TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA SAU ĐẠI HỌC  1 9 5 9 BÀI TIỂU LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM NÂNG CAO Chủ đề: HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM ĐỒNG RỜI IQF DẠNG TẦNG SÔI GV : TS. Nguyễn Anh Tuấn HV : Trà Ngô Thùy Dương MHV : 54CH097 Lớp : CNSTH 2012 Nha Trang tháng 7 năm 2013 I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÔNG RỜI IQF DẠNG TẦNG SÔI Trong những năm gần đây cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước ngành kỹ thuật lạnh cũng phát triển mạnh mẽ. Nó đã xâm nhập vào rất nhiều nghành kinh tế và thúc đẩy các nghành đó phát triển. Đặc biệt công nghiệp kỹ thuật lạnh đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống dân cư, trong y học, trong công nghệ sinh học… Cùng với công nghệ chế biến thủy sản hệ thống máy và thiết bị lạnh đóng vai trò rất quan trọng và không thể thiếu trong các nhà máy chế biến từ nông lâm đến thủy sản. Vì nó đảm nhận những nhiệm vụ cơ bản nhất trong quy trình công nghệ chế biến như: Bảo quản nguyên liệu, làm lạnh đông sản phẩm và bảo quản thành phẩm… Hệ thống lạnh đồng bộ và hiện đại sẽ làm tăng năng suất sản xuất, tăng chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Trong lạnh đông nhanh có khái niệm lạnh đông IQF hay còn gọi là lạnh đông rời. Bán thành phẩm cần làm đông được đưa vào thiết bị cấp đông có nhiệt độ từ -40 0 C đến -35 0 C và sau dưới 30 phút mà nhiệt độ trung tâm của sản phẩm đó đạt -18 0 C thì được gọi là IQF. Với sản phẩm được cấp đông IQF thì thời gian bảo quản sản phẩm được lâu hơn mà chất lượng sản phẩm gần như được giữ nguyên vẹn. Hệ thống dây chuyền lạnh IQF dạng tầng sôi chế tạo theo tiêu chuẩn châu Âu . Kích thước mắt lưới phù hợp với sản phẩm nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng quạt thổi khí lạnh 1.1. Nguyên lý hoạt động Các sản phẩm trái cây như dứa cắt khoanh, seri… được băng tải lưới đưa qua lồng đông. Dòng khí lạnh tuần hoàn, do quạt cao áp tạo thành thổi xuyên qua bề mặt băng tải tạo thành lớp đệm gồ hàng ngàn các tia khí lạnh tốc độ đều cao phâm bố đều suốt bề mặt làm việc của băng tải . Đầu tiên các sản phẩm được rải kin thành lớp trên bề mặt băng tải, dưới tác dụng của các tia khí lạnh, sản phẩm được bao quanh bởi lớp băng mỏng kín chống mất nước. Tiếp đến sản phẩm được chuyển sang giai đoạn thứ hai. Trong giai đoạn này sản phẩm chịu tác động nhiều hơn của dòng khí lạnh hướng lên trên sản phẩm được thổi sôi bùng lên và được cấp đông hoàn toàn. 1.2. Ưu điểm của hệ thống Rất phù hợp với sản phẩm rau, quả các loại Các sản phẩm ướt rất ít khi bị đóng thành khối lớn như khi cấp đông bằng các nguyên lý khác Thời gian cấp đông ngắn. Chất lượng sản phẩm sau khi cấp đông hoàn hảo, không bị bất cứ biến dạng nào. Vận hành đơn giản, rất ít công bảo trì và bảo dưỡng Có thể cấp đông đa dạng nhiều loại sản phẩm với các quy cách cắt gọt khác nhau. Đặc điểm cấu tạo Thích hợp với nhiều loại rau quả:chuối, dưa, lê, seri… đảm bảo được điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm theo HACCP/FDA Do sử dụng băng tải nhựa kết hợp với hiệu ứng tầng sôi nên các loại quả có hàm lượng nước và đường cao như dứa vẫn không bị bám dính trên bề mặt băng tải Băng tải dạng lưới thưa đảm bảo việc vệ sinh thuận tiện, dễ dàng. Tốc độ băng tải có thể điều chỉnh vô cấp tùy thuộc vào chủng loại và kích thước sản phẩm cần cấp đông. Toàn bộ khung thiết bị đều bằng thép không rỉ, đảm bỏa độ bền và phù hợp các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm Vở thiết bị được lắp ghép từ các tấm panel cách nhiệt PU Được trang bị plc và màng hình giao tiếp nên việc vận hành và điều chỉnh thuận tiện. Thiết bị điều khiển có thể mở rộng để kết nối với hệ thống giám sát và điều khiển trung tâm. Và được trang bị thiết bị đo lường và bảo vệ hoàn chỉnh, các nút dừng khẩn cấp được lắp đặt thuận tiện cho sự điều chỉnh. Tủ điện làm bằng thép không rỉ và chống thấm nước. 1.3. Sơ đồ cấu tạo 1.4. Các thông số kỹ thuật MODEL S-IQF -500-SF S-IQF -1000-SF Công suất cấp đông 500 1000 Công suất lạnh (t = -40 0 C) 100 180 Sản phẩm cấp đông Dứa cắt khoanh, vuông…, seri, chuối…và các loại rau Dứa cắt khoanh, vuông…, seri, chuối…và các loại rau Nhiệt độ sản phẩm vào/ra 10 / -18 0 C 10 / -18 0 C Nhiệt độ buồng đông -32 - -33 0 C -32 - -33 0 C Kiểu cấp dịch Bơm dịch Bơm dịch Môi chất dịch NH 3 /R22 NH 3 /R22 Vật liệu băng tải Nhựa PE Nhựa PE Chiều rộng băng tải 914 914 Chiều dày panel PU 125 mm 125 mm Chiều dày buồng đông 800 mm 14500 mm Chiều rộng buồng đông 3000 mm 3000 mm Chiều cao buồng đông 2500 mm 2500 mm Thời gian cấp đông 5-15 phút 5-15 phút Xả băng Bằng nước Bằng nước Nguồn điện 380 VAC/3P/50Hz 380C/3P/50Hz 1.5. Hình ảnh về dây chuyền cấp đông IQF dạng tầng sôi II. CÁC THÔNG SỐ CẦN KIỂM TRA, KIỂM SOÁT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐÔNG RỜI IQF DẠNG TẦNG SÔI 2.1. Tính kiểm tra năng suất lạnh của máy nén Mục đích tính kiểm tra là xem máy nén có đủ năng suất lạnh khi làm việc ở điều kiện thực tế hay không. Đối với hệ thống lạnh tủ đông tiếp xúc, sau khi tính toán năng suất lạnh của máy nén nếu thỏa mãn điều kiện sau là được. β τ .         ++ ++ ≥ qnmt kkksp mn QQ QQQ Q Trong đó: -Q mn [KW]: Năng suất lạnh của máy nén theo thiết kế. -Q sp [KJ]: Chi phí lạnh của quá trình cấp đông. -Q k [KJ]: Nhiệt lấy ra từ khuôn khay. -Q mt [KW]: Nhiệt lượng tổn thất do môi trường bên ngoài xâm nhập bên trong tủ cấp đông. - Q qn [KW]: Lượng nhiệt quá nhiệt hơi môi chất lạnh được máy nén hút về. - τ [s],giây: Thời gian một mẻ làm đông. - β : Là hệ số dự phòng khi nhiệt độ môi trường tăng quá cao hay nhiệt tải dàn lạnh có thể khai thác lớn hơn so với thiết kế, khấu hao do dòng nhiệt xâm nhập qua khoảng không nạp và tháo liệu, ta chọn β =1,2. 2.2. Nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh không khí Q kk = 2.G kk .(i 1 − i 2 ) ,KJ Với: - G kk , Lượng không khí khô ứng với lượng không khí trong thể tích tủ. - i 1 ,i 2 [KJ/kg], entalpi của không khí lúc bắt đầu và kết thúc quá trình làm lạnh đông. 2.3. Nhiệt lượng do xâm nhập từ môi trường qua đường ống làm quá nhiệt hơi môi chất lạnh hút về máy nén Thời gian của một mẻ cấp đông: τ = 2.3600 = 7200 (s). Ta tính được năng suất lạnh của tủ đông (Q 0t ): Q 0t = mt kkksp Q QQQ + ++ τ Tính toán tổng nhiệt tải β τ .         ++ ++ = qnmt kkksp QQ QQQ Q Kiểm tra năng suất lạnh của máy nén 2.4. Tính kiểm tra công suất của động cơ của máy nén Việc tính kiểm tra công suất động cơ máy nén là để xem công suất động cơ máy nén có đáp ứng được khi làm việc trong điều kiện nặng tải nhất hay không. 2.5. Tính kiểm tra thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ rất quan trọng nếu khả năng trao đổi nhiệt tại dàn ngưng không tốt thì sẽ ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả làm việc của hệ thống. Mục đích của việc tính kiểm tra là xem diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng có đủ công suất hay không để có biện pháp khắc phục sữa chữa cho phù hợp. 2.6. Tính nhiệt tải dàn ngưng bay hơi Nhiệt tải dàn ngưng tính cho một máy nén trục vít Q k1 = m 3 ’.q k Hệ thống lạnh được thiết kế liên hoàn, cứ 6 máy nén chạy liên hoàn thì sử dụng một dàn ngưng bay hơi. 2.7. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt theo diện tích ngoài của ống F 2 (m 2 ) của dàn ngưng theo phương pháp tính lặp. Trước hết ta chọn sơ đồ dòng nhiệt q 2 và tìm F 2 theo điều kiện truyền nhiệt từ môi chất NH 3 tới nước, sau đó xác định các thông số của nước, không khí và giá trị F 2 theo điều kiện truyền nhiệt chất. Nếu hai giá trị F 2 sai khác nhau không quá 5% thì phải chọn lại q 2 và tính lặp. Sau khi xác định được diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của thiết bị, ta tính diện tích trao đổi nhiệt hiện tại của thiết bị, rồi đem so sánh hai thông số và rút ra kết luận. 2.8. Kiểm tra diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng - Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt - Chiều dài ống - Số ống Tính kiểm tra đường ống dẫn môi chất Mục đích của công việc là kiểm tra xem đường ống dẫn môi chất sử dụng có đường kính phù hợp với thực tế không. III. GIẢI PHÁP CÓ THỂ LÀM GIẢM THỜI GIAN LÀM ĐÔNG CHO HỆ THỐNG 3.1. Biện pháp làm giảm chi phí điện năng Trong tất cả các chi phí, có thể nói chi phí điện năng là nhiều nhất. Bởi vì tất cả mọi sự hoạt động của nhà máy đều sử dụng điện năng. Điện được sử dụng ở đây là nguồn lưới điện quốc gia, ngoài ra còn có máy phát điện riêng đề phòng khi mạng bị sự cố. Trong hệ thống lạnh, điện năng được sử dụng cho motor kwwo, máy nén, quạt, bơm, băng tải, ngoài ra còn để thắp sáng… Chi phí điện năng cho mọi hoạt động của hệ thống là không thể thiếu nhưng chúng ta vận hành và bảo dưỡng hợp lý để giảm bớt điện năng tiêu hao. Để có biện pháp giảm điện năng tiêu hao mà công suất mãy vẫn đảm bảo, trước hết ta phải tìm ra nguyên nhân tiêu hao điện năng vô ích và có biện pháp khắc phục. − Giảm chi phí điện năng cho máy nén: Công suất motor máy nén phải phù hợp với năng suất lạnh máy nén. Nếu như công suất dư thừa sẽ làm cho công tiêu hao lớn do tải điện cơ lớn nhưng năng suất lạnh vẫn không thay đổi, thường xuyên chú ý đến cơ cấu truyền động. Ở đây máy nén truyền động chủ yếu từ hệ thống đai chỉ có máy trục vít là truyền động qua khớp nối. Vì nếu như cơ cấu truyền động không tốt, tức là tỷ số truyền động không đảm bảo dẫn đến công vô ích nhiều. Hệ thống truyền động đai thường bị giãn ra và làm tăng hệ số trượt đo đó ta phải chú ý thay đai mới. Cơ cấu bôi trơn và làm mát máy nén không tốt, một phần là để bảo vệ máy, một phàn để giảm chi phí điện năng. Vì máy chyaj ở điều kiện khắc nghiệt thì dòng điện tăng sẽ làm tiêu hao điện năng. Ngoài ra khi máy khởi động máy cần điều chỉnh hệ thống giảm tải phù hợp để cho máy nhẹ tải, giảm được dòng khởi động, giảm chi phí điện năng. 3.2. Biện pháp giảm chi phí lạnh của quá trình cấp đông - Chi phí lạnh của quá trình cấp đông chính là lượng nhiệt cần lấy ra khỏi sản phẩm trong quá trình cấp đông. Nó được tính bằng tổng các lượng nhiệt và các thành phần khác nhau của thực phẩm mà không phụ thuộc vào sự liên hệ trong chúng. - Chi phí lạnh của quá trình cấp đông gồm tất cả các chi phí sau: Q sp = Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 Trong đó: Q 1 : nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ điểm băng Q 2 : nhiệt lượng lấy ra để làm nước tự do đóng băng Q 3 : nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông Q 4 : nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ nước tinh khiết trong thực phẩm tới nhiệt độ cuối của quá trình cấp đông Q 5 : nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm tới nhiệt độ cuối Trong tất cả các chi phí lạnh trên thì Q 2,3,4,5 phụ thuộc vào sản phẩm cấp đông và yêu cầu công nghệ đặt ra, do đó rất khó thay đổi được, nếu thay đổi sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và ảnh hưởng đến các yếu tố khác như giảm khối lượng sản phẩm sau khi cấp đông từ đó làm giảm giá trị kinh tế. Vì vậy chỉ có thể thay đổi một cách chủ quan mà vẫn đảm bảo được yêu cầu công nghệ. Ta có: Q 1 = C 1 *G * (t 1 – t đb ) (kj/h) Trong đó: C 1 : nhiệt dung riêng của thực phẩm t 1: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu t đb : nhiệt độ điểm băng của nguyên liệu G: khối lượng nguyên liệu cấp đông trong 1h Theo công thức trên, nếu ta tìm cách hạ nhiệt độ của t 1 xuống thì sẽ làm giảm được chi phí lạnh Q 1 từ đó làm giảm chi phí lạnh cho cả quá trình làm đông. Qua tính toán ta thấy nếu t 1 giảm 1 0 C thì sẽ giảm chi phí lạnh Q 1 là 4843kj/h. Qua đó thấy việc giảm nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu sẽ rất có hiệu quả trong việc giảm chi phí lạnh mà vẫn đảm bảo được yêu cầu công nghệ. Bên cạnh việc giảm nhiệt độ ban đầu của sản phẩm thì còn đảm bảo chất lượng của bán thành phẩm vì khi ở nhiệt độ này thì sản phẩm ít bị biến đổi tự nhiên và hạn chế được sự phát triển của vi sinh vật. Mặt khác, nếu giảm nhiệt độ t 1 của bán thành phẩm trước khi đưa vào cấp đông còn giảm được sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ của dàn lạnh và nhiệt độ của sản phẩm, như vậy sẽ giảm sự khuếch tán nước trên bề mặt sản phẩm vào không khí trong tủ đông, từ đó hạn chế được lượng ẩm ngưng tụ và hóa tuyết trên dàn lạnh, tăng khả năng trao đổi nhiệt của dàn lạnh, giảm được sự hao hụt trong quá trình cấp đông. [...]... lập kế hoạch vận hành hệ thống Tránh cho hệ thống vận hành vào các thời điểm nhiệt độ môi trường tăng quá cao, làm tăng nhiệt độ ngưng tụ, ảnh hưởng đến năng suất lạnh của hệ thống - Bảo dưỡng hệ thống: trong quá trình hoạt động ta cần chú ý bảo dưỡng hệ thống lạnh, thường xuyên vệ sinh dàn ngưng để tăng khả năng trao đổi nhiệt Bên cạnh đó cần chú ý đến nhiệt độ của máy nén, cần làm mát cho máy nén để... pháp làm giảm nhiệt độ ngưng tụ Như ta đã biết, nếu giảm nhiệt độ ngung tụ thì năng suất lạnh của hệ thống sẽ tăng, vì thế phải tìm mọi biện pháp làm giảm nhiệt độ ngưng tụ, từ đó tăng năng suất lạnh của hệ thống, giảm nhiệt độ cấp đông Có nhiều cách làm giảm nhiệt độ ngưng tụ như sau: - Trong vận hành: phải luôn theo dõi nhiệt độ của môi trường xung quanh, nhiệt độ không khí để lập kế hoạch vận hành hệ. .. không khí sẽ nhỏ, do đó sẽ làm giảm chi phí lạnh Muốn làm giảm chi phí làm đông, ta tìm cách giảm chi phí làm đông cho sản phẩm Qsp Chi phí lạnh cho quá trình làm đông sản phẩm được tính: Qsp= Q1 +Q2 + Q3 +Q4 +Q5 Trong tất cả chi phí lạnh thì ta có thể làm giảm lạnh chi phí Q1, còn các chi phí khác ta không thể giảm được vì nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và yêu cầu công nghệ: Ta có: Q1 = C1 G (t1... các đường nước vào làm mát máy ngoài ra phải luôn kiểm tra tình trạng dầu trong máy nén để dảm bảo được dầu vào còn khả năng giảm ma sát và làm mát cho máy nén - Cần giảm nhiệt độ ngưng tụ bằng cách làm giảm nhiệt độ của nước đi vào bình ngưng tụ Để giảm nhiệt độ của nước phải tăng hiệu suất của tháp làm máy bằng cách kiểm tra thường xuyên tháp làm mát, kiểm tra nhiệt độ và nước vào làm mát có đạt yêu... ta có thể giảm được t 1, vì nếu giảm được t1 sẽ giảm được chi phí lạnh do quá trình làm đông sản phẩm, mặc khác còn đảm bảo được yêu cầu công nghệ Để làm được điều này, thì trong quá trình chế biến ta luôn giữ cho sản phẩm ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ thấp sản phẩm giữ được chất lượng tốt vì ở nhiệt độ này sản phẩm ít bị biến đổi và hạn chế được hoạt động của vi sinh vật, giảm sự chênh lệch nhiệt độ của... liệu thấp Như vậy, nếu nhiệt độ của sản phẩm trước khi đưa vào cấp đông càng thấp thì càng làm giảm chi phí lạnh cho quá trình cấp đông sản phẩm Ngoài ra, việc làm giảm nhiệt độ ban đầu còn bảo đảm được chất lượng của bán thành phẩm trước khi đưa vào cấp đông 3.3 Phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh của hệ thống theo sự biến đổi của chi phí lạnh trong quá trình cấp đông Chi phí lạnh trong quá trình... quá nhanh, thì hàng chạy không đtạ, cong nếu tốc độ chậm quá thì sản phẩm dễ bị oxy hóa làm hư hỏng sản phẩm mà còn kéo dài thời gian làm đông − Khi tiến hành cấp đông tôm thì nhiệt độ tủ phải đạt nhỏ hơn – 36 0C mới được phép tiến hành và phải luôn giữ nhiệt độ thân tôm ổn định càng thấp càng tốt − Hàng cấp đông đều phải đồng đều, sản phẩm đưa vào tủ đều đặng, lúc đó chi phí lạnh sẽ ổn định, tránh... nước lạnh, vì thế cần chú ý nhiệt độ nước rửa Phải giảm nhiệt độ nước rửa xuống càng thấp càng tốt bằng cách cho thêm đá vào nước rửa, từ đó làm giảm nhiệt độ nguyên liệu đem cấp đông Sau khi rửa phải tiến hành rải lên băng chuyền IQF ngay không được để lâu vì sẽ làm giảm nhiệt độ của nguyên liệu - Nhiều khi nguyên liệu chế biến thành các thành phẩm rồi nhưng do tủ cấp đông hoạt động không kịp vì vậy... trường càng cao thì áp suất ngưng tụ càng cao làm năng suất lạnh giảm, do đó ta chọn thời điểm chạy máy cho phù hợp Chúng ta có thể cấp đông vào buổi sáng, chiều hoặc đêm, vì lúc này nhiệt độ môi trường là thấp nhất, năng suuaats lạnh lớn, hàng chạy mau đtạ, tiết kiệm được năng lượng − Chạy máy, ta tránh chạy vào giờ cao điểm, tránh được chi phí điện năng cao, máy làm việc đủ công suất − Phải điều chỉnh... nước Chi phí lạnh càng thấp thì thời gian làm đông càng nhanh: Ta có nhiệt tải của dàn lạnh: Qo= Qsp + Qkk + Qbc + Qmt + Qdc (Kw) Tất cả các chi phí qua kết cấu bao che Q mt, qua nhiệt độ không khí trong tủ Q kk, nhiệt lượng lấy ra từ băng chuyền Q bc, nhiệt lượng lấy ra từ động cơ quạt Q đc đều tương đối ổn định Nhìn chung tất cả các chi phí này đều phụ thuộc nhệt độ bên ngoài tủ Nếu như nhiệt độ bên . đề: HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÀM ĐỒNG RỜI IQF DẠNG TẦNG SÔI GV : TS. Nguyễn Anh Tuấn HV : Trà Ngô Thùy Dương MHV : 54CH097 Lớp : CNSTH 2012 Nha Trang tháng 7 năm 2013 I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÔNG RỜI. 380C/3P/50Hz 1.5. Hình ảnh về dây chuyền cấp đông IQF dạng tầng sôi II. CÁC THÔNG SỐ CẦN KIỂM TRA, KIỂM SOÁT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐÔNG RỜI IQF DẠNG TẦNG SÔI 2.1. Tính kiểm tra năng suất lạnh của máy. vận hành hệ thống. Tránh cho hệ thống vận hành vào các thời điểm nhiệt độ môi trường tăng quá cao, làm tăng nhiệt độ ngưng tụ, ảnh hưởng đến năng suất lạnh của hệ thống. - Bảo dưỡng hệ thống: