Đề tài Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua với công xuất 10.000 (Kg/ngày)

Phần mở đầu Con người đã từng bước chinh phục vũ trụ bao la cũng như làm chủ đại dương sâu rộng. Loài người đã chứng kiến sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật nói chung và của các chuyên ngành khác nói riêng. Sự phát triển của kỹ thuật lạnh là một trong những chuyên ngành đang nằm trong guồng quay của sự phát triển đó. Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh từ rất xa xưa, ngành khảo cổ học đã phát hiện ra những hang ngầm có mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua dùng để chứa lương thực thực phẩm khoảng từ 5000 năm trước đây. Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu kể từ khi giáo sư Blach tìm ra nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764, con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở nhiệt độ thấp. Thế kỷ 19 là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật lạnh. Làm lạnh để bảo quản thực phẩm là một trong những ứng dụng quan trọng và thiết thực của kỹ thuật lạnh. Để bảo quản lâu dài sản phẩm sản xuất ra thì không có cách nào khác là hạ nhiệt độ sản phẩm xuống thấp và duy trì nhiệt độ bảo quản trong khoảng thời gian cho phép. Đồ án thiết kế tốt nghiệp của em được giao là “Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua với công xuất 10.000 (Kg/ngày)“. Theo truyền thuyết thì vào thế kỷ thứ 8, sữa chua được bắt nguồn từ vùng núi Elbrus và là đặc sản kỳ diệu của dãy núi Caucasus, và sau đó thì đã nhanh chóng lan rộng ra các vùng Tây âu và Trung âu . Sữa chua có nhiều loại như ymer, yoghurt, kefir,... các sản phẩm này được thu nhận nhờ quá trình lên men một phần đường lactoza trong sữa thành axit lactic. Sữa chua có giá trị dinh dưỡng cao và có hương vị thơm ngon nên được nhiều người ưa thích. Ngoài ra sữa chua còn có tác dụng : Giảm lượng cholesterol trong máu. Tăng khả năng hấp thụ thức ăn. Tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể. Giảm nguy cơ ung thư dạ dày. Để thực hiện nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp này cần phải biết quy trình công nghệ sản xuất sữa chua, lập sơ đồ công nghệ, xác lập các thông số vào và ra của các quá trình chính và phụ, trên cơ sở đó tiến hành tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất để xác định các dòng nhiệt tìm ra được năng xuất lạnh của từng công đoạn và cuối cùng là của toàn hệ thống. Các thông số này quyết định việc chọn sơ đồ hệ thống lạnh và bố trí thiết bị cụ thể. Chính vì vậy mà em sẽ lần lượt đi giới thiệu từng phần một. Chương I Giới thiệu công nghệ sản xuất sữa chua 1.1. Giới thiệu chung Sữa là loại thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất. Là loại thức ăn có tính bổ dưỡng cao, ngày nay đã trở thành một chất dinh dưỡng không thể thiếu được trrong mọi gia đình. Mức độ tiêu thụ sữa rất lớn và không ngừng gia tăng, nhất là nhu cầu sử dụng trong gia đình, trường học, bệnh viện,... Phục vụ cho nhu cầu của mọi lứa tuổi. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong nước người dân Việt Nam trở nên quan tâm hơn đến vấn đề sức khoẻ thông qua việc chi phí nhiều hơn cho khẩu phần dinh dưỡng hằng ngày. Với nhịp độ hoạt động nhanh của cuộc sống công nghiệp, mọi người cần được bổ sung nguồn dinh dưỡng cao để thích ứng với những biến đổi của công việc. Sữa và các sản phẩm từ sữa đem lại cho người tiêu dùng, sự sảng khoái, ngon miệng và đặc biệt giúp cho cơ thể phát triển chiều cao tăng cường sức khoẻ. Đối với trẻ sữa là thành phần quan trọng tạo sự vững trắc cho giai đoạn phát triển thể lực và trí tuệ. Chính vì vậy, sử dụng sản phẩm sữa là việc rất cần thiết cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Canxi trong sữa là nguồn canxi dễ hấp thụ và thường chiếm khoảng 60% lượng canxi cơ thể hấp thụ được. Nếu bị thiếu canxi sẽ có nhiều nguy cơ bị giảm khối loãng xương (giảm muối khoáng trong xương) và thậm chí còn bị loãng xương. Trong các loại sản phẩm được sản xuất từ sữa, thì sữa lên men đã được ưa chuộng từ lâu, đặc biệt đối với dân vùng Trung Đông. ở các nước Tây Âu sản phẩm sữa được tiêu thụ khá phổ biến, từ đầu thế kỷ XX, là thời kỳ có các công trình nghiên cứu của Metchnikoffveef nguyên nhân gây ra sự già nua của con người. Theo tác giả, sự lão hoá sớm là do các sản phẩm gây thối rữa tồn tại lâu trong đường ruột. Việc sử dụng các sản phẩm sữa lên men làm thay đổi pH của môi trường bên trong đường ruột, có tác dụng cản trở hoạt động của các vi khuẩn gây thối rữa. Lý thuyết này được minh chứng có sức thuyết phục cao nhờ vào việc sử dụng các sản phẩm sữa lên men được bán trên thị trường. Công nghệ sản xuất các sản phẩm sữa lên men ngày một thêm đa dạng, phong phú với nhiều tên gọi và cách trang trí bao bì khác nhau có tác dụng quyết định đến việc lựa chọn loại sản phẩm ở người tiêu dùng. Tuy nhiên trong các sản phẩm sữa lên men, Sữa chua vẫn chiếm vị thế hàng đầu bởi chất lượng và sở thích cùng với tính giải khát của sản phẩm. Sau đây em xin trình bày về phần công nghệ sản xuất sữa chua và phần tính toán thiết kế hệ thống lạnh phục vụ cho dây chuyền sản xuất sữa chua. 1.2 Tổng quan về Công nghệ sản xuất sữa chua Sữa lên men là kết quả của quá trình hoạt động của vi sinh vật làm thay đổi các thành phần bình thường có trong sữa mà đặc trưng là quá trình biến đổi đường lactoza thành axit lactic và trong một số loại sữa đặc biệt còn có cả sự tạo thành etanol. Thành phần protit có trong sữa bị pepton hoá nên có khả năng làm tăng tiêu hoá. Đôi khi lượng CO2 giữ lại trong khối sữa cao tạo nên bọt cho khối sữa. Trong quá trình sản xuất sữa chua phải sử dụng hệ vi sinh vật và hóa sinh : Trong công nghệ chế biến sữa chua người ta thường sử dụng hỗn hợp hai chủng Lactobacillus bulgaricus và Steptococcus thermophilus do khả năng tạo axit lactic và tạo các chất thơm của chúng mà sữa chua có hương vị đặc biệt. L.bulgaricus kích thích sự phát triển của S .thermophilus bằng cách giải phóng một số axit amin như histidin, leuein, lysin, eystin, valin,... trong khi đó S.thermophilus tạo ra axit focmic tạo điều kiện cho sự phát triển của L.bulgaricus. Bảng đặc tính của vi khuẩn L.bulgaricus và S.thermophiluss. L.bulgaricus S.thermophiluss. Hình thái tế bào. Kiểu khuẩn lạc trên môi trường LAB Vùng nhiệt độ phát triển. Sự phát triển trong môi trường sữa. Khả năng sinh axit trong sữa bò (%). Khả năng phát triển trong môi trường nước thịt – muối mật lactoza. Tế bào nhỏ, hình cầu, xếp thành chuỗi. Tròn, trơn, nhẵn. 20 – 500C Tốt. Số lượng tế bào giảm trước khi đông tụ. 0,8 – 1% 0 Tế bào hình que Tròn, nhám. 23 – 530C Tốt. Tạo nhiều axit và số lượng tế bào giảm nhanh chóng khi môi trường chứa nhiều axit. 1,5 – 2% 0 L. bulgaricus: Là vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt ở nhiệt độ (42 á 45)0C trong môi trường có độ axit cao. Loài này có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7% axit lactic từ đường lactoza. S. thermophilus: Phát triển tốt ở nhiệt độ 450C và sinh sản tốt ở nhiệt độ (37 á 40)0C. Đây cũng là vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình, có thể chịu được nhiệt độ đun nóng đến 650C trong 30 ph nhưng chỉ phát triển được trong môi trường có độ axit thấp (pH = 4 á 4,5 ). Trong sản xuất sữa chua, việc cấy hỗn hợp hai loài vi khuẩn này cho kết quả sinh ra axit lactic tốt hơn là chỉ sử dụng riêng từng loài. L. bulgaricus làm dễ dàng cho sự phát triển của S. thermophilus. Lactobacilluscos chứa enzym phân giải protein nên có khả năng phân tách được một số axit amin từ cazein. Các axit amin này có vai trò như là các chất kích thích hoạt động cho loài Streptoccocuss. Trong số các axit amin tách được thì axit amin lavin đóng vai trò quan trọng nhất. Trong sản xuất sữa chua bằng phương pháp sử dụng hai loài trên cho thấy : ở giai đoạn đầu của quá trình sản suất, pH của sữa thích hợp cho loài Streptococcus hoạt động chiếm ưu thế và đảm bảo cho quá trình lên men lactic được bắt đầu. Hoạt độ của các enzym phân huỷ cazein của Lactobacillus kích thích sự phát triển của Streptococcus và đôi khi cũng làm cho độ axit tăng lên. yếu tố pH của sữa thay đổi làm cho Streptococcus khó phát triển, Lactobacillus thay thế chỗ. Mặt khác, sự vón cục của sữa cũng xảy ra khi độ axit đạt đến 70 – 750D. Sự hình thành chất thơm trong các sản phẩm sữa chua trước đây người ta cho rằng chỉ có vai trò của Steptococus. Nhưng các tác giả Petervaf Lolkema mới đây cũng đã nhấn mạnh đến vai trò của lactobacillus trong việc tạo nên hương thơm cho sản phẩm, trong đó thành phần axetaldehyl được coi là thành phần quan trọng góp phần tạo nên hương thơm đặc trưng của sữa chua. Sữa chua có thể được sản xuất từ các nguồn sữa khác nhau như: sữa tươi tự nhiên sữa tách mỡ (một phần hay hoàn toàn), sữa bột gầy dễ hoà tan với sữa tươi. Trong trường hợp sản suất từ sữa có hàm lượng chất béo cao cần chú trọng đến quá trình đồng hoá để ngăn cản quá trình chất béo nổi lên trên bề mặt khi sử dụng vi sinh vật thích hợp để thực hiện quá trình lên men. Đối với nguồn sữa giàu chất khô, tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ 84á850C trong vài giây hoặc có thể tiệt trùng. Sau đó, sữa được làm lạnh đến 450C và cấy hai loại vi khuẩn nêu ở trên vào khối sữa cần lên men nhờ quá trình nuôi thuần chủng trước trên các môi trường phù hợp. Liều lượng vi khuẩn sử dụng từ 3 á 5%. Sau khi phối trộn tiến hành phân phối nhanh vào dụng cụ, đậy nắp và tiến hành lên men ở nhiệt độ 450C trong thiết bị ủ trong thời gian từ 2 á 3h. Lúc này độ axit không thuận lợi cho cả hai loài vi khuẩn cùng phát triển. Sau công đoạn ủ ấm, sữa chua cần được tiến hành làm lạnh nhanh đến 4 á 50C và dừng ngay quá trình hình thành axit lactic (nếu không sẽ xảy ra quá trình co rút các thành phần bị đông tụ và sự phân chia huyết thanh). Quá trình lên men cũng có thể được tiến hành trong các nồi cách thuỷ nhờ sự tuần hoàn của các dòng nước nóng và lạnh có tác dụng trao đổi nhiệt nhanh hơn trong thiết bị ủ ấm nhưng thao tác nặng nhọc và rườm rà hơn. Quá trình lên men được thực hiện ủ ấm hoặc nồi cách thuỷ, khi tăng hay giảm đều không ảnh hưởng đến Streptococcus, chúng vẫn phát triển tốt và sinh sản ra chất thơm cho sản phẩm. Còn đối với Lactobacillus lại có tác dụng giảm độ axit nhanh. Để sản phẩm sữa chua có độ chua nhẹ và thơm, có thể sử dụng tế bào của vi khuẩn Streptococcus ở giai đoạn trẻ và khi môi trường lên men có độ axit thấp. Ngược lại, muốn có sữa chua có độ axit cao thì cần sử dụng tế bào của Streptococcus già hơn hoặc sử dụng Lactobacilus, vốn là loài phát triển tốt ở môi trường có độ axit thấp. Để sữa chua có hương thơm khác nhau người ta sử dụng nhờ tinh dầu của các loại quả : chuối, tranh, dâu, mơ,... Các loại hương thơm tổng hợp. Các chất thơm tự nhiên thu được là sản phẩm của quá trình chưng cất nên sẽ mất màu tự nhiên. Để khắc phục người ta bổ sung các chất màu có nguồn gốc tự nhiên tương ứng với màu của quả cho hương và được bổ sung vào cùng thời điểm cấy vi khuẩn. Trong sản xuất sữa chua còn có khâu kỹ nghệ rất quan trọng, đó là sử dụng phụ gia và chất ổn định nhằm tạo trạng thái bền vững cho sữa chua khi lưu hành trên thị trường cũng như tạo dạng gel bền vững cho sản phẩm (không tách pha ). Chất ổn định (palsgaard) là một nhóm chất phụ gia đưa vào thực phẩm phải đạt các yêu cầu sau : Không mang tính chất dinh dưỡng. Không độc hại đối với sức khoẻ con người. Được làm từ nguyên liệu đã được lựa chọn cẩn thận. Chế phẩm này hoàn toàn tuân theo các tiêu chuẩn về tính đồng nhất và độ tinh khiết theo tiêu chuẩn của hội đồng chung Châu âu, Mỹ, Cộng Hoà Liên Bang Đức, Tổ chức lương thực thế giới (FAO) vv... Thành phần chính của chất ổn định gồm : Polysacarit (CMC – Na, carlagenan,alginat, vv...) là những chất có vai trò làm đặc (tạo gel) làm cho sản phẩm ở dạng rắn nhưng vẫn mềm, phù hợp với sở thích người tiêu dùng. Monodiglyxerit E471 có tác dụng làm bền hệ nhũ tương là chất hoạt động bề mặt có vai trò ngăn cản sự tập hợp của các cấu tử cùng pha nên có khả năng đồng nhất sản phẩm. ở Việt Nam, trong công nghệ sản suất sữa chua đặc sử dụng chất ổn dịnh có mã hiệu 5846 có thành phần chủ yếu là pectin, gelatin, tinh bột biến tính... nhằm tạo cấu trúc ổn định cho sữa chua nhờ khả năng cắt và oxy hoá mạch polysacarit thành những mạch ngắn nên làm tăng khả năng keo hoá góp phần làm bền trạng thái gel của sản phẩm. 1.3. Thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất sữa chua Nước gia nhiệt (400C) Trộn nguyên liệu (400C) Đồng hoá lần 1 (t=600C, p=150bar) Thanh trùng lần 1 (t=750C, p=75bar,t=5 ph) Làm lạnh (t= 4-50C) ủ tàng trữ lạnh (4-5)0C, t= 6-12 h) Đồng hoá lần 2 (t=600C, p=200bar) Thanh trùng lần 2 (t=920C, p=95bar,t=5 ph) Làm mát (t = 420C) Lên men (t = 40-450C,t=5 ph,pH=4,5 ) Rót (t= 20 - 250C) Bảo quản lạnh (t= 2 - 40C) 1.4.Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất sữa chua Các thiết bị và máy cung cấp cho dây chuyền phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây : Hệ thống phải đảm bảo đầy đủ các công nghệ sản xuất sữa theo tiêu chuẩn quốc tế. Bố trí lắp đặt hợp lý theo công nghệ sản xuất sữa : các thiết bị được lắp đặt theo dây chuyền liên tục, đảm bảo mỹ quan, các công đoạn đảm bảo không cắt nhau, chiếm không gian ít. Bảo vệ môi trường tốt, không gây độc hại đối với sức khoẻ của con người. Hệ thống đảm bảo đúng kỹ thuật, đúng quy phạm về an toàn lao động. Một số máy và thiết bị được nhập từ các nước EU và Nhật. Các thiết bị trong dây chuyền chế biến hoạt động ổn định, độ tin cậy cao. Hệ thống được thiết kế và lắp đặt sao cho chi phí vận hành là thấp nhất, nhưng hiệu quả cao nhất. Quá trình lắp ráp thiết bị không ảnh hưởng đến sản xuất. Toàn bộ các phần vật liệu đều được làm từ inox Dựa vào quy trình công nghệ và năng suất làm việc yêu cầu của đề tài thiết kế em tiến hành chọn một số thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất như sau: 1.4.1.Bồn phối trộn. - Bồn dạng hai vỏ, được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ. Bảo ôn bằng polyurethane dày 50 mm - Bồn có một motor và một cánh khuấy đặt trên đỉnh bồn, có một cửa vừa một người có thể chui qua dạng tròn, hai công tắc báo mức cao thấp của sản phẩm trong bồn, một lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt thang đo từ 00C - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra từ đáy và 2 ống nạp sản phẩm từ nắp bồn. - Bồn làm việc ở chế độ không áp suất. - Số lượng bồn: 1 cái 1.4.2. Bồn ủ lạnh - Bồn hai vỏ có bảo ôn và áo nước lạnh (nhiệt độ từ 1 - 50C), được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ, bọc bảo ôn bằng polyurethane. Bồn có một cánh khuấy đặt trên đỉnh bồn khuấy với tốc độ chậm, hai công tắc báo mức cao thấp của sản phẩm trong bồn, một lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt độ thang đo từ 0 - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra và nạp sản phẩm từ đáy. 1.4.3. Bồn ủ lên men - Bồn 2 vỏ có bảo ôn, được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ, bảo ôn bằng polyurethane, 1 lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt thang đo 0 - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra và nạp sản phẩm vào từ đáy. - Bồn làm viếc ở chế độ không áp suất. - Số lượng bồn: 2 cái 1.4.4. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm - thiết bị gia nhiệt Nhiệm vụ: Đun nóng nước để dùng trong sản xuất sữa chua. Tác nhân gia nhiệt: Hơi nước nóng tuần hoàn Bộ trao đổi nhiệt được được thiết kế với: - Vòng đệm kín chung quanh tấm trao đổi nhiệt bằng cao su thực phẩm itir, loại gài lên tấm không sử dụng keo dán. - Tấm bằng thép không rỉ. - Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ. - Bộ điều khiển nhiệt độ. 1.4.5. Thiết bị thanh trùng Thiết bị thanh trùng dùng để thanh trùng sữa chua. 1.4.6. Bồn cân bằng Dùng để điều khiển và cân bằng lưu lượng. 1.4.7. Bơm ly tâm Dùng để chuyển sữa từ thiết bị này sang thiết bị kia. 1.4.8. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm Được sử dụng để thanh trùng và làm nguội sản phẩm đã trộn Chương trình nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt: nhiệt độ đồng hoá từ 60 - 750C trong 15 - 20 giây sau đó chuyển sang thiết bị làm lạnh nhanh đến nhiệt độ sữa trong quá trình ủ là 40C. Sau quá trình ủ hoàn nguyên sữa lại được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt lên đến 90 - 950C là mhiệt độ đồng hoá và thanh trùng lần 2 trong vòng 5 phút, sau đó lại hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ lên men từ 42 - 450C. 1.4.9. Bộ lưu nhiệt Dùng để lưu giữ sản phẩm trong quá chế độ thanh trùng ở thời gian nhất định. Thời gian lưu nhiệt trong khoảng từ 15 - 300 giây. 1.4.10 - Hệ thống tuần hoàn nước Dùng để điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn nước nóng. Bao gồm: - Trao đổi nhiệt dạng tấm. - ống tiết lưu, lỗ không khí, van an toàn, đông hồ đo áp suất. - Bơm nước nóng. - Van điều chỉnh hơi. - Bộ chỉ thị nhiệt độ. - Van chặn hơi - Cảm biến nhiệt độ - Bộ chỉ thị áp suất 1.4. 11. Bảng điều khiển Dùng để giám sát quá trình thanh trùng. Bao gồm: - Tủ điều khiển bằng thép không rỉ. - Các nút đóng mở - Bộ kiểm soát nhiệt độ - Van đảo dòng - Van điện từ - Công tắc khởi động động cơ 1.5- Hướng dẫn vận hành. 1.5.1- Chuẩn bị dịch sữa làm men giống - Kiểm tra vệ sinh bồn trộn, máy trộn. Kiểm tra bồn men giống phải vệ sinh sạch sẽ. - Đấu đường ống của hệ thống trộn để chuẩn bị trộn và thanh trùng đồng hoá. - Đặt nhiệt độ nước cấp vào bồn trộn bằng lượng men định làm trừ đi 100 lit nước cấp vào bồn trộn. - Chuẩn bị lượng bột sữa bằng 10% lượng men định làm. tiến hành trộn bồn sữa. - Thanh trùng đồng hoá dịch sữa. Đặt: + nhiệt độ đồng hoá lần 1 là 650C + nhiệt độ thanh trùng lần 1 là 750C + áp suất đồng hoá là 150 bar - Tiến hành đấu đường ống của hệ thống thanh trùng vào bồn men giống. - Thanh trùng - đồng hoá và đưa vào bồn men giống, thêm nước cho đủ lượng men định làm. - Sau khi thanh trùng - đồng hoá xong. Bật khuấy bồn men giống, mở hơi để nâng nhiệt độ sữa trong bồn lên 900C và giữ ở nhiệt độ này trong vòng 30 phút. - Mở nước thường làm nguội dịch sữa xuống 42 - 400C. 1.5.2. Cấy men - Tỷ lệ cấy men là 5% men. - Tiệt trùng dụng cụ và gói túi men bằng ngọn lửa đèn cồn, hoặc có thể ngâm vào dung dịch proxitane 2%. - Cắt góc túi men, đổ men khô vào bồn men giống khuấy tiếp 15 - 20 phút cho tan men. 1.5.3. Trộn nguyên liệu a) Chuẩn bị - Kiểm tra số lượng chất lượng nguyên liệu. Chuẩn bị nguyên liệu theo từng mẻ trộn đựơc tính theo công thức chế biến. - Kiểm tra máy trộn, bồn trộn đã vệ sinh sạch. Đấu đường ống của hệ thống để trộn và chuẩn bị đưa sang hệ thống thanh trùng - đồng hoá. - Chỉ đổ nguyên liệu khi công nhân nấu báo đổ. b) Tiến hành trộn - Đặt nhiệt độ nước cấp hay nhiệt độ nước sôi cấp vào bồn trộn = 650C - Đặt lượng nước hoặc sữa tươi theo công thức của từng mẻ. Trong quá trình trộn cần phải lưu ý: - Khi trộn nhiệt độ phải ổn định, điều chỉnh van chặn sao cho mức nước trong máy trộn thấp, tạo dòng xoáy, đổ ổn định thật chậm, tránh vón cục. - Khi trộn bột sữa, đường, bơ, điều chỉnh mức nước trong máy bằng khoảng 1/2 lượng nước có trong máy để tránh tạo bọt. - Đường ống bơm bơ phải được tháo, lắp trước khi trộn tránh rơi dụng cụ vào gây nguy hiểm cho máy. - Kết thúc mỗi mẻ trộn phải tắt bơm và máy trộn, khoá ngay van từ đáy bồn trộn đến bơm vào. Tắt bơm hồi về trộn, tắt máy trộn. - Kết thúc mẻ trộn cuối trước khi tắt bơm hồi về bồn dùng vòi nước nóng rửa sạch bột sữa ở bên trong máy trộn đồng thời dùng nước đó thu hồi hết sữa ở trong đường ống trộn sau đó mới tắt bơm hồi và máy trộn. 1.6. Quy trình công nghệ 1.6.1 - Yêu cầu về kỹ thuật Các yêu cầu cần phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã được chấp nhận. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho sản xuất sữa chua đóng hộp làm từ các nguyên liệu như : sữa bột, đường, men giống,... Sau đây là các yêu cầu cụ thể: 1. Nguyên liệu: Nguyên liệu dùng để sản xuất sữa chua phải theo đúng yêu cầu quy định trong tiêu chuẩn nguyên liệu. Trong trường hợp chưa có tiêu chuẩn phải tuân theo đúng yêu cầu trong văn bản đã được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt. Đối với sữa: Ta có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau như : sữa tươi (như sữa trâu, bò) và sữa bột gầy để sản xuất. ở đây ta sử dụng sữa bột gầy nên chỉ xét chỉ tiêu của sữa bột gầy mà thôi. Sữa bột gầy được nhập từ nước ngoài và được sản suất bằng phương pháp đông khô, đạt những tiêu chuẩn sau: Sữa có độ hoà tan cao : 98 – 99% Màu sắc đồng đều : vàng kem nhạt Mùi vị đặc trưng, không có mùi lạ như chua, khét, mốc,... Trạng thái mịn đồng nhất, không vón cục. Độ ẩm : Ê 5% Hàm lượng axit : Ê 0,15%. Độ pH : 6,5 – 6,65. Chất đạm không biến hình : 4,0 – 7,0mg/g. Kim loại nặng : - Chì (Pb) Không được có - Đồng (Cu) Ê 8mg/g. Tổng số vi trùng Ê 26.000 khuẩn lạc /1g bột sữa. Vi trùng coliorm không được có. Phải có khả năng lên men. Đối với đường: Ta nên dùng đường loại 1 theo tiêu chuẩn sau: Đường loại 1 với độ tinh khiết 99%. Độ ẩm Ê 0,1% Hàm lượng đường khử : 0,085%. Hàm lượng tro : Ê 0,05%. Đối với nước: Trong trường hợp dùng nước để pha chế nguyên liệu thì nước phải đảm bảo các tiêu chuẩn sau: Chỉ số coly : 1 – 2 con/l. Hàm lượng Fe, Mg, Mn Ê 0,5mg/l. Độ cứng Ê 180H. Không có vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Các chất phụ gia: Các chất phụ gia như hương vị, màu sắc, hương liệu, ... phải là loại dùng trong thực phẩm, đã được kiểm duyệt và cho phép sử dụng. Men giống: Ta sử dụng men nhập ngoại. Yêu cầu men giống phải thuần khiết, không có mùi vị lạ, lổn nhổn hoặc có bọt khí. 2 - Sữa chua thành phẩm. Sữa chua phải được sản suất theo đúng quy trình công nghệ, hợp vệ sinh và phải đạt được những chỉ tiêu sau: Về cảm quan : Màu trắng ngà, mùi đặc trưng của sữa chua, không có mùi vị lạ. Trạng thái đông tụ tốt, mịn, đồng nhất, không có gợn. Về lý hoá: Hàm lượng chất khô ³ 20%. Hàm lượng đường saccaroza ³ 12,2%. Hàm lượng chất béo ³ 2%. Hàm lượng sữa khô không béo ³ 5,5%. Hàm lượng axit: Ê 20 mg/kg. Tạp chất không tan Ê 20 mg/kg. Về số lượng vi sinh vật: Không được có vi trùng gây bệnh và các hiện tượng hư hỏng chứng tỏ có vi sinh vật hoạt động. Thời gian bảo quản sữa chua là 15 – 20 ngày ở nhiệt độ là từ 4 - 100C. * Tiêu chuẩn đối với sữa chua thành phẩm Màu sắc đặc trưng của sữa. Mùi vị đặc trưng của sữa chua, không có mùi vị nào khác. Trạng thái đông tụ, mịn, cứng, nhũ thanh không được quá 3%. Tạp chất không quá 20ppm. Hàm lượng chất khô 18 – 20%. Độ axit 0,72 – 0,86%. Hàm lượng đường 7%. Hàm lượng chất béo 3,2%. Nấm men, Nấm mốc Ê 10 khuẩn lạc / 1g sản phẩm. Coliorm Ê 3 khuẩn lạc / 1g sản phẩm. Không được có các loại vi trùng gây bệnh. 1.6.2 - Thuyết minh công nghệ : Để sản suất được tốt ta nên lập kế hoạch sản suất với thành phần xác định và chính xác. Với sữa chua sản xuất từ sữa bột ta có công thức phối trộn với các thành phần như sau: Nguyên liệu Thành phần (%) Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Bơ Nước 10,0 0,7 12,0 2,5 74,8 Từ các thành phần trên ta dễ dàng tính được khối lượng nguyên liệu cần dùng cho một mẻ nấu . Sau đây là các bước công nghệ: 1. Nguyên liệu : Sữa bột gầy được cân theo mẻ để sản xuất, bơ được hâm nóng ở nhiệt độ 600C. đường, chất ổn định được cân theo công thức. 2. Pha trộn: Nguyên liệu sau khi đã chuẩn bị xong, ta định lượng nước vào nồi trộn. Nồi trộn là nồi hai vỏ, đun nóng đến 400C, sau đó bơm tuần hoàn qua máy trộn. Trong quá trình trộn, cánh khuấy trong nồi quay liên tục. Ta trộn theo thứ tự sữa trước rồi đến đường, chất ổn định và cuối cùng là bơ. Trong quá trình trộn ta luôn luôn giữ nhiệt độ trong nồi ổn định. 3. Nâng nhiệt và đồng hoá lần 1: Hỗn hợp sau khi trộn được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản ở khoảng 50 – 600C rồi bơm qua thiết bị đồng hoá ở áp suất 150 kg/cm2 để làm đồng đều hỗn hợp và phá vỡ cầu mỡ. 4. Thanh trùng lần 1 và ủ hoàn nguyên : Hỗn hợp sau khi đồng hoá được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản và giữ ở nhiệt độ 750C rồi qua thiết bị giữ nhiệt trong 4 phút, sau đó hỗn hợp được làm nguội và làm lạnh xuống 4 – 50C cũng bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản, sau đó chúng được bơm qua bồn ủ ở 4 – 50C trong 12 tiếng nhằm hoàn nguyên sữa. 5. Thanh trùng lần hai, đồng hoá lần hai, làm nguội : Sau quá trình hoàn nguyên, hỗn hợp được bơm từ bồn ủ qua bồn trung gian rồi qua thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ lên đến 90 – 950C rồi sang bồn giữ nhiệt trong thời gian 4 phút. Tiếp theo đó hỗn hợp được làm nguội xuống 50 – 600C rồi lại đi qua thiết bị đồng hoá ở áp suất 200 kg/cm2, được làm lạnh xuống 420C rồi được bơm vào bể men. 6. Lên men và làm lạnh lần hai: Men dùng trong quá trình này là một loại men nhập ngoại, đây là men được tổng hợp từ hai chủng steptococus thermephilus và lactobacilus Bungaricus và được làm khô bằng phương pháp sấy phun. Loại men này hoạt động tốt ở 40 – 450C. ở nhiệt độ này steptococus thermephilus làm đông tụ sữa sau 12 – 14 tiếng. Giới hạn axit đạt tới 1 – 11%. Chủng Bungaricus làm đông tụ trong khoảng 12 tiếng, độ axit đạt tới 2,7 – 3,1%. Men sấy khô là một hình thức bảo quản giống để cung cấp cho sản xuất. Khi sấy khô, các vi khuẩn không hoạt động, do đó không thể sử dụng ngay cho sản xuất. Thường để sản xuất ta phải cấy truyền một số lần để tăng hoạt tính và tốc độ sinh trưởng của giống ban đầu. Qua mỗi lần cấy truyền với số lượng tăng dần lên. Thường sau 3 – 4 lần cấy hoạt tính có đặc tính khá mạnh, men có khả năng làm đông tụ sữa sau 2 - 3 tiếng. Các đặc tính của bột giống ( men sấy khô ). Hàm ẩn < 5%. Số lượng tế bào khoảng 400 – 500 triệu tế bào / gam bột sữa. Hoạt tính lên men: 1 gam bột làm đông 1 lit sữa / 10 tiếng. Thời gian bảo quản 6 tháng ở 4 – 100C. Quy trình sử dụng bột giống để sản xuất sữa chua: Chế độ kỹ thuật và các điều kiện của quy trình sản xuất. + Giống cấp 1 : Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian : 40 – 45’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống 40 – 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,65 – 0,7 Thời gian nuôi : 8 – 10h + Giống cấp 2: Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian :30 - 40’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,75 Thời gian nuôi : 4 - 6h + Giống cấp 3 : Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian : 20 - 30’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,8 Thời gian nuôi : 3 - 4h + Sản xuất : Nhiệt độ thanh trùng : 85 - 900C Thời gian : 20 – 30’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,8 Thời gian nuôi : 3 - 4h ở giống này thời gian lên men giảm rõ rệt nhưng giống bị vón cục không sử dụng làm giống cho sản phẩm được. Sơ đồ sử dụng bột giống để sản xuất sữa chua : Giống cấp 2 Giống cấp 2 Giống cấp 3 Giống cấp 3 Giống cấp 1 7 - Rót hộp : Khi rót hộp ta có thể cho cánh khuấy quay chậm trong bồn rót ta rót sữa chua vào hộp 120 ml. Nếu sữa chua có nhân thì ta chuẩn bị sẵn nhân và đổ vào bồn chứa riêng ở máy rót hộp để máy tự động bơm vào cùng hỗn hợp sữa chua. Nhân sữa chua thường là mứt quả như mơ, dâu, trái cây tổng hợp,... và được bơm vào với tỉ lệ 14% so với sữa chua thành phẩm. Toàn bộ quá trình rót hộp, ghép nhân và đánh dấu ngày giờ hết hạn được tiến hành tự động khép kín trong nhà máy từ đầu đến cuối để đảm bảo vô trùng,lo. 8.Chuyển vào kho lạnh Sữa chua thành phẩm được chuyển vào kho lạnh bảo quản ở nhiệt độ từ 4 - 50C trong vòng ít nhất là 24h trước khi đem đi tiêu thụ. Mục đích bảo quản trong thời gian 24h là để cho quá trình lên men của sữa chua được tiếp tục và tăng thêm hương vị đặc trưng của sữa chua. Quá trình này còn gọi là qúa trình làm chín sinh học. Trong suốt quá trình này sữa chua sẽ tạo ra chất thơm, chất kháng sinh và vitamin nhóm B. Chương ii Tính cân bằng chất và cân bằng nhiệt từng công đoạn 2.1 - Tính toán cân bằng chất dây chuyền sản xuất sữa chua Nhà máy sản xuất 300 (ngày/năm) vì trừ các ngày nghỉ, chủ nhật, lễ tết,. Mỗi ngày nhà máy chỉ sản xuất 2 ca. Chương trình sản xuất của nhà máy là 10.000(kg sữa chua/ ngày ). Tính khối lượng nguyên liệu cần dùng để sản xuất là: + Ta có thể pha chế nguyên liệu theo công thức : Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định Đường Nước 2,5 10,0 0,7 12,0 74,8 Trong quá trình sản xuất sữa chua từ nguyên liệu đến thành phẩm thì hao hụt trong quá trình này là 2%. Do vậy, tổng khối lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất là: (10.000 . 2%) + 10.000 = 10.200 (Kg/ngày) + Số lượng men cho vào sản xuất trong một ca là: mmen = 5100.5% = 255(Kg/ca). + Lượng nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất trong một ca là: mnguyên liệu = 5100 – 255 = 4845(Kg/ca) Trong đó: Lượng sữa gầy là: 4845.10% = 484,5 (Kg/ca) Lượng đường là: 4845.12% = 581,4 (Kg/ca) Lượng chất ổn định là: 4845.0,7% = 33,915 (Kg/ca) Lượng bơ là: 4845.25% = 121,125 (Kg/ca) Lượng nước là: 4845.74,8% = 3624,06 (Kg/ca) Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một ca là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 484,5 581,4 33,915 121,125 3624,06 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một ngày là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 969 1162,8 67,83 242,25 7248,12 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một năm là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 290700 348840 20349 72675 2174436 + Tỷ trọng của sữa chua được tính theo công thức. C = 1,21.F + 0,25.a + 0.66 Trong đó: F: Phần trăm chất béo .(F = 2,5%) a: Độ tỉ trọng a = 88,46 vậy C = 1,21.25% + 0,25.88,64 + 0,66 = 22,85% Vậy tỉ trọng của sữa chua là: 1,08846 + Số hộp sữa chua cần sử dụng để đóng trong một ca là : (ta sử dụng hộp 120 mg) 5000 : (1,08846.0,12) = 38281 (hộp/ca) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một ngày là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): 38281 ´ 2 = 76562 (hộp/ngày) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một năm là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): (76562 + 76562 ´ 3% ) ´ 300 = 23037505.8 + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ca là: (1 thùng chứa 48 hộp) 38281 : 48 = 797,52 (thùng/ca) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ngày là: (1 thùng chứa 48 hộp) 797,52 ´ 2 = 1559,041(thùng/ngày) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một năm là: (1 thùng chứa 48 hộp) 1559,041 ´ 300 = 478512,5 (thùng/năm) 2.2 - Tính cân bằng nhiệt . 2.2.1 - Tính năng suất lạnh phục vụ cho dây chuyền sản suất sữa chua . Tổng năng xuất lạnh cần cấp cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua là: Q01 = (kw) Trong đó: Q1 : Năng suất lạnh để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần 1 đến nhiệt độ ủ hoàn nguyên. Q2 : Năng suất lạnh để làm nguội sữa chua sau quá trình hoàn nguyên đến nhiệt độ lên men. Q3 : Năng suất lạnh ở công đoạn sau lên men đến nhiệt độ rót hộp. Q4 : Năng suất lạnh của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). 1. Năng suất lạnh Q1 để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần 1 đến nhiệt độ ủ hoàn nguyên. Được tính theo công thức sau : Q1 = G1 . C1 . (t1 - t 2) Trong đó : G1 : Lượng sữa cần làm lạnh trong công đoạn này G1 = 4845 (Kg/ca) C1 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C = 0,95 Kcal/kg0C) t1, t 2 : Nhiệt độ đầu và cuối của sữa t1 = 750C, t2 = 40C. Vậy Q1 = G1 . C1 . (t1 - t 2) = 4845 . 0,95 . (75 - 4) = 326795,25 (Kcal/ca) Q1 = 11,347(kw) 2. Năng suất lạnh Q2 để làm nguội sữa chua sau quá trình hoàn nguyên đến nhiệt độ lên men. Được tính theo công thức sau : Q2 = G2 . C2 . (t1 - t 2) Trong đó : G2 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G2 = 4845 (Kg/ca) C2 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C = 0,95 Kcal/kg0C) t1 : Nhiệt độ của sữa chua khi lên men t1 = 900C t2 : Cần làm nguội xuống nhiệt độ 500C Vậy Q2 = G2 . C2 . (t1 - t 2) = 4845 . 0,95 .(90 – 50) = 184110 (Kcal/ca) Q2 = 6,4 (kw) 3. Q3 Năng suất lạnh ở công đoạn sau lên men đến nhiệt độ rót hộp. Được tính theo công thức sau : Q3 = G3 . C3 . (t1 - t 2) Trong đó : G3 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G3 = 5000 (Kg) C3 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C3 = 0,95 Kcal/kg0C) t1, : Nhiệt độ của sữa sau khi lên men t1 = 450C t2 : nhiệt độ cần làm lạnh (nhiệt độ rót hộp) t2 = 250C Vậy Q3 = G3 . C3 . (t1 - t 2) = 5000 . 0,95 .(45 - 25) = 95000 (Kcal/ca) Q3 = 3,3 (kw) 4. Năng suất lạnh Q4 của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). Được tính theo công thức : Q4 = Q41 + Q42 + Q43 Trong đó: Q41 : Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra. Q42 : Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài kho lạnh thấm vào trong kho. Q43 : Tổn thất lạnh do vận hành. Sau đây là phần tính toán chi tiết : Dòng nhiệt Q41. Q41 = G4 . C4. (t1 - t 2) Trong đó : G4 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G4 = 5000 (Kg) C4 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C4 = 0,95 Kcal/kg0C) t1 : Nhiệt độ của sữa sau khi lên men t1 = 250C t2 : nhiệt độ cần làm lạnh t2 = 40C Vậy Q4 = G4 . C4 . (t1 - t 2) = 5000 . 0,95 .(25 - 4) = 99750 (Kcal/ca) Q4 = 3,46 (kw) Dòng nhiệt Q42 . Kho lạnh là một khối hộp nằm dưới mái nhà xưởng. Không khí nhà xưởng có nhiệt độ gần bằng nhiệt độ không khí xung quanh ở vùng Hà Nội (txq = 32,70C). Vậy : Q42 = G4 . C4 (txq – tb) Trong đó: G4 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G4 = 5000 (Kg) C4 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C4 = 0,95 Kcal/kg0C) Txq : Nhiệt độ không khí xung quang ở vùng Hà Nội txq =32,70C Tb : Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh tb = 40C Q42 = G4 . C4 (txq – tb) = 5000 . 0,95 (32,7 - 4) = 13625 (Kcal/ca) Q42 = 4,73 (Kw) Dòng nhiệt Q43 . Tổn thất lạnh do vận hành ở đây ta lấy bằng 40% Q41 . Q43 = Q41 . 40% = 3,46 . 0,4 = 1,384 (Kw). Vậy năng suất lạnh Q4 của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (ở nhiệt độ của kho lạnh) là: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 = 3,46 + 4,73 + 1,384 = 9,574 (Kw). Vậy tổng năng suất lạnh cho toàn bộ dây chuyền sản xuất sữa chua là : Q01 = 11,347 + 6,4 + 3,3 + 9,574 = 30,621 (kw) Q01 = 30,621 (kW) 2.2.2 - Tính năng suất lạnh cho kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm. Mục đích Tính nhiệt kho lạnh là tính các dòng nhiệt khác nhau từ môi trường xung quanh xâm nhập vào bên trong kho lạnh. đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà ta phải tính toán để chọn máy lạnh có công suất để lấy hết lượng nhiệt đó thải ra ngoài. Mục đích tính toán nhiệt là để chọn lựa loại máy có công suất tương ứng để lắp đặt cho hệ thống sao cho nó hoạt động vận hành trong năm với điều kiện chịu tải lớn nhất, có nghĩa là tính chọn tổng tổn thất lạnh lớn nhất Qmax. Dưới đây là một số các tính toán phụ tải tại thời điểm mà tải lạnh đạt được để khi vận hành nó có thể hoạt động được trong những thời điểm cần thiết: Tổng năng suất lạnh phục vụ cho phòng bảo quản lạnh được tính như sau: Q02 = = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 Trong đó: Q1 : Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm. Q2 : Tổn thất qua trần. Q3 : Tổn thất qua nền. Q4 : Tổn thất qua tường. Q5 : Tổn thất do mở. Q6 : Tổn thất do người ra vào. Q7 : Tổn thất do thắp sáng. Q8 : Tổn thất do thông gió. Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm. Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm chính là năng suất lạnh của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). Q1 = Q4 = 9,574 (kW) Tổn thất qua trần. Q2 = k.Ftr.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua trần (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Ftr : Diện tích trần của kho lạnh (Ftr = 60 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài của của kho lạnh. Dt = (t1 – t2) = 25 – 4 = 210C Với : t1 = 250C t 2 = 40C Q2 = k.Ftr.Dt = 0,4.60.21 = 504 (kcal/ca) = 0,14 (kW). Tổn thất lạnh qua nền. Q3 = k.Ftr.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua nền (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Fn : Diện tích trần của kho lạnh (Ftr = 60 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ giữa nền và kho lấy nhiệt độ trung bình của đất là 200C. Dt = (t1 – t2) = 20 – 4 = 160C Với : t1 = 200C t 2 = 40C Q3 = k.Fn.Dt = 0,4.60.16 = 384 (kcal/ca) = 0,1 (kW). Tổn thất qua tường. Q4 = k.Ft.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua tường (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Ftr : Diện tích tường bao của kho lạnh (Ftr = 2 ´ (7+9) ´ 3,7 = 118,4 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ không khí trong kho và nhiệt độ của không khí môi trường bên ngoài kho. Dt = (t1 – t2) = 32,7 – 4 = 28,70C Với : t1 = 32,70C t 2 = 40C Q4 = k.Ftr.Dt = 0,4.118,4.28,7 = 1359,232 (kcal/ca) = 2,83 (kW). Tổn thất lạnh do mở cửa. Q5 = b.F Trong đó: b : Chi phí lạnh cho 1m2/h phụ thuộc vào diện tích và loại phòng. F : Diện tích xây dựng của phòng. Nếu F > 50 m2 thì b = 4,7 (W/m2) Nếu F Ê 50 m2 thì b = 9,3 (W/m2) Khổ mở 2 cửa rộng 3,5 m và cao 3,5 m. Q5 = b.F = 4,7.60 = 282 (kcal/ca) = 0,59 (kW). Tổn thất lạnh do người ra vào. Q6 = n.q Trong đó: n : Số người ra vào trong một ngày n = 4 q : Nhiệt tiêu hao riêng cho một người q = 120 (kcal/h) Q6 = n.q = 4.120 = 480 (kcal/h) = 1(kW). Tổn thất lạnh do thắp sáng. Q7 = A.F Trong đó : A: Lượng nhiệt mất trên 1m2 bê mặt. A = a.h.g a : Chi phí điện trên 1m2, a = 6,2 (w/m2). h : Hệ số bật đèn, h = 0,6 g : Hiệu suất ứng dụng, g = 0,87 A = a.h.g = 6,2.0,6.0,87 = 3,236 Q7 = A.F = 3,236.60 = 194,16 (kcal/h) = 0,405 (kW). Tổn thất lạnh do thông gió. Tổn thất lạnh do thông gió ta lấy bằng 10% – 15% của (Q1 + Q2) (Q1 + Q2) = (9,574 + 0,14) = 9,714 (kW) Vậy Q8 = 9,714.15% = 9,714.0,15 = 1,4571 (kW). Vậy tổng phụ tải kho lạnh là: Q02 = = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 9,574 + 0,14 + 0,1 + 2,83 + 0,59 + 1 + 0,405 + 1,4571 = 16,0961 (kW) Q02 = 16,0961 (kW) Chương III Tính toán kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm 3.1 - Diện tích kho lạnh Các dữ kiện đã biết : Kích thước hộp (120ml) là (60 ´ 40 ´ 50) mm. Mỗi thùng chứa được 48 hộp. Cứ 1 m2 theo mặt sàn xếp được 60 hộp sữa chua, với chiều cao là 2m có thể xếp được 250 lớp hộp sữa chua. Vậy tổng số hộp sữa chua có thể xếp được trong 1 m2 là : 60 ´ 250 = 15.000 (hộp) Số lượng hộp sữa chua sản suất trong một ca là: (tỉ trọng của sữa chua là r = 1,08846 kg/m3). 5000 : (1,08846.0,12) = 38281(hộp/ca) Số lượng hộp sữa chua sản suất trong một ngày là: 38281 ´ 2 = 76562 (hộp/ngày) - Thời hạn tối đa bảo quản sữa trong kho là 7 ngày : 76562 ´ 7 = 535934 (hộp/ 7 ngày) Như vậy lượng sữa chua có thể chứa được trong kho là : Gồm có : 535934/48 = 11165 thùng (mỗi một thùng có 48 hộp, mỗi một hộp chứa 120ml) tương đương 64312 (kg). Vậy diện tích kho sử dụng để xếp là : 535934/15.000 = 36 m2 Chọn hệ số sử dụng diện tích sàn kho lạnh b = 0,6 (ngoài hàng ra còn dành lối đi lại cho xe nâng hạ bốc xếp). Vậy diện tích xây dựng kho lạnh là : Fxd = 36/ 0,6 = 60 m2 Chọn chiều cao kho lạnh tối thiểu là H = 5m vì hai lý do : Thứ nhất : hàng được xếp trong các thùng cứng kích thước lớn nhờ đó có thể chồng được cao. Xe nâng hạ có thể với tới độ cao khoảng 3m. Thứ hai : phụ tải trên một đơn vị diện tích sàn cho phép 4000 kg/m2. Vậy dung tích hình học của kho lạnh là: W7 ´ L9 ´ H5 = 315 m3. Dung tích qui ước của kho (nếu kho chỉ chứa một mặt hàng là thịt lợn tứ thân hoặc bán thân với gv = 0,35 tấn/m3). E = V. gv = 315 ´ 0,35 = 110 (tấn). 3.2 - Kết cấu kho lạnh . Sự khác nhau chủ yếu giữa kho lạnh và một ngôi nhà công nghiệp là ở chỗ trong kho lạnh luôn duy trì một nhiệt độ tương đối thấp, độ ẩm tương đối cao so với môi trường bên ngoài. Do sự chênh lệch nhiệt độ luôn có một dòng nhiệt tổn thất ảnh hưởng đến việc chọn năng suất lạnh. Dòng ẩm có tác động xấu đến vật liệu xây dựng và cách nhiệt, làm giảm tuổi thọ vật liệu và cấu trúc xây dựng, làm hỏng cách nhiệt và làm mất khả năng cách nhiệt. Vì vậy cấu trúc xây dựng và cách nhiệt phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hoặc trở nhiệt lớn; Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng bảo quản xếp trong kho; Bề mặt ngoài tường bên ngoài không được đọng sương; Phải đảm bảo cách nhiệt tốt giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh và vận hành; Không hút nước hoặc độ hút nước nhỏ; Có độ trở thấm cao; Có độ bền cơ học đủ lớn, dẻo dai trơ với băng giá; Có hình dáng hình học cố định; Có khối lượng riêng nhỏ; Không cháy; Không có phản ứng và tác động với các hoá chất; Không bắt mùi và không có mùi lạ; Không ăn mòn và tác động gây ăn mòn bề mặt kim loại của bề mặt cách nhiệt; Không phát triển ký sinh trùng, nấm men, nấm mốc, vi trùng; Không bị các loài gặm nhấm phá hoại; Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt phải bền lâu; Các loại buồng lạnh và kho lạnh lắp ghép giá thành rất cao so với điều kiện hiện nay ở Việt Nam. Nếu chúng ta tận dụng những nguyên liệu ở địa phương, thì giá thành nguyên liệu rẻ hơn nhiều so với loại lắp ghép. Bởi vậy ở đây em cũng chọn các phần kết cấu cho kho lạnh như sau: 3.2.1- Kết cấu trần kho. Trần kho có thể ốp cách nhiệt trực tiếp lên trần bê tông cốt thép khi đó phải bố trí các râu bằng dây thép f 3,2 – 3,5mm để neo giữ các tấm cách nhiệt. Trần kho có cấu tạo các lớp theo thứ tự từ trên xuống như sau: Bê tông cốt thép Bitum chống ẩm Giấy dầu Lớp stirofor được dán lên giấy dầu Lớp lưới mắt cáo Cuối cùng là vữa trát Để giữ lớp cách nhiệt phải dùng gỗ hoặc dây thép f 6 – 8 mm chăng và dùng gỗ làm xà sau đó bố trí cách nhiệt và trát vữa hai phía trên và dưới. Lắp đặt panel kho lạnh Panel kho lạnh được lắp đặt bằng các khoá cam - locking được nhà sản xuất đặt sẵn trong các panel rất dễ dàng lắp đặt và tháo dỡ khi cần thiết. Giữa các tấm panel được làm kín bằng silicon và sealant. Panel trần được treo đỡ lên xà gồ của trần nhờ hệ thống cáp treo và tăng đơ đặt cách đều trên toàn bề mặt. Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh sẽ tiến hành bốc dỡ lớp giấy dầu bảo vệ bên ngoài của panel. Các tấm panel được đặt trên các tấm thép U bằng inox do nhà chế tạo đã chế tạo sẵn nhằm tăng độ bền và bảo vệ panel. 3.2.2 - Kết cấu nền kho. Kết cấu nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Nhiệt độ trong phòng lạnh; - Tải trọng của kho lạnh bảo quản; - Dung tích kho lạnh; -Yêu cầu kho lạnh phải có độ vững chắc chắn cần thiết, tuổi thọ cao, vệ sinh sạch sẽ, không thấm ẩm. Về nguyên tắc tất cả các nền buồng lạnh đều phải cách nhiệt. Độ dày cách nhiệt có thể bằng 0,5 – 1 lần chiều dày cách nhiệt của tường. Nền kho có cấu tạo các lớp theo thứ tự từ dưới lên như sau: - Lớp bê tông cốt thép M250 có sẵn - Lớp vữa xi măng láng pẳng bề mặt M15, dày 10mm - Lớp hắc ín quét liên tục - Lớp giấy dầu chống thấm - Lớp cách nhiệt stirofor dày 100mm xen kẽ là các dầm gỗ nhóm 3 có tiết diện 100´70 đỡ nền - Lớp bê tông cốt thép F8, a = 200mm, M200, dày 70mm - Lớp vữa xi măng láng phẳng bề mặt và lát đá nền M150, dày 30mm - Lớp đá xẻ lát nền dày 30mm 3.2.3 - Kết cấu tường kho Các tấm panel tường được lắp trực tiếp xuống nền bê tông đặt trên các tấm thép định hình chữ U. Giữa các tấm panel tường và trần được gắn với nhau một cách dễ dàng nhưng chắc chắn nhờ hệ thống khoá cam – locking. Khe hở giữa các tấm panel được phun silicon làm kín đảm bảo bền chắc. 2 1 Vách bao che kho lạnh ghép từ các tấm panel được làm sẵn ở nhà máy chế tạo chuyên dụng, có mặt cắt ngang như sau: 1. Nhựa chịu va đập d = 5 mm 2. Polyurethan bọt d = 10 mm Hai lớp nhựa chịu va đập được tạo cứng nhờ đường lượn sóng. Mỗi tấm panel có chiều dài ´ rộng là : L5 ´ W1,1m. Gờ mép mỗi tấm có ngàm bậc thang để phép khít với nhau. Các kết dính nhau nhờ khoá lót bên trong dọc theo gờ mép, trên mỗi mép có hai khoá. 3.2.4 - Kết cấu mái kho lạnh Mái kho lạnh cũng ghép từ các tấm panel như vách. Để tăng cứng và đỡ mái còn có thêm một số dầm cầu. Các dầm cầu hàn từ thép góc và thép tròn F16, mỗi dầm có chiều dài bằng chiều rộng của kho (tức 7m). Các tấm panel nằm theo chiều dọc kho và bắt chặt vào dầm. 3.2.5 - Cửa kho Cửa kho phải rộng ít nhất để hai xe rùa vào và ra kho. Để tránh tổn thất lạnh do mở cửa cần treo một màn làm từ các dải nhựa. Cánh cửa cũng được làm từ panel polyurethan bọt có khung sắt tăng cứng, dưới đỡ trên đường ray, trên giữ nhờ con chạy trong thanh sắt chữ Π. Khoá từ và điện trở chống đọng sương. Chương IV tính chọn máy nén và các thiết bị cho hệ thống lạnh 4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc. Hệ thống lạnh phải đáp ứng các chế độ sôi sau đây: Phòng lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm. Các hộ dùng lạnh là những thiết bị trao đổi nhiệt ở từng công đoạn khác nhau. Tuy nhiên ở các công đoạn này nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ kho lạnh. Vì vậy ta chọn t0 của kho lạnh cũng đủ để cho các công đoạn trên. - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0. ở đây làm lạnh trực tiếp, cho nên giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 với nhiệt độ buồng có độ chênh là : Dt0 = (10 á 15)0C Dt0 = tb – t0 ị t0 = tb - Dt0 Trong đó: tb : nhiệt độ buồnglạnh, tb = 40C . Dt0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu , Dt0 = 100C Vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t0 = tb - Dt0 = 4 – 10 = - 60C ị p0 = 4,0708 (bar) 4.1.2 - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk. Được tính theo công thức sau : tk = tw2 - Dtk Trong đó: tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng . tw2 = tw1 + (2 á 6)0C tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng. tw1 = tư + (2 á 3 ) Tra đồ thị I – d, ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tại Hà Nội. ttb = 32,70C, j = 83% ị tư = 300C ị tw1 = tư + 3 = 30 + 3 = 330C ị tw2 = tw1 + 4 = 33 + 4 = 370C Dtk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu , (chọn Dtk = 50C ). Vậy nhiệt độ ngưng tụ tk là: tk = tw2 - Dtk = 37 + 5 = 420C ị pk = 16,092 (bar) 4.1.3 - Nhiệt độ hơi hút th. Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng cao hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Đối với môi chất freon F22 Nhiệt độ hơi hút được xác định như sau: th = t0 + (5 á 15) = - 6 + 10 = 40C 4.2 Tính chọn máy nén Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh nén hơi. Máy nén có nhiệm vụ : Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi. Duy trì áp suất p0 và nhiệt độ t0 cần thiết. Nén hơi lên áp suất ngưng tụ ứng với môi trường làm mát (nước hoặc không khí). Đẩy hơi cao áp vào thiết bị ngưng tụ. Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện vòng tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ra môi trường nóng. +Môi chất lạnh R22 có những tính chất sau: Tên gọi là : monoclodiflometan. công thức hoá học là: CHClF2, là một chất khí không màu, có mùi thơm rất nhẹ. nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là - 40,80C. R22 không làm biến chất thực phẩm bảo quản. R22 có phân tử lượng là 86,5. Hoà tan dầu nhưng không hoà tan nước. 1. Tính toán chu trình lạnh Theo tính toán ở trên ta có: tk = 420C , t0 = - 60C , p0 = 4,0708 (bar), pk = 16,092 (bar). Vậy tỉ số áp suất ngưng Pk và áp suất sôi P0 là: P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Thấy e < 9 , vậy ta chọn máy nén một cấp. Môi chất lạnh R22 Thành lập chu trình một cấp freon. Chu trình hồi nhiệt thường được áp dụng cho máy lạnh freon đặc biệt là freon – R12 vì nó có lợi (hệ số lạnh cao).Tuy nhiên, hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua này chỉ phải chịu nhiệt độ thấp nhất ở khâu bảo quản (t0 = - 60C). Với nhiệt độ đó ta không cần thực hiện hồi nhiệt tuy có lợi về mặt nhiệt động nhưng phải tốn thêm tiền đầu tư cho thiết bị (là bộ hồi nhiệt), như vậy sẽ không thuận lợi về mặt kinh tế. Buồng lạnh Máy nén Bình ngưng tụ Tiết lưu Bình bay hơi Bơm Nước làm mát 3 45 25 15 Qo Qk lgP x=0 3 4 2 1 x=1 s1=const po i Sơ đồ nhiệt của chu trình lạnh freon một cấp và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP – h. Chu trình máy lạnh freon một cấp như (HV) hoạt động như sau: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được quá nhiệt sơ bộ (do van tiết nhiệt ) được máy nén hút về và nén từ áp suất p0 đến áp suất pk và được đẩy vào bình ngưng tụ. Tại đây, hơi thải nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ lại thành lỏng và được quá lạnh chút ít (nếu có thể), độ quá lạnh ở đây rất nhỏ nên bỏ qua. Sau đó lỏng qua van tiết lưu để hạ áp suất xuống trạng thái 4 và được đẩy vào thiết bị bay hơi .Trong thiết bị bay hơi, lỏng bay hơi, thu nhịêt của môi trường lạnh làm lạnh chất tải lạnh (chất tải lạnh ở đây là nước). Sau đấy chất tải lạnh được bơm đến buồng lạnh. Còn hơi lạnh được máy nén hút về. Như vậy, vòng tuần hoàn môi chất được khép kín và lặp lại. Qua việc tính toán năng suất lạnh cung cấp cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua(Q01 = 32,621 kW) và tính toán năng suất lạnh phục vụ cho kho lạnh bảo quản (Q02 = 16,0961 kW) ở chương III. Dựa vào 2 thông số trên ta tiến hành đi tính chọn thiết bị cho từng yêu cầu cụ thể. Bảng thông số các điểm nút. Điểm Thông số T( 0C ) P ( bar) H (kJ/kg) S (kJ/kgK) V (m3/h) 1 - 6 4,0708 705 1,755 0,055 2 42 16,092 718 1,70 0,013 2’ 75 16,092 750 1,82 0,018 3 42 16,092 552 - - 4 - 6 4,0708 563 1,20 0,018 Hệ thống lạnh của ta ở đây nhằm cung cấp lạnh cho 2 mục đích chính có năng suất lạnh khác nhau đó là: - Hệ thống lạnh phục vụ cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất. - Hệ thống lạnh phục vụ cho buồng bảo quản sữa chua thành phẩm. Chính vì vậy mà ta sẽ thực hiện tính toán để chọn máy lạnh cho từng nhiệm vụ cụ thể. 4.2.1. Tính toán và chọn máy nén cho hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất Từ năng suất lạnh Q01 = 32,621 (kW). Ta tiến hành tính toán theo các bước sau: Năng suất lạnh riêng khối lượng. Được tính theo biểu thức sau. q0 = h1 – h4 = 705 – 563 = 142 (kJ/kg) Lưu lượng khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất qua máy nén): mtt = Q0/q0 = 32,621/142 = 0,23 (kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén . Vtt = mtt . v1 = 0,23 . 0,055 = 0,018 (m3/s) Hệ số cấp của máy nén l Theo đồ thị đã cho của nhà chế tạo, hệ số cấp l của máy nén phụ thuộc vào P. P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Tra đồ thị được: l = 0,75 Lưu lượng thể tích lý thuyết (do pittông quét được): Được tính theo biểu thức sau: Theo bảng ...[...] chọn máy nén pittông MYCOM một cấp (hãng Mayekawa Nhật). Kí hiệu : F2WA (các xilanh sắp xếp theo hình chữ W). Môi chất lạnh : R22. Thể tích quét Vh = 71,0 (m3/h). ở nhiệt độ ngưng tụ 350C và nhiệt độ bay hơi – 50C có năng suất lạnh = 50,9 (kW). Công suất : Ne = 11,5 (kW). Số lượng máy nén yêu cầu : Vậy yêu cầu ta chọn 1 máy nén Tính kiểm tra công suất. 1 - Công suất đoạn nhiệt . Ns = mtt.l = mtt . (h1 – h2) = 0,23.(718 – 705) = 2,99 (kW) 2 - Hiệu suất chỉ thị Được tính theo biểu thức sau: Trong đó: T0, Tk nhiệt độ tuyệt đối sôi, ngưng tụ của môi chất R22. Ta có : T0 = 2580C, Tk = 3030C, t0 = - 60C, b = 0,001 3 - Công suất chỉ thị Ni. Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết : Trong đó: Ns – Công nén đoạn nhiệt Ns = 2,99(kW) hi – Hiệu suất chỉ thị hi = 0,58 4 - Công suất hiệu dụng. Được tính theo công thức sau: Trong đó : Ni – Công suất chỉ thị Ni = 5,16 (kW) hđc = 0,84 á 0,97 (đối với máy nén Freon cỡ vừa và cỡ nhỏ) chọn hđc = 0,9. So sánh công suất hiệu dụng của máy đã chọn SNe với công suất hiệu dụng yêu cầu tính toán ta thấy < SNe . Vậy máy chọn thoả mãn yêu cầu. 4.2.2 - Tính toán và chọn máy nén lạnh cho phòng bảo quản lạnh. Trước tiên ta cần chọn phương pháp làm lạnh buồng và xử lý lạnh sản phẩm. Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý lạnh sản phẩm: làm lạnh buồng trực tiếp và làm lạnh buồng gián tiếp. Trong bản đồ án thiết kế này em chọn phương án sau: Sản phẩm xử lý gián tiếp nhờ nước lạnh (chất tải lạnh bằng nước). Buồng được làm lạnh trực tiếp. Với buồng lạnh có dàn bay hơi treo trực tiếp trong kho với các thiết bị công nghệ. Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước được bơm tuần hoàn đưa đến các thiết bị công nghệ cần làm lạnh. Sau khi trao đổi nhiệt với sữa bán thành phẩm nước nóng lên sẽ được đưa trở lại bình bay hơi để làm lạnh xuống đến trạng thái ban đầu. Các dàn lạnh được bố trí trong kho lạnh có đối lưu không khí cưỡng bức. Làm lạnh gián tiếp bằng nước có những ưu điểm như sau: Có độ an toàn cao vì nước là chất tải lạnh không cháy, không nổ, không độc hại đối với cơ thể sống, không làm ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản của sản phẩm, nên vòng tuần hoàn nước được coi là vòng tuần hoàn an toàn ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của môi chất có hại đối với sản phẩm. Hệ thống lạnh được lắp ráp thành tổ hợp hoàn chỉnh ngay tại nhà máy chế tạo, do đó đảm bảo độ tin cậy cao hơn. Các công việc lắp đặt hiệu chỉnh, thử bền, thử kín, nạp ga, vận hành, bảo dưỡng đơn giản. Việc cấp lạnh cho từng hộ do nước đảm nhiệm có áp suất không cao nên an toàn và độ kín của dàn không trở thành vấn đề quan trọng nhất. Việc sửa chữa và thay thế các dàn đơn giản và dễ dàng. Nước có nhiệt dung lớn nên sau khi máy lạnh ngừng làm việc, nhiệt độ thiết bị có thể duy trì được lâu hơn. Nhược điểm của hệ thống lạnh gián tiếp là: Năng suất lạnh của máy bị giảm (tổn thất không thuận nghịch), do có thêm độ chênh nhiệt độ giữa dung dịch với môi chất (lớn hơn so với làm lạnh trực tiếp ). Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm một vòng tuần hoàn nước gồm: bơm, bình giãn nở, các đường ống và bình bay hơi làm lạnh nước. Từ năng suất lạnh Q02 = 16,0961 (kW). Ta tiến hành tính toán theo các bước sau: 4.2.2.1 – Tính toán Năng suất lạnh riêng khối lượng. Được tính theo biểu thức sau. q0 = h1 – h4 = 705 – 563 = 142 (kJ/kg) Lưu lượng khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất qua máy nén): mtt = Q0/q0 = 16,0961/142 = 0,113 (kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt = mtt . v1 = 0,113 . 0,055 = 0,0063 (m3/s) Hệ số cấp của máy nén l Theo đồ thị đã cho của nhà chế tạo, hệ số cấp l của máy nén phụ thuộc vào P. P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Tra đồ thị được: l = 0,75 Lưu lượng thể tích lý thuyết (do pittông quét được): Được tính theo biểu thức sau: Theo bảng 7.2[...] chọn máy nén pittông MYCOM một cấp (hãng Mayekawa Nhật). Kí hiệu : F2WA2. Môi chất lạnh : R22. Thể tích quét Vh = 71,0 (m3/h). ở nhiệt độ ngưng tụ 350C và nhiệt độ bay hơi – 50C. Năng suất lạnh : = 50,9 (kW). Công suất : Ne = 11,5 (kW). Số lượng máy nén yêu cầu : Vậy yêu cầu ta chọn 1 máy nén 4.2.2.2-Tính kiểm tra công suất. 1. Công suất đoạn nhiệt . Ns = mtt.l = mtt . (h1 – h2) = 0,113.(718 – 705) = 1,469 (kW) 2. Hiệu suất chỉ thị Được tính theo biểu thức sau: Trong đó: T0, Tk nhiệt độ tuyệt đối sôi và ngưng tụ của môi chất R22. Ta có : T0 = 2580C, Tk = 3030C, t0 = - 60C, b = 0,001 3. Công suất chỉ thị Ni. Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết : Trong đó: Ns – Công nén đoạn nhiệt Ns = 2,99(kW) hi – Hiệu suất chỉ thị hi = 0,58 4. Công suất hiệu dụng. Được tính theo công thức sau: Trong đó : Ni – Công suất chỉ thị Ni = 2,53 (kW) hđc = 0,84 á 0,97 (đối với máy nén Freon cỡ vừa và cỡ nhỏ) chọn hđc = 0,9. So sánh công suất hiệu dụng của máy đã chọn SNe với công suất hiệu dụng yêu cầu tính toán ta thấy < SNe . Vậy máy chọn thoả mãn yêu cầu. 4.2.3 - Chọn máy nén dự phòng Vì trong lúc tính toán ta đã có ý chọn năng suất lạnh lớn hơn năng suất cần thiết nên đã đáp ứng đủ nhu cầu làm lạnh, nhưng ở đây khi tính đến kkhả năng dưng một máy để sử chữa hoặc bảo dưỡng nên chọn một máy nén dự phòng có kí hiệu F2WA2, sử dụng môi chất lạnh R22, với các thông số kỹ thuật như đã chọn ở trên. Chọn máy nén Số lượng máy nén 2 máy chính và một máy dự phòng. Kí hiệu máy : F2WA2. Sử dụng môi chất lạnh R22. * Chọn máy nén cho hệ thống lạnh cần năng suất lạnh là Q0 = 32,621 (kW) Số xilanh : 6 sếp theo hình chữ W. Đường kính pittông (mm): với Jene A có Dxe = 95 mm, S = 76 mm. Thể tích hút lý thuyết : Vh = 71,0 (m3/s). Công suất hiệu dụng Ne = 11,5 kW. 4.3- chọn Thiết bị ngưng tụ Trong hệ thống lạnh, thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất cao và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng nhờ nhả nhiệt Qk cho môi trường xung quanh (không khí hoặc nước). Hơi đi vào thiết bị ngưng tụ là hơi quá nhiệt nên trước tiên nó phải được làm nguội đến nhiệt độ bão hoà rồi tiếp đến quá trình chuyển pha. Đôi khi trong thiết bị ngưng tụ còn xảy ra quá trình hạ nhiệt độ môi chất xuống thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ (quá trình quá lạnh). Trong hệ thống này ta chọn bình ngưng ống vỏ freon. Bình ngưng ống vỏ freon có hai loại: nằm ngang và thẳng đứng. Hiện nay trong các hệ thống lạnh vừa và lớn thì bình ngưng ống vỏ nằm ngang đang được sử dụng rộng rãi nhất, ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang sử dụng môi chất freon R22. Cấu tạo bình: gồm một vỏ hình trụ, bên trong bố trí một trùm ống, hai đầu có mặt sàng để gắn các ống nhỏ, hai phía có hai nắp, hơi R22 hoá lỏng trong không gian giữa các ống và vỏ bình nước chảy trong ống theo lối được các gờ định sẵn nhờ các gờ phía trong hai nắp.Số lối là chẵn để bích nước vào ra được sếp trên một nắp. - Chùm ống có thể được làm bằng thép hoặc bằng đồng (F13,1 . F16,5 . F21). - ống được tạo cánh về phía R22 do hệ số toả nhiệt khi ngưng của R22 nhỏ hơn hệ số toả nhiệt của nước khá nhiều cánh thấp vầ thưa. Các tiêu chuẩn để chọn thiết bị ngưng tụ là: Tải nhiệt đã tính được ở chương IV, Qk. Các điều kiện thực tế ở nơi sử dụng: nước làm mát một lần hoặc tuần hoàn, điều kiện nước kiều kiện môi trường làm mát. Theo tính toán ở trên ta thấy ở hai chế độ nhiệt độ khác nhau, nhưng ở đây hai chế độ đều có cùng nhiệt độ ngưng tụ tk = 420C đều dùng môi chất là R22, cho nên ta tiến hành tính toán bình ngưng tụ chung cho cả hai chế độ. Các thông số đã biết : Năng suất lạnh : Q01 = 32,621 (kW) Q02 = 16,0961 (kW) Năng suất hiệu dụng: Ne1 = 5,73 (kW) Ne2 = 2,81 (kW) Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 420C. Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tn” = tw2 = 370C Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tn’ = tw1 = 330C Công suất nhiệt của bình ngưng: Qk = Q01+ Q02 + Ne1 + Ne2 = 32,621 + 16,0961 + 5,73 + 2,81 = 57,26 (kW) 4.3.1 - Diện tích bề mặt trao đổi cần thiết Tính theo biểu thức sau: F = Qk/qF (m2) Theo bảng 8 – 6 [1] giá trị kinh nghiệm của hệ số K (w/m2k) . chọn qF = 3600 (w/m2). Qk – Nhiệt thải ra ở bình ngưng. F = Qk/qF = (57,26 . 1000)/ 3600 = 15,9 (m2) 4.3.2- Hệ số nhiệt độ trung bình logarit. Tính theo biểu thức sau: Dt1 = tk – tw1 = 42 – 33 = 90C Dt2 = tk – tw2 = 42 – 37 = 50C 4.3.3- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng. Tính theo biểu thức sau: Ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang có hệ số truyền nhiệt k = 700 w/m2K, chọn theo bảng 8 – 6 [1]. Vì phụ tải nhiệt của máy nén không phải là cố định nên phụ tải nhiệt của bình ngưng cũng thay đổi để đảm bảo dự phòng ta lấy : F1 = 1,2 F1 =1,2 . 12,03 = 14,44 m2 Ta có thể chọn một bình ngưng dạng 18 KTP có diện tích bề mặt ngoài là 18 m2. Đường kính ống vỏ 377 (mm) =0,377 (m). Chiều dài ống 1,2 (m). Tải nhiệt lớn nhất là 43,3 (kW). Số lối là 4,2. Số ống n = 86 (ống). 4.3.4 - Lưu lượng nước qua bình ngưng . Trong đó : Qk – Thải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, Qk = 57,26 (kW). C – Nhiệt dung riêng của nước, C = 4,19 (kJ/kg.k). r - khối lượng riêng của nước, r = 1000 (kg/m3). Dt - Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, Dt = 50C. Vậy lưu lượng nước qua bình ngưng là Vn = 9,84 (m3/h) 4.4 - Tính toán và chọn dàn bay hơi Ta tiến hành tính chọn dàn bay hơi cho cả dây chuyền sản xuất và cho phòng bảo quản lạnh. 4.4.1 - Tính chọn thiết bị bay hơi cho hệ thống lạnh phục vụ cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua Ta chọn bình bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng bằng nước, ống vỏ nằm ngang dùng cho hệ thống lạnh gián tiếp kiểu kín. Các thông số đã biết : - Năng suất lạnh: Q01 = 32,621 (kW) - Nhiệt độ sôi: t0 = - 60C Môi chất lạnh là R22. Vì trong các công đoạn cần làm lạnh yêu cầu hạ nhiệt độ thấp nhất là : tyc = tb = 40C (nhiệt độ sau khi thanh trùng), nên ta lấy nhiệt độ vào và ra của không khí qua giàn lạnh là tkk’= 40C và tkk” = 20C. 1. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Được tính theo biểu thức sau: Trong đó : K – hệ số truyền nhiệt (khi làm lạnh trực tiếp không khí ta chọn k = 400 w/m2k). Dttb – hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa chất tải lạnh với môi chất lạnh sôi. * Đối với bình bay hơi ống vỏ freon . Dttbmax = 100C, Dttbmin = 80C Vậy diện tích bề mạt trao đổi nhiệt của bình bay hơi là: F = 9,1 (m2) Theo bảng 8 – 9 bình bay hơi ống vỏ frêon sôi trong ống ta chọn 2 dàn bay hơi có ký hiệu : UTBP – 16 có các thông số kỹ thuật sau : * Diện tích bê mặt, F0 = 10 (m2). * Đường kính d = 325 mm = 0,325 (m). * Chiều dài l = 2000 mm =2 m. * Số lượng ống n = 98. * Số lối 22. * Sức chứa : 0,0110 (m3). Khối lượng : m = 20,3 (kg). Lưu lượng chất tải lạnh lỏng Xác định theo biểu thức sau : Trong đó: Q01 – Thải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, Q01 = 32,621(kW). Cn – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,19 (kJ/kg.k). rn - khối lượng riêng của nước, rn = 1000 (kg/m3). Dtn - Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ. Dtn = tn1 – tn2 tn1 = 10 – t0 = 10 + 6 = 160C tn2 = 8 – t0 = 8 + 6 = 140C Dtn = tn1 – tn2 = 16 – 14 = 20C - Tính chọn thiết bị bay hơi cho hệ thống lạnh phục vụ cho bảo quản sữa chua thành phẩm Ta chọn bình bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng bằng nước, ống vỏ nằm ngang dùng cho hệ thống lạnh gián tiếp kiểu kín. Các thông số đã biết : - Năng suất lạnh: Q02 = 16,092 (kW) - Nhiệt độ sôi: t0 = - 60C Môi chất lạnh là R22. Vì trong các công đoạn cần làm lạnh yêu cầu hạ nhiệt độ thấp nhất là : tb = 40C (nhiệt độ rót hộp), nên ta lấy nhiệt độ vào và ra của không khí qua giàn lạnh là tkk’= 40C và tkk” = 20C. 1. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Được tính theo biểu thức sau: Trong đó : K – hệ số truyền nhiệt (khi làm lạnh trực tiếp không khí ta chọn k = 400 w/m2k). Dttb – hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa chất tải lạnh với môi chất lạnh sôi. * Đối với bình bay hơi ống vỏ freon . Dttbmax = 100C, Dttbmin = 80C Theo bảng 8 – 9 bình bay hơi ống vỏ frêon sôi trong ống ta chọn 2 dàn bay hơi có ký hiệu : UTBP – 5 có các thông số kỹ thuật sau : Diện tích bê mặt, F0 = 5 (m2). Đường kính d = 273 mm = 0,273 (m). Chiều dài l =1500 mm =1,5 m. Số lượng ống n = 64. Số lối 26. Sức chứa : 0,0054 (m3). Khối lượng : m = 20,3 (kg). 2. Lưu lượng chất tải lạnh lỏng Xác định theo biểu thức sau : Trong đó: Q02 – Thải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, Q02 = 16,092 (kW). Cn – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,19 (kJ/kg.k). rn - khối lượng riêng của nước, rn = 1000 (kg/m3). Dtn - Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ.s Dtn = tn1 – tn2 tn1 = 10 – t0 = 10 + 6 = 160C tn2 = 8 – t0 = 8 + 6 = 140C Dtn = tn1 – tn2 = 16 – 14 = 20C 4.5- Chọn các thiết bị phụ. Trong hệ thống lạnh ngoài các thiết bị chính còn có thiết bị phụ, như bình tách dầu, bình tách lỏng, bình trung gian, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp, vv ... 4.5.1 - Bình chứa 1. Bình chứa cao áp. Là bình chứa môi chất lỏng sau bình ngưng tụ và dự trữ lạnh để cung cấp liên tục cho dàn bay hơi, vừa để giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho bình ngưng. Dung tích bình chứa cao áp được tính như sau: Cấp lỏng từ trên xuống Trong đó : Vbh : Là tổng dung tích của tất cả các dàn bay hơi Vbh = 2,041 m3 Phần trước đã tính ta có : Hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua có 2 giàn lạnh.Tổng chiều dài của 2 giàn là: 4 m 2. Bình tách dầu Bình tách dầu dùng để tách dầu ở đầu đẩy của máy nén, việc chọn bình tách dầu phụ thuộc vào đường kính đầu đẩy của môi chất lạnh. 4.5.2 - Tính chọn tháp giải nhiệt Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ toả ra. Lượng nhiệt này được thải ra môi trường nhờ chất tỉ nhiệt trung gian là nước. Nước từ bình ngưng có nhiệt độ tw1 = 330C, nhận nhiệt ngưng tụ tăng lên 4 – 50C, ra khỏi bình ngưng có nhiệt độ tw2 = 370C , nước nóng tw2 được đưa sang tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ. Nước nóng chảy theo các khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược dòng từ trên xuống, trao đổi nhịêt và chất với không khí đi ngược dòng từ dưới lên trên nhờ quạt gió cưỡng bức. Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần nước vào không khí. Nhiệt độ nước giảm đi từ 4 - 50C và giảm xuống đến nhiệt độ ban đầu tw1. Phương trình cân bằng nhiệt có thể viết dưới dạng : Qk = C.r.V.(tw2 – tw1) Trong đó : Qk – Thải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, Qk = 51,372 (kW). C – Nhiệt dung riêng của nước, C = 4,19 (kJ/kg.k). r - khối lượng riêng của nước, r = 1000 (kg/m3). tw1 , tw2 – Nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình ngưng tụ hay nhiệt độ nước ra và vào tháp, 0C V- Lưu lượng nước tuần hoàn được tính theo biểu thức : Tổn thất nước cho tháp giải nhiệt không lớn, chỉ bằng 3 – 10% lượng nước tuần hoàn. Tháp cần bổ sung liên tục từ đường nước thành phố bù vào lượng nước bay hơi và tổn thất do bụi cuốn theo gió quạt,. Nước được bổ sung vào qua một van phao 13. khi mở van 12 có thể xả toàn bộ nước khỏi tháp khi cần vệ sinh hoặc tiến hành sửa chữa. Nhiệt độ nước ra khỏi tháp phụ thuộc vào trạng thái không khí vào (nhiệt độ và độ ẩm), tốc độ không khí, bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước và không khí. Nếu diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là vô hạn thì tw1 bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Nhiệt độ nhiệt kế ướt cũng được coi là giới hạn làm mát của tháp. Thực tế bề mặt trao đổi nhiệt là hữu hạn do đó tw1 thường cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 3 – 50C. 4.5.3 - Chọn bơm nước Để tuần hoàn nước trong hệ thống lạnh cần phải sử dụng bơm ly tâm. Khi chọn bơm nước để làm mát bình ngưng trước hết cần phải xác định được hai đại lượng cơ bản nhất đó là năng suất của bơm và cột áp. Năng suất của bơm. Năng suất hay lưu lượng của bơm là thể tích chất lỏng mà bơm cấp vào ống đẩy trong một đơn vị thời gian. Năng suất của bơm được xác định như sau: Trong đó: Q0 – Năng suất lạnh của bình bay hơi Q0 = 46,36 (kW) Cn – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,19 (kJ/kg.k). rn - khối lượng riêng của nước, rn = 1000 (kg/m3). tn1, tn2 – Nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình bay hơi Để tạo điều kiện dễ dàng cho việc lắp đặt, thay thế sửa chữa nên chọn bơm nước và các bơm dự phòng cùng loại. Các bơm dự phòng được mắc song song vào bơm chính, có các van chặn hai phía để có thể đưa vào hoạt động thay thế bơm chính một cách nhanh chóng. Cột áp của bơm được gọi là chiều cao áp lực hay lượng tăng năng lượng của chất lỏng khi đi từ miệng hút đến miệng đẩy của bơm và thường được tính bằng mét cột chất lỏng, đôi khi tính bằng mét cột nước, kí hiệu là H. Chương V Chọn Các thiết bị tự động điều khiển và bảo vệ hệ thống lạnh 5.1 - Tự động hoá và bảo vệ máy nén lạnh Tự động hoá máy nén lạnh đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống lạnh. Tự động hoá máy nén lạnh bao gồm : Điều chỉnh tự động năng suất lạnh. Điều khiển điện động cơ máy nén và bảo vệ động cơ máy nén. Bảo vệ máy nén khỏi các chế độ làm việc nguy hiểm như áp suất đầu đẩy quá cao, áp suất hút quá thấp, hiệu áp suất dầu quá thấp, nhiệt độ đầu đẩy quá cao, nhiệt độ dầu quá cao, mức dầu trong cacte quá cao hoặc quá thấp, thiếu nước làm mát đầu xilanh, nhiệt độ nức vào làm mát đầu xilanh quá cao... Báo hiệu chế độ dừng làm việc cũng như báo hiệu và báo động các chế độ làm việc bình thường, nguy hiểm cũng như sự cố. - Trong hệ thống lạnh có thể phân biệt hai loại thiết bị bảo vệ là các thiết bị bảo vệ động cơ và các thiết bị bảo vệ máy nén. Các thiết bị bảo vệ động cơ gồm : bộ bảo vệ ngắn mạch, rơle nhiệt để bảo vệ quá tải, aptomat, mạch bảo vệ động cơ và máy không vượt quá nhiệt độ cho phép. Các thiết bị bảo vệ máy nén gồm : rơle áp suất cao, rơle áp sất thấp,rơle hiệu áp suất dầu, rơle nhiệt bảo vệ các chi tiết không vượt nhiệt độ cho phép như rơle bảo vệ nhiệt độ dầu(thường không vựt quá 600C), bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy, bảo vệ nhiệt độ dầu hồi... * Rơle nhiệt Rơle nhiệt (hay rơle nhiệt bảo vệ quá tải ) là khí cụ điện tác động ngắn mạch để bảo vệ động cơ khi động cơ bị quá tải do dòng tăng quá định mức hoặc do dòng ngắn mạch trong trường hợp rotor bị kẹt động cơ không khởi động được. * aptômat aptômat là khí cụ điện dùng để cắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp... aptômat còn được gọi là cầu dao tự động. * Contactor Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A. * Rơle áp suất cao và thấp a. Rơle áp suất : Là các dụng cụ có thể ngắt và đóng trong quá trình điều chỉnh khi áp suất tăng quá hoặc giảm quá so với trị số đã đặt trước. b. Rơle áp suất an toàn : là các dụng cụ có thể ngắt mạch điện khi áp suất vượt các giá trị áp suất cao hoặc thấp đặt trước của các thiết bị có môi chất lạnh và chỉ khi nào áp suất thay đổi trở lại khoảng vận hành an toàn thì rơle tự động đóng mạch trở lại. c. Rơle áp suất khoá an toàn : Là các dụng cụ có thể ngắt mạch điện khi áp suất vượt các giá trị áp suất cao hoặc thấp đặt trước của các thiết bị có môi chất lạnh nhưng khoá không cho tự động đóng mạch trở lại. Để đóng mạch trở lại phải dùng tay hoặc dụng cụ tác động. d. Bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy Ngoài việc bảo vệ nhiệt độ cho cuộn dây động cơ, ổ trượt dầu bôi trơn, việc bảo nhiệt độ đầu đẩy của máy cũng được chú ý nhiều. Khi làm việc với nhiệt độ đầu đẩy quá lớn, tuổi thọ máy nén giảm, tiêu hao dầu tăng, tiêu hao điện năng, hiệu suất lạnh giảm rõ rệt. * Rơle áp suất thấp Rơle áp suất thấp là loại rơle hoạt động ở phía áp suất bay hơi và ngắt mạch điện của máy nén khi áp suất giảm xuống quá mức cho phép để bảo vệ máy nén và đôi khi bảo vệ năng suất lạnh. * Rơle áp suất cao Rơle áp suất cao là loại rơle hoạt động ở phía áp suất ngưng tụ của môi chất lạnh và ngắt điện khi áp suất vượt quá mức quy định để bảo vệ máy nén. * Rơle áp suất kép Rơle áp suất kép gồm rơle áp cao và rơle áp suất thấp được tổ hợp chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của cả hai rơle, ngắt điện cho máy nén lạnh khi áp suất vượt quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức cho phép. Việc đóng điện lại cho máy nén khi áp suất cao giảm xuống và áp suất thấp tăng lên trong phạm vi an toàn cũng được thực hiện tự động bằng tay với nút ấn reset ngoài hoặc bằng tay. * Rơle hiệu áp dầu Rơle hiệu áp dầu được sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu để bảo vệ sự bôi trơn hoàn hảo của máy nén. áp suất trong khoang cacte máy nén luôn thay đổi làm áp suất sau bơm dầu cũng thay đổi không thể đảm bảo an toàn cho việc bôi trơn máy nén, chính vì vậy hiệu áp suất (áp suất dầu trừ áp suất cacte hay áp suất po) mới là đại lượng đánh giá chính xác chế độ bôi trơn yêu cầu của máy nén. Hiệu áp suất dầu cần thiết do nhà chế tạo máy nén quy định, thường Dp ³ 0,7 bar. Khi hiệu áp dầu thấp hơn mức quy định, rơle hiệu áp dầu ngắt mạch để bảo vệ máy nén. Khi khởi động máy nén, hiệu áp dầu bằng không nên lúc này có bộ phận nối tắt qua rơle, khoảng 45 giây sau khởi động, hiệu áp dầu được xác lập, bộ phận nối tắt sẽ ngắt mạch. Bộ nối tắt được điều khiển bằng rơle thời gian. 5.2 - Tự động hoá và bảo vệ thiết bị ngưng tụ Tự động hoá thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ chính là : Duy trì nhiệt độ và áp suất ngưng tụ không đổi hoặc dao động trong một giới hạn cho phép . Tiết kiệm nước giải nhiệt cho bình ngưng làm mát bằng nước. Việc duy trì nhiệt độ và áp suất ngưng tụ không đổi đối với hệ thống lạnh là rất cần thiết vì nếu áp suất ngưng tụ cao sẽ làm giảm năng suất lạnh của hệ thống tăng tiêu hao điện năng (theo kinh nghiệm khi vận hành máy lạnh trong điều kiện bình thường, nhiệt độ ngưng tụ tăng lên 10C, năng suất lạnh giảm đi 1,5%, công suất điện tiêu tốn tăng khoảng 1%) điều đó làm cho hệ thống lạnh làm việc không kinh tế, hơn nữa có thể dẫn đến quá tải cho động cơ máy nén, nhiệt độ đầu đẩy tăng, độ tin cậy và tuổi thọ các chi tiết giảm. Ngược lại nếu nhiệt độ và áp suất ngưng tụ quá thấp lại ảnh hưởng đến quá trình cấp lỏng cho dàn bay hơi. Lỏng cấp ít, chập chờn không đều và có thể ngừng trệ vì áp suất ngưng tụ quá thấp (đặc biệt đối với ống mao dẫn) dẫn đến năng suất lạnh của hệ thống giảm. Về lý thuyết khi nhiệt độ và áp suất ngưng tụ giảm, năng suất lạnh tăng, nhưng đối với một máy lạnh cụ thể, tất cả các thiết bị đã được thiết kế hiệu chỉnh đồng bộ thì nhiệt độ áp suất ngưng tụ giảm, năng suất lạnh giảm. * Dụng cụ điều chỉnh áp suất ngưng tụ Van điều chỉnh nước giải nhiệt cho bình ngưng cũng nhằm duy trì áp suất ngưng tụ không đổi trong bình ngưng và để tiết kiệm nứơc giải nhiệt. Van điều chỉnh nước được chia làm hai loại tác động trực tiếp và tác động gián tiếp. 5.3 - Tự động hoá và bảo vệ thiết bị bay hơi Tự động hoá thiết bị bay hơi là trang bị cho nó những dụng cụ và thiết bị tự động để nó có thể làm việc bình thường tự động không cần công nhân vận hành theo dõi phục vụ. Những dụng cụ tự động thực hiện hai chức năng chính: Cấp đầy đủ và đều đặn (có thể theo chương trình hoặc chu kỳ) môi chất lỏng cho thiết bị bay hơi. Bảo vệ thiết bị ngưng tụ và hệ thống lạnh ở các chế độ làm việc nguy hiểm hoặc hông kinh tế, thí dụ, tránh thiết bị bay hơi làm việc ở chế độ ứ lỏng, gây ra hiện tượng lỏng lọt về máy nén có thể dẫn đến va đập thuỷ lực hay thuỷ kích khi phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi tăng đột ngột. Phương pháp tự động hoá, các dụng cụ tự động hoá cũng như bảo vệ tự dộng sử dụng phải phụ thuộc vào từng loại thiết bị bay hơi và từng loại môi chất lạnh. * Dụng cụ điều chỉnh áp suất bay hơi van điều chỉnh áp suất bay hơi được lắp trên đườg ống hút sau dàn bay hơi để thực hiện các nhiệm vụ sau : Khống chế áp suất bay hơi không đổi và qua đó khống chế nhiệt độ không đổi trên bề mặt dàn bay hơi. Đảm bảo áp suất không tụt xuống quá thấp. Van sẽ đóng lại khi áp suất bay hơi giảm xuống dưới mức quy định và lại mở van cho hơi về máy nén khi nào áp suất đạt đến mức quy định (giá trị đặt). * Dụng cụ tự động điều chỉnh, báo hiệu, bảo vệ nhiệt độ và hiệu nhiệt độ Dụng cụ tự động điều chỉnh nhiệt độ liên tục dùng để duy trì, khống chế nhiệt độ không khí lạnh, chất lỏng lạnh và các chất tải lạnh khác. Dụng cụ tự động điều chỉnh hiệu nhiệt độ liên tục được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật lạnh để cấp lỏng cho thiết bị bay hơi theo độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén. Do nhiệt độ và áp suất môi chất lạnh có quan hệ rõ ràng và duy nhất qua áp suất hơi bão hoà nên phải điều chỉnh tự đọng nhiệt độ qua áp suất hoặc ngược lại điều chỉnh áp suất qua nhiệt độ. Chính vì vậy một phần điều chỉnh nhiệt độ dưới dạng điều chỉnh áp suất. Hơn nữa điều chỉnh nhiệt độ bay hơi, áp suất bay hơi cũng là gián tiếp điều chỉnh năng suất lạnh của hệ thống. * Bảo vệ bình bay hơi không bị đóng băng chất tải lạnh Khi vận hành hệ thống lạnh có bình bay hơi ống vỏ kiểu môi chất sôi trong không gian giữa các ống, chất tải lạnh đi trong ống, khi chế độ làm việc dao động dễ xảy ra nguy cơ chất tải lạnh đóng băng trong ống và làm nổ ống trao đổi nhiệt, gây ra những nguy cơ và tai nạn, xì hở, môi chất mất chất tải lạnh lọt vào hệ thống lạnh, nếu là nước muối sẽ gây ăn mòn phá huỷ hệ thống lạnh... Phương pháp bảo vệ tốt nhất là khống chế nhiệt độ sôi của môi chất lạnh. Và cũng có thể khống chế áp suất sôi của môi chất lạnh. Khi rơle bảo vệ tác dộng tín hiệu được chuyển về chuỗi an toàn của hệ thống điều khiển để dừng máy nén hoặc phát tín hiệu báo hiệu nguy hiểm trước. Khi bơm chất tải lạnh dừng hoạt động do hỏng hóc hoặc do quên không bật cũng dẫn đến nguy cơ đóng băng. Do đó có thể bổ sung thêm bảo vệ liên động giữa bơm và máy nén. Máy nén chỉ làm việc khi bơm đã làm việc và nếu bơm chưa chạy thì máy nén không khởi động được. 5.4 - Thiết bị tự động hoá và bảo vệ bình chứa cao áp * Dụng cụ điều chỉnh áp suất bình chứa Trong nhiều trừơng hợp vận hành máy lạnh áp suất bình chứa đóng vai trò quan trọng trong việc cấp đầy đủ lỏng cho các dàn bay hơi khi chế độ làm việc thay đổi, đặc biệt ở chế độ làm việc vào mùa đông, nhiệt độ nước làm mát có nhiệt độ thấp làm cho áp suất ngưng tụ giảm, áp suất bình chứa cũng giảm theo. Để duy trì áp suất bình chứa người ta thường đưa hơi nóng từ máy nén trực tiếp vào bình chứa. * Dụng cụ điều chỉnh và bảo vệ mức lỏng Dụng cụ tự động điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ mức lỏng được sử dụng để cấp lỏng cho bình bay hơi, bình trung gian cũng như để báo hiệu và bảo vệ mức lỏng không được vượt qua mức cho phép trong các bình đó. * ở bình chứa cao áp ta lắp thêm một van an toàn * Dụng cụ điều chỉnh và bảo vệ mức lỏng 2 vị trí Dụng cụ điều chỉnh và bảo vệ mức lỏng 2 vị trí được chia ra làm hai loại: Rơle mức lỏng và dụng cụ điều chỉnh mức lỏng 2 vi trí. Rơle mức lỏng là loại dụng cụ đóng ngắt mạch điện ra ON – OFF. Dụng cụ điều chỉnh mức 2 vị trí là tổ hợp các thiết bị cho phép đóng hoặc mở hoàn toàn khi điều chỉnh mức lỏng. * Dụng cụ điều chỉnh mức liên tục Các dụng cụ điều chỉnh mức liên tục thường sử dụng cho các thiết bị bay hơi (dàn hoặc bình) kiểu ngập lỏng, các bình trung gin của máy hai cấp, bình tách lỏng, bìn chứa ... Các dụng cụ thừa hành * Van điện từ Van điện từ là loại van đóng mở nhờ lực của cuộn dây điện từ (hay nam châm điện). Van điện từ là một thiết bị thừa hành. Tuỳ theo cấu tạo van có thể là van chặn (1 ngả) hoặc van chuyển dòng (loại nhiều ngả). * Van thừa hành pilot (van chủ) Van thừa hành pilot gọi tắt là van chủ được sử dụng kết hợp với một van điều khiển khác để thực hiện nhiều chức năng trong việc tự động hoá hệ thống lạnh như giữ áp suất và nhiệt độ ngưng tụ không đổi, áp suất và nhiệt độ bay hơi không đổi, điều chỉnh năng suất lạnh... KếT LUậN Bản đồ án tốt nghiệp của em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản suất sữa chua với công suất 10 tấn/ngày”. Với các phần việc cụ thể như sau: * Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Giới thiệu công nghệ sản xuất sữa chua. Tính toán cân bằng chất và cân bằng nhiệt từng công đoạn Tính toán kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm Tính chọn máy nén và các thiết bị cho hệ thống lạnh Chọn các thiết bị tự động hoá và bảo vệ hệ thống lạnh * Các bản vẽ và đồ thị ( trích từ đồ án ) Sơ đồ công nghệ sản xuất sữa chua Sơ đồ hệ thống lạnh Mô hình nhiệt một công đoạn chế biến sữa chua Sau một thời gian làm việc, được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Đinh Văn Hiền, đồng thời với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đến nay em đã hoàn thành bản đồ án đúng thời gian quy định. Bản đồ án tốt nghiệp là do quá trình của kết quả học tập trong nhà trường cùng với sự giảng dạy của các thầy cô giáo là sự tổng hợp các kiến thức của bản thân trong thời gian học tập và trong quá trình thực tập tại các nhà máy. Ngoài ra, em đã tham khảo thêm sách, báo, xem phóng sự về những lĩnh vực có liên quan đến đề tài thiết kế, tìm hiểu thực tế tại một số các cơ sở, nhà máy thực phẩm tại Hà Nội. Tiếp thu sự hướng dẫn của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trong bộ môn và ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp. Bản đồ án thiết kế của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và cá bạn, để bản bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo Đinh Văn Hiền người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện bản đồ án thiết kế này. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn “ Kỹ thuật lạnh và điều hoà không khí “ cùng toàn thể các thầy cô giáo trong viện Khoa học và công nghệ Nhiệt – Lạnh đã dạy dỗ và giúp đỡ em rất nhiều trong cả khoá học. Cảm ơn những người bạn những người thân đã giúp em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, ngày 1/6/2003 Sinh viên Đàm Thị lan Tài liệu tham khảo 1. Kỹ thuật lạnh cơ sở - Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ 2. Máy và thiết bị lạnh - Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ 3. Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hoà nhiệt độ - Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ 4. Tự động hoá hệ thống lạnh - Nguyễn Đức Lợi 5. Hệ thống điều hoà không khí và thông gió - Bùi Hải - Hà Mạnh Thư - Vũ Xuân Hùng 6. Môi chất lạnh - Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ 7. Vật liệu kỹ thuật nhiệt và kỹ thuật lạnh - Nguyễn Đức lợi - Vũ Diễm Hương - Nguyễn Khắc Xương 8. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nduyễn Đức Lợi 9. Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống lạnh - Nguyễn Xuân Tiên 10. Thiết bị trao đổi nhiệt - Bùi Hải - Dương Đức Hồng - Hà Mạnh Thư 11. Công nghệ lạnh thực phẩm nhiệt đới - Chủ biên - GS - TS Trần Đức Ba 12. Kỹ thuật lạnh ứng dụng - Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ 13. Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm sữa - Lê Thị Liên Thanh - Lê Văn Hoàng 14. Vở ghi bài giảng “ Công nghệ sữa” của cô Lâm Xuân Thanh 15. Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm - Chủ biên - Lê Bạch Tuyết 16. Thí nghiệm công nghệ các sản phẩm sữa - Trần Thế Truyền - Lâm Xuân Thanh Mục lục Phần mở đầu …………………………………………………….….…….…..1 Chương I. Giới thiệu công nghệ sản xuất sữa chua.………………………….3 - Giới thiệu chung…………………………………………………………3 - Tổng quan về công nghệ sản xuất sữa chua ……………..………………4 - Thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất sữa chua……………………...9 - Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất sữa chua……….………………10 - Hướng dẫn vận hành ……………………………………………...……13 - Quy trình công nghệ ………………………………………………...…15 1.6.1 - Yêu cầu về kỹ thuật………………………………………….15 1.6.2 - Thuyết minh công nghệ………………………….……..……18 Chương II. Tính toán cân bằng chất và cân bằng nhiệt từng công đoạn..…….24 2.1- Tính cân bằng chất ……………………………………………………...24 2.2- Tính cân bằng nhiệt ……………………………………………………..26 2.2.1 – Tính NSL phục vụ cho DCSXSC …………………………………….26 2.2.2 – Tính NSL phục vụ cho kho lạnh bảo quản sữa thành phẩm………….30 Chương III. Tính toán kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm …...………..34 - Diện tích kho lạnh ……………………………………………..…….34 - Kết cấu kho lạnh ………………………………………………….…35 Chương IV. Tính chọn máy nén và các thiết bị cho hệ thống lạnh .…….…...39 – Các thông số làm việc ……………………………………………...39 - Tính chọn máy nén …..……………………………………………..40 4.2.1 – Tính chọn máy nén phục vụ cho DCSXSC………………………..43 4.2.2 - Tính chọn máy nén phục vụ cho kho lạnh bảo quản ……………..46 4.2.3- Chọn máy nén dự phòng …………………………………………..49 4.3 - Tính chọn thiết bị ngưng tụ …………………………………………50 4.4 - Tính chọn thiết bị bay hơi……………………………………… .....53 4.4.1 – Tính chọn thiết bị bay hơi cho HTL trong DCSXSC…………….53 4.4.2 – Tính chọn thiết bị bay hơi cho kho lạnh bảo quản ………………55 4.5 - Tính chọn các thiết bị phụ …………………………………………57 4.5.1 - Tính chọn các loại bình chứa …………………………………….57 4.5.2 – Tính chọn tháp giải nhiệt ………………………………………..58 4.5.3 - Chọn bơm nước ………………………………………………….59 Chương V. Chọn các thiết bị tự động điều khiển và bảo vệ hệ thống lạnh ....61 - Tự động hoá và bảo vệ máy nén lạnh ………………………………61 - Tự động hoá và bảo vệ thiết bị ngưng tụ …………………….……..64 - Tự động hoá và bảo vệ thiết bị bay hơi……………………………..65 - Tự động hoá và bảo vệ bình chứa cao áp …………………………..66 Kết luận ……………………………………………………….……..68 Tài liệu tham khảo …………………………………………………..70