Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu hồi CO 2 1.2.1.5. Làm lạnh nớc 1 o C Nớc lạnh đợc sử dụng trong nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt đợc sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đờng sau khi đợc houblon hoá đến khoảng 20 o C. Việc sử dụng nớc 1 o C là một giải pháp rất hữu hiệu và kinh tế trong các nhà máy bia hiện đại. Phụ tải nhiệt của các mẻ nấu theo thời gian trong ngày không đều và liên tực mà có dạng hình xung. Khi các mẻ nấu hoàn thành yêu cầu phải tiến hành làm lạnh rất nhanh. Rõ ròng nếu sử dụng làm lạnh trực tiếp thì công suất máy lạnh sẽ rất lớn. Việc sử dụng nớc lạnh 1 o C để hạ lạnh nhanh dịch đờng cho phép trữ một lợng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đờng của các mẻ nấu một cách nhanh chóng. Điều này cho phép không cần có hệ thống lạnh lớn nhng vẫn đảm bảo yêu cầu. Nớc đợc làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1 o C qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản. 1.2.1.6. Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men và điều hoà Trong một số nhà máy công nghệ cũ, bia đợc bảo quản lạnh trong các hầm làm lạnh, trong trờng hợp này cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm bảo quản. 12 Có thể sử dụng lạnh của glycol để điều hoà không khí trong một số khu vực nhất định của nhà máy, các phòng bảo quản hoa vv 1.2.2 ứng dụng trong công nghiệp hoá chất Trong công nghiệp hoá chất nh hoá lỏng các chất khí là sản phẩm của công nghiệp hoá học nh clo, amôniắc, cacbonnic, sunfuarơ, các loại chất đốt, các khí sinh học vv Hoá lỏng và tách các chất khí từ không khí là một ngành công nghiệp hết sức quan trọng, có ý nghĩa vô cùng to lớn với ngành luyện kim, chế tạo máy, y học, ngành sản xuất chế tạo cơ khí, phân đạm, chất tải lạnh vv Các loạt khí trơ nh nêôn, agôn vv đợc sử dụng trong công nghiệp hoá chất và sản xuất bóng đèn. Việc sản xuất vải sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh đợc sự hỗ trợ tích cực của kỹ thuật lạnh. Thí dụ trong quy trình sản xuất tơ nhân tạo ngời ta phải làm lạnh bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp đúng yêu cầu công nghệ thì chất lợng mới đảm bảo. Cao su và các chất dẻo khi hạ nhiệt độ xuống thấp sẽ trở nên dòn và dễ vỡ nh thuỷ tinh. Nhờ đặc tính này ngời ta có thể chế tạo đợc cao su bột. Khi hoà trộn với bột sắt để tạo nên cao su từ tính hoặc hoà trộn với phụ gia nào đó có thể đạt đợc độ đồng đều rất cao. Trong công nghiệp hoá chất cũng sử dụng lạnh rất nhiều trong các quy trình sản xuất khác nhau để tạo ra nhiệt độ lạnh thích hợp nhất cho từng hoá chất. 1.2.2.1 Tách các chất từ các hỗn hợp 1. Hỗn hợp khí - hơi Tách hỗn hợp khí - hơi chủ yếu bằng phơng pháp ngng tụ hơi. Mục đích là để sản xuất hơi hoặc khí tinh khiết. Trờng hợp này thờng gặp khi cần tách các chất khí trong quá trình cracking dầu mỏ. Trong quá trình này các phân tử hyđrô cacbon lớn dới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao cùng các chất xúc tác đợc tách ra thành các phân tử nhỏ. Hỗn hợp khí thu đợc gồm hai nhóm chính: Mê tan cùng các hyđrô cacbon nhẹ và êtan với các hyđrô cacbon nặng. Việc tách hai nhóm các chất đó đợc thực hiện nhờ ngng tụ và sau đó chng cất dới áp suất từ 10ữ35 bar và nhiệt độ tới -100 o C với êtylen là môi chất lạnh. Sản phẩm thu đợc là êtylen, propylen và các ôlefin khác nhau. Êtylen cũng có thể sản xuất bằng 13 phơng pháp này từ khí lò cốc. Để sản xuất polyêtylen cần có êtylen với độ nguyên chất cao do đó thành phần axêtylen trong khí thô cần phải đợc ngng tụ để tách ra. Amôniắc cũng có thể sản xuất bằng phơng pháp ngng tụ hổn hợp khí lò. Để có thể ngng tụ hơi NH 3 cần có nhiệt độ -50 đến -60 o C. Trong thiết bị chiết suất làm việc với hexan là dung môi, thì hexan đợc ngng tụ từ không khí và đợc thu hồi lại. Đối với khí thiên nhiên để đem sử dụng cần thiết phải khử hiđrô sunfua, quá trình khử đó cũng đợc thực hiện bằng phơng pháp ngng tụ ở nhiệt độ thấp. Mức độ hoà tan của các khí CO 2 , H 2 S và nhiều loại chất khí khác vào metanol phụ thuộc vào nhiệt độ rất nhiều. Nhiệt độ càng thấp metanol có khả năng hấp thụ các chất đó càng lớn. ứng dụng các tính chất đó ngời ta sử dụng metanol để rửa và làm sạch các chất khí thô ở áp suất cao. Quá trình rửa thực hiện ở áp suất 20 bar và nhiệt độ - 75 o C. Khi hấp thụ CO 2 , nhiệt độ metanol tăng từ -75 o C lên -20 o C. Sau khi giãn nở, CO 2 bay hơi và nhiệt độ mêtanol giảm từ -20 o C xuống - 75 o C nh cũ. Với nhiệt độ thấp nh vậy mêtanol lại đợc bơm lại tháp rửa. Phơng pháp này cũng có thể áp dụng để hấp thụ axêtylen trong công nghệ sản xuất axêtylen từ các khí pyrolyse. 2. Hỗn hợp lỏng Rất nhiều hỗn hợp lỏng có các nhiệt độ sôi của các thành phần rất gần nhau nên tách các chất đó bằng chng cất rất khó khăn. Ngợc lại nhiệt độ đông đặc của chúng cách nhau tơng đối xa cho phép có thể dễ dàng tách chúng bằng phơng pháp tinh thể hoá phân đoạn. Ví dụ đối với trờng hợp xylol thô, trong đó có chứa mêta-, ortho- và paraxylol, etylbenzol và các hiđrô cacbon khác. Sản phẩm chính là paraxylol, nguyên liệu chính để sản xuất sợi tổng hợp polyester. Trong quá trình này, chủ yếu paraxylol đợc kết tinh ra khỏi xylol thô bằng cách làm lạnh gián tiếp trong thiết bị kết tinh kiểu nạo. Môi chất lạnh trong trờng hợp này là R 13 , nhiệt độ sôi khoảng -80 o C. Phơng pháp kết tinh mới để thu paraxylol là sử dụng cacbonic lỏng bay hơi trực tiếp ở nhiệt độ -60 o C đến -65 o C. Phơng pháp phun môi chất lạnh lỏng trực tiếp vào thiết bị kết tinh cũng đợc sử dụng để sản xuất phân bón hoá học nitrophotphat. 14 Phơng pháp làm lạnh gián tiếp qua một ống xoắn ruột gà, hệ số toả nhiệt sẽ bị giảm mạnh do các tinh thể bám vào bề mặt trao đổi nhiệt. Nếu phân phối đều môi chất lạnh lỏng, butan hoặc propan từ phía dới để làm lạnh trực tiếp thùng kết tinh có tác dụng rất tốt cả về mặt làm lạnh và cả về mặt kết tinh vì các chất lỏng hoá hơi tạo thành các bọt khí nổi lên trên làm chất lỏng bị xáo động mạnh, hệ số toả nhiệt lớn. Trong công nghiệp lọc dầu theo phơng pháp Edeleanu các hyđrô cacbon giàu cacbon bị loại bỏ bằng SO 2 lỏng ở nhiệt độ khoảng -10 o C do SO 2 có khả năng hoà tan chọn lọc. Tách parafin ra khỏi dầu cũng là một ứng dụng khác của kỹ thuật lạnh trong công nghiệp lọc dầu. Để tách parafin ngời ta sử dụng một dung môi pha loãng dầu sau đó làm lạnh trong thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu nạo ở nhiệt độ khoảng -30 o C. 1.2.2.2 Điều khiển tốc độ phản ứng Một số phản ứng toả nhiệt xảy ra một cách chậm chạp do đó phải có phơng pháp thải nhiệt cho phản ứng hoặc đôi khi chỉ cần làm lạnh sơ bộ các chất lỏng tham gia phản ứng. Ví dụ trong quá trình sản xuất xà phòng hoặc các chất tẩy rửa chỉ cần làm lạnh dung dịch kiềm natri xuống khoảng +10 o C là đủ. Đôi khi làm lạnh trực tiếp bằng nớc đá cũng mang lại hiệu quả nhất định. Ví dụ trong quá trình sản xuất các chất màu tổng hợp gốc nitơ ngời ta cho 4 kg nớc đá vào mỗi kg sản phẩm tham gia phản ứng, các phản ứng sẽ tiến hành nhanh chóng do đợc làm lạnh đều đặn. Trong việc tổng hợp vi tamin A, phản ứng xảy ra chỉ trong một vài phần trăm giây ở nhiệt độ trong phòng. Vì trong khoảng thời gian quá ngắn đó không có khả năng thải nhiệt cho phản ứng nên ngời ta tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp. Ví dụ khi cho phản ứng ở -55 o C thì thời gian phản ứng kéo dài đến 01 phút. Nhiệt toả ra từ phản ứng đợc thải đi chủ yếu nhờ bay hơi amôniắc. Amôniắc đóng vai trò chất dung môi trong thùng phản ứng. Ngoài ra, thùng phản ứng còn đợc làm 2 vỏ và từ ngoài thùng đợc làm lạnh bằng amôniắc. Trong công nghệ sản xuất cao su tổng hợp ngời ta cũng đa thẳng môi chất lạnh vào thùng phản ứng và tuỳ theo sản phẩm ra mà yêu cầu nhiệt độ lạnh khác nhau trong thùng phản ứng. Ví dụ khi polyme hoá hỗn hợp isobutylen và isobutylen-isopren ngời ta cho etylen lỏng chảy vào thùng phản ứng. Trong quá trình polyme hoá êtylen lỏng bay 15 hơi và duy trì nhiệt độ cần thiết của phản ứng ở nhiệt độ khoảng - 100 o C. Hơi êtylen đợc một máy lạnh hoá lỏng trở lại và làm sạch qua chng cất. Thiết bị hoá lỏng etylen thờng sử dụng propan làm môi chất lạnh. Trong các trờng hợp khác, thùng phản ứng chỉ cần đợc làm lạnh từ ngoài bằng amôniắc lỏng sôi trong thùng hai vỏ. Khi polyme hoá ở nhiệt độ thấp, các tính chất của sản phẩm đợc cải thiện. Ví dụ sợi nhân tạo PVC không bị co ngót ở trong nớc nóng khi polyme hoá ở -20 đến -60 o C 1.2.2.3 Lu kho và vận chuyển hoá chất 1. Các loại hoá chất. Các sản phẩm hút ẩm phải đợc bảo quản trong phòng nhiệt độ thấp để chúng không bị hút ẩm. Ví dụ phân bón nhân tạo cần có các hạt urê bề mặt nhẵn bóng và rắn đờng kính 1,5 đến 2mm, rất dễ lắc. Nếu bảo quản các hạt urê đó trong không khí ẩm thì chúng sẽ hút ẩm trong không khí và sẽ dính kết vào nhau. Trong công nghiệp chất dẻo ngời ta thờng sử dụng loại axít acryl. Hoá chất này có thể gây cháy nổ do polyme hoá ở nhiệt độ thờng. Khi bảo quản lạnh có thể tránh đợc nguy cơ cháy nổ. Axêtylen có thể chuyên chở thuận lợi hơn nhiều khi hoà tan vào dung môi axêtôn ở nhiệt độ thấp. Ví dụ ở nhiệt độ -80 o C có thể hoà tan 2000m 3 tiêu chuẩn axêtylen vào 1m 3 axêtôn. Bảo quản diboran B 2 H 6 lỏng thuận lợi hơn sau khi hoá lỏng ở áp suất 8,5 bar và nhiệt độ -60 o C. 2. Khí hoá lỏng. Hoá lỏng, lu giữ và vận chuyển khí đốt thiên nhiên hoặc khí mỏ thuộc về lĩnh vực kỹ thuật cryô, ở đây chỉ điểm qua ngắn gọn. Khí thiên nhiên chủ yếu là mê tan, sôi ở -161 o C và có nhiệt lợng lớn hơn hẳn khí thành phố. Vì không để lại cặn khi cháy, khí thiên nhiên đợc coi là nhiên liệu rất thích hợp cho các động cơ đốt trong. Các nguồn khí mỏ đợc tìm thấy ở nhiều nớc trên thế giới. Từ nơi khai thác trên biển, khí mỏ đợc đa vào đất liền đến các nới tiêu thụ bằng đờng ống. Để vận chuyển bằng đờng biển khí cần đợc hoá lỏng nhờ làm lạnh. Do khí thiên nhiên có áp suất rất cao khi khai thác từ các mũi khoan nên có thể dãn nở trong ống xoắn để sản xuất lạnh mà không tốn kém gì. 16 . cần tách các chất khí trong quá trình cracking dầu mỏ. Trong quá trình này các phân tử hyđrô cacbon lớn dới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao cùng các chất xúc tác đợc tách ra thành các phân. vào nhiệt độ rất nhiều. Nhiệt độ càng thấp metanol có khả năng hấp thụ các chất đó càng lớn. ứng dụng các tính chất đó ngời ta sử dụng metanol để rửa và làm sạch các chất khí thô ở áp suất. khiển tốc độ phản ứng Một số phản ứng toả nhiệt xảy ra một cách chậm chạp do đó phải có phơng pháp thải nhiệt cho phản ứng hoặc đôi khi chỉ cần làm lạnh sơ bộ các chất lỏng tham gia phản ứng.