Bài viết tiến hành xây dựng các lưu đồ thuật toán và thiết lập phần mềm tính toán nhiệt hệ thống sấy. Cho phép người sử dụng có nhiều lựa chọn trong quá trình tính toán với thời gian ngắn và chính xác nhất.
Trang 1110 Nguyễn Lê Châu Thành, Nguyễn Công Vinh, Nguyễn Hoài
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY
BẰNG KHÔNG KHÍ ẨM CÓ 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 Công Vinh, Nguyễn Hoài
Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng;
nguyenlechauthanh@gmail.com, vinh240480@gmail.com, hoainguyen.tme@gmail.com
Tóm tắt - Nhằm tạo ra chế độ sấy dịu đồng thời giảm tổn thất nhiệt
do tác nhân sấy thải ra ngoài, 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 hoàn thiện phần mềm tính toán
nhiệt của quá 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 toán, thiết kế hệ thống sấy được thực hiện một
cách nhanh chóng, chính xác, tiết kiệm công sức tính toán, 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 quá trình
tính toán nhiệt có hồi lưu tác nhân sấy (TNS) sử dụng rất
nhiều thông số, công thức phức tạp Do đó để thuận lợi
cho việc này, tác giả xây dựng các lưu đồ thuật toán và
thiết lập phần mềm tính toán nhiệt hệ thống sấy Cho phép
người sử dụng có nhiều lựa chọn trong quá trình tính toán
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 quá trình sấy có hồi lưu tác nhân
sấy Trên cơ sở phân tích và tổng hợp cơ sở lý thuyết về
tính toán nhiệt các hệ thống sấy [1] Tác giả đã tiến hành
nghiên cứu, xây dựng các lưu đồ thuật toán cho việc tính
toán nhiệt hệ thống sấy có hồi lưu tác nhân sấy bằng ngôn
ngữ lập trình Visual Basic 6.0 Các thông số ban đầu phục
vụ cho quá trình lập trình được chọn trong phạm vi rộng
Điều này giúp quá trình tính toán thuận lợi, nhanh chóng
và chính xác
Hình 1 Sơ đồ nguyên lý quá trình sấy có hồi lưu TNS
Hình 2 Đồ thị I - d quá 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:
Trang 2ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 2 111
0 0
0 0 0
p B
p 621
,
0
d
- Entanpi:
I0 = 1,004.t0 + d0(2500 +1,842.t0); kJ/kg kk (2)
Hệ số hồi lưu là số kg không khí khô của tác nhân sấy
quay trở lại để hòa trộn với một kg không khí khô của
không khí ẩm bên ngoài (tác nhân sấy từ môi truờng mới)
đưa vào:
0
h l
l
2.2.2 Thông 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 toán
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
toán chi tiết trong bài báo sau Ở đây, để không làm mất đi
tính tổng quát của quá trình sấy, chúng tôi chọn một vài giá
trị thường có thể xảy ra tương ứng với ba quá 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:
i 1 n
i n 1
n 1 i i d i
t t C
d
2 1 2 1 0 2
2 1 pk
2
;
kg ẩm/kg kk (5)
- Độ ẩm tương đối:
2
2 2
d 621 , 0 p
d B
- Entanpy: I2 = Cpk.t2 + d2.i2; kJ/kg kk (7)
2.2.4 Thông số TNS hòa trộn (điểm M)
- Lượng chứa ẩm:
n 1
nd d
- Entanpy:
n 1
nI I
; kJ/kg kk (9)
- Nhiệt độ:
2 2 dx 0 0 dx
M
d C n 1
t d nC t d C
t
- Độ ẩm tương đối:
bM
M M
d 621 , 0 p
d B
2.2.5 Tính toán các đại lượng
- Lượng tác nhân sấy để bốc hơi 1 kg ẩm:
M
2 d d
1 l
- Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1 kg ẩm:
M 2
M 1 d d
I I q
2.3 Xây dựng phần mềm
Từ các công thức trên, tác giả tiến hành xây dựng lưu
đồ thuật toán quá trình sấy thực có hồi lưu tác nhân sấy như Hình 3
Hình 3 Lưu đồ thuật toán quá trình sấy thực tối ưu
Trên cơ sở lý thuyết ở Mục 2, chúng tôi chọn phần mềm Visual Basic để xây dựng chương trình tính toán, 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
Hình 4 Giao diện tính toán quá trình sấy có hồi lưu TNS
Trang 3112 Nguyễn Lê Châu Thành, Nguyễn Công Vinh, Nguyễn Hoài
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 toán quá trình sấy lý thuyết và
sấy thực với việc phải lựa chọn quá 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 toán nhiệt
Quá 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 ω 2 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 toán nhiệt quá trình sấy
có hồi lưu
Phần mềm này không những cho phép người sử dụng tính toán thiết kế hệ thống sấy có hồi lưu tác nhân sấy với các thông số nhập vào của bài toán thiết kế cố định mà còn cho phép tính toán 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 toán 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 toán 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 tôi sẽ tiến hành nghiên cứu chế tạo mô 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 toán 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
toán quá trình sây hồi lưu một phần Tạp chí Khoa học Công 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)