VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN

VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bởi Đinh Văn Thuận VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi tron[.]

VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bởi: Đinh Văn Thuận VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Kỹ thuật lạnh đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, đời sống vv Ngày ngành kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kỹ thuật vô quan trọng, thiếu đời sống kỹ thuật tất nước Dưới chúng tơi trình bày số ứng dụng phổ biến kỹ thuật lạnh ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp luận án tiếng “Bàn nguyên nhân nóng lạnh“ cho rằng: Những trình sống thối rửa diễn nhanh nhiệt độ cao kìm hãm chậm lại nhiệt độ thấp Thật vậy, biến đổi thực phẩm tăng nhanh nhiệt độ 40đến50oC nhiệt độ thích hợp cho hoạt hố men phân giải (enzim) thân thực phẩm vi sinh vật 1/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Ở nhiệt độ thấp phản ứng hoá sinh thực phẩm bị ức chế Trong phạm vi nhiệt độ bình thường giảm 10oC tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động men phân giải không tiêu diệt chúng Nhiệt độ xuống 0oC, phần lớn hoạt động enzim bị đình Tuy nhiên số men lipaza, trypsin, catalaza nhiệt độ -191oC không bị phá huỷ Nhiệt độ thấp khả phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải mỡ Khi nhiệt độ giảm hoạt động sống tế bào giảm do: - Cấu trúc tế bào bị co rút - Độ nhớt dịch tế bào tăng - Sự khuyếch tán nước chất tan tế bào giảm - Hoạt tính enzim có tế bào giảm Bảng 1-1: Khả phân giải phụ thuộc nhiệt độ Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống độc lập với thể sống Vì khả chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết nước chưa đóng băng Tế bào động vật có cấu trúc hoạt động sống phức tạp, gắn liền với thể sống Vì khả chịu lạnh Đa số tế bào động vật chết nhiệt độ giảm xuống 4oC so với thân nhiệt bình thường Tế bào động vật chết chủ yếu độ nhớt tăng phân lớp chất tan thể Một số loài động vật có khả tự điều chỉnh hoạt động sống nhiệt độ giảm, thể giảm hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường điều kiện môi trường khoảng thời gian định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống chúng phục hồi, điều ứng dụng vận chuyển động vật đặc biệt thuỷ sản dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt giảm chi phí vận chuyển * Ảnh hưởng lạnh vi sinh vật - Khả chịu lạnh loài vi sinh vật có khác Một số lồi chết nhiệt độ 20đến0oC Tuy nhiên số khác chịu nhiệt độ thấp 2/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nước tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mơi trường khuyếch tán chất tan, gây biến tính nước làm cho vi sinh vật chết Trong tự nhiên có loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ nhiệt riêng Bảng 1-2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến vi sinh vật Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhiệt độ -10oC hầu hết ngừng hoạt động trừ loài Mucor, Rhizopus, Penicellium Để ngăn ngừa mốc phải trì nhiệt độ -15oC Các lồi nấm sống nơi khan nước tối thiểu phải đạt 15% Ở nhiệt độ -18oC, 86% lượng nước đóng băng, cịn lại 14% khơng đủ cho vi sinh vật phát triển Vì để bảo quản thực phẩm lâu dài cần trì nhiệt độ kho lạnh -18oC Để bảo thực phẩm người ta thực nhiều cách như: Phơi, sấy khơ, đóng hộp bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo lạnh tỏ có ưu điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nơng sản thích hợp phương pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ nhiều loại thực phẩm nông sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn hương vị, màu sắc, vi lượng dinh dưỡng thực phẩm Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm Thực phẩm trước đưa vào kho lạnh bảo quản, cần tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản 3/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông Xử lý lạnh làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu Nhiệt độ bảo quản phải nằm điểm đóng băng sản phẩm Đặc điểm sau xử lý lạnh, sản phẩm cịn mềm, chưa bị hóa cứng đóng băng Xử lý lạnh đơng kết đơng (làm lạnh đơng) sản phẩm Sản phẩm hồn tồn hóa cứng hầu dịch sản phẩm đóng thành băng Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -80C, nhiệt độ bề mặt đạt từ -180C đến -120C Xử lý lạnh đơng có hai phương pháp: Kết đơng hai pha Thực phẩm nóng làm lạnh từ 370C xuống khoảng 40C sau đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -80C Kết đơng pha Thực phẩm cịn nóng đưa vào thiết bị kết đơng để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt -80C Kết đơng pha có nhiều ưu điểm so với kết đơng hai pha tổng thời gian q trình giảm, tổn hao khối lượng khơ ngót giảm nhiều, chi phí lạnh diện tích buồng lạnh giảm Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp 01 pha Đối với hàng thuỷ sản phải qua khâu chế biến tích trữ kho chờ đông nên thực tế diễn pha Các loại thực phẩm khác có chế độ bảo quản (bảng 1-3 1-4) đơng lạnh thích hợp khác (bảng 1-5) Ở chế độ bảo quản lạnh giai đoạn đầu trình kết động hai pha, người ta phải gia lạnh sản phẩm Thông thường thực phẩm gia lạnh môi trường khơng khí với thơng số sau: - Độ ẩm khơng khí buồng: 85 đến 90% - Tốc độ khơng khí đối lưu tự nhiên: 0,1 ữ 0,2 m/s; đối lưu cưỡng cho phép ? 0,5 m/ s (kể rau quả, thịt, cá, trứng ) - Giai đoạn đầu, nhiệt độ sản phẩm cao, người ta giữ nhiệt độ khơng khí gia lạnh thấp nhiệt độ đóng băng sản phẩm chừng ữ 0C Nhiệt độ đóng băng 4/21 VAI TRỊ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN số sản phẩm sau: thịt -1,2 0C, cá từ 0,6 ữ -20C, rau - 0,8? -4,20C Nhiệt độ khơng khí gia tăng 20C thời gian gia nhiệt kéo dài thêm 5h Sau tăng nhiệt độ sản phẩm đạt 3?8oC, nhiệt độ khơng khí tăng lên -1?00C Tóm lại, cần tăng tốc độ gia lạnh phải tránh đóng băng sản phẩm Bảng 1-3 Chế độ bảo quản rau tươi Bảng 1-4: Chế độ bảo quản sản phẩm động vật 5/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Trong kho lạnh có buồng gia lạnh riêng biệt Song sử dụng buồng bảo quản lạnh để gia lạnh Khi đó, số lượng sản phẩm đưa vào phải phù hợp với suất lạnh buồng Các sản phẩm nóng phải bố trí cạnh dàn lạnh để rút ngắn thời gian gia lạnh Sản phẩm gia lạnh xong phải thu dọn xếp vào vị trí hợp lý buồng để tiếp tục gia lạnh đợt 6/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bảng 1-5 Các thông số phương pháp kết đông ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGÀNH KHÁC Ngoài ứng dụng kỹ thuật chế biến bảo quản thực phẩm, kỹ thuật lạnh ứng dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật khác Dưới ứng dụng thông dụng Ứng dụng sản xuất bia, nước Bia sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận cách lên men rượu nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch vv ), nước hoa húp lơng Qui trình cơng nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh đảm bảo yêu cầu Đối với nhà máy sản xuất bia đại, lạnh sử dụng khâu cụ thể sau: Sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau nấu Dịch đường sau q trình húp lơng hố có nhiệt độ khoảng 80oC cần phải tiến hành hạ nhiệt độ cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6đến8oC Tốc độ làm lạnh khoảng 30đến45 phút Nếu làm lạnh chậm số chủng vi sinh vật có hại cho trình lên men kịp phát triển làm giảm chất lượng bia Để làm lạnh dịch đường người ta sử dụng thiết bị làm lạnh nhanh Quá trình thực qua hai giai đoạn: - Dùng nước 1oC hạ nhiệt độ dịch đường từ 80oC xuống khoảng 20oC 7/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN - Sử dụng glycol (hoặc nước muối) có nhiệt độ thấp khoảng -8oC để hạ nhiệt độ dịch đường từ 20oC xuống 8oC Kỹ thuật lạnh đại sử dụng glycol để làm lạnh nước muối gây ăn mịn hư hỏng thiết bị điện Như q trình hạ nhiệt địi hỏi phải sử dụng lượng lạnh lớn Tính trung bình nhà máy bia cơng suất 50 triệu lít/năm ngày phải nấu khoảng 180m3 dịch đường Lượng lạnh dùng để hạ nhiệt lớn Quá trình lên men bia Quá trình lên men bia thực phạm vi nhiệt độ định khoảng 6đến8oC Quá trình lên men giai đoạn định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia tác động nấm men thông qua hoạt động sống chúng Trong trình lên men dung dịch toả lượng nhiệt lớn Quá trình lên men đường houblon hoá diễn qua hai giai đoạn: - Lên men chính: Kéo dài từ đến 12 ngày loại bia vàng 12 đến 18 ngày loại bia đen Nhiệt độ lên men đến 8oC - Lên men phụ tàng trữ: Kéo dài tuần tất loại bia Nhiệt độ lên men phụ đến 2oC Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến trình lên men chất lượng sản phẩm Khi nhiệt độ cao dẫn đến tác động sau: + Thời gian lên men nhanh + Mật độ tối đa đạt cao nhiệt độ thấp + Lên men triệt để hàm lượng sản phẩm bậc hai (đặc biệt diaxetyl) tạo nhiều + Lượng sinh khối tạo nhiều lượng tế bào chết lại nhiều tốc độ suy giảm đặc tính cơng nghệ nhanh + Tỷ lệ cấu tử bia không cân đối, chất lượng bia giảm Mỗi loại nấm men có nhiệt độ thích hợp cho phát triển lên men Khi không đảm bảo yêu cầu nhiệt độ kết nhận chất lượng 8/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bảo quản nhân men giống Một khâu vô quan trọng cần lạnh nhà máy bia khâu bảo quản nhân men giống Men giống bảo quản tank đặc biệt nhiệt độ thấp Tank có cấu tạo tương tự tank lên men, có thân hình trụ bên ngồi có áo dẫn glycol làm lạnh Tuy nhiên kích thước tank men nhỏ tank lên men nhiều, nên lượng lạnh cần thiết cho tank men giống không lớn Làm lạnh đông CO2 Trong trình lên men nhờ trình thuỷ phân mà tank lên men sinh nhiều khí CO2 Q trình phát sinh khí CO2 thể phản ứng Kết cuối q trình chuyển hố (lên men) từ đường hexoza đến rượu etylic khí cácbonic biểu diễn phương trình tổng quát Gay - Lussac sau: Khí CO2 lại cần cho qui trình cơng nghệ bia khâu chiết rót xử lý cơng nghệ tank lên men Khí CO2 từ tank lên men trình sinh hoá cần phải thu hồi, bảo quản để sử dụng vào dây chuyền công nghệ Để bảo quản CO2 tốt thể lỏng, nhiệt độ bình thường áp suất ngưng tụ CO2 đạt gần 100at Vì để giảm áp suất bảo quản CO2 xuống áp suất 20 kG/ cm2 cần thiết phải hạ nhiệt độ bảo quản xuống thấp cỡ -30 đến -35oC Dưới trình bày sơ đồ làm lạnh CO2: Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu hồi CO 9/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Làm lạnh nước 1oC Nước lạnh sử dụng nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau houblon hoá đến khoảng 20oC Việc sử dụng nước 1oC giải pháp hữu hiệu kinh tế nhà máy bia đại Phụ tải nhiệt mẻ nấu theo thời gian ngày khơng liên tực mà có dạng hình xung Khi mẻ nấu hoàn thành yêu cầu phải tiến hành làm lạnh nhanh Rõ ròng sử dụng làm lạnh trực tiếp cơng suất máy lạnh lớn Việc sử dụng nước lạnh 1oC để hạ lạnh nhanh dịch đường cho phép trữ lượng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đường mẻ nấu cách nhanh chóng Điều cho phép khơng cần có hệ thống lạnh lớn đảm bảo yêu cầu Nước làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1oC qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men điều hồ Trong số nhà máy cơng nghệ cũ, bia bảo quản lạnh hầm làm lạnh, trường hợp cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm bảo quản Có thể sử dụng lạnh glycol để điều hồ khơng khí số khu vực định nhà máy, phòng bảo quản hoa vv Ứng dụng cơng nghiệp hố chất Trong cơng nghiệp hố chất hố lỏng chất khí sản phẩm cơng nghiệp hố học clo, amơniắc, cacbonnic, sunfuarơ, loại chất đốt, khí sinh học vv Hố lỏng tách chất khí từ khơng khí ngành cơng nghiệp quan trọng, có ý nghĩa vơ to lớn với ngành luyện kim, chế tạo máy, y học, ngành sản xuất chế tạo khí, phân đạm, chất tải lạnh vv Các loạt khí trơ nêơn, agơn vv sử dụng cơng nghiệp hố chất sản xuất bóng đèn Việc sản xuất vải sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh hỗ trợ tích cực kỹ thuật lạnh Thí dụ quy trình sản xuất tơ nhân tạo người ta phải làm lạnh bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp yêu cầu cơng nghệ chất lượng đảm bảo Cao su chất dẻo hạ nhiệt độ xuống thấp trở nên dòn dễ vỡ thuỷ tinh Nhờ đặc tính người ta chế tạo cao su bột Khi hoà trộn với bột sắt để tạo nên cao su từ tính hồ trộn với phụ gia đạt độ đồng cao Trong cơng nghiệp hố chất sử dụng lạnh nhiều quy trình sản xuất khác để tạo nhiệt độ lạnh thích hợp cho hố chất 10/21 VAI TRỊ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Tách chất từ hỗn hợp Hỗn hợp khí - Tách hỗn hợp khí - chủ yếu phương pháp ngưng tụ Mục đích để sản xuất khí tinh khiết Trường hợp thường gặp cần tách chất khí trình cracking dầu mỏ Trong trình phân tử hyđrô cacbon lớn tác dụng áp suất nhiệt độ cao chất xúc tác tách thành phân tử nhỏ Hỗn hợp khí thu gồm hai nhóm chính: Mê tan hyđrô cacbon nhẹ êtan với hyđrô cacbon nặng Việc tách hai nhóm chất thực nhờ ngưng tụ sau chưng cất áp suất từ 10đến35 bar nhiệt độ tới -100oC với êtylen môi chất lạnh Sản phẩm thu êtylen, propylen ơlefin khác Êtylen sản xuất phương pháp từ khí lị cốc Để sản xuất polyêtylen cần có êtylen với độ ngun chất cao thành phần axêtylen khí thô cần phải ngưng tụ để tách Amôniắc sản xuất phương pháp ngưng tụ hổn hợp khí lị Để ngưng tụ NH3 cần có nhiệt độ -50 đến -60oC Trong thiết bị chiết suất làm việc với hexan dung môi, hexan ngưng tụ từ khơng khí thu hồi lại Đối với khí thiên nhiên để đem sử dụng cần thiết phải khử hiđrơ sunfua, q trình khử thực phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp Mức độ hoà tan khí CO2, H2S nhiều loại chất khí khác vào metanol phụ thuộc vào nhiệt độ nhiều Nhiệt độ thấp metanol có khả hấp thụ chất lớn Ứng dụng tính chất người ta sử dụng metanol để rửa làm chất khí thơ áp suất cao Q trình rửa thực áp suất 20 bar nhiệt độ -75oC Khi hấp thụ CO2, nhiệt độ metanol tăng từ -75oC lên -20oC Sau giãn nở, CO2 bay nhiệt độ mêtanol giảm từ -20oC xuống -75oC cũ Với nhiệt độ thấp mêtanol lại bơm lại tháp rửa Phương pháp áp dụng để hấp thụ axêtylen công nghệ sản xuất axêtylen từ khí pyrolyse Hỗn hợp lỏng Rất nhiều hỗn hợp lỏng có nhiệt độ sơi thành phần gần nên tách chất chưng cất khó khăn Ngược lại nhiệt độ đông đặc chúng cách 11/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN tương đối xa cho phép dễ dàng tách chúng phương pháp tinh thể hoá phân đoạn Ví dụ trường hợp xylol thơ, có chứa mêta-, ortho- paraxylol, etylbenzol hiđrơ cacbon khác Sản phẩm paraxylol, nguyên liệu để sản xuất sợi tổng hợp polyester Trong trình này, chủ yếu paraxylol kết tinh khỏi xylol thô cách làm lạnh gián tiếp thiết bị kết tinh kiểu nạo Môi chất lạnh trường hợp R13, nhiệt độ sôi khoảng -80oC Phương pháp kết tinh để thu paraxylol sử dụng cacbonic lỏng bay trực tiếp nhiệt độ -60oC đến -65oC Phương pháp phun môi chất lạnh lỏng trực tiếp vào thiết bị kết tinh sử dụng để sản xuất phân bón hố học nitrophotphat Phương pháp làm lạnh gián tiếp qua ống xoắn ruột gà, hệ số toả nhiệt bị giảm mạnh tinh thể bám vào bề mặt trao đổi nhiệt Nếu phân phối môi chất lạnh lỏng, butan propan từ phía để làm lạnh trực tiếp thùng kết tinh có tác dụng tốt mặt làm lạnh mặt kết tinh chất lỏng hố tạo thành bọt khí lên làm chất lỏng bị xáo động mạnh, hệ số toả nhiệt lớn Trong công nghiệp lọc dầu theo phương pháp Edeleanu hyđrô cacbon giàu cacbon bị loại bỏ SO2 lỏng nhiệt độ khoảng -10oC SO2 có khả hoà tan chọn lọc Tách parafin khỏi dầu ứng dụng khác kỹ thuật lạnh công nghiệp lọc dầu Để tách parafin người ta sử dụng dung mơi pha lỗng dầu sau làm lạnh thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu nạo nhiệt độ khoảng -30oC Điều khiển tốc độ phản ứng Một số phản ứng toả nhiệt xảy cách chậm chạp phải có phương pháp thải nhiệt cho phản ứng cần làm lạnh sơ chất lỏng tham gia phản ứng Ví dụ q trình sản xuất xà phòng chất tẩy rửa cần làm lạnh dung dịch kiềm natri xuống khoảng +10oC đủ Đôi làm lạnh trực tiếp nước đá mang lại hiệu định Ví dụ q trình sản xuất chất màu tổng hợp gốc nitơ người ta cho kg nước đá vào kg sản phẩm tham gia phản ứng, phản ứng tiến hành nhanh chóng làm lạnh đặn Trong việc tổng hợp vi tamin A, phản ứng xảy vài phần trăm giây nhiệt độ phịng Vì khoảng thời gian q ngắn khơng có khả thải nhiệt cho phản ứng nên người ta tiến hành phản ứng nhiệt độ thấp Ví dụ cho phản ứng -55oC thời gian phản ứng kéo dài đến 01 phút Nhiệt toả từ phản ứng thải chủ yếu nhờ bay amơniắc Amơniắc đóng vai trị chất dung mơi thùng 12/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN phản ứng Ngoài ra, thùng phản ứng cịn làm vỏ từ ngồi thùng làm lạnh amôniắc Trong công nghệ sản xuất cao su tổng hợp người ta đưa thẳng môi chất lạnh vào thùng phản ứng tuỳ theo sản phẩm mà yêu cầu nhiệt độ lạnh khác thùng phản ứng Ví dụ polyme hố hỗn hợp isobutylen isobutylen-isopren người ta cho etylen lỏng chảy vào thùng phản ứng Trong q trình polyme hố êtylen lỏng bay trì nhiệt độ cần thiết phản ứng nhiệt độ khoảng -100oC Hơi êtylen máy lạnh hoá lỏng trở lại làm qua chưng cất Thiết bị hoá lỏng etylen thường sử dụng propan làm môi chất lạnh Trong trường hợp khác, thùng phản ứng cần làm lạnh từ ngồi amơniắc lỏng sơi thùng hai vỏ Khi polyme hố nhiệt độ thấp, tính chất sản phẩm cải thiện Ví dụ sợi nhân tạo PVC khơng bị co ngót nước nóng polyme hố -20 đến -60oC Lưu kho vận chuyển hoá chất Các loại hoá chất Các sản phẩm hút ẩm phải bảo quản phòng nhiệt độ thấp để chúng khơng bị hút ẩm Ví dụ phân bón nhân tạo cần có hạt urê bề mặt nhẵn bóng rắn đường kính 1,5 đến 2mm, dễ lắc Nếu bảo quản hạt urê khơng khí ẩm chúng hút ẩm khơng khí dính kết vào Trong công nghiệp chất dẻo người ta thường sử dụng loại axít acryl Hố chất gây cháy nổ polyme hoá nhiệt độ thường Khi bảo quản lạnh tránh nguy cháy nổ Axêtylen chun chở thuận lợi nhiều hồ tan vào dung mơi axêtơn nhiệt độ thấp Ví dụ nhiệt độ -80oC hồ tan 2000m3 tiêu chuẩn axêtylen vào 1m3 axêtôn Bảo quản diboran B2H6 lỏng thuận lợi sau hoá lỏng áp suất 8,5 bar nhiệt độ -60oC Khí hố lỏng Hố lỏng, lưu giữ vận chuyển khí đốt thiên nhiên khí mỏ thuộc lĩnh vực kỹ thuật cr, điểm qua ngắn gọn Khí thiên nhiên chủ yếu mê tan, sôi -161oC có nhiệt lượng lớn hẳn khí thành phố Vì khơng để lại cặn cháy, khí thiên nhiên coi nhiên liệu thích hợp cho động đốt Các nguồn khí mỏ tìm thấy nhiều nước giới 13/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Từ nơi khai thác biển, khí mỏ đưa vào đất liền đến nới tiêu thụ đường ống Để vận chuyển đường biển khí cần hố lỏng nhờ làm lạnh Do khí thiên nhiên có áp suất cao khai thác từ mũi khoan nên dãn nở ống xoắn để sản xuất lạnh mà khơng tốn Có nhiều phương pháp hố lỏng khí thiên nhiên Phương pháp ứng dụng rộng rãi phương pháp làm lạnh nhờ máy ghép tầng, cấp mơi chất lạnh etylen propan Có thể sử dụng phương pháp làm lạnh gián tiếp để hoá lỏng khí thiên nhiên Một phương pháp làm lạnh gián tiếp nén khí lên áp suất tới hạn sau đưa vào làm lạnh gián tiếp mơi chất lạnh, ví dụ êtan Sau khí dãn nở phần khí hố lỏng Hình 1-2 giới thiệu chu trình hố lỏng khí thiên nhiên máy lạnh ghép tầng Chu trình cổ điển thơng dụng (hình 1-2a) có nhược điểm q nhiều thiết bị với nhiều loại máy nén, thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống vv làm cho công tác vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa gặp khó khăn, đặc biệt tải dao động việc hút lạnh máy nén Cơng việc tự động hố gặp khó khăn 1-Khí thiên nhiên vào; 2- Máy nén khí thiên nhiên; 3- Máy nén lạnh; 4- Máy nén lạnh hỗn hợp mơi chất; 5- Bình ngưng; 6- Thiết bị trao đổi nhiệt; 7- Van tiết lưu Hình 1-2: Chu trình ghép tầng hố lỏng khí thiên nhiên 14/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Một giải pháp tích cực ứng dụng hỗn hợp môi chất lạnh viết tắt phương pháp ARC (Auto-Refrigerated Cascade) Hỗn hợp môi chất lạnh gồm nitơ, mêtan, êtan, propan butan nén máy nén hoá lỏng theo thứ tự thành phần Bằng cách tiết lưu cho bay thành phần khí thiên nhiên làm lạnh dần đến 120oK hoá lỏng phần qua tiết lưu Hiện nhiều nhà máy hố lỏng khí thiên nhiên có suất lớn làm việc theo phương pháp ARC Ví dụ nhà máy hố lỏng khí Badak (Inđơnêxia) có suất 250.000m3 tiêu chuẩn nhà máy hố lỏng Arzew (Angiêri) có suất 1.200.000 m3/h Khí thiên nhiên hố lỏng ký hiệu LNG (Liquefied Natural Gas) có nhiệt độ sơi áp suất khí khoảng -160oC, khí hố lỏng cần chứa vận chuyển bình cách nhiệt tốt Người ta bảo quản khí hố lỏng đất đơng cứng Phương pháp tỏ có hiệu kinh tế Bình chứa đặt đất đơng cứng sử dụng có sức chứa lên tới 40.000 m3 Khí hố lỏng từ dầu thơ LPG (Liquefied Petroleum Gas) có nhiệt độ sơi áp suất khí cao nhiều Khí PLG sản phẩm thu chế biến dầu thô bao gồm chủ yếu thành phần propan, n-butan isobutan Các chất thể khí nhiệt độ môi trường cần nén lên áp suất vừa phải chúng hố lỏng nhiệt độ tới hạn chúng lớn nhiệt độ môi trường nhiều Các khí lỏng bảo quản vận chuyển bình Ngày người ta gọi nhiều khí có nhiệt độ tới hạn cao nhiệt độ mơi trường, hố lỏng khí hố lỏng amơniắc, butadien, clo vv Trong bình kín chứa khí lỏng, lỏng trạng thái cân bằng, áp suất bình phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Trong vận chuyển khí lỏng người ta phân biệt ba loại áp suất: áp suất đầy, áp suất giảm áp suất khí Chuyên chở với áp suất đầy nghĩa chai không làm lạnh, áp suất chai áp suất bão hồ tương ứng với nhiệt độ mơi trường Các chai thường thiết kế cho áp suất cao lên tới 17 bar, nghĩa chuyên chở propan, nhiệt độ ngồi trời lên tới khoảng 45oC Hình dáng bình chứa khác thơng thường có dạng hình trụ nằm đặt đứng (đặt khoang tàu thuỷ), đơi hình cầu Các bình chứa nặng nên thường chế tạo không 1000 Tấn Chuyên chở với kiểu áp suất giảm thuận lợi áp suất bình khơng q cao phải có hệ thống làm lạnh kèm theo Các bình khí hố lỏng làm lạnh đến nhiệt độ thuận lợi để áp suất bình khơng q cao Do làm lạnh nên bình chứa phải bọc cách nhiệt để giữ lạnh Do khối lượng riêng nhiệt độ thấp lớn nên với thể tích bình, phương pháp áp suất giảm chứa nhiều 15/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN khí hố lỏng Các bình chứa áp suất giảm thiết kế cho áp suất tối đa 10 bar Nhiệt độ thấp cho phép tuỳ theo vật liệu chế tạo mà tiêu chuẩn cho phép Do có tổn thất qua lớp cách nhiệt bình nên để trì áp suất bình cần trang bị hệ thống lạnh tiến hành tái làm lạnh khí hố lỏng hình 1-3 1- Bình chứa khí hố lỏng; 2- Máy nén; 3- Bình tái ngưng tụ; 4- Van tiết lưu Hình 1-3: Sơ đồ tái hố lỏng khí thiên nhiên Trên sơ đồ này, phần lỏng hoá máy nén hút nén lên áp suất nhiệt độ cao, sau đưa vào bình tái ngưng tụ để ngưng lại thành lỏng, lỏng tiết lưu để giảm áp suất nhiệt độ xuống áp suất nhiệt độ bình Để tránh làm bẩn khí lỏng bình dầu bơi trơn máy nén lẫn vào, người ta sử dụng máy nén khơng cần dầu bơi trơn Đề phịng trường hợp có khí khơng ngưng bình chứa cần có thiết bị xả khí khơng ngưng Chun chở khí lỏng với áp suất khí cịn gọi chun chở khí lỏng làm lạnh hồn tồn Áp suất bình cao áp suất khí tối đa 0,3 bar Nhiệt độ khí hố lỏng bình gần nhiệt độ bão hồ theo áp suất khí hay nhiệt độ sơi áp suất thường bình chứa cần bọc cách nhiệt tốt Do khơng chịu áp lực nên vách bình khơng cần dày hình dáng tuỳ theo kho chứa khoang tàu thuỷ Thực tế cho thấy máy lạnh lắp đặt tàu đất liền để làm lạnh phần làm lạnh hồn tồn khí lỏng bình chứa tiêu tốn lượng lớn nhiều lần phương pháp tái hoá lỏng Để làm lạnh khí lỏng đến -50oC cần máy lạnh hai cấp với khí lỏng đồng thời làm mơi chất lạnh Khi chuyên chở êtylen lỏng nhiệt độ -100oC cần trang bị máy lạnh 16/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN ghép tầng, tầng lấy êtylen tầng lấy R22 làm môi chất lạnh Nếu chọn R13B1 bình bay ghép tầng làm việc với áp suất chân không Ứng dụng điều hồ khơng khí Ngày kỹ thuật điều hoà sử dụng rộng rãi đời sống công nghiệp Khâu quan trọng hệ thống điều hồ khơng khí hệ thống lạnh Máy lạnh sử dụng để xử lý nhiệt ẩm khơng khí trước cấp vào phịng Máy lạnh không sử dụng để làm lạnh mùa hè mà đảo chiều để sưởi ấm mùa đơng Điều hồ khơng khí sử dụng với mục đích: - Phục vụ sống tiện nghi người (Hệ thống điều hoà đời sống, dân dụng) - Phục vụ trình sản xuất (Hệ thống điều hồ cơng nghiệp) Các hệ thống điều hoà đời sống dân dụng Hiện hệ thống điều hoà sử dụng rộng rãi hộ gia đình, cơng sở, quan, nhà máy, xí nghiệp, khách sạn, ngân hàng, nhà thi đấu thể thao, hội trường, rạp chiếu bóng, rạp hát vv nhằm phục vụ sống tiện nghi người Nhiệt độ thích hợp người khoảng từ 22oC đến 29oC Tuy nhiên khí hậu quanh năm luôn thay đổi, mùa hè nước ta nhiều nơi nhiệt độ đạt 40oC Làm việc điều kiện khó chịu ảnh hưởng định đến hiệu chất lượng cơng việc Ngược lại mùa đơng, nhiệt độ hạ xuống 10oC Hiện người ta sử dụng nhiều hệ thống điều hoà khác đời sống như: Máy điều hoà dạng cửa sổ, máy điều hoà mãnh, máy điều hoà kiểu VRV, máy điều hoà làm lạnh nước máy điều hoà trung tâm Đối với hộ gia đình, thích hợp máy điều hồ cơng suất nhỏ loại cửa sổ máy điều hoà mãnh Các hệ thống điều hồ cơng nghiệp Trong nhiều ngành cơng nghiệp để sản xuất sản phẩm có chất lượng kỹ thuật cao địi hỏi phải trì nhiệt độ, độ ẩm giới hạn định Ví dụ ngành khí xác, thiết bị quang học, công nghiệp bánh kẹo, ngành điện tử vv… 17/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Trong ngành công nghiệp nhẹ điều hồ khơng khí sử dụng nhiều công nghiệp dệt, công nghiệp thuốc vv Mỗi loại sản phẩm đòi hỏi sản xuất điều kiện nhiệt độ, độ ẩm khác nhau, ví dụ như: - Kẹo sôcôla: đến oC - Kẹo cao su: 20oC - Bảo quản rau : 10oC - Đo lường xác: 20 đến 24 oC - Cơng nghiệp dệt: 20 đến 32oC - Chế biến thực phẩm: Nhiệt độ thấp tốt, khoảng 5đến10oC Các hệ thống điều hồ khơng khí cơng nghiệp chủ yếu hệ thống công suất lớn kiểu VRV, máy điều hoà làm lạnh nước máy điều hoà trung tâm Ứng dụng siêu dẫn Một ứng dụng quan trọng kỹ thuật lạnh sử dụng kỹ thuật siêu dẫn Người ta nhận thấy làm lạnh chất dẫn điện xuống nhiệt độ thấp điện trở Thơng thường nhiệt độ thấp Khi dây đạt nhiệt độ siêu dẫn sử dụng vật liệu dẫn điện mà không gây tổn thất điện đường dây Trong trường hợp ứng dụng để tạo nam châm cực lớn máy gia tốc nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, đệm từ cho tàu cao tốc, nam châm điện cầu cảng vv… Ngày phịng thí nghiệm người ta nghiên cứu hợp kim đạt trạng thái siêu dẫn nhiệt độ cao, mở triển vọng ứng dụng rộng rãi kỹ thuật siêu dẫn Ứng dụng y tế sinh học cryô Ứng dụng y tế Các ứng dụng kỹ thuật lạnh y tế phong phú, từ việc điều hoà bệnh viện, bảo quản thuốc buồng lạnh, đến bảo quản phận thể 18/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bảo quản máu phận cấy ghép Ngày nay, bệnh viện nhu cầu máu cao Máu bảo quản tủ lạnh có nhiệt độ +4oC Tuy nhiên thời gian bảo quản bị hạn chế vài tuần lễ, sau bắt đầu trình tan rã hồng cầu (quá trình hemolyse) Để bảo quản lâu vài tháng cần tách plasma khỏi hồng cầu Các phận xương dùng cấy ghép cần trì tủ lạnh nhiệt độ thấp, nhiệt độ bảo quản thấp thời gian bảo quản lâu Ở nhiệt độ +2 đến +4oC thời gian bảo quản từ đến hai tuần, nhiệt độ -18oC giữ tuần Hiện người ta bảo quản xương, phận cấy ghép -70oC Các phận cấy ghép bảo quản phương pháp sấy thăng hoa Như không cần bảo quản vận chuyển lạnh Phương pháp sấy thăng hoa giữ vị trí quan trọng kỹ thuật bảo quản phận cấy ghép lên thể Ngày nay, giới phát triển mạnh ngành vi phẩu thuật, để giải tốt hàng loạt ca phức tạp ghép dây thần kinh, ghép nối mạch máu, can thiệp trực tiếp vào túi phồng mạch máu não, nối mạch máu da đầu mạng lưới huyết quản nuôi dưỡng não, tái lập lưu thông hệ thống động mạch vành tim vv… việc bảo quản sẵn sàng phẩm vật sinh học để kịp thời thay nhu cầu cấp thiết Một số thuốc q địi hỏi bảo quản nhiệt độ từ –15oC đến –25oC, ví dụ cao gan, sữa ong chúa, loại thuốc kháng sinh, vv Hầu hết thuốc lại cần phải bảo quản điều kiện nhiệt độ thấp Hạ thân nhiệt nhân tạo Trong y tế người ta sử dụng lạnh phẩu thuật với mục đích chủ yếu sau: - Làm lạnh cục nơi phẩu thuật để gây tê, giảm đau cho bệnh nhân - Giảm trao đổi chất để ngừng vịng tuần hồn máu phẩu thuật - Gây ngủ nhân tạo, để phẩu thuật - Ướp xác chết phục vụ khám, xét nghiệm tử thi chờ mai táng Trong khoa hàm mặt người ta sử dụng dao mổ lạnh chuyên dùng, có tác dụng làm giảm đau nhổ Trong khoa mắt người ta sử dụng kỹ thuật lạnh đông để lấy thuỷ tinh thể bị đục khỏi mắt hiệu chữa bệnh nâng lên cao Đối 19/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN với bệnh nhân ung thư, người ta dùng N2 lỏng đạt nhiệt độ –196oC bơm bào khối ung thư để diệt mô ung thư loại trừ hồn tồn khả lan truyền tế bào ung thư thể Dùng dụng cụ âm sâu cho phép khử u ác tính vị trí khó phẩu thuật thể, loại trừ khả di căn, hạn chế đau đớn Một số động vật có giấc ngủ đông khoảng thời gian lâu mà trì sống Muốn động vật thường hạ thân nhiệt xuống nhiệt độ thấp, xấp xỉ nhiệt độ môi trường để giảm trao đổi chất thể Con người giảm thân nhiệt nhân tạo, trao đổi chất thể giảm xuống đáng kể, nhịp đập tim giảm xuống Giảm trao đổi chất thể qua giảm tiêu hao ôxi cần thiết mổ tim Trong suốt q trình mổ tim, vịng tuần hồn máu phải ngừng hoạt động không gây tổn hại Ngay nhiệt độ thể 28oC dừng tuần hồn máu thời gian phút để tiến hành mổ tim Để làm lạnh (hạ thân nhiệt) bệnh nhân gây mê tiến hành theo nhiều cách, ví dụ nhúng vào hỗn hợp nước nước đá quấn quanh thân mền lạnh Từ cách thử nghiệm súc vật người ta xây dựng thiết bị dùng hạ thân nhiệt điều chỉnh dễ dàng Bệnh nhân đặt khoang nhỏ có gió lạnh lưu thơng, khoang làm chất dẻo suốt, bên bố trí dàn lạnh quạt gió Khơng khí làm lạnh xuống +4oC cửa vào Nhiệt độ gió điều chỉnh xuống -2oC Toàn thiết bị khác hệ thống lạnh máy nén, dàn nóng, tủ điện, đường ống bố trí phía hộp chất dẻo, tồn đặt xe nên di chuyển dễ dàng Ngồi để hạ thân nhiệt người ta cịn sử dụng phương pháp xạ, cách đặt bệnh nhân vào hộp, bề mặt xung quanh hộp làm lạnh sâu polyêtylen Nhiệt xạ từ thể bề mặt lạnh hấp thụ, giảm thành phần tổn thất lạnh đối lưu tượng ngưng tụ Trong ca mổ khó khăn địi hỏi thời gian mổ kéo dài, nhiệt độ thân nhiệt đòi hỏi hạ thấp nhiều Tuy nhiên hạ nhiệt độ xuống thấp 28 đến 26oC có nhiều nguy đưa tim hoạt động trở lại Vì người ta sử dụng phương pháp khác Trong trường hợp người ta sử dụng phương pháp làm lạnh riêng vịng tuần hồn máu Máu đưa vào ống xoắn đặt dung dịch chất lỏng lạnh bơm máu (thay chức tim) bơm tuần hồn bình thường Tim đưa khỏi vịng tuần hồn để mổ Bằng phương pháp này, người ta đưa thân nhiệt xuống đến 13oC chí thấp Tốc độ làm lạnh phù hợp ghi nhận 1K/phút Làm lạnh máu tiến hành gián tiếp qua nước lạnh để đề phòng trường hợp nhiệt độ máu giảm xuống 2oC Nước lạnh sản xuất máy làm lạnh nước có phủ băng để giữ nhiệt độ khơng đổi 20/21 VAI TRỊ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN chảy vào bình làm lạnh máu Trong trình làm ấm sau mổ nước nóng có nhiệt độ 42oC cho chảy vào bình trao đổi nhiệt để làm ấm máu Kỹ thuật cr Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trị quan trọng nơng, lâm nghiệp, sinh học, vi sinh vv Kỹ thuật lạnh thâm độ gọi kỹ thuật cryô (-80đến-196oC) hổ trợ đắc lực cho việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông, gây đột biến kỹ thuật khác lai tạo giống Nhờ kỹ thuật cr mà từ bị đực người ta thụ tinh cho hàng vạn khác nhau, sau chết hàng chục năm Ở Mỹ có hàng chục bệnh nhân bị chứng bệnh nan y ướp sống chờ đến người có khả chữa trị bệnh từ người bệnh, người ta phục hồi lại bệnh nhân sống lại Nếu thành cơng ngừng sống thời gian định Tuy nhiên, vấn đề kỹ thuật chưa giải được, tế bào thần kinh động vật máu nóng khơng thích hợp với mơi trường lạnh nên xác ướp làm sống lại tâm tư tình cảm hồn tồn thay đổi Đây nguyên nhân hạn chế phát triển kỹ thuật ướp xác sống lạnh sâu 21/21 ... quản 3/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông Xử lý lạnh làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu... -35oC Dưới trình bày sơ đồ làm lạnh CO2: Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu hồi CO 9/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Làm lạnh nước 1oC Nước lạnh sử dụng nhà máy bia với... ngắn thời gian gia lạnh Sản phẩm gia lạnh xong phải thu dọn xếp vào vị trí hợp lý buồng để tiếp tục gia lạnh đợt 6/21 VAI TRÒ CÁC HỆ THỐNG LẠNH TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN Bảng 1-5 Các thông số phương