Nghiên cứu sấy nho ninh thuận bằng máy sấy bơm nhiệt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU SẤY NHO NINH THUẬN BẰNG MÁY SẤY BƠM NHIỆT Chuyên ngành : KỸ THUẬT NHIỆT Mã số : 60520115 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS HÀ ANH TÙNG 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…… tháng …… năm ……… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ……………………………… ………… ……………………………… ………… ……………………………… ………… ……………………………… ………… ……………………………… ………… 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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP MSHV: 7140917 Ngày, tháng, năm sinh: 05/09/1982 Nơi sinh: QUẢNG NAM Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 60520115 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẤY NHO NINH THUẬN BẰNG MÁY SẤY BƠM NHIỆT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Nghiên cứu tổng quan nho Ninh Thuận cơng nghệ sấy nho, phân tích lựa chọn thiết bị sấy nho Ninh thuận phù hợp Việt Nam  Nghiên cứu sở lý thuyết tính tốn thiết kế hệ thống sấy nho bơm nhiệt  Chế tạo mơ hình sấy nho Ninh Thuận máy sấy bơm nhiệt  Từ mơ hình chế tạo, tiến hành khảo nghiệm đánh giá kết khảo nghiệm theo phương pháp lựa chọn phương pháp phù hợp  Từ kết khảo nghiệm xác định chế độ sấy nho Ninh Thuận phù hợp Việt Nam  Đánh giá ý nghĩa khoa học mơ hình sấy III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 17/08/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HÀ ANH TÙNG Tp HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ( Họ tên chữ ký) ii GVHD:TS HÀ ANH TÙNG LỜI CẢM ƠN Trước hết, học viên xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy hướng dẫn TS Hà Anh Tùng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho học viên hoàn thành luận văn Xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô môn Công nghệ nhiệt lạnh Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM tận tâm truyền đạt kiến thức suốt trình học cao học học viên Chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo quý Thầy Cô đồng nghiệp Bộ môn Điện Lạnh Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng ln khuyến khích, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho học viên trình thực luận văn Gởi lời cảm ơn đến bạn học lớp khóa 2014 &2015, em sinh viên Điện Lạnh Cao Thắng, em sinh viên Nhiệt Lạnh Bách KHoa HCM nhiệt tình trao đổi, chia sẻ, giúp đỡ trình chế tạo, đo đạc khảo nghiệm mơ hình Cuối cùng, cảm ơn gia đình ln khích lệ đồng hành suốt thời gian qua Trong q trình hồn thành luận văn, học viên cố gắng nhiên cịn thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đánh giá chân thành quý Thầy Cô để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Trần Thị Ngọc Diệp HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP ii GVHD:TS HÀ ANH TÙNG iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn ‘’Nghiên cứu sấy nho Ninh Thuận máy sấy bơm nhiệt’’ thực thời gian từ 08/2017 đến 06/2018 với nội dung sau đây: - Nghiên cứu tổng quan nho Ninh Thuận công nghệ sấy nho - Tổng hợp nghiên cứu nước liên quan đến sấy bơm nhiệt sấy nho - Nghiên cứu sở lý thuyết q trình sấy bơm nhiệt - Tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình sấy nho Ninh Thuận máy sấy bơm nhiệt với suất 10 kg/mẻ - Trên sở mơ hình thiết bị sấy chế tạo, tiến hành khảo nghiệm sấy nho mô hình với chế độ sấy khác - Phân tích, đánh giá kết khảo nghiệm - Từ kết khảo nghiệm xác định chế độ sấy nho Ninh Thuận phù hợp Việt Nam - Đánh giá ý nghĩa khoa học mơ hình sấy HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP iii iv GVHD:TS HÀ ANH TÙNG ABSTRACT The thesis "Study on drying Ninh Thuan grapes with heat pump dryer" was carried out from August 2017 to June 2018 with the following contents: - An overview of Ninh Thuan grapes and grapes drying technology - Aggregate of domestic and foreign studies related to heat pump drying and drying of grapes - Study theories of heat pump drying - Calculate, design, manufacture model of drying Ninh Thuan grapes by heat pump dryer with a capacity of 10kg/a batch - Based on the model of drying equipment, experiments were carried out with different drying regimes - Analysis and evaluation of experimental results - From the results of the experiment, determine Ninh Thuan grape drying regime suitable in Vietnam - Evaluate the scientific significance of the drying model HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP iv v GVHD:TS HÀ ANH TÙNG LỜI CAM ĐOAN Luận văn học viên nghiên cứu thực hướng dẫn khoa học Thầy TS Hà Anh Tùng Học viên xin cam đoan nội dung trình bày luận văn học viên tìm hiểu nghiên cứu Các nội dung trích dẫn từ nguồn tài liệu khác có ghi rõ nguồn gốc Trần Thị Ngọc Diệp HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP v vi GVHD:TS HÀ ANH TÙNG LỜI NÓI ĐẦU Để áp ứng yêu cầu sử dụng nước, chất lượng sản phẩm loại nông sản sấy khô cần phải tuân theo tiêu chuẩn thương mại quốc tế Đó u cầu khắt khe chất lượng màu sắc, hình dáng, kích thước sản phẩm sấy; nồng độ vị, vitamin, protein, chất thơm, men, độ ẩm cuối đạt tùy theo nhu cầu sử dụng bảo quản sản phẩm sấy So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy bơm nhiệt có nhiều ưu điểm bật, đáp ứng đầy đủ yêu cầu chất lượng áp dụng cho sấy vật liệu khó sấy, yêu cầu chất lượng sấy cao Thích hợp để sấy khơ sản phẩm không chịu nhiệt độ cao Đồng thời phương pháp sấy bơm nhiệt tiết kiệm lượng so với phương pháp sấy khơng khí nóng dùng điện trở Phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam Trong thực tế, phương pháp sấy bơm nhiệt áp dụng phổ biến nước tiên tiến Châu Âu Châu Á Tuy nhiên giá thành thiết bị cao vận hành phức tạp, phương pháp sấy chưa áp dụng rộng cho công nghiệp nước ta Điều kiện tiếp thu công nghệ sản xuất bị hạn chế nhiều, việc học tập nghiên cứu chủ yếu lý thuyết Hiện nay, sản phẩm nho khô thị trường nước chủ yếu sấy nhiệt độ cao (sấy nóng) Phương pháp sấy có nhiều hạn chế làm biến tính giảm chất lượng sản phẩm Trong phương pháp sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) đảm bảo chất lượng, giữ nguyên thành phần vi lượng, loại vitamin, mùi vị màu sắc, tăng thời gian bảo quản Với mong muốn nâng cao chất lượng sản phẩm nho khô Ninh Thuận, tạo sản phẩm nho khô nguyên chất túy, không tẩm ướp, khơng hóa chất bảo quản, đảm bảo vệ sinh an tồn, có giá trị dinh dưỡng cao nên học viên chọn đề tài: “ Nghiên cứu sấy nho Ninh Thuận máy sấy bơm nhiệt ” làm luận văn cao học ngành Kỹ Thuật Nhiệt HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP vi vii GVHD:TS HÀ ANH TÙNG MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN iii LỜI NÓI ĐẦU vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH VẼ xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN THEO MẪU TỰ HY LẠP .xv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xvii CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan nho 1.1.1 Giới thiệu chung nho 1.1.2 Nho Ninh Thuận Việt Nam 1.1.3 Giá trị dinh dưỡng công dụng nho .5 1.1.4 Thu hoạch bảo quản nho Ninh thuận 1.1.5 Tình hình phát triển sản xuất nho Ninh thuận .11 1.2 Tình hình nghiên cứu phương pháp sấy nho giới 11 1.2.1 Trên giới .11 1.2.2 Tại Việt Nam 14 1.3 Các phương pháp sấy nho .15 1.3.1 Phương pháp sấy nóng .15 1.3.2 Phương pháp sấy lạnh 16 1.4 Phân tích lựa chọn phương pháp thiết bị sấy nho .17 1.4.1 Phân tích chế sấy 17 1.4.2 Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nho trình sấy 18 1.4.3 Lựa chọn phương pháp thiết bị sấy nho 18 1.5 Tổng quan sấy bơm nhiệt ứng dụng sấy bơm nhiệt .19 1.5.1 Lịch sử hình thành phát triển bơm nhiệt .19 1.5.2 Nguyên lý sấy bơm nhiệt 19 HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP vii GVHD:TS HÀ ANH TÙNG viii 1.5.3 Hiệu sử dụng lượng sấy bơm nhiệt 22 1.5.4 Tình hình nghiên cứu thiết bị sấy bơm nhiệt giới Việt Nam 23 1.6 Nội dung nghiên cứu .27 1.7 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 27 1.7.1 Ý nghĩa khoa học .27 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn 27 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN 29 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy bơm nhiệt đề xuất 29 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt 29 2.1.2 Nguyên lý làm việc máy sấy bơm nhiệt đề xuất 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 31 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 35 2.2.3 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 35 2.3 Các thông số nghiên cứu 37 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy nho 37 2.4.1 Nhiệt độ sấy 37 2.4.2 Độ ẩm tác nhân sấy 37 2.4.3 Vận tốc tác nhân sấy 37 2.4.4 Độ dày lớp nho 38 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH SẤY BƠM NHIỆT .39 3.1 Mơ hình thiết kế .39 3.2 Các thơng số tính tốn .39 3.3 Xác định kích thước buồng sấy .40 3.4 Tính tốn nhiệt trình sấy lý thuyết 40 3.5 Tính tốn nhiệt q trình sấy thực 43 3.6 Tính tốn chu trình chọn thiết bị cho bơm nhiệt 50 3.6.1 Xác định chu trình thơng số làm việc 50 3.6.2 Tính tốn chu trình bơm nhiệt 50 HVTH: TRẦN THỊ NGỌC DIỆP viii 96 GVHD:TS HÀ ANH TÙNG Phụ lục 04 Bảng số liệu thí nghiệm sấy nho Ninh Thuận nhiệt độ 55oC, vận tốc TNS m/s Thời gian thí nghiệm: ngày 20/5/2018 Địa điểm: 581/52 Trường Chinh, Q Tân Phú, Tp HCM Khối lượng nho ban đầu: 10 kg  h o tv C v % 31 E tr C r % Po psi Pk psi I A kW h G1 kg G2 kg G3 kg G4 kg G kg  %  (-) 70 31 70 160 160 0 2.5 2.5 2.5 2.5 10.0 80.4 4.10 57 25 51 42 85 285 2.24 2.29 2.34 2.37 9.24 78.8 3.71 o 56 23 50 44 90 290 4.1 10 1.86 1.89 1.94 2.03 7.72 74.6 2.94 12 54 24 49 40 85 280 8.7 14 1.60 1.62 1.64 1.70 6.56 70.1 2.35 16 56 24 48 33 85 280 19 1.35 1.37 1.40 1.43 5.55 64.7 1.83 20 55 23 48 30 85 280 8.8 24 1.11 1.17 1.20 1.24 4.72 58.5 1.41 24 54 24 48.5 32 85 285 8.8 28 1.00 1.03 1.06 1.11 4.20 53.3 1.14 28 55 23 50 30 85 280 8.9 33 0.85 0.88 0.90 0.94 3.57 45.1 0.82 32 56 23 51 28 85 280 4.2 38 0.70 0.74 0.79 0.85 3.08 36.4 0.57 36 55 22 50 31 84 280 8.8 43 0.62 0.63 0.64 0.72 2.61 24.9 0.33 40 55 22 49.5 29 80 275 8.9 48 0.57 0.59 0.61 0.69 2.46 20.3 0.26 44 56 22 51 27 80 275 4.2 53 0.55 0.57 0.59 0.64 2.35 16.6 0.20 HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ 97 GVHD:TS HÀ ANH TÙNG Phụ lục 05 Bảng số liệu thí nghiệm sấy nho Ninh Thuận nhiệt độ 65oC, vận tốc TNS 2,0m/s Thời gian thí nghiệm: ngày 26/5/2018 Địa điểm: 581/52 Trường Chinh, Q Tân Phú, Tp HCM Khối lượng nho ban đầu: 10 kg  h o tv C v % 33 tr C r % Po psi Pk psi I A kWh G1 kg G2 kg G3 kg G4 kg G kg  %  (-) 64 33 64 160 160 0 2.50 2.50 2.50 2.50 10.0 80.4 4.10 68 23 58 41 92 290 4.3 2.20 2.26 2.32 2.34 9.12 78.5 3.65 66 25 55 38 85 280 4.3 10 1.83 1.88 1.91 2.00 7.62 74.3 2.89 12 65 24 51.5 40 85 280 8.8 15 1.58 1.61 1.65 1.71 6.55 70.1 2.34 16 64 26 53.5 36 85 285 8.9 21 1.35 1.39 1.41 1.43 5.58 64.9 1.85 20 65 21 56 29 95 300 9.1 26 1.15 1.19 1.21 1.23 4.78 59.0 1.44 24 66 21 57 26 90 290 4.2 31 0.95 1.00 1.03 1.05 4.03 51.4 1.06 28 65 21 56 28 90 285 8.8 37 0.83 0.86 0.88 0.91 3.48 43.7 0.78 32 65 22 58 26 92 290 43 0.71 0.72 0.74 0.79 2.96 33.8 0.51 36 66 20 58.5 24 92 290 4.4 48 0.60 0.62 0.63 0.69 2.54 22.8 0.30 40 65 22 57 27 92 290 8.7 54 0.54 0.55 0.59 0.64 2.32 15.5 0.18 44 67 19 59 25 90 290 4.3 59 0.52 0.53 0.55 0.57 2.17 9.7 0.11 o HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP E LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD:TS HÀ ANH TÙNG 98 Phụ lục 06 Một số hình ảnh trình thực nghiệm Hình Đo độ ẩm nho Ninh Thuận phịng thí nghiệm mơn CN Nhiệt Lạnh BK HCM Hình Cân nho HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP tươi vào khay sấy LUẬN VĂN THẠC SĨ 99 GVHD:TS HÀ ANH TÙNG Hình Đặt khay nho vào buồng sấy Hình Cân khối lượng nho trình sấy Hình Nho khơ sau q trình sấy Hình Nho sấy máy sấy bơm nhiệt HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP Hình Nho sấy điện trở c.ty Cánh Trắng LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD:TS HÀ ANH TÙNG HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP 100 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD:TS HÀ ANH TÙNG 101 Phụ lục 07 Thông số kỹ thuật máy nén kín kiểu roto Panasonic 2PS156D3AA02 HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD:TS HÀ ANH TÙNG 102 Phụ lục 08 Code chương trình EES tính tốn q trình sấy bơm nhiệt " G_1 = 10 {Khoi luong me say} Time_say = 40 {Thoi gian say} jtheta_truoc = 0,8 {Do am cua nho tuoi} jtheta_sau = 0,1 {Do am cua nho kho} rho = 1,093 {khoi luong rieng cua tac nhan say buong say o t_tb = (t_3+t_4)/2 = 50} " " -" "Tinh toan nhiet qua trinh say ly thuyet" " t_2 = 10 t_3 = 55 t_4 = 45 " {Diem 2} jtheta_2 =1 jtheta_text2 = jtheta_2 * 100 p_bh2 = exp(12-4026.42/(235.5 + t_2)) d_2 = 0.622*jtheta_2*p_bh2/(1-jtheta_2*p_bh2) I_2 = t_2 + d_2*(2500+1.84*t_2) {Diem 3} d_3 = d_2 p_bh3 = exp(12-4026.42/(235.5 + t_3)) p_h3 = d_3/(0.622+d_3) jtheta_3 = p_h3/p_bh3 jtheta_text3 = jtheta_3 * 100 I_3 = t_3+d_3*(2500+1.84*t_3) {Diem 4} I_4 = I_3 d_4 = (I_4-t_4)/(2500+1.84*t_4) p_bh4 = exp(12-4026.42/(235.5 + t_4)) p_h4 = d_4/(0.622+d_4) jtheta_4 = p_h4/p_bh4 jtheta_text4 = jtheta_4 * 100 {Diem 1} d_1 = d_4 jtheta_1 = p_h1 = d_1/(0.622+d_1) p_bh1 = p_h1 / jtheta_1 jtheta_text1 = jtheta_1 * 100 t_1 = 4026.42/(12-ln(p_bh1)) - 235.5 I_1 = t_1+d_1*(2500+1.84*t_1) {Tinh toan nhiet cua qua trinh say ly thuyet} G_2 = G_1 * (1-jtheta_truoc)/(1-jtheta_sau) {Khoi luong nho kho thu duoc} W = G_1 - G_2 {Khoi luong am can lay di} W_1 = W / Time_say {Khoi luong am can lay di gio} l_lt = 1/(d_4-d_3) {Luong KK kho can thiet bay hoi 1kg am} Llt = W * l_lt {Luong KK kho can thiet boc het luong am} G_kk = Llt / (Time_say * 3600) {Luu luong khong kho can 1gio} V_kk = G_kk / rho {Luu luong the tich khong kho} Q_kslt = G_kk*(I_3-I_2) {Nang suat thai nhiet cua dan ngung} Q_Olt = G_KK*(I_4-I_2) {Nang suat thu nhiet cua dan lanh} " -" "Tinh toan nhiet qua trinh say thuc te" FUNCTION VONGLAP_VACHTON(x) {Dung pp lap de tinh he so truyen nhiet cua vach kinh} $Common t_f1 HVTH : TRẦN THỊ NGỌC DIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD:TS HÀ ANH TÙNG 103 $Common t_f2 $Common alpha_1 $Common delta_1 $Common delta_2 $Common delta_3 $Common lambda_1 $Common lambda_2 $Common lambda_3 t_w1 =x k_1 = 2.67*10^(-2) {He so dan nhiet cua KK kho o 30'C} k_3 = 2.76*10^(-2) {He so dan nhiet cua KK kho o 40'C} mu_1 = 16.00*10^(-6) {He so nhot dong hoc cua KK kho o 30'C} mu_3 = 16.96*10^(-6) {He so nhot dong hoc cua KK kho o 40'C} Pr_1 = 0.701 {He so Pr cua KK kho o 30'C} Pr_3 = 0.699 {He so Pr cua KK kho o 40'C} L_hinhhoc = 1.1 {Dac trung hinh hoc} C = 0.135 {Dac trung dong chay roi} n = 0.33 {Dac trung dong chay roi} REPEAT t_w1 = t_w1 - 0.01 q = alpha_1*(t_f1 - t_w1) t_w2 = t_w1 - q*delta_1/lambda_1 t_w3 = t_w2 - q*delta_2/lambda_2 t_w4 = t_w3 - q*delta_3/lambda_3 t_m = (t_w4+t_f2)/2 DELTA_t = t_w4 - t_f2 k_2 = (t_m - 30) / (40-30) * (k_3 - k_1) + k_1 {Noi suy} mu_2 = (t_m - 30) / (40-30) * (mu_3 - mu_1) + mu_1 {Noi suy} Pr_2 = (t_m - 30) / (40-30) * (Pr_3 - Pr_1) + Pr_1 {Noi suy} Beta = 1/ (273+t_m) {He so gian no nhiet truong hop chat khi} Gr = 9.81 * L_hinhhoc^3 * Beta * DELTA_t / mu_2^2 {Tieu chuan Grashop} Ra = Gr * Pr_2 Nussen = C * Ra^n {Tieu chuan Nussen} alpha_2 = Nussen * k_2 / L_hinhhoc q` = alpha_2 * (t_w4 - t_f2) DELTAq = (q`-q) / q` VONGLAP_VACHTON = 1/ ( 1/alpha_1 +delta_1 /lambda_1 +delta_2 /lambda_2 +delta_3 /lambda_3 +1/alpha_2) UNTIL DELTAq