3. Hiệu suất năng lượng
3.1.2. Chọn phương án thiết kế
Dựa vào động lực của quá trình sấy mà ta chia ra hai phương pháp sấy là sấy nóng và sấy lạnh:
Sấy nóng: TNS và vật liệu sấy được đốt nóng và nhờ độ chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu và TNS mà ẩm sẽ bay hơi từ VLS vào TNS và như vậy quá trình sấy đã được thực hiện
Sấy lạnh: trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất giữa TNS và VLS bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong TNS nhờ giảm lượng ẩm trong TNS. Khi đó ẩm trong VLS sẽ dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào TNS, có thể thực hiện được ở nhiệt độ trên hoặc dưới nhiệt độ môi trường và có thể ở nhiệt độ nhỏ hơn 00C. như vậy trong sấy lạnh có thể phân ra hệ thống sấy với nhiệt độ t > 00C và hệt thống sấy với t < 00C.
Phần lớn, người ta dùng phương pháp sấy nóng để sấy các vật liệu, nhưng với một số mặt hàng thì không phù hợp. Khi đó dùng phương pháp sấy lạnh thì chất lượng và các chỉ tiêu khác cao hơn sấy nóng. Mực ống khô là mặt hàng đòi hỏi các tiêu chí này. Vì vậy ta chọn phương pháp sấy lạnh cho loại sản phẩm này.
Như đã biết thì sấy lạnh có thể có hệ thống sấy ở t > 00C(thường là sấy ở nhiệt độ môi trường hoặc cao hơn rất ít) hoặc có hệ thống sấy thăng hoa hoặc HTS chân không. Nhưng do tính phức tạp và không kinh tế của các HTS chân không và thăng hoa nên chúng ít được ứng dụng, chỉ dùng cho những loại VLS có giá trị kinh tế rất cao và khi không chịu được nhiệt độ cao.
Như vậy, nếu VLS không chịu được nhiệt độ cao và chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ môi trường. Khi đó ta chọn HTS lạnh ở nhiệt độ môi trường, và ta có thể tổ chức quá trình sấy theo một trong hai sơ đồ sau (sơ đồ HTS lạnh hồi lưu hoàn toàn khí thải)
I III II IV I III II Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống sấy lạnh a) b)
Sơ đồ (a), người ta dùng thiết bị sấy (I), máy hút ẩm (II),máy lạnh(III) và quạt gió (IV). TNS sau khi đi ra khỏi thiết bị sấy qua máy hút ẩm để khử bơ. Thường thì quá trình khử ẩm do chất hấp phụ phải liên tục hoàn nguyên nên quá trình khử ẩm là quá trình giảm d còn nhiệt độ tăng.
Sơ đồ (b), ta thay máy hút ẩm hấp phụ bằng máy lạnh (II) khử ẩm. TNS sau khi ra khỏi thiết bị sấy được làm lạnh khử ẩm theo quá trình đẳng ẩm đưa trạng thái TNS đến điểm sương để xảy ra ngưng tụ và tiếp tục làm lạnh để ẩm ngưng tụ được tách ra. Quá trình xảy ra trên đường = 100%, và ẩm giảm dần. Cũng theo sơ đồ này thì quá trình làm lạnh khử ẩm được thực hiện bằng cách cho TNS đi qua dàn lạnh và có thể tận dụng ngay dàn nóng để thực hiện quá trình đốt nóng. Do đó HTS làm việc theo sơ đồ (b) so với sơ đồ (a) có thể giảm bớt được chi phí đầu tư máy hút ẩm và chi phí năng lượng cần thiết khi hoàn nguyên các chất hấp phụ của nó cũng như trong vận hành bảo dưỡng. Từ phân tích đó ta sẽ chọn sơ đồ HTS lạnh làm việc như sơ đồ (b) để tính toán và thiết kế HTS lạnh cá Mực.
Sơ đồ nguyên lý HTS được biểu diễn như hình dưới đây
j Buồng sấy Quạt ly tâm Dàn lạnh Máy nén Dàn nóng Nước ngưng Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh
Quá trình sấy lạnh trên được biểu diễn trên đồ thì I – d như sau
Nguyên lý hoạt động: máy nén tiêu thụ năng lượng và nén môi chất lên dàn ngưng tụ. Tại đây thì môi chất tỏa nhiệt ra không khí trong buồng sấy để ngưng tụ thành lỏng, làm nhiệt độ không khí tăng lên từ trạng thái môi trường là điểm 0(t0, j0) đến điểm 1(t1, j1), là trạng thái TNS trước quá trình sấy. Không khí nóng qua VLS ở buồng sấy làm bay hơi ẩm từ vật liệu, không khí ra khỏi buồng sấy có trạng thái 2(t2, j2) được đưa qua dàn lạnh. Trong dàn lạnh thì môi chất được đưa từ dàn nóng qua van tiết lưu vào dàn lạnh. Tại đây, môi chất nhận nhiệt của không khí sau quá trình sấy có độ ẩm khá cao để bốc hơi và được máy nén hút về kết thúc một chu trình của môi chất lạnh và lại tiếp tục chu trình khác. Còn không khí sau khi sấy khi qua dàn lạnh thì nhả nhiệt cho môi chất lạnh và giảm nhiệt độ từ t2 đến t3 và tiếp tục xuống t4. Quá trình làm lạnh không khí sau khi sấy 2-3-4 làm cho không khí ẩm trở nên quá bão hòa, ẩm ngưng tụ và được tách ra khỏi TNS và được dẫn ra ngoài theo ống dẫn.
Từ độ thị ta thấy, quá trình sấy diễn ra theo đường 0-1-2-3-4 là một chu trình khép kín. Thiết bị làm việc theo chu kỳ. Đầu quá trình sấy thì năng suất
I(kJ/kgkk)
Hình 5.3 Biểu diễn quá trình sấy lạnh trên đồ thị I - d t4 t0 t1 t2 t3 % 100 = j 1 I d(g/kgkk) t1 2 3 4 0 0 t =00C
bay hơi ẩm từ vật liệu lớn nhưng đến cuối quá trình thì năng suất này giảm vì vậy cần phải điều chỉnh chế độ sấy phù hợp với quá trình sấy.