Năm 1991,Mujumdar đó xỏc nhận và đề xuất lần đầu tiờn việc sử dụng nhiều chế độ của cỏc mức thay đổi nhiệt độ cấp vào buồng sấy, đồng thời hoặc liờn tiếp cũng như thay đổi chu kỳ vận tốc, ỏp suất làm việc đối với sấy mẻ hoặc sấy liờn tục bằng cụng nghệ bơm nhiệt. Bằng việc sử dụng nhiều chế độ nhiệt độ, cú thể tăng nhanh động học sấy mà khụng ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm sấy. Cỏc TBS như sấy thựng quay, sấy phun hoặc TBS tiếp xỳc đều cú thể sấy giỏn đoạn được vỡ nhiệt được cấp giỏn đoạn theo chu trỡnh vận hành TBS. Cho đến giờ chỳng vẫn khụng được gọi là giỏn đoạn do khoảng thời gian on và off nhiệt cấp vào khụng thể thay thế một cỏch độc lập cỏc thụng số làm việc khỏc [20].
Hiệu quả của sấy giỏn đoạn về mặt tiết kiệm năng lượng được nghiờn cứu bởi Jumah [20] cựng cỏc tỏc giả khỏc (1996) về sấy giỏn đoạn xiờn cỏ trong cỏc buồng sấy khớ động; họ tỡm ra rằng tầm quan trọng của năng lượng và lợi thế về mặt chất lượng phỏt sinh từ sấy giỏn đoạn cỏc hạt nhạy cảm với nhiệt độ. Ratti và Mujumdar [20] (1993) cú đưa ra mụ hỡnh nghiờn cứu về sấy mẻ với vật liệu hỳt ẩm trong buồng sấy cố định với tốc độ dũng TNS thay đổi theo thời gian. Nghiờn cứu chỉ ra rằng sự tiờu thụ khụng khớ tổng cộng cho quỏ trỡnh sấy giảm cựng với sự tăng khụng đỏng kể hoặc khụng tăng thời gian sấy. Lợi ớch về kinh tế ở chỗ giảm năng lượng tiờu thụ cho việc vận chuyển khụng khớ mà điều này sẽ rốt cuộc sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ chi phớ vận hành của hệ thống sấy. Hiệu quả sấy tốt nhất cú thể nhận được tức thời khi sử dụng phương phỏp hỳt ẩm bằng nhiệt với một vài sự thay đổi, trong đú nhiệt độ và tốc độ sấy trung bỡnh cú thể điều chỉnh một cỏch giỏn đoạn [20].
Hai tỏc giả S.J. Kowalski và A. Pawlowski [21] đó tiến hành thớ nghiệm nghiờn cứu sấy giỏn đoạn trờn vật mẫu và lưu ý đến thời gian sấy, năng lượng tiờu thụ và chất lượng của VLS. Trong nghiờn cứu này sử dụng một vật mẫu hỡnh trụ cú độ chứa ẩm ban đầu 0,4 (kg ẩm/kg khụ), đường kớnh d = 50mm, chiều cao H = 60 mm làm bằng vật liệu đất sột cao lanh. Cỏc thớ nghiệm được thực hiện trong phũng thớ nghiệm với mỏy sấy Zalmed 42/250/M được trang bị mỏy tạo ẩm, thiết bị làm lạnh TNS, thiết bị đo súng õm thanh được sử dụng để hiện thị trực
28
tiếp trờn màn hỡnh để phỏt hiện ra những vết nứt ban đầu của vật liệu và vỡ thế để thiết lập cỏc thời điểm mà tại đú cỏc thay đổi của điều kiện sấy nờn được bắt đầu, cõn để đo trọng lượng vật mẫu và cỏc dụng cụ để đo nhiệt độ và độ ẩm của TNS. Tất cả cỏc thụng số ở trờn được đo nửa phỳt một và ghi lại vào mỏy tớnh với phần mềm SAPS. Cỏc cảm biến nhiệt độ và độ ẩm đặt gần cỏc mẫu sấy cho phộp điều khiển chớnh xỏc quỏ trỡnh sấy giỏn đoạn. Mụ hỡnh thớ nghiệm thể hiện trờn hỡnh 2.7.
Hỡnh 2.7. Mụ hỡnh thiết bị thớ nghiệm Zalmed 42/250/M
1-Thiết bị giữ thăng bằng, 2- đĩa cõn, 3-vật mẫu, 4-buồng sấy, 5-cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, 6-bộ truyền xung õm thanh, 7-bộ khuếch đại chớnh, 9-buồng làm lạnh và hỳt ẩm khụng
khớ, 10-mỏy vi tớnh.
Đầu tiờn, thớ nghiệm với trường hợp sấy trong điều kiện ổn định với nhiệt độ TNS 100 °C và độ ẩm tương đương với nhiệt độ này. Tiếp theo tiến hành hai thớ nghiệm sấy giỏn đoạn với sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm tương đối của TNS. Sự thay đổi nhiệt độ khi sấy giỏn đoạn bắt đầu trước khi kết thỳc giai đoạn sấy tốc độ khụng đổi với nhiệt độ thay đổi theo bậc từ 40°C – 100 °C (hỡnh 2.8).
29
Hỡnh 2.8. Sự thay đổi khối lượng VLS theo thời gian khi thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ
Trường hợp thay đổi độ ẩm TNS, độ ẩm TNS được thay đổi từ 4% - 80% ở nhiệt độ TNS khụng đổi và bằng 100 °C (hỡnh 2.9). Sau ba thớ nghiệm, sự tiờu thụ năng lượng và chất lượng vật mẫu sẽ được kiểm tra. Chất lượng của vật mẫu được đỏnh giỏ trực quan thụng qua việc quan sỏt bề mặt của vật mẫu. Kết quả chỉ ra rằng sấy giỏn đoạn sẽ làm cho chất lượng sản phẩm tốt hơn so với sấy ở điều kiện khụng đổi ở cựng một thời gian sấy như nhau (hỡnh 2.10). Trường hợp TNS duy trỡ ở nhiệt độ khụng đổi 100°C, tốc độ sấy cao, thời gian sấy ngắn. Tuy nhiờn, do tốc độ thoỏt ẩm nhanh nờn dễ hỡnh thành vết nứt vật liệu. Tiờu thụ năng lượng trong quỏ trỡnh đốt núng và ngừng cấp nhiệt trong khoảng thời gian 2h cho thấy thấp hơn so với sấy ở điều kiện tĩnh với cựng khoảng thời gian. Như vậy, sấy ở nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ thay đổi cú ảnh hưởng tớch cực khụng chỉ về chất lượng của vật liệu mà cũn cả năng lượng tiờu thụ.
30
Hỡnh 2.9. Sự thay đổi khối lượng VLS theo thời gian khi thay đổi độ ẩm tương đối theo chu kỳ
Hỡnh 2.10. Chất lượng vật mẫu trong thớ nghiệm của S.J. Kowalski và A. Pawlowski
a) điều kiện ổn định; b) thay đổi nhiệt độ; c) thay đổi độ ẩm
Minh chứng thực nghiệm về những khả năng lợi ớch của việc biến đổi nhiệt độ khụng liờn tục đối với chất lượng sản phẩm được chứng minh gần đõy bởi K.Chua et al (2000) [19]. Cỏc tỏc giả đó chỉ ra rằng, với việc lựa chọn nhiệt độ khụng khớ sấy giỏn đoạn thớch hợp, sự
31
lưu trữ lượng vitamin C trong lỏt ổi cao hơn tới 20% so với trường hợp sấy đẳng nhiệt. Nghiờn cứu thực nghiệm cũng đó chứng minh rằng khi dựng sấy giỏn đoạn, nhiệt độ khụng khớ cú thể làm giảm sự thay đổi màu sắc của cỏc mẫu khoai tõy, ổi và chuối tương ứng 87%, 75%, và 67%.
Chế độ sấy giỏn đoạn dựng trong cỏc nghiờn cứu gần đõy được đưa ra ở bảng 2.1. S. K. Chou và cỏc tỏc giả (2000) [19] nhận xột rằng việc ỏp dụng chế độ giỏn đoạn về nhiệt độ cho kết quả tiết kiệm về thời gian sấy 25 %, 48%, và 61% tương ứng với b = 1/4, b = 1/2, b = 2/3. Giai đoạn ủ sản phẩm sấy dài hơn khi b = 1/4, dẫn đến đoạn bằng trờn đường cong sấy.
Bảng 2.1. Túm tắt cỏc chế độ sấy giỏn đoạn bằng bơm nhiệt
Thời gian sấy, τon (min) Thời gian ủ, τoff (min) Chu kỳ làm việc τ (min) Hệ số thời gian làm việc b Chế độ sấy 15 45 60 1/4 30 30 60 1/2 45 20 60 2/3 ta = 30 °C, Δta=5°C, va = 2,5m/s, φ = 30%; Xi = 4,2 kg/kgk
Từ những nghiờn cứu được đưa ra bởi S. K. Chou và cộng sự (2000), b được tỡm thấy trong mỗi quỏ trỡnh ủ khi tiến hành với cỏc thớ nghiệm với cỏc khoảng thời gian cấp nhiệt khỏc nhau. Trong giai đoạn τoff, sự sấy một phần đó xảy ra, đặc biệt trong giai đoạn đầu của quỏ trỡnh sấy. Tuy nhiờn, vào giai đoạn muộn hơn của quỏ trỡnh sấy, sự sấy xảy ra ớt hoặc khụng xảy ra. Ở chế độ mà thời gian ủ dài hơn, b = 1/4, ảnh hưởng của độ ẩm cõn bằng cú thể cần được theo dừi thậm chớ trong suốt giai đoạn cuối của chu kỳ (180 – 240 phỳt).
K.Chou cựng cỏc tỏc giả khỏc (2000) đưa ra một cỏch tiếp cận để so sỏnh sự duy giảm acid ascorbic trong sản phẩm sấy đối với trường hợp sử dụng chế độ sấy giỏn đoạn nhiệt độ TNS với chế độ liờn tục trong đú nhiệt độ TNS khụng đổi. Trong cụng trỡnh nghiờn cứu của mỡnh, tỏc giả đưa ra rằng sự thay đổi lượng acid ascorbic là khỏc nhau giữa cỏc chế độ sấy giỏn đoạn khỏc nhau. Họ cũng nhận xột rằng sự cải thiện trong việc hạ thấp sự suy giảm lượng acid ascorbic cú hiệu quả hơn đối với chế độ sấy cú thời gian ủ dài hơn. Mức độ cải thiện càng thấp đối với chế độ sấy cú thời gian ủ càng ngắn (b = 2/3). Điều này cú thể được giải thớch là
32
thực tế những sản phẩm được sấy trong giai đoạn ủ càng dài cho phộp nhiệt độ và độ ẩm càng đồng nhất và do đú dẫn đến kết quả là tạo được ảnh hưởng tớch cực trong việc giảm thiểu sự suy giảm lượng acid ascorbic. Giai đoạn ủ dài hơn thực sự cú lợi trong việc giảm thiểu sự suy giảm lượng acid ascorbic. Giai đoạn ủ tỏc động đến nhiệt độ bờn trong sản phẩm và đảm bảo sự đồng nhất về nhiệt độ hơn. Cỏc kết quả nghiờn cứu được trỡnh bày trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Túm tắt ảnh hưởng sự biến thiờn profiles nhiệt độ theo thời gian đối với sự suy giảm lượng acid ascorbic (S. K. Chou et al, 2000)
Chế độ sấy Tỉ lệ % mức độ cải thiện nhằm hạn chế sự suy giảm lượng acid ascorbic (%) so với sấy liờn tục ở 35°C
Sấy giỏn đoạn (b = 1/4) 11,6
Sấy giỏn đoạn (b = 1/2) 9,1
Sấy giỏn đoạn (b = 2/3) 7,4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tỉ lệ phần trăm mức độ cải thiện nhằm hạn chế sự suy giảm lượng acid ascorbic (%) so với sấy liờn tục ở điều kiện nhiệt độ TNS 35 °C là 11,6%, 9,1% và 7,4% tương ứng khi sấy giỏn đoạn ở cỏc giỏ trị b = 1/4, 1/2 và 2/3.
Như đó biết, hiện tượng màu sắc sản phẩm thay đổi là do sự tăng nhiệt độ. Sự thay đổi màu sắc sản phẩm là một hiện tượng bề mặt. Bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đều cú thể ảnh hưởng đến mức độ thay đổi màu sắc trong giai đoạn ủ mà tại đú dũng nhiệt hiện di chuyển từ khụng khớ sấy đến bề mặt sản phẩm sấy. Sự thay đổi nhiệt độ khụng khớ bờn ngoài ảnh hưởng đến mật độ dũng nhiệt từ TNS đến bề mặt sản phẩm sấy. Dựa trờn profile nhiệt độ bề mặt, sự thay đổi màu sắc sản phẩm thực tế được giảm xuống ở cỏc sơ đồ biến thiờn nhiệt độ sấy theo thời gian so với sấy ở nhiệt độ khụng đổi khi giữ ổn định thụng số này của TNS khi vào buồng sấy là 35 °C.
Tỉ lệ phần trăm mức độ cải thiện việc giảm thiểu sự thay đổi màu sắc thực tế của sản phẩm khi sấy giỏn đoạn so với sấy liờn tục ở điều kiện nhiệt độ giữ khụng đổi 35°C là 45,7%, 33,6% và 25,6% tương ứng với chế độ sấy giỏn đoạn với hệ số b = 1/4, 1/2 và 2/3. Dễ nhận thấy rằng thời gian ủ càng dài tại nhiệt độ càng thấp sẽ cho hiệu quả lớn nhất trong việc hạn
33
chế sự thay đổi màu sắc do khụng làm mất enzyme tạo màu.
Như vậy, cỏc nghiờn cứu trờn đó chỉ ra những ưu điểm rừ ràng của phương phỏp sấy giỏn đoạn. Cú thể thấy rằng, việc ỏp dụng một số phương phỏp sấy giỏn đoạn nờu trờn đối với HTS bơm nhiệt là rất cú khả năng và cho hiệu quả nhiều mặt, nhất là chất lượng sản phẩm và tiờu thụ năng lượng. Ở nước ta, việc nghiờn cứu về HTS bơm nhiệt gần đõy cũng đó thu được những kết quả nhất định. Tuy nhiờn, những nghiờn cứu về sấy giỏn đoạn được thực hiện trờn hệ thống sấy bơm nhiệt vẫn cũn tương đối mới và chưa được nghiờn cứu nhiều. Vỡ vậy, việc nghiờn cứu và ỏp dụng cỏc phương phỏp sấy giỏn đoạn khỏc nhau đối với HTS núi chung và HTS bơm nhiệt núi riờng là rất cần thiết và chắc chắn sẽ thu được nhiều kết quả khả quan.
34
Chương 3
XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN Mễ HèNH HTS BƠM NHIỆT HAI NHIỆT ĐỘ BAY HƠI
HTS bơm nhiệt hai nhiệt độ sụi đó được nghiờn cứu, tớnh toỏn và thiết kế trong tài liệu [12]. Việc xõy dựng mụ hỡnh thiết bị trờn thực tế là chưa được hoàn thành mới chọn được cỏc thiết bị chớnh và thiết bị phụ. Do vậy nội dung của chương này trỡnh bày cỏc vấn đề liờn quan đến việc xõy dựng và hoàn thiện để cú thể vận hành, chạy thử hệ thống. trước đú tỏc giả cú giới thiệu về chu trỡnh lạnh, sơ qua về quỏ trỡnh tớnh toỏn và chỉ ra ưu điểm của hệ thống.