Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất trong quá trình sấy bằng bơm nhiệt kiểu bậc thang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------    ------

TRƯƠNG MINH THẮNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT
TRUYỀN CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH SẤY BẰNG
BƠM NHIỆT KIỂU BẬC THANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

HÀ NỘI – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯƠNG MINH THẮNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT
TRONG QUÁ TRÌNH SẤY BẰNG BƠM NHIỆT KIỂU BẬC THANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
Mã số:

62520115

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LỢI
2. GS. TSKH. TRẦN VĂN PHÚ

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả trong luận án là trung thực và chưa có ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào.
Hà nội, ngày 16 tháng 12 năm 2014
Tác giả luận án

Trương Minh Thắng


LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sỹ với đề tài: "Nghiên cứu truyền nhiệt truyền chất trong quá
trình sấy bằng bơm nhiệt kiểu bậc thang " đã được hoàn thành trong thời gian từ
tháng 11 năm 2007 đến tháng 06 năm 2014 tại Bộ mơn Kỹ thuật Lạnh và Điều hịa
khơng khí, Viện Khoa học và Cơng nghệ Nhiệt Lạnh Trường Đại học Bách Khoa
Hà nội.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, Viện Sau đại học, đặc biệt là tập thể
giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi, GS. TSKH. Trần Văn Phú và các
thầy cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã nhiệt tình hướng
dẫn trong suốt quá trình làm luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp trong bộ môn Nhiệt kỹ thuật

Khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thơng Vận tải đã tạo điều kiện thời gian, giúp
đỡ, động viên, khuyến khích để tác giả có thể hồn thành được luận án.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn các em sinh viên khóa 50 trường Đại học Giao
thơng Vận tải đã giúp đỡ và cùng tác giả thực hiện đo đạc thực nghiệm, thu thập số
liệu góp phần vào sự hồn thành luận án.
Cuối cùng, tác giả cũng xin tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân
đã hỗ trợ, động viên trong toàn bộ thời gian làm luận án
Hà nội, ngày 16 tháng 12 năm 2014.
Tác giả luận án

Trương Minh Thắng


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục
Danh mục các ký hiệu chữ viết tắt

vii

Danh mục các bảng

xi

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

xii

Một số thuật ngữ sử dụng trong luận án

xiv

Mở đầu

1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ SẤY BƠM NHIỆT

3

VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ SẤY
1.1. Một số vấn đề cơ bản về sấy

3

1.1.1. Các phương pháp sấy cơ bản

3

1.1.2. Hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt

4

1.1.3. Tiết kiệm năng lượng với HTS BN

5

1.2.Tổng quan kết quả nghiên cứu HTS BN

6

1.2.1. Tổng quan các kết quả nghiên cứu trên thế giới

6

1.2.2. Kết quả nghiên cứu về sử dụng HTS BN ở Việt Nam

12

1.3.Một số vấn đề truyền nhiệt truyền chất trong vật liệu sấy

16

1.3.1. Quy luật dịch chuyển nhiệt - ẩm trong lịng vật liệu

16

1.3.2. Mơ hình tốn học biểu diễn hiện tượng dịch chuyển trong VLS

17

1.3.2.1. Mô hình thực nghiệm

17

1.3.2.2. Mơ hình truyền nhiệt truyền chất

17

1.3.2.3. Một số mơ hình tốn nghiên cứu hiện tượng co ngót VLS

18

1.3.3. Một số phương pháp xác định thời gian sấy

20

1.3.3.1. Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm

20

1.3.3.2. Phương pháp thực nghiệm

26

1.3.3.3. Phương pháp lý thuyết tương tự

27

1.4. Kết luận chương 1.

30

31
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu

31

2.2. Phương pháp nghiên cứu

32

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

32

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

34

2.2.3. Xử lý số liệu thực nghiệm

35

2.3. Kết luận chương 2
Chƣơng 3. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

36
37

TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT TRONG VẬT LIỆU SẤY

3.1. Mơ hình tốn học của q trình TNTC có xét đến hiện tượng CN VLS

37

3.2. Phương pháp giải mô hình tốn học của q trình TNTC có xét đến

40

ảnh hưởng của hiện tượng CN VLS
3.2.1. Xác định tốc độ co ngót của VLS

40

3.2.2. Xác định các thơng số nhiệt vật lý của TNS

41

3.2.3. Xác định các thông số nhiệt vật lý của cà rốt

42

3.2.3.1. Nhiệt dung riêng của cà rốt

42

3.2.3.2. Hệ số dẫn nhiệt của cà rốt

43

3.2.3.3. Khối lượng riêng của cà rốt

44

3.2.3.4. Xác định độ ẩm cân bằng của cà rốt

44

3.2.3.5. Xác định hệ số khuếch tán ẩm hiệu quả của cà rốt

45

3.2.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi chất đối lưu

46

3.2.4.1. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

46

3.2.4.2. Xác định hệ số trao đổi chất đối lưu

47

3.2.5. Giải hệ phương trình 3.2 bằng phương pháp sai phân hữu hạn

49

3.2.5.1. Hệ phương trình sai phân truyền nhiệt

49

3.2.5.2. Hệ phương trình sai phân truyền ẩm

51

3.3.

Hiệu chỉnh phương pháp tương tự xác định TGS

57

3.4.

Kết luận chương 3

59

Chƣơng 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Một số vấn đề trong nghiên cứu thực nghiệm
4.1.1. Khái niệm về các loại độ ẩm của vật liệu

60
60
60


4.1.2. Xác định các đại lượng trong điều kiện nghiên cứu thực nghiệm
4.2. Mơ hình thiết bị thí nghiệm HTS BN kiểu bậc thang

61

62

4.2.1. HTS BN kiểu bậc thang

62

4.2.2. Mô hình thiết bị thí nghiệm HTS GT-01

67

4.2.2.1. Sơ đồ ngun lý HTS BN kiểu bậc thang

67

4.2.2.2. Mục tiêu của HTS BN kiểu bậc thang

67

4.2.2.3. Cấu trúc của mơ hình thiết bị thí nghiệm HTS GT-01

68

4.2.2.4. Bố trí thiết bị đo và lấy số liệu

70

4.2.2.5. Khả năng thay đổi chế độ hoạt động của HTS GT-01

73

4.3. Kết luận chương 4.
Chƣơng 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
5.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết TNTC khi kể đến hiện tượng CN VLS

74
75
75

5.1.1. Ảnh hưởng của thông số TNS đến độ chứa ẩm và TGS

75

5.1.2. Ảnh hưởng của điều kiện ban đầu VLS đến độ chứa ẩm và TGS

78

5.1.3. Lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS

80

5.1.4. Động học QTS

82

5.1.4.1. Đường cong sấy

82

5.1.4.2. Đường cong nhiệt độ sấy

83

5.1.4.3. Đường cong tốc độ sấy

85

5.1.4.4. Lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS

86

5.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

88

5.2.1. Xác định các thông số của VLS và TNS để tính lý thuyết theo TN

88

5.2.2. Đánh giá độ chính xác của mơ hình tốn học có kể đến ảnh

89

hưởng của CN VLS so với TN
5.2.2.1. Đánh giá theo sự thay đổi độ ẩm tương đối VLS

89

5.2.2.2. Đánh giá theo sự thay đổi khối lượng VLS

90

5.2.2.3. Đánh giá theo tốc độ sấy

92

5.2.3. Đánh giá sự hiệu chỉnh phương pháp xác định TGS theo lý

94

thuyết tương tự khi kể đến CN VLS
5.2.3.1. Xác định hệ số khuếch tán ẩm theo sự CN VLS

94

5.2.3.2. Xác định thời gian sấy

97


5.2.4. Thí nghiệm đánh giá tiết kiệm năng lượng của HTS GT-01

100

5.2.5. Thực nghiệm đánh giá tiết kiệm năng lượng theo phương án do

103

chúng tôi đề xuất
5.3. Kết luận chương 5

105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

107

Kết luận

107

Những đóng góp mới của luận án

108

Kiến nghị

109

Danh mục các cơng trình của tác giả đã cơng bố có liên quan đến luận án

110

Tài liệu tham khảo

111

1. Phụ lục 1. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất khi tốc
độ TNS thay đổi
2. Phụ lục 2. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất khi
nhiệt độ TNS thay đổi
3. Phụ lục 3. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất độ ẩm

TNS thay đổi
4. Phụ lục 4. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất khi độ
ẩm ban đầu của VLS thay đổi
5. Phụ lục 5. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất khi
nhiệt độ ban đầu của VLS thay đổi
6. Phụ lục 6. Kết quả thí nghiệm các chế độ sấy khác nhau trên HTS GT-01
7. Phụ lục 7. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng
của phương án vận hành HTS GT-01 do chúng tôi đề xuất.
8. Phụ lục 8. Một số hình ảnh của HTS GT-01, VLS và thiết bị sử dụng
trong hệ thống.
``````````

9. Phụ lục 9. Đồ thị logp_h của 2 chu trình lạnh và đồ thị i-d của TNS khi
thực nghiệm trên HTS GT-01 ở một chế độ làm việc cụ thể.


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
A
[At,M ]

Tên gọi
Hệ số thực nghiệm
Ma trận hệ số trong mục 3.2.5

a

Hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s

aij

Các hệ số trong hệ phương trình (1.7)

amn

Tổ hợp các tiêu chuẩn đồng dạng trong (1.34)

at

Hệ số của nhiệt độ trong ma trận hệ số [At,M ]

aM

Hệ số của độ chứa ẩm trong ma trận hệ số [At,M ]

B

Hệ số thực nghiệm

Bi

Tiêu chuẩn đồng dạng Biot

Cp

Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, J/kg.K

[Ct,M ]

Ma trận vế phải trong mục 3.2.5

Ct

Hệ số của nhiệt độ trong ma trận vế phải [Ct,M ]

CM

Hệ số của độ chứa ẩm trong ma trận vế phải [Ct,M ]

d

Độ chứa hơi của khơng khí, kgâ/kgkk

Dâ

Hệ số khuếch tán hơi nước vào trong khơng khí, m2/s

D

Hệ số khuếch tán ẩm, m2/s

F

Diện tích, m2

Fo

Tiêu chuẩn đồng dạng Fourier

G

Khối lượng vật liệu ẩm, kg

Gâ

Khối lượng ẩm trong vật liệu, kg

Gk

Khối lượng cốt khô của vật liệu, kg

H

Năng lượng hoạt động, kJ/kmol

J1

Mật độ dòng nhiệt, W/m2

J2

Mật độ dịng chất, kg/m2.s

k

Hằng số sấy, 1/s



Kích thước đặc trưng dòng chảy, m

L

Chiều dài tấm phẳng, m

Lu

Tiêu chuẩn đồng dạng Luikov

Lij

Hệ số hiện tượng trong biểu thức (1.1)


viii

M

Độ chứa ẩm trung bình của vật liệu, kgâ/kgVLK

Me

Độ chứa ẩm cân bằng của vật liệu, kgâ/kgVLK

MR

Độ chứa ẩm không thứ nguyên.

N

Lượng điện tiêu thụ

NH

Số lượng các khoảng thời gian giảm ẩm bán phần

Nu

Tiêu chuẩn đồng dạng Nusselt

Pr

Tiêu chuẩn đồng dạng Prandtl

Q

Nhiệt lượng, J

q

Lượng nhiệt VLS hấp thụ trong khoảng , kJ/m2

q

Tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ, kJ/m2

r

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước, J/kg

R

Kích thước đặc trưng của vật hoặc tấm phẳng, m

Re

Tiêu chuẩn đồng dạng Reynolds

S

Hệ số trễ

Sc

Tiêu chuẩn đồng dạng Schmidt

Sh

Tiêu chuẩn đồng dạng Sherwood

St

Tiêu chuẩn đồng dạng Stanton

T

Nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin), K

t

Nhiệt độ bách phân (Celsius), oC

V

Thể tích, m3

w

Độ chứa ẩm tương đối của VLS, % kgâ/kgVLÂ

X

Tọa độ không thứ nguyên

[Xt,M]

Ma trận biến

yLT

Giá trị lý thuyết thứ i

yTN

Giá trị thực nghiệm thứ i

Ký tự Hy lạp


Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình, W/m2.K

M

Hệ số trao đổi ẩm đối lưu trung bình, m/s



Chiều dày tấm phẳng, m

t

Hệ số gradient nhiệt độ

n

Độ lệch ước lượng của tập hợp mẫu


ix



Độ chênh



Độ ẩm tương đối của khơng khí, %



Hệ số biến đổi pha



Gradient



Hệ số dẫn nhiệt, W/m.K



Hệ số nhớt động lực học, kg/m.s

n

Nghiệm của phương trình đặc trưng (1.21)



Hệ số nhớt động học, m2/s

1

Trường nhiệt độ không thứ nguyên

2

Trường thế dẫn ẩm không thứ nguyên



Thế dẫn ẩm, oM

*T

Nhiệt độ không thứ nguyên trung bình



Khối lượng riêng, kg/m3



Thời gian

tb
Ký hiệu đầu
m

Tốc độ co ngót trung bình của VLS, m/s
Ý nghĩa
Tại thời điểm tính tốn thứ m

Ký hiệu chân
a
Khơng khí (TNS)
ASH

c
CHO
e
end

-

Ý nghĩa

Thành phần chất tro
Tại tâm
Thành phần Carbohydrate
Trạng thái cân bằng
Trạng thái cuối

F

Thành phần chất mỡ

Fi

Thành phần chất sợi

i, j

Chỉ số thứ tự

k

Tuyệt đối

M

Truyền chất

P

Thành phần chất đạm

s

Tại bề mặt

w

Water


x

0

Tại thời điểm ban đầu



Tại thời điểm vô cùng

Các chữ
viết tắt

BH

Ý nghĩa
Dàn bay hơi

BN

Bơm nhiệt

CN

Co ngót

ĐT

Van điện từ

HTS

Hệ thống sấy

KKÂ

Khơng khí ẩm

MAE

Sai số tuyệt đối trung bình

MHCN

MHKCN

Mơ hình co ngót
Mơ hình khơng co ngót

MN

Máy nén

MR

Độ chứa ẩm khơng thứ ngun

NP

Dàn ngưng phụ

NT

Dàn ngưng

PP, PPS
QTS

Phương pháp, phương pháp sấy
Quá trình sấy

RMSE

Sai số căn quân phương

SPHH

Sai phân hữu hạn

SMER

Lượng tách ẩm riêng

SPS

Sản phẩm sấy

TB

Trung bình

TBS

Thiết bị sấy

TGS

Thời gian sấy

TNS

Tác nhân sấy

TNTC

Truyền nhiệt truyền chất

VLÂ

Vật liệu ẩm

VLK

Vật liệu khô

VLS

Vật liệu sấy

TL

Van tiết lưu

ĐT

Van điện từ


xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

Tên bảng

Trang
Trang

Bảng 1.1.

So sánh hiệu quả của HTS BN với các HTS khác

Bảng 1.2.

Tổng hợp các nghiên cứu về HTS BN trên thế giới

11

Bảng 1.3.

So sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy với
phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại

13

Bảng 1.4.

Giá trị thực nghiệm trong (1.15)

22

Bảng 3.1.

Nhiệt dung riêng thành phần của thực phẩm theo nhiệt độ

43

Bảng 3.2.

Hệ số dẫn nhiệt thành phần của thực phẩm theo nhiệt độ

44

Bảng 4.1.

Thông số của các thiết bị trong hệ thống sấy GT-01

69

Bảng 4.2.

Số lượng, thông số kỹ thuật của các thiết bị đo trong HTS GT-01

71

Bảng 4.3.

Các chế độ vận hành HTS GT-01

73

Bảng 5.1.

Tổng hợp lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS

81

Bảng 5.2.

Kết quả thí nghiệm và tính tốn lý thuyết độ ẩm tương đối TBVLS

89

Bảng 5.3.

Kết quả tính tốn và số liệu TN theo sự thay đổi khối lượng VLS

91

Bảng 5.4.

Kết quả tính toán tốc độ sấy của MHCN, MHKCN và TN

92

Bảng 5.5.

Kết quả TN sự thay đổi độ chứa ẩm TB VLS

95

Bảng 5.6.

Kết quả tính tốn các đại lượng

98

Bảng 5.7.

Kết quả tính toán và so sánh thời gian sấy

99

Bảng 5.8.

Tổng hợp kết quả xác định TGS

99

Bảng 5.9.

Kết quả thí nghiệm và tính SMER chế độ sấy A

8

100

Bảng 5.10. Tổng hợp kết quả thí nghiệm và tính tốn từ các chế độ sấy A-I

102

Bảng 5.11. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng

104


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

TT

Tên hình

Trang

Hình 1.1.

Sơ đồ nguyên lý của HTS bơm nhiệt

4

Hình 1.2.

Biểu đồ số lượng các nghiên cứu HTS BN từ 1975-2008

7

Hình 1.3.

Đồ thị xác định thời gian sấy của tấm phẳng

25

Hình 3.1.

Mơ hình và bước chia sai phân một nửa bề dày tấm VLS

38

Hình 3.2.

Sơ đồ thuật tốn giải hệ phương trình (3.53) bằng PP SPHH

56

Hình 4.1.

Sự biến đổi nhiệt độ của chất tải nhiệt tw1 = 32oC, tw2 = 37oC
và chất tải lạnh tL1 = 12oC, tL2 = 7oC

63

Hình 4.2a.

Chu trình Carnot 1-2-3-4 để thực hiện quá trình ở hình 4.1 với tk =
42oC và t0 = 2oC; c= To/(Tk-To) = 6,875

63

Hình 4.2b.

Chu trình Lorenz 1’-2’-3’-4’để thực hiện quá trình ở hình 4.1

với t ktb = 39,5 o C và t 0tb = 4,5 o C; L = T 0tb /(T ktb - 0tb )= 7,929

63

Hình 4.3.

Chu trình lạnh Carnot có 1 BN với nhiệt độ sôi t0 = 0oC và nhiệt độ
ngưng tk = 50oC. c = Tk/T = (273+50)/50 = 6,46

64

Hình 4.4.

Chu trình lạnh Carnot có 2 BN với nhiệt độ sôi t01 = 0oC, t02 = 10oC
và nhiệt độ ngưng tk1 = 40oC, tk2 = 50oC. ctb = (8,08 + 7,82)/2 =
7,95

64

Hình 4.5.

Hệ thống sấy bơm nhiệt với một chu trình

65

Hình 4.6.

Hệ thống sấy bơm nhiệt với hai chu trình riêng biệt

65

Hình 4.7.

Sơ đồ nguyên lý HTS GT-01 (a) và đồ thị lgP-h (b)

67

Hình 4.8.

Sơ đồ nguyên lý HTS GT-01 kiểu bậc thang

68

Hình 4.9.

Sơ đồ bố trí đầu đo nhiệt độ theo tiết diện

70

Hình 4.10.

Sơ đồ bố trí các điểm đo

70

Hình 4.11.

Hình ảnh mơ hình thí nghiệm HTS GT-01

72

Hình 5.1.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%,ta = 35oC,
a = 0,5 ÷ 2,5 m/s.

75

Hình 5.2.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%,ta = 30÷435oC,
a = 1,5 m/s.

76

Hình 5.3.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 25÷45%, ta = 35oC,
a = 1,5m/s.

77

Hình 5.4.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 25÷45%, ta = 35oC,
a = 1,5 m/s trong nửa cuối QTS

78

xiii

Hình 5.5.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%, ta=35oC,
a = 1,5 m/s với các nhiệt độ đầu của cà rốt 24oC; 28oC; 32oC

79

Hình 5.6.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%, ta = 35oC,
a = 1,5 m/s với các độ ẩm đầu của cà rốt 80,34%; 86,34%; 90,34%

80

Hình 5.7.

Đường cong sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%, ta = 35oC,
a= 1,5 m/s.

82

Hình 5.8.

Đường cong nhiệt độ sấy của cà rốt ở chế độ a = 35%,
ta = 35oC, a = 1,5m/s.

83

Hình 5.9.

Thay đổi nhiệt độ giữa bề mặt và tâm của cà rốt ở chế độ
a = 35%, ta = 35oC, a = 1,5 m/s trong 5 phút đầu tiên

84

Hình 5.10.

Thay đổi nhiệt độ tại bề mặt, tại tâm và nhiệt độ TB VLS của cà rốt
theo thời gian ở chế độ a = 35%, ta = 35oC, a= 1,5m/s.

84

Hình 5.11.

Đường cong tốc độ sấy ở chế độ a = 35%, ta = 35oC,
a = 1,5 m/s.

85

Hình 5.12.

Lượng nhiệt VLS hấp thụ theo thời gian ở chế độ a = 35%,
ta = 35oC, a = 1,5 m/s.

86

Hình 5.13.

Tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ theo thời gian ở chế độ
a = 35%, ta = 35oC, a = 1,5 m/s.

86

Hình 5.14.

So sánh kết quả thí nghiệm và tính tốn lý thuyết với MHCN và
MHKCN ở chế độ ta = 43,9oC, a = 46,5% và a = 1,5 m/s

90

Hình 5.15.

Đường cong thay đổi khối lượng VLS giữa TN với MHCN và
MHKCN ở chế độ ta = 43,9oC, a = 46,5% và a = 1,5 m/s

91

Hình 5.16.

Đường cong tốc độ sấy của MHCN, MHKCN và TN ở chế độ
ta = 43,9oC, a = 46,5% và a = 1,5 m/s

93

Hình 5.17.

Quan hệ giữa độ chứa ẩm và chiều dày của cà rốt

95

Hình 5.18.

Quan hệ giữa độ chứa ẩm không thứ nguyên và TGS cà rốt

96

Hình 5.19.

Thay đổi SMER theo thời gian của chế độ TN A

101

Hình 5.20.

Biến thiên nhiệt độ TNS khi vàoTBS trong 2 thí nghiệm

105


xiv

MỘT SỐ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

Bơm nhiệt (Heat pump) Máy làm việc theo chu trình ngược chiều (tương tự máy
lạnh) để bơm một dòng nhiệt ở nhiệt độ thấp lên nhiẹt độ cao hơn với mục đích sử
dụng dịng nhiệt có nhiệt độ cao ra từ dàn ngưng tụ.
Chu trình Lorenz (Lorenz Cycle) Chu trình ngược chiều (cho máy lạnh hoặc bơm
nhiệt) sử dụng hỗn hợp môi chất lạnh khơng đồng sơi, có độ trượt nhiệt độ bay hơi

và ngưng tụ (ở áp suất bay hơi và ngưng tụ khơng đổi) thích ứng với biến đổi giảm
nhiệt độ của chất tải lạnh khi đi qua dàn bay hơi và biến đổi tăng nhiệt độ của chất
tải nhiệt khi đi qua dàn ngưng tụ. Qua đó có thể tăng hệ số lạnh/ nhiệt của chu trình,
giảm cơng nén và có thể tiết kiệm được năng lượng.
Hệ thống sấy bơm nhiệt (heat pump dryer) Hệ thống [buồng, hầm, tủ] sấy sử dụng
bơm nhiệt loại gió gió (dàn bay hơi làm lạnh khơng khí và ngưng tụ thải nhiệt cho
khơng khí là tác nhân sấy (TNS). Hệ thống có đặc điểm là TNS tuần hồn kín, tồn
bộ năng suất lạnh của dàn bay hơi dùng để khử ẩm cho TNS và một phần (hoặc toàn
bộ) nhiệt ở dàn ngưng sử dụng để gia nhiệt cho TNS đạt nhiệt độ sấy yêu cầu để cấp
trở lại cho buồng sấy.
Hệ thống sấy bơm nhiệt kiểu bậc thang (stepwise heat pump dryer ) Hệ thống sấy
gồm ít nhất hai bơm nhiệt một cấp nén riêng biệt, môi chất lạnh đơn chất, với các
dàn bay hơi và ngưng tụ được lắp đặt nối tiếp theo chiều chuyển động của tác nhân
sấy. Trong đó, nhiệt độ sôi giảm dần và nhiệt độ ngưng tụ tăng dần theo bậc để
tiệm cận chu trình Lorenz (tương tự như trường hợp mơi chất lạnh khơng đồng sơi
khi có độ trượt nhiệt độ) nhằm tiết kiệm năng lượng (xem hình 4.4). Ở đây, do nhiệt
độ sơi và ngưng tụ của môi chất lạnh trong các bơm nhiệt riêng biệt thay đổi giảm
và tăng dần cũng làm cho nhiệt độ của tác nhân sấy thay đổi theo bậc khi đi qua lần
lượt các dàn bay hơi và ngưng tụ.


1

MỞ ĐẦU

 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Sấy là một trong những biện pháp bảo quản và chế biến sản phẩm đã được sử
dụng rất sớm trong lịch sử loài người. Trong q trình sấy vật liệu ẩm nói chung và
nơng sản nói riêng, hiện tượng diễn ra phổ biến ở đây chính là hiện tượng truyền
nhiệt truyền chất liên hợp. Khi nghiên cứu lý thuyết hiện tượng truyền nhiệt truyền

chất liên hợp, các tác giả thường dựa vào việc giải hệ phương trình vi phân truyền
nhiệt truyền chất ứng với các điều kiện đơn trị khác nhau. Trong nhiều năm, người
ta đã cố gắng để làm sao cho mô hình tốn học đó phản ánh được nhiều nhất các
yếu tố tác động đến hiện tượng. Mặc dù các công cụ tính tốn đã rất phát triển
nhưng khi áp dụng hay ứng dụng cụ thể cịn có nhiều mặt hạn chế, đặc biệt là sự
nghiên cứu ảnh hưởng qua lại giữa các hiện tượng cịn ít và chưa đầy đủ hoặc đã bỏ
qua một số ảnh hưởng quan trọng mà trong thực tế vẫn diễn ra. Sự ảnh hưởng của
trường độ ẩm đến trường nhiệt độ trong vật liệu sấy là rất rõ, nhất là khi kể đến ảnh
hưởng của hiện tượng co ngót vật liệu trong q trình sấy. Vì vậy, các yếu tố đó có
ảnh hưởng thế nào đến quá trình sấy khi nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt truyền
chất rất cần được làm sáng tỏ.
Bên cạnh đó việc nghiên cứu ứng dụng những hệ thống thiết bị sấy hiện đại vào
điều kiện ở nước ta là một trong những đòi hỏi cấp bách do đặc thù Việt nam là một
nước có nền nơng nghiệp phát triển, các sản phẩm nông sản sau thu hoạch do không
được xử lý kịp thời đã dẫn đến sự hao hụt và làm giảm chất lượng sản phẩm. Bơm
nhiệt là một trong những thiết bị có khả năng tiết kiệm năng lượng cao và đã được
chứng minh bằng lý thuyết cũng như trong thực tế kỹ thuật. Khi sử dụng bơm nhiệt
thay cho hệ thống sấy thơng thường, nó đã mang lại hiệu quả to lớn mà các cơng
trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã tổng kết. Tuy nhiên, bên cạnh những kết
quả đã đạt được trong kỹ thuật sấy thì việc sử dụng bơm nhiệt trong hệ thống sấy
vẫn còn có những vẫn đề tồn tại và phải giải quyết. Hệ thống sấy bằng bơm nhiệt là
hệ thống sấy ở nhiệt độ vừa phải, vì vậy thời gian sấy sẽ lớn hơn so với các hệ
thống sấy thông thường và do đó việc tiêu hao năng lượng ln là vấn đề cần quan


2

tâm và cải thiện, nhất là trong bối cảnh năng lượng đang ngày càng cạn kiệt mà nhu
cầu lại ngày càng tăng trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Mặt khác, theo động học quá trình sấy, lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy sẽ

thay đổi theo thời gian và giảm dần ở cuối quá trình, tương ứng với nó thì nhiệt
năng cần cung cấp cho vật liệu sấy cũng giảm dần trong khi hệ thống hoạt động liên
tục cũng là vấn đề làm cho lãng phí năng lượng. Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả sử
dụng năng lượng của hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt và vận hành hợp lý hệ thống
sấy nhằm đảm bảo phù hợp với động học quá trình sấy là rất cần thiết và luôn là vấn
đề thời sự nhất là ở trong hoàn cảnh nước ta.
Với những yêu cầu cấp bách đặt ra như vậy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
quá trình truyền nhiệt truyền chất trong quá trình sấy bằng bơm nhiệt kiểu bậc
thang” là thực sự cấp thiết và phù hợp trong giai đoạn hiện nay ở Việt nam.
 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu của chúng tơi nhằm đạt được 03 mục đích cụ thể sau:
- Nghiên cứu hiện tượng trao đổi nhiệt trao đổi chất trong quá trình sấy bằng hệ
thống sấy dùng bơm nhiệt kiểu bậc thang có xét ảnh hưởng của độ ẩm đến trường
nhiệt độ và ảnh hưởng của sự co ngót vật liệu trong quá trình sấy .
- Hiệu chỉnh phương pháp xác định thời gian sấy theo sự co ngót của vật liệu để
tăng khả năng ứng dụng và độ chính xác cho phương pháp để phù hợp với hiện
tượng trong thực tế.
- Đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng của hệ thống sấy bơm nhiệt hoạt động
theo kiểu bậc thang.
 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu ở đây là quá trình truyền nhiệt truyền chất ứng với các
điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng bơm nhiệt và vật liệu sử dụng đại diện cho
kết quả nghiên cứu là cà rốt được trồng ở miền Bắc Việt Nam.
 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn trong luận án là phương pháp nghiên
cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm.


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỂ SẤY BƠM NHIỆT VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ
TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT

1.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ SẤY
1.1.1. Các phƣơng pháp sấy cơ bản
Quá trình sấy (QTS) là q trình nhằm tạo ra dịng dịch chuyển ẩm (dạng
lỏng hoặc dạng hơi) từ trong lòng vật liệu sấy (VLS) đến môi trường tác nhân sấy
(TNS) dưới tác dụng của dòng năng lượng. Căn cứ vào việc cung cấp năng lượng
cho VLS mà người ta có thể chia ra các phương pháp sấy khác nhau [12]:
- Phương pháp sấy nóng: Trong phương pháp sấy (PPS) nóng, VLS được đốt
nóng nhờ TNS (sấy đối lưu) hoặc trường năng lượng (sấy bức xạ, điện từ…). Cũng
nhờ sự đốt nóng VLS nên mật độ hơi chứa trong các mao quản của VLS tăng làm
cho phân áp suất hơi nước tại bề mặt VLS cũng tăng lên. Điều đó dẫn đến sự chênh
lệch phân áp suất của hơi ẩm trong TNS và bề mặt VLS hay thế dẫn ẩm tăng lên và
dòng dịch chuyển ẩm cũng tăng lên theo. Nhờ vào nguyên tắc này mà người ta chế
tạo ra các hệ thống sấy (HTS) hoặc là đốt nóng riêng VLS (HTS bức xạ, HTS dùng
dòng điện cao tần, HTS tiếp xúc) hoặc là đốt nóng cả VLS và TNS (HTS đối lưu).
- Phương pháp sấy lạnh: Trong PPS lạnh, người ta tạo ra độ chênh phân áp suất
hơi nước giữa TNS và VLS bằng cách giảm phân áp suất trong TNS nhờ giảm độ
chứa ẩm d. Như vậy, dịng ẩm có thể dịch chuyển vào TNS ở nhiệt độ lớn hơn 0oC
hoặc dưới 0oC.
Dựa trên nguyên tắc của PPS lạnh, người ta đã xây dựng HTS sử dụng bơm
nhiệt (HTS BN). Nguyên lý hoạt động của HTS BN [8], [9], [10], [29], [31],
[33]...là sử dụng dàn bay hơi làm giảm nhiệt độ của TNS xuống dưới nhiệt độ đọng
sương của hơi nước và từ đó ẩm được tách ra khỏi TNS. Sau khi ra khỏi dàn bay
hơi, TNS có nhiệt độ thấp và độ chứa hơi d đã giảm xuống nhưng độ ẩm tương đối
 rất cao (  100%). Lúc này TNS tiếp tục đi qua dàn ngưng tụ để làm tăng thế sấy

4

trước khi vào thiết bị sấy (TBS), khi đó TNS có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp và phân áp
suất thấp. Một trong những ưu điểm của HTS BN là khả năng tiết kiệm năng lượng,
điều này đã được nhiều tác giả công nhận và đánh giá cao chẳng hạn như trong [7],
[8], [20], [26], [28], [29], [30], [32], [51], [57]… Các tác giả đã đánh giá việc sử
dụng HTS BN là một trong những chìa khóa cho vấn đề tiết kiệm năng lượng.
1.1.2. Hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt
*Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy dùng bơm nhiệt
HTS BN sử dụng máy nén hơi được dùng khá phổ biến và nguyên lý hoạt động
của hệ thống này vẫn dựa trên nguyên tắc của chu trình máy lạnh nén hơi thông
thường. Môi chất lỏng sau khi được tiết lưu tại van tiết lưu (TL) sẽ đi vào dàn bay
hơi (BH) và nhận nhiệt của TNS để biến thành pha hơi trước khi đi vào máy nén
(MN) và được nén lên áp suất cao. Hơi cao áp được đưa vào dàn ngưng tụ (NT) và
nhờ nhả nhiệt cho TNS hơi cao áp sẽ biến thành pha lỏng. Lỏng được tiết lưu lại
vào dàn BH để khép kín chu trình lạnh. Khi TNS đi qua dàn BH, nó được làm lạnh
xuống dưới nhiệt độ đọng sương và hơi ẩm trong TNS được ngưng lại trên bề mặt
của dàn BH, tại đây TNS sẽ được tách ẩm. Sau đó, TNS đi tiếp qua dàn NT để tăng
nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối đến giá trị yêu cầu trước khi vào TBS. Do sử
dụng cả năng suất lạnh của dàn BH và năng suất nhiệt của dàn NT nên hiệu quả của
về mặt năng lượng của HTS BN rất rõ rệt. Sơ đồ nguyên lý của HTS BN và quá
trình biến đổi trạng thái của TNS trên đồ thị i-d được trình bày trên hình 1.1
i (kJ/kg)
NT

A
tA
tB

TL

MN

B
s

TBS
tC

=100%

C

BH
d (kg/kg)

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của HTS dùng bơm nhiệt


5

Quá trình sấy trong HTS BN được biểu diễn trên đồ thị i-d như sau: Đầu tiên
khơng khí ở điểm B sau TBS được cho đi qua dàn BH và làm lạnh xuống nhiệt độ
dưới nhiệt độ điểm sương, một phần khơng khí do khơng tiếp xúc với bề mặt dàn
BH (bypass) nên chưa được làm lạnh xuống nhiệt độ điểm sương và chúng hịa trộn
cùng khơng khí đã được làm lạnh và khử ẩm ở dàn BH tạo thành khơng khí có trạng
thái ở điểm C (độ chứa hơi giảm, nhiệt độ giảm và độ ẩm   100%). Q trình làm
lạnh và khử ẩm khơng khí BC thực tế diễn ra trên đồ thị i-d có dạng đường cong
lõm nhưng do cùng đi qua điểm B và C nên độ chênh i khơng đổi.Vì vậy, ở đây
chúng ta có thể bỏ qua hình dáng của đường biến đổi này. Khi đi qua dàn NT, dịng

khí được tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối đến điểm A trước khi đi vào TBS
thực hiện quá trình sấy AB.
Hiệu suất nhiệt của chu trình lạnh thường được đánh giá thông qua hệ số COP
[9], [51], [73], [82]… và hiệu suất lớn nhất của nó được đánh giá bằng hiệu suất
nhiệt của chu trình Carnot. Tuy nhiên, đối với việc ứng dụng bơm nhiệt trong HTS
thì việc đánh giá hiệu quả của hệ thống thường được biết đến với hệ số SMER
(Specific Moisture Extraction Rate, kg/kWh), hệ số này là tỷ số giữa lượng ẩm tách
được trên một đơn vị điện năng tiêu thụ

SMER 

G a Lượng ẩm tách được
=
N
Điện năng tiêu thụ

, kg/kWh

(1.1)

Hệ số SMER này phụ thuộc vào nhiệt độ TNS, độ ẩm tương đối của TNS,
lượng bypass của TNS [9], [52], [65], [73]…
1.1.3. Tiết kiệm năng lƣợng với HTS BN
Năng lượng và vấn đề sử dụng tiết kiệm năng lượng luôn là vấn đề được đặt ra
hàng đầu trong sự phát triển của mỗi quốc gia, nhất là trong tình trạng tiêu thụ năng
lượng ngày càng cao như hiện nay. Theo Kudra và Mujumdar [65], năng lượng cho
công nghiệp sấy vật liệu chiếm khoảng 10-20% tổng năng lượng dùng trong các
ngành công nghiệp ở các nước đang phát triển. Do đó nghiên cứu để sử dụng một
cách hiệu quả năng lượng trong lĩnh vực này là rất cần thiết. Bơm nhiệt theo [7],
[32], [51], [52]… đánh giá là một trong những thiết bị có ưu điểm lớn trong việc sử

dụng và mở rộng khả năng tiết kiệm năng lượng. Trong [73] tác giả đã liệt kê 4 ưu


6

điểm của HTS BN như sau:
- Mức tiêu thụ năng lượng được cải thiện do đã tận dụng được năng suất nhiệt
ở NT và năng suất lạnh từ BH để tách ẩm.
- Dải nhiệt độ sấy có thể thực hiện được trong khoảng -20 ÷ 100oC (sử dụng
thêm bộ gia nhiệt), phạm vi độ ẩm tương đối của TNS từ 15 ÷ 80%
- Chất lượng của VLS được cải thiện, tính chất hóa lý của VLS ít bị thay đổi
(mùi vị, màu sắc, hàm lượng vitamin…)
- Rất phù hợp cho các VLS có giá trị cao, tiêu tốn điện năng ít và giảm được
giá thành sản phẩm
Mặt khác, trong [73] tác giả cũng trình bày một số hạn chế của HTS BN là:
- Trong trường hợp cần nâng nhiệt độ TNS lên cao thì cần phải có bộ gia nhiệt
bổ sung do hạn chế của mơi chất lạnh
- Chi phí đầu tư ban đầu lớn
- Cần một khoảng thời gian để hệ thống đạt đến trạng thái làm việc ổn định
- Địi hỏi bảo trì, bảo dưỡng hệ thống thường xuyên.
1.2. TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HTS BN
1.2.1. Tổng quan các kết quả nghiên cứu trên thế giới
Từ những năm đầu của thập kỷ 80, vấn đề chi phí năng lượng tăng cao đã thúc
đẩy các nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng hiệu quả năng lượng. Trong kỹ thuật
sấy nơng sản, việc sử dụng các HTS có khả năng tiết kiệm năng lượng đã được
nhiều tác giả nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thực tế. Theo Mujumdar [73], năng
lượng dùng cho ngành sấy chiếm đến gần 60% trong công nghiệp chế biến các sản
phẩm nông sản. Tác giả Strommen và cộng sự [90] cho biết HTS BN có thể giảm
được khoảng 60-80% năng lượng so với các HTS truyền thống khác khi cùng hoạt
động ở một dải nhiệt độ. Theo thống kê, từ năm 1988 đã có khoảng 7% trong tổng

số thiết bị bơm nhiệt được ứng dụng vào kỹ thuật sấy, những HTS BN này có cơng
suất lên đến 60 MW. Năm 2006 Soylemez [88] đã trình bày nghiên cứu tính tốn
các điều kiện tối ưu về nhiệt độ làm việc và kích thước HTS BN nhằm giảm thiểu
các chi phí ứng với tuổi thọ của HTS BN. Tính đến 2009, số lượng các nghiên cứu
về HTS BN được Colak và Hepbasli [51] tổng kết như trên hình 1.2


7

Hình 1.2. Biểu đồ số lượng các nghiên cứu HTS BN từ 1975-2008 [51]
Oliver [74] năm 1982 cho biết rằng SMER của HTS BN là 0,57 kg/kWh ở nhiệt
độ sấy 50oC và hệ số này sẽ tăng lên đến 1,02 kg/kWh khi nhiệt độ sấy là 80oC. Sự
gia tăng của SMER theo nhiệt độ cũng được Strommen và Kramer công bố trong
cơng trình nghiên cứu [90] năm 1994 và được Kudra và Mujumdar trình bày lại
trong [65]. Theo đó, nếu so sánh với các loại HTS truyền thống thì SMER của HTS
BN có thế lớn hơn gấp 10 lần.
Dựa trên tiêu chi đánh giá về chi phi năng lượng cho một HTS BN
Soponronnarit [87] năm 1998 đã cho thấy mất 2,76 kWh cho 1 kg ẩm bay hơi và
tổng chi phí khoảng 0,38 USD, trong đó 0,16 USD chi cho năng lượng, 0,04 USD
cho vận hành và còn lại 0,18 USD là chi phí cố định.
Achariyaviriya và cộng sự [40] đã xây dựng một mơ hình tốn học nhằm phân
tích các ưu điểm trên HTS BN hoạt động ở điều kiện TNS tuần hồn kín, tuần hồn
một phần hay TNS khơng tuần hồn. Cuối cùng tác giả đi đến kết luận rằng hệ số
hiệu quả COP sẽ giảm dần khi lượng bypass tăng dần ở tất cả các điều kiện tuần
hoàn của TNS trong HTS BN.
Theo Chou S.K và đồng sự trong [52] và [73], HTS BN có hiệu quả rất lớn


8

trong tiết kiệm năng lượng nhất là khi tận dụng các nguồn nhiệt thải khác nhau.
Trong hầu hết các PPS sử dụng trong HTS BN thì PPS cấp nhiệt đối lưu là ứng
dụng rộng rãi nhất, trong đó có thể kết hợp sử dụng phương pháp sấy lớp sôi hay
kiểu rô to…Khi so sánh khả năng tiết kiệm năng lượng với các HTS khác thông qua
lượng tách ẩm riêng SMER, Chou S.K và Chua K.J đã làm rõ được tính hiệu quả
của HTS BN. Kết quả so sánh SMER của HTS BN và các HTS khác được cho trong
bảng 1.1.
Bảng 1.1 So sánh hiệu quả của HTS BN với các HTS khác [73]
Sấy

Sấy

Sấy

khơng khí nóng

chân khơng

bơm nhiệt

SMER, kg/kWh

0,12-1,28

0,72-1,2

1,0-4,0

Hiệu suất sấy, %

35-40

70

95

Nhiệt độ TNS, oC

40-90

30-60

10-65

thay đổi

thấp

10-65

Thông số

Độ ẩm tương đối TNS, %

Bảng 1.1 cho thấy rằng đối với HTS BN thì hệ số SMER rất cao từ 1,0-4,0
trong khi các hệ thống còn lại cho SMER thấp hơn rất nhiều. Hơn nữa, nhiệt độ của
TNS có thể thấp hơn nhiệt độ mơi trường, điều này đặc biệt có lợi đối với các VLS
đòi hỏi nghiêm ngặt về chế độ nhiệt để tránh hiện tượng phân hủy các chất dinh
dưỡng, vitamin… có trong VLS.
U.S. Pal và M.K. Khan [76] năm 2010 đã nghiên cứu sử dụng HTS BN cho hạt

tiêu ở nhiệt độ TNS 30÷41oC, độ ẩm TNS < 40%, theo báo cáo hệ số SMER từ hệ
thống nằm trong khoảng 0,55 ÷ 1,1 kg/kWh. Lượng tiêu thụ điện của HTS BN
cũng nhỏ hơn so với HTS nóng từ 1,17 ÷ 4,55 kWh
Fatouh [56] đã nghiên cứu và tổng kểt rằng đối với các loại lá thảo dược, kích
cỡ lá càng nhỏ thì càng cần ít năng lượng và thời gian sấy càng ngắn nếu sử dụng
HTS BN. Minea trong [71] đã đưa ra một số tổng hợp về HTS BN trên thế giới như
sau:
+ HTS BN sử dụng dàn ngưng phụ [41], [42] để giải bớt nhiệt ra ngoài đối với


9

HTS BN sấy theo mẻ. Theo động học QTS thì trong HTS BN sấy theo mẻ, nhu cầu
cấp nhiệt cho VLS sẽ giảm dần nhưng do MN vẫn hoạt động ở 100% tải nên phải
thải bớt lượng nhiệt thừa ra mơi trường và lượng nhiệt này có thể chiếm đến khoảng
15-20% tổng lượng nhiệt cấp cho hệ thống [41], [42]. Việc thải lượng nhiệt thừa
này là vấn đề còn chưa được quan tâm triệt để, và cần phải làm rõ thêm, nhất là
trong trường hợp có thể dựa vào động học QTS để nghiên cứu tiếp.
+ Ở HTS BN, một trong những cách điều chỉnh để đảm bảo điều kiện tách ẩm
ổn định của hệ thống là dùng biện pháp cho dòng TNS đi tắt (bypass) qua dàn BH
[54]. Theo đó, tác giả cũng cho biết quan hệ giữa tốc độ của TNS và lượng ẩm tách
ra khi qua dàn BH tỷ lệ nghịch với nhau.
+ Một hướng đi khác để nghiên cứu khả năng tách ẩm của HTS BN là PPS gián
đoạn, Chua K.J. [53] đã công bố kết quả nghiên cứu dựa trên PPS gián đoạn và cho
thấy có thể giảm được đến 61% thời gian sấy (TGS) khi sử dụng PPS gián đoạn đối
với khoai tây khi so sánh với trường hợp sấy liên tục.
+ Ong và Law [75] năm 2009 đã cho thấy trong hầu hết các trường hợp đều có
khả năng giảm TGS và chất lượng sản phẩm sấy đều được cải thiện khi sử dụng
PPS gián đoạn đối với các loại rau, quả. Trong tài liệu này các tác giả cũng nói rõ
nếu sử dụng PPS gián đoạn thì khả năng tiết kiệm năng lượng cũng được cải thiện

do có thể giảm được TGS và không bị tổn thất năng lượng (thải nhiệt ra ngoài) khi
máy ngừng hoạt động.
+ Theo Minea [72], HTS BN có thể thiết kế để sấy theo mẻ và khi TNS tuần
hồn kín thì tổn thất nhiệt do rị lọt là không đáng kể. Tuy nhiên, do lượng nhiệt
VLS hấp thụ giảm dần nên phải có dàn ngưng phụ (NP) để giải nhiệt thừa ra ngồi.
Mặt khác, cũng có thể thiết kế HTS BN hoạt động liên tục kiểu băng chuyền và đối
với thiết kế này cũng hứa hẹn nhiều kết quả tốt đặc biệt là đối với các sản phẩm sau
thu hoạch.
+ Chua K.J. [55] đã đề xuất phương án sử dụng HTS BN có nhiều dàn bay hơi
mắc nối tiếp (multi-stage series evaporator) với 1 MN. Đây là sự phát triển của một
kết quả nghiên cứu trước đây của Perry năm 1981 [77]. Nhược điểm của HTS BN
này là do mắc nối tiếp nên tổn thất áp suất của dòng TNS khi qua các dàn BH này