Lời cẩm ơn !
Bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành trong thời gian 4 tháng, từ ngày 22 tháng 01 năm 2007 đến ngày 04 tháng 05 năm 2007 sau năm năm học tập ngành Trang thiết bị Lạnh -
Nhiệt thuộc trường Đại học Giao thông Vận tải
Trong thời gian thực hiện bản đồ án này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn, Th.S Đỗ Thái Sơn, các thầy giáo trong bộ môn, các cán bộ và công nhân công
ty bánh kẹo Hải Hà, gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tơi hồn thành tôt nhất
bản đồ án tốt nghiệp này
Tuy nhiên do thời gian có hạn, kiến thức thực tế còn hạn chế nên bản đồ án này không thể
tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong được sự động viên, góp y và sự chỉ bảo thêm của các
Trang 2Lời cam đoan !
TÔI XIN CAM ĐOAN
1 — Bản đồ án tốt nghiệp này do tôi tự lập nghiên cứu tính toán và thiết kế dưới sự hướng
dẫn của thầy giáo hướng dẫn
2- Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã cho trong đồ án, không
sử dụng bất kì tài liệu nào khác mà không liệt kê ở phần tài liệu tham khảo
Kí tên :
Trang 3MỤC TỪ a, nels - hệ số khuyếch tán nhiệt độ d, SÍkgkk - độ chứa hơi G,L, kg/s;m/⁄s - lưu lượng tác nhân sấy H,h, I: 7, J/kg - Entanpy
P, Pa - áp suất bão hòa của hơi nước
P,, bar - áp suất ngưng tụ của môi chất
Po, bar - áp suất bay hơi của môi chất
QW - công suất lạnh
Q, W - công suất nhiệt
ts °C - nhiệt độ ngưng tụ của môi chất to, °C - nhiệt độ bay hơi của môi chất t, °C - nhiệt độ môi trường
tr, °C - nhiét d6 trong phong
Trang 4MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương I - GIÓI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH VÀ HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT 1 Hiện trạng công trình II Phân tích các ưu, nhược điểm của hệ thống khử ẩm đã có của phân xưởng 2.1 Ưu điểm 2.2 Nhược điểm 1H Quy trình sản xuất và nguyên lí hoạt động của dây chuyền sản xuất kẹo Caramel 3.1 Quy trình sản xuất
3.2 Nguyên lí hoạt động của dây chuyền sản xuất
TV Yêu cầu kĩ thuật cân đáp ứng
Chương II -NHU CÂU KHỬ ẨM - THỰC TẾ NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ ẨM 1- Nhu cầu khử ẩm 16 II- Tổng quan tình hình nghiên cứu và áp dụng các phương pháp khử ẩm hiện nay 2.1 Các phương pháp khử ẩm
2.2 Giới thiệu một số công trình nghiên cứu về sấy-hút ẩm dùng bơm nhiệt 2.2.1 Các tác giả trong nước
2.2.2 Các tác giả nước ngồi 2.3 Cơng nghệ khử ẩm 2.3.1 Các phương pháp khử ẩm đã áp dụng 2.3.2 Quá trình khử ẩm 2.4 Tác động của hiện tượng đóng băng dàn bay hơi tách ẩm đối với hệ thống sấy lạnh, hút ẩm
2.5 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đặc tính nhiệt độ trung bình t„ và độ ẩm
Trang 51.1 Tính nhiệt thừa 1.2 Tính ẩm thừa 1I Tính cân bằng nhiệt, ẩm cho chế độ mùa hè 2.1 Tính nhiệt thừa 2.2 Tính ẩm thừa II Tính cân bằng nhiệt, ẩm cho chế độ mùa đông 3.1 Tính nhiệt thừa 3.2 Tính ẩm thừa
Chương IV - TÍNH TỐN THIẾT KẾ HE THONG KHU AM
L Phân tích các phương án thiết kế 1.1 Các phương án lựa chọn thiết bị
1.1.1 Lựa chọn các thiết bị rời, tính toán lắp đặt hoàn chỉnh thành máy 1.1.2 Tận dụng các thiết bị sẵn có 1.1.3 Lựa chọn thiết bị chính là các máy điêu hòa nhiệt độ thông dụng 1.2 Kết cấu dàn lạnh và tốc độ gió 1.2.1 Phương án thứ nhất 1.2.2 Phương án thứ hai 1.2.3 Phương án thứ ba 1.3 Các phương pháp xả băng dàn bay hơi trong Kĩ thuật lạnh 1.3.1 Trong lĩnh vực lạnh đông 1.3.2 Trong lĩnh vực bơm nhiệt sử dụng sưởi ấm ở các nước ôn đới 1.3.3 Trong lĩnh vực sấy lạnh, hút ẩm TI Lựa chọn và thiết kế hệ thống 2.1 Chọn máy lạnh 2.2 Chọn dàn điện trở đốt nóng phụ trợ 2.3 Sơ đồ công nghệ máy hút ẩm
1H Vật tư, thiết bị chính sẽ sử dụng trong hệ thống
Chương V - TỰĐỘNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHỬ ẨM
I Mục đích và các bộ phận cơ bản của tự động điều khiển 1.1 Mục đích của tự động điều khiển
1.1.1 Duy trì điều kiên thiết kế
Trang 61.1.3 Giảm tiêu phí năng lượng và giảm giá thành 1.1.4 Giữ cho hệ thống hoạt động an toàn
1.2 Các bộ phận cơ bản của hệ thống tự động điều khiển
1.2.1 Bién can diéu khién (controlled variable) 1.2.2 Phân tử cảm bién (sensor)
1.2.3 Bộ điều khiển (controller)
1.2.4 Nguén nang luong (source of energy) 1.2.5 Phân tử bị diéu khién (controlled device) 1.2.6 Tác nhân điêu khiển (control agen) 1.2.7 Thiết bị thực hiện quá trình (procees plant)
Trang 7LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, quanh năm nóng ẩm Với điều kiện như vậy,
nhiều công trình, kho bảo quản, lưu trữ cần được hút ẩm, nhiều sản phẩm không chỉ nông nghiệp mà còn cả công nghiệp, thực phẩm, dược liệu cần phải được sấy khô Trong đó có cả những mặt hàng có khả năng sản xuất trong nước thay thế hàng nhập khẩu hoặc có tiềm năng xuất khẩu nhưng lại đòi hỏi môi trường chế biến phải có độ ẩm nhỏ
Nhiều sản phẩm trước đây chủ yếu phải nhập ngoại như các loại kẹo Cho-co-late, kẹo
Jelly, Galatin, kẹo Carament , gần đây được sản xuất trong nước với dây chuyền công nghệ nhập khẩu từ nước ngoài Tuy nhiên việc sản xuất các sản phẩm trên trong điều kiện Việt Nam thường gặp khó khăn, nhất là về mùa mưa và khi trời nồm cần phải trang bị thêm máy bài ẩm
phụ trợ Các máy thường được sử dụng là các máy bài ẩm chuyên dùng kiểu hấp phụ hoặc máy hút ẩm thông thường Các máy này có nhiệt độ không khí ra lớn hơn nhiệt độ môi trường nên trong nhiều trường hợp không đáp ứng được yêu cầu công nghệ sản xuất đặt ra
Theo quan điểm tiết kiệm điện năng và kinh phí đầu tư, quá trình hút ẩm và sấy ở nhiệt độ thấp nếu sử dụng các máy bài ẩm là không hợp lí vì ta phải tốn điện năng để hoàn nguyên chất hút ẩm và làm nóng không khí rồi lại tốn năng lượng và kinh phí mua sắm máy lạnh để
hạ nhiệt độ của chính khối không khí đó
Để khử ẩm sấy lạnh, hiện nay các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam đã sử dụng các thiết bị khử ẩm bằng bơm nhiệt - tận dụng một phần năng lượng thải của dàn nóng Ở công ty bánh kẹo Hải Hà mà cụ thể là tại phân xưởng kẹo Caramel, GS TS Phạm Văn Tùy và các cộng sự đã lắp đặt một thiết bị như vậy Thiết bị này đã được chế tạo lắp đặt dựa trên máy điều hòa nhiệt độ thông thường
Đồ án tốt nghiệp này nhằm đưa ra và tính toán thiết kế cụ thể và chỉ tiết hệ thống khử ẩm sấy lạnh được cải tiến từ điều hòa nhiệt độ Hi vọng các kết quả tính toán này có thể được xem
Trang 8CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH VÀ HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT
I HIEN TRANG CONG TRINH
1.1 Khái quát chung
Công ty bánh kẹo Hải Hà là một trong những công ty lớn trong ngành công nghiệp nước
ta Sản phẩm chính của công ty là các loại bánh, kẹo cao cấp như kẹo Jelly, kẹo Caramel, kẹo cứng, bánh xốp, bánh kem Trụ sở của công ty đặt tại số 25 đường Trương Định, quận Hai
Bà Trưng, Hà Nội Công ty được thành lập năm 1965, trải qua hơn 40 năm phát triển và trưởng thành, công ty đã không ngừng lớn mạnh, tích lũy được nhiều kinh nghiệm trong sản xuất
kinh doanh.Các thành tích của công ty đã được Đảng và Nhà Nước công nhận với nhiều huân
chương các loại, được tặng nhiều huy chương trong các kì triển lãm trong và ngoài nước Các
sản phẩm của công ty đã nhiều năm liền được người tiêu dùng bình chọn là "Hàng Việt Nam chất lượng cao" Một trong những sản phẩm điển hình của công ty là sản phẩm kẹo Albeliven - Caramel
Phân xưởng sản xuất kẹo Caramel được đặt trong khuôn viên công ty bánh kẹo Hải Hà Là một phân xưởng trong xưởng sản xuất kẹo cứng của công ty, điều kiện nhà xưởng, kho
tàng của phân xưởng được tận dụng từ các cơ sở vật chất sắn có Phân xưởng được ngăn ra từ phòng nấu kẹo chung của xưởng kẹo cứng Phân xưởng rộng 66 7”, một chiều 12 m, mot
chiều 5,5 im, cao 4,5 m Phân xưởng có hai mặt là tường của xưởng, hai mặt còn lại được lắp
kính ngăn cách với phòng sản xuất chính
Tại phân xưởng này, công ty đã cho lắp đặt một dây chuyền sản xuất loại kẹo cứng Caramel nhập từ Đức Tuy nhiên, do điều kiện khí hậu ở Đức khác với Việt Nam nên không
xảy ra hiện tượng dính ướt kẹo khi rơi ra khỏi dây chuyền sản xuất Còn khi về nhà máy thì
Trang 9
-10-trong những ngày thời tiết có độ ẩm cao, sản phẩm bị dính vào nhau, không thể đóng gói
được
Năm 1999, công ty đã cho cải tạo lại hai máy lạnh sẵn có thành bơm nhiệt khử ẩm nhằm đảm bảo điều kiện công nghệ thích hợp cho sản xuất Tuy nhiên, do điều kiện thời gian gấp rút
và kinh phí hạn hẹp để bảo đảm cho hoạt động sản xuất nên các tính toán, thiết kế cho hệ
thống trên chưa chú ý một cách đây đủ và chưa tận dụng triệt để các lợi điểm của thiết bị như còn để các dàn nóng bên ngồi phân xưởng mà khơng tận dụng nhiệt của nó và sử dụng dây điện trở để cấp nhiệt không khí
Vì vậy mục đích và nhiệm vụ của đồ án này là đề xuất các phương án tính toán, thiết kế một cách chỉ tiết, cụ thể hơn cho hệ thống khử ẩm của phân xưởng Caramel nói riêng, để có thể sử dụng phương pháp tính toán đó ứng dụng cho các thiết kế hệ thống khử ẩm khác, phục
vụ các mục đích khác nhau trong đời sống
1.2 Dây chuyên sản xuất kẹo Caramel 1.2.1 Quy trình sản xuất
Quy trình sản xuất được cho trong sơ đồ trang bên, hình 1.2
1.2.2 Nguyên lí hoạt động của dây chuyên sản xuất
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của dây chuyền cho trong sơ đồ hình 1.3
Nguyên liệu được nấu chảy tại phân xưởng nấu bên cạnh, qua hệ thống rót khuôn được dẫn vào phân xưởng nhờ một bơm chất lỏng Qua hệ thống rót khuôn I, nguyên liệu được rót vào khuôn kẹo cũng là băng tải 3 Băng tải chạy trong hầm sấy 2, ra tới cửa 5 thì rơi ra ngoài, sau đó được dẫn qua phân xưởng đóng gói bên cạnh Chạy trong băng tải, nguyên liệu kẹo
nóng chảy được làm lạnh, làm khô nhờ máy lạnh công suất lớn 4 Nó có nhiệm vụ tạo ra khí
lạnh, lấy bớt độ ẩm trong kẹo ra ngoài Khi kẹo ra khỏi dây chuyền thủy phần chỉ còn 3 - 4% Qua khảo sát thực tế với dây chuyền trên của công ty bánh kẹo Hải Hà cho thấy, tuy đây là dây chuyền hiện đại, đắt tiền, nhập khẩu từ Cộng hòa Liên bang Đức, được trang bị máy lạnh công suất lớn nhưng vẫn không đáp ứng được các yêu cầu công nghệ đặt ra của sản phẩm
như đã nêu ở trên Trong những ngày trời nồm, độ ẩm trong không khí có khi lên tới 95% thì
Trang 10-l1-khi kẹo rơi ra khỏi khuôn cho tới -l1-khi bắt đầu vào phòng bao gói sản phẩm đã không giữ được độ ẩm nhỏ theo yêu cầu mà thường bị dính vào nhau do đã hút ẩm trong không khí, làm cho quá trình bao gói sản phẩm không thể thực hiện được
1.2.3 Yêu câu kĩ thuật cần đáp ứng
- Thời gian chạy của băng chuyển trong dây chuyển sản xuất: r = 20 phút/vòng:
- Năng suất của dây chuyền: G = 200 kg/h;
- Diện tích sàn phân xưởng: F = 66 nr;
- Nhiệt độ kẹo đầu vào rót khuôn: t, = 125 - 130°C;
- Nhiệt độ kẹo đầu ra: t, = 25 - 30°C; - Độ ẩm trong phòng: £, = 40 - 50%; - Nhiệt độ phòng: t„ = 25 - 30°C
1.3 Những tôn tại khi sản xuất kẹo bằng dây chuyên trên
Dây chuyền được thiết kế cho điều kiện khí hậu của Đức với nhiệt độ, độ ẩm trong không khí trung bình trong năm không cao nên khi sản xuất sản phẩm tại Đức vẫn bình thường Tuy nhiên khi về Việt Nam, với điều kiện khí hậu khác rất nhiều so với Đức, nhiệt độ, độ ẩm
thường xuyên cao hơn nên ngay khi sản phẩm vừa ra khỏi dây chuyền thì đã nhận nhiệt, ẩm
trong không khí, tạo ra trên bề mặt của kẹo một lớp hỗn hợp dính ướt, không khô nên không thể đóng gói được
Vấn đề đặt ra là phải khử hết lượng ẩm thừa đó trong không khí để đảm bảo cho quá trình
hoạt động của dây chuyền được ổn định Để khử ẩm, có thể dùng máy hút ẩm hấp phụ chuyên
dụng Nhưng nếu dùng máy như vậy sẽ làm nhiệt độ trong phân xưởng lên cao (khoảng 40 - 50C) không phù hợp với quy trình công nghệ sản xuất kẹo Caramel (yêu cầu nhiệt độ dưới 30°C) Do d6, cong ty cho lắp đặt một máy bơm nhiệt hút ẩm như đã giới thiệu ở phần hiện trạng công trình
Trang 12
SO DO NGUYEN LY CUA DAY CHUYEN SAN XUAT KEO I 2 3 NY Hình 1.3: Sơ đồ thiết bị của dây chuyên sản xuất 1/ Hệ thống rót khuôn; 21 Hầm sấy lạnh;
3/ Bang tdi xích và khuôn kẹo trong hâm sấy;
4I Máy lạnh trong dây chuyên;
5/ Cửa ra của kẹo dân sang phòng bao gói sản phẩm
II GIỚI THIỆU HE THONG KHU AM ĐÃ CÓ CỦA PHÂN XƯỞNG
2.1 Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý bơm nhiệt Không khí trong phân xưởng được quạt gió (7) hút vào hệ thống qua
2.2 Ưu điểm của hệ thống
Từ những phân tích trong chương I và từ sơ đồ hình 1.1 ta có thể thấy hệ thống khử ẩm nói trên có các ưu điểm sau:
- Tận dụng tối đa thiết bị sẵn có của phân xưởng, là hai máy lạnh công suất mỗi chiếc 48000 Bru/h Chỉ cần chế tạo thêm một lớp vỏ ngoài cho máy và lắp đặt lại thiết bị là có một máy khử ẩm hoàn chỉnh
Trang 13
-14 Điều chỉnh nhiệt độ đầu ra bằng dây điện trở nên dễ dàng điều chỉnh thích hợp, hay nói cách khác là điều chỉnh "mịn"
Hình1.I : Sơ đô hệ thống khử ẩm đã có, phân xưởng Caramel - Hải Hà
1 - Dàn nóng máy lạnh; 5 - Cửa thổi gió khô ra; 2 - Dàn lạnh máy lạnh; 6 - Cửa hút gió ẩm vào; 3 - Tường phân xưởng; 7 - Quạt thổi;
4 - Dàn điện trở đối;
2.3 Nhược điểm
Tuy nhiên, hệ thống này cũng có nhiều nhược điểm:
- Do dàn nóng lắp bên ngoài phân xưởng nên hồn tồn khơng tận dụng được năng lượng
nhiệt của nó để sấy nóng không khí mà vẫn phải dùng điện trở Đây là một sự hao phí đáng kể
vì ưu điểm của bơm nhiệt là tận dụng tối đa năng lượng ở cả hai dàn nóng, lạnh
- Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh cũng chưa được khống chế thích hợp cho từng chế độ
thời tiết Trong mọi trường hợp thì dàn lạnh vẫn hoạt động cả hai, gây ra lãng phí năng lượng
Trang 14
-15-CHƯƠNG II
NHU CAU KHU AM - THUC TẾ NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG CÁC
PHƯƠNG PHÁP KHỦ ẨM I- NHU CAU KHU AM
Nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm, có bờ biển dài trên 3000 km, độ ẩm không khí quanh năm thường trên 70%, nhiệt độ trung bình cao nhất có thể trên 35C Chính
điều kiện đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng ăn mòn, làm han gỉ, hư hỏng máy móc thiết bị,
không phù hợp với nhiều quy trình sản xuất, chế biến các mặt hàng nông sản thực phẩm, hoá dược, quy trình bảo quản, lưu trữ tư liệu, phim ảnh Điều kiện nhiệt ẩm cao thuận lợi cho nấm mốc và các vi sinh vật có hại sinh trưởng và phát triển gây hư hỏng nhiều thực phẩm, lương thực, thuốc men, giống cây trồng cần bảo quản Không khí ẩm còn làm vón cục các loại bột, gây đọng sương làm hư hỏng nội thất, tranh ảnh, đồ vật trang trí trong gia đình, làm
chảy nước các loại kẹo Chocolate, kẹo cting, gay nấm mốc, hư hỏng nhiều loại lương thực,
thực phẩm, bánh kẹo, Không khí ẩm cũng ảnh hưởng đến sự hô hấp của con người, nhất là
những người bị mắc bệnh về phổi, đường hô hấp, hen suyén, lao, và gây ra đau nhức ở các
bệnh nhân bị bệnh thấp khớp
Để tạo nên những sản phẩm, hàng hóa tiêu dùng trong nước và xuất khẩu có chất lượng cao, đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh, an toàn, đáp ứng yêu cầu hội nhập với khu vực và thế
giới, nhất là từ bây giờ Việt Nam đã chính thức gia nhập WTO, tham gia sân chơi thương mại toàn cầu thì các loại lương thực, thực phẩm sau thu hoạch cần phải qua các quá trình chế biến, bảo quản ở chế độ ôn ẩm thích hợp Trong công nghệ sản xuất một số sản phẩm yêu cầu cần
phải duy trì nhiệt độ không quá cao (23 - 25”C), độ ẩm tương đối của tác nhân sấy nhỏ hơn 50% Nhiều loại thực phẩm, rau quả khi sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường thường
cũng không giữ được màu sắc, mùi vị và các chất vi lượng Ví dụ môi trường chế biến và làm khô các sản phẩm như kẹo Chocolate, kẹo Jelly, Gelatin, kẹo Caramel, yêu cầu nhiệt độ không quá cao (25”C), độ ẩm nhỏ hơn 45 - 50% Tình hình đó đòi hỏi cần phải có công nghệ
sấy khô sản phẩm hoặc khử ẩm môi trường sản xuất ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn
Phương pháp sấy khô sản phẩm truyền thống là sấy bằng không khí nóng (60 - 120”C), để
giảm độ ẩm tương đối của không khí người ta hay dùng máy hút ẩm thông dụng làm việc theo nguyên lí bơm nhiệt Thông thường phương pháp này làm cho nhiệt độ phòng sấy lớn hơn
nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối chỉ đạt trên 55% (với độ ẩm ngoài trời từ 80 - 95%)
Trang 15
16-Như vậy không đảm bảo nhu cầu sấy cũng như hút ẩm ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn môi
trường, độ ẩm tương đối nhỏ hơn 55%)
Các hệ thống điều hòa nhiệt độ ở điều kiện khí hậu Việt Nam bao giờ cũng kèm theo hiệu quả giảm ẩm Tuy nhiên chúng cũng thường chỉ tạo ra độ ẩm tương đối không nhỏ hơn 55%
cho không khí dù rằng nhiệt độ có được hạ thấp Cho nên các máy khử ẩm chuyên dùng kiểu
hấp phụ hay được sử dụng Với hệ thống này, không khí được làm khô nhờ tiếp xúc với các chất rắn có khả năng hấp thu ẩm như Silicagel, nhưng để đảm bảo đủ cả hai yêu cầu là sấy lạnh và khử ẩm vẫn cần phải thêm điều hòa không khí, làm tăng vốn đầu tư, thay thế thiết bị, thời gian nghỉ sản xuất để bảo dưỡng, thay thế
Từ những vấn đề thực tế trên, ở Việt Nam trong một vài năm gần đây đã có nhiều công trình của các tác giả trong nước nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm phương pháp hút ẩm, sấy ở nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trường bằng bơm nhiệt máy nén và đã được áp dụng hiệu quả trong sản xuất Tại các cơ sở áp dụng phương pháp trên ngày càng chứng tỏ rõ hiệu quả to lớn không chỉ về mặt kinh tế mà còn cả mặt kĩ thuật
I- TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP
KHU AM HIEN NAY
Công nghệ hút ẩm và sấy khô sản phẩm (bằng phương pháp đối lưu) cùng chung đặc điểm là phải làm giảm độ ẩm tương đối của môi trường khí sấy Đối với công nghệ sấy thì đây là giai đoạn đầu tiên - chuẩn bị môi chất sấy có thế sấy lớn trước khi đi vào buồng sấy Vì vậy khử ẩm tốt là tiên đề để tiến hành quá trình sấy khô vật ẩm có hiệu quả Tuy nhiên, ở công
nghệ sấy nóng thì việc giảm độ ẩm tương đối của khí sấy chỉ đơn thuần là do nâng cao nhiệt độ môi trường sấy Công nghệ này đã và đang được nghiên cứu cũng như áp dụng rộng rãi
trong thực tế Nhưng trong lĩnh vực hút ẩm cũng như sấy lạnh (nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ
nhiệt độ môi trường) thì còn ít được nghiên cứu và áp dụng Do còn hạn chế về mặt thời gian
cũng như năng lực, trong phạm vi đồ án này em chỉ đề cập tới riêng lĩnh vực khử ẩm mà thôi 2.1 Các phương pháp khử am
Ở các nước phát triển châu Âu và Bắc Mỹ, nhu cầu hút ẩm cho các công trình công cộng
và nhà ở gia đình hầu như không được đặt ra vì bình thường độ ẩm trong không khí đã không
cao lại thường có các hệ thống điều hòa nhiệt độ đảm nhận cả chức năng khử ẩm Ở các kho
bảo quản tư liệu, sách báo, phim ảnh, văn hóa phẩm nhu cầu chính vẫn là độ ẩm, còn nhiệt độ dù có cao hơn môi trường (vốn đã không cao) một vài ba độ thì vẫn nằm trong giới hạn cho phép Do vậy, cho những nhu cầu này chỉ cần dùng máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt là đủ
Trang 16
-17-Các máy hút ẩm thông dụng kiểu này trên thị trường Việt Nam đang lưu hành phổ biến là
các loại máy của Nhật, Mỹ như máy Edison, có năng suất hút ẩm định mức (với thơng số ngồi trời 30C, độ ẩm tương đối là 80%) từ 10 đến 35 //zsày, điện năng tiêu thụ từ 0,2 kW đến 0,68 kW, môi chất lạnh là R134-a Trong những trường hợp
12 3 A 5 ? 7 đặc biệt yêu cầu cần có độ ẩm
A tg, SENN b>t tương đối thấp hơn khoảng 50 -
M P< A C 55% thì trước đây hay sử dụng
, B máy bài ẩm chuyên dùng làm
không khí ẩm| —= việc theo nguyên lí hấp thụ rắn AY khong khi kho kiểu máy Munters của Thụy
Điển Nhược điểm lớn nhất của
fu) 6 nó là tiêu hao năng lượng điện Hình 2.1: Sơ đồ máy hút ẩm Edison nhiều, vốn đầu tư lớn, nhất là khi 1-Vỏ máy; 2-Dàn bay hơi; 3-Quạt; 4-Ống cáp; 5-Máy yêu cẩu cả độ ẩm và nhiệt độ
thấp Ngoài ra nó còn gây tốn kém thêm kinh phí thay thế chất hút ẩm (tương đối lớn) và vấn đề
nén; 6-Phin lọc; 7-Dàn ngưng; S-Thùng chứa nước;
A-Gió ẩm vào; B-Gió ẩm sau dàn lạnh; C-Gió khô ra;
M-Động cơ quạt
phòng chống cháy nổ cũng khó khăn, phức tạp hơn do phải dùng dàn điện trở công suất lớn gia nhiệt cho không khí đến 120 -
150C Nếu muốn giữ nhiệt độ trong phòng nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ môi trường thì phải
trang bị thêm máy lạnh có công suất và giá thành khá lớn
Tại những nước có khí hậu ôn đới hay hàn đới, do có khí hậu lạnh và khô nên vấn đề sấy khô được giải quyết tương đối đơn giản và dễ dàng Với các hệ thống điều hòa không khí và khử ẩm, thông thường độ ẩm đã có thể đạt tới 50% và nhỏ hơn trong điều kiện nhiệt độ không
vượt quá 20°C đến 30C Đây là điều kiện vi khí hậu mà nhiều quá trình sản xuất công nghệ
như các ngành ¡n và phần lớn công nghệ sản xuất bánh kẹo, yêu cầu Với những quá trình sản xuất đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn, ví dụ từ 8”C đến 18C với công nghệ sản xuất kẹo Chocolate thì độ ẩm yêu cầu không quá thấp (khoảng 45 + 5%) nên các hệ thống lạnh và điều hòa không khí vẫn có khả năng giải quyết được, vì phần lớn thời gian trong năm, nhiệt độ (và nhiều khi cả độ ẩm) của mơi trường ngồi cũng có giá trị như vậy, thậm chí thấp hơn Với một số mặt hàng như kẹo Jelly, Gelatin, Caramel và các rau quả cần sấy khô ở môi trường nhiệt độ 20°C dén 25°C va do 4m 30% đến 40%, trong trường hợp cần thiết người ta có thể dùng kết
Trang 17-18-hợp máy điều hòa không khí và máy hút ẩm chuyên dụng kiểu hấp phụ Để hút ẩm hay sấy khô các vật phẩm có thể chịu được nhiệt độ tir 50°C dén 60°C hay cao hon, ngudi ta hay sit
dụng các hệ thống bơm nhiệt chuyên dụng như khi sấy gõ, da, malt, đại mạch
Việc sử dụng bơm nhiệt cho các nhu cầu cung cấp nước nóng, sấy, sưởi và điều hòa
không khí là giải pháp ưu tiên hàng đầu ở các nước Tây Âu, Mỹ và Nhật Bản Ở Pháp, người
ta đã tổng kết rằng mọi loại hình sấy nếu không sử dụng bơm nhiệt đều là lãng phí về năng lượng Đến năm 1987, Pháp đã có tới 6000 xí nghiệp có sử dụng bơm nhiệt, trong đó có 300 bơm nhiệt có công suất lớn hơn 30 kW Năm 1997, có khoảng 90 triệu bơm nhiệt được lắp đặt
mới trên thế giới
Nhật Bản là nước có thị trường bơm nhiệt với số lượng lớn nhất thế giới, nhưng khác với
Châu Âu, ở Nhật bơm nhiệt được dùng cho điều hòa không khí và khử ẩm rất được chú ý và tăng trưởng mạnh để thích nghỉ với điều kiện khí hậu trong nước ứng dụng bơm nhiệt mạnh
nhất ở Nhật Bản là lĩnh vực điều hòa không khí dân dụng Hàng năm, Nhật Bản bán ra thị
trường hơn 3 triệu máy điều hòa không khí cục bộ thì gần 1/3 là máy một chiêu lạnh, còn lại
là máy hai chiều dạng bơm nhiệt Bơm nhiệt để điều hòa không khí cho các công trình công cộng hàng năm cũng chiếm khoảng 50% tổng số thiết bị sản xuất ra Sản lượng bơm nhiệt cung cấp cho nhu cầu điều hòa không khí cục bộ (Room Air Conditioner - RAC) sản xuất ra năm 1996 tại Nhật Bản đạt mức 3 triệu, năm 1997 là 7 triệu Mức độ tăng trưởng của RAC năm 1997 vào khoảng 81% (trong đó có 62% dưới dạng bơm nhiệt) Ngoài ra, Nhật Bản cũng
là nước rất chú trọng đến việc sử dụng bơm nhiệt hấp thụ và bơm nhiệt đốt khí cho nhu cầu điều hòa không khí trong các cao ốc thương mại, các hệ thống sưởi ấm làm lạnh và đồng phát nhiệt - điện Thị phần của bơm nhiệt đốt khí tăng từng năm, chiếm 13,I% trong tổng công suất
của thị trường làm lạnh của Nhật Bản năm 1997
Nhờ có chinh sách mở cửa, nền kinh tế Trung Quốc phát triển mạnh vào cuối thập kỉ 80 thế kỉ XX Cũng cùng thời gian này, nhu cầu về điều hòa không khí chuyển từ công nghiệp sang sử dụng thương mại Nhu cầu về điều hòa không khí cục bộ và điều hòa không khí tổ hợp gọn công suất lớn ở Trung Quốc tăng đột biến, tới 40 lần trong năm 1997 so với năm 1990 Năm 1997, bơm nhiệt chiếm khoảng 60% thị phần sử dụng trong công nghiệp điều hòa không khí ở Trung Quốc
Mỹ là nước dẫn đầu thế giới về bơm nhiệt công suất lớn, chiếm tới 50% nhu cầu sử dụng của toàn thế giới Hàng năm có khoảng hơn 30% các cao ốc xây dựng mới trang bị hệ thống điều hòa không khí kiểu bơm nhiệt
Trang 18
-19-Cho tới nay, hầu hết các bơm nhiệt dùng cho các mục đích sấy, sưởi, cung cấp nước nóng đều sử dụng môi chất lạnh là R22 (chiếm khoảng 80%) Trước đây người ta thường dùng R12, chiếm gần 20% và một số ít hệ thống công nghiệp dùng NH, Ngày nay, do yêu cầu bảo vệ tầng ôzôn và giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, việc lựa chọn môi chất lạnh
thay thế cho các chất CFC dùng trong các hệ thống lạnh cũng như bơm nhiệt đang được nhiều nước tập trung nghiên cứu và phát triển Chẳng hạn như các nước châu Âu như: Đức, Thụy Sĩ, Thụy Điển, Áo, đã và đang sử dụng các hydro cacbon (HC), NH;, CO, 1am moi chat thay thế cho các chất CFC đã bị cấm sử dụng
Ở Việt Nam, tuy khí hậu nóng ẩm, có rất nhiêu lĩnh vực sản xuất, quá trình và thiết bị công nghệ đòi hỏi phải được làm khô môi trường hoặc sản phẩm ở nhiệt độ thấp nhưng hút ẩm
và sấy lạnh chưa thành một công nghệ riêng thích ứng với điều kiện, hoàn cảnh cũng như trình độ khoa học kĩ thuật của Việt Nam Một số ngành như thư viện, các cơ quan lưu trữ, bảo quản
tư liệu phim ảnh, tài liệu, ấn phẩm tuy có yêu cầu độ ẩm, nhiệt độ thấp, nhất là về độ ẩm,
nhưng cũng thường chỉ được đáp ứng một cách ước lệ nhờ sử dụng các máy hút ẩm hoặc các máy điều hòa nhiệt độ không khí thông thường Vì vậy chất lượng môi trường vi khí hậu đạt
được thường thấp, nhiệt độ, độ ẩm thường vượt trên giới hạn cho phép Từ mấy năm gần đây, một số cơ sở sản xuất và kho lưu trữ có sử dụng các máy hút ẩm chuyên dùng (kiểu hấp phụ) với chất hấp phụ silicagel lắp ghép kết hợp với máy điều hòa nhiệt độ nhưng còn mang tính chất manh mún, chắp vá, chưa điều khiển được chế độ hoạt động tối ưu, đặc biệt là tối ưu kinh tế - kĩ thuật khi môi trường yêu cầu có nhiệt độ thấp
Ở các môi trường công nghiệp chế biến một số mặt hàng đặc biệt như trong các phân
xưởng sản xuất kẹo chocolate, kẹo caramel, gelatin, kẹo Jelly, người ta đã trang bị đồng bộ
dây chuyền chế biến đảm bảo công nghệ chế biến sản phẩm và thông số chế độ ôn ẩm độ Tuy vậy, trong điều kiện khí hậu Việt Nam các hệ thống đắt tiền, tốn nhiều ngoại tệ để tạo dựng
này thường lại không đảm bảo thông số chế độ về mùa mưa và mùa nóng ẩm
Ở một số cơ sở bảo quản vật phẩm yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm nhỏ hoặc trong một số nhà máy chế biến nông sản thực phẩm, để thực hiện quá trình hút ẩm hay sấy lạnh người ta đã sử
dụng các máy hút ẩm chuyên dụng phải nhập bằng ngoại tệ, giá thành cao, điện năng tiêu thụ
nhiều, lại phải định kì thay thế chất hút ẩm ngoại, rất tốn kém Trong điều kiện sản xuất công nghiệp nhiều bụi bẩn, các chất hút ẩm rất nhanh lão hóa, giảm nhanh khả năng hấp phụ ẩm, trong một số trường hợp như ở hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly, người ta đã phải dỡ bỏ tổ hợp máy
hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh chỉ sau 1 năm lắp đặt vì không phát huy được tác dụng Ở
Trang 19
-20-các tỉnh phía nam, do đặc điểm khí hậu ổn định và khô hơn nên nhu cầu này bớt căng thẳng
hơn Trước tình hình đó, từ năm 1997, GS Phạm Văn Tùy và các cộng sự đã tìm hiểu nhu cầu thực tế và thực hiện nghiên cứu áp dụng đầu tiên sử dụng bơm nhiệt để thực hiện chức năng
hút ẩm và sấy lạnh Được lắp đặt tại Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà, thay thế cho phương pháp sấy dùng tổ hợp máy hút ẩm chuyên dùng kết hợp với máy lạnh Qua thực tế sử dụng, hệ thống này đã phát huy được những ưu điểm vượt trội so với hệ thống cũ
Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt ở các nước phát triển trên thế giới cho các nhu cầu điều
hòa không khí, hút ẩm, sấy, sưởi, rất được chú trọng Tuy nhiên, điều đó chưa được chú
trọng nhiều lắm ở các nước đang phát triển, trong đó có Viêt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực hút ẩm và sấy khô nông sản thực phẩm phục vụ cho công nghiệp sau thu hoạch Hi vọng rằng Nhà Nước sẽ có những chính sách phù hợp để thúc đẩy, mở rộng việc sử dụng bơm nhiệt trong các
lính vực của nền kinh tế
2.2 Giới thiệu một số công trình nghiên cứu về sấy-hút ẩm dùng bơm nhiệt
Việc sử dụng bơm nhiệt trong công nghiệp cũng như dân dụng để sấy, sưởi, hút ẩm, điều
hòa không khí, đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trên thế giới Tuy nhiên, do giới
hạn của đồ án này, nên ở đây chỉ nêu một số công trình nghiên cứu này
2.2.1 Các tác giả trong nước
GS Phạm Văn Tùy và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thành công hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo cứng, tại công ty bánh kẹo
Hải Hà
Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống sấy lạnh theo nguyên lí bơm nhiệt nhiệt độ thấp kiểu modun để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400 kg/ngày hiện nay vẫn đang sử dụng tốt cho phòng sấy lạnh số 2 và 3 Nhà máy thực phẩm Việt Trì -
Công ty Cổ phần Bánh kẹo Hải Hà Thông số nhiệt độ không khí trong buồng sấy 22”C đến 28”C, độ ẩm 30% - 40% Sơ đồ nguyên lí của hệ thống này được biểu diễn trên hình 2.2
Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramel của CHLB Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo Caramel và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng 4 máy lạnh TRANE TTK 530 công suất mỗi máy là
30.000 Bru/h hién nay dang sử dụng cho phòng bao gói kẹo cứng thuộc Xí nghiệp kẹo Công ty Cổ phần bánh kẹo Hả Hà đã được lắp đặt từ năm 1999,
Qua thực tế sử dụng, thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50% vốn đầu tư) và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiêu thụ giảm gần 50%) so với phương án dùng máy hút ẩm,
Trang 20
các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liên tục và giảm chi phí bảo dưỡng Tuy vậy, nó còn có nhược điểm là cồng kênh, sử dụng nhiêu quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ
thống nhiêu bụi bột nên hay phải bảo dưỡng động cơ lại thao tác trong không gian eo hẹp md og MIN mE O,O BH NT2 K.K 4m ` ¿ K.K khô Buồng sấy
Hình 2.2 : Sơ đô nguyên lí hệ thống bơm nhiệt kiểu modun MẪN- Máy nén; BH-Dàn bay hơi; NTI- Dàn ngưng ngoài; NT2- Dàn ngưng trong; TL- Tiét luu
Để khắc phục nhược điểm trên, năm 2005 nhóm tác giả [5] đã thiết kế chế tạo máy sấy
lạnh cho phòng sấy lạnh số 1 theo nguyên lí bơm nhiệt kiểu nguyên khối BK- BSHI8A
Trang 21
-22- Hệthốngống chứa dâu Chan nude cặp nhiệt sau dàn bay hơi
Dan bay hoi 25 HP Dan ngun ‘gune Dan ngung
Phin loc \ rI0HP 20 HP \ J7]
sấu Quạt bió 7000 m3/h, )
Hệ thống ống chứa dầu [—<—” 500 Pa Máy nén Refcomp' cặp nhiệt trúợc dan bay hơi —— Model: SP4H2500
L—><—]
Bình chứa cao áp
Hình 2.3: Sơ đô nguyên lí máy sấy lạnh BK - BSHI8A
Máy sấy lạnh BK - BSHI§A được thiết kế đồng bộ và điều khiển tự động dùng để sấy
lạnh kẹo Jelly có thông số nhiệt ẩm của vật liệu sấy và tác nhân sấy như sau:
- Nhiệt độ sản phẩm đưa vào phòng sấy: t,, = 45 - 50°C; - Độ ẩm sản phẩm sấy khi đưa vào phòng sấy: 18 - 22°C; - Nhiệt độ phòng sấy yêu cầu: t, = 22 - 28°C;
- Độ ẩm phòng sấy yêu cầu: £, = 30 - 40%;
- Nhiệt độ tác nhân sấy thổi vào phòng: t, = 20 - 25°C;
- Độ ẩm tác nhân sấy thổi vào phòng: £, = 30 - 40%;
- Tốc độ tác nhân sấy đi qua dàn bay hơi: w, = 4 - 5 m/s;
- Lưu lượng tác nhân sấy qua dàn bay hơi tách ẩm: 1,2 - 1,8 kg/s;
- Tốc độ tác nhân sấy trong phòng sấy: 0,4 - 0,5 z/s; - Nhiệt độ bay hơi môi chat lanh R22: t, = -5°C + -10°C; - Áp suất bay hơi của môi chất lạnh R22: pạ= 2,8 - 3,5 bar
Trang 22
dd; đ,
Hình2.4 : Quá trình sấy lạnh của máy sấy lạnh trên đô thị I-d
1 Trạng thái không khí trước dàn bay hơi; 2 Trạng thái không khí sau dàn bay hơi; 3 Trạng thái không khí sau dàn nóng phụ Nguyên lí làm việc của máy sấy lanh BK-BSHISA-
Tác nhân sấy từ buồng sấy sau khi trao đổi nhiệt, ẩm với vật liệu sấy được quạt hút về
thiết bị xử lí không khí, ở đây tác nhân sấy được lọc bụi và sau đó được hút qua dàn bay hơi Tại đây tác nhân sấy được làm lạnh xuống nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương trys < t, va
độ ẩm tương đối (£) của không khí tăng lên, lượng hơi ẩm trong không khí được ngưng tụ trên bề mặt dàn lạnh dưới dạng nước ngưng hoặc dạng tuyết hay băng Để khử được nhiều ẩm, môi chất lạnh bay hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp được điều chỉnh trong khoảng từ -10C đến -5“C Ẩm bám trên dàn lạnh dưới dạng băng tuyết rồi được thải ra ngoài khi máy thực hiện chu trình xả băng Không khí sau khi qua dàn lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm tương đối (£) lớn được
tiếp tục cho qua dàn ngưng tụ bên trong Tại đăy không khí được sấy nóng đẳng dung ẩm
d;=d; = const, nhiệt độ không khí tăng lên từ t, đến t; và độ ẩm tương đối của không khí giảm từ f; xuống £; Ta có thể điều chỉnh nhiệt độ không khí sau khi qua dàn ngưng tu trong bằng cách thay đổi tốc độ quạt cung cấp không khí của thiết bị xử lí và thay đổi giá trị đặt trong bộ điều khiển nhiệt độ Tốc độ gió vào buồng sấy cũng có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh van gió Không khí lúc này có phân áp suât hơi nước nhỏ tiếp xúc với vật liệu sấy làm
bay hơi ẩm từ nó, thực hiện quá trình sấy khô vật liệu cần sấy
Trang 23-24-So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu modun thì BK- BSHI8A có thiết bị xử lí không khí được chế tạo ở dạng tổ hợp gọn có thế được đặt ngoài nhà, trong nhà hay trong
buồng sấy và có tốc độ không khí có thể thay đổi được để phù hợp với yêu cầu các vật liệu cụ
thể Sau I năm hoạt động, BK-BSHI8A đã thể hiện rõ các tính ưu việt của nó, được cơ sở sử
dụng đánh giá rất tốt
Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp hể hút ẩm và sấy lạnh tỏ ra có nhiều ưu
điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực
tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kĩ thuật đáng kể Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù
hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi vị, chất dinh dưỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn Các hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệ thống sấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu, môi trường sấy, cấu trúc dàn lạnh
sử dụng, nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đối tượng sấy, tuy nhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế Do vậy, vẫn cần tiếp tục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các quá trình, các giới hạn kĩ thuật và những vấn đề tự động điều chỉnh, khống chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy cũng như vật liệu sấy
2.2.2 Các tác giả nước ngoài
Macio N.Kohayakawa và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như: vận tốc gió V,„ chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuyếch tán của quá trình sấy D„; trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống là R22 Hệ
thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí Nhiệt độ không khí
trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40°C đến 56“C Vận tốc gió thay đổi tir 1,6 m/s dén 4,4 mis, chiéu dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14.2 mm Khối lượng vật liệu sấy ở mỗi mẻ sấy là 300 g, thời gian sấy là § #/mể Dựa vào các quan hệ lí thuyết tính toán hệ số khuyếch
tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kết hợp với số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi quy xác định hệ số khuyếch tán D,; như sau:
D,= 4,2625 - 0,61922.V,, + 0,380538.V’,, + 1,012517.L - 0,90343.V,,.L
Phương trình trên cho thấy ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng như mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuyếch tán D,„ Ở day, ảnh hưởng của tốc độ gió V„„ là lớn nhất, sau đó đến chiều dày L của vật liệu sấy Phương trình cũng cho biết ảnh hưởng lẫn nhau giữa
hai thông số đó thông qua mối quan hệ chéo giữa chúng Tuy nhiên, phương trình cũng không
đề cấp tới ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặc dù ảnh hưởng của chúng là lớn tới hệ số khuyếch tán Điều này cũng được chính các tác giả khẳng định trong nghiên cứu của mình
Trang 24
Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj đã tiến hành nghiên cứu về lí thuyết và thực nghiệm đối với quá trình sấy bằng bơm nhiệt các loại vật liệu đặc biệt Các tác giả đã tiến hành thiết lập các quan hệ tính toán lí thuyết quá trình sấy lớp mỏng (thin layer) có
quá trình trao đổi nhiệt - ẩm (hình 2.5) đưa ra phương trình thay đổi nhiệt độ của vật liệu sấy trong băng tải: Trong đó: f=h,T,-G,L, ® ax —) Ox g= (- hy, + (Cy — Cy }G,- h=-G,.(C,,+M.C,) Hướng của dòng không khí T,, M, G, OO TT TT TT TT Z
Hướng của dòng không khí
Hình 2.5: Quá trình trao đổi nhiệt - ẩm của VLS và không khí Với các kí hiệu:
h,„: hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/n.ph.K: T,: nhiệt độ của không khí, “C;
T,: nhiệt độ của vật liệu sấy, °C;
Trang 25
C,,: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kgK;
C,: nhiét dung riêng của nước, kJ/ksK;
G: lưu lượng của vật liệu sấy chuyển động qua bang tai, kg/m.s;
W: độ chứa hơi của không khí, kg/kg kk;
M: độ ẩm của vật liệu sấy tại thời điểm t; x: chiều dày của vật liệu say, m;
L: nhiệt ẩn hóa hơi của nước trong vật liệu say, J/kg
Các tác giả cũng tiến hành nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy lá cây linh lăng Hệ thống bơm nhiệt có công suất điện máy nén là 0,424 kW, môi chất lắnh dụng là R134a Nhiệt
độ sấy t = 30C đến 45”C, tốc độ gió trong buồng sấy là 0,36 m/s, độ ẩm sau khi sấy là 10%, khối lượng vật liệu sấy là 0,4 kg Quá trình sấy được tiến hành theo hai phương thức: sấy theo mẻ (batch drying) và sấy liên tục kiểu băng chuyền (continous bed drying), thời gian sấy tương ứng là 4,5 ¡ và 4 ¡ Từ các kết quả thực nghiệm trên, rút ra một số kết luận sau:
- Lượng tách ẩm riêng trong quá trình sấy lá cây linh lăng băng bơm nhiệt có giá trị từ 0,5 đến 1,02 kg/kWh;
- Thực hiện quá trình tách ẩm bằng dàn bay hơi của bơm nhiệt hiệu quả hơn 50% trong việc hồi nhiệt ẩn từ không khí ẩm thải ra sau khi sấy so với phương pháp sấy truyền thống;
- Trong phương thức sấy theo mẻ, bơm nhiệt làm việc có hiệu quả hơn nếu độ ẩm của tác
nhân sấy tại đầu vào dàn lạnh nhỏ hơn 30%
U.Teeboonma, J.Tiansuwan và S.Soponronnarit đã nghiên cứu nhằm tối ưu hóa quá trình sấy các loại rau quả bằng bơm nhiệt tại Thái Lan Từ những giả thiết đã đặt ra, trên cơ sở tối ưu hóa các thông số Kĩ thuật - kinh tế đối với đu đủ và xoài, nghiên cứu đã kiến nghị nên chon
các thông số kĩ thuật khi thiết kế một hệ thống sấy bằng bơm nhiệt như sau: - Khối lượng sấy: m, = 1400 - 1950 kg/h;
- TỶ lệ bypass không khí qua dàn lạnh BP =59 - 70%;
- Nhiệt độ không khí vào buồng sấy Tụ, = 55°C; - TỈ lệ tuần hoàn không khí RC = 100%;
- Công suất điện của máy nén W,„„„ = 1,61 &W đến 1,74 kW;
Trang 26-27 Cong suat lanh W.,, = 5,00 kW dén 7,12 kW;
- Nhiệt tỏa dàn nóng trong W,„„„¡ = 6,62 kW dén 8,87 kW;
Nhu vậy, có thể thấy đây là nghiên cứu khá đầy đủ,cụ thể về quá trình sấy rau quả sử
dụng bơm nhiệt ở Thái Lan, cũng là một nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm rất giống với nước
ta Điều này một lần nữa chứng tỏ những ưu điểm vượt trội của bơm nhiệt trong việc sấy các nông sản thực phẩm ở các nước nhiệt đới
2.3 Công nghệ khử đm
2.2.1 Các phương pháp khử ẩm đã áp dụng
Cho tới nay đã hình thành một số phương pháp hút ẩm như dùng hóa chất, máy điều hòa
không khí, máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt và máy hút ẩm hấp phụ - Phương pháp dùng hóa chất :
Đây là phương pháp đơn giản đã có từ lâu
và được lưu truyền trong dân gian để giữ khô sản phẩm, vận dụng trong một không gian hẹp Ở đây, không khí được làm khô nhờ các chất
rắn có tính hấp phụ ẩm (trong môi trường) như
vôi sống, silicagel, kèm theo quá trình hấp
phụ ẩm là quá trình tỏa nhiệt nên kết quả là dung ẩm của không khí giảm đi, nhiệt độ tăng lên và độ ẩm tương đối ø của không khí giảm,
thích hợp để giữ khô các vật phẩm
đ di
Hình 2.6: Quá trình khử ẩm bằng hòa chát Phương pháp này không thích hợp để khử 1-Trạng thái không khí trước khi xử lí; l EP l phay gu oP
2-Trạng thái không khí sau khi xử lí ẩm cho các thể tích lớn quy mô công nghiệp
Tuy nhiên các chất hút ẩm kiểu này có thể
được sử dụng trong các máy hút ẩm hấp phụ công suất lớn Bên cạnh đó, phương pháp này cũng có nhiều nhược điểm Vì sử dụng hóa chất, nên thận trọng trong việc lựa chọn hóa chất sử dụng Lượng ẩm hấp thụ được trong không khí cũng không cao Sau một thời gian hấp thụ,
ta cần quá trình hoàn nguyên hay thay thế Các chất như axit sunfuar sử dụng cần phải cẩn
thận, nếu không sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng -Phương pháp dùng máy điêu hòa không khí
Trang 27
ca di a
Hình 2.7: Quá trình xử lí không khí
trong máy điều hòa không khí
Các máy điểu hòa không khí nói chung có chức năng đảm bảo điều kiênj vi khí hậu thích hợp cho môi trường sản xuất công nghiệp, công trình công cộng và đời sống, chưa kể các hệ
thống điều hòa không khí công nghiệp có độ ẩm
không khí được điều chỉnh ở một trị số thích
hợp, các hệ thống điều hòa không khí dân dụng
trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam cũng thường là quá trình khử ẩm (làm lạnh - làm
khô) về mùa hè Cũng có thể nói rằng máy lạnh điều hòa không khí nào cũng là máy khử ẩm, tuy nhiên, ở các thông số tiện nghỉ thì độ ẩm không khí trong phòng thường chỉ giảm đến 60 - 65% Tính chất này làm cho các máy điều hòa không khí thông dụng cũng được dùng với chức năng hút ẩm cho các phòng máy tính, thiết bị điện tử, thư viện, kho lưu trữ, Tuy vậy yêu cầu về độ ẩm ở các công trình như vậy thường cũng không đảm bảo, nhất là vào những ngày trời nồm hay độ ẩm cao
H
dc = ds da —~d
Hình 2.8: Quá trình khử đm không khí
bằng bơm nhiệt
- Máy hút ẩm thông dụng kiểu bơm nhiệt
Đây là các loại máy hút ẩm dân dụng bán trên thị trường Máy làm việc theo nguyên lí bơm nhiệt, cả dàn nóng và dàn lạnh đều được dùng để sấy lại không khí sau dàn lạnh Vì thế nếu sử dụng máy liên tục thì nhiệt độ trong phòng sẽ tăng lên lớn hơn nhiệt độ môi trường, nhờ vậy
máy có thể khử ẩm không khí đến giá trị p= 50% nhưng nhiệt độ cao hơn khi không đặt máy Điều
này làm cho máy hút ẩm loại này không sử dụng
được cho mục đích sấy lạnh Khi sử dụng kết hợp
với máy điều hòa không khí có thể giữ được nhiệt
độ trong phòng ở thông số tiện nghi, nhưng độ ẩm cũng chỉ dừng lại ở trị số giới hạn Vì những lí do nêu trên mà máy hút ẩm thông dụng chỉ được dùng thích hợp để duy trì độ ẩm trong các phòng ở, sinh hoạt (những khi cần thiết) hoặc trong các phòng máy, kho tàng cần duy trì độ ẩm không quá cao, còn nhiệt độ có thể thay đổi trong khoảng rộng Các máy hút ẩm kiểu này thường có năng suất hút ẩm từ 10 tới 35 /í nướcíngày
Trang 28
Máy hút ẩm hấp phụ
Máy hút ẩm hấp phụ được Carl Munters phát minh từ năm 1955 Nguyên lí làm việc chủ yếu của nó dựa trên tính chất hấp phụ ẩm của một số chất rắn - thường là titanium silicagel
Bộ phận chính của máy là roto chất ẩm cấu tạo rỗng kiểu tổ ong, quay bằng một động cơ điện truyền động qua dây đai Một phần của roto tiếp xúc với dòng không khí cần hút ẩm để hấp phụ ẩm Trong khi đó, phần còn lại của roto lại tiếp xúc với dòng khí nóng đã được gia nhiệt bằng điện trở để khử hấp phụ cho roto, và khi quay sang phần bên kia roto lại có khả năng hấp phụ ẩm của không khí cần xử lí Do tốc độ quay chậm (khoảng 10 vòng/h) mà roto đảm bảo tách ẩm liên tục ngay cả khi nhiệt độ đọng sương xuống rất thấp Khả năng tách ẩm dễ được điều chỉnh theo nhu cầu Quá trình hấp phụ ẩm luôn luôn tỏa nhiệt, hơn nữa khi được hoàn
nguyên bằng không khí nóng ở 120 - 130°C khi quay sang vùng khử ẩm roto đã gia nhiệt cho
không khí xử lí nên nhiệt độ không khí khô thường bị nâng thêm từ 15 - 25C Vì thế khi cân
duy trì môi trường nhiệt độ bằng hay thấp hơn nhiệt độ môi trường thì máy hút ẩm loại này luôn phải dùng kèm theo với một máy lạnh Mái nhà + - Buổng sấy lạnh
Hình 2.9: Sơ đồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá trình thay
đổi trạng thái không khí trên đô thi I-d
1 Trạng thái không khí sau khi đã được làm lạnh;
2 Trạng thái không khí khi đã nhận ẩm của vật cân sấy; 3 Trạng thái không khí khi đã được khử ẩm bằng chất hấp phụ Nhược điểm chính của máy hút ẩm loại này là:
- Phải định kỳ thay chất hút ẩm (nhập ngoại roto hút ẩm) do hao hụt khối lượng và lão hóa chất hút ẩm
Trang 29
Nhiệt độ khơng khí hồn ngun lớn hơn 100C làm keo hóa dân, bụi bám vào lỗ tổ
ong, giảm hiệu quả của máy, lưu lượng không khí giảm, kém an toàn
- Dàn điện trở gia nhiệt khơng khí hồn ngun tiêu thụ nhiều điện, làm việc ở nhiệt độ
cao, máy hút ẩm phải đặt kèm với máy lạnh
Máy hút ẩm thông dụng kiểu bơm nhiệt tuy chỉ thích hợp cho những nhu cầu sử dụng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường và độ ẩm lớn hơn 50%, nhưng nếu được thiết kế, lắp đặt và hiệu chỉnh chế độ làm việc thích hợp thì nó vẫn có khả năng làm việc ở chế độ nhiệt độ và độ ẩm thấp và phát huy được lợi thế về tiết kiệm năng lượng của bơm nhiệt nói chung Hơn nữa trong nhiều quá trình cần có sự phân l¡ dòng chất lỏng kiểu như các quá trình khử ẩm, vì nó tận dụng được cả nhiệt ẩn của các quá trình biến đổi pha xảy ra ở các nhiệt độ không đổi ở dàn ngưng tụ và dàn bay hơi phục vụ cho việc khử ẩm và giảm độ ẩm tương đối của không
khí
2.2.2 Quá trình khử ẩm
Dàn bay hơi của bơm nhiệt được sử dụng không chỉ làm lạnh chất lỏng mà còn có tác
dụng tách các chất ngưng tụ chứa trong nó như hơi nước trong không khí Trong trường hợp
chung, ẩm trong không khí có thể tồn tại ở 3 dang là hơi, lỏng hay rắn, với dung ẩm (kg/kg) 6 dang hoi d,, dang long d,, dang ran d,, entanpi H của không khí ẩm sẽ là :
H= (-t) + [2500 + 1,93( - t,)]d, + 4.18d,(-t,) +[-335 + 2,1(t - t,)d,], kJ/kgkk
Trong đó:
ty: nhiệt độ đông đặc của nước ở áp suất không khí ẩm;
d, =0,622.—B0)— 1y P-P,(Đ.ọ
P: là áp suất của không khí ẩm;
P,: phân áp suất hơi nước, có thể tính phụ thuộc vào hiệu nhiệt do (t - t,)
P,=622 + 35,8(t - t,) + 2,46.(t- t,)” + ,Pa
Ig P, = 25,83- ee —5.028IgT +
Trang 30
Trong quá trình hút ẩm, ta có thể thấy rõ sự khác nhau giữa hai tiết diện trong thiết bị bay hơi của bơm nhiệt ở tiết diện đầu, không khí ẩm được làm lạnh xuống đến điểm sương t„
nhiệt tỏa ra tính trên đơn vị dài có thể được xác định theo quan hệ:
đQ _ ,dV dt
=C.—— dtdx dt dx
Với c' là nhiệt dụng riêng thể tích của không khí ẩm ở nhiệt độ khí quyển (c' = 1,23 kJ/m`.K) Khi xảy ra hiện tượng ngưng ẩm, có thể tính lượng nhiệt này như sau: d?Q =-| c+r ,_ d’m ) dvdt dtdx dVdt ) dtdx Trong đó: r: là nhiệt ngưng tu (r = 2500 kJ/kg đối với nước ở nhiệt độ khí quyển); 2 qa là lượng nước ngưng theo đường @ = 100% (bang 1,2 g/m’K 6 20°C) va tang 2 nhanh theo nhiệt độ biểu thị qua biểu thức: nà = a, /7) „ hằng số R đối với hơi nước, ta có: R = 8314/18 J/kgk Mặt khác, số lượng nhiệt được môi chất lạnh hấp thụ ở thiết bị bay hơi của bơm nhiệt là: dQ =K(T-T, dtdx ( »)
Với K là hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi, Tụ là nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh
Kết hợp các phương trình trên ta được:
Trang 31
2 for c+r dm 0 dvdT ) K X-X, T-T, “Xx T Với : K- Sử là thông số đặc trưng dt cho công suất của thiết bị bay hơi của bơm nhiệt (khoảng 1kJ/m”K);
X: chiều sâu của thiết bị bay hơi
(theo hướng dòng khí qua);
Hình 2.10: Độ chênh lệch nhiệt độ dọc theo ,
thiết bị bay hơi trong bom nhiệt X;: khoảng cách từ đầu không khí
vào thiết bị bay hơi đến điểm xuất hiện quá trình ngưng đọng ẩm;
T,: nhiệt độ đọng sương
Chỉ số I và 2 kí hiệu đầu vào và ra của không khí qua thiết bị bay hơi
Quá trình làm lạnh không khí và ngưng đọng ẩm được minh họa trên hình 1.2.4 Nhiệt
lấy đi từ không khí dưới dạng nhiệt hiện trong khoảng đầu (từ 0 đến Xu), nhiệt độ giảm từ T, đến T, Nhiệt không khí tỏa ra dưới dạng nhiệt ẩn trong phần còn lại (từ Xạ đến X), nhiệt độ thay đổi từ T, đến T,
Như vậy từ các nghiên cứu cụ thể đã được chứng minh, quá trình bám tuyết, đóng băng là
không thể tránh khỏi đối với các máy sấy lạnh cũng như máy khử ẩm, vì thực chất máy khử ẩm cũng là một loại máy sấy lạnh bơm nhiệt Vấn đề cần quan tâm lớn nhất là khả năng tách
ẩm trung bình của thiết bị bay hơi trong một chu kì xả băng, chỉ phí tiêu thụ năng lượng thấp
nhất, sự ổn định của các thông số không khí đầu ra đạt được yêu cầu công nghệ Để có thể đáp ứng được các yêu cầu nêu ra ở trên, máy hút ẩm phải được thiết kế và điều khiển một cách hợp lí để có được hiệu suất tách ẩm lớn nhất Mặt khác, quá trình chạy và xả băng là không ổn
Trang 32
-33-định Vì vậy việc xác định được đặc tính động học của quá trình bám tuyết trên bể mặt dàn
lạnh tách ẩm của máy sấy lạnh cũng như máy hút ẩm bơm nhiệt để đưa ra kết luận về chế độ xả băng tối ưu làm cơ sở khi thực hiện nghiên cứu, chế tạo các thiết bị sấy lạnh nói chung
cũng như hút ẩm công nghệ nói riêng là rất cần thiết
2.3 Tác động của hiện tượng đóng băng dàn bay hơi tách ẩm đối với hệ thống sấy lạnh,
hút ẩm
Đối với thiết bị sây lạnh, hút ẩm hiện tượng đóng băng dàn bay hơi ảnh hưởng rất lớn đến chế độ vận hành, tuổi thọ thiết bị cũng như chất lượng của sản phẩm công nghệ, chi phí tổn hao năng lượng đối với một kg ẩm tách được của tác nhân sấy Khi đóng băng dàn bay hơi sẽ
xảy ra việc giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi và làm giảm khả năng tách ẩm của dàn
bay hơi Hiện tượng đóng băng làm tăng độ ẩm của không khí trong không gian cần hút ẩm
(đối với máy hút ẩm) cũng như của tác nhân sấy (trong máy sấy lạnh) - gọi chung là tác nhân
sấy, giảm tốc độ tác nhân sấy Nói chung, hiện tượng đóng băng dàn bay hơi sẽ gây nên các
ảnh hưởng xấu như:
- Về mặt công nghệ : khi xảy ra hiện tượng đóng băng dàn bay hơi, độ ẩm tác nhân sấy tăng, tốc độ sấy giảm, hiệu suất tách ẩm thấp, sản phẩm công nghệ không đạt yêu cầu
- Về mặt thiết bị : hiện tượng đóng băng nhiều ở dàn bay hơi gây nên khả năng ngập dịch máy nén làm giảm chất lượng dầu bôi trơn do phải làm việc nhiều ở nhiệt độ thấp, có thể xảy ra hiện tượng thủy kích khi lượng lỏng về máy nén quá nhiều, máy nén có thể hỏng hoậc giảm tuổi thọ
- Về mặt năng lượng : hiệu suất làm việc của thiết bị giảm do khả năng tách ẩm kém, chỉ phí năng lượng tiêu hao lớn nhưng không thu được sản phẩm công nghệ như mong muốn
Van dé quan trong nhất đối với dàn bay hơi tách ẩm máy sấy lạnh, hút ẩm là làm sao để
lượng tuyết bám vừa đủ, sau đó tách ra hết khỏi bê mặt dàn trong một thời gian nhất định, đạt
được các yêu cầu về thông số nhiệt ẩm của tác nhân sấy Nghiên cứu chu kì chạy, xả băng sao
Trang 33-34-cho hiện tượng đóng băng dàn lạnh gây hậu quả ít nhất về thiết bị cũng như công nghệ, đặc
tính động học của quá trình bám tuyết trên bề mặt dàn bay hơi tách ẩm của máy sấy lạnh có ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình thiết kế chế tạo loại thiết bị này
2.4 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đặc tính nhiệt độ trung bình t„ và độ ẩm tương đối \
trong chu kì hoạt động của máy sấy lạnh BK - BSHI8A
Theo [6], tác giả đã nghiên cứu thực nghiệm đặc tính động học quá trình bám tuyết trên
dàn bay hơi của máy sấy lạnh BK - BSHIS8A đối với các chế độ chạy và nghỉ xả băng khác
nhau Một số nhận xét đã được rút ra như sau:
- Ở giai đoạn đầu của chu kì chạy (khởi động máy sấy lạnh), độ chênh giữa nhiệt độ đọng
sương t, và nhiệt độ bay hơi tạ của môi chất lạnh là rất lớn t >>ty, do kết cấu của dàn bay hơi có chiều dày lớn (400 mm) và khe hở giữa các cánh tản nhiệt là 3 zzm cho nên khi máy sấy làm
việc, nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh tạ giảm ngay lập tức xuống giá trị tạ = -10C Vậy dàn
bay hơi có chức năng tách ẩm ngay sau khi máy chạy và độ ẩm tương đối ¿ của tác nhân sấy
tăng lên đến xấp sỉ 100% và độ chứa hơi đ giảm từ giá trị d, xuống giá trị d;
- Đối với trạng thái tác nhân sấy trước dàn bay hơi, độ chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm ở đầu chu kì và cuối chu kì là do tác nhân sấy sau khi ra khỏi phòng sấy đã nhận nhiệt ẩm từ vật
liệu sấy trong suốt thời gian chạy máy luôn có sự thay đổi phụ tải Vì vậy trạng thái nhiệt độ nhiệt độ, độ ẩm tác nhân sấy thay đổi trong khoảng t = 25”C- 30°C, ¿ = 39 - 51%
- Trạng thái của tác nhân sấy sau dàn bay hơi ở đầu chu kì khi máy bắt đầu làm việc đối với tất cả các chế độ chạy Tại thời điểm này chưa có hiện tượng bám tuyết trên bề mặt dàn bay hơi, lúc này khả năng tách ẩm của máy sấy lạnh là lớn nhất và trong thời gian từ 10 đến
15 phút đầu tiên của mỗi chu kì chạy, độ ẩm tương đối ¿ của tác nhân sấy sau dàn bay hơi
nhanh chóng đạt giá trị bằng 100%, gần bằng quá trình sấy lí thuyết [4] Ở giai đoạn đầu của
chu kì chạy máy, khả năng trao đổi nhiệt ẩm giữa tác nhân sấy và môi chất lạnh trong dàn bay hơi là tốt nhất
Trang 34
-35 Sau khoảng thời gian trên, độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau dàn bay hơi giảm dan
theo thời gian chạy máy và dao động trong khoảng ¿ = 99 - 68% tùy theo từng chế độ chạy
máy Đặc tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau dàn bay hơi cho thấy khi thời gian chạy máy tăng lên, khả năng lên, khả năng tách ẩm của dàn bay hơi giảm do hiện tượng bám tuyết của dàn, làm cản trở quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa môi chất lạnh và không khí ẩm Do vậy cần thiết phải chọn được chế độ chạy và xả băng thích hợp đối với máy sấy lạnh mà không kéo
đài quá thời gian chạy máy làm đóng băng quá dày ở dàn bay hơi
- Ở cuối chu kì chạy, khi thực hiện quá trình xả băng (tuyết), lúc này máy nén dừng không hoạt động Không có lượng môi chất bay hơi ở dàn bay hơi và gia nhiệt ở dàn nóng phụ Quá trình xả băng được thực hiện bằng quạt gió của dàn bay hơi ở thời điểm đầu của chu kì xả băng, nhiệt độ tác nhân sấy sau dàn bay hơi tăng nhanh từ khoảng 5,5°C đến 22C và khi
cuối quá trình xả băng, nhiệt độ tác nhân sấy sau dàn bay hơi đạt giá trị ổn định khoảng 20
đến 25°C,không thể tăng lên được nữa, lúc này lượng tuyết bám đã được xả hết khỏi dàn bay hơi Cũng tương tự, do ảnh hưởng của sự tan chảy băng tuyết nên nhiệt độ tác nhân sấy trước dàn bay hơi giảm nhẹ từ 25.8°C đến 25,1°C Đối với độ ẩm tương đối ¿ của tác nhân sấy sau dàn bay hơi giảm nhanh khi thực hiện chu kì xả băng và gần đạt tới giá trị bằng giá trị của độ
ẩm tương đối ¿ của tác nhân sấy trước dàn bay hơi khi ở cuối chu kì xả băng
- Sự thay đổi các thông số trạng thái (nhiệt độ và độ ẩm) của tác nhân sấy trong một chu
kì chạy ở các chế độ khác nhau đều có quy luật tương đối giống nhau,cụ thể như sau:
+ Đối với trạng thái tác nhân sấy trước dàn bay hơi,sự thay đổi độ ẩm tương đối ở đầu và cuối chu kì chạy dao động từ 38% đến 55% và ở cuối chu kì xả băng, giá trị lớn nhất của độ
ẩm tương đối tác nhân sây đạt 59% và sau đó sẽ giảm nhanh khi máy sấy lạnh làm việc theo
chu kì tiếp theo Tuy nhiên thời gian dao động của độ ẩm tương đối là nhỏ, khoảng 10% thời gian của một chu kì chạy Do vậy đảm bảo được sự ổn định về độ ẩm của tác nhân sây trong
phòng sấy
Trang 35
-+ Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của tác nhân sây trước dàn bay hơi ở đầu và cuối chu
kì chạy của các chế độ dao động không nhiều, từ 25"C đến 30C, sự ổn định này cho biết được thông số nhiệt độ trong phòng sấy là ổn định, đáp ứng được các yêu cầu công nghệ
Trang 36
-37-CHƯƠNG III
TÍNH TỐN NĂNG SUẤT KHỦ ẨM CHO PHÂN XƯỞNG
Do những đặc thù riêng của hệ thống khử ẩm như đã nêu trong các chương trước nên khi tính toán năng suất nhiệt, ẩm cho hệ thống cũng phải tính toán cho các chế độ khí hậu khác nhau của thời tiết tại nơi sản xuất
Vì hệ thống đặt tại Hà Nội, thuộc khu vực khí hậu Miền Bắc nước ta, là kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa, phân chia làm hai mùa rõ rệt, mùa hè nóng ẩm, mùa đông lạnh khô Tuy nhiên cũng lại có kiểu khí hậu nồm ẩm vào những ngày cuối đông, đầu thu nên tính toán cũng phải
tính cho các chế độ khác nhau đó Mặt khác, để đảm bảo yêu cầu khắt khe của sản xuất thì cần tính tới các thông số khắc nghiệt nhất của từng chế độ thời tiết đặc trưng đó
Trong chương này ta sẽ tính toán cho ba chế độ khác nhau:
- Chế độ mùa nồm : Nhiệt độ không khí: t„ = 20°C, độ ẩm tương đối: £ = 90% - Chế độ mùa hè: nhiệt độ: t„„ = 41,6°C, độ ẩm tương đối :£ = 83% ‘max
- Chế độ mùa lạnh: nhiệt độ: t„;„= 3,1”C, độ ẩm tương đối: £ = 80%
Với không gian phân xưởng sản xuất như trong bẩn về mặt bằng sẽ có các loại nhiệt thừa và ẩm thừa sau:
a Nhiệt thừa:
- Nhiệt thừa do bức xạ qua kết cấu bao che; - Nhiệt thừa do rò lọt khí;
- Nhiệt thừa do máy móc thiết bị trong phân xưởng tỏa ra;
- Nhiệt thừa do công nhân làm việc trong phân xưởng;
- Nhiệt thừa do sản phẩm tỏa ra;
b Ẩm thừa:
- Ẩm thừa do rò lọt không khí;
- Ẩm thừa do công nhân làm việc trong phân xưởng tỏa ra;
- Ẩm thừa do yêu cầu công nghệ (phần ẩm trong không khí phải lay di);
Trang 37
-38-L TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT, AM CHO CHE ĐỘ MUA NOM 1.1 Tính nhiệt thừa 1.1.1 Nhiệt thừa do máy móc tỏa ra,O, 1 Q = NG Ky k(t I+ Kk} W Trong đó:
- Đú„: cơng suất động cơ lắp đặt của máy, W Trong phân xưởng có 2 động cơ băng tải
công suất mỗi chiếc là 3 kW; một máy bơm có công suất 0,5 kW;
- Kự: hệ số phụ tải, bằng tỉ số giữa công suất thực (hiệu dụng) của máy trên công suất động cơ lắp đặt K, = 0,8; Nị; 4 > 2 4 ay ¬¬ trong đó N,, t; là công suất động cơ thứ i lam ¡4 việc trong thời gian t; và t là tổng thời gian hoạt động của hệ thống khử ẩm, K„ = l; - Kạ: hệ số đồng thời, K„ =
- K;: hệ số thải nhiệt Các động cơ làm việc ở chế độ biến điện năng thành cơ năng nên
lấy Kr= I: bơm có động cơ trong phòng, ống nước ngoài phòng lấy K;= 0.2;
- h : hiệu suất làm việc của động cơ Theo [6], với tổng công suất động cơ từ 5 đến 10 kW nên h = 0,85; Vay nhiệt tỏa ra từ máy móc tính được Q,: Q, =2.3000.0.8.1: 1, +1 |+500.0,8.1i Jy +0,2 |= 6200 W 0,85 0,85 1.1.2 Nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng, Q› Q,=N,,W Trong đó:
Đ,, - tổng cơng suất chiếu sáng của tất cả các đèn trong phân xưởng, W
Theo [6], đối với phân xưởng có thể tính công suất chiếu sáng theo tiêu chuẩn chiếu sáng
1a 10 - 12 Wim’
Với phân xưởng kẹo Caramel, theo bản vẽ mặt bằng, diện tích làm việc là 66 mỉ, vậy nhiệt tỏa từ chiếu sáng là:
Trang 38
-Q; =12.66 =792 W
1.1.3 Nhiệt tỉa ra từ người, Q:
Nhiệt tỏa từ người thay đổi theo điều kiện vi khí hậu, cường độ lao động và thể trạng cũng
như giới tính Theo [6], nhiệt tỏa từ người tính theo biểu thức sau:
Q;=n.q, W
Trong d6;
q: nhiệt tỏa từ một người, W/người;
n: Số người làm việc trong không gian phân xưởng
Trong một ca làm việc, số công nhân vận hành là 3 người, đàn ông Nhiệt tỏa từ một người, theo bảng 3 [6], ta có : q = 170 W/mgười
Vậy, nhiệt tỏa từ người:
Q,=3 170 = 510 W
1.1.4 Nhiệt tỏa do mặt trời qua cửa kính, O,
Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau:
- Trực xạ hoặc tán xạ bầu trời, sương mù, bụi, khói và mây; - Cường độ bức xạ mặt trời tại địa phương;
- Thời gian quan sát để tính toán (góc làm bởi trực xạ và mặt kính);
- Kiểu cửa sổ, vật liệu làm cửa sổ, trạng thái đóng hoặc mở cửa; - Vật liệu làm kính và các lớp phủ chống nắng: - Diện tích kính, độ dày kính và các tính chất khác của kính, ô văng che nắng Xác định chính xác nhiệt tỏa do bức xạ là khó, chỉ xác định gần đúng: Q,=1.E E,.E;.ty tạ, W Trong đó:
- lạ : cường độ bức xạ mặt trời lên mặt đứng, phụ thuộc hướng địa lí, W/m”:
Do vị trí của phân xưởng, các cửa kính quay theo hướng Nam - Bắc, ở đây đang tính cho
mùa nồm ,từ tháng 1 tới tháng 3 hàng năm, tại Hà Nội, vĩ độ 21° vi Bac nén theo bang 4.2 [6],
ta có cường độ bức xạ:
Trang 39-40-Toa +1; +1; - 445 +350+205
rn =333,W
- F,: dién tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, ø:
Theo bản vẽ mặt bằng ta có diện tích cửa kính bên ngoài: F, = 2.1,75.2,3 + 4.0,7.1 = 10,85 ơ”
r¡ : hệ số trong suốt của kính: do trong phân xưởng cửa kính luôn đóng trong quá trình
hoạt động Cửa kính một lớp nên z, = 0,9;
+; : hệ số bám bẩn: cửa kính 1 lớp đặt đứng +, =0,8;
r; : hệ số khúc xạ : cửa kính I lớp khung kim loại nên t, = 0,75 - 0,79 Chon :; = 0,75; t¡ : hệ số tán xạ do che nắng: do cửa kính có mái đua nhưng không che phủ được cửa
kính khi có ánh nắng chiếu vào, có cửa chớp, không có sơn, rèm che nên theo [6] ta có:t¿= 0,3;
Vậy, nhiệt tỏa do mặt trời qua kính :
Q, = 333.10,85.0,9.0,8.0,75.0,3 = 585 W
1.1.5 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che, Q;
Thành phần này tỏa vào trong phân xưởng do bức xạ mặt trời làm cho kết cấu bao che nóng lên hơn mức bình thường, gồm nhiệt tỏa cho mái và vách Theo [6], thành phần qua vách có thể bỏ qua Theo như bản vẽ mặt bằng thì phân xưởng này không cần tính nhiệt tỏa do nằm ở tầng một của tòa nhà hai tầng
1.1.6 Nhiệt tỏa do rò lọt không khí, O,
Nhiệt tỏa do rò lọt không khí được tính theo biểu thức:
Q,= G„.d; - L), W
Trong đó:
- G,: lượng không khí rò lọt vào phân xưởng;
Ở đây tính lượng không khí rò lọt chủ yếu là lượng khí tươi cân phải cung cấp đủ tối thiểu
cho các công nhân làm việc trong phân xưởng theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 — 1992, lượng gió tươi cho một người một giờ đối với phần lớn các công trình là: L„ = 20 ø/h.người Theo thuyết minh, số công nhân làm việc trong phân
xưởng là 3 người/ca, vậy lượng gió tươi cần cấp là:
Trang 40-41-3.20 2 G, =p.L, = 1,2.— 6s=P-Lẹ 3600 =2.10~ ,kg/s 8
- Iy, I, : entanpy khong khi ngoai nha va trong nha, J/kg; Tra đồ thị I— d của không khí ẩm tại áp suất khí quyển ta được:
Ty = 20°C, £y= 90% : ly = 52,431 kJ/kg: T; = 25C, £;=45%: Lạ = 46,566 kJ/kg:
Vậy, nhiệt tỏa do rò lọt không khí:
Q,= G1; — I„) = 2.107.(52,431 — 46,566).10° = 117 W 1.1.7 Nhiét tham thdu qua vach, Q,
Nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và bên trong nhà
được tính theo biểu thức:
Q, = 5k.E.At, W
Trong đó:
- k; : hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che thứ ¡, W/m°K; - E,: diện tích bề mặt kết cấu bao che thtt i, m’;
- At, : hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà của kết cấu bao che thứ ¡, K
Với kết cấu của phân xưởng như trong bản vẽ ta có: Ati = ty - tr= 20-25 =-5°C;
At, = ty - t = 25 - 25 =0, với t; là nhiệt độ phân xưởng đóng gói bên cạnh; At; = ty - t; = 32 - 25 = 7C, với t; là nhiệt độ phân xưởng nấu bên cạnh; Diện tích các bề mặt kết cấu bao che theo như bản vẽ ta có:
F,= 12.4,5 = 54 m’, trong dé dién tích kính là F¿¡ = 10,85 ø (theo 1.1.4), còn lại là kết cấu tường bằng gạch xây 200 mưn có trát vữa;
F,=F, =54 nr, trong do dién tich kinh 1a F,, = 12.(4,5 - 1,2) = 39,6 m, voi dién tich
kính làm vách ngăn với phòng đóng gói là F,; = 0,5.F,; = 0,5.39,6 = 19,8 m’, cdn lại là phần tường bao bằng gạch xây 100 mưn có trát vữa;