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
(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 45
0
C rồi đóng van lại. Tiếp theo cho đường RE vào,
mở van cấp nhiệt nâng nhiệt dộ lên 65-70
0
C, 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 54
0
Brix
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 65
0
C. 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 95
0
C. Sản phẩm sau khi thanh
trùng xong ta tiến hành làm nguội nhanh xuống còn 18-24
0
C
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±5
0
C. 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±5
0
C, các tia nước này bắn mạnh vào cả trong chai. Sau
đó chai được di chuyển đến tank nước có nhiệt độ 50±5
0
C
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/cm
3
. 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 5.8-6
0
Bx. Nhiệt độ trong tank phối trộn
là 10
0
C. Dung dịch trước khi đưa qua tháp bão hòa CO
2

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
• Quạt
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_2008 Purdue 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.
nhiet-giai-phap-tiet-kiem-nang-luong-hieu-qua.aspx