Cùng một tủ cấp đông nitơ lỏng cấp đông cùng một mẻ sản phẩm, hai lần đọc đồng hồ nitơ lỏng có thể chênh nhau một khoảng. Trong bảng thông số thiết bị không có mục “đơn hao”, vì mức tiêu thụ nitơ lỏng do vật liệu cần mang đi bao nhiêu nhiệt, xếp tải như thế nào, mở cửa mấy lần, thông số đặt ra sao cùng quyết định. Muốn kiểm soát nó, trước tiên phải nhìn rõ hai khoản nhiệt, sau đó quản lý mấy biến số tại hiện trường.
Tiêu thụ do hai khoản nhiệt quyết định: nhiệt tỏa ra của vật liệu và tổn thất lạnh tại hiện trường
Vật liệu từ nhiệt độ nhập liệu giảm xuống nhiệt độ tâm mục tiêu, nhiệt lượng tỏa ra tính theo ba đoạn; tại hiện trường còn tổn thất thêm một phần lạnh.
| Khoản nhiệt | Nội dung | Chịu ảnh hưởng bởi |
|---|---|---|
| Nhiệt hiện đoạn tiền lạnh | Từ nhiệt độ nhập liệu giảm xuống điểm đóng băng của vật liệu | Nhiệt độ nhập liệu, khối lượng vật liệu, nhiệt dung riêng |
| Ẩn nhiệt đoạn kết băng | Nhiệt lượng tỏa ra khi nước tự do kết băng (nước khoảng 334 kJ/kg) | Độ ẩm, lượng tải |
| Nhiệt hiện đoạn sâu lạnh | Từ điểm đóng băng giảm xuống nhiệt độ tâm mục tiêu | Nhiệt độ tâm mục tiêu, nhiệt dung riêng |
| Tổn thất lạnh hiện trường | Tràn ra khi mở cửa, rò nhiệt thân tủ, khí lạnh bị hút theo gió thải, tổn thất đường ống | Thói quen thao tác, gioăng cửa và cách nhiệt, thiết lập gió thải |
Nhiệt lượng nitơ lỏng có thể mang đi là ẩn nhiệt hóa hơi (khoảng 199 kJ/kg) cộng với nhiệt hiện khi khí nitơ nhiệt độ thấp tăng nhiệt. Cộng ba đoạn nhiệt tỏa ra của vật liệu lại, chia cho nhiệt lượng hấp thụ khả dụng của nitơ lỏng, được giới hạn lý thuyết để thiết bị này cấp đông mẻ hàng này; số đọc thực tế là giới hạn này nhân với một hệ số tổn thất lạnh. Hệ số gắn với xưởng, cách xếp tải, thói quen mở cửa, chỉ có thể hiệu chuẩn ra, không tính ra được.
Sáu yếu tố đẩy cao thường gặp tại hiện trường
| Hiện tượng | Kết quả | Hành động kiểm soát |
|---|---|---|
| Nhiệt độ nhập liệu cao | Nitơ lỏng dùng trước cho nhiệt hiện đoạn đầu, lạnh khả dụng cho đoạn kết băng giảm | Giảm nhiệt công đoạn trước, hoặc vào máy theo lô |
| Khoảng cách khay quá nhỏ, xếp quá dày | Gió lạnh không vào được khe khay, tâm đạt điểm chậm | Trải theo chiều cao tầng giá, chừa kênh khí lưu |
| Mỗi mẻ vượt lượng tải phù hợp thiết bị | Nhiệt độ trong tủ hồi phục chậm, thời gian cấp lỏng kéo dài | Chia lô theo lượng tải của model |
| Tần suất mở cửa cao, thời gian mở cửa dài | Khí lạnh tràn ra, trong tủ hồi phục rồi phải giảm nhiệt lại | Tập trung vào ra liệu, giảm lấy đặt giữa chừng |
| Đặt nhiệt độ thấp hơn nhu cầu công nghệ | Sản phẩm đông quá mức, tốn thêm nitơ lỏng | Hiệu chuẩn theo độ dày sản phẩm và nhiệt độ tâm mục tiêu |
| Lưu lượng gió thải rõ rệt quá lớn | Khí nitơ nhiệt độ thấp bị hút đi, lạnh không dùng đủ | Bố trí lưu lượng quạt theo lượng nitơ sinh ra |
Phía thiết bị có những điểm kiểm soát nào
Điều kiện trao đổi nhiệt càng đầy đủ, lượng nitơ lỏng tương ứng với cùng nhiệt tỏa ra của vật liệu càng gần giới hạn lý thuyết. Những chỗ có thể điều chỉnh phía thiết bị tập trung ở mấy điểm:
- Kiểm soát cấp lỏng: van điều khiển lưu lượng kèm bộ phân tán nitơ lỏng đa lỗ, nitơ lỏng sau khi phun phân dòng được quạt tán xé hóa khí, trực tiếp va vào bề mặt vật liệu; hệ thống điều khiển có thể cấp lỏng theo đoạn, vận hành theo bước giảm nhiệt và giữ nhiệt.
- Trường gió: động cơ trục dài chịu nhiệt độ thấp đặt ngoài kèm quạt hướng trục nhiều cánh, tốc độ gió đạt 10 m/s, tấm dẫn hướng ép gió lạnh vào khe khay, để phần bên trong tải cũng tham gia trao đổi nhiệt. Kiểu kết cấu này xem dòng model tủ cấp đông nitơ lỏng.
- Cách nhiệt và làm kín: lớp cách nhiệt xốp nhiệt độ thấp 150 mm, gioăng làm kín siêu nhiệt độ thấp giữ được độ dẻo ở nhiệt độ thấp, giảm rò nhiệt tại mối nối thân tủ.
- Gió thải: lưu lượng gió thải không phải càng lớn càng tốt, bố trí lưu lượng quạt và số lần trao đổi khí theo lượng nitơ sinh ra mỗi mẻ, cách làm cụ thể xem gió thải và giám sát nồng độ oxy của tủ cấp đông nitơ lỏng.
- Kết cấu tải: khoảng cách chiều cao tầng giá mặc định 75 mm, có thể thiết kế theo sản phẩm (DKN-LFC-300 một lần đặt được 40 khay), khoảng cách càng nhỏ đặt được càng nhiều, kênh gió cũng càng hẹp, phải cân nhắc theo độ dày sản phẩm.
- Xếp tải theo vùng: DKN-LFC-1200 có kết cấu bốn vùng, mỗi vùng 0～1200 kg, lô nhỏ có thể chỉ mở vùng tương ứng, không cần giảm nhiệt toàn máy.
Dây chuyền liên tục có điểm tác động hơi khác: băng lưới phun hai chiều trên dưới, lưu lượng gió đạt 6000 m³/h, áp suất gió 65 Pa, đầu vào ra liệu đặt cửa hút khí thải, giảm khí lạnh tràn ra từ hai đầu. Hình thức thiết bị xem hầm cấp đông nitơ lỏng.
Thiết lập đường cơ sở đơn hao của nhà máy: mỗi mẻ ghi bốn số
Đơn hao muốn dùng được để so sánh, tiền đề là khẩu độ ghi chép nhất quán. Đề nghị mỗi mẻ cố định ghi bốn mục: khối lượng tịnh vật liệu, nhiệt độ nhập liệu, nhiệt độ tâm mục tiêu, số đọc đồng hồ nitơ lỏng, cách xếp tải ghi rõ số tầng giá và lượng đặt mỗi khay. Lấy số đọc nitơ lỏng chia cho khối lượng tịnh, được đường cơ sở kg nitơ lỏng/kg sản phẩm của nhà máy.
Tác dụng của đường cơ sở là so sánh ngang: cùng sản phẩm sau khi đổi cách xếp tải đơn hao có giảm không, sau khi đổi chủng loại biên độ phải hiệu chuẩn lại lớn đến đâu. Sau khi đổi chủng loại, đổi bao bì, đổi khối lượng mỗi mẻ, đường cơ sở đều phải làm lại một lần.
Ghi chép có truy xuất được hay không phụ thuộc vào đo nhiệt và chương trình. Lấy tủ cấp đông nitơ lỏng làm ví dụ, đo nhiệt bằng điện trở bạch kim dải 200℃～-200℃, một chính một giám sát, chương trình có thể vận hành theo bước giảm nhiệt và giữ nhiệt, kết thúc tự động báo động ngắt điện; khi đổi chủng loại có thể gọi ra thông số mẻ trước để xem lại.
Câu hỏi thường gặp
Mức tiêu thụ nitơ lỏng có thể tính trước chính xác không?
Giới hạn lý thuyết có thể tính: cộng ba đoạn nhiệt tỏa ra của vật liệu lại, chia cho ẩn nhiệt hóa hơi của nitơ lỏng và nhiệt hiện của khí nitơ, được mẻ hàng này ít nhất cần bao nhiêu nitơ lỏng. Tiêu thụ thực tế phải nhân số này với một hệ số tổn thất lạnh hiện trường, điều kiện xưởng mỗi nhà máy khác nhau, hệ số chỉ có thể hiệu chuẩn qua chạy thử. Nên ở giai đoạn phương án chúng tôi đưa gợi ý cấu hình theo vật liệu và lô, không báo đơn hao cố định.
Cùng một tủ, vì sao tiêu thụ hai mẻ chênh nhau nhiều?
Xếp theo mức ảnh hưởng, thường là một trong bốn mục nhiệt độ nhập liệu, lượng tải mỗi mẻ, số lần mở cửa, nhiệt độ tâm mục tiêu đã thay đổi. Muốn so sánh thiết bị hoặc công nghệ, trước tiên cố định bốn mục này, nếu không số đọc không có tính so sánh.
Xếp càng đầy càng tiết kiệm nitơ lỏng không?
Đặt đầy không đồng nghĩa tiết kiệm. Khi lượng tải trong phạm vi phù hợp thiết bị, đặt đầy sẽ chia mỏng phần tiêu thụ cố định của mở cửa và rò nhiệt; nhưng xếp quá dày, gió lạnh không vào được khe khay, thời gian tâm đạt điểm kéo dài, thời gian cấp lỏng theo đó kéo dài, tổng tiêu thụ ngược lại tăng lên.
Đặt nhiệt độ thấp hơn, có rút ngắn thời gian, dùng ít nitơ lỏng hơn không?
Với sản phẩm mỏng sẽ đông quá mức, tiêu thụ tăng; với sản phẩm dày, thời gian tâm đi qua dải tinh thể băng chịu giới hạn độ dày, nhiệt độ trong tủ thấp hơn nữa cũng không nhanh hơn được bao nhiêu. Về công nghệ cần kiểm soát là thời gian đi qua dải tạo tinh thể băng lớn nhất -1℃ đến -5℃, không phải nhiệt độ đích của thiết bị.
Tủ và hầm, cái nào đơn hao thấp hơn?
Không có câu trả lời thống nhất. Một chủng loại, lô lớn, sản xuất liên tục, hầm xếp tải mỏng và đều, số lần mở cửa ít, chia mỏng hợp lý hơn; nhiều chủng loại, lô nhỏ, đổi sản xuất thường xuyên, tủ linh hoạt hơn. Chọn model trước tiên xem số chủng loại và lô, sau đó mới nói đơn hao.
Muốn xem mức tiêu thụ nitơ lỏng và mức phù hợp thiết bị theo vật liệu và lô, có thể gửi tên sản phẩm, khối lượng mỗi mẻ, nhiệt độ nhập liệu và nhiệt độ tâm mục tiêu đến, chúng tôi đưa gợi ý cấu hình theo điều kiện thực tế: liên hệ Kunning Cryo
Ẩn nhiệt kết băng của nước, ẩn nhiệt hóa hơi của nitơ lỏng trong bài là dữ liệu tính chất vật lý thông dụng; thông số thiết bị và cấu hình kết cấu trích từ tài liệu kỹ thuật tủ cấp đông nitơ lỏng, hầm cấp đông nitơ lỏng Kunning Cryo, dữ liệu tải của từng model lấy theo thông số kỹ thuật tương ứng.