Nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và ảnh hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu vitamin trên mô hình máy sấy lạnh bằng bơm nhiệt của khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN




















NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 1 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp






GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 2 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Mục Lục
Lời cảm ơn 6
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp 7
Lời mở đầu 9
Danh mục các hình 11
Danh mục các bảng 12
Chương 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH 13
1.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh 13
1.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt 13
1.1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt 13
1.1.1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh 14
1.2. Sơ đồ nguyên lý, đặc điểm truyền nhiệt và truyền chất hệ thống sấy lạnh 15
1.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh 15
1.2.2. Đặc điểm quá trình truyền nhiệt, truyền chất 16

1.3. Phân loại hệ thống sấy lạnh 18

1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0
o
C 18
1.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0
o
C 19
1.4. Các thiết bị trong hệ thống lạnh 20
1.5. Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước 22
1.5.1. Các tác giả trong nước 22
1.5.2. Các tác giả nước ngoài 24
1.6. So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng 27
1.7. Đánh giá và kết luận 31
Chương 2. VẬT LIỆU SẤY LẠNH – XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VẬT
LIỆU SẤY LẠNH 33
2.1. Lựa chọn vật liệu sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài 33
2.1.1. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả 34
2.1.2. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm 35
2.2. Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấy
lạnh 37
2.3. Lý thuyết sấy rau quả 39
2.4. Một số phương pháp sấy rau quả 42
2.5. Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài 42
Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM
NHIỆT 44
3.1. Giới thiệu bài toán thiết kế và mô hình thiết kế 44
3.2. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 46
3.2.1. Giới thiệu vật liệu sấy 46
3.2.1. Xây dựng quy trình công nghệ sấy Cà rốt 47

GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 3 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
3.3. Xác định các thông số đầu vào của vật liệu 48
3.4. Tính toán lý thuyết chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 48
3.4.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy 51
3.4.2. Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy 53
3.4.3. Tính toán nhiệt quá trình 56
3.5. Tính toán lý thuyết chế độ sấy thải bỏ tác nhân 58
3.5.1. Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy 58
3.5.2. Tính toán nhiệt quá trình 60
3.6. Xác định kích thước buồng sấy 62
3.7. Cân bằng nhiệt cho quá trình 63
3.8. Tính toán quá trình sấy thực chế độ hồi lưu hoàn toàn 67
3.9. Tính toán quá trình sấy thực chế độ thải bỏ tác nhân 70
3.10. Kết luận về chế độ sấy 72
3.11. Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị phụ trợ 73
3.11.1. Các thông số nhiệt của môi chất lạnh 73
3.11.2. Tính toán chu trình bơm nhiệt 74
3.11.3. Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt 77
3.11.3.1. Dàn ngưng 77
3.11.3.2. Dàn bay hơi 82
3.11.4. Tính chọn máy nén 87
3.11.5. Tính chọn đường ống dẫn môi chất 91
3.11.5.1. Đường ống đẩy 91
3.11.5.2. Đường ống hút 91
3.11.6. Thiết bị hồi nhiệt 92
3.11.7. Tính toán trở lực và chọn quạt 97
Chương 4. KHẢO NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ TRÊN MÔ HÌNH MÁY
SẤY LẠNH 102
4.1. Mục đích 102

4.2. Phương pháp và phương tiện 103
4.3. Thí nghiệm xác định các thông số quá trình 103
4.3.1. Thí nghiệm xác định vận tốc tác nhân sấy 104
4.3.2. Xác định ẩm độ - nhiệt độ trung bình (to, φ
o
) của không khí 106
4.3.3. Thí nghiệm xác định độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy 106
4.3.4. Xác định R trung bình của vật liệu sấy và phương pháp cắt lát vật lệu 106
4.3.5. Thí nghiệm sấy ở chế độ hồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân 107
4.3.6. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm 113
4.4. Ứng dụng phần mềm Labview vào nghiên cứu thực nghiệm 113
4.5. Các tính chất ảnh hưởng đến quá trình sấy 117
Chương 5. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ 119
5.1. Chí phí nguyên liệu, nhiên liệu 119
5.2. Chi phí lao động 119
5.3. Chi phí khấu hao 119
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 4 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 121
6.1. Kết luận 121
6.2. Đề nghị 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO 123
Lời cảm ơn
Học tập là một quá trình lâu dài, mỗi giai đoạn đóng một vai trò quan trọng trong
việc hình thành nhân cách, đạo đức của mỗi con người. Từ những ngày bước chân vào
giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự quan
tâm chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô. Qua quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp 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 2010
Sinh viên thực hiện đề tài
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 5 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Nguyễn Anh
TuấnTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: MSSV:
Ngành: Công Nghệ Nhiệt – Lạnh Niên Khóa: 2006-2010
Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm và xác
định một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu
vitamin trên mô hình máy sấy lạnh bằng bơm nhiệt của khoa CN Nhiệt Lạnh
I/ Thông tin thực hiện đề tài:
13- Số liệu choo trước: Mô hình sấy lạnh của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh
II/ Nội dung đề tài:
13- Tìm hiểu công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy, các thiết bị trong hệ thống sấy
lạnh.
2- Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số thực phẩm và rau quả trong nước và thế
giới.
3- Trình bày các kết quả nghiên cứu về sấy lạnh trong nước và thế giới từ trước
đến nay.

4- Lựa chọn vật liệu sấy lạnh, xây dựng quy trình công nghệ và xử lý vật liệu trước
sấy 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 tác
nhân.
6.2 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ hồi lưu hoàn
toàn 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 mô
hình.
9- Bố trí thí nghiệm và thực hiện sấy thực nghiệm loại rau theo hướng nghiên cứu
của đề tài
10- Xác định một số yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy lạnh ở
hai chế độ sấy .
11- Kết luận rút ra từ thực nghiệm.
12- Hiệu quả kinh tế
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 6 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Xây dựng giá thành 1kg rau sấy
13- Các bản vẽ thiết kế
III/ Ngày giao nhiệm vụ: 01/03/2010
IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/06/2010
TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
ThS. Bùi Trung Thành
Lời mở đầu
Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt và
chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn 25-30% [20]. Nguyên
nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm

cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất
khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiên
cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kết
quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết
sức 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 sản
phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảo quản hạn
chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinh nghiện cổ
truyền, mang tính thủ công chấp vá. Công nghệ sấy ứng dụng trong chế biến rau quả
khô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc lộ nhiều hạn chế về công
nghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sản phẩm, chưa đáp ứng được các yêu
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 7 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
cầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phần dinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầu
tiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoài nước. Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình công
nghệ mới giải quyết những vấn đề này là thực sự cần thiết. Công nghệ sấy lạnh được
xem 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 nghệ
sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sản phẩm sấy giữ được nguyên màu sắc, mùi
vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêu chuẩn vệ sinh an
toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng sản phẩm tương
đương một số nước khác trên thế giới.
Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu. Tuy nhiên, để có một quy
trình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏi chúng ta phải
tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn. Được sự phân công đề tài “Nghiên cứu công nghệ
sấy lạnh, tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy sấy lạnh và xác định một số thông số ảnh
hưởng đến chất lượng sấy cho một số loại rau quả giàu vitamin trên mô hình máy sấy
lạnh bơm nhiệt của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu
những nguyên lý chung nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quy
trình sấy đối với từng loại rau quả khác nhau. Để giải quyết những vấn đề đó, đề tài

nghiên cứu những nội dung chính sau:
 Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệ
thống sấy lạnh.
 Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xây dựng quy
trình 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 hồi
lưu 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 tiên
tiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi với quy mô lớn
đáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 8 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
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 môđun 21
Hính 1-6. Sơ đồ công nghệ sấy rau quả 32
Hình 3-1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống và đồ thị quá trình sấy 43
Hình 3-2. Sơ đồ công nghệ sấy Cà rốt 45
Hình 3-3. Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt sử dụng trong hệ thống sấy lạnh 47
Hình 3-4. Đồ thị I-d chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 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 hoàn toàn 65
Hình 3-7. Đồ thị I-d chế độ sấy thực thải bỏ tác nhân 68
Hình 3-8. Sơ đồ tính toán 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
Hình 4-4. Sơ đồ các thông số chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn 108
Hình 4-5. Sơ đồ các thông số chế độ sấy thải bỏ tác nhân 110
Hình 4-6. Giao diện chương trình ứng dụng phần mềm Labview 114
Danh 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
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 9 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Bảng 3-1 Thông số trạng thái các điểm nút 74
Bảng 3-2 Thông số tiêu chuẩn của các điểm nút 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
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH
1.1. Giới thiệu phương pháp sấy lạnh
1.1.1. Khái niệm về bơm nhiệt
1.1.1.1. Lịch 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 thông 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 quá 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
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 10 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
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 hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…
Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt
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 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 không 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 không kìm hãm
quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường
quá trình dịch chuyển ẩm trong long vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó, ẩm
trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn hay
nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0
o
.
Quá 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 không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụ
nước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí. Trong quá trình này chỉ

GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 11 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
tuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí. Cấu trúc của dàn bay
hơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình vẽ (hình 1.2).
Hình 1-2. Hai phương thức trao đổi nhiệt thông qua buồng 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 không khí. Trong cách bố trí thứ hai (hình 1-2.b), dàn
bay hơi được xen vào dòng không khí ẩm trong khi không khí sạch lại được đưa toàn 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 quá trình
thông qua dàn ngưng tụ. Mô hình này thích hợp khi không khí môi trường khô (độ ẩm
tương đối thấp), nhưng nó lại không kinh tế, bởi vì dòng khí thải tương tự như không
khí bên trong. Trong cả hai mô hình trên, khí thải từ buồng sấy có thể được hồi lưu lại đi
đến dàn bay hơi nghĩa là không khí có thể tuần hoàn toàn bộ hay từng phần. Ta có đồ thị
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 lạnh
1.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh
Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ
chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 12 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề
mặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí
có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên 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 không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng
mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra
ngoài để bay hơi làm khô vật. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề
mặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể

nhỏ hơn 0
o
C.
Hình1-4. Sơ đổ hệ thống sấy lạnh
1.2.2. 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 bốc
hơi và quá trình gia nhiệt bằng chính dàn ngưng tụ trong các máy lạnh. Yếu tố có tính
quyết định ở đây là quá trình làm lạnh không khí trong dàn lạnh, từ đây sẽ nhận được
không khí có nhiệt độ và độ chứa hơi (d) nhỏ đảm bảo cho quá trình truyền nhiệt, truyền
chất giữa vật sấy và tác nhân sấy trong buồng sấy xẩy ra ở điều kiện gradient nhiệt độ
và gradient áp suất cùng chiều, không có giai đoạn nào xẩy ra hiệu ứng Luikov A.V. cản
trở quá trình sấy như trong phương pháp sấy nóng.
Vì vậy, ngoài việc tính toán, thiết kế hệ thống nói
chung thì điều tối cần thiết là chế độ làm việc của
dàn lạnh hay nói cách khác 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 qua
giai 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 d
h
, dạng lỏng d
l
và dạng rắn d
r
, entanpi H của
không khí ẩm:
H= t
b
+ (2500+1,93t
b

)d
h
+ 4,18d
1
t
b
+ (-335+2,1 t
b
)d
r
, kJ/kgkk (1.1)
Trong quá trình khử ẩm ở dàn lạnh, chiều dài đường đi của dòng không khí là yếu tố
có tính quyết định, theo đó mà lưu lượng thể tích không khí cũng như công suất nhiệt
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 13 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
( )
2
3
/
, /
h
d P T
d m
kg m K
dVdt Rdt
=
- trao đổi sẽ thay đổi, không khí được làm lạnh đến nhiệt
độ điểm sương t
s
. Trên một đơn vị dài quan hệ truyền nhiệt, truyền chất này có thể biểu

diễn 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 =1,23
kJ/m
3
K).
* r - Nhiệt ngưng tụ (r=2500 kJ/kg đối với hơi nước ở 0
0
C).
*
( )
2
h
3
d P /T
d m
= ,kg/m K
dVdt R.dt
- là nước ngưng theo đường

100%
ϕ
=
(ứng với 1m
3
không khí ẩm khi nhiệt độ giảm đi 1K) và thay đổi nhanh qua nhiệt độ theo biểu
thức:

2
3
h
d(P /T)
d m
= ,kg/m K
dVdt R.dt
(1.3)
Trong đó:
- P
h
- 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/kgK
Mặt khác có thể tính nhiệt lượng do không khí truyền cho môi chất lạnh tương ứng với
mỗi đơn vị dài của thiết bị bay hơi bơm nhiệt:

( )
2
0
d Q
=k T-T ,W/m (1.4)
dτ.dx

Với K
1
là hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi [W/mK].
Từ các cơ sở trên ta có quan hệ:

'
s
0 0
'
1 0
X T -T
c
=- ln
X K T -T
(1.5) với
' 3
K.X
K = [J/m K]
dV/dτ
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 14 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Là thông số đặc trưng cho công suất của thiết bị bốc hơi của bơm nhiệt (thường khoảng
1kJ/m
3
K), X[m] là chiều sâu của thiết bị bốc hơi, X
0
[m] là khoảng cách từ đầu thiết bị
vào thiết bị bốc hơi đến điểm xuất hiện quá trình ngưng đọng ẩm, T
s

là nhiệt độ đọng
sương, 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 lạnh
1.3.1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0
0
C
a. Hệ thống sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biến
thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấy
được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 0
0
C, áp suất tác nhân
sấy bao quanh vật P< 620 Pa [19]. Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từ
trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí vào môi trường. Như vậy, trong các hệ thống sấy
thăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vật xuống dưới 0
o
C.
 Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sản
phẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…)
 Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không, máy lạnh (để kết
đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)
- Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng
cao.
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 không
trong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0
o

C, 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 sẽ
chuyển 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 kiện
vệ 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 sản
phẩm quý, dễ biến chất.
- Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thống
sấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu quí hiếm, không chịu được nhiệt
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 15 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
độ cao. Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, không
phổ biến.
1.3.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0
0
C
a) 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 trường
sấy có nhiệt độ khá thấp, có thể bằng hoặc bé hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 15
0
C.
 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 (phụ
thuộc vào nhiệt độ sấy).
 Nhược điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dụng và
máy 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 hoàn
nguyên 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 bị
giảm.
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 môi
trường sấy. Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt
độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy. Khác với các
thiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng và
dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng
đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môi
trường 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, hiệu
quả sử dụng nhiệt cao
- Bảo vệ môi trường, vận hành an toàn.
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 16 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
- Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng
chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưng
trong
- 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 liệu

sấy và tác nhân sấy không lớn.
- Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc.
1.4. 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 mức
nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt
và 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 sử
dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ở
thiết 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 cầu
đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt
độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến nay người ta vẫn sử dụng các loại môi
chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy 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: 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 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.
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 bị
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
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 17 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính toán cũng giống như các
chế 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 phát
từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao
hơn. 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 đa
nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng ngừa
hư hỏng các thiết bị khi chế độ 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.
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 với
từng 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 cơ
diesel hoặc động cơ gió…vv
 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 hỗ 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
cũng có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nước
giếng là môi trường cấp nhiệt. Cũng 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 hỗ 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…
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 đây
là tổng quan một số công trình nghiên cứu:
1.5.1. Các tác giả trong nước

GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 18 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Tác giả Phạm Văn Tùy và các công sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thành
công hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tại
công 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 bơm
nhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun. Để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400
kg/ngày hiện nay vẫn còn được sử dụng cho phòng sấy lạnh số 2 và số 3 Nhà máy thực
phẩm Việt Trì- Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà. Thông số nhiệt độ không khí buồng
sấy 22-28
0
C, độ ẩm 30-40%. Sơ đồ nguyên lý hệ thống như hình 1-5.

Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun
Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramem của Cộng
Hòa Liên Bang Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo
caramem và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng 4 máy
lạnh Trane TTK 530 công suất mỗi máy là 30.000 Btu/h hiện nay đang sử dụng cho
phòng bao gói kẹo cứng thuộc Xí nghiệp Công ty CP Bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặt
từ 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 phương
án dùng máy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liên tục và
giảm chi phí bảo dưỡng. Tuy nhiên, nó còn có nhược điểm là cồng kềnh, sử dụng nhiều
quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi bột nên phải bảo dưỡng động cơ lại
phải 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 tạo
máy 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 thiết
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 19 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp

bị xử lý không khí được chế tạo dạng tổ hợp gọn có thể đặt ngoài nhà, trong nhà hay
trong buồng sấy và tốc độ không khí có thể thay đổi để phù hợp với yêu cầu của vật liệu
sấy khác nhau.
Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất
có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm phù hợp với thực tế tại
Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù
hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dưỡng và không cho
phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn. Các hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệ thống
sấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu sấy, cấu trúc của
dàn lạnh sử dụng, … nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đối tượng sấy, tuy
nhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế. Do đó, cần phải tiếp
tục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các quá trình, các giới hạn kỹ thuật và các vấn
đề tự động điều chỉnh không chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy cũng như
của 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 của các
yếu tố như: vận tốc gió V
ar
, chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuếch tán quá trình sấy
D
ef
trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt. Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống là
R22. Hệ thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí. Nhiệt
độ không khí trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40
o
C đến 56
o
C. Vận tốc gió thay đổi
từ 1,6 m/s đến 4,4 m/s, chiều dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14,2 mm. Khối
lượng vật liệu sấy ở mỗi mẻ là 300g, thời gian sấy là 8h/mẻ. Dựa vào các quan hệ lý

thuyết tính toán hệ số khuếch tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kết hợp
với số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui xác định hệ
số khuếch tán D
ef
như sau:
D
ef
=4,2625 - 0,61922.V
ar
+ 0,380538.V
ar
2
+ 1,012517.L – 0,90343.V
ar
.L (1.6)
Phương trình (1.6) cho thấy rằng ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng như
mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuếch tán D
ef
. Ở đây, ảnh hưởng của tốc độ gió
V
ar
là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của vật liệu sấy. Phương trình (1.6) cũng cho biết
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 mặc dù
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 20 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuếch tán. Điều này cũng được chính tác giả
khẳng định trong nghiên cứu của mình. Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá về
ảnh hưởng của các yếu tố này.
 Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj [19] đã tiến hành nghiên cứu 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 nhiệt và
truyền ẩm giữa vật liệu và không khí cho một phân tố thể tích vật liệu sấy như sau:
 Phương trình truyền ẩm

( )
e
M
k M M
t
∂
= − −
∂
(1.7)
Trong đó: M - độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại thời điểm t
M
e
- độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, được xác định bằng thực nghiệm
t - thời gian sấy, s
k - hằng số sấy [1/s], được xác định như sau:
( )
k=0,2865.exp 0,179.T
a
(1.8)
Giải phương trình (1.7) ta xác định được độ ẩm của vật liệu khi sấy tại thời điểm t như
sau:

( )
0

0
. .
kt
kt
e e
M M M M e e
−
= + −
(1.9)
Với M
0
: độ ẩm của vậ liệu sấy tại thời điểm t
0
= 0
 Phương trình cân bằng chất

.
p
a
G
W M
x G y
∂ ∂
= −
∂ ∂
(1.10)
Với: W - độ chứa hơi của không khí
x - chiều dày của vật liệu sấy
G
p

- lưu lượng vật liệu sấy chuyển động qua băng tải, kg/m.s
G
a
- lưu lượng không khí chuyển động qua băng tải, kg/m
2
.s
y - quãng đường dịch chuyển của vật liệu sấy, m
Giải phương trình (1.10), thu được công thức xác định sự thay đổi của độ chứa hơi W
theo chiều dày vật liệu sấy (giả thiết tính chất của vật liệu sấy là đồng đều theo phương
dịch chuyển y):
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 21 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp

0
. .
P
a
G
M
W W x
G y
∂
= −
∂
(1.11)
 Phương trình cân bằng năng lượng

( )
( ) ( )
( )

. . / .
. .
cv a pw a g
a
a pa pw
h G G W x T T
T
x
G C C W
+ ∂ ∂ −
∂
= −
∂
+
(1.12)
Trong đó: T
a
- nhiệt độ của không khí sấy,
0
C
T
g
- nhiệt độ của vật liệu sấy,
0
C
h
cv
- hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/m
3
.ph.K

C
pa
- nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgK
C
pw
- nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kgK
Giải phương trình (1.12), xác định được nhiệt độ không khí tại đầu ra:

( )
( / ).
0
.
d a x
a g g
a
T T a T T
= + −

Trong đó:

( )
. .
a pa pw
a G C C W
= +

. .
cv a pw
W
d h G C

x
 
 ÷
 
∂
= +
∂
T
a0
- Nhiệt độ không khí tại vị trí ban đầu x
0
= 0,
0
C

Phương trình truyền nhiệt

( )
( )
( )
( )
( )
. . .
(1.13)
. .
cv a g a g pw g
pl
g
p pg
pl

W
h T T G L C C T
T
x
y
G C M C
 
 
 ÷
 ÷
 
 ÷
 ÷
 ÷
 
∂
− − + −
∂
∂
=
∂
− +
Trong đó: L
g
- nhiệt ẩn hóa hơi của nước trong vật liệu sấy, kJ/kg
C
pg
- nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kgK
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 22 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp

C
pl
- nhiệt dung riêng của nước, kJ/kgK
Giải phương trình (1.13) ta sẽ tìm được sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu sấy:

( )
( )
( )
0
/
0
1
. (1.14)
y y h
g
g
T f gT e f
g
−
 
 ÷
 
= + −
Ở đây:

( )
0
. . . ; . .
cv a g cv pw a
a

pl
W W
f h T G L g h C C G
x x
 
 ÷
 
∂ ∂
= − = − + −
∂ ∂

( )
. .
p pg
pl
h 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 trình
công nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng
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 tác
nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước P
am
trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi
trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công
thức:
φ =
o

r
p
p
= exp






−
ro
h
p
ρ
δρ
2
(1.15)
Trong đó P
r
- áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m
2
P
o
- áp suất trên bề mặt thoáng, N/m
2
Δ - Sức căng bề mặt thoáng,N/m
2
ρ
h

- mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m
3
ρ
0
- mật độ dịch thể, kg/m
3
Như vậy trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi
nước 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.
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 23 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy
mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật P
hb
và phân áp suất hơi nước
trong tác nhân sấy P
h
tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu
sấy 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 lưu
Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là
không khí nóng hoặc khói lò. Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ
thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động….
 Hệ thống sấy tiếp xúc
Vật 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 vật
liệu sấy. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang…
 Hệ thống sấy bức xạ

Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vật
liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường. Ở đây người ta tạo ra độ chênh phân
áp 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 trường
Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện
và 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 pháp
sấy 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, hơi
nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điện
năng.
- 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
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 24 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ án tốt nghiệp
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy P
h
nhờ
giảm độ chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:
P
h
=
d
dB

+
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 thể
trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0
o
C) và cũng có thể nhỏ hơn 0
o
C.
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, măng
cụt, hành tây, hỗn hợp dịch ép gừng và bột avicel,… đã được sấy thử nghiệm với
khoảng thông số nhiệt độ sấy t = 25
0
C đến 40
0
C, tốc độ gió
ω=2,2-4m/s
. Kết quả sản
phẩm sau thí nghiệm có các đặc điểm về màu sắc, mùi vị, hàm lượng chất dinh dưỡng
và trạng thái vật sấy được bảo toàn hơn hẳn các công nghệ sấy nóng truyền thống, ngay
cả khi so sánh với kỹ thuật sấy hiện đại bằng tia hồng ngoại. Điều đó chứng tỏ những
đặc điểm ưu việt của công nghệ sấy lạnh trong việc ứng dụng sấy những loại rau quả
giàu 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 lạnh
sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sở Công Nghiệp Hà Nội
dựa trên các tiêu chí về chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, thời gian sấy, chi phí

đầu 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 với
phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại [Viện Công Nghệ Thực Phẩm,
sở Công Nghiệp Hà Nội]
Thứ
tự
Phương Pháp sấy
Chỉ tiêu so sánh
Sấy nóng
Sấy thăng hoa
và chân không
Sấy lạnh sử dụng
máy hút ẩm kết
hợp máy lạnh
GVHD: ThS. Bùi Trung Thành 25 SVTH: Nguyễn Anh Tuấn