Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động

Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Bởi: Đinh Văn Thuận Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Áp suất bay chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ người ta ứng dụng tượng dụng cụ đo lường đồng hồ áp suất, nhiệt kế, rơ le áp suất vv Hiệu ứng nhiệt điện phản ánh mối quan hệ độ chênh nhiệt độ đầu cặp nhiệt với dòng điện chạy qua mạch cặp nhiệt điện Ứng dụng tượng người ta tạo dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất thiết bị điều khiển tự động Ứng dụng thể thao Trong số môn thi đấu nhà người ta trì nhiệt độ thấp để không làm ảnh hưởng tới sức khoẻ nâng cao thành tích vận động viên Trong hầu hết nhà thi đấu có trang bị hệ thống điều hoà không khí Trong thể thao kỹ thuật lạnh ứng dụng rộng rãi Trong môn trượt băng nghệ thuật, để tạo sân băng người ta dùng hệ thống lạnh để tạo băng theo yêu cầu Hệ thống làm lạnh sân băng Trước để làm lạnh sân băng người ta thường hay sử dụng nước muối làm chất tải lạnh Nước muối có nhiệt độ khoảng -10oC nhiệt độ môi chất lạnh nằm khoảng -15 đến -17oC Do chiều dài ống lớn nên phân bố nhiệt độ tất vị trí sân băng Lý khác tiết kiệm nên công suất bơm tuần hoàn nước bị hạn chế Nhiệt độ vào nước muối chênh khoảng đến 4K Một nhược điểm hệ thống dùng nước muối luôn phải kiểm tra rò rỉ nước muối, đề phòng hoen rỉ kết cấu gây rả băng Khi nước muối rò rỉ lớp băng, nhiệt độ đông đặc hỗn hợp nước muối giảm nên băng bị chảy Hình 1-4 hình 1-5 mô tả sơ đồ hệ thống lạnh sơ đồ hệ thống cấp nước muối làm lạnh sân băng 1/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 1- Sân băng; 2- Bơm nước muối; 3- Bể nước muối; 4- Nước muối vào Hình 1-4: Sơ đồ làm lạnh sân băng nước muối Ngày người ta thường sử dụng hệ thống lạnh làm lạnh trực tiếp sân băng khắc phục nhược điểm hệ thống sử dụng nước muối làm chất tải lạnh, phát huy ưu điểm sau: - Nhiệt độ bay trực tiếp -10oC cao đến 7K so với dùng nước muối nên tiêu tốn lượng cho máy nén giảm 25 đến 35% - Bơm tuần hoàn môi chất lạnh tiêu tốn lượng 15 đến 25% lượng tiêu tốn cho bơm nước muối khối lượng tuần hoàn nhỏ - Các đường ống sân băng đỡ bị han rỉ nhiều - Nhiệt độ vị trí sân băng Tính toán tải lạnh sân băng Tải lạnh sân băng bao gồm thành phần sau: - Dòng nhiệt truyền từ đất lên: trạng thái cân dòng nhiệt tương đối nhỏ - Dòng nhiệt từ không khí: Dòng nhiệt từ không khí bao gồm dòng nhiệt lẫn nhiệt ẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ không khí, nhiệt độ không bề mặt băng Để có lớp không khí lạnh làm tường bao chung quanh sân băng cao Đối với sân băng nhà, tốc độ không khí vừa phải tính với hệ số truyền nhiệt k = 0,11 W/m2.K - Dòng nhiệt xạ mặt trời: nước ôn đới sân băng xây dựng trời, Việt Nam chắn phải có mái che nên bỏ qua thành phần 2/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 1- Bình chứa NH3; 2- Máy nén lạnh; 3- Bình tách dầu; 4- Bình làm mát dầu; 5- Bình ngưng; 6- Thiết bị tiết lưu; 7- Bơm NH3; 8- Sân băng Hình 1-5: Sơ đồ làm lạnh sân băng trực tiếp môi chất lạnh - Kết đông lớp băng thay vào lớp băng sử dụng Đối với sân băng có đông khách, kích thước 30 x 60 m phải thay chừng 2m3 Bảng 1-6: Thông số số sân trượt băng Thế giới Tính toán nhiệt cho sân băng phức tạp tải lạnh phụ thuộc nhiều vào điều kiện không khí bên Sau vài số liệu định hướng cho số tháng mùa đông tháng gối đầu nước ôn đới: - Sân băng mùa đông trời: 180đến290 W/m2 3/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động - Sân băng nhà mùa hè: 350đến470 W/m2 - Sân băng có mái che mùa hè: 470 đến700 W/m2 Đối với Việt Nam số phải cao hơn, điều kiện nhiệt độ bên thường cao nước ôn đới nhiều Bảng 1-6 thông số số sân băng giới Ứng dụng sấy thăng hoa Vật sấy làm lạnh xuống -20oC sấy cách hút chân không Đây phương pháp đại không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Vật phẩm rút ẩm hoàn toàn sấy nên sản phẩm trở thành bột bảo quản vận chuyển dễ dàng Giá thành sản phẩm cao nên người ta ứng dụng để sấy vật phẩm đặc biệt dược liệu quý hiếm, máu, loại thuốc, hócmôn Quá trình thực theo sau: người ta kết đông sản phẩm xuống khoảng –20oC, sau rút nước sản phẩm cách thăng hoa tinh thể nước hoá đá sản phẩm nhờ hút chân không cao * Đông khô loại vác xin Do giữ tính chất tươi sống, hoạt tính sinh học, đặc hiệu vv nên kỹ thuật đông khô sử dụng để sản xuất loại vắc xin đông khô cho người gia súc Hiện nước ta người ta sử dụng phổ biến kỹ thuật Viện vệ sinh dịch tể Hà Nội, Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh, Viện sản xuất sinh vật phẩm Đà Lạt – Nha Trang * Huyết tương đông khô Huyết tương đông khô sản phẩm sản xuất từ máu tươi, vật phẩm quý báu, dùng để điều trị cấp cứu Trong trình sản xuất huyết tương khô người ta làm lạnh sấy thăng hoa để đạt huyết tương có độ ẩm 1% Ứng dụng xây dựng Làm lạnh bê tông đập chắn nước Quá trình kết rắn bê tông gắn liền với trình toả nhiệt, nhiệt hydrat hoá tuỳ theo thành phần xi măng đạt từ 250 đến 500 kJ/kg xi măng Nhiệt toả môi trường Các thử nghiệm cho thấy nửa lượng nhiệt toả ngày đầu 4/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động toàn nhiệt lượng toả suốt năm kết thúc Do bê tông toả nhiệt nên nhiệt độ tăng khoảng 20 đến 30oC so với nhiệt độ môi trường Đối với tường mỏng nhiệt không quan trọng nhiệt nhanh chóng toả môi trường nhiệt độ tường trì coi đồng Nhưng công trình đổ khối bê tông lớn, ví dụ đập chắn sóng Do hệ số dẫn nhiệt bê tông λ=2 W/m.K hệ số dẫn nhiệt độ a = 0,004 m2/h, nên nhiệt toả từ khối bê tông bên chậm, ảnh hưởng định đến chất lượng bê tông Khi tường dày 2m thời gian làm lạnh ngày, tường dày 60m thời gian làm nguội lên đến 10 năm mà hiệu nhiệt độ so với môi trường bên không giảm xuống nửa so với lúc ban đầu Như vậy, bề mặt đập lạnh đông cứng từ lâu mà tường đập nhiệt độ cao Sự chênh lệch nhiệt độ tạo ứng lực kéo bề mặt đập gây vết rạn nứt bê tông Do thải nhiệt tự môi trường để tránh hiệu nhiệt độ cao tâm tường bề mặt tường cần phải có biện pháp làm lạnh nhân tạo tường đập đổ bê tông Có phương pháp khả thi sau đây: Đặt ngầm đường ống làm lạnh bên đập Người ta bố trí ống nước lạnh đường kính 25mm đập cách theo chiều ngang khoảng 2,4 m; chiều cao khoảng 3m liên tục bơm nước lạnh qua để thải nhiệt cho bê tông Tốc độ nước ống khoảng 0,6 m/s Công suất lạnh tính toán để hạ nhiệt độ bê tông xuống 20 đến 30 K tuỳ thuộc vào loại xi măng sử dụng, khả làm mát môi chất, ảnh hưởng xạ mặt trời Theo kinh nghiệm, công suất lạnh tính theo lượng nhiệt tỏa bê tông khoảng 74000 kJ/m3 bê tông với số thông số khác bê tông: Nhiệt dung riêng 0,8 kJ/ kg.K, khối lượng riêng 2600 kg/m3 hiệu nhiệt độ cần làm lạnh khoảng 35K Biến thiên nhiệt độ nước lạnh ống phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ nhiệt giải phóng bê tông Khi biết nhiệt lượng hydrat hoá giải phóng thông số kỹ thuật bê tông, tính toán biến thiên nhiệt độ khối bê tông kể trường nhiệt độ bê tông làm lạnh Làm lạnh cách trộn thêm nước đá Làm lạnh vữa bê tông xuống khoảng 4oC sau cho thêm vào vữa nước đá dạng đá mãnh, đá vụn tính toán cho dung nhiệt đủ để cân toàn nhiệt hydrat hoá Có thể làm lạnh xi măng từ nhà máy sản xuất Thường nhiệt độ xi măng lên tới 60oC Tuy nhiên hệ số dẫn nhiệt xi măng cần diện tích trao đổi nhiệt lớn, gây nhiều khó khăn nên ứng dụng 5/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Các phụ gia sợi, đá thô có kích thước lớn đến 150mm rửa làm lạnh sơ nước lạnh sau chứa vào silô làm lạnh tiếp không khí lạnh nhiệt độ -1oC thổi qua silô Cát làm lạnh trực tiếp phương tiện băng tải chất tải lạnh Nước trộn bê tông làm lạnh máy sản xuất nước lạnh đến 1oC Nước đá đưa vào máy trộn cần nghiền nhỏ để nước đá tan nhanh Tốc độ tan đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhiệt độ máy trộn, kích thước cục đá lượng đá trộn máy trộn Đá phải đảm bảo tan hết vữa bê tông khỏi máy trộn Kết đông móng Kỹ thuật lạnh sử dụng để làm lạnh lòng đất xây dựng cửa vào hầm mỏ, công trình ngầm, công trình xây dựng metro, công trình đê đập, sử dụng để xử lý móng công trình vùng đất yếu, vùng đất phức hợp địa chất thuỷ văn Đặc biệt công trình xây dựng đất sình lầy có nhiều nước ngầm Nền móng xây dựng không đủ chắn, nên đào móng đất trượt cát chảy Để ngăn ngừa tượng người ta đưa phương pháp sử dụng lạnh để tạo ổn định móng, phương pháp sử dụng cọc kết đông Nhờ cọc người ta tạo nên vành đai bao bọc hố cần đào (xem hình 1-6) Cấu tạo cọc kết đông đơn giản theo kiểu ống lồng ống Đường kính ống khoảng 100mm, ống 40mm Chất lỏng lạnh có nhiệt độ khoảng -20 đến -40oC dẫn vào từ ống ống ngoài, đầu cọc vót nhọn để dễ nén vào lòng đất Tuy nhiên để dễ dàng đưa cọc vào đất tiến hành khoan mồi trước Các cọc nối song song với phận phân phối thu hồi môi chất lạnh 1- Cọc kết đông; 2,3- Môi chất lạnh vào ra; 4- Khối kết đông 6/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Hình 1-6: Sơ đồ kết đông móng cọc kết đông Trong trình môi chất lạnh tuần hoàn, móng xung quanh cọc làm lạnh kết đông lại thành 01 khối vững Kích thước trụ kết đông ngày lớn dần xung quanh, sau thời gian định (khoảng vài tuần, có vài tháng) trụ kết đông nối lại với thành thành vòng kín vững chắc, đảm bảo không cho đất sụt lở đào sâu phía bên Độ chắn vòng kết đông phụ thuộc vào nhiệt độ làm lạnh chiều dày Ví dụ độ bền nén cát kết đông -10oC 100 bar, -15oC 160 bar, -25oC 200 bar Khi cát kết đông nước đóng vai trò xi măng kết cấu bê tông Trong lạnh đông nước đất đóng băng liên kết với hạt đất tạo thành lớp liên kết bền vững chẳng khác bê tông Liên kết vững nhiều liên kết nước đá tuý Đất cát đóng băng có độ liên kết bền vững sau đến đất thịt sau đất sét Đối với cửa hầm lò, cọc phải dài đến hàng trăm mét cắm sâu vào lòng đất Khi phải khoan mồi trước lổ cọc Các lổ phải song song để đảm bảo khoảng cách cần thiết, có vị trí khoảng cách cột xa, mạch kết đông không liên kết tạo nên điểm yếu cục bộ, gây sụt lở vị trí Trong trình sử dụng cần tránh rò rỉ chất vào lòng đất, nhiệt độ đông đặc chất tải lạnh thấp đông nên làm cho cọc kết đông rả đông, nguy hiểm khó khắc phục Do chất tải lạnh đường ống nóng ống chất lỏng lạnh vào đáng kể (khoảng 8K), nên chúng có trao đổi nhiệt với nhau, làm giảm hiệu làm lạnh đất Vì phải có biện pháp giảm dòng nhiệt trao đổi này, cách cách nhiệt bề mặt ống Đây vấn đề tương đối khó, tăng kích thước ống Có thể giảm dòng nhiệt trao đổi cách sử dụng loại vật liệu có khả dẫn nhiệt làm ống trong, ví dụ nhựa PVC Do phải vận hành công trình xây dựng luôn phải di chuyển nên hệ thống lạnh phải gọn, dễ động Tốt nên thiết kế lắp đặt xe thành khối, vận hành cần đấu điện, nước hoạt động Việc đấu nối chất tải lạnh phải đơn giản chắn Các cọc kết đông làm lạnh môi chất lạnh Ưu điểm phương án hiệu làm lạnh cao hơn, độ chênh nhiệt độ lớn Tuy nhiên phương án có nhược điểm chênh lệch nhiệt độ sôi bên ống lớn chênh lệch cột áp thuỷ tĩnh, phía phía dưới, đấu nối phức tạp môi chất dễ bị rò rỉ Để tạo lớp thành vỏ dày – m bảo vệ ngăn cách nước thẩm thấu vào khu vực thi công, cần thực giếng khoan lạnh đông cách 0,8-1,2m tuỳ loại đất 7/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Môi chất lạnh sử dụng hệ thống amôniắc, propan CO2 Khi sử dụng NH3 cần lưu ý môi chất NH3 hoà tan nước nên rò rỉ làm mềm nền, phá vỡ kết cầu nền, nguy hiểm Có thể sử dụng không khí lạnh để kết đông trường hợp xây dựng đường hầm Stockholm năm 1884 Người ta dùng không khí lạnh -55oC từ máy làm lạnh không khí để kết đông đất Ngày nay, để kết đông đất không lớn, người ta sử dụng nitơ lỏng Quá trình kết đông xảy nhanh chóng Việc tính toán công suất lạnh tài liệu tham khảo khác tính chất đất nơi khác Tính toán chi phí lạnh để làm lạnh đông đất - Tổng khối lượng đất cần làm lạnh: F – Diện tích tiết diện vỏ đông lạnh, m2 hi – Chiều dày lớp đất khác nhau, m - Tổng thể tích nước cần làm lạnh Ei – Hàm lượng phần trăm (theo thể tích) nước lớp đất, % - Chi phí làm lạnh nước ρn – Khối lượng riêng nước, ρn ≈ 1000 kg/m3 t1, t2 – Nhiệt độ nước ban đầu sau đông đá, oC r – Nhiệt đông đóng băng nước, r = 2500 kJ/kg (80 kCal/kg) Cn, Cđ - Nhiệt dung riêng nước đá, kJ/kg.K 8/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động - Chi phí làm lạnh các thành phần khô ρi, Ci – Khối lượng riêng nhiệt dung riêng thành phần khô lớp đất Từ tổng chi phí lạnh yêu cầu trên, vào thời gian yêu cầu làm lạnh τ (giây), xác định công suất lạnh yêu cầu máy lạnh: Ứng dụng công nghiệp chế tạo vật liệu dụng cụ Kim loại Lắp chặt: Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết đòi hỏi phải lắp chặt vào với độ chặt lớn Đối với chi tiết sử dụng biện pháp gá lắp bình thường Ví dụ trường hợp lắp chân van vào thân máy động ôtô Trong trường hợp người ta làm lạnh chân van xuống -80oC đến -180oC, đường kính chân van thu nhỏ lại người ta dễ dàng lắp vào thân máy Khi nhiệt độ trở lại bình thường, chân van nở ép chặt vào thân máy tạo nên mối liên kết chắn Trong trường hợp lắp ghép theo phương pháp phải tính toán kỹ lưỡng dung sai lắp đặt Dung sai tuỳ thuộc vào kích thước, đặc điểm chi tiết vật liệu sử dụng Thay đổi cấu trúc tế vi Bằng cách làm lạnh người ta nhận thấy làm thay đổi cấu trúc số vật liệu chế tạo máy, theo hướng tích cực Ví dụ thép sót lại austenit, nhúng thép vào môi trường lạnh -80oC khoảng từ đến 10 phút, austenit chuyển hoá thành martensit làm cho thép cứng Gia công lạnh sau làm cho thép cứng mà tăng độ rắn, khả chống mài mòn, độ đàn hồi, tăng tuổi thọ ổn định kích thước chi tiết máy Một ví dụ cụ thể trường hợp gia công bơm piston Mỹ Piston chế tạo thép SAE25.100, sau thời gian làm việc môi trường khí hậu khác khoảng tháng xảy tượng kết dính ostensit dư chuyển biến tiếp tục làm tăng kích thước thể tích piston Nếu sau gia công xong thêm khâu gia công lạnh vào trình nhiệt luyện tượng khắc phục 9/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Về gia công lạnh để tăng tính đàn hồi, độ rắn, tính chống mài mòn nhà khoa học Anh, Mỹ kết luận từ năm 1914 Bảng 1-7 cho thấy gia công lạnh thép có 0,8%C, 8%Ni, 4%Cr, 1%V nhiệt độ khác độ đàn hồi E tăng lên đáng kể Bảng 1-7: Độ đàn hồi gia công nhiệt độ khác Độ cứng HRc thép tăng gia công lạnh nhờ làm tăng khả chống mài mòn chi tiết Bảng 1-8 cho thấy rõ điều Nhiều số liệu từ sản xuất cho biết gia công vỏ đạn mũi đột sâu dùng mũi đột thép gió, thép crôm cao, bon cao hay thép cac bon thường qua nhiệt luyện sau khoảng 30000 sản phẩm chúng bị vỡ Nhưng dùng thép thường sau nhiệt luyện có gia công lạnh tuổi thọ tăng 10 lần Bảng 1-8: Độ rắn thép nhiệt độ gia công khác Đối với thép crôm tôi, làm lạnh xuống -80oC, cấu trúc tế vi thép cố Vì martensit có khối lượng riêng nhỏ nên thể tích riêng lớn austenit, nên trình biến đổi chậm, thể tích tăng dần ảnh hưởng xấu đến chi tiết máy xác Quá trình “lão hoá” nhân tạo nhiệt độ thấp ổn định thể tích thép Gang austenit sản xuất sử dụng rộng rãi tính nhiều so với thép cán rèn Tuy nhiên cải thiện tính chúng nhiều xử lý lạnh -80oC hỗn hợp cồn đá khô Sau chúng nung nóng đến nhiệt độ 700oC để biến đổi martensit niken trở lại austenit Các martensit niken không mong 10/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 lông Qui trình công 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 trình húp lông hoá 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 24/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động - 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 mòn hư hỏng thiết bị điện Như trình hạ nhiệt đòi hỏi phải sử dụng lượng lạnh lớn Tính trung bình nhà máy bia công 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 công 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 25/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 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 Quá trình phát sinh khí CO2 thể phản ứng Kết cuối trình chuyển hoá (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 công nghệ bia khâu chiết rót xử lý công nghệ tank lên men Khí CO2 thoát 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 26/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 không 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 công 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 không 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 hoà Trong số nhà máy công 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 hoà không khí số khu vực định nhà máy, phòng bảo quản hoa vv Ứng dụng công nghiệp hoá chất Trong công nghiệp hoá chất hoá lỏng chất khí sản phẩm công nghiệp hoá học clo, amôniắc, cacbonnic, sunfuarơ, loại chất đốt, khí sinh học vv Hoá lỏng tách chất khí từ không khí ngành công nghiệp quan trọng, có ý nghĩa vô 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 nêôn, agôn vv sử dụng công nghiệp hoá 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 công 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 hoà trộn với phụ gia đạt độ đồng cao Trong công nghiệp hoá chất sử dụng lạnh nhiều quy trình sản xuất khác để tạo nhiệt độ lạnh thích hợp cho hoá chất 27/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 ôlefin khác Êtylen sản xuất phương pháp từ khí lò cốc Để sản xuất polyêtylen cần có êtylen với độ nguyên chất cao thành phần axêtylen khí thô cần phải ngưng tụ để tách Amôniắc sản xuất phương pháp ngưng tụ hổn hợp khí lò 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 không khí thu hồi lại Đối với khí thiên nhiên để đem sử dụng cần thiết phải khử hiđrô sunfua, 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 thô áp suất cao Quá 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 sôi thành phần gần nên tách chất chưng cất khó khăn Ngược lại nhiệt độ đông đặc chúng cách 28/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động tương đối xa cho phép dễ dàng tách chúng phương pháp tinh thể hoá phân đoạn Ví dụ trường hợp xylol thô, có chứa mêta-, ortho- paraxylol, etylbenzol hiđrô 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 hoá 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 hoá 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 môi pha loãng 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 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 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 phòng Vì khoảng thời gian ngắn 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 amôniắc Amôniắc đóng vai trò chất dung môi thùng 29/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động phản ứng Ngoài ra, thùng phản ứng làm vỏ từ 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 hoá hỗn hợp isobutylen isobutylen-isopren người ta cho etylen lỏng chảy vào thùng phản ứng Trong trình polyme hoá 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 amôniắc lỏng sôi thùng hai vỏ Khi polyme hoá nhiệt độ thấp, tính chất sản phẩm cải thiện Ví dụ sợi nhân tạo PVC không bị co ngót nước nóng polyme hoá -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 không 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 không khí ẩm chúng hút ẩm không khí dính kết vào Trong công nghiệp chất dẻo người ta thường sử dụng loại axít acryl Hoá chất gây cháy nổ polyme hoá nhiệt độ thường Khi bảo quản lạnh tránh nguy cháy nổ Axêtylen chuyên chở thuận lợi nhiều hoà tan vào dung môi axêtôn nhiệt độ thấp Ví dụ nhiệt độ -80oC hoà 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 hoá lỏng Hoá lỏng, lưu giữ vận chuyển khí đốt thiên nhiên khí mỏ thuộc lĩnh vực kỹ thuật cryô, điểm qua ngắn gọn Khí thiên nhiên chủ yếu mê tan, sôi -161oC có nhiệt lượng lớn hẳn khí thành phố Vì không để lại cặn cháy, khí thiên nhiên coi nhiên liệu thích hợp cho động đốt Các nguồn khí mỏ tìm thấy nhiều nước giới 30/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Từ nơi khai thác biển, khí mỏ đưa vào đất liền đến nới tiêu thụ đường ống Để vận chuyển đường biển khí cần hoá 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 không tốn Có nhiều phương pháp hoá lỏng khí thiên nhiên Phương pháp ứng dụng rộng rãi phương pháp làm lạnh nhờ máy ghép tầng, cấp môi 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 môi chất lạnh, ví dụ êtan Sau khí dãn nở phần khí hoá lỏng Hình 1-2 giới thiệu chu trình hoá lỏng khí thiên nhiên máy lạnh ghép tầng Chu trình cổ điển thông dụng (hình 1-2a) có nhược điểm 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 Công việc tự động hoá gặp khó khăn 1-Khí thiên nhiên vào; 2- Máy nén khí thiên nhiên; 3- Máy nén lạnh; 4- Máy nén lạnh hỗn hợp môi chất; 5- Bình ngưng; 6- Thiết bị trao đổi nhiệt; 7- Van tiết lưu Hình 1-2: Chu trình ghép tầng hoá lỏng khí thiên nhiên 31/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 hoá lỏng khí thiên nhiên có suất lớn làm việc theo phương pháp ARC Ví dụ nhà máy hoá lỏng khí Badak (Inđônêxia) có suất 250.000m3 tiêu chuẩn nhà máy hoá lỏng Arzew (Angiêri) có suất 1.200.000 m3/h Khí thiên nhiên hoá lỏng ký hiệu LNG (Liquefied Natural Gas) có nhiệt độ sôi áp suất khí khoảng -160oC, khí hoá lỏng cần chứa vận chuyển bình cách nhiệt tốt Người ta bảo quản khí hoá lỏng đất đông cứng Phương pháp tỏ có hiệu kinh tế Bình chứa đặt đất đông cứng sử dụng có sức chứa lên tới 40.000 m3 Khí hoá lỏng từ dầu thô LPG (Liquefied Petroleum Gas) có nhiệt độ sôi 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 hoá 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 môi trường, hoá lỏng khí hoá lỏng amôniắc, 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 hoà tương ứng với nhiệt độ môi trường Các chai thường thiết kế cho áp suất cao lên tới 17 bar, nghĩa chuyên chở propan, nhiệt độ trời lên tới khoảng 45oC Hình dáng bình chứa khác thông thường có dạng hình trụ nằm đặt đứng (đặt khoang tàu thuỷ), 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 không cao phải có hệ thống làm lạnh kèm theo Các bình khí hoá lỏng làm lạnh đến nhiệt độ thuận lợi để áp suất bình không 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 32/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động khí hoá 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 hoá lỏng hình 1-3 1- Bình chứa khí hoá lỏng; 2- Máy nén; 3- Bình tái ngưng tụ; 4- Van tiết lưu Hình 1-3: Sơ đồ tái hoá 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 bôi trơn máy nén lẫn vào, người ta sử dụng máy nén không cần dầu bôi trơn Đề phòng trường hợp có khí không ngưng bình chứa cần có thiết bị xả khí không ngưng Chuyên chở khí lỏng với áp suất khí gọi chuyên chở khí lỏng làm lạnh hoàn toàn Áp suất bình cao áp suất khí tối đa 0,3 bar Nhiệt độ khí hoá lỏng bình gần nhiệt độ bão hoà theo áp suất khí hay nhiệt độ sôi áp suất thường bình chứa cần bọc cách nhiệt tốt Do không chịu áp lực nên vách bình không 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 hoàn toàn 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 môi chất lạnh Khi chuyên chở êtylen lỏng nhiệt độ -100oC cần trang bị máy lạnh 33/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 hoà không khí Ngày kỹ thuật điều hoà sử dụng rộng rãi đời sống công nghiệp Khâu quan trọng hệ thống điều hoà không khí hệ thống lạnh Máy lạnh sử dụng để xử lý nhiệt ẩm không khí trước cấp vào phòng Máy lạnh không sử dụng để làm lạnh mùa hè mà đảo chiều để sưởi ấm mùa đông Điều hoà không 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 hoà công nghiệp) Các hệ thống điều hoà đời sống dân dụng Hiện hệ thống điều hoà sử dụng rộng rãi hộ gia đình, công 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 công việc Ngược lại mùa đông, 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 hoà công suất nhỏ loại cửa sổ máy điều hoà mãnh Các hệ thống điều hoà công nghiệp Trong nhiều ngành công nghiệp để sản xuất sản phẩm có chất lượng kỹ thuật cao đòi 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… 34/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động Trong ngành công nghiệp nhẹ điều hoà không 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 - Công nghiệp dệt: 20 đến 32oC - Chế biến thực phẩm: Nhiệt độ thấp tốt, khoảng 5đến10oC Các hệ thống điều hoà không khí công 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 Thông 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 phòng 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 35/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 quí đòi 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 vòng tuần hoàn 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 36/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 hoàn toàn 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 trình mổ tim, vòng tuần hoàn máu phải ngừng hoạt động không gây tổn hại Ngay nhiệt độ thể 28oC dừng tuần hoàn 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 thông, khoang làm chất dẻo suốt, bên bố trí dàn lạnh quạt gió Không 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, toàn đặt xe nên di chuyển dễ dàng Ngoài để hạ thân nhiệt người ta 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 đòi 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 vòng tuần hoàn máu Máu đưa vào ống xoắn đặt dung dịch chất lỏng lạnh bơm máu (thay chức tim) bơm tuần hoàn bình thường Tim đưa khỏi vòng tuần hoàn 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 không đổi 37/38 Ứng dụng kỹ thuật đo tự động 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 cryô Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trò quan trọng nông, 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 cryô mà từ bò 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 công ngừng sống thời gian định Tuy nhiên, vấn đề kỹ thuật chưa giải được, tế bào thần kinh động vật máu nóng không thích hợp với môi trường lạnh nên xác ướp làm sống lại tâm tư tình cảm hoàn toàn thay đổi Đây nguyên nhân hạn chế phát triển kỹ thuật ướp xác sống lạnh sâu 38/38 [...]... dọn và sắp xếp vào vị trí hợp lý trong buồng để tiếp tục gia lạnh đợt tiếp theo 23/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Bảng 1-5 Các thông số về phương pháp kết đông ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGÀNH KHÁC Ngoài ứng dụng trong kỹ thuật chế biến và bảo quản thực phẩm, kỹ thuật lạnh còn được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật khác nhau Dưới đây là các ứng dụng thông dụng nhất Ứng dụng. .. 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 trong nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công 17/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động nghiệp hoá chất, công 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,... độ gia lạnh nhưng phải tránh đóng băng trong sản phẩm Bảng 1-3 Chế độ bảo quản rau quả tươi 21/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Bảng 1-4: Chế độ bảo quản sản phẩm động vật 22/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Trong một kho lạnh có thể có buồng gia lạnh riêng biệt Song cũng có thể sử dụng buồng bảo quản lạnh để gia lạnh Khi đó, số lượng sản phẩm đưa vào phải phù hợp với năng suất lạnh của... Các ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong y tế rất phong phú, từ việc điều hoà trong các bệnh viện, bảo quản thuốc trong các buồng lạnh, đến bảo quản các bộ phận cơ thể 35/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Bảo quản máu và các bộ phận cấy ghép Ngày nay, trong các bệnh viện nhu cầu về máu rất cao Máu được bảo quản trong các tủ lạnh có nhiệt độ +4oC Tuy nhiên thời gian bảo quản bị hạn chế chỉ trong vài... như loại cửa sổ và máy điều hoà 2 mãnh Các hệ thống điều hoà trong công nghiệp Trong nhiều ngành công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm có chất lượng kỹ thuật cao đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ, độ ẩm trong một giới hạn nhất định Ví dụ như trong ngành cơ khí chính xác, thiết bị quang học, trong công nghiệp bánh kẹo, trong ngành điện tử vv… 34/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Trong các ngành... học, thể thao, trong đời sống vv Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất cả các nước Dưới đây chúng tôi trình bày một số ứng dụng phổ biến nhất của kỹ thuật lạnh hiện nay ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC... trong kỹ thuật đo và tự động phản ứng Ngoài ra, thùng phản ứng còn được làm 2 vỏ và từ ngoài thùng được làm lạnh bằng amôniắc Trong công nghệ sản xuất cao su tổng hợp người ta cũng đưa 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 người ta cho etylen lỏng chảy vào thùng... trình ghép tầng hoá lỏng khí thiên nhiên 31/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động Một giải pháp tích cực là ứng dụng hỗn hợp môi chất lạnh được viết tắt là phương pháp ARC (Auto-Refrigerated Cascade) Hỗn hợp môi chất lạnh gồm nitơ, mêtan, êtan, propan và butan được nén trong máy nén 4 và được hoá lỏng theo thứ tự từng thành phần Bằng cách tiết lưu và cho bay hơi từng thành phần đó khí thiên nhiên... hiện qua hai giai đo n: - Dùng nước 1oC hạ nhiệt độ dịch đường từ 80oC xuống khoảng 20oC 24/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động - 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 hiện đại sử dụng glycol để làm lạnh vì nước muối gây ăn mòn hư hỏng thiết bị điện Như vậy trong quá trình hạ nhiệt này đòi hỏi phải sử dụng một lượng... ngày và đêm Làm mát động cơ và máy phát Nhiệt độ môi trường càng cao, khối lượng không khí được hút vào động cơ đốt trong càng nhỏ do đó công suất động cơ giảm Bằng cách làm lạnh không khí cấp cho động cơ người ta có thể nâng công suất động cơ lên cao hơn Không khí cấp cho động cơ diesel có thể làm lạnh trực tiếp nhờ chu trình nén khí hoặc gián tiếp nhờ môi chất lạnh sôi 15/38 Ứng dụng trong kỹ thuật đo