đồ án khảo sát và tính thiết kế máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đế sấy hành lá xuất khẩu năng suất 100kg-mẻ

1.6 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh1.7 Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước 1.7.1 Các tác giả trong nước 1.7.2 Các tác giả nước ngoài 1.8 So sán

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY

1.1 Khái niệm quá trình sấy

1.1.1 Khái niệm

1.1.2 Phân loại phương pháp sấy

1.1.3 Mục đích của quá trình sấy

1.1.4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy

1.1.4.1 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật keo

1.1.4.2 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật xốp mao dẫn

1.1.4.3 Các dòng dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn

1.1.4.4 Dịch chuyển ẩm đối lưu trong vật liệu sấy

1.2 Cơ chết thoát ẩm ra khỏi vật liệu sấy

1.2.1 Qua trình khuếch tán ngoại

1.2.2Quá trình khuếch tán nội

1.2.3 Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán ngoại và quá trình khuếch tàn nội

1.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy

1.3.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu

1.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc

1.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc

1.4 Các phương pháp và thiết bị sấy

1.4.1 Các phương pháp sấy

1.4.2 Thiết bị sấy

1.5 Tổng quan về sấy ở nhiệt độ thấp

1.5.1 Giới thiệu các phương pháp sấy lanh

1.5.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh

1.6 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh

1.7 Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước

1.7.1 Các tác giả trong nước

1.7.2 Các tác giả nước ngoài

1.8 So sánh phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng ở nhà máy

1.9 Đánh giá và kết luận

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY HÀNH LÁ

2.1 Vật liệu sấy và tính lý hòa của vật liệu sấy

2.1.1 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả

2.1.2 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm

2.3 Các đặc tính hóa lý của một số rau quả giàu vitamin ứng dụng phương pháp sấy lạnh

2.4 Lý thuyết sấy rau quả

2.5 Một số phương pháp sấy rau quả

2.6 Lựa chọn phương pháp sấy lạnh theo hướng nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG III : KHẢO SÁT THỰC TRẠNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY

3.1 Khảo sát máy sấy tại nhà máy

3.2 Nhiệm vụ thiết kế

3.3 Chọn phương án thiết kế

3.4 Chon tác nhân sấy và năng suất sấy

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT

4.1 Giới thiệu bài toán thiết kế và mô hình thiết kế

4.2 Xây dưng quy trình công nghệ sấy hành

4.2.1 Giới thiệu vật liệu sấy

4.2.1 Xây dựng quy trình công nghệ sấy Hành 4.3 Xác định các thông số đầu vào của vật liệu

4.4 Tính toán lý thuyết chế độ sấy hồi lưu hoàn toàn

4.4.1 Xác đinh các điểm nút trên đồ thị sấy

4.4.2 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy

4.4.3 Tính toán nhiệt quá trình

4.5 Tính toán lý thuyết chế độ sấy thải bỏ tác nhân

4.5.1 Xác định các thông số điểm nút trên đồ thị sấy

4.5.2 Tính toán nhiệt quá trình

4.6 Xác định kích thước buồng sấy

4.7 Cân bằng nhiệt cho quá trình

4.8 Tính toán quá trình sấy thực chế độ hồi lưu hoàn toàn

4.9 Tính toán quá trình sấy thực chế độ thải bỏ tác nhân

4.10 Kết luận về chế độ sấy

4.11 Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị phụ trợ

4.11.1 Các thông số nhiệt của môi chất lạnh

4.11.2 Tính toán chu trình bơm nhiệt

4.11.3 Tính toán thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt

4.11.3.1 Dàn ngưng4.11.3.2 Dàn bay hơi4.11.4 Tính chọn máy nén

4.11.5 Tính chọn đường ống dẫn môi chất

4.11.5.1 Đường ống đẩy4.11.5.2 Đường ống hút4.11.6 Thiết bị hồi nhiệt

5.2.3 Chi phí khấu hao

5.3 So sánh chất lượng và giá thành hành lá sấy nóng và sấy lạnh

trong việc hình thành nhân cách, đạo đức của mỗi con người Từ những ngày bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự quan tâm chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô Qua quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp em xin bày tỏ long biết ơn chân thành đến:

 Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang.

 Tập thể giảng viên Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Nha

Trang.

 Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại

trường.

 Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Th.s Lê Như Chính đã trực tiếp theo

dõi, tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài.

Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian thực hiện, đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và góp ý của các bạn.

Nha Trang, tháng 3, năm 2012 Sinh viên thực hiện đề tài

Bùi Văn Vĩnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Khảo sát và tính thiết kế máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đế sấy hành

lá xuất khẩu năng suất 100kg/mẻ.

I/ Thông tin thực hiện đề tài:

1- Số liệu choo trước: Mô hình sấy lạnh của khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Trường Đại Học Nha Trang và khảo sát thực tế hệ thống sấy nóng tạiCông Ty thủy sản Bạc liêu ( KCN Suối Dầu )

II/ Nội dung đề tài:

1- Tìm hiểu công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy, các thiết bị trong hệthống sấy lạnh

2- Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số thực phẩm và rau quả trong nước

5- Lý thuyết về sấy rau quả và thực phẩm

6- Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt

6.1 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ thải bỏtác nhân

6.2 Giải quyết bài toán sấy lạnh lý thuyết và sấy thực theo chế độ hồi lưuhoàn toàn khí thải

7- Tính toán thiết kế và lựa chọn các thiết bị phụ trợ cho hệ thống sấy

8- Khảo nghiệm mô hình máy sấy lạnh xác định lại các thông số kỹ thuật

12- Hiệu quả kinh tế

Xây dựng giá thành 1kg rau sấy

13- Các bản vẽ thiết kế

III/ Ngày giao nhiệm vụ: 01/03/2012

IV/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/06/201

Nha Trang, tháng 3 năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức pháttriển ngành rau quả.

Rau quả hiện nay chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, như đã biết rau quả làloại sản phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển vàbảo quản hạn chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào cáckinh nghiện cổ truyền, mang tính thủ công chấp vá Công nghệ sấy ứng dụngtrong chế biến rau quả khô được tiến hành từ khá lâu nhưng cho đến nay vẫn bộc

lộ nhiều hạn chế về công nghệ chưa khắc phục được chất lượng đầu ra của sảnphẩm, chưa đáp ứng được các yêu cầu về đặc tính hóa lý, mùi, màu, thành phầndinh dưỡng nên khó đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ và xuất khẩu trong và ngoàinước Việc đầu tư nghiên cứu một quy trình công nghệ mới giải quyết những vấn

đề này là thực sự cần thiết Công nghệ sấy lạnh được xem là một công nghệ mới,

ra đời từ yêu cầu cấp thiết đó

Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình côngnghệ sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả Sản phẩm sấy giữ được nguyênmàu sắc, mùi vị, hạn chế tối đa thất thoát dinh dưỡng (khoảng 5%) [20], đạt tiêuchuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chấtlượng sản phẩm tương đương một số nước khác trên thế giới

Việc phát triển công nghệ sấy lạnh đã có nhiều thành tựu Tuy nhiên, để có mộtquy trình công nghệ hoàn chỉnh, tối ưu với các thông số phù hợp nhất đòi hỏichúng ta phải tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn Được sự phân công đề tài

“Khảo sát và tính thiết kế máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đế sấy hành lá xuất khẩu năng suất 100kg/mẻ” thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu những nguyên lý chung

nhất của công nghệ sấy lạnh từ đó có thể xây dựng nên quy trình sấy đối với từngloại rau quả khác nhau Để giải quyết những vấn đề đó, đề tài nghiên cứu nhữngnội dung chính sau:

 Tìm hiểu về công nghệ sấy lạnh, phương pháp sấy và các thiết bị trong hệthống sấy lạnh.

 Tìm hiểu kỹ thuật sấy lạnh trên một số loại rau quả giàu vitamin, xâydựng quy trình sấy lạnh đối với Hành lá cắt nhỏ

 Tính toán thiết kế mô hình máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ở chế độ sấyhồi lưu hoàn toàn và chế độ thải bỏ tác nhân

 Tính toán thiết kế máy sấy lạnh và lựa chọn các thiết bị phụ trợ

 Thực nghiệm nghiên cứu trên mô hình thực tế

 So sánh hiệu quả của hệ thống sấy lạnh với sấy nóng ở nhà máy

Với những đặc tính ưu việt, công nghệ sấy lạnh hứa hẹn sẽ là một công nghệtiên tiến, cho lĩnh vực sấy thực phẩm giàu vitamin, có thể áp dụng rộng rãi vớiquy mô lớn đáp ứng cả về vấn đề lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY

1.1 Khái niệm quá trình sấy

1.1.1 Khái niệm

Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi VLS, trong đó VLSnhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môitrường tác nhân sấy (TNS) Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất

xẩy ra đồng thời Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗnhợp Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt vàtrao đổi ẩm đối lưu liên hợp Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởngcủa dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếuchịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của TNS cũng nhưVLS

1.1.2 Phân loại phương pháp sấy

Người ta phân biệt 2 phương pháp sây :

- Sấy tự nhiên : Sấy bằng không khí không dược đốt nóng, phương pháp này thời gian sấy dài, khó điều chỉnh quá trình và độ ẩm cuối của vật liệu còn khá lớn nhất là ở những quốc gia có khí hậu nhiệt đới như nước ta

- Sấy nhân tạo : Là quá trình sấy có sự cấp nhiệt từ bên ngoài, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy được gia nhiệt như khói nóng, không khí nóng hoặc hơi…

1.1.3 Mục đích của quá trình sấy

Sấy không chỉ là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ luôn luôn thay đổi Tính chất công nghệ của vật liệu gồm: tính chất hoá lý, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá…

Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụnhiều mục đích khác nhau Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bềncủa nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng

nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc,nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vậnchuyển, giảm được thể tích kho bảo quản…

1.1.4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy

Để nghiên cứu về công nghệ sấy, trước hết cần nghiên cứu về các dạng liênkết ẩm, các dòng dịch chuyển ẩm và thể dịch chuyển ẩm trong VLS nhằm hiểu rõ

cơ chế dịch chuyển ẩm và định hướng phương pháp tác động để tăng cường hoặc hạn chế dòng dịch chuyển ẩm phục vụ các yêu cầu công nghệ Theo dạng liên kết

ẩm với cốt khô của vật, VLS chia thành 3 nhóm : vật keo, vật xốp mao dẫn và vậtkeo xốp mao dẫn

1.1.4.1 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển trong vật keo

Liên kết ẩm trong vật keo là lực hấp thụ và lực khuếch tán thẩm thấu

Do đó, mật độ dòng ẩm lỏng j2k tỷ lệ thuận với gradient áp suất thẩm thấu ∇ p tt Với độ chứa ẩm thông thường của vật trương nở giới hạn, áp suất thẩm thấu ( trương nở ) là hàm của độ chứa ẩm M Do đó ta có :

(1.1)Vật keo là vật có cấu trúc mao mạch phân tử ở quá trình không đẳng nhiệt dịch chuyển ẩm lỏng dạng màng có dạng : gradient

j 2 m=−k 2m ρ o∇M+k 2 m t ρ0∇t

(1.2)Dòng ẩm lỏng dịch chuyển sẽ bằng :

j2=j 2 k+j 2m=−(a 2k+k 2 m)ρ o∇M+k 2 m t ρ0∇t (1.3)

Dịch chuyển ẩm dạng hơi được xác định gần đúng bởi quá trình khuếch tán phân

tử Mật độ dòng phân tử j1 tỷ lệ nghịc với gradient của (p1/√T) Với p1 là áp

suất của hơi ẩm Trong quá trình đoạn nhiệt p1 là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độnên dòng j1 sẽ bằng :

1.1.4.2 Các dòng dịch chuyển và thế dịch chuyển ẩm trong vật xốp mao dẫn

Dịch chuyển lỏng mao dẫn (Khuếch tán mao dẫn) trong vật xốp mao dẫn,

có các mạch lớn (r > 10-5), gắn liền với liên kết cơ lý Trong vật xốp cấu trúc đa mao mạch , dòng ẩm lỏng tỷ lệ thuận với gradient thế mao dẫn ψ :

j2 md= kψ∇ ψ

(1.8)Thế mao dẫn ψ trong trường hợp đẳng nhiệt tỷ lệ thuận với độ chứa ẩm

M Trong điều kiện không đẳng nhiệt, dòng ẩm lỏng khếch tán mao dẫn j2md được xác định :

j 2 md=k ψ∇ψ=−a 2md ρ0∇M−a 2md t ρ0∇t

(1.9)

a2md và a 2 md t là hệ số khếch tán lỏng mao dẫn và hệ số khếch tán nhiệt của lỏng mao dẫn Gía trị của chúng phụ thuộc vào sức căng bề mặt, góc dính ướt, độ nhớt của lỏng , bán kính mao dẫn

Khi ẩm của vật vượt giá trị hút ẩm cực đại thì trong các mao mạch lớn của vật xốp chưa đầy nước , dịch chuyển lỏng lúc này là do chênh lệch thế mao dẫn Khác với trường hợp thấm lỏng mao dẫn xẩy ra do vật tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (do áp suất thủy tĩnh), thế mao dẫn ψ là không đồng nhất, lượng lỏng đượchút vào có giới hạn vì lỏng không thể điền đầy toàn bộ vật do bị hạn chế bởi phầncốt khô của vật Thế mao dẫn ψ với phân tố mao mạch bằng :

tụ lỏng, là sự khác biệt bán kính của mao mạch, r1 ¿ r2

Với sự tồn tại của quá trình bay hơi, dịch chuyển hơi ẩm trong các mao mạch lớn (r > 10-5), được xác định theo quy luật khếch tán phân tử Còn với các mao mạch nhỏ quá trình này xảy ra theo quy luật chảy tràn Ngoài ra, với quá trình bay hơi lỏng trong vật xốp, còn tồn tại dịch chuyển ẩm đối lưu vĩ mô được gọi là khếch tán trượt (hay là khếch tán thủy động) Khi đó dòng hơi tổng ứng với

áp suất tổng p=const sẽ gồm dòng khếch tán phân tử j1pt, dòng khếch tán đối lưu

j1dl = ρ1.v k và dòng chảy tràn j

1ct Áp suất bay hơi p1 là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độ, p1=f(M,t) Vậy nên, dòng dịch chuyển ẩm có thể thể hiện bằng quan hệ :

j1=j 1 pt+j 1 dl+j 1ct=−a 1md ρ0∇M−a 1 md t ρ0∇t

(1.11)Vậy dòng ẩm tổng dịch chuyển trong xốp mao dẫn là :

Ngoài ra, còn có dịch chuyển ẩm lỏng và hới do lực thấm mao dẫn (được nghiên cứu trong lý thuyết thấm) Giả thiết dòng thấm lỏng và hơi độc lập nhau, có thể viết :

i=1,2 (1.15)

1.1.4.3 Các dòng dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn

Qúa trình dịch chuyển ẩm trong vật keo xốp mao dẫn được xác định bằng các hiện tượng dịch chuyển khác nhau và được phân tích trong vật keo và vật maodẫn ở trên

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của lực trọng trường thì sự chuyển ẩm trong VLS

do các lực nhiệt động khác nhau và các lực nhiệt động này đều là hàm của độ chứa ẩm M và nhiệt độ t, do đó chúng có thể biểu diễn qua ∇ M , ∇ t .

Dịch chuyển ẩm qua vật keo xốp mao dẫn được xác định bằng công thức :

j=−a M ρ0∇M −a t M ρ0∇t=−a M ρ0( ∇M+δ ∇ t )

(1.16)

Trong đó : a M và a t M là hệ số khếch tán và hệ số khếch tán nhiệt của ẩm, δ

a M = a Mmd + aalignl ¿ mk ¿ ¿ ¿ a t M = a Mmd t + a mk t ¿ δ= δ md a Mmd + δ k a mk

a Mmd + a mk ¿¿

(1.17)

Các hệ số khếch tán ẩm aM và δ đề là hàm của độ chứa ẩm và nhiệt độ

Đặc trưng cho sự thay đổi của hệ số aM với độ chứa ẩm khác nhau được xác định theo dạng liên kết ẩm và dạng dịch chuyển ẩm (lỏng và hơi) Với vật xốp mao dẫn điển hình , hệ số aM tăng khi độ chứa ẩm tăng, và với độ chứa ẩm lớn thi hệ

số aM không đổi Nếu quá trình là dịch chuyển ẩm lỏng thì hệ số aM sẽ tăng hoặc không đổi phụ thuộc vào đường cong phân bố hang xốp theo đường kính Hệ số

aM của các vật liệu được xác định bằng thực nghiệm dưới dạng bảng số hoặc côngthức

1.1.4.4 Dịch chuyển ẩm đối lưu trong vật liệu sấy

Trong quá trình sấy cường độ cao, nếu nhiệt độ của vật liệu sấy lớn hơn

100OC thì phân áp suất hơi nước bão hòa p1 sẽ lớn hơn áp suất không khí của TNS Khi đó, dòng dịch chuyển ẩm do khếch tán trong vật xốp được thay thế bởi dòng dịch chuyển ẩm đối lưu

Gradient áp suất tổng (∇ p) xuất hiện khi nhiệt độ của vật liệu sấy lớn

hơn 100OC, tuy nhiên nếu quá trình được thực hiện bằng việc đốt nóng bên trong (ví dụ sấy cao tần) thì (∇ p) xuất hiện ngay cả khi nhiệt độ bé hơn 100OC

Sự tồn tại của (∇ p) gây nên dòng dịch chuyển ẩm đối lưu của hổn hợp

khí – hơi trong môi trường xốp , nên khi tính dòng nhiệt dịch chuyển ẩm ( lỏng, hơi ) tổng quát cần bổ sung dòng dịch chuyển này Mật độ dòng hơi dịch chuyển bởi dòng này là :

Dòng ẩm tồn tại gradient áp suất tổng bằng :

(1.20)

Biểu thức (1.20) chưa kể đến dịch chuyển lỏng dưới tác dụng của lực trong

trường và gradient áp suất thủy tĩnh ( dòng lỏng qua môi trường xốp ) Cường độ của dòng dịch chuyển ẩm thấm đối lưu lớn hơn nhiều lần dòng dịch chuyển ẩm dưới tác động của lực mao dẫn và khếch tán Qúa trình này thương được nghiên cứu độc lập với quá trình dịch chuyển ẩm trong VLS

1.2 Cơ chết thoát ẩm ra khỏi vật liệu sấy

Muốn làm khô phải đặt nguyên liệu trong môi trường không khí để ẩm, nước dịch chuyển vào môi trường không khí, có sự chênh lệch vật chất ( thế vật chất ) Hoạt độ của nước trong nguyên liệu phải đảm bảo dưới hoạt động của vi sinh vật hoạt động

Khi làm khô xảy ra quá trình nước tách ra khỏi vật liệu : nước từ bề mặt nguyên liệu dịch chuyển vào môi trường khô Đậy là điều kiện kiên quyết để quá trình làm khô xảy ra Ngoài ra làm khô phải có quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp phía trong đi ra các lớp bề mặt sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngoài hình thành khi ẩm và nước từ trung tâm nguyên liệu dịch chuyển ra bề mặt và lớp xungquanh đảm bảo độ ẩm ở lớp trung tâm bằng các lớp xung quanh

Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy được chia làm 2 giai đoạn :

1.2.1 Qua trình khuếch tán ngoại

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí

Lượng nước bay hơi :

dw=−k F (p s−p h) dτ

Trong đó : Ps : Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt

Ph : Áp suất riêng phần không khí

k : Hệ số bay hơi

F : Diện tích bề mặt bay hơi

dP

dx : Gradient độ ẩmLượng bay hơi trên một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradient chênh lệch

ẩm giữa nguyên liệu và môi trường xung quanh

Sự chênh lệch xảy ra : nước từ bề mặt dịch chuyển vào môi trường xung quanh làm độ ẩm lớp không khí tăng lên, đồng thời làm lượng ẩm trên bề mặt VLS giảm đi

Gradient độ ẩm giảm , quá trình bay hơi chậm lại Nếu độ ẩm bề mặt cân bằng với môi trường không khí thì quá trình ngừng bay hơi, nhưng độ ẩm của hai lớp không khí kế tiếp chênh lệch nên hầm ẩm của không khí thứ nhất khếch tán sang lớp thứ hai và ẩm từ trong VLS khếch tán sang lớp không khí thứ nhất

Gradient độ ẩm phụ thuộc vào tính chất của môi trường làm khô : nhiệt độ,

áp suất , sự luân chuyển của không khí … và phụ thuộc vào bề mặt nguyên liệu :

độ nhẵn, hình dạng, kích thước bề mặt

1.2.2 Quá trình khuếch tán nội

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm Động lực của quá trình này là do chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong

và các lớp bề mặt, ngoài ra quá trình khếch tán nội còn xảy ra do chênh lệch nhiệt

độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt

Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi

có nhiệt độ thấp Vì vậy, tùy theo phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm , rút ngắn thời gian sấy Nếu 2 dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy

1.2.3 Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán ngoại và quá trình khuếch tàn nội

Khếch tán nội và khếch tán ngoại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình khếch tán ngoại là quá trình khởi đầu và quyết định đến giai đoạn đầu của quá trình sấy và quá trình khếch tán nôi là động lực của quá trình khếch tán ngoại.Tức là quá trình khếch tán ngoại được tiến hành thì quá trình khếch tán nội mới

được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm cho 2 quá trình này cân bằng với nhau, tránh trường hợp khếch tán ngoại lớn hơn quá trình khếch tán nội Vì khi đó sẽ làm cho

sự bay hơi ở trên bề mặt xảy ra mãnh liệt làm cho khô bề mặt, hạn chế sự thoát

ẩm, khi xảy ra hiện tượng đó phải khắc phục bằng cách ủ ẩm ( sấy gián đoạn ) mục đích là thúc đẩy quá trình khếch tán nội

1.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy

Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt

độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc

độ sấy giảm dần Đối với các trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn.1.3.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khínóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước Trong quá trình sấynày toàn bộ vật được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạtđược nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khítrong buồng sấy Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi

ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước Tuy vậy,

sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật.Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với vật dễ sấy thì giaiđoạn làm nóng vật xảy ra nhanh

1.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước Tiếp tụccung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên

nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặtvật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độkhông khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độgiữa vật và môi trường cũng không đổi Điều này làm cho tốc độ giảm của độchứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.Trong giai đoạn này biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính.

Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đến trị

số tới hạn Uk = Ucbmax thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt Đồng thờicũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.1.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lạitrong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do vàcàng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giaiđoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giaiđoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếpdiễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vậtgiảm đến bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trongbuồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa tốc độ sấy bằngkhông

1.4 Các phương pháp và thiết bị sấy

Sấy có thể được chia ra hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

- Sấy tự nhiên: quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị

- Sấy nhân tạo: các phương pháp sấy nhân tạo thực hiện trong các thiết bịsấy

Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau Căn cứ vào phương pháp

cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại: sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấythăng hoa, sấy bằng điện trường dòng cao tần, sấy điện trở…

1.4.1 Các phương pháp sấy

1.4.1.1 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời

Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộngrãi nhất trong chế biến nông sản…

Trong các phương pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lượng mặt trời), nănglượng mặt trời được thu nhận để gia nhiệt tác nhân sấy hoặc sử dụng năng lượngmặt trời sấy trực tiếp

1.4.1.2 Sấy đối lưu

Nguyên lý hoạt động :

Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ

ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấybay hơi rồi đi theo tác nhân sấy

Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngangdòng chuyển động của sản phẩm Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (giánđoạn) hay liên tục Trên hình vẽ dưới là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng khôngkhí nóng

1 – Quạt; 2 – Caloriphe; 3 – Buồng sấy

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu.

Sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấy theo mẻ hoặc liên tục tương ứngvới nạp vào Caloriphe 2 đốt nóng không khí có thể là loại caloriphe điện,caloriphe hơi nước v.v

Kết cấu thực của hệ thống rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : chế

độ làm việc, dạng vật sấy, áp suất làm việc, cách nung nóng không khí, chuyểnđộng của tác nhân sấy, sơ đồ làm việc, cấu trúc buồng sấy

Đối với quá trình sấy chi phí năng lượng là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệuquả kinh tế sản xuất, vì vậy khi thiết kế, cần chú ý đến các biện pháp làm giảm sựthất thoát nhiệt, tiết kiệm năng lượng

Ví dụ :

- Cách nhiệt buồng sấy và hệ thống ống dẫn

- Tuần hoàn khí thải qua buồng sấy

- Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhiệt từ không khí thoát ra để đunnóng không khí hoặc nguyên liệu vào

- Sử dụng nhiệt trực tiếp từ lửa đốt khí tự nhiên và từ các lò đốt có cơ cấulàm giảm nồng độ khí oxit nitơ

- Sấy thành nhiều giai đoạn (ví dụ: kết hợp sấy tầng sôi với sấy thùnghoặc sấy phun kết hợp với sấy tầng sôi)

- Cô đặc trước nguyên liệu lỏng đến nồng độ chất rắn cao nhất có thể.1.4.2 Thiết bị sấy

1.4.2.1 Máy sấy thùng quay

nằm ngang Có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay Khoảngcách giữa các con lăn có thể điều chỉnh được, để thay đổi góc nghiêng của thùng

Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với bánhrăng 3 nối với môtơ thông qua hộp giảm tốc Thùng quay với vận tốc khoảng từ 1

8 vòng/phút Bánh răng đặt tại trọng tâm của thùng

Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển Tác nhân sấy có thể làkhông khí hay khói lò Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển độngcùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấynhiều như sấy ngược chiều Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùngkhoảng 2 3 m/s

Vật liệu uớt qua phểu 10 rồi vào thùng ở đầu cao và được chuyển động trongthùng nhờ những đệm chắn 11 Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo tiết diệnthùng, vừa xáo trộn vật liệu, vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốthơn Vật liệu sấy sau khi sấy khô được đưa ra cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra ngoài.Còn khói lò hay không khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những hạt vậtliệu bị kéo theo rồi thải ra ngoài trời qua ống khói Để tránh các khí thải chui quacác khe hở của máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, người ta đặtquạt hút 5 bổ sung cho sức hút của ống khói và tạo áp suất âm trong máy sấy.Máy sấy thùng quay được sử dụng rộng rải trong công nghiệp hoá chất, thựcphẩm… để sấy một số hoá chất, quặng Pi-rít, phân đạm, ngũ cốc đường…

+ Đường kính thùng quay thường cĩ qui chuẩn ( D = 1,2; 1,4; 1,6m… tỉ lệgiữa chiều dài và đường kính thùng khoảng : 3,5 7)

Đệm chắn

Hình 1.2 : Máy sấy thùng quay

1.4.2.2 Thiết bị sấy kiểu phun bụi (sấy phun)

a Loại tháp:

- Cấu tạo: Gồm cĩ tháp cao 5, ở đỉnh tháp cĩ vịi phun 3 cố định hoặc quay.

Dung dịch chứa ở bể 1 cĩ nhiệt độ thích hợp nhờ bơm 2 bơm lên đỉnh tháp vàphun qua vịi thành sương mù

- Sản phẩm lấy ra ở đáy tháp gián đoạn hay liên tục.

- Tháp cĩ thể cao đến 60m.

Hình 1.3: Thiết bị sấy phun kiểu tháp.

b Loại thùng:

- Cấu tạo: Gồm một thùng hình trụ 1 có đáy nón Nắp trên có đặt môtơ 2

nối với đầu vòi phun 3 có tốc độ quay rất lớn 2000  6000 vòng/phút Caloriphesưởi 4 để đốt nóng không khí Sản phẩm thu hồi ở xyclon 5, còn không khí thải rangoài nhờ quạt 6

Hình 1.4: Thiết bị sấy phun kiểu thùng

c Cơ chế của quá trình, các phương pháp phun bụi và ứng dụng:

- Cơ chế: Việc phun chất lỏng thành bụi mù trong phòng sấy và quá trình

tiến hành rất nhanh đến mức chưa kịp đốt nóng vật liệu lên quá thời hạn cho phépthì vật liệu đã khô Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn nên sau đó không cầnnghiền tán nữa

Cường độ sấy tăng tỉ lệ thuận với sự tăng của bề mặt tiếp xúc giữa VLS vàTNS; tức là phụ thuộc vào độ phân tán của chất lỏng thành bụi

Các phương pháp phun bụi:

+ Ly tâm: Cho chất lỏng đi vào một dĩa quay nhanh khoảng 20006000v/phút, có thể phun huyền phù và chất lỏng nhớt thành bụi

+ Cơ khí: Nhờ vòi phun, trong đó chất lỏng được đẩy bằng bơm với áp lực

200 at

- Để phun đều và tạo tia nhỏ, các vòi phun có đục nhiều lỗ nhỏ với đường kính0,5 mm

- Loại này không thuận tiện đối với dung dịch huyền phù và các dung dịchnhớt.

+ Dùng khí nén: Nhờ các vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng không

khí nén với áp suất 2,5 – 6 at

- Chú ý: Trong 3 loại trên, thường dùng loại ly tâm vì nó có hiệu quả cao

nhất nhưng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng nhiều nhất

- Ứng dụng: Máy sấy phun được dùng để sấy các dung dịch như : bột cà phê,

Quạt 1 đưa không khí vào trộn với khói lò (hay không khí + khói lò) ởphòng 2 rồi vào bên dưới phòng sấy 3, qua lưới phân phối 4 rồi tiến hành sấy vậtliệu.

Vật liệu cho vào phểu và nhờ vít tải 5 đưa vào phía trên buồng sấy Ở đâychúng gặp hỗn hợp khí nóng đi từ dưới lên và tạo thành tầng sôi Vật liệu khôđược thổi qua tấm chắn 6 sang thùng chứa 7 rồi ra ngoài Còn những hạt nhỏ bịdòng khí cuốn theo sẽ được thu hồi bởi xyclon 8

Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc không khí + khói lò

- Ưu nhược điểm:

+ Ưu điểm: Cường độ sấy mãnh liệt, cho phép sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt

độ cho phép vì thời gian tiếp xúc ngắn Hiệu quả sử dụng nhiệt cao, có khả năngđiều khiển tự động Loại này đang được sử dụng rộng rãi

+ Nhược điểm: Không sấy được vật liệu có độ ẩm quá lớn, cục to, dễ vỡ.

+ Trở lực thuỷ lực lớn, thiết bị mau hao mòn

1.4.2.4 Một số thiết bị sấy khác

a Thiết bị sấy bằng băng tải:

Gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển độngchậm nhờ các tay quay Các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống,băng này làm bằng sợi bông tẩm cao su, bằng kim loại hay lưới kim loại vàchuyển động với tốc độ khoảng 0,3  0.6 m/phút Loại thiết bị này có thể dùng

để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá…

- Cấu tạo:

Hình 1.6: Thiết bị sấy bằng băng tải.

b Thiết bị sấy bằng khí thổi

Hình 1.7: Thiết bị sấy bằng khí thổi.

- Dùng sấy vật liệu dạng hạt nhỏ hay tinh thể.

- Vật liệu vào máy và được dòng khí có tốc độ 10  20 (m/s) cuốn theo lên

ống thẳng đứng dài từ 10  20 (m/s) sau đó vào phòng giảm tốc độ rồivào xyclon thu hồi sản phẩm

- Thời gian sấy rất ngắn từ 5  7 (s).

- Ưu điểm: Bề mặt tiếp xúc khá lớn, nên quá trình sấy rất mãnh liệt, thời gian

sấy nhanh nên cho phép sấy ở nhiệt độ cao Thiết bị cấu tạo gọn, đơn giản

c Sấy bằng tia bức xạ.

Hình 1.8: Thiết bị sấy bằng tia bức xạ.

- Năng lượng bức xạ tia hồng ngoại phát ra có thể truyền cho vật liệu một

lượng nhiệt lớn và đạt được tốc độ bay hơi ẩm cao hơn so với sấy đối lưu và tiếpxúc

- Sấy bức xạ thường dùng để sấy bề mặt sơn trong công nghiệp chế tạo máy,

sấy hàng dệt, giấy chất dẻo, các sản phẩm gỗ, thực phẩm…

d Sấy trục.

- Có thể gồm một hay hai trục Máy sấy có cường độ sấy cao (có thể 60  70

kg/m2h)

- Sấy được các vật liệu nhão, kém bền vững ở nhiệt độ cao Tiết kiệm được

nhiên liệu và ít mất nhiệt Nhược điểm là độ ẩm cuối của sản phẩm khá cao

e Máy sấy chân không.

Máy sấy làm việc chân không có ưu điểm so với máy sấy làm việc ở áp suấtkhí quyển là: sấy được vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hay dễ bị oxy hoá,vật liệu dễ bị bụi hay vật liệu thoát ra dung môi quý cần thu hồi và vật liệu dễ nổ.

f Máy sấy thăng hoa:

Người ta sấy vật liệu ở trạng thái đóng băng trong môi trường chân khôngcao 0,1  1 (mmHg) Mục đích là để tạo sự chênh lệch nhiệt độ giữa vật liệu sấy

và nguồn nhiệt bên ngoài

Người ta dùng bơm chân không để hút hơi ẩm và tạo chân không Ưu điểmcủa loại máy sấy này là sản phẩm thu được có chất lượng cao Vật liệu sấy không

bị biến chất, bảo vệ vitamin như lúc tươi

g Thiết bị sấy kiểu thùng đứng:

Hình 1.9: Thiết bị sấy kiểu thùng đứng.

- Gồm một thùng hình trụ đặt cố định, bên trong có một trục gắn nhiều dĩa

quay và khoảng cách giữa các dĩa bằng nhau Số lượng dĩa và tốc độ quay của dĩaphụ thuộc vào vào tính chất của vật liệu và yêu cầu kỹ thuật Trên thành thùng cógắn những phễu hướng vật liệu Quá trình sấy ngược chiều

- Không khí được quạt chính đưa qua caloriphe sưởi rồi vào thùng sấy từ

dưới lên Vật liệu sấy vào ở cửa trên, rơi xuống dĩa Do dĩa quay, vật liệu văng rathành thùng rồi lại xuống dĩa dưới nhờ phểu hướng liệu Cứ như thế, vật liệu sấy

và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc với nhau để khi ra khỏi máy sấy, vật liệu khô đạt yêucầu Tác nhân sấy được quạt hút phụ đưa sang xyclon để thu hồi sản phẩm ở dạngbụi nhỏ Để thu hồi triệt để sản phẩm, người ta cho dòng khí nóng đi vào thiết bịthu hồi ướt trước khi ra ngoài

- Việc bố trí hai quạt là cần thiết để đảm bảo cho tác nhân sấy thắng được trở

lực và lưu thông trong toàn hệ thống

- Thiết bị sấy kiểu thùng đứng tốn ít năng lượng hơn máy sấy thùng quay và

ít chiếm mặt bằng hơn

- Nhược điểm là vật liệu dễ bị vỡ vụn nhiều.

1.5 Tổng quan về sấy ở nhiệt độ thấp

1.5.1 Giới thiệu các phương pháp sấy lanh

1.5.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của bơm nhiệt

Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đềxuất những khái niệm đầu tiên Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ mộtvùng nóng đến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thểđược sử dụng để đảo ngược quá trình đó là bơm nhiệt Đầu những năm 1850,Lord Kelvin đã phát triển các lý thuyết về bơm nhiệt bằng lập luận, các thiết bịlàm lạnh có thể được sử dụng để gia nhiệt Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên đượcbán vào năm 1952 Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ

70, bơm nhiệt lại bước vào một bước tiến nhảy vọt mới Hàng loạt bơm nhiệt đủmọi kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện vàbán rộng rãi trên thị trường Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trongcác lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước…

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt 1.5.1.2 Giới thiệu các phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh, người ta ra độ chênh phân áp suất hơi nướcgiữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấynhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài nhỏhơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí có độ ẩm và phân

áp suất hơi nước nhỏ nên lớp bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phíabên trong vật Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùngdấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấynóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm tronglong vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra

bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn hay nhỏ hơn nhiệt độ môitrường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0o

Quá trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc củamôi chất lạnh Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt

độ thấp và áp suất thấp Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suấtcao tại dàn ngưng tụ, nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn Khi sử dụng trong quá trìnhsấy, hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểmbão hòa, và sau đó ngưng tụ nước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy củakhông khí Trong quá trình này chỉ tuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt

ẩn) từ không khí Cấu trúc của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình

vẽ (hình 1.11)

Hình 1.11 Hai phương thức trao đổi nhiệt thông qua buồng sấy

Hình 1.12 Sơ đồ quá trình sấy theo hai phương thức trao đổi nhiệt

Trong trường hợp thứ nhất (hình 1.11 a), máy sấy lạnh hoạt động vừa nhưmột máy khử ẩm vừa như một bộ gia nhiệt không khí Trong cách bố trí thứ hai(hình 1.11 b), dàn bay hơi được xen vào dòng không khí ẩm trong khi không khísạch lại được đưa toàn bộ vào dàn ngưng tụ Việc sắp xếp theo kiểu này, nhiệt ẩn(cùng với một lượng lớn nhiệt hiện) được hồi lưu bằng cách khử ẩm khí thải vàtruyền cho tác nhân sấy quá trình thông qua dàn ngưng tụ Mô hình này thích hợpkhi không khí môi trường khô (độ ẩm tương đối thấp), nhưng nó lại không kinh

tế, bởi vì dòng khí thải tương tự như không khí bên trong Trong cả hai mô hìnhtrên, khí thải từ buồng sấy có thể được hồi lưu lại đi đến dàn bay hơi nghĩa làkhông khí có thể tuần hoàn toàn bộ hay từng phần Ta có đồ thị quá trình sấy như

hình 1.12 tương ứng với hai trường hợp bố trí trên hình 1.11

1.5.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 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 vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời

do tiếp xúc với không khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ không kìmhãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra ngoài để bay hơi làm khô vật Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường

có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng có thể nhỏ hơn 0oC

Hình 1.13 Sơ đổ hệ thống sấy lạnh1.6 Các thiết bị trong hệ thống sấy lạnh

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp

lên mức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt Máy lạnh cũng là mộtloại bơm nhiệt và có chung một nguyên lý hoạt động, các thiết bị của chúng về cơbản là giống nhau chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng.Máy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắnvới việc sử dụng nguồn nhiệt ở thiết bị ngưng tụ Do sử dụng nguồn nhiệt nênbơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt cao hơn

a) Môi chất và cặp môi chất

Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh Một vài

yêu cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống nhưchế độ nhiệt độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến nay người ta vẫn sửdụng các loại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy tuabin Gần đâyngười ta chú ý đến việc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng caonhiệt độ dàn ngưng như: R22, R113, R114, R12B1, R142…

b) Máy nén lạnh

Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt.Tất cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt Đặcbiệt quan trọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin Mộtmáy nén bơm nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệusuất cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải.

c) Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và thiết bịngưng tụ Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Giống như máylạnh, thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ốngchùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm Các phương pháp tínhtoán cũng giống như các chế độ điều hoà nhiệt độ

d) Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh.

Xuất phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ giacông thiết bị cao hơn Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kíncác loại trong hệ thống

Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạntối đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao đểphòng ngừa hư hỏng các thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép.Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần

có van tiết lưu phù hợp

e) Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt

Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hỗ trợ cho bơm nhiệt phù hợp

với từng phương án sử dụng của nó Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một sốloại sau:

 Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động

cơ diesel hoặc động cơ gió…vv