Việt Nam với khớ hậu nhiệt đới giú mựa, miền Bắc cú mựa đụng, thường cú mưa bóo và sương mự nờn nhu cầu sưởi ấm và dựng nước núng là khụng nhỏ. Tuy nhiờn đỏng tiếc ở nước ta bơm nhiệt mới chỉ được ứng dụng rất hạn chế, chủ yếu dưới dạng ĐHKK hai chiều, nhưng con số khỏ khiờm tốn, chiếm dưới 10% tổng số ĐHKK đang sử dụng. Ngoài ra trong lĩnh vực sấy, chế biến nụng sản.
Ứng dụng bơm nhiệt để sản xuất nước núng mới được sử dụng trong một vài khỏch sạn chủ yếu là do vốn đầu tư nước ngoài và một số rất ớt cỏc hộ gia đỡnh với lý do giỏ thành thiết bị cũn cao và đặc biệt thị trường và người tiờu dựng Việt Nam cũn xa lạ và chưa hỡnh dung hết những lợi ớch về kinh tế và xó hội khi sử dụng thiết bị này.
Như vậy, nhu cầu sử dụng sấy lạnh và bơm nhiệt trờn thế giới và ở Việt Nam là rất lớn. Trong thời đại phỏt triển và sự khan hiếm về năng lượng thỡ việc nghiờn cứu để tối ưu húa cỏc thiết bị sử dụng bơm nhiệt là rất bức thiết, cần cú
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 27 cỏc phương phỏp nghiờn cứu, chỉ tiờu đỏnh giỏ phự hợp, rừ ràng về cấu trỳc hợp lý để tiết kiệm năng lượng, đặc biệt chỳ ý giảm tối thiểu cỏc tổn thất khụng thuận nghịch trong cỏc quỏ trỡnh nhiệt động của bơm nhiệt và của quỏ trỡnh sấy trong hệ thống.
Mặc dự việc sử dụng bơm nhiệt vào việc khử ẩm và sấy đó được ứng dụng ở nhiều nơi trờn thế giới, nhưng đa phần là ở cỏc nước ụn đới hoặc hàn đới cú độ ẩm khớ quyển nhỏ. Cũn ở cỏc nước nhiệt đới ẩm như nước ta việc sử dụng bơm nhiệt để khử ẩm và sấy rất hạn chế do nền kinh tế cũn chưa phỏt triển, khoa học kỹ thuật cũn lạc hậu và chất lượng cuộc sống chưa cú đũi hỏi cao…nờn khụng cú điều kiện tốt để nghiờn cứu, ứng dụng bơm nhiệt nhiều vào sản xuất. Trước nhu cầu cấp bỏch đú, GS.TS Phạm Văn Tựy và cỏc cộng sự ở trường ĐHBK Hà Nội [29] đó nghiờn cứu ỏp dụng bơm nhiệt vào cụng nghệ sấy lạnh và đó đưa ra nhiều mụ hỡnh thiết thực sấy và hỳt ẩm nhiệt độ thấp phục vụ cụng nghệ sấy lạnh kẹo Jelly và làm khụ cỏc gian chế biến kẹo caramen, kẹo cứng ở Cụng ty bỏnh kẹo Hải Hà Hà Nội và nhà mỏy Thực phẩm Việt Trỡ. Nhúm thực hiện đề tài cũng đó hợp tỏc nghiờn cứu một số đề tài sấy rau củ quả cựng Viện nghiờn cứu Thực Phẩm Bộ Cụng thương, Trung tõm nghiờn cứu Thực phẩm-Vi sinh thuộc Sở Cụng nghiệp hà Nội để làm rừ tiềm năng ứng dụng cụng nghệ sấy lạnh cho chế biến và bảo quản cỏc sản phẩm nụng sản sau thu hoạch phục vụ tiờu dựng trong nước và xuất khẩu. Nhúm đề tài đó thực hiện từ nghiờn cứu thực nghiệm đến triển khai ỏp dụng thực tế. Chỳng ta cựng tỡm hiểu một số những mụ hỡnh tiờu biểu đú sau đõy:
Sơ đồ hệ thống thiết bị thớ nghiệm đơn giản đầu tiờn:
Đõy thực chất là một mụ hỡnh thớ nghiệm của mỏy khử ẩm – sấy lạnh đa chức năng dựng bơm nhiệt mỏy nộn.
1- Mỏy nộn Centic cú cụng suất 12000 BTU/h
2- Dàn ngưng ngoài cú nhiệm vụ ngưng một phần hơi mụi chất lạnh sau khi nộn, thải nhiệt ra ngoài
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 28 Sơ đồ cấu tạo và chức năng của cỏc phần tử thiết bị (Hỡnh 1.9):
Hỡnh 1.9: Sơ đồ cấu tạo thiếu bị sấy lạnh và khử ẩm 3- Buồng sấy tĩnh dựng để sấy những sản phẩm đặt trờn khay 4- Giỏ để khay sấy gồm 3 tầng, mỗi tầng gồm 2 khay
5- Ống thoỏt nước ngưng
6- Ống dẫn hơi nộn vào dàn ngưng trong 7- Đường hơi vào mỏy nộn
8- Cỏc thanh điện trở đốt núng, gồm 3 thanh cụng suất mỗi thanh là 145W 9- Cửa đẩy thay đổi mục đớch sấy hoặc khử ẩm
10- Cỏnh hướng giú để hướng đều giú từ buồng trờn xuống buồng sấy tĩnh 11- Cỏnh cửa đẩy mở khi thực hiện chế độ hỳt ẩm
12- Cửa giú ra dựng hỳt khụng khớ qua khi thực hiện hỳt ẩm
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 29 14- Dàn ngưng trong cú nhiệm vụ ngưng một phần hoặc toàn bộ hơi nộn và tận dụng nguồn nhiệt này để sấy núng khụng khớ sau khi qua dàn lạnh làm nhiệt độ tăng, độ ẩm giảm
15- Tấm hướng giú cú tỏc dụng hướng giú sau khi qua dàn lạnh vào toàn bộ dàn ngưng tụ
16- Phin sấy, lọc cú nhiệm vụ lọc ẩm và khử ẩm cú trong gas lỏng trước khi qua ống mao
17- ống mao thực hiện quỏ trỡnh tiết lưu
18- Dàn bay hơi cú nhệm vụ khử ẩm khụng khớ
19- Cỏc ấm kế dựng để đo độ ẩm tương đối trước và sau dàn lạnh 20- Cửa giú để dưa khụng khớ vào thực hiện quỏ trỡnh hỳt ẩm 21- Cỏnh cửa đẩy dựng để mở cửa giú vào khi thực hiện hỳt ẩm 22- Khay hứng nước ngưng
23- Cửa đẩu dựng để đúng hoặc mở khoang trờn với buồng sấy tĩnh khi thực hiện hỳt ẩm hoặc sấy
24- Buồng sấy tầng sụi
25- Bảng điều khiển dựng để điều khiển quy trỡnh lanh, quỏ trỡnh hỳt ẩm và sấy, xỏc định cỏc giỏ trị nhiệt độ và độ ẩm tại cỏc điểm đo
26- Cửa đưa vật liệu sấy vào, ra chế độ sấy tấng sụi 27- Tủ điện
28- Quạt ly tõm cú nhiệm vụ hỳt khụng khớ khi thực hiện quỏ trỡnh sấy
29- Cửa dựng để điều chỉnh lưu lượng giú của quạt ly tõm khi thực hiện sấy tĩnh và sấy tầng sụi
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 30 31- Van điều chỉnh lưu lượng hơi nộn lờn dàn ngưng trong
Nghiờn cứu khả năng sấy của bơm nhiệt:
Với những thiết bị thớ nghiệm trờn, tỏc giả đó tiến hành thớ nghiệm nghiờn cứu khả năng sấy của bơm nhiệt. Cỏc đầu đo nhiệt độ của bơm nhiệt, được bố trớ trước, sau dàn lạnh (20), trước tiết lưu (19), sau dàn ngưng trờn (16), sau cỏc thanh điện trở đốt núng (10), trong buồng sấy tĩnh (5). Lượng ẩm tỏch ra của khụng khớ tỷ lệ với hiệu độ chứa hơi tại hai trạng thỏi trước và sau dàn lạnh . Tổng ẩm được tỏch ra của vật liệu sấy bằng biến đổi khối lượng của vật liệu sấy trước và sau khi sấy [29] . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dung ẩm của cỏc điểm trước, sau dàn lạnh và trong bương sấy tĩnh được xỏc định bằng nhiệt độ thiết kế khụ và độ ẩm tương đối. Nhiệt độ trước dàn lạnh là t1,t2 là nhiệt độ sau dàn lạnh, t3 là nhiệt độ trước tiết lưu, t4 là nhiệt độ sau dàn ngưng tụ trờn (16), t5 là nhiệt độ sau cỏc thanh điện trở, t6 là nhiệt độ trong buồng sấy tĩnh và φ1 là độ ẩm tương đối trước dàn lạnh, φ2 là độ ẩm tương đối sau dàn lạnh, φ3 là độ ẩm tương đối trong buồng sấy tĩnh. Cỏc giỏ trị đo này được điều khiển và hiển thị trờn bảng điều khiển (27)
Tỏc giả đó tiến hành sấy cỏc loai vật liệu sấy khỏc nhau với cỏc chế độ nhiệt độ và tốc độ giú khỏc nhau. Để ngăn ngừa hành trỡnh ẩm mà vẫn tỏch được nhiều ẩm, trong thiết bị thớ nghiệm này cú chế độ hoạt động cú chu kỡ T =30 - 40 phỳt và thời gian nghỉ xả băng là 5 phỳt.
Nghiờn cứu thực nghiệm tốc độ sấy cà rốt và khả năng tỏch ẩm của giàn lạnh theo thời gian
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 31 Bảng 1.3: Quỏ trỡnh giảm ẩm của vật liệu sấy đối với cỏc chế độ sấy cú tốc độ
giú khỏc nhau [29] ℐ[h] 0 0,5 1 1,5 2 2.5 3 3,5 v = 4m/s 750 728,74 693,54 617,6 534,53 450,56 366,7 282,52 3,5m/s 750 735,62 681,74 591,84 508,54 422,42 324,34 235,86 2,2m/s 750 741,29 690,48 641.64 575,84 501,16 417,78 367,17 ℐ[h] 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 v = 4m/s 231,78 208,54 189,8 169,45 153,52 141,93 131,82 3,5m/s 191,98 171,32 155,03 135,83 127,51 102,06 111,2 2,2m/s 331,02 311,92 297,37 276,02 259,96 249,09 84,51
Cỏc tỏc giả đó thực hiện sấy thớ nghiệm ở nhiệt độ 30oC, với cựng khối lượng vật liệu sấy ban đầu, thời gian sấy là như nhau, tốc độ khụng khớ được thay đổi khỏc nhau và nhận thấy rằng với cỏc chế độ sấy cú tốc độ khụng khớ khỏc nhau thỡ quỏ trỡnh giảm ẩm của vật liệu sấy cũng khỏc nhau. Giai đoạn ban đầu khối lượng của vật liệu sấy giảm chậm ứng với khoảng thời gian một giờ, sau đú khối lượng vật liờu sấy giảm rất nhanh, đường cong tốc độ sấy dốc nhất gần như tuyến tớnh, giai đọan cuối khối lượng vật liờu sấy giảm rất chậm mặc dự thời gian sấy lớn do lượng ẩm cũn lại trong vật liệu sấy nằm ở tõm vật và là lượng ẩm liờn kết nờn phải tốn nhiều năng lượng để phỏ vỡ liờn kết đú rồi dịch chuyển ẩm ra bề mặt vật, do vậy giai đoạn này thời gian sấy lõu nhưng lượng ẩm tỏch ra được rất ớt. Với chế độ sấy cú tốc độ khụng khớ qua quạt là 3.5 m/s đạt hiệu quả nhất, chế độ sấy cú tốc độ khụng khớ 2,2 m/s đạt hiệu quả thấp nhất [29] .
Trong thớ nghiệm này, cỏc tỏc giả dựng 2 dàn bốc hơi ghộp nối tiếp để tăng khả năng khử ẩm, tuy nhiờn giỏ trị chiều dầy hợp lý của dàn thỡ vẫn cũn là một vấn đề bỏ ngỏ, chưa cú lời đỏp.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 32 Dưới đõy là một số thiết kế của cỏc hệ thống hỳt ẩm và sấy lạnh dựng bơm nhiệt mỏy nộn mà cỏc tỏc giả đó nghiờn cứu và triển khai ứng dụng thực tế:
Cỏc nghiờn cứu ỏp dụng của tỏc giả được thực hiện với hai kiểu hệ thống lắp ghộp theo module và loại tổ hợp gọn.
Hệ thống mỏy hỳt ẩm và sấy lạnh lắp rỏp theo module:
Hỡnh 1.10 : Sơ đồ hệ thống sấy lạnh kiểu Module tại nhà mỏy thực phẩm Việt Trỡ.
Kẹo Jelly là sản phẩm trước đõy phải nhập từ CHLB Đức hoặc từ Asutralia. Đầu năm 1997 cụng ty kẹo Hải Hà đó nhập dõy chuyền sản xuất của Asutralia, nhưng cụng đoạn sấy lạnh thỡ lắp rỏp trong nước từ một tổ hợp gồm 1 mỏy hỳt ẩm hấp thụ rắn và một mỏy lạnh, nhưng chỉ mấy thỏng sau thỡ hệ thống hoạt động đó kộm hiệu quat do mụi trường sản xuất nhiều bụi bột đó làm biến tớnh nhanh chất hấp thụ rắn. Cuối năm 1997, một hệ thống sấy theo nguyờn lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp sấy kẹo Jelly năng suất 1100 kg/ngày kiểu lắp rỏp theo modun cú sơ đồ nguyờn lý như hỡnh 1.9 với cỏc thụng số khụng khớ trong buồng
sấy 22- 27oC, độ ẩm từ 35-45% đó được lắp đặt thay thế cho tổ hợp hệ thống
mỏy hỳt ẩm và mỏy lạnh tại nhà mỏy thực phẩm Việt Trỡ. Cho đến nay, đó 18 năm hoạt động 3 ca liờn tục mang lại hiệu quả kinh tế cao [29] .
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 33 Hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly thứ 2 năng suất 1400kg/ngày cũng đó được thiết kế lắp đặt vào đầu năm 1998. Một hệ thống mỏy hỳt ẩm hỗ trợ cho dõy chuyền chế biến và hỳt ẩm của CHLB Đức cải tạo từ mỏy điều hũa khụng khớ cũ cho phõn xưởng kẹo caramen và một hệ thống bơm nhiệt hỳt ẩm 16000BTU/h cho xưởng kẹo cứng cơ sở Hà Nội, cụng ty bỏnh kẹo Hải Hà đó được lắp đặt từ năm 1999.
Qua thực tế sử dụng thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50% vốn đầu tư) và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiờu thụ giảm gần 50%) so với phương ỏn dựng mỏy hỳt ẩm, cỏc hệ thống hỳt ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liờn tục và giảm chi phớ bảo dưỡng. Tuy vậy, nú cũn cú nhược điểm là cũn cồng kềnh, sử dụng nhiều quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi bột nờn hay phải bảo dưỡng động cơ, lại thực hiện trong khụng gian eo hẹp, khú thao tỏc.
Để khắc phục những nhược điểm này, tỏc giả đó tiếp tục nghiờn cứu và thiết kế chế tạo, thử nghiệm mỏy hỳt ẩm và sấy lạnh BK-BSH gồm cỏc loại sau [29] :
Mỏy hỳt ẩm và sấy lạnh BK – BSH 18A:
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 34
Đặc điểm:
- Thiết bị xử lý khụng khớ bố trớ kiểu nằm ngang - Tốn mặt bằng lắp đặt.
- Rất thuận tiện cho việc bảo dưỡng sửa chữa trong quỏ trỡnh vận hành
- Thiết bị xử lý khụng khớ được trang bị đầy đủ cỏc bộ phận, khả năng điều chỉnh tự động cao
- Thiết bị xử lý khụng khớ được lắp đặt riờng biệt với phũng sấy nờn dễ thớch nghi hơn với nhiều loại sản phẩm sấy khỏc nhau
Hỡnh 1.12 - Thiết bị xử lý khụng khớ của Mỏy hỳt ẩm và sấy lạnh BK – BSH 18A
Tổ hợp mỏy nộn – ngưng tụ (với 1 mỏy nộn piston bỏn kớn) cú phạm vi hoạt động rộng, khả năng tự bảo vệ cao. Tuy nhiờn, do chỉ cú 1 mỏy nộn với 1 rơ-le giảm tải nờn số bước điều chỉnh cụng suất khụng nhiều (0 - 50 - 100%) khụng thớch hợp với cỏc đối tượng cần độ ổn định cao về thụng số nhiệt độ, độ ẩm. Việc điều khiển năng suất ngưng tụ của giàn ngưng tụ ngoài (để duy trỡ ỏp suất ngưng tụ) cũng chỉ ở 2 mức 0% và 100%
Hệ thống điện điều khiển vẫn dựng cỏc thiết bị như rơ-le trung gian, rơ-le thời gian kết hợp với cỏc bộ điều khiển nhiệt độ, độ ẩm kiểu đúng/cắt độc lập
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 35 nờn khú đỏp ứng với cỏc đối tượng sấy cần chế độ phức tạp (thụng số nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng giú thay đổi theo thời gian...).
Hệ thống như vậy cú ưu điểm là chi phớ đầu tư thấp, dễ sửa chữa nờn phự hợp với những cơ sở cú đội ngũ cỏn bộ kỹ thuật, vận hành với trỡnh độ trung bỡnh.
Ngoài cỏc tỏc giả GS.TS. Phạm Văn Tựy, TS Nguyễn Nguyờn An cựng cộng sự và cỏc nghiờn cứu, ứng dụng thành cụng cỏc hệ thống bơm nhiệt để hỳt ẩm cho cỏc phõn xưởng sản xuất kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tại cụng ty bỏnh kẹo Hải Hà và cụng ty thực phẩm Việt Trỡ, tiếp theo cú cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu về sấy lạnh của cỏc tỏc giả khỏc như Hoàng Ngọc Đồng, Trần Đại tiến, Ngụ Đăng Nghĩa, Phạm Văn Hậu, Nguyễn Thị Thanh, Nguyễn Mạnh Hựng... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Trần Đại Tiến và cộng sự (năm 2004) đó nghiờn cứu cụng nghệ sấy lạnh cho sản phẩm mực lột da. Kết quả là chất lượng sản phẩm rất tốt đồng thời rỳt ngắn thời gian sấy.
* Ngụ Đăng Nghĩa và cộng sự (năm 2004) đó nghiờn cứu ứng dụng cụng nghệ sấy lạnh kết hợp với sấy hồng ngoại để sấy một số sản phẩm như sấy mực. Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hỳt ẩm và sấy lạnh cú nhiều ưu điểm và rất cú khả năng ứng dụng rộng rói trong điều kiện khớ hậu núng ẩm phự hợp với thực tế tại Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đỏng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phự hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thỏi, màu, mựi, chất dinh dưỡng và khụng cho phộp sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ giú lớn. Cỏc hệ thống hỳt ẩm và đặc biệt là cỏc hệ thống sấy lạnh cú cấu trỳc luụn thay đổi phụ thuộc vào đặc tớnh của vật liệu sấy, cấu trỳc của dàn lạnh sử dụng, … nờn khụng cú một cấu trỳc chung cho tất cả cỏc đối tượng sấy, tuy nhiờn vẫn cú chung nguyờn tắc và phương phỏp tớnh toỏn thiết kế. Do đú, cần phải tiếp tục những nghiờn cứu cơ bản, đầy đủ về cỏc chu trỡnh, giới hạn kỹ thuật và vấn đề tự động điều chỉnh khống chế liờn hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tỏc nhõn sấy cũng