Đề tài tính toán thiết kế hệ thống sấy bằng bơm nhiệt để sấy cá, năng suất 400kg mẻ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT
----------

ĐỒ ÁN

MƠN KỸ

THUẬT SẤY
ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BẰNG
BƠM NHIỆT ĐỂ SẤY CÁ, NĂNG SUẤT 400KG/MẺ

GVHD: TS.TRẦN ĐẠI TIẾN
SVTH: HUỲNH VĂN VŨ
LỚP: SG22CNL
MSSV: 22NL1324

Tp.Hồ Chí Minh - Tháng 01 năm 2022


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................

...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................
...............................................................................................................


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Cơ khí

Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN SẤY
Họ và tên: Huỳnh Văn Vũ

MSSV: 22NL1324

Ngành: Công Nghệ Nhiệt – Lạnh

Niên Khóa: 2022-2023

Tên đề tài: Thiết kế hệ thớng sấy bằng bơm nhiệt, năng suất 400 kg/mẽ sấy.
I.

Thông tin thực hiện đề tài:
 Số liệu cho trước:

II.

-

Độ ẩm ban đầu: w1 = wđ = 82%.

-

Độ ẩm cuối: w2 = wc= 24%.

-

Nhiệt độ khơng khí sau dàn lạnh: t1= 18oC.

-

Độ ẩm khơng khí sau dàn lạnh: φ1 = 95%.

-

Nhiệt độ khơng khí trước khi vào buồng sấy theo lý thuyết: t2 = 45oC.

-

Nhiệt độ khơng khí ra khỏi buồng sấy: t3 = 40oC.

-

Vận tốc chuyển động khơng khí trong buồng sấy: ω = 0,90 m/s đến 1,5 m/s.

-

Thời gian sấy: τ = 15h; Áp suất khí quyển là: 1 at.

Thông tin thực hiện đề tài:
-

Tổng quan:

 Tình hình xuất khẩu thủy sản khô ở VN.
 Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt.

-

Chọn các thông số ban đầu, tính kích thước buồng sấy.

-

Chọn sơ đồ hệ thống sấy. Tính lưu lượng quạt gió theo lý thuyết và thực tế.

-

Tính toán nhiệt, chọn máy nén.


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
-

Trang bị tự động hóa hệ thớng sấy.

-

Kết ḷn, kiến nghị

III.

Ngày giao nhiệm vụ: 16/12/2022

IV.

Ngày hồn thành nhiệm vụ: 20/01/2022

Đồ án sấy


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Lời mở đầu
Sấy là quá trình trao đổi nhiệt và ẩm, dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm
ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc sấy lạnh
Kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũ
cốc, các loại hạt, nhiều thực phẩm khác và các sản phẩm thủy hải sản, làm tăng hiệu quả
trong kinh tế sản xuất. Quá trình sấy khơng chỉ đơn thuần là q trình tách nước và hơi nước
ra khỏi vật liệu mà là một q trình cơng nghệ. Nó địi sau khi sấy vật liệu sấy phải đảm bảo
chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với cá người ta có thể dùng
các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy hầm, sấy buồng, sấy tủ, sấy tĩnh vi ngang,
…Với đề tài đồ án: “Thiết kế hệ thống sấy bằng bơm nhiệt, năng suất 400 kg/mẽ sấy”, em
chọn thiết bị sấy buồng thích hợp với quy mơ sản xuất.
Với sự hướng dẫn của thầy Trần Đại Tiến và sự tìm tịi của bản thân em sẽ cố gắng
hồn thành nhiệm vụ được giao. Trong q trình thực hiện thiết kế hệ thống sấy, do những
hạn chế về kinh nghiệm cũng như kiến thức bản thân, tài liệu tham khảo chưa được phong
phú.Vì vậy cịn nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện mong thầy chỉ dạy thêm để em có
thật nhiều kiến thức và kinh nghiệm để sau này phục vụ cho thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Đại Tiến đã hướng dẫn tận tình để em hồn
thành được đồ án này.

TP. HCM, ngày 01 tháng 06 năm 2022
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Văn Vũ


Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Danh sách các hình
Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiêt.........................................................................11
Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt qua buồng sấy..........................................12
Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt...........................13
Hình 1-4. Sơ đồ hệ thống lạnh....................................................................................14
Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu mơđun.......................................21
Hính 1-6. Sơ đồ cơng nghệ sấy rau quả.....................................................................32
Hình 3-1. Sơ đồ ngun lý hệ thống và đồ thị quá trình sấy.......................................43
Hình 3-2. Sơ đồ cơng nghệ sấy Cà rốt........................................................................45
Hình 3-3. Sơ đồ ngun lý bơm nhiệt sử dụng trong hệ thống sấy lạnh.....................47
Hình 3-4. Đồ thị I-d chế độ sấy hồi lưu hoàn tồn.....................................................48
Hình 3-5. Đồ thị I-d chế độ sấy thải bỏ tác nhân.......................................................56
Hình 3-6. Đồ thị I-d chế độ sấy thực hồi lưu hồn tồn.............................................65
Hình 3-7. Đồ thị I-d chế độ sấy thực thải bỏ tác nhân...............................................68
Hình 3-8. Sơ đồ tính tốn khí động trong hệ thống máy sấy......................................96
Hình 3-9. Sơ đồ đặc tính kỹ thuật của quạt APCR0502AA10/10................................99
Hình 3-10. Sơ đồ cấu tạo APCR0502AA10/10...........................................................99
Hình 4-1. Biểu đồ phân bố vận tốc tác nhân sấy qua các khay................................102
Hình 4-2. Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm tại TP Hồ Chí Minh ngày 15/04/2010................103
Hình 4-3. Sơ đồ hệ thống máy sấy lạnh....................................................................105


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

8

1.1 Danh

Đồ án sấy

mục các bảng

Bảng1-1 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...............................28
Bảng 3-1 Thông số trạng thái các điểm nút..................................................................74
Bảng 3-2 Thông số tiêu chuẩn của các điểm nút .......Error! Bookmark not defined.88
Bảng 3-3. Tổn thất khí động qua buồng sấy.................................................................98
Bảng 4-1 Bảng kết quả khảo sát vận tốc tác nhân sấy...............................................102
Bảng 4-2 Bảng kết quả thực nghiệm xác định nhiệt độ và độ ẩm môi trường............103
Bảng 4-3 Bảng kết quả xác định xác định độ ẩm đầu vào của vật liệu sấy................103
Bảng 4-4 Bảng kết quả bán kính R của vật liệu..........................................................104
Bảng 4-5 Bảng kết quả thí nghiệm chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn...............................106
Bảng 4-6 Bảng kết quả thí nghiệm ở chế độ sấy thải bỏ tác nhân..............................108


Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XUẤT KHẨU THỦY SẢN VN
1. Tổng quan về ngành thuỷ sản ở Việt Nam
1.1 Điều kiện tự nhiên để phát triển ngành thuỷ sản
Việt Nam nằm trog khu vực nhiệt đới gió mùa ẩm, có đường bờ biển dài hơn 3260

km từ Móng Cái (Quảng Ninh) đến Hà Tiên (Kiêng Giang), diện tích vùng nội thuỷ và
lãnh hải rộng hơn 226.00 km2, có diện tích vùng đặc quyền kinh tế rộng trên 1.000.000
km2, trong vùng biển Việt Nam có trên 400 hịn đảo lớn nhỏ, là nơi có thể cung cấp các
dịch vụ hậu cần cơ bản, trung chuyển sản phẩm khai thác, đánh bắt, đồng thời làm nơi
neo đậu cho tàu thuyền trong những chuyến ra khơi. Biển Việt Nam cịn có nhiều vịnh,
đầm phà, cửa sơng (trong đó hơn 10.000 ha đang quy hoạch ni trồng thuỷ sản) và trên
400.000 ha rừng ngập mặn. Đó là tiềm năng để Việt Nam phát triển hoạt động khai thác
và ni trồng thuỷ hải sản. Cùng đó trong đất liền cịn có khoảng 7 triệu ha diện tích mặt
nước, có thể ni trồng thuỷ sản trong đó có 120.000 ha hồ ao nhỏ, mươn vườn, 244.000
ha hồ chứa mặt nước lớn, 446.000 ha ruộng úng trũng, nhiễm mặn, cấy lúa 1 hoặc 2 vụ
bấp bệnh, và 635.000 ha vùng triều.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm và một số vùng có khí hậu ơn đới. Tài ngun khí hậu
đã giúp cho ngành thuỷ sản phát triển một cách thuận lợi.
Chủng loại sinh vật đa dạng và phong phú với khoảng 510 lồi cá trong đó có nhiều
lồi có giá trị kinh tế cao.
Tuy nhiên bên cạnh những điều kiện thuận lợi cũng có những khó khăn do điều kiện địa
hình và thuỷ vực phức tạp, hàng năm có nhiều mưa bão, lũ, vào mùa khô lại hay vị hạn
hán và gây khó khăn và cả những thổn thất to lớn cho ngành thuỷ sản.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

9

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

a.Điều kiện kinh tế xã hội để phát triển ngành thuỷ sản
Nghề khai thác thuỷ sản đã được hình thành từ lâu. Nguồn lao động có kinh nghiệm
đánh bắt và ni trồng, giá nhân công thấp hơn so với khu vực và thế giới. Hiện nay
Nhà nước đang coi thuỷ sản là ngành kinh tế mũi nhọn do đó có nhiều chính sách đầu tư
khuyến khích để đẩy mạnh sự phát triển của ngành.
Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn cịn nhiều khó khăn và vướng mắc đặt ra cho ngành thuỷ
sản nước ta đó là hoạt động sản xuất vẫn cịn mang tính tự cấp, tự túc, công nghệ sản
xuất thô sơ, lạc hậu, sản phẩm tạo ra chất lượng chưa cao. Nguồn lao động tuy đơng
nhưng trình độ văn hố kỹ thuật khơng cao, lực lượng được đào tạo chiếm tỷ lệ nhỏ, hầu
hết chỉ dựa vào kinh nghiệm do đó khó theo kịp sự thay đổi của điều kiện tự nhiên và
nhu cầu thị trường. Cuộc sông của lao động trong nghề vẫn cịn nhiều vất vả, bấp bênh
do đó khơng tạo được sự gắn bó với nghề.
Nhưng về cơ bản có thể khẳng định rằng Việt Nam có tiềm năng dồi dào để phát
triển ngành thuỷ sản thành một ngành kinh tế quan trọng.
b.Vị trí của ngành thuỷ sản trong nền kinh tế quốc doanh
Hồ chung với q trình phát triển kinh tế của đất nước, ngành thuỷ sản Việt Nam
đã có những đóng góp đáng kể cho đất nước và có những bước tiến nhảy vọt , sớm trở
thành ngành kinh tế mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế quốc dân. Năm 2001,
tổng sản lượng thuỷ sản đạt 2.226.900 tấn; trong đó sản lượng khai thác thuỷ sản đạt
1.347.800 tấn, sản lượng nuôi trồng thuỷ sản và khai thác nội địa đạt 879.100 tấn, giá
trị kim ngạch thuỷ sản xuất khẩu đạt 1.775,5 triệu USD, giải quyết việc làm cho hơn
3,4 triệu lao động trong cả nước. Đây là thành tựu quan trọng của một thời gian dài
phát triển không ngừng, tăng trưởng cả về số lượng và chất lượng của ngành thuỷ sản.
Thuỷ sản là một ngành kinh tế mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân. Trong suốt
những năm qua, ngành thuỷ sản đã có những bước chuyển biến rõ rệt, sau những năm
cùng toàn dân tộc vừa xây dựng miền bắc XHCN vừa đấu tranh chống Mỹ cứu nước,
giành độc lập dân tộc, thống nhất đất nước, rồi sau đó bước vào một giai đoạn thời kỳ
suy thối, ngành đã có những bước tiến rõ rệt, từ chỗ chỉ là một bộ phận không lớn của

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

10

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

kinh tế nông nghiệp, trình độ cơng nghệ lạc hậu đến nay ngành đã có quy mơ ngày càng
lớn, tốc độ phát triển ngày càng cao, chiếm 4-5% GDP (nếu chỉ tính thuỷ sản gồm có
ni trồng và khai thác) và trên 10% kim ngạch xuất khẩu, sản phẩm thuỷ sản Việt Nam
đã có mặt trên 80 quốc gia đưa Việt Nam thành quốc gia đứng thứ 7 về xuất khẩu thuỷ
sản và Nhà nước hiện tại đã xác định thuỷ sản sẽ là ngành kinh tế mũi nhọn của đất
nước trong giai đoạn tới

2.Thực trạng xuất khẩu thuỷ sản ở Việt Nam
a.Những thành công trong việc xuất khẩu thuỷ sản ở Việt Nam

 Tốc độ tăng trưởng cao và đóng góp lớn vào GDP cả nước
Xuất khẩu thuỷ sản có thể coi là thành quả lớn nhất của ngành thuỷ sản Việt Nam,
xuất khẩu thuỷ sản đã góp phần xác định vị trí quan trọng của ngành thuỷ sản đối với
nền kinh tế đất nước và trên thị trường quốc tế, từng bước đưa thuỷ sản trở thành ngành
kinh tế mũi nhọn của Việt Nam.
Kim ngạch xuất khẩu có những bước tiến rõ rệt trong những năm qua, năm 1986 giá
trị xuât khẩu là 0,102 tỷ USD, năm 1992 là 0,37 tỷ USD và tăng lên 1,479 tỷ USD vào
năm 2000 và 2,397 tỷ USD năm 2004. Trong suốt nhiều năm liền xuất khẩu thuỷ sản
đứng vị trí thứ ba về giá trị xuất khẩu của cả nước, riêng năm 2004 tụt xuống thứ tư sau
ngành giầy da, tỷ trọng xuất khẩu thuỷ sản so với tổng kim ngạch cả nước ở mức cao

trên dưới 10%. Như vậy hàng năm xuất khẩu thuỷ sản có đóng góp lớn vào kim ngạch
xuất khẩu cả nước.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

11

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Bàng 1: Giá trị xuất khẩu của thuỷ sản so với kim nạch xuất khẩu cả nước.
Đơn vị: Triệu USD
Năm

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

GTXKT
S

670

776

858,6

1478,6

177,5

2014

2014

2199

2400

Tỉ lệ tăng so
với năm
trước (%)

21,8

15,8

10,6

13,1

20,2

13,3

13,3

9,2

9,1

7255,9

9185

9360

11541

15029

16706

16706

10173

26003

9,23

8,44

9,16

8,41

11,83

12,05

12,05

10,90

9,2

KN XK
cả nước
TS so với cả
nước (%)

a. Cơ cấu sản phẩm có sự thay đổi tích cực
Việc đổi mới cơng nghệ đã giúp cho các doanh nghiệp có điều kiện đa dạng hoá các
mặt hàng xuất khẩu, cơ cấu sản phẩm xuất khẩu đã có những thay đổi tích cực.
Con tôm vốn được coi là sản phẩm xuất khẩu chủ đạo của ngành thuỷ sản Việt Nam.
Các loại tôn như: Tôm hùm, tôm sú đen, tôm sú trắng và các loại tôm khác chiếm gần
một nửa kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản của đất nước. Trong năm 2003 Việt Nam đã xuất
khẩu được 12.489.749 tấn tôm các loại, tăng 9,8% so với năm 2002. Xuất khẩu tôm
chiếm 47.7% tổng giá trị xuất khẩu hàng thuỷ sản, chiếm 10% kim ngạch xuất khẩu tơm
trên tồn thế giới. Năm 2004 giá trị xuất khẩu tôm chiếm 52% tăng 17,3% về giá trị và
11,8% về khối lượng.
Xuất khẩu cá chiếm vị trí thứ hai trong các sản phẩm xuất khẩu thuỷ sản Việt Nam.
Tỷ lệ tăng trưởng xuất khẩu cá đạt thành tích cao nhất trong các sản phẩm xuất khẩu
năm 2004 giá trị xuất khẩu cá chiếm 22,8% trong cơ cấu mặt hàng thuỷ sản xuất khẩu
tăng 16,2% về giá trị, tăng 35,5% về khối lượng so với năm 2003. Sự nhảy vọt này là do
việc gia tăng xuất khẩu sản phẩm cá tra và cá basa, cá ngừ vào thị trường Mỹ.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

12

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Riêng cá tra và cá basa chiếm 12,5% trong tổng kim ngạch xuất khẩu toàn ngành,
sản lượng xuất khẩu tăng 55% và tăng 53,75% về giá trị so với năm 2003.
Các mặt hàng khác như mực và bạch tuộc giá trị xuất khẩu chiếm 6,7% trong kim

ngạch xuất khẩu toàn ngành, tăng 40,2% về giá trị và 32,1% về khối lượng so với cùng
kỳ. Sản phẩm thuỷ sản khô chiếm 4,2% trong kim ngạch xuất khẩu, tăng 32,2% về giá
trị, tăng 52% về sản lượng so với cùng kỳ năm trước. Các mặt hàng khác giảm cả về số
lượng và giá trị

Bảng 2: Tỷ trọng các mặt hàng xuất khẩu của thuỷ sản Việt Nam
Đơn vị:%
1997

2000

2001

2002

2003

2004

Tôm đông lạnh

54

45

44

47,8

47,7

52

Cá đông lạnh

14

16

17

22,9

21,0

22,8

Hàng khô

8

13

11

6,8

3,3

4,2

Các động vật thân
mềm

15

7

7

7,1

5,1

6,7

Các sản phẩm khác

9

19

21

15,4

22,8

13,4

(Tính tốn dựa vào số liệu của Trung tam tin học - Bộ Thuỷ sản)
i. Thị trường xuất khẩu được mở rộng
Nhờ q trình đổi mới cơng nghệ thiết bị, đa dạng hoá cơ cấu sản phẩm và nâng cao
chất lượng, thị trường xuất khẩu của thuỷ sản Việt Nam đã được mở rộng hơn.
Trong điều kiện cạnh tranh ngày càng gay gắt hơn thì vấn đề thị trường được các
doanh nghiệp quan tâm hơn lúc nào hết, bằng những biện pháp xúc tiến thương mại, hcủ
động tìm kiếm bạn hàng và thị trường mới thay vì thụ động ngồi chờ khách hàng đã giúp
các doanh nghiệp mở rộng thị trường mới, đồng thời duy trì và phát triển các thị trường
truyền thống. Đến nay sản phẩm thuỷ sản của Việt Nam đã có mặt tại 80 nước và vùng
lãnh thổ.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

13

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

Đồ án sấy

14

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Bảng 3: Giá trị xuất khẩu thuỷ sản Việt Nam theo các thị trường
Đơn vị: USD

Châu á

Châu Âu

Mỹ

Nhật Bản

Thị
trường
khác

Tổng

2000

412396176 71782420

301303916 469472915 223654122 1478609549

2001

475502919

90745293

489034965 465900792 256301785 1777485754

2002

497803341 73719852

654977324 537459466 258860933 2022820916

2003

290925817 116739138 777656159 582837870 431417822 2199576806

2004

413861348 231527515 60296450

772194720 380228081 2400781114

Nguồn: Tổng hợp báo cáo giá trị xuất khẩu các năm của Trung tâm tin học - Bộ Thuỷ sản

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

15

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Kết luận
Qua phân tích có thể thấy được ngành thuỷ sản Việt Nam đã có nhiều phát triển to
lớn, là ngành có khả năng cạnh tranh, do có lợi thế về nguồn tài nguyên thiên nhiên,
nguồn nhân công rẻ. Tuy nhiên, các yếu tố như cơ sở hạ tầng, trình độ năng lực sản
xuất và quản lý kém đã làm giảm sức cạnh tranh của các sản phẩm thuỷ sản Việt Nam
trên thị trường thế giới.
Thị trường thuỷ sản thế giới đang phát triển và mở rộng, cơ hội phát triển cho
ngành thuỷ sản Việt Nam là rất lớn nhưng bên cạnh đó thách thức cung rất nhiều. Sự
cạnh tranh ngày càng gay gắt đòi hỏi Nhà nước, ngành và các doanh nghiệp cần có sự
kết hợp để nâng cao chất lượng sản phẩm, tận dụng tối đa lợi thế so sánh của Việt
Nam, mở rộng thị trường thế giới.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

16

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Tài liệu tham khảo
1. Thuỷ sản Việt Nam - Phát triển và hội nhập
2. Thị trường xuất nhập khẩu thủy sản - PGS.TS. Nguyễn Văn Nam
3. Tạp chí Thuỷ sản các số năm 2002 – 2005

4. Tạp chí Kinh tế phát triển, các số năm 2004 – 2005
5. VnExpress - Tin nhanh Việt Nam -
6. Bộ Thuỷ sản - http:// wwww.fistenet.gov.Việt Nam

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

17

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH BẰNG BƠM NHIỆT
2. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt:
2.1 Khái niệm về bơm nhiệt:
2.1.1Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt
Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đề
xuất những khái niệm đầu tiên. Một dòng nhiệt thơng thường di chuyển từ một
vùng nóng đến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể
được sử dụng để đảo ngược q trình đó là bơm nhiệt. Đầu những năm 1850,
Lord Kelvin đã phát triển các lý thuyết về bơm nhiệt bằng lập luận, các thiết bị
làm lạnh có thể được sử dụng để gia nhiệt. Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được
bán vào năm 1952. Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ
70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới. Hàng loạt 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

Hình
1.1:
Sơ
đồ

nguyên lý hệ thống bơm nhiệt

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

18

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

2.1.2Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh:
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật
liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng
chứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài nhỏ hơn nhiệt độ bên trong
vật, đồng thời do tiếp xúc với khơng khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên lớp
bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật. Nói khác đi, ở đây
gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ khơng kìm hãm
q trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường
q trình dịch chuyển ẩm trong long vật ra ngồi để bay hơi làm khơ vật. Khi đó, ẩm
trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào mơi trường có thể lớn hơn hay

nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 00.
Q trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc của môi
chất lạnh. Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp và
áp suất thấp. Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngưng
tụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn. Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sử
dụng bơm nhiệt làm lạnh khơng khí của q trình đến điểm bão hịa, và sau đó ngưng tụ
nước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của khơng khí. Trong q trình này chỉ
tuần hồn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ khơng khí. Cấu trúc của dàn bay
hơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình vẽ (hình 1.1).

Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt thơng qua buồng sấy.
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

19

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Hình 1-3. Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt
Trong trường hợp thứ nhất (hình 1-2.a), máy sấy lạnh hoạt động vừa như một máy
khử ẩm vừa như một bộ gia nhiệt khơng khí. Trong cách bố trí thứ hai (hình 1-2.b), dàn
bay hơi được xen vào dịng khơng khí ẩm trong khi khơng khí sạch lại được đưa tồn bộ
vào dàn ngưng tụ. Việc sắp xếp theo kiểu này, nhiệt ẩn (cùng với một lượng lớn nhiệt
hiện) được hồi lưu bằng cách khử ẩm khí thải và truyền cho tác nhân sấy q trình thơng
qua dàn ngưng tụ. Mơ hình này thích hợp khi khơng khí mơi trường khơ (độ ẩm tương
đối thấp), nhưng nó lại khơng kinh tế, bởi vì dịng khí thải tương tự như khơng khí bên

trong. Trong cả hai mơ hình trên, khí thải từ buồng sấy có thể được hồi lưu lại đi đến
dàn bay hơi nghĩa là khơng khí có thể tuần hồn tồn bộ hay từng phần. Ta có đồ thị q
trình sấy như hình 1-3 tương ứng với hai trường hợp bố trí trên hình 1-2.
2.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt
Lượng ẩm thoát ra khỏi nguyên liệu sấy: m = αm.F.(ps – ph).τ; kg. (5.1)
Trong đó:
m: là lượng ẩm tách ra khỏi nguyên liệu sấy, kg.
F: là diện tích bề mặt nguyên liệu ẩm, m2.
ps và ph: là áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu và áp suất
riêng phần hơi nước trong khơng khí ẩm, mmHg.
αm: là hệ số bay hơi, kg/m2h.mmHg.
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

20

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

τ: là thời gian, h.

Để tăng lượng hơi ẩm bay hơi ra khỏi nguyên liệu có thể dung các giải pháp sau:
-

Tăng ps. Tuy nhiên khi tang ps thì nhiệt độ tác nhân sấy tang làm cho chất lượng

sản phẩm sau khi sấy giảm xuống. Đặc biệt là các nguyên liệu thủy sản nhạy cảm với

nhiệt độ như mực khô
-

Tăng F hay tăng bề mặt bay hơi, theo truyền thống cá thường được fillet nhằm

tăng diện tích bề mặt nguyên liệu sấy cũng như giá đỡ nguyên liệu sấy được làm bằng
lưới để nguyên liệu sấy tiếp xúc với khơng khí cả về 2 phía.
-

Tăng thời gian sấy. Tuy nhiên thời gian sấy kéo dài khơng có lợi cho những

ngun liệu thủy sản. Vì trong nguyên liệu thủy sản hệ enzym và vi sinh vật rất mạnh dễ
làm cho nguyên liệu sấy bị ươn thối.
-

Giảm ph tức là giảm áp suất riêng phần hơi nước trong khơng khí aame bằng cách

tách một phần nước chứa trong khơng khí ẩm trước khi cho tiếp xúc với nguyên liệu
sấy. Để thực hiện được công đoạn trên có thể sư dụng bằng hai giải pháp sau:
o Cho khơng khí đi qua vật liệu ẩm hút ẩm như silicagel, zeolite... Nhưng sau một
thời gian làm việc các hạt hút ẩm bị bão hòa, cần phải tái sinh hoặc thay tấm hút ẩm
khác dẫn đến quá trình sấy bị gián đoạn nên giải pháp trên khó thực hiện được vào thực
tế sản xuất
o Cho khơng khí ẩm đi qua dàn lạnh ( được làm lạnh gián tiếp ) qua các cánh tản
nhiệt, với điều kiện nhiệt độ tại bề mặt dàn lạnh phải thấp hơn nhiệt độ đọng sương của
khơng khí ẩm trước khi qua dàn lạnh. Thực nghiệm cho thấy sự chênh lệch giữa hai
nhiệt độ trên càng lớn thì lượng ẩm ngưng tụ càng nhiều và lượng ẩm tách ra từ nguyên
liệu sấy càng lớn. Tuy nhiên để tránh sự gián đoạn trong quá trình sấy như phải xả tuyết
cho dàn lạnh thì bề mặt dàn lạnh khơng được để bám tuyết. Đây chính là cơ sở lý luận
của phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt.

Như vậy qui luật dịch chuyển ẩm từ trong nguyên liệu ra bề mặt rồi bay hơi vào mơi
trường hồn tồn như sấy đối lưu bằng khơng khí nóng.
Trong hai phương pháp khử ẩm trên thì phương pháp làm lạnh có tính khả thi và
hiệu quả kinh tế hơn so với phương pháp dung máy để hấp thụ khử ẩm.
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

21

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh:

Từ cơ sở lý thuyết trên có thể thực hiện nhiều phương pháp sấy lạnh bằng bơm
nhiệt. Sau đây giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị sấy lạnh bằng bơm
nhiệt máy nén hơi buồng sấy dạng phòng làm việc theo quá trình sấy kín như trên
hình 1.4.

Hình 1-3. Sơ đồ q trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt
Chú thích:
1. Máy nén; 2. Dàn ngưng chính ( trong ); 3. Dàn lạnh; 4. Van tiết lưu; 5. Mắt
ga; 6. Phin lọc ẩm; 7. Bình chứa cao áp; 8. Bình tách lỏng; 9. Giá đỡ nguyên
liệu; 10. Vách phòng sấy; 11. Van nạp gas; 12. Dàn ngưng phụ ( ngoài ); 13.
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

22

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

Máng hứng nước; 14. Quạt dàn lạnh; 15. Quạt dàn ngưng chính.

Nguyên lý làm việc như sau: khơng khí đi qua giá đỡ ngun liệu sấy (9)
làm cho lượng ẩm chứa trong khơng khí ẩm tăng lên do ẩm từ nguyên liệu sấy
bay hơi vào, sau đó đi qua dàn lạnh (3) khơng khí ẩm được làm lạnh và khử ẩm
với điều kiện nhiệt độ dàn lạnh phải nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của khơng khí
ẩm trước khi vào dàn lạnh
Tại đây ẩm chứa trong khơng khí ẩm ngưng tụ trên bề mặt dàn lạnh và chảy
vào máng hứng (13), lượng nước ngưng tụ trên chính là lượng ẩm thốt ra từ
ngun liệu sấy.
Khơng khí đi qua dàn lạnh được tách ẩm và nhiệt độ hạ xuống rồi đi vào
dàn ngưng chính (2) nhiệt độ được tăng lên nhưng hàm ẩn vẫn không đổi, sau đó
được đi vào các giá đỡ nguyên liệu và các quá trình được lặp lại như trên. Khi
SV
nhiệt độ trong phòng sấy lớn, rờ le nhiệt độ sẽ tác động tới van điện từ ( 3 ) mở ra

để thải bớt nhiệt qua dàn ngưng phụ (12) ra ngoài, khi nhiệt độ buồng sấy thấp
SV
hơn nhiệt độ điều chỉnh thì van điện từ ( 3 ) đóng lại. Như vậy dàn ngưng phụ là

để thải bớt nhiệt ra ngoài để điều chỉnh nhiệt độ trong buồng sấy được ổn định
SV

theo ý muốn. Khi cần xả tuyết cho dàn lạnh van điện từ ( 2 ) mở ra và van điện từ
SV
cấp dịch ( 1 ) đóng lại.

Ưu điểm:
- Ít làm ơ nhiễm mơi trường bên ngồi, q trình sấy ở nhiệt độ thấp, thời
gian sấy nhanh nên chất lượng sản phẩm tương đối tốt.
- Hạn chế được sự lây nhiễm vi sinh vật từ mơi trường bên ngồi vào.
- Chi phí năng lượng thấp, năng lượng tiêu hao để tách 1kg ẩm thấp hơn so
với các phương pháp sấy khác.
Nhược điểm:
- Năng lượng tiêu hao cho hệ thống sấy thường chỉ dùng bằng điện năng, chi
phí vốn đầu tư ban đầu cho thiết bị lớn. Người sử dụng phải am hiểu về kỹ
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

23

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Đồ án sấy

thuật.
- Thiết bị sấy lạnh bằng bơm nhiệt ứng dụng để sấy các nguyên liệu có giá trị
kinh tế cao và nhạy cảm với nhiệt độ như khô mực, tôm khô, rong nho
khô…
Kết quả nghiên cứu sấy cá bằng phương pháp sấy lạnh cho chất lượng cảm
quan tốt hơn hẳn so với sản phẩm cá khơ sấy bằng khơng khí nóng được chụp

phim bản trên kính hiển vi, cá khơ được sấy lạnh ở chế độ sấy 350C, vận tốc gió 2
m/s và mực khơ được sấy nóng ở nhiệt độ 400C, vận tốc gió 2 m/s.
Trong q trình sấy lạnh hay sấy nóng cá nguyên liệu bị gia nhiệt và khử
ẩm từ thể lỏng qua thể hơi đã làm cho protein hòa tan của các sợi cơ đơng đặc và
biến tính, sự đơng đặc và biến tính protein phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian
sấy.
Thời gian sấy sấy càng lâu, nhiệt độ sấy càng cao thì tỷ lệ biến tính càng
nhiều, cũng như trong quá trình sấy các protein hình cầu duỗi ra và chuyển thành
protein hình sợi làm cho các mạch polypeptit gần nhau tiếp xúc với nhau, liên kết
lại với nhau chặt chẽ hơn. Do các mẫu mực sấy nóng thời gian sấy dài hơn và
nhiệt độ sấy cao hơn nên chất lượng cảm quan kém hơn hẳn so với cá khô được
sấy lạnh.
Parachayawarakorn và cộng sự nghiên cứu sấy tôm bằng phương pháp sấy
lạnh và kết quả cho thấy chất lượng về màu sắc của tôm sau khi sấy tốt hơn hẳn
so với các phương pháp sấy bằng không khí nóng.
Perera và Rahman đã so sánh một số thơng số của phương pháp sấy lạnh
( bơm nhiệt) so với các phương pháp sấy khác theo bảng 1.1 như sau:
Bảng 1.1. So sánh sấy lạnh với các hệ thống sấy khác.
Các thơng số

Sấy bằng
khơng khí nóng

Sấy chân
khơng

Sấy lạnh ( bằng
bơm nhiệt)

0,12 – 1,28

0,72 – 1,20

1,0 – 4,0

Hiệu suất sấy (%)

35 - 40

< hoặc = 70

95

Khoảng nhiệt độ làm việc (0C)

40 - 90

30 - 60

10 - 60

Biến thiên
Thấp

Thấp
Cao

10 - 65
Trung bình

SMER( kg nước/kWh)

Khoảng độ ẩm làm việc (0C)
Chi phí đầu tư
GVHD: TS. Trần Đại Tiến

24

SVTH: Huỳnh Văn Vũ


Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh
Chi phí vận hành

Đồ án sấy
Cao

Rất cao

Thấp

Qua bảng 1.1 cho thấy: hiệu quả năng lượng sấy (SMER) được phản ánh bằng
giá trị (kg nước/kWh) của phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt có giá trị lớn nhất
trong các phương pháp sấy là 1,0 đến 4,0, hiệu suất sấy cao và chi phí cho hoạt động
thấp đồng thời khoảng làm việc của độ ẩm và nhiệt độ lớn.
Trong khi đó SMER (kg nước/kWh) của phương pháp sấy bằng khơng khí nóng
chỉ đạt 0,12 đến 1,28 và phương pháp sấy chân không chỉ đạt 0,72 đến 1,20.
Với nguyên liệu thủy sản có giá trị kinh tế cao như cá thu, tơm, mưc,… có thành
phần axit amin, axit béo và một số thành phần khác khá cao nên cần phải sấy ở nhiệt độ
thấp cũng như thời gian sấy phải ngắn để hạn chế sự giảm chất lượng.

GVHD: TS. Trần Đại Tiến

25

SVTH: Huỳnh Văn Vũ