Giáo trình mô đun Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trình độ cao đẳng) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình “Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp” nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về phương pháp và kỹ năng toán và thiết kế một hệ thống lạnh công nghiệp. Giáo trình này gồm 5 bài: Bài 1: Tổng quan về công nghệ lạnh đông, Bài 2: Xác định phụ tải tính toán của nhà máy, Bài 3: Tính toán thiết kế kho lạnh, Bài 4: Tính toán thiết kế hầm nước đá cây, Bài 5: Tính toán thiết kế tủ cấp đông. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình mô đun Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trình độ cao đẳng) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: 3 UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP NGÀNH/NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG ((Ban hành kèm theo Quyết định số: 297/QĐ-CĐKTCN ngày 24 tháng 08 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT) BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2020
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo nhằm phục vụ cho giáo viên và sinh viên của Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp” nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về phương pháp và kỹ năng toán và thiết kế một hệ thống lạnh công nghiệp. Giáo trình này gồm 5 bài: Bài 1: Tổng quan về công nghệ lạnh đông. Bài 2: Xác định phụ tải tính toán của nhà máy. Bài 3: Tinh toán thiết kế kho lạnh. Bài 4: Tính toán thiết kế hầm nước đá cây. Bài 5: Tính toán thiết kế tủ cấp đông. Yêu cầu đối với học sinh sau khi học xong module này học sinh phải biết tính toán tải lạnh, thiết lập sơ đồ hệ thống lạnh cần có, lựa chọn máy và thiết bị trang bị cho hệ thống máy lạnh công nghiệp. Tính sơ bộ được công suất, số lượng, chủng loại máy và thiết bị, thiết kế và thể hiện được sơ đồ lắp nối một số hệ thống máy lạnh công nghiệp. Giáo trình này là tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên chuyên nghành Kỹ Thuật Máy Lạnh Và Điều Hòa Không Khí. Trong quá trình biên soạn chắc chắn chúng tôi còn có nhiều thiếu sót, mong quý độc giả góp ý để chúng tôi hoàn thiện tốt hơn cho lần chỉnh sữa sau. Mọi góp ý xin gửi về Email: danhnc@bctech.edu.vn. Tôi xin cảm ơn BGH, khoa và toàn thể giáo viên đã tham gia đánh giá và chỉnh sửa cuốn giáo trình này. Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày…..........tháng…........... năm…… Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Nguyễn Cao Danh 2………. 3………..
Mục Lục GIÁO TRÌNH ....................................................................................................... i TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN .................................................................................. ii LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................. iii Bài 1: Tổng quan về công nghệ lạnh đông............................................................ 3 1. Khái quát về làm lạnh đông. ......................................................................... 4 2. Cơ chế đóng băng của nước và sự biến đổi của sản phẩm trong quá trình làm đông. ........................................................................................................... 5 2.1. Cơ chế đóng băng của nước trong quá trình làm đông .......................... 5 2.2. Sự biến đổi của sản phẩm trong quá trình làm đông .............................. 6 Bài 2: Xác định phụ tải tính toán của nhà máy ..................................................... 9 1. Khái niệm chung. .......................................................................................... 9 2. Phân nhóm phụ tải ......................................................................................... 9 2.1. Các phương pháp phân nhóm phụ tải .................................................... 9 2.2. Phân nhóm phụ tải cho các phân xưởng nhà máy ................................ 10 3. Xác định tâm phụ tải ................................................................................... 10 3.1. Mục đích ............................................................................................... 10 3.2. Công thức tính ...................................................................................... 10 3.3. Xác định tâm phụ tải cho xưởng A ...................................................... 11 Bài 3: Tinh toán thiết kế kho lạnh ....................................................................... 13 1. Khái niệm, Phân loại và chọn nhiệt độ bảo quản ........................................ 13 1.1. Kho lạnh bảo quản ............................................................................... 13 1.2. Phân loại ............................................................................................... 13 1.3. Chọn nhiệt độ bảo quản........................................................................ 15 2. Kết cấu, lắp đặt và tính toán dung tích kho lạnh ......................................... 17 2.1. Kết cấu kho lạnh ................................................................................... 17 2.2. Tính toán dung tích kho lạnh ............................................................... 20 3. Một số vấn đề khi thiết kế, lắp đặt và sử dụng kho lạnh ............................. 23 3.1. Hiện tượng lọt ẩm................................................................................. 23 3.2. Hiện tượng cơi nền do băng ................................................................. 24 3.3. Hiện tượng lọt không khí ..................................................................... 24 3.4. Tuần hoàn gió trong kho lạnh .............................................................. 26 3.5. Xả băng dàn lạnh .................................................................................. 27 4. Tính toán phụ tải nhiệt kho lạnh ................................................................. 28 4.1. Tính nhiệt kho lạnh bảo quản ............................................................... 28 4.2 Xác định phụ tải thiết bị, máy nén và tổng hợp các kết quả ................. 40 Bài 4: Tính toán thiết kế hầm nước đá cây. ........................................................ 43 1. Một số vấn đề quan tâm khi sản xuất nước đá ............................................ 43 1.1. Nồng độ tạp chất cho phép ................................................................... 43 1.2. Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá................................. 44 1.3. Phân loại nước đá ................................................................................. 44 2. Hệ thống máy đá cây ................................................................................... 47 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây ................................................. 48 2.2. Kết cấu bể đá. ....................................................................................... 49
2.3. Xác định kích thước bể đá.................................................................... 52 2.4. Thời gian làm đá................................................................................... 55 2.5. Tính nhiệt bể đá .................................................................................... 56 2.6. Các thiết bị phụ máy đá cây ................................................................. 60 Bài 5: Tính toán thiết kế tủ cấp đông. ................................................................. 64 1. Các vấn đề về cấp đông thực phẩm............................................................. 64 1.1. Mục đích và ý nghĩa ............................................................................. 64 1.2. Sự kết tinh của nước trong thực phẩm ................................................. 66 1.3. Sự biến đổi của thực phẩm trong quá trình cấp đông .......................... 68 1.4. Thời gian làm lạnh đông thực phẩm .................................................... 70 1.5. Các phương pháp và thiết bị kết đông thực phẩm ............................... 72 1.6. Xử lý thực phẩm sau kết đông ............................................................. 74 2. Hệ thống kho cấp đông ............................................................................... 75 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống kho cấp đông .............................................. 75 2.2. Kết cấu cách nhiệt và kích thước kho cấp đông................................... 76 2.3. Tính nhiệt kho cấp đông ....................................................................... 79 3. Cấu tạo và kích thước tủ cấp đông .............................................................. 83 3.1. Cấu tạo cách nhiệt vỏ ........................................................................... 83 3.2. Xác định kích thước tủ cấp đông ......................................................... 84 4. Tính nhiệt tủ cấp đông................................................................................. 86 4.1. Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che ...................................... 87 4.2. Tổn thất do sản phẩm mang vào .......................................................... 87 4.3. Tổn thất do làm lạnh các thiết bị trong tủ ............................................ 88 5. Hệ thống cấp đông I.Q.F ............................................................................. 88 5.1. Khái niệm và phân loại ........................................................................ 88 5.2. Tính toán nhiệt hệ thống I.Q.F ............................................................. 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 92
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ–CĐKTCN ngày tháng năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu) Tên mô đun: Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp Mã mô đun: MĐ 22 Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 25 giờ; Kiểm tra: 5 giờ) I. Vị trí, tính chất của môđun: - Vị trí của mô đun: Tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp là mô đun chuyên môn trong chương trình nghề máy lạnh và điều hoà không khí. Mô đun được sắp xếp sau khi học xong các mô đun : Hệ thống máy lạnh dân dụng, Hệ thống điều hòa không khí dân dụng, Hệ thống máy lạnh công nghiệp và làm tiền đề đề học các mô đun: Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí, Hệ thống máy lạnh Ôtô… - Tính chất của mô đun: Ứng dụng các kiến thức đã học để tính toán thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp. II. Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày được phương pháp tính toán tải lạnh, thiết lập sơ đồ hệ thống lạnh cần có, lựa chọn máy và thiết bị trang bị cho hệ thống lạnh công nghiệp. + Tính sơ bộ được công suất, số lượng, chủng loại máy và thiết bị, thiết kế và thể hiện được sơ đồ lắp nối một số hệ thống lạnh công nghiệp thông dụng. - Về kỹ năng: + Lắp ráp được hệ thống lạnh công nghiệp đúng yêu cầu kỹ thuật. + Sử dụng thành thạo các dụng cụ, đồ nghề trong lắp ráp hệ thống lạnh công nghiệp. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, kiên trì. + Thu xếp nơi làm việc gọn gàng ngăn nắp. + Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. + Rèn luyện tinh thần làm việc nhóm có hiệu quả, vận dụng được trong thực tiễn, tác phong, kỹ năng chuyên nghiệp, tư vấn sử dụng và tạo niềm tin khách hàng, đạo đức nghề nghiệp. Nội dung của môn học/mô đun: Bài 1: Tổng quan về công nghệ lạnh đông Giới thiệu:
Bài học giới thiệu về khái quát làm lạnh đông, cơ chế đóng băng của nước và ảnh hưởng của sản phẩm trong quá trình đông lạnh. Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này người học có khả năng: - Phân tích được đặc điểm của công nghệ lạnh đông. - Phân tích được cơ chế đóng băng của nước và sự biến đổi của sản phẩm trong quá trình làm đông. - Tính toán được cơ chế đóng băng của nước. - Tính toán được cơ chế đóng băng của sản phẩm. - Cẩn thận, tỷ mỉ, tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và có khả năng làm việc nhóm. Nội dung: 1. Khái quát về làm lạnh đông. Làm lạnh đông thuỷ sản là quá trình làm lạnh thuỷ sản do sự thu nhiệt của hơi môi chất lạnh hay chất tải lạnh để cho nhiệt độ ban đầu của thuỷ sản xuống dưới điểm đóng băng < -8oC. Để cho toàn bộ nước trong thuỷ sản đóng băng thì nhiệt độ phải xuống rất thấp –55 ÷ - 65oC, đây gọi là điểm đóng băng tuyệt đối. Tuy nhiên trong công nghiệp chế biến thuỷ sản hiện nay người ta không dùng đến nhiệt độ này vì mức chi phí rất cao, hơn nữa về mặt kỹ thuật thì sản phẩm thuỷ sản ở nhiệt độ thấp sẽ không đạt giá trị về thẩm mỹ và độ bền vì vậy ta chỉ sử dụng đến mức nhiệt độ là -40oC. Làm lạnh đông thuỷ sản là làm giảm nhiệt độ của thuỷ sản nhằm mục đích làm giảm khả năng hoạt động của vi sinh vật trong thuỷ sản qua đó làm chậm sự hư hỏng của sản phẩm. Làm lạnh đông thuỷ sản sẽ khắc phục được hư hỏng của sản phẩm trong quá trình bảo quản, vì nếu chỉ làm lạnh thuỷ sản thì chỉ có thể bảo quản được trong thời gian rất ngắn còn nếu làm đông thìquá trình bảo quản sản phẩm sẽ được kéo dài vài tháng đến một năm hoặc có thể lâu hơn nữa. Sản phẩm thuỷ sản làm lạnh đông thường được xuất khẩu là chủ yếu. Xuất khẩu thuỷ sản đông lạnh có vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế của các nước đang phát triển trong đó có nước ta. Yêu cầu của đối tác là rất cao vì vậy để đưa sản phẩm đi được mà chất lượng còn tốt thì nhất thiết phải làm đông. Các mặt hàng thuỷ sản chất lượng cao như tôm, mực…mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn chính vì vậy công nghiệp làm đông nắm giữ một vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành chế biến thuỷ sản. Quá trình làm lạnh đông thực phẩm diễn ra ba giai đoạn: - Giai đoạn 1: Làm lạnh thực phẩm đến điểm đóng băng. - Giai đoạn 2: Đóng băng ở điểm kết tinh (tkt = const) - Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình làm lạnh đông và tiếp tục hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cần thiết để bảo quản lạnh.
2. Cơ chế đóng băng của nước và sự biến đổi của sản phẩm trong quá trình làm đông. 2.1. Cơ chế đóng băng của nước trong quá trình làm đông Nước chiếm khoảng 80% trọng lượng của thuỷ sản. Nước trong thuỷ sản được phân làm hai loại: nước tự do và nước liên kết. - Nước tự do: Là các phần tử nước có ở trong các cấu trúc mô thuỷ sản có tính chất như nước thường. Loại nước này rất linh động chúng dễ dịch chuyển từ vùng này đến vùng khác nên dễ tách ra, nhiệt độ đóng băng của nó –1 ÷ -1,5oC. - Nước liên kết: Là nước duy trì trong tổ chức các mô và các tế bào bằng lực liên kết rất vững chắc với các chất vô cơ và hữu cơ. Năng lượng hình thành liên kết rất lớn nó khó tách ra khỏi các mô tế bào, nó bền vững cho nên điểm đóng băng rất thấp. Nước tự do trong tế bào thuỷ sản không phải là nước nguyên chất nên nhiệt độ điểm đóng băng dưới 0oC. Tuỳ theo nồng độ chất tan trong nước mà điểm đóng băng khác nhau. - Điểm quá lạnh: Ở nhiệt độ dưới 0oC mà nước chưa kết tinh thành đá gọi là hiện tượng quá lạnh, hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu tạo mạng tế bào và độ hạ nhiệt môi trường xung quanh. Điểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để nước kết tinh thành đá, nhiệt độ quá lạnh thường là –5oC. Các tinh thể đá ở điểm quá lạnh toả ra nhiệt ẩn đóng băng làm tăng nhiệt độ sản phẩm (do tốc độ thải nhiệt không kịp với tốc độ sinh nhiệt do tạo mầm tinh thể đá). Ở điểm này chủ yếu nước tự do cấu trúc bị tách ra và kết tinh, nhiệt độ sản phẩm tăng lên đến mức cao nhất và dừng lại ở đó một thời gian nhất định để hoàn thành quá trình đóng băng sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ. Hình 1.1: Quá trình hình thành điểm đóng băng - Cơ chế đóng băng của thuỷ sản: Khi hạ nhiệt độ dưới 0oC các dạng nước trong thuỷ sản đóng băng dần dần tuỳ mức độ liên kết của chúng trong tế bào, liên kết yếu thì nhiệt độ lạnh đông càng cao. Nước tự do, cấu trúc: tql  1  1,5 oC
Nước bất động: tql = -1.5  -20 0C Nước liên kết: tql = -20  - 60 0C Trước tiên điểm quá lạnh làm xuất hiện mầm tinh thể đá gian bào (khoảng trống giữa các tế bào) mà không xuất hiện trong tế bào vì nồng độ chất tan trong nước tự do ở gian bào thấp hơn trong tế bào. Khi đến điểm đóng băng đa phần nước tự do ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên cao hơn nồng độ chất tan trong tế bào. Nếu tốc độ kết tinh thấp hơn tốc độ vận chuyển của nước ra (độ hạ nhiệt chậm) thì có sự sinh dưỡng, nghĩa là không có sự tạo thành tinh thể mới mà nước từ trong tế bào ra gian bào làm các tinh thể hiện diện lớn lên. Ứng với từng mức hạ nhiệt ngày càng thấp hiện tượng đóng băng nước tự do trong gian bào vẫn tiếp tục và các tinh thể ngày càng lớn thêm, vì nồng độ chất tan trong gian bào vẫn thấp hơn trong tế bào và điểm đóng băng ở gian bào hầu như luôn cao hơn trong tế bào do nhiệt độ lạnh khó xâm nhập vào trong tế bào. Nếu tốc độ thoát nhiệt lớn (độ hạ nhiệt nhanh) tinh thể tạo thành cả ở trong tế bào và gian bào thì tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều khắp. Vì vậy hạ nhiệt độ sản phẩm với tốc độ thấp sẽ làm tế bào mất nước, tinh thể đá to chèn ép làm rách màng tế bào, giảm chất lượng sản phẩm. Khi nước tự do đóng băng hết thì đến nước liên kết đóng băng. Có thể xác định thời gian kết tinh của nước trong thực phẩm theo công Planhk như sau. q  P. R 2      Vt  k   Trong đó: - q: Nhiệt lượng cần thải từ nhiệt độ ban đ ầu đến nhiệt độ kết tinh cuối cùng (Kcal/kg) - V: Thể tích riêng của thực phẩm (m3/kg) - ∆t: Độ chênh lệch nhiệt độ giữa điểm đóng băng ban đầu của thực phẩm và môi trường (0C) - δ: Chiều dày lớp thực phẩm (m) - λ: Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm (Kcal/m.h.K) - P, R: Các hằng số tùy thực phẩm tùy thuộc vào hình dạng thực phẩm 2.2. Sự biến đổi của sản phẩm trong quá trình làm đông a. Về vật lý - Khi nước đóng băng, cấu trúc thực phẩm trở nên rắn chắc - Khi lạnh đông, do sự hình thành tinh thể đá gây hư hỏng cấu trúc thực phẩm nên khi rã đông thực phẩm trở nên mềm hơn, tính đàn hồi giảm, khả năng giữ nước giảm và màu sắc có thể giảm - Mùi vị của thực phẩm thường nhạt đi do hao phí trong lạnh đông - Điểm quan trọng nhất là sự mất nước, sự mất nước trãi qua 3 giai đoạn : Giai đoạn 1 :Khi nước chưa đóng băng, có hiện tượng bay hơi nước từ bề mặt thực phẩm ra môi trường lạnh do chênh lệch nhiệt độ. Giai đoạn 2 : Khi nước đã đóng băng, có sự di chuyển nước từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Làm tăng lượng nước tự do, giảm lượng nước liên kết.
Giai đoạn 3 : Khi làm tan băng, một phần nước nóng chảy không thể quay lại vị trí cũ do cấu trúc và tính chất các chất đã bị thay đổi dẫn đến hao hụt khối lượng. - Ngoài ra trong quá trình bảo quản có sự thăng hoa nước đá, sự thăng hoa này không đáng kể b. Biến đổi hoá học 1. Biến đổi protein - Protein bị biến tính, đặc biệt Miozin bị kết tủa - Protein bị đông tụ, sau 6 tháng bảo quản có phân giải nhẹ. - Thời gian càng kéo dài thì protein càng bị biến tính - Quá trình làm lạnh đông nhanh protein ít bị biến tính. Ở dưới -200C thì protein hầu như không bị biến tính 2. Biến đổi lipid - Chất béo dễ bị oxy hoá đặc biệt là phản ứng thủy phân, hàm lượng acid béo tự do phụ thuộc nhiệt độ và thời gian bảo quản - Nếu ở -120C sau 10 tuần chỉ số peroxyt tăng rõ rệt; sau 30 tuần vượt quá chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm. Khả năng hòa tan của Vitamin A trong lipid cũng thay đổi, lipide bị cô đặc lại và dẽo c. Biến đổi glucid - Khi lạnh đông chậm, glycogen phân giải ra nhiều acid lactic hơn so với lạnh đông nhanh d. Biến đổi vitamin - Vitamin ít bị mất trong quá trình lạnh đông, đa số bị mất trong các quá trình rửa và gia nhiệt. - Ở nhiệt độ lạnh, vitamin A bền vững, vitamin B2, PP mất một ít, vitamin C mất nhiều và mất càng nhiều khi sản phẩm bị cháy lạnh. e. Biến đổi về khoáng - Nhiệt độ lạnh không ảnh hưởng đến khoáng chất nhưng do sự biến đổi cơ cấu sản phẩm khi làm lạnh đông khiến hao hụt một lượng lớn khoáng chất tan trong dịch bào chảy ra ngoài khi rã đông g. Biến đổi vi sinh vật - Ở điểm đóng băng, vi sinh vật hoạt động chậm lại, một số VSV bị tiêu diệt - Ở nhiệt độ đến -100C các loại nấm men mốc chưa bị ức chế, xuống-150C mới ức chế nấm men mốc - Ở nhiệt độ dưới -150C sẽ ngăn chặn vi khuẩn và nấm men mốc. Tuy nhiên ở - 200C, vẫn còn một số vi sinh vật sống sót và phát triển. - Nếu lạnh đông chậm, các tinh thể đá to, sắc cạnh làm vỡ tế bào và tiêu diệt tế bào mạnh nhất Bài tập: Câu 1:Nêu tính chất biến đổi hóa học của sản phẩm Câu 2:Nêu tính chất biến đổi vật lý của sản phẩm Câu 3: Nêu tính chất biến đổi vi sinh vật của sản phẩm Câu 4: Trình bày quá trình hình thành điểm đóng băng
Bài 2: Xác định phụ tải tính toán của nhà máy Giới thiệu: Bài học giới thiệu về khái quát xác định phụ tải của nhà máy, cơ chế đóng băng của nước và ảnh hưởng của sản phẩm trong quá trình đông lạnh. Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này người học có khả năng: - Phân tích được kết cấu bao che của nhà máy. - Thiết kế được bản vẽ khái quát nhà máy đông lạnh. - Tính chọn được phụ tải lạnh của nhà máy. - Cẩn thận, tỷ mỉ, tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và có khả năng làm việc nhóm. Nội dung: 1. Khái niệm chung. Khi thieát keá cung caáp ñieän cho moät nhaø maùy, xí nghieäp, hoä tieâu thuï thì moät trong nhöõng coâng vieäc raát quan troïng maø ta phaûi laøm ñoù laø tieán haønh xaùc ñònh phuï taûi tính toaùn cho nhaø maùy. - Phuï taûi tính toaùn: Phuï taûi tính toaùn (PTTT) theo ñieàu kieän phaùt noùng (ñöôïc goïi taét laø phuï taûi tính toaùn) laø phuï taûi giaû thieát khoâng ñoåi laâu daøi cuûa caùc phaàn töû trong heä thoáng cung caáp ñieän töông ñöông vôùi phuï taûi thöïc teá bieán ñoåi theo ñieàu kieän taùc duïng nhieät naëng neà nhaát. Noùi caùch khaùc, phuï taûi tính toaùn cuõng laøm daây daãn phaùt noùng tôùi nhieät ñoä baèng vôùi nhieät ñoä lôùn nhaát do phuï taûi thöïc teá gaây ra. Do vaäy, veà phöông dieän phaùt noùng neáu ta choïn caùc thieát bò ñieän theo phuï taûi tính toaùn coù theå ñaûm baûo an toaøn cho caùc thieát bò ñoù trong moïi traïng thaùi vaän haønh bình thöôøng. Xaùc ñònh phuï taûi tính toaùn laø moät coâng ñoaïn raát quan troïng trong thieát keá cung caáp ñieän, nhaèm laøm cô sôû cho vieäc löïa choïn daây daãn vaø caùc thieát bò cuûa löôùi ñieän. 2. Phân nhóm phụ tải 2.1. Các phương pháp phân nhóm phụ tải Khi baét tay vaøo xaùc ñònh PTTT thì coâng vieäc ñaàu tieân maø ta phaûi laøm ñoù laø phaân nhoùm phuï taûi.Thoâng thöôøng thì ngöôøi ta söû duïng moät trong hai phöông phaùp sau: - Phaân nhoùm theo daây chuyeàn saûn xuaát vaø tính chaát coâng vieäc: Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø ñaûm baûo tính linh hoaït cao trong vaän haønh cuõng nhö baûo trì, söûa chöõa. Chaúng haïn nhö khi nhaø maùy saûn xuaát döôùi coâng suaát thieát keá thì coù theå cho ngöøng laøm vieäc moät vaøi daây chuyeàn maø khoâng laøm aûnh
höôûng ñeán hoaït ñoäng cuûa caùc daây chuyeàn khaùc, hoaëc khi baûo trì, söûa chöõa thì coù theå cho ngöøng hoaït ñoäng cuûa töøng daây chuyeàn rieâng leû,… Nhöng phöông aùn naøy coù nhöôïc ñieåm sô ñoà phöùc taïp, laø chi phí laép ñaët khaù cao do coù theå caùc thieát bò trong cuøng moät nhoùm laïi khoâng naèm gaàn nhau cho neân daãn ñeán taêng chi phí ñaàu tö veà daây daãn, ngoaøi ra thì ñoøi hoûi ngöôøi thieát keá caàn naém vöõng quy trình coâng ngheä cuûa nhaø maùy. - Phaân nhoùm theo vò trí treân maët baèng: Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø deã thieát keá, thi coâng, chi phí laép ñaët thaáp. Nhöng cuõng coù nhöôïc ñieåm laø keùm tính linh hoaït khi vaän haønh söûa chöõa so vôùi phöông phaùp thöù nhaát. Do vaây maø tuyø vaøo ñieàu kieän thöïc teá maø ngöôøi thieát keá löïa chon phöông aùn naøo cho hôïp lyù. 2.2. Phân nhóm phụ tải cho các phân xưởng nhà máy ÔÛ ñaây, chuùng ta seõ löïa cho phöông aùn phaân nhoùm theo phöông phaùp 1, töùc phaân nhoùm theo vò trí treân maët baèng. Döïa vaøo sô ñoà boá trí treân maët baèng, vaø soá löôïng cuûa caùc thieát bò tieâu thuï ñieän, chuùng ta seõ phaân thaønh caùc nhoùm nhö sau: Xöôûng A phaân laøm 4 nhoùm Xöôûng B phaân laøm 5 nhoùm Xöôûng C phaân laøm 2 nhoùm 3. Xác định tâm phụ tải 3.1. Mục đích Xaùc ñònh taâm phuï taûi laø nhaèm xaùc ñònh vò trí hôïp lyù nhaát ñeå ñaët caùc tuû phaân phoái (hoaëc tuû ñoäng löïc). Vì khi ñaët tuû phaân phoái (hoaëc ñoäng löïc) taïi vò trí ñoù thì ta seõ thöïc hieän ñöôïc vieäc cung caáp ñieän vôùi toån thaát ñieän aùp vaø toån thaát coâng suaát nhoû, chi phí kim loaïi maøu laø hôïp lyù nhaát. Tuy nhieân, vieäc löïa choïn vò trí cuoái cùng còn phuï thuoäc vaøo caùc yeáâu toá khaùc nhö: ñaûm baûo tính myõ quan, nhö thuaän tieän vaø an toaøn trong thao taùc, v.v… Ta coù theå xaùc ñònh taâm phuï taûi cho nhoùm thieát bò (ñeå ñònh vò trí ñaët tuûđđộng löïc), cuûa moät phaân xöôûng, vaøi phaân xöôûng hoaëc cuûa toaøn boä nhaø maùy (ñeå xaùc ñònh vò trí ñaët tuû phân phoái. Nhöng ñeå ñôn giaûn coâng vieäc tính toaùn thì ta chæ caàn xaùc ñònh taâm phuï taûi cho caùc vò trí ñaët tuû phaân phoái. Coøn vò trí ñaët tuû ñoäng löïc thì chæ caàn xaùc ñònh moät caùch töông ñoái baèng öôùc löôïng sao cho vò trí ñaët tuû naèm caân ñoái trong nhoùm thieát bò vaø öu tieân gaàn caùc ñoäng cô coù coâng suaát lôùn. 3.2. Công thức tính Tâm phụ tải được xác định theo công thức:
n n  X i 1 i * Pdmi   Y i 1 i * Pdmi  X n ;Y  n (2.1) P i 1 dmi P i 1 dmi Trong ñoù X, Y laø hoaønh ñoä vaø tung ñoä cuûa taâm phuï taûi (so vôùi goác chuaãn) Xi,Yi laø hoaønh ñoä vaø tung ñoä cuûa thieát bò thöù i(so vôùi goác chuaãn). Pñmi laø coâng suaát ñònh möùc cuûa thieát bò thöù i. 3.3. Xác định tâm phụ tải cho xưởng A Tröôùc tieân, ta quy öôùc ñaùnh soá thöù töï cuûa caùc thieát boá trí treân sôù ñoà maët baèng theo thöù töï taêng daàn töø traùi sang phaûi vaø töø döôùi leân treân. Choïn goác toaï ñoä taïi vò trí goùc döôùi beân traùi (treân sô ñoà maët baèng) cuûa phaân xöôûng A . Ñeå tieän lôïi cho vieäc tính toaùn taâm phuï taûi theo coâng thöùc (2.1), ta laäp baûng 2.1 Baûng 2.1 Soá lieäu tính toaùn taâm phuï taûi xöôûng A. STT(i) Kí hieäu Xi Yi Pi Xi*Pi Yi*Pi (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 12 18 1 10 180 10 2 12 33 1 10 330 10 3 8 8 4.5 4 32 18 4 8 13 4.5 4 52 18 5 9 18 4.5 3 54 13.5 6 7 25.5 4.5 4 102 18 7 9 33 4.5 3 99 13.5 8 8 38 4.5 4 152 18 9 8 43 4.5 4 172 18 10 6 8 8.5 7.5 60 63.75 11 6 13 8.5 7.5 97.5 63.75 12 6 18 8.5 7.5 135 63.75 13 6 23 8.5 7.5 172.5 63.75 14 6 28 8.5 7.5 210 63.75 15 6 33 8.5 7.5 247.5 63.75 16 6 38 8.5 7.5 285 63.75 17 6 43 8.5 7.5 322.5 63.75 18 5 8 12.5 15 120 187.5 19 4 13 12.5 10 130 125 20 4 18 12.5 10 180 125 21 4 23 12.5 10 230 125 22 4 28 12.5 10 280 125 23 4 33 12.5 10 330 125 24 4 38 12.5 10 380 125 25 5 43 12.5 15 645 187.5 26 3 9.5 16.5 37 351.5 610.5 27 6 18 16.5 7.5 135 123.75 28 11 25.5 16.5 40 1020 660 29 6 33 16.5 7.5 247.5 123.75
30 10 39.5 16.5 33 1303.5 544.5 31 2 8 20.5 5 40 102.5 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 32 2 13 20.5 5 65 102.5 33 2 18 20.5 5 90 102.5 34 2 23 20.5 5 115 102.5 35 2 28 20.5 5 140 102.5 36 2 33 20.5 5 165 102.5 37 2 38 20.5 5 190 102.5 38 2 43 21 5 215 105 39 1 10 24 9 90 216 40 1 16.5 24 9 148.5 216 41 1 23 24 9 207 216 42 1 29.5 24 9 265.5 216 43 1 36 24 9 324 216 44 1 42.5 24 9 382.5 216 Toång 415 10493 5953 Toång 415 10493 Töø baûng 2.1 ta tính ñöôïc: n  X i 1 i * Pi 180  130  32  ...  382.5  324  10439(kW .m) n Y i 1 i * Pi 10  10  18  ...  216  5953(kW .m) n  P 10  10  4  ...  9  9  415(kW ) i 1 i Thay vaøo coâng thöùc (2.1) ta tính ñöôïc: 10493 X  25(m) 415 5953 Y  15(m) 415 Vaäy taâm phuï taûi laø vò trí coù toaï ñoä (25m,15m). Neáu ñaët tuû phaân phoái taïi vò trí aáy thì seõ ñem laïi nhöõng hieäu quaû nhö ñaõ trình baøy ôû treân. Tuy nhieân, ñeå ñaûm baûo tính myõ quan cuõng nhö thuaän tieän thao taùc,v.v... Neân ta quyeát ñònh ñaët tuû phaân phoái 1 (PP1) taïi vò trí saùt töôøng, coù toaï ñoä laø (25m, 24.5m). Bài tập: Câu 1: Xác định tâm phụ tải cho xưởng A Câu 2: Phân nhóm phụ tải cho các phân xưởng nhà máy Câu 3: Trình bày các phương pháp phân nhóm phụ tải
Bài 3: Tinh toán thiết kế kho lạnh Giới thiệu: Bài học giới thiệu về khái quát tính toán thiết kế kho lạnh. Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này người học có khả năng: - Phân tích được các phụ tải trong kho lạnh. - Thiết kế được sơ đồ nguyên lý kho lạnh. - Tính chọn được phụ tải của kho đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật. - Cẩn thận, tỷ mỉ, tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và có khả năng làm việc nhóm. Nội dung: 1. Khái niệm, Phân loại và chọn nhiệt độ bảo quản 1.1. Kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nông sản, rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ vv… Hiện nay kho lạnh được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm rất rộng rãi và chiếm một tỷ lệ lớn nhất. Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm: - 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 sữa. - Kho bảo quản và lên men bia. - Bảo quản các sản phẩm khác. 1.2. Phân loại Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau: a) Theo công dụng người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau: - Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác. - Kho chế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất khẩu thịt vv..) Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn cần phải trang bị hệ thống có công suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất nhập hàng thường xuyên. - Kho phân phối, kho trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho các khu vực dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có dung tích
lớn trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đến đời sống sinh hoạt của cả một cộng đồng. - Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ thống thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh nghiệp bán trên thị trường. - Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tầu hoả, xe ôtô ): đặc điểm của kho là dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này sang nơi 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. b) Theo nhiệt độ người ta chia ra: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản thường nằm trong khoảng -2oC ÷ 5oC. Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (chuối > 10oC, chanh > 4oC). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông sản. - Kho bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp đông. Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt -18oC để cho các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản. - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12oC. - Kho gia lạnh: Nhiệt độ 0oC, dùng gia lạnh các sản phẩm trước khi chuyển sang khâu chế biến khác. - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ kho tối thiểu -4oC. c) Theo dung tích chứa. Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó. Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm có khác nhau nên thường qui dung tích ra tấn thịt (MT-Meet Tons). Ví dụ kho 50MT, Kho 100MT, Kho 150 MT vv.. là những kho có khả năng chứa 50, 100, 150 vv.. tấn thịt. d) Theo đặc điểm cách nhiệt người ta chia ra: - Kho xây: Là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta tiến hành bọc các lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, lắp đặt khó, giá thành tương đối cao, không đẹp, khó tháo dỡ và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây không đảm bảo tốt. Vì vậy hiện nay ở nước ta người ta ít sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm. - Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyurethan và được lắp ghép với nhau bằng các móc khoá camlocking. Kho panel có hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ và bảo quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu vv... Hiện nay nhiều doanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao. Vì thế hầu hết các xí nghiệp công nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo quản hàng hoá.
1.3. Chọn nhiệt độ bảo quản Nhiệt độ bảo quản thực phẩm phải được lựa chọn trên cơ sở kinh tế kỹ thuật. Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian bảo quản của chúng. Thời gian bảo quản càng lâu đòi hỏi nhiệt độ bảo quản càng thấp. Đối với các mặt hàng trữ đông ở các nước châu Âu người ta thường chọn nhiệt độ bảo quản khá thấp từ -25oC ÷-30oC, ở nước ta thường chọn trong khoảng -18oC ± 2 oC. Các mặt hàng trữ đông cần bảo quản ở nhiệt độ ít nhất bằng nhiệt độ của sản phẩm sau cấp đông tránh không để rã đông và tái kết tinh lại làm giảm chất lượng sản phẩm. Dưới đây là chế độ và thời gian bảo quản của một số rau quả thực phẩm. Bảng 3-1: Chế độ và thời gian bảo quản đồ hộp rau quả Nhiệt Độ T.gian độ bảo Sản phẩm Loại hộp ẩm, bảo quản, quản, (%) ( tháng) (oC) Côm-pốt quả Hộp sắt 0÷5 65÷75 8 Đồ hộp rau Hộp sắt 0÷5 65÷75 8 Nước ra và quả - Tiệt trùng Chai 0 ÷ 10 65÷75 7 - Thanh trùng Chai 0 ÷ 10 65÷75 4 Rau ngâm ướp Thùng gổ 0 ÷1 90÷95 10 muối, quả ngâm lớn dấm Nấm ướp muối -nt- 0÷1 90÷95 8 đầm dấm Quả sấy Gói giấy, 0÷5 65÷75 12 đóng thùng Rau sấy Đóng thùng 0÷5 65÷75 10 Nấm sấy Gói giấy, 0÷6 65÷75 12 đóng thùng Lạc cả vỏ - nt - -1 75÷85 10 Lạc nhân - nt - -1 75÷85 5 Mứt thanh trùng Hộp sắt, 2 ÷ 20 80÷85 3÷5 trong hộp kín, rim đóng thùng Mứt không kín, Thùng gổ 1 ÷ 15 80÷85 3 rim lớn Mứt thanh trùng Hộp sắt, 0 ÷ 20 80÷85 3÷5 trong hộp kín đóng thùng Mứt không Thùng gổ 10 ÷ 15 80÷85 3 thanh trùng hộp lớn Mứt ngọt - nt - 0÷2 80÷85 2÷6 Đối với rau quả, không thể bảo quản ở nhiệt độ thấp dưới 0 0C, vì ở nhiệt độ này nước trong rau quả đóng băng làm hư hại sản phẩm, giảm chất lượng của chúng. Bảng 3.2: Chế độ và thời gian bảo quản rau quả tươi
Nhiệt độ Độ ẩm, Thông Thời gian Sản phẩm bảo quản, (%) gió bảo quản, (oC) Bưởi 0÷5 85 Mở 1÷2 tháng Cam 0,5 ÷ 2 85 Mở - nt - Chanh 1÷2 85 - nt - - nt - Chuối chín 14 ÷ 16 85 - nt - 5÷10 ngày Chuối xanh 11,5 ÷ 13,5 85 - nt - 3÷10 tuần Dứa chín 4÷7 85 - nt - 3÷4 tuần Dứa xanh 10 85 - nt - 4÷6 tháng Đào 0÷1 85 ÷ 90 - nt - 4÷6 tháng 3÷10 Táo 0÷3 90 ÷ 95 - nt - tháng Cà chua 2 ÷ 2,5 75 ÷ 80 - nt - 1 tháng chín Cà rốt 0÷1 90 ÷ 95 - nt - vài tháng Cà chua 10÷14 6 80 ÷ 90 - nt - xanh ngày Dưa chuột 0÷4 85 - nt - vài tháng 9÷12 Đậu khô 5÷7 70 ÷ 75 Đóng tháng Đậu tươi 2 90 Mở 3÷4 tuần Hành 0÷1 75 - nt - 1÷2 năm Khoai tây 3÷6 85 ÷ 90 - nt - 5÷6 tháng Nấm tươi 0÷1 90 - nt - 1÷2 tuần Rau muống 5 ÷ 10 80 ÷ 90 - nt - 3÷5 tuần Cải xà lách 3 90 - nt - 3 tháng Xu hào 0 ÷ 0,5 90 - nt - 2÷6 tháng Cải bắp, 0÷1 90 - nt - 4 tuần xúp lơ Su su 0 90 - nt - 4 tuần Đu đủ 8 ÷ 10 80 ÷ 85 - nt - 2 tuần Quả bơ 4 ÷ 11 85 - nt - 10 ngày Khoai lang 12 ÷ 15 85 - nt - 5÷6 tuần Bông actisô 10 85 - nt - 2 tuần Mít chín 8 90 - nt - 1 tuần (múi) Thanh long 12 90 - nt - 4 tuần Măng cụt 12 85 - nt - 3÷4 tuần Bảng 3-3: Chế độ và thời gian bảo quản TP đông lạnh Nhiệt độ bảo Thời gian bảo Sản phẩm quản, (oC) quản, (tháng) Thịt bò, thịt cừa các loại - 18 12 Thịt heo cả da - 18 8 không da - 18 6
Phủ tạng - 18 12 Mỡ tươi làm lạnh đông - 18 12 Mỡ muối - 18 6 Bơ - 18 3 Cá muối - 20 8 cá các loại - 25 10 Tôm, mực - 25 6 Quít không đường - 18 9 Quít với sirô đường - 18 12 Chanh - 18 9 Hồng - 18 8 Chuối, đu đủ - 18 5 Đậu Hà Lan - 18 4 Về công dụng, các tấm panel cách nhiệt ngoài việc sử dụng làm kho bảo quản thực phẩm còn có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau cụ thể như sau: Bảng 3-4: Các ứng dụng của panel cách nhiệt Hệ số truyền TT ứng dụng Nhiệt độ C Chiều dày mm 0 nhiệt W/m2.K - Điều hoà không khí 20 50 0,43 1 trong công nghiệp - Kho mát 0÷5 75 0,30 2 - Tường ngăn kho lạnh -20 - Kho lạnh -20 100 0,22 3 - Tường ngăn kho lạnh -25 sâu - Kho lạnh -20 ÷ -25 125 0,18 4 - Tường ngăn -35 - Kho lạnh -20 ÷ -30 150 0,15 5 - Kho cấp đông -40 6 - Kho lạnh -35 175 0,13 7 - Kho lạnh đông sâu - 60 200 0,11 2. Kết cấu, lắp đặt và tính toán dung tích kho lạnh 2.1. Kết cấu kho lạnh Hầu hết các kho lạnh bảo quản và kho cấp đông hiện nay đều sử dụng các tấm panel polyurethan đã được chế tạo theo các kích thước tiêu chuẩn. Đặc điểm các tấm panel cách nhiệt của các nhà sản xuất Việt Nam như sau: • Vật liệu bề mặt - Tôn mạ màu (colorbond) dày 0,5÷0,8mm - Tôn phủ PVC dày 0,5÷0,8mm - Inox dày 0,5÷0,8 mm • Lớp cách nhiệt polyurethan (PU) - Tỷ trọng : 38 ÷ 40 kg/m3