CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN THIẾT BỊ

Q4: Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ của nước khơng đóng

băng trong thực phẩm đến nhiệt độ cuối q trình làm đơng.

Q5: Nhiệt lượng cần lầy đi để làm giảm nhiệt độ phần chất khô cuối q

trình làm đơng.

Q6: Nhiệt lượng lấy đi để làm đóng băng lượng nước châm khuôn.

a. Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm giảm nhiệt độ của nó trước

khi có sự đóng băng của nước trong nó.

Q1 = C1× G × (t1 – tđb )

Trong đó:

C1: nhiệt dung riêng của sản phẩm trước khi nước trong nó đóng băng.

C1



C



'

''



C (1



)



C’: nhiệt dung riêng của nước: C’ = 4,186 kJ/kg.K

C’’: nhiệt dung riêng của chất khô.

C’’ = 1,045 1,463 kJ/kg.K

Chọn C’’ =1,3 kJ/kg.K

= 80%: hàm lượng nước trung bình có trong cá.

C1 = 4,186 × 0,8 + 1,3 × (10,8) = 3,6 kJ/kg.K

G: khối lượng sản phẩm cấp đông trong một mẻ. G =1200 kg/mẻ

t1 = 20 0C : nhiệt độ trung bình của sản phẩm trước khi cấp đơng.

tđb = 10C : nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong thủy sản.

Q1 = 3,6 × 1200 × [20 –(1)] = 907200 kJ/mẻ

Thời gian mỗi mẻ là 2 giờ nên:

907200

Q1 =

2



43560 kJ/h = 12,6 kW



b. Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm kết tinh nước trong đó.

Q2 = L × G × W ×

Trong đó:

L = 333,6 kJ/kg: nhiệt ẩn đóng băng của nước đá.



G = 1200 kg/mẻ: khối lượng sản phẩm cấp đông trong một mẻ.

= 80%: hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.

W = 90%: hàm lượng nước đóng băng trong thủy sản so với lượng nước

ban đầu có trong thủy sản.

Q2 = 333,6 × 1200 × 0,9 × 0,8 = 288230,4 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

288230,4

Q2 =

2



144115,2 kJ/h = 40,03 kW



c. Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt độ của nước đã đóng băng đến

nhiệt độ cuối q trình làm đơng.

Q3 = C 3 × G ×



× W × (tđb –t2)



Trong đó:

C3 = 2,09kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của nước đá.

G =.1200kg/mẻ: khối lượng sản phẩm được cấp đông trong một mẻ.

= 80%: hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.

W = 90%: hàm lượng nước đóng băng trong thúy sản so với lượng nước

ban đầu có trong thủy sản.

tđb = 10C : nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong thủy sản. t2:

nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối quá trình làm đơng.

t2 =



tbm



ttt

2



Ta có: tbm = tkk + (5 10) = 40 + 8 = 320C: Nhiệt độ của bề mặt sản phẩm

cuối q trình làm đơng.

ttt = 180C: nhiệt độ tâm sản phẩm cuối q trình làm đơng.

o

25 C

32 ( 18)

t2 =

2



Q3 = 2,09 ×1200 × 0,8 × 0,9 × [1 – (25)] = 43338,24 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:



21669,12 kJ/h = 6,01 kW



3



Q =



43338,24



2



d. Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ của nước khơng đóng băng

trong thực phẩm đến nhiệt độ cuối q trình làm đơng.

Q4 = C 4 × G ×



× (1 – W) × (tđb –t2)



Trong đó:

C4 = 2,9 kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của nước trong thực phẩm.

G = 1200kg/mẻ: khối lượng sản phẩm được cấp đông trong một mẻ.

= 80%: hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.

W = 90%: hàm lượng nước đóng băng trong thủy sản so với lượng nước

ban đầu có trong thủy sản

Q4 = 2,9 ×1200 × 0,8 × (1 – 0,9) × [1 – ( 25)]= 6681,6 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

4



Q =



6681,6

2



3340,8 kJ/h =0,92 kW



e. Nhiệt lượng cần lầy đi để làm giảm nhiệt độ phần chất khơ cuối q

trình làm đơng.

Q5 = C’’× G × (1



) × (tđb –t2 )



Trong đó:

C’’ = 1,3 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng của chất khô.

G = 1200 kg/mẻ: khối lượng sản phẩm được cấp đông trong một mẻ.

= 80%: hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.

tđb = 10C : nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong thủy sản.

t2 = 250C : nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối q trình làm đơng.

Q5 = 1,3 × 1200 × (1 –0,8) × [1 –( 25) ] = 7488 kJ/mẻ.

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:



5



7488



Q = 2



3744 kJ/h =1,04 kW



f. Nhiệt lượng lấy đi để làm đóng băng lượng nước châm khn.

+Tính khối lượng nước châm khuôn trong một mẻ.

Khối lượng nước châm khuôn trong một mẻ thường chiếm 20% khối

lượng sản phẩm cần cấp đông. Do vậy tổng lượng nước châm khuôn là:

Gn = 0, 2 × G = 0, 2 × 1200 = 240 kg/mẻ

Để hạ nhiệt độ của nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ

cuối q trình làm đơng cần phải hạ qua 3 giai đoạn. Do đó tổng lượng nhiệt cần

lấy đi để hạ nhiệt độ nước châm khn đến nhiệt độ cuối q trình làm đơng là:

Q6 =Qll +Qđb + Qhn

Trong đó:

Qll: nhiệt lượng cần lấy đi để làm lạnh nước châm khn đến nhiệt độ

đóng băng của nước.

Qll = C’× Gn× ( t’1 –t’2)

C’ = 4,186 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của nước.

Gn = 240kg/mẻ: khối lượng nước châm khuôn trong một mẻ.

t’1 = 50C : nhiệt độ ban đầu của nước châm khuôn.

t’2 = 00C : nhiệt độ đóng băng của nước châm khn .

Qll = 4,186 × 240 × (5 – 0) = 5023,2 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

2511,6 kJ/h = 0,69 kW



ll



Q =



5023.2



2



Qđb: nhiệt lượng cần lấy đi để làm đóng băng lượng nước châm khn

Qđb = L × Gn

Trong đó:

L = 333,6 kJ/kg: nhiệt ẩn đóng băng của nước.

Gn = 240 kg/mẻ: khối lượng nước châm khuôn.



Qdb = 333,6 × 240 = 80064 kJ/mẻ.

Thời gian cấp đơng mỗi mẻ là 2 giờ nên:

40032 kJ/h = 11,12 kW

80064

Qđb =

2



Qhn : nhiệt lượng cần lấy đi để hạ nhiệt độ của nước đã đóng băng đến

nhiệt độ cuối q trình là đơng của nước châm khn.

Qhn = C3 × Gn × (t’2 – t2).

Trong đó:

C3 = 2,09kJ/kg.K: nhiệt dung riêng của nước đá.

Gn = 240kg/mẻ: khối lượng nước châm khuôn.

t’2 = 00C : nhiệt độ đóng băng của nước châm khn.

t2 = 250C: nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối q trình làm đơng.

Qhn = 2,09 ×240 × [0 –(25)] = 12540 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

Q



hn



6270Kj / h =1,741 kW



=



12540



2



Q6 = 0,69 + 11,12 + 1,741 =13,551 kW

Bảng 3.1.1. kết quả tính nhiệt của QI

Q1(kW)

Q2(kW) Q3(kW) Q4(kW) Q5(kW) Q6(kW)

QI(kW)

12,6

40,03

6,01

0,92

1,04

13,551

74,151

3.1.1.2. Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của khuôn đựng sản phẩm

QII = Ck × Gk × Δtk.

Ck = 0,39 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của kim loại làm khuôn.

Gk: Tổng khối lượng khuôn đựng sản phẩm.

+ Tính Gk:

Mỗi một khoang có chứa 20 khn, mà một tủ có 10 khoang đựng sản

phẩm.

Vậy tổng số khn là: 20 × 10 = 200 khn

Khối lượng của mỗi khuôn là: 1,6 kg



Vậy tổng khối lượng khuôn là:

Gk = 200 ×1,6 = 320 kg/mẻ.

Δtk: độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối qua

trình làm đơng của khn:

Δtk = tk1 – tk2

tk1 = 220C: nhiệt độ ban đầu của khuôn.

tk2 = 400C: nhiệt độ của khn cuối q trình làm đơng .

Δtk = 22 – (40) = 620C

QII = 0,39 × 320 × 62 = 7737,6 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

4526,49 kJ/h =1,075 kW



II



Q =



9052,99



2



3.1.1.3. Nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh khơng khí trong tủ

QIII = Ckk× Gkk × Δtkk

= Ckk × Vkk ×



kk



× Δtkk



Trong đó:

Ckk = 1,013 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của khơng khí ở nhiệt độ –400C

kk



= 1,515kg/m3: khối lượng riêng của khơng khí ở nhiệt độ –400C



Δtkk: độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối q trình

làm đơng của khơng khí trong tủ.

Δtkk = 22 – (40) = 620C

Vkk: thể tích của khơng khí trong tủ: Vkk =



3



2



Vtt: thể tích trong của tủ.

Vtt = L’ × W’× H’

Với: L’ = 3380mm

W’ = 1560mm

H’ = 1750mm.

Vtt = 3,38 ×1,56 × 1,75 = 9,227 m3



Vtt



2



Vkk = × 9,227 = 6,151 m3.

3



QIII = 1,013 × 6,151 × 1,515 × 62 = 585,27 kJ/mẻ

Thời gian cấp đông mỗi mẻ là 2 giờ nên:

292,63 KJ/h = 0,081 kW

585,27

QIII =

2



3.1.1.4. Nhiệt xâm nhập từ mơi trường bên ngồi qua kết cấu bao che

QIV = QV,T + QS + QC

Trong đó:

QV,T : dòng nhiệt xâm nhập qua vách và trần.

QS: dòng nhiệt xâm nhập qua sàn.

QC: dòng nhiệt xâm nhập qua cửa.

+ Dòng nhiệt xâm nhập qua vách trần:



1



QV,T = KV,T × FV,T × Δt

Trong đó:

KV,T : hệ số truyền nhiệt của vách và trần tủ.

1: lớp Inox.

2: lớp polyurethan cách nhiệt.



Hình 3.1.1. Cấu trúc tấm

cách nhiệt vách và trần tủ

đông

Từ cấu trúc của vách và trần tủ ta có:

1



KV,T = 1



2



1



Trong đó:

1



= 23,3 W/m2.K



i

i



1



p

p



2



2



2



= 8 W/m2.K



i



= 0,0006m: độ dày của lớp Inox



i



= 22W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của Inox.



p



= 0,15m: chiều dày của lớp polyurethan cách nhiệt.



p



= 0,047W/m.K : hệ số dẫn nhiệt của polyurethan.

1



=> KV,T = 1



2

0,0006

22



23,3



0,286

0,15

0,047



1

8



W/m2.K



Δt: độ chênh nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài tủ.

Δt = tmt – ttt

tmt = 220C : nhiệt độ bên ngoài tủ.

ttt = 400C : nhiệt độ bên trong tủ.

t = 22 – (40) =620C



FV,T : tổng diện tích mặt ngồi của vách và trần.

FV = 2 ×1,56 × 2,05 = 6,396m2

FT = 1,56 × 3,68 = 5,74m2

FV,T = 6,396 + 5,74 = 12,136m2

QV,T = 0,286 ×12,136 × 62 = 215,19 W = 0,215 kW

+ Dòng nhiệt xâm nhập qua sàn.

QS =KS × FS × t .

1: lớp Inox.

2: lớp polyurethan cách nhiệt.



2



3: lớp thép lót đáy

1



3



Hình 3.1.2. Cấu trúc của sàn tủ đơng tiếp

xú

c



Từ cấu trúc của sàn ta có:

1



KS = 1



i



1



i



th



p



1



th



p



2



Trong

đó:

= 23,3

W/m2.

K

1



=8

W/m2.

K

2



i



= 0,0006m: độ dày của lớp Inox.



= 22W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của

Inox.

i



= 0,15m: chiều dày của lớp

polyurethan cách nhiệt.

p



p



=



0,047W/m.K:

hệ số dẫn

nhiệt của

polyurethan.

th



= 0,05m:



chiều dày

của tấm thép

lót phía dưới

tủ. th = 45,5

W/m.K: hệ

số dẫn nhiệt

của thép.

1



1,7 W = 0,102

kW

F

di



+ Dòng nhiệt xâm

nhập qua cửa:

QC

=

KC

×

FC

× t



n

tíc

h

m

t

ng



2



ồi



1: lớp Inox.



c

sàn

.F

=

1,5

6×

3,6

8=

5,7

4

m

Q

=

0,2

86

×

5,7

4×

62

=

10



2: lớp polyurethan.



Hình 3.1.3. Cấu trúc của cửa tủ đông tiếp

xú

c



Từ cấu trúc của cửa ta có:



KC



1



1



1



p



2



1



i

i



p



2



Trong đó:

1



= 23,3 W/m2.K



2



= 8 W/m2.K



i



= 0,0006m: độ dày của lớp Inox.



i



= 22W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của Inox.



p



= 0,13m: chiều dày của lớp polyuethan cách nhiệt.



p



= 0,047W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của polyurethan.

1



KC = 1

23,3



2

0,0006

22



0,32

0,13

0,047



1

8



W/m2.K



FC: tổng diện tích mặt ngồi của cửa tủ.

FC = 2 × 3,68 ×2,05 = 15,088m2

QC = 0,32 ×15,088 × 62 = 299,34 W = 0,299 kW

Bảng 3.1.2. Kết quả tính nhiệt của QIV

Dòng nhiệt thành phần

QV,T

QS

QC

QIV



Công thức

QVT

QS

QC



KVT .FVT . t

K S .FS . t

K C .FC . t



K(W/m2K)

0,286

0,286

0,32



F(m2)

12,136

5,74

15,088



Nhiệt tải(KW)

0,215

0,102

0,299

0,616