Các loại máy sản xuất nước đá

Có nhiều loại máy sản xuất nước đá khác nhau, mỗi loại phù hợp với các nhu cầu và ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số loại phổ biến:

Máy sản xuất nước đá miếng

Hình 1 chính là cấu tạo của máy sản xuất nước đá miếng, loại máy này trước đây rất thông dụng nhưng hiện nay ít được phổ biến và chỉ sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.

1. Vỏ thân thiết bị.
2. Máy nén lạnh và bình ngưng tụ.
3. Ống bốc hơi.
4. Khuôn xối nước dạng hình hộp bề rộng nhỏ rất nhiều so với chiều dài và chiều cao.
5. Thùng chứa nước.
6. Bộ phận nghiền đá.

Máy sản xuất đá miếng thường có công suất nhỏ, chủ yếu dùng trong cơ sở sản xuất nước đá cỡ nhỏ. Đá miếng có khối lượng riêng (khi đổ đống) khoảng 400 – 600 kg/m³. Thời gian làm đông nhanh do bề dày lớp đá mỏng, chỉ khoảng 5 – 25mm.

Giá thành nước đá này rẻ hơn khoảng 30 – 40% so với nước đá khối sản xuất qua bể nước muối. Chi phí lạnh cho quá trình đông đá của máy này khá cao, khoảng 670 – 840 kJ/kg.

Máy làm lạnh trực tiếp mà không thông qua chất tải lạnh trung gian như nước muối và có thể sử dụng các loại môi chất lạnh như freon R12, R22 hoặc R502. Tuy nhiên, hiện nay các loại môi chất này đang bị cấm sử dụng vì ảnh hưởng đến môi trường.

Máy sản xuất đá ống

1. Môi chất lạnh từ thiết bị ngưng tụ hay bình chứa cao áp.
2. Môi chất lạnh được máy nén hút về.
3. Vỏ thiết bị.
4. Nắp trên của thiết bị khuôn làm đá.
5. Nắp dưới của thiết bị khuôn làm đá có thể mở và đóng kín được.
6. Ống bao xung quanh khuôn làm đá dẫn môi chất lạnh.
7. Ống ở tâm khuôn làm đá dẫn môi chất lạnh.

Máy đá ống làm lạnh và đông nước đá trực tiếp mà không thông qua nước muối. Thiết bị bay hơi được cấu tạo dạng ống lồng trong ống, với ống dẫn môi chất lạnh tuần hoàn ở giữa và ống bao xung quanh.

Hệ thống sản xuất nước đá ống thường có công suất lớn, với nhiều ống được sắp xếp thành từng dãy. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh ở dàn bay hơi khoảng từ -15 đến -25°C, với khối lượng của mỗi ống đá khoảng 25kg và thời gian làm đông tương đối nhanh, khoảng 1,5 – 2 giờ.

Phương pháp tách đá bằng gas nóng giống như sản xuất nước đá miếng và nước đá viên, với hao tổn nước đá khi tách khoảng 2 – 3%. Khi tách đá, lớp đá ở nắp dưới vẫn chưa tan, vì vậy cần mở nắp trước khi tách đá. Các khuôn đá với khối lượng 12,5kg, 35kg và 50kg tùy theo yêu cầu và mục đích sử dụng.

Giá thành của phương pháp sản xuất nước đá này giảm khoảng 25 – 30%. Hệ thống này có thể sử dụng môi chất lạnh freon R22, R502 hoặc amoniac (NH3). Sử dụng NH3 là tốt hơn cả vì năng suất lạnh riêng của nó về khối lượng và thể tích tương đối lớn so với freon R22 và R502.

1 – môi chất lạnh vào; 2 – môi chất lạnh ra

Máy sản xuất nước đá liên tục

Hệ thống máy đá này làm lạnh trực tiếp mà không thông qua chất tải lạnh trung gian (nước muối), sản xuất nước đá liên tục. Các loại máy đá như máy sản xuất đá khối kiểu bể nước muối, máy sản xuất viên, đá ống, … quá trình đông đá bị chậm do lớp đá tạo thành làm tăng nhiệt trở, khiến quá trình sản xuất gián đoạn.

Quá trình làm đông nước từng lớp sau đó dùng hệ thống cơ cấu ép nén thủy lực để đẩy đá ra ngoài từ dưới lên, không cần dùng gas nóng để tách đá. Loại máy này hiện nay được nhiều nước trên thế giới sản xuất như Pháp, Áo, Mỹ, Nhật, Nga và Đức, tuy nhiên nó chỉ hợp với doanh nghiệp quy mô nhỏ.

Qui trình:

1. Đổ đầy nước vào khuôn và đông lạnh như đá khối.
2. Khi đã đông khối đá, qua lỗ nhỏ ở đáy khuôn, hãy bơm nước để tách đá ra khỏi khuôn và đồng thời chảy đầy vào  khe hở giữa khối đá và khuôn. Lực đẩy này phụ thuộc vào nhiệt độ của đá, thường khoảng từ 0,5 – 2,0 MPa, và khe hở phụ thuộc vào lượng nước đưa vào, chiếm khoảng từ 0,5 – 3mm.
3. Lớp nước đá mỏng được đông trong vài giây nhờ vào sự truyền nhiệt qua bề mặt của khuôn và bề mặt quá lạnh của khối đá đã đông ở phía trên.Thời gian đông đá cũng chính là thời gian đưa phần nước vào khuôn và thực tế là từ khuôn, nước chảy liên tục phát triển và được không ngừng cắt ngắn qua 5 phút/lần bằng lưỡi cưa đĩa.

1- Khối nước đá, 2- Vỏ ngoài của thiết bị để làm lạnh, 3,4- Cơ cấu nén thủy lực, 5- Môi chất lạnh từ bình chứa cao áp đến, 6- Môi chất lạnh được máy nén hút về.

Máy đá tuyết

Máy sản xuất đá tuyết tạo ra đá dưới dạng giống tuyết, sau đó có thể được ép thành cục lớn nhờ các máy ép.

Máy đá tuyết của hãng Taylor (Mỹ) bao gồm một tang trống với hai đầu có nắp và môi chất lạnh sôi bên ngoài tang trống. Bên trong tang trống có hai lưỡi dao nạo đá quay với tốc độ khá nhanh, khoảng 250 vòng/phút.

Để tăng tiết diện tạo đá, bề mặt bên trong của tang trống có dạng zig zag. Nước được đưa vào từ một phía của tang trống và ra ở nắp còn lại.

Khi nạo, đá sẽ rơi vào nước và được lọc giữ lại nhờ các lưới, còn nước sẽ được đưa trở lại để tiếp tục tạo đá. Do bề mặt tạo đá bên trong có dạng zig zag, lưỡi dao cũng phải có biên dạng tương tự.

Nước cấp cho máy đá phải được làm lạnh sơ bộ đạt nhiệt độ gần 0°C. Do tốc độ lưỡi dao tương đối lớn, bề mặt bên trong tang trống luôn tiếp xúc với nước lạnh để tạo đá, dẫn đến hệ số truyền nhiệt khá lớn, khoảng 1600 W/m².K. Vì vậy, kích thước máy đá khá gọn.

Để bảo quản, vận chuyển và sử dụng dễ dàng, người ta ép các viên đá thành các cục lớn loại 230g và 450g. Lực ép khá lớn, khoảng 70 bar.

Để tiện lợi cho việc thay đổi công suất tạo đá, người ta chế tạo tang trống thành những đơn nguyên. Khi muốn tăng công suất, người ta nối tiếp thêm một vài đơn nguyên nữa. Mỗi đơn nguyên thường có năng suất khoảng 5 tấn/ngày ở nhiệt độ bay hơi của môi chất là -15°C.

Máy đá viên

Máy đá viên được sử dụng để sản xuất đá dạng viên trụ tròn rỗng dùng trong sinh hoạt. Có rất nhiều hãng khác nhau sản xuất máy đá viên, nhưng phổ biến là các hãng Linde, Doelz và Astra (Đức), Vogt và Escher (Mỹ), Trépaud (Pháp). Đá được sản xuất trong các ống có kích thước thường sử dụng là Φ57.

Môi chất lạnh sôi bên ngoài ống, trong quá trình làm việc môi chất lạnh ngập bên ngoài ống. Hai giai đoạn làm việc của máy: giai đoạn kết đông đá và giai đoạn tan giá.

Máy đá viên của hãng Vogt (Mỹ) có thiết kế giống như một bình ngưng ống chùm đặt đứng.

Cấu trúc của máy gồm một bình lớn, bên trong có nhiều ống, và phía trên được bố trí một khay chứa nước.

Nước từ khay sẽ chảy vào bên trong các ống, nơi nó được làm lạnh và đóng băng lên bề mặt bên trong của ống.Theo thời gian, lớp đá đóng băng sẽ dày lên. Lượng nước thừa sẽ chảy xuống một thùng chứa đặt phía dưới và được bơm quay trở lại khay chứa nước phía trên để tiếp tục quá trình đông đá. Khi độ dày của lớp đá đạt từ 10 đến 15mm, quá trình đông đá sẽ kết thúc và chuyển sang giai đoạn tan giá.

Để thực hiện quá trình tan giá, gas nóng sẽ được đưa vào bình đẩy lỏng trong bình chứa thu hồi. Gas này giúp làm tan một lớp mỏng của khối đá, khiến nó rời khỏi ống và rơi xuống. Khi đá rơi xuống, nó sẽ được dao cắt thành các đoạn ngắn theo yêu cầu. Sau khi cắt, quá trình đông đá sẽ tiếp tục.

Trong thời gian tan giá, bơm nước sẽ ngừng hoạt động. Thời gian làm đá phụ thuộc vào độ dày của lớp đá và nhiệt độ bay hơi. Thời gian tan đá khoảng 2 phút, và độ dày của lớp đá tan là 0,5mm.

Hiện nay, đá viên được sử dụng phổ biến trong ngành kinh doanh giải khát tại Việt Nam. Đá viên không chỉ có tính thẩm mỹ mà còn đảm bảo vệ sinh, do đó rất được ưa chuộng.

Máy nước đá khối

Máy nước đá khối cho sản phẩm ở dạng đá khối, đá cây, đá bẹ, đá tảng, v.v… tùy theo hình dáng khuôn đá và với khối lượng mỗi loại khối khác nhau: 3,5kg, 5kg, 12,5kg, 25,5kg, 50kg (phổ biến nhất), 70kg (ở Đức), 90kg (ở Mỹ) đến 100kg.

Máy nước đá khối thường gồm hệ thống máy lạnh 1 cấp có máy nén, thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp, các thiết bị bay hơi kiểu dàn ống ngầm trong bể nước muối nhiều khuôn đá di động trong bể.

Ở bể nước muối còn có cơ cấu tự động đẩy dây khuôn đá, máy khuấy và các thiết bị phụ trợ như tới cẩu đá, máy rót nước vào khuôn, thiết bị làm lạnh sơ bộ nước, v.v… (Hình 6).

Máy đá vảy

Máy đá vảy là thiết bị có tang quay, được trang bị bộ phận cơ khí như dao hoặc lưỡi cắt, nhằm sản xuất đá vảy. Đá vảy này được sử dụng phổ biến cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm:

• Ướp lạnh thực phẩm: Ứng dụng trong việc ướp thủy sản tại các trạm thu mua, bảo quản các sản phẩm dạng lỏng hoặc puree.
• Chế biến thực phẩm: Sử dụng để ướp lạnh thịt băm trong sản xuất chả, lạp sườn.
• Sản xuất kem: Đá vảy cũng được dùng trong quy trình sản xuất các loại kem sữa.

Đặc điểm của máy đá vảy

Các máy đá vảy đều thuộc loại làm trực tiếp, có khả năng sản xuất liên tục và được tự động hóa cao. Sản phẩm đá vảy có khối lượng riêng từ 300 – 500 kg/m³. Cấu trúc cơ khí của máy giúp tách đá một cách hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế cao hơn so với phương pháp xả đá truyền thống.

Chi phí và hiệu suất

• Chi phí lạnh: Chỉ khoảng 400 – 500 KJ/kg.
• Chi phí điện: Khoảng 145 – 200 KJ/kg.
• Kích thước: Máy có kích thước gọn gàng, từ 0,1 – 0,3 m³/T.ngày.
• Giá thành: Sản xuất đá vảy rẻ hơn 40 – 50% so với nước đá được sản xuất từ bể nước muối.

Thời gian đông đá

Thời gian đông đá của máy rất nhanh chóng, do lớp đá đông chỉ mỏng từ 0,5 đến 2,5 mm và nhiệt độ bay hơi thấp, dao động từ -15 đến -20°C. Điều này giúp tăng cường hiệu quả trong quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm.

1. Xi lanh ngoài của thiết bị bốc hơi; 2. Xi lanh trong; 3. Dao cạo bên trong; 4. Phun nước bên trong; 5. Dao cạo bên ngoài; 6. Phun nước bên ngoài; 7. Trục quay, 8. Mô tơ điện; 9. Hộp giảm tốc; 10. Ống đưa môi chất lạnh; 11. Bầu tách lỏng; 12. Máng hứng nước; 13. Thùng chứa nước dư; 14. Máng trượt đá; 15. Bơm nước.

Tóm tắt các thông số đặc tính của một vài loại máy đá vảy ở bảng 1 và máy đá vảy kiểu cạo đá 2 bên thuộc seri IL – 500 ở hình 7.

Phần lớn các máy đá vảy dùng môi chất lạnh R-22 và NH₃ với nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh -22°C và sản phẩm đá vảy với nhiệt độ không cao hơn -4°C.

Bảng 1

*Nguồn tham khảo:

• Công nghệ lạnh ứng dụng trong sản xuất nước đá khô và nước giải khát – Nguyễn Tấn Dũng
• Công nghệ lạnh thực phẩm nhiệt đới – Trần Đức Ba