Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán nhiệt quá trình sấy bằng không khí ẩm có hồi lưu tác nhân sấy

Nguyễn Lê Châu Thành, Nguyễn Cơng Vinh, Nguyễn Hồi

110

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY
BẰNG KHƠNG KHÍ ẨM CĨ HỒI LƯU TÁC NHÂN SẤY
THE STUDY OF BUILDING SOFTWARE TO CALCULATE THE HEAT OF DRYING
PROCESS BY HUMID AIR WITH THE REFLUX DRYING AGENT
Nguyễn Lê Châu Thành, Nguyễn Cơng Vinh, Nguyễn Hồi
Trường Cao đẳng Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng;
, ,
Tóm tắt - Nhằm tạo ra chế độ sấy dịu đồng thời giảm tổn thất nhiệt
do tác nhân sấy thải ra ngồi, chúng ta có thể sử dụng chế độ sấy
hồi lưu một phần trước hoặc sau Calorifer. Kết quả cho thấy quá
trình hồi lưu tác nhân sấy đã làm cho hiệu suất nhiệt và chất lượng
sản phẩm sấy tăng lên đáng kể so với khi không hồi lưu [1]. Hơn
nữa ở nước ta công nghệ sấy ngày càng phát triển, nhất là trong
các ngành hải sản, rau quả, nông sản và các loại thực phẩm. Do
đó, việc nghiên cứu, xây dựng và hồn thiện phần mềm tính tốn
nhiệt của q trình sấy có hồi lưu tác nhân sấy phù hợp với điều
kiện tự nhiên, kỹ thuật ở nước ta là hết sức thiết thực. Đồng thời,
giúp qúa trình tính tốn, thiết kế hệ thống sấy được thực hiện một
cách nhanh chóng, chính xác, tiết kiệm cơng sức tính tốn, năng
lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm sấy.

Abstract - In order to generate soothing drying mode and reduce heat
losses due to drying agent discharged, the partial reflux drying mode
before or after Calorifer can be used. The results show that the process
of reflux drying agent increases thermal efficiency and product quality
considerably than that without reflux. In addition, in our country, drying
technology increasingly develops, particularly in the industry of

seafood, vegetables, agricultural products and foodstuffs. Therefore, it
is very essential to research, build and improve the software of heat
calculation of drying process that has reflux drying agent in accordance
with natural conditions and techniques in our country. At the same time,
it helps the procedure of computation, the design of drying system be
done quickly and accurately, saving calculation time, energy as well as
enhancing the quality of dried products.

Từ khóa - Hồi lưu; phần mềm; tác nhân sấy; tiết kiệm năng lượng;
nhiệt độ

Key words - reflux; software; drying agent; energy saving;
temperature

1. Đặt vấn đề
Hiện nay kỹ thuật sấy có hồi lưu một phần tác nhân
sấy được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống sấy. Nét
nổi bật của phương án này thể hiện ở hai mặt là tiết kiệm
năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm sấy [1]. Cụ
thể khi cùng nhiệt độ tác nhân sấy vào ra như nhau, thì
phương án sấy có hồi lưu một phần tác nhân sấy bao giờ
cũng tiết kiệm nhiệt lượng hơn khi không hồi lưu. Mặt
khác, khi sấy hồi lưu tạo ra chế độ sấy dịu dàng hơn,
cường độ thoát ẩm chậm hơn làm cho sản phẩm sau khi
sấy ít bị cong vênh, gãy vỡ. Tuy nhiên, trong q trình
tính tốn nhiệt có hồi lưu tác nhân sấy (TNS) sử dụng rất
nhiều thơng số, cơng thức phức tạp. Do đó để thuận lợi
cho việc này, tác giả xây dựng các lưu đồ thuật tốn và
thiết lập phần mềm tính tốn nhiệt hệ thống sấy. Cho phép
người sử dụng có nhiều lựa chọn trong q trình tính tốn

với thời gian ngắn và chính xác nhất.
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Cơ sở lý thuyết
Để có thể đánh giá chính xác hơn khả năng ứng dụng
và hiệu quả kinh tế của q trình sấy có hồi lưu tác nhân
sấy. Trên cơ sở phân tích và tổng hợp cơ sở lý thuyết về
tính tốn nhiệt các hệ thống sấy [1]. Tác giả đã tiến hành
nghiên cứu, xây dựng các lưu đồ thuật tốn cho việc tính
tốn nhiệt hệ thống sấy có hồi lưu tác nhân sấy bằng ngơn
ngữ lập trình Visual Basic 6.0. Các thơng số ban đầu phục
vụ cho quá trình lập trình được chọn trong phạm vi rộng.
Điều này giúp q trình tính tốn thuận lợi, nhanh chóng
và chính xác.

Hình 1. Sơ đồ ngun lý q trình sấy có hồi lưu TNS

Hình 2. Đồ thị I - d q trình sấy có hồi lưu TNS

(Ở đây các chữ cái A; B; C; M ký hiệu cho các điểm
nút, còn các số 0; 1; 2 ký hiệu cho các trạng thái tương ứng
với điểm).
2.2. Xác định các thông số
2.2.1. Thông số TNS ban đầu (điểm A)
- Lượng chứa ẩm:


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 2

d 0  0,621

0 pb 0
; kg ẩm/kg kk
B  0pb 0

(1)

- Entanpi:
I0 = 1,004.t0 + d0(2500 +1,842.t0); kJ/kg kk (2)
Hệ số hồi lưu là số kg khơng khí khơ của tác nhân sấy
quay trở lại để hịa trộn với một kg khơng khí khơ của
khơng khí ẩm bên ngồi (tác nhân sấy từ môi truờng mới)
đưa vào:

n

lh
l0

(3)

l

1
; kg kk/kg ẩm
d2  dM

- Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1 kg ẩm:
I  I ; kJ/kg ẩm
q 1 M
d2  dM

111

(12)

(13)

2.3. Xây dựng phần mềm
Từ các công thức trên, tác giả tiến hành xây dựng lưu
đồ thuật tốn q trình sấy thực có hồi lưu tác nhân sấy như
Hình 3.

2.2.2. Thơng số TNS sau khi gia nhiệt ở calorifer (điểm B)
- Entanpi: I1 = Cpk.t1 + dM.i1; kJ/kg kk
(4)
- Lượng chứa ẩm: d1 = dM; kg ẩm/kg kk
2.2.3. Thông số TNS sau khi sấy (điểm C)
Trên thực tế, để xác định giá trị Δ trong các thiết bị sấy
thực, chúng ta phải tính đến các tổn thất do thiết bị chuyển
tải, do vật liệu sấy và do kết cấu bao che. Trong đó, tính tốn
tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che là quan trọng và phức tạp
nhất. Đương nhiên, các tổn thất này chỉ có thể tính được
trong những điều kiện cụ thể với kết cấu bao che cụ thể. Vì
các lý do này, nên việc xác định Δ sẽ được thảo luận và tính
tốn chi tiết trong bài báo sau. Ở đây, để khơng làm mất đi
tính tổng qt của q trình sấy, chúng tơi chọn một vài giá
trị thường có thể xảy ra tương ứng với ba q trình sấy cơ
bản (Δ = 0 sấy lý thuyết), Δ > 0 hoặc Δ < 0 (sấy thực) để xây
dựng thuật toán và phần mềm sấy lý thuyết và sấy thực.
- Lượng chứa ẩm:

C pk t 1  t 2 

d2 

i

2

d 0 i1   
kg ẩm/kg kk
 
2   1 n
n i1   
1
i 2   1  n 
;
 



i

- Độ ẩm tương đối:
B.d 2
;%
2 
p b 2 0,621  d 2 
- Entanpy: I2 = Cpk.t2 + d2.i2; kJ/kg kk
2.2.4. Thơng số TNS hịa trộn (điểm M)
- Lượng chứa ẩm:

d 0  nd 2 ; kg ẩm/kg kk
1 n
- Entanpy: I  I 0  nI 2 ; kJ/kg kk
M
1 n
dM 

(5)

(6)

Hình 3. Lưu đồ thuật tốn q trình sấy thực tối ưu

(7)

Trên cơ sở lý thuyết ở Mục 2, chúng tôi chọn phần mềm
Visual Basic để xây dựng chương trình tính tốn, giao diện
của chương trình như Hình 4. Chương trình gồm ba phần:
phần nhập số liệu ban đầu, phần kết quả tính toán nhiệt và
phần các nút lệnh.

(8)
(9)

- Nhiệt độ:
C d t  nC dx d 2 t 2 ; 0C
t M  dx 0 0
1  n C dx d M 

(10)

- Độ ẩm tương đối:
B.d M
;%
M 
p bM 0,621  d M 

(11)

2.2.5. Tính tốn các đại lượng
- Lượng tác nhân sấy để bốc hơi 1 kg ẩm:
Hình 4. Giao diện tính tốn q trình sấy có hồi lưu TNS


Nguyễn Lê Châu Thành, Nguyễn Cơng Vinh, Nguyễn Hồi

112

Hình 5. Phần nhập số liệu ban đầu

Sau khi nhập hoặc chọn xong các dữ liệu ban đầu [3]
thì phần mềm chuyển tính tốn q trình sấy lý thuyết và
sấy thực với việc phải lựa chọn q trình sấy có hệ số hồi
lưu khác nhau. Xác định các thông số điểm đầu, điểm cuối
của tác nhân sấy và các đại lượng khác.

Hình 6. Kết quả tính tốn nhiệt

Q trình sấy “tối ưu” là quá trình sấy nhằm giảm độ

ẩm tương đối của tác nhân sấy sau quá trình sấy để tiết kiệm
tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi. Tuy nhiên chúng ta
cần chú ý đến độ ẩm cuối của của vật liệu ω2 để cường độ
thoát ẩm vẫn đạt tối đa. Khi đó điều kiện để kiểm tra
chương trình là 80% ≤ φ2 ≤ 85% và kết quả này cũng phù
hợp với điều kiện thực tế.
3. Kết luận
Phần mềm được viết bằng Visual Basic 6.0 có giao

diện bằng tiếng Việt, cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng và tiện
lợi khi cập nhật dữ liệu. Phần mềm đã phần nào đạt được
mục đích tự động hóa việc tính tốn nhiệt q trình sấy
có hồi lưu.
Phần mềm này khơng những cho phép người sử dụng
tính tốn thiết kế hệ thống sấy có hồi lưu tác nhân sấy với
các thông số nhập vào của bài tốn thiết kế cố định mà cịn
cho phép tính tốn thiết kế hệ thống sấy với nhiều chế độ
sấy hồi lưu khác nhau với các thông số được lựa chọn hợp
lý trong thời gian ngắn nhất. Từ đó có thể lựa chọn phương
án thiết kế tối ưu về mặt tiết kiệm năng lượng và phí đầu tư
ban đầu.
Đối chiếu kết quả giữa sấy lý thuyết và sấy thực, nhận
thấy độ chênh lệch lưu lượng tác nhân sấy tăng 7%, lượng
nhiệt cấp vào cho quá trình sấy tăng 10%. Điều này nói lên
trong thực tế khi sấy thì nhiệt lượng bổ sung thường nhỏ
hơn nhiệt lượng tổn thất (nhằm tiết kiệm năng lượng). Vì
vậy để giảm được các đại lượng này ta cần bọc cách nhiệt
tốt cho hệ thống sấy và kết cấu đường ống.
Theo kết quả nghiên cứu lý thuyết [2] và số liệu từ
phần mềm tính tốn nhiệt cho thấy. Hệ số hồi lưu không

ảnh hưởng đến khả năng tiết kiệm nhiệt của phương án
mà chỉ phụ thuộc vào độ chênh lệch của nhiệt độ sau khi
sấy t2 và nhiệt độ ban đầu t0. Khi độ chênh lệch này càng
lớn thì sấy hồi lưu càng hiệu quả tiết kiệm năng lượng.
Tuy nhiên hệ số hồi lưu càng lớn thì lưu lượng tác nhân
sấy qua quạt gió càng cao, vì vậy làm tăng chi phí điện
năng. Do đó chọn tỷ số hồi lưu thích hợp là vấn đề tối ưu
hóa trên cơ sở chất lượng sản phẩm sấy phải đảm bảo tốt
và vốn đầu tư thấp nhất. Đây là bài tốn kinh tế kỹ thuật
và chỉ có thể giải quyết bằng phương pháp nghiên cứu
thực nghiệm trên mô hình.
Để làm được điều này, trong thời gian đến chúng tơi sẽ
tiến hành nghiên cứu chế tạo mơ hình và sấy thực nghiệm,
đồng thời so sánh đối chiếu với các kết quả lý thuyết tính
được từ phần mềm. Kết nối với hệ thống máy tính và phần
mềm điều khiển, để theo dõi và điều khiển các hoạt động
của hệ thống sấy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy. Nhà xuất bản giáo
dục, năm 2001.
[2] Trần Văn Phú, Đặng Trần Thọ, Thuật toán và chương trình giải bài
tốn q trình sây hồi lưu một phần. Tạp chí Khoa học Cơng nghệ
Nhiệt, tháng 3 - 2001, trang 11-12.
[3] Đậu Quang Tuấn, Tự học lập trình Micorsoft Visual Basic 6.0. Nhà
xuất GTVT, năm 2006.

(BBT nhận bài: 02/10/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 31/10/2017)