Thiết kế hệ thống sấy mít nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt

Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 1

MỤC LỤC Trang
LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………. 4
PHẦN MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY 7
1.1. Vật liệu ẩm 7

1.1.1. Độ ẩm của vật liệu …………………… 7
1.1.2. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu 9
1.2. Quá trình ñốt nóng và làm lạnh .11
1.2.1 Quá trình ñốt nóng và ñôt nóng tăng ẩm 11
1.2.2 Quá trình làm lạnh và làm lạnh khử ẩm 11
1.3. Các phương pháp sấy 12

1.3.1. Phương pháp sấy nóng 12
1.3.2. Phương pháp sấy lạnh 14
1.3.3. Sơ ñồ thiết bị và trạng thái tác nhân sấy của hệ thống sấy lạnh …… 16
1.4. Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt ……………………………………. 17
1.4.1. Thế sấy ………………………………………………………………. 17
1.4.2. So sánh hai phương pháp sấy lạnh ………………………………… 18
1.4.3. Đặc tính của quá trình sấy lạnh …………………………………… 20
CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT VỀ BƠM NHIỆT ……………………………… 22
2.1. Khái quát về bơm nhiệt ………………………………………………… 22
2.2. Nguyên lý hoạt ñộng ………………… 23
2.3. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt 24
2.4. So sánh các phương án cấp nhiệt …… 25
2.5. Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt 27
2.6. Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân …….………………. 29

CHƯƠNG 3 : CÔNG NGHỆ SẤY RAU QUẢ ………………………………… 34
3.1. Sơ lược về các sản phẩm rau quả 34
3.2. Công nghệ sấy rau quả ……… 34
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sấy 36
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 2
3.4. Sơ lược về quả Mít ……………………………………………… ………. 37
CHƯƠNG 4 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ
TRÌNH SẤY …………………… 39
4.1. Lựa chọn phương án sấy ……………………………………………… 39
4.2. Chọn loại thiết bị sấy 39
4.3. Các thông số tính toán ………………………………………….……… 40
4.3.1 Vật liệu sấy ……………………………………….………….……… 40
4.3.2. Tác nhân sấy …………………………………….………….……… 40
4.4. Tính toán kích thước buồng sấy …………………………………… 41
4.5. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I-d 42
4.5.1 Đồ thị I-d ………………………………… ………………………… 42
4.5.2 Tính toán quá trình sấy ……………………………………………… 43
4.6. Xây dựng quá trình sấy thực tế trên ñồ thị I-d ……………………….…… 46
4.6.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế ………………………………46
4.6.2 Đồ thị I-d ……………………………………………………………… 51
4.6.3 Tính toán quá trình sấy thực tế ………………………………… …… 52
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT ……………………… 55
5.1 Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất …………………………. 55
5.1.1 Chọn môi chất nạp ……………………………………………… … 55
5.1.2 Nhiệt ñộ ngưng tụ ……………………………………………… …… 55
5.1.3 Nhiệt ñộ bay hơi ……………………………………… …………… 55
5.1.4 Nhiệt ñộ hơi hút ……………………………………………….……… 55
5.1.5 Nhiệt ñộ quá lạnh ………………………………………….………… 56
5.2 Chọn và tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh ……………………… 56

5.2.1 Chọn chu trình ………………………… ………………………… 56
5.2.2 Sơ ñồ, nguyên lý làm việc …………………………………… ……. 56
5.2.3 Xây dựng ñồ thị và lập bảng xác ñịnh các giá trị tại các ñiểm nút 57
5.2.4 Tính toán chu trình ………………………………… ……………… 58
5.3 Tính toán các thiết bị trao ñổi nhiệt của bơm nhiệt …………………… … 59
5.3.1 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí) ………………… … …… 59
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 3
1. Chọn loại dàn ngưng …………………………………… ………… 60
2. Các thông số cho trước ……………………………………………… 60
3. Tính diện tích trao ñổi nhiệt …………………………………… …… 61
4. Tính các thông số cụ thể của dàn ngưng ……………………… ….…. 65
5.3.2 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí) ……… ……… … …… 65
1. Chọn loại dàn bay hơi …………………………………………… … 66
2. Các thông số cho trước ……………………………………… … … 66
3. Tính diện tích trao ñổi nhiệt ……………………………….…… …… 67
4. Tính các thông số cụ thể của dàn bay hơi …………………….… … 70
5.3.3 Thiết bị hồi nhiệt ………………………………………… ….…… 71
1. Tính chọn ñường kính ống …………………………………………… 72
2. Tính toán diện tích trao ñổi nhiệt ……………………………………… 73
5.4 Tính chọn máy nén …………………………………………… …… … 76
5.4.1. Tính toán chu trình ở chế ñộ yêu cầu …………………….…….… 77
5.4.2. Tính toán năng suất lạnh tiêu chuẩn ……………………………….…. 77
5.4.3. Chọn máy nén ………………………………………….…………… 78
5.4.4. Tổn thất năng lượng và công suất ñộng cơ ……………………….… 79
5.5 Chọn Đường ống dẫn môi chất …………………………… ……… ……. 79
5.5.1 Đường ống ñẩy ……………….……………………………………… 79
5.5.2 Đường ống hút ……………………………………….… ………… 80
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT ……………… … 81
6.1 Tính toán ñường ống dẫn tác nhân sấy …………………………………… 81

6.2 Tính toán trở lực của hệ thống …………………………………………… 82
6.2.1. Tổn thất áp suất trên ñường ống gió ………………………………… 82
6.2.2. Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống ………………………………. 83
6.3 Chọn quạt ………………………………………………………………… 84
CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN THỜI GIAN HOÀN VỐN ……………………….85
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. 89


Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 4

Lêi C¶m ¬n

Trong suốt gần năm năm học tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Em ñã
ñược sự dạy dỗ ân cần và giúp ñỡ tận tình của các thầy cô giáo trong trường, ñặc
biệt là các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh. Em xin chân
thành cảm ơn:
 Toàn thể giáo viên trong trường Đại học Bách Khoa ñã dạy dỗ, giúp ñỡ em
trong suốt quá trình học tập.
 Toàn thể thầy giáo, cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh ñã
cung cấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập.
 Gia ñình và bạn bè ñã cổ vũ, ñộng viên, khích lệ em trong suốt thời gian ngồi
trên giảng ñường ñại học.
 Đặc biệt, em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo:
PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng. Thầy ñã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp
ñỡ em trong thời gian qua ñể em có thể hoàn thành tốt ñồ án tố nghiệp của
mình.
Trong quá trình tính toán, thiết kế ñồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong ñược sự chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô ñể em có thêm những

kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào ñời.

Đà Nẵng , Tháng 05/2007
Sinh viên thực hiện
Cao Văn Sơn






Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 5

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn ñề tài
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió mùa nóng ẩm, có bờ biển dài hơn
3000 Km, ñộ ẩm không khí thường trên 70%, nhiệt ñộ cao nhất có thể lên tới 38
o
C.
Khí hậu nóng ẩm là ñiều kiện thuận lợi ñể nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại
phát triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng,
thuốc chữa bệnh…. Bên cạnh ñó, nước ta lại là một nước nông nghiệp, trình ñộ
khoa học kỹ thuật còn lạc hậu. Có nhiều ñịa phương do không có trang bị kỹ thuật
bảo quản hoa quả, nông sản sau thu hoạch nên thường bán thốc bán tháo với giá rẻ
khi mùa thu hoạch ñến. Có khi giá trị ñạt ñược chỉ khoảng 20% so với giá trị thực
của nó. Để tránh ñược tình trạng ñó và ñể ña dạng hoá các loại sản phẩm nông
nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông
dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch là một yêu cầu
cần thiết trong thời gian hiện nay.

Ngày nay, nhu cầu về chất lượng của sản phẩm ngày càng ñòi hỏi khắt khe, ñặc
biệt là các loại sản phẩm cần giữ màu sắc và mùi vị như kẹo, hoa quả, thuốc chữa
bệnh…. Hơn nữa, trong những năm gần ñây, Việt Nam ñã có nhiều bước tăng
trưởng mạnh về nông - lâm - ngư nghiệp. Để có thể cạnh tranh ñược trong thời kỳ
hội nhập WTO thì bắt buộc các sản phẩm sấy của chúng ta phải ñảm bảo chất lượng
và uy tín cao.
Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt ñộ cao có thể phá huỷ các
chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm
thay ñổi chất lượng sản phẩm. Vì thế, sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một
phương pháp bảo quản sau thu hoạch ñáp ứng ñược những yêu cầu khắt khe về chất
lượng sau khi sấy. Bởi vì tác nhân sấy có ñộ ẩm thấp, nhiệt ñộ sấy thấp nên quá
trình sấy xẩy ra tại nhiệt ñộ thấp hơn so với các phương pháp sấy thông thường do
ñó hạn chế ñược sự thay ñổi không có lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản
phẩm.
Như vậy, việc tìm tòi và phát triển rộng rải các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh thực
phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dược liệu là một yêu cầu cấp bách khuyến
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 6
khích phát triển nông nghiệp, chuyển ñổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt hàng
thay thế nhập khẩu và xuất khẩu ra thị trường thế giới, tiết kiệm năng lượng, giảm
vốn ñầu tư và giá thành sản phẩm.
Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh ñược xem là có khả năng tiết kiệm năng lượng
nhất hiện nay [10]. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng ñể hút ẩm và
sấy lạnh thấy rằng bơm nhiệt có rất nhiều ưu ñiểm và rất có khả năng ứng dụng
rộng rải trong ñiều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ñáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh ñặc biệt phù hợp với những
sản phẩm cần giữ trạng thái, màu mùi, chất dinh dưỡng và không cho phép sấy ở
nhiệt ñộ cao, tốc ñộ gió lớn [11].
Hiện nay ñã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm
nhiệt và ñã có hiệu quả thực tiễn cao. Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào nói rõ việc

tính toán thiết kế một hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt cụ thể. Vì vậy, Em ñã
mạnh dạn chọn ñề tài: “Thiết kế hệ thống sấy Mít nhiệt ñộ thấp sử dụng bơm nhiệt”
ñể làm ñề tài tốt nghiệp cho mình.
Nội dung nghiên cứu
- Lý thuyết về kỹ thuật sấy.
- Lý thuyết về bơm nhiệt.
- Sơ lược về công nghệ sấy hoa quả.
- Tính toán thiết kế hệ thống sấy Mít sử dụng bơm nhiệt.
- Tính toán kinh tế của hệ thống.
- Kết luận.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên lý thuyết trong các tài liệu, tiến hành tính toán thiết kế hệ thống sấy lạnh
dùng bơm nhiệt. Từ ñó ta rút ra kết luận và ứng dụng của nó trong thực tiễn.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài có thể chỉ rõ ñược hiệu quả của việc sử dụng bơm nhiệt trong sấy ở nhiệt
ñộ thấp so với hệ thống sấy nóng. Trên cơ sở tính toán, ta có thể lựa chọn công suất
của bơm nhiệt sao cho phù hợp với hệ thống.


Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 7

Chương 1

LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY
1.1 Vật liệu ẩm
Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước
trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như các loại nông sản
(lúa, ngô, ñậu,…), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt
các chi tiết kim loại.v.v [3]

1.1.1 Độ ẩm của vật liệu
Các vật ñem sấy ñều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng ñáng kể.
Trong quá trình sấy, ẩm trong vật bay hơi, ñộ ẩm của nó giảm. Trạng thái của vật
liệu ẩm ñược xác ñịnh bởi ñộ ẩm và nhiệt ñộ của nó.
1. Độ ẩm tuyệt ñối
Độ ẩm tuyệt ñối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật
khô tuyệt ñối. Kí hiệu: w
0
. Ta có:
w
0


=
k
n
G
G
100 [%]. (1.1)
Trong ñó: + G
n
- khối lượng ẩm chứa trong vật liệu [kg]
+ G
k
- khối lượng vật khô tuyệt ñối [kg]
2. Độ ẩm toàn phần.
Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật
ẩm. Ký hiệu: w. Ta có:
w =
G

G
n
100 [%]. (1.2)
Trong ñó: G - khối lượng vật ẩm: G = G
n
+ G
k
[kg]
Quan hệ giữa ñộ ẩm tuyệt ñối và ñộ ẩm toàn phần:
w
0
=
w
w
−
100
100 [%]. (1.3)
3. Độ chứa ẩm
Là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt ñối. Kí hiệu:
u, [kg ẩm/ kg vật khô]. Được tính theo công thức:
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 8
u =
k
n
G
G
, [kg ẩm/kg vật khô] (1-4).
Nếu ñộ chứa ẩm phân bố ñều trong toàn bộ vật thể thì ta có quan hệ sau:
w

o
= 100.u [%]
Hay u =
100
o
w
, [kg/kg] (1-5).
4. Nồng ñộ ẩm
Kí hiệu: N, [kg/m
3
].
Là khối lượng ẩm chứa trong 1m
3
vật thể. Ta có:
N =
V
G
n
, [kg/m
3
] (1-6).
Trong ñó: V- Thể tích vật, m
3
Nếu gọi
k
ρ là khối lượng riêng của vật khô tuyệt ñối thì từ (1-4) và (1-6) ta có:

k
uN ρ.= (1-7)
Nếu giả thiết thể tích của vật không thay ñổi trong quá trình sấy, tức là V = V

k
.
V
k
là thể tích của vật khô tuyệt ñối, ta có:

0
.ρuN= (1-8)
Trong ñó:
V
G
k
=
0
ρ là khối lượng của vật khô tuyệt ñối.
5. Độ ẩm cân bằng
Là ñộ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật ñó.
Khi ñó ñộ chứa ẩm trong vật là ñồng ñều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật
ẩm bằng phân áp suất hơi nước có trong môi trường tác nhân sấy. Kí hiệu: W
cb
,
u
cb

Trong kỹ thuật sấy, ñộ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng ñể xác ñịnh giới hạn
quá trình sấy và ñộ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi loại vật liệu trong
những ñiều kiện môi trường khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 9
1.1.2. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu

Khi nghiên cứu quá trình sấy cần phải xác ñịnh các dạng tồn tại và các hình thức
liên kết giữa ẩm với vật khô. Vật ẩm thường là tập hợp của 3 pha: rắn, lỏng và hơi.
Các vật rắn ñem sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong
kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và ẩm lỏng.
Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm trong
vật. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong ñó cách phân loại của P.H.
Rôbinde ñược sử dụng rộng rãi hơn vì nó nêu ñược bản chất hình thành các dạng
liên kết ẩm trong vật liệu. Theo cách này, tất cả các dạng liên kết ẩm ñược chia
thành 3 nhóm chính là: liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý.
1. Liên kết hoá học
Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử. Lượng ẩm trong liên kết hoá
học chiếm tỉ lệ nhất ñịnh. Liên kết ion ñược hình thành bởi những phản ứng hoá học
rất bền vững. Muốn phá vỡ các liên kết này phải dùng các phản ứng hoá học hoặc
nung ñến nhiệt ñộ rất cao. Còn liên kết phân tử ta có thể quan sát qua quá trình kết
tủa của các dung dịch. Vật liệu khi bị tách ẩm liên kết hoá học thì tính chất của nó
thay ñổi. Nói chung trong quá trình sấy (nhiệt ñộ từ 120÷150
o
C) không tách ñược
ẩm liên kết hoá học, quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hoá lý của vật.
2. Liên kết hoá lý
Thể hiện dưới dạng liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu. Lượng ẩm trong liên
kết hoá lý không theo tỉ lệ nhất ñịnh nào.
+ Liên kết hấp thụ:
Trong các vật ẩm ta gặp những vật keo. Vật keo có cấu tạo dạng hạt. Bán kính
tương ñương của hạt từ 0,001÷0,1µm. Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên
trong rất lớn, vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do ñáng kể. Khi tiếp xúc với không
khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm sẽ xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này
tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt.
+ Liên kết thẩm thấu:
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh

SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 10
Liên kết thẩm thấu là liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch
nồng ñộ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi
nước. Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho
vật biến dạng. Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với bình
thường và không chứa các chất hòa tan vì các chất hoà tan sẽ không thể khuếch tán
vào trong tế bào cùng với nước.
3. Liên kết cơ lý
Đây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn ñịnh, ñược hình thành do
sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết
cơ học ñược chia làm ba dạng: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính
ướt.
+ Liên kết cấu trúc:
Được hình thành trong quá trình hình thành vật (ví dụ như quá trình ñông ñặc ).
Để tách nước trong trường hợp này có thể dùng phương pháp nén ép, làm cho nước
bay hơi hoặc phá vỡ cấu trúc của vật Sau khi tách nước, vật bị biến dạng nhiều, có
thể thay ñổi tính chất, thậm chí có thể thay ñổi cả trạng thái pha.
+ Liên kết mao dẫn:
Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản, ví dụ như gỗ, vải Trong các vật thể này có
vô số các mao quản. Các vật thể này khi ñể trong không khí, nước sẽ theo các mao
quản xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này ñặt trong môi trường không khí ẩm thì
hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật
thể. Tách ẩm liên kết mao dẫn bằng phương pháp làm cho ẩm bay hơi hoặc ñẩy ẩm
ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn
giữ ñược kích thước, hình dáng và các tính chất hoá lý.
+ Liên kết dính ướt:
Được hình thành do nước bám dính vào bề mặt vật với góc dính ướt <90
o
C và
dính ướt nhờ vào sức căng bề mặt. Ẩm liên kết dính ướt ñược tách khỏi vật dễ dàng

bằng phương pháp bay hơi, ñồng thời cũng có thể tách ra bằng các phương pháp cơ
học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 11
1.2 Quá trình ñốt nóng và làm lạnh
1.2.1 Quá trình ñốt nóng và ñốt nóng tăng ẩm
1) Quá trình ñốt nóng không tăng ẩm
Qúa trình này xảy ra
nhờ thiết bị trao ñổi
nhiệt (calorife) trong hệ
thống sấy. Giả sử không
khí tại ñiểm A(t
0
,
0
ϕ )
ñược ñốt nóng không
tăng ẩm ñến ñiểm
B(t
1
,
1
ϕ ). Đặc trưng của
quá trình ñốt nóng là
nhiệt ñộ tăng nhưng
lượng chứa ẩm d không
ñổi.
2) Quá trình ñốt nóng tăng ẩm
Quá trình ñốt nóng tăng ẩm thường ñược sử dụng trong kỹ thuật xử lý không khí
bằng cách phun nước hoặc hơi nước có nhiệt ñộ cao hơn nhiệt ñộ không khí vào

không khí. Chẳng hạn, không khí ở trạng thái A(t
0
,
0
ϕ ) cần ñốt nóng tăng ẩm ñến
trạng thái N(t
n
,
n
ϕ ) (t
n
>t
0
;
0
ϕϕ >
n
) thì quá trình ñó ñược biểu diển trên ñồ thị theo
ñường AN, trong ñó N là giao ñiểm của 2 ñường t = t
n
= const và
n
ϕϕ = = const.
1.2.2 Quà trình làm lạnh và làm lạnh - khử ẩm
Quá trình làm lạnh ngược với quá trình ñốt nóng. Trong quá trình này nhiệt ñộ
giảm và ñộ ẩm tương ñối tăng lên.
1) Quá trình làm lạnh ñẳng entanpi
Quá trình này xẩy ra khi phun nước có cùng nhiệt ñộ với không khí vào không
khí. Chẳng hạn không khí tại ñiểm A ñược làm lạnh ñẳng entanpi ñến nhiệt ñộ t
1

nào ñó thì ñiểm cuối của quá trình làm lạnh B
1
’ là ñiểm cắt nhau giữa ñường I = I
0
=
A
d
0
d
n
N
I, kJ/kg kkk
B
1
t
0
d kg/kg
kkk
0
t
1
t
n
n
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 12
const và ñường t = t
1
=

const. Nếu muốn khử ẩm
theo quá trình làm lạnh
ñẳng entanpi thì không
khí ở ñiểm B
1
’ phải
ñược tiếp tục làm lạnh
ñến trạng thái bảo hoà
B
2
” có nhiệt ñộ ñọng
sương t
S1
.

Điểm B
2
”
chính là giao ñiểm của
ñường I = I
0
= const và
ñường
ϕ
= 100%. Nếu không khí tại ñiểm B
2
” tiếp tục ñược làm lạnh thì quá trình
khử ẩm bắt ñầu và sẽ diễn ra dọc theo ñường
ϕ
= 100% về phía d giảm.

2) Quá trình làm lạnh ñẳng ẩm
Quá trình này xẩy ra khi không khí ẩm ở một trạng thái nào ñó bị mất nhiệt do
trao ñổi nhiệt với môi trường. Do ñó lượng chứa ẩm của nó không ñổi. Không khí
tại ñiểm A ñược làm lạnh theo quá trình d = const ñến nhiệt ñộ ñọng sương t
S2
thì
ñiểm ñọng sương B
3
’ sẽ là giao ñiểm của ñường d = d
o
= const và ñường
ϕ
=100%.
Tương tự nếu không khí ở ñiểm B
3
’ tiếp tục ñược làm lạnh thì quá trình khử ẩm sẽ
bắt ñầu và ñược thực hiện dọc theo ñường
ϕ
= 100% về phía d giảm.
1.3 Các phương pháp sấy
Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật. Tuy nhiên, sấy là một quá
trình công nghệ ñòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải ñảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn
năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Có hai phương pháp sấy:
1.3.1 Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy ñược ñốt nóng. Do
tác nhân sấy ñược ñốt nóng nên ñộ ẩm tương ñối φ giảm dẫn ñến phân áp suất hơi
nước p
am
trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt ñộ của vật liệu sấy tăng lên
nên mật ñộ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật

cũng tăng theo công thức:
I, kJ/kg kkk
t
1
A
d, kg/kg
kkk
B
2
''
B
3
'
B
1
'
t
s1
t
0
0
=100%
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 13
φ =
o
r
p
p
= exp







−
ro
h
p ρ
δρ2
(1.9)
Trong ñó:
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
.

h
ρ _ mật ñộ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m
3

.

o
ρ _ mật ñộ dịch thể, kg/m
3
.
Như vậy trong hệ thống sấy nóng có hai cách ñể tạo ra ñộ chênh phân áp suất hơi
nước giữa vật liệu sấy và môi trường:
1) Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách ñốt nóng.
2) Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy.
Tóm lại, nhờ ñốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ ñốt 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 ñến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng
vật liệu sấy ra bề mặt và ñi vào môi trường.
Do ñó, hệ thống sấy nóng thường ñược phân loại theo phương pháp cung cấp
nhiệt:
+ Hệ thống sấy ñối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng ñối lưu từ một dịch thể
nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Hệ thống sấy ñối lưu gồm:
hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy khí ñộng….
+ 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 ñộ 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 ñể dẫn ẩm
dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường. Ở ñây
người ta tạo ra ñộ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng

cách ñốt nóng vật.
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 14
+ Hệ thống sấy dùng dòng ñiện cao tần hoặc dùng năng lượng ñiện từ trường:
Khi vật liệu sấy ñặt trong môi trường ñiện từ thì trong vật xuất hiện các dòng ñiện
và chính dòng ñiện này sẽ ñốt nóng vật.
* Ưu ñiểm 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 ñầu 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 ñá, rác thải, cho ñến ñiện năng.
+ Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao.
* Nhược ñiểm
+ Chỉ sấy ñược các vật sấy không cần có các yêu cầu ñặc biệt về nhiệt ñộ.
+ Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao.
1.3.2 Phương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra ñộ 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 ñộ chứa ẩm d. Mối quan hệ ñó ñược thể hiện theo công thức:
P
h
=
d
dB
+621,0
.
(1-10).

Trong ñó: B: áp suất môi trường (áp suất khí trời).
Khi ñó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có
thể trên dưới nhiệt ñộ môi trường (t > 0
o
C) và cũng có thể nhỏ hơn 0
o
C.
Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh như sau:
1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt ñộ t > 0
o
C
Với hệ thống sấy này, nhiệt ñộ vật liệu sấy cũng như nhiệt ñộ tác nhân sấy xấp xỉ
bằng nhiệt ñộ môi trường. Tác nhân sấy thường là không khí. Trước hết, không khí
ñược khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ. Sau
ñó ñược ñốt nóng hoặc làm lạnh ñến nhiệt ñộ yêu cầu rồi cho ñi qua vật liệu sấy.
Khi ñó, phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 15
bề mặt vật liệu sấy nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và ñi vào tác nhân sấy. Như vậy,
quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường
trong các hệ thống sấy lạnh giống như các loại hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở
ñây là cách giảm phân áp suất hơi nước P
h
trong tác nhân sấy. Trong các hệ thống
sấy nóng ñối lưu người ta giảm P
h
bằng cách ñốt nóng tác nhân sấy (d = const) ñể
tăng áp suất bão hoà dẫn ñến giảm ñộ ẩm tương ñối
ϕ
. Còn các hệ thống sấy lạnh

có nhiệt ñộ tác nhân sấy bằng nhiệt ñộ môi trường chẳng hạn, người ta tìm cách
giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết
hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ) hoặc ñốt nóng (sau khử ẩm
bằng làm lạnh)
2. Hệ thống sấy thăng hoa
Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong ñó ẩm trong vật liệu sấy ở
dạng rắn trực tiếp biến thành hơi ñi vào tác nhân sấy. Trong hệ thống sấy này người
ta tạo ra môi trường trong ñó nước trong vật liệu sấy ở dưới ñiểm 3 thể, nghĩa là
nhiệt ñộ của vật liệu T<273 K và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P<610 Pa. Khi
ñó nếu vật liệu sấy nhận ñược nhiệt lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ
chuyển trực tiếp sang dạng hơi và ñi vào tác nhân sấy. Như vậy trong hệ thống sấy
thăng hoa, một mặt ta làm lạnh vật xuống dưới 0
o
C mặt khác tạo chân không xung
quanh vật liệu sấy.
3. Hệ thống sấy chân không
Nếu nhiệt ñộ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273 K nhưng áp suất tác nhân sấy bao
quanh vật P>610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận nhiệt lượng, nước trong vật liệu sấy ở
dạng rắn không thể chuyển trực tiếp thành hơi ñể ñi vào tác nhân sấy mà trước khi
biến thành hơi, nước phải chuyển từ thể rắn qua thể lỏng.
* Ưu ñiểm của phương pháp sấy lạnh
+ Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan, mùi vị, khả năng bảo toàn
vitamin C cao.
+ Thích hợp ñể sấy các loại vật liệu sấy yêu cầu chất lượng cao, ñòi hỏi phải sấy
ở nhiệt ñộ thấp.
+ Sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác ñộng bởi ñiều kiện bên ngoài
+ Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện môi trường.
ỏn tt nghip Khoa Cụng Ngh Nhit - in Lnh
SVTH: Cao Vn Sn - Lp 02N Trang 16
* Nhc ủim ca phng phỏp sy lnh

+ Giỏ thnh thit b cao, tiờu hao ủin nng ln.
+ Vn hnh phc tp, ngi vn hnh cn cú trỡnh ủ k thut cao.
+ Cu to thit b phc tp, thi gian sy lõu.
+ Nhit ủ mụi cht sy thng gn nhit ủ mụi trng nờn ch thớch hp vi
mt s loi vt liu, khụng sy ủc cỏc vt liu d b vi khun lm h hng nhit
ủ mụi trng nh b ụi, thiu, mc[15]
+ Do cun bi nờn cú th gõy tc ti thit b lm lnh.
1.3.3 S ủ thit b v trng thỏi tỏc nhõn sy ca h thng sy lnh
Cú th t chc sy nhit ủ thp theo s ủ hi lu tun hon. Ta xột cỏc s ủ
sau:
S ủ 1

Nguyờn lý
Tỏc nhõn sy sau khi ra khi thit b sy ủc dn qua mỏy hỳt m ủ kh bt
m. Thng quỏ trỡnh kh m, do cht hp ph phi liờn tc hon nguyờn nờn quỏ
trỡnh kh m l quỏ trỡnh d gim, nhit ủ tng. Trờn ủ th I-d biu din bi ủng
C
0
A. Khụng khớ trng thỏi A xỏc ủnh bi cp thụng s (d
1
,t
1
), ủc lm lnh ủn
trng thỏi B xỏc ủnh bi cp thụng s (d
1
,t
0
). Tỏc nhõn sy trng thỏi B cú nhit
ủ v ủ m tng ủi
1

rt bộ ủc ủa vo thit b sy ủ thc hin quỏ trỡnh sy
ủng nhit BC
0
.
Thióỳt bở sỏỳy
I
B
Maùy laỷnh
Maùy huùt ỏứm
III
Quaỷt
IV
II
d
2
d
1
d, kg/kg
kkk
=100
%
IV
B
I
III
II
C
0
A
A

I, kJ/kg kkk
C0
t
1
ỏn tt nghip Khoa Cụng Ngh Nhit - in Lnh
SVTH: Cao Vn Sn - Lp 02N Trang 17
S ủ 2
Nguyờn lý:
Tỏc nhõn sy sau khi ra khi thit b sy ủc lm lnh kh m theo quỏ trỡnh
C
0
A
1
A
2
. Khụng khớ trng thỏi C
0
cú nhit ủ t
0
v lng cha m d
2
ủc lm
lnh ủng m (d
2
= d = const) ủn trng thỏi bo ho A
1
. Khụng khớ trng thỏi A
1

ủc tip tc lm lnh. Khi ủú hi nc trong khụng khớ s ngng t mt phn. Gi

s trng thỏi A
2
cú thụng s (d
1
,t
1
) v ta cú: d
1
<d
2
; t
1
<t
0
(trờn I-d). Khụng khớ
trng thỏi bo ho A
2
ủc ủt núng ủng dung m d = d
1
= const ủn nhit ủ mụi
trng t
0
theo quỏ trỡnh A
2
B trong b ủt núng. Tỏc nhõn sy trng thỏi B cú nhit
ủ t
0
nhng ủ m tng ủi
1
rt bộ ủc ủa vo thit b sy ủ thc hin quỏ

trỡnh sy ủng nhit BC
0
.
1.4 Phng phỏp sy lnh bng bm nhit
1.4.1 Th sy
Trong quỏ trỡnh sy, ủ cú th hp th ủc m trong vt, tỏc nhõn sy cn phi
cú th sy ln. Tc l phõn ỏp sut hi nc ca tỏc nhõn sy ti b mt vt sy nh
hn phõn ỏp sut ca hi nc trong vt, nh ủú m s thoỏt ra khi vt v ủc tỏc
nhõn sy hp th. i vi tỏc nhõn sy l khụng khớ, ủ lm ủc ủiu ủú thỡ ủ m
tng ủi ca khụng khớ phi nh. Trong cụng ngh sy lnh, ngi ta tp trung
lm gim dung m ca khụng khớ, nhng ủng thi cng yờu cu nhit ủ phi nh
hn nhit ủ mụi trng [6]. Khụng khớ ủc hỳt m, ủ cha hi gim lm cho ủ
Thióỳt bở sỏỳy
Maùy laỷnh
Maùy laỷnh khổớ ỏứm
II
III
I
B
I
A1
B
=100%
d
1
A2
d2
d, kg/kg kkk
t1
I, kJ/kg kkk

III
A
C
0
II
A
C0
t0
t2
Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơng Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 18
ẩm tương đối giảm (nhiệt độ có thể khơng đổi) dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm.
tức là làm tăng độ chênh
∆
t = t
k
– t
u
. Trị số
∆
t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ
khơng khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thốt vào khơng khí dưới tác động của chênh
lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật và khơng khí.
1.4.2 So sánh hai phương pháp sấy lạnh
1. Thiết bị bài ẩm chun dụng.
Để hút ẩm đến độ ẩm nhỏ và sấy lạnh, lâu nay chúng ta hay dùng máy bài ẩm –
tên gọi tiếng Việt để chỉ máy hút ẩm chun dùng kiểu hấp phụ [8]. Sơ đồ cấu tạo
của hệ thơng như hình vẽ:
Ngun lý:
Khơng khí ẩm được cho đi qua một khối chất hấp phụ chế tạo ở dạng bánh xe

quay. Ẩm trong khơng khí được hấp thụ. Sau khi hấp thụ ẩm, phần bánh chất hấp
phụ ẩm quay sang phía có dòng khơng khí nóng đi qua (khơng khí nóng này được
gia nhiệt bởi một dàn điện trở) và được hồn ngun – khơi phục được khả năng hút
ẩm. Phần bánh chất hấp phụ hồn ngun trao đổi nhiệt với dòng khơng khí nóng
nên sau khi hồn ngun nhiệt độ của nó tương đối cao. Do vậy khi hấp thụ ẩm trở
lại, nhiệt độ dòng khơng khí cũng cao do trao đổi nhiệt với phần bánh hấp phụ
nóng. Khơng khí khơ vì vậy cần được đưa qua một máy lạnh để đưa nhiệt độ khơng
khí đến nhiệt độ cần thiết cho q trình sấy. Sau đó dòng khí khơ nhiệt độ thấp sẽ
được đưa vào buồng sấy. Ẩm trong vật sẽ được khơng khí khơ hấp thụ chuyển
Khäng
khê
áøm
Khäng khê
khä â âỉåüc
gim nhiãût âäü
Khäng gian cáưn hụt áøm
Dn lm nọng khäng khê
Khäng khê khä
Bạnh cháút háúp phủ
Khäng khê áøm
Lỉåïi lc bủi
Lỉåïi
lc
bủi
Dn lm lảnh khäng khê
Âäüng cå
Så âäư ngun l thiãút bë bi áøm chun dủng
ỏn tt nghip Khoa Cụng Ngh Nhit - in Lnh
SVTH: Cao Vn Sn - Lp 02N Trang 19
thnh khụng khớ m. Dũng khớ m quay tr v thit b bi m. y l mt chu kỡ

lm vic ca thit b.[6]
Mỏy bi m cú u ủim l kh nng hỳt m ln, nng sut hỳt m khỏ cao. Tuy
nhiờn nú cũn cú nhiu nhc ủim:
+ Tiờu hao nng lng ln (cho hot ủng ca dn ủin tr v mỏy lnh) lm cho
chi phớ s dng cao.
+ Cht hp ph sau mt thi gian hot ủng s cn ủc thay th, m cht hp
ph ny thng phi nhp ngoi nờn lm cho chi phớ bo dng cao.
+ Giỏ thnh thit b ln, ngoi mỏy hỳt m ra cũn kt hp vi mỏy lnh nờn chi
phớ ủu t ban ủu cao.
+ Trong ủiu kin lm vic nhiu bi thỡ mỏy phi cú thi gian ngng hot ủng
ủ lm sch cho cht hp ph ca mỏy hỳt m.
2. Thit b bm nhit
Nguyờn lý:
Khụng khớ m ủc ủa qua dn lnh. Ti ủõy, m trong khụng khớ ủc ngng
t li trờn dn lnh. Do vy, dung m trong khụng khớ gim xung nhng nhit ủ
ca nú cng gim nờn ủ m tng ủi cao. Sau ủú dũng khớ li tip tc ủc ủa
qua dn núng. Ti ủõy, dũng khớ ủc sy núng ủng dung m lm cho ủ m tng
ủi ca nú gim xung.[6]
* u ủim ca phng phỏp:
+ Gim chi phớ cho thit b, chi phớ cho vn hnh v bo dng.
+ Nng lng ca dn núng v dn lnh ủu ủc tn dng trit ủ.
Daỡn noùng
Buọửng sỏỳy laỷnh
Daỡn laỷnh
Sồ õọử nguyón lyù cuớa hóỷ thọỳng bồm nhióỷt
maùy neùn
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 20
+ Quá trình hoạt ñộng của thiết bị không bị gián ñoạn do không phải thay thế
chất hấp phụ như trong máy bài ẩm chuyên dụng.

+ Tuổi thọ thiết bị cao, trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không
cần ñòi hỏi bảo dưỡng. Chỉ cần sau một thời gian làm việc, ta vệ sinh các dàn ñể
ñảm bảo ñiều kiện trao ñổi nhiệt.
+ Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy bài ẩm.
+ Chất lượng và màu sắc của vật sấy ñược giữ tốt hơn, thích hợp ñể sấy khô các
loại vật phẩm không chịu ñược nhiệt ñộ cao.
* Nhược ñiểm của phương pháp:
+ Thời gian sấy thường lâu hơn so với các phương pháp sấy khác. Để khắc phục
nhược ñiểm này ta có thể dùng thiết bị sấy với tốc ñộ cao.
+ Chỉ sấy ñược ẩm tự do, việc sấy ẩm liên kết là rất khó khăn.[15]
1.4.3 Đặc tính quá trình sấy lạnh
Khi sấy lạnh, nhiệt ñộ
và ñộ ẩm không khí cuối
quá trình sấy ñều nhỏ
hơn các giá trị tương
ứng của môi trường.
Quá trình làm việc của
bơm nhiệt sấy lạnh xẩy
ra theo chu trình 1231
như hình vẽ. Còn quá
trình làm việc của tổ hợp
máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh là chu trình 23”12. Như vậy, với cùng mục
ñích tạo nên quá trình sấy 1-2 thì khi dùng bơm nhiệt nhiệt ñộ thấp, ta ñã tạo ra quá
trình làm lạnh 2-3 và gia nhiệt 3-1 thay cho quá trình khử ẩm 2-3” và làm lạnh 3”-1
mà phải có máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh mới thực hiện ñược.
Trong các quá trình này thì quá trình làm khô không khí 2-3 ở dàn bay hơi của
bơm nhiệt có vai trò ñặc biệt quan trọng quyết ñịnh hiệu quả của toàn bộ quá trình
gia nhiệt không khí ở dàn ngưng 3-1 và quá trình sấy sản phẩm trong buồng sấy 1-2.
Ở ñây, 2-3 là quá trình thực làm lạnh hổn hợp không khí-nước hay quá trình làm
2s

t
s
t
3
3
d
3
d
2
I, kJ/kg kkk
t
2
3"
1
2
d, kg/kg
kkk
2'
=100
%
3'
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 21
lạnh khử ẩm của không khí. Quá trình này không diễn biến theo quy luật ñường
thẳng mà theo quan hệ ñường cong lõm với ñộ dốc lớn nhất ở ñầu quá trình làm
lạnh. Sở dĩ như vậy là do trạng thái không khí nhận ñược là hỗn hợp của 2 dòng
không khí: dòng thứ nhất truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt khi tiếp xúc trực tiếp với dàn
lạnh và có nhiệt ñộ gần nhiệt ñộ bề mặt; dòng thứ hai không tiếp xúc trực tiếp với
dàn lạnh nên có nhiệt ñộ cao hơn. Hai dòng này trộn lẫn với nhau nên nhiệt ñộ
không khí xử lý ở mọi vị trí của dàn lạnh theo hướng chuyển ñộng của nó ñều có

thể xem là nhiệt ñộ của hổn hợp[8]. Quá trình lý thuyết làm lạnh hổn hợp này từ
nhiệt ñộ t
2
của không khí sau buồng sấy tới nhiệt ñộ t
3
của không khí sau dàn lạnh là
22
s
3’. Tuy nhiên, trong thực tế sẽ có sự sai khác giữa ñiểm 3’(không khí bão hoà)
và ñiểm 3 (không khí chưa bão hoà). [11]

















Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 22

Chương 2

LÝ THUYẾT VỀ BƠM NHIỆT
2.1 Khái quát về bơm nhiệt
Năm 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt ñầu tiên của thế giới.
Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bước phát triển của riêng mình. Những
thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt ñầu từ những năm 1940 khi hàng loạt bơm
nhiệt công suất lớn ñược lắp ñặt thành công ở nhiều nước châu Âu ñể sưởi ấm, ñun
nước nóng và ñiều hoà không khí.[12]
Từ khi xẩy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào ñầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại
bước vào một bước tiến nhảy vọt mới. Hàng loạt bơm nhiệt ñủ mọi kích cở cho các
ứng dụng khác nhau ñược nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị
trường. Ngày nay, bơm nhiệt ñã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực ñiều hòa
không khí, sấy, hút ẩm, ñun nước….
Sơ ñồ nguyên lý của bơm nhiệt
Hình a: Sơ ñồ thiết bị Hình b: Sơ ñồ dòng năng lượng
MN: Máy nén; NT: Thiết bị ngưng tụ; TL: Van tiết lưu; BH:thiết bị bay hơi
l: Công tiêu tốn cho máy nén; q
o
: Nhiệt lượng lấy từ môi trường.
q
k
: Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ.


TL
4
3
T
0

BH
q
0
NT
MN
l
1
2
q
k
q
k
T
k
q
0
l
Båm nhiãût
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 23

2.2 Nguyên lý hoạt ñộng
Bơm nhiệt là một thiết bị dùng ñể bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt ñộ thấp lên
mức nhiệt ñộ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Để duy trì bơm nhiệt hoạt
ñộng cần tiêu tốn một dòng năng lượng khác (ñiện hoặc nhiệt năng). Như vậy máy
lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và có chung một nguyên lý hoạt ñộng. Các thiết bị
của chúng là giống nhau. Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục ñích
sử dụng mà thôi. 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 yêu cầu sử dụng
nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt ñộng ở cấp nhiệt ñộ cao hơn.

Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược với các quá trình
chính như sau:
1 – 2: quá trình nén hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt ñộ thấp lên áp suất cao và
nhiệt ñộ cao trong máy nén hơi. Qúa trình nén là ñoạn nhiệt.
2 – 3: quá trình ngưng tụ ñẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho môi
trường.
3 – 4: quá trình tiết lưu ñẳng entanpi (i
3
= i
4
) của môi chất lỏng qua van tiết lưu
từ áp suất cao xuống áp suất thấp.
4 – 1: quá trình bay hơi ñẳng nhiệt ở nhiệt ñộ thấp và áp suất thấp, thu nhiệt của
môi trường lạnh.
Mục ñích sử dụng chính của bơm nhiệt là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ.
4
3
T
1
S
4
1
3
i
2
2
lgP
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh
SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 24
Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt ở máy lạnh:

q
k =
q
o
+ l
Hiện nay, người ta chế tạo nhiều loại bơm nhiệt làm việc theo nhiều nguyên lý
khác nhau như bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt
nhiệt ñiện. Nói chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt ñều ñược sử dụng nhưng
ñược sử dụng rộng rãi nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi.
Ngoài bốn loại bơm nhiệt nói trên chúng còn ñược ghép lại với nhau nhằm ñạt
hiệu quả nhất ñịnh. Ví dụ bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi nhằm mục ñích tăng nhiệt ñộ
ngưng tụ, qua ñó tăng nhiệt ñộ chất tải nhiệt. Nguyên lý hoạt ñộng chủ yếu như máy
lạnh hấp thụ nhưng giữa bình sinh hơi và dàn ngưng người ta lắp thêm một máy nén
hút hơi từ bình sinh hơi và nén vào dàn ngưng. Áp suất ngưng tụ cao lên ñưa nhiệt
ñộ ngưng tụ cao lên theo, và hệ số nhiệt của nó tăng lên ñáng kể.
2.3 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt
Để ñánh giá hiệu quả chuyển hóa năng lượng, ta dùng hệ số nóng (hệ số bơm
nhiệt) với ñịnh nghĩa: hệ số nóng
ϕ
là nhiệt lượng môi chất thải cho nguồn nóng
ứng với một ñơn vị công hổ trợ và ñược biểu thị bằng:

1
0
+=
+
== εϕ
l
lq
l

q
k
. (2-1)
Nếu sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp thì hiệu quả kinh tế còn cao hơn nhiều
vì chỉ cần tiêu tốn một dòng năng lượng l ta ñược cả năng suất lạnh q
0
và năng suất
nhiệt q
k
như mong muốn. Gọi
ε
ϕ là hệ số nhiệt lạnh của bơm nhiệt nóng lạnh thì:

12
0
+=+=
+
= εεϕϕ
ε
l
qq
k
(2-2)
Như vậy hệ số nhiệt của bơm nhiệt là ñại lượng luôn lớn hơn 1. Do ñó ứng dụng
của bơm nhiệt bao giờ cũng có lợi về nhiêt. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt ñóng vai trò
quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt.
Hệ số nhiệt thực của bơm nhiệt
ϕ
nhỏ hơn hệ số nhiệt lý thuyết tính theo chu
trình Cácnô

c
ϕ .
c
ϕυϕ .= (2-3)
Với hai nguồn nóng - lạnh có nhiệt ñộ T
k
và T
0
, theo chu trình Cácnô ta có:[4]
ỏn tt nghip Khoa Cụng Ngh Nhit - in Lnh
SVTH: Cao Vn Sn - Lp 02N Trang 25
0
TT
T
k
k
c

= (2-4)
Nh vy ta suy ra:
0
.
TT
T
k
k

= (2-5)
Trong ủú

l hiu sut execgi hay h s hon nhit ca chu trỡnh thc.
Da vo phng trỡnh trờn ta thy h s nhit lý thuyt cú th tớnh theo chu trỡnh
Cỏcnụ ph thuc vo hiu nhit ủ ca dn ngng t v dn bay hi. bm nhit
ủt hiu qu kinh t cao thỡ thng ngi ta phi chn hiu nhit ủ
T

sao cho h
s nhit thc t ca bm nhit phi ủt t 3 ủn 4 tr lờn, ngha l hiu nhit ủ phi
nh hn 60K. Cng chớnh vỡ lý do ủú m ch trong nhng trng hp ủc bit ngi
ta mi s dng hai cp nộn. ú chớnh l s khỏc bit quan trng gia bm nhit v
mỏy nộn.[12]
2.4 So sỏnh cỏc phng ỏn cp nhit
thy rừ hiu qu nng lng ca bm nhit ta cú th so sỏnh mt s phng
ỏn trờn s ủ cp nhit t ngun nng lng s cp ủn ni tiờu th. Ngun nng
lng s cp l than, du m v khớ thiờn nhiờn. nc ta ngun nng lng s
cp ch yu l than ủỏ nờn ta ly than ủỏ cho nhng vớ d v cp nhit. Vớ d ta cn
cp nhit cho lũ sy t 70 ủn 100
o
C, ngha l nhit ủ ủú phự hp vi kh nng
ca bm nhit.
+ Phng ỏn 1:
Dựng than ủ sn xut ra ủin nh mỏy nhit ủin, sau ủú s dng trc tip
nng lng ủin ủ cp cho lũ sy thỡ hiu sut s dng than s l: 100% than
Nng
lổồỹng
sồ cỏỳp
Nng lổồỹng hổớu ờch
100
than
khai

thaùc ồớ
moớ
3%
hao
huỷt
trón
õổồỡng
taới
õióỷn
70%
hao
huỷt ồớ
nhaỡ
maùy
õióỷn