Cú thể thấy ở quỏ trỡnh làm lạnh, làm khụ khụng khớ (2-3) trong dàn lạnh của bơm nhiệt (hỡnh 2.11), luụn xảy ra quỏ trỡnh hỗn hợp giữa dũng khụng khớ tiếp xỳc với bề mặt lạnh và dũng ở xa bề mặt, độ ẩm φ cuối quỏ trỡnh vỡ thế luụn nhỏ hơn 100%.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 57 Tựy theo từng loại dàn lạnh mà lượng khụng khớ được tiếp xỳc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt (ống hoặc cỏch truyền nhiệt), cú thay đổi nhưng khụng vượt quỏ 20% tổng lượng khụng khớ được đưa vào xử lý. Như vậy cú thể xem trạng thỏi khụng khớ nhận được luụn là hỗn hợp 2 dũng khụng khớ: dũng thứ nhất truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt khi tiếp xỳc trực tiếp với dàn lạnh cú nhiệt độ gần nhiệt độ bề mặt (cao hơn một ớt nhiệt độ bay hơi), dũng thứ hai khụng tiếp xỳc trực tiếp với dàn lạnh nờn cú nhiệt độ cao hơn. Hai dũng luụn cú hũa quyện, trộn lẫn với nhau nờn nhiệt độ khụng khớ xử lý ở mọi vị trớ của dàn lạnh theo hướng chuyển động của nú cú thể xem là nhiệt độ hỗn hợp. Vớ dụ: tại thời điểm
ℐ1, toàn bộ khụng khớ cú nhiệt độ t1 (điểm 2), tới thời điểm ℐ2 dung ẩm của dũng khụng khớ tiếp xỳc với bề mặt giảm tới giỏ trị d2’ (điểm 2’), hỗn hợp khụng khớ xử lý lỳc này (điểm a) cú nhiệt độ t2 và dung ẩm da gần với giỏ trị d2 (hỡnh 2.12), vỡ lưu lượng ở điểm 2 lớn hơn nhiều so với điểm 2’. Ở đõy, tuy nhiệt độ khụng
khớ là t2 cũn lớn hơn nhiều nhiệt độ đọng sương hay đúng băng. Càng về cuối
quỏ trỡnh (gần điểm 3) thỡ tỷ lệ khụng khớ nhiệt độ thấp càng tăng nờn điểm hỗn hợp (a) dịch chuyển mạnh về bờn trỏi làm cho độ dốc của đường cong giảm nhiều so với lỳc đầu (phần lớn khụng khớ cú nhiệt độ cao, điểm hỗn hợp dõng cao về phớa điểm 2 hơn).
Kết thỳc quỏ trỡnh làm lạnh, khụng khớ ở trạng thỏi bóo hũa nhưng do quỏ trỡnh làm lạnh luụn kốm theo quỏ trỡnh hỗn hợp như đó núi ở trờn, đồng thời do nhiệt tỏa ra từ quỏ trỡnh ngưng ẩm làm cho khụng khớ bị sấy núng ớt nhiều nờn điểm kết thỳc quỏ trỡnh xử lý (3) khụng ở trờn đường độ ẩm bóo hũa mà dõng cao hơn (nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đọng sương tương ứng với phõn ỏp suất cuối quỏ trỡnh xử lý và độ ẩm φ < 100% (điểm 3). Trạng thỏi khụng khớ bóo hũa (trong lớp biờn) sỏt bề mặt dàn lạnh cú giỏ trị cao hơn một ớt nhiệt độ bề mặt.
Mặc dự quỏ trỡnh làm lạnh làm khụ khụng khớ là một đường cong nhưng trong tớnh toỏn để đơn giản, chỳng ta cú thể coi quỏ trỡnh này là một đường thẳng nối liền hai điểm 2-3. Điều này là chấp nhận được vỡ trong thực tế tớnh toỏn chỳng ta chỉ quan tõm và tớnh với độ biến thiờn entanpy giữa điểm đầu và điểm cuối mà ớt để ý tới cỏc giỏ trị entanpy tại từng điểm của quỏ trỡnh làm lạnh.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 58 Điểm 3 là điểm mà người thiết kế lựa chọn sao cho vừa đảm bảo cho khả năng sấy vừa tiết kiệm năng lượng. Khi tớnh toỏn cõn bằng nhiệt ẩm theo phương phỏp truyền thống dung đồ thị H-d thỡ ta hay chọ điểm 3 nằm trờn đường độ ẩm 90-95%, cũn khi tớnh theo phương phỏp Carrier thỡ ta hay chọ hệ số đi vũng của khụng khớ qua dàn lạnh là 0,1- 0,2 để xỏc định điểm 3. Cụng suất lạnh được tớnh theo cụng thức: kW h h V Q0 ..( 2 3), (2.1) Trong đú:
V – Lưu lượng dũng khụng khớ đi qua dàn lạnh, m3/s
h2,h3 – Entanpy của dũng khớ trước và sau dàn lạnh, kJ/kg
ρ – Khối lượng riờng trung bỡnh của khụng khớ đi qua dàn lạnh, kg/m3
Quỏ trỡnh làm núng khụng khớ:
Khụng khớ sau khi đi qua dàn lạnh, cú trạng thỏi 3 và độ ẩm lỳc này khoảng 95%. Dũng khớ này tiếp tục được đi qua dàn ngưng, và được sấy núng đẳng dung ẩm, nờn trạng thỏi dũng khớ là điểm 1 (hỡnh 2.12). Trạng thỏi điểm 1 tựy thuộc vào nhiệt độ sấy yờu cầu.
Hỡnh 2.12: Quỏ trỡnh làm núng đẳng nhiệt dung ẩm khụng khớ trong bơm nhiệt
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 59 Tựy theo nhiệt độ và cụng suất làm núng cần thiết mà cú thể sử dụng toàn bộ hay chỉ một phần cụng suất dàn ngưng. Độ ẩm tương đối của dũng khớ cú thể đạt đến 30% hay thấp hơn và nhiệt độ luụn bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ mụi trường.
Cụng suất gia nhiệt dũng khớ được tớnh toỏn theo cụng thức:
Qs V..(h1 h3),kW (2.2) Trong đú:
Qs – Cụng suất sưởi núng cần thiết, kW V - Lưu lượng dũng khớ qua dàn núng, m3/s
ρ – Khối lượng riờng của dũng khớ, kg/m3
h1,h3 – Entanpi của dũng khớ ở đầu ra và đầu vào dàn ngưng, kJ/kg
Quỏ trỡnh hấp thụ ẩm của dũng khớ:
Sau khi qua dàn ngưng, dũng khớ ở trạng thỏi 1 cú độ ẩm tương đối thấp. Cho dũng khớ đi qua cỏc vật cần sấy, ẩm trong vật được bay hơi vào khụng khớ. Do ảnh hưởng của nhiệt từ bờn ngoài vào và độ ẩm trong phũng nờn trạng thỏi khụng khớ chuyển biến theo đường thẳng cú hệ số gúc bằng ε:
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 60 kg kJ W Q i i / , (2.3) Trong đú:
ε – Hệ số gúc của tia quỏ trỡnh tự thay đổi trạng thỏi của dũng khớ, kJ/kg
Qi - Tổng dũng nhiệt thừa trong phũng, kW
W i - Tổng dũng ẩm thừa trong phũng sấy, kg/s
Để xỏc định được trạng thỏi khụng khớ tại điểm 1 (hỡnh 2.15), từ điểm 2 (cú nhiệt độ, độ ẩm là t2, φ2 khống chế theo yờu cầu cụng nghệ) ta kẻ một đường thẳng song song với đường thẳng cú hệ số gúc ε, cắt đường thẳng đẳng dung ẩm d1 tại một điểm. Đú chớnh là điểm 1 cần xỏc định trong quỏ trỡnh làm núng.
Kết cấu dàn lạnh và tốc độ quạt giú:
Giả sử dàn lạnh quạt với dàn bay hơi ống trơn kiều như ở cỏc mỏy hỳt ẩm thụng dụng hoặc dàn ống cú cỏch rất thưa kiểu như ở cỏc dàn bay hơi phũng lạnh thỡ khi tốc độ giú lớn, lượng ẩm ngưng tụ trờn ống và cỏnh của dàn bay hơi sẽ bị giú cuốn theo đi vào trong buồng sấy. Do võy nhiệm vụ tỏch ẩm khỏi khụng khớ là khụng thực hiện được. Mặt khỏc nếu sử dụng một dàn nhiều cỏnh thỡ cú thể chỉ cú một số hàng ống đầu tiờn cú bỏm tuyết, phần cũn lại hầu như chỉ cú sương. Nếu dàn lạnh cỏnh dày khụng đủ lớn thỡ thời gian tiếp xỳc của khụng khớ với mặt lạnh cú thể khụng đủ để ngưng đọng và đúng băng ẩm trờn bề mặt. Nhiệt độ và độ ẩm sau dàn lạnh cú khả năng khụng đạt được giỏ trị thiết kế. Điều này dẫn đến những cỏch giải quyết khỏc nhau.
a. Phương ỏn thứ nhất:
Đối với dàn cỏnh thưa ta cú thể giảm tốc độ giú do giảm năng suất giú của quạt, khi đú cường độ trao đổi nhiệt ẩm giữa vật và khụng khớ cũng thấp. Vỡ vậy thời gian để thực hiện cuộc sấy kộo dài. Phương ỏn này chỉ thớch hợp để sấy cỏc loại bột hay vật liệu nhẹ, kớch thước nhỏ mà thời gian sấy cho phộp tương đối lớn (như khi sấy bột + kẹo jelly thời gian sấy cần tới 2 ngày). Nhưng đối với (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 61 cỏc vật liệu khỏc, thời gian sấy như vậy là quỏ dài, khụng kinh tế. Trong trường hợp đú chỳng ta cần sử dụng phương ỏn 2.
b. Phương ỏn thứ hai:
Tốc độ giú đi qua cỏc dàn tăng lờn, số lượng cỏc dàn lạnh cũng tăng và được đặt nối tiếp với nhau. Khi qua dàn thứ nhất nhiệt độ của dũng khụng khớ giảm xuống và một phần ẩm được tỏch ra do hiện tượng đọng sương. Dũng khớ tiếp tục qua dàn thứ hai. Do nhiệt độ khụng khớ thấp và tốc độ dũng khớ cũng khụng quỏ cao nờn ẩm sẽ được ngưng đọng tiếp tục trờn dàn lạnh ở dạng lỏng hoặc rắn. Nhiệt độ dũng khớ cũng tiếp tục giảm và dũng khớ tiếp tục đi qua dàn thứ 3… cứ như vậy đến khi dũng khớ cú dung ẩm và nhiệt độ thiết kế thỡ dũng khớ sẽ được trao đổi nhiệt với dàn ngưng, được sấy núng đẳng dung ẩm nờn độ ẩm tương đối của nú giảm rất nhiều.
Để tăng khả năng trao đổi nhiệt giữa khụng khớ và dàn lạnh và số lượng dàn cũng giảm xuống, chỳng ta sẽ sử dụng cỏc dàn lạnh cú nhiều cỏnh. m sẽ được ngưng đọng trờn cả ống lẫn cỏnh của dàn lạnh. Để tạo điều kiện tăng khả
năng ngưng đọng ẩm tốt hơn, nhiệt độ bề mặt dàn giảm xuống dưới 0oC. Lượng
nước ngưng trờn dàn sẽ đúng băng (tuyết). Sau một thời gian chạy, tuyết sẽ vỏn kớn mặt dàn làm cản trở dũng khụng khớ chuyển động giảm sự truyền nhiệt làm mụi chất lạnh cú thể khụng được húa hơi gõy nờn hành trỡnh ẩm là trạng thỏi làm việc nguy hiểm cho mỏy nộn. Do vậy, cần cho mỏy nghỉ một thời gian để xả băng. Sau đú việc tỏch ẩm được tiếp tục.
c. Phương ỏn thứ 3:
Khụng cần tạo dàn lạnh cú chiều dày lớn hay ghộp nhiều dàn nối tiếp mà cú thể cho khụng khớ đi vũng nhiều lần qua dàn lạnh trước khi vào dàn núng để giảm nhiệt độ khụng khớ vào dàn lạnh, tăng cường sự ngưng đọng ẩm (hỡnh 2.14). Quan hệ giữa thời gian làm việc và thời gian nghỉ xả băng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm, cụng suất lạnh yờu cầu, kết cấu mỏy và hệ thống phương phỏp hiệu chỉnh, điều khiển,…
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 62 Hỡnh 2.14: Sơ đồ tỏi tuần hoàn khụng khớ lạnh cho hệ thống sấy lạnh
Để thiết bị làm việc hiệu quả, an toàn, vận hành thuận tiện cần phải thiết kế hệ thống điều khiển, bảo vệ tự động thớch hợp, tin cậy mà khụng quỏ phức tạp đắt tiền.
Nhận xột:
- Khi hỳt ẩm và sấy khụ bằng bơm nhiệt khụng khớ/khụng khớ cỏc lợi thế
của bơm nhiệt đó được tận dụng để tăng thế sấy, điều này làm cho thiết bị đơn giản lại tiệt kiệm năng lượng và vốn đầu tư.
- Bơm nhiệt khụng khớ/khụng khớ cú thể dựng để hỳt ẩm cho cả nhu cầu độ
ẩm φ < 50% nhưng phải được thiết kế lắp đặt và hiệu chỉnh chế độ làm việc và đảm bảo an toàn. Cũng như cú khả năng thay thế cho tổ hợp mỏy bài ẩm + mỏy lạnh để sấy lạnh cỏc sản phẩm khụng đũi hỏi phải sấy nhanh. Ở những mụi trường ớt bụi và khụng yờu cầu giữ nhiệt độ thấp thỡ dựng mỏy bài ẩm sẽ gọn hơn. Khi phải dựng kốm mỏy lạnh hoặc với mụi trường nhanh làm mất tỏc dụng của chất hỳt ẩm như bụi, dầu thỡ bơm nhiệt làm việc an toàn, liờn tục và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao hơn.
- Quỏ trỡnh làm lạnh làm khụ khụng khớ khụng diễn biến theo quy luật đường thẳng trờn đồ thị h-d hay t-d mà theo quan hệ đường cong lừm với độ dốc lớn nhất ở đầu quỏ trỡnh làm lạnh. Tuy tỡnh thế này khụng làm ảnh hưởng đến việc xỏc định cụng suất lạnh và năng suất giú theo cỏc giỏ trị thụng số ở điểm
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 63 đầu và điểm cuối quỏ trỡnh nhưng cũng khụng vỡ thế mà biểu diễn quỏ trỡnh 1-2 bằng đường thẳng nột liền như lõu nay người ta vẫn hay làm.
- Cỏc yếu tố nhiệt độ khụng khớ sau dàn lạnh (t3), tốc độ giú của quạt và kết cấu dàn lạnh trao đổi nhiệt là những yếu tố quyết định cỏch thức, tốc độ và năng suất của quỏ trỡnh sấy. Người thiết kế cần phải kết hợp ba yếu tố này để xõy dựng thiết kế bơm nhiệt cú hiệu quả làm việc cao.