ĐUN NÓNG BẰNG THIẾT BỊ BƠM NHIỆT (ÁP DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC KHOÁNG NGỌT CÓ GAS)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ NHIỆT THỰC PHẨM CHỦ ĐỀ: GVHD: KHỔNG MINH TRƯỞNG LỚP : 53CNTP3 NHÓM: 1 ĐUN NÓNG BẰNG THIẾT BỊ BƠM NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI BÁO CÁO MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ

NHIỆT THỰC PHẨM

CHỦ ĐỀ:

GVHD: KHỔNG MINH TRƯỞNG

LỚP : 53CNTP3 NHÓM: 1

ĐUN NÓNG BẰNG THIẾT BỊ BƠM NHIỆT

(ÁP DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC

KHOÁNG NGỌT CÓ GAS)

Nha Trang, ngày 6 tháng 6 năm 2015

NỘI DUNG CHÍNH

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

II. ỨNG DỤNG ĐUN NÓNG BẰNGTHIẾT BỊ BƠM

NHIỆT TRONG SẢN XUẤT NƯỚC KHOÁNG NGỌT CÓ GAS

2.1 Sản phẩm nước khoáng ngọt có gas

2.1.1 Quy trình sản xuất

II.1.2 Thuyết minh quy trình

2.2. Bơm nhiệt trong sản xuất

2.2.1 Cấu tạo

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

2.2.3 Nguyên lý tiêu hao năng lượng khi đun

nóng

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm

III. KẾT LUẬN

IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Nhiệt lượng là dạng năng lượng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và trong cuộc sống

Tuy nhiên việc sử dụng quá nhiều các nguồn tài nguyên đem lại các hệ quả khác nhau như : những bất cập

về chi phí sử dụng nhiên liệu, sự cạn kiệt của các nguồn nguyên liệu và những cảnh báo về những ảnh hưởng của khí thải từ các nguồn nhiệt lượng khác nhau Câu hỏi được đặt ra là làm sao để đạt hiệu quả kinh tế tối đa song vẫn giải quyết được những bất cập trên? Sự ra đời của công nghệ bơm nhiệt ( Heat Pump) là một trong những giải pháp giúp bạn giải bài toán trên với hiệu quả cao và tính kinh tế tốt nhất Đặc biệt với ngành CNTP bơm nhiệt được ứng dụng rất rộng rãi: sấy, đun nóng, cô đặc

Để tìm hiểu rõ hơn về tính chất, chức năng của bơm nhiệt chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về một ứng dụng khá thiết thực trong quy trình sản xuất đó là thiết bị đun nóng bằng bơm nhiệt ( quy trình sản xuất nước khoáng ngọt có gas)

II. ỨNG DỤNG ĐUN NÓNG BẰNG THIẾT BỊ BƠM NHIỆT

TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC KHOÁNG NGỌT CÓ GAS

II.1. Sản phẩm nước khoáng ngọt có gas

II.1.1. Quy trình sản xuất nước khoáng ngọt có gas

Hình 1: Quy trình sản xuất nước khoáng ngọt có gas

2.1.2 Thuyết minh quy trình

a Đường RE

Là đường saccharozo được tinh luyện đạt yêu cầu kỹ thuật và đạt tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN (1696-1975)

b Nấu siro

Mục đích: Thực hiện phản ứng nghịch đảo đường góp phần tạo cho dịch siro có độ ngọt cao hơn, tiêu diệt vi sinh vật, hòa tan đường nhanh tạo điều kiện cho quá trình phối trộn siro trong sản xuất dễ dàng hơn

Cách tiến hành: Nước đã xử lý và làm nóng đạt nhiệt

độ đạt 450C rồi đóng van lại Tiếp theo cho đường RE vào,

mở van cấp nhiệt nâng nhiệt dộ lên 65-700C, khi đó cánh khuấy bên dưới đáy nồi hoạt động giúp hòa tan đường dễ dàng Tiếp theo cho acid xitric ( có tác dụng chống lại

đường) và natribenzoat (giúp bảo quản dịch siro), để dung dịch tan hết trong 10 phút Kết thúc qúa trình nấu siro nồng

độ đạt 540Brix

c Lọc siro

Mục đích: Loại bỏ tạp chất, làm trong dịch siro

Cách tiến hành: Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc người ta bổ sung bột trợ lọc diatomic vào ngay luôn trong giai đoạn dịch siro còn nóng Liều lượng bổ sung bột trợ lọc phụ thuộc vào lượng siro được bơm vào thiết bị lọc Quá trình lọc được tiến hành ngay sau khi dịch siro còn ở nhiệt độ cao 650C Lúc này độ nhớt của dịch siro thấp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc và tạo điều kiện cho việc hòa tan diatomic dễ dàng hơn Dịch siro được bơm từ dưới thiết bị đi lên nên tạo ra được dòng xoáy giúp phân bố đều bột trợ lọc trên các đĩa lọc Giai đoạn đầu chưa hình thành lớp màng diatomic nên siro chưa có độ trong như yêu cầu Vì vậy phải bơm hoàn lưu hỗn hợp này 2-5 lần thì siro

sẽ trong Khi nào đạt yêu cầu đó mới ngưng quá trình hoàn

lưu và tiến hành quá trình lọc như thông thường Khi tạo thành lớp màng diatomic giúp loại bỏ tạp chất cặn bẩn có trong dịch Siro lọc xong sẽ được chảy vào ống thép rỗng ở tâm các đĩa lọc và được tháo ra ngoài chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo

d Thanh trùng và làm nguội

Mục đích:

 Loại bỏ vi sinh vật gây hại cho sản phẩm và sức khỏe con người

 Tránh thất thoát cấu tử hương

 Gấy sốc nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản

Cách tiến hành: Sản phẩm lọc xong sẽ chuyển qua tank chứa hệ thống thanh trùng, khởi động nhiệt độ và cài đặt nhiệt nhiệt độ thanh trùng là 950C Sản phẩm sau khi thanh trùng xong ta tiến hành làm nguội nhanh xuống còn 18-240C

để làm sốc nhiệt làm cho vi sinh vật còn lại trong dịch siro bị tiêu diệt Làm lạnh cưỡng bức bằng thiết bị trao đổi nhiệt có chất tải lạnh là glycol Sau quá trình làm nguội siro sẽ được bơm vào tank để tích trữ chuẩn bị cho quá trình phối trộn

e Chai thủy tinh

Chai được lấy từ các nhà máy sản xuất trong nước hoặc được thu lại từ các đại lý phân phối và tiêu thụ

Chai thủy tinh phải đảm bảo đủ các yêu cầu kỹ thuật:

 Thể tích

 Chất lượng

 Không nứt nẻ

 Không vỡ miệng chai

f Rửa chai

Mục đích: Làm sạch vỏ chai tiêu diệt vi sinh vật trong chai

Cách thực hiện: Chai được nhân viên bốc xếp xếp trên dây chuyền để đưa vào máy rửa chai Sau khi chai đi vào máy rửa chai, chai được di chuyển dần xuống bên dưới của máy rửa Tại đây chai được ngâm trong bể có nhiệt độ

75±50C Dung dịch trong bể ngâm gồm nước, NaOH, silicat, photphat Quá trình ngâm khoảng 5 phút Sau đó chai được vận chuyển lên vùng đỉnh của thiết bị, đầu chai quay ngược xuống dưới Sau khi chai được ngâm hóa chất tiếp theo chai được các tia nước phun xịt, nhiệt độ nước lúc này là

70±50C, các tia nước này bắn mạnh vào cả trong chai Sau

đó chai được di chuyển đến tank nước có nhiệt độ 50±50C

để được làm sạch lần hai Cuối cùng chai được phun xịt bằng nước có hòa ozon để tiệt trùng cho chai Quá trình phun xịt được thực hiện ở áp lực 1.5kg/cm3 Sau khi rửa xong chai theo băng tải đi ra ngoài, PH trong chai khi rửa xong đạt 6.5-8.5 Thời gian rửa một chai khoảng 15±2 phút

g Soi chai rỗng

Mục đích: Nhằm loại bỏ những chai còn bẩn,có vết đen, miệng chai bị rỉ sét, chai bị nứt, vỡ miệng cũng như thành chai Tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn tiếp theo

Cách tiến hành: Người công nhân soi chai có nhiệm vụ quan sát dưới đèn soi chai loại những chai còn bẩn, có vết đen, miệng chai rỉ sét, bị nứt vỡ ra khỏi dây chuyền sản

xuất Những chai bẩn thì được rửa lại, chai nứt vỡ thì được loại bỏ

h Phun date

Phun date bằng thiết bị tự động với mực in màu đen Phun theo dòng:

 Dòng trên phun ngày tháng sản xuất

 Dòng dưới phun hạn sử dụng

Yêu cầu phun rõ ràng, không mất nét

i Chiếu tia cực tím

Chai sau khi được phun date, chai theo băng chuyền theo thiết bị qua thiết bị chiếu tia cực tím để tiệt trùng và tiêu diệt vi sinh vật có ở trong và ngoài chai Sau đó chai được bang chuyền đưa đến máy chiết

k Phối trộn

Mục đích: Tạo vị cho sản phẩm, tăng giá trị cảm quan

và chất lượng chó sản phẩm

Cách tiến hành: Nước khoáng đã xử lý ở tank chứa và siro ở tank chứa được bơm vào tank phối trộn Lúc này cánh khuấy dưới bồn hoạt động, nó sẽ làm cho việc hòa tan được tốt hơn Tiếp theo Natribenzoat được hòa tan vào nước và

bổ sung vào tank phối trộn nhằm tăng thời gian cho sản

phẩm Quá trình kết thúc phối trộn khi dung dịch sau phối trộn có nồng độ đạt 5.8-60 Bx Nhiệt độ trong tank phối trộn

là 100C Dung dịch trước khi đưa qua tháp bão hòa CO2

được hạ xuống nhiệt độ này nhằm làm giảm chênh lệch

nhiệt độ, giảm sự hư hỏng của máy móc

Khi phối trộn cần phải tuân thủ ngiêm ngặt các yếu tố sau:

 Theo thứ tự đã định, không đồng thời cho nhiều chất vào cùng một lúc Trộn các thành phần có hàm lượng lớn trước , các chất có hàm lượng nhỏ cho vào sau, chất dễ bay hơi cho vào bay sau cùng

 Theo công thức phối trộn

l Bão hòa CO2

Mục đích: Tăng giá trị cảm quan, kích thích tiêu hóa, ngon miệng, tạo môi trường yếm khí, ức chế vi sinh vật hoạt động và phát triển

Cách tiến hành: Quá trình bão hòa CO2 được thực

hiện ở nhiệt đột thấp 1-40C, áp suất 4.5-5 bar Nước trong tank dự trữ sẽ được bơm qua tháp bão hào CO2 theo

hướng từ trên xuống dưới qua vòi sen tạo thành những tia rất nhỏ chảy thành màng mỏng trên các đĩa Các đĩa được

bố trí thành từng cặp úp vào nhau để tạo thành dòng chảy thích hợp, tăng diện tích tiếp xúc Trong khi đó CO2 được bơm từ dưới lên và hòa tan vào trong nước Nếu lượng CO2

bổ sung vào chưa đủ ta phải bài khí ra ngoài và tiếp tục bổ sung CO2 vào Sau giai đoạn bão hòa nước được đưa vào bồn chịu áp lực để chuẩn bị cho quá trình chiết chai

Thông số kỹ thuật của quá trình bão hòa:

 Nhiệt độ hoạt động: 1-40C

 Áp suất bão hòa: 4.5-5 bar

 Áp suất bài khí: 0.38 bar

 Áp suất trộn: 7±0.2 bar

m Chiết rót, đóng nắp

Mục đích: Dễ vận chuyển, bảo quản, mua bán, sử dụng Yêu cầu: Rót đẳng áp, đảm bảo chất lượng sản phẩm, tổn thất CO2 ít nhất, đảm bảo vô trùng hạn chế xâm nhập của vi sinh vật có trong không khí

Cách thực hiện: Sau khi chai được xử lý qua tia cực tím theo băng chuyền đến máy chiết đóng nắp nước khoáng

tự động.Trong máy có 21 van chiết và 8 cái đóng nắp chai Lúc này nước đã được đưa vào bồn chịu áp lực của thiết bị chiết Máy chiết được khởi động để quá trình chiết diễn ra Sau khi chiết rót xong đi đến thiết bị đóng nắp Lúc này hệ thống tự động thực hiện mà không có bàn tay của con

người.Ở đây quá trình hút chân không trong chai và quá trình chiết rót diễn ra đồng thời cùng thời điểm Khi chai

được chiết đầy nước thì chốt đưa nước vào tự động khóa

lại Mức nước cách miệng chai 2cm Sau đó piston đưa chai xuống đưa đến thiết bị ghép nắp thời gian đưa chai xuống đến thiết bị ghép nắp mỗi chai khoảng 5-7s để tránh hao tổn CO2 Sau khi chai được ghép nắp xong, băng chuyền sẽ đưa chai đến nơi soi chai thành phẩm

n Soi chai thành phẩm

Sau khi chai được chiết và đóng nắp, chai theo băng chuyền đến thiết bị soi chai thành phẩm Lúc này công nhân kiểm tra chất lượng bằng mắt theo kinh nghiệm và đến đèn soi Những chai bị cặn, chưa đủ mực nước hay chai quên bị đóng nắp sẽ bị loại Những chai đạt yêu cầu đưa được đưa đến máy dán nhãn

o Dán nhãn

Sau công đoạn soi chai thành phẩm, những chai nào đạt yêu cầu sẽ theo băng chuyền đến bộ phận dán nhãn tự động Những nhãn dán được bôi keo và ghép dính vào thân chai Yêu cầu nhãn dán phải đúng chủng loại, thông tin rõ ràng, đầy đủ, nhãn không rách nát, dơ bẩn

Chai sau khi được dán nhãn xong, theo băng chuyền đến bộ phận đếm chai

p Đếm chai

Mục đích: Đếm số lượng chai đã sản xuất được

Cách tiến hành: quá trình này được thực hiện tự động, chai chạy trên băng chuyền sẽ được con mắt điện tử đếm khi chai đi qua đó

q Vào két, nhập kho

Chai theo băng chuyền đi ra phía ngoài sẽ được công nhân tại đó cho vào két, đồng thời lúc này KCS lấy mẫu cho lưu trữ, số còn lại cho vào kho thành phẩm

2.2 Bơm nhiệt trong sản xuất

Trong sản xuất nước khoáng đóng chai, công đoạn nấu siro là một công đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất Công đoạn này ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, mùi vị, tính cảm quan của sản phẩm Công đoạn nấu siro giúp hòa tan các tinh thể đường, làm tăng tính ổn định của sản phẩm, tiêu diệt vi sinh vật, kéo dài thời gian sử dụng cho sản phẩm, tạo điều kiện cho saccharose chuyển hóa thành đường

nghịch đảo làm tăng vị ngọt dịu cho sản phẩm

Tại công đoạn nấu dịch siro này người ta cần phải cung cấp một lượng nhiệt tương đối lớn để đun nóng dịch đường Vì lượng nhiệt cung cấp đơn thuần cho thiết bị nấu đường là rất lớn do những tổn thất nhiệt ra môi trường, làm ảnh

hưởng đến tính kinh tế của nhà máy, nên nhà máy sử dụng

hệ thống đun nóng có sử dụng bơm nhiệt để tiết kiệm nhiên liệu, mang lại hiệu quả cao cho nhà máy

Ngoài việc sử dụng bơm nhiệt trong nấu dich đường,

hệ thống đun nóng bơm nhiệt còn ứng dụng hiệu quả trong công đoạn rửa chai thủy tinh chuẩn bị cho việc chiết rót sản phẩm vào chai

2.2.1 Cấu tạo

Hệ thống bơm nhiệt bao gồm 4 thành phần chính:

• Dàn bay hơi (dàn lạnh)

• Máy nén

• Bình ngưng tụ (dàn nóng)

• Van tiết lưu

Hình 2: Cấu tạo bơm nhiệt

2.2.2 Nguyên lý hoạt động (video)

Đầu tiên, tại dàn bay hơi người ta cho bay hơi 1 môi chất (thường là R22 )nhờ vào tính chất riêng của môi chất này khi không khí đi qua dàn bay hơi sẽ bị thu nhiệt, giúp giảm nhiệt độ của không khí Môi chất sau khi thu nhiệt

được dẫn tới máy nén, tại đây môi chất được nén lên nhiệt

độ cao, áp suất cao sau đó được chuyển tới dàn ngưng Tại đây, môi chất trong dàn ngưng phân giải nhiệt và làm nóng môi trường xung quanh (ở đây chính là nước lạnh cần được làm nóng) Chất môi trong dàn ngưng bị mất nhiệt độ và giảm áp xuất ngưng tụ thành dạng lỏng chảy qua van tiết lưu làm giảm áp suất và nhiệt độ đến nhiệt độ cần làm lạnh rồi quay trở lại dàn bay hơi khép kín 1 chu trình làm việc của bơm nhiệt

2.2.3 Nguyên lý tiêu hao năng lượng khi đun nóng

Hình 3: Nguyên lý hoạt động và tiêu hao năng lượng của bơm nhiệt khi đun nóng

Khi bơm nhiệt làm việc, năng lượng thu được trong không khí có sẵn ở môi trường xung quanh là Qt Để tăng

áp xuất và nhiệt độ môi chất sau khi thu nhiệt của không khí lên cao máy nén tiêu thu năng lượng điện năng là Qđ Tổng năng lượng đưa đến dàn ngưng để làm nóng nước là Qhp Như vậy ta có:

Qhp = Qt + Qđ

Theo tính toán của các chuyên gia, nhiệt lượng được trích suất từ không khí Qt bằng 3/4 Qhp và đây chính là phần năng lượng hệ thống tiết kiệm được Hệ thống chỉ tiêu thụ lượng điện năng Qđ bằng 1/4 tổng khối lượng năng lượng tạo ra Do vậy khi sử dụng công nghệ bơm nhiệt làm nóng nước chúng ta có thể tiết kiện được rất nhiều tiền điện (3/4 điện năng) Mặt khác do nước sau khi được làm nóng

sẽ được chứa tại bình bảo ôn tránh tình trạng thất thoát nhiệt ra môi trường nên phần năng lượng tổn thất là không đáng kể

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị

Ưu điểm

 Tận dụng tối đa nguồn nhiên liệu từ thiên nhiên

 Dễ lắp đặt

 Thiết bị có thể hoạt động bất cứ lúc nào (cả ngày

và đêm)

 Tiết kiệm điện

 Máy có thể hoạt động tốt trong điều kiện khí hậu

ẩm ướt

Nhược điểm

 Giá thành cao

 Có thể tạo ra tiếng ồn do máy nén

 Nếu sử dụng môi chất R22 có thể ảnh hưởng đến

môi trường

III. KẾT LUẬN

Đun nóng nước bằng bơm nhiệt không những được áp dụng rộng rãi trong xí nghiệp, nhà hàng, khu du lịch mà còn được hộ gia đình ưu ái khi sử dụng Thiết bị này hiện tại đã và đang khẳng định vị trí của mình khi đem lại được nhiều nguồn lợi về kinh tế và môi trường Và hiện tại thiết bị đun nóng bằng bơm nhiệt này đang triển khai dự

án sử dụng môi chất lạnh tự nhiên CO2 –R744 ứng dụng trong công nghiệp và thương mại Đây sẽ là một dung môi tuyệt vời bởi CO2 có sẵn trong không khí tự nhiên, được sinh ra thông qua quá trình tự nhiên bao gồm vòng tuần

hoàn cacbon thông qua việc hô hấp của động vật và việc lên men các hợp chất hữu cơ Và khi sử dụng nó sẽ đem lại rất nhiều lợi ích đặc biệt là không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính và tầng ozon và lượng phát thải CO2 có thể giảm tới 70% Ở Việt Nam đã áp dụng cho khách sạn Lagend tại thành phố Hồ Chí Minh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bài giảng máy và thiết bị nhiệt thực phẩm _ Nguyễn Hữu Nghĩa

2. An Experimental Study on the Heat Pump Water Heater System with Refrigerant Injection_2008Purdue University Purdue e-Pubs

3. Product Profile Heat Pump Water Heaters_June 2012 A joint initiative of Australian, State and Territory and New Zealand Governments

4. Final Report by Heat Pump Water Heater Evaluation

Standards Subcommittee, Energy Efficiency Standards Subcommittee of the Advisory Committee for Natural

Resources and Energy_September 11, 2012 Ministry of Economy, Trade and Industry

5. http://tietkiemnangluong.vn/Tham-khao/Giai-phap/Bom-nhiet-giai-phap-tiet-kiem-nang-luong-hieu-qua.aspx