Khóa luận xây dựng mô hình thiết bị sấy bằng bơm nhiệt và nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản ở nhiệt độ thấp

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng

PHAN MO DAU

* Lý do chọn đề tài

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng âm, có bờ biển dài hơn 3000 Km, độ âm không khí thường trên 70%, nhiệt độ cao nhất có thê lên tới 38

°C Khí hậu nóng ẩm là điều kiện thuận lợi để nắm mốc và các loại vi sinh vật có hại

phát triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng,

thuốc chữa bệnh Bên cạnh đó, nước ta lại là một nước nông nghiệp, trình độ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu Có nhiều địa phương do không có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông sản sau thu hoạch nên thường bán thốc bán tháo với giá rẻ khi mùa thu hoạch đến Có khi giá trị đạt được chỉ khoảng 20% so với giả trị thực của nó Đề tránh được tình trạng đó và để đa dạng hoá các loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch là một yêu cầu cần thiết trong thời gian hiện nay

Ngày nay, nhu cầu về chất lượng của sản phẩm ngày càng đòi hỏi khắt khe, đặc

biệt là các loại sản phẩm cần giữ màu sắc và mùi vị như kẹo, hoa quả, thuốc chữa

bệnh Hơn nữa, trong những năm gần đây, Việt Nam đã có nhiều bước tăng trưởng mạnh về nông - lâm - ngư nghiệp Để có thể cạnh tranh được trong thời kỳ hội nhập WTO thì bắt buộc các sản phẩm sấy của chúng ta phải đảm bảo chất lượng va uy tin cao

Với các loại rau, củ, quả, dược liệu khi say ở nhiệt độ cao có thê phá huỷ các

chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin và làm

thay đổi chất lượng sản phẩm Vì thế, sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một

phương pháp bảo quản sau thu hoạch đáp ứng được những yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy Bởi vì tác nhân sấy có độ âm thấp, nhiệt độ sây thấp nên quá trình sấy xây ra tại nhiệt độ thấp hơn so với các phương pháp sấy thông thường đo đó hạn

chế được sự thay đôi không có lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản phẩm

Như vậy, việc tìm tòi và phát triển rộng rải các hệ thống hút âm và say lạnh thực

phầm, nông sản sau thu hoạch, lầm sản, dược liệu là một yêu câu câp bách khuyên

Trang 2

khích phát triển nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt hàng thay thế nhập khẩu và xuất khẩu ra thị trường thế giới, tiết kiệm năng lượng, giảm vốn đầu tư và giá thành sản phẩm

Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh được xem là có khả năng tiết kiệm năng lượng

nhất hiện nay Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng thấy rằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút âm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rải trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang

lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với

những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu mùi, chất đinh dưỡng và không cho phép

say ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn

Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt và đã có hiệu quả thực tiễn cao Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào nói rõ việc tính

toán thiết kế chế tạo một hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt cụ thể Cũng như chưa có một đề tài nào tiến hành chế tạo mô hình thiết bị và tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá khả chính xác hơn khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của thiết bị sấy ở

nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt Vì vậy, Em đã mạnh dạn chọn đề tài “Xây dựng mô hình thiết bị sấy bằng bơm nhiệt và nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản ở

nhiệt độ thấp” đề làm đề tài tốt nghiệp cho mình Thông qua chế tạo mô hình và thí

nghiệm thực tế đề từ đó kết luận về hướng phát triển của đề tài góp phần quan trong trong vẫn đề nghiên cứu, chế tạo thiết bị say nhiét do thap và ứng dụng rộng rãi trong quá trình bảo quản nông sản thực phẩm đáp ứng yêu cầu ngây càng cao của người tiêu dùng

s* Nội dung nghiên cứu Lý thuyết về kỹ thuật sấy Lý thuyết về bơm nhiệt

Xây dựng mô hình thực nghiệm sấy nông sản ở nhiệt độ thấp

Tính toán nhiệt quá trình say Xây dựng các bài thí nghiêm

Kết quả thí nghiệm, kết luận và hướng phát triển của đề tài J7

s Phương pháp nghiên cứu

Trang 3

nghiệm thực tế Trên cơ sở đó tiễn hành thí nghiêm rút ra kết luận và ứng dụng của nó trong thực tiễn

4» Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài có thể chỉ rỏ được hiệu quả của việc sử dụng bơm nhiệt trong say ở nhiệt độ thấp so với hệ thống sây nóng.Từ mô hình thí nghiệm thực tế ta có thể tính thiết

kế và chế tạo các thiết bị sấy nhiệt độ thấp co năng suất lơn phù hợp yêu cầu của người sử dụng

Trang 4

CHUONG 1

LY THUYET VE KY THUAT SAY

1.1 Vật liệu âm

Vật liệu âm trong kỹ thuật say là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước

trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như các loại nông sản (lua, ngô, đậu, ), giay, val soi, g6, cac loai huyén phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chỉ tiết kim loại.v.v

1.2 Một số tính chất của vật liệu âm liên quan đến quá trình sấy

1.2.1 Đặc trưng trạng thái âm của vật liệu

Đối tượng của quả trình say là vật liệu âm, trong vật am này luôn có chứa một lượng 4m nhất định.Trong quá trình sấy, âm trong vật bay hơi, độ âm của nó giảm

Trạng thái của vật liệu âm được xác định bởi nhiệt độ và độ âm của nó Độ âm của vật có thể biểu diễn qua độ am tuyét đối, độ âm toàn phan, độ chứa âm và nông độ

?

A

am

1.2.1.1 Độ âm tương đối

Độ âm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng âm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối Kí hiệu: œạ [%| Ta có:

® = =! 100 [%] (1.1)

k

Trong đó: + G„ - khối lượng âm chứa trong vật liệu [kg]

+ G, - khối lượng vật khô tuyệt đối [kg]

1.2.1.2 Độ âm toàn phần

Độ ẩm toàn phân là tỷ số giữa khối lượng âm chứa trong vật với khối lượng vật âm Ký hiệu: œ Ta có:

@= = 100 [%] (1.2)

Trong đó: G - khéi luong vat am: G = G, + G, [kg]

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng @ Oo = xoa —— 100 [%4] (1.3) 1.2.1.3 Độ chứa âm

Là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối Kí hiệu:

u, [kg âm/ kg vật khô] Được tính theo công thức: u= = , [kg âm/kg vật khô] (1-4) k Nếu độ chứa âm phan bố đều trong toàn bộ vật thể thì ta có quan hệ sau: ®, = 100.u [%] ®, Hay u= , x" To0 [kg/kg] (1-5) 1.2.1.4 Nồng d6 4m Là khối lượng ẩm chứa trong 1mỶ vật thể Ki hiéu: N, [kg/m’ ] Ta cé: G N=—, v [kg/m ] (1-6) Trong đó: V- Thể tích vật Nếu gọi p, là khối lượng riêng của vật khô tuyệt đối thì từ (1-4) và (1-6) ta có: N=up, (1-7)

Nếu giả thiết thể tích của vật không thay đổi trong quá trình sấy, tức là V = Vụ

V,, la thé tích của vật khô tuyệt đối, ta có:

N=up, (1-8)

Trong đó: p, = ni là khối lượng của vật khô tuyệt đối

1.2.1.5 Độ âm cân bằng

Là độ 4m của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó Khi đó độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật am bang phan áp suât hơi nước có trong môi trường tác nhân say Ki hiéu: Wep, Uc

Trang 6

Trong kỹ thuật sây, độ âm cân băng có ý nghĩa lớn, nó dùng đê xác định giới hạn quá trình sây và d6 4m cudi cing trong quá trình sây của mỗi loại vật liệu trong

những điều kiện môi trường khác nhau 1.2.2 Liên kết âm trong vật liệu

Khi nghiên cứu quá trình sấy cần phải xác định các đạng tồn tại và các hình thức

liên kết giữa âm với vật khô Vật âm thường là tập hợp của 3 pha : rắn, lỏng và hơi Các vật rắn đem sấy thường là các vật xốp mao dẫn Trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và âm lỏng, (bỏ qua thành phần hỗn hợp khí - hơi trong vật).Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối các dạng liên kết âm trong vật Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó cách phân loại của P.H Rôbinde được sử dụng rộng rãi hơn vì nó nêu được bản chất hình thành các

đạng liên kết âm trong vật liệu Theo cách này, tất cả các dạng liên kết âm được chia thành 3 nhóm chính là: Liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý

1.2.2.1 Liên kết hoá học

Thẻ hiện đưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử Lượng âm trong liên kết hoá

học chiếm tỉ lệ nhất định Liên kết ion được hình thành bởi những phản ứng hoá học

rất bên vững Muốn phá vỡ các liên kết này phải dùng các phản ứng hoá học hoặc nung đến nhiệt độ rất cao Còn liên kết phân tử ta có thể quan sát qua quá trình kết

tủa của các dung dịch Vật liệu khi bị tách âm liên kết hoá học thì tính chất của nó

thay đổi Nói chung trong quá trình À 0%)

0 Duong cong hap thu dang nhiét

sây( nhiệt độ từ 120+150C ) không W2 = f(@).= const

tách được ẩm liên kết hoá học, quá 199

trình sây yêu câu g1ữ nguyên các tính

chất hoá lý của vật 1.2.2.2 Liên kết hoá lý

Thẻ hiện dưới dạng liên kết hấp

thụ và liên kết thẩm thấu Lượng Won Wa(3%)

âm trong liên kết hoá lý khôngtheo Hình 1.1: Đồ thị đường cong hấp thụ nhiệt

Trang 7

* Liên kết hấp thụ

Trong các vật âm ta gặp những vật keo Vật keo có cấu tạo dạng hạt Bán kính tương đương của hạt từ 0,001+0,1ù Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên trong

rất lớn, vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do đáng kể Khi tiếp xúc với không khí am hay trực tiếp với nước, âm sẽ xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt

Xét hiện tượng một phân tử nằm trong khối lỏng sẽ cân bằng lực về mọi phía, các phân tử năm trên bề mặt khối lỏng không cân bằng lực nên bị hút vào bên trong Nhờ năng lượng tự do này mà các phân tử lớp ngoài của vật có khả năng hút các phân tử của môi trường xung quanh Nếu mối liên kết giữa các phân tử của môi trường xung quanh yếu hơn thì khi tiếp xúc với vật, một số phân tử của môi trường

sẽ bị hút lên bề mặt vật hình thành nên mối liên kết hấp thu bề mặt Hiện tượng hấp

thu xảy ra cả trong lòng vật âm

Xét một vật khi đặt trong môi trường được đánh giá bởi nhiều yếu tố: nhiệt độ t, độ ấm tương đối Nếu vật chưa bão hoà thì bao giờ cũng diễn ra quá trình hấp thu

âm từ môi trường vào vật Quá trình hấp thu ban đầu điễn ra mạnh mẽ, sau đó giảm

dần và đạt đến trang thai can bang, nghĩa là độ 4m cua vat tang dần đến độ âm cân

bang w¿, ứng với thông số môi trường (t,0) nào đó

* Liên kết thẩm thấu

Liên kết thâm thấu là liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch

nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi nước Quá trình thâm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho

vật biến dạng Về ban chat, 4m thấm thấu trong các tế bào không khác với bình

thường và không chứa các chất hòa tan vì các chất hoà tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tế bào cùng với nước

1.2.2.3 Liên kết cơ lý

Đây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn định, được hình thành

do sức căng bê mặt của nước trong các mao dân hay trên bê mặt ngoài của vật Được chia làm ba dạng: liên kết cầu trúc, liên kết mao dẫn, và liên kết thắm ướt

Trang 8

* Liên kết cầu trúc

Được hình thành trong quá trình hình thành vật (ví dụ như quá trình đông đặc ) Đề tách nước trong trường hợp này có thể dùng phương pháp nén ép, làm cho nước

bay hơi hoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau khi tách nước, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đôi tính chất thậm chí thay đổi cả trạng thái pha

* Liên kết mao dẫn

Nhiều vat 4m c6 cau tao mao quản, ví dụ như gỗ, vải Trong các vật thé nay co

vô số các mô quản Các vật thê này khi để trong không khí, nước sẽ theo các mao

quản xâm nhập vào vật thê Khi vật thể này đặt trong môi trường không khí am thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể Tách âm liên kết mao dẫn bằng phương pháp làm cho âm bay hơi hoặc đây âm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn Vật sau khi tách âm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích thước, hình dáng và các tính chất hoá lý

* Liên kết dính ướt

Được hình thành do nước bám dính vào bề mặt vật với góc đính ướt <90°C và dính ướt vào nhờ sức căng bề mặt Âm liên kết dính ướt được tách khỏi vật dễ dàng bằng phương pháp bay hơi, đồng thời cũng có thể tách ra bằng các phương pháp cơ

học như: lau, thắm, thôi, vắt ly tâm 1.2.3 Phân loại vật liệu âm

Có nhiều cách phân loại vật am, cach phân loại được sử dụng nhiều trong kỹ

thuật là cách phân loại dựa vào các tính chất vật lý của vật thể của A.V Lưcốp Theo

cách này, vật âm được chia làm 3 nhóm: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo xốp mao dẫn

1.2.3.1 Vật xốp mao dẫn

Là vật mà âm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn, vật có khả

Trang 9

âm Đặc điêm của vật xôp mao dân là sau khi sây khô vật trở nên dòn và có thê bị vỡ vụn thành bột

1.2.3.2 Vật keo

Là những vật có tính dẻo do cấu trúc hạt Trong vật keo âm liên kết ở dạng hấp

thụ và thâm thấu Ví dụ như: keo động vật, vật liệu xenlulô, tinh bột, đất sét, Các

vật keo có đặc điểm chung là có liên kết mạnh giữa nước và vật keo và khi say bi co

ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính dẻo 1.2.3.3 Vật keo xốp mao dẫn

Là vật thể mà trong đó tồn tại âm liên kết có trong cả vật keo và vật keo xốp mao dẫn Các vật keo xốp mao dẫn có: gỗ, than bùn, các loại hạt và một số thực phẩm Về cầu trúc các vật này thuộc loại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo Đặc

điểm vật keo xốp mao dẫn là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các

mao quản trương lên, khi sây khô thì co lại Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy

khô trở nên dòn, như bánh mỳ, rau xanh,

1.2.4 Đặc tính xốp của vật liệu âm

Đây là đặc tính chung của vật liệu âm, vật xôp là vật thê bên trong có chứa các khoảng trống rỗng chứa khí Do có các khoảng rỗng này vật liệu sẽ hấp thụ âm thường gặp là vật xốp mao dẫn (có bán kính mao dẫn nhỏ hơn 10° cm ) hay là keo xốp mao dẫn (có bán kính mao dẫn lớn hơn 10 cm)

1.2.5 Năng lượng liên kết âm

Là năng lượng tiêu tốn để tách 1 đơn vị âm lỏng ra khỏi bề mặt vật rắn trong điều kiện đẳng nhiệt L=-R,TiIno (1-9) , » hays 2 2 8314 Trong đó: R,, :hang s6 khi cua hoi 4am, R, =—— [J/KmoLK | H

Âm càng liên kết chặt thì năng lượng liên kết càng lớn, do đó tách âm ở giai đoạn

cuối (độ âm của vật liệu nhỏ ) tiêu tốn năng lượng đến tách 1 đơn vị âm ra khỏi vật

thì rất lớn

Trang 10

1.2.6 Đặc tính nhiệt vật lý của vat 4m

1.2.6.1 Nhiệt dung riêng của vật liệu âm

Nhiệt dung riêng của vật âm được xác định từ nhiệt dung riêng của vật khô tuyệt đối và của âm chứa trong vật _Cy.G, +C,.G, Cy.G, +C,.G, C G, +G, G (1 — 10) (hay C,, = Son ae =, $C, = Cy +uC, ) K n

Trong do :Cx, C, là nhiệt dung riêng của vật khô và nước

Gx, G, 14 khối lượng riêng vật khô và khối lượng nước 1.2.6.2 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu âm

Trong vật liệu âm xây quá trình truyền nhiệt được thực hiện dưới các dạng sau:

- Sự dẫn nhiệt của bản thân vật liệu khô

- Sự dẫn nhiệt và đối lưu của âm lỏng, hơi ẩm và không khí trong các vật hang xốp - Sự bức xạ giữa các bề mặt của các thành hang xốp

- Sự luân chuyển của khối lượng vật chất ( sự truyền âm ) trong lòng vật âm Hệ số dẫn nhiệt tương đương xét tới cả các yếu tố kế trên được xác định theo công thức sau:

ÀX=Àx +À„ +À¿v +À¿ CÀ, [W/mK] (1-11)

Trong đó :

^„: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu khô tuyệt đối

^ ,À.„„ : hệ số dẫn nhiệt tương đương do truyền nhiệt đối lưu của âm và không khí

Trang 11

À,

a as EL (1-13) 1-13

Là một trong những đại lượng quan trọng đặc trưng cho quản tính nhiệt của vật thể Nếu a, lớn thì quá trình nung nóng ( thời gian sây ) càng nhanh

1.3 Quá trình đốt nóng và làm lạnh

1.3.1 Quá trình đốt nóng và đốt nóng tăng âm 1.3.1.2 Quá trình đốt nóng tăng âm

Quá trình đốt nóng tăng âm thường được sử dụng

trong kỹ thuật xử lý không khí bằng cách phun nước hoặc hơi nước có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không khí vào không khí Chẳng hạn, không khí ở trạng thái A(to,@, can đốt nóng tăng âm đến trạng thái N(t, ©, ) (tr>to; 9, >©,) thi quá trình

đó được biểu diễn trên đô thị theo đường AN, trong đó N là giao điểm của 2 đường t=t, = const va » =9,= const 1.3.1.1 Quá trình đốt nóng không tăng âm A oa I, kJ/kg kkk ` do dn = d, kg/kg kk

Hình 1.2 : Đồ thị I — d quá trình đốt nóng không tăng âm

Quá trình này xảy ra nhờ thiết bị trao đôi nhiệt (calorife) trong hệ thông sấy Giả sử

Trang 12

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng không khí tại điểm A(to,@,) duocdét nóng không tăng âm đến điểm B(t,o,) Đặc

trưng của quá trình đốt nóng là nhiệt độ tăng nhưng lượng chứa âm d không đổi 1.3.2 Qúa trình làm lạnh và làm lạnh - khứ âm

Quá trình làm lạnh ngược với quá trình đốt nóng Trong quá trình này nhiệt độ giảm và độ âm tương đối tăng lên

1.3.2.1 Quá trình làm lạnh đắng entanpi

Quá trình này xây ra khi phun nước có cùng nhiệt độ với không khí vào không khí

Chẳng hạn không khí tại điểm A được làm lạnh đăng entanpi đến nhiệt độ t¡ nào đó thì điểm cuối của quá trình làm lạnh B;' là điểm cắt nhau giữa đường I = lạ = const và đường f†=t¡= const I, kJ/kg kkk = 100 % > d, kg/kg kk

Hình 1.3 : Đồ thị I — d qua trinh lam lanh ding entanpi

Nếu muốn khử âm theo quá trình làm lạnh đẳng entanpi thì không khí ở điểm B,’ phai

được tiếp tục làm lạnh đến trạng thái bảo hoà B;” có nhiệt độ đọng sương tạ: Điểm B;¿” chính là giao điểm của đường I = lạ = const và đường ọ= 100% Nếu không khí tại điểm B¿” tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử 4m bắt đầu và sẽ diễn ra dọc theo đường ọ =

100% về phía d giảm

1.3.2.2 Quá trình làm lạnh đắng 4m

Trang 13

trao đổi nhiệt với môi trường Do đó lượng chứa âm của nó không đôi Không khí tại

điểm A được làm lạnh theo quả trình d = const đến nhiệt độ đọng sương ts; thì điểm đọng sương B¿' sẽ là giao điểm của đường d = d, = const và đường @=100 %

Tương tự nếu không khí ở điểm B:' tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm sẽ

bắt đầu và được thực hiện dọc theo đường ọ = 100 % về phía d giảm

1.4 Các phương pháp sấy

Sây là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật Tuy nhiên, sấy là một quá

trình công nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn

năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Có hai phương pháp sấy: 1.4.1 Phương pháp sấy nóng

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ âm tương đối ọ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước Dam trong tác nhân say giảm Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu say tang lén nén mat độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công thức:

p= Pr ex mm (1— 14)

P, PoP;

Trong do:

P,_ áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m” P„_ áp suất trên bé mat thoang, N/m’ ô_ Sức căng bề mặt thoang,N/m?

p, _ mat độ hơi trên cột dịch thé trong éng mao dan, kg/m’

p._ mật độ dịch thé, kg/m’

Như vậy trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất

hơi nước giữa vật liệu sẵy và môi trường:

+ Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng + Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhan say va vat liéu say hoặc chỉ đốt nóng vật liệu

sây mà hiệu sô giữa phân áp suat hơi nước trên bề mặt vật Pụụ và phân áp suat hơi

Trang 14

nước trong tác nhân sấy P; tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyên âm từ trong lòng vật liệu say ra bé mat va di vao méi trường Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:

* Hệ thống sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một địch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưu gồm:

hệ thông sây buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động

* Hệ thống sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy

trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang

* Hệ thống sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn âm dịch chuyền từ lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường Ở đây người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật

* Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường: Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các đòng điện và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật

> Ưu điểm của phương pháp sấy nóng :

+ Thời gian sấy bằng các phương pháp sây nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh

+ Năng suất cao va chi phi ban đầu thấp

+ Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thê là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điện năng

+ Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao

> Nhược điểm :

Trang 15

1.4.2 Phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân say P,

nhờ giảm độ chứa âm d Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:

B.d

= —— 1-15)

0,621+d ( )

h

Trong đó: B: áp suất môi trường (áp suất khí trời)

Khi đó, âm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có

thé trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 °C) và cũng có thể nhỏ hơn 0°C

Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh như sau:

1.4.2.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 °C

Với hệ thống sấy này, nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ

bằng nhiệt độ môi trường Tác nhân sấy thường là không khí Trước hết, không khí

được khử âm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử âm hấp phụ Sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu say Khi đó, phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề

mặt vật liệu say nên âm từ dang lỏng sẽ bay hơi và ổi vào tác nhân sấy Như vậy,

quy luật dịch chuyển 4m trong lòng vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh giống như các loại hệ thống sấy nóng Điều khác nhau ở đây là cách giảm phân áp suất hơi nước P; trong tác nhân sấy Trong các hệ thống sấy nóng đối lưu người ta giảm Pạ bằng cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ âm tương đối Còn các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường chẳng hạn, người ta tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chứa âm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng làm lạnh)

1.4.2.2 Hệ thống sấy thăng hoa

Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong đó âm trong vật liệu sấy ở dạng răn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy Trong hệ thống sấy này người ta tạo ra môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm 3 thể, nghĩa

là nhiệt độ của vật liệu T <273 K và áp suất tác nhân say bao quanh vat P <610 Pa

Trang 16

Khi đó nếu vật liệu say nhận được nhiệt lượng thì nước trong vật liệu say ở dạng ran

sẽ chuyển trực tiếp sang dạng hơi và di vào tác nhân sấy Như vậy trong hệ thống say thăng hoa, một mặt ta làm lạnh vật xuống dưới 0 ”C và tạo chân không xung quanh vật liệu sấy

1.4.2.3 Hệ thống sấy chân không

Nếu nhiệt độ vật liệu say vẫn nhỏ hơn 273 K nhưng áp suất tác nhân say bao quanh vat P>610 Pa thì khi vat ligu say nhan nhiét long, nuwdc trong vat ligu say 6

dạng rắn không thể chuyên trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khi biến thành hơi, nước phải chuyên từ thé ran qua thé lỏng

* Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh :

+ Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan, mùi vị, khả năng bảo toàn

vitamin C cao

+ Thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi phải sấy ở nhiệt độ thấp

+ Hiệu suất năng lượng cao hơn củng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn

đến tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi

+ Có thể phát ra một khoảng rộng các chế độ say, tiêu biểu là nhiệt độ từ

20°C đến 100C (với nhiệt phụ trợ), và âm độ tương đối không khí từ 15% đến

80% (với hệ thong tao 4m)

+ Chỉ phí điện năng giảm 50% so với phương pháp sẵy nóng

+ Sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài

+ Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường

* Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh :

+ Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn

+ Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao + Cấu tạo thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu

+ Nhiệt độ môi chất sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp

với một số loại vật liệu, không say được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hư hỏng ở

nhiệt độ môi trường như bị ôi, thiu, mốc

Trang 17

xung quanh cũng như ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm

+ Do cuốn bụi nên có thể gây tắc tại thiết bị làm lạnh

1.4.3 Sơ đồ thiết bị và trạng thái tác nhân sấy của hệ thống sấy lạnh

Có thể tô chức sấy ở nhiệt độ thấp theo sơ đồ hồi lưu tuần hoàn Ta xét các sơ đồ sau: * So dé 1: B I Co Il A 4 ti =4 sị NẠ = LAN 1 a VI t ax m" Co ° \ B y @ =100 % I Thiết bị sấy — | II May hit 4m II Máy lạnh ⁄ VI Quạt di de d, kg/kg kk Nguyên lý: Nguyên lý:

Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bi sây được dẫn qua máy hút âm đề khử bớt âm Thường quá trình khử ẩm, do chất hấp phụ phải liên tục hoàn nguyên nên quá

trình khử âm là quá trình d giảm, nhiệt độ tăng Trên đô thị I-d biêu diễn bởi đường CạA Không khí ở trạng thái A xác định bởi cặp thông số (d¡,t¡), được làm lạnh đến trạng thái B xác định bởi cặp thông s6 (dj,to) Tac nhan say ở trạng thái B có nhiệt

độ và độ âm tương đối ọ, rất bé được đưa vào thiết bị sấy dé thực hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC

Trang 18

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng * So đồ 2: tơ _ Q = > I, kJ/kg kk II I Thiết bị sấy II Máy lạnh khử âm II Máy lạnh ủ ° ủ, kg kg kk Nguyên lý:

Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy được làm lạnh khử ẩm theo quá trình CọA¡A› Không khí ở trạng thái Cọ có nhiệt độ tạ và lượng chứa âm d; được làm

lạnh đăng âm (d; = d = const) đến trạng thái bảo hồ A¡ Khơng khí ở trang thai A,

được tiếp tục làm lạnh Khi đó hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ một phần Giả sử trạng thái A› có thông s6 (dị,t¡) và ta có: dị<d;; tị<to (trên I-d) Không khí ở trạng thái bảo hoà A¿ được đốt nóng đẳng dung âm d = dị = const đến nhiệt độ môi trường ty theo quá trình AzB trong bộ đốt nóng Tác nhân sấy ở trạng thái B có

nhiệt độ tạ nhưng độ âm tương đối ọ, rất bé được đưa vào thiết bi say để thực hiện

quá trình sấy đẳng nhiệt BCọ

1.5 Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt

1.5.1 Thé say

Trong quá trình sấy, để có thê hấp thụ được âm trong vật, tác nhân sấy cần phải có thế sây lớn Tức là phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy tại bề mặt vật sây nhỏ hơn phân áp suất của hơi nước trong vật, nhờ đó âm sẽ thoát ra khỏi vật và được tác

nhân sấy hấp thụ Đối với tác nhân sấy là không khí, để làm được điều đó thì độ âm

tương đối của không khí phải nhỏ Trong công nghệ sấy lạnh, người ta tập trung làm giảm dung âm của không khí, nhưng đồng thời cũng yêu cầu nhiệt độ phải nhỏ hơn

nhiệt độ môi trường Không khí được hút âm, độ chứa hơi giảm làm cho độ 4m

Trang 19

tương đối giảm (nhiệt độ có thể không đổi) dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm tức

là làm tăng độ chênh At = t, - tụ Trị sé At tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho âm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chênh

lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật và không khí

1.5.2 So sánh hai phương pháp sấy lạnh

1.5.2.1 Thiết bị máy lạnh hấp phụ chuyên dụng

Đề hút âm đến độ 4m nhỏ và sấy lạnh, lâu nay chúng ta hay dùng máy bai 4m Tên gọi tiếng Việt để chỉ máy hút âm chuyên dùng kiểu hấp phụ Sơ đồ cấu tạo của hệ thông như hình 1.4 dưới đây

Nguyên lý:

Không khí 4m duoc cho đi qua một khối chất hấp phụ chế tạo ở dạng bánh xe quay Am trong không khí được hấp thụ Sau khi hấp thụ âm, phần bánh chất hấp

phụ

âm quay sang phía có dòng không khí nóng đi qua (không khí nóng này được gia nhiệt bởi một dàn điện trở) và được hồn ngun — khơi phục được khả năng hút âm Phần bánh chất hấp phụ hoàn nguyên trao đổi nhiệt với dòng không khí Banh chat hap phy Dàn làm nóng không khí - Không khí ẩm Lưỡi ‹ Z \\\ lọc bụi Không khí khô \ // l Dân làm lạnh không khí Không ; Không khí khí Lưới lọc bụi Động cơ khô đã được ẩm giảm nhiệt độ Không gian cần hút ẩm

Hình 1.4 : Sơ đồ nguyên lý thiết bị bài ẩm chuyên dụng

nóng nên sau khi hoàn nguyên nhiệt độ của nó tương đối cao Do vậy khi hấp thụ âm trở lại, nhiệt độ dòng không khí cũng cao do trao đổi nhiệt với phần bánh hấp phụ nóng Không khí khô vì vậy cần được đưa qua một máy lạnh để đưa nhiệt độ không

khí đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình sấy Sau đó dòng khí khô nhiệt độ thấp sẽ

Trang 20

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hồng Ngọc Đơng

được đưa vào buông sấy Âm trong vật sẽ được không khí khô hấp thụ chuyển thành

không khí âm Dòng khí ẩm quay trở về thiết bị bài âm Đấy là một chu kì làm việc

của thiết bị

Máy máy lạnh hấp phụ chuyên dụng có ưu điểm là khả năng hút âm lớn, năng suất hút âm khá cao Tuy nhiên nó còn có nhiều nhược điểm:

+ Tiêu hao năng lượng lớn (cho hoạt động của dàn điện trở và máy lạnh) làm cho chi phí sử dụng cao

+ Chất hấp phụ sau một thời gian hoạt động sẽ cần được thay thế, mà chất

hấp phụ này thường phải nhập ngoại nên làm cho chỉ phí bảo dưỡng cao

+ Giá thành thiết bị lớn, ngoài máy hút ẩm ra còn kết hợp với máy lạnh nên

chỉ phí đầu tư ban đầu cao

+ Trong điều kiện làm việc nhiều bụi thì máy phải có thời gian ngừng hoạt động để làm sạch cho chất hấp phụ của máy hút ẩm

1.5.2.2 Thiết bị bơm nhiệt Dàn nóng Dàn lạnh Buông sấy lạnh Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt máy nén Nguyên lý:

Không khí âm được đưa qua dàn lạnh Tại đây, âm trong không khí được ngưng

tụ lại trên dàn lạnh chảy xuống phía dưới và được thu hồi lại Do vậy, dung am trong

Trang 21

* Ưu điểm của phương pháp:

+ Giảm chỉ phí cho thiết bị, chi phí cho vận hành và bảo dưỡng + Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt dé

+ Quá trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thay thế chất

hấp phụ như trong máy bài âm chuyên dụng

+ Tuổi thọ thiết bị cao, trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không cần đòi hỏi bảo dưỡng Chỉ cần sau một thời gian làm việc, ta vệ sinh các dàn để đảm

bảo điều kiện trao đôi nhiệt

+ Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy bài âm + Chất lượng và màu sắc của vật sấy được giữ tốt hơn, thích hợp để sấy khô các

loại vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao

* Nhược điểm của phương pháp:

+ Thời gian sấy thường lâu hơn so với các phương pháp sẫy khác Để khắc phục

nhược điểm này ta có thể dùng thiết bị sây với tốc độ cao + Chỉ say được âm tự do, việc say ầm liên kết là rất khó khăn

1.5.3 Đặc tính quá trình sấy lạnh

Khi sấy lạnh, nhiệt độ và độ ẩm không khí cuối quá trình sấy đều nhỏ hơn các giá

trị tương ứng của môi trường Quá trình làm việc của bơm nhiệt sấy lạnh xây ra theo chu trình 1231 như hình vẽ Còn quá trình làm việc của tô hợp máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh là chu trình 23”12 Như vậy, với cùng mục đích tạo nên quá trình

say 1-2 thi khi ding bơm nhiệt nhiệt độ thấp, ta đã tạo ra quá trình làm lạnh 2-3 và

gia nhiệt 3-1 thay cho quá trình khử âm 2-3” và làm lạnh 3”-1 mà phải có máy hút âm chuyên dụng và máy lạnh mới thực hiện được

Trong các quá trình này thì quá trình làm khô không khí 2-3 ở dàn bay hơi của

bơm nhiệt có vai trò đặc biệt quan trọng quyết định hiệu quả của toàn bộ quả trình

gia nhiệt không khí ở dàn ngưng 3-1 và quá trình sấy sản phẩm trong buông sấy I- 2 Ở đây, 2-3 là quá trình thực làm lạnh hỗn hợp không khí-nước hay quá trình làm lạnh khử âm của không khí Quá trình này không diễn biến theo quy luật đường thăng mà theo quan hệ đường cong lõm với độ dốc lớn nhất ở đầu quá trình làm lạnh

Trang 22

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng o = 100% > di d2 d, kg/kg kk Hình 1.6 : Đồ thị I— d đặc tính quá trình sấy lạnh

Sở dĩ như vậy là do trạng thái không khí nhận được là hỗn hợp của 2 dòng không

khí: dòng thứ nhất truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt khi tiếp xúc trực tiếp với dàn

lạnh và có nhiệt độ gần nhiệt độ bề mặt; dòng thứ hai không tiếp xúc trực tiếp với

dàn lạnh nên có nhiệt độ cao hơn Hai dòng này trộn lần với nhau nên nhiệt độ

không khí xử lý ở mọi vị trí của đàn lạnh theo hướng chuyên động của nó đều có thể xem là nhiệt độ của hồn hợp Quá trình lý thuyết làm lạnh hỗn hợp này từ nhiệt độ t;

của không khí sau buồng say toi nhiét d6 t; cua không khí sau dan lanh la 22s3’ Tuy

nhién, trong thyc té sé cd sy sai khac gitta diém 3’(kh6ng khi bao hoa) va diém 3

(khơng khí chưa bão hồ)

1.6 Một số nghiên cứu ứng dụng của sấy lạnh hiện nay

Phương pháp sấy lạnh đã được con người phat hiện tư khá sớm, tuy nhiên do một số lý do về công nghệ và giá thành đầu tư ban đầu Do vậy tính ứng dụng của phương pháp sấy lạnh trong thực tế sản xuất là chưa thực sự lớn Dưới đây là một số nghiên cứu ứng dụng của phương pháp sấy lạnh ở Việt Nam

Trang 23

được ưu nhược điểm của sấy lạnh so với phương pháp sấy nóng là:

— Nhược điểm của say nóng là chỉ say duoc cac thuc pham có nhiệt độ cao cho

nên phạm vi ứng dụng hẹp Trong khi sấy lạnh nhiệt độ tác nhân sấy dao động từ

18°C đến 45°C nên có thể say được tất cả các loại thực phẩm

— Với nhiệt độ sấy lý tưởng như vậy, thực phẩm sau khi sấy khô không bị mắt màu, mất mùi Nhất là đối với các loại trái cây có độ đường cao, khi sấy nóng ở

nhiệt độ cao thường làm cho thực phẩm bị caramen hóa do đó sản phẩm sấy thường

có màu nâu, nhưng khi say lạnh sẽ loại trừ được nhược điểm trên Có thể so sánh

trực tiếp chất lượng của một số sản phẩm như sau:

— Đối với sản phẩm là mít: Khi sấy lạnh có màu vàng tươi, khi sây nóng có màu vàng nâu

— Đối với sản phẩm là mực: Khi sấy lạnh có màu trắng, khi sấy nóng có màu vàng

— Điều kiện vệ sinh của sẫy lạnh tốt hơn say nong ngoài ra còn rút ngắn được

thời gian say từ đó hạn chế sự hoạt dong cua vi sinh vật

— Thời gian sấy rút ngắn nên chi phí năng lượng cũng được giảm nhiều

Xí nghiệp chế biến xuất khẩu thủy sản Bình thuận (Thaimex) chuyên sản xuất mực sấy khô để xuất vào thị trường Nhật Bản và thị trường Châu Âu và cơ sở sản

xuất long nhãn Tân phú (Đồng Nai) là hai đơn vị đã được Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch chuyển giao công nghệ sấy thành công Hiện nay hai cơ sở này đang tiếp tục sản xuất theo công nghệ mới này

* PGS.TS Phạm Văn Tùy, cùng các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công công nghệ sấy lạnh (sấy bằng bơm nhiệt) và đã ứng dụng sây một số sản phẩm như: Cà

rốt, củ cải, hành lá Kết quả thu được là các sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc tự nhiên dù đã say rất khô, hàm lượng vitamin C cao hơn hẳn so với các sản

phẩm rau quả sẫy bằng các phương pháp khác như sẫy bằng không khí nóng và sấy bằng hồng ngoại Chi phí thấp, hiệu quả cao: Không chỉ có các ưu điểm về kỹ thuật thông thường, theo PGS.TS Phạm Văn Tùy, công nghệ này còn có ưu điểm đặc

biệt khác là giá thành lắp đặt rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị ngoại nhập (giảm

được 46% chỉ phí ), nguồn nhiên liệu sử dụng cũng thấp hơn các công nghé say

Trang 24

khác (giảm 45%)

Qua nhiều nghiên cứu tập thể các nhà khoa học đã rút ra được bảng so sánh được thể hiện ở bảng

Bang 1.1: So sánh chất lượng thực phẩm sấy bang công nghệ sấy lạnh SO với các công nghệ sây khác

Nguyên Phương pháp Nhận xét chất Hàm lượng Độ âm cuối,

liệu say lượng cảm quan | vitaminC, (%) (%)

Saybang không Đỏ tối, kém ¬ 5,7

khi nong thang

Say bang héng Do bong kém - 5,6

Cà tốt ngoại thăng

Say lanh bom Đỏ tự nhiên, - 6,6

nhiét bong thang

Say bằng không |_ Xanh tối, khá 32 5,0 khí nóng xốp, kém thơm Sây bằng hồng Trắng ngà hơi 40 5,2 Củ cải ngoại đậm, khá xốp Sây lạnhbơm | Trắng ngà thắng 64 6,1 nhiét xốp Say lanh bang Xanh tối, x6p, 27 6,0 không khí nóng khá thơm Hành Sây bằng hồng | Xanh thẫm, xốp, 54 5,2 ngoại thơm

Công nghệ say này đã được Viện Khoa Học Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đại Học

Bách Khoa Hà Nội chuyển giao cho nhà máy chế biến thực phẩm Việt Trì, công ty

Trang 25

điện năng bằng 42% chi phí điện năng cho hệ thống sấy nóng nhưng chất lượng của

kẹo vẫn đáp ứng được yêu cầu

* Trần Đại Tiến và các cộng sự (năm 2004), đã nghiên cứu cộng nghệ sấy lạnh cho sản phẩm mực lột da Kết quả là chất lượng của sản phẩm rất tốt đồng thời rút ngắn được thời gian sấy

* Ngô Đăng Nghĩa và các cộng sự (năm 2004), đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ sây lạnh kết hợp với sấy hồng ngoại bước đầu thử nghiệm trên một số sản phẩm như

say muc Két quả thu được rất tốt, đặc biệt là về mặt chất lượng cảm quan của sản

phẩm, an toàn về mặt vi sinh, đồng thời rút ngắn được thời gian sấy rất nhiều

* Theo một số nghiên cứu, khi sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh có chỉ phí thấp hơn các phương pháp sấy khác, đặc biệt máy sấy bằng bơm nhiệt hoạt động với hiệu suất năng lượng cao khi lượng nước bốc hơi tăng điều này có thể được giải

thích khi lượng nước bốc hơi tăng thì ân nhiệt bay hơi được thu hồi tăng Dựa vào

kết quả nghiên cứu người ta đã đưa ra chế độ sấy tối ưu đối với các loại gỗ:

— Nhiệt độ sấy ban đầu thấp < 30°C và độ âm cao 85%

— Một giai đoạn dốc trong đó nhiệt độ của không khí tăng và độ am giam — Một giai đoạn kết thúc ở nhiệt độ sấy vừa phải(50°C) và độ ẩm tương đối của không khí thấp (40% + 50%) Cuối cùng đưa ra mô hình của máy sấy bằng bơm nhiệt được thiết kế đề sấy gỗ như sau: Dây điện trở Quạt DL MN

Hình 1.7 Sơ đồ bồ trí máy sấy gỗ bơm nhiệt

* Trong công nghiệp thực phẩm, máy sấy lạnh cũng được rất nhiều nhà khoa học

nghiên cứu Càng ngày càng có nhiều áp dụng công nghệ sấy bằng bơn nhiệt cho thực phẩm và vật liệu sinh học, trong đó các yêu cầu để làm tăng chất lượng sản

phẩm là sấy ở nhiệt độ thấp và kiểm soát tốt các điều kiện sấy Gần đây, người ta

Trang 26

quan tâm nhiều đến hệ thống sấy bằng bơn nhiệt và xem như là hệ thống sấy thay thế cho sấy chân không thăng hoa Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy rằng, sản phẩm có chất lượng tốt hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các phương pháp sây khác Các kết quả nghiên cứu gần đây về sấy bằng bơm nhiệt cho một số sản phẩm thực phẩm được thể hiện ở bảng Bảng 1.2: Các nghiên cứu gần đây về sấy bằng bơm nhiệt cho một số sản phẩm Sản phẩm Kết quả

Nông sản va hai san (nam Chât lượng của nông sản và hải sản có thê được rơm, trái cây, dưa biên và sò) | hoàn thiện băng các điêu kiện sây có thời gian biéu

Sây bằng bơm nhiệt thích hợp cho sấy vật liệu có độ Sây thực phẩm nông nghiệp âm cao và chỉ phí hoạt động của say bang bom nhiét

thấp hơn các phương pháp sấy khác

Sây bằng bơm nhiệt đã tiết kiệm năng lượng khoảng Rau (hành) 30%, chất lượng của sản phẩm tốt hơn do thời gian

sây ngăn hơn

Chât lượng cao của sản phâm sây đã nêu bật ưu

điêm của sây băng bơm nhiệt và việc kiêm soát Hải sản (cá) nhiệt độ làm cho máy sây có khả năng điêu chỉnh các đặc tính của sản phâm như độ xôp, tôc độ sây,

độ bên và kết cầu màu sắc

Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu phương pháp sấy bằng bơm nhiệt kết hợp với các phương pháp say khác (công nghệ sấy bơm nhiệt lai) Người ta có thé két hop say bang bơm nhiệt với sấy tầng sôi, sấy bằng bức xạ hồng ngoại hoặc kết hợp với sấy bằng dòng điện cao tần Mục đích để làm tăng tốc độ sấy, đồng thời

làm giảm nhiệt tải nhiệt trên bơm nhiệt

Trang 27

phẩm, đồ gốm, công nghệ dược và nông nghiệp + Ưu điểm của máy sấy bơm nhiệt tầng sôi là:

— Diện tích dòng chảy thấp — Hiệu suất bơm nhiệt cao hơn

— Chỉ phí đầu tư và bảo hành thấp hơn so với các máy sấy thùng quay

— Dễ điều khiển và dễ kiểm soát

+ Tuy nhiên, máy sẵy bơm nhiệt tầng sôi cũng có những hạn chế sau: — Tiêu thụ năng lượng cao do phải làm lơ lửng toàn bộ lớp vật liệu sấy

— Tính linh hoạt thấp, có khả năng không sôi được nếu vật liệu sấy quá ướt TL

Hình 1.8: Sơ đồ bố trí của máy sấy bơm nhiệt tầng sôi

Viện công nghệ Na uy đã nghiên cứu và đưa ra mô hình say máy sấy bơm nhiệt tầng sôi như sau:

Như chúng ta đã biết, tỉa hồng ngoại là các tia mang năng lượng nhiệt, đặc biệt tia hồng ngoại có khả năng đâm xuyên vào bên trong vật liệu say do đó sẽ làm nóng vật liệu sấy từ bên trong chứ không làm nóng không khí xung quanh Vì vậy, dòng am dịch chuyên dưới tác dụng cau nồng độ âm và dòng âm dịch chuyên dưới tác dụng của nhiệt độ cùng chiều với nhau sẽ thúc đây quá trình sấy Từ những ưu điểm đó các nhà khoa học đã nghiên cứu kết hợp giữa sấy bằng bơm nhiệt và sấy bằng tia hồng ngoại Ưu điểm của phương pháp sấy kết hợp như sau:

— Tốc độ truyền nhiệt cao có thê đạt được với các bộ cấp nhiệt nhỏ — Dễ đưa nguan nhiét truc tiếp đến bề mặt vật liệu sấy

Trang 28

— Thời gian sấy nhanh, cho phép kiểm soát quá trình sấy

— Đưa bộ phận hồng ngoại vào trong máy sấy bơm nhiệt là đơn giản và đầu

tư thấp

Phương pháp sấy kết hợp này đã được ứng dụng thử nghiệm trên một số vật liệu sấy Kết quả sấy thảo được cho thấy chất lượng tốt hơn các phương pháp say khác

Đối với các vật liệu say mãn cảm với nhiệt độ, người ta đã nghiên cứu và đề

xuất phương pháp sấy liên hợp đối lưu bức xạ ngắt quãng (sấy gián đoạn) Khi đó máy sây bằng bơm nhiệt sẽ được hồng ngoại hỗ trợ để thoát nhanh âm bề mặt ở giai đoạn đầu ở quá trình sấy, và tiếp theo là tiến hành sấy gián đoạn cho đến khi đạt độ âm yêu cầu Kiểu hoạt động này đảm bảo tốc độ sấy ban đầu nhanh, tiếp đến có sự trợ giúp của sấy gián đoạn đảm bảo thời gian sấy giảm, cũng như giảm thiểu su mat chất lượng của sản phẩm sấy Cuối cùng người ta đưa ra mô hình của may say bom

nhiệt với hông ngoại hỗ trợ: 17 TBNT TBBH O {| Đèn VIL | ua TT tT tT tt TT Cc) | Co Khay sấy sản phẩm

Hình 1.9: Sơ đồ bố trí của máy sấy bơm nhiệt hồng ngoại

* Các nhà khoa học đã nghiên cứu máy sấy bằng bơm nhiệt có hỗ trợ bằng năng

lượng mặt trời Ở những nơi có nguồn năng lượng dồi dào thì việc liên kết hệ thống

nhiệt mặt trời với máy sẵy bơm nhiệt có thể tăng hiệu suất năng lượng của hệ thống sấy tổng thể Ưu điểm của phương pháp này là dễ chuyên đổi năng lượng dự trữ có ý nghĩa quan trọng trong việc tiết kiện năng lượng, không tác động xâu đến môi trường va dé kiểm soát quá trình sấy Tuy nhiên, phương pháp sấy này cũng có

Trang 29

và các thùng trữ năng lượng, đặc biệt lượng nhiệt mặt trời trữ được phụ thuộc rất

nhiều vào thời tiết

Nghiên cứu và so sánh năng lượng tiêu thụ của phương pháp sấy này với các phương pháp sấy khác với đối tượng sấy là gỗ xẻ thu được kết quả ở bảng

Bảng 1.3: Năng lượng tiêu thụ và chỉ phí của ba phương pháp sấy khi sấy lm' gỗ xẻ

Bề dày | Độ ẩm | Độ ẩm | Tiêu thụ | Chi phi

* Công nghệ sấy bằng bơm nhiệt cũng được nghiên cứu khi có sự trợ giúp của tần số vô tuyến Tần số vô tuyến phát sinh nhiệt trong toàn bộ thẻ tích bên trong vật liệu âm, bằng cơ chế kết hợp sự quay lưỡng cực với tác dụng dẫn nhiệt làm tăng tốc

độ quá trình sây Một máy sấy bơm nhiệt tiêu biểu hỗ trợ bằng tần số vô tuyến gồm

có một hệ thống bơm nhiệt nén hơi trang bị thêm hệ thống phát tần số vô tuyến, co khả năng truyền năng lượng tần số vô tuyến đến vật liệu sấy ở các giai đoạn khác nhau của quá trình sấy Tần số vơ tuyến nung nóng tồn bộ khối sản phẩm cùng lúc nên nước sẽ bốc hơi ở đúng chỗ của nó Vì nước di chuyển xuyên qua sản phẩm dưới dạng hơi là do tác động mao dẫn nên tránh được sự di chuyên của chất rắn hạn chế sự mat chat, cũng tránh được hiện tượng cong vênh, biến màu bề mặt và nứt vỡ thường sảy ra với các phương pháp sấy thông thường

Phương pháp sấy này đã được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo và thu được kêt quả rât khả quan, đặc biệt là có thê làm tang nang suat say cua san

Trang 30

phẩm Năng suất sấy có thể tăng lên 30% đối với bánh quy dòn, 40 % đối với bánh quy thường Các tần số nung nóng điện môi thích hợp là: 13,56 MHz + 0,05%; 27,12 MHz + 0,6%; 40,68 MHz + 0,05%

Hiện tượng tạo độ am đồng đều của say tần số vô tuyến đảm bảo độ khô đồng đều xuyên suốt sản phẩm Ngành công nghiệp yêu cầu sản phẩm sấy đồng

như gốm sứ có thể xem phương pháp sấy này như một lựa chọn tốt nhất

Trong tương lai, xu hướng phát triển của máy sây bơm nhiệt là có nhiều buồng Người ta đưa ra sơ đồ bố trí quá trình sấy bơm nhiệt nhiều buồng như sau: Máy Máy Máy say H | say %_| sấ I II Ill n= -— —W⁄3— Nhiét phụ trợ ca ® Js + | L # #J

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí của máy sấy bơm nhiệt nhiều buồng

Điều này khả thi vì có nhiều loại thực phẩm có giai đoạn tốc độ sấy giảm dần với

thời gian dài Vì thế, máy sấy bơm nhiệt có nhiều buồng sấy sẽ có rất nhiều ưu

điểm:

Cải thiện chât lượng sản phâm như màu sắc và giảm sự biên cứng bê mặt Cải thiện hiệu suât năng lượng

— Giảm chi phí đầu tư và giảm mặt băng sản xuât

Trang 31

CHƯƠNG 2

LY THUYET VE BOM NHIET

2.1 Khai quat vé bom nhiét

Nam 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên của thế giới

Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bước phát triển của riêng mình Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940 khi hàng loạt bơm nhiệt công suất lớn được lắp đặt thành công ở nhiều nước châu Âu để sưởi ẫm, đun

nước nóng và điều hồ khơng khí

Từ khi xây ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiễn nhảy vọt mới Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cở cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rải trên thị trường Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút âm, đun nước

Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt : dk ANT Le ULI Yd ` he qo Bonì nhiệt TTT Hình 2.1.1: Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt Hình 2.1.2: Sơ đồ dòng năng lượng Ghi chú:

MN: Máy nén TL: Van tiết lưu

BH: Thiết bị bay hơi NT: Thiết bị ngưng tụ

l: Công tiêu tốn cho máy nén

Trang 32

qạ: Nhiệt lượng lẫy từ môi trường q,: Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tu 2.2 Nguyên lý hoạt động

Bơm nhiệt là một thiết bị đùng để bơm một đòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt Để duy trì bơm nhiệt hoạt

động cần tiêu tốn một dòng năng lượng khác (điện hoặc nhiệt năng) Như vậy máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và có chung một nguyên lý hoạt động Các thiết bị của chúng là giống nhau Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng mà thôi Máy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ở thiết bị ngưng tụ Do yêu cầu sử dụng

nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt độ cao hơn

Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược với các quá trình chính như sau: > > S

Hình 2.2: Đồ thị chu trình bơm nhiệt

1 — 2: quá trình nén hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao và nhiệt độ cao trong máy nén hơi Qúa trình nén là đoạn nhiệt

2 — 3: quá trình ngưng tụ dang nhiét trong thiét bi ngưng tụ, thải nhiệt cho môi

trường

3 — 4: quá trình tiết lưu đăng entanpi (is = ia) của môi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp

Trang 33

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hồng Ngọc Đồng

mơi trường lạnh

Mục đích sử dụng chính của bơm nhiệt là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ

Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt ở máy lạnh:

qx= đo † Ì (2-1)

Hiện nay, người ta chế tạo nhiều loại bơm nhiệt làm việc theo nhiều nguyên lý

khác nhau như bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt nhiệt điện Nói chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt đều được sử dụng nhưng

được sử dụng rộng rải nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi

Ngoài bốn loại bơm nhiệt nói trên chúng còn được ghép lại với nhau nhằm đạt

hiệu quả nhất định Ví đụ bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi nhằm mục đích tăng nhiệt độ

ngưng tụ, qua đó tăng nhiệt độ chất tải nhiệt Nguyên lý hoạt động chủ yếu như máy lạnh hấp thụ nhưng giữa bình sinh hơi và dàn ngưng người ta lắp thêm một máy nén hút hơi từ bình sinh hơi và nén vào dàn ngưng Áp suất ngưng tụ cao lên đưa nhiệt độ ngưng tụ cao lên theo, và hệ số nhiệt của nó tăng lên đăng kẻ

2.3 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt

Đề đánh giá hiệu quả chuyển hóa năng lượng, ta dùng hệ s6 nóng (hệ số bơm nhiệt) với định nghĩa: hệ số nóng o là nhiệt lượng môi chất thải cho nguồn nóng

ứng với một đơn vị công hô trợ và được biêu thi bang:

-"3 1 (2-2)

Nếu sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp thì hiệu quả kinh tế còn cao hơn nhiều

vì chỉ cần tiêu tốn một dòng năng lượng l ta được cả năng suất lạnh qọ và năng suất

nhiệt q như mong muốn Gọi ọ, là hệ số nhiệt lạnh của bơm nhiệt nóng lạnh

° l

Như vậy hệ số nhiệt của bơm nhiệt là đại lượng luôn lớn hơn 1 Do đó ứng dụng của

bơm nhiệt bao giờ cũng có lợi về nhiệt Hệ số nhiệt của bơm nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng của bơm nhiỆt

Trang 34

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS.Hoàng Ngọc Đồng Với hai nguồn nóng - lạnh có nhiệt độ Ty và Tọ, theo chu trình Cácnô ta có: (2-5) T, T, 7 T,

Như vậy ta suy ra: @=U (2-6)

Trong đó o là hiệu suất execgi hay hệ số hoàn nhiệt của chu trình thực

Dựa vào phương trình trên ta thấy hệ số nhiệt lý thuyết có thể tính theo chu trình Cácnô phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ của dàn ngưng tụ và dàn bay hơi Đề bơm nhiệt đạt hiệu quả kinh tế cao thì thường người ta phải chọn hiệu nhiệt độ AT sao cho hệ

số nhiệt thực tế của bơm nhiệt phải đạt từ 3 đến 4 trở lên, nghĩa là hiệu nhiệt độ phải

nhỏ hơn 60K Cũng chính vì lý do đó mà chỉ trong những trường hợp đặc biệt người ta mới sử dụng hai cấp nén Đó chính là sự khác biệt quan trọng giữa bơm nhiệt và máy nén

2.4 So sánh các phương án cấp nhiệt

Đề thấy rõ hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt ta có thể so sánh một số phương án trên sơ đồ cấp nhiệt từ nguồn năng lượng sơ cấp đến nơi tiêu thụ Nguồn năng lượng sơ cấp là than, dầu mỏ và khí thiên nhiên Ở nước ta nguồn năng lượng sơ cấp chủ yếu là than đá nên ta lẫy than đá cho những ví dụ về cấp nhiệt Vì dụ ta cần

cấp nhiệt cho lò sấy từ 70 đến 100 °C, nghĩa là nhiệt độ đó phủ hợp với khả năng của

bơm nhiệt * Phương an 1:

Dùng than để sản xuất ra điện ở nhà máy nhiệt điện, sau đó sử dụng trực tiếp năng lượng điện đề cấp cho lò sấy thì hiệu suất sử đụng than sẽ là: 100% than — 70%

Trang 35

¡ SƠ cấp thac 6 yal

| mo Năng lượng hửu ích | | | | L _ _ _ _ _I * Phuong an 2: Nếu sử dụng than để đốt lò hơi, cung cấp nhiệt cho hầm say bang hoi nước thì 6% vận 50% tổn thất 6 lo hoi chuyén | | | | | | Năng

¡ lượng than khai ẻ —

| sơ cấp thác ở mỏ Năng lượng hửu ích

| | Sp=44%

| |

[Lo 4S

hiéu suat str dụng than như sau: 100% than sản xuất ở mỏ — 6% hao hụt khi vận

chuyển bốc đở — 50% hao hụt ở lò hơi Hiệu suất thực tế là 44% * Phương án 3:

Các điều kiện như trong phương án 1, nhưng không sử dụng trực tiếp năng lượng điện qua các bộ đốt điện trở mà sử dụng qua bơm nhiệt nén hơi Với hệ số nhiệt của

bơm nhiệt ọ = 3 — 4 tùy theo AT, S„ cũng tăng lên gấp 3 - 4 lần

Trang 36

tiếp ngay cho hầm sấy mà sử dụng qua một bơm nhiệt hấp thụ Theo kinh nghiệm,

bơm nhiệt có hệ số @„ 2 1,4 Như vậy năng lượng hữu ích sẽ tăng lên 1,4 lần:

SpA= 1,4.44% = 62% * Phương án 5:

Sử dụng than đốt cho buông sấy trực tiếp qua thiết bị trao đôi nhiệt thì năng lượng

hữu ích là 100% trừ đi 6% tốn thất vận chuyên, 32% cho thiết bị biến đôi năng

Trang 37

lượng tại chỗ Vậy S„= 62%

* Phương an 6:

Sử dụng than đốt trực tiếp bình sinh hơi của máy lạnh hấp thụ ta sẽ có năng lượng hữu ích: S;A = 5p.(0„ = 1,4.62% = 87%

Qua 6 phương án cấp nhiệt nêu ra ở trên ta thấy tất cả các phương án cấp nhiệt có

bơm nhiệt đều có hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp cao hơn Một ưu điểm nữa của

phương án sử dụng bơm nhiệt là có thể sử dụng được cả công suất lạnh của nó cho các mục đích khác như bảo quản hoặc điều tiết không khí

2.5 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt 2.5.1 Môi chất và cặp môi chất

Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh Một vài yêu cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến may người ta vẫn sử dụng các loại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin Gần đây người ta chú ý đến việc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dan ngung nhu: R21, R113, R114, R12B1, R142

2.5.2 May nén lanh

Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt Tất cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt Đặc biệt quan trong la may nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin Một may

nén bơm nhiệt cần phải chắc chăn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất

cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải

2.5.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và ngưng tụ

Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Giống như máy lạnh, thiết bị

ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng các đạng: ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tắm Các phương pháp tính toán cũng giống như chế độ điều hoà nhiệt độ

2.5.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh Xuất

phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết

Trang 38

bị cao hơn Đây cũng là vẫn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới

hạn tối đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao

để phòng hư hỏng thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết

lưu phù hợp

2.5.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt

Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hồ trợ cho bơm nhiệt phù hợp

với từng phương án sử dụng của nó Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại

Sau:

+ Các phương án động lực của máy nén như: Động cơ điện, động cơ gas, động cơ

diesel hoặc động cơ gió

+ Các phương án sử dụng nhiệt thu ở đàn ngưng tụ Nếu là sưởi ấm thì có thể sử

dụng dàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoàn chất tải nhiệt, có

thể sử dụng để sấy, nấu ăn, hút âm Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hỗ trợ khác nhau

+ Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng

thời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh Ngoài ra

còn có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngồi khơng khí, đàn bay hơi sử đụng nước giếng

là môi trường cấp nhiệt Còn có những phương án như đàn bay hơi đặt ở dưới nước, đặt ở đưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời

+ Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các

thiết bị hỗ trợ Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bi phụ trợ ngoài bơm nhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt

2.6 Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân

Như đã trình bày, bơm nhiệt có thể được ứng dụng trong tất cả các cơ sở có nhu

cầu năng lượng ở khoảng nhiệt độ thấp từ 40 — 80 “C hoặc có thể cao đến 115 — 120 °C Nếu như nhu cầu về nóng lạnh tương đối ăn khớp nhau thì hiệu quả kinh tế của

bơm nhiệt càng lớn

Khi sử dụng bơm nhiệt cần chú ý hiệu quả kinh tế của nó biểu hiện qua hệ SỐ

Trang 39

của dàn ngưng và dàn bay hơi Một điều kiện nữa của bơm nhiệt đạt hiệu quả cao là

nhu cầu về nóng lạnh phải liên tục và ôn định để thời gian hoàn vốn của thiết bị là

thấp nhất

Sau đây là một số ứng dụng cụ thể của bơm nhiệt: 2.6.1 Ứng dụng bơm nhiệt trong công nghiệp sấy, hút âm

Bơm nhiệt hút âm có cầu tạo như hình vẽ : 4 2 E ⁄ — A -l#$ \2p Be 3 |? oo! „ xà Q2 5 ` ~ ny — tt 6 _ b C A —— tì <_ & & _ ae _, ti Ạ 0 sẹ =ITñ+e* _—— 91 _ :/ & 3 sẻ ” 5 ~l‡ _—_—_ Ah © Pl > ` 7 ⁄ di dd kp/kg kk

Hinh 2.2.1: Bom nhiét hut 4m Hình 2.2.2:Trạng thái khôngkhí khí

đơn giản qua khử 4m ở bơm nhiệt hút âm

1-—Maynéen 2 — Dàn ngưng 7 — Cốc hứng nước

3- Tiếtlưu 4- Dàn bay hơi

5 - Quạt 6 - Động cơ quạt Nguyên lý làm việc:

Bơm nhiệt hút âm thực chất là một máy lạnh nhưng được bố trí đặc biệt để làm

nhiệm vụ khử 4m trong không khí Bơm nhiệt hút âm gồm may nén 1, van tiết lưu 3,

hai đầu có bố trí đàn ngưng tụ và đàn bay hơi Đáy dưới và nắp trên với hai thành

bên được bọc kín để không khí chỉ có thể đi theo một hướng từ dàn bay hơi ra phía dàn ngưng tụ Không khí được hút qua bơm nhiệt nhờ quạt hướng trục 5 Không khí trong phòng đầu tiên đi qua dàn bay hơi với trạng thái ban đầu ở điểm A có độ âm

tương đối ọ, và nhiệt độ tị Khi vào dàn bay hơi, nhiệt độ giảm xuống, độ âm tương

đối tăng lên đến trạng thái bảo hoà Một phần âm ngưng tụ lại chảy xuống khay bên

Trang 40

dưới Không khí sau khi ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái B với ọ= 100% Sau đó không khí đã khử âm đi qua dàn ngưng tụ, nhận nhiệt và nhiệt độ tăng lên t;, độ am

tương đối giảm xuống 9, <o, Hinh 2.2.2 biéu dién trang thái lớn hơn vì phải nhận

thêm nhiệt đo công của máy nén sinh ra và hơi nước ngưng tụ lại ở đàn bay hơi Nếu

yêu cầu nhiệt độ thấp hơn ta có thể có phương án sử dụng một phần nhiệt lượng dàn

ngưng vào mục đích khác Một máy hút âm như vậy có thể đặt những nơi cần thiết giảm độ âm không khí xuống như phòng ở, phòng làm việc, buồng phơi quần áo, thư viện, kho bảo quản các đồ dùng quang học, các kho bảo quản các sản phẩm dễ mốc, nắm như các hàng mây tre, sơn mài, cói, các mặt hàng công nghệ phẩm, nông lâm hải sản xuất khẩu Đối với nước ta, một nước khí hậu nóng ầm, nắm mốc va vi

sinh vật phát triển rất nhanh làm hư hỏng và làm giảm chất lượng hầu hết tất cả các

mặt hàng công, nông, lâm, ngư nghiệp đặc biệt là các mặt hàng xuất khẩu gây tốn thất về kinh tế không nhỏ Nếu ứng dụng được bơm nhiệt vào công nghiệp sấy và hút âm chắc chắn sẽ mang lại ý nghĩa kinh tế to lớn

2.6.2 Bơm nhiệt ứng dụng trong công nghiệp chưng cất, bay hơi, cô đặc

Bơm nhiệt chu trình hở được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chưng cất, tách

chất, bay hơi cô đặc Sau đây ta giới thiệu một số ví dụ về ứng dụng của bơm nhiệt

trong lĩnh vực này

Hình 2.3: Bơm nhiệt chu

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	17,37 MB