Công nghệ sấy lạnh bằng bơm nhiệt: Nguyên lý, thiết kế và tính toán

MỤC LỤC

Quá trình đốt nóng và làm lạnh

Quá trình đốt nóng và đốt nóng tăng ẩm 1) Quá trình đốt nóng không tăng ẩm

Quà trình làm lạnh và làm lạnh - khử ẩm

Qúa trình này xảy ra nhờ thiết bị trao đổi nhiệt (calorife) trong hệ thống sấy. Đặc trưng của quá trình đốt nóng là nhiệt độ tăng nhưng lượng chứa ẩm d không đổi. 2) Quá trình đốt nóng tăng ẩm. Quá trình đốt nóng tăng ẩm 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. Nếu muốn khử ẩm theo quá trình làm lạnh đẳng entanpi thì không khí ở điểm B1’ phải được tiếp tục làm lạnh đến trạng thái bảo hoà B2” có nhiệt độ đọng sương tS1. Nếu không khí tại điểm B2” tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm bắt đầu và sẽ diễn ra dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm. 2) Quá trình làm lạnh đẳng ẩm. Quá trình này xẩy ra khi không khí ẩm ở một trạng thái nào đó bị mất nhiệt do trao đổi nhiệt với môi trường. Không khí tại điểm A được làm lạnh theo quá trình d = const đến nhiệt độ đọng sương tS2 thì điểm đọng sương B3’ sẽ là giao điểm của đường d = do = const và đường ϕ=100%.

Tương tự nếu không khí ở điểm B3’ tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm sẽ bắt đầu và được thực hiện dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm.

Các phương pháp sấy

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

Không khí ở trạng thái A xác định bởi cặp thông số (d1,t1), được làm lạnh đến trạng thái B xác định bởi cặp thông số (d1,t0). Tác nhân sấy ở trạng thái B có nhiệt độ và độ ẩm tương đối ϕ1 rất bé được đưa vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC. Không khí ở trạng thái bảo hoà A2 được đốt nóng đẳng dung ẩm d = d1 = const đến nhiệt độ môi trường t0 theo quá trình A2B trong bộ đốt nóng.

Tác nhân sấy ở trạng thái B có nhiệt độ t0 nhưng độ ẩm tương đối ϕ1 rất bé được đưa vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC0.

Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt .1 Thế sấy

Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy được làm lạnh khử ẩm theo quá trình C0A1A2.

II III

So sánh hai phương pháp sấy lạnh 1. Thiết bị bài ẩm chuyên dụng

Để hút ẩm đến độ ẩm nhỏ và sấy lạnh, lâu nay chúng ta hay dùng máy bài ẩm – tên gọi tiếng Việt để chỉ máy hút ẩm chuyên dùng kiểu hấp phụ [8]. Sau khi hấp thụ ẩm, phần bánh chất hấp phụ ẩm quay sang phía có dòng không khí nóng đi qua (không khí nóng này được gia nhiệt bởi một dàn điện trở) và được hoàn nguyên – khôi phục được khả năng hút ẩm. Phần bánh chất hấp phụ hoàn nguyên trao đổi nhiệt với dòng không khí nóng nên sau khi hoàn nguyên nhiệt độ của nó tương đối 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 chi phí bảo dưỡng cao.

Đặc tính quá trình sấy lạnh Khi sấy lạnh, nhiệt độ

Quá trình này không diễn biến theo quy luật đường thẳng mà theo quan hệ đường cong lừm với độ dốc lớn nhất ở đầu quỏ trỡnh làm 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 lẫn với nhau nên nhiệt độ không khí xử lý ở mọi vị trí của dàn lạnh theo hướng chuyển động của nó đều có thể xem là nhiệt độ của hổn hợp[8].

Quá trình lý thuyết làm lạnh hổn hợp này từ nhiệt độ t2 của không khí sau buồng sấy tới nhiệt độ t3 của không khí sau dàn lạnh là 22s3’.

LÝ THUYẾT VỀ BƠM N HIỆT

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 ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hổ trợ khác nhau. Bán thành phẩm A được làm nóng sơ bộ qua hai thiết bị trao đổi nhiệt 4 và 5 rồi đi vào tháp bay hơi kiểu ống đứng, nhận nhiệt của hơi nén có nhiệt độ cao khi ngưng tụ do máy nén tuabin 1 nén vào, sau đó được đưa xuống bộ tách lỏng 3. Công nghiệp chế biến thực phẩm cũng là lĩnh vực có khả năng sử dụng bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh với hiệu quả kinh tế cao vì hầu hết các ngành chế biến thực phẩm như thịt, cá, bơ, sữa, bánh kẹo, đồ hộp…đều cần lạnh để bảo quản và cần nước nóng để đun, nấu, tẩy rửa, vệ sinh, diệt khuẩn….

Nói chung, ngoài công nghiệp thực phẩm và các ứng dụng đã nêu, bơm nhiệt có thể ứng dụng cho mọi ngành, mọi nơi có yêu cầu năng lượng nhiệt ở nhiệt độ thấp như sấy, sưởi ấm, chuẩn bị nước nóng….

Hình a: Bơm nhiệt hút ẩm Hình b:Trạng thái không khí khi đơn giản

CÔN G N GHỆ SẤY RAU QUẢ

Chất hồ sẽ làm tăng khả năng tạo bọt màng mỏng làm tăng gấp bội bề mặt trao đổi nhiệt ẩm dẫn đến làm tăng khả năng bốc ẩm mà chất lượng ban đầu không bị biến đổi mấy. Đối với sản phẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, giai đoạn đầu 90-100 oC, sau đó giảm dần xuống. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo.

Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy. Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao.

Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0 m/s trong các thiết bị sấy. Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy. Ngày nay, đã có rất nhiều sản phẩm chế biến từ quả mít được nhiều người ưa chuộng như: Mít sấy, thức ăn từ hạt Mít, các loại nước ép từ Mít và Mít đóng hộp.

Ở Việt Nam, đã có rất nhiều công ty thành công trong việc xuất khẩu ra thị trường thế giới các sản phẩm từ hoa quả đặc biệt là Mít. Tuy nhiên, công nghệ sấy hoa quả của các công ty này vẫn là nhập các dây chuyền công nghệ sấy thăng hoa và dùng hơi nước từ nước ngoài nên giá thành sản phẩm vẫn còn khá cao.

TÍN H TOÁN THIẾT KẾ BƠM N HIỆT

Tính chọn đường kính ống

Lỏng cao áp chảy bên trong ống xoắn trao đổi nhiệt với hơi hạ áp chảy bên ngoài ống làm cho hơi hạ áp từ hơi bão hoà trở thành hơi quá nhiệt. Lỏng cao áp nhả nhiệt cho hơi hạ áp và được quá lạnh một phần. Ống trụ kín 2 đầu có nhiệm vụ hướng cho dòng hơi đi qua ống xoắn và làm tăng tốc độ dòng hơi để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt.

Tính toán diện tích trao đổi nhiệt

Tính chọn máy nén

Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của các hệ thống lạnh nén hơi. - Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước hoặc không khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ. - Đưa lỏng qua van tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện quá trình tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu hồi nhiệt ở môi trường.

Hệ số cấp của máy nén không phải cố định mà thay đổi tuỳ theo chế độ làm việc của hệ thống. Do công suất lạnh của máy nén phụ thuộc rất lớn vào chế độ vận hành nên chế độ vận hành khác so với trong catolo. Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Lỏng sôi, x=0 Lỏng chưa sôi Hơi bão hòa ẩm.

TÍN H TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT

Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy

Chiều dài toàn bộ đường ống l, m được xác định dựa vào sơ đồ bố trí hệ thống. Theo tính toán sơ bộ thì chiều dài tổng cộng đường ống gió của hệ thống từ bộ xử lý không khí đến miệng thổi vào buồng sấy khoảng l = 3m.

Tính toán trở lực của hệ thống

* Tính ∆P2: trở lực của thiết bị lọc bụi, buồng xử lý không khí, buồng sấy. − Trở lực của thiết bị lọc bụi tùy theo từng kiểu lọc bụi khác nhau mà trở lực của nó khác nhau. Trong hệ thống này do mật độ bụi không nhiều nên ta chọn thiết bị lọc bụi đơn giản là bộ lọc bụi kiểu lưới.

− Trở lực của buồng sấy cũng phụ thuộc vào kiểu buồng sấy, cách bố trí sản phẩm sấy, mật độ sấy… mà trở lực của buồng sấy là lớn hay nhỏ và người ta xác định trở lực theo kinh nghiệm.