CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp sấy
2.1.4. Sơ đồ thiết bị bơm nhiệt
Năm 1982, Kelvin Thomson sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới.
Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt cũng có những bước phát triển của riêng mình. Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940 khi
hàng loạt các bơm nhiệt công suất lớn được lắp thành công ở nhiều nước Châu Âu
để sưởi ấm, đun nước nóng và điều hịa khơng khí.
Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỷ 70, bơm nhiệt
lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới. Hàng loạt các bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi
trên thị trường. Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực điều hịa khơng khí, sấy, hút ẩm, đun nước...
Phân áp suất hơi nước trong khơng khí (tác nhân sấy) được giảm bằng cách giảm lượng ẩm và độ ẩm tương đối trong tác nhân sấy để tạo ra chênh lệch phân áp suất của hơi nước trong vật sấy và tác nhân sấy. Do đó ẩm sẽ tách ra khỏi vật liệu sấy đi vào tác nhân sấy. Khi làm lạnh khơng khí trong thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt
độ khơng khí xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương thì khơng khí trở thành khơng khí bão hồ ẩm và ẩm sẽ ngưng đọng và tách ra khỏi khơng khí; độ ẩm sẽ thấp hơn
độ ẩm ban đầu, sau đó cho khơng khí đi qua dàn nóng thì khơng khí sẽ được sấy
nóng, thế sấy của khơng khí sẽ tăng lên do đó có thể sấy khơ vật sấy. Q trình xử lý khơng khí được thực hiện ở bơm nhiệt.
Hình 2.3. Sơ đồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt lý thuyết
Nguyên lý làm việc:
Tác nhân sấy là khơng khí ẩm được làm lạnh từ trạng thái ban đầu 1 đến
trạng thái 3, quá trình làm lạnh này có t3 < tđs=t2 ứng với trạng thái 1 của khơng khí
ẩm, phần lớn lượng nước trong khơng khí ẩm được tách ra trong giai đoạn này. Ở
trạng thái 3 khơng khí có độ ẩm ϕ= 100% và nhiệt độ rất thấp. Do đó ta phải gia 3 2 4 h d t 1 d = d1 2 d = d3 4 t = t1 4 t2 t3 Quạt Dàn nóng Dàn lạnh Buồng sấy 3 2 4 1 0 MN TL
19
nhit cho khng khớ bằng điện trở hay dàn nóng của máy lạnh đến nhiệt độ t4 (ứng với độ ẩm tương đối ϕ4 nhỏ đến giá trị cần thiết). Sau đó khơng khí ở trạng thái 4
được đưa vào buồng sấy [27,28].
Do ở trạng thái 4 khơng khí có độ chứa hơi thấp cho nên tác nhân sấy dễ
dàng hấp thụ nước từ vật liệu sấy và ra khỏi buồng sấy ở trạng thái 1. - Ưu điểm:
+ Giảm chi phí của thiết bị trong vận hành và bảo dưỡng.
+ Tận dụng triệt để nguồn năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh.
+ Thiết bị hoạt động không bị gián đoạn do không phải thay chất hấp phụ như trong máy hấp thụ khử ẩm.
+ Tuổi thọ thiết bị cao.
+ Tiết kiệm điện năng so với phương pháp dùng máy hút ẩm hấp phụ.
+ Đảm bảo chất lượng và màu sắc của vật sấy tốt hơn so với phương pháp
sấy nóng.
+ Thích hợp để sấy khơ các sản phẩm không chịu được nhiệt độ cao
- Nhược điểm: Thời gian sấy thường lâu. Để khắc phục được nhược điểm này, có thể sử dụng thiết bị sấy với tốc độ dịng khí cao. Điều này cần được nghiên cứu.
2.1.4.1.Các quá trình trong sấy bằng phương pháp bơm nhiệt:
- Quá trình làm lạnh khử ẩm: Quá trình làm lạnh, làm khơ khơng khí xảy ra trong dàn lạnh của bơm nhiệt (q trình 1-2-3), ở đó xảy ra q trình dịng khơng khí tiếp xúc với bề mặt dàn lạnh. 3 2 h d t 1 d = d 1 2 d = d3 4 t1 t2 t3 Hình 2.4. Quá trình làm lạnh TNS
TNS sau buồng sấy trạng thái 1 được hút qua dàn lạnh thực hiện quá trình làm lạnh đẳng ẩm tới trạng thái 2 (trạng thái TNS đạt nhiệt độ đọng sương), TNS tiếp
20
tục được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương thực hiện quá trình tách ẩm 2-3. Lượng hơi nước sẽ ngưng tụ tại đây. Kết thúc quá trình làm lạnh, khơng khí ở trạng thái bão hồ.
- Q trình gia nhiệt TNS: Khơng khí sau khi đi qua dàn lạnh, có trạng thái 3 và
độ ẩm lúc này là khoảng 100%. Dịng khí này tiếp tục được đi qua dàn ngưng. Dịng
khí được sấy nóng đẳng dung ẩm, nên trạng thái dịng khí là điểm 4. Trạng thái
điểm 4 tuỳ thuộc vào từng thiết kế mà người ta cho đó là trạng thái tối ưu.
Công suất làm nóng cần thiết sẽ cho phép sử dụng tồn bộ hay chỉ một phần công suất dàn ngưng. Độ ẩm tương đối của dịng khí có thể đạt đến 20% hay thấp hơn. 3 4 h d t d = d3 4 t3 t4 Hình 2.5. Q trình làm nóng TNS
- Quá trình hấp thụ ẩm của TNS: Sau khi qua dàn ngưng, dịng khí ở trạng thái 4 có độ ẩm tương đối thấp. Cho dịng khí đi qua các vật cần sấy, ẩm trong vật được bay hơi vào khơng khí. Q trình sấy xảy ra làm cho VLS giảm, TNS truyền nhiệt và nhận ẩm theo quá trình 4-1. Đối với quá trình sấy lạnh lý thuyết, nhiệt độ TNS
trong buồng sấy xem như không đổi, chỉ có độ chứa hơi của TNS tăng lên do nhận
ẩm từ vật liệu. 4 h d t 1 d = d 1 2 d = d3 4 t = t1 4
21
Ở đây TNS được hồi lưu toàn phần vì TNS ra khỏi thiết bị sấy tuy nhiệt độ
cao hơn nhiệt độ môi trường nhưng độ ẩm và dung ẩm của TNS lại nhỏ hơn khơng khí mơi trường.