Water Deaeration Systems - Hệ thống khử khí Oxy trong nước

Trong ngành công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát và thực phẩm, Oxy (O2) hòa tan trong nước chính là "kẻ thù" số một làm biến chất hương vị, gây oxy hóa sản phẩm và làm giảm thời hạn bảo quản.

Để giải quyết triệt để vấn đề này, hãng Centec (Đức) đã phát triển dòng sản phẩm Water Deaeration Systems (Hệ thống khử khí nước) với công nghệ hiện đại, giúp đưa hàm lượng Oxy hòa tan về mức cực thấp theo chuẩn quốc tế.

1. Vì sao cần phải khử khí nước trong quá trình sản xuất đồ uống?

Nước chiếm tỷ lệ lớn nhất trong công thức chế biến của hầu hết các loại đồ uống. Nếu nước chưa qua xử lý khử khí, hàm lượng Oxy hòa tan cao sẽ gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng:

• Làm hỏng hương vị: Oxy tác dụng với các hợp chất trong bia, nước trái cây tạo ra mùi vị lạ (mùi carton cũ, mùi oxy hóa).

• Giảm tuổi thọ sản phẩm: Đồ uống bị biến chất nhanh hơn sau khi đóng chai/lon.

• Tạo bọt không ổn định: Oxy tự do cản trở quá trình bão hòa khí CO2 và làm giảm độ bền của bọt bia.

• Gây ăn mòn thiết bị: Oxy hòa tan trong nước gia nhiệt làm tăng tốc độ ăn mòn đường ống và nồi hơi.

2. Nguyên lý loại bỏ khí hòa tan (đặc biệt là khí Oxy - O2) ra khỏi nước dựa trên Định luật Henry (Henry's Law):

• Định luật Henry: Độ hòa tan của một chất khí trong chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của chất khí đó trên bề mặt chất lỏng.

  • Hệ quả: Khi áp suất riêng phần của chất khí trên bề mặt giảm xuống, độ hòa tan của khí đó trong chất lỏng cũng giảm theo.

• Ứng dụng thực tế trong khử khí: Để tách khí O2 ra khỏi nước, người ta giảm áp suất riêng phần của O2 bằng hai cách chính:

  1. Hút chân không (Vacuum): Giảm áp suất tổng thể trong bình chứa.

  2. Dùng khí quét/khí trơ (Strip gas - như CO2 hoặc N2): Đẩy lượng O2 tự do trên bề mặt đi nơi khác. 👉 Cả hai cách này đều làm cho O2 đang hòa tan trong nước tự động khuếch tán (bốc hơi) từ pha lỏng sang pha khí để thoát ra ngoài.

Công Thức Định Luật Henry (Henry's Law)

C = Pg x kH

Trong đó:

• C (solubility of dissolved gas): Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng (nồng độ khí hòa tan).

• Pg (partial pressure of the gas): Áp suất riêng phần của chất khí phía trên bề mặt chất lỏng.

• kH (proportionality constant...): Hằng số định luật Henry (phụ thuộc vào bản chất của chất khí, bản chất của dung môi và nhiệt độ).

3. Các Công Nghệ Khử Khí Nước Chủ Đạo Của Centec 

Centec cung cấp nhiều dòng hệ thống khử khí nước khác nhau, đáp ứng linh hoạt quy mô và yêu cầu riêng biệt của từng nhà máy:

A. Khử Khí Bằng Màng (Membrane Deaeration - MDA)

1. Nguyên Lý Hoạt Động (The Principle)

Quy trình này áp dụng Định luật Henry (Henry's Law) để loại bỏ Oxy (O2) ra khỏi nước thông qua cấu trúc màng trao đổi khí:

• Cơ sở lý thuyết: Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng giảm xuống khi áp suất riêng phần của chất khí đó trên bề mặt chất lỏng giảm.

• Cơ chế tách khí: Bằng cách tạo môi trường chân không (vacuum) hoặc bơm khí quét/khí trơ (strip gas) ở phía bên kia của màng, áp suất riêng phần của O2 bị kéo xuống cực thấp. Nhờ đó, O2 hòa tan trong nước sẽ tự động khuếch tán qua các lỗ màng sang pha khí để thoát ra ngoài.

2. Cấu Tạo & Ưu Điểm Cấu Trúc Màng Trao Đổi Khí

Hình bên phải mô tả chi tiết bộ lọc màng dạng sợi rỗng (Hollow Fiber Membrane):

• Bó sợi rỗng (Compact bundle of hollow fibers): Bên trong vỏ chứa (Housing) là hàng ngàn sợi màng nhỏ lỏng lẻo nhưng được sắp xếp tối ưu, giúp tối đa hóa diện tích tiếp xúc/trao đổi khí giữa nước và môi trường chân không/khí quét trong một thể tích rất nhỏ gọn.

• Đường đi của dòng chảy:

  • Chất lỏng (Fluid 1 - Nước): Chạy xung quanh phía ngoài các sợi màng (hoặc chảy dọc qua các khoang phân phối).

  • Môi trường tách khí (Fluid 2 - Chân không/Khí quét CO2 hoặc N2): Chạy bên trong lòng các sợi rỗng (Hollow Fiber Membrane) hoặc ngược chiều để cuốn khí O2 đi.

• Cấu tạo chi tiết vỏ màng bao gồm: Cartridge (vỏ lõi), Distribution Tube (ống phân phối), Hollow Fiber Membrane (sợi màng rỗng), Baffle (tấm ngăn hướng dòng), Collection Tube (ống thu hồi), Housing (vỏ bảo vệ ngoài).

B. Khử Khí Dạng Cột (Column Deaeration) 

Quy trình khử khí dạng cột vận hành dựa trên cơ sở vật lý của Định luật Henry (Henry's Law):

• Cơ sở lý thuyết: Độ hòa tan của một chất khí trong chất lỏng giảm xuống khi áp suất riêng phần của chất khí đó trên bề mặt chất lỏng giảm.

• Cơ chế tách Oxy: Việc áp dụng môi trường chân không (vacuum) và/hoặc bơm khí quét (strip gas - như CO2 hoặc N2) sẽ làm giảm áp suất riêng phần của Oxy (O2) tự do. Từ đó, O2 hòa tan trong nước sẽ tự động khuếch tán từ pha lỏng sang pha khí để thoát ra ngoài.

 4. So Sánh Các Hệ Thống Khử Khí Nước Centec (Giá Trị Tương Đối)

CÔNG TY TNHH DỊCH VỤ KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA LÂM TUỆ ĐỨC (LTD AUTOMATION)

Chuyên cung cấp, tư vấn giải pháp và thi công lắp đặt trọn gói hệ thống khử khí nước (Water Deaeration Systems) chính hãng Centec.

• Địa chỉ: Số 21 đường số 12 và Số 54 đường số 5, KDC Vạn Phúc, P. Hiệp Bình, TPHCM

• Hotline / Zalo: Mr. Nghĩa 0914 237 179

• Email: project@ltdautomation.com.vn