Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chế độ sấy chanh trên máy sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH HẠ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CHẾ ĐỘ SẤY CHANH TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 8520115 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2020 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Hà Anh Tùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 08 tháng 09 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS TS Lê Chí Hiệp TS Tạ Đăng Khoa TS Lê Minh Nhựt PGS TS Lê Anh Đức PGS.TS Nguyễn Minh Phú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Minh Hạ MSHV: 1870168 Ngày, tháng, năm sinh: 02/06/1992 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 8520115 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm chế độ sấy chanh máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu lý thuyết máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại - Xác định chế độ sấy chanh máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại - Xây dựng phần mềm thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2020 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2020 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Hà Anh Tùng TP.HCM, ngày … tháng … năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Nhiệt LạnhKhoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, tạo điều kiện tốt để tơi thực luận văn Xin chân thành cám ơn TS Hà Anh Tùng tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Trong trình thực luận văn, khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp q thầy, Trân trọng cám ơn! Tp HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2020 Nguyễn Minh Hạ ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm chế độ sấy chanh cắt lát máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại Kết nghiên cứu cho thấy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại tiêu hao điện so với sấy bơm nhiệt đơn thuần, chất lượng chanh sấy tốt so với phương pháp sấy điện trở sử dụng phổ biến Đồng thời, qua thực nghiệm, phương trình xác định thời gian sấy theo nhiệt độ sấy tốc độ tác nhân sấy, sấy chanh cắt lát máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại thiết lập Trong q trình nghiên cứu, phần mềm tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại xây dựng thực nghiệm kiểm chứng mơ hình thực tế Kết cho thấy phần mềm có độ xác chấp nhận được, sử dụng để tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại ABSTRACT The thesis presents theoretical and empirical research on sliced lemon drying on a heat pump dryer combined with infrared radiation Research results show that heatpump combined with infrared radiation consumes less energy than heat-pump drying; and provides better quality of lemon when compared to the electrical resistorbased drying method that has been used currently Besides, through experiments, an equation to determine the drying time as a function of drying temperature and drying agent velocity was devoloped During the research process, a software for calculating and designing heat pump dryers combined with infrared radiation was built and experimentally tested on real models The results show that the software has an acceptable accuracy and can be used to calculate the design of heat pump dryer combined with infrared radiation iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn tơi tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan qua lý thuyết thực nghiệm Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tp HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2020 Nguyễn Minh Hạ iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan chanh 1.2 Tổng quan máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 1.2.1 Tổng quan sấy xạ hồng ngoại 1.2.2 Tổng quan sấy bơm nhiệt 1.2.3 Tổng quan sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 1.3 Tổng quan nghiên cứu máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại .9 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.4 Tính cấp thiết đề tài 13 1.5 Mục đích đề tài 14 1.6 Nhiệm vụ, đối tượng giới hạn đề tài 15 1.6.1 Nhiệm vụ đề tài 15 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 15 1.6.3 Phạm vi nghiên cứu 15 1.7 Phương pháp nghiên cứu 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Các cơng thức tính tốn liên quan đến xạ hồng ngoại 16 2.2 Lý thuyết hệ thống bơm nhiệt 18 2.2.1 Tính tốn cơng suất thiết bị trao đổi nhiệt 18 2.2.2 Diện tích thiết bị trao đổi nhiệt 19 2.3 Tính tốn trình sấy 20 2.4 Cách xác định độ ẩm vật liệu 21 2.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm .22 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 24 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 24 3.2 Tính tốn q trình sấy 25 3.2.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết .25 3.2.2 Tính tốn q trình sấy thực tế 27 3.3 Chọn thông số làm việc chu trình bơm nhiệt 34 3.4 Tính tốn chu trình bơm nhiệt 34 3.5 Tính chọn thiết bị bơm nhiệt 36 3.5.1 Tính chọn máy nén 36 3.5.2 Tính chọn dàn nóng 36 3.5.3 Tính chọn dàn lạnh 37 v 3.5.4 Tính chọn thiết bị phụ 38 3.5.5 Tính chọn đèn hồng ngoại .40 3.6 Xây dựng phần mềm tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 41 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 4.1 Mơ hình nội dung thực nghiệm 48 4.1.1 Mơ hình thực nghiệm 48 4.1.2 Nội dung thực nghiệm .49 4.1.3 Thiết bị đo thực nghiệm 51 4.2 Kết thảo luận .51 4.2.1 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng bề dày vật liệu sấy 51 4.2.2 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng chế độ sấy máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 54 4.2.3 Thực nghiệm đánh giá máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại với máy sấy bơm nhiệt với sấy nóng 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 5.1 Kết luận 63 5.2 Kiến nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 69 PHỤ LỤC 70 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần vi lượng chanh Bảng Điều kiện thí nghiệm lựa chọn .23 Bảng 3.1: Thơng số điểm nút q trình sấy lý thuyết 27 Bảng 3.2: Thông số lớp vách buồng sấy 30 Bảng 3.3: Thông số điểm nút trình sấy thực tế 33 Bảng 3.4: Thông số điểm nút chu trình lạnh-quá nhiệt lý thuyết 35 Bảng 3.5: Thơng số điểm nút chu trình q lạnh- q nhiệt quy chuẩn 36 Bảng 3.6: Thông số thiết bị phụ chu trình bơm nhiệt .38 Bảng 3.7: Hệ số trở lực cục thiết bị kênh dẫn tác nhân sấy [39] 39 Bảng 3.8: Thông số đầu vào vật liệu sấy 42 Bảng 3.9: Thơng số khí hậu địa phương lắp đặt .43 Bảng 3.10: Thông số đầu vào tác nhân sấy 43 Bảng 3.11: Thông số đầu vào khay sấy, buồng sấy 43 Bảng 3.12: Thông số vách buồng sấy .43 Bảng 3.13: Thơng số đầu vào chu trình bơm nhiệt 44 Bảng 3.14: Thông số đầu vào dàn trao đổi nhiệt 44 Bảng 3.15: Thông số đầu vào đèn hồng ngoại 44 Bảng 3.16: Thông số đầu vào quạt kênh dẫn tác nhân sấy 45 Bảng 3.17: Các thơng số cần tính tốn 45 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật máy sấy .48 Bảng 4.2: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng chiều dày vật liệu sấy 49 Bảng 4.3: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng chế độ sấy 50 Bảng 4.4: Thực nghiệm so sánh với máy sấy nóng 51 Bảng 4.5: Kết thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng bề dày vật liệu sấy 52 Bảng 4.6: Kết thực nghiệm chế độ sấy chanh cắt lát máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 54 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Chanh tươi Hình 1.2: Chanh sấy thị trường Hình 1.3: Bước sóng tia hồng ngoại Hình 1.4: Đèn hồng ngoại sấy .5 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt hồi lưu tồn phần Hình 1.6: Sơ đồ máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại hồi lưu tồn phần Hình 1.7: Thay đổi axit citric lát chanh sấy mức cường độ xạ hồng ngoại nhiệt độ sấy khác .11 Hình 1.8: Thay đổi Vitamin C lát chanh sấy mức cường độ xạ hồng ngoại nhiệt độ sấy khác .12 Hình 1.9: Chanh thành phẩm sấy điện trở 13 Hình 2.1 Đồ thị I-d trình sấy lý thuyết máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 20 Hình 3.1: Sơ đồ đồ thị sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại hồi lưu toàn phần 24 Hình 3.2: Đồ thị I-d trình sấy lý thuyết máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 26 Hình 3.3: Đồ thị I-d trình sấy thực tế máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 32 Hình 3.4: Sơ đồ đồ thị lgp-h chu trình lạnh-quá nhiệt 35 Hình 3.5: Sơ đồ trao đổi nhiệt dàn nóng 37 Hình 3.6: Sơ đồ trao đổi nhiệt dàn lạnh .38 Hình 4.1: Mơ hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 48 Hình 4.2: Tốc độ sấy theo thời gian 52 Hình 4.3: Tiêu hao điện riêng theo bề dày lát chanh 53 Hình 4.4: Độ ẩm ban đầu chanh cắt lát theo bề dày lát chanh 53 Hình 4.5: Ảnh hưởng nhiệt độ cường độ xạ đến thời gian sấy .55 Hình 4.6: Ảnh hưởng nhiệt độ cường độ xạ đến tiêu hao điện riêng 55 ... nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm chế độ sấy chanh cắt lát máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại Kết nghiên cứu cho thấy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại tiêu hao điện so với sấy. .. thuật nhiệt Mã số: 8520115 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm chế độ sấy chanh máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu lý thuyết máy sấy bơm nhiệt kết. .. liệu sấy 51 4.2.2 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng chế độ sấy máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 54 4.2.3 Thực nghiệm đánh giá máy sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại với máy sấy bơm