Tài liệu Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------
--------- LÊ VĂN LỄ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY TẢO XOẮN BẰNG BƠM NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học : GS.TS.Phạm Văn Thiêm HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS. Phạm Văn Thiêm, người ñã trực tiếp hướng dẫn, cùng tập thể thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản – Khoa Cơ ñiện trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi thực hiện ñề tài này Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Trung tâm nghiên cứu sắc ký – Trường ðại học Bách khoa Hà Nội, Trường Trung cấp nghề Cơ ñiện và chế biến thực phẩm ñã tạo mọi ñiều kiện giúp tôi trong quá trình thực hiện ñề tài Và cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, ñồng nghiệp ñã quan tâm ñộng viên giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua Tác giả luận văn Lê Văn Lễ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng:  Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, chưa hề ñược bảo vệ một học vị nào  Mọi sự giúp ñỡ cho quá trình thực hiện luận văn tôi ñã trân trọng cảm ơn  Các tài liệu thông tin khai thác ñể phục vụ cho việc nghiên cứu ñề tài này tôi ñã chỉ rõ nguồn gốc tên tài liệu và tên tác giả Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam ñoan trên Tác giả luận văn Lê Văn Lễ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ðƠN VỊ ðO Ký hiệu Ý nghĩa vật lý ðơn vị ño Wm ðộ ẩm môi trường % Wcb ðộ ẩm cân bằng % Wbh ðộ ẩm bão hòa % W1 ðộ ẩm ban ñầu của vật sấy % W2 ðộ ẩm của vật sấy sau khi ra khỏi buồng sấy % Pbh Phân áp suất bão hòa bar Ik Entanpi của không khí khô d Lượng chứa ẩm trong không khí Vt Lưu lượng thể tích trung bình của buồng sấy m3/h ω Tốc ñộ tác nhân sấy m/h τ Thời gian giờ tmt Nhiệt ñộ môi trường bên ngoài ºC T1 Nhiệt ñộ vật khi ñưa vào buồng sấy ºC T2 Nhiệt ñộ vật khi ñưa ra buồng sấy ºC ϕ Tốc ñộ sấy m3/h Q Nhiệt cung cấp trong quá trình sấy kCal QN Công suất nhiệt của dàn nóng kJ/h q0 Năng suất lạnh riêng kJ/h B Phân áp suất không khí mmHg N Công suất nhiệt của bơm kCal/h CN Nhiệt dung riêng của hơi nước kJ/kg Ck Nhiệt dung riêng của không khí khô kJ/kg G1 Khối lượng vật sấy trước khi sấy kg G2 Khối lượng vật sấy sau khi sấy kg α Hệ số trao ñổi nhiệt ñối lưu kJ/kg kkk Kg ẩm/kg kkk Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… iii λ Hệ số dẫn nhiệt ρ0 Khối lượng riêng của không khí ở ñiều kiện kg/m3 tiêu chuẩn ρ khối lượng riêng của không khí ở nhiệt ñộ kg/m3 trung bình r Nhiệt hóa hơi kJ/kg Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… iv DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Trang Bảng 1.1 Thành phần của tảo xoắn 27 Bảng 3.1 Bảng cân bằng nhiệt 62 Bảng 3.2 Bảng thông số làm việc của máy nén. 66 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả tính toán thiết bị sấy bơm 89 nhiệt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… v DANH MỤC CÁC ðỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và 6 quá trình thay ñổi trạng thái không khí Hình 1.2 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và 7 quá trình thay ñổi trạng thái không khí Hình 1.3 Phạm vi hoạt ñộng của bơm nhiệt và máy lạnh 13 Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi 14 Hình 1.5 ðồ thị ñặc tính của máy nén 17 Hình 1.6 Các dạng thiết bị phụ của bơm nhiệt 20 Hình 1.7 Sự phụ thuộc của lượng ẩm riêng vào ñộ ẩm 21 tương ñối và nhiệt ñộ sấy trong quá trình tách ẩm Hình 1.8 Bơm nhiệt hút ẩm có hòa trộn không khí ẩm 22 Hình 1.9 Bơm nhiệt thí nghiệm ñể sấy hạt ngũ cốc 23 Hình 1.10 Buồng sấy gỗ bơm nhiệt của hãng Westair 24 Hình 1.11 Thành phần của tảo xoắn 26 Hình 1.12 Sơ công nghệ sản xuất tảo xoắn 29 Hình 2.1 ðường cong sấy 32 Hình 2.2 .ðường cong tốc ñộ sấy 33 Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng 37 học quá trình sấy Hình 2.4 Ảnh hưởng của ñộ ẩm tương ñối của tác nhân sấy 37 ñến ñông học quá trình sấy Hình 2.5 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy ñến quá trình 38 sấy Hình 2.6 Sơ ñồ nguyên lý chung của thiết bị sấy bơm nhiệt 39 Hình 2.7 Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị 40 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vi sấy bơm nhiệt Hình 2.8 ðồ thị I-d biểu diễn chu trình của tác nhân sấy 41 trong thiết bị sấy dùng bơm nhiệt Hình 2.9 Nguyên lý của thiết bị bơm nhiệt 44 Hình 3.1 Sơ ñồ cấu tạo của thiết bị sấy bơm nhiệt 47 Hình 3.2 Cấu tạo của dàn bay hơi 74 Hình 3.3 Cấu tạo của dàn ngưng tụ 80 Hình 3.4 Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt 81 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… vii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn…………………………………………………… i Lời cam ñoan…………………………………………………. ii Danh mục các ký hiệu………………………………………… iii Danh mục các bảng biểu…………………………………….. v Danh mục các hình vẽ………………………………………… vi ðặt vấn ñề…………………………………………………….. 1 Chương 1.Tổng quan nghiên cứu……………………………. 3 1.1 Các phương pháp hút ẩm…………………………………... 3 1.1.1.Phương pháp hút ẩm bằng máy ñiều hòa………………… 3 1.1.2.Phương pháp dùng bơm nhiệt hút ẩm……………………. 3 1.2.Giới thiệu các phương pháp sấy…………………………… 4 1.2.1.Phương pháp sấy nóng…………………………………… 4 1.2.2.Phương pháp sấy lạnh……………………………………. 5 1.3.Giới thiệu về bơm nhiệt……………………………………. 12 1.3.1.Giới thiệu chung………………………………………… 12 1.3.2.Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 15 1.3.3.Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân…… 20 1.3.4.Ưu nhược ñiểm sấy bằng bơm nhiệt…………………… 25 1.4.Giới thiệu về tảo xoắn……………………………………. 25 1.4.1.ðặc ñiểm của tảo xoắn…………………………………. 25 1.4.2.Quy trình công nghệ sản xuất tảo xoắn…………………. 29 1.4.3.Tình hình sản xuất ,tiêu thụ tảo xoắn……………………. 30 1.5.ðối tượng và phương pháp nghiên cứu……………………. 31 Chương 2.Cơ sở lý thuyết tính toán một số thông số của công nghệ sấy bằng bơm nhiệt……………………………. 32 2.1.Các quy luật cơ bản của quá trình sấy……………………. 32 2.1.1.ðường cong sấy…………………………………………. 32 2.1.2.ðường cong tốc ñộ sấy………………………………….. 33 2.1.3.Phân tích quá trình sấy………………………………….. 34 2.1.4.Các yếu tố ảnh hưởng ñến chế ñộ và cường ñộ sấy……. 36 2.2.Cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị sấy bơm nhiệt………….. 39 2.2.1.Cơ sở lý thuyết………………………………………….. 39 2.2.2.Cơ sở lý luận ñể xây dựng sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt…………………………………………………… 42 2.2.3.Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt………………… 44 Chương 3.Tính toán thiết kế thiết bị………………………… 47 3.1.Sơ ñồ cấu tạo………………………………………………. 47 3.2.Vật liệu sấy………………………………………………… 48 3.3.Tính nhiệt sấy lý thuyết……………………………………. 50 3.4.Xác ñịnh kích thước cơ bản………………………………... 54 3.5.Tính toán quá trình sấy thực ………………………………. 57 3.6. Tính toán bơm nhiệt………………………………………. 64 3.6.1 Tính toán chu trình lạnh………………………………….. 64 3.6.2.Tính toán chọn máy nén………………………………….. 66 3.6.3. Tính toán chọn thiết bị bay hơi………………………….. 69 3.6.4.Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ…………………………. 74 3.6.5. Chọn các thiết bị ngưng tụ và bay hơi phụ (NT2 và BH2) 80 3.6.6.Tính toán thiết bị hồi nhiệt…………………………….. 80 3.6.7.Tính toán trở lực và chọn quạt…………………………… 86 Phần kết luận và ñề nghị……………………………………... 91 Tài liệu tham khảo……………………………………………. 92 Phần bản vẽ cơ khí……………………………………………. 94 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 2 ðẶT VẤN ðỀ Nước ta là một nước có nền nông nghiệp lạc hậu, trong khi lao ñộng trong ngành nông lâm nghiệp chiếm khoảng 65% thì sản phẩm làm ra chỉ chiếm khoảng 20% tổng sản phẩm xã hội. Vì vậy ñể nâng cao tổng giá tri sản phẩm nông nghiệp tương ứng với lực lượng lao ñộng cần phải nâng cao năng suất, chuyển dịch cơ cấu cây trồng sang loại có giá trị hàng hóa cao. Nuôi trồng tảo xoắn sẽ tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Tảo xoắn tên khoa học gọi là Spirulina là một trong những loài tảo ñược nghiên cứu nhiều nhất và cũng ñem lại rất nhiều lợi ích cho con người trong ngành thực phẩm, dược phẩm… ðây là một loại vi sinh vật có hình xoắn, kích thước khoảng 0,25 milimet sống trong nước . Tảo xoắn có nguồn gốc từ Châu Phi & Bắc Mỹ, hiện diện trên trái ñất từ 3,6 tỉ năm trước. Mặc dù ñã ñược sử dụng từ rất lâu, nhưng tảo Spirulina chỉ mới ñược tái khám phá và sử dụng rộng rãi tại hơn 70 nước trên thế giới trong khoảng hơn 30 năm gần ñây và ñược các tổ chức Quốc tế như FAO/WHO công nhận và khuyên dùng. Sinh khối của chúng rất giàu dinh dưỡng và có nhiều tác dụng chữa bệnh nên ñã ñược nuôi trồng ở quy mô công nghiệp và ñược sản xuất dưới dạng viên ñể phòng chống nhiều loại bệnh tật. Cho ñến nay ở Việt Nam nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm từ tảo xoắn ñã ñược thành lập với công nghệ nuôi tảo trên các bể nông xây bằng xi măng sử dụng khí CO2 của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn CO2 trực tiếp lấy từ các nhà máy bia, cồn, rượu…nén hóa lỏng vào bình chứa. ðó là các cơ sở như Vĩnh Hảo (Bình Thuận), Châu Cát, Lòng Sông (Thuận Hải), Suối Nghệ (ðồng Nai), ðắc Min (ðắc Lắc). Nguồn CO2 từ lò nung vôi (sau khi lọc bụi) và các hầm khí biogas cũng ñã ñược nghiên cứu tận dụng ñể phát triển nuôi trồng tảo và cũng ñã thu ñược một số kết quả. Hiện nay ở nước ta sản phẩm này ñược sử dụng chủ yếu ở dạng tươi và ñông lạnh, muốn sử dụng làm nguyên liệu cho nghành dược phẩm, mỹ phẩm thì phải bảo quản chế biến.. Các thiết bị sấy hiện nay có loại ñốt than trực tiếp hay gián tiếp, ñốt ñiện trực tiếp, sấy chân không, sấy thăng hoa....Tất cả các loại trên hoặc cho chất lượng sản Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 1 kém về màu sắc, hượng vị hoặc có chi phí lớn. Mặt khác các thiết bị này thường dùng tác nhân sấy tuần hoàn hở (dùng không khí môi trường làm tác sấy và tác nhân tải ẩm) nên chịu ảnh hưởng rất lớn của môi trường [2]. Với cấu tạo và các ñặc tính vật lý của tảo xoắn trình bày ở trên, sau thu hoạch nếu sấy tảo ở nhiệt ñộ cao có thể sẽ phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hoóc môn, màu, mùi vị, vitamin, prôtêin,... dẫn ñến thay ñổi chất lượng sản phẩm. Vì vậy, sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một phương pháp bảo quản sau thu hoạch ñáp ứng ñược những yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy. Do tác nhân sấy có ñộ ẩm thấp, nhiệt ñộ sấy thấp nên quá trình sấy hạn chế những sự thay ñổi không mong muốn. Trên thế giới bơm nhiệt trong kỹ thuật sấy ñã có cách ñây khoảng 40 năm, Thái Lan là nước nền nông nghiệp phát triển họ ñã sử dụng công nghệ sấy bơm nhiệt và sản xuất nhiều loại thiết bị sấy bơm nhiệt nhưng giá thành ñắt. Ở nước ta việc nghiên cứu việc nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy bơm nhiệt cũng ñang ñược nghiên cứu ứng dụng. Chính vì vậy nên tôi quan tâm ñến việc nghiên cứu thiết bị sấy bơm nhiệt quy mô nhỏ . ðược sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS.Phạm Văn Thiêm, Trường ðại học Bách khoa Hà Nội và ñược sự giúp ñỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội tôi ñã thực hiện ñề tài ” Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Các phương pháp hút ẩm 1.1.1 Phương pháp hút ẩm bằng máy ñiều hòa không khí Khi cho dòng không khí tiếp xúc với bề mặt của dàn lạnh có nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt ñộ ñọng sương của không khí thì sẽ xảy ra quá trình ngưng tụ hơi nước trên bề mặt dàn lạnh. Giúp giảm lượng ẩm của dòng không khí, ñồng thời cùng làm cho nhiệt ñộ của dòng khí giảm có tác dụng ñiều hòa. Dàn lạnh của máy ñiều hòa ở ñây là dàn trao ñổi nhiệt với không khí. Các dàn này có thể là dàn bay hơi với ñiều hòa cục bộ và có thể là dàn trao ñổi nhiệt làm lạnh không khí bằng nước lạnh FCU ñối với hệ thống ñiều hòa trung tâm Water Chiller. Mục ñích chủ yếu của phương pháp này là tạo ra một môi trường vi khí hậu phù hợp với sức khỏe con người ðây là một phương pháp hút ẩm ñơn giản, dễ lắp ñặt và bảo dưỡng. Nhưng năng suất hút ẩm của phương pháp này không cao (ñộ ẩm trong phòng lớn hơn 50%). Dàn nóng của hệ thống ñiều hòa trao ñổi nhiệt với môi trường bên ngoài. ðây là sự lãng phí về mặt năng lượng. Nhiệt ñộ bề mặt dàn lạnh cũng bị giới hạn bởi ñiều kiện chênh nhiệt ñộ giữa ñiểm thổi vào và nhiệt ñộ trong phòng vì vậy khả năng hút ẩm của máy cũng bị giới hạn Phương pháp này chỉ phù hợp với các phòng có người làm việc về mùa hè…ðòi hỏi khống chế ñộ ẩm trên 60%, nhiệt ñộ khoảng 24 o C . 1.1.2. Phương pháp dùng bơm nhiệt ñể hút ẩm Máy hút ẩm theo nguyên lý bơm nhiệt thực chất cũng là một máy lạnh có các bộ phận: Máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi và van tiết lưu. Khác biệt cơ bản của máy hút ẩm là cách bố trí dàn nóng ngay sau dàn lạnh và có quạt gió tuần hoàn không khí. 1.2. Giới thiệu các phương pháp sấy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 3 Ở ñây sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xảy ra ở bất kỳ nhiệt ñộ nào.Nó gồm hai quá trình cơ bản: Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi. Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường. ðể cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt ñộ cao hơn), trao ñổi nhiệt ñối lưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay không khí có nhiệt ñộ cao hơn), trao ñổi nhiệt bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng ñiện trường cao tần ñể nung nóng vật. ðể lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như: dùng môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ở nhiệt ñộ cao hơn 100o C hơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường. 1.2.1. Phương pháp sấy nóng Nhờ ñốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hay chỉ ñốt nóng vật liệu sấy mà hiệu phân áp giữa hơi nước trên bề mặt vật liệu (Pab) và phân áp của hơi nước tác nhân sấy (Pẩm) tăng dẫn ñến làm tăng quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và ñi vào môi trường Phương pháp sấy nóng: sấy ñối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, sấy bằng ñiện cao tần… 1.2.1.1. Hệ thống sấy ñối lưu Trong hệ thống này, vật sấy ñược cấp nhiệt bằng cách trao ñổi nhiệt ñối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức). Trong trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt. Thiết bị sấy ñối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí ñộng, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun… 1.2.1.2 Hệ thống sấy tiếp xúc Trong hệ thống này, vật sấy ñược cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt do vật liệu sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt ñộ cao hơn. Thiết bị sấy tiếp xúc gồm hai kiểu: thiết bị Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 4 sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô quay; thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng. 1.2.1.3. Hệ thống sấy bức xạ Vật ẩm ñược gia nhiệt bằng trao ñổi nhiệt bức xạ. Nguồn bức xạ là ñèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt ñộ cao hơn ñể bức xạ nhiệt tới vật ẩm. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiêm vụ gia nhiệt cho vật ẩm. Quá trình tách ẩm mạnh do hấp thụ và phẩn xạ nhiều lần. 1.2.1.4. Hệ thống sấy sử dụng ñiện trường cao tần Hệ thống sấy này sử dụng năng lượng ñiện trường xoay chiều có tần số cao ñể làm nóng vật sấy. Vật sấy ñược ñặt giữa hai bản ñiện cực nối với dòng ñiện cao tần có tần số cao làm dao ñộng các phần tử vật chất gây ma sát làm nóng vật sấy *Ưu ñiểm của phương pháp sấy nhiệt ñộ cao: Thời gian sấy của phương pháp này thường ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh. Năng suất cao và chi phí ñầu tư ban ñầu thấp. Nguồn năng lượng sử dụng ña dạng có thể tận dụng năng lượng của các hệ thống khác như khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than ñá, rác thải…và cả ñiện năng. Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao. * Nhược ñiểm của hệ thống Các vật cần sấy không có yêu cầu gì ñặc biệt về nhiệt ñộ. Sản phẩm sấy thường biến màu và chất lượng sấy không cao. 1.2.2.Phương pháp sấy lạnh 1.2.2.1. Sấy lạnh dùng máy hút ẩm hấp phụ chuyên dụng kết hợp với máy lạnh Phương pháp sấy này là sự kết hợp giữa máy hút ẩm dùng chất hấp phụ và máy lạnh. Máy hút ẩm ñược ñặt trong buồng kín. Không khí trong buồng ñược hút ẩm nhờ máy, còn dòng không khí ngoài trời ñược làm nóng ñể hoàn nguyên chất hấp phụ sau khi ñã hút ẩm. Như ñã nói ở trên về nguyên lý hoạt ñộng của máy hút ẩm, dòng không khí sau khi ñược khử ẩm có nhiệt ñộ tương ñối cao. Chính vì thế, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 5 người ta cần thiết kế thêm một máy lạnh có tác dụng làm giảm nhiệt ñộ khí nống xuống. Nhiệt ñộ dòng khí sau khi ñi qua máy lạnh có nhiệt ñộ thấp và ñộ ẩm nhỏ. Trên ñồ thị I-d (hình 1.1), ta biểu diễn trạng thái thay ñổi của không khí như sau: không khí ẩm từ ñiểm 2, ñược hút ẩm và làm nóng lên tới ñiểm 3, . Từ ñây, không khí khô ñược giảm nhiệt ñộ ñẳng dung ẩm xuống ñiểm 1. Sau ñó, không khí ñược tiếp xúc với các vật cần sấy. Lượng ẩm từ trong vật ñược hấp thụ bởi dòng khí khô và trạng thái dòng khí lại chuyển về ñiểm 2. ðây là một vòng tuần hoàn của quá trình hoạt ñộng tác nhân sấy. Hình 1.1 Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá trình thay ñổi trạng thái không khí 1- Trạng thái không khí khô sau khi ñã ñược làm lạnh 2- Trạng thái không khí khi ñã nhận ẩm của vật 3- Trạng thái không khí khi ñã ñược bài ẩm bằng bánh hấp phụ Ưu ñiểm: có khả năng hút ẩm lớn. Năng suất hút ẩm cũng khá cao. Nhược ñiểm: Giá thành thiết bị tương ñối lớn, ngoài ra còn phải kết hợp thêm một máy lạnh ñể giảm nhiệt ñộ không khí khô nên chi phí ban ñầu rất cao. Chất hút ẩm phải thay thế ñịnh kỳ, thường một năm một lần ñối với các sản phẩm nước ngoài sản suất, còn của Việt Nam thì ngắn hơn nhiều. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 6 Chi phí cho việc bảo dưỡng tốn kém ðiện năng cho thiết bị lớn vì ngoài việc cần nung nóng dây ñiện trở giúp cho quá trình hoàn nguyên còn cần cung cấp cho việc chạy máy lạnh. Trong ñiều kiện làm việc nhiều bụi, thì máy cần phải có thời gian ngừng hoạt ñộng ñể làm sạch cho chất hấp phụ của máy hút ẩm. 1.2.2.2. Sấy lạnh dùng bơm nhiệt nén hơi Cũng giống như phuơng pháp dùng máy hút ẩm chuyên dụng, nhưng ở ñay người ta sử dụng máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt nén hơi ñể khử ẩm và chuẩn bị sấy. Trên ñồ thị I-d, không khí ẩm trong phòng (ñiểm 2) ñi qua giàn lạnh của máy hút ẩm kiểu bơm nhiệt. Ẩm trong không khí ñược ngưng trên giàn lạnh. Dung ẩm của dòng khí giảm xuống, nhưng do nhiệt ñộ của dòng khí cũng giảm nên ñộ ẩm tương ñối của khồng khí sau khi ra khỏi dàn cũng cao ( ≈ 95% ). Trạng thái không khí lúc này ở diểm 3. Dòng khí tiếp tục ñược chuyển qua dàn nóng, không khí ñược làm nóng ñẳng dung ẩm lên trạng thái 1. Tại ñiểm này, nhiệt ñộ, ñộ ẩm cũng có giá trị tương ñương với phương pháp dùng máy bài ẩm hấp phụ và máy lạnh. Từ ñây dòng khí khô ñược chuyển ñến các vật sấy và hấp thụ ẩm trong vật. Sau khi ra khỏi buồng sấy, trạng thái dòng khí ở ñiểm 2. Hình 1.2- Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và quá trình thay ñổi trạng thái không khí. 1- Trạng thái không khí khô sau khi ñã ñược gia nhiệt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 7 2- Trạng thái không khí sau khi ñã hấp thụ ẩm của vật 3- Trạng thái không khí sau khi ñã qua giàn lạnh khử ẩm. * Ưu ñiểm: Giảm ñược chi phí thiết bị, vận hành và bảo dưỡng. Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh ñều ñược sử dụng triệt ñể. Quá trình hoạt ñộng của thiết bị không bị gián ñoạn do không phải thay ñổi chất hấp thụ như trong phương pháp dùng máy bài ẩm. Tuổi thọ thiết bị cao. Trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không phải bão dưỡng lớn. Chỉ cần sau một thời gian vệ sinh các dàn ñể ñảm bảo khả năng trao ñổi nhiệt tốt. ðiện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy hút ẩm hấp phụ. Chất lượng và màu sắc của sản phẩm sấy giữ ñược tốt hơn. Thích hợp ñể sấy khô các vật phẩm không chịu ñược nhiệt ñộ cao. * Nhược ñiểm: Thời gian sấy thường lâu hơn. ðể khác phục nhược ñiểm này chúng ta có thể sử dụng thiết bị sấy với tốc ñộ cao hơn. 1.2.2.3 Phương pháp sấy thăng hoa Khác với hai phương pháp trên, sấy thăng hoa thực hiện ở ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất thấp hơn và ẩm trong vật sấy ở thể rắn. Quá trình sấy ñược thực hiện trong buồng kín. Giai ñoạn ñầu là giai ñoạn làm lạnh và hút chân không buồng sấy. Nhiệt ñộ trong buồng phải thấp hơn 0,0098o C và áp suất phải dưới 610,5 N / m 2 (ñây là ñiểm ba thể của nước). Vì vậy ẩm trong vật sẽ ở dưới dạng rắn, ẩm chuyển từ thể rắn sang thể hơi không qua lỏng. ðây là giai ñoạn thăng hoa. Lượng ẩm thoát ra ñến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau ñó thành băng bám trên bề mặt ống giai ñoạn này nhiệt ñộ của vật không ñổi. Tiếp ñó vật sấy sẽ ñược làm nóng, ẩm còn lại trong vật sẽ chuyển thành lỏng và bay hơi ra khỏi vật liệu sấy. Giai ñoạn này giống như sấy các vật thể trong môi trường chân không thông thường. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 8 * Ưu ñiểm: Sẩn phẩm sấy có chất lượng cao, không làm biến chất albumin; không xảy ra các quá trình vi sinh, giữ nguyên các vitamin như lúc còn tuơi, giữ nguyên thể tích ban ñầu của vật liệu sấy nhưng xốp hơn nên dễ hấp phụ nước ñể trở lại dạng ban ñầu. * Nhược ñiểm: Giá thành ñắt, thiết bị phúc tạp, vốn ñầu tư lớn. ðiện năng tiêu thụ cho phương pháp này lớn, năng suất nhỏ Các thiết bị cho buồng chân không cũng cần ñược kín. Dầu bôi trơn cho các máy móc hoạt ñộng cũng là loại ñặc biệt, ñắt tiền và khó kiếm ñể thay thế, bổ sung. 1.2.2.4 Phương pháp sấy chân không Vật sấy ñược cho vào buồng kín. Sau ñó hút chân không, ñể tạo ñộ chân không. Nhiệt cấp cho vật liệu sấy theo phương pháp tiếp xúc hay bức xạ. Ẩm trong vật ñược tách ra khỏi vật và hút thải vào môi trường.. Nhiệt ñộ sấy theo phương pháp này thấp. Phương pháp này bị giới hạn về năng suất do thể tích thiết bị giới hạn do phải giữ ñộ chân không. Chính vì vậy phuơng pháp này không ñược sử dụng phổ biến như các phương pháp sấy khác. Thường ñược ứng dụng ñể sấy các vật liệu, dược liệu quý hiếm với số lượng nhỏ.[1] 1.2.2.5 So sánh phương pháp sấy bơm nhiệt nén hơi với các phương pháp sấy khác a) So sánh với phương pháp sấy nóng Xét về năng suất sấy, phương pháp sấy bằng bơm nhiệt nén hơi thấp hơn phương pháp sấy nóng bởi ñộ chênh phân áp (Pab-Pam) của phương pháp sấy nóng lớn hơn. Về mặt năng lượng, phương pháp sấy nóng có thể tận dụng các nguồn nhiệt khác nhau. Trong khi ñó, phương pháp sấy bơm nhiệt nén hơi chỉ dùng mỗi một loại năng lượng ñó là ñiện năng trong quá trình sấy. Chính vì thế giá thành năng lượng của phương pháp sấy bơm nhiệt có thể cao hơn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 9 Thiết bị cho phương pháp sấy nóng có thể ñược gia công hay chế tạo trong nước, trong khi ñó thiết bị chính cúa bơm nhiệt là máy nén phải nhập ở nước ngoài nên giá thành chi phí ban ñầu cũng cao hơn. Về mặt chất lượng sấy, phương pháp sấy nóng làm giảm hàm lượng vitamin, biến ñổi màu sắc cũng như chất lượng sản phẩm. ðặc biệt ñối với một số loại sản phẩm ñòi hỏi nhiệt ñộ sấy thấp thì phương pháp sấy nóng không ñáp ứng ñược. Ngược lại, phương pháp sấy bằng bơm nhiệt nén hơi ñã giải quyết ñược vấn ñề này. Chính vì vậy, tùy thuộc vào từng sản phẩm cụ thể chúng ta lựa chọn một phương pháp sấy cụ thể cho phù hợp. Ngoài vấn ñề tài chính thì chất lượng sản phẩm cũng là một nhân tố quan trọng ñể chọn lựa. b) So sánh với phương pháp sấy lạnh khác * So với sấy thăng hoa và sấy chân không Về mặt chất lượng sấy, phương pháp sấy thăng hoa và sấy chân không tốt hơn và ñảm bảo tốt hơn các yêu cầu ñối với sản phẩm sấy vì nhiệt ñộ sấy của cả hai phương pháp này ñều thấp hơn nhiệt ñộ môi trường và quá trình sấy giữ trong ñiều kiện chân không nên không chịu ảnh hưởng của bên ngoài. Không những vậy tốc ñộ sấy của cả hai phương pháp này cũng nhanh hơn do ñộ chênh áp (Pab-Pam) lớn hơn. Nhưng năng suất sấy của phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt nén hơi lớn hơn hẳn vì thể tích buồng sấy của nó lớn hơn nhiều so với hai phương pháp kia, thể tích của buồng sấy thăng hoa và và chân không luôn bị hạn chế,vì ñể giữ ñộ chân không với buồng có thể tích lớn gặp rất nhiều khó khăn. Còn bơm nhiệt có thể tiến hành trong buồng có thể tích lớn. Diện tích buồng sấy có thể tới 300 ÷ 400 m 2 , nên có thể tăng năng suất dễ dàng theo yêu cầu sử dụng. Bên cạnh ñó, các phụ kiện cũng như dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị sấy thăng hoa cũng ñòi hỏi rất khắt khe ñể ñảm bảo trong môi trường chân không nên giá thành cho việc bảo dưỡng rất cao. ðối với bơm nhiệt, trên thị trường Việt Nam luôn có sẵn các phụ kiện cũng như dầu bôi trơn môi chất…cho nên chi phí bảo dưỡng thấp hơn. ðiện năng tiêu thụ ñối với phương pháp sấy thăng hoa cũng cao hơn so với ñiện năng của phương pháp sấy bơm nhiệt. Nên việc sử dụng phương pháp sấy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật …………… 10