Tài liệu Nghiên cứu, phân tích hiệu quả làm việc của hệ thống sấy lạnh

  • Số trang: 143 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 20 |
  • Lượt tải: 0
quocphongnguyen

Tham gia: 21/04/2015

Mô tả:

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MỤC LỤC Lời cảm ơn .................................................................................................. - 6 Lời cam đoan ............................................................................................... - 6 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .........................................................- 6 Danh mục các bảng...................................................................................... - 6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị ....................................................................... - 6 MỞ ĐẦU ..................................................................................................... - 6 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI .........- 6 1.1 Tình hình nghiên cứu về bơm nhiệt sấy lạnh của các tác giả nước ngoài ........ 6 - 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến lĩnh vực của luận văn ........ - 15 1.3 Kết luận chương 1 ............................................................................................ - 15 1.4 Xác định đề tài ................................................................................................. - 15 - 1.4.1 Đề tài nghiên cứu ......................................................................................... - 23 1.4.2 Mục đích nghiên cứu của luận văn ............................................................. - 24 1.4.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................... - 30 1.4.4 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. - 30 1.4.5 Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... - 30 1.4.6 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. - 30 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY LẠNH ...........................- 6 2.1 Quá trình sấy và phân loại các phương pháp sấy ........................................... - 23 - 2.1.1 Quá trình sấy ................................................................................................ - 23 2.1.2 Đặc tính quá trình sấy lạnh ......................................................................... - 23 2.1.3 Phân loại các phương pháp sấy ................................................................... - 24 2.1.4 Các kết cấu cơ bản của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt ............................... - 30 2.2 So sánh phương pháp sấy lạnh dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp với các phương pháp sấy khác ........................................................................................................ - 33 2.3 Kết luận chương 2 ............................................................................................ - 23 - Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -1- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHƯƠNG 3: BƠM NHIỆT VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY BƠM NHIỆT ...... - 36 3.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt ......................................... - 36 - 3.1.1 Khái niệm bơm nhiệt ................................................................................... - 36 3.1.2 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt ............................................................. - 37 3.2 Bơm nhiệt sấy và hút ẩm ................................................................................. - 38 - 3.2.1 Ứng dụng của bơm nhiệt để hút ẩm ........................................................... - 40 3.2.2 Ứng dụng của bơm nhiệt để sấy ................................................................ - 42 3.2.3 Ứng dụng sấy gỗ .......................................................................................... - 43 3.2.4 Bơm nhiệt chu trình hở sử dụng trong công nghiệp sấy ........................... - 46 3.3 Kết luận chương 3 ............................................................................................ - 38 - CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BƠM NHIỆT SẤY LẠNH ............................................................................................... - 49 4.1 Phương pháp năng lượng nghiên cứu các quá trình nhiệt - lạnh .................. - 50 - 4.1.1 Đại cương về năng lượng ............................................................................ - 50 4.1.2 Phương pháp năng lượng ............................................................................ - 54 4.2 Phương pháp entropy ...................................................................................... - 55 - 4.2.1 Khái niệm về entropy .................................................................................. - 55 4.2.2 Định luật nhiệt động thứ hai ....................................................................... - 56 4.2.3 Phương pháp entropy................................................................................... - 58 4.3 Phương pháp exergy ........................................................................................ - 58 - 4.3.1 Khái niệm về exergy .................................................................................... - 58 4.3.2 Phương pháp exergy .................................................................................... - 59 4.4 Công thức tính toán và phương trình cân bằng exergy.................................. - 60 - 4.4.1 Công thức tính toán Exergy ........................................................................ - 60 - 4.4.2 Phương trình cân bằng Exergy.................................................................... - 63 - Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -2- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 4.5 Thiết lập các phương trình cân bằng năng lượng - exergy trong hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh............................................................................................................. 60 4.6 Xây dựng chương trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh............................................................................................................................. - 60 - 4.6.1 Giới thiệu về phần mềm EES ...................................................................... - 70 4.6.2 Chương trình tính toán hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh.. - 73 4.7 Kết luận chương 4 ............................................................................................ - 58 - CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG SẤY LẠNH BƠM NHIỆT ............................................... - 75 5.1 Thiết bị bơm nhiệt sấy lạnh BK-BSH 1.4 ........................................................ - 75 - 5.1.1 Một số thông số của thiết bị. ....................................................................... - 76 5.1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện. .................................................................. - 77 5.1.3 Các chức năng của BK-BSH 1.4 ..................................................................... - 80 5.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm ................................................................. - 80 - 5.2.1 Công tác chuẩn bị. ....................................................................................... - 80 5.2.2 Phương pháp đo đạc và tiến hành thí nghiệm. ........................................... - 80 5.3 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số quá trình đến khả năng tách ẩm của dàn lạnh và hiệu quả sấy khô của máy sấy lạnh bơm nhiệt ........................................ - 80 - 5.3.1 Xử lý kết quả thí nghiệm. ............................................................................ - 80 5.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số quá trình đến hiệu quả làm việc của máy bơm nhiệt sấy lạnh. ....................................................................................... - 80 5.4 Kết luận chương 5 ............................................................................................ - 80 - CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY CHẾ ĐỘ SẤY BẮP CẢI ............................................................................................................... - 75 6.1 Phân tích lựa chọn các thông số chế độ sấy .................................................... - 75 - Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -3- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 6.1.1 Nhiệt độ TNS. .............................................................................................. - 76 6.1.2 Nhiệt độ bay hơi của dàn lạnh. ................................................................... - 77 6.1.3 Chế độ quạt khi xả băng bám trên dàn lạnh. .............................................. - 76 6.1.4 Thời gian máy nghỉ xả băng........................................................................ - 77 6.1.5 Tỷ lệ Bypass qua dàn lạnh. ......................................................................... - 76 6.1.6 Tốc độ TNS. ................................................................................................. - 77 6.1.7 Khối lượng vật liệu sấy một mẻ. ................................................................. - 76 6.1.8 Thời gian máy làm việc trong một chu kỳ. ................................................ - 77 6.2 Hàm mục tiêu và xác định miền khảo sát của các thông số .......................... .- 75 - 6.2.1 Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu. .................................................. - 76 6.2.2 Xác định miền khảo sát của các thông số. ................................................. - 77 6.3 Xây dựng mô hình giải tích cho đối tượng nghiên cứu..................................- 75 - 6.3.1 Đặt bài toán. ................................................................................................. - 76 6.3.2 Phương pháp quy hoạch trực giao. ............................................................. - 76 6.4 Xây dựng phương trình hồi quy.......................................................................- 75 6.5 Kết luận chương 6..............................................................................................- 75 - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... - 80 PHỤ LỤC ............................................................................................................... - 80 - MỞ ĐẦU Vấn đề tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng chế biến sau thu hoạch các sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản đã và đang đặt ra như một thách thức có tính chất toàn cầu vì đây là chìa khóa để giải quyết vấn đề an ninh lương thực, đồng thời góp phần giảm ô nhiễm và hủy hoại môi trường thiên nhiên, đảm bảo sự phát triển bền vững của loài người. Do đó có thể nói hiện nay vấn đề tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và giảm tổn thất chế biến, bảo quản sau thu hoạch các sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -4- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC có sự liên quan chặt chẽ, biện chứng với nhau bởi vì nâng cao chất lượng chế biến sau thu hoạch của các loại nông sản, thực phẩm, dược liệu kết hợp với sử dụng công nghệ sẽ trực tiếp và gián tiếp đóng góp cho việc sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và bảo vệ môi trường. Ngược lại, ứng dụng những công nghệ tiên tiến có hiệu quả năng lượng sẽ góp phần giảm tổn thất sau thu hoạch lại góp phần đảm bảo an ninh lương thực trên thế giới. Trong các quá trình chế biến, bảo quản sau thu hoạch, ứng dụng các công nghệ sấy nông sản nhằm kéo dài thời gian bảo quản quản và giữ được phần nào chất lượng ban đầu của sản phẩm rất phổ biến với ưu điểm chính là có chi phí thấp và ít tiêu hao năng lượng trong khâu bảo quản so với bảo quản lạnh. Sấy rau quả vừa để tạo ra sản phẩm mới, vừa là phương pháp bảo quản hữu hiệu. Phát triển sản phẩm sấy khô góp phần giải quyết vấn đề thời vụ của nguyên liệu rau quả, tránh dẫn tới mất mát sau thu hoạch, nhờ đó mà đem lại hiệu quả kinh tế cho người trồng trọt. Đặc biệt, công nghệ sấy nông sản ở nhiệt độ thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ môi trường hay còn gọi là sấy lạnh trong thời gian gần đây rất được ưa chuộng vì nó có ưu điểm bảo tồn được các vitamin và các hợp chất hữu cơ có ích của sản phẩm tươi cũng như các hình thức về mặt thương phẩm như màu sắc, hình thức tốt hơn các phương pháp sấy nóng và sấy bằng hồng ngoại, dòng điện cao tần. Sấy lạnh được ứng dụng khá nhiều trong thực tế như: sản xuất chế biến các sản phẩm nhạy cảm với môi trường ẩm ướt và sấy các sản phẩm không thể chịu được nhiệt độ cao. Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt lạnh tiết kiệm năng lượng nhất. Công nghệ sấy lạnh kết hợp bơm nhiệt (sấy lạnh bằng bơm nhiệt) là một trong những công nghệ sấy đang được nhiều nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu, phát triển. Sấy lạnh bằng bơm nhiệt có nhiều ưu điểm như: quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, hiệu quả sử dụng năng lượng cao do sử dụng cả lượng nhiệt ở nguồn nóng và nguồn lạnh, quá trình sấy hoàn toàn độc lập với điều kiện bên ngoài... nên sản phẩm sấy thu được có chất lượng cao với giá thành vừa phải. Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -5- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Để quá trình sấy lạnh bằng bơm nhiệt đạt hiệu quả cao cần tìm được mối quan hệ hợp lý để tăng cường độ sấy (thông qua tốc độ gió trong buồng sấy) và hiệu quả sấy nhờ giảm d, φ của dàn lạnh và dàn nóng trong bơm nhiệt. Vì những lẽ đó, luận văn đi sâu nghiên cứu, phân tích hiệu quả làm việc của hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh để tăng khả năng tách ẩm của dàn lạnh và hiệu quả sấy khô của máy sấy lạnh bơm nhiệt. Việc xác định hiệu quả làm việc của một hệ thống nhiệt - lạnh là một vấn đề phức tạp vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Vì vậy, những kết quả đạt được của luận văn này chỉ là những kết quả bước đầu và cần được tiếp tục nghiên cứu mở rộng. Do bản thân còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức cũng như thời gian hoàn thành, vì thế luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự giúp đỡ và góp ý của các Thầy, Cô và các bạn học viên để nội dung của bản luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.! CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BƠM NHIỆT SẤY LẠNH CỦA CÁC TÁC GIẢ NƯỚC NGOÀI 1.1.1 Dùng bơm nhiệt độ thấp để sấy ngũ cốc sau thu hoạch Nghiên cứu của trường đại học IOWA về sử dụng bơm nhiệt độ thấp để sấy khô nông sản sau thu hoạch đã cho kết quả rất tốt [21]. Hàm lượng ẩm của sản phẩm sau sấy đạt từ 10%  20% tuỳ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí đưa vào sấy. Hàm lượng ẩm cân bằng của ngũ cốc được thể hiện trong bảng 1.1. Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -6- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Bảng 1.1: Kết quả nghiên cứu của trường đại học IOWA Nhiệt độ Độ ẩm tương đối [%] [oC] 40 50 60 70 80 90 40 11,9 13,1 14,5 16,0 17,9 20,5 50 11,2 12,5 13,8 15,4 17,3 20,2 60 10,6 11,9 13,3 14,8 16,8 19,7 70 10,0 11,4 12,7 14,3 16,3 19,3 Nghiên cứu còn cho ta một số thông số về thiết bị để lắp đặt một hệ thống sấy, về kết cấu của buồng sấy, lưu lượng gió và một số vấn đề khác để có thể vận hành, quản lý an toàn một hệ thống sấy ngũ cốc. Hình ảnh về một buồng sấy được thể hiện ở hình 1.1 Hình 1.1: Hình ảnh buồng sấy ngũ cốc Ngày nay ở các nước tiến tiến đã sử dụng bơm nhiệt độ thấp để sấy các sản phẩm ngũ cốc sau thu hoạch. 1.1.2 Nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt trong sấy xoài Việc sấy nông sản gặp phải một số vấn đề đó là các chất dinh dưỡng, các chất tạo màu, mùi vị, các loại Vitamin nhạy cảm với nhiệt độ nên trong quá Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -7- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC trình sấy thường bị giảm hoặc biến đổi. Với ưu điểm lượng tiêu hao năng lượng bé, độ ẩm tương đối và nhiệt độ TNS thấp đồng thời các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chất lượng màu sắc và mùi vị của nông sản sấy bằng bơm nhiệt tốt hơn nhiều so với sấy nóng. Xoài là một sản phẩm khá nhạy cảm với nhiệt độ, có nhiều chất dinh dưỡng như là Vitamin A và C, mùi vị xoài cũng rất đặc biệt. Trong [26] tác giả Macio N. Kohayakawa và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm sấy xoài ở nhiệt độ 30oC để có thể giữ màu sắc và mùi vị cho xoài. Quá trình thí nghiệm nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của tốc độ không khí và chiều dày lát tới hệ số khuyếch tán ẩm DL bằng cách xây dựng hàm hồi quy biểu diển mối quan hệ của D L với chiều dày lát cắt và tốc độ gió TNS. Khoảng thông số thí nghiệm: chiều dày lát 2b = 5,8  14,2 mm, vận tốc gió buồng sấy TNS = 0,3  1,0 m/s. Tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch trực giao với 10 chế độ thí nghiệm. Tác giả đã xây dựng phương trình hồi quy như sau: DL = 4,2625 - 0,61922.TNS+ 0,380538.2TNS +1,012517.(2b) - 0,90343. TNS.(2b) (1.1) Phương trình (1.1) cho thấy ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng như mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuyếch tán D L. Ở đây, ảnh hưởng của tốc độ gió TNS là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của VLS. Tuy nhiên, trong phương trình (1.1) không thấy đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặc dù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuyếch tán. Điều này cũng được chính các tác giả khẳng định trong nghiên cứu của mình. Do vậy, cần có thêm những nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này. 1.1.3 Nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt sấy lá cây linh lăng Các tác giả cũng đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy lá cây linh lăng [6]. Hệ thống bơm nhiệt có công suất điện máy nén là 0,424 kW, môi chất lạnh sử dụng là R134a. Nhiệt độ sấy t = 30  45 0C, tốc độ gió trong buồng sấy là 0,36 m/s, độ ẩm không khí RH = 15  30 %. Độ ẩm ban đầu của Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -8- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC lá cây linh lăng là 70%, độ ẩm sau khi sấy là 10%. Khối lượng VLS là 0,4 kg. Quá trình sấy được tiến hành theo 2 phương thức: sấy theo mẻ và sấy liên tục kiểu băng chuyền. Thời gian sấy tương ứng ở mỗi phương thức theo mẻ và liên tục là 4,5 h và 4 h. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng bơm nhiệt được thể hiện trên hình 1.2 I - Dàn bay hơi II - Máy nén V - Mắt ga A - Quạt ly tâm III - Dàn ngưng IV - Bình chứa cao áp VI - Phin sấy lọc B - Buồng sấy Đường áp suất cao VII - Van tiết lưu nhiệt C - Điều chỉnh hướng gió D - Điện trở Đường áp suất thấp , Nhiệt độ bầu ướt, khô Van gió Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B -9- Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt Thiết bị đo vận tốc gió + Đầu đo nhiệt độ nhiệt kế ướt x Đầu đo nhiệt độ nhiệt kế khô ● Thiết bị đo độ ẩm Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống sấy bằng bơm nhiệt Học viên: Đỗ Xuân Hưng 2012B - 10 - Lớp Cao học: LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 1.1.4 Ứng dụng bơm nhiệt để sấy rau quả U.Teeboonma, J.Tiansuwan và S.Soponronnarit đã nghiên cứu nhằm tối ưu hoá quá trình sấy các loại rau quả bằng bơm nhiệt tại Thái Lan. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt được biểu diễn trên hình 1.4 [6]. CV - Điều chỉnh lưu lượng gió BP - Bypass không khí qua dàn lạnh Ti, ωi - Nhiệt độ, độ chứa hơi của không khí RC - Tỷ số không khí tuần hoàn Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt sấy rau quả Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu ở đây là tổng chi phí của bơm nhiệt. Tổng chi phí này bao gồm: chi phí của buồng sấy, máy nén, dàn bay hơi, quạt, bảo dưỡng và chi phí năng lượng. Một số giả thiết được các tác giả đặt ra cho quá trình nghiên cứu: - Năng suất mỗi mẻ sấy là 100 kg VLS tươi. VLS được sử dụng ở đây là đu đủ và xoài, đều được thái lát. Độ ẩm đầu của đu đủ là 40%, của xoài là 60% ; độ ẩm cuối của hai loại là 18%. - Sự thay đổi độ ẩm cuối của sản phẩm sấy giữa khay đầu và khay cuối nhỏ hơn 3%. Sở dĩ có giả thiết này là do phân bố nhiệt độ, độ ẩm của không khí Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 11 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC trong buồng sấy không thể đồng đều tuyệt đối được. ở các khay đầu, độ ẩm của sản phẩm thường nhỏ hơn ở các khay cuối. - Tổng thời gian vận hành của hệ thống không lớn hơn 41h (trong đó, 6h chuẩn bị vật liệu, 35h sấy). Nếu lớn hơn khoảng thời gian này, sản phẩm sẽ có nguy cơ bị mục rữa bởi sự tác động của vi khuẩn. Nói khác đi, nếu thời gian càng ngắn, qui mô mở rộng của hệ thống bơm nhiệt càng cao. - Kích thước của dàn nóng ngoài bằng 60% so với dàn nóng trong. - Tuổi thọ của hệ thống là 5 năm, chi phí phòng cháy chữa cháy chiếm 10% tổng chi phí, tỷ lệ chiết khấu là 8%, chi phí bảo dưỡng chiếm 5% chi phí tổng và giá bán điện là 3 Baht/kWh (những giá trị trên đây là những giá trị trung bình do chịu sự biến động của nền kinh tế). Từ những giả thiết như trên, hàm mục tiêu Y phụ thuộc vào 4 thông số là: nhiệt độ không khí vào buồng sấy Tdi, tỷ lệ bypass không khí qua dàn lạnh BP, tỷ lệ tuần hoàn không khí RC, lưu lượng không khí khô tuần hoàn trong hệ thống ma, tức là: Y = f(Tdi, BP, RC, ma) (1.2) Các thông số nói trên thay đổi trong khoảng sau: 45 0C ≤ Tdi ≤ 55 0C 0 ≤ BP ≤ 100 % 0 ≤ RC ≤ 100% 40 kg/h ≤ ma ≤ 2000 kg/h Dựa vào các quan hệ tính toán lý thuyết về sấy, chu trình bơm nhiệt, kinh tế năng lượng và các số liệu thực nghiệm, các tác giả xác định được các thông số tối ưu khi sấy xoài và sấy đu đủ, cụ thể: - Thông số tối ưu khi sấy đu đủ: T di = 55 0C, BP = 69%, RC = 100%, m a = 20,72 kg/h.kg sản phẩm khô. Tổng chi phí tối ưu hằng năm là 17,25 Baht/kg, trong đó: chi phí thiết bị: 4,31 Baht/kg, chi phí bảo dưỡng: 0,92 Baht/kg, chi Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 12 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC phí năng lượng 12,02 Baht/kg. Công suất điện của máy nén là 1,59 kW, công suất lạnh Weva = 5,08 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng trong W cond1 = 6,67 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng ngoài Wcon2 = 4,00 kW. Môi chất lạnh sử dụng là R22. - Thông số tối ưu khi sấy xoài: T di = 55 0C, BP = 71%, RC = 100%, m a = 30,88 kg/h.kg sản phẩm khô. Tổng chi phí tối ưu hằng năm là 12,72 Baht/kg, trong đó: chi phí thiết bị: 2,99 Baht/kg, chi phí bảo dưỡng: 0,64 Baht/kg, chi phí năng lượng 9,09 Baht/kg. Công suất điện của máy nén W comp = 1,64 kW, công suất lạnh Weva = 5,92 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng trong W cond1 = 7,56 kW ; nhiệt toả ra ở dàn nóng ngoài W cond2 = 4,54 kW. Môi chất lạnh sử dụng là R22. Trên cơ sở tối ưu hoá các thông số kỹ thuật - kinh tế đối với đu đủ và xoài, nghiên cứu đã kiến nghị nên chọn các thông số kỹ thuật khi thiết kế một hệ thống sấy bằng bơm nhiệt như sau: ma = 1400  1950 kg/h; BP = 59  70%; Tdi = 55 0C; RC = 100% ; Wcomp = 1,61  1,74 kW; Weva = 5,00  7,12 kW; Wcond1 = 6,62  8,87 kW Như vậy, có thể thấy đây là một nghiên cứu khá đầy đủ, cụ thể về quá trình sấy rau quả sử dụng bơm nhiệt ở Thái Lan, cũng là một nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm rất giống với nước ta. Điều này một lần nữa chứng tỏ những ưu việt của bơm nhiệt trong việc sấy các nông sản thực phẩm ở các nước nhiệt đới. 1.1.5 Ứng dụng bơm nhiệt trong sấy các loại cây thảo mộc Các loại cây thảo mộc có thể được sử dụng để làm rau, làm vị thuốc hay dùng để chế biến các loại chất dùng để sản xuất mỹ phẩm… Fatouh, Helali, Phani [27] đã tiến hành sấy mùi tây,bạc hà… ở nhiệt độ thấp 30 - 35 oC để thu được sản phẩm có chất lượng cao. Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu chế độ sấy với 3 yếu tố là: khối lượng vật liệu sấy trên một đơn vị diện tích bề mặt, nhiệt độ, lưu lượng không khí để xác định chế độ sấy tốt nhất. Các tác giả cũng đã tiến hành nghiên cứu sấy các loại cỏ linh lăng, bạc hà, ngải cứu, bồ công anh, cà rốt và cả sâm… Với các thông số ban đầu về vật liệu, chế độ sấy Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 13 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC được trình bày trong bảng 1.2. Dễ thấy rằng đây là các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ. Các nghiên cứu tập trung xem xét giá trị SMER và mức độ tiêu hao năng lượng, kết quả được trình bày trong bảng 1.3. Giá trị SMER nằm trong khoảng 0,06  0,61, sâm có giá trị SMER nhỏ nhất (0,06) và cà rốt có giá trị lớn nhất (0,6). Dựa vào tiêu hao năng lượng các tác giả cũng đã kết luận viêc sấy bằng bơm nhiệt đã tiết kiệm 22% năng lượng và 65% thời gian so với việc sấy bằng điện trở ở cùng nhiệt độ. Tuy nhiên các tác giả mới chỉ dừng lại ở mức độ khảo sát khẳ năng sấy của vật liệu nhất là các loại thảo mộc khi dùng bơm nhiệt mà chưa đi sâu vào được bản chất vấn đề tiết kiệm năng lượng đó là xác định chế độ sấy tối ưu. Bảng 1.2: Các thông số ban đầu của vật liệu sấy và chế độ sấy TTNS vào TT Vật liệu [oC] Hàm lượng ẩm ban đầu [%] Hàm lượng Vận tốc TNS [m/s] ẩm sau sấy [%] 1 Cỏ linh lăng 30 67,0 10,4 2,1 2 Bạc hà 30 69,9 5,1 2,0 3 Ngải cứu 30 62,7 8,9 2,2 4 Cỏ ba lá 30 64,6 9,3 2,0 5 Portulaca 35 89,6 10,8 1,7 6 Cà rốt 30 87,5 6,7 2,1 7 Bồ công anh 35 68,9 7,4 1,9 8 Sâm 35 68,2 6,8 1,9 Nhận xét chung: - Qua các nghiên cứu của các tác giả trên thế giới ta thấy rằng: Mặc dù mức độ chuyên sâu và hoàn thiện khác nhau nhưng các nghiên cứu đều khẳng định viêc áp dụng bơm nhiệt vào hệ thống sấy là hiệu quả về chất lượng sản phẩm và sử dụng năng lượng. Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 14 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC - Các sản phẩm được sấy bằng bơm nhiệt đều là các sản phẩm có tính nhạy cảm với nhiệt độ cao. - Chế độ sấy tối ưu là tổ hợp của rất nhiều yếu tố: thiết bị sấy, vật liệu sấy, điều kiện môi trường, tác nhân sấy, cách bố trí vật liệu sấy… Vì vậy rất khó có thể dùng kết quả nghiên cứu lý thuyết để áp dụng cho một hệ thống sấy cụ thể. Nên khi muốn xác định chế độ sấy tối ưu một sản phẩm bằng bơm nhiệt phải tiến hành thiết kế hệ thống sấy sau đó xác định chế độ sấy tối ưu bằng các phương pháp: dùng phương pháp mô phỏng hoặc dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Bảng 1.3: Tiêu hao năng lượng và SMER của một số VLS TT Vật liệu TTNS vào TTNS ra [oC] [oC] TNS vào [oC] TNS ra [oC] Thời E gian [kW] [h] SME R [kg/k Wh] 1 Cỏ linh lăng 30 28,1 17,8 25,0 3,3 10,9 0,55 2 Bạc hà 30 28,0 17,6 24,5 3,3 11,4 0,57 3 Ngải cứu 30 28,2 16,5 19,9 3,3 10,4 0,54 4 Cỏ ba lá 30 28,1 16,2 20,1 3,3 10,9 0,54 5 Portulaca 35 33,8 15,1 17,0 9,6 21,3 0,55 6 Cà rốt 30 28,5 20,0 24,4 6,1 16,4 0,61 7 Bồ công anh 35 34,0 13,8 15,0 53,0 101,5 0,18 8 Sâm 35 34,1 10,0 11,3 120 235,4 0,6 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN LĨNH VỰC CỦA LUẬN VĂN Việt Nam là một nước đang phát triển nên ứng dụng của bơm nhiệt trong công nghiệp và trong dân dụng vẫn còn hạn chế. Trong những năm gần đây thì Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 15 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC bơm nhiệt cũng đã được sử dụng trong các lĩnh vực như điều hoà không khí và sấy. Trong lĩnh vực sấy thì đã có những ứng dụng bước đầu trong sản xuất kẹo, nông sản. Từ những năm 1990 ở thế kỷ trước đã có các tác giả như Lê Chí Hiệp, Phạm Văn Tùy, Trần Đại Tiến, Trần Văn Vang nghiên cứu bơm nhiệt và các ứng dụng dùng để sấy và hút ẩm. Trong đó lĩnh vực sử dụng bơm nhiệt để sấy ở nhiệt độ thấp nông, lâm thủy sản được nhiều các tác giả quan tâm nghiên cứu như Trần Đại Tiến (1996), Phạm Văn Tùy (1997), Lê Minh Nhật, Phạm Ngọc Đồng (2009), Nguyễn Minh Hệ (2009)… Ngoài ra trong đề tài KC.0507/06 của TS Đặng Xuân Hảo (2006-2008) cũng đã ứng dụng thành công bơm nhiệt trong việc chiết suất các tinh dầu gia vị. Tuy nhiên nhìn chung các kết quả nghiên cứu còn rất nhỏ lẻ, tầm ứng dụng rất hạn hẹp, đa phần chỉ dừng ở các mô hình dùng nghiên cứu, thí nghiệm. Ngoài ra trong khá nhiều đề tài nghiên cứu đã được triển khai thành công trong lĩnh vực công nghệ sau thu hoạch, bơm nhiệt chỉ được xem như là công cụ để thực hiện một quy trình công nghệ, chứ không phải là đối tượng cần nghiên cứu hoàn thiện về mặt thiết bị cũng như mặt tiêu hao năng lượng và tối ưu được động học quá trình sấy. Bên cạnh đó, nhiều chuyên gia cho rằng bơm nhiệt dùng để sấy là một công nghệ đơn giản đã được nghiên cứu lâu rồi không có gì để phát triển. Do đó hiện nay nhìn chung các ứng dụng của bơm nhiệt trong lĩnh vực sấy nông sản ở nhiệt độ thấp ở nước ta còn khá hạn chế, do giá thành chi phí cho một đơn vị sản phẩm sấy còn cao so với các phương pháp sấy nóng truyền thống và thực sự công nghệ phát triển bơm nhiệt cũng chưa được chú trọng và đầu tư thích đáng và chẳng có đột phá gì về phát triển ứng dụng công nghệ. Thành công nhất trong việc nghiên cứu triển khai ứng dụng bơm nhiệt dùng để sấy là các công trình nghiên cứu, chuyển giao của các tác giả Phạm Văn Tùy và Nguyễn Nguyên An (20072011). Các tác giả đã đưa ra được quy trình thiết kế, lắp ráp, chế tạo các hệ thống bơm nhiệt công nghiệp có năng suất Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 16 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC nhiệt từ 1060 kW, và bước đầu thương mại hóa được các sản phẩm dạng này dùng để sấy kẹo Jely, sấy rau thơm, hành, tảo xoắn..., tuy thị trường và ứng dụng vẫn còn hẹp. Đồng thời về mặt cấu trúc bơm nhiệt chỉ có một nhiệt độ sôi do đó chưa giảm được tiêu hao năng lượng, hệ thống điều khiển khá đơn giản khống chế giám sát chế độ sấy không thật tốt… Một hệ thống sấy theo nguyên lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày. Thông số không khí trong buồng sấy 22  27oC, độ ẩm 35  45%. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được biểu diễn trên hình 1.5 NT2 MN - Máy nén NT1 - Dàn ngưng ngoài BH - Dàn bốc hơi NT2 - Dàn ngưng trong TL - Tiết lưu Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kiểu môđun Hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly thứ 2 năng suất 1400 kg/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 hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 16.000 Btu/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 Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 17 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 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 phải thực hiện trong không gian eo hẹp, khó thao tác. Để khắc phục những nhược điểm này, nhóm tác giả đã tiếp tục nghiên cứu và đã thiết kế chế tạo, thử nghiệm máy hút ẩm và sấy lạnh đa năng BK- BSH 1.4. Đây là hệ thống bơm nhiệt nguyên khối, có thể di chuyển được, phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ (như các hộ kinh doanh cá thể), hoặc sấy thử nghiệm ở các cơ sở nghiên cứu, giảng dạy, với chế độ sấy nhiệt độ 25  40oC, độ ẩm 15%  40%. Máy có dung tích buồng sấy 1m 3, có thể sấy 15  20 kg nguyên liệu một mẻ sấy và được điều khiển tự động hoàn toàn, công suất điện tiêu thụ 1,4 kW. Đây cũng là thiết bị nghiên cứu thực nghiệm của đồ án này. Rút kinh nghiệm từ mẫu máy nguyên khối BK- BSH 1.4, để đáp ứng yêu cầu của sản xuất, nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo máy sấy lạnh và hút ẩm đa năng cùng nguyên lý nhưng năng suất lớn hơn, là loại tổ hợp gọn mang thương hiệu của trường Đại học Bách khoa Hà Nội, BK- BSH 18A để trang bị cho buồng sấy lạnh kẹo Jelly thứ 3 năng suất 800 kg/ngày. Máy có dàn lạnh công suất lạnh 40 kW, năng suất tách ẩm 23 kg/h khi không khí vào máy có nhiệt độ, độ ẩm tương ứng là 27oC/40%, công suất điện tiêu thụ 18 kW, điều khiển và bảo vệ tự động hoàn toàn. Đây là loại máy sử dụng bơm nhiệt kiểu tổ hợp gọn, lần đầu tiên được thiết kế, chế tạo và lắp đặt trong nước để thay thế công nghệ cũ, có khả năng thích ứng được với nhiều vật liệu sấy khác nhau. So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu môđun thì BK- BSH 18A có thiết bị xử lý không khí được chế tạo ở dạng tổ hợp gọn có thể được đặt ngoài nhà, trong nhà hay trong buồng sấy và có tốc độ không khí có thể thay đổi được để phù hợp với yêu cầu sấy các vật liệu cụ thể. Sau 1 năm hoạt động, BK-BSH 18A đã thể hiện rõ các tính ưu việt của nó, được cơ sở sử dụng đánh giá rất tốt. Tuy nhiên, nhằm làm cho hệ thống có thể được điều khiển nhanh nhạy, chính Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 18 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC xác, tiét kiệm năng lượng và gọn nhẹ hơn, các tác giả đã tiếp tục nghiên cứu cải tiến BK- BSH 18A để thiết kế chế tạo BK- BSH 18B. Thiết bị được thiết kế kiểu đứng cũng gọn hơn. Bộ xử lý không khí cũng có thể đặt sát tường ngoài hoặc bên trong phòng sấy để tiết kiệm vật tư, cách nhiệt,... Hình ảnh của BKBSH 18A và BK- BSH 18B được thể hiện trong hình 1.6 và hình 1.7. Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh tỏ ra 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 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. Hình 1.6: Máy sấy lạnh và hút ẩm kiểu tổ hợp gọn BK- BSH 18A Học viên: Đỗ Xuân Hưng - 19 - Lớp Cao học: 2012B LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hình 1.7: Máy sấy lạnh và hút ẩm kiểu tổ hợp gọn BK- BSH 18B Dưới đây là bảng tổng hợp về các công trình đã triển khai thành công có liên quan tới thiết kế chế tạo, phát triển ứng dụng bơm nhiệt trong lĩnh vực sấy lạnh, bơm nhiệt trong thời gian qua có các công trình của GS Phạm Văn Tùy, TS. Nguyễn Nguyên An, TS Nguyễn Minh Hệ, ThS Vũ Huy Khuê… Tiêu biểu là các công trình sau: TT 1 TT Tên công trình Tác giả Thời gian (bắt đầu - kết thúc) Thiết kế trang bị hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh kẹo Jelly 1100 GS Phạm Văn 12/1997 – 01/1998 Tùy 01/1999 – 02/1999 Tên công trình Tác giả Thời gian (bắt đầu - kết thúc) Thiết kế trang bị hệ thống bơm nhiệt hút ẩm 100.000 BTU/h xưởng kẹo caramen và xưởng kẹo cứng GS Phạm Văn 11/1998 – 12/1998 Tùy 02/2002 – 05/2002 Thiết kế trang bị tổ hợp gọn bơm GS Phạm Văn kg/ngày và 1400 kg/ngày 2 3 nhiệt sấy lạnh kẹo Jelly số 3 năng suất 800 kg/ngày Học viên: Đỗ Xuân Hưng Tùy, TS Nguyễn 4/2005 – 7/2005 Nguyên An - 20 - Lớp Cao học: 2012B
- Xem thêm -