Cấu tạo: gồm thùng hình trụ 1 đặt dốc khoảng 6÷8 độ so với mặt phẳng nằm
ngang. Cĩ 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay. Khoảng cách giữa các con lăn cĩ thể điều chỉnh được, để thay đổi gĩc nghiêng của thùng. Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với bánh răng 3 nối với
mơtơ thơng qua hộp giảm tốc. Thùng quay với vận tốc khoảng từ 1÷8 vịng/phút.
Bánh răng đặt tại trọng tâm của thùng.
Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy cĩ thể là khơng khí hay khĩi lị. Vật liệu sấy và tác nhân sấy thường chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khơ và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy
ngược chiều. Vận tốc của khơng khí hay khĩi lị đi trong thùng khoảng 2 ÷3 m/s.
Vật liệu ẩm qua phểu 10 rồi vào thùng ở đầu cao và được chuyển động trong thùng nhờ những đệm chắn 11. Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn. Vật liệu sấy sau khi sấy khơ được đưa ra cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra ngồi. Cịn khĩi lị hay khơng khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải ra ngồi. Để tránh các khí thải chui qua các khe hở của máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, đặt quạt hút 5 bổ sung cho sức hút của ống khĩi và tạo áp suất âm trong máy sấy.
Máy sấy thùng quay được sử dụng rộng rải trong cơng nghiệp hố chất, thực phẩm… để sấy một số hố chất, quặng Pi- rít, phân đạm. Trong thực phẩm sấy ngũ cốc, vật liệu dạng sệt…
Ưu điểm của máy sấy thùng quay:
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt, tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt.
Không khí ra Không khí vào Sản phẩm - hùng trụ - ơ tơ - ịi phun - aloriphe + Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt bằng nhỏ.
Nhược điểm:
Vật liệu dễ bị vỡ vụn, nhiệt lượng tiêu hao lớn Chú ý:
+ Nếu sấy bằng khĩi lị thì dẫn khĩi lị vào máy bằng cửa 9.
+ Đường kính thùng quay thường cĩ qui chuẩn ( D = 1,2; 1,4; 1,6m… tỉ lệ
giữa chiều dài và đường kính thùng khoảng : 3,5 ÷7)
Đệm chắn
Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp sấy thùng quay 1.2.1.4. Phương pháp sấy phun
Cấu tạo
Gồm một thùng hình trụ 1 cĩ đáy nĩn. Nắp trên cĩ đặt mơtơ 2 nối với đầu
vịi phun 3 cĩ tốc độ quay rất lớn 2000 ÷6000 vịng/phút. Caloriphe sưởi 4 để đốt
nĩng khơng khí. Sản phẩm thu hồi ở xyclon 5, cịn khơng khí thải ra ngồi nhờ quạt 6.
Thu hồi bụi Không khí vào Khói lò Vật liệu sấy Sản phẩm Tác nhân sấy 1. Quạt 2. Phịng trộn 3. Phịng sấy
4. Lưới phân phối
5. Vít tải vật liệu sấy
6. Tấm chắn
7. Thùng chứa
8. Xyclon
Để phun nguyên liệu thành các hạt nhỏ cĩ thể dùng các phương pháp sau: + Ly tâm:
Cho chất lỏng đi vào một dĩa quay nhanh khoảng 2000 ÷6000 v/phút, cĩ thể
phun huyền phù và chất lỏng nhớt thành bụi.
+ Cơ khí : Chất lỏng được đẩy bằng bơm với áp lực 200 at để phun đều và tạo tia nhỏ, các vịi phun cĩ đục nhiều lỗ nhỏ với đường kính 0,5 mm.
Loại này khơng thuận tiện đối với dung dịch huyền phù và các dung dịch nhớt. + Khí nén
Chất lỏng được đẩy bằng khơng khí nén với áp suất 2,5 – 6 at để phun thành các hạt nhỏ.
Trong 3 loại trên, thường dùng loại ly tâm vì nĩ cĩ hiệu quả cao nhất nhưng cĩ nhược điểm là tiêu hao năng lượng nhiều nhất.
Ứng dụng: Máy sấy phun được dùng để sấy các dung dịch như : bột cà phê, ca cao, sữa,…
1.2.1.5. Phương pháp sấy tầng sơi
Cấu tạo
TNS VLS
1. Phểu nhận vật liệu sấy
2. Trục lăn dẫn vật liệu sấy
3. Phịng sấy hình chữ nhật 4. Con lăn đỡ 5. Băng tải 6. Caloriphe sưởi 7. Thùng chứa sản phẩm 8. Lị đốt 9. Tấm chắn tác nhân sấy 10. Ống thốt khí thải Nguyên tắc làm việc
Quạt 1 đưa khơng khí vào trộn với khĩi lị (hay khơng khí + khĩi lị) ở phịng 2 rồi vào bên dưới phịng sấy 3, qua lưới phân phối 4 rồi tiến hành sấy vật liệu.
Vật liệu cho vào phểu và nhờ vít tải 5 đưa vào phía trên buồng sấy. Ở đây chúng gặp hỗn hợp khí nĩng đi từ dưới lên và tạo thành tầng sơi. Vật liệu khơ được thổi qua tấm chắn 6 sang thùng chứa 7 rồi ra ngồi. Cịn những hạt nhỏ bị dịng khí cuốn theo sẽ được thu hồi bởi xyclon 8.
Tác nhân sấy cĩ thể là khơng khí, khĩi lị hoặc khơng khí + khĩi lị. + Ưu điểm
Cường độ sấy mãnh liệt, thời gian sấy nhanh. + Nhược điểm
Tổn thất áp suất của thiết bị lớn, chi phí năng lượng cao, phải sấy ở nhiệt độ cao vì thời gian sấy ngắn thường nhiệt độ thường lớn hơn 1000C. Thực tế hay sử dụng để sấy sữa, bột cà phê hịa tan…
1.2.1.6. Phương pháp sấy bằng băng tải
Gồm một phịng hình chữ nhật, trong đĩ cĩ một vài băng tải chuyển động chậm nhờ các tay quay. Các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống, băng này làm bằng sợi bơng tẩm cao su, bằng kim loại hay lưới kim loại và chuyển
động với tốc độ khoảng 0,3 ÷ 0.6 m/phút. Loại thiết bị này cĩ thể dùng để sấy rau
quả, ngũ cốc …
Nguyên liệu thủy sản hay nơng sản thường ở dạng dời và từ tổng quan trên cho thấy nên chọn thiết bị sấy đối lưu ở dạng phịng và cĩ thể sấy lạnh hoặc sấy nĩng để đảm bảo chất lượng, cũng như tiết kiệm được năng lượng
1.2.2. Phương pháp sấy bằng điện trở
Sấy bằng điện trở là biến đổi điện năng thành nhiệt năng thơng qua dây đốt (dây điện trở). Từ dây đốt qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt.
Trong buồng sấy điện trở dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng. Dây đốt cần phải được làm từ các vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Khả năng chịu nhiệt tốt: khơng bị oxy hĩa trong mơi trường khơng khí ở nhiệt độ cao.
+ Bền nhiệt cao, bền cơ học tốt, dây điện trở khơng biến dạng, chúng cĩ thể tự bền vững dưới tác dụng của bản thân dây điện trở.
+ Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở cĩ cấu trúc nhẹ khi cùng đáp ứng một cơng suất theo yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lị.
+ Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (α;β): nghĩa là nhiệt độ càng cao thì điện trở càng lớn. + Kích thước hình học phải ổn định: ít thay đổi hình dạng ở nhiệt độ làm việc. + Các tính chất điện phải ổn định.
+ Dễ gia cơng: kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại cần ép khuơn được. Để thỏa mãn được các yêu cầu trên, trong thực tế rất khĩ cĩ vật liệu đáp ứng được. Nhưng người ta đã chọn một số vật liệu đáp ứng được tốt các yêu cầu chính để tạo ra dây điện trở. Các vật liệu đĩ là của hợp kim Niken và Crơm, thường gọi là “Micrơm”. Hợp kim của Crơm và nhơm Cacbonrun [Sie]. Trong buồng sấy nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì cĩ thể dùng thép xây dựng làm điện trở.
Ưu điểm:
- Điện trở cho nhiệt độ cao nên vật liệu sấy mau khơ, đặc biệt các vật liệu
sấy như thủy sản tươi.
- Tiết kiệm được thời gian sấy dẫn đến chi phí cho nhân cơng cho một mẻ
sấy giảm.
Nhược điểm:
- Chi phí điện năng cho điện trở lớn.
- Độ thẩm mỹ khơng được đẹp, làm vật liệu sau khi sấy đổi màu.
1.2.3. Phương pháp sấy đối lưu kết hợp với bơm nhiệt
1.2.3.1. Khái quát về bơm nhiệt
Năm 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên của thế giới. Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt cĩ bước phát triển của riêng mình. Những thành cơng lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940 khi hàng loạt bơm nhiệt cơng suất lớn được lắp đặt thành cơng ở nhiều nước châu Âu để sưởi ấm, đun nước nĩng và điều hồ khơng khí.
Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới. Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cở cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hồn thiện và bán rộng rãi trên thị trường. Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt (Heat pump) giống như máy lạnh nhưng mục đích sử dụng ngược lại với máy lạnh là dùng nhiệt thải ra ở dàn nĩng để phục vụ cho một quá trình nhiệt nào đĩ như sấy, sản xuất nước nĩng, sưởi ấm, cơ đặc, chưng cất…
Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt
NT BH Qk Q0 TL 4 1 2 3 MN L Qk Q0 tk t0 L
Chú thích
MN: máy nén; NT: thiết bị ngưng tụ; TL: van tiết lưu; BH: thiết bị bay hơi N: cơng suất nén đoạn nhiệt của máy nén; Q0: năng suất lạnh hay nhiệt được lấy từ mơi trường
Qk: nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ: QK = Q0 + N.
Lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ để phục vụ cho một yêu cầu về cơng nghệ như sưởi ấm, sấy, ổn nhiệt...nào đĩ
2. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt
Để đánh giá hiệu quả chuyển hĩa năng lượng, dùng hệ số nĩng (hệ số bơm nhiệt) được biểu thị bằng biểu thức sau.
1 0 + = + = = ε ϕ l l q l qk Trong đĩ: ϕ : là hệ số bơm nhiệt q0 : là năng suất lạnh riêng
qk : là năng suất nhiệt riêng thải ra ở dàn ngưng tụ l : là cơng nén riêng đoạn nhiệt của máy nén
ε: là hệ số làm lạnh
Như vậy hệ số nhiệt của bơm nhiệt là đại lượng luơn lớn hơn 1. Do đĩ ứng dụng của bơm nhiệt bao giờ cũng cĩ lợi về nhiệt. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng.
Ứng dụng bơm nhiệt cĩ lợi về nhiệt mà trong các hệ thống sấy lại rất cần cĩ nguồn nhiệt do đĩ sử dụng nguồn nhiệt này vào sấy rất cĩ lợi. Nếu ta sử dụng bơm nhiệt nĩng lạnh vào sấy thì hiệu quả cịn cao hơn, nguồn lạnh để tách ẩm khơng khí sau đĩ được đưa qua nguồn nĩng để nâng nhiệt độ nên rồi đưa vào sấy hiệu quả sẽ cao chất lượng màu sắc sản phẩm sẽ tốt hơn.
Từ phương trình cân bằng nhiệt
N Q
Hệ số bơm nhiệt: 1 k Q N ϕ= = +ε
Thực nghiệm cho thấy hệ số bơm nhiệt vào khoảng 2÷9.
Trong điều kiện ở Việt Nam hệ số này thường vào khoảng (4 8)÷ như vậy
khi sử dụng bơm nhiệt thì năng lượng tiêu tốn cho máy nén với cơng suất N (kwh), ta thu được từ 4 đến 8N (kwh) lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ và lượng nhiệt này sẽ phục vụ cho các cơng nghệ chế biến thực phẩm, thủy sản nên khả năng tiết kiệm năng lượng khi dùng bơm nhiệt là rất lớn.
Nguồn nhiệt thu được Q0 cĩ thể lấy từ khơng khí bên ngồi, sơng, hồ, biển,
lịng đất… hay nhiệt của các sản phẩm cháy.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài tác giả nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy đối lưu sử dụng lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ để sấy một số nguyên liệu thủy sản như cá, tơm, mực bằng phương pháp sấy lạnh hoặc sấy nĩng.
1.2.3.2. Nguyên lí hoạt động
Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dịng 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 dịng năng lượng khác (điện hoặc nhiệt năng). Như vậy máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và cĩ 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 thơi. Máy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi cịn 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:
T S P i 1 2 3 4 1 2 3 4
1 - 2: quá trình nén hơi mơi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao và nhiệt độ cao trong máy nén hơi. Quá trình nén là đoạn nhiệt.
2 - 3: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho mơi mơi trường.
3 - 4: quá trình tiết lưu đẳng entanpi (i3 = i4) của mơi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp.
4 – 1: quá trình bay hơi đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, thu nhiệt của 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:
qk = qo + l hay: QK = Q0 + L
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. Nĩi chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt đều được sử dụng nhưng được sử dụng rộng rãi nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi.
Ngồi bốn loại bơm nhiệt nĩi trên chúng cịn được ghép lại với nhau nhằm đạt hiệu quả nhất định. Ví dụ bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi nhằm mục đích tăng nhiệt độ ngưng tụ, qua đĩ 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 nĩ tăng lên đáng kể.
1.2.3.3. Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt
Mơi chất và cặp mơi chất
cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sơi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt độ cao của điều hịa khơng khí, nghĩa là cho đến may người ta vẫn sử dụng các loại mơi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sử dụng các mơi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như: R21, R113, R114, R12B1, R142…
Máy nén lạnh
Máy nén chạy cho hệ thống bơm nhiệt giống như máy nén lạnh, nhưng yêu cầu chất lượng cao hơn vì phải làm việc trong mơi trường nghiệt hơn do nhiệt độ sơi và ngưng tụ của bơm nhiệt thường cao hơn máy nén lạnh trong hệ thống lạnh.
Thơng thường nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi là . 55 40 0 C tk = ÷ . 10 0 0C to = ÷
Do điều kiện làm việc trên nên cĩ thể lấy máy nén lạnh sử dụng trong điều hịa khơng khí để chạy cho hệ thống bơm nhiệt.
Ngồi ra, dầu bơi trơn sủ dụng cho máy nén cũng địi hỏi khắt khe hơn so với máy nén lạnh trong hệ thống làm lạnh. Do nhiệt độ cuối tầm nén của bơm nhiệt cao hơn.
Một máy nén bơm nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải cĩ hiệu suất cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải.
Các thiết bị trao đổi nhiệt