Nghiên cứu xác định cấu trúc hợp lý của thiết bị bốc hơi tiết kiệm

Để khắc phục tình trạng đó, khi phải tạo ra không gian có nhiệt độ và độ ẩm thấp cho môi trường sản xuất hay bảo quản hoặc sấy khô vật liệu thì người ta phải sử dụng các máy hút ẩm chuyê

Trang 1

HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 1

MỤC LỤC

KÝ HIỆU SỬ DỤNG 4

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 12

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN, XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI 12

1.1 Tổng quan về bơm nhiệt hút ẩm sấy lạnh 12

1.1.1 Tổng quan về bơm nhiệt 12

1.1.2 Bơm nhiệt hút ẩm và sấy lạnh 14

1.1.3 Bơm nhiệt – Thiết bị nhiệt - lạnh tiết kiệm năng lượng nhất 16

1.2 Tình hình nghiên cứu bơm nhiệt trên thế giới và trong nước 18

1.2.1 Tình hình nghiên cứu bơm nhiệt trên thế giới: 19

1.2.2 Hệ thống sấy lạnh 20

1.2.3 Ứng dụng bơm nhiệt ở Việt Nam: 26

1.2.4 Nhận xét: 36

1.3 Xác đình đề tài 37

1.3.1 Tên đề tài nghiên cứu: 37

1.3.2 Mục đích nghiên cứu: 37

1.3.3 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu: 38

1.4 Kết luận chương 1: 38

CHƯƠNG 2 39

BƠM NHIỆT HÚT ẨM VÀ SẤY LẠNH 39

2.1 Nhu cầu sấy lạnh và hút ẩm 39

2.2 Các phương pháp hút ẩm và sấy lạnh 41

2.2.1 Các phương pháp hút ẩm: 41

2.2.2 Các phương pháp sấy lạnh 48

2.3 Đặc điểm trao đổi nhiệt và trao đổ chất trong Bơm nhiệt hút ẩm/ sấy lạnh: 53

2.3.1 Thế sấy và các phương pháp sấy 53

2.3.2 Các phương pháp sấy lạnh: 55

2.3.3 Quá trình làm lạnh làm khô không khí 56

2.4 Quá trình truyền nhiệt và tổn thất không thuận nghịch trong dàn bay hơi tách ẩm: 63

Trang 2

CHƯƠNG 3 66

PHƯƠNG PHÁP NHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH 66

NHIỆT ĐỘNG CÁC QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG 66

CỦA BƠM NHIỆT HÚT ẨM / SẤY LẠNH 66

3.1 Các phương pháp đánh giá hiệu quả các quá trình và thiết bị nhiệt lạnh 66

3.1.1 Phương pháp cân bằng năng lượng: 66

3.1.2 Phương pháp entropy: 67

3.1.3 Phương pháp Exergy: 68

3.2 Sự phát triển của phương pháp Exergy 68

3.2.1 Khái niệm Exergy: 68

3.2.2 Các dạng biểu hiện của Exergy: 71

3.2.3 Đặc trưng của phương pháp Exergy: 77

3.3 Phương pháp Exergy nghiên cứu các quá trình nhiệt – lạnh 82

3.3.1 Quá trình truyền nhiệt: 82

3.3.2 Quá trình ma sát: 82

3.3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt: 82

3.4 Đặc điểm phân tích Exergy của máy lạnh và bơm nhiệt hút ẩm sấy lạnh 87

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG 95

4.1 Nghiên cứu xác định hiệu quả của bơm nhiệt sấy lạnh, hút ẩm: 95

4.2 Phương pháp năng lượng: 96

4.2.1 Các công suất tiêu thụ: 97

4.2.2 Các công suất nhiệt nhận vào từ khí quyển: 97

4.2.3 Tổn thất năng lượng: 97

4.2.4 Công suất nhiệt của mạng gia nhiệt không khí: 98

4.2.5 Hiệu quả của hệ thống: 98

4.3 Phương pháp exergy: 98

4.3.1 Các công suất nhiệt tinh: 99

4.3.2 Các tổn thất exergy: 99

4.3.3.Công suất nhiệt tinh cung cấp: 100

4.3.4 Hiệu suất exergy hệ thống: 100

Trang 3

4.4 Xác định cấu trúc hợp lý của thiết bị bốc hơi tiết kiệm năng lượng

trong bơm nhiệt sấy lạnh và hút ẩm 101

4.4.1 Phân tích, tính toán Exergy của thiết bị bốc hơi trong hệ thống chỉ sử dụng 01 thiết bị bốc hơi 101

4.4.2 Xác định Exergy của các thiết bị bốc hơi trong hệ thống sử dụng 04 thiết bị bốc hơi nối tiếp nhau 104

4.5 Tính quy đổi Qo để xác định việc chia dàn lạnh vẫn đảm bảo năng suất lạnh của hệ thống 105

4.5.1 Xác định tỷ số nén của các máy 106

4.5.2 Xác định năng suất lạnh riêng của các máy 107

4.5.3 Xác định lưu lượng môi chất lạnh 108

4.5.4 Xác định tổng năng suất của hệ thống 113

4.6 Kết luận chương 4 117

CHƯƠNG 5 119

NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 119

5.1 Nhận xét kết luận 119

5.2 Khuyến nghị 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 122

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM EES: 122

Trang 4

KÝ HIỆU SỬ DỤNG

Tinh, kJ/ kJ/kg

Ew, Ew - Công biến đổi tinh/ công suất biến đổi tinh, kJ/ kW

Trang 5

Trang 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hệ thống có đường hồi trực tiếp cho thiết

bị sấy bơm nhiệt để điều khiển mầu sắc của sản phẩm

Trang 8

Trang 9

Cân bằng exergie (a) và cân bằng năng lượng (b) của thiết bị trao đổi nhiệt không đoạn nhiệt

Trang 10

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có bờ biển dài nên độ ẩm không khí quanh năm khá cao, thường trên 70%, nhiệt độ cao nhất trong năm có thể lên tới >35oC Đây là điều kiện thuận lợi cho nấm mốc và các vi sinh vật có hại phát sinh và phát triển mạnh, làm ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng, phá hỏng lương thực, thực phẩm, giống cây trồng, thuốc chữa bệnh,…Không khí ẩm còn làm các loại bột bị vón cục, gây đọng sương, làm hư háng nội thất, tranh ảnh, đồ vật trang trí trong nhà, làm chảy nước các loại kẹo như chocolate, kẹo cứng,… Không khí ẩm cũng ảnh hưởng đến hô hấp của con người, với những người bị mắc bệnh về phổi, đường hô hấp, hen suyễn, lao - thì không khí ẩm được coi là kẻ thù đáng sợ

Hiện nay, để có được những sản phẩm, hàng hóa tiêu dùng trong nước và xuất khẩu có chất lượng cao, đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn, đáp ứng được yêu cầu hội nhập với khu vực và thể giới, các loại lương thực và thực phẩm cần phải qua các quá trình chế biến và được bảo quản ở chế độ ẩm thích hợp Trong công nghệ in ấn cũng vậy, nhiệt độ và độ ẩm phải ở mức thích hợp

Nhiều thực phẩm rau quả khi sấy khô ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường thì màu sắc, mùi vị và nhiều chất dinh dưỡng lại không thể giữ được Để đáp ứng yêu cầu các sản phẩm sấy giữ được màu sắc, mùi vị, các vitamin thì đòi hỏi phải có công nghệ sấy khô sản phẩm hoặc hút ẩm môi trường sản xuất ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn

Nếu như phương pháp sấy bằng không khí nóng (nhiệt độ sấy khoảng từ

độ ẩm tương đối của không khí, người ta hay dùng máy hút ẩm thông dụng làm việc theo nguyên lí bơm nhiệt Ở các không gian được xử lí giảm ẩm bằng máy hút ẩm, nhiệt độ luôn phải duy trì cao hơn nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối cũng không thấp hơn 55% trong điều kiện không khí ngoài trời ở nước ta thường

Trang 11

có độ ẩm từ 80-95% Như vậy trong điều kiện khí hậu Việt Nam, nếu chỉ sử dụng phương pháp sấy nóng và máy hút ẩm thông dụng sẽ không đáp ứng được nhu cầu sấy và hút ẩm ở thông số chế độ tương đối thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt

độ môi trường, độ ẩm tương đối φ < 55%

Máy điều hòa không khí, xét theo một mức độ nào đó cũng có thể coi là một máy khử ẩm, tuy nhiên cũng giống như máy hút ẩm thông dụng, độ ẩm môi trường mà nó tạo ra cũng không thấp hơn 55%, mặc dù nhiệt độ có hạ thấp hơn khi dùng máy hút ẩm Để khắc phục tình trạng đó, khi phải tạo ra không gian có nhiệt độ và độ ẩm thấp cho môi trường sản xuất hay bảo quản hoặc sấy khô vật liệu thì người ta phải sử dụng các máy hút ẩm chuyên dụng kiểu hấp phụ, trong

đó không khí được làm khô nhờ tiếp xúc với các chất rắn có khả năng hút ẩm như Silicagel, zeolit, vôi sống, Nhưng khi cần tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp thì loại máy hút ẩm kiểu này luôn phải đi kèm theo máy lạnh để hạ nhiệt độ xuống, kéo theo đó là vấn đề nan giải về vốn đầu tư, chi phí vận hành và những khó khăn về sửa chữa, thay thế thiết bị

Như vậy, thực tế sản xuất công nghiệp và đời sống đòi hỏi phải có phương pháp và công nghệ thích hợp để đáp ứng các nhu cầu về hút ẩm cho môi trường sản xuất, bảo quản và sấy khô các sản phẩm công nghệ cao cần có chế độ sấy dịu cho môi trường có độ ẩm nhỏ mà chi phí đầu tư thấp, chi phí năng lượng thấp và không gây tác động xấu đến môi trường Hút ẩm và sấy nhiệt độ thấp bằng bơm nhiệt máy nén là một phương pháp có thể đáp ứng được các yêu cầu này, cần được đầu tư khảo sát, nghiên cứu Đó cũng chính là hướng nghiên cứu của đề tài luận văn của chúng tôi

Việc nghiên cứu để tối ưu hóa các thiết bị sử dụng bơm nhiệt là rất bức thiết, cần có các phương pháp nghiên cứu, chỉ tiêu đánh giá phù hợp cho toàn hệ thống bơm nhiệt hút ẩm/sấy và các phần tử để tiết kiệm năng lượng, đặc biệt chú

ý giảm tối thiểu các tổn thất không thuận nghịch trong các quá trình mà lâu nay vốn không được chú ý tới trong các nghiên cứu ứng dụng

Trang 12

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN, XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về bơm nhiệt hút ẩm sấy lạnh

1.1.1 Tổng quan về bơm nhiệt

Năm 1852 Thomson (Lord kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới Từ 1940, nó được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống sưởi ấm, đun nước nóng, hút ẩm, sấy và điều hòa không khí Về sơ đồ nguyên lý, bơm nhiệt hoàn toàn giống máy lạnh, nó chỉ khác ở mục đích sử dụng năng lượng ở đây nhiệt tỏa ra ở thiết bị ngưng tụ luôn được sử dụng, còn hiệu ứng lạnh tạo nên ở thiết bị bốc hơi thì có thể được sử dụng hoặc không tùy theo nhu cầu Vì thế người ta còn xem bơm nhiệt như một cái “bơm” nhận vào nhiệt lượng ở nhiệt độ thấp rồi cung cấp cho nguồn có nhiệt độ cao hơn (Hình 1.1)

Hình 1.1 Quan hệ bơm nhiệt, máy lạnh và môi trường

Máy lạnh Bơm nhiệt

Môi trường

Trang 13

Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

4

1'

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Một hệ thống bơm nhiệt đơn giản bao gồm 4 thành phần chính là: dàn bay hơi (VI), máy nén (I), dàn ngưng tụ (II) và van tiết lưu (III) Trong đó, xảy

ra sự luân chuyển nhiệt liên tục theo một vòng tuần hoàn kín nhờ các quá trình biến đổi trạng thái của môi chất lạnh: hóa hơi - nén - ngưng tụ - tiết lưu

Cũng như chu trình của một máy lạnh thông thường, ở đây máy nén hút môi chất ở trạng thái hơi hạ áp ( Po , To ) từ dàn lạnh (dàn bay hơi) về rồi nén tới nhiệt độ và áp suất cao ( Pk , Tk ) Hơi nóng cao áp này đi vào dàn ngưng (dàn ngưng tụ), tại đây do được giải nhiệt (bằng không khí/nước ) hơi nóng cao áp này nhả nhiệt cho môi trường làm mát và ngưng tụ lại thành lỏng nóng cao áp (Pk , Tk) Lỏng nóng cao áp từ dàn ngưng đi ra qua van tiết lưu, áp suất đột ngột giảm xuống rất thấp tạo điều kiện để dịch lỏng nhận nhiệt và bốc hơi mãnh liệt trong dàn bay hơi và trở lại thành hơi hạ áp rồi được hút về máy nén bắt đầu một chu trình mới Ở chu trình bơm nhiệt này người ta quan tâm phần lớn đến lượng nhiệt lấy ra từ dàn ngưng, nó có thể được dùng để gia nhiệt, sấy, sưởi hoặc đun nước nóng

Bơm nhiệt có thể được ứng dụng trong tất cả các cơ sở có nhu cầu năng

C hoặc có thể cao đến (115 ÷ 120) 0C Nếu như nhu cầu về nóng lạnh tương đối ăn khớp nhau thì hiệu quả kinh tế của

Trang 14

bơm nhiệt càng lớn Một điều kiện nữa để bơm nhiệt đạt hiệu quả cao là nhu cầu

về nóng lạnh phải liên tục và ổn định để giảm thời gian hoàn vốn của thiết bị

Điều hòa không khí,làm lạnh, sưởi ấm, chuẩn bị nước nóng,sấy, hút ẩm

là những lĩnh vực ứng dụng hợp lý của bơm nhiệt vì nhiệt độ sử dụng ở đây tương đối thấp Tùy theo nhu cầu sử dụng có các loại bơm chuyên dùng được chế tạo như:

lạnh để điều hòa nhiệt độ

1.1.2 Bơm nhiệt hút ẩm và sấy lạnh

Hút ẩm và sấy khô sản phẩm là những yêu cầu công nghệ quan trọng hàng đầu đối với nhiều ngành và lĩnh vực của sản xuất và đời sống của một nước khí hậu nóng ẩm như nước ta Trong vùng khí hậu như vậy, các máy hút

ẩm và máy lạnh điều hòa không khí (ĐHKK) thông thường chỉ hạ được độ ẩm không khí xuống xuống tới khoảng 55% là thấp nhất Muốn có độ ẩm thấp hơn

mà không làm tăng nhiệt độ , cho đến nay, chúng ta phải dùng các máy hút ẩm chuyên dụng nhập ngoại, kiểu hấp thụ rắn

1.1.2.1 Hút ẩm

Nước ta là nước có khí hậu nóng ẩm, dễ phát sinh và phát triển nhiều loại

vi khuổn, nấm mốc, sâu bọ phá hoại cây trồng vật nuôi và ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người, làm hư hỏng máy móc vật dụng, giảm năng suất ,chất lượng sản xuất công nông nghiệp, Việc tạo nên môi trường không khí khô nhờ kỹ thuật hút ẩm cho các cơ sở sản xuấ, kho tàng bảo quản sản phẩm, vật tư có ý nghĩa hết sức quan trọng và cần thiết

Trang 15

Hút ẩm là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi môi trường không khí làm giảm độ chứa ẩm của không khí Để tạo ra môi trường không khí tiện nghi còn cần phải giảm cả nhiệt độ của không khí bằng các máy lạnh / Điều hòa không khí nữa

Một số phương pháp hút ẩm thông dụng hay áp dụng hiện nay là (i) Hút

ẩm bằng hóa chất, (ii) Hút ẩm bằng máy hút ẩm công nghiệp hay dân dụng, (iii) Hút ẩm bằng máy Điều hòa không khí, (iv) Hút ẩm bằng máy hút ẩm chuyên dụng (hấp phụ rắn – còn gọi là máy bài ẩm) và (v) Hút ẩm bằng máy hút ẩm bơm nhiệt nhiệt độ thấp

1.1.2.2 Sấy lạnh bằng bơm nhiệt

Các hệ thống sấy phổ biến, đơn giản thường là các hệ thống hay máy sấy nóng ở nhiệt độ cỡ 60-120oC Với nhiều sản phẩm, đặc biệt là các loại thuốc, dược liệu, nấm men, gia vị và nhiều thực phẩm quý hiếm sẽ mất mùi, màu trở nên xấu xí, hàm lượng các chất dinh dưỡng suy giảm khi qua sấy và xử lý ở nhiệt độ cao như vậy Khi đó người ta phải thực hiện sấy lạnh, tức là sấy ở nhiệt

độ cỡ bằng hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường

Cũng giống như quá trình hút ẩm thì chúng ta có thể thực hiện sấy các sản phẩm như vậy theo phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt, đơn giản là bơm nhiệt máy nén Khi đó, không khí/tác nhân sấy không được chuẩn bị trong các calorifer nhiệt độ cao mà được khử ẩm và gia nhiệt trong bơm nhiệt Như vậy, thực chất quá trình chuẩn bị không khí là quá trình hút ẩm dùng bơm nhiệt Nếu như trong kỹ thuật sấy nóng chúng ta tăng thế sấy bằng gia nhiệt thì trong kỹ thuật sấy lạnh, thế sấy được tăng lên nhờ quá trình tách ẩm tác nhân sấy và gia nhiệt bằng chính nhiệt năng tỏa ra từ dàn ngưng bơm nhiệt

Để giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy nhằm tăng cường quá trình tách ẩm và để có không khí tác nhân nhiệt độ không cao đáp ứngđiều kiện sấy lạnh thì quá trình làm lạnh không khí trong dàn bốc hơi phải đạt nhiệt độ không chỉ dưới điểm sương mà còn thấp hơn cả nhiệt độ đóng băng Trong trường hợp này còn phải chú ý chống không cho bơm nhiệt làm việc theo hành

Trang 16

trình ẩm bằng các biện pháp phá băng dàn lạnh, đồng thời lại phải sử dụng cả dàn ngưng đặt ngoài buồng sấy tránh cho tác nhân sấy có nhiệt độ cao quá nhiệt

độ môi trường

1.1.3 Bơm nhiệt – Thiết bị nhiệt - lạnh tiết kiệm năng lượng nhất

1.1.3.1.Sử dụng năng lượng hiệu quả và lợi ích của bơm nhiệt:

Hiệu quả sử dụng của bơm nhiệt rất rộng và phong phú Chiếc máy lạnh hấp thụ đầu tiên ra đời năm 1810 do Leslie sáng chế ra, sau đó đúng 24 năm sau (1834) chiếc máy lạnh nén hơi được Perkins khai sinh Nhưng phải sau 18 năm sau (1852) Kelvin mới đề xuất ra việc sử dụng nguồn nhiệt thải của máy lạnh và

từ đó cho ra đời khái niệm về “Bơm nhiệt” Từ đó, không ít chất xám và vật

chất đã được các nhà khoa học khắp thế giới đầu tư để tìm ra cách sử dụng hiệu quả của bơm nhiệt, tiết kiệm điện năng tiêu thụ Quá trình này liên tục tiếp diễn cho đến tận ngày nay [12]

Tất cả các nghiên cứu từ lúc bơm nhiệt được định nghĩa đến nay đều đang cho thấy bơm nhiệt là thiết bị tiết kiệm năng lượng Cứ mỗi lần thế giới trải qua cuộc khủng hoảng năng lượng thì bơm nhiệt lại được triển khai nghiên cứu sâu hơn và được áp dụng rộng rãi hơn Nếu như năm 1852 Lord kelvin mới chỉ dùng bơm nhiệt để sưởi ấm phòng trong mùa đông với công suất nhỏ thì sau đó, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự gia tăng tốc độ công nghiệp hóa, từ những năm 40 của thế kỷ trước hàng loạt bơm nhiệt công suất lớn đã được sản xuất và lắp đặt thành công tại nhiều nước ở châu Âu để sưởi ấm, cung cấp nước nóng và điều hòa không khí

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, thì nhu cầu về năng lượng của con người như sưởi ấm, làm lạnh, chiếu sáng hay cho các quá trình công nghệ … cũng tăng theo nhanh chóng Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng hiện nay đang lãng phí, trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than

đá, dầu má, khí thiên nhiên… đang dần bị cạn kiệt Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng lãng phí còn trực tiếp hoặc gián tiếp gây ô nhiễm môi trường, làm phá huỷ

sự cân bằng sinh thái Bên cạnh đó là sự nóng lên của trái đất, mà hậu quả của

Trang 17

nó là làm khí hậu toàn cầu biến đổi theo chiều hướng xấu đi, thiên tai, bão lụt

…ngày càng nhiều và mãnh liệt hơn Vấn đề đặt ra là với ít năng lượng hơn liệu chúng ta có thể có được những dịch vụ phục vụ sản xuất và đời sống đảm bảo chất lượng hay không Điều này là hoàn toàn có thể nhưng đòi hỏi chúng ta phải nhận diện đúng cách sử dụng năng lượng hiệu quả, chống lãng phí và quyết định giảm lãng phí năng lượng tới mức thấp nhất thông qua các phương án kỹ thuật hợp lý

1.1.3.2.Bơm nhiệt – thiết bị nhiệt lạnh tiết kiệm năng lượng nhất [12] :

Mục đích của bơm nhiệt là sử dụng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ Do

đó năng suất nhiệt của bơm nhiệt là:

Trang 18

Như vậy hệ số nhiệt của bơm nhiệt là đại lượng luôn lớn hơn 1 khá nhiều Nếu hiệu quả chuyển đổi của điện năng sang nhiệt năng ở các dàn gia nhiệt điện trở là 1 hay 100% đã là lớn thì khi dùng bơm nhiệt nóng con số này có thể là 300%, còn trong trường hợp sấy bơm nhiệt toàn bộ lạnh ở dàn bốc hơi được dùng để tách lỏng, nhiệt năng của dàn nóng được dùng để gia nhiệt tăng nhiệt độ

và thế sấy của tác nhân sấy thì hiệu quả COPbnnl lại có thể đạt tới 500-700% Đây đúng là một hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhất Vì thế mà người ta nói

không quá rằng “Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt lạnh tiết kiệm năng lượng nhất” [12]

Hệ số nhiệt của bơm nhiệt φ tuy thế vẫn nhỏ hơn hệ số nhiệt lý tưởng tính theo chu trình Carno φc trong cùng phạm vi nhiệt độ

k T T

T

o k

k T T

T

Trong đó ν là hệ số hoàn thiện của chu trình thực Dựa vào phương trình trên ta thấy hệ số nhiệt lý thuyết có thể tính theo chu trình Carno phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ của dàn ngưng và dàn bốc hơi

Trong trường hợp chung, để bơm nhiệt đạt hiệu quả kinh tế cao thì thường người ta phải chọn hiệu nhiệt độ ΔT sao cho hệ số nhiệt thực tế của bơm nhiệt phải đạt từ 3 đến 4 trở lên, khi đó hiệu nhiệt độ phải nhỏ hơn 60K Cũng chính vì lý do đó mà chỉ trong những trường hợp đặc biệt người ta mới sử dụng bơm nhiệt hai cấp nén Đó cũng chính là sự khác biệt quan trọng giữa bơm nhiệt

và máy lạnh [12]

1.2 Tình hình nghiên cứu bơm nhiệt trên thế giới và trong nước

Trang 19

1.2.1 Tình hình nghiên cứu bơm nhiệt trên thế giới:

Chính vì ưu điểm đã nêu của bơm nhiệt, các nước trên thế giới đang tập trung thúc đẩy nghiên cứu mở rộng ứng dụng bơm nhiêt Theo các số liệu của

Tổ chức Bơm nhiệt –Trữ nhiệt Nhật Bản - HPTCJ, nước Nhật dự kiến trong mười năm tới có thể thay thế toàn bộ các thiết bị gia dụng đốt gas, đốt dầu để sản xuất nước nóng hoặc sưởi ấm bằng bơm nhiệt, kết hợp với sử dụng năng

con số rất đáng khích lệ, là chưa kể tới các ứng dụng trong lĩnh vực thương mại

và công nghiệp Không những thế sử dụng bơm nhiệt còn cho phép tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng Điều này đặc biệt lại càng có ý nghĩa khi giá nhiên liệu đang tăng cao Do đó hiện nay bất chấp khủng hoảng kinh tế dẫn tới sự co hẹp và sụt giảm thị trường của nhiều loại hàng hóa, thiết bị, thị trường bơm nhiệt sản xuất nước nóng lại đang phát triển rất nhanh chóng Năm 2008 con số bán ra đạt 1 triệu chiếc, tăng khoảng 27.3% so với năm 2006

Sấy lạnh, là thuật ngữ được sử dụng để chỉ kỹ thuật và công nghệ sấy ở nhiệt độ nhỏ hơn và bằng cỡ nhiệt độ môi trường xung quanh Công nghệ sấy lạnh và bơm nhiệt được phát triển khá rộng rãi và phổ biến trong những thập niên gần đây Ở các nước Châu Âu và Bắc Mỹ - hầu hết là những nước phát triển có khí hậu lạnh và khô nên vấn đề sấy lạnh được giải quyết tương đối đơn giản và dễ dàng Ngoài ra, bơm nhiệt cũng được sử dụng cho các yêu cầu sấy, sưởi, cấp nước nóng và điều hòa không khí Nhật Bản là nước có thị trường bơm nhiệt với số lượng lớn nhất thế giới, còn Mỹ là nước dẫn đầu thế giới về bơm nhiệt công suất lớn Ở Pháp, người ta đã tổng kết rằng ở mọi loại hình sấy nếu không sử dụng bơm nhiệt đều là lãng phí về năng lượng, vì thế năm 1987, Pháp

đã có 6000 xí nghiệp sử dụng bơm nhiệt, trong đó có 300 bơm nhiệt công suất lớn hơn 30kW

Thiết bị sấy bơm nhiệt ngày càng trở nên phổ biến hơn và được thừa nhận

là một thiết bị sấy có hiệu suất năng lượng cao và cho sản xuất ra những sản

Trang 20

phẩm sấy có chất lượng cao, do vậy sự ứng dụng của thiết bị sấy bằng bơm nhiệt được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp và nông nghiệp Sau đây ta sẽ tìm hiểu một số hệ thống sấy đặc trưng đang được sử dụng trên thế giới [24]

1.2.2 Hệ thống sấy lạnh

Thiết bị sấy bơm nhiệt được ứng dụng cho sấy gỗ:

Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống sấy gỗ bằng thiết bị bơm nhiệt

Đây là sơ đồ hệ thống sấy HBD do Banister và cộng sự đưa ra năm 1999

để áp dụng cho sấy gỗ chất lượng cao Theo Banisteretal gỗ là vật liệu có thể trạng chậm để sấy và có chiều hướng cong hoặc nứt nẻ trong khi sấy và chúng được phân thành nhiều loại trong các tài liệu để được tra cứu Nhiều loại gỗ có giá trị thương mại vì vậy cần phải thiết lập một mô hình sấy để có thể sản xuất

ra những sản phẩm chất lượng cao cho nhiều loại gỗ này Ông cũng đưa ra ví dụ

về một số loại gỗ địa phương như: sồi đá, sồi cứng,…[21]

và có thể lớn hơn)

- Trong giai đoạn này thì nhiệt độ được tăng chậm và độ ẩm của nó được giảm

Trang 21

- Giai đoạn kết thúc thì gỗ được sấy ở một chế độ sấy hợp lý: nhiệt độ

Ưu điểm của hệ thống sấy này là:

- Cải thiện được chất lượng sản phẩm

- Tổng thời gian sấy giảm do đó nâng cao hiệu quả sản xuất

- Chi phí năng lượng thấp

- Năng lượng tiêu tốn vào khoảng 2 tới 2,5kg ẩm/kWh

- Số lượng vật liệu đưa vào được tăng lên bởi sử dụng không khí với độ

ẩm thấp nâng cao tốc độ sấy [8]

Bảng 1.1: Hiệu quả năng lượng của thiết bị sấy bơm nhiệt

Hệ thống sấy bơm nhiệt ứng dụng trong sấy nông sản thực phẩm (NSTP):

Hầu hết những nghiên cứu hiện tại đã đưa ra những kết luận chung rằng những sản phẩm sấy bằng hệ thống sấy bơm nhiệt có chất lượng tốt hơn với sự tiêu thụ năng lượng được cắt giảm Điều đó đặc biệt đúng với những sản phẩm lương thực thực phẩm yêu cầu được điều chỉnh tác nhân sấy một cách chính xác (về nhiệt độ và độ ẩm) Nhưng sản phẩm NSTP nhạy cảm về nhiệt yêu cầu sấy ở

Trang 22

nhiệt độ thấp để có thể mạng lại từ sự cải thiện về chất lượng bởi công nghệ sấy bằng bơm nhiệt từ đó nhiệt độ sấy của hệ thống có thể điều chỉnh từ 20-60oC và sản phẩm sấy ít thay đổi màu sắc, độ ẩm được giảm xuống còn khoảng 20%

Môt số đặc tính nghiên cứu về sấy thực phẩm do các tác giả nước ngoài thực hiện [21],[8], [29] được cho trong bảng 1.2:

Bảng 1.2 Đặc tính sấy NSTP ở các công trình nghiên cứu khác nhau

Đường đặc tính

α =

of on

on on

và chất dinh dưỡng của các phương pháp sấy thông thường

Một số mô hình bơm nhiệt phổ biến khác

Trang 23

Hình 1.4: Hệ thống sấy bơm nhiệt kiểu liên tục

Trong hệ thống này, sản phẩm sấy được vận chuyển trên băng tải và nhả

ẩm cho tác nhân sấy lưu động trong chu trình kín sau khi đã được xử lý tách ẩm

và gia nhiệt trong dàn bốc hơi và dàn ngưng tụ của bơm nhiệt [29]

Hình 1.5 : hệ thống có đường hồi trực tiếp cho thiết bị sấy bơm nhiệt

để điều khiển mầu sắc của sản phẩm

Một số biến thể của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt:

Trang 24

Hệ thống sấy bơm nhiệt được hỗ trợ hồng ngoại:

Hình 1.6 : Sơ đồ hệ thống sấy bơm nhiệt có hỗ trợ thiết bị hồng ngoại Đặc điểm của hệ thống sấy bơm nhiệt có hỗ trợ hồng ngoại

+ Tốc độ truyền nhiệt cao (có thể lên tới 100 kW/m2 )

+ Dễ dàng có nguồn gia nhiệt trực tiếp cho bề mặt vật sấy

+ Thời gian đáp ứng nhanh chóng, cho phép điều khiển quá trình nhanh

+ Tích hợp hồng ngoại vào hệ thống sấy bơm nhiệt rất đơn giản và chi phí đầu

tư thấp

Hệ thống sấy bơm nhiệt được hỗ trợ sóng điện từ

Hình 1.7 : Sơ đồ hệ thống dùng sóng điện từ hỗ trợ hệ thống sấy bơm nhiệt

Một số đặc điểm của hệ thống sấy bơm nhiệt được hỗ trợ sóng điện từ [21]:

Trang 25

+ Cải thiện màu sắc sản phẩm đặc biệt là những sản phẩm nhạy cảm cao tới sự thay đổi màu sắc bề mặt

+ Sản phẩm dễ bị nứt, nguyên nhân do ứng suất của sự thay đổi thoát ẩm của vật liêu sấy, có thể được loại trừ bởi hệ thống sấy hồng ngoại, điều đó đã đạt được bởi thiết bị sấy có thể cấp nhiệt đồng đều từ đầu đến cuối quá trình sấy và có sự duy trì ẩm đồng đều từ tâm vật liệu sấy tới bề mặt trong khi sấy

Tiềm năng ứng dụng trực tiếp của hệ thống sấy bơm nhiệt được hỗ trợ sóng điện từ có thể thấy rõ với các lý do sau đây:

+ Quá trình sấy được thực hiện đồng thời cả bên trong lẫn ngoài vật liệu sấy làm giảm đáng kể thời gian sấy để đạt được độ ẩm mong muốn, có khả năng cải thiện khối lượng vật liệu sấy

+ Sự thoát ẩm đồng đều ở mọi vị trí của khối vật liệu đặc trong suốt quá trình sấy, chính vì vậy sẽ giảm đáng kể nguyên nhân gây ra sự co rút không đồng đều + Dao động kín của tần số điện 13.56 MHz ± 0.05%, 27.12MHz và 40.68 MHz

± 0.05% Điều này có ý nghĩa quan trọng nâng cao khả năng điều khiển quá trình sấy ở bên trong vật liêu ẩm vì thế nó có khả năng ứng dụng tốt trong các công nghệ đòi hỏi khử ẩm của sản phẩm một các chính xác

Hệ thống sấy bơm nhiệt được hỗ trợ bởi năng lượng mặt trời:

Hình 1.8 : Sơ đồ hệ thống dùng năng lượng mặt trời hỗ

trợ hệ thống sấy bơm nhiệt

Trang 26

Một số ưu điểm của hệ thống:

- Dễ dàng biến đổi năng lượng tự nhiên để dự trữ và nó có ý nghĩa trong việc tiết kiệm năng lượng

- Dễ dàng lập sơ đồ điều khiển cho hệ thống

- Chế độ sấy ở nhiệt độ vận hành cao hơn

Bên cạnh đó hệ thống còn một số nhược điểm sau:

- Chi phí đầu tư cao vào các thiết bị như thiết bị hấp phụ năng lượng mặt trời, hệ thống bơm, khối dự trữ, van,…

- Vận hành của hệ thống cũng đang còn được nghiên cứu tiếp tục

- Lượng dự trữ của năng lượng mặt trời đặc biệt bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết [29]

1.2.3 Ứng dụng bơm nhiệt ở Việt Nam:

Việt Nam với khí hậu nhiệt đới gió mùa, miền Bắc có mùa đông, thường

có mưa bão và sương mù nên nhu cầu sưởi ấm và dùng nước nóng là không nhỏ Tuy nhiên đáng tiếc ở nước ta bơm nhiệt mới chỉ được ứng dụng rất hạn chế, chủ yếu dưới dạng ĐHKK hai chiều, nhưng con số khá khiêm tốn, chiếm dưới 10% tổng số ĐHKK đang sử dụng Ngoài ra trong lĩnh vực sấy, chế biến nông sản

Ứng dụng bơm nhiệt để sản xuất nước nóng mới được sử dụng trong một vài khách sạn chủ yếu là do vốn đầu tư nước ngoài và một số rất ít các hộ gia đình với lý do giá thành thiết bị còn cao và đặc biệt thị trường và người tiêu dùng Việt Nam còn xa lạ và chưa hình dung hết những lợi ích về kinh tế và xã hội khi sử dụng thiết bị này

Như vậy, nhu cầu sử dụng sấy lạnh và bơm nhiệt trên thế giới và ở Việt Nam là rất lớn Trong thời đại phát triển và sự khan hiếm về năng lượng thì việc nghiên cứu để tối ưu hóa các thiết bị sử dụng bơm nhiệt là rất bức thiết, cần có

Trang 27

các phương pháp nghiên cứu, chỉ tiêu đánh giá phù hợp, rõ ràng về cấu trúc hợp

lý để tiết kiệm năng lượng, đặc biệt chú ý giảm tối thiểu các tổn thất không thuận nghịch trong các quá trình nhiệt động của bơm nhiệt và của quá trình sấy trong hệ thống

Mặc dù việc sử dụng bơm nhiệt vào việc khử ẩm và sấy đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới, nhưng đa phần là ở các nước ôn đới hoặc hàn đới

có độ ẩm khí quyển nhỏ Còn ở các nước nhiệt đới ẩm như nước ta việc sử dụng bơm nhiệt để khử ẩm và sấy rất hạn chế do nền kinh tế còn chưa phát triển, khoa học kỹ thuật còn lạc hậu và chất lượng cuộc sống chưa có đòi hỏi cao…nên không có điều kiện tốt để nghiên cứu, ứng dụng bơm nhiệt nhiều vào sản xuất Trước nhu cầu cấp bách đó, GS.TS Phạm Văn Tùy và các cộng sự ở trường ĐHBK Hà Nội [29] đã nghiên cứu áp dụng bơm nhiệt vào công nghệ sấy lạnh và

đã đưa ra nhiều mô hình thiết thực sấy và hút ẩm nhiệt độ thấp phục vụ công nghệ sấy lạnh kẹo Jelly và làm khô các gian chế biến kẹo caramen, kẹo cứng ở Công ty bánh kẹo Hải Hà Hà Nội và nhà máy Thực phẩm Việt Trì Nhóm thực hiện đề tài cũng đã hợp tác nghiên cứu một số đề tài sấy rau củ quả cùng Viện nghiên cứu Thực Phẩm Bộ Công thương, Trung tâm nghiên cứu Thực phẩm-Vi sinh thuộc Sở Công nghiệp hà Nội để làm rõ tiềm năng ứng dụng công nghệ sấy lạnh cho chế biến và bảo quản các sản phẩm nông sản sau thu hoạch phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Nhóm đề tài đã thực hiện từ nghiên cứu thực nghiệm đến triển khai áp dụng thực tế Chúng ta cùng tìm hiểu một số những mô hình tiêu biểu đó sau đây:

Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm đơn giản đầu tiên:

Đây thực chất là một mô hình thí nghiệm của máy khử ẩm – sấy

lạnh đa chức năng dùng bơm nhiệt máy nén

1- Máy nén Centic có công suất 12000 BTU/h

2- Dàn ngưng ngoài có nhiệm vụ ngưng một phần hơi môi chất lạnh sau khi nén, thải nhiệt ra ngoài

Trang 28

Sơ đồ cấu tạo và chức năng của các phần tử thiết bị (Hình 1.9):

Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo thiếu bị sấy lạnh và khử ẩm 3- Buồng sấy tĩnh dùng để sấy những sản phẩm đặt trên khay

4- Giá để khay sấy gồm 3 tầng, mỗi tầng gồm 2 khay

5- Ống thoát nước ngưng

6- Ống dẫn hơi nén vào dàn ngưng trong

7- Đường hơi vào máy nén

8- Các thanh điện trở đốt nóng, gồm 3 thanh công suất mỗi thanh là 145W 9- Cửa đẩy thay đổi mục đích sấy hoặc khử ẩm

10- Cánh hướng gió để hướng đều gió từ buồng trên xuống buồng sấy tĩnh 11- Cánh cửa đẩy mở khi thực hiện chế độ hút ẩm

12- Cửa gió ra dùng hút không khí qua khi thực hiện hút ẩm

13- Quạt hướng trục có nhiệm vụ tuần hoàn không khí khi thực hiện hút ẩm

Trang 29

14- Dàn ngưng trong có nhiệm vụ ngưng một phần hoặc toàn bộ hơi nén và tận dụng nguồn nhiệt này để sấy nóng không khí sau khi qua dàn lạnh làm nhiệt độ tăng, độ ẩm giảm

15- Tấm hướng gió có tác dụng hướng gió sau khi qua dàn lạnh vào toàn bộ dàn ngưng tụ

16- Phin sấy, lọc có nhiệm vụ lọc ẩm và khử ẩm có trong gas lỏng trước khi qua ống mao

17- ống mao thực hiện quá trình tiết lưu

18- Dàn bay hơi có nhệm vụ khử ẩm không khí

19- Các ấm kế dùng để đo độ ẩm tương đối trước và sau dàn lạnh

20- Cửa gió để dưa không khí vào thực hiện quá trình hút ẩm

21- Cánh cửa đẩy dùng để mở cửa gió vào khi thực hiện hút ẩm

22- Khay hứng nước ngưng

23- Cửa đẩu dùng để đóng hoặc mở khoang trên với buồng sấy tĩnh khi thực hiện hút ẩm hoặc sấy

24- Buồng sấy tầng sôi

25- Bảng điều khiển dùng để điều khiển quy trình lanh, quá trình hút ẩm và sấy, xác định các giá trị nhiệt độ và độ ẩm tại các điểm đo

26- Cửa đưa vật liệu sấy vào, ra chế độ sấy tấng sôi

27- Tủ điện

28- Quạt ly tâm có nhiệm vụ hút không khí khi thực hiện quá trình sấy

29- Cửa dùng để điều chỉnh lưu lượng gió của quạt ly tâm khi thực hiện sấy tĩnh

và sấy tầng sôi

30- Cửa đưa vật liệu sấy vào khi thực hiện sấy tĩnh

Trang 30

31- Van điều chỉnh lưu lượng hơi nén lên dàn ngưng trong

Nghiên cứu khả năng sấy của bơm nhiệt:

Với những thiết bị thí nghiệm trên, tác giả đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu khả năng sấy của bơm nhiệt Các đầu đo nhiệt độ của bơm nhiệt, được bố trí trước, sau dàn lạnh (20), trước tiết lưu (19), sau dàn ngưng trên (16), sau các thanh điện trở đốt nóng (10), trong buồng sấy tĩnh (5) Lượng ẩm tách ra của không khí tỷ lệ với hiệu độ chứa hơi tại hai trạng thái trước và sau dàn lạnh Tổng ẩm được tách ra của vật liệu sấy bằng biến đổi khối lượng của vật liệu sấy trước và sau khi sấy [29]

Dung ẩm của các điểm trước, sau dàn lạnh và trong bương sấy tĩnh được xác định bằng nhiệt độ thiết kế khô và độ ẩm tương đối Nhiệt độ trước dàn lạnh

là t1,t2 là nhiệt độ sau dàn lạnh, t3 là nhiệt độ trước tiết lưu, t4 là nhiệt độ sau dàn ngưng tụ trên (16), t5 là nhiệt độ sau các thanh điện trở, t6 là nhiệt độ trong buồng sấy tĩnh và φ1 là độ ẩm tương đối trước dàn lạnh, φ2 là độ ẩm tương đối sau dàn lạnh, φ3 là độ ẩm tương đối trong buồng sấy tĩnh Các giá trị đo này được điều khiển và hiển thị trên bảng điều khiển (27)

Tác giả đã tiến hành sấy các loai vật liệu sấy khác nhau với các chế độ nhiệt độ và tốc độ gió khác nhau Để ngăn ngừa hành trình ẩm mà vẫn tách được nhiều ẩm, trong thiết bị thí nghiệm này có chế độ hoạt động có chu kì T =30 - 40 phút và thời gian nghỉ xả băng là 5 phút

Nghiên cứu thực nghiệm tốc độ sấy cà rốt và khả năng tách ẩm của giàn lạnh theo thời gian

Trang 31

Bảng 1.3: Quá trình giảm ẩm của vật liệu sấy đối với các chế độ sấy có tốc độ

gió khác nhau [29]

v = 4m/s 750 728,74 693,54 617,6 534,53 450,56 366,7 282,52 3,5m/s 750 735,62 681,74 591,84 508,54 422,42 324,34 235,86 2,2m/s 750 741,29 690,48 641.64 575,84 501,16 417,78 367,17

Trong thí nghiệm này, các tác giả dùng 2 dàn bốc hơi ghép nối tiếp để tăng khả năng khử ẩm, tuy nhiên giá trị chiều dầy hợp lý của dàn thì vẫn còn là một vấn đề bỏ ngỏ, chưa có lời đáp

Trang 32

Dưới đây là một số thiết kế của các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh dùng

bơm nhiệt máy nén mà các tác giả đã nghiên cứu và triển khai ứng dụng thực tế:

Các nghiên cứu áp dụng của tác giả được thực hiện với hai kiểu hệ thống lắp ghép theo module và loại tổ hợp gọn

Hệ thống máy hút ẩm và sấy lạnh lắp ráp theo module:

Hình 1.10 : Sơ đồ hệ thống sấy lạnh kiểu Module

tại nhà máy thực phẩm Việt Trì

Kẹo Jelly là sản phẩm trước đây phải nhập từ CHLB Đức hoặc từ Asutralia Đầu năm 1997 công ty kẹo Hải Hà đã nhập dây chuyền sản xuất của Asutralia, nhưng công đoạn sấy lạnh thì lắp ráp trong nước từ một tổ hợp gồm 1 máy hút ẩm hấp thụ rắn và một máy lạnh, nhưng chỉ mấy tháng sau thì hệ thống hoạt động đã kém hiệu quat do môi trường sản xuất nhiều bụi bột đã làm biến tính nhanh chất hấp thụ rắn Cuối năm 1997, một hệ thống sấy theo nguyên lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp sấy kẹo Jelly năng suất 1100 kg/ngày kiểu lắp ráp theo modun có sơ đồ nguyên lý như hình 1.9 với các thông số không khí trong buồng

máy hút ẩm và máy lạnh tại nhà máy thực phẩm Việt Trì Cho đến nay, đã 18 năm hoạt động 3 ca liên tục mang lại hiệu quả kinh tế cao [29]

Trang 33

Hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly thứ 2 năng suất 1400kg/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 một hệ thống bơm nhiệt hút ẩm 16000BTU/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 thực hiện trong không gian eo hẹp, khó thao tác

Để khắc phục những nhược điểm này, tác giả đã tiếp tục nghiên cứu và thiết kế chế tạo, thử nghiệm máy hút ẩm và sấy lạnh BK-BSH gồm các loại sau [29] :

Máy hút ẩm và sấy lạnh BK – BSH 18A:

Hình 1.11 - Máy hút ẩm và sấy lạnh BK – BSH 18A

Trang 34

Đặc điểm:

- Thiết bị xử lý không khí bố trí kiểu nằm ngang

- Tốn mặt bằng lắp đặt

- Rất thuận tiện cho việc bảo dưỡng sửa chữa trong quá trình vận hành

- Thiết bị xử lý không khí được trang bị đầy đủ các bộ phận, khả năng điều chỉnh tự động cao

- Thiết bị xử lý không khí được lắp đặt riêng biệt với phòng sấy nên dễ thích nghi hơn với nhiều loại sản phẩm sấy khác nhau

Hình 1.12 - Thiết bị xử lý không khí của Máy hút ẩm và sấy lạnh BK – BSH 18A

Tổ hợp máy nén – ngưng tụ (với 1 máy nén piston bán kín) có phạm vi hoạt động rộng, khả năng tự bảo vệ cao Tuy nhiên, do chỉ có 1 máy nén với 1 rơ-le giảm tải nên số bước điều chỉnh công suất không nhiều (0 - 50 - 100%) không thích hợp với các đối tượng cần độ ổn định cao về thông số nhiệt độ, độ

ẩm Việc điều khiển năng suất ngưng tụ của giàn ngưng tụ ngoài (để duy trì áp suất ngưng tụ) cũng chỉ ở 2 mức 0% và 100%

Hệ thống điện điều khiển vẫn dùng các thiết bị như rơ-le trung gian, rơ-le thời gian kết hợp với các bộ điều khiển nhiệt độ, độ ẩm kiểu đóng/cắt độc lập

Trang 35

nên khó đáp ứng với các đối tượng sấy cần chế độ phức tạp (thông số nhiệt độ,

độ ẩm, lưu lượng gió thay đổi theo thời gian )

Hệ thống như vậy có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, dễ sửa chữa nên phù hợp với những cơ sở có đội ngũ cán bộ kỹ thuật, vận hành với trình độ trung bình

Ngoài các tác giả GS.TS Phạm Văn Tùy, TS Nguyễn Nguyên An cùng cộng sự và các nghiên cứu, ứng dụng thành công các hệ thống bơm nhiệt để hút

ẩm cho các phân xưởng sản xuất kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tại công ty bánh kẹo Hải Hà và công ty thực phẩm Việt Trì, tiếp theo có các công trình nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả khác như Hoàng Ngọc Đồng, Trần Đại tiến, Ngô Đăng Nghĩa, Phạm Văn Hậu, Nguyễn Thị Thanh, Nguyễn Mạnh Hùng

* Trần Đại Tiến và cộng sự (năm 2004) đã nghiên cứu công nghệ sấy lạnh cho sản phẩm mực lột da Kết quả là chất lượng sản phẩm rất tốt đồng thời rút ngắn thời gian sấy

* Ngô Đăng Nghĩa và cộng sự (năm 2004) đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy lạnh kết hợp với sấy hồng ngoại để sấy một số sản phẩm như sấy mực Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh 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 tại 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 Các

hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệ thống sấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu sấy, cấu trúc của dàn lạnh sử dụng, … nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đối tượng sấy, tuy nhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế Do đó, cần phải tiếp tục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các chu trình, giới hạn kỹ thuật và vấn đề tự động điều chỉnh khống chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy cũng như của vật liệu sấy trong hệ thống bơm nhiệt hút ẩm - sấy lạnh

Trang 36

1.2.4 Nhận xét:

Qua phần tìm hiểu tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trong lĩnh vực sấy và hút ẩm bằng bơm nhiệt máy nén ta thấy rằng máy lạnh nói chung và máy điều hòa không khí các kiểu nói riêng đã rất quen thuộc với cộng nghệ và đời sống nước ta, nhưng việc lắp đặt và sử dụng nó như bơm nhiệt để sấy và hút ẩm như trên đây thì chưa nhiều Khả năng của nó đã tạo ra một môi trường có nhiệt độ và độ ẩm thấp, điều mà điều hòa không khí và máy hút ẩm thông thường vẫn chưa đạt được

Bơm nhiệt máy nén có thể được thiết kế lắp đặt và sử dụng để hút ẩm và sấy lạnh các loại thực phẩm, rau củ,… khác nhau yêu cầu chế độ sấy dịu với chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn so với các hệ thống khác Phương pháp sấy dùng bơm nhiệt tạo nhiệt độ, độ ẩm và áp suất riêng phần của không khí rất thích hợp để sấy vật liệu bột mịn, nhẹ, thực phẩm, rau củ,…điều này khó được thực hiện ở các phương pháp sấy thông thường

Các nghiên cứu thực nghiệm về sấy lạnh một số loại rau củ, thực phẩm đã cho thấy chất lượng sản phẩm sấy cao hơn hẳn so với phương pháp truyền thống

về màu, mùi,chất lượng dinh dưỡng,… cần bảo toàn chất lượng sau khi sấy Một

số thông số công nghệ quan trọng đã được xác định để triển khai đại trà

Các nghiên cứu thực nghiệm cũng đã chỉ rõ khả năng sấy và hủt ẩm của bơm nhiệt máy nén:

- So với các phương pháp sấy thông thường khác, phương pháp dùng bơm nhiệt tuy thời gian sấy thường lâu hơn nhưng năng lượng tiêu thụ thấp hơn hẳn, sản phẩm sấy giữ được các chỉ tiêu về chất lượng và hình thức

- Trong điều kiện khí hậu và độ ẩm ở Việt Nam vẫn có thể thiết kế, lắp đặt bơm nhiệt từ các thiết bị của máy lạnh có sẵn trên thị trường để thực hiện quá trình sấy bậc thang tăng hiệu quả sử dụng năng lượng mà vẫn không ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống

Trang 37

- Kết quả nghiên cứu áp dụng thực tế đã một lần nữa chứng minh hiệu quả và đặc tính phù hợp của bơm nhiệt không khí/ không khí cho các quá trình hút ẩm và sấy khô các sản phẩm ở nhiệt độ thấp

Có thể tiếp tục nghiên cứu để xác định sơ đồ, chỉ tiêu và đặc tính tối ưu của hệ thống thiết bị, quá trình trao đổi nhiệt ẩm và các thiết bị trao đồi nhiệt trong hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh và hút ẩm phù hợp với các yêu cầu công nghệ của nhiều lĩnh vực sử dụng khác nhau nhằm tiết kiệm vốn, chi phí năng lượng và sử dụng tiềm năng thiết bị rẻ tiền có sẵn

1.3 Xác đình đề tài

1.3.1 Tên đề tài nghiên cứu:

nhưng nguồn năng lượng thì không bao giờ là vô tận vì thế các thiết bị sử dụng năng lượng cần phải được nghiên cứu sao cho chúng tiêu tốn ít năng lượng mà hiệu quả sử dụng phải cao Bơm nhiệt đã được biết đến và được chứng minh là thiết bị tiết kiệm năng lượng, tuy nhiên ở nước ta nó mới chỉ được biết đến chủ yếu ở chức năng máy điều hòa nhiệt độ 2 chiều nóng – lạnh (nhập khẩu) chứ chưa được nghiện cứu, phổ biến và áp dụng cho các lĩnh vực công nghiệp khác

Vì thế, thực sự vẫn đang rất cần có sự đầu tư và nghiện cứu từ nghiên cứu lý thuyết đến thực tế cho bơm nhiệt, đặc biệt là bơm nhiệt máy nén để có được hiệu quả cao hơn nữa trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta

Vì những lý do nêu trên, em chọn để tài “Nghiên cứu xác định cấu trúc hợp lý của thiết bị bốc hơi tiết kiệm năng lượng trong bơm nhiệt hút ẩm và sấy lạnh” 1.3.2 Mục đích nghiên cứu:

đánh giá hiệu quả bơm nhiệt khoa học, chính xác để làm rõ hiệu quả tiết kiệm năng lượng của bơm nhiệt

- Nghiên cứu thông số chế độ làm việc và cấu trúc của thiết bị bốc hơi nhằm làm giảm tổn thất không thuận nghịch, tiết kiệm năng lượng

Trang 38

1.3.3 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu:

1- Đối tượng nghiên cứu: Bơm nhiệt hút ẩm và sấy lạnh

2- Nội dung nghiên cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết về quá trình làm lạnh không khí trong máy lạnh – Bơm nhiệt

+ Nghiên cứu xác định phương pháp đánh giá hợp lý hiệu quả bơm nhiệt hút ẩm / sấy lạnh

+ Tính toán so sánh COP, hiệu suất Exergy để xác định cấu trúc và chế độ làm việc (nhiệt độ bốc hơi t0)

3- Phương pháp nghiên cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với áp dụng thực tế hệ thống máy làm việc

trong điều kiện Việt Nam

1.4 Kết luận chương 1:

Qua khảo sát, ta đã biết được bơm nhiệt là thiết bị nhiệt – lạnh tiết kiệm năng lượng nhất và việc sử dụng nó rộng rãi trong cuộc sống đang là chiều hướng bức thiết và rất cần thiết

Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với khảo sát thực tế

hệ thống máy làm việc trong điều kiên Việt Nam để xác định thông số chế độ và cấu trúc hợp lý dàn bay hơi làm lạnh không khí của bơm nhiệt hút ẩm / sấy lạnh (chủ yếu là chiều dầy của dàn theo chiều lưu động của dòng không khí) sao cho hiệu quả về kỹ thuật là cao nhất và tiết kiệm năng lượng nhất

Trang 39

Chương 2 BƠM NHIỆT HÚT ẨM VÀ SẤY LẠNH

2.1 Nhu cầu sấy lạnh và hút ẩm

Nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm, có bờ biển dài trên 3000km, độ ẩm không khí quanh năm thường trên 70%, nhiệt độ trung bình cao

gỉ hư hỏng máy móc thiết bị, không phù hợp với nhiều quy trình sản suất, chế biến các mặt hàng nông sản thực phẩm, hóa dược, quy trình bảo quản, lưu trữ tư liệu, phim ảnh,… Đây cũng là điều kiện thuận lợi cho nấm mốc và các vi sinh vật có hại phát sinh và phát triển làm hư hỏng nhiều thực phẩm, lương thực, thuốc chữa bệnh, giống cây trồng,…[26]

Nói chung, độ ẩm không khí là nguyên nhân gây ra nhiều tác hại cho sản xuất, đời sống và sức khỏe của con người, như:

và phát triển

Làm vón cục các loại bột, gây đọng sương làm hư hại nội thất, tranh, ảnh,

đồ vật trang trí trong nhà, làm chảy nước các loại kẹo cứng, kẹo chocolate, gây nấm mốc hư hỏng nhiều loại lương thực, thực phẩm, bánh kẹo,…

Ảnh hưởng đến sự hô hấp của con người (nhất là đối với những người mắc bệnh về phổi, đường hô hấp, hen suyễn,…) và gây ra đau nhức ở các bệnh nhân bị thấp khớp…

Để tạo nên những sản phẩm, hàng hóa tiêu dùng trong nước và xuất khẩu

có chất lượng cao, đảm bảo các tiêu chuẩn về vệ sinh, an toàn đáp ứng yêu cầu hội nhập thực với khu vực và thế giới, các lương thực và thực phẩm sau thu

Trang 40

hoạch cẩn phải qua các quá trình chế biến và bảo quản ở chế độ ôn ẩm độ thích hơp Ví dụ: môi trường chế biến và làm khô các sản phẩm như bánh, kẹo socola,

45-50% Nhiều thực phẩm, rau quả khi sấy khô ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường lại không giữ được màu sắc và mùi vị Tình hình đó đòi hỏi cẩn phải có công nghệ sấy khô sản phẩm hoặc hút ẩm môi trường sản xuất ở điều kiện nhiệt

độ thấp hơn

của không khí người ta thường dùng máy hút ẩm thông dụng làm việc theo nguyên lý bơm nhiệt Ở các không gian được xử lý giảm ẩm bằng máy hút ẩm như vậy, nhiệt độ luôn phải duy trì cao hơn nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối cũng không xuống thấp hơn 55% trong điều kiện không khí ngoài trời thường có độ ẩm 80-90% Như vậy, trong điều kiện khí hậu Việt Nam, nếu chỉ

sử dụng phương pháp sấy nóng và máy hút ẩm thông dụng sẽ không đáp ứng được nhu cấu sấy và hút ẩm ở thông số chế độ tương đối thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối φ < 55%), [26]

Các hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) trong điều kiện khí hậu nước

ta (làm lạnh không khí là chủ yếu) bao giờ cũng kèm theo hiệu quả giảm ẩm, cho nên ở một mức độ nào đó máy ĐHKK cũng được xem là một máy khử ẩm Tuy nhiên, cũng giống như máý hút ẩm thông dụng, độ ẩm môi trường mà nó tạo ra cũng thường không thấp hơn 55% tuy nhiệt độ có hạ hơn khi dùng máy hút ẩm Để khắc phục tình trạng đó, khi phải tạo không gian có nhiệt độ và độ

ẩm thấp hơn, môi trường sản xuất hay bảo quản hoặc sấy khô vật liệu người ta phải sử dụng các máy hút ẩm chuyên dụng kiểu hấp phụ, trong đó không khí được làm khô nhờ tiếp xúc với các chất rắn có khả năng hấp thu ẩm như Silicagen Tuy vậy, khi cần tạo ra môi trường có nhiệt độ, độ ẩm thấp, máy hút

ẩm kiểu này cũng luôn phải kèm theo một máy lạnh để hạ nhiệt độ Khi đó lại xuất hiện vấn đề về vốn đầu tư, chi phí vận hành, nhất là chi phí điện năng và

Định dạng
Số trang	133
Dung lượng	3,51 MB

Nghiên cứu xác định cấu trúc hợp lý của thiết bị bốc hơi tiết kiệm

Ứng dụng bơm nhiệt ở Việt Nam:

Tờn đề tài nghiờn cứu: