L ỜI CẢM ƠN
2.5. Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt
1) Môi chất và cặp môi chất
Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh. Một vài yêu cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế
NO2<! 08@A2<! #893!=B#! _]W !P\ -;$!'T8@E2< !KHVYY ]S!^+12! B#3,%42 XQS!';42!'#+&'!@9! 0FE!0@$ PQQ '#.2!7#.$! '#./B!@9!5F9 NO2<! 08@A2<! *@!B+&H
độ nhiệt độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến may người ta vẫn sử dụng các loại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ
dàn ngưng như: R21, R113, R114, R12B1, R142…
2) Máy nén lạnh
Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt. Tất cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt. Đặc biệt quan trọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin. Một máy nén bơm nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải.
3)Các thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và ngưng tụ. Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ. Giống như máy lạnh, thiết bị
ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính toán cũng giống như
chếđộđiều hoà nhiệt độ.
4) Thiết bị phụ của bơm nhiệt
Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh. Xuất phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi vềđộ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao hơn. Đây cũng là vấn đềđặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống.
Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chếđộ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối
đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để
phòng hư hỏng thiết bị khi chếđộ làm việc vượt quá giới hạn cho phép.
Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.
5) Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt
Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hổ trợ cho bơm nhiệt phù hợp với từng phương án sử dụng của nó. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số
+ Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ
diesel hoặc động cơ gió…
+ Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ. 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.
+ Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi. Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng thời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh. Ngoài ra còn có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nước giếng là môi trường cấp nhiệt. Còn có những phương án như dàn bay hơi đặt ở dưới nước, đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời.
+ Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các thiết bị hổ trợ. Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơm nhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt.
2.6 Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân
Nhưđã trình bày, bơm nhiệt có thểđược ứng dụng trong tất cả các cơ sở có nhu cầu năng lượng ở khoảng nhiệt độ thấp từ 40 – 80 0C hoặc có thể cao đến 115 – 120 0C. Nếu như nhu cầu về nóng lạnh tương đối ăn khớp nhau thì hiệu quả kinh tế của bơm nhiệt càng lớn.
Khi sử dụng bơm nhiệt cần chú ý hiệu quả kinh tế của nó biểu hiện qua hệ số
bơm nhiệt ϕ. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt ϕ phụ thuộc rất nhiều vào hiệu nhiệt độ
của dàn ngưng và dàn bay hơi. Ngoài ra, muốn bơm nhiệt đạt hiệu quả cao thì nhu cầu về nóng lạnh phải liên tục và ổn định để thời gian hoàn vốn của thiết bị là thấp nhất.
Sau đây là một sốứng dụng cụ thể của bơm nhiệt:
2.6.1 Ứng dung bơm nhiệt trong công nghiệp sấy, hút ẩm
Bơm nhiệt hút ẩm có cấu tạo như hình vẽ trang bên.
N guyên lý làm việc
Bơm nhiệt hút ẩm thực chất là một máy lạnh nhưng được bố trí đặc biệt để làm nhiệm vụ khử ẩm trong không khí. Bơm nhiệt hút ẩm gồm máy nén 1, van tiết lưu 3, hai đầu có bố trí dàn ngưng tụ và dàn bay hơi. Đáy dưới và nắp trên với hai thành
Hình a: Bơm nhiệt hút ẩm Hình b:Trạng thái không khí khi đơn giản. qua khửẩm ở bơm nhiệt hút ẩm.
1 - Máy nén; 2 - Dàn ngưng; A - Trước dàn bay hơi 3 - Tiết lưu; 4 – Dàn bay hơi; B – Sau dàn bay hơi
5 - Quạt gió; 6 – Khay hứng nước; C – Sau dàn ngưng bên được bọc kín để không khí chỉ có thể đi theo một hướng từ dàn bay hơi ra phía
dàn ngưng tụ. Không khí được hút qua bơm nhiệt nhờ quạt hướng trục 5. Không khí trong phòng đầu tiên đi qua dàn bay hơi với trạng thái ban đầu ở điểm A có độ ẩm tương đối ϕ1 và nhiệt độ t1. Khi vào dàn bay hơi, nhiệt độ giảm xuống, độẩm tương
đối tăng lên đến trạng thái bảo hoà. Một phần ẩm ngưng tụ lại chảy xuống khay bên dưới. Không khí sau khi ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái B với ϕ= 100%. Sau đó không khí đã khửẩm đi qua dàn ngưng tụ, nhận nhiệt và nhiệt độ tăng lên t2, độ ẩm tương đối giảm xuống ϕ <2 ϕ1. Hình b biểu diễn trạng thái không khí trên đồ thị I – d. Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng bao giờ cũng lớn hơn vì phải nhận thêm nhiệt do công của máy nén sinh ra và hơi nước ngưng tụ lại ở dàn bay hơi. Nếu yêu cầu nhiệt độ thấp hơn ta có thể có phương án sử dụng một phần nhiệt lượng dàn ngưng vào mục đích khác. Một máy hút ẩm như vậy có thể đặt những nơi cần thiết giảm độ ẩm không khí xuống như phòng ở, phòng làm việc, buồng phơi quần áo, 5 6 `.2 A 4 =100% C D.E2!(.,!#@$ d1 -./,! 2M/2 1 B d2 d, kg/kgkkk I, k J/ kg kk k 3 B 63.1' t1 t2 C D.E2!2<82< 2 A
mốc, nấm như các hàng mây tre, sơn mài, cói, các mặt hàng công nghệ phẩm, nông lâm hải sản xuất khẩu….Đối với nước ta, một nước khí hậu nóng ẩm, nấm mốc và vi sinh vật phát triển rất nhanh làm hư hỏng và làm giảm chất lượng hầu hết tất cả
các mặt hàng công, nông, lâm, ngư nghiệp đặc biệt là các mặt hàng xuất khẩu gây tổn thất về kinh tế không nhỏ. Nếu ứng dụng được bơm nhiệt vào công nghiệp sấy và hút ẩm chắc chắn sẽ mang lại ý nghĩa kinh tế to lớn.
2.6.2 Bơm nhiệt ứng dụng trong công nghiệp chưng cất, bay hơi, cô đặc
Bơm nhiệt chu trình hở được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chưng cất, tách chất, bay hơi cô đặc. Sau đây ta giới thiệu một số ví dụ vềứng dụng của bơm nhiệt trong lĩnh vực này.
Sơ đồ hình 1 giới thiệu bơm nhiệt chu trình hở để bay hơi cô đặc. 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. Hơi B được máy nén hút và nén lên đến áp suất cao đưa trở lại tháp bay hơi 2. Thành phẩm chảy qua thiết bị trao đổi nhiệt 5 ra ngoài. Nước ngưng hoặc lỏng ngưng tụ C được đưa qua trao
đổi nhiệt 4 ra ngoài. ab2#!Pc!G@5!2#$%1'! B#3!'Tb2#!#@9!>%4!(.,! #@$!B;!>O1B P!Z!-./,!2M/2d! W!Z!"T.F!>;4$!2#$%1' R!Z!Gb2#!'./B#!#@$d!YeX! Z!"T.F!>;4$!2#$%1' fc!G./2!'#.E2#!H#+45! ^.EF Gc!a@$!28@/B!#FO1B! #@$!B39.!B#+&'!L%g!(.,! #@$ `c!N8@/B!2<82<!#FO1B! 0F92<!B39.!B#+&'!L%g!(.,! #@$ Dc!"#.E2#!H#+45 D f X ` Y W R G f P
Hình 2 giới thiệu một thiết bị cô đặc cũng bằng chu trình hở nhưng thiết bị bố trí gọn hơn. Bán thành phẩm cần cô đặc (đồ uống, hoá chất, dược phẩm…) được đưa vào thùng sấy và cho chảy tưới lên trên bề mặt ngoài của thiết bị ngưng tụ hơi nước
để nhận nhiệt của hơi nước ngưng tụ. Hơi nước sinh ra sẽđược máy nén hút về và nén lên áp suất cao rồi đẩy vào bình ngưng tụ hơi nước. Như vậy nhiệt lượng cần thiết để bay hơi chính do nhiệt lượng hơi do máy nén hút ra cung cấp. Người ta chỉ
cần tiêu tốn một năng lượng nhỏ để duy trì máy nén hoạt động mà thôi. Quá trình cứ thế lặp đi lặp lại cho đến khi nào đạt được nồng độ yêu cầu. Năng lượng tiêu hao cho một kg ẩm giảm từ 2790 kJ/kg ẩm đối với phương pháp cô đặc cổ điểm giảm xuống còn khoảng 70 kJ/kg ẩm. Khi dùng bơm nhiệt chu trình hở, rõ ràng hiệu quả
năng lượng của bơm nhiệt chu trình hở trong công nghiệp cô đặc là rất to lớn. Tuy vậy, bơm nhiệt cho chu trình hở cũng có những nhược điểm:
- Khó vận hành với dung dịch đặc, chỉ phù hợp với dung dịch loãng.
- Khó hoặc không thể vận hành được với dung dịch có độ nhớt quá cao.
- Tỉ số nén ở máy nén thường rất cao khi nhiệt độ bay hơi thấp.
Đối với công nghiệp chưng cất người ta có thể sử dụng bơm nhiệt với hiệu quả
kinh tế cao. Thường trong các tháp chưng cất dầu mỏ, hoá chất, bia rượu… người ta phải gia nhiệt ở đáy tháp và làm mát ở đỉnh tháp. Hiệu nhiệt độ giữa đỉnh tháp và
đáy tháp không cao lắm. Ứng dụng bơm nhiệt ở đây, người ta bố trí dàn bay hơi ở
"#.E2#!H#+45 G./2!'#.E2#! H#+45 ! Gb2#! 2<82<! #@$! 28@/B N8@/B!2<82< "#3E2<!B;!>O1B!h.?!7#= -./,! 2M/2! #@$! 28@/B ab2#!Wc!"#$%&'!()!B;!>O1B!L3E2<!B#3!'Tb2#!#@9
phía đỉnh tháp để làm ngưng tụ chất dể bay hơi, còn đặt dàn ngưng ở phía đáy tháp
để gia nhiệt cho dung dịch khó bay hơi.
2.6.3 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.
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 đểđun, nấu, tẩy rửa, vệ sinh, diệt khuẩn…
Trước đây, trong một xí nghiệp thực phẩm thường có các kho lạnh để bảo quản và các nồi hơi để cấp nhiệt cho quy trình công nghệ sản xuất, chế biến.
Ngày nay, các nước tiên tiến trên thế giới đều sử dụng bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh để cấp nhiệt và cấp lạnh với hiệu quả kinh tế cao.
Nhiều xí nghiệp đã cải tạo lại hệ thống lạnh để đồng thời sử dụng cả hai nguồn nóng và lạnh, tránh lãng phí nguồn nhiệt bị bỏ phí trước đây ở thiết bị ngưng tụ. 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…
Chương 3
CÔN G N GHỆ SẤY RAU QUẢ
3.1. Sơ lược về các sản phẩm rau quả
Các sản phẩm rau quảở Việt Nam rất phong phú và đa dạng. Tuỳ vào từng mùa, từng vùng, quá trình canh tác... sẽ có nhiều loại khác nhau.
Một số tính chất của rau quả liên quan đến quá trình sấy:
Trong quá trình sấy rau quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ
học và các biến đổi bất lợi khác làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp... Hàm lượng vitamin trong rau quả sấy thường thấp hơn trong rau quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy.
Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện đểẩm thoát ra khỏi rau quả một cách dễ dàng, cần có chếđộ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm.
3.2. Công nghệ sấy rau quả
Sấy rau quả thường được thực hiện dưới ba dạng: nguyên dạng, lát mỏng, tinh bột hoặc nhũ tương. Tuỳ theo hình thức sản phẩm, công nghệ sấy rau quả có thể
thực hiện theo sơđồ sau:(Hình 1.1)
Công đoạn chần, hấp nhằm tạo những biến đổi hoá lý thuận lợi cho quá trình sấy sau này. Dưới tác dụng của hơi nước, các vi sinh vật bị tiêu diệt, các hệ thống enzim mất hoạt tính, hạn chế tối đa khả năng biến màu trong khi sấy rau quả. Những sản phẩm nhiều tinh bột khi chần sẽ làm hồ hoá tinh bột, phá vỡ cân bằng bên trong tế
bào dẫn đến sự thay đổi cấu trúc hệ thống có lợi cho quá trình trao đổi nhiệt lúc sấy. Xử lý hoá chất nhằm hạn chế quá trình oxy hoá làm biến màu hoa quả khi sấy. Các chất chống oxy hoá thường được sử dụng là: axit sunfurơ, ascobic, xitric và các muối Natri của axit phốtphoric sunfurơ.
H ình 1.1 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả
Trong kỹ thuật sấy màng bọt, cho chất nhũ tương hoà vào nước quả hay purê với tỉ lệ 0,5-1%. 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. Các chất sinh nhũ tương được dùng phổ biến như: mono- stearat của glyxerin, của sacaraza và của saboza.
Cô đặc !ấy Nghiền nhỏ Thành phẩm dạng bột Bao gói Ép bánh Thành phẩm dạng nguyên Bao gói Nguyên liệu Rửa Chọn - phân loại Gọt sửa Cắt miếng (Hoặc để nguyên) Chần (hấp) Xử lý hoá chất Chà Chà - Ép Sấy Thành phẩm dạng bản mỏng Bao gói Sấy
3.3. Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình sấy
1. N hiệt độ sấy
Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy. Nếu nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 oC thì prôtêin bị biến tính. Nếu trên 90 oC thì fruetoza bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra mebanoizin, polime hoá hợp chất cao phân tử ... xảy ra mạnh và ở nhiệt độ cao hơn nữa rau quả
có thể bị cháy. Rau quả đòi hỏi có chếđộ sấy ôn hoà (nhiệt độ thấp). Nếu loại rau quả ít thành phần protêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90 oC. Nếu tiếp xúc nhiệt trong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến 150 oC. 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.
Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ
tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu.
2. Độẩm không khí.
Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống. Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí:
- Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùng calorife.
- Giảm nhiệt độ không khí bằng cách dùng máy hút ẩm.
Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10 - 13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh