vật Nhiệt độ bảo quản cần được điều chỉnh phù hợp với loại thực phẩm và thời gian lưu trữ, nhưng tối thiểu phải đạt -18°C để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, bảo đảm thực phẩm không bị hư hỏng trong quá trình bảo quản.
Kho đa năng có nhiệt độ bảo quản lý tưởng là -12 o C, thường được thiết kế để duy trì nhiệt độ này Tuy nhiên, khi cần thiết, người dùng có thể điều chỉnh nhiệt độ lên để bảo quản thực phẩm lạnh hiệu quả hơn.
Để bảo quản sản phẩm, nhiệt độ lý tưởng là 0 độ C, nhưng có thể hạ xuống -18 độ C theo yêu cầu công nghệ Sử dụng buồng đa năng là một giải pháp hiệu quả để làm lạnh sản phẩm, thường được trang bị dàn quạt hoặc có thể sử dụng dàn tường hoặc dàn trần để tạo lưu thông không khí tự nhiên.
Kho gia lạnh là thiết bị dùng để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống mức bảo quản lạnh, hoặc để làm lạnh sơ bộ cho sản phẩm đông lạnh trong quy trình kết đông 2 pha Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ, nhiệt độ trong kho có thể giảm xuống -5°C và tăng lên vài độ trên nhiệt độ đóng băng của sản phẩm Để tăng tốc độ làm lạnh, kho gia lạnh thường được trang bị dàn quạt.
- Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4 o C.
Kích thước của kho lạnh chủ yếu được xác định bởi dung tích chứa hàng, thường được quy đổi ra tấn thịt (MT - Meat Tons) để phù hợp với đặc điểm chất tải của từng loại thực phẩm Ví dụ, các kho lạnh có thể có dung tích 50 MT, 100 MT hoặc 200 MT.
500 MT… là những kho có khả năng chứa 50, 100, 200, 500 tấn thịt.
Theo đặc điểm cách nhiệt:
Kho xây là loại kho có kết cấu kiến trúc và được bọc lớp cách nhiệt bên trong Mặc dù chiếm diện tích lớn và có giá thành cao, nhưng kho xây không đảm bảo tính thẩm mỹ và vệ sinh, đồng thời cũng khó tháo dỡ và di chuyển Vì những lý do này, việc sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm hiện nay ở nước ta đang giảm dần.
Kho panel được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan, sử dụng móc khoá cam locking và mộng âm dương, mang lại hình thức đẹp, gọn gàng và giá thành hợp lý Sản phẩm này rất tiện lợi cho việc lắp đặt, tháo dỡ và bảo quản thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu Hiện nay, nhiều doanh nghiệp Việt Nam đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao, khiến kho panel trở thành lựa chọn phổ biến cho các xí nghiệp và ngành công nghiệp thực phẩm trong việc bảo quản hàng hoá.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ KHO LẠNH, LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ CẤP ĐÔNG VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 10 2.1 Mặt bằng kho và các thông số thiết kế
Quy hoạch mặt bằng kho lạnh
Quy hoạch mặt bằng kho lạnh là việc sắp xếp các khu vực sản xuất, xử lý lạnh và bảo quản một cách hợp lý để tối ưu hóa quy trình công nghệ và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh Để đạt được mục tiêu này, cần tuân thủ các yêu cầu cụ thể trong quy hoạch.
Để đảm bảo hiệu quả trong dây chuyền công nghệ, cần bố trí các buồng lạnh sao cho sản phẩm di chuyển theo một hướng nhất định mà không gặp nhau hay đan chéo Các cửa ra vào của buồng chứa nên hướng ra hành lang, tuy nhiên, nếu không có hành lang, sản phẩm vẫn phải tuân thủ quy tắc không di chuyển ngược.
Quy hoạch cần tối ưu hóa chi phí đầu tư bằng cách sử dụng các cấu kiện tiêu chuẩn, giảm diện tích phụ nhưng vẫn đảm bảo tiện nghi Đồng thời, cần giảm công suất thiết bị đến mức tối thiểu để tiết kiệm chi phí.
- Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và rẻ tiền.
- Quy hoạch phải đảm bảo lối đi và đường vận chuyển thuận lợi cho việc bốc xếp thủ công hoặc cơ giới đã thiết kế.
- Chiều rộng kho lạnh nhiều tầng không quá 40 m.
- Chiều rộng của kho lạnh 1 tầng phải phù hợp với khoảng vượt lớn nhất 12m, thường lấy 12; 24; 36; 48; 60 hoặc 72 m.
- Trong một vài trường hợp, kho lạnh có sân bốc dỡ nối liền rộng 3,5m nhưng thông thường các kho lạnh có hành lang nối ra cả 2 phía, chiều rộng 6m.
- Kho lạnh dung tích tới 600 tấn không bố trí đường sắt, chỉ có một sân bốc dỡ ô tô dọc theo chiều dài đảm bảo mọi phương thức bốc dỡ.
- Để giảm tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, các buồng lạnh được nhóm lại từng khối 1 với một chế độ nhiệt độ.
Mặt bằng kho lạnh cần phải tương thích với hệ thống lạnh đã được chọn, đặc biệt quan trọng đối với kho lạnh 1 tầng Việc đảm bảo cung cấp môi chất lạnh từ các thiết bị lạnh không phải lúc nào cũng dễ dàng, do đó cần chuyển sang sơ đồ lớn hơn, với việc cấp lỏng từ dưới lên.
- Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn phòng cháy, chữa cháy.
Quy hoạch cũng cần phải tính đến khả năng mở rộng kho lạnh Phải để lại một mặt mút tường để có thể mở rộng kho lạnh.
- Chọn mặt bằng xây dựng
Khi lựa chọn mặt bằng xây dựng, ngoài các yêu cầu chung, cần đặc biệt chú ý đến nền móng kho lạnh phải vững chắc Do đó, việc khảo sát nền móng và mực nước là rất quan trọng.
Do nhiệt thải ở thiết bị ngưng tụ của một kho lạnh là rất lớn nên ngay từ khi thiết kế cần phải tính đến nguồn nước để giải nhiệt.
Cung cấp điện cho công trình, bao gồm giá điện và quy trình xây lắp hệ thống điện, là những yếu tố quan trọng cần xem xét, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến vốn đầu tư ban đầu.
Các kho lạnh cần có sân rộng để xe tải dễ dàng bốc dỡ hàng hóa, giúp tối ưu hóa quy trình bốc dỡ với khối lượng lớn mà không làm ảnh hưởng đến thời gian bảo quản hàng đông lạnh Việc bố trí các hành lang đệm dọc theo chiều dài và chiều rộng của kho lạnh là cần thiết để đảm bảo xe vận chuyển hàng vào và xuất kho một cách nhanh chóng.
Kho lạnh một tầng tiêu tốn nhiều vật liệu cách ẩm, cách nhiệt và có chi phí xây dựng cao do diện tích bao che lớn, dẫn đến tổn thất nhiệt lớn và yêu cầu năng lượng cao hơn Tuy nhiên, kho lạnh một tầng dễ xây dựng và thuận tiện cho việc di chuyển, vận chuyển và bốc xếp hàng hóa Ngoài ra, với tải trọng phân bố đều, chi phí xây dựng nền móng giảm, và việc sử dụng giá chất hàng cùng thùng bảo quản cho phép tăng chiều cao kho, đồng thời giảm chi phí bốc xếp so với kho nhiều tầng.
Chọn địa điểm xây dựng
Kho lạnh đang thiết kế được xây dựng tại tỉnh Hưng Yên.
Các thông số khí hậu
Các thông số này đã được thống kê qua nhiều năm, và để đảm bảo độ an toàn cao, chúng ta thường sử dụng các giá trị cao nhất từ chế độ khắc nghiệt nhất Điều này giúp đảm bảo rằng kho vận hành an toàn trong mọi điều kiện có thể xảy ra mà chúng ta đã ước tính.
Bảng 2 1 Thông số khí hậu ở tỉnh Hưng Yên
Nhiệt độ, o C Độ ẩm tương đối, %
Dựa vào các thông số khí hậu và đồ thị Molier h – x của không khí ẩm tại áp suất khí quyển 760 mmHg, chúng ta có các trạng thái không khí tại Hưng Yên: nhiệt độ ngoài trời tN đạt 37,3°C, độ ẩm không khí φ là 73%, nhiệt độ ướt tƯ là 33°C, và nhiệt độ đọng sương tS là 32°C.
Nhiệt độ nước vào: tw1 = tƯ + (3 ÷ 5) 0 C= 33 + (3 ÷ 5) 0 C = 36 ÷ 38 0 C.
Nhiệt độ nước ra : tw2 = tw1 + 5 = 36 + 5 = 41 0 C.
Các chế độ bảo quản sản phẩm trong kho
- Chọn nhiệt độ bảo quản
Nhiệt độ bảo quản thực phẩm cần được xác định dựa trên yếu tố kinh tế và kỹ thuật, phù hợp với từng loại sản phẩm và thời gian lưu trữ của chúng.
Thời gian bảo quản thực phẩm càng dài yêu cầu nhiệt độ bảo quản càng thấp Đối với các mặt hàng trữ đông, nhiệt độ bảo quản cần duy trì ít nhất bằng nhiệt độ của sản phẩm sau khi cấp đông để tránh hiện tượng rã đông và tái kết tinh, điều này có thể làm giảm chất lượng sản phẩm Trong kho bảo quản thịt heo đông lạnh, thời gian bảo quản tối đa là 10 tháng, vì vậy nhiệt độ bảo quản lý tưởng được lựa chọn là -20 độ C.
- Chế độ xử lý lạnh đông sản phẩm
Xử lý lạnh đông là quá trình làm đông sản phẩm, trong đó toàn bộ nước và dịch trong sản phẩm biến thành băng, dẫn đến việc sản phẩm bị hóa cứng Nhiệt độ trung tâm của sản phẩm đạt khoảng -8°C, trong khi nhiệt độ bề mặt có thể xuống tới -20°C đến -12°C.
Chọn phương pháp làm lạnh đông một pha cho sản phẩm thịt sau khi ra khỏi lò mổ ở nhiệt độ 37°C, sau đó đưa ngay vào thiết bị kết đông để đạt nhiệt độ tâm thịt -8°C.
Tính toán kích thước kho lạnh đông
Chọn phương án xây dựng:
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của kho lạnh lắp ghép và kho lạnh xây dựng Kho lạnh lắp ghép có một số đặc điểm nổi trội:
- Lắp đặt nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn vì các chi tiết lắp ghép đã có sẵn.
Kho lạnh lắp ghép có thể dễ dàng tháo lắp và di chuyển đến vị trí mới khi cần thiết, trong khi kho xây dựng thường phải được phá bỏ để di chuyển.
- Có thể lắp đặt ngay trong phân xưởng có mái che.
- Không cần vật liệu xây dựng đối với kho lạnh nhỏ vì vậy mà công việc xây dựng là đơn giản hơn nhiều so với kho xây dựng.
- Cách nhiệt là tấm polyurethane có hệ số dẫn nhiệt thấp vì vậy cấu trúc của kho lắp ghép luôn nhẹ hơn nhiều lần so với kho xây dựng.
- Tấm bọc ngoài của panel rất đa dạng.
- Nhược điểm của kho lắp ghép là giá thành cao hơn nhiều so với kho lạnh xây dựng truyền thống.
Kho lạnh lắp ghép ngày nay được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Phương án xây dựng hiệu quả này mang lại nhiều lợi ích cho việc bảo quản hàng hóa.
Xác định số lượng và kích thước các buồng lạnh
- Thiết kế kho lạnh đông bảo quản cấp đông thịt heo dung tích 100 tấn
Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:
E - dung tích kho lạnh, tấn; gv - định mức chất tải, tấn/m 3 ;
Với E = 100 tấn gv = 0,45 tấn/m 3 [1, tr28]
- Diện tích chất tải của kho lạnh
Diện tích chất tải của kho lạnh được tính theo công thức :
F - diện tích chất tải, m 2 ; h - chiều cao chất tải, m.
Chiều cao chất tải trong kho là chiều cao lô hàng có thể chứa, phụ thuộc vào bao bì và phương tiện bốc dỡ Để tính chiều cao này, ta lấy chiều cao buồng lạnh trừ đi phần lắp đặt dàn lạnh treo trần và khoảng không gian cần thiết để chất và dỡ hàng Chiều cao chất tải còn phụ thuộc vào chiều cao thực tế h1 của kho, được xác định bằng chiều cao phủ bì của kho lạnh trừ đi hai lần chiều dày cách nhiệt của trần và nền kho lạnh, công thức tính là h1 = H – 2.b (m).
+ Chọn chiều cao phủ bì H = 3.6 m là chiều dài lớn nhất của tấm panel.
+ Ta có б = 50 ÷200 mm (tùy thuộc vào nhiệt độ bảo quản và tính chất của tường). Chọn chiều dày cách nhiệt б = 125 mm.
Chiều cao chất tải thực h của kho được tính bằng chiều cao thực tế trừ đi khoảng hở 0,5m phía trần để lưu thông không khí và 0,1m phía dưới nền lát tấm palet.
Vậy diện tích chất tải là :
Tải trọng nền được xác định theo công thức: g f g h v ; (tấn/m 2 ) (2.4)
Trong đó: gf - tải trọng nền, tấn/m 2 gv - tiêu chuẩn chất tải, tấn/m 3 h - chiều cao chất tải, h = 2,75 m.
Với tải trọng nền như vậy thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén, bởi vì độ chịu nén của panel tiêu chuẩn là 0,2 ÷ 0,29 Mpa [3, tr40].
- Diện tích cần xây dựng
Khi xác định diện tích kho lạnh, cần tính đến các yếu tố như đường đi, khoảng hở giữa các lô hàng và diện tích lắp đặt dàn lạnh Do đó, diện tích xây dựng thực tế phải lớn hơn diện tích đã tính toán và được xác định theo công thức cụ thể.
- diện tích cần xây dựng, m 2 ;
Hệ số sử dụng diện tích buồng chứa là yếu tố quan trọng, bao gồm cả các khu vực đi lại và không gian giữa các lô hàng, cũng như giữa lô hàng với cột, tường và các diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi và quạt Hệ số này phụ thuộc vào diện tích buồng, được xác định theo bảng 2 - 4 [1,tr30] Với diện tích chất tải của kho là F = 80,80 m², hệ số sử dụng được chọn là 0,8.
- Số phòng lạnh cần xây dựng
Z - số phòng tính toán xây dựng. f : diện tích buồng lạnh quy chuẩn xác định theo hàng cột của kho, m 2
Diện tích buồng lạnh tiêu chuẩn được tính theo hàng cột cách nhau 6m, với diện tích cơ sở là 36m² Các diện tích tiêu chuẩn khác sẽ là bội số của 36m² Trong quá trình tính toán, diện tích lạnh có thể tăng thêm 10-15% so với diện tích ban đầu khi chọn Z là một số nguyên.
Kho lạnh được chọn có: f = 6 6 = 36 (m 2 ).
Từ đây chọn kích thước thực của kho lạnh là:
Diện tích thực của kho là: 6.18 = 108 ( m 2 ).
Ngoài ra còn bố trí thêm buồng đệm với chiều rộng: 1,5m, chiều dài: 18 m, và hành lang lạnh dùng để xuất hàng với chiều rộng: 1,5 m, chiều dài: 18 m
Vậy diện tích tổng thể cần xây dựng theo quy chuẩn được chọn là:
- Dung tích thực của kho lạnh
E - dung tích kho lạnh, tấn
Zt - số buồng lạnh thực được xây dựng.
Z - số buồng tính toán xây dựng.
Thiết kế cấu trúc kho lạnh
Cấu trúc móng và cột
Móng là phần chịu tải trọng toàn bộ kết cấu xây dựng và hàng hóa, vì vậy cần phải đảm bảo tính kiên cố, vững chắc và bền lâu Có hai kiểu móng phổ biến là móng rầm và móng từng ô không liên tục Khi thi công móng bêtông cốt thép, cần chừa lỗ để lắp đặt cột chịu lực.
Cột được làm từ thanh thép hộp hoặc dầm thép chữ I, cần chọn tiết diện cột phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực từ kết cấu mái và trần panel truyền xuống.
Tường bao và tường ngăn
Tường bao che bằng gạch không chỉ chống bức xạ mặt trời mà còn bảo vệ kho lạnh và các khu vực phụ trợ như phòng máy, phòng đệm và hành lang bốc dỡ hàng Để đảm bảo trọng tải của mái, rầm và xà được cột chống đỡ, độ dày của tường chỉ cần đạt 380 mm (tương đương 1 viên rưỡi gạch).
Tường ngăn cách nhiệt kho bằng các tấm Panel tiêu chuẩn.
Cấu trúc nền kho lạnh
Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ trong kho, tải trọng của kho hàng bảo quản, dung tích kho lạnh.
Kho lạnh được xây dựng theo phương án lắp ghép, đặt trên nền nhà xưởng, yêu cầu cấu trúc nền có độ chịu nén cao để đáp ứng tải trọng hàng hóa lớn Các tấm panel nền được lắp đặt trên các con lươn thông gió, đảm bảo hiệu quả trong việc bảo quản hàng hóa.
Lớp cách nhiệt, cách ẩm là các tấm panel tiêu chuẩn.
Các con lươn được đúc bằng bê tông để hạn chế rỉ sét cho panel nền, tránh hiện tượng cơi nền.
Lớp bê tông chịu lực
Hình 2 1 Cấu trúc nền kho lạnh
Con lươnNền đất đá Nền đất đá
Cấu trúc vách và trần kho lạnh
- Kho lạnh lắp ghép có cấu trúc vách, trần và nền là các tấm panel.
- Các thông số của panel cách nhiệt: [4,tr100]
+ Chiều dài : l = 4500 mm (panel vách) l = 12000 mm (panel trần và nền)
+ Hệ số dẫn nhiệt : = 0,041W/mK.
+ Panel cách nhiệt được bọc ngoài bởi tấm inox kẽm dày 5 mm.
+ Lớp sơn cách ẩm dày 0,5 mm.
+ Phương pháp lắp ghép, ghép bằng khoá camlock hoặc ghép bằng mộng âm dương.
Hình 2 2 Cấu trúc cách nhiệt của tấm Panel
Cấu trúc mái che kho lạnh
Lớp cách nhiệt polyurethan Lớp cách nhiệt polyurethan
Lớp tôn inox Lớp tôn inox Lớp sơn Lớp sơn
Mái kho lạnh không được đọng nước, không thấm nước, phải bảo vệ được kho khi thời tiết thay đổi Mái làm dốc về hai phía có độ nghiêng 12%.
Mái kho lợp bằng tôn, nâng đỡ bằng bộ khung sắt và các xà dọc bắt trên cột Trần kho là các tấm panel tiêu chuẩn lắp ghép.
Hình 2 3 Mái che kho lạnh
Kỹ thuật lắp ghép kho
Khóa cam hoạt động dựa trên cơ cấu móc và chốt, với móc nằm ở mép panel và chốt tương ứng ở mép panel cần ghép nối Khi hai panel được đặt cạnh nhau và chìa khóa được quay theo chiều kim đồng hồ 1/4 vòng, móc sẽ khớp vào chốt của panel đối diện, giúp cơ cấu cam kéo chốt về bên trái, siết chặt hai tấm panel lại với nhau.
Hình 2 4 Cấu tạo và nguyên lý khóa cam
Mộng âm dương kết hợp với khóa cam giúp tăng cường hiệu quả cách nhiệt Cấu trúc của mộng âm dương bao gồm một cạnh panel có lõm khe và một cạnh panel ghép có vấu lồi, tạo sự khớp hoàn hảo giữa các panel, từ đó ngăn chặn khe hở tại mối ghép.
Hình 2 5 Mộng âm dương của Panel
Các kho lạnh có nhiều loại cửa và khóa khác nhau, trong đó cửa kho lạnh lắp ghép tương tự như cửa tủ lạnh Cửa này được thiết kế với tấm cách nhiệt, bản lề tự động và đệm kín bằng cao su nhiều ngăn, cùng với nam châm mạnh giúp giữ kín, giảm thiểu tổn thất nhiệt Khóa cửa có thể mở từ cả hai phía, và xung quanh cửa được trang bị dây điện trở sưởi để ngăn ngừa tình trạng đóng băng Các cửa kho lạnh có nhiều kích thước khác nhau.
+ Kích thước cửa lớn: 1980 x 1500 mm.
+ Kích thước cửa nhỏ: 680 x 680 mm. a) Cửa tò vò kiểu bản lề b) Cửa lớn kiểu lùa
Trên cửa được lắp đặt thiết bị tạo màn khí bằng các dải nhựa dẻo, giúp giảm tổn thất nhiệt Khi cửa mở, quạt tự động hoạt động, thổi màn khí từ trên xuống, ngăn chặn sự đối lưu không khí bên ngoài với không khí bên trong kho Điều này giúp duy trì nhiệt độ ổn định và tiết kiệm năng lượng Khi cửa đóng, quạt sẽ tự động ngắt điện và dừng hoạt động Màn khí được cấu thành từ các dải nhựa có chiều rộng 200 mm và độ dày 2 mm, được chồng mí lên nhau để tạo hiệu quả tối ưu.
Gia cố và xây dựng nền móng là công đoạn quan trọng quyết định tính vững chắc và an toàn của kho Móng được đào sâu 70cm và đúc đế cho các cột bê tông cốt thép Tiếp theo, các cột bê tông được đúc đến chiều cao thiết kế của nền kho Sau khi hoàn thiện, đất đá được đổ vào nền để tạo độ vững chắc, tiếp đó là đúc lớp bê tông chịu lực và xây các con lươn bằng gạch.
Đúc khung kho bằng bê tông cốt thép
Sau khi hoàn thành việc xây dựng móng kho, tiến hành đúc cột bê tông với chiều cao và kích thước theo thiết kế Các cột này được liên kết với nhau bằng dầm bê tông cốt thép ở phần trên.
Cùng với việc xây dựng khung ta tiến hành xây tường bao.
Dựng khung đỡ mái và lợp mái
Sau khi hoàn thành khung bê tông của kho, chúng ta sẽ tiến hành lắp đặt khung sắt đỡ mái và các xà dọc theo chiều dài kho, sau đó lợp tôn Việc này tạo ra một bộ khung vững chắc để lắp ghép các cấu trúc cách nhiệt.
Trước khi tiến hành lắp đặt kho lạnh, cần chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ cần thiết như panel, thanh nhôm V, thanh thép chữ U, tán rive, khoan và máy cắt.
Chuẩn bị đồ bảo hộ lao động cho người thi công. Đo đạc kỹ trước khi lắp đặt.
Lắp đặt các tấm panel được thực hiện theo quy trình như sau: trước tiên, lắp đặt phần panel vách trước, nhưng cần chừa một vách để khi hoàn tất lắp panel nền, ta có thể lắp vách này sau cùng.
Lắp luôn cửa ra vào kho lạnh và cửa sổ.
Lắp panel vách còn lại.
Lắp các xà để giữ panel trần.
Lắp vách kho lạnh Đặt hai tấm panel lại gần nhau và dùng cơ cấu khoá cam để lắp ghép nó lại
Hình 2 7 Cách lắp panel vách
4 Nút che lỗ khoá cam
4 Nút che lỗ khoá cam
Lắp panel vách ở góc kho lạnh (2 vách vuông góc với nhau) Được tiến hành qua các bước sau: Đặt hai tấm panel như hình vẽ 5-2.
Sử dụng các thanh thép chữ V để kết nối chắc chắn hai tấm panel lại với nhau, đồng thời các thanh nhôm không chỉ có chức năng cố định mà còn giúp chống ẩm hiệu quả cho tấm panel.
Dùng các con tán rive để cố định thanh nhôm chữ V với panel.
Còn một vách ta lắp panel nền trước rồi mới lắp vách đó
Hình 2 8 Lắp panel vách ở kho lạnh
Lắp đặt cửa ra vào và cửa sổ sử dụng loại cửa kiểu bản lề Để thực hiện việc này, trước tiên cần đo đạc vị trí đặt cửa một cách chính xác.
Dùng máy cắt để cắt một lỗ đúng bằng kích thước cửa đó. Đặt cửa vào vị trí đó.
Dùng khoan để khoan lỗ và bắn rive vào tấm số 2 để cố định cửa với panel.
Tính cách nhiệt và cách ẩm kho lạnh
2.3.1 Tính cách nhiệt của vật liệu
Cách nhiệt lạnh có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường vào buồng lạnh qua kết cấu bao che.
Hiện nay, vật liệu cách nhiệt sử dụng phổ biến nhất là polystirol và polyurethan
Kho lạnh thường sử dụng vật liệu cách nhiệt polyurethan do những ưu điểm nổi bật như khả năng tạo bọt mà không cần gia nhiệt, giúp dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng Polyurethan có độ bền tương đối cao, từ 0,1 đến 0,2 N/mm², cùng với hệ số dẫn nhiệt thấp, chỉ từ 0,023 đến 0,03 W/m.K, góp phần nâng cao hiệu quả cách nhiệt cho kho lạnh.
Bên ngoài lớp polyurethan còn được bọc bằng 2 lớp tôn inox và 2 lớp sơn cách ẩm.
Chọn hệ số dẫn nhiệt của polyurethan = 0,025 (W/m.K)
Xác định chiều dày cách nhiệt Được xác định theo hai yêu cầu:
Vách ngoài của kết cấu bao che cần đảm bảo không bị đọng sương, điều này có nghĩa là lớp cách nhiệt phải đủ dày để nhiệt độ bề mặt vách ngoài luôn cao hơn nhiệt độ đọng sương.
Để tối ưu hóa chi phí xây dựng, cần chọn chiều dày lớp cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là thấp nhất, vì vật liệu cách nhiệt thường chiếm từ 25% đến 40% tổng chi phí Việc tính toán chiều dày lớp cách nhiệt được thực hiện qua hai bước.
Chiều dày lớp cách nhiệt được tính từ biểu thức hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp.
1 - là hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới vách cách nhiệt; (W/m 2 K).
2 - là hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh; (W/m 2 K)
i - là chiều dày của lớp vật liệu thứ i; (m).
i - là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i; (W/mK).
cn - là chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt; (m).
cn - là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt; (W/mK). k - là hệ số truyền nhiệt của vách; (W/m 2 K).
Bảng 2.2 Thông số các lớp vật liệu của panel
Vật liệu Chiều dày (m) HS dẫn nhiệt (W/mK) Số lớp
Kho bảo quản đông được thiết kế với nhiệt độ trong kho là -20 0 C Không khí được đối lưu cưỡng bức vừa phải
Tra bảng 3.7, [1, tr 65] ta có:
Tra bảng 3.6, [1, tr 64] ta có:
Do trần mái che, nền có hệ thống con lươn làm thoáng nên bề dày cách nhiệt của mái, trần, tường giống nhau:
Chiều dày panel phải chọn:
Chiều dày cách nhiệt thực của tấm panel tiêu chuẩn phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định
Ta chọn chiều dày panel tiêu chuẩn:δ panelTC 125(mm)
Từ đây tính được hệ số truyền nhiệt thực là: t n i CN
Để đảm bảo vách không bị đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực (kt) cần phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt đọng sương (ks), cụ thể là kt < ks Để tăng cường an toàn, điều kiện nên được thỏa mãn là kt < 0,95 × ks Hệ số truyền nhiệt đọng sương (ks) được xác định theo công thức: ks = [1, tr66].
Hệ số tỏa nhiệt từ môi trường bên ngoài tới bề mặt vách kho là 23,3 W/m² K Nhiệt độ không khí ngoài môi trường (t1) là 37,3°C, trong khi nhiệt độ không khí bên trong kho lạnh (t2) đạt -20°C Điểm sương của không khí ngoài môi trường (ts) là 0°C.
Từ đồ thị (h – x) và t1 = 37,3 0 C; = 0,73 => t s = 32 0 C [1, tr9]
Bảng 2.3 Kết quả hệ số truyền nhiệt đọng sương t 1 ( o C) t 2 ( o C) t s ( o C) α 1 (W/m 2 K) k s (W/m 2 K)
Nhận xét: ks > kt vậy điều kiện trên được thoả mãn.
- Với cấu trúc cách nhiệt của kho bằng vật liệu cách nhiệt Polyurethan có chiều dày là 125 mm thì đảm bảo sự cách nhiệt.
Nền và trần kho có độ dày lớp cách nhiệt tương đương với vách kho, do trần kho được bảo vệ bởi mái che và nền kho có hệ thống con lươn thông thoáng Vì vậy, hệ số truyền nhiệt của nền và trần kho được xác định giống như hệ số truyền nhiệt của vách kho.
2.3.2 Tính cách ẩm của vật liệu
Mục đích của việc cách ẩm là hạn chế sự xâm nhập của độ ẩm vào kho lạnh, vì độ ẩm có thể gây hại cho vật liệu cách nhiệt và làm tăng chi phí vận hành.
Việc cách ẩm được thực hiện nhờ lớp tôn bọc ngoài tấm panel cách nhiệt.Lớp tôn này có sẵn khi ta mua tấm panel cách nhiệt.
Tính toán nhiệt kho lạnh
Tính nhiệt tải kho lạnh là quá trình xác định các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài vào kho lạnh và các nguồn nhiệt phát sinh bên trong Đây là dòng nhiệt tổn thất mà hệ thống lạnh cần phải xử lý để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí xung quanh Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, máy lạnh cần có công suất đủ lớn để thải nhiệt ra môi trường.
Mục đích tính nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy nén.
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q, được xác định bằng biểu thức:
Q1- dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh, (W).
Q2- dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra trong quá trình xử lý lạnh, (W).
Q3- dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh, (W).
Q4- dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành kho lạnh, (W).
Q5- dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, (W).
Do đây là kho lạnh bảo quản thịt heo đông lạnh nên Q3 = Q5 = 0 Dòng nhiệt tổn thất Q chỉ còn các dòng nhiệt sau:
2.4.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che, Q1
Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của kho là tổng hợp các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần và nền, xuất phát từ sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong Ngoài ra, còn có các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời tác động lên bề mặt kho.
Dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che xác định theo công thức:
Q11 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ; (W).
Q12 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; (W). Kích thước tính toán:
Chiều dài của kho lạnh: L = 18 m.
Chiều rộng của kho lạnh: R = 9 m.
Chiều cao của kho lạnh: H = 3,6 m.
Kho lạnh là loại kho được xây dựng từ các tấm panel lắp ghép trong phân xưởng, giúp giảm thiểu bức xạ nhiệt, vì vậy có thể xem nhẹ yếu tố này.
Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo biểu thức:
Trong đó: kt: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực; kt = 0,194 (W/m²K).
F: Diện tích bề mặt kết cấu bao che; (m²). t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, 0 C. t2: Nhiệt độ không khí trong kho, 0 C.
Kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến với tường bao quanh và mái che, dẫn đến nhiệt độ không khí xung quanh kho lạnh bằng nhiệt độ khu thành phẩm là 26°C Tuy nhiên, nhiệt độ phía trên trần kho lạnh cao hơn, đạt 30°C.
Từ biểu thức tính dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền thay số vào tính toán ta có được bảng sau:
Bảng 2 4 Bảng tổng hợp dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che
Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là:
2.4.2 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra, Q2
Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra gồm có:
- Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra : Q21 (W).
- Dòng nhiệt do bao bì mang vào: Q22 (W).
Tính dòng nhiệt do sản phẩm toả ra
M = 0,06.Et: Lượng hàng nhập vào kho ngày và đêm;
M: Lượng hàng nhập vào kho bảo quản đông ngày và đêm; t/ngày đêm.
Et: Dung tích buồng bảo quản lạnh.
24.3600: Hệ số chuyển đổi từ tấn/24h sang kg/s.
Sản phẩm có entanpi trước khi xử lý lạnh là h1 = 24,4 kJ/kg tại nhiệt độ t1 = -12°C Sau khi xử lý lạnh, entanpi của sản phẩm đạt M = 107,14,0,06 = 6,42 tấn/ngày đêm.
Nhiệt độ của sản phẩm trong kho bảo quản: t2 = -20 o C suy ra h2 = 0 (kJ/kg).
Bảng 2.5 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Tính dòng nhiệt do bao bì toả ra
Do ta chọn phương pháp xếp hàng là đổ đống nên bỏ qua dòng nhiệt từ bao bì. Vậy dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra là : Q22 = 0
Bảng 2.6 Tổng dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
2.4.3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh, Q3
Vì đây là kho bảo quản sản phẩm thịt heo, không có sự hô hấp nên không cần thông gió Do đó Q3 = 0.
2.4.4 Dòng nhiệt do vận hành, Q4
Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41
Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42.
Dòng nhiệt do động cơ điện Q43
Dòng nhiệt do mở cửa Q44.
- Tính dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra
Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức: [1, tr86]
F - là diện tích kho lạnh, F = 3.36 = 108 (m 2 )
A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1m 2 diện tích, W/m 2 Đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m 2 ; Đối với buồng chế biến A = 4,5 W/m 2 Chọn A = 1,2 (W/m 2 ).
- Dòng nhiệt do người toả ra
Tính theo biểu thức: Q42 = 350.n; (W) (2.16) Trong đó:
350 :Nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350 (W/người). n : Là số người làm việc trong buồng:
Nếu buồng nhỏ hơn 200m 2 , n = 2 ÷ 3 người.
Nếu buồng lớn hơn 200m 2 , n = 3 ÷ 4 người.
- Dòng nhiệt do các động cơ điện toả ra
1000: Hệ số chuyển đổi từ kW ra W;
N: Công suất động cơ điện (kW).
Dựa vào các số liệu định hướng:
Buồng bảo quản lạnh N = 1 ÷ 4 kW.
Buồng kết đông N = 8 ÷ 16 kW. Đề tài thiết kết buồng bảo quản lạnh đông nên chọn N = 4kW.
- Dòng nhiệt do mở cửa
Trong đó: F – diện tích của kho lạnh, m 2
B – dòng nhiệt dung riêng khi mở cửa, W/m 2
Dòng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng. Với chiều cao buồng 6m lấy theo bảng sau:
Bảng 2.7 Dòng nhiệt riêng khi mở cửa [1, tr87]
Với chiều cao buồng h = 3,6 m, diện tích < 150 m 2 Sử dụng phương pháp nội suy ta có B = 7,2 W/m 2
Bảng 2.8 Dòng nhiệt do vận hành
2.4.6 Dòng nhiệt qỏa ra từ sản phẩm hô hấp: Q5
Do sản phẩm là thịt heo không hô hấp nên ta chọn Q5 = 0
2.4.7 Kết quả tính tổng dòng nhiệt xâm nhập vào kho
Bảng 2.9 Tổng dòng nhiệt xâm nhập kho
2.4.8 Xác định tải nhiệt cho máy nén và thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi cần được xác định cẩn thận Để duy trì nhiệt độ trong buồng ở điều kiện bất lợi nhất, cần tính toán tổng tải nhiệt cho thiết bị, bao gồm các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất.
Q3 và Q5 chỉ xuất hiện ở những kho lạnh bảo quản rau quả hoặc đối với các buồng bảo quản rau quả trong kho lạnh phân phối
Tải nhiệt máy nén được xác định từ tổng tất cả các tải nhiệt thành phần, nhưng tùy thuộc vào từng loại kho lạnh, có thể chỉ sử dụng một phần của tổng tải nhiệt này.
- Đối với kho lạnh chế biến lấy 85% Q1.
- Nhiệt tải cho máy nén lấy 100% Q2 đã tính toán được đối với kho lạnh thịt.
- Nhiệt tải của máy nén từ dòng nhiệt vận hành được tính bằng 75% Q4.
Bảng 2.10 Tổng dòng nhiệt do máy nén
Năng suất lạnh máy nén đối với nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống nhau xác định theo biểu thức sau:
; (W) (2.19) k - hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh; b - hệ số thời gian làm việc;
- tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh lớn lấy b = 0,9.
Hệ số k, được chọn là 1,07, phản ánh tổn thất lạnh trong đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh làm lạnh trực tiếp, phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong dàn lạnh không khí.
Bảng 2.11 dòng nhiệt do máy nén
Trong chương 2, chúng ta đã khám phá quy trình công nghệ thiết kế kho lạnh, lựa chọn nhiệt độ cấp đông phù hợp và thực hiện tính toán cân bằng vật chất.
TÍNH TOÁN KHO LẠNH BẢO QUẢN CẤP ĐÔNG, TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH, THIẾT BỊ PHỤ VÀ TỐI ƯU VÙNG NHIỆT ĐỘ BẢO QUẢN CẤP ĐÔNG
Tính chọn hệ thống lạnh
3.1.1 Chọn phương pháp làm lạnh
Trong thực tế có nhiều phương pháp làm lạnh cho kho, nhưng có hai phương pháp thông dụng nhất là: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp.
Mỗi phương pháp làm lạnh đều có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với yêu cầu thiết bị và công nghệ trong từng trường hợp cụ thể Để tối ưu hóa hiệu quả, cần lựa chọn phương pháp làm lạnh phù hợp nhằm phát huy tối đa ưu điểm và giảm thiểu nhược điểm Trong thiết kế kho bảo quản lạnh đông thịt heo, phương pháp làm lạnh trực tiếp được chọn do tính đơn giản của thiết bị, không cần thêm vòng tuần hoàn phụ.
Tuổi thọ cao và hiệu quả kinh tế được đảm bảo nhờ việc tránh tiếp xúc với nước muối, một chất ăn mòn kim loại nhanh chóng Từ góc độ nhiệt động, hệ thống này cũng giảm thiểu tổn thất năng lượng do có sự chênh lệch nhiệt độ thấp giữa kho lạnh và dàn bay hơi qua không khí.
Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ có nghĩa là thời gian làm lạnh trực tiếp từ khi khởi động máy đến khi kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn.
Nhiệt độ kho lạnh có thể được giám sát thông qua nhiệt độ sôi của môi chất, mà nhiệt độ sôi này có thể dễ dàng xác định bằng nhiệt kế ở đầu hút của máy nén.
Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng ngắt máy nén (đối với máy lạnh nhỏ và trung bình).
Môi chất lạnh có tác dụng cung cấp lạnh (thu nhiệt của môi trường xung quanh) trong quá trình nó biến đổi trạng thái.
Môi chất lạnh phổ biến trong hệ thống lạnh bao gồm Amoniac và Freon Việc lựa chọn giữa hai loại môi chất này phụ thuộc vào năng suất của hệ thống lạnh, đồng thời cần so sánh tính kinh tế kỹ thuật và chế độ vận hành để đưa ra quyết định hợp lý.
Chọn môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống là R22.
Chọn chế độ làm việc cho hệ thống
Việc lựa chọn thông số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng, vì chế độ làm việc hợp lý sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao, tăng năng suất lạnh và giảm điện năng tiêu thụ.
Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 yếu tố sau:
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t0.
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất, tk.
Nhiệt độ quá lạnh, tql.
Nhiệt độ hơi hút về máy nén hay nhiệt độ quá nhiệt, tqn (th).
3.2.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t 0
Nhiệt độ sôi của môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ kho lạnh bảo quản Để tính toán thiết kế, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh có thể xác định bằng công thức: t0 = tb - ∆t0 = -20 - 10 = -30°C.
Trong đó : tb: nhiệt độ kho bảo quản, 0 C.
∆t0: hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh và nhiệt độ không khí trong kho Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp ∆t0 = 8 ÷ 13 0 C
Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh sử dụng nước làm tác nhân làm mát, được lấy từ nguồn nước thành phố và tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo công thức: tk = tw2 + ∆tk (3.2).
Trong đó: tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0 C.
∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0 C.
∆tk = 3 ÷ 5 0 C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 ÷
Nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra chênh nhau 2÷ 6 0 C và phụ thuộc vào kiểu bình ngưng: tw2 = tw1 + ( 2 ÷ 6 0 C ) (3.3)
Trong hệ thống, nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng (tw2) được xác định bằng nhiệt độ nước vào bình ngưng (tw1) cộng với 5 độ C, tức là tw2 = tw1 + 5 độ C Chúng ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang với sự chênh lệch nhiệt độ (∆tw) là 5 độ C.
Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt, nhiệt độ nước vào bình ngưng thường cao hơn nhiệt độ đo được từ nhiệt kế khoảng 3 đến 4 độ C Trong trường hợp này, chúng ta chọn 3 độ C, từ đó ta có thể tính toán nhiệt độ vào bình ngưng là: tw1 = tư + 3 độ C.
Kho lạnh được xây dựng tại Hưng Yên với nhiệt độ tối đa 37,3°C, dựa trên điều kiện khắc nghiệt nhất Theo đồ thị h – x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển 760 mmHg, với nhiệt độ 37,3°C, độ ẩm tương đối đạt 33°C.
Vậy nhiệt độ ngưng tụ là : t = 46 0 C
3.2.3 Nhiệt độ quá nhiệt t qn (nhiệt độ hơi hút)
Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của môi chất trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi.
Quá nhiệt hơi hút có mục đích bảo vệ máy nén khỏi việc hút phải chất lỏng Nhiệt độ quá nhiệt này sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại môi chất và máy nén sử dụng.
Nhiệt độ hơi hút được xác định theo biểu thức: th = to+ Δtqn (3.4)
Trong đó: to: Nhiệt độ sôi của môi chất; 0 C. Δtqn:Nhiệt độ quá nhiệt hơi hút, với môi chất R22 thì: tqn o C
3.2.4 Nhiệt độ quá lạnh t ql
Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu, và càng thấp, năng suất lạnh càng cao Đối với thiết bị Freon, quá trình quá lạnh diễn ra trong bình hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh ở bình bay hơi trước khi trở về máy nén.
Từ nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ quá nhiệt Tra đồ thị lgp-I của môi chất R22 ta được: [ 1, tr340]
(kJ/kg); t qn 10 0 C � h 1 705 (kJ/kg);
Với h3 = 543 (kJ/kg), tra đồ thị lgP-I được tql = 33 o C
3.2.5 Các thông số ban đầu
Nhiệt độ bay hơi của môi chất được xác định là -30°C với áp suất bay hơi là 0,163 MPa (1,63 bar) Nhiệt độ ngưng tụ đạt 46°C và áp suất ngưng tụ là 1,77 MPa (17,7 bar) Nhiệt độ hơi hút về máy nén là -10°C.
Nhiệt độ quá lạnh : tql = 33 o C;
Chu trình lạnh
3.3.1 Chọn chu trình lạnh t0 = -30 0 C p 0 = 0,163 Mpa tk = 46 0 C pk = 1,77 Mpa
Vậy máy nén được sử dụng là máy nén R22 một cấp, nửa kín.
Hình 3 1 Sơ đồ và biểu diễn chu trình trên đồ thị T-s, lgP-h.
Hơi môi chất sau khi sinh ra ở thiết bị bay hơi với nhiệt độ cao và áp suất thấp được quá nhiệt sơ bộ và đi vào thiết bị hồi nhiệt Tại đây, hơi môi chất được quá nhiệt từ trạng thái hơi bão hòa khô đến trạng thái hơi quá nhiệt 1, sau đó được máy nén hút về và nén lên trạng thái 2 trước khi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ Trong bình ngưng tụ, hơi thải nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ thành lỏng và được quá lạnh một chút, nhưng độ quá lạnh này rất nhỏ nên có thể bỏ qua Lỏng được dẫn vào bình hồi nhiệt, nơi nó thải nhiệt cho hơi lạnh từ bình bay hơi, làm nhiệt độ hạ từ t3 xuống t3’ Tiếp theo, lỏng đi vào van tiết lưu, được tiết lưu xuống trạng thái 4 và được đẩy vào thiết bị bay hơi Tại đây, lỏng bay hơi và thu nhiệt từ môi trường lạnh, sau đó hơi lạnh được máy nén hút về, hoàn thành vòng tuần hoàn môi chất.
Các quá trình của chu trình:
1 ' - 1: Quá nhiệt hơi hút trong thiết bị hồi nhiệt ở Po= const;
1 - 2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi hút về từ áp suất thấp Po lên áp suất cao Pk; s = const hay s1 = s2.
2 - 2 ' : Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa;
2 ' - 3 ' : Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt;
3 ' - 3: Quá lạnh lỏng đẳng áp trong hồi nhiệt ở Pk = const;
3 - 4: Tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4;
4 - 1 ' : Quá trình bay hơi trong bình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt;
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các tham số trên điểm nút của chu trình Điểm nút
1' -30 1,63 690 0,14 Hơi bão hòa khô t1'= to
3.3.3 Tính toán chu trình lạnh
Năng suất lạnh riêng qo = h1 , - h4 = 690 – 543 = 147 (kJ/kg) (3.5)
Trong đó: h1 ,: Entanpi của hơi bão hòa khô khi ra khỏi thiết bị. h4: Entanpi của môi chất sau khi qua van tiết lưu.
Năng suất lạnh riêng thể tích
(kJ/kg) (3.6) Trong đó: v1= 0,13(m 3 /s): Thể tích hơi hút về máy nén.
Công nén riêng l = h2 – h1 (3.7) Trong đó: h1: Entanpi hơi hút về máy nén. h2: Entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén.
Năng suất nhiệt riêng qk = h2 – h3 = 772 – 549 = 223 (kJ/kg) (3.8)
Hệ số lạnh của chu trình
Lưu lượng thực tế nén qua máy
Qo"044,82 (W) = 22,04(Kw ): Năng suất lạnh của máy nén
Năng suất thể tích thực tế qua máy nén, Vtt
Trong đó: v1 = 0,13 (m 3 /s): Thể tích riêng của hơi hút tại điểm nút 1.
Hệ số cấp của máy nén, λ
P k = P o = 0,005 0,01 Mpa; ta chọn P k = P o = 0,01 MPa. m = 0,90 1,05 (đối với môi chất Freôn), ta chọn m = 1.
C: tỷ số không gian chết, C = 0,03 0,05, tuỳ từng loại máy nén, ta chọn C=0,05.
Thay số vào ta có: i
Thể tích hút lý thuyết của máy nén Vlt
Công nén đoạn nhiệt Ns
Công nén chỉ thị, Ni
Là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết.
i : Là hiệu suất chỉ thị.
i = w + bto. b: là hệ số thực nghiệm b = 0,001.
Công nén hiệu dụng, Ne
Công nén hiệu dụng là công nén đã tính đến tổn thất ma sát của các thành phần trong máy nén như pittông, xilanh, tay biên, trục khuỷu và ắc pittông Đây là giá trị công được đo trên trục khuỷu của máy nén.
Pms: áp suất ma sát riêng, đối với máy Freôn ngược dòng thì Pms = 0,019 0,034 Mpa Chọn Pms = 0,03 Mpa.
Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động, khớp, đai… và hiệu suất chính của động cơ.
tđ = 0,95: hiệu suất truyền động của đai, khớp
đc = 0,9: hiệu suất động cơ. el
Công suất động cơ lắp đặt
Khi lựa chọn hệ số an toàn thấp, điện năng tiêu thụ sẽ giảm nhưng nguy cơ cháy máy tăng cao Ngược lại, nếu chọn hệ số an toàn cao, máy sẽ hoạt động an toàn hơn nhưng sẽ tiêu thụ nhiều điện năng hơn.
Chọn hệ số an toàn là 1,5 Suy ra: Nđc = 1,5Nel = 1,518,25= 27,38 (kW)
Tính chọn máy nén
Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh, chúng ta xác định được thể tích hút lý thuyết Vlt là 0,06 Đây là thể tích cần thiết mà máy nén phải đạt được để duy trì nhiệt độ kho lạnh theo điều kiện thiết kế.
- Máy nén freon ngược dòng, 1 cấp.
- Năng suất lạnh của máy nén: Qo ",04(kW)
- Thể tích lý thuyết Vlt = 0,06 (m 3 /s)
- Thể tích lý thuyết Vtt = 0.02 (m 3 /s)
- Công nén hiệu dụng: Ne = 15,6 (kW)
(Theo bảng 7–6 TL{1}) ta chọn máy nén ΠБ80 máy nén pittong của Nga theo OCT 26.03-943-77:
Bảng 3 2 Tổng kết các thông số máy nén
Số xilanh đường kính pittông
Tính chọn thiết bị ngưng tụ
Việc lựa chọn thiết bị ngưng tụ là quá trình xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Trong bài viết này, tôi đã chọn kiểu bình ngưng giải nhiệt bằng nước, với thiết kế gọn nhẹ, phù hợp để lắp đặt ngay trong phòng máy.
Xác định nhiệt tải dàn ngưng
- Nhiệt tải của dàn ngưng được xác định qua biểu thức
Qk = K.F.ttb với Qk: phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ (kw)
F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit, k ta có: Qk =m.qK = 0,15.223= 33,45(kw)
Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng ống chùm nằm ngang
- Chọn kiểu bình ngưng ống chùm nằm ngang freôn có các thông số như sau:
Bình ngưng Diện tích bề mặt ngoài (m 2 ) Đường kính ống vỏ (mm) Chiều dài Số ống Tải nhiệt
Tính chọn dàn bay hơi
Tính chọn dàn bay hơi
Thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi đều đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt Điều này cần phải tuân theo các thông số đã được xác định trước, chẳng hạn như độ bay hơi, để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong hệ thống.
Diện tích bề mặt TĐN được xác định theo biểu thức:
Với Q0 tải nhiệt lạnh của thiết bị bay hơi (w)
K: hệ số truyền nhiệt w/m 2 k với dàn không khí môi chất R22 chọn k = 12,8 (w/m 2 k)
t tb : hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa môi chất và chất tải lạnh
Xác định diện tích trao đổi nhiệt:
Trong kho lạnh của em bố trí 3 dàn
Kí hiệu dàn lạnh diện tích bề mặt TĐN ngoài m 2 Bước cách (mm)
Tính chọn van tiết lưu
Dàn bay hơi với nhiều ống nhánh phân phối môi chất thường gặp phải tổn thất áp suất lớn Để đảm bảo cung cấp đủ môi chất cho dàn lạnh, tôi đã quyết định chọn van tiết lưu tự động cân bằng ngoài cho kho bảo quản đông, dựa trên các thông số kỹ thuật cần thiết.
Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 46 0 C.
Nhiệt độ quá lạnh: tql = 33 0 C.
Năng suất lạnh: Qo = 22 KW.
Cấu tạo của van tiết lưu như sau :
1: Nắp chụp 2: Vít điều chỉnh.
3: Môi chất lạnh vào thiết bị bay hơi. 4: Lò xo.
6: Nối với đường cân bằng áp suất ngoài. 7: Màng xếp.
Hình 3.5 Cấu tạo van tiết lưu
Van tiết lưu màng chỉ hoạt động khi môi chất lạnh ra khỏi thiết bị bay hơi ở trạng thái hơi quá nhiệt Diện tích bề mặt màng xếp được ký hiệu là f Khi nhiệt độ của môi chất ở trạng thái hơi quá nhiệt, ta có tqn > t0, vì nhiệt độ trong bầu cảm biến cũng được xem là nhiệt độ quá nhiệt Trong trường hợp này, trạng thái môi chất trong bầu cảm biến là hơi bão hòa tqn với áp suất bão hòa Pt.
Phương trình cân bằng lực được biểu diễn bằng công thức Pt f = P0 + R; (Pt – P0) f = R Khi môi chất sau khi rời thiết bị bay hơi đạt trạng thái hơi bão hòa khô, van tiết lưu sẽ đóng lại.
Khi máy mới chạy thì nhiệt độ quá nhiệt tqn tương đối lớn hơn nhiệt độ t0 nên van tiết lưu mở lớn.
Khi máy dừng, van tiết lưu sẽ đóng lại Để đảm bảo máy nén hoạt động an toàn, cần lắp thêm một van điện từ trước van tiết lưu Van điện từ này sẽ mở ra khi máy nén hoạt động, cung cấp dịch cho dàn bay hơi, và sẽ đóng lại khi máy dừng.
Hình 3.6 Sơ đồ lắt đặt van tiết lưu
Van tiết lưu màng cân bằng ngoài được lắp đặt sau van điện từ và trước dàn lạnh, chỉ mở khi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi tại bầu cảm biến là hơi quá nhiệt.
Các thiết bị phụ
- Tính chọn bình chứa cao áp.
Nhiệm vụ của bình chứa cao áp là chứa gas lỏng sau khi ngưng tụ để phân phối đến các dàn lạnh.
Bình chứa cao áp được đặt sau dàn ngưng, giúp giải phóng bề mặt truyền nhiệt của dàn ngưng nhờ lớp chất lỏng Đồng thời, nó cũng cung cấp một lượng chất lỏng đồng đều cho van tiết lưu.
Thể tích bình chứa cao áp chọn như sau:
V: thể tích bình chứa cao áp, m 3
G: Lượng tác nhân lạnh đi qua bình chứa cao áp.
G = mtt = 0,178 Kg/s v3’: Thể tích riêng chất lỏng ở nhiệt độ tk (m 3 /kg). m 3 /kg
Từ thể tích của bình chứa ta đã tính toán thì ta chọn bình chứa với các thông số sau:
Chiều dài bình: 865 mm Đường kính trong: 220mm Đường kính ngoài: 290mm
- Tính chọn bình tách lỏng. Đường kính bình tách lỏng được tính như sau:
Phương trình cân bằng lưu lượng.
Chọn bình tách lỏng có đường kính trong 254mm
Phin lọc có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ cặn bẩn, ngăn ngừa tình trạng tắc van tiết lưu Bên cạnh đó, phin lọc còn giúp loại bỏ axit và các chất không mong muốn khỏi vòng tuần hoàn của môi chất lạnh Thiết bị này được lắp đặt trên đường cấp lỏng cho dàn bay hơi và nằm trước van điện từ.
Hình 3.7 Phin lọc cho thiết bị freon
Van điện từ là thiết bị điều khiển bằng lực điện từ, hoạt động bằng cách sử dụng cuộn dây để tạo ra lực hút lõi thép, từ đó mở hoặc đóng van Khi có điện, van điện từ sẽ mở, cho phép môi chất đi qua; ngược lại, khi không có điện, van sẽ đóng lại và ngừng cấp dịch Thiết bị này chỉ có hai trạng thái: mở hoặc đóng.
Hình 3.8 Cấu tạo van điện từ
- Van chặn và van dịch vụ.
Van chặn có nhiệm vụ quan trọng trong hệ thống lạnh, giúp khóa hoặc mở dòng chảy của môi chất lạnh trong quá trình vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa.
Van tạp vụ được lắp đặt trên đầu máy nén, có chức năng quan trọng trong việc bảo trì và sửa chữa thiết bị Nó hỗ trợ nạp dầu, nạp gas, hút chân không, cũng như thực hiện đo đạc và kiểm tra máy nén Thiết kế của van tạp vụ bao gồm hai bu lông để gắn chặt vào máy nén, đảm bảo tính ổn định và an toàn trong quá trình vận hành.
Hình 3.9 Van chặn của hệ thống
8 - Đường nước lạnh cấp để mát bình ngưng
9 - Đường nước nóng được làm mát nhờ không khí đi ngược chiều từ dưới lên
Mắt gas là thiết bị kính quan sát được lắp đặt trên đường ống lỏng (sau phin lọc sấy) nhằm theo dõi dòng chảy của môi chất lạnh Bên cạnh việc chỉ thị dòng chảy, mắt gas còn đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng khác.
+Báo hiệu đủ gas khi dòng gas không bị sủi bọt.
+Báo hiệu thiếu gas khi dòng gas bị sủi bọt mạnh.
+Báo hiệu hết gas khi thấy suất hiện các vệt dầu trên kính.
+Báo môi chất qua sự biến đổi màu của chấm màu trên tâm mắt.
Hình 3.10 Cấu tạo và vị trí lắt đặt của mắt gas
Tính toán tháp giải nhiệt
- Tính lưu lượng cần thiết
C: Nhiệt dung riêng của nước: C = 4,186 (KJ/kg độ) : khối lượng riêng của nước: = 1000kg/m 3
t w : độ chênh lệch nhiệt độ của nước vào và ra
Tính diện tích tiết diện tháp giải nhiệt
Em chọn tháp giải nhiệt có thông gió như sau:
- Lưu lượng nước cần thiết 25l/s
Tối ưu vùng nhiệt độ bảo quản
Để tối ưu vùng nhiệt độ bảo quản trong kho lạnh cấp đông, cần xem xét nhiều yếu tố như loại sản phẩm, thời gian bảo quản và sự biến đổi của nhiệt độ môi trường Trong đồ án "nghiên cứu thiết kế công nghệ tối ưu vùng nhiệt độ bảo quản cấp đông thịt lợn dung tích 100 tấn", tôi đã tìm ra giải pháp tối ưu cho việc bảo quản thịt lợn Cụ thể, nhiệt độ bảo quản cấp đông nên được duy trì ở -18 độ C và thời gian bảo quản lý tưởng là từ 6 đến 8 tháng.
Sản phẩm thịt lợn yêu cầu nhiệt độ bảo quản đông lạnh sâu để ngăn chặn hoạt động của enzym và các biến đổi protein, lipid, nhằm bảo đảm chất lượng và độ tươi ngon của sản phẩm.
Thời gian bảo quản lý tưởng cho thịt là từ 6 đến 8 tháng, giúp duy trì độ tươi mới và bảo toàn hàm lượng chất dinh dưỡng, tránh tình trạng mất đi do bảo quản quá lâu.
Kho lạnh bảo quản cấp đông hoạt động ở nhiệt độ âm dưới 0°C, yêu cầu phải có hệ thống xả đá dàn lạnh để tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt Nếu không thực hiện xả đá, lớp nước đá tích tụ từ sản phẩm và môi trường trong thời gian dài có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.
- Làm giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị
- Nhiệt độ kho không đạt yêu cầu về công nghệ làm giảm chất lượng và khối lượng hàng hóa bảo quản
- Thời gian chạy máy nén kéo dài, tiêu hao điện năng
Xả đá dàn lạnh là quá trình làm tan lớp đá bám trên bề mặt dàn lạnh bằng cách nâng cao nhiệt độ của nó Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện việc này, dựa trên nguyên tắc cơ bản này.
- Xả đá bằng nhiệt của điện trở
- Xả đá bằng gas nóng của máy nén
Trong đồ án nghiên cứu này em chọn phương pháp xả đá bằng điện trở.
Xả đá bằng dây điện trở
Giai đoạn 1 là giai đoạn chuẩn bị, trong đó một rơle thời gian đảm nhận và được cài sẵn thời gian T1 Đây là giai đoạn rất quan trọng, bao gồm nhiều công việc cần thực hiện để đảm bảo sự thành công của quá trình tiếp theo.
- Ngừng cấp dịch và chạy rút gas Thời gian chay rút gas khoảng 10 đến
15 phút tùy theo chất lượng máy nén.
Giai đoạn 2: Rơle thời gian được cài sẵn thời gian T2 sẽ đảm nhận quá trình này Đây là giai đoạn xả đá, giai đoạn chính, bao gồm các công việc quan trọng.
Cấp điện cho điện trở giúp nung nóng lớp băng bề mặt trên dàn lạnh, trong khi đó, các hệ thống tự động có khả năng thực hiện quá trình xả tuyết nhờ vào rơ-le thời gian, đảm bảo duy trì thời gian cho từng giai đoạn.
Giai đoạn 3: Do một rơle thời gian đảm nhận và được cài sẵn thời gian T3. Đây là giai đoạn kết thúc và bao gồm các công việc sau:
- Ngừng cung cấp điện cho dây điện trở
- Đưa quạt dàn lạnh hoạt động trở lại để làm khô bề mặt thiết bị
- Cho máy nén hoạt động trở lại và cấp dịch dàn lạnh
Khí hậu miền Bắc, đặc biệt là tỉnh Hưng Yên, có sự phân hóa rõ rệt với nhiệt độ mùa hè có thể lên đến 40°C và mùa đông giảm xuống dưới 10°C, cùng độ ẩm trung bình trên 80% Những yếu tố này ảnh hưởng lớn đến vùng nhiệt độ bảo quản cấp đông trong kho lạnh Để tối ưu hóa vùng bảo quản, cần chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp và đảm bảo độ dày của vách kho lạnh Tôi đã chọn lớp polyurethan được bọc 2 lớp tôn inox và sơn một lớp chống rỉ bên ngoài, với độ dày 125 mm.
Trong chương 3, chúng ta đã khám phá quy trình tính toán và thiết kế kho lạnh để bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ đông lạnh, đồng thời tối ưu hóa vùng nhiệt độ bảo quản cấp đông.
Trong sản xuất và chế biến thịt lợn, việc bảo quản sản phẩm trong kho lạnh là rất quan trọng, giúp tăng thời gian bảo quản và kéo dài thời vụ sản xuất Do đó, việc xây dựng kho lạnh là cần thiết Để đạt hiệu quả kinh tế cao, quá trình thiết kế kho lạnh cần xác định chính xác nhiệt tải, vì điều này ảnh hưởng đến việc lựa chọn thiết bị Nếu nhiệt tải tính toán thấp hơn thực tế, sản phẩm sẽ bị hư hỏng, trong khi nếu cao hơn sẽ gây lãng phí kinh tế.
Kho lạnh thiết kế là kho lạnh lắp ghép tuy gia thành cao nhưng có nhiều ưu điểm
Sau một thời gian thực hiện, tôi đã hoàn thành đồ án và rút ra một số nhận xét quan trọng Đồ án đã vận dụng hiệu quả kiến thức từ nhiều môn học, giúp củng cố nền tảng cho công việc sau này Ngoài ra, nó cũng đưa ra phương pháp xây dựng nhanh các kho lạnh có dung tích vừa và nhỏ, đáp ứng nhu cầu hiện tại với khả năng lắp ráp dễ dàng và tính thẩm mỹ cao.
Tuy nhiên vẫn còn 1 số nhược điểm:
Gía thành cao, cần một đội ngũ công nhân lắp ghép
Việc tính toán tổn thất nhiệt và lựa chọn hệ thống lạnh hiện vẫn mang tính lý thuyết và chưa áp dụng công nghệ mới, dẫn đến các thông số ước lượng chưa chính xác Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Phạm Hữu Hưng, các thầy cô trong bộ môn và các bạn đã hỗ trợ tôi hoàn thành đồ án này.
Hưng Yên, ngày tháng năm 2020