Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
I/. Khái niệm
- Tủ cấp đông tiếp xúc là một hệ thống lạnh thuộc nhóm phòng lạnh thường
được dùng để đông lạnh nhanh thủy hải sản, thòt. Sản phẩm làm lạnh gần như
được tiếp xúc với dàn lạnh nên thời gian đông lạnh được rút ngắn, chất lượng
sản phẩm tốt.
- Tủ cấp đông tiếp xúc được cấu tạo bởi dàn khung kim loại chòu lực. Giữa 2
lớp vỏ là lớp vật liệu cách nhiệt polyuretan. Vì vậy kết cấu bao che của tủ cấp
đông tiếp xúc đơn giản, gọn nhẹ.
- Dàn lạnh là các khay (plate) bằng hợp kim nhôm. Các khay này vừa là kệ
để sản phẩm vừa là dàn lạnh. Tác nhân lạnh được dẫn vào từng khay. Các khay
này có thể nâng lên hay hạ xuống bằng xy lanh thủy lực để đảm bảo sản phẩm
làm lạnh luôn được tiếp xúc tốt nhất với dàn lạnh từ hai phía.
Như vậy sự truyền nhiệt trong tủ cấp đông tiếp xúc không phải theo nguyên
tắc đối lưu như các máy lạnh thông thường mà theo nguyên tắc dẫn nhiệt với bề
mặt truyền nhiệt là các khay. Tác nhân lạnh làm lạnh các khay bằng dẫn nhiệt,
khay truyền nhiệt cho sản phẩm.
II/. Các thông số và thiết bò được chọn trong quy trình công nghệ. Giải thích
sự lựa chọn.
1/. Tác nhân lạnh
Sử dụng tác nhân lạnh là Amoniac (NH
3
, R717) vì:
* Ưu điểm của NH
3

- Tính chất nhiệt động tốt.
- Không ăn mòn kim loại đen và nhôm, trong thiết bò thì NH
3
tiếp xúc trực

không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm
làm lạnh mà gián tiếp thông qua các khay
→
sử dụng tốt.
Tóm lại sử dụng Amoniac là hoàn toàn phù hợp.
2/. Chu trình lạnh và máy nén pittông.
Hệ thống làm việc theo chu trình lạnh 2 cấp nén sử dụng bình trung gian
ống xoắn, 2 van tiết lưu.
* Chọn máy nén 2 cấp vì:
- Tỉ số nén cao, vượt khỏi giá trò cực đại
max
Π
- Cần có nhiệt độ dầu nhỏ hơn 60
o
C
- Hệ số cấp >0,6
Khi gặp những điều kiện tiên quyết trên ta phải chọn máy nén 2 cấp.
Hơn nữa:
- Máy nén 2 cấp phù hợp với vận hành liên tục.
- Hiệu suất cao, giá vận hành rẻ. Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cao nhưng giá
thành một đơn vò lạnh thấp hơn, đặc biệt là ở các chế độ làm việc mà máy
nén một cấp hầu như không vận hành nổi.
* Chọn chu trình 2 cấp sử dụng bình trung gian ống xoắn, 2 van tiết lưu vì:
- Sử dụng bình trung gian để hạ nhiệt độ hơi môi chất trước khi vào máy
nén cao áp để đạt đến điểm bảo hòa khô
→
thực hiện làm mát trung gian
hoàn toàn.
- Sử dụng 2 van tiết lưu làm năng suất lạnh riêng tăng, công nén giảm.
- Nếu sử dụng bình trung gian loại thường (tức là lỏng ra khỏi thiết bò

nào. Van tiết lưu dùng để tiết lưu tác nhân lạnh lỏng từ áp suất ngưng tụ P
k
đến
áp suất sôi P
o
đồng thời điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh.
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 5
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
Để tự động hóa hệ thống lạnh ta sử dụng van tiết lưu nhiệt được điều khiển
bằng cảm biến nhiệt dựa trên tín hiệu qúa nhiệt của hơi.
c). Các thiết bò phụ.
(1). Bình tách dầu – dùng 2 bình
Phải tách dầu vì môi chất không hòa tan dầu. Bình tách dầu luôn được đặt
đứng và vuông góc với đường đẩy vì như vậy mới dễ thực hiện việc tách.
(2). Bình chứa dầu.
Gom dầu từ: bình tách dầu, bình chứa cao áp, bình trung gian… để giảm tổn
thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao về máy nén.
(3). Bình chứa cao áp
Đặt dưới bình ngưng để chứa lỏng đã ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt trao
đổi nhiệt của thiết bò ngưng tụ (tức là ta hoàn toàn có thể kết hợp thiết bò ngưng
tụ và bình chứa cao áp), đồng thời duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu.
(4). Bình tách lỏng
Để tách các giọt lỏng khỏi luồng hơi hút về máy nén, tránh cho máy nén hút
phải lỏng gây va đập thủy lực làm hỏng máy.
(5). Bình trung gian
Vì sử dụng chu trình 2 cấp nén
→
dùng bình trung gian để hạ nhiệt độ cuối
của qúa trình nén hơi môi chất.
(6). Bình tách khí không ngưng.


- Nhiệt độ nước vào bình ngưng:

1
w
t
= t
ư
+ (3
÷
5)
o
C
= 33
o
C + 4
o
C
= 37
o
C
- Nhiệt độ nước ra:
2
w
t
=
1
w
t
+

∆
t
min
= 42+5
= 47
o
C
- Nhiệt độ bốc hơi t
o
= f(môi trường làm lạnh)
Nhiệt độ bốc hơi t
o
phụ thuộc nhiệt độ môi trường làm lạnh (thấp hơn nhiệt
độ môi trường làm lạnh từ 5
÷
13
o
C).
Trong trường hợp hệ thống lạnh là tủ cấp đông tiếp xúc thì không khí không
đóng vai trò làm lạnh sản phẩm nhưng ta vẫn coi chúng là môi trường làm lạnh
hay môi trường bò ảnh hưởng lạnh trực tiếp với nhiệt độ là -35
o
C.

→
Nhiệt độ bốc hơi: t
o
=(-35) - 5 = -40
o
C

o
+
∆
qn
t
= -40
o
C + 5
o
C
= -35
o
C
- Áp suất bốc hơi: p
o
= 0,7171 bar = 0,07171 MPa
- Áp suất ngưng tụ: p
k
=18,794 bar = 1,8794 MPa
- Áp suất trung gian:
oktg
p.pp =

= 3,671 bar = 0,3671 MPa
- Các thông số của chu trình tra và tính dựa trên bảng 7.40 và bảng 7.51
TLTK[11]. Các ký hiệu của những thông số đó được thể hiện trên hình 3 dưới
đây và bảng 1:
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 8
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
Hình 3: đồ thò lgp – h tương ứng với các thông số cho trong bảng 1

m005,0
31
=δ=δ

31
λ=λ
= 39 kcal/mhđộ
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 9
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
+ Lớp (2) polyuretan:
028,0
cn
=λ
kcal/mhđộ
- Hệ số truyền nhiệt k của lớp vỏ tủ:
2cn
cn
i
i
1
11
1
k
α
+
λ
δ
+
λ
δ












α
+
λ
δ
+
α
−λ=δ
∑
2i
i
1
cncn
11
k
1
theo bảng 3-3, p63[1]: k = 0,19 W/m
2
độ = 0,163 kcal/m
2

cn
=δ
→
028,0
19,0
39
05,0
2
8
1
29
1
1
k
tt
+++
=
= 0,144 kcal/m
2
hđộ
= 0,167 W/m
2
độ
* Kiểm tra đọng sương:
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 10
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
p1
s1
1s
tt

m20,0
005,0.219,0
2
icn
=
+=
δ+δ=δ

III/. Chọn tủ
- Tủ MCF – 10 của hãng Mycom:
+ Tác nhân: NH
3

+ Năng suất: 1 tấn/mẻ
+ Kích thước khay: 2000x1250mm
+ Chiều dày khay: 22mm
+ Số khay: 10 khay để sản phẩm + 1 khay ép ở trên
+ Kích thước tủ:
•Cao: 3515 mm
•Dài: 3300 mm
•Rộng: 1830 mm
•Trọng lượng: 3000 kg
- Làm lạnh sản phẩm là “tôm vỏ không đầu” đã được làm lạnh sơ bộ trước
khi đưa vào tủ cấp đông tiếp xúc để cấp đông, chúng có đặc điểm:
+ Khối lượng riêng đổ đống (khối lượng riêng xốp):
3
m/kg850=ρ
+ Nhiệt độ trước khi vào tủ: t
đ
=10

P.Q.
tt
..q
i
i
mp1














λ
δ
+
α
+
λ
δ
−
δρ
=τ

p
= -35
o
C
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 12
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
+
m
λ
= 1,155kcal/mhđộ
+
α
: hệ số cấp nhiệt của tác nhân lạnh,
α
= 5,29 kcal/m
2
hđộ
+
∑
λ
δ
i
i
: tổng trở lực của các lớp vật liệu bao bên ngoài tôm,
∑
λ
δ
i
i
=3,104.10

≈
5 giờ/mẻ
V/. Cân bằng nhiệt cho tủ cấp đông tiếp xúc.
1/. Tổn thất do truyền nhiệt.
Q
1
= Q
11
+ Q
12
• Q
11
: tổn thất lạnh do tỏa ra môi trường xung quanh,
Q
11
=kF
∆
t
k = 0,144 kcal/m
2
hđộ
∆
t = t
1
-t
p
= 37,3 –(-35)= 72,3
F: tổng diện tích các mặt của tủ, F = 46,32m
2


Q
3
= Q
31
+ Q
32
SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 13
Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ
Vì không thông gió buồng lạnh nên các tổn thất lạnh khác gồm:
• Q
31
: tổn thất do làm lạnh khuôn sản phẩm.
Q
31
= G
k
.C
k
.( t
đ
- t
c
)
Khuôn làm bằng nhôm có nhiệt dung riêng: C
k
= 0,22kcal/kgđộ
có khối lượng: G
k
= 0,3.G
sp

Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
= 530 + 13833 + 931
= 15294 kcal/h
* Năng suất lạnh máy nén:
b
Q.k
Q
mn
o
∑
=
p92, TLTK[1]
Trong đó: k=1,1 ; do t
o
= -40
o
C
b= 0,7 ; do tủ cấp đông thuộc nhóm thiết bò lạnh nhỏ.
→
kW98,27
h/kcal44,24033
7,0
15294.1,1
Q
o