Ngiên 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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

MỤC LỤC
Lời cảm ơn..............................................................................................................

-i-

Lời cam đoan..........................................................................................................

- ii -

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt................................................................ - iii Danh mục các bảng................................................................................................

-v-

Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................ - vi MỞ ĐẦU.................................................................................................................

-4-

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT SẤY LẠNH....... - 6 1.1 Tình hình nghiên cứu về bơm nhiệt sấy lạnh của các tác giả nƣớc ngoài... - 6 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc liên quan đến lĩnh vực của luận văn..... - 14 1.3 Xác định đề tài.................................................................................................. - 19 -

1.3.1 Đề tài nghiên cứu.......................................................................... - 19 1.3.2 Mục đích nghiên cứu của luận văn............................................... - 19 1.3.3 Nội dung nghiên cứu.................................................................... - 20 1.3.4 Đối tượng nghiên cứu................................................................... - 20 1.3.5 Phạm vi nghiên cứu...................................................................... - 20 1.3.6 Phương pháp nghiên cứu.............................................................. - 21 1.4 Quá trình sấy và phân loại các phƣơng pháp sấy......................................... - 21 -

1.4.1 Quá trình sấy................................................................................. - 21 1.4.2 Đặc tính quá trình sấy lạnh........................................................... - 21 1.4.3 Phân loại các phương pháp sấy..................................................... - 22 1.4.4 Các kết cấu cơ bản của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt.................. - 28 1.5 So sánh phƣơng pháp sấy lạnh dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp với các
phƣơng pháp sấy khác........................................................................................... - 30 1.6 Bơm nhiệt.......................................................................................................... - 32 -

1.6.1 Khái niệm bơm nhiệt.................................................................... - 32 1.6.2 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt............................................... - 32 1.6.3 Bơm nhiệt sấy và hút ẩm.............................................................. - 35 1.7 Kết luận chƣơng 1............................................................................................ - 43 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BƠM NHIỆT
SẤY LẠNH....................................................................................................................... - 44 2.1 Phƣơng pháp năng lƣợng nghiên cứu các quá trình nhiệt - lạnh................ - 45 -

2.1.1 Đại cương về năng lượng............................................................. - 45 -

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-1-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

2.1.2 Phương pháp năng lượng.............................................................. - 49 2.2 Phƣơng pháp entropy...................................................................................... - 50 -

2.2.1 Khái niệm về entropy................................................................... - 50 2.2.2 Định luật nhiệt động thứ hai......................................................... - 51 2.2.3 Phương pháp entropy.................................................................... - 53 2.3 Phƣơng pháp exergy........................................................................................ - 53 -

2.3.1 Khái niệm về exergy..................................................................... - 53 2.3.2 Phương pháp exergy..................................................................... - 54 2.4 Công thức tính toán và phƣơng trình cân bằng exergy................................ - 55 -

2.4.1 Công thức tính toán Exergy.......................................................... - 55 2.4.2 Phương trình cân bằng Exergy..................................................... - 58 2.5 Thiết lập các phƣơng trình cân bằng năng lƣợng - exergy trong hệ thống
bơm nhiệt sấy lạnh................................................................................................. - 61 2.6 Xây dựng chƣơng trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt
sấy lạnh.................................................................................................................... - 64 -

2.6.1 Giới thiệu về phần mềm EES....................................................... - 64 2.6.2 Chương trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt
sấy lạnh.................................................................................................. - 67 2.7 Kết luận chƣơng 2............................................................................................ - 68 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ
CỦA HỆ THỐNG SẤY LẠNH BƠM NHIỆT..................................................... - 69 3.1 Thiết bị bơm nhiệt sấy lạnh BK-BSH 1.4....................................................... - 69 -

3.1.1 Một số thông số của thiết bị.......................................................... - 70 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện..................................................... - 71 3.1.3 Các chức năng của BK-BSH 1.4.................................................. - 74 3.2 Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm................................................................ - 74 -

3.2.1 Công tác chuẩn bị......................................................................... - 74 3.2.2 Phương pháp đo đạc và tiến hành thí nghiệm............................... - 76 3.3 Đánh giá ảnh hƣởng 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........................ - 79 -

3.3.1 Xử lý kết quả thí nghiệm.............................................................. - 79 3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số quá trình đến hiệu quả
làm việc của máy bơm nhiệt sấy lạnh.................................................... - 84 Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-2-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
3.4 Kết luận chƣơng 3............................................................................................ - 89 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH HỒI QUY CHẾ ĐỘ SẤY
BẮP CẢI.................................................................................................................. - 90 4.1 Phân tích lựa chọn các thông số chế độ sấy................................................... - 90 -

4.1.1 Nhiệt độ TNS................................................................................ - 90 4.1.2 Nhiệt độ bay hơi của dàn lạnh...................................................... - 90 4.1.3 Chế độ quạt khi xả băng bám trên dàn lạnh................................. - 91 4.1.4 Thời gian máy nghỉ xả băng......................................................... - 91 4.1.5 Tỷ lệ Bypass qua dàn lạnh............................................................ - 92 4.1.6 Tốc độ TNS.................................................................................. - 92 4.1.7 Khối lượng vật liệu sấy một mẻ.................................................... - 93 4.1.8 Thời gian máy làm việc trong một chu kỳ.................................... - 94 4.2 Hàm mục tiêu và xác định miền khảo sát của các thông số.......................... - 94 -

4.2.1 Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu...................................... - 94 4.2.2 Xác định miền khảo sát của các thông số .................................... - 95 4.3 Xây dựng mô hình giải tích cho đối tƣợng nghiên cứu................................. - 96 -

4.3.1 Đặt bài toán................................................................................... - 96 4.3.2 Phương pháp quy hoạch trực giao................................................ - 98 4.4 Xây dựng phƣơng trình hồi quy...................................................................... - 99 4.5 Kết luận chƣơng 4............................................................................................ -110CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT........................................................... -1115.1 Kết luận............................................................................................................. -1115.2 Đề xuất mở rộng phạm vi nghiên cứu............................................................ -112TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... -114PHỤ LỤC................................................................................................................ -118-

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-3-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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 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

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-4-

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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, 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.!

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-5-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT SẤY LẠNH
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BƠM NHIỆT SẤY LẠNH CỦA CÁC
TÁC GIẢ NƢỚC 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].
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 trƣờng đại học IOWA
Nhiệt độ

Độ ẩm tương đối [%]

[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.
Ngày nay ở các nước tiến tiến đã sử dụng bơm nhiệt độ thấp để sấy
các sản phẩm ngũ cốc sau thu hoạch.
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

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-6-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hình 1.1: Hình ảnh buồng sấy ngũ cốc
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 DL 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 DL. Ở đây, ảnh
hưởng của tốc độ gió TNS là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của VLS. Tuy
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-7-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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.
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
V - Mắt ga

II - Máy nén

III - Dàn ngưng IV - Bình chứa cao áp

VI - Phin sấy lọc

VII - Van tiết lưu nhiệt A - Quạt ly tâm

B - Buồng sấy

C - Điều chỉnh hướng gió

Đường áp suất cao

D - Điện trở

Van gió

Đường áp suất thấp , Nhiệt độ bầu ướt, khô

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-8-

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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
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].

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

-9-

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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 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)
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

(1.2)

- 10 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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 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
Wcond1 = 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 Wcomp
= 1,64 kW, công suất lạnh Weva = 5,92 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng trong
Wcond1 = 7,56 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng ngoài Wcond2 = 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

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 11 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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 - 35oC
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 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.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 12 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Bảng 1.2: Các thông số ban đầu của vật liệu sấy và chế độ sấy
Hàm lƣợng

Hàm lƣợng

Vận tốc

[ C]

ẩm ban đầu
[%]

ẩm sau sấy
[%]

TNS [m/s]

TTNS vào
Vật liệu

TT

o

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:
- 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.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 13 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Bảng 1.3: Tiêu hao năng lƣợng và SMER của một số VLS

TT

Vật liệu

TTNS vào
[oC]

TTNS ra
[oC]

TNS vào

TNS ra

o

[ C]

o

[ C]

Thời
gian
[h]

SME
E
R
[kW] [kg/k
Wh]

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

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC 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.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 14 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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.
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.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 15 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NT2

BH - Dàn bốc hơi

MN - Máy nén
NT1 - Dàn ngưng ngoài

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.
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 BKHọc viên: Đỗ Xuân Hưng

- 16 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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 1m3, 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.
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 BK- BSH 18A và BK- BSH 18B được thể hiện trong
hình 1.6 và hình 1.7.
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 17 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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

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
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 18 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Tùy, TS. Nguyễn Nguyên An, TS Nguyễn Minh Hệ, ThS Vũ Huy Khuê…
Tiêu biểu là các công trình sau:
TT

Tác giả

Thời gian
(bắt đầu - kết thúc)

GS. Phạm Văn

12/1997 – 01/1998

Tùy

01/1999 – 02/1999

nhiệt hút ẩm 100.000 Btu/h

GS.Phạm Văn

11/1998 – 12/1998

xưởng kẹo caramen và xưởng

Tùy

02/2002 – 05/2002

Tên công trình
Thiết kế trang bị hệ thống bơm

1

nhiệt sấy lạnh kẹo Jelly 1100
kg/ngày và 1400 kg/ngày
Thiết kế trang bị hệ thống bơm

2

kẹo cứng
GS. Phạm Văn

Thiết kế trang bị tổ hợp gọn
3

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

Tùy, TS.
Nguyễn Nguyên

4/2005 – 7/2005

An

- 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 XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI

1.3.1 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.
1.3.2 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
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 19 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

dàn lạnh và hiệu quả quá trình sấy
1.3.3 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.
1.3.4 Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là rau bắp cải phục vụ bộ đội ở
ngoài biên giới, hải đảo.
1.3.5 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.
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.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 20 -

Lớp Cao học: 2012B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

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.
1.3.6 Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa lý thuyết và
thực nghiệm.
1.4 QUÁ TRÌNH SẤY VÀ PHÂN LOẠI CÁC PHƢƠNG PHÁP SẤY
1.4.1 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.
1.4.2 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 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 2-3 có thể được phân

tích và biểu diễn trên đồ thị hình 1.8 dưới đây:
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 21 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
H

3”
φ = 100%
2

tf
1
ts

tl

2’

2s

3

3’
H=const
s’

d3

d

d2

Hình 1.8: 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 tl của không khí sau
dàn lạnh sẽ là 2-2s-3’. Tính không thuận nghịch dẫn tới việc giảm thế nhiệt
động của dòng tương ứng với sự sai khác giữa điểm 3’ (không khí bão hòa)
và điểm 3 (không khí chưa bão hòa).
Mặt khác, cũng phải nói thêm rằng, do có hiện tượng bypass và hỗn hợp
khí trong dàn lạnh mà đường biểu diễn thực của 2-3 thực ra là đường cong
lõm nhưng có chung hai điểm 2-3 nên không làm thay đổi các kết quả tính với
 H, vì vậy đôi khi ta không quan tâm tới hình dáng của đường này.

1.4.3 Phân loại các phƣơng pháp sấy
Thông thường hiện nay dựa vào trạng thái TNS hay cách tạo ra động
lực quá trình dịch chuyển nhiệt - ẩm, người ta phân ra thành hai phương pháp
sấy, đó là phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng.

Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 22 -

Lớp Cao học: 2012B

LUN VN THC S KHOA HC

Sấy bảo quản

Sấy lạnh

Sấy nóng

HTS
đối
l-u

HTS
tiếp
xúc

HTS
bức
xạ

HTS
t < 0c

HTS
thăng
hoa

HTS

chân
không

HTS
t > 0c

Máy
hút ẩm
và máy
lạnh

Bơm
nhiệt
nén
hơi

1.4.3.1 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:
a. H thng sy i lu:
VLS nhn nhit i lu t mt dch th núng, thng l khụng khớ hoc
khúi lũ. õy l loi HTS ph bin nht trong phng phỏp sy núng. Trong h
thng sy i lu, ngi ta li phõn ra cỏc loi: HTS bung, HTS hm, HTS
thựng quay, HTS thỏp, HTS khớ ng,
b. H thng sy tip xỳc:
VLS tip xỳc trc tip v nhn nhit t mt b mt núng. Nh vy,
trong cỏc HTS tip xỳc ngi ta to ra chờnh phõn ỏp sut nh tng phõn
ỏp sut hi nc t b mt tip xỳc vi VLS. Trong s ny ta thng gp

HTS lụ, HTS tang,

Hc viờn: Xuõn Hng

- 23 -

Lp Cao hc: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

c. Hệ thống sấy bức xạ:
VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng
VLS ra bề mặt và từ bề mặt khuyếch tán vào môi trường. Rõ ràng, trong HTS
bức xạ, độ chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và môi trường được tạo ra
chỉ bằng cách đốt nóng vật.
d. Các hệ thống sấy khác:
Ngoài ba HTS nói trên, trong các HTS nóng còn có các HTS dùng dòng
điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật. Trong các
HTS loại này, khi VLS đặt trong một trường điện từ thì trong vật xuất hiện
các dòng điện và chính dòng điện này đốt nóng vật. Như vậy, giống như các
HTS bức xạ và HTS tiếp xúc, các HTS loại này cũng chỉ tạo ra độ chênh phân
áp suất giữa VLS và môi trường bằng cách đốt nóng vật. Do kỹ thuật tạo ra
trường điện tử cũng như tính kinh tế của nó nên các HTS này rất ít gặp trong
thực tế.
Chú ý rằng, trong các HTS bức xạ cũng như HTS dùng dòng điện cao
tần hoặc trường điện từ, độ chênh phân áp suất không chỉ trên bề mặt mà cả
trong lòng VLS cũng được tăng lên. Do đó, hiệu ứng Luikov giữa dẫn nhiệt
và khuyếch tán ẩm (chiều khuếch tán ẩm và chiều truyền nhiệt ngược nhau)
cũng được hạn chế [1].

Phương pháp sấy này có ưu điểm đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu
không cao. Tuy nhiên để tạo tác nhân sấy thường phải đốt trực tiếp nhiên liệu
hóa thạch, nên hiệu suất không cao và phát thải khí nhà kính lớn. Ngoài ra
nhược điểm lớn nhất là vì sấy ở nhiệt độ lớn hơn 60oC sẽ làm ảnh hưởng lớn
đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo
màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của ẩm từ bên trong ra
bên ngoài bề mặt vật liêu sấy, ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy
cao hơn 60 0C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructaza bắt đầu
caramen hóa. Các phản ứng tạo ra melanoidin và polyme cao phân tử có chứa
N và không chứa N dẫn tới vật liệu sấy có màu và mùi của đồ chín, ngoài ra
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 24 -

Lớp Cao học: 2012B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

một số vitamin sẽ bị phân hủy. Dòng nhiệt có hướng chuyển dịch từ ngoài bề
mặt VLS vào tâm, ngược hướng với chiều chuyển dịch của ẩm từ tâm VLS ra
ngoài, điều này làm giảm cường độ sấy.
Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị
dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm. Như vậy các phương pháp
sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hóc môn,
màu, mùi vị, men, vitamin, protêin và làm thay đổi chất lượng sản phẩm, tiêu
hao năng lượng lớn, hiệu quả kinh tế thấp.
1.4.3.2 Phương pháp sấy lạnh
Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta
tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và TNS bằng cách giảm

phân áp suất trong TNS nhờ giảm lượng chứa ẩm. Phương pháp sấy lạnh có
thể phân thành hai loại HTS [1]:
* Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0 0C
a. HTS thăng hoa:
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi VLS trực tiếp từ trạng thái rắn
biến thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra quá trình thăng
hoa, VLS phải được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu
t < 0 0C và áp suất TNS bao quanh vật p < 610 Pa. Từ đó, VLS nhận được
nhiệt lượng để ẩm từ trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí và vào môi
trường. Như vậy, trong các HTS thăng hoa, phải tạo được chân không xung
quanh VLS và làm lạnh vật xuống dưới 0 0C.
Ưu điểm của HTS thăng hoa:
+ Phương pháp này gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hoá học
của sản phẩm bao gồm: màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…
Nhược điểm của HTS thăng hoa:
+ Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không và máy
lạnh (để kết đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước).
Học viên: Đỗ Xuân Hưng

- 25 -

Lớp Cao học: 2012B