Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng sấy ra chất lượng cao bằng bơm nhiệt

Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
1
Lời mở đầu
Đẩy mạnh và phát triển công nghiệp chế biến nông lâm sản là nội
dung quan trọng trong công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp, nông
thôn ở nớc ta. Nghị quyết Đại hội Đảng lần thứ IX chỉ rõ: Phát triển công
nghiệp, dịch vụ, các ngành nghề đa dạng, chú trọng công nghiệp chế biến,
cơ khí phục vụ nông nghiệp
[
TLTK1
]
.
Việt Nam là một nớc Nông nghiệp, theo số liệu thống kê năm 2002
tỷ trọng tổng sản phẩm nông lâm nghiệp chỉ chiếm 22 ữ 24% tổng sản
phẩm xã hội hàng năm. Trong khi lao động nông lâm nghiệp chiếm 66,5%
ữ 67% tổng lao động xã hội
[
TLTK2
]
. Vì vậy để nâng cao tổng giá trị sản
phẩm nông nghiệp, tơng xứng với lực lợng lao động vốn có, cần phải
nâng cao năng suất sản lợng trồng trọt, chăn nuôi và tăng cờng công
nghiệp chế biến nông sản. Trong khi năng suất cây trồng vật nuôi đã và
đang ngày càng tăng do áp dụng những thành tựu của công nghệ tiên tiến
về giống cũng nh về phơng pháp gieo trồng, chăm sóc vv Vấn đề còn
lại thuộc về công tác bảo quản, chế biến để nâng cao chất lợng và giá trị

nông sản.
Ngày nay có nhiều công nghệ chế biến, bảo quản nông sản nh: chế
biến tơi, đông lạnh, chiên và sấy vv . Tùy theo từng loại nông sản và nhu
cầu thị trờng để lựa chọn công nghệ phù hợp. Trong đó công nghệ sấy
đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với việc chế biến bảo quản nông sản.
Trong quy trình công nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm đều có công
nghệ sấy khô, để bảo quản dài ngày. Công nghệ sấy đang ngày càng phát
triển trong ngành hải sản, rau quả và thực phẩm. Chất lợng của nông sản
sau thu hoạch nếu không đợc chế biến, bảo quản kịp thời sẽ bị giảm đáng
kể, đặc biệt là với những nông sản có giá trị kinh tế cao. Mặt khác, nớc ta
là nớc nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ và độ ẩm cao là điều kiện
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
2
tốt cho các vi sinh vật và nấm mốc phát triển. Đó là trở ngại lớn trong khâu
bảo quản. Với các sản phẩm rau quả thì sản lợng dành cho tiêu thụ tơi
và lạnh đông chiếm khoảng 85 %, lợng còn lại khoảng 15% cần đợc làm
khô để làm nguồn nguyên liệu cho các ngành chế biến khác, cung cấp cho
biên giới hải đảo và cho tiêu thụ trái vụ
[
TLTK3
]
.
Nếu lợng rau quả này sau
khi thu hoạch không đợc làm khô kịp thời và hợp lý thì chúng sẽ nhanh
chóng bị h hỏng do nấm mốc xâm nhập và sự phân huỷ tự nhiên, gây tổn

thất lớn không những về lợng mà cả về chất.
Để giảm tổn thất không đáng có này, các sản phẩm dùng vào các mục
đích trên, cần thiết phải đợc làm khô đến độ ẩm cho phép bảo quản an
toàn ngay sau khi thu hoạch. Nhiều nghiên cứu đã đợc tiến hành để thiết
kế máy sấy và đa ra các quy trình sấy cho một số loại rau quả.
Các thiết bị sấy đang đợc dùng hiện nay chủ yếu là các máy sấy đốt
than trực tiếp, hoặc gián tiếp có gió cỡng bức hoặc đối lu tự nhiên. Các
máy sấy dùng năng lợng điện trực tiếp với chi phí cao. Ngoài ra còn có
các thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa.
Các máy sấy đốt than hiện nay tuy có u điểm là sử dụng nhiên liệu
rẻ tiền, song do sấy trực tiếp làm cho sản phẩm bị ám mùi khói than và
bụi, gây mất vệ sinh thực phẩm, đồng thời khó kiểm soát nhiệt độ sấy nên
chất lợng sản phẩm thấp
[
TLTK4]
. Các máy sấy đốt than gián tiếp thì hiệu
suất sử dụng nhiệt sẽ giảm khoảng 40%, nhng thiết bị cồng kềnh chiếm
nhiều diện tích. Các máy sấy bằng điện trực tiếp tuy thiết bị có gọn nhẹ
song chi phí lớn. Các máy sấy chân không, sấy thăng hoa có giá thành quá
cao
[
TLTK 5
]
.
Tất cả các máy sấy nêu trên hoặc cho chất lợng sản phẩm kém về
màu sắc và hơng vị, hoặc có chi phí sấy lớn. Mặt khác các thiết bị sấy
thông thờng trên đây thờng áp dụng công nghệ sấy dùng tác nhân sấy
tuần hoàn hở (dùng không khí môi trờng làm tác nhân sấy đồng thời làm
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học

Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
3
tác nhân tải ẩm). Với công nghệ dạng này có nhợc điểm là sự ảnh hởng
của độ ẩm môi trờng đến quá trình sấy rất lớn, cha kể đến sự ô nhiễm
môi trờng ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm. Với những ngày có độ ẩm
lớn hoặc sơng mù, thiết bị làm việc có độ ổn định thấp, hiệu suất làm
việc giảm đáng kể. Giải pháp khắc phục để tăng hiệu suất làm việc của
thiết bị loại này là tăng nhiệt độ sấy, tuy nhiên nhiệt độ sấy chỉ tăng có
giới hạn và tùy thuộc vào từng loại sản phẩm. Đối với nhóm sản phẩm sấy
cần giữ màu sắc, mùi vị, các yếu tố vi lợng nh các vitamin vv thì sử
dụng các thiết bị này không hiệu quả.
Việc áp dụng công nghệ lạnh dùng bơm nhiệt gắn vào buồng sấy
nhằm khắc phục đợc những hạn chế của các thiết bị sấy chu trình hở
thông thờng, nâng cao chất lợng sản phẩm, giảm tiêu hao năng lợng so
với các máy sấy dùng điện trực tiếp, giảm chi phí so với sấy thăng hoa và
sấy chân không hiện nay, từ đó đã mở ra hớng nghiên cứu của đề tài
này.
Trong phạm vi đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu một
số thông số ảnh hởng đến chất lợng sấy rau chất lợng cao bằng
bơm nhiệt.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu: Lựa chọn một số thông số tối u trong sấy một số
loại rau bằng bơm nhiệt.

Xây dựng quy trình công nghệ sấy một số loại rau bằng bơm nhiệt.

Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu một số thông số nh: nhiệt độ, tốc độ
dòng khí sấy, bề dầy lớp sấy ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm một số
loại rau, đến thời gian và chi phí năng lợng riêng khi sấy bằng bơm nhiệt.

Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
4
Chơng 1
Tổng quan về sấy bơm nhiệt
1.1. Công dụng và phạm vi ứng dụng
1.1.1. Giới thiệu chung


Bơm nhiệt đợc biết là có hiệu quả năng lợng khi dùng kết hợp với các
hoạt động sấy. Cơ sở lý thuyết của bơm nhiệt đã đợc Các nô nêu lên từ đầu thế
kỷ 19 sau đó đợc các nhà bác học Nga nh V.A.Mikhenxơn , A.Fifê, điều
chỉnh dần. Năm 1852 Thomson (Lord Kelvin) đã sáng chế ra bơm nhiệt đầu
tiên của thế giới
[
TLTK8
]
. Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bớc phát
triển riêng của mình. Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ
những năm 1940. Bơm nhiệt thực hiện tải nhiệt năng từ nguồn nhiệt thấp
(thờng là môi trờng xung quanh) đến nguồn nhiệt có thế cao hơn, trong quá

trình truyền năng lợng phải tốn công.
1.1.2. Công dụng và phạm vi ứng dụng của bơm nhiệt

Bơm nhiệt có thể sử dụng trong tất cả các ngành kinh tế kỹ thuật sử
dụng năng lợng ở nhiệt độ thấp khoảng 40
0
C đến 80
0
C hoặc có thể cao hơn
đến 115
0
- 120
0
C
[
TLTK11
]
.
Nếu nh nhu cầu về nóng và lạnh ăn khớp nhau thì
hiệu quả kinh tế của bơm nhiệt càng lớn hơn. Khi sử dụng bơm nhiệt cần chú ý
đến hiệu quả kinh tế. Hiệu quả kinh tế đợc đánh giá qua hệ số nhiệt . Hệ số
nhiệt của bơm nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào hiệu nhiệt độ của dàn ngng và
dàn bay hơi. Một điều kiện nữa để bơm nhiệt đạt hiệu quả cao là nhu cầu nóng
và lạnh phải liên tục ổn định để thời gian hoàn vốn thiết bị là ngắn nhất. Bơm
nhiệt có thể ứng dụng trong các lĩnh vực:
- Công nghiệp sấy và hút ẩm;
- Các quá trình thu hồi nhiệt thải;
- Công nghiệp chng cất, tách chất;
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học

Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
5
- Công nghiệp thực phẩm (chủ yếu để tẩy rửa, tiệt trùng).
- Công nghiệp vải sợi, gỗ, bột và giấy;
- Tẩy rửa, mạ kim loại sơn sấy trong kỹ thuật điện và chế tạo máy.
- Công nghiệp hoá học nh bay hơi, cô đặc vv
- Điều tiết không khí các công trình công nghiệp, nông nghiệp, công
trình công cộng nh y tế, văn hoá, thể thao.
a) ứng dụng Bơm nhiệt vào hút ẩm
Bơm nhiệt hút ẩm thực chất là một máy lạnh nhng đợc bố trí đặc biệt
để làm nhiệm vụ khử ẩm trong không khí. Bơm nhiệt hút ẩm gồm một máy nén,
van tiết lu, hai đầu bố trí dàn ngng tụ và dàn bay hơi. đáy dới và nắp trên với
2 thành bên đợc bọc kín để không khí chỉ có thể đi theo một hớng từ dàn bay
hơi ra phía dàn ngng (Hình 1-1). Không khí đợc hút qua bơm nhiệt nhờ quạt
hớng trục. Không khí trong phòng đầu tiên đi qua dàn bay hơi với trạng thái
ban đầu ở điểm A có độ ẩm tơng đối
1
và nhiệt độ t
1
. Khi vào dàn bay hơi,
nhiệt độ giảm xuống, độ ẩm tơng đối tăng lên đến trạng thái bão hòa.



Một phần ẩm ngng tụ lại chảy xuống khay nớc bên dới. Không khí
sau khi ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái B. Sau đó không khí đã khử ẩm đi qua
qua dàn ngng tụ, nhận nhiệt và nhiệt độ tăng lên t

2
, độ ẩm tơng đối giảm
xuống
2
<
1
. Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngng bao giờ cũng lớn hơn vì
phải nhận thêm nhiệt độ do công của máy nén sinh ra và hơi nớc ngng tụ lại
ở dàn bay hơi. Nếu yêu cầu nhiệt độ thấp hơn ta có thể sử dụng một phần nhiệt
lợng dàn ngng vào mục đích khác. Một máy hút ẩm nh thế có thể đặt ở
những nơi cần giảm độ ẩm không khí xuống nh: th viện, kho bảo quản các đồ
dùng quang học, các kho bảo quản các sản phẩm dễ nấm mốc, các mặt hàng
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
6
công nghệ phẩm, nông sản vv Đối với nớc ta, có khí hậu nóng ẩm, nấm mốc
và các vi sinh vật phát triển rất nhanh dễ làm h hỏng và làm giảm chất lợng
tất cả các sản phẩm nhất là các loại nông sản, gây tổn thát đáng kể. Nếu ứng
dụng đợc bơm nhiệt vào công nghiệp sấy và hút ẩm chắc chắn sẽ đem lại hiệu
quả kinh tế cao hơn.
b) ứng dụng Bơm nhiệt sấy nông sản
Từ những năm 50 của thế kỷ XX, ở Mỹ, ngời ta đã thí nghiệm sấy hạt
nông sản bằng bơm nhiệt. Nhiệt độ buống sấy, dàn ngng tụ, dàn bay hơi
vv cũng nh độ ẩm không khí đợc giám sát và khống chế chặt chẽ. Quá trình
sấy kết thúc khi hạt ngũ cốc đạt thủy phần (độ ẩm) khoảng 12%. Nhiệt độ sấy
từ 43 ữ 54

0
C; tốc độ gió từ 550 ữ 2000m
3
/h. Kết quả cho thấy rằng năng lợng
chi phí để bốc hơi 1 kg ẩm là 0,28 kWh. Thực tế sử dụng cho thấy bơm nhiệt sử
dụng sấy nông sản vào thời điểm đó có nhiều u điểm, nhng có nhợc điểm là
vốn đầu t khá cao. Gần đây hãng DAIKA (Mỹ) và Viện máy nông nghiệp
Quảng Đông Trung Quốc đã nghiên cứu và đa ra nhiều mẫu máy sấy rau
quả, sấy thực phẩm và sấy hạt giống dùng bơm nhiệt.
c) ứng dụng Bơm nhiệt sấy gỗ
Một trong những ứng dụng đầu tiên của bơm nhiệt của công nghiệp sấy
trên phạm vi thơng mại là sử dụng bơm nhiệt để sấy gỗ (Hình 4-3). Nhiệt độ
sấy và độ ẩm là một trong những thông số quan trọng để đảm bảo chất lợng
gỗ. Tổ hợp bơm nhiệt sấy gỗ bao gồm một bộ cảm nhiệt và cảm ẩm, chúng có
nhiệm vụ giám sát, đóng mở các vòng tuần hoàn làm lạnh và đốt nóng phù hợp
với từng trờng hợp cụ thể của gỗ sấy trong hầm. Sự kiểm tra có tính chất chu
kỳ từ lúc gỗ ớt cho đến lúc gỗ khô. Bơm nhiệt cũng đợc trang bị các thiết bị
điều chỉnh cho từng loại gỗ. Chế độ vận hành tối u đợc theo dõi bằng ẩm kế
và bộ phận ghi nhiệt ẩm. Độ ẩm của gỗ cũng có thể đợc xác định bằng mẫu
thử. Khi đạt đợc thông số yêu cầu của gỗ (chủ yếu là độ ẩm) thì điều kiện cân
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
7
bằng sẽ tác động vào các cơ cấu kiểm tra giám sát trớc khi đa gỗ ra khỏi
buồng sấy.

Hình 1-2: Thiết bị sấy buồng sấy gỗdùng bơm nhiệt
1. Bơm nhiệt; 2. Quạt thông gió; 3. Vật liệu sấy
d) ứng dụng của bơm nhiệt trong điều hòa không khí
Điều hòa không khí nh: làm lạnh, sởi ấm là lĩnh vực ứng dụng hợp lý
của bơm nhiệt vì nhiệt độ sử dụng ở đây tơng đối thấp. Tùy theo nhu cầu sử
dụng các loại bơm nhiệt chuyên dùng đợc chế tạo nh:
- Bơm nhiệt chỉ dùng để sởi ấm;
- Bơm nhiệt chỉ dùng để chuẩn bị nớc nóng;
- Bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh, nguồn nóng để sấy, đun nớc nóng,
nguồn lạnh để điều hòa nhiệt độ;
- Bơm nhiệt 3 chức năng: sởi ấm, làm lạnh và hút ẩm
Trong công nghiệp và trong các công trình điều hòa không khí lớn
thờng sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh để tăng hiệu quả. Bơm nhiệt dân dụng
công suất nhỏ và vừa ba chức năng sởi ấm, làm lạnh và hút ẩm ngày nay đợc
sử dụng rất rộng rãi.
e) ứng dụng của bơm nhiệt trong công nghiệp thực phẩm
Công nghiệp chế biến thực phẩm cũng là lĩnh vực có khả năng sử dụng
bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh với hiệu quả cao vì hầu hết các ngành chế biến
thực phẩm nh thịt, cá, bơ, sữa, đồ hộp, bánh kẹo, rau quả vv đều cần lạnh để
bảo quản và cần nớc nóng, tẩy rửa, triệt khuẩn, tiệt trùng bay hơi, cô đặc vv
Trớc đây, trong một xí nghiệp chế biến thực phẩm thơng có các kho
lạnh để bảo quản và các nồi hơi để cấp nhiệt cho các quy trình công nghệ sản
xuất, chế biến. Ngày nay, các nớc tiên tiến trên thế giới đều sử dụng bơm nhiệt
kết hợp nóng lạnh để cấp nhiệt và cấp lạnh với hiệu quả kinh tế cao.
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm

8
Nói chung, ngoài công nghiệp thực phẩm và các ứng dụng đã nêu, bơm
nhiệt còn có thể ứng dụng cho nhiều ngành ngành kinh tế kỹ thuật có yêu cầu
năng lợng nhiệt ở nhiệt độ thấp.
1.1.3. Ưu nhợc điểm của sấy bằng bơm nhiệt
a)Ưu điểm
- Về mặt tiêu thụ năng lợng, máy sấy bơm nhiệt có u điểm chính là
hiệu suất năng lợng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt đợc cải thiện dẫn
đến tiêu thụ năng lợng ít hơn cho mỗi đơn vị nớc bốc hơi.
- Chất lợng sản phẩm tốt hơn với các lịch trình kiểm soát nhiệt độ tốt
để thỏa mãn các yêu cầu về sản xuất cụ thể.
- Có thể phát ra một khoảng rộng các điều kiện sấy, tiêu biểu là nhiệt
độ từ 20 100
0
C (với nhiệt phụ trợ), với độ ẩm tơng đối từ 15 đến 80%.
- Kiểm soát tốt các ảnh hởng của môi trờng trong quá trình sấy đối
với các sản phẩm sấy.
b) Nhợc điểm
- Môi chất CFC sử dụng trong chu trình lạnh hiện nay không đợc a
dùng do không có lợi cho môi trờng.
- Đòi hỏi bảo dỡng thờng xuyên (máy nén, lọc môi chất vv ) và sạc
môi chất lạnh.
- Chi phí đầu t cao hơn so với một số công nghệ sấy thông thờng.
1.2. Tình hình nghiên cứu nghiên cứu và ứng dụng máy sấy bơm nhiệt
trên thế giới và trong nớc
1.2.1. Phân loại máy sấy bơm nhiệt
a) Phân loại theo phơng thức sấy:
+ sấy mẻ
+ Sấy liên tục
b) Phân loại theo số giai đoạn sấy:

Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
9
+ Sấy một giai đoạn
+ Sấy nhiều giai đoạn
c) Phân loại theo nhiệt độ sấy:
+ Trên điểm đông
+ Dới điểm đông
d) Phân loại theo số bơm nhiệt
+ Máy sấy một bơm nhiệt
+ Máy sấy nhiều bơm nhiệt
e) Phân loại theo nguồn nhiệt phụ trợ:
+ Máy sấy bơm nhiệt đối lu
+ Máy sấy bơm nhiệt dẫn nhiệt
+ Máy sấy bơm nhiệt bằng nguồn nhiệt khác: Sóng vô tuyến; vi
sóng, hồng ngoại.
f) Phân loại theo phơng pháp vận hành:
+ Máy sấy bơm nhiệt ngắt quãng
+ Máy sấy bơm nhiệt liên tục
+ Máy sấy bơm nhiệt theo chu kỳ.
1.2.2. Máy sấy bơm nhiệt1 cấp
Trong máy sấy bơm nhiệt 1 cấp môi chất lạnh đợc chia thành 2
dòng sau khi đi ra khỏi bình ngng tụ. Dòng có lu lợng lớn hơn đợc đi
qua van tiết lu sẽ có nhiệt độ bay hơi thấp, trong khi dòng hơi có lu
lợng nhỏ đi qua van tiết lu sẽ có nhiệt độ cao hơn. Quá trình bay hơi xảy
ra ở cả 2 bình bốc hơi. áp suất hóa hơi ở tỏa ra ở cửa ra của bình bốc hơi

cao áp đợc điều chỉnh bằng van sao cho bằng giá trị áp suất của bình bốc
hơi áp suất thấp trớc khi đi vào bình hòa trộn. Sau đó áp suất của hỗn hợp
lại đợc máy nén làm tăng lên bằng áp suất của bình ngng tụ. Chu trình
của bơm nhiệt cứ nh vậy đợc tiếp diễn.
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
10
1.2.3. Máy sấy bơm nhiệt đa cấp
Trong máybơm nhiệt đa cấp, dùng một bơm nhiệt cung cấp không khí sấy
đén nhiếu buồng sấy có cấp độ khác nhau. Không khí từ bơm nhiệt có thể
đợc đa đến hai, hay nhiều buồng sấy nối tiếp hay song song với nhau,
tùy theo thời gian biểu thiết lập ban đầu mà có thể sấy cùng sản phẩm hay
nhiều sản phẩm khác nhau. Vì vậy, bơm nhiệt luôn luôn đợc hoạt động ở
mức gần tối u của nó. Ngay cả khi thời gian sấy của mỗi buồng sấy có
thể tăng do nhiệt đa vào gián đoạn, tính kinh tế tổng thể vẫn tăng một
cách đáng kể.


Hình 1-3: Mô hình máy sấy bơm nhiệt nhiều buồng
1.2.4. Máy sấy bơm nhiệt phối hợp
a) Máy sấy bơm nhiệt tầng sôi
Đã có nhiều ứng dụng máy sấy tầng sôi để sấy chất rắn dạng hạt
trong thực phẩm, công nghiệp dợc và nông nghiệp. Trong máy sấy bơm
nhiệt tầng sôi, buồng sấy tiếp nhận vật liệu ớt và tháo liệu sấy khô nhờ
ống vào ống ra. Nhiệt độ hoạt động mong muốn đợc điều chỉnh bằng
năng suất bộ ngng tụ. Trong khi đó, ẩm độ không khí yêu cầu đợc duy

trì bằng cách hiệu chỉnh năng suất máy nén thông qua kiểm soát tần số của
tốc độ động cơ.
b) Máy sấy bơm nhiệt trợ giúp bằng hồng ngoại
Sấy hồng ngoại giúp giảm bớt thời gian bằng cách cung cấp thêm
nhiệt cảm cho quá trình sấy. Năng lợng hồng ngoại đợc truyền từ bộ
phận tạo nhiệt đến bề mặt sản phẩm mà không làm nóng không khí
Hình 1-4: Sơ đồ máy sấy bơm nhiệt có hồng ngoại hỗ trợ
xung quanh. Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh các lợi ích đáng kể của
sấy hồng ngoại. Có thể dùng máy sấy bơm nhiệt có hỗ trợ hồng ngoại để
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
11
thoát nhanh ẩm bề mặt ở giai đoạn đầu của quá trình sấy, và tiếp theo là
sấy gián đoạn cho đến khi kết thúc. Với kiểu làm việc này đảm bảo tốc độ
sấy ban đầu nhanh, tiếp đến sự trợ giúp vừa phải nhiệt gián đoạn bảo đảm
thời gian sấy giảm, cũng nh giảm thiểu ảnh hởng đến chất lợng.
c) Máy sấy bơm nhiệt trợ giúp bằng năng lợng mặt trời
ở những nơi có nguồn năng lợng mặt trời dồi dào thì việc liên kết
hệ thống nhiệt mặt trời với máy sấy bơm nhiệt có thể tăng hiệu suất năng
lợng của hệ thống sấy tổng thể. Một hệ thống nh thế có thể thích hợp
cho một nhiệt độ sấy cao hơn.
1.3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
1.3.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu một số thông số cơ bản về chế độ sấy trong máy sấy
bơm nhiệt nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm và giảm chi phí trong quá
trình sấy.

1.3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Thiết lập mô hình sấy thí nghiệm
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình sấy bằng bơm nhiệt
- Nghiên cứu ảnh hởng của một số thông số đến chất lợng sản
phẩm và chi phí năng lợng riêng.
- Xây dựng quy trình công nghệ sấy một số loại rau chất lợng cao
bằng bơm nhiệt.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế của máy sấy bơm nhiệt.





Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
12
Chơng 2
Cơ sở lý thuyết tính toán một số thông số của
máy sấy bơm nhiệt
2.1. Các quy luật cơ bản của quá trình sấy
Các quy luật thay đổi những đặc tính cơ bản của quá trình sấy là
những quy luật nhận đợc qua nghiên cứu thực nghiệm. Trong đó quan
trọng nhất là các quy luật thay đổi của độ ẩm theo thời gian sấy, quy luật
thay đổi của nhiệt độ vật sấy theo thời gian sấy và quy luật thay đổi của
tốc độ sấy. Các quy luật này biểu thị dới dạng đồ thị tơng ứng là các
đờng cong sấy, đờng cong tốc độ sấy và đờng cong nhiệt độ vật sấy

[
TLTK 6
]
.
2.1.1. Đờng cong sấy
Đờng cong sấy biểu diễn quan hệ giữa
độ chứa ẩm và nhiệt độ vật sấy theo thời gian:
w = f() và t
v
= f().
Ba giai đoạn của quá trình sấy biểu diễn
trên đồ thị tơng ứng bằng các đoạn OA, AB và
BC (hình 2-1) Hình 2-1: Đờng cong sấy
Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi, độ ẩm và nhiệt độ có quan hệ
tuyến tính với thời gian. Còn trong giai đoạn gia nhiệt và giai đoạn sấy tốc
độ giảm quan hệ này có dạng đờng cong. Đờng cong thay đổi nhiệt độ
của vật trong giai đoạn làm nóng vật và giai đoạn sấy tốc độ giảm không
trùng nhau đối với các lớp bên trong và các lớp trên bề mặt vật (a
,
b
,
).
2.1.2. Đờng cong tốc độ sấy (hình2-2.)
Đờng cong tốc độ sấy biểu thị quan hệ giữa tốc độ sấy w/ và
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm

13
thời gian sấy (hay w/ = f(w)). Đờng cong này có thể nhận đợc bằng
cách đạo hàm hàm số w = f(). Tốc độ sấy tại mỗi thời điểm đợc biểu thị
bằng độ dốc của đờng cong w = f() tại thời điểm đó.
Trong quá trình sấy độ ẩm của vật giảm dần nên chiều diễn biến của
đờng cong tốc độ sấy là từ phải sang trái. Trong giai đoạn làm nóng vật
tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến trị số N sau đó giữ không đổi trong suốt
giai đoạn sấy đầu cho tới khi độ ẩm giảm đến trị số w
k1

[
TLTK 6
]
.

N N
N N



Hình 2-2 .Đờng cong tốc độ sấy
Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm, tốc độ sấy sẽ giảm từ N tới 0 ứng
với độ ẩm cân bằng w
cb
.Trong giai đoạn này đờng cong tốc độ sấy có
dạng khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc, kích thớc &bản chất của vật sấy.
Đờng 1 gần nh là đờng thẳng đây là trờng hợp sấy các vật liệu
mỏng có cấu trúc sợi nh giấy, caston mỏng. Đờng 2 ứng với trờng hợp
sấy các vật dạng tấm nh vải, da mỏng, bột. Đờng 3 là đờng ứng với các
vật liệu gốm, đờng cong này có bề lõm ngợc với đờng cong 2 chứng tỏ

ở giai đoạn cuối liên kết ẩm chặt chẽ (ẩm hấp thụ) chiếm tỷ lệ khá lớn.
Đờng cong 4 là đờng ứng với vật liệu keo nh đất sét. Đờng 5 ứng với
các vật keo xốp mao dẫn. Đờng cong 6 ứng với các vật có độ rắn cao.
2.1.3.Phân tích quá trình sấy
a) Giai đoạn sấy tốc độ không đổi
Nhiệt lợng cung cấp trong giai đoạn này dùng để nâng cao nhiệt
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
14
độ của vật tới nhiệt độ hóa hơi của nớc và làm hóa hơi ẩm lỏng. Phơng
trình cân bằng nhiệt trong giai đoạn này có dạng:
dQ = (C
k
G
k
+ C
n
G
n
)dt
v
+ [(r + C
ph
) (t
h
- t

bh
)]dG
n
[
TLTK 6
]

(2-1)
Trong đó:
dQ - Nhiệt cấp cho vật trong thời gian d
C
k
, C
n
- Nhiệt dung riêng của vật khô và của nớc
G
k
, G
n
- Khối lợng của vật khô và nớc trong vật
dt
v
- Biến thiên nhiệt độ trung bình của vật trong thời gian d
r - Nhiệt hóa hơi của nớc
C
ph
- Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nớc.
t
h
- Nhiệt độ của hơi nớc thoát ra khỏi vật

dG
n
- Nhiệt ẩm bay ra khỏi vật trong thời gian d.
Nhiệt lợng cung cấp cho vật sẽ lấy từ môi chất sấy trong thời gian
d thông qua quá trình truyền nhiệt, vậy ta có:
dQ = F(t
f
- t
bh
)d (2-2)
Trong đó: - là hệ số trao đổi nhiệt đối lu từ môi chất sấy đến bề
mặt vật sấy.
F- Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa vật sấy và môi chất sấy [m
2
]
t
f

- Nhiệt độ môi chất sấy [
0
C]
t
bh
- Nhiệt độ bão hoà [
0
C]
Từ 2 phơngtrình phơng trình (2-1) và (2-2) ta có thể xác định
đợc tốc độ sấy là:
1
=

d
dG
n
=
)(
)()(
bhhph
v
nnkkbhf
TtCr
d
dt
GCGCttF
+
+


(2-3)
Từ (2-3) ta có nhận xét sau:
Tùy thuộc vào sự khác nhau giữa nhiệt độ của hơi ẩm thoát ra và
nhiệt độ bão hòa mà trị số tốc độ sấy cũng thay đổi. Trong giai đoạn làm
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
15
nóng vật nhiệt độ ban đầu t

0
cũng có thể lớn hơn hay nhỏ hơn nhiệt độ bão
hòa t
bh
.
- Nếu t
0
<

t
bh
thì vật sẽ bị làm nóng và ta có phơng trình cân bằng
nhiệt trong giai đoạn làm nóng vật là:

[
6
]

+=


00
)()(
bh
t
vnnkkbhf
dtGCGCdttF
- Nếu t
0
> t

bh
thì không cần quá trình làm nóng mà ngay từ ban đầu
ẩm trong vật sẽ hóa hơi và nhiệt độ trong vật sẽ giảm tới nhiệt độ bão hòa
t
0
t
bh.
. Trong thời kỳ sấy tốc độ không đổi, ẩm bốc hơi chủ yếu từ bề mặt
vật hơi ẩm thoát ra là hơi bão hòa có nhiệt độ là t
bh
. Nh vậy trong giai
đoạn này biểu thức xác định tốc độ sấy là:

1
=

d
dG
n
=
r
ttF
bhf
)(


(2-4)
Qua biểu thức trên ta nhận thấy rằng
1
= const.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong điều kiện chế độ sấy nh nhau,
nhiệt độ bay hơi ẩm ở giai đoạn sấy tốc độ không đổi bằng nhiệt độ bề mặt
vật sấy và bằng nhiệt độ nhiệt kế ớt (t
v
= t
bh
= t

). Trong trờng hợp do bức
xạ nhiệt từ vách buồng sấy, nhiệt độ của vật lớn hơn nhiệt độ nhiệt kế ớt
thì cờng độ bay hơi ẩm của giai đoạn sấy tốc độ không đổi lớn hơn
khoảng 20% so với cờng độ bay hơi của nớc tự do.
Nếu tác nhân sấy có nhiệt độ cao, tốc độ sấy trong giai đoạn đầu vẫn
không đổi nhng nhiệt độ vật sấy tăng liên tục và lớn hơn nhiều so với
nhiệt độ nhiệt kế ớt.
b) Giai đoạn sấy tốc độ giảm
Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm, bề mặt bay hơi lùi dần vào trong
lòng vật sấy, nhiệt độ bề mặt vật sấy tăng cao hơn trị số nhiệt độ nhiệt kế
ớt (t

) và sẽ tiến tới bằng nhiệt độ môi chất sấy (t
f
). Trong giai đoạn này
cờng độ trao đổi nhiệt giảm dần, do đó nhiệt do môi chất sấy cung cấp
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm

16
cho vật cũng giảm dần. Đồng thời hơi ẩm thoát ra khỏi vật là hơi quá nhiệt
chứ không phải là hơi bão hòa nh ở giai đoạn 1
[
TLTK 6
]
. Nhiệt lợng môi
chất sấy cung cung cấp cho vật giai đoạn này không chỉ để làm bay hơi ẩm
nh giai đoạn 1, mà còn dùng để làm quá nhiệt cho hơi ẩm bay ra và gia
nhiệt cho vật sấy cho nhiệt độ sấy tăng lên. Vì vậy tốc độ sấy ở giai đoạn
này nhỏ hơn ở giai đoạn đầu và tốc độ sấy cũng giảm liên tục do nhiệt
truyền từ môi chất sấy đến vật giảm liên tục (t
v
tăng liên tục); khi ẩm liên
kết càng chặt chẽ càng cần năng lợng hóa hơi cao; do phải chi phí nhiệt
nhiều hơn để quá nhiệt hơi ẩm thoát ra với nhiệt độ ngày càng cao và do
chi phí nhiệt để gia nhiệt cho vật sấy càng tăng lên. Quá trình sẽ dừng lại
khi vật và môi chất sấy đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt và ẩm, lúc này
nhiệt truyền từ môi chất tới vật bằng không và tốc độ sấy cũng bằng
không.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hởng đến chế độ và cờng độ sấy
Nh chúng ta đã biết thờng trong quá trình sấy do tác nhân sấy có
nhiệt độ t
t
cao hơn nhiệt độ t
v
của vật sấy nên vật sấy nóng lên đến nhiệt độ
t
BH
bay hơi của ẩm (nớc). Mặt khác do độ ẩm tơng đối w

1
của tác nhân
nhỏ nên hơi nớc từ vật sấy truyền mạnh vào tác nhân sấy. Tốc độ
t
của
tác nhân sấy cũng ảnh hởng lớn đến cờng độ sấy
[
7
]
.
Để quá trình sấy xẩy ra nh nhau cho mọi vật sấy đặt trong buồng
sấy, thì các thông số của tác nhân sấy gồm: t
t
,
t,
và

w
t
phải không đợc
thay đổi đối với bề mặt tiếp xúc của vật sấy. Trong quá trình sấy, thực tế
thì nhiệt độ t
t
giảm dần, còn w
t,
tăng dần, tốc độ


t
phụ thuộc vào diện tích

tự do không bị vật sấy chiếm chỗ (tùy hình dạng, kích thớc và cách sắp
xếp của vật sấy, cấu tạo của buồng sấy). Vì vậy trong thực tế chế độ sấy
bao giờ cũng thay đổi bởi sự thay đổi của t
t
,
t,
và

w
t
. Sau đây là những ảnh
hởng của t
t
,
t,
,

w
t
đến quá trình sấy.
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
17
a) ảnh hởng của nhiệt độ tác nhân sấy
Để xét sự ảnh hởng của nhiệt độ tác nhân sấy đến động học quá
trình sấy thì tác nhân sấy phải có các thông nh sau: t

t
thay đổi (
t,
= const,

w
t
=const vv )

[
TLTK 7
]









Hình 2- 3 ảnh hởng của nhiệt độ tác nhân sấy (t
t
< t
t
< t
t
) đến động học quá
trính sấy, a)đờng cong sấy; b)đờng cong tốc độ sấy
Trên hình (2-3) ta thấy, nhiệt độ tác nhân sấy càng cao thì thời gian

sấy càng giảm và tốc độ sấy càng tăng, ẩm lúc kết thúc giai đoạn thứ nhất
càng cao. Đó là do chênh lệch nhiệt
độ giữa tác nhân sấy và nhiệt độ bề
mặt vật sấy tăng thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm cả trong vật
sấy và bề mặt vật sấy sang tác nhân sấy.
b). ảnh hởng của độ ẩm tác nhân sấy

Trên hình (2-4a) ta thấy độ ẩm tơng đối của tác nhân sấy càng
cao thì thời gian sấy tăng, hàm ẩm của vật sấy lúc kết thúc giai đoạn thứ
nhất giảm (w
b3
< w
b2
< w
b1
).
Giai đoạn sấy thứ hai (tốc độ sấy giảm dần) có điểm chung là B
'
c) ảnh hởng của tốc độ tác nhân sấy
Tốc độ tác nhân sấy càng lớn thì thời gian sấy càng giảm, cờng độ

Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
18

sấy ở giai đoạn thứ nhất tăng, hàm ẩm của vật sấy lúc kết thúc giai đoạn

thứ nhất lớn hơn (hình 2-4b)







Hình (2-4)-
ảnh hởng của độ ẩm tơng đối của tác nhân sấy đến động học
quá trình sấy (

1
<

2
<

3
) a- đờng cong sấy; b- đờng cong tốc độ sấy
Tốc độ sấy ít ảnh hởng đến cờng độ sấy trong giai đoạn sấy thứ 2.
Trong giai đoạn này quá trình sấy phụ thuộc vào cấu trúc của vật sấy, sự
liên kết của ẩm với vật sấy.
d). ảnh hởng của các thông số chế độ sấy đến hàm ẩm của vật sấy
Hàm ẩm của vật sấy lúc kết thúc giaiđoạn tốc độ sấy không đổi (w
B
)
là hàm của các thông số chế độ sấy (t
t
,

t,
,

w
t
):
W
B
= f
1
(t
t
); W
B
= f
2
(w
t
); W
B
= f
3
(
t
)

Hình(2-5):
ảnh hởng của tốc độ tác nhân sấy (w
t
< w
t
< w
t
) đến qúa
trình sấy. a)- đờng cong sấy; b) - đờng cong tốc độ sấy
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
19
Trên hình (2-5) ta thấy hàm W
B
= f
1
(t
t
) có cực đại. Có nh vậy bởi vì
với sự tăng nhiệt độ tác nhân sấy (khi nhiệt độ còn thấp) làm tăng cờng
độ sấy, đến khi nhiệt độ đã cao thì nhiệt độ càng tăng, càng làm gia tăng
hệ số khuếch tán ẩm, kết quả là tỷ số giữa cờng độ sấy trên hệ số khuếch
tán ẩm lúc đầu gia tăng, sau đó giảm dần.
Tóm lại, để có sản phẩm sấy chất lợng cao theo yêu cầu: tùy loại

vật liệu sấy, mục đích sử dụng sau khi sấy mà lựa chọn
chế độ sấy (t
t
,
t,
,

w
t
) cho phù hợp. Đồng thời tính đến hiệu quả kinh tế quá trình sấy.
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán máy sấy bơm nhiệt
2.2.1

- Cở sở lý thuyết
Sơ đồ nguyên lý chung:
2


3



4


1


q
k

q
0
nt
bh
mntl

Đờng dẫn tác nhân lạnh F22

Đờng tuần hoàn của tác nhân sấy là không khí
L
bs


Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy bơm nhiệt
Trên hình (2-6) mô tả sơ đồ nguyên lý hoạt động tổng quát của thiết bị.
Từ sơ đồ trên ta thấy chu trình hoạt động của 2 tác nhân tuần hoàn kín nh sau:
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
20
a) Chu trình của tác nhân lạnh:
Từ sơ đồ nguyên lý ( Hình 2-6)
[TLTK12] chu trình hoạt động của tác
nhân lạnh là chu trình ngợc đợc biểu diễn trên đồ thị LgP -
i (Hình 2-7): với
các quá trình 1-2-3-4, trong đó:
MN (máy nén); NT (ngng tụ); TL (van tiết lu)

BH (thiết bị bay hơi); L (công tiêu tốn cho máy nén)
q
0
(nhiệt lợng lấy từ môi trờng (hay buồng lạnh)
q
k
( nhiệt toả ra ở dàn ngng tụ)
1-2: Quá trình nén hơi tác nhân lạnh từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất
cao và nhiệt độ cao nhờ máy nén hơi. Quá trình này đợc xem là đoạn nhiệt.
2-3: Quá trình ngng tụ đẳng áp trong thiết bị ngng tụ, thải nhiệt q
.
k
3-4: Quá trình tiết lu đẳng entanpi (i = i ) của tác nhân lạnh qua van tiết lu
từ áp suất cao xuống áp suất thấp.
3 4
4-1: Quá trình bay hơi đẳng áp ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp thu nhiệt q
.
0


p
N


T
ql
T
qn

p

0



1

4
3

3
2
1
LgP

i
4
i
3
i
1
i
1
i
2
Hình 2-7. Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị sấy bơm nhiệt
i
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học

Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
21
Nh vậy chu trình tuần hoàn kín 1-2-3-4 của tác nhân lạnh thực hiện hai quá
trình chuyển pha và đồng thời xẩy ra hai quá trình trao đổi nhiệt:
- Quá trình sôi bay hơi thu nhiệt của tác nhân lạnh tại dàn bay hơi (Nhiệt
thu vào q
)
0
- Quá trình ngng tụ thải nhiệt của tác nhân lạnh tại dàn ngng tụ (Nhiệt
thải ra q
)
K
Các thông số có thể tra trên đồ thị LgP i
[
13
]
:
- Năng suất lạnh: q
= i
0 1
- i
4
- Năng suất thải nhiệt q = i
K 2
- i
3
- Công nén đoạn nhiệt: L = i
2
- i

1
- Nhiệt thu qua thiết bị hoàn nhiệt: i
ql
= i
3
i
4
- Nhiệt thải ở thiết bị làm mát trớc tiết lu: i
qn
= i
1
i
1

b) Chu trình của tác nhân sấy:






1

t
4

3

2
t

1

3
= 100%
t
2
t
3
d
3
d
4
3
2
4
1
0
I




Hình 2-8: Đồ thị I-d biểu diễn chu trình cuả tác nhân sấy
d
trong thiết bị sấy dùng bơm nhiệt
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học

Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
22
Trong hình 3- 3 gồm các quá trình :
1-2: Quá trình sấy (
i = i ) trong buồng sấy
2 3
2-3-4: Quá trình không khí đi qua dàn bốc hơi của máy lạnh. ở đây không khí
giảm từ nhiệt độ t
2
tới nhiệt độ đọng sơng t sau đó một phần hơinớc trong
không khí ngng tụ lại d = d
- d , trạng thái 4 sau khi qua dàn bay hơi .
3
3 4
4-1: Quá trình đốt nóng không khí khi đi qua dàn ngng tụ. Nh vậy dàn
ngng đóng vai trò calorife để đốt nóng tác nhân sấy từ trạng thái 4 lên trạng
thái 1. Nhng trong thực tế sau mỗi chu kỳ tuần hoàn của tác nhân sấy đi qua
dàn ngng tụ điểm 1 có xu hớng dịch chuyển đến điểm 1

có nhiệt độ cao hơn
(Lý do: Nhiệt thải do chính máy nén tạo ra, ma sát, dòng fu co của cuộn dây)
2.2.2. Cơ sở lý luận xây dựng sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt mô
hình thực nghiệm
- Để ứng dụng bơm nhiệt máy lạnh sử dụng cả hai chiều nóng lạnh cho
công nghệ sấy với tác nhân sấy là không khí tuần hoàn kín, mỗi chu kỳ tuần
hoàn của tác nhân sấy thực hiện hai quá trình: Thải nhiệt khi đi qua dàn bay hơi
để hạ nhiệt độ không khí xuống điểm đọng sơng nhằm tách ẩm,.ngợc lại thu
nhiệt khi đi qua dàn ngng tụ nhằm nâng nhiệt độ lên, đồng thời hạ độ ẩm
tơng đối của tác nhân sấy trớc khi đi vào buồng sấy để thực hiện quá trình
trao đổi ẩm. Nh vậy tác nhân lạnh và tác nhân sấy cùng tham gia trao đổi nhiệt

cho nhau, bên thu nhiệt tơng ứng với bên thải nhiệt và ngợc lại.
- áp suất ngng tụ p
càng cao thì nhiệt độ ngng tụ t càng cao, nhiệt
độ t
cao dẫn đến nhiệt độ tác nhân sấy cao và độ ẩm tơng đối thấp nên tạo
động lực tốt cho quá trình thu ẩm của vật sấy, song để lựa chọn chế độ làm việc
với t
nào hợp lý là do công nghệ sấy của từng loại sản phẩm quyết định. Nhng
ngợc lại khi p
càng cao lợi về nguồn nhiệt cao, công nén đoạn nhiệt càng
cao và năng suất lạnh càng giảm. Khi giảm đến một giới hạn nhất định thì năng
K
k
k
k
K
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
23
suất lạnh q
bé đến mức không đủ hạ nhiệt độ tác nhân sấy xuống đến điểm
đọng sơng, khi đó tác nhân sấy bảo hoà hơi ẩm, quá trình sấy không còn hiệu
quả.
0
- Nh vậy đối với sấy bơm nhiệt sử dụng cả hai chiều nóng, lạnh khác với
các bơm nhiệt thuần tuý khác là cả hai nguồn năng lợng này đều cùng tham

gia vào quá trình sấy. Chính vì vậy việc tính toán các chế độ cho phù hợp để
phát huy tính năng tác dụng của thiết bị sấy là một vấn đề phức tạp vì có rất
nhiều thông số phụ thuộc.
- Căn cứ vào yêu cầu công nghệ đã phân tích ở phần trên, lựa chọn dải
nhiệt độ sấy phù hợp đối với sản phẩm hành lá và thì là là: t < 50
0
C . Với dải
nhiệt độ này là cơ sở để lựa chọn tác nhân lạnh của bơm nhiệt. Tác nhân lạnh
tuần hoàn trong chu trình của bơm nhiệt phải thoả mãn: Nhiệt độ ngng tụ cao
hơn nhiệt độ tác nhân sấy t = 8
0
C ữ 10
0
C, mặt khác phải đảm bảo nhiệt độ bay
hơi thấp khoảng : +5
0
C ữ +10
0
C để có thể đủ hạ nhiệt độ tác nhân sấy xuống
đến điểm đọng sơng với t
đs
= 15
0
C ữ 22
0
C. Với điều kiện trên chọn tác nhân
lạnh F22 là phù hợp có thể làm việc ổn định ở nhiệt độ ngng t
k
= 50
0

C và t
0
=
+5
0
C ữ +10
0
C. Nh vậy ta có thể lựa chọn nhiệt độ tác nhân sấy trong khoảng
t
1
= 45
0
C
ữ
60
0
C.
- Giải pháp để ổn định đợc nhiệt độ sấy t
1
theo đồ thị ( Hình 5-3) cần
phải thải lợng nhiệt d sau mỗi chu trình tuần hoàn của tác nhân sấy để hạ
điểm 1

xuống điểm 1 bằng cách gián tiếp thải một phần nhiệt lợng ra ngoài
môi trờng thông qua dàn ngng tụ phụ đặt bên ngoài buồng sấy. Giải pháp để
nâng cao hiệu suất tách ẩm tại dàn bay hơi và điều khiển đợc nhiệt độ đọng
sơng ta có thể điều khiển nhiệt độ sau quá trình sấy trớc khi đi vào thiết bị
bay hơi bằng cách lắp thêm thiết bị làm mát bổ sung để hạ nhiệt tác nhân sấy.
- Giải pháp để nâng nhiệt độ ban đầu của buồng sấy khi mới cho nguyên liệu
vào giai đoạn đầu mà chế độ sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trờng .

Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
24
Đối với sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín không có bộ phận gia nhiệt trực
tiếp, để ổn định đợc nhiệt độ sấy phải mất một khoảng thời gian ban đầu, do
chỉ có lợng nhiệt d cung cấp để làm nóng sản phẩm. Vì vậy ta đa ra giải
pháp lắp thêm 01 dàn bay hơi phụ nằm bên ngoài buồng sấy nhằm mục đích
trong giai đoạn đầu dàn bay hơi chính cha làm việc, dàn bay hơi phụ sẽ làm
việc để lấy nhiệt của môi trờng cấp cho buồng sấy và nguyên liệu sấy đạt đến
nhiệt độ yêu cầu. Sau đó đến khi dàn bay hơi chính làm việc dàn bay hơi phụ
dừng và quá trình sấy bắt đầu.
2.3. Tính toán mô hình sấy bơm nhiệt thí nghiệm
2.3.1. Mục đích, yêu cầu của mô hình sấy thí nghiệm
a) Mục đích:
Nh đã trình bày ở phần tổng quan, phạm vi ứng dụng của bơm nhiệt rất
đa dạng. Khi sử dụng với các mục đích khác nhau đều cho ta hiệu quả cao về
hiệu suất sử dụng năng lợng, thể hiện qua hệ số nhiệt của bơm nhiệt.
Trong điều kiện khí hậu Việt Nam với đặc thù là vùng khí hậu nóng ẩm
các phơng pháp sấy thông thờng khác còn nhiều hạn chế: Chế độ sấy phụ
thuộc nhiều vào yếu tố môi trờng (nh nhiệt độ và độ ẩm); Vệ sinh an toàn
thực phẩm không đảm bảo do phải tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy (không
khí, khói lò - đối với sấy trực tiếp); hiệu quả thấp khi sấy ở nhiệt độ thấp
Trong phạm vi của luận văn này chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu một
số thông số ảnh hởng đến sấy một vài loại rau chất lợng cao bằng bơm nhiệt.
Đối tợng nghiên cứu là bơm nhiệt có tác nhân sấy tuần hoàn kín và sử dụng cả
hai chiều nóng lạnh. Để giải quyết vấn đề này, cần phải nghiên cứu một cách

chi tiết quá trình trao đổi nhiệt, ẩm của tác nhân là không khí tuần hoàn kín
trong thiết bị sấy, từ đó làm cơ sở để tính toán các thông số chuẩn về chu trình
lạnh của tác nhân lạnh . Nh vậy đối với thiết bị sấy bơm nhiệt đồng thời có 2
tác nhân tuần hoàn kín là không khí và tác nhân lạnh: Không khí tuần hoàn
Trờng Đại học Nông nghịêp I Hà Nội Khoa Sau Đại học




Luận văn Thạc sĩ Lê Xuân Lâm
25
nhờ quạtt cỡng bức và tác nhân lạnh tuần hoàn nhờ máy nén. Vì vậy mục đích
của của việc nghiên cứu là:
Xây dựng đợc một mô hình thí nghiệm phục vụ cho quá trình khảo sát
thực nghiệm ảnh hởng của các thông số từ tác nhân sấy và tác nhân lạnh đến
khả năng tách ẩm của vật sấy trong thiết bị sấy bơm nhiệt.
b) Yêu cầu đối với mô hình thực nghiệm
- Có các thiết bị đo liên tục và chính xác thoả mãn các yêu cầu tính toán
kỹ thuật các thông số cần khảo sát
- Cho phép xác định đợc những ảnh hởng những thông số của tác nhân
sấy đến khả năng tấch ẩm của vật sấy.
- Đơn giản về kết cấu và đo đạc nhng đảm bảo độ bền cơ, nhiệt để
có thể làm thí nghiệm trong thời gian lâu dài
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý mô hình sấy bơm nhiệt thực nghiệm
Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt thực nghiệm
Theo sơ đồ trên (Hình 2-9) :
- MN- Máy nén
- NT1- Dàn ngng tụ
- NT2- Dàn ngng tụ phụ đặt ngoài buồng sấy
- BH1- Dàn bay

- BH2- Dàn bay hơI phụ đặt ngoài buồng sấy
- TBHN- Thiết bị tách lỏng và hoàn nhiệt
- VĐT1,VĐT2,VĐT3,VĐT4- Các van điện từ đóng chặn tác nhân lạnh
- VTL1,VTL2- Van tiết lu chính và van tiết lu phụ tơng ứng BH1,
BH2