BTL_Tự Động Hoá Quá Trình Công Nghệ. Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

BÀI TẬP LỚN
MÔN : TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

Đề tài : Nghiên cứu , thiết kế hệ thống tự động hóa quá
trình công nghệ sản xuất nước uống có gas coca cola
Giáo viên hướng dẫn :Nguyễn Mạnh Tùng
Sinh viên thực hiện :Đỗ Đức Toản
Thiều Quang Toàn
Nguyễn Trọng Thương
Nguyễn Anh Tú
1
TĐH Quá Trình Công Nghệ

1

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

2
TĐH Quá Trình Công Nghệ

2

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Mục Lục

3
TĐH Quá Trình Công Nghệ

3

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa của đất nước,
nghành công nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền kinh

tế nước nhà. Đóng vai trò chủ lực trong đó có sản xuất đồ uống.
Nước ta nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới có ưu điểm là thị trường giải
khát lớn. Uống là một trong những nhu cầu cơ bản của con người , mặt khác với
sức nóng oi bức của nhũng ngày hè thì nhu cầu giải khát là một thiết yếu trong
cuộc sống . Vì thế nhu cầu giải khát cũng phải đặt lên hàng đầu . Các loại nước
giải khát ngày càng đa dạng . Thế nhưng nước giải khát có gas (CO2) nói chung
và nước giải khát COCA COLA nói riêng sẽ mang lại sự giải khát một cách triệt
để .Nước giải khát COCA COLA và nước giải khát có gas không chỉ giải quyết
triệt để cơn khát mà còn có nhiều tác dụng khác khiến nó trở thành thứ đồ uống
phổ biến là vì CO2 khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra một lượng acid tạo nên vị
chua cho dung dịch kết hợp với vị chua của hương liệu sẽ tạo nên đặc trưng cho
sản phẩm , ngoài ra bọt khí CO2 còn có tác dụng kích thích khoang miệng tang
khả năng tiêu hóa . Không những thế CO2 còn có tác dụng như chất bảo quản
góp phần bảo quản sản phẩm tránh bị hư hỏng.
Hôm nay chúng em xin giới thiệu quá trình công nghệ để sản xuất một thức
uống rất nổi tiếng COCA COLA , Tìm hiểu quá trình chọn hương liệu , bão hòa
CO2 , Các công nghệ , Dây truyền tự động hóa của việc sản xuất loại nước uống
này.
Trong quá trình tìm hiểu và thu nhận thông tin chắc chán sẽ không tránh khỏi
được những sai sót . Do đó nhóm sinh viên chúng em mong nhận được những ý
kiến đóng góp của thầy để có thể hoàn thành đề tài !

4
TĐH Quá Trình Công Nghệ

4

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

5
TĐH Quá Trình Công Nghệ

5

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BÃO HÒA CO2 TRONG NƯỚC
GIẢI KHÁT
I. KHÍ CARBONIC (CO2):

Hình ảnh minh họa khí CO2
1.Nguồn gốc CO2:
Trong nước giải khát có gas, CO2 là yếu tố tạo nên sự đặc trưng của sản phẩm,
không chỉ ảnh hưởng đến giá trị cảm quan mà còn góp phần làm tăng độ bền
sinh học của chúng.
Như chúng ta đều biết, trong thiên nhiên CO2 được tạo ra từ sự hô hấp của động,
thực vật cũng như của con người. CO2 cũng được tạo thành từ phản ứng cháy,
nung vôi sống, phản ứng lên men, hoặc từ các giếng có chứa khí CO2.
Thế nhưng, trong các nhà máy sản xuất nước giải khát thì CO2 thường được
dùng từ hai nguồn:

• CO2 từ các phản ứng lên men của các nhà máy sản xuất cồn, bia.
• CO2 được sản xuất do đốt cháy dầu DO với chất trung gian là (MEA)
monoethanol amine.

a. Thu nhận CO2 từ quá trình lên men bia và rượu:

6
TĐH Quá Trình Công Nghệ

6

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Các nhà máy sản xuất bia và rượu thường có phân xưởng sản xuất CO2. Trong
công nghiệp bia và rượu, CO2 là một phụ phẩm của quá trình lên men ethanol từ
đường.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q.
Trong quá trình lên men, một phần
đường sẽ được chuyển hóa thành
sinh khối nấm men và các sản phụ
khác như rượu cao phân tử, acid hữu
cơ, ester, …. Ngoài ra một phần khí
CO2 được sinh ra có thể bị thất thoát
trong quá trình thu hồi. Vì thế, tron

thực tế người ta chỉ thu hồi được
trung bình 70% lượng khí CO2 được sinh ra từ phương trình lên men nói trên.

Kiểm soát lưu lượng khí
Khí CO2 được thu nhận từ quá trình lên men bia rượu sẽ bị lẫn các tạp chất dễ
bay hơi như aldehyt, rượu… Vì thế, ta cần phải xử lý tinh sạch CO2.

b. Thu nhận CO2 từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu:
Người ta thường dùng dầu DO làm nguyên liệu sản xuất CO2 theo phản ứng đốt
cháy.
Dầu DO và không khí được đưa vào buồng đốt. Các nhà sản xuất thường dùng
bugi phát ra tia lửa điện để phản ứng xảy ra. Đây là phản ứng tỏa nhiệt. Sản
phẩm chính sẽ là: CO2 và nước. Tuy nhiên, hỗn hợp sau phản ứng đôt cháy,
ngoài CO2 và hơi nước, còn lẫn rất nhiều tạp chất khác nhau.
Hỗn hợp khí từ buồng đốt sẽ được đưa qua tháp. Khi đó, một số tạp chất hòa tan
được trong nước sẽ được tách bỏ, đồng thời hỗn hợp khí sẽ được làm mát. Tiếp
theo, hỗn hợp sẽ được đưa vào tháp kế tiếp có chứa monoethanol amine (MEA).
Tại đây, CO2 sẽ được hấp thụ bởi MEA, còn các khí tạp sẽ được thoát ra ngoài.
Hỗn hợp MEA và CO2 sẽ được đưa tiếp vào tháp giải nhiệt rồi đi vào tháp hấp
7
TĐH Quá Trình Công Nghệ

7

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

để thu hồi MEA. Riêng khí CO2 sẽ đi vào tháp làm mát để giảm nhiệt độ và đi
tiếp vào tháp để tiếp tục tinh sạch. Trong tháp khí CO2 được xử lí bằng KMnO4
nhằm tách bỏ các tạp chất khử. Rời tháp, khí CO2 sẽ được đưa đi vào tháp có
chứa Na2CO3: các hợp chất acid sẽ được loại bỏ. Sau đó, khí CO2 sẽ được đưa
vào tháp để tách nước và đi vào thiết bị nén 3 cấp để tinh sạch CO2 để đưa vào
sử dụng.

2.Tác dụng CO2:
- CO2 góp phần tạo hương vị, mặc dù bản thân CO2 không có vị, nhưng khi
hòa tan trong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ acid, điều này đủ tạo nên vị
chua cho dung dịch, và kết hợp với vị chua của acid cùng hương liệu tạo
nên vị đặc trưng cho sản phẩm.
- Các bọt khí CO2 tự do cũng kích thích vòm miệng.
- Các bọt khí CO2 sủi lên trên bề mặt sản phẩm làm cho sản phẩm hấp dẫn
hơn.
- CO2 giúp cho sự tiêu hóa tốt.
- Tác dụng như một chất bão quản: CO2 ngăn chặn sự phát triển của vi sinh
vật. Như chúng ta đều biết, những vi sinh trong tự nhiên nhiễm vào thực
phẩm và thức uống thường là vi sinh vật hiếu khí hoặc kị khí tùy tiện.
Trong sản phẩm nước giải khát có gas, khí CO2 sẽ tạo nên một môi trường
kị khí, do đó sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí bắt buộc. Khí
CO2 có thể ức chế vi sinh vật theo nhiều cách:
♦ CO2 làm thay đổi chức năng màng tế bào chất của vi sinh vật, do đó sẽ ảnh
hưởng đến khả năng vận chuyển chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài vào
bên trong tế bào và thải bỏ một số sản phẩm trao đổi chất từ bên trong tế bào ra
môi trường bên ngoài.
♦ CO2 cũng có thể ức chế hoạt tính của một số enzyme của tế bào vi sinh vật và
làm rối loạn quá trình trao đổi chất của tế bào.
♦ CO2 khi được hấp thụ vào bên trong tế bào sẽ làm thay đổi giá trị pH của tế bào

chất.
8
TĐH Quá Trình Công Nghệ

8

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

♦ CO2 làm biến đổi một số tính chất hóa lý của protein trong tế bào vi sinh vật và
gây rối loạn quá trình trao đổi chất ở tế bào.
3.Đặc tính CO2:
CO2 là một khí nặng, không màu và gần như không mùi, không cháy, không gây
ăn mòn kim loại. Khi tan trong nước, CO2 tạo ra một dung dịch acid nhẹ (acid
carbonic) có độ pH từ 3,2 đến 3,7 và không gây nguy hiểm cho vật liệu thông
thường. Trong môi trường nhiều khí CO2, nó có thể gây ngạt thở vì nó cắt nguồn
cung cấp oxi. Vì vậy, CO2 được dùng làm chất chữa cháy.
CO2 còn là nguyên liệu chính của phản ứng quang tổng hợp của thực vật.
CO2 thường hiện diện ở 3 trạng thái:
• CO2 ở dạng khí khi nhiệt độ trên 31,10C.
• CO2 sẽ hóa lỏng ở nhiệt độ thấp hơn 31,10C. Ở nhiệt độ bình thường, CO2 chỉ ở
trạng tháo lỏng khi được nén với áp suất cao. Vì vậy, CO2 lỏng phải luôn được
chứa trong bình chịu được áp suất cao.
• CO2 sẽ ở trạng thái rắn ở nhiệt độ - 56,60C, có màu trắng như tuyết, được nén
thành dạng viên và có tên thương mại là nước đá khô.
CO2 rất dễ hòa tan trong nước. Đây là đặc tính và là yếu tố quan trọng trong

nghành sản xuất nước giải khát. Ở nhiệt độ 150C, một thể tích nước hấp thụ
được một thể tích CO2.
4.Định nghĩa bão hòa CO2
Bão hòa CO2 là quá trình nạp CO2 vào trong nước giải khát đến một giá trị nồng
độ nhất định tùy theo yêu cầu công nghệ.
5.Bản chất của quá trình bão hòa CO2
Sự hòa tan của CO2 trong nước hoặc syrup thành phẩm là một quá trình hấp thụ,
trong đó CO2 là chất được hấp thụ. Quá trình này sẽ phụ thuộc vào khả năng
tương tác giữa CO2 với nước hoặc syrup thành phẩm.
Theo lý thuyết về màng thì tại bề mặt hai pha khí và lỏng luôn tồn tại hai lớp
màng kế sát nhau: một lớp màng bao gồm các phân tử khí và lớp màng còn lại là
9
TĐH Quá Trình Công Nghệ

9

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

những phân tử lỏng. Hai lớp màng khí - lỏng này sẽ tạo nên một trở lực nhất
định và ảnh hưởng đến khả năng dịch chuyển của các phân tử khí từ pha khí vào
pha lỏng và ngược lại. Sự dịch chuyển của các phân tử khí qua hai lớp màng khí
– lỏng nói trên sẽ xảy ra theo nguyên tắc khuếch tán. (Kalunhans và cộng sự).
Tuy nhiên, khi tiến hành bão hòa CO2 cho các sản phẩm nước giải khát thì một
phần khí CO2 sẽ tương tác hóa học với các phân tử nước tạo sản phẩm là acid
carbonic. Acid này có thể thủy phân tạo ra các ion như carbonate và bicarbonate.

6.Xử lý CO2 cho quá trình bão hòa
CO2 thu được từ phản ứng lên men hay từ phản ứng đốt cháy thường vẫn còn có
một số tạp chất như dầu, các khí khác như O2, SO2, .... và các mùi, vị lạ..., các
tạp chất này sẽ ảnh hưởng đến quá trình bão hòa CO2 và chất lượng của sản
phẩm. Do đó, CO2 phải được xử lí trước khi đưa vào sản xuất.
Khí CO2 được đi qua các bình chứa nước, các dung dịch thuốc tím KMnO4 và
carbonate natri (nồng độ 6g/L) để loại bỏ các tạp chất. Tại đây, dung dịch
KMnO4 được sử dụng như một tác nhân để rửa CO2 nhằm tách một số tạp chất
như aldehyt, rượu...Sau đó, khí CO2 được chuyển tới tháp để tách nước. Quá
trình tách nước được thực hiện theo phương pháp ly tâm. Tiếp theo, khí CO2 qua
bộ phận lọc để đi vào máy nén khí ba cấp.
Tại máy nén khí, đầu tiên CO2 sẽ vào bộ phận nén khí cấp một và được nén ép
đến áp suất 0,785 MPa; kế đến, khí CO2 sẽ đi vào thiết bị trao đổi nhiệt rồi đến
thiết bị tách dầu. Tiếp theo, CO2 sẽ đi vào bộ phận nén khí cấp hai và được nén
đến áp suất 2,36 ÷ 2,75 MPa. Rời bộ phận CO2 sẽ được làm nguội trong thiết bị
trao đổi nhiệt và được tách dầu trong trong thiết bị. Cuối cùng, CO2 được dẫn
vào bộ phận nén khí cấp ba đến áp suất 6,38 ÷ 6,87 MPa rồi được làm nguội
trong thiết bị trao đổi nhiệt và tách dầu trong thiết bị.
Rời máy nén khí cấp ba, CO2 sẽ đi vào tháp có chứa than hoạt tính. Tại đây, than
sẽ tách các tạp chất còn sót lại trong dòng khí CO2. Sau đó, khí CO2 sẽ đi vào
tháp có chứa silicagel để tách phần hơi nước còn sót lại. Ở giai đoạn sau cùng,
10
TĐH Quá Trình Công Nghệ

10

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

khí CO2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ, được làm lạnh và chuyển sang dạng lỏng. Ở
áp suất 6,38 ÷ 6,87 MPa; CO2 lỏng từ thiết bị ngưng tụ sẽ qua van tiết lưu với áp
suất 2,36 ÷ 2,75 MPa để đi vào bồn trung gian. Từ đây, CO2 sẽ qua van tiết lưu
để đi vào bồn chứa sản phẩm.
7.Các phưng pháp bão hòa CO2
a. Phương pháp Postmix:
Trong các thiết bị thuộc thế hệ cũ, siro tổng hợp sẽ được đong lường vào trong
chai theo số lượng đã được quy định, sau đó nước đã được bão hòa CO2 sẽ được
rót vào chai sản phẩm sẽ được trộn đều trước khi đưa vào kho.
 Ưu điểm:
- Quá trình bão hòa CO2 của nước sẽ được thực hiện dễ dàng hơn cho sản
phẩm.
- Thiết bị đơn giản hơn nên đầu tư ban đầu cũng ít tốn kém hơn.
 Nhược điểm:
- Số lượng siro trong các chai sản phẩm khó kiểm soát, từ đó dẫn đến các sản
phẩm không đồng đều.
- Việc hòa trộn siro trong các chai sản phẩm khó hoàn hảo, đôi khi bị soát,
ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.
- Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp hơn.
- Không kinh tế vì sản phẩm không đồng đều.
b.Phương pháp premix:
Để khắc phục các điểm trên, giúp cho sản phẩm thuận lợi và sản phẩm được
đồng nhất hơn, người ta dùng phương pháp premix, theo đó siro được tự động
hòa trộn theo tỉ lệ quy định và được bão hòa CO2 sau đó.
 Sơ đồ thiết bị:
Các thiết bị hiện nay đều áp dụng phương pháp premix theo quy trình sau:

11
TĐH Quá Trình Công Nghệ

11

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Nước sản xuất (A)
Siro T.H (B)
Máy bài khí
Bơm định lượng
Làm lạnh
Máy chiết
Hòa trộn siro (AB)
Bão hòa CO2 (ABC)

8.Thiết bị bão hòa CO2
Các thiết bị bão hòa CO2 gồm có: máy bài khí, máy hòa trộn siro, máy lạnh, máy
bão hòa CO2.
a. Máy bài khí:
Nước thường chứa một lượng không khí (khí O2) khoảng 8g/L, lượng khí này sẽ
gây trở ngại cho việc bão hòa CO2. Để cho sự bão hòa CO2 đạt được kết quả tốt
(giúp khí CO2 sẽ dễ được hấp thụ, độ bão hòa vững bền, và tiết kiệm CO2). Máy
bài khí là một bình chứa các mảnh sứ, khi nước chảy vào bình, chảy quá các
mảnh sứ, nước sẽ được phân tán nhỏ, khí O2 sẽ nhẹ bay lên và nằm phần trên

12
TĐH Quá Trình Công Nghệ

12

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

bình và sẽ được bơm hút ra ngoài, nước ra khỏi bình không còn không khí sẽ
được bơm đến máy hòa trộn siro.
 Nguyên tắc hoạt động của máy:
Bơm 1 sẽ bơm nước vào máy bài khí, nước sẽ phun vào lớp các con sò bằng sứ,
khi chảy lên lỏi qua các con sò, khí O2 của nước sẽ thoát lên trên và được bơm
số 2 hút ra ngoài, phần nước không còn O2 sẽ chảy xuống đáy bồn và được bơm
số 3 dẫn đến máy hòa trộn.
 Tác dụng của máy:
• Tiết kiệm CO2 trong quá trình bão hòa.
• Giúp cho phản ứng bão hòa được bền vững, tăng chất lượng sản phẩm.
• Cắt bỏ môi trường phát triển của vi sinh vật.

b. Máy hòa trộn siro:
Máy hòa trộn siro hay máy định lượng sẽ tự động điều chỉnh, hòa trộn siro theo
tỉ

lệ mong muốn của nhà sản xuất. Việc hòa
trộn này giúp cho sản phẩm được đồng

nhất,

không bị trở ngại trong quá trình chiết

sản

phẩm, do có sự chênh lệch

nhiệt độ giữa nước

và siro (sẽ gây xì, trào).
Kiểm soát lưu lượng phụ trợ
trong sản xuất nước ngọt

(nhà máy NGK)

c. Máy lạnh:
Như chúng ta đã biết, nước lạnh sẽ hấp thụ CO2 dễ hơn, khi nhiệt độ của nước
tăng lên thì áp suất làm việc của máy bão hòa phải tăng để đạt cùng độ bão hòa
CO2. Ta biết là: sự bão hòa CO2 ở áp suất và nhiệt độ cao sẽ không bền và khi ra
khỏi máy, áp suất trong chai giảm xuống thì CO2 sẽ nhanh chóng tách khỏi dung
dịch. Ngoài ra khi chiết sản phẩm ở nhiệt độ cao sẽ có hiện tượng trào sản phẩm
và năng suất của máy sẽ bị giảm.
13
TĐH Quá Trình Công Nghệ

13

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

 Lợi ích của máy lạnh:
• Sản phẩm sẽ đồng đều hơn về độ bão hòa CO2.
• Tiết kiệm: cùng một hàm lượng CO2 bão hòa, áp suất CO2 sẽ thấp hơn khi nhiệt
độ của nước thấp hơn, do đó CO2 sẽ ít bị thất thoát hơn ở máy chiết và máy đóng
nắp.
• Giảm được việc điều chỉnh CO2 tại máy bão hòa CO2, siro pha loãng (nước ngọt
chưa có CO2) sẽ được làm lạnh trong máy.
Máy lạnh gồm có máy nén lạnh, máy giải nhiệt, và bồn ướp lạnh. Môi chất làm
lạnh là NH3 hay freon được chứa trong các vĩ lạnh.
Siro pha loãng từ máy hòa trộn được bơm qua bồn ướp lạnh, tại đây siro pha
loãng sẽ được chảy thành lớp mỏng bên ngoài các tấm vĩ lạnh và tích tụ dần ở
đáy bồn. Hoạt động bão hòa tối ưu khi nhiệt độ nước từ 1,70C – 40C.
Một lượng khí CO2 sẽ được cung cấp trong bồn nước lạnh tạo một áp suất.
lượng CO2 này cũng đẩy lượng này O2 còn sót lại trong nước ngọt, giai đoạn này
được gọi là tiền bão hòa. Một hệ thống phao tạo tín hiệu tự động điều khiển
lượng nước cung cấp cho máy lạnh được kết hợp với hoạt động của máy hòa
trộn siro cùng máy bão hòa và máy chiết để hệ thống thiết bị được hoạt động
liên tục.
d. Máy bão hòa CO2:
Ta biết rằng lượng CO2 nước hấp thụ được tùy thuộc vào nhiệt độ của nước và
áp suất của CO2. Tốc độ hấp thụ sẽ tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa nước và
CO2. Để việc bão hòa CO2 được nhanh và hoàn hảo thì bề mặt tiếp xúc giữa CO2
và nước phải lớn.
- Bài khí nước nguyên liệu và phối trộn nước với syrup thành phẩm trước,

sau đó tiến bão hòa CO2:

14
TĐH Quá Trình Công Nghệ

14

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Sơ đồ hệ thống bão hòa CO2 trong sản xuất nước giải khát có gas
1 – Thiết bị bài khí

7 – Bồn trung gian chứa nước

2,3 – Thiết bị bão hòa CO2

8 – Bồn chứa syrup

4 – Bơm chân không

9 – Bơm định lượng

5 – Thiết bị chứa nước đã được bài khí

10 – Thiết bị phối trộn

6 – Bơm nước

11 – Bơm,
12 – Bồn chứa sản phẩm

 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống như sau:
Nước sau quá trình xử lí được đưa vào thiết bị bài khí (1), quá trình bài khí được
thực hiện bằng cách phun nước dạng hạt nhỏ trong môi trường chân không được
tạo ra nhờ bơm chân không (4). Phần nước đã được bài khí sẽ đi vào bồn (5) và
được bơm (6) đưa qua bồn trung gian (7). Từ đây, nước và syrup thành phẩm
trong bồn (8) sẽ được bơm định lượng (9) đưa vào thiết bị phối trộn (10). Tỉ lệ
thể tích của nước và syrup thành phẩm cần được tính toán sao cho hỗn hợp sao
quá trình phối trộn sẽ đạt các chỉ tiêu hóa lí và cảm quan theo đúng yêu cầu cho
mỗi loại sản phẩm nước giải khát. Sản phẩm từ bồn (10) được đưa vào thiết bị
(2) và phun thành dạng hạt nhỏ để bão hòa CO2 sơ bộ. Kế tiếp, sản phẩm sẽ
được bơm (11) đưa vào thiết bị (3) để tiếp tục bão hòa CO2. Thiết bị (2) và (3)
được cấu tạo tương tự như nhau. Khí CO2 được nạp vào thiết bị (2) và (3). Cuối
cùng sản phẩm được chứa trong bồn (12) dưới áp lực CO2 để chuẩn bị đưa sang
thiết bị rót vào chai hoặc lon.
15
TĐH Quá Trình Công Nghệ

15

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

- Máy bão hòa CO2 có hai loại: là dạng màng mỏng và dạng phun.
• Bão hòa dạng màng: nước sẽ được chảy qua các tấm bảng hay chảy nhỏ giọt
xuống bề mặt không đều.
• Bão hòa dạng phun: nước sẽ được phun sương thành hạt nhỏ hay bằng các
cánh khuấy.
 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị:
Nước ngọt từ máy lạnh sẽ được bơm đến máy bão hòa, lưu lượng nước phải
được điều chỉnh ổn định. Mực nước trong máy bão hòa được kiểm soát bởi phao
hoặc các điện cực để điều khiển hoạt động của bơm, để giữ mực nước trong bồn
bão hòa thích hợp. Nước được bơm vào đỉnh của bồn bão hòa, phun sương hoặc
chảy qua các tấm bảng xuống đáy bồn. Trong quá trình chảy nước sẽ hấp thụ
CO2 được cung cấp vào bồn với áp suất cần có để đạt được độ bão hòa CO2 của
sản phẩm. Nước ngọt có bão hòa CO2 ở đáy bồn sẽ được bơm qua máy chiết.
Trong quá trình bão hòa CO2, thỉnh thoảng ta lạ phải mở valve để xả khí trong
bồn bão hòa ra ngoài và lúc bắt đầu sản xuất. CO2 trong sản phẩm sẽ bị thất
thoát tại máy chiết và từ máy chiết đến máy đóng nắp, vì vậy hàm lượng CO2
bão hòa trong bồn bão hòa trong bồn bão hòa phải cao hơn trong sản phẩm
khoảng 1 – 1.2 V.

16
TĐH Quá Trình Công Nghệ

16

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Trong quá trình đóng chai nước giải khát, có rất nhiều ứng dụng hoạt động dựa
trên sự hiển thị ổn định/ chính
xác của lưu lượng chất lỏng/
khí. Điều này bao gồm các công
đoạn như nạp khí CO2 vào các
chai, dừng quá trình chiết nước
thành phẩm vào các chai, hoặc
ngưng quá trình giải nhiệt hoặc
làm lạnh sản phẩm. Rơle lưu
lượng được lắp đặt tại vị trí phù
hợp trên dây chuyền nhằm kiểm
soát lưu lượng hoặc mức chất
lỏng, đảm bảo rằng dây chuyên
được làm việc với hiệu suất tối
đa.

CHƯƠNG II:CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

I. KHÁI NIỆM CHUNG
1.Cấu trúc hệ thống lớn - cấu trúc hệ con
Hệ ĐK TĐH QTCN thuộc loại hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp. Hệ thường
được phân thành các hệ con và tổ chức theo kiểu phân cấp (hierarchy).Các thông
tin trước tiên được xử lý ở cấp dưới sau đó được truyền về các cấp cao hơn. Ở
cấp trên, người ta điều khiển nhận các thông tin đã qua xử lý ở cấp dưới và các
thông tin bổ xung để đưa ra các quyết định điều khiển.
17

TĐH Quá Trình Công Nghệ

17

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Hệ ĐK TĐH QTCN có thể được phân thành các hệ con chức năng và hệ con
đảm bảo như Hình 1-4
• Các hệ con chức năng
Số lượng và nhiệm vụ của các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể. Ví
dụ nếu QTCN là một nhà máy thì các hệ con chức năng có thể được phân ra như
Hình 1-4. Nếu QTCN là một cơ sở đào tạo thì các hệ con chức năng có thể là :
phòng đào tạo, phòng quản lý sinh viên, phòng tài vụ, phòng tổ chức. v.v.

• Các hệ con đảm bảo
Khác với các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể, các hệ con đảm
bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ ĐK TĐH QTCN nào cũng phải có để đảm
bảo cho hệ hoạt động bình thường .
18
TĐH Quá Trình Công Nghệ

18

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Có ba hệ con đảm bảo là : đảm bảo thông tin, đảm bảo toán học và đảm bảo kỹ
thuật. Có thể coi đảm bảo thông tin và toán học là phần mềm của hệ và đảm bảo
kỹ thuật của phần cứng của hệ. Các hệ con đảm bảo này sẽ được trình bày kỹ ở
các phần sau.
II.CÁC HỆ CHỨC NĂNG
1. hệ điều khiển tự động

-Đối với hệ tự động ở đây con người sẽ là controller thiết lập các thông số điều
khiển , quản lý dữ liệu và theo dõi quá trình hoạt động của các công nghệ tụ
động để đảm bảo một hệ thống tự động ổn định và tối ưu nhất .
2.hệ tự động hóa
Đối với nghành công nghiệp nói chung và công nghiệp nước ngọt nói
riêng việc đưa các hệ tự động hóa vào trong sản xuất là yếu tố bắt buộc, vì trong
công nghiệp có nhiều công đoạn mà con người không thể tham ra , hơn vậy việc
tự động hóa còn giúp tăng năng suất lao động và độ chính xác cao.

19
TĐH Quá Trình Công Nghệ

19

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Đối với quá trình sản xuất đồ uống có ga(CO2) nói chung và sản xuất coca cola
nói riêng đều cần các hệ, dây truyền tự động hóa trong sản xuất ( phối trộn
nguyên liệu, bão hòa CO2 , triết dót đóng trai, dán bao bì…)
-Công nghệ bão hòa CO2 có thể dùng Các sợi màng Liqui-Cel rỗng bên trong và
các module màng được thiết kế với diện tích bề mặt lớn. Các màng Liqui-Cel
kiểm soát khí chính xác như thêm vào hoặc loại bỏ. Các module màng rất tiện
nhỏ gọn nhưng hiệu quả để thêm Carbonat (CO2) vào đồ uống hoặc chất lỏng.
Việc bổ sung các khí carbon dioxide (CO2) để một đồ uống là để cho đồ uống
không bị Oxy hóa và không làm mất đi hương vị đặc trưng. Thêm CO2 cũng có
thể ngăn ngừa sự hư hỏng và làm giảm vi khuẩn trong chất lỏng.

20
TĐH Quá Trình Công Nghệ

20

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Với dây truyền tự động hóa này con người chỉ cần thiết lập tỉ lệ phối trộn CO2
vào đồ uống mà vẫn đảm bảo công nghệ.
- Hệ tự động hóa chiết rót , đóng trai sản phẩm như máy chiết rót 3 trong 1 IOS
baric, máy chèn nhãn và hệ thống đóng gói ...

Dây truyền được thiết kế hoàn toàn tự động , hệ tự động hóa phải đảm bảo tính
ổn định. v.v...

Dây truyền sản xuất , đóng trai nước ngọt có gas

21
TĐH Quá Trình Công Nghệ

21

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

III. CÁC HỆ ĐẢM BẢO
1. Đảm bảo thông tin
a.sơ đồ cấu trúc quá trình sử lý thông tin trong hệ TĐHQTCN
Như trên đã nói về thực chất hệ ĐK TĐH QTCN là hệ tự động hoá quá trình
xử lý tin trong hệ điều khiển. Quá trình xử lý tin được trình bày trên Hình 2-1.

Các dữ liệu về trạng thái sản xuất được máy tính xử lý và đưa ra các kết quả
tính toán dưới dạng lời giải của cá bài toán điều khiển. Khi được con người
chấp nhận, các kết quả tính toán đó sẽ được gán hiệu lực pháp lý. Kết quả tính
toán này cùng với dữ liệu ban đầu (đã được con người đưa vào - có hiệu lực
pháp lý) để lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết định điều khiển sẽ tác động vào quá
trình sản xuất.
Nhìn trên Hình 2-1 chúng ta thấy trong hệ ĐK TĐH QTCN thông tin (dưới dạng

dữ liệu) được trao đổi giữa nhiều bộ phận và thường xuyên có sự trao đổi giữa
người và máy và ngược lại. Vì vậy hệ con đảm bảo thông tin phải đảm bảo cho
quá trình trao đổi thông tin đó được nhất quán và thuận tiện.
b.Cấu tạo của đảm bảo thông tin
Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được
(đã qua máy xử lý) để quyết định các giải pháp điều khiển. Như vậy độ chính
22
TĐH Quá Trình Công Nghệ

22

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

xác của các quyết định phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin. Có
nghĩa là các thông tin có phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối
tượng bị điều khiển hay không.
Hiểu theo nghĩa rộng đảm bảo thông tin là hệ thống phản ánh quá trình sản xuất,
là hệ thống các mô hình thông tin dùng để mô tả một cách hình thức quá trình
sản xuất nói trên.
Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông tin bao gồm các phần sau đây:
-Hệ thống phân loại, đánh dấu, đặt tên các phần tử, các đối tượng bị điều khiển.
-Hệ thống các định mức, các chỉ tiêu kinh kế kỹ thuật.
-Tổ chức lưu giữ, gia công, xử lý, hiệu chỉnh thông tin.
Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong
hệ ĐK TĐH QTCN.

c.Mô hình thông tin
Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông tin.
Ở mức độ đơn giản mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các
chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật, các định mức vật tư, lao động .v.v.
Mô hình thông tin dạng ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi.
Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có
tính thống nhất và tiêu chuẩn hoá để có thể dùng cho các phương tiện tính toán
khác nhau.
d.Đánh dấu phân loại , đặt tên các đối tượng được điều khiển
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của đảm bảo thông tin là xây dựng
một hệ thống các cách đánh dấu, phân loại, đặt tên các phần tử, thiết bị máy
móc, các

sản phẩm cùng các quan hệ giữa chúng. Hệ thống đánh dấu

phân loại này phải thuận tiện cho việc dùng máy tính để xử lý thông tin- tức các
thông tin phải được mã hoá.
Việc đánh dấu, phân loại, đặt tên phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và
quốc tế như: Tiêu chuẩn Việt nam, IEC, ISO 9000.
23
TĐH Quá Trình Công Nghệ

23

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

e. hệ thống định mức-các chỉ tiêu kinh tế- kĩ thuật
Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, nhiều công
đoạn. Ứng với mỗi nguyên công cần tiêu phí một lượng nguyên liệu, nhiên liệu,
nhân công nhất định. Vì vậy, những định mức kinh tế- kỹ thuật phải được xây
dựng đầy đủ chi tiết cho từng bộ phận, từng máy đến cả dây chuyền công nghệ.
f.xây dựng ngân hàng dữ liệu
Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK TĐH QTCN là nơi tập trung (trong máy tính) toàn
bộ dữ liệu dùng trong hệ. Vì vậy cần phải tổ chức sao cho lưu trữ, sử dụng và
cập nhật thông tin được thuận tiện, khoa học.
-Về lưu trữ dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:
oTập trung hoá các dữ liệu
oTối thiểu hoá độ dư của dữ liệu
oMô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập
trình
oSử dụng các mô tả dữ liệu có cấu trúc
-Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:
oCó khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phụ thuộc vào nơi
ghi các dữ liệu đó
oCó khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu
oSử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu
oCó khả năng bảo vệ tính chính xác, nguyên vẹn, bí mật của dữ liệu
Chú ý rằng “dữ liệu” ở đây hiểu theo nghĩa rộng, nó có thể là các số liệu nhưng
cũng có thể là các chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình công
nghệ .v.v.
Một trong những vấn đề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là tổ
chức vào ra thông tin. Hiện nay phương pháp đưa thông tin vào còn khá chậm so
với tốc độ xử lý của máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao đổi trực tiếp giữa
người với máy. Việc đưa thông tin ra (màn hình, máy in, đĩa mềm, …) có nhiều

tiến bộ nên việc lấy thông tin ra ngày càng dễ dàng hơn.
24
TĐH Quá Trình Công Nghệ

24

Lớp Điện 2-k8


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

2.Đảm bảo toán học
a. Cấu trúc của đảm bảo toán học
Đảm bảo toán học bao gồm những thành phần sau:
-

Các mô hình toán (còn gọi là đảm bảo mô hình) dùng để mô hình các đối
tượng được điều khiển, các quá trình công nghệ để giải các bài toán điều khiển.

-

Các thuật toán (còn gọi là đảm bảo thuật toán) là các phương pháp giải
các bài toán điều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mô hình toán đã
chọn. Chọn thuật toán đúng sẽ ảnh hưởng tới tốc độ tính toán và độ chính xác
của lời giải.

-

Các chương trình (còn gọi là đảm bảo chương trình) dùng để xử lý, tính
toán các dữ liệu ứng với mô hình và thuật toán đã chọn. Như vậy mô hình toán
học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn chương trình tính toán dùng
để vận hành hệ thống.
Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng để lập trình. Việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ
thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả tính.
b.Mô hình toán học
Xây dựng mô hình toán học là một trong những giai đoạn quan trọng nhất
của việc xây dựng hệ thống điều khiển. Thông thường công việc này phải do các
chuyên gia am hiểu về quá trình công nghệ và nắm vững về toán học đảm
nhiệm.
Hiện nay người ta xử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại
mô hình sau đây:

-

Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính)

-

Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông)

-

Mô hình trò chơi

-

Mô hình quy hoạch thực nghiệm
Sau đây chúng ta điểm qua một vài loại mô hình.

-

Mô hình quy hoach

25
TĐH Quá Trình Công Nghệ

25

Lớp Điện 2-k8