Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất trong quá trình sấy bằng bơm nhiệt kiểu bậc thang

M U  TÍNH CP THIT C TÀI Sy là mt trong nhng bin pháp bo qun và ch bin sn phc s dng rt sm trong lch s i. Trong quá trình sy vt liu m nói chung và nông sn nói riêng, hing din ra ph bin  ing truyn nhit truyn cht liên hp. Khi nghiên cu lý thuyt hing truyn nhit truyn cht liên hp, các tác gi ng da vào vic gii h n nhit truyn cht ng vu ki khác nhau. Trong nhiu ni  g làm sao cho mô hình toán h phc nhiu nht các yu t   n hi ng. Mc dù các công c    t phát trin ng hay ng dng c th còn có nhiu mt hn chc bit là s nghiên cu ng ca các hing qua li ln nhau  ho qua mt s ng quan trng mà trong thc t vn din ra. S nh ng c ng nhi trong vt liu sy là rt rõ, nht là khi k n ng ca hing co ngót vt liu trong quá trình sy. Bên c vic nghiên cu ng dng nhng h thng thit b sy hiu kin  c ta là mt trong nhi cc thù Vit nam là mc có nn nông nghip phát trin, các sn phm nông sn sau thu hoc x lý kp thn s hao ht và làm gim chng sn phmt là mt trong nhng thit b có kh t kic chng minh bng lý thuyc t k thut. Khi s dt thay cho h thng si hiu qu to ln mà các công trình nghiên c  tng kt. Tuy nhiên, bên cnh nhng kt qu t c trong k thut sy thì vic s dt trong h thng sy vn còn có nhng v tn ti và phi gii quyt. H thng sy bt là h thng sy  nhi va phi, vì vy thi gian sy s li các h thng sy ng luôn là v cn quan tâm và ci thin, nht là trong bi cn kit mà nhu cu li  gi Vit Nam. Mng hc quá trình sng m tách ra khi vt liu sy s i theo thi gian và gim dn  cui qung vi nó thì nhin cung cp cho vt liu s gim dn trong khi h thng hong liên t làm cho lãng phí ng. Vì vy, vic nâng cao hiu qu s dng ca h thng sy s dt và vn hành hp lý h thng sy nhm bo phù hp vng hc quá trình sy là rt cn thit và luôn là v thi s nht là  trong hoàn cnh c ta. Vi nhng yêu cu cy, vic la ch tài: u quá trình truyn nhit truyn cht trong quá trình sy bt kiu bc  là thc s cp thit và phù hn hin nay  Vit nam.  MU Nghiên cu ca chúng tôi nhc 03 m th sau: - Nghiên cu hii nhit trao i cht trong quá trình sy bng h thng sy dùng t kiu bc thang có xét ng c ng nhi và ng ca s co ngót vt liu trong quá trình sy . - Hiu chnh thi gian sy theo s co ngót ca vt liu    ng d        phù hp vi hin ng trong thc t. - ánh giá kh t king ca h thng st kiu bc thang.  NG VÀ PHM VI NGHIÊN CU ng nghiên cu  ình truyn nhit truyn cht ng vi các u kin sy trong h thng sy dùng t và vt liu s di din cho kt qu nghiên cu là cà rt c trng  min Bc Vit Nam.  U c la chn trong lun án  cu lý thuyt kt hp thc nghim.  TNG QUAN V ST VÀ MT S V TRUYN NHIT TRUYN CHT 1.1. MT S V N V SY 1.1.1. Các n Quá trình sy (QTS) là quá trình nhm to ra dòng dch chuyn m (dng lng hoc dt trong lòng vt liu sn môi ng tác nhân sy (TNS) i tác dng ca dòng  ng.  vào vic cung cng cho VLS mà i ta có th y khác nhau [12]: - áp sy (PPS) nóng, VLt nóng nh TNS (sng (sy bc xn t  nh s t nóng VLS nên m cha trong các mao qun c cho phân áp sut c ti b mt VLS in s chênh lch phân áp sut cm trong TNS và b mt VLS hay th dn m  dòng dch chuyn  theo. Nh vào nguyên ti ta ch to ra các h thng sy (HTS) hot nóng riêng VLS (HTS bc x, HTS dùng dòng n cao tn, HTS tip xúc) hot nóng c  - y lnh: Trong PPS li ta t chênh phân áp sut c gia TNS và VLS bng cách gim phân áp sut trong TNS nh gi cha y, dòng m có th dch chuyn vào TNS  nhi l o C hoi 0 o C. Da trên nguyên tc ca PPS l xây dng HTS s d nhit (HTS BN). Nguyên lý ho ng ca HTS BN [8], [9], [10], [29], [31], [33] là s dng dàn làm gim nhi ca TNS xui nhi ng c và t c tách ra khi TNS. Sau khi ra khi dàn bay , TNS có nhi thp  chm xung  i  rt cao (  100%). Lúc này TNS tip tc    sy c khi vào thit b sy (TBS) TNS có nhi cao,  m thp và phân áp sut thp. Mt trong nhm ca HTS BN là kh  tit king,  c nhiu tác gi công nhn và nh giá cao chng hn 7], [8], [20], [26], [28], [29], [30], [32], [51], [57 Các tác gi vic s dng HTS BN là mt trong nhng chìa khóa cho v tit king. 1.1.2. H thng sy s dt *Nguyên lý  HTS BN s dc dùng khá ph bin và nguyên lý hong ca h thng này vn da trên nguyên tc ca chu trình máy l ng. Môi cht lng c ti ti van ti(TL) s vào dàn bay và nhn nhit ca TNS  biào máy nén (MN) c nén lên áp su  (NT) và nh nh nhit cho TNS  bin thành pha lng. Lc tii vào dàn BH  khép kín chu trình lnh. Khi TNS dàn BH, nó c làm lnh xui nhi và m c i trên b mt ca dàn BH, tc s tách m, TNS p qua dàn NT   nhi và gi n giá tr yêu cu c khi vào TBS. Do s dng c t lnh ca dàn t nhit ca dàn NT nên hiu qu ca v mng ca HTS BN rt rõ rt.  nguyên lý ca HTS BN và quá trình bii trng thái c th i-c trình bày trên hình 1.1 Hình 1.1.  nguyên lý ca HTS dùng t NT BH TBS MN TL B s C A i (kJ/kg) d (kg/kg) =100% t A t B t C Quá trình sy trong c biu din t th i- u tiên không khí  m B sau TBS dàn BH và làm lnh xung nhi i nhi , mt phn không khí do không tip xúc vi b mt dàn BH (bypass) nên c làm lnh xung nhi hòa trn c làm lnh và kh m  dàn BH to thành không khí có trng thái   chm, nhi gi m   100%). Quá trình làm lnh và kh m không khí BC thc t di th i-d có dng cong  chênh i.Vì vy,   chúng ta có th b qua hình dáng cng bii này. NT, dòng khí  nhi và gi n TBS thc hin quá trình sy AB. Hiu sut nhit ca chu trình lng  s COP [9], [51], [73], [82] và hiu sut ln nht cng hiu sut nhit ci vi vic ng dt trong HTS thì vi   u qu ca h th  c bi n vi h s SMER (Specific Moisture Extraction Rate, kg/kWh), h s này là t s gia ng m tách c trên m n tiêu th N G SMER a  = , kg/kWh (1.1) H s SMER này ph thuc vào nhi      i ca TNS, ng bypass ca TNS [9], [52], [65], [73] 1.1.3. Tit king vi HTS BN ng và v s dng tit king luôn là v t ra u trong s phát trin ca mi quc gia, nht là trong tình trng tiêu th  n nay. Theo Kudra và Mujumdar [65ng cho công nghip sy vt liu chim khong 10-20% t ng dùng trong các ngành công nghip  n. D nghiên c s dng mt cách hiu qu c này là rt cn thitt theo [7], [32], [51], [52] t trong nhng thit b m ln trong vic s dng và m rng kh tit king. Trong [73] tác gi li ng c  m ca HTS BN  - Mc tiêu th c ci thin n dc t nhit  t lnh t BH  tách m. - Di nhi sy có th thc hic trong khong -20 ÷ 100 o C (s dng thêm b gia nhit), ph i ca TNS t 15 ÷ 80% - Chng cc ci thin, tính cht hóa lý ca VLS ít b i (mùi v, màu s - Rt phù hp cho các VLS có giá tr cao, tiêu tc giá thành sn phm Mt khác, trong [73] tác gi t s hn ch ca HTS BN là: - ng hp cn nâng nhi TNS lên cao thì cn phi có b gia nhit b sung do hn ch ca môi cht lnh - Chi phí u ln - Cn mt khong th h thn trng thái làm vic nh - i bo trì, bng h thng xuyên. 1.2. TNG QUAN KT QU NGHIÊN CU HTS BN 1.2.1. Tng quan các kt qu nghiên cu trên th gii T nhu ca thp k 80, v  y các nghiên cu tp trung vào vic s dng hiu qu ng. c k thut sy nông sn, vic s dng các HTS có kh t ki c nghiên cng dng thc t. Theo tác gi Mujumdar [73 ng dùng cho ngành sy chin gn 60% trong công nghip ch bin các sn phm nông sn. Tác gi Strommen và cng s [90] cho bit HTS BN có th gim c khong 60-ng so vi các HTS truyn thng khác khi cùng hot ng  mt di nhi. Theo thng kê, t ng 7% trong tng s thit b c ng dng vào k thut sy, nhng HTS BN này có công sun 60 MW88] u tính toán u kin t nhi làm vic HTS BN nhm gim thiu các chi phí ng vi tui th ca HTS BN. n 2009, s ng các nghiên cu v c Colak và Hepbasli [51] tng kt trên hình 1.2 Hình 1.2. Bi s ng các nghiên cu HTS BN t 1975-2008 [51] Oliver [74]  cho bit rng SMER ca HTS BN là 0,57 kg/kWh  nhit  sy 50 o C và h s này s n 1,02 kg/kWh khi nhi sy là 80 o C. S a SMER theo nhi c Strommen và Kramer công b trong công trình nghiên cu [90]   c Kudra và Mujumdar trình bày li trong [65]u so sánh vi các loi HTS truyn thng thì SMER ca HTS BN có th lp 10 ln. D          ng cho mt HTS BN Soponronnarit [87y mt 2,76 kWh cho 1 kg  tng chi phí khong 0,38 USD, 0,16 USD chi ng, 0,04 USD cho vn hành và còn li 0,18 USD là chi phí c nh. Achariyaviriya và cng s [40ng mt mô hình toán hc nhm phân  m trên HTS BN hong  u kin TNS tun hoàn kín, tun hoàn mt phn hay TNS không tun hoàn. Cui cùng tác gi  n kt lun rng h s hiu qu COP s gim dng bypass n  tt c u kin tun hoàn ca TNS trong HTS BN. Theo Chou S.K và ng s trong [52] và [73], HTS BN có hiu qu rt ln trong tit ki ng nht là khi tn dng các ngun nhit thi khác nhau. Trong hu ht các PPS s dng trong HTS BN thì PPS cp nhi ng dng rng rãi nh kt hp s dy lp sôi hay ki t king vi các HTS khác thông qua ng tách m riêng SMER, Chou S.K và Chua K.J c tính hiu qu ca HTS BN. Kt qu so sánh SMER cc cho trong bng 1.1. Bng 1.1 So sánh hiu qu ca HTS BN vi các HTS khác [73] Thông s Sy không khí nóng Sy chân không Sy t SMER, kg/kWh 0,12-1,28 0,72-1,2 1,0-4,0 Hiu sut sy, % 35-40 70 95 Nhi TNS, o C 40-90 30-60 10-65  i TNS, % i thp 10-65 T bng 1.1 cho thy ri vi HTS BN thì h s SMER rt cao t 1,0-4,0 trong khi các h thng còn li cho SMER tht nhiu. a, nhi ca TNS có th th c bit có li vi các VLS i nghiêm ngt v ch  nhi tránh hing phân hy các cht dinh  U.S. Pal và M.K. Khan [76u s dng HTS BN cho ht tiêu  nhi TNS 30÷41 o  m TNS < 40%, theo báo cáo h s SMER t h thng nm trong khong 0,55 ÷ 1,1 kg ng tiêu th n ca HTS BN  i HTS nóng t 1,17 ÷ 4,55 kWh Fatouh [56u và tng kt ri vi các loi lá thc, kích c lá càng nh thì càng cng và thi gian sy càng ngn nu s dng HTS BN. Minea trong [71] t s tng hp v HTS BN trên th gi sau: + HTS BN s d [41], [42 gii bt nhii vi HTS BN sy theo m. Tng hc QTS thì trong HTS BN sy theo m, nhu cu cp nhit cho VLS s gim dMN vn hong  100% ti nên phi thi bt ng nhit thng và ng nhit này có th chin khong 15-20% tng nhit cp cho h thng [41], [42]. Vic thng nhit tha này là v c quan tâm tri, và cn phi làm rõ thêm, nht là tng hp có th dng h nghiên cu tip. +  HTS BN, mt trong nhu ch m bu kin tách m nh ca h thng là dùng bin pháp t (bypass) qua dàn BH [54] t quan h gia t cng m tách ra khi qua dàn BH t l nghch vi nhau. + Mkhác  nghiên cu kh m ca HTS BN là PPS gián n, Chua K.J. [53 kt qu nghiên cu dn và cho thy có th gim n 61% thi gian sy (TGS) khi s dng i vi khoai tây khi so sánh vng hp sy liên tc. + Ong và Law [75y trong hu hng hu có kh m TGS và chng sn phm sc ci thin khi s dng i vi các loi rau, qu. Trong tài liu này các tác gi  nu s dn thì kh t kic ci thin do có th gic TGS và không b tn thng (thi nhit ra ngoài) khi máy ngng hong. + Theo Minea [72], HTS BN có th thit k  sy theo m và khi TNS tun hoàn kín thì tn tht nhit do rò l. Tuy nhiên, ng nhit VLS hp th gim dn nên phi có  (NP)  gii nhit tha ra ngoài. Mt khác thit k HTS BN hong liên tc kin và i vi thit k này a hn nhiu kt qu tc bii vi các sn phm sau thu hoch. + Chua K.J. [55 xu dng HTS BN có nhi mc ni tip (multi-stage series evaporator) vi 1 MN phát trin ca mt kt qu nghiên c[77]. m ca HTS BN này là do mc ni tip nên tn tht áp sut ca dòng TNS khi qua các dàn BH này s làm cho s u khin quá trình kh m phc tng hp ch có mt dàn BH s dng 2 dàn BH này cho 2 TBS c lp nhau  s d sy 2 loi VLS khác nhau vì chúng có th to ra TNS có nhi  m khác nhau [53], [54], [55] ng dng khi sy nông sn. Trong mt s ngành công nghip,  dng pháp này [77], [53], [54], [55] và g  71  ra rng vi HTS BN mc dàn BH song song rt phù hp cho các HTS có yêu cu nhi  m khác nhau ca TNS (mi Tc lp s có mt nhi  m ca TNS khác nhau). + Mt cách tip cn khác là nghiên cu HTS BN vi 2 chu trình lnh c lp hong cùng vi mt dòng TNS 66] gii thiu. H thng này s dng 2 chu trình lnh vi hai loi môi ch. TNS s n lt t dàn BH cn dàn BH ca chu trình n dàn NT cn dàn NT ca chu trình R124 và cui cùi vi chu trình s dng R134a, khi TNS c gim nhi qua dàn ln dàn lnh dùng R134a, môi cht lnh ph nhi thn h s COP ca chu trình dùng R134a b gi TNS vào dàn NT ca chu trình R124 s   cc là COP c gim. + Trong [37], các tác gi i thiu HTS BN sy liên tc các sn ph sâm, các lo SMER theo báo cáo nm trong khong t n  n tiêu tn khong 190kW, TGS mt kho   gi i ca c sâm xui HTS s dng n tr gia nhit thì thi gian mn tiêu th khong 244kW.  vng tit kic 23% và TGS gi Kt qu nghiên cu HTS BN ca mt s   c trình bày trong bng 1.2. [...]... quả nghiên cứu đã đƣợc công bố [26], [5] Theo [26], khi nghiên cứu sấy cà rốt bằng bơm nhiệt cho thấy hàm lƣợng β-Carotene còn giữ đƣợc 38,9 ÷ 62,9% khi sấy trong phạm vi nhiệt độ 20 ÷50oC Trong khi nếu sấy nóng bằng phƣơng pháp đối lƣu thông thƣờng thì hàm lƣợng β-Caroten chỉ giữ đƣợc 10 ÷ 13% ở cùng phạm vi nhiệt độ Ngoài ra về mặt màu sắc cảm quan nếu sấy BN sẽ giữ đƣợc màu đỏ cam đậm so với sấy. .. rãi của HTS sử dụng bơm nhiệt ở điều kiện khí hậu nóng ẩm nhƣ Việt Nam và bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dƣỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn Tuy nhiên thời gian sấy và giá thành nói chung vẫn cao hơn sấy nóng và vì vậy, nếu không cần thiết phải sấy lạnh thì chỉ cần sấy nóng và nếu sấy nóng bằng bơm nhiệt thì giá thành... Với kết quả trong công trình [13], có thể phát triển nhiều ứng dụng trong nghiên cứu động học QTS, một trong những ứng dụng đó là ứng dụng tính tƣơng tự của hiện tƣợng truyền nhiệt và truyền ẩm nhằm xác định TGS Nội dung cơ bản của phƣơng pháp này nhƣ sau: a Cơ sở lý thuyết của phương pháp tương tự: Theo nhiệt động học các quá trình không thuận nghịch thì quá trình khuếch tán ẩm và dẫn nhiệt trong VLS... Từ bảng 1.3 dễ dàng thấy rằng tuy TGS bằng bơm nhiệt dài hơn so với phƣơng pháp sấy truyền thống và phƣơng pháp sấy hồng ngoại hiện đại nhƣng các chỉ tiêu chất lƣợng và chỉ tiêu cảm quan đối với tất cả các vật liệu sấy vẫn cao hơn, đây cũng là ƣu điểm cơ bản của PPS bằng bơm nhiệt Ví dụ nhƣ sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt vƣợt trội hơn hẳn các phƣơng pháp khác về chất lƣợng cảm quan và có khả năng giữ... thực vật có tác dụng giảm 1/3 đƣờng trong máu [26] Nhƣ vậy, trong trƣờng hợp sử dụng biện pháp sấy trong bảo quản chế biến cà rốt chúng ta cần lựa chọn phƣơng pháp sấy phù hợp để đảm bảo chất lƣợng Ở Việt nam đã có một số công trình nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp sấy bằng bơm nhiệt nhƣ [26], [27], [29], [30] Theo các kết quả của những công trình này, hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng cũng nhƣ thành phần... thứ nhất gồm 2 nhiệm vụ đó là nghiên cứu quá trình TNTC trong VLS khi xét đến ảnh hƣởng của hiện tƣợng CN VLS và nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của hiện tƣợng CN đến phƣơng pháp xác định TGS theo lý thuyết tƣơng tự Phƣơng pháp nghiên cứu ở mảng nội dung thứ nhất này đƣợc chúng tôi sử dụng kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với số liệu thực... định khi thay vào hệ phƣơng trình truyền nhiệt truyền chất thì có thể nghiên cứu đƣợc sự co ngót của VLS Tuy nhiên, với mỗi một đối tƣợng VLS khác nhau thì cần phải xác định các hệ số này ở các thực nghiệm khác nhau dẫn đến phạm vi áp dụng của chung bị hạn chế trong phạm vi hẹp Cũng với việc xem xét nghiên cứu bổ sung hiện tƣợng CN vào hệ phƣơng trình truyền nhiệt truyền chất (TNTC) mà Hadrich và Kechaou... để giải quyết 3 nhiệm vụ trong luận án đã đề xuất, chúng tôi sử dụng kết hợp phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Nội dung thực hiện của nghiên cứu lý thuyết TNTC trong VLS đƣợc chúng tôi trình bày trong mục 2.2.1 và phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm cũng nhƣ xử lý số liệu thực nghiệm đƣợc trình bày trong mục 2.2.2 và mục 2.2.3 sau đây 2.2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Xuất phát từ... thƣờng Năm 2010, tác giả Phan Thị Hồng Thanh và đồng sự đã nghiên cứu hợp lý chế độ sấy lạnh hành tây trên máy bơm nhiệt BK - BSH 1.4 [20] Kết quả cho thấy các thông số ảnh hƣởng lớn nhất đến chế độ sấy để tiến hành nghiên cứu tối ƣu là: khối lƣợng VLS, tốc độ TNS, nhiệt độ TNS và hệ số bypass Cũng trong năm 2010, các tác giả trong [19] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của việc bố trí dàn BH đến khả năng tách ẩm... pháp chúng tôi trình bày trong chƣơng 3 và kết quả của tính toán trong chƣơng 5 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thiết bị thí nghiệm đƣợc xây dựng trên cơ sở HTS BN kiểu bậc thang, bao gồm 2 hệ thống bơm nhiệt độc lập ghép nối tiếp nhau theo chiều chuyển động của TNS TNS đi từ dàn BH có nhiệt độ bay hơi cao sang dàn BH có nhiệt độ bay hơi thấp hơn trƣớc khi đi qua dàn NT có nhiệt độ ngƣng .  TÍNH CP THIT C TÀI Sy là mt trong nhng bin pháp bo qun và ch bin sn phc s dng rt sm trong lch s i. Trong quá trình sy vt liu m nói chung và nông. c ng nhi trong vt liu sy là rt rõ, nht là khi k n ng ca hing co ngót vt liu trong quá trình sy. Bên c vic nghiên cu ng dng nhng h thng. vng hc quá trình sy là rt cn thit và luôn là v thi s nht là  trong hoàn cnh c ta. Vi nhng yêu cu cy, vic la ch tài: u quá trình truyn