Hệ thống sấy bơm nhiệt hai tầng kết hợp vi sóng

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,
dưới sự giảng dạy của các thầy cô trong trường cũng như trong Viện Khoa học
và Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã giúp em hiểu hơn, yêu hơn về ngành nghề và con
đường em đã chọn.
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô, những người
đã cho em nhiều kiến thức hay và những lời khuyên bổ ích làm hành trang cho
em trên con đường tương lai của mình.
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư là môn học quan trọng cuối cùng của mỗi sinh
viên, được xem như một công trình lớn của mỗi sinh viên đòi hỏi sự vận dụng tất
cả kiến thức trong suốt quá trình học tập cũng như trải nghiệm. Mặc dù còn gặp
nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện, nhưng với sự hướng dẫn nhiệt tình của
thầy hướng dẫn cùng với sự cố gắng của bản thân, cuối cùng bản đồ án cũng
được hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn thầy - Ths. Trịnh Viết Thiệu, người
đã trực tiếp hướng dẫn em đi đến thành công đó.
Qua đây em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã cổ vũ động viên tinh
thần trong quá trình học tập và những tình cảm đáng quý mà mọi người dành cho
em ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Vũ Hữu Quý


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án tốt nghiệp này là do tôi tự tính toán,
thiết kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Ths. Trịnh Viết Thiệu,
Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt - Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã được ghi trong
mục các tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà
không được ghi.
Nếu sai, tôi xin chịu mọi trách nhiệm theo quy định.

Hà Nội, ngày 6 tháng 6 năm 2016.
Sinh viên thực hiện
Vũ Hữu Quý


MỤC LỤC


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

LỜI NÓI ĐẦU
Vấn đề tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng chế
biến sau thu hoạch các sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản đã và đang đặt ra
như một thách thức có tính chất toàn cầu vì đây là chìa khóa để giải quyết vấn
đề an ninh lương thực, đồng thời góp phần giảm ô nhiễm và hủy hoại môi
trường thiên nhiên, đảm bảo sự phát triển bền vững của loài người. Ứng dụng
những công nghệ tiên tiến có hiệu quả năng lượng sẽ góp phần giảm tổn thất
sau thu hoạch lại góp phần giải quyết vấn đề an ninh lương thực trên thế giới.
Thực trạng hiện nay cho thấy tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch rất cao, nhất là
mặt hàng nông sản, thực phẩm. Theo thống kê của Liên Hiệp Quốc, mỗi năm
trên thế giới trung bình thiệt hại về lương thực chiếm từ 15 – 20%, tính ra tới
130 tỷ USD, đủ để nuôi sống 200 triệu người/năm (trong khi ở Việt Nam, tỷ lệ
này tương đối cao từ 25% đến 30%). Để giải quyết vấn đề trên, ngoài vấn đề
xử lý cận thu hoạch còn cần ứng dụng công nghệ tiên tiến sau thu hoạch giúp
nâng cao giá trị cho ngành hàng nông sản, thực phẩm chế biến.
Trong các quá trình chế biến, bảo quản sau thu hoạch, ứng dụng các công
nghệ sấy nông sản không chỉ cần kéo dài thời gian bảo quản mà còn giữ được
phần nào chất lượng ban đầu của sản phẩm. Công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp

với vi sóng là một công nghệ mới không chỉ giữ được các thành phần vitamin,
các hợp chất hữu cơ có ích và mặt thương phẩm như màu sắc, mùi vị mà công
nghệ còn thúc đẩy quá trình bốc hơi của sản phẩm nhanh hơn, qua đó giúp rút
ngắn được thời gian sấy. Tuy nhiên, sấy là quá trình truyền nhiệt và truyền chất
phức tạp với các điều kiện và chế độ sấy khác nhau. Các thông số như nhiệt độ
tác nhân sấy, tốc độ gió hay công suất cấp vi sóng,… ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng cũng như thời gian sấy.Vậy nên ta cần phải khảo sát đánh giá các
thông số ảnh hưởng này đến hiệu quả sấy, từ đó hỗ trợ việc đưa ra được chế độ
sấy phù hợp, cũng như góp phần đưa ra phương án chế tạo, vận hành tối ưu
nhất mà không phải mất nhiều thời gian, công sức thí nghiệm. Đây cũng chính
là nội dung của đồ án tốt nghiệp mà em muốn trình bày, đó là: “Nghiên cứu
ứng dụng của hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp với vi sóng và các yếu tố chính
ảnh hưởng đến hiệu quả sấy”.
4
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT KẾT HỢP VI SÓNG
1.1 Tổng quan về hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt
1.1.1 Giới thiệu về bơm nhiệt
a, Định nghĩa về bơm nhiệt
Bơm nhiệt là thiết bị dùng để đưa một dòng nhiệt từ nguồn có nhiệt độ
thấp đến nguồn có nhiệt độ cao hơn đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt
như sấy, sưởi ấm, đun nước nóng.... Máy lạnh và bơm nhiệt có cùng nguyên lý
làm việc theo chu trình nhiệt động ngược chiều, các thiết bị của chúng là giống

nhau. Gọi là máy lạnh khi sử dụng nguồn lạnh sản ra ở dàn bay hơi, còn gọi là
bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nóng sản ra ở dàn ngưng tụ. Ngoài ra, một điểm
khác biệt nữa giữa bơm nhiệt và máy lạnh là có phạm vi nhiệt độ sử dụng khác
nhau. Trong chu trình máy lạnh, nhiệt độ bay hơi t0 thấp hơn nhiệt độ môi
trường còn trong chu trình bơm nhiệt thì nhiệt độ bay hơi bằng nhiệt độ môi
trường.
b, Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt
I

Dµn l¹nh
Dµn nãng

3

1

t1

2

t2
1 Khay ®ùng vËt liÖu 2

ϕ=1
3

t3
d1

d2 d

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý và chu trình tác nhân sấy của bơm nhiệt
Bản chất phương pháp sấy bằng bơm nhiệt khác với sấy nóng là không
tạo ra thế sấy bằng cách gia nhiệt cho vật liệu sấy (VLS) và tác nhân sấy
(TNS), mà tạo ra chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt của vật liệu sấy
và phân áp suất hơi nước trong TNS. Trong đó việc làm giảm phân áp suất hơi

5
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

nước hay độ chứa hơi trong TNS được thực hiện thông qua việc cho TNS là
không khí đi qua dàn lạnh của bơm nhiệt, có nhiệt độ bề mặt nhỏ hơn nhiệt độ
đọng sương của TNS để khử ẩm. Sau đó TNS lại được đi qua dàn ngưng trong
của chính bơm nhiệt để gia nhiệt cho TNS, trước khi đi vào buồng sấy để tiếp
xúc và nhận ẩm từ VLS. Trong công nghệ sấy bơm nhiệt, gradient nhiệt độ và
nồng độ là cùng chiều nên thúc đẩy tốc độ bốc hơi nước của sản phẩm khá
nhanh trong giai đoạn sấy ban đầu (0 và 1). Vì vậy bơm nhiệt có một số ưu
điểm vượt trội sau so với một số phương pháp sấy khác (thể hiện trong bảng
1.1).
Bảng 1.1: So sánh giữa sấy bằng bơm nhiệt và các phương pháp khác
Phương pháp sấy
Sấy
nóng

Sấy thăng

hoa và
chân
không

Sấy lạnh sử dụng
máy hút ẩm kết
hợp máy lạnh

TT

Chỉ tiêu so sánh

1

Chất lượng sản
phẩm (màu sắc, mùi
vị, vitamin)

Kém

Rất tốt

Tốt

2

Giá thành sản phẩm

Thấp

Đắt hơn
nhiều

Đắt hơn

3

Thời gian sấy

Ngắn
hơn

Ngắn hơn

Lâu hơn sấy nóng

4

Chi phí đầu tư ban
đầu

Thấp

Rất cao

Cao

5

Chi phí vận hành và

bảo dưỡng

Thấp

Rất cao

Cao

6

Khả năng điều chỉnh
nhiệt độ TNS theo
yêu cầu công nghệ

Khó

Khó

Bình thường

7

Vệ sinh an toàn thực
phẩm

Không
cao

Rất cao

Cao

6
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

8

Bảo vệ môi trường

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Không
cao

Không cao

Không cao

9 Phạm vi ứng dụng
Rộng
Rất hẹp
Hẹp hơn
 So với sấy lạnh sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh :
Sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra có ưu thế vượt trội về chi
phí đầu tư ban đầu, giảm tiêu hao điện năng. Do vậy, với điều kiện của Việt
Nam thì nên dùng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.
Trong thực tế, ở một số nhà máy nhập dây chuyền công nghệ sấy lạnh sử dụng

máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh không đạt hiệu quả, đã và đang
chuyển sang dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp, điển hình là công ty bánh kẹo Hải
Hà.
 So với sấy thăng hoa và sấy chân không :
Chất lượng sản phẩm của hai phương pháp sấy này thường tốt hơn sấy lạnh
sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp nhưng các chỉ tiêu quan trọng 2 và 5 lại kém
hơn nên chỉ nên áp dụng hai phương pháp này khi yêu cầu về chất lượng sản
phẩm rất cao (chỉ tiêu 1, 7), còn lại nên sử dụng phương pháp sấy lạnh bằng
bơm nhiệt nhiệt độ thấp.
 So sánh với sấy nóng:
Nhìn chung, có một số vật liệu sấy lạnh không có hiệu quả như sấy gỗ, các
loại hoa quả có vỏ dày thì buộc phải sử dụng sấy nóng. Đối với các vật liệu còn
lại, nếu VLS nhạy cảm với nhiệt, dễ mất màu, mùi, chất dinh dưỡng, giá thành
sản phẩm (chỉ tiêu 2) được thị trường chấp nhận và thời gian sấy (chỉ tiêu 3)
không đòi hỏi phải nhanh thì nên sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp. Như
vậy sẽ đảm bảo được yếu tố chất lượng của sản phẩm sấy.
Vì những ưu điểm rõ rệt nêu trên nên công nghệ sấy bằng bơm nhiệt rất phát
triển trên thế giới trong vòng hơn 50 năm qua và hiện nay vẫn tiếp tục được
hoàn thiện theo các xu hướng chủ đạo sau:
• Khống chế chế độ nhiệt độ, độ ẩm của tác nhân sấy trong bơm nhiệt một
cách chặt chẽ;
• Cho phép nhiệt độ của tác nhân sấy (không khí) sau khi xử lý bằng bơm
7
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

nhiệt có thể thay đổi trong dải nhiệt độ rộng từ 20-55 oC phụ thuộc vào các
vật liệu sấy, để tăng khả năng ứng dụng của sấy bằng bơm nhiệt;
• Tối ưu hóa hệ thống sấy về mặt bơm nhiệt với mục tiêu tiết kiệm năng
lượng
• Mở rộng phạm vi ứng dụng của bơm nhiệt cho các dạng nông sản thực
phẩm khác nhau.
c, Một số ứng dụng của bơm nhiệt
Bơm nhiệt có thể được ứng dụng trong các ngành kinh tế sử dụng các nguồn
nhiệt như:
- Công nghiệp sấy và hút ẩm;
- Các quá trình thu hồi nhiệt thải;
- Công nghiệp chưng cất, tách chất;
- 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 tử và chế tạo máy;
- Công nghiệp hoá học như bay hơi, cô đặc...;
- Điều tiết không khí tiện nghi công nghiệp, nông nghiệp, các công trình

công cộng như y tế, văn hoá, thể thao...;
- Ứng dụng của bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp,….

Ta có thể thấy rõ hơn về ứng dụng của bơm nhiệt trong bảng 1.2 (theo
[3])

8
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Bảng 1.2: Một số khả năng ứng dụng của bơm nhiệt thông dụng
Mục đích sử dụng của
bơm nhiệt

Sưởi ấm nhà ở bằng bơm nhiệt gió- gió
(ATA heat pump)

Đun nước nóng gia dụng bằng bơm nhiệt
gió – nước (ATW heat pump)

Đun nước nóng thương nghiệp và công
nghiệp (ATW heat pump)

Công nghiệp sấy

Quay vòng dòng nhiệt trong công nghiệp
bay hơi, cô đặc, tháp chưng cất, xưởng
giặt là, tẩy rửa vệ sinh thiết bị hoặc buồng
sấy.
Thu hồi nhiệt thải từ các quá trình công
nghệ, khu đô thị, khu dân cư, sản xuất hơi
công nghệ, kết hợp với trung tâm cấp
nhiệt, cấp lạnh, thu hồi nhiệt ngưng tụ.

Năng suất nhiệt,
kW

Nhiệt độ nguồn

lạnh, oC

2,3 ÷ 14

Nhiệt độ môi
trường

45 ÷ 50

2,3 ÷ 14

Nhiệt độ môi
trường

45 ÷ 50

14 ÷ 250

Nhiệt độ môi
trường

45 ÷ 70

2,3 ÷ 250

Nhiệt và ẩm
của gió tuần
hoàn

15 ÷ 50

250 ÷ 1000

30 ÷ 130

30 ÷ 50

1000 ÷ 5000

30 ÷ 70

50 ÷ 120

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu về bơm nhiệt
a, Một số nghiên cứu về bơm nhiệt trong nước

9
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631

Nhiệt độ nguồn
nóng, oC


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

 Nghiên cứu và chuyển giao công nghệ sấy kẹo Jelly
GS.TS Nguyễn Đức Lợi và GS.TS Phạm Văn Tùy đã nghiên cứu và chuyển
giao công nghệ sấy kẹo Jelly tại công ty bánh kẹo Hải Hà bằng phương pháp

sấy lạnh dùng bơm nhiệt. Và hiệu quả của công nghệ được đánh giá như sau:
• Có thể điều chỉnh được nhiệt độ sấy từ 20 ÷ 25(oC).
• Độ ẩm cùa không khí vào buồng có thể đạt φ = 23(%) hoàn toàn đáp
ứng chỉ tiêu sấy lạnh của sản phẩm, trong khi độ ẩm bên ngoài là
85(%).
• Giá đầu tư buồng sấy chỉ bằng 50(%) so với phương pháp cũ (dùng
chất hút ẩm silicagel).
• Giá vận hành chỉ bằng khoảng 70(%).
• Không phải thay thế, tái sinh chất hút ẩm.
• Có khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình khống chế nhiệt độ và độ
ẩm của buồng sấy.
Tác giả Phạm Văn Tùy cùng các cộng sự nghiên cứu và chế tạo thành công
máy sấy lạnh hút ẩm đa năng và ứng dụng sấy một số sản phẩm như: cà rốt, củ
cải, hành lá, thì là... Kết quả được các sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ nguyên
màu tự nhiên dù đã sấy khô, hàm lượng vitamin C ở mức cao hơn hẳn so với
các sản phẩm rau quả sấy bằng không khí nóng. Công nghệ này đã được trao
“Giải thưởng sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam” Vifotec năm 2003.
 Công nghệ và thiết bị sấy Atiso
Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lâm Đồng, Hội đồng nghiệm thu đề tài
tỉnh Lâm Đồng đã tổ chức nghiệm thu đề tài nghiên cứu công nghệ và thiết bị
sấy Atiso phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu do trường đại học nông
lâm Tp Hồ Chí Minh thực hiện. Các phương pháp làm khô thủ công đều không
đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, độ ẩm sản phẩm không đồng đều, làm mất
màu tự nhiên, mất tính dược phẩm và giảm mùi vị đặc trưng của Atiso, làm cho
giá trị của cây Atiso bị giảm khó cạnh tranh với các thị trường lớn chủ yếu
được tiêu thụ trong nước. Trên cơ sở tính toán về tính chất của từng bộ phận
của cây Atiso và các đặc tính hóa dược quan trọng, đề tài nghiên cứu công
nghệ và thiết bị sấy Atiso đã tiến hành các thí nghiệm sơ bộ và phân tích đánh

10

SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

giá chất lượng sản phẩm thời gian sấy, chi phí năng lượng nhằm lựa chọn
phương pháp sấy phù hợp với các bộ phận cây Atiso, từ đó tính toán và chế tạo
2 mô hình máy sấy Atiso năng suất 20(kg/mẻ) bao gồm một máy sấy thân, rễ
Atiso thái lát theo nguyên lý sấy nóng đối lưu gián tiếp và 1 mô hình máy sấy
bông Atiso theo nguyến lý sấy bơm nhiệt và 1 máy sấy bông Atiso năng suất
quy mô nông hộ 200(kg/mẻ) theo nguyên lý sấy bơm nhiệt. Qua quá trình sấy
trình diễn cho thấy máy hoạt động hiệu quả, chất lượng Atiso sau khi sấy cao
hơn hẳn về màu sắc, mùi vị, hình dạng và thành phần dược học, chi phí năng
lượng thấp. Khi đưa vào sử dụng hệ thống máy sấy này đã giải quyết những tồn
tại trong khâu làm khô Atiso hiện nay tại Lâm Đồng nâng cao được chất lượng
sản phẩm, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng bơm nhiệt kết
hợp với bộ thu năng lượng mặt trời
Đề tài KC05.06/11-15 (2011-2013): “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nước
nóng sử dụng bơm nhiệt kết hợp với bộ thu năng lượng mặt trời trong điều kiện Việt Nam”
do TS Nguyễn Nguyên An chủ trì, TS Nguyễn Việt Dũng, ThS Vũ Huy Khuê chủ trì đề tài
nhánh, đã chế tạo thành công hệ thống cũng cấp nước nóng sử dụng bơm nhiệt có công suất
nhiệt 30 kW. Nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện công nghệ này với các ưu điểm nổi bật, xây dựng được
quy trình chế tạo, phát triển công nghệ sản xuất nước nóng bằng bơm nhiệt kết hợp với bộ thu năng lượng
mặt trời trong điều kiện Việt Nam, nhằm sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng điện thông qua tận
dụng tối đa năng lượng mặt trời.

b, Một số nghiên cứu về bơm nhiệt ở nước ngoài

+/ Tiêu biểu cho những nghiên cứu đó trong thời gian gần đây là của tác giả
Mujumdar (2006), đã nghiên cứu sấy bột thực phẩm dành cho người ăn kiêng
bằng phương pháp sấy bơm nhiệt cho thấy sản phẩm sau khi sấy có sự biến
tính protein rất ít cũng như giữ được hạt tính của enzyme so với bột thực phẩm
được sản xuất bằng phương pháp sấy chân không.
+/ Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt đã được sử dụng để nghiên cứu quá
trình sấy thịt quả hồng xiêm và cho thấy rằng thời gian sấy ngắn hơn so với sấy
bằng không khí nóng (Janggam và cộng sự, 2008).
+/ Việc nghiên cứu sấy quả đào Úc (dạng thái lát) trong hệ thống sấy bằng bơm
nhiệt đã được thực hiện bởi Sunthorvit và cộng sự (2007). Kết quả cho thấy sản

11
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

phẩm sấy có chất lượng tốt hơn so với phương pháp sấy nóng, nhất là hàm lượng
lactone và terpenoid còn lại trong sản phẩm sấy.
+/ Việc nghiên cứu, mô phỏng hệ thống sấy bơm nhiệt hai tầng của nhóm tác giả
“Kong Hoon Lee, Ook Joong Kim, Jongryul Kim” (năm 2010) đã đưa ra quá
trình biến đổi thông số tác nhân sấy trong hệ thống sấy, và kết luận từ các tác giả
nghiên cứu là có thể thiết kế hệ thống bơm nhiệt hai tầng ở nhiệt độ cao.
1.1.3. Đánh giá về hệ thống sấy bơm nhiệt thuần túy
Phương pháp sấy bơm nhiệt hiện nay vẫn có yếu điểm, đó là khi vật liệu sấy
càng tiến tới trạng thái ẩm cân bằng trong giai đoạn sấy thứ II (hình 1.1), thì
tốc độ sấy càng giảm, do thế sấy giữa VLS và TNS thấp không đủ để thoát ẩm.
Do đó dẫn đến độ ẩm cân bằng của VLS bằng bơm nhiệt là khá cao, cũng như

chi phí điện năng tăng cao trong giai đoạn sấy này. Đây chính là lý do tại sao
giá thành sấy bằng bơm nhiệt khá cao làm hạn chế ứng dụng trong việc sấy
nông sản.
Để khắc phục vấn đề này và nâng cao hiệu quả năng lượng của hệ thống sấy
bằng bơm nhiệt hiện nay trên thế giới có hai xu hướng chính:
 Hoàn thiện khả năng khử ẩm và tăng hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt
bằng cách sử dụng bơm nhiệt tầng có nhiều nhiệt độ sôi kết hợp với sấy
theo chu kỳ gián đoạn. Việc thay đổi nhiệt độ TNS theo bậc là một phương
pháp hiệu quả để giảm thời gian sấy và cải thiện chất lượng sản phẩm
cũng như cải thiện động học sấy (Chong và Law, (2009)). Trong quy mô
phòng thí nghiệm ở Mỹ đã đạt được suất tiêu hao năng lượng cho việc
tách 1 kg ẩm là 0,25-0.27 kWh/kg ẩm;
 Kết hợp bơm nhiệt với công nghệ sấy khác như vi sóng hoặc hồng ngoại.
Trong đó, việc kết hợp 2 xu hướng trên đang là xu hướng được giới nghiên cứu
ở các nước trên thế giới quan tâm và triển khai nghiên cứu ứng dụng trong thời
gian khoảng 3 năm trở lại đây.
1.2 Tổng quan về hệ thống sấy sử dụng vi sóng
1.2.1 Giới thiệu về vi sóng
a, Lịch sử về vi sóng
Sự hữu dụng của lò vi sóng để nấu ăn được phát hiện bởi Percy Le Baron
12
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Spencer (người Mỹ) vào năm 1945 khi một số bánh kẹo trong túi của ông bị
tan chảy trong khi ông đang làm việc với các thiết bị radar. Bắt đầu từ năm

1960, vi sóng được ứng dụng vào các quá trình chế biến như làm khô, ủ, nấu ăn
và tiệt trùng. Tuy nhiên phải tới những năm 70 thì kỹ thuật gia nhiệt bằng vi
sóng mới băt đầu được đưa vào ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp thực
phẩm dưới dạng lò vi sóng và cũng phải tới những năm 90 của thế kỷ trước thì
công nghệ vi sóng mới thực sự hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi trong tiêu
dùng. Do các tính năng thuận lợi mà không thể được tìm thấy trong các phương
pháp thông thường, chế biến bằng lò vi sóng đã đạt được ngày càng nhiều
người ứng dụng ở các nước công nghiệp hoá. Tại khu vực Đông Nam Á, các
ứng dụng của năng lượng vi sóng đang còn hạn chế, mới chủ yếu giới hạn ở
các thiết bị dân dụng, chưa có ứng dụng nhiều trong công nghiệp.

Hình 1.2: Hình ảnh mô phỏng một thiết bị sấy bằng vi sóng
b, Định nghĩa vi sóng
Vi sóng (microwave) là một loại sóng cực ngắn hay còn gọi là sóng siêu
tần, sóng UHF. Vi sóng nằm trong phổ của quang phổ điện từ có bước sóng từ
1mm đến 1m tương ứng với tần số từ 300 MHz đến 300 GHz. Trong khoảng
phổ này có tần số được sử dụng cho điện thoại di động, radar, thông tin liên lạc,
truyền hình vệ tinh,…Ủy ban Truyền thông liên bang Mỹ (FCC) đã đề ra hai

13
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

dải tần số phổ biến nhất được sử dụng cho ISM (công nghệ, khoa học, y tế) là
915 và 2450 MHz. Lò vi sóng cho hộ gia đình hiện nay thường hoạt động ở tần
số 2450 MHz trong khi đo hệ thống lò vi sóng công nghiệp hoạt động ở tần số

MHz và 2450 MHz.

Hình 1.3: Thang sóng điện từ
c, Nguyên lý của hệ thống sấy bằng vi sóng
Nguyên lý chung của công nghệ sấy vi sóng là khi ta đặt thực phẩm trong
môi trường có phát vi sóng (sóng vi ba) có tần số cao khoảng 2450 MHz, các
sóng ngắn này tương tự sóng vô tuyến đi sâu vào trong lòng thực phẩm, mang
theo điện- từ trường, khi gặp các phân từ nước H 2O có cấu tạo phân cực từ các
nguyên tử Oxi và hydro làm cấu trúc này xoay và định hướng lại theo hướng
của điện-từ trường. Do có tần số dao động của sóng vi ba rất lớn 2,45 tỷ lần/s
nên điện trường luôn đổi cực, làm cho các phân tử nước luôn dao động rất
nhanh và sinh nhiệt do ma sát. Lượng nhiệt sinh ra này sẽ được truyền vào bên
trong vật làm nóng vật và bay hơi nước. Dựa theo nguyên lý trên trong khoảng
15 năm trở lại đây người ta đã ứng dụng chế tạo ra các thiết bị sấy bằng vi sóng
có quy mô lớn được ứng dụng trong công nghiệp. Vì sóng vi ba có bước sóng
ngắn nên khả năng xuyên vào vật chỉ khoảng 10 cm nên phương pháp sấy này
rất thích hợp với sấy nông sản, thực phẩm và dược liệu khi bán kính của vật
liệu sấy nhỏ hơn 10cm.
d, Một số lưu ý quan trọng khi làm việc trong môi trường vi sóng

14
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

 Các vật liệu được phép sử dụng:
- Gốm sứ, các loại thủy tinh chịu nhiệt được phép sử dụng vì chúng có tính

dẫn nhiệt kém và đã được xử lý ở nhiệt độ cao nên những sản phẩm tốt hoàn
toàn có thể sử dụng được trong môi trường thiết bị vi sóng.
- Hầu hết các loại vật liệu phi kim đều sử dụng được trong thiết bị sử dụng
dụng vi sóng. Một số loại vật liệu hay được sử dụng như: gỗ nhíp, tre, lưới chịu
nhiệt, ....
 Các vật liệu không được phép sử dụng:
- Tuyệt đối không được phép cho vật liệu kim loại vào bên trong thiết bị sử
dụng vi sóng do vi sóng không thể xuyên qua kim loại, mà bị phản xạ lại nên
có thể gây cháy nổ, hư hỏng thiết bị và gây nguy hiểm cho người sử dụng và
những người xung quanh.
Khi nấu nướng bằng lò vi sóng không được sử dụng giấy bạc do vi sóng
không xuyên qua được giấy bạc nên sẽ tạo ta các tia lửa điện gây cháy.
e, Một số ứng dụng của vi sóng
Trong gia đình, nấu ăn là một trong những ứng dụng chính của vi sóng.
Ngày nay việc sử dụng lò vi sóng trong nấu nướng đã trở nên quen thuộc với
nhiều bà nội trợ. Sử dụng lò vi sóng trong nấu nướng giúp tiết kiệm được rất
nhiều thời gian và công sức trong việc bếp núc hàng ngày. Với các lò vi sóng
sử dụng trong hộ gia đình như hiện nay, vi sóng được phát ra từ đầu phát
magnetron, được dẫn theo ống phát sóng vào ngăn nấu rồi phản xạ qua lại bên
trong ngăn nấu và được hấp thụ bởi thức ăn.
Trong công nghiệp, việc ứng dụng vi sóng trong ngành thực phẩm đang
được nghiên cứu một cách rộng rãi do các ưu điểm mà nó mang lại. Khi kết
hợp năng lượng vi sóng với các phương pháp sấy thông thường có thể nâng cao
hiệu quả sấy cũng như chất lượng sản phẩm so với sấy chỉ dùng vi sóng hoặc
các phương pháp thông thường khác.

15
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631

Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Ngoài ra, vi sóng được sử dụng trong thông tin vệ tinh vì vi sóng dễ dàng
truyền qua khí quyển, ít bị nhiễu so với các bước sóng dài hơn; vi sóng cũng
được dùng rộng rãi trong thông tin vô tuyến chuyển tiếp; các hệ thống radar
cũng dùng bức xạ vi sóng để phát hiện khoảng cách, tốc độ và các đặc trưng
khác của những đối tượng ở xa như ô tô và các phương tiện giao thông khác.
Truyền hình cáp, Internet bằng cáp đồng trục cũng như một số mạng điện thoại
di động nhỏ cũng dung dải tần số vi sóng thấp.
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu về sấy vi sóng
a, Các nghiên cứu trong nước
 Nghiên cứu phương pháp sấy vi sóng giúp bảo quản nông sản sau thu
hoạch
Đây là một dự án của nhóm sinh viên viện Công nghệ sinh học & thực
phẩm, đại học Bách Khoa Hà Nội. Ý tưởng của dự án xuất phát từ thực tế là
nhu cầu bảo quản sau thu hoạch của nông sản Việt Nam hằng năm rất lớn, nếu
không có biện pháp bảo quản kịp thời sẽ ảnh hưởng đến chất lượng, thậm chí
bị hư hỏng, dẫn đến giảm giá thành nông sản trên thị trường. Vì vậy nhóm sinh
viên Lưu Hoàng Hải, Phạm Văn Dũng, Hoàng Văn Tùng (KTVL1-K56, ĐH
Bách khoa Hà Nội) đã nghĩ đến giải pháp sấy nông sản để bảo toàn chất lượng
sản phẩm. Với phương pháp sấy thông thường, tác nhân sấy kiêm luôn vai trò
tác động nhiệt lên vật sấy nên nhiệt độ bề mặt vật sấy cao hơn nhiệt độ tâm,
dẫn đến việc chuyển dịch độ ẩm từ tâm ra bề mặt rất khó thực hiện. Vì vậy,
việc sấy kiệt sẽ đòi hỏi nhiệt độ cao, mất nhiều thời gian khiến chất lượng sản
phẩm giảm sút mà lại tốn năng
lượng.
Vì vậy, nhóm đã áp dụng phương pháp sấy vi sóng. Theo đó, vi sóng trong
bức xạ nhiệt phục vụ sấy vi sóng được phát ra từ nguồn magnetron, dẫn theo

ống dẫn sóng vào khoang sấy, khi sóng vào khoang sấy thì va đập liên hồi vào
sản phẩm và tường của khoang sấy. Sóng sẽ đâm xuyên vào tâm vật liệu sấy
một cách nhanh chóng (tốc độ ánh sáng), đảm bảo gia nhiệt đồng đều từ trong
ra ngoài bề mặt của vật liệu cần sấy.

16
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Với phương pháp này, thiết bị sấy vi sóng cũng nhỏ gọn hơn các thiết bị
sấy thông thường, tốc độ sấy đạt được rất cao, năng lượng tiêu hao ít, vật liệu
sấy không bị cháy (chiều truyền nhiệt truyền ẩm cùng chiều: từ trong ra ngoài).
Tuy nhiên, công suất vi sóng cần phải được điều chỉnh trong suốt quá trình sấy
nhằm đáp ứng các yêu cầu về mặt công suất (công suất vi sóng phải giảm khi
lượng nước bay hơi được giảm).
 Máy sấy gỗ tươi sử dụng công nghệ vi sóng
Hai kỹ sư Lương Ngọc Dư và Vũ Hiệp-Công ty TNHH Thông tin Minh Dư
(IMD) TPHCM đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy sấy gỗ tươi bằng
công nghệ sóng cao tần có tên gọi Gosaviba 20. Sản phẩm được chế tạo dựa
trên nguyên lý dùng các đèn cao tần để loại các phần tử nước ra khỏi gỗ khi
sấy.
Máy sấy gỗ Gosaviba 20 có kích thước: 3m x 3m x 4,5m, khối lượng
1950kg. Trong đó kích thước buồng sấy là: 0,2m x1,15m x 3,2m. Máy cho
phép sấy khô những thanh gỗ tròn có kích thước tối đa 0,2m x 0,2m x 1,15m.
Máy được thiết kế với công suất 100kW, có thể sấy 4m3 gỗ tươi/ngày, thời
gian sấy 4 giờ/ lần, với công năng tiêu thụ 500-700kWh/m3 gỗ sấy, nguồn điện

380V 3 pha. Máy có thể hoạt động liên tục 24/24giờ. Gỗ sau khi sấy bằng máy
Gosaviba 20 sau 4 giờ đem kiểm nghiệm độ ẩm chỉ còn 8%-10%, chất lượng
đạt 90% (trong khi sấy bằng công nghệ nhiệt phải mất tới 15 ngày mới khô
thành phẩm).
Ngoài ra, máy sấy Gosaviba 20 này còn có thể dùng để sấy các loại nguyên
vật liệu khác như giấy, bìa cacton, vải,... Đặc biệt có thể dùng để sấy khô các
loại nông sản thực phẩm với hiệu quả cao mà không làm thay đổi tính chất ban
đầu.
Máy dễ dàng vận hành với quy trình rất đơn giản: Các công nhân xếp gỗ vào
buồng sấy, đậy nắp, đóng điện là máy tự hoạt động.Trong quá trình sấy, bộ điều
khiển tự động kiểm soát nhiệt độ để điều chỉnh công suất máy theo yêu cầu.
Sau thời gian đã được cài đặt, máy tự động ngắt điện, mở nắp và lấy gỗ ra.
Máy không gây ô nhiễm môi trường. Độ ồn khi vận hành khoảng 30 dB.

17
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Tính ưu việt của máy Gosaviba 20 còn ở chỗ cho phép sấy những loại gỗ
lớn có đường kính hơn 0,2 m mà các máy sử dụng công nghệ nhiệt hiện không
sấy được. Điều hấp dẫn là công nghệ sấy bằng sóng cao tần giúp giảm các sai
hỏng, cong, vênh, nứt của sản phẩm.
b, Một số nghiên cứu nước ngoài
 Nghiên cứu, phân tích nhiệt và chuyển đổi khối lượng trong quá trình sấy
bằng vi sóng đối với thực phẩm.
Hai nhà nghiên cứu Haghi A. K. and Amanifard N đã thực hiện thí nghiệm

sấy bằng vi sóng trên khoai tây thái lát và đưa ra kết luận: Quá trình làm khô
chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu, sau thời gian làm nóng ngắn thì tỷ lệ khối
lượng hầu như giảm không đáng kể; Việc tăng tốc độ sấy phải tăng đồng thời
công suất vi sóng và kích thước của vật liệu sấy; Giá trị công suất của vi sóng
có ảnh hưởng đáng kể nhất tới khả năng làm khô; Quá trình làm khô tăng liên
tục khi tăng công suất vi sóng.
 Nghiên cứu so sánh về hệ thống sấy khoai tây thái lát có hỗ trợ của vi
sóng
Nghiên này của bốn tác giả Reyes A., Cerón S., Zúñiga R., & Moyano P.
(2007) tại trường Santiago de Chile, USACH, Casilla 10233, Santiago, Chile. Phân tích kết quả của các tác giả này cho thấy:
Thời gian sấy khô của nửa sau quá trình sấy giảm đến 85% khi sử dụng vi sóng. Và mùi vị, màu sắc của thành phẩm rất giống với khi sấy
toàn bộ bằng khí nóng. Ở đây, như chúng ta thấy, thời gian sấy đã được rút ngắn đáng kể.

 Xem xét về chất lượng và hiệu quả năng lượng khi sử dụng vi sóng và
hồng ngoại trong việc sấy đối lưu ớt xanh
Hai tác giả Joanna Łechtańska và Justyna Szadzińska đã tiến hành thí
nghiệm sấy ớt xanh có hỗ trợ của vi sóng và hồng ngoại và đã chứng minh
được việc tăng cường sấy với vi sóng và hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sấy
lên đến 76% so với sấy đối lưu thông thường. Tuy nhiên với phương pháp sấy
này, lượng vitamin C còn giữ lại được trong ớt xanh chỉ còn 63,91%. Việc tăng
cường hợp lý chế độ sấy đối lưu kết hợp với vi sóng ảnh hưởng rất lớn tới động
học của quá trình sấy và ảnh hưởng tới màu sắc, lượng nước trong sản phẩm
sấy.
1.2.3 Đánh giá về hệ thống sấy vi sóng đơn thuần
Ưu điểm chính của công nghệ sấy này là sản phẩm khô đều trong toàn bộ
thể tích và rất nhanh, do nhiệt sinh ra từ chính các phân tử nước chứa trong

18
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631

Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

lòng VLS, làm cho nhiệt độ ở đây cao hơn bề mặt và đẩy ẩm ra bề mặt bay hơi
vào TNS. Để sấy khô 100 kg gừng lát từ độ ẩm ban đầu là 90% xuống độ ẩm
khoảng 1% với một hệ thống sấy vi sóng - khí nóng công suất 15 kW có thể
hoàn thành công việc trong vòng 8 giờ. Hiện nay để tăng khả năng tác động
của vi sóng với các VLS có chiều dày lớn, trong công nghiệp người ta còn sử
dụng vi sóng với tần số thấp hơn 915 MHz, khá gần với bước sóng Radio.
Do đó rút ngắn thời gian sấy cũng như đạt được độ ẩm cân bằng cuối quá
trình sấy của vật liệu sấy thấp. Đây là ưu điểm vượt trội của phương pháp sấy
bằng vi sóng so với tất cả phương pháp sấy nóng và sấy lạnh khác.
Tốc độ sấy một sản phẩm của hệ thống vi sóng công nghiệp bị chi phối chủ
yếu bởi lượng nước cần phải tách khỏi sản phẩm, công suất năng lượng vi sóng
sử dụng và tính chất điện môi của sản phẩm (khả năng của sản phẩm làm giảm
năng lượng vi sóng tác động và kết quả là năng lượng vi sóng bị nó hấp
thụ). Các yếu tố khác có ảnh hưởng đến tốc độ quá trình sấy là:
•
•
•
•
•

Nhiệt dung riêng, nhiệt độ bay hơi và nhiệt nóng chảy của sản phẩm;
Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ yêu cầu cuối cùng của sản phẩm;
Độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối cùng mong muốn;
Kích thước và hình dạng của sản phẩm;
Hạn chế nhiệt độ của sản phẩm.

Như vậy, năng lượng vi sóng là một giải pháp cho phép làm tăng nhiệt độ
VLS nhanh hơn các giải pháp thông thường. Tuy nhiên tốc độ tăng nhiệt độ của
VLS phụ thuộc và mật độ năng lượng vi sóng tác động vào VLS. Để duy trì
nhiệt độ của VLS nằm trong giới hạn mong muốn ta cần phải làm chủ khâu
điều chỉnh công suất phát vi sóng cho phù hợp.
Nhược điểm chính của phương pháp sấy vi sóng là thiết bị sấy phức tạp, giá
thành thiết bị cao. Ngoài ra:
• Vi sóng có thể tương tác với một số kim loại sinh nhiệt rất cao dẫn đến
cháy nổ, gây khó khăn trong việc thiết kế khung sấy và buồng sấy;
• Với mỗi loại vật liệu sấy khác nhau, có lượng nước khác nhau, nên ảnh
hưởng của vi sóng lên từng loại vật liệu khác nhau, khó khống chế mức
năng lượng mà vật liệu nhận được;

19
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

• Bản chất sấy vi sóng cũng chính là sấy sinh nhiệt với tốc độ nhanh, cho
nên cần phải giải quyết bài toán điều chỉnh công suất phát sóng để đảm
bảo nhiệt độ của VLS nằm trong giới hạn cho trước, từ đó khắc phục sự
ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến chất lượng sản phẩm sấy;
• Mức tiêu thụ điện năng của hệ thống sấy vi sóng công nghiệp đang ở
mức trung bình khoảng 1 kWh/kg ẩm tách được trong một giờ. Tuy có
thấp hơn so với các giải pháp sấy khác như sấy không khí nóng tuần
hoàn đến 30-40%, nhưng vẫn đang còn cao, cần phải nghiên cứu để giảm

năng lượng tiêu thụ bằng giải pháp sấy lai ghép.
1.3 Tìm hiểu về hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng
1.3.1 Ý nghĩa của việc kết hợp giữa bơm nhiệt và vi sóng
Kết hợp (lai ghép) công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp bằng bơm nhiệt và sử
dụng kết hợp với vi sóng là một trong số những giải pháp nhằm tăng khả năng
ứng dụng và tính cạnh tranh của cả hai công nghệ. Phương án kết hợp nêu trên
cho phép giữ nguyên được các ưu điểm của hai công nghệ sấy, đồng thời rút
ngắn thời gian sấy (ưu điểm sấy vi sóng), tăng chất lượng sản phẩm của quá
trình sấy (ưu điểm sấy ở nhiệt độ thấp bằng bơm nhiệt). Hơn nữa công nghệ lai
ghép này cho phép tiết kiệm một lượng năng lượng đáng kể so với sử dụng
riêng biệt từng công nghệ.
1.3.2 Các nghiên cứu về hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng
a, Nghiên cứu trong nước
 Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy sử dụng kết hợp bơm nhiệt và công nghệ vi
sóng để sấy một số loại nông sản, thực phẩm và dược liệu.

TS. Vũ Huy Khuê, viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu công nghệ, mô phỏng, và thiết kế thành
công hệ thống sấy bằng bơm nhiệt kết hợp với bộ phát vi sóng dùng để sấy
nông sản, thực phẩm, dược liệu. Với công suất nhiệt của hệ thống khoảng 30
kW, dải nhiệt độ sấy từ 20 ÷ 50 oC, khối lượng vật liệu sấy khoảng 300 kg/mẻ.
Tác giả cũng đã xây dựng được chế độ sấy tối ưu đối với lá chùm ngây và nấm
linh chi, đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng và năng lượng.
 Sấy vải và nhãn bằng hệ thống sấy bơm nhiệt – vi sóng

20
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Nghiên cứu và phát triển quy trình sản xuất vải sấy và nước quả vải chất lượng cao” năm
2012 trong chương trình nghiên cứu khoa học CT05: “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật
nâng cao giá trị gia tăng của nông sản và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm” của Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội. Kết quả thực hiện đề tài đã chế tạo thử nghiệm thành công một
thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp với vi sóng công suất 0,7 kW do Giảng viên cao cấp, TS
Nguyễn Minh Hệ chủ trì. Đã sấy thử nghiệm quả nhãn, quả vải bằng thiết bị sấy vi sóng bơm nhiệt pilot và đạt kết quả ban đầu rất khả quan. Thời gian sấy quả nhãn bằng phương
pháp bơm nhiệt - vi sóng đã giảm chỉ còn 20 giờ so với phương pháp sấy bằng lò điện là 60
giờ. Chất lượng sản phẩm về dinh dưỡng và màu sắc đã được phân tích và cho kết quả tốt
hơn rất nhiều so với sản phẩm sấy bằng nhiệt độ cao.

b, Nghiên cứu ở nước ngoài
 Hiệu quả của hệ thống bơm nhiệt tầng kết hợp vi sóng với đỗ xanh
Nhóm tác giả “M Zielinska, P Zapotoczny, O Alves-Filho, TM Eikevik, W
Blaszczak” đã nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bơm nhiệt
nhiều tầng kết hợp với vi sóng (A multi-stage combined heat pump and
microwave vacuum drying of green peace, Journal of Food Engineering, 2013).
Kết quả cho thấy, chất lượng của đỗ xanh sau khi sấy có mật độ hạt, độ xốp
lớn. Thời gian đạt độ khô yêu cầu là 145 phút, trong khi sấy bằng không khí
nóng đối lưu thông thường thì thời gian là 300 phút. Độ co rút của đỗ xanh sau
khi sấy cũng cao hơn đáng kể (khoảng 46,7 ± 0,2% và 50,0 ± 0,7%), trong khi
sấy thông thường chỉ có 43,3 ± 0,1%. Ngoài ra, cấu trúc của của đỗ xanh sau
khi sấy không bị cong vênh như sấy bằng khí nóng thông thường, màu sắc, mùi
vị được giữ gần như tuyệt đối.
 Sấy táo cắt kiểu khối lập phương bằng phương pháp bơm nhiệt kết hợp
với chân không vi sóng và kỹ thuật sấy theo chu kỳ
Nhóm tác giả “Chien Hwa Chong, Adam Figiel, Chung Lim Law và Aneta
Wojdylo” đã nghiên cứu hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp chân không vi sóng và

ký thuật sấy theo chu kỳ để thực hiện sấy táo cắt nhỏ kiểu “khối lập phương”.
Kết quả mà nhóm đưa ra là thời gian sấy rút ngắn khoảng 50% so với phương
pháp sấy đối lưu thông thường, phương pháp sấy kết hợp này cũng cho ra sản
phẩm tốt nhất về mặt thẩm mỹ, các chất chống oxi hóa, hàm lượng polyphenol
trong táo. Nhóm tác giả cũng lưu ý, các giai đoạn sấy chia theo độ ẩm của vật
liệu sấy rất quan trọng, chúng phụ thuộc vào mỗi loại vật liệu sấy khác nhau và
21
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của sản phẩm. Ta có thể xem sản phẩm sấy
của nhóm tác giả khi thực hiện so sánh giữa các phương pháp sấy trên hình 1.4.

Hình 1.4: So sánh sản phẩm sấy giữa một số phương pháp
 Trong đó:
• Fresh: Hình ảnh táo tươi, trước khi sấy.
• C/VM: Convective vacuum-microwave (Sấy đối lưu sử dụng chân
không vi sóng).
• Hp: Heat pump (Sấy bằng bơm nhiệt).
• CTP: Cyclic temperature profile (Sấy với nhiệt độ tuần hoàn).
• STP: Step-up temperature profile (Sấy với từng bậc nhiệt độ).
• HP/VM: Heat pump vacuum – microwave (Sấy bằng bơm nhiệt
kết hợp với vi sóng).

22
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631

Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

23
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG SẤY
BƠM NHIỆT BẬC THANG
2.1 Các thông số đầu vào cho trước
Với năng suất sấy của hệ thống là G 2 [kg/mẻ], ta đo được độ ẩm vào của vật
liệu sấy là ω1 [%] và độ ẩm ra mong muốn của ta sẽ có giá trị là ω2 [%]. Ứng với
mỗi chế độ sấy khác nhau, ta sẽ đặt giá trị nhiệt độ t5 [oC] và tốc độ của tác nhân sấy
vkk [m/s] khác nhau. Tiết diện A [m2] của miệng thổi không đổi nên ta có thể tính
được lưu lượng không khí Gkk [m3/s]. Áp suất khí quyển trong quá trình tính toán, ta
có thể lấy B = 745/750 [bar]. Với thời gian sấy là

τ [h], ta có thể tính được hiệu

quả tách ẩm riêng phần SMER [kga/kWh].

2.2 Cơ sở lý thuyết tính nhiệt cho hệ thống sấy bơm nhiệt bậc thang

2.2.1 Tính toán lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ
• Lượng nước ngưng được (lượng ẩm cần bốc ) của mẻ sấy:

ω1 − ω 2
Wme = G2 . 1 − ω1 [kga/mẻ]
• Khối lượng sản phẩm ban đầu:
G1 = G2 + Wme [kg]
• Lượng ẩm trung bình cần bốc hơi trong 1 giờ:

Wh =

Wme
τ
[kga/h]

2.2.2 Tính toán quá trình sấy
Sơ đồ hệ thống sấy bằng bơm nhiệt 2 chu trình được bố trí gồm 2 chu trình bơm
nhiệt mắc nối tiếp nhau và hoạt động độc lập với nhau (Hình 2.1). Chu trình phía
ngoài (được ký hiệu “1”) gồm 1 dàn bay hơi và 2 dàn ngưng tụ (1 dàn phía trong hệ
thống sấy (HTS) và dàn còn lại đặt ngoài HTS). Chu trình phía trong (được ký hiệu
“2”) gồm 1 dàn bay hơi và 1 dàn ngưng tụ.

24
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631


Đồ án tốt nghiệp

Viện Khoa học & Công Nghệ Nhiệt - Lạnh

Hình 2.1: Sơ đồ HTS bơm nhiệt 2 chu trình
Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy (trạng thái A) cho đi qua lần lượt dàn bay
hơi 1 và dàn bay hơi 2 để được làm lạnh và khử ẩm. Sau đó qua 2 dàn ngưng phía
trong HTS để được tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối rồi đi vào buồng sấy.
Không khí được tuần hoàn khép kín trong hệ thống nhờ quạt.
Không khí vào buồng sấy có thế sấy cao. Nhiệt độ TNS vào buồng sấy được duy trì
nhờ rơle nhiệt độ. Còn độ ẩm duy trì nhờ vào thiết kế hợp lý dàn bay hơi. Ở đây,
năng suất lạnh của dàn bay hơi được tận dụng hết. Riêng nhiệt ngưng tụ được chia
làm 3 phần. Một phần chính là dùng để tăng nhiệt độ TNS, phần thứ 2 là tổn thất từ
buồng sấy ra môi trường do buồng sây có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường và
phần thứ 3 (nếu có) sẽ được thải ra ở dàn ngưng ngoài.

 Đồ thị I – d của quá trình sấy
Đồ thị I – d của TNS (không khí) được biểu diễn trên hình 2.2:
d(kga/kgkk)
5
1
3
2
φ= 95%
φ= 100%

25
SVTH: Vũ Hữu Quý - 20110631