Nghiên cứu, phân tích hiệu quả làm việc của hệ thống sấy lạnh

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................. - 6 Lời cam đoan ............................................................................................... - 6 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .........................................................- 6 Danh mục các bảng...................................................................................... - 6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị ....................................................................... - 6 MỞ ĐẦU ..................................................................................................... - 6 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI .........- 6 1.1 Tình hình nghiên cứu về bơm nhiệt sấy lạnh của các tác giả nước ngoài ........ 6 - 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến lĩnh vực của luận văn ........
- 15 1.3 Kết luận chương 1 ............................................................................................ - 15
1.4 Xác định đề tài ................................................................................................. - 15 -

1.4.1 Đề tài nghiên cứu ......................................................................................... - 23 1.4.2 Mục đích nghiên cứu của luận văn ............................................................. - 24 1.4.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................... - 30 1.4.4 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. - 30 1.4.5 Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... - 30 1.4.6 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. - 30 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY LẠNH ...........................- 6 2.1 Quá trình sấy và phân loại các phương pháp sấy ........................................... - 23
-

2.1.1 Quá trình sấy ................................................................................................ - 23 2.1.2 Đặc tính quá trình sấy lạnh ......................................................................... - 23 2.1.3 Phân loại các phương pháp sấy ................................................................... - 24 2.1.4 Các kết cấu cơ bản của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt ............................... - 30 2.2 So sánh phương pháp sấy lạnh dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp với các phương
pháp sấy khác ........................................................................................................ - 33 -

Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-1-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
2.3 Kết luận chương 2 ............................................................................................ - 23
-

CHƯƠNG 3: BƠM NHIỆT VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY BƠM NHIỆT ...... - 36 3.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt ......................................... - 36
-

3.1.1 Khái niệm bơm nhiệt ................................................................................... - 36 3.1.2 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt ............................................................. - 37 3.2 Bơm nhiệt sấy và hút ẩm ................................................................................. - 38
-

3.2.1 Ứng dụng của bơm nhiệt để hút ẩm ........................................................... - 40 3.2.2 Ứng dụng của bơm nhiệt để sấy ................................................................ - 42 3.2.3 Ứng dụng sấy gỗ .......................................................................................... - 43 3.2.4 Bơm nhiệt chu trình hở sử dụng trong công nghiệp sấy ........................... - 46 3.3 Kết luận chương 3 ............................................................................................ - 38
-

CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BƠM NHIỆT
SẤY LẠNH ............................................................................................... - 49 4.1 Phương pháp năng lượng nghiên cứu các quá trình nhiệt - lạnh .................. - 50
-

4.1.1 Đại cương về năng lượng ............................................................................ - 50 4.1.2 Phương pháp năng lượng ............................................................................ - 54 4.2 Phương pháp entropy ...................................................................................... - 55
-

4.2.1 Khái niệm về entropy .................................................................................. - 55 4.2.2 Định luật nhiệt động thứ hai ....................................................................... - 56 4.2.3 Phương pháp entropy................................................................................... - 58 4.3 Phương pháp exergy ........................................................................................ - 58
-

4.3.1 Khái niệm về exergy .................................................................................... - 58 4.3.2 Phương pháp exergy .................................................................................... - 59 4.4 Công thức tính toán và phương trình cân bằng exergy.................................. - 60
- 4.4.1 Công thức tính toán Exergy ........................................................................ - 60
-

Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-2-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

4.4.2 Phương trình cân bằng Exergy.................................................................... - 63 4.5 Thiết lập các phương trình cân bằng năng lượng - exergy trong hệ thống bơm
nhiệt sấy lạnh............................................................................................................. 60 4.6 Xây dựng chương trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy
lạnh............................................................................................................................. 60 -

4.6.1 Giới thiệu về phần mềm EES ...................................................................... - 70 4.6.2 Chương trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh.. - 73 4.7 Kết luận chương 4 ............................................................................................ - 58
-

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ
CỦA HỆ THỐNG SẤY LẠNH BƠM NHIỆT ............................................... - 75 5.1 Thiết bị bơm nhiệt sấy lạnh BK-BSH 1.4 ........................................................ - 75
-

5.1.1 Một số thông số của thiết bị. ....................................................................... - 76 5.1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện. .................................................................. - 77 5.1.3 Các chức năng của BK-BSH 1.4 ..................................................................... - 80
5.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm ................................................................. - 80
-

5.2.1 Công tác chuẩn bị. ....................................................................................... - 80 5.2.2 Phương pháp đo đạc và tiến hành thí nghiệm. ........................................... - 80 5.3 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số quá trình đến khả năng tách ẩm của
dàn lạnh và hiệu quả sấy khô của máy sấy lạnh bơm nhiệt ........................................
- 80 -

5.3.1 Xử lý kết quả thí nghiệm. ............................................................................ - 80 5.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số quá trình đến hiệu quả làm việc của
máy bơm nhiệt sấy lạnh. ....................................................................................... - 80 5.4 Kết luận chương 5 ............................................................................................ - 80
-

CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY CHẾ ĐỘ SẤY
BẮP CẢI ............................................................................................................... - 75 Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-3-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

6.1 Phân tích lựa chọn các thông số chế độ sấy .................................................... - 75
-

6.1.1 Nhiệt độ TNS. .............................................................................................. - 76 6.1.2 Nhiệt độ bay hơi của dàn lạnh. ................................................................... - 77 6.1.3 Chế độ quạt khi xả băng bám trên dàn lạnh. .............................................. - 76 6.1.4 Thời gian máy nghỉ xả băng........................................................................ - 77 6.1.5 Tỷ lệ Bypass qua dàn lạnh. ......................................................................... - 76 6.1.6 Tốc độ TNS. ................................................................................................. - 77 6.1.7 Khối lượng vật liệu sấy một mẻ. ................................................................. - 76 6.1.8 Thời gian máy làm việc trong một chu kỳ. ................................................ - 77 6.2 Hàm mục tiêu và xác định miền khảo sát của các thông số .......................... .- 75
-

6.2.1 Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu. .................................................. - 76 6.2.2 Xác định miền khảo sát của các thông số. ................................................. - 77 6.3 Xây dựng mô hình giải tích cho đối tượng nghiên cứu..................................- 75 -

6.3.1 Đặt bài toán. ................................................................................................. - 76 6.3.2 Phương pháp quy hoạch trực giao. ............................................................. - 76 6.4 Xây dựng phương trình hồi quy.......................................................................- 75
6.5 Kết luận chương 6..............................................................................................- 75
- KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... - 80
PHỤ LỤC ............................................................................................................... - 80 -

MỞ 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. Do đó có
Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-4-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

thể nói hiện nay vấn đề tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và giảm tổn

thất chế biến, bảo quản sau thu hoạch các sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản
có sự liên quan chặt chẽ, biện chứng với nhau bởi vì nâng cao chất lượng chế
biến sau thu hoạch của các loại nông sản, thực phẩm, dược liệu kết hợp với sử
dụng công nghệ sẽ trực tiếp và gián tiếp đóng góp cho việc sử dụng năng
lượng tiết kiệm, hiệu quả và bảo vệ môi trường. Ngược lại, ứng dụng những
công nghệ tiên tiến có hiệu quả năng lượng sẽ góp phần giảm tổn thất sau thu
hoạch lại góp phần đảm bảo an ninh lương thực trên thế giới.
Trong các quá trình chế biến, bảo quản sau thu hoạch, ứng dụng các công
nghệ sấy nông sản nhằm kéo dài thời gian bảo quản quản và giữ được phần
nào chất lượng ban đầu của sản phẩm rất phổ biến với ưu điểm chính là có chi
phí thấp và ít tiêu hao năng lượng trong khâu bảo quản so với bảo quản lạnh.
Sấy rau quả vừa để tạo ra sản phẩm mới, vừa là phương pháp bảo quản hữu
hiệu. Phát triển sản phẩm sấy khô góp phần giải quyết vấn đề thời vụ của
nguyên liệu rau quả, tránh dẫn tới mất mát sau thu hoạch, nhờ đó mà đem lại
hiệu quả kinh tế cho người trồng trọt. Đặc biệt, công nghệ sấy nông sản ở nhiệt
độ thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ môi trường hay còn gọi là sấy lạnh trong thời
gian gần đây rất được ưa chuộng vì nó có ưu điểm bảo tồn được các vitamin và
các hợp chất hữu cơ có ích của sản phẩm tươi cũng như các hình thức về mặt
thương phẩm như màu sắc, hình thức tốt hơn các phương pháp sấy nóng và
sấy bằng hồng ngoại, dòng điện cao tần. Sấy lạnh được ứng dụng khá nhiều
trong thực tế như: sản xuất chế biến các sản phẩm nhạy cảm với môi trường
ẩm ướt và sấy các sản phẩm không thể chịu được nhiệt độ cao. Bơm nhiệt là
thiết bị nhiệt lạnh tiết kiệm năng lượng nhất.
Công nghệ sấy lạnh kết hợp bơm nhiệt (sấy lạnh bằng bơm nhiệt) là một trong
những công nghệ sấy đang được nhiều nước trên thế giới nói chung và Việt
Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu, phát triển. Sấy lạnh bằng bơm nhiệt có
nhiều ưu điểm như: quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, hiệu quả sử
dụng năng lượng cao do sử dụng cả lượng nhiệt ở nguồn nóng và nguồn lạnh,
Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-5-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

quá trình sấy hoàn toàn độc lập với điều kiện bên ngoài... nên sản phẩm sấy
thu được có chất lượng cao với giá thành vừa phải.
Để quá trình sấy lạnh bằng bơm nhiệt đạt hiệu quả cao cần tìm được mối quan
hệ hợp lý để tăng cường độ sấy (thông qua tốc độ gió trong buồng sấy) và hiệu
quả sấy nhờ giảm d, φ của dàn lạnh và dàn nóng trong bơm nhiệt.
Vì những lẽ đó, luận văn đi sâu nghiên cứu, phân tích hiệu quả làm việc của
hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh để tăng khả năng tách ẩm của dàn lạnh và hiệu
quả sấy khô của máy sấy lạnh bơm nhiệt.
Việc xác định hiệu quả làm việc của một hệ thống nhiệt - lạnh là một vấn đề
phức tạp vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Vì vậy, những kết quả đạt được
của luận văn này chỉ là những kết quả bước đầu và cần được tiếp tục nghiên
cứu mở rộng.
Do bản thân còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức cũng như thời gian hoàn
thành, vì thế luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong
được sự giúp đỡ và góp ý của các Thầy, Cô và các bạn học viên để nội dung
của bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.!

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BƠM NHIỆT SẤY LẠNH CỦA CÁC
TÁC GIẢ NƯỚC NGOÀI

1.1.1 Dùng bơm nhiệt độ thấp để sấy ngũ cốc sau thu hoạch
Nghiên cứu của trường đại học IOWA về sử dụng bơm nhiệt độ thấp để
sấy khô nông sản sau thu hoạch đã cho kết quả rất tốt [21].

Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-6-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hàm lượng ẩm của sản phẩm sau sấy đạt từ 10%  20% tuỳ thuộc vào
nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí đưa vào sấy. Hàm lượng ẩm cân
bằng của ngũ cốc được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Kết quả nghiên cứu của trường đại học IOWA
Độ ẩm tương đối [%]

Nhiệt độ
[oC]

40

50

60

70

80

90

40

11,9

13,1

14,5

16,0

17,9

20,5

50

11,2

12,5

13,8

15,4

17,3

20,2

60

10,6

11,9

13,3

14,8

16,8

19,7

70

10,0

11,4

12,7

14,3

16,3

19,3

Nghiên cứu còn cho ta một số thông số về thiết bị để lắp đặt một hệ thống sấy,
về kết cấu của buồng sấy, lưu lượng gió và một số vấn đề khác để có thể vận
hành, quản lý an toàn một hệ thống sấy ngũ cốc. Hình ảnh về một buồng sấy
được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Hình ảnh buồng sấy ngũ cốc
Ngày nay ở các nước tiến tiến đã sử dụng bơm nhiệt độ thấp để sấy các sản
phẩm ngũ cốc sau thu hoạch.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-7-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

1.1.2 Nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt trong sấy xoài
Việc sấy nông sản gặp phải một số vấn đề đó là các chất dinh dưỡng, các
chất tạo màu, mùi vị, các loại Vitamin nhạy cảm với nhiệt độ nên trong quá
trình sấy thường bị giảm hoặc biến đổi. Với ưu điểm lượng tiêu hao năng
lượng bé, độ ẩm tương đối và nhiệt độ TNS thấp đồng thời các nghiên cứu đã
chỉ ra rằng chất lượng màu sắc và mùi vị của nông sản sấy bằng bơm nhiệt tốt
hơn nhiều so với sấy nóng.
Xoài là một sản phẩm khá nhạy cảm với nhiệt độ, có nhiều chất dinh
dưỡng như là Vitamin A và C, mùi vị xoài cũng rất đặc biệt. Trong [26] tác giả
Macio N. Kohayakawa và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm sấy xoài ở nhiệt
độ 30oC để có thể giữ màu sắc và mùi vị cho xoài. Quá trình thí nghiệm nhằm

đánh giá sự ảnh hưởng của tốc độ không khí và chiều dày lát tới hệ số khuyếch
tán ẩm DL bằng cách xây dựng hàm hồi quy biểu diển mối quan hệ của D L với
chiều dày lát cắt và tốc độ gió TNS. Khoảng thông số thí nghiệm: chiều dày
lát 2b = 5,8  14,2 mm, vận tốc gió buồng sấy TNS = 0,3  1,0 m/s.
Tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch trực giao với 10 chế độ thí nghiệm. Tác
giả đã xây dựng phương trình hồi quy như sau:
DL = 4,2625 - 0,61922.TNS+ 0,380538.2TNS +1,012517.(2b) - 0,90343.
TNS.(2b)

(1.1)

Phương trình (1.1) cho thấy ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng
như mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuyếch tán D L. Ở đây, ảnh
hưởng của tốc độ gió TNS là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của VLS. Tuy
nhiên, trong phương trình (1.1) không thấy đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ,
độ ẩm sấy mặc dù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuyếch tán. Điều
này cũng được chính các tác giả khẳng định trong nghiên cứu của mình. Do
vậy, cần có thêm những nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

-8-

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

1.1.3 Nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt sấy lá cây linh lăng

Các tác giả cũng đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy lá
cây linh lăng [6]. Hệ thống bơm nhiệt có công suất điện máy nén là 0,424 kW,
môi chất lạnh sử dụng là R134a. Nhiệt độ sấy t = 30  45 0C, tốc độ gió trong
buồng sấy là 0,36 m/s, độ ẩm không khí RH = 15  30 %. Độ ẩm ban đầu của
lá cây linh lăng là 70%, độ ẩm sau khi sấy là 10%. Khối lượng VLS là 0,4 kg.
Quá trình sấy được tiến hành theo 2 phương thức: sấy theo mẻ và sấy liên tục
kiểu băng chuyền. Thời gian sấy tương ứng ở mỗi phương thức theo mẻ và liên
tục là 4,5 h và 4 h. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng bơm nhiệt được thể hiện
trên hình 1.2

I - Dàn bay hơi

II - Máy nén

V - Mắt ga
A - Quạt ly tâm

III - Dàn ngưng IV - Bình chứa cao áp

VI - Phin sấy lọc

B - Buồng sấy

Đường áp suất cao
Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

VII - Van tiết lưu nhiệt

C - Điều chỉnh hướng gió D - Điện trở

Đường áp suất thấp , Nhiệt độ bầu ướt, khô
-9-

Van

Lớp Cao học:


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

gió

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt

Thiết bị đo vận tốc gió

+ Đầu đo nhiệt độ nhiệt kế ướt x

Đầu đo nhiệt độ nhiệt kế khô ● Thiết bị đo độ ẩm

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống sấy bằng bơm nhiệt

Học viên: Đỗ Xuân Hưng
2012B

- 10 -

Lớp Cao học:

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

1.1.4 Ứng dụng bơm nhiệt để sấy rau quả
U.Teeboonma, J.Tiansuwan và S.Soponronnarit đã nghiên cứu nhằm tối
ưu hoá quá trình sấy các loại rau quả bằng bơm nhiệt tại Thái Lan. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt được biểu diễn trên hình 1.4 [6].

CV -

Điều chỉnh lưu lượng gió BP - Bypass không khí qua dàn lạnh

Ti, ωi - Nhiệt độ, độ chứa hơi của không khí RC - Tỷ số không khí tuần hoàn

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt sấy rau quả
Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu ở đây là tổng chi phí của bơm nhiệt. Tổng
chi phí này bao gồm: chi phí của buồng sấy, máy nén, dàn bay hơi, quạt, bảo
dưỡng và chi phí năng lượng. Một số giả thiết được các tác giả đặt ra cho quá
trình nghiên cứu:
- Năng suất mỗi mẻ sấy là 100 kg VLS tươi. VLS được sử dụng ở đây là đu đủ
và xoài, đều được thái lát. Độ ẩm đầu của đu đủ là 40%, của xoài là 60% ; độ
ẩm cuối của hai loại là 18%.
- Sự thay đổi độ ẩm cuối của sản phẩm sấy giữa khay đầu và khay cuối nhỏ hơn
3%. Sở dĩ có giả thiết này là do phân bố nhiệt độ, độ ẩm của không khí trong
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 11 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

buồng sấy không thể đồng đều tuyệt đối được. ở các khay đầu, độ ẩm của sản
phẩm thường nhỏ hơn ở các khay cuối.
- Tổng thời gian vận hành của hệ thống không lớn hơn 41h (trong đó, 6h chuẩn
bị vật liệu, 35h sấy). Nếu lớn hơn khoảng thời gian này, sản phẩm sẽ có nguy
cơ bị mục rữa bởi sự tác động của vi khuẩn. Nói khác đi, nếu thời gian càng
ngắn, qui mô mở rộng của hệ thống bơm nhiệt càng cao.
- Kích thước của dàn nóng ngoài bằng 60% so với dàn nóng trong.
- Tuổi thọ của hệ thống là 5 năm, chi phí phòng cháy chữa cháy chiếm 10% tổng
chi phí, tỷ lệ chiết khấu là 8%, chi phí bảo dưỡng chiếm 5% chi phí tổng và
giá bán điện là 3 Baht/kWh (những giá trị trên đây là những giá trị trung bình
do chịu sự biến động của nền kinh tế).
Từ những giả thiết như trên, hàm mục tiêu Y phụ thuộc vào 4 thông số là:
nhiệt độ không khí vào buồng sấy Tdi, tỷ lệ bypass không khí qua dàn lạnh BP,
tỷ lệ tuần hoàn không khí RC, lưu lượng không khí khô tuần hoàn trong
hệ thống ma, tức là:
Y = f(Tdi, BP, RC, ma)

(1.2)

Các thông số nói trên thay đổi trong khoảng sau:
45 0C

≤

Tdi

≤

55 0C

0

≤

BP

≤

100 %

0

≤

RC

≤

100%

40 kg/h

≤

ma

≤

2000 kg/h

Dựa vào các quan hệ tính toán lý thuyết về sấy, chu trình bơm nhiệt,
kinh tế năng lượng và các số liệu thực nghiệm, các tác giả xác định được các
thông số tối ưu khi sấy xoài và sấy đu đủ, cụ thể:
- Thông số tối ưu khi sấy đu đủ: Tdi = 55 0C, BP = 69%, RC = 100%, ma = 20,72
kg/h.kg sản phẩm khô. Tổng chi phí tối ưu hằng năm là 17,25 Baht/kg, trong
đó: chi phí thiết bị: 4,31 Baht/kg, chi phí bảo dưỡng: 0,92 Baht/kg, chi phí
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 12 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

năng lượng 12,02 Baht/kg. Công suất điện của máy nén là 1,59 kW, công suất
lạnh Weva = 5,08 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng trong W cond1 = 6,67 kW ; nhiệt
toả ra ở dàn nóng ngoài Wcon2 = 4,00 kW. Môi chất lạnh sử dụng là R22.
- Thông số tối ưu khi sấy xoài: Tdi = 55 0C, BP = 71%, RC = 100%, ma = 30,88
kg/h.kg sản phẩm khô. Tổng chi phí tối ưu hằng năm là 12,72 Baht/kg, trong
đó: chi phí thiết bị: 2,99 Baht/kg, chi phí bảo dưỡng: 0,64 Baht/kg, chi phí
năng lượng 9,09 Baht/kg. Công suất điện của máy nén W comp = 1,64 kW, công
suất lạnh Weva = 5,92 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng trong W cond1 = 7,56 kW ;
nhiệt toả ra ở dàn nóng ngoài W cond2 = 4,54 kW. Môi chất lạnh sử dụng là
R22.
Trên cơ sở tối ưu hoá các thông số kỹ thuật - kinh tế đối với đu đủ và xoài,
nghiên cứu đã kiến nghị nên chọn các thông số kỹ thuật khi thiết kế một hệ

thống sấy bằng bơm nhiệt như sau:
ma = 1400  1950 kg/h; BP = 59  70%; Tdi = 55 0C; RC = 100% ; Wcomp =
1,61  1,74 kW; Weva = 5,00  7,12 kW; Wcond1 = 6,62  8,87 kW
Như vậy, có thể thấy đây là một nghiên cứu khá đầy đủ, cụ thể về quá trình
sấy rau quả sử dụng bơm nhiệt ở Thái Lan, cũng là một nước nhiệt đới có khí
hậu nóng ẩm rất giống với nước ta. Điều này một lần nữa chứng tỏ những ưu
việt của bơm nhiệt trong việc sấy các nông sản thực phẩm ở các nước nhiệt
đới.
1.1.5 Ứng dụng bơm nhiệt trong sấy các loại cây thảo mộc
Các loại cây thảo mộc có thể được sử dụng để làm rau, làm vị thuốc hay
dùng để chế biến các loại chất dùng để sản xuất mỹ phẩm… Fatouh, Helali,
Phani [27] đã tiến hành sấy mùi tây,bạc hà… ở nhiệt độ thấp 30 - 35 oC để thu
được sản phẩm có chất lượng cao. Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu chế độ
sấy với 3 yếu tố là: khối lượng vật liệu sấy trên một đơn vị diện tích bề mặt,
nhiệt độ, lưu lượng không khí để xác định chế độ sấy tốt nhất. Các tác giả
cũng đã tiến hành nghiên cứu sấy các loại cỏ linh lăng, bạc hà, ngải cứu, bồ
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 13 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

công anh, cà rốt và cả sâm… Với các thông số ban đầu về vật liệu, chế độ sấy
được trình bày trong bảng 1.2. Dễ thấy rằng đây là các sản phẩm nhạy cảm với
nhiệt độ. Các nghiên cứu tập trung xem xét giá trị SMER và mức độ tiêu hao
năng lượng, kết quả được trình bày trong bảng 1.3. Giá trị SMER nằm trong
khoảng 0,06  0,61, sâm có giá trị SMER nhỏ nhất (0,06) và cà rốt có giá trị

lớn nhất (0,6). Dựa vào tiêu hao năng lượng các tác giả cũng đã kết luận viêc
sấy bằng bơm nhiệt đã tiết kiệm 22% năng lượng và 65% thời gian so với việc
sấy bằng điện trở ở cùng nhiệt độ.
Tuy nhiên các tác giả mới chỉ dừng lại ở mức độ khảo sát khẳ năng sấy của vật
liệu nhất là các loại thảo mộc khi dùng bơm nhiệt mà chưa đi sâu vào được bản
chất vấn đề tiết kiệm năng lượng đó là xác định chế độ sấy tối ưu.
Bảng 1.2: Các thông số ban đầu của vật liệu sấy và chế độ sấy
TT

Vật liệu

TTNS vào
[oC]

Hàm lượng
ẩm ban đầu
[%]

Hàm lượng Vận tốc
TNS [m/s]
ẩm sau sấy
[%]

1

Cỏ linh lăng

30

67,0

10,4

2,1

2

Bạc hà

30

69,9

5,1

2,0

3

Ngải cứu

30

62,7

8,9

2,2

4

Cỏ ba lá

30

64,6

9,3

2,0

5

Portulaca

35

89,6

10,8

1,7

6

Cà rốt

30

87,5

6,7

2,1

7

Bồ công anh

35

68,9

7,4

1,9

8

Sâm

35

68,2

6,8

1,9

Nhận xét chung:

Qua các nghiên cứu của các tác giả trên thế giới ta thấy rằng:

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 14 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

- Mặc dù mức độ chuyên sâu và hoàn thiện khác nhau nhưng các nghiên cứu đều
khẳng định viêc áp dụng bơm nhiệt vào hệ thống sấy là hiệu quả về chất lượng
sản phẩm và sử dụng năng lượng.
- Các sản phẩm được sấy bằng bơm nhiệt đều là các sản phẩm có tính nhạy cảm
với nhiệt độ cao.
- Chế độ sấy tối ưu là tổ hợp của rất nhiều yếu tố: thiết bị sấy, vật liệu sấy, điều
kiện môi trường, tác nhân sấy, cách bố trí vật liệu sấy… Vì vậy rất khó có thể
dùng kết quả nghiên cứu lý thuyết để áp dụng cho một hệ thống sấy cụ thể.
Nên khi muốn xác định chế độ sấy tối ưu một sản phẩm bằng bơm nhiệt phải
tiến hành thiết kế hệ thống sấy sau đó xác định chế độ sấy tối ưu bằng các
phương pháp: dùng phương pháp mô phỏng hoặc dùng phương pháp quy
hoạch thực nghiệm.
Bảng 1.3: Tiêu hao năng lượng và SMER của một số VLS
SME
Thời
R
E
gian
[kW] [kg/k

[h]
Wh]

TT

Vật liệu

TTNS vào
[oC]

TTNS ra
[oC]

TNS
[oC]

TNS ra
[oC]

1

Cỏ linh lăng

30

28,1

17,8

25,0

3,3

10,9

0,55

2

Bạc hà

30

28,0

17,6

24,5

3,3

11,4

0,57

3

Ngải cứu

30

28,2

16,5

19,9

3,3

10,4

0,54

4

Cỏ ba lá

30

28,1

16,2

20,1

3,3

10,9

0,54

5

Portulaca

35

33,8

15,1

17,0

9,6

21,3

0,55

6

Cà rốt

30

28,5

20,0

24,4

6,1

16,4

0,61

7

Bồ công anh

35

34,0

13,8

15,0

53,0

101,5

0,18

8

Sâm

35

34,1

10,0

11,3

120

235,4

0,6

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

vào

- 15 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN LĨNH VỰC CỦA
LUẬN VĂN

Việt Nam là một nước đang phát triển nên ứng dụng của bơm nhiệt trong
công nghiệp và trong dân dụng vẫn còn hạn chế. Trong những năm gần đây thì
bơm nhiệt cũng đã được sử dụng trong các lĩnh vực như điều hoà không khí và

sấy. Trong lĩnh vực sấy thì đã có những ứng dụng bước đầu trong sản xuất kẹo,
nông sản.
Từ những năm 1990 ở thế kỷ trước đã có các tác giả như Lê Chí Hiệp,
Phạm Văn Tùy, Trần Đại Tiến, Trần Văn Vang nghiên cứu bơm nhiệt và các
ứng dụng dùng để sấy và hút ẩm. Trong đó lĩnh vực sử dụng bơm nhiệt để sấy
ở nhiệt độ thấp nông, lâm thủy sản được nhiều các tác giả quan tâm nghiên cứu
như Trần Đại Tiến (1996), Phạm Văn Tùy (1997), Lê Minh Nhật, Phạm Ngọc
Đồng (2009), Nguyễn Minh Hệ (2009)… Ngoài ra trong đề tài KC.0507/06
của TS Đặng Xuân Hảo (2006-2008) cũng đã ứng dụng thành công
bơm nhiệt trong việc chiết suất các tinh dầu gia vị.
Tuy nhiên nhìn chung các kết quả nghiên cứu còn rất nhỏ lẻ, tầm ứng dụng rất
hạn hẹp, đa phần chỉ dừng ở các mô hình dùng nghiên cứu, thí nghiệm. Ngoài
ra trong khá nhiều đề tài nghiên cứu đã được triển khai thành công trong lĩnh
vực công nghệ sau thu hoạch, bơm nhiệt chỉ được xem như là công cụ để thực
hiện một quy trình công nghệ, chứ không phải là đối tượng cần nghiên cứu
hoàn thiện về mặt thiết bị cũng như mặt tiêu hao năng lượng và tối ưu được
động học quá trình sấy. Bên cạnh đó, nhiều chuyên gia cho rằng bơm nhiệt
dùng để sấy là một công nghệ đơn giản đã được nghiên cứu lâu rồi không có gì
để phát triển. Do đó hiện nay nhìn chung các ứng dụng của bơm nhiệt trong
lĩnh vực sấy nông sản ở nhiệt độ thấp ở nước ta còn khá hạn chế, do giá thành
chi phí cho một đơn vị sản phẩm sấy còn cao so với các phương pháp sấy nóng
truyền thống và thực sự công nghệ phát triển bơm nhiệt cũng chưa được chú
trọng và đầu tư thích đáng và chẳng có đột phá gì về phát triển ứng dụng công
nghệ.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 16 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Thành công nhất trong việc nghiên cứu triển khai ứng dụng bơm nhiệt dùng để
sấy là các công trình nghiên cứu, chuyển giao của các tác giả Phạm Văn Tùy
và Nguyễn Nguyên An (20072011). Các tác giả đã đưa ra được quy trình
thiết kế, lắp ráp, chế tạo các hệ thống bơm nhiệt công nghiệp có năng suất
nhiệt từ 1060 kW, và bước đầu thương mại hóa được các sản phẩm dạng này
dùng để sấy kẹo Jely, sấy rau thơm, hành, tảo xoắn..., tuy thị trường và ứng
dụng vẫn còn hẹp. Đồng thời về mặt cấu trúc bơm nhiệt chỉ có một nhiệt độ sôi
do đó chưa giảm được tiêu hao năng lượng, hệ thống điều khiển khá đơn giản
khống chế giám sát chế độ sấy không thật tốt…
Một hệ thống sấy theo nguyên lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun sấy kẹo
Jelly với năng suất 1100 kg/ngày. Thông số không khí trong buồng sấy 22 
27oC, độ ẩm 35  45%. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được biểu
diễn trên hình 1.5

NT2

MN - Máy nén
NT1 - Dàn ngưng ngoài

BH - Dàn bốc hơi

NT2 - Dàn ngưng trong

TL - Tiết lưu

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun
Hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly thứ 2 năng suất 1400 kg/ngày cũng đã được thiết

kế lắp đặt vào đầu năm 1998.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 17 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền chế biến và hút ẩm của
CHLB Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo caramen
và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 16.000 Btu/h cho xưởng kẹo
cứng cơ sở Hà Nội, Công ty Bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặt từ năm 1999.
Qua thực tế sử dụng, thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50% vốn
đầu tư) và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiêu thụ giảm gần 50%) so với
phương án dùng máy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động
ổn định, liên tục và giảm chi phí bảo dưỡng. Tuy vậy, nó còn có nhược điểm là
còn cồng kềnh, sử dụng nhiều quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều
bụi bột nên hay phải bảo dưỡng động cơ lại phải thực hiện trong không gian eo
hẹp, khó thao tác.
Để khắc phục những nhược điểm này, nhóm tác giả đã tiếp tục nghiên cứu và
đã thiết kế chế tạo, thử nghiệm máy hút ẩm và sấy lạnh đa năng BK- BSH 1.4.
Đây là hệ thống bơm nhiệt nguyên khối, có thể di chuyển được, phù hợp với
quy mô sản xuất nhỏ (như các hộ kinh doanh cá thể), hoặc sấy thử nghiệm ở
các cơ sở nghiên cứu, giảng dạy, với chế độ sấy nhiệt độ 25  40oC, độ ẩm
15%  40%. Máy có dung tích buồng sấy 1m 3, có thể sấy 15  20 kg nguyên
liệu một mẻ sấy và được điều khiển tự động hoàn toàn, công suất điện tiêu thụ
1,4 kW. Đây cũng là thiết bị nghiên cứu thực nghiệm của đồ án này.
Rút kinh nghiệm từ mẫu máy nguyên khối BK- BSH 1.4, để đáp ứng yêu cầu

của sản xuất, nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo máy sấy lạnh và hút ẩm đa năng
cùng nguyên lý nhưng năng suất lớn hơn, là loại tổ hợp gọn mang thương hiệu
của trường Đại học Bách khoa Hà Nội, BK- BSH 18A để trang bị cho buồng
sấy lạnh kẹo Jelly thứ 3 năng suất 800 kg/ngày. Máy có dàn lạnh công suất
lạnh 40 kW, năng suất tách ẩm 23 kg/h khi không khí vào máy có nhiệt độ, độ
ẩm tương ứng là 27oC/40%, công suất điện tiêu thụ 18 kW, điều khiển và bảo
vệ tự động hoàn toàn. Đây là loại máy sử dụng bơm nhiệt kiểu tổ hợp gọn, lần
đầu tiên được thiết kế, chế tạo và lắp đặt trong nước để thay thế công nghệ cũ,
có khả năng thích ứng được với nhiều vật liệu sấy khác nhau.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 18 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu môđun thì BK- BSH 18A có thiết
bị xử lý không khí được chế tạo ở dạng tổ hợp gọn có thể được đặt ngoài nhà,
trong nhà hay trong buồng sấy và có tốc độ không khí có thể thay đổi được để
phù hợp với yêu cầu sấy các vật liệu cụ thể. Sau 1 năm hoạt động, BK-BSH
18A đã thể hiện rõ các tính ưu việt của nó, được cơ sở sử dụng đánh giá rất tốt.
Tuy nhiên, nhằm làm cho hệ thống có thể được điều khiển nhanh nhạy, chính
xác, tiét kiệm năng lượng và gọn nhẹ hơn, các tác giả đã tiếp tục nghiên cứu
cải tiến BK- BSH 18A để thiết kế chế tạo BK- BSH 18B. Thiết bị được thiết kế
kiểu đứng cũng gọn hơn. Bộ xử lý không khí cũng có thể đặt sát tường ngoài
hoặc bên trong phòng sấy để tiết kiệm vật tư, cách nhiệt,... Hình ảnh của BKBSH 18A và BK- BSH 18B được thể hiện trong hình 1.6 và hình 1.7.
Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh tỏ
ra có nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí

hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ
thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần
giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dưỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ
cao, tốc độ gió lớn.

Hình 1.6: Máy sấy lạnh và hút ẩm kiểu tổ hợp gọn BK- BSH 18A

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 19 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hình 1.7: Máy sấy lạnh và hút ẩm kiểu tổ hợp gọn BK- BSH 18B
Dưới đây là bảng tổng hợp về các công trình đã triển khai thành công có liên
quan tới thiết kế chế tạo, phát triển ứng dụng bơm nhiệt trong lĩnh vực sấy
lạnh, bơm nhiệt trong thời gian qua có các công trình của GS Phạm Văn Tùy,
TS. Nguyễn Nguyên An, TS Nguyễn Minh Hệ, ThS Vũ Huy Khuê…
Tiêu biểu là các công trình sau:
TT
1

TT

Tên công trình

Tác giả

Thời gian (bắt đầu
- kết thúc)

Thiết kế trang bị hệ thống bơm
nhiệt sấy lạnh kẹo Jelly 1100

GS Phạm Văn

12/1997 – 01/1998

Tùy

01/1999 – 02/1999

Tên công trình

Tác giả

Thời gian (bắt đầu
- kết thúc)

Thiết kế trang bị hệ thống bơm
nhiệt hút ẩm 100.000 BTU/h
xưởng kẹo caramen và xưởng
kẹo cứng

GS Phạm Văn

11/1998 – 12/1998

Tùy

02/2002 – 05/2002

Thiết kế trang bị tổ hợp gọn bơm

GS Phạm Văn

kg/ngày và 1400 kg/ngày

2

3

nhiệt sấy lạnh kẹo Jelly số
3 năng suất 800 kg/ngày

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

Tùy, TS Nguyễn
Nguyên An

- 20 -

4/2005 – 7/2005

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

- Về giải thưởng KHCN: 01 Giải thưởng Vifotec 2004 của GS Phạm Văn Tùy.
- Về bằng phát minh sáng chế: Bằng độc quyền sáng chế - Số 4739: “Hệ thống
hút ẩm và sấy nhiệt độ thấp dùng bơm nhiệt máy nén” năm 2005 của GS Phạm
Văn Tùy.
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Phương pháp sấy lạnh thích hợp cho các sản phẩm sau thu hoạch nhạy cảm
với nhiệt độ, cần giữ được mùi vị, màu sắc và chất dinh dưỡng.
Qua nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước ta thấy sấy lạnh bằng bơm
nhiệt đã thể hiện rõ những ưu điểm vượt trội của nó so với các phương pháp
sấy truyền thống khác. Vì thế, rất cần những nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa
về các quá trình và đặc tính của TNS cũng như các thông số liên quan nhằm
hoàn thiện và nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống và chất lượng của sản
phẩm.
Sấy lạnh bằng bơm nhiệt tiết kiệm năng lượng cao do sử dụng cả Q0 và

Q Q0  k
Qk nên 

. Ta thấy, Q0, Qk cũng như điện năng N có chất lượng

N
khác nhau và dễ dàng nhận thấy φ > 1. Chính vì vậy, cần nghiên cứu phương
pháp đánh giá hiệu quả chính xác, khoa học cho bơm nhiệt sấy lạnh.
1.4 XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI

1.4.1 Đề tài nghiên cứu
Đề tài của luận văn: “Nghiên cứu xác định cấu trúc hợp lý của hệ thống

sấy lạnh để tăng khả năng tách ẩm của dàn lạnh và hiệu quả sấy khô của máy
sấy lạnh bơm nhiệt” góp phần đưa ra những dẫn chứng khoa học nhằm nâng
cao hiệu suất làm việc của máy sấy lạnh bơm nhiệt.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 21 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

1.4.2 Mục đích nghiên cứu của luận văn
Xác định cấu trúc hợp lý bơm nhiệt sấy lạnh để tăng cường hiệu quả quá trình
sấy lạnh, trên cơ sở xác định quan hệ giữa năng suất tách ẩm của dàn lạnh và
hiệu quả quá trình sấy.
1.4.3 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết công nghệ sấy và ứng dụng bơm nhiệt để sấy lạnh,
phương pháp đánh giá hiệu quả chính xác, khoa học của quá trình và hệ thống
sấy lạnh. Nghiên cứu thực nghiệm từ đó xây dựng mô hình tính toán và tìm lời
giải tối ưu.
1.4.4 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là rau bắp cải phục vụ bộ đội ở
ngoài biên giới, hải đảo.
1.4.5 Phạm vi nghiên cứu
a. Khả năng tách ẩm của dàn lạnh
Khả năng tách ẩm của dàn lạnh tăng nếu có nhiều ẩm từ không khí
ngưng đọng, đóng băng lại. Việc tăng khả năng tách ẩm của dàn lạnh có thể
được điều chỉnh qua:

-

Giảm nhiệt độ sôi của môi chất t0;

-

Phá băng kịp thời và thời gian phá băng hợp lý;

-

Dàn bay hơi có bước cánh hợp lý, dàn ống có đường kính ống to phù
hợp;

-

Ẩm tách ra không bị cuốn theo gió đi vào buồng sấy (khi tốc độ gió qua
dàn bay hơi lớn).
b. Hiệu quả sấy khô của máy lạnh bơm nhiệt
Hiệu quả sấy khô của máy lạnh bơm nhiệt tăng nếu tốc độ gió trong

buồng sấy tăng, nhưng khi đó tốc độ gió qua dàn bay hơi cũng tăng dễ phá
băng, tách ẩm ra khỏi bề mặt dàn và cuốn theo gió đi vào buồng sấy làm độ ẩm
gió sấy tăng lên, giảm cường độ sấy.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 22 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Để ẩm đọng ở dàn lạnh không bị gió cuốn đi cần giảm tốc độ gió qua
dàn nhưng khi đó hiệu suất sấy khô lại giảm do tốc độ gió qua buồng sấy giảm.
Để vẫn tăng được tốc độ gió qua buồng sấy mà không làm tăng tốc độ gió qua
dàn bay hơi có thể dùng giải pháp Bypass gió sấy qua dàn lạnh.
Qua những phân tích trên đây, phạm vi nghiên cứu của luận văn là: Xác
định tỷ lệ Bypass hợp lý để tăng hiệu quả sấy của hệ thống và không làm giảm
khả năng tách ẩm của dàn lạnh.
1.4.6 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa lý thuyết và thực
nghiệm.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY LẠNH
2.1 QUÁ TRÌNH SẤY VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

2.1.1 Quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước hoặc
hơi nước nhận năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng VLS ra bề mặt và nhờ
tác nhân mang thải vào môi trường. Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt truyền chất xảy ra đồng thời. Trong lòng VLS đó là quá trình dẫn nhiệt và
khuyếch tán ẩm hỗn hợp. Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với môi trường
hay TNS là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp.
2.1.2 Đặc tính quá trình sấy lạnh
Khi sấy lạnh, nhiệt độ và độ ẩm không khí cuối quá trình sấy đều nhỏ hơn
các giá trị tương ứng của môi trường quá trình làm việc của bơm nhiệt sấy lạnh
xảy ra theo chu trình 1231. 23’’12 là các quá trình xảy ra khi dùng tổ hợp máy
hút ẩm chuyên dùng với máy lạnh. Như vậy, với cùng mục đích tạo nên quá
trình sấy 12 thì khi dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp, ta đã tạo ra quá trình làm
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 23 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

lạnh 23 và gia nhiệt 31 thay cho quá trình khử ẩm 23’’ và làm lạnh 3’’1 mà
phải có cả máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh mới thực hiện được.
Trong các quá trình này, quá trình làm lạnh làm khô không khí (2-3) ở
dàn bốc hơi của bơm nhiệt có vai trò đặc biệt quan trọng quyết định hiệu quả
của toàn bộ quá trình. 3-1 và 1-2 lần lượt là các quá trình gia nhiệt không khí ở
dàn ngưng trong và quá trình sấy sản phẩm trong buồng sấy.
Tâm điểm khảo sát là quá trình làm lạnh không khí 23 có thể được phân
tích và biểu diễn trên đồ thị hình 2.1 dưới đây:

d3

d2

Hình 2.1: Quá trình sấy lạnh 12 của BN (1231) và tổ hợp máy hút ẩm
(123”1) trên đồ thị H - d
2-3 là quá trình thực làm lạnh hỗn hợp không khí-nước hay quá trình làm
lạnh khử ẩm của không khí. Quá trình thuận nghịch làm lạnh hỗn hợp này từ
nhiệt độ tf của không khí sau buồng sấy tới cùng nhiệt độ t l của không khí sau
dàn lạnh sẽ là 2-2s-3’. Tính không thuận nghịch dẫn tới việc giảm thế nhiệt

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 24 -

Lớp Cao học: 2012B


LUN VN THC S KHOA HC

ng ca dũng tng ng vi s sai khỏc gia im 3 (khụng khớ bóo hũa) v
im 3 (khụng khớ cha bóo hũa).
Mt khỏc, cng phi núi thờm rng, do cú hin tng bypass v hn hp khớ
trong dn lnh m ng biu din thc ca 23 thc ra l ng cong lừm nhng
cú chung hai im 23 nờn khụng lm thay i cỏc kt qu tớnh vi H, vỡ vy ụi
khi ta khụng quan tõm ti hỡnh dỏng ca ng ny.
2.1.3 Phõn loi cỏc phng phỏp sy
Thụng thng hin nay da vo trng thỏi TNS hay cỏch to ra ng lc
quỏ trỡnh dch chuyn nhit - m, ngi ta phõn ra thnh hai phng phỏp sy,
ú l phng phỏp sy lnh v phng phỏp sy núng.
Sấy bảo quản

Sấy nóng

H TS
đối
lu

HTS
tiếp
xúc

Sấy lạ nh

H TS
bức
xạ

H TS
t < 0 c

HTS
thăng
hoa

H TS
t > 0c

HTS
chân
không

Máy
hút ẩm
và máy
lạ nh

Bơm
nhiệt
nén
hơi

2.1.3.1 Phng phỏp sy núng
Trong phng phỏp sy núng, to ra chờnh phõn ỏp sut hi nc

gia TNS v VLS, cú th cung cp nhit t núng ch TNS hay VLS hoc
c TNS v VLS. Vỡ vy, cỏc h thng sy núng thng c phõn loi theo
phng phỏp cp nhit nh sau:
Hc viờn: Xuõn Hng

- 25 -

Lp Cao hc: 2012B