Tính nhiệt kho cấp đông

2022-05-09 14:28:46

Tính nhiệt kho cấp đông

Tổn thất nhiệt ở kho cấp đông gồm có:

– Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.

– Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm, khay cấp đông, xe cấp đông và tổn thất nhiệt do châm nước cho sản phẩm (dạng block)

– Tổn thất nhiệt do vận hành

+ Nhiệt do mở cửa

+ Nhiệt do xả băng

+ Nhiệt do đèn chiếu sáng

+ Tổn thất do người vào ra kho.

+ Nhiệt do động cơ quạt thải ra

Tính nhiệt kho cấp đông

Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che

Tổn thất qua kết cấu bao che được tính theo công thức:

Q1 = Q11 + Q12, W (4-10)

Q11 – Tổn thất qua tường, trần, W;

Q12 – Tổn thất qua nền, W.

Tổn thất qua tường, trần

Q11 = k.Ft.delta t, W (4-11)

Ft – Diện tích tường và trần, m2 ;

delta t = tKKN – tKKT ;

tKKN – Nhiệt độ không khí bên ngoài tường, oC

tKKT – Nhiệt độ không khí bên trong kho cấp đông tKKT =-35 oC

k – Hệ số truyền nhiệt của tường, trần, W/m2.K

Tính nhiệt kho cấp đông

α1 – Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường, có thể lấy α1= 23,3 W/m2.K;

α2 – Hệ số toả nhiệt bên trong, lấy α2 = 10,5 W/m2.K tương ứng với trường hợp không khí đối lưu cưỡng bức mạnh trong kho.

Tổn thất qua nền

Nền kho cấp đông có thông gió nên có thể tính tổn thất nhiệt theo công thức sau đây

Q12 = k.F.(tN – tKKT), W (4-13)

F – Diện tích nền, m2 ;

tN – Nhiệt độ trung bình của nền, oC;

tKKT – Nhiệt độ không khí trong kho cấp đông, tKKT = -35oC;

Hệ số truyền nhiệt k được tính tương tự giống tường.

Nhiệt do làm lạnh sản phẩm

Nhiệt do làm lạnh sản phẩm Q2 gồm:

– Nhiệt do làm lạnh thực phẩm Q21, W;

– Nhiệt do làm lạnh khay cấp đông Q2 , W;

– Nhiệt do làm lạnh xe cấp đông Q23 , W;

– Ngoài ra một số sản phẩm khi cấp đông người ta tiến hành châm thêm nước để mạ 01 lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng, đẹp, chống ôxi hoá thực phẩm, nên cũng cần tính thêm tổn thất do làm lạnh nước Q24

Nhiệt do làm lạnh sản phẩm Q21

Tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào được tính theo công thức sau:

Tính nhiệt kho cấp đông

M – Khối lượng thực phẩm cấp đông cho một mẻ, kg;

i1, i2 – Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra, J/kg;

Nhiệt độ sản phẩm đầu vào lấy theo nhiệt độ môi trường. Một số mặt hàng cấp đông trước khi cấp đông đã được làm lạnh ở kho chờ đông, nên có thể lấy nhiệt độ đầu vào t1 = 10đến 12oC.

Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông phải đạt -18oC

t – Thời gian cấp đông của một mẻ. Thời gian cấp đông của các kho cấp đông tuỳ thuộc và dạng sản phẩm: dạng rời là 3 giờ; dạng block là 7đến 9 giờ.

Nhiệt do làm lạnh khay cấp đông Q22

Tổn thất nhiệt do khay cấp đông mang vào được xác định:

Tính nhiệt kho cấp đông

Mkh – Tổng khối lượng khay cấp đông, kg;

Cp – Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, J/kg.K;

+ Vật liệu nhôm: Cp = 921 J/kg.K;

+ Tôn tráng kẽm: Cp = 460 J/kg.K

t1, t2 – Nhiệt độ khay trước và sau cấp đông, oC;

t – Thời gian cấp đông, giây.

Đối với kho cấp đông, thực phẩm thường được đặt trên các khay cấp đông loại 5kg.

Các đặc tính kỹ thuật của khay 5 kg được dẫn ra trên bảng 4-7.

Tính nhiệt kho cấp đông

Thông số kỹ thuật khay cấp đông

Tính nhiệt kho cấp đông

Cấu tạo xe cấp đông

Nhiệt do làm lạnh xe cấp đông Q23

Xe cấp đông được chế tạo từ vật liệu inox dùng đỡ các khay cấp đông. Trên hình 4-4 là xe cấp đông loại chứa 125 kg hàng danh định, gồm có 3 ngăn và 9 giá đỡ. Khối lượng của xe là khoảng 40 kg.

Tính nhiệt kho cấp đông

CpX – Nhiệt dung riêng của vật liệu xe cấp đông, J/kg.K. Xe cấp đông làm bằng inox.

Mx – Tổng khối lượng xe chất hàng, kg

Mx = n . mx

n – Số lượng xe sử dụng;

mx – Khối lượng mỗi xe cấp đông, kg;

t1, t2 – Nhiệt độ xe trước lúc vào cấp đông và sau khi cấp đông xong, oC.

Nhiệt do làm lạnh nước châm Q24

Chỉ có sản phẩm dạng block mới cần châm nước. Đối với sản phẩm dạng rời quá trình mạ băng thực hiện sau cấp đông ở bên ngoài, sau đó có thể đưa vào khâu tái đông.

Tính nhiệt kho cấp đông

Mn – Tổng khối lượng nước châm, kg;

Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5% khối lượng hàng cấp đông, thường người ta châm dày khoảng 0,5đến 1,0mm;

t – Thời gian cấp đông, Giây;

qo – Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn, J/kg.

Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo được xác định theo công thức:

qo = Cpn.t1 + r + Cpđ.t2, J/kg (4-18)

Cpn – Nhiệt dung riêng của nước : Cpn = 4186 J/kg.K;

r – Nhiệt đông đặc : r = 333600 J/kg;

Cpđ – Nhiệt dung riêng của đá : Cpđ = 2090 J/kg.K;

t1 – Nhiệt độ nước đầu vào, lấy từ nước lạnh chế biến t = 5đến 7oC;

t2 – Nhiệt độ đá sau cấp đông bằng nhiệt độ trung bình của sản phẩm, tạm lấy : t2 = -15đến -18oC.

Thay vào ta có:

qo = 4186.t1 + 333600 + 2090.t2, J/kg (4-19)

Tổn thất nhiệt do vận hành

Tổn thất vận hành bao gồm:

– Tổn thất do mở cửa Q31, W;

– Tổn thất do xả băng Q32, W;

– Tổn thất do đèn chiếu sáng Q33, W;

– Tổn thất do người toả ra Q34, W;

– Tổn thất do động cơ quạt Q35, W.

Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 +Q35, W (4-20)

Nhiệt do mở cửa Q31

Trong quá trình vận hành các kho cấp đông, người vận hành trong nhiều trường hợp cần phải mở cửa vào kiểm tra hàng, các thiết bị và châm nước, nên không khí thâm nhập vào phòng gây ra tổn thất nhiệt. Lượng nhiệt do mở cửa rất khó xác định. Có thể xác định lượng nhiệt mở cửa giống như kho lạnh như sau:

Q31 = B.F, W (4-21)

B – dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2;

F – diện tích buồng, m2.

Dòng nhiệt riêng khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng của kho cấp đông được đưa ra ở bảng dưới đây:

Tính nhiệt kho cấp đông

Dòng nhiệt riêng do mở cửa

Tổn thất nhiệt do xả băng

Giống như kho lạnh, ở kho cấp đông nhiệt xả băng đại bộ phận làm tan băng ở dàn lạnh và được xả ra ngoài kho, một phần truyền cho không khí trong phòng, kết quả sau khi xả băng, nhiệt độ trong phòng tăng lên đáng kể . Vì vậy cần tính đến tổn thất do xả băng mang vào.

Tổn thất nhiệt do xả băng mang vào được tính theo biểu thức sau:

Tính nhiệt kho cấp đông

Trong đó:

t – Thời gian cấp đông, giây;

Q32 – Tổn thất nhiệt do xả băng mang vào, W;

Q- Tổng nhiệt lượng do xả băng truyền cho không khí có thể tính theo tỷ lệ phần trăm lượng nhiệt xả băng hoặc dựa vào mức độ tăng nhiệt độ trong sau khi xả băng:

Q = pKK.V.CP.delta t, J (4-23)

pKK – Khối lượng riêng của không khí, pKK ≈ 1,2 kg/m3;

V- Dung tích kho cấp đông, m3 ;

Cp – Nhiệt dung riêng của không khí, J/kg.K ;

delta t – Độ tăng nhiệt độ không khí trong kho sau xả băng, oC

Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng Q33

Dòng nhiệt do chiếu sáng có thể tính theo công thức sau:

Q33 = N (4-24)

N – Công suất đèn chiếu sáng, W.

Nếu không có số liệu của đèn chiếu sáng kho cấp đông có thể căn cứ vào mật độ chiếu sáng cần thiết cho kho để xác định công suất đèn.

Dòng nhiệt do người toả ra Q34

Đối với kho cấp đông, trong quá trình cấp đông rất ít khi có người vận hành ở bên trong kho, tổn thất này có thể bỏ qua. Khi cấp đông các sản phẩm block, người ta có thể tạm dừng để châm nước cho hàng, quá trình này tạo nên một tổn thất nhiệt nhất định.

Dòng nhiệt do người toả ra được xác định theo biểu thức:

Q34 = 350.n, W (4-25)

n – số người làm việc trong buồng.

350 – nhiệt lượng do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc: q=350 W/người.

Số người làm việc trong kho cấp đông cỡ 1đến 2 người

Dòng nhiệt do các động cơ quạt Q35

Dòng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức:

Q35 = 1000.N ; W (4-26)

N – công suất động cơ điện, kW.

Các buồng cấp đông có từ 2-4 quạt, công suất của quạt từ 1đến 2,2 kW

Khi bố trí động cơ ngoài kho cấp đông tính theo biểu thức:

Q35 = 1000.N.n , W (4-27)

n- hiệu suất động cơ

Cấu tạo một số thiết bị chính

Trong hệ thống lạnh kho cấp đông sử dụng môi chất R22 người ta thường sử dụng bình trung gian kiểu nằm ngang và bình hồi nhiệt tách lỏng. Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu cấu tạo và đặc điểm của các bình đó.

Bình trung gian kiểu nằm ngang

Tính nhiệt kho cấp đông

Bình trung gian kiểu nằm ngang R22

A- Môi chất ra; B- Dịch lỏng vào; C- Dịch lỏng ra; D- Ống tiết lưu; E- ống môi chất vào

Trên hình 4-5 trình bày cấu tạo bình trung gian kiểu nằm ngang thường sử dụng cho hệ thống R22.

Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo giống bình ngưng nhưng kích thước nhỏ hơn. Trong bình môi chất cuối quá trình nén cấp 1 được đưa vào bên trong ống trao đổi nhiệt, dịch lỏng cao áp đi bên ngoài ống

Các tấm ngăn có tác dụng làm dịch lỏng cao áp đi theo đường dích dắc để quá trình trao đổi nhiệt đều và hiệu quả hơn.

Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo gọn, hiệu quả trao đổi nhiệt cao, giá thành rẻ, các thiết bị phụ đi kèm ít.

Bình hồi nhiệt tách lỏng

Bình tách lỏng hồi nhiệt kết hợp 2 chức năng: tách lỏng và hồi nhiệt

– Dòng dịch lỏng từ bình trung gian (hoặc bình chứa cao áp) được đưa qua ống xoắn để quá lạnh.

– Môi chất sau dàn lạnh trước khi được hút về máy nén được đưa vào bình tách lỏng để tách các giọt lỏng còn lại

Tính nhiệt kho cấp đông

Bình tách lỏng hồi nhiệt

A- Ga vào; B- Lỏng ra; C- Hồi lỏng; D- Lỏng vào; E- Ga ra