Nghiên Cứu Công Nghệ Sấy Lạnh, Tính Toán, Thiết Kế, Khảo Nghiệm ...

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (105 trang)

Trang chủ

Luận Văn - Báo Cáo

Kỹ thuật

Nghiên cứu công nghệ sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy sấy lạnh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.03 MB, 105 trang )

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpMục LụcLời cảm ơn 6Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp 7Lời mở đầu 9Danh mục các hình 11Danh mục các bảng 12Chương 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH 131.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh 131.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt 131.1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt 131.1.1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh 141.2. Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất hệ thống sấy lạnh 151.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh 151.2.2. Đặc điểm quá trình truyền nhiệt, truyền chất 161.3. Phân loại hệ thống sấy lạnh 18 1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0oC 181.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0oC 191.4. Các thiết bị trong hệ thống lạnh 201.5. Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước 221.5.1. Các tác giả trong nước 221.5.2. Các tác giả nước ngoài 241.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng 271.7. Đánh giá và kết luận 31Chương 2. VẬT LIỆU SẤY LẠNH – XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SẤY LẠNH 332.1. Lựa chọn vật liệu sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài 332.1.1. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả 342.1.2. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm 352.2. Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấylạnh 372.3. Lý thuyết sấy rau quả 392.4. Một số phương pháp sấy rau quả 422.5. Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài 42Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 443.1. Giới thiệu bài toán thiết kế và mô hình thiết kế 443.2. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 46 3.2.1. Giới thiệu vật liệu sấy 463.2.1. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 47GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 1 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp3.3. Xác định các thông số đầu vào của vật liệu 48 3.4. Tính toán lý thuyết chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 483.4.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy 513.4.2. Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy 533.4.3. Tính toán nhiệt quá trình 563.5. Tính toán lý thuyết chế độ sấy thải bỏ tác nhân 583.5.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy 583.5.2. Tính toán nhiệt quá trình 603.6. Xác định kích thước buồng sấy 623.7. Cân bằng nhiệt cho quá trình 633.8. Tính toán quá trình sấy thực chế độ hồi lưu hoàn toàn 673.9. Tính toán quá trình sấy thực chế độ thải bỏ tác nhân 703.10. Kết luận về chế độ sấy 723.11. Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị phụ trợ 733.11.1. Các thông số nhiệt của môi chất lạnh 733.11.2. Tính toán chu trình bơm nhiệt 743.11.3. Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt 773.11.3.1. Dàn ngưng 773.11.3.2. Dàn bay hơi 823.11.4. Tính chọn máy nén 873.11.5. Tính chọn đường ống dẫn môi chất 913.11.5.1. Đường ống đẩy 913.11.5.2. Đường ống hút 913.11.6. Thiết bị hồi nhiệt 923.11.7. Tính toán trở lực và chọn quạt 97Chương 4. KHẢO NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ TRÊN MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH 1024.1. Mục đích 1024.2. Phương pháp và phương tiện 1034.3. Thí nghiệm xác định các thông số quá trình 1034.3.1. Thí nghiệm xác định vận tốc tác nhân sấy 1044.3.2. Xác định ẩm độ - nhiệt độ trung bình (to, φo) của không khí 1064.3.3. Thí nghiệm xác định độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy 1064.3.4. Xác định R trung bình của vật liệu sấy và phương pháp cắt lát vật lệu 1064.3.5. Thí nghiệm sấy ở chế độ hồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân 1074.3.6. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm 1134.4. Ứng dụng phần mềm Labview vào nghiên cứu thực nghiệm 1134.5. Các tính chất ảnh hưởng đến quá trình sấy 117Chương 5. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ 1195.1. Chí phí nguyên liệu, nhiên liệu 1195.2. Chi phí lao động 1195.3. Chi phí khấu hao 119Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 121GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 2 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp6.1. Kết luận 1216.2. Đề nghị 121TÀI LIỆU THAM KHẢO 123Lời cảm ơn Học tập là một quá trình lâu dài, mỗi giai đoạn đóng một vai trò quan trọng trongviệc hình thành nhân cách, đạo đức của mỗi con người. Từ những ngày bước chân vàogiảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự quantâm chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô. Qua quá trình thực hiện luận văn tốtnghiệp em xin bày tỏ long biết ơn chân thành đến:• Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.• Tập thể giảng viên Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.• Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại trường.• Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy trưởng Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Th.s Bùi Trung Thành đã trực tiếp theo dõi, tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian thực hiện, đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và góp ý của các bạn.Tp Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2010Sinh viên thực hiện đề tài Nguyễn Anh TuấnGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 3 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Độc Lập- Tự Do- Hạnh PhúcNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên: MSSV:Ngành: Công Nghệ Nhiệt – Lạnh Niên Khóa: 2006-2010Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm và xácđịnh một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàuvitamin trên mô hình máy sấy lạnh bằng bơm nhiệt của khoa CN Nhiệt LạnhI/ Thông tin thực hiện đề tài:13-Số liệu choo trước: Mô hình sấy lạnh của khoa Công Nghệ Nhiệt LạnhII/ Nội dung đề tài:13-Tìm hiểu công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy, các thiết bị trong hệ thống sấylạnh.2- Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số thực phẩm và rau quả trong nước và thếgiới.3- Trình bày các kết quả nghiên cứu về sấy lạnh trong nước và thế giới từ trướcđến nay.4- Lựa chọn vật liệu sấy lạnh, xây dựng quy trình công nghệ và xử lý vật liệu trướcsấy và sau sấy lạnh.5- Lý thuyết về sấy rau quả và thực phẩm.6- Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt. 6.1 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ thải bỏ tácnhân. 6.2 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ hồi lưu hoàntoàn khí thải. 7- Tính toán thiết kế và lựa chọn các thiết bị phụ trợ cho hệ thống sấy. 8- Khảo nghiệm mô hình máy sấy lạnh xác định lại các thông số kỹ thuật của môhình. 9- Bố trí thí nghiệm và thực hiện sấy thực nghiệm loại rau theo hướng nghiên cứucủa đề tài 10- Xác định một số yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy lạnh ởhai chế độ sấy . 11- Kết luận rút ra từ thực nghiệm. 12- Hiệu quả kinh tếXây dựng giá thành 1kg rau sấy 13- Các bản vẽ thiết kếGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 4 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpIII/ Ngày giao nhiệm vụ: 01/03/2010IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/06/2010 TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010Giáo viên hướng dẫnThS. Bùi Trung ThànhLời mở đầu Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt vàchế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30% [20]. Nguyênnhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làmcho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuấtkhẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiêncứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kếtquả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hếtsức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả. Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả là loại sảnphẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảo quản hạnchế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinh nghiện cổtruyền, mang tính thủ công chấp vá. Công nghệ sấy ứng dụng trong chế biến rau quảkhô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc lộ nhiều hạn chế về côngnghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sản phẩm, chưa đáp ứng được các yêucầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phần dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầuGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 5 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệptiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoài nước. Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình côngnghệ mới giải quyết những vấn đề này là thực sự cần thiết. Công nghệ sấy lạnh đượcxem là một công nghệ mới, ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó. Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công nghệsấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sản phẩm sấy giữ được nguyên màu sắc, mùivị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu chuẩn vệ sinh antoàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm tươngđương một số nước khác trên thế giới. Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu. Tuy nhiên, để có một quytrình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi chúng ta phảitiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn. Được sự phân công đề tài “Nghiên cứu công nghệsấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy sấy lạnh và xác định một số thông số ảnhhưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu vitamin trên mô hình máy sấylạnh bơm nhiệt của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểunhững nguyên lý chung nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quytrình sấy đối với từng loại rau quả khác nhau. Để giải quyết những vấn đề đó, đề tàinghiên cứu những nội dung chính sau: Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệthống sấy lạnh. Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xây dựng quytrình sấy lạnh đối với một số loại rau quả này. Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ở chế độ sấy hồilưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân. Tính toán thiết kế máy sấy lạnh và lựa chọn các thiết bị phụ trợ. Thực nghiệm nghiên cứu trên mô hình thực tế. Với những đặc tính ưu việt, công nghệ sấy lạnh hứa hẹn sẽ là một công nghệ tiêntiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi với quy mô lớnđáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 6 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpDanh sách các hìnhHình 1-1. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiêt 11Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt qua buồng sấy 12Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt 13Hình 1-4. Sơ đồ hệ thống lạnh 14Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun 21Hính 1-6. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả 32Hình 3-1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống và đồ thị quá trình sấy 43Hình 3-2. Sơ đồ công nghệ sấy Cà rốt 45Hình 3-3. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt sử dụng trong hệ thống sấy lạnh 47Hình 3-4. Đồ thị I-d chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 48Hình 3-5. Đồ thị I-d chế độ sấy thải bỏ tác nhân 56Hình 3-6. Đồ thị I-d chế độ sấy thực hồi lưu hoàn toàn 65Hình 3-7. Đồ thị I-d chế độ sấy thực thải bỏ tác nhân 68Hình 3-8. Sơ đồ tính toán khí động trong hệ thống máy sấy 96Hình 3-9. Sơ đồ đặc tính kỹ thuật của quạt APCR0502AA10/10 99Hình 3-10. Sơ đồ cấu tạo APCR0502AA10/10 99Hình 4-1. Biểu đồ phân bố vận tốc tác nhân sấy qua các khay 102Hình 4-2. Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm tại TP Hồ Chí Minh ngày 15/04/2010 103Hình 4-3. Sơ đồ hệ thống máy sấy lạnh 105Hình 4-4. Sơ đồ các thông số chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 108Hình 4-5. Sơ đồ các thông số chế độ sấy thải bỏ tác nhân 110Hình 4-6. Giao diện chương trình ứng dụng phần mềm Labview 114GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 7 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpDanh mục các bảngBảng1-1 Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh với phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại 28Bảng 3-1 Thông số trạng thái các điểm nút 74Bảng 3-2 Thông số tiêu chuẩn của các điểm nút Error: Reference source not found88Bảng 3-3. Tổn thất khí động qua buồng sấy 98Bảng 4-1 Bảng kết quả khảo sát vận tốc tác nhân sấy 102Bảng 4-2 Bảng kết quả thực nghiệm xác định nhiệt độ và độ ẩm môi trường 103Bảng 4-3 Bảng kết quả xác định xác định độ ẩm đầu vào của vật liệu sấy 103Bảng 4-4 Bảng kết quả bán kính R của vật liệu 104Bảng 4-5 Bảng kết quả thí nghiệm chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 106Bảng 4-6 Bảng kết quả thí nghiệm ở chế độ sấy thải bỏ tác nhân 108CHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH1.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh1.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt1.1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệtGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 8 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đề xuấtnhững khái niệm đầu tiên. Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ một vùng nóngđến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể được sử dụng để đảongược quá trình đó là bơm nhiệt. Đầu những năm 1850, Lord Kelvin đã phát triển các lýthuyết về bơm nhiệt bằng lập luận, các thiết bị làm lạnh có thể được sử dụng để gianhiệt. Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952. Từ khi xảy ra cuộc khủnghoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọtmới. Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứuchế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường. Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rấtquen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…Hình 1-1. Sơ đồnguyên lý hệthống bơmnhiệt 1.1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vậtliệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượngchứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài nhỏ hơn nhiệt độ bên trongvật, đồng thời do tiếp xúc với không khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên lớpbề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật. Nói khác đi, ở đâygradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãmquá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cườngGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 9 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpquá trình dịch chuyển ẩm trong long vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó, ẩmtrong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn haynhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0o. Quá trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc của môichất lạnh. Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp vàáp suất thấp. Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngưngtụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn. Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sửdụng bơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụnước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí. Trong quá trình này chỉtuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí. Cấu trúc của dàn bayhơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình vẽ (hình 1.2).Hình 1-2.Haiphương thức trao đổi nhiệt thông qua buồng sấy. Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệtGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 10 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Trong trường hợp thứ nhất (hình 1-2.a), máy sấy lạnh hoạt động vừa như một máykhử ẩm vừa như một bộ gia nhiệt không khí. Trong cách bố trí thứ hai (hình 1-2.b), dànbay hơi được xen vào dòng không khí ẩm trong khi không khí sạch lại được đưa toàn bộvào dàn ngưng tụ. Việc sắp xếp theo kiểu này, nhiệt ẩn (cùng với một lượng lớn nhiệthiện) được hồi lưu bằng cách khử ẩm khí thải và truyền cho tác nhân sấy quá trìnhthông qua dàn ngưng tụ. Mô hình này thích hợp khi không khí môi trường khô (độ ẩmtương đối thấp), nhưng nó lại không kinh tế, bởi vì dòng khí thải tương tự như khôngkhí bên trong. Trong cả hai mô hình trên, khí thải từ buồng sấy có thể được hồi lưu lạiđi đến dàn bay hơi nghĩa là không khí có thể tuần hoàn toàn bộ hay từng phần. Ta có đồthị quá trình sấy như hình 1-3 tương ứng với hai trường hợp bố trí trên hình 1-2.1.2. Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất của hệ thống sấy lạnh1.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độchênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân ápsuất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bềmặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khícó độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏhơn phía bên trong vật. Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùngdấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóngmà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật rangoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bềmặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thểnhỏ hơn 0oC. GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 11 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpHình1-4. Sơ đổ hệ thống sấy lạnh1.2.2. Đặc điểm quá trình truyền nhiệt và truyền chất Trong kỹ thuật sấy lạnh, thế sấy của không khí tăng nhờ quá trình tách ẩm ở dàn bốchơi và quá trình gia nhiệt bằng chính dàn ngưng tụ trong các máy lạnh. Yếu tố có tínhquyết định ở đây là quá trình làm lạnh không khí trong dàn lạnh, từ đây sẽ nhận đượckhông khí có nhiệt độ và độ chứa hơi (d) nhỏ đảm bảo cho quá trình truyền nhiệt, truyềnchất giữa vật sấy và tác nhân sấy trong buồng sấy xẩy ra ở điều kiện gradient nhiệt độvà gradient áp suất cùng chiều, không có giai đoạn nào xẩy ra hiệu ứng Luikov A.V. cảntrở quá trình sấy như trong phương pháp sấy nóng. Vì vậy, ngoài việc tính toán, thiết kếhệ thống nói chung thì điều tối cần thiết là chế độ làm việc của dàn lạnh hay nói cáchkhác là khả năng tối ưu nhất của dàn lạnh có tầm quan trọng đặc biệt. Trong kỹ thuật sấy lạnh, để tăng cường tách ẩm cho hệ thống, không khí sấy trải quagiai đoạn tách ẩm ở dàn lạnh, vì thể ẩm trong không khí có thể tồn tại ở ba dạng hơi,lỏng và rắn, với dung ẩm ở dạng hơi dh, dạng lỏng dl và dạng rắn dr, entanpi H củakhông khí ẩm: H= tb + (2500+1,93tb)dh + 4,18d1tb + (-335+2,1 tb)dr , kJ/kgkk (1.1) Trong quá trình khử ẩm ở dàn lạnh, chiều dài đường đi của dòng không khí là yếu tốcó tính quyết định, theo đó mà lưu lượng thể tích không khí cũng như công suất nhiệt( )23/, /hd P Td mkg m KdVdt Rdt= - trao đổi sẽ thay đổi, không khí được làm lạnh đến nhiệtGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 12 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpđộ điểm sương ts. Trên một đơn vị dài quan hệ truyền nhiệt, truyền chất này có thể biểudiễn dưới dạng: 2 2'd Q d m dV dT=- c -r . . ,W/m (1.2)dτdx dV.dt dt dX  ÷ Trong đó* c’ - nhiệt dung riêng thể tích của không khí ẩm ở nhiệt độ khí quyển (c =1,23kJ/m3K).* r - Nhiệt ngưng tụ (r=2500 kJ/kg đối với hơi nước ở 00C).*( )2h3d P /Td m= ,kg/m KdVdt R.dt - là nước ngưng theo đường 100%ϕ= (ứng với 1m3không khí ẩm khi nhiệt độ giảm đi 1K) và thay đổi nhanh qua nhiệt độ theo biểuthức: 23hd(P /T)d m= ,kg/m KdVdt R.dt (1.3)Trong đó:- Ph- áp suất hơi bão hòa của hơi nước tương ứng với nhiệt độ của không khí ẩm.- Hằng số R đối với hơi nước trong không khí ẩm: R=8314/18=861,89 J/kgKMặt khác có thể tính nhiệt lượng do không khí truyền cho môi chất lạnh tương ứng vớimỗi đơn vị dài của thiết bị bay hơi bơm nhiệt: ( )20d Q=k T-T ,W/m (1.4)dτ.dx Với K1 là hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi [W/mK].Từ các cơ sở trên ta có quan hệ: 's0 0'1 0X T -Tc=- lnX K T -T (1.5) với ' 3K.XK = [J/m K]dV/dτLà thông số đặc trưng cho công suất của thiết bị bốc hơi của bơm nhiệt (thường khoảng1kJ/m3K), X[m] là chiều sâu của thiết bị bốc hơi, X0 [m] là khoảng cách từ đầu thiết bịvào thiết bị bốc hơi đến điểm xuất hiện quá trình ngưng đọng ẩm, Ts là nhiệt độ đọngsương, các chỉ số 1 và 2 là kí hiệu đầu vào và ra của không khí qua thiết bị bốc hơi.1.3. Phân loại hệ thống sấy lạnh1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 00Ca. Hệ thống sấy thăng hoaGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 13 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biếnthành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấyđược làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 00C, áp suất tác nhânsấy bao quanh vật P< 620 Pa [19]. Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từtrạng thái rắn thăng hoa thành thể khí vào môi trường. Như vậy, trong các hệ thống sấythăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vật xuống dưới 0oC. Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sảnphẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…) Nhược điểm:- Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không, máy lạnh (để kếtđông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)- Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡngcao.Sấy thăng hoa thường được ứng dụng để sấy sản phẩm quý, dễ biến chất do nhiệt như:máu, vắc xin, mít, nhãn, vv…b. Hệ thống sấy chân không Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân khôngtrong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0oC, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P> 610 Pa. Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sấy ở thể rắn sẽchuyển sang thể lỏng, sau đó mới chuyển sang thể hơi và đi vào môi trường. Ưu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiệnvệ sinh. Nhược điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp.- Phương pháp sấy chân không thường chỉ sấy các loại vật liệu sấy là các sảnphẩm quý, dễ biến chất.- Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thốngsấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu quí hiếm, không chịu được nhiệtđộ cao. Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, khôngphổ biến.1.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 00Ca) Phương pháp sử dụng máy hút ấm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh Phương pháp này sử dụng máy hút ẩm kết hợp với máy lạnh, để tạo ra môi trườngsấy có nhiệt độ khá thấp, có thể bằng hoặc bé hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 150C.GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 14 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Ưu điểm-Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn.-Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụthuộc vào nhiệt độ sấy). Nhược điểm- Chi phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dụng vàmáy lạnh- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kì- Vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn- Điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở để hoànnguyên chất hấp thụ.- Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ- Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bịgiảm.b. Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra môitrường sấy. Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệtđộ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy. Khác với cácthiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng vàdàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tận dụngđến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môitrường hoặc thấp hơn. Ưu điểm: - Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin đều tốt- Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệuquả sử dụng nhiệt cao- Bảo vệ môi trường, vận hành an toàn.- Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả năngchịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưngtrong - Công suất khá lớn- Chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy lạnh khác- Vận hành đơn giản. Nhược điểm- Thời gian sấy thường khá lâu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệusấy và tác nhân sấy không lớn.- Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc.GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 15 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp1.4. Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mứcnhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệtvà có chung một nguyên lý hoạt động, các thiết bị của chúng về cơ bản là giống nhau.chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng. Máy lạnh gắn với việc sửdụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ởthiết bị ngưng tụ. Do sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt cao hơn.a) Môi chất và cặp môi chất: Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh. Một vài yêu cầuđặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệtđộ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến nay người ta vẫn sử dụng các loại môichất như: R12, R22, R502 và MR cho máy tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sửdụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như: R22,R113, R114, R12B1, R142…b) Máy nén lạnh Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt. Tất cảcác dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt. Đặc biệt quantrọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin. Một máy nén bơmnhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điềukiện thiếu hoặc đủ tải.c) Các thiết bị trao đổi nhiệt Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và thiết bịngưng 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 lồngngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính toán cũng giống như cácchế độ điều hoà nhiệt độ.d) Thiết bị phụ của bơm nhiệt Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh. Xuất pháttừ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị caohơn. Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống. Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đanên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng ngừaGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 16 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệphư hỏng các thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép. Đối với van tiếtlưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.e) Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hỗ trợ cho bơm nhiệt phù hợp vớitừng phương án sử dụng của nó. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại sau: Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơdiesel hoặc động cơ gió…vv Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ. Nếu là sưởi ấm thì có thể sửdụng dàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoàn chất tải nhiệt, cóthể sử dụng để sấy, nấu ăn, hút ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị hỗ trợkhác nhau. Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi. Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồngthời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh. Ngoài racũng có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nướcgiếng là môi trường cấp nhiệt. Cũng có những phương án như dàn bay hơi đặt ởdưới 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 thiếtbị hỗ trợ. Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơmnhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt…1.5. Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước Việc sử dụng bơm nhiệt trong công nghiệp cũng như dân dụng để sấy, sưởi, hút ẩm,điều hòa không khí,… đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trên thế giới. Sau đâylà tổng quan một số công trình nghiên cứu:1.5.1. Các tác giả trong nước Tác giả Phạm Văn Tùy và các công sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thànhcông hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tạicông ty bánh kẹo Hải Hà [Tài liệu 19]. Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơmnhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun. Để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400kg/ngày hiện nay vẫn còn được sử dụng cho phòng sấy lạnh số 2 và số 3 Nhà máy thựcphẩm Việt Trì- Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà. Thông số nhiệt độ không khí buồngsấy 22-280C, độ ẩm 30-40%. Sơ đồ nguyên lý hệ thống như hình 1-5.GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 17 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Hình1-5.Sơ đồnguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramem của CộngHòa Liên Bang Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹocaramem và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng 4 máylạnh Trane TTK 530 công suất mỗi máy là 30.000 Btu/h hiện nay đang sử dụng chophòng bao gói kẹo cứng thuộc Xí nghiệp Công ty CP Bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặttừ 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 tiêu thụ giảm gần 50%) so với phươngán dùng máy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liên tục vàgiảm chi phí bảo dưỡng. Tuy nhiên, nó còn có nhược điểm là cồng kềnh, sử dụng nhiềuquạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi bột nên phải bảo dưỡng động cơ lạiphải thực hiện trong không gian hẹp, khó thao tác. Để khắc phục những nhược điểm trên năm 2005 nhóm tác giả đã thiết kế chế tạomáy sấy lạnh cho phòng sấy lạnh số 1 theo nguyên lý bơm nhiệt kiểu nguyên khối BK-BSH18A. So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu mô đun thì BK-BSH18A có thiếtbị xử lý không khí được chế tạo dạng tổ hợp gọn có thể đặt ngoài nhà, trong nhà haytrong buồng sấy và tốc độ không khí có thể thay đổi để phù hợp với yêu cầu của vật liệusấy khác nhau.GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 18 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rấtcó khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm phù hợp với thực tế tạiViệt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phùhợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dưỡng và không chophép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn. Các hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệ thốngsấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu sấy, cấu trúc củadàn lạnh sử dụng, … nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đối tượng sấy, tuynhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế. Do đó, cần phải tiếptục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các quá trình, các giới hạn kỹ thuật và các vấnđề tự động điều chỉnh không chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy cũng nhưcủa vật liệu sấy.1.5.2. Các tác giả nước ngoài Macio N. Kohayakawa và các công sự [19] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng củacác yếu tố như: vận tốc gió Var, chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuếch tán quá trìnhsấy Def trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt. Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống làR22. Hệ thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí. Nhiệtđộ không khí trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40oC đến 56oC. Vận tốc gió thay đổitừ 1,6 m/s đến 4,4 m/s, chiều dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14,2 mm. Khốilượng vật liệu sấy ở mỗi mẻ là 300g, thời gian sấy là 8h/mẻ. Dựa vào các quan hệ lýthuyết tính toán hệ số khuếch tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kết hợpvới số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui xác định hệsố khuếch tán Def như sau: Def=4,2625 - 0,61922.Var + 0,380538.Var2 + 1,012517.L – 0,90343.Var.L (1.6) Phương trình (1.6) cho thấy rằng ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng nhưmức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuếch tán Def. Ở đây, ảnh hưởng của tốc độgió Var là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của vật liệu sấy. Phương trình (1.6) cũng chobiết ảnh hưởng lẫn nhau giữa hai thông số thông qua mối liên hệ chéo nhau giữa chúng.Tuy nhiên, phương trình này không đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặcdù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuếch tán. Điều này cũng được chính tác giảGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 19 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpkhẳng định trong nghiên cứu của mình. Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá vềảnh hưởng của các yếu tố này. Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj [19] đã tiến hành nghiêncứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình sấy bằng bơm nhiệt đối với các vật liệu đặc biệt.Các tác giả đã tiến hành thiết lập các quan hệ tính toán lý thuyết quá trình sấy lớp mỏng.Các tác giả đã thiết lập phương trình cân bằng năng lượng, cân bằng chất, truyền nhiệtvà truyền ẩm giữa vật liệu và không khí cho một phân tố thể tích vật liệu sấy như sau:Phương trình truyền ẩm ( )eMk M Mt∂= − −∂ (1.7)Trong đó: M - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại thời điểm tMe - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, được xác định bằng thực nghiệmt - thời gian sấy, sk - hằng số sấy [1/s], được xác định như sau: ( )k=0,2865.exp 0,179.Ta(1.8)Giải phương trình (1.7) ta xác định được độ ẩm của vật liệu khi sấy tại thời điểm t nhưsau: ( )00. .ktkte eM M M M e e−= + − (1.9)Với M0 : độ ẩm của vậ liệu sấy tại thời điểm t0 = 0Phương trình cân bằng chất .paGW Mx G y∂ ∂= −∂ ∂ (1.10) Với: W - độ chứa hơi của không khí x - chiều dày của vật liệu sấy Gp - lưu lượng vật liệu sấy chuyển động qua băng tải, kg/m.s Ga - lưu lượng không khí chuyển động qua băng tải, kg/m2.s y - quãng đường dịch chuyển của vật liệu sấy, mGiải phương trình (1.10), thu được công thức xác định sự thay đổi của độ chứa hơi Wtheo chiều dày vật liệu sấy (giả thiết tính chất của vật liệu sấy là đồng đều theo phươngdịch chuyển y): 0. .PaG MW W xG y∂= −∂ (1.11)GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 20 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpPhương trình cân bằng năng lượng ( )( ) ( )( ). . / .. .cv a pw a gaa pa pwh G G W x T TTxG C C W+ ∂ ∂ −∂= −∂+ (1.12)Trong đó: Ta - nhiệt độ của không khí sấy, 0C Tg - nhiệt độ của vật liệu sấy, 0C hcv - hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/m3.ph.K Cpa - nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgK Cpw - nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kgKGiải phương trình (1.12), xác định được nhiệt độ không khí tại đầu ra: ( )( / ).0.d a xa g gaT T a T T= + − Trong đó: ( ). .a pa pwa G C C W= + . .cv a pwWd h G Cx  ÷ ∂= +∂ Ta0 - Nhiệt độ không khí tại vị trí ban đầu x0 = 0, 0CPhương trình truyền nhiệt ( )( )( )( )( ). . .(1.13). .cv a g a g pw gplgp pgplWh T T G L C C TTxyG C M C   ÷ ÷  ÷ ÷ ÷ ∂− − + −∂∂=∂− +Trong đó: Lg - nhiệt ẩn hóa hơi của nước trong vật liệu sấy, kJ/kg Cpg- nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kgK Cpl- nhiệt dung riêng của nước, kJ/kgKGiải phương trình (1.13) ta sẽ tìm được sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu sấy: ( )( )( )0/01. (1.14)y y hggT f gT e fg−  ÷ = + −Ở đây: ( )0. . . ; . .cv a g cv pw aaplW Wf h T G L g h C C Gx x  ÷ ∂ ∂= − = − + −∂ ∂GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 21 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp ( ). .p pgplh G C M C= − +1.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật. Tuy nhiên, sấy là một quá trìnhcông nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn nănglượng ít và chi phí vận hành thấp. Có hai phương pháp sấy:a) Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tácnhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước Pamtrong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơitrong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo côngthức: φ = orpp = exp−rohpρδρ2 (1.15)Trong đó Pr - áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m2Po - áp suất trên bề mặt thoáng, N/m2Δ - Sức căng bề mặt thoáng,N/m2ρh - mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m3ρ0 - mật độ dịch thể, kg/m3 Như vậy trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơinước giữa vật liệu sấy và môi trường: Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng. Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy. Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấymà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơi nướctrong tác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệusấy ra bề mặt và đi vào môi trường.Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt: Hệ thống sấy đối lưuVật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường làkhông khí nóng hoặc khói lò. Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệthống sấy hầm, hệ thống sấy khí động…. Hệ thống sấy tiếp xúcGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 22 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpVật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc,người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vậtliệu sấy. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang… Hệ thống sấy bức xạVật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vậtliệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường. Ở đây người ta tạo ra độ chênh phânáp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật. Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trườngKhi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điệnvà chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật. Ưu điểm của phương pháp sấy nóng- Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương phápsấy lạnh.- Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp.- Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơinước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điệnnăng.- Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao. Nhược điểm - Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.- Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao. b) Phương pháp sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệusấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph nhờgiảm độ chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức: Ph = ddB+621,0. (1.16)Trong đó B - áp suất môi trường (áp suất khí trời). Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thểtrên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0 oC.c) So sánh phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng Để tiến hành so sánh thực nghiệm phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng,các loại rau củ thực phẩm và dược liệu như cà rốt, củ cải, hành lá, dứa, mít, nhãn, măngcụt, hành tây, hỗn hợp dịch ép gừng và bột avicel,… đã được sấy thử nghiệm vớiGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 23 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệpkhoảng thông số nhiệt độ sấy t = 250C đến 400C, tốc độ gió ω=2,2-4m/s. Kết quả sảnphẩm sau thí nghiệm có các đặc điểm về màu sắc, mùi vị, hàm lượng chất dinh dưỡngvà trạng thái vật sấy được bảo toàn hơn hẳn các công nghệ sấy nóng truyền thống, ngaycả khi so sánh với kỹ thuật sấy hiện đại bằng tia hồng ngoại. Điều đó chứng tỏ nhữngđặc điểm ưu việt của công nghệ sấy lạnh trong việc ứng dụng sấy những loại rau quảgiàu vitamin, có giá trị dinh dưỡng cao trong thực tế [19]. Dưới đây là bảng so sánh các phương pháp sấy khác nhau với phương pháp sấy lạnhsử dụng bơm nhiệt nhiệt độ của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sở Công Nghiệp Hà Nộidựa trên các tiêu chí về chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, thời gian sấy, chi phíđầu tư, chi phí vận hành và bảo vệ môi trường, phạm vi ứng dụng, vv…Bảng1-1 Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh vớiphương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại [Viện Công Nghệ Thực Phẩm,sở Công Nghiệp Hà Nội]ThứtựPhương Pháp sấyChỉ tiêu so sánhSấy nóngSấy thăng hoavà chân khôngSấy lạnh sử dụngmáy hút ẩm kếthợp máy lạnh1Chất lượng sản phẩm (màusắc, mùi vị, vitamin)Kém hơnrất nhiềuTốt hơn Bằng nhau2 Giá thành sản phẩm Thấp hơn Đắt hơn nhiều Đắt hơn3 Thời gian sấy Ngắn hơn Ngắn hơnLớn hơn hoặcbằng4 Chi phí đầu tư ban đầuThườngthấp hơnCao hơn nhiều Cao hơn5Chi phí vận hành, bảodưỡngThường rẻhơnĐắt hơn nhiều Đắt hơnGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 24 SVTH: Nguyễn Anh TuấnKhoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp6Khả năng điều chỉnh nhiệtđộ tác nhân sấy theo yêu cầucông nghệKhó hơn Khó hơn Khó hơn7 Vệ sinh an toàn thực phẩmThườngkém hơnTốt hơn Bằng nhau8 Bảo vệ môi trườngThườngkém hơnNhư nhau Kém hơn9 Phạm vi ứng dụng Rộng hơn Hẹp hơn Hẹp hơn1.7. Đánh giá và kết luậna) So với sấy lạnh sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hơp máy lạnh Sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra ưu thế vượt trội về chi phí đầu tư banđầu, giảm tiêu hao điện năng. Với điều kiện của Việt Nam thì nên dùng phương phápsấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp. Trong thực tế, ở một số nhà máy nhập dâychuyền công nghệ sấy sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy sấy không đạthiệu quả và đã chuyển sang dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.b) So với sấy thăng hoa và sấy chân không Chất lượng sản phẩm của hai phương pháp này thường tốt hơn sấy lạnh sử dụng bơmnhiệt nhiệt độ thấp nhưng các chỉ tiêu quan trong 2 và 5 lại kém hơn nên chỉ áp dụng haiphương pháp này khi yêu cầu về chất lượng sản phẩm cao (chỉ tiêu 1, 7), còn lại nên sửdụng phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.c) So sánh với sấy nóng Nhìn chung, có một số vật liệu sấy lạnh không có hiệu quả như sấy gỗ, các loại hoaquả có vỏ dày thì buộc phải sử dụng sấy nóng. Đối với các vật liệu còn lại, nếu vật liệusấy nhạy cảm với nhiệt, dễ mất màu, dễ mất mùi, chất dinh dưỡng, giá thành sản phẩmđược thị trường chấp nhận và thời gian sấy không đòi hỏi phải nhanh thì nên sấy bằngphương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp. Như vậy, phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra có hiệu quả, nhấtlà đối với một số sản phẩm đặc thù (nhạy cảm với nhiệt độ) Do đó, tùy vào từng trườnghợp cụ thể, xem xét các chỉ tiêu trong bảng trên, chỉ tiêu nào là quan trọng thì quyếtđịnh phương pháp sấy phù hợp.d) Kết luậnGVHD: ThS. Bùi Trung Thành 25 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn

Trích đoạn

Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm
Lý thuyết sấy rau quả
Một số phương pháp sấy rau quả
Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài

Tài liệu liên quan

Nghiên cứu mô hình phục vụ tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty cổ phần in lụa Bình Định
- 108
- 1
- 5
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
- 20
- 719
- 1
Nghiên cứu kỹ thuật FTTH và tính toán thiết kế một số tuyến FTTH tại thành phố đà nẵng
- 26
- 610
- 1
Luận văn công nghệ môi trường Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo – công ty cổ phần chăn nuôi phú sơn
- 97
- 939
- 9
Luận văn công nghệ môi trường Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nghỉ dưỡng cao cấp tại khu dinh i – TP đà lạt
- 97
- 1
- 2
Luận văn công nghệ môi trường TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM CHO KHU LÀNG NGHỀ TIỂU THỦ CÔNG NGHIỆP THỊ TRẤN NGÃI GIAO, HUYỆN CHÂU ĐỨC.DOC
- 143
- 806
- 1
Luận văn công nghệ môi trường TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHUNG CƯ PHÚ HÒA PHƯỜNG PHÚ HÒA
- 73
- 604
- 1
Luận văn công nghệ môi trường Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp châu đức, huyện châu đức, tỉnh bà rịa vũng tàu
- 93
- 507
- 1
Luận văn công nghệ môi trường Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư mỹ lợi
- 109
- 660
- 1
Nghiên cứu mô hình phục vụ tính tóan thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy dệt Khatoco Khánh Hòa
- 127
- 647
- 2