Say mít bằng bơm nhiệt

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

398
lượt xem 150
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là những vật có khả năng chứa nước trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như các loại nông sản( lúa, ngô, đậu...), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại. các vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng đáng kể...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Say mít bằng bơm nhiệt

Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………. ..4 PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................5 CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY ...............................................7 1.1. Vật liệu ẩm ......................................................................................................7 1.1.1. Độ ẩm của vật liệu …………………….................................................7 1.1.2. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu .......................................................9 1.2. Quá trình đốt nóng và làm lạnh .................................................................... .11 1.2.1 Quá trình đốt nóng và đôt nóng tăng ẩm ............................................ 11 1.2.2 Quá trình làm lạnh và làm lạnh khử ẩm ..............................................11 1.3. Các phương pháp sấy .....................................................................................12 1.3.1. Phương pháp sấy nóng .........................................................................12 1.3.2. Phương pháp sấy lạnh ..........................................................................14 1.3.3. Sơ đồ thiết bị và trạng thái tác nhân sấy của hệ thống sấy lạnh …….. 16 1.4. Phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt ……………………………………. 17 1.4.1. Thế sấy ………………………………………………………………. 17 1.4.2. So sánh hai phương pháp sấy lạnh ………………………………….. 18 1.4.3. Đặc tính của quá trình sấy lạnh ……………………………………... 20 CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT VỀ BƠM NHIỆT ……………………………… 22 2.1. Khái quát về bơm nhiệt ………………………………………………….... 22 2.2. Nguyên lý hoạt động …………………........................................................ 23 2.3. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt ............................................................................ 24 2.4. So sánh các phương án cấp nhiệt ……......................................................... 25 2.5. Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt ......................................................... 27 2.6. Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân …….………………. 29 CHƯƠNG 3 : CÔNG NGHỆ SẤY RAU QUẢ ………………………………… 34 3.1. Sơ lược về các sản phẩm rau quả................................................................. 34 3.2. Công nghệ sấy rau quả ………..................................................................... 34 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy ....................................................... 36 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh 3.4. Sơ lược về quả Mít ………………………………………………...………. 37 CHƯƠNG 4 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY ……………………........................................................................ 39 4.1. Lựa chọn phương án sấy ………………………………………………... 39 4.2. Chọn loại thiết bị sấy ................................................................................... 39 4.3. Các thông số tính toán ………………………………………….……….... 40 4.3.1 Vật liệu sấy ……………………………………….………….……….. 40 4.3.2. Tác nhân sấy …………………………………….………….………... 40 4.4. Tính toán kích thước buồng sấy …………………………………….......... 41 4.5. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d .......................................... 42 4.5.1 Đồ thị I-d …………………………………...………………………… 42 4.5.2 Tính toán quá trình sấy ………………………………………………... 43 4.6. Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d ……………………….…… 46 4.6.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế ………………………………46 4.6.2 Đồ thị I-d ……………………………………………………………… 51 4.6.3 Tính toán quá trình sấy thực tế …………………………………...…… 52 CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT ……………………… 55 5.1 Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất …………………………. 55 5.1.1 Chọn môi chất nạp ………………………………………………..…... 55 5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ ………………………………………………..…… 55 5.1.3 Nhiệt độ bay hơi ………………………………………..……………... 55 5.1.4 Nhiệt độ hơi hút ……………………………………………….……… 55 5.1.5 Nhiệt độ quá lạnh ………………………………………….………….. 56 5.2 Chọn và tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh ………………………...... 56 5.2.1 Chọn chu trình …………………………...…………………………...56 5.2.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc ……………………………………...……. 56 5.2.3 Xây dựng đồ thị và lập bảng xác định các giá trị tại các điểm nút ..... 57 5.2.4 Tính toán chu trình …………………………………...……………… 58 5.3 Tính toán các thiết bị trao đổi nhiệt của bơm nhiệt ……………………...… 59 5.3.1 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí) …………………..…..…… 59 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh 1. Chọn loại dàn ngưng ……………………………………...…………... 60 2. Các thông số cho trước ………………………………………………... 60 3. Tính diện tích trao đổi nhiệt ……………………………………...…… 61 4. Tính các thông số cụ thể của dàn ngưng ………………………..….…. 65 5.3.2 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí) ………..………..…...…… 65 1. Chọn loại dàn bay hơi ……………………………………………..…... 66 2. Các thông số cho trước ………………………………………..…..…... 66 3. Tính diện tích trao đổi nhiệt ……………………………….……..…… 67 4. Tính các thông số cụ thể của dàn bay hơi …………………….…..…... 70 5.3.3 Thiết bị hồi nhiệt …………………………………………...….…….... 71 1. Tính chọn đường kính ống …………………………………………….. 72 2. Tính toán diện tích trao đổi nhiệt ……………………………………… 73 5.4 Tính chọn máy nén ……………………………………………..……...…... 76 5.4.1. Tính toán chu trình ở chế độ yêu cầu …………………….…….…...... 77 5.4.2. Tính toán năng suất lạnh tiêu chuẩn ……………………………….…. 77 5.4.3. Chọn máy nén ………………………………………….…………….. 78 5.4.4. Tổn thất năng lượng và công suất động cơ ……………………….….. 79 5.5 Chọn Đường ống dẫn môi chất ……………………………..………...……. 79 5.5.1 Đường ống đẩy ……………….……………………………………….. 79 5.5.2 Đường ống hút ……………………………………….…...…………....80 CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT ……………….. … 81 6.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy …………………………………….. 81 6.2 Tính toán trở lực của hệ thống …………………………………………….. 82 6.2.1. Tổn thất áp suất trên đường ống gió ………………………………… 82 6.2.2. Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống ………………………………. 83 6.3 Chọn quạt ………………………………………………………………….. 84 CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN THỜI GIAN HOÀN VỐN ……………………….85 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. 89 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh Lêi C¶m ¬n Trong suốt gần năm năm học tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Em đã được sự dạy dỗ ân cần và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh. Em xin chân thành cảm ơn: Ø Toàn thể giáo viên trong trường Đại học Bách Khoa đã dạy dỗ, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Ø Toàn thể thầy giáo, cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh đã cung cấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập. Ø Gia đình và bạn bè đã cổ vũ, động viên, khích lệ em trong suốt thời gian ngồi trên giảng đường đại học. Ø Đặc biệt, em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo: PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em trong thời gian qua để em có thể hoàn thành tốt đồ án tố nghiệp của mình. Trong quá trình tính toán, thiết kế đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô để em có thêm những kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào đời. Đà Nẵng , Tháng 05/2007 Sinh viên thực hiện Cao Văn Sơn SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, có bờ biển dài hơn 3000 Km, độ ẩm không khí thường trên 70%, nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 38 oC. Khí hậu nóng ẩm là điều kiện thuận lợi để nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại phát triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng, thuốc chữa bệnh…. Bên cạnh đó, nước ta lại là một nước nông nghiệp, trình độ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu. Có nhiều địa phương do không có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông sản sau thu hoạch nên thường bán thốc bán tháo với giá rẻ khi mùa thu hoạch đến. Có khi giá trị đạt được chỉ khoảng 20% so với giá trị thực của nó. Để tránh được tình trạng đó và để đa dạng hoá các loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch là một yêu cầu cần thiết trong thời gian hiện nay. Ngày nay, nhu cầu về chất lượng của sản phẩm ngày càng đòi hỏi khắt khe, đặc biệt là các loại sản phẩm cần giữ màu sắc và mùi vị như kẹo, hoa quả, thuốc chữa bệnh…. Hơn nữa, trong những năm gần đây, Việt Nam đã có nhiều bước tăng trưởng mạnh về nông - lâm - ngư nghiệp. Để có thể cạnh tranh được trong thời kỳ hội nhập WTO thì bắt buộc các sản phẩm sấy của chúng ta phải đảm bảo chất lượng và uy tín cao. Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Vì thế, sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một phương pháp bảo quản sau thu hoạch đáp ứng được những yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy. Bởi vì tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp nên quá trình sấy xẩy ra tại nhiệt độ thấp hơn so với các phương pháp sấy thông thường do đó hạn chế được sự thay đổi không có lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản phẩm. Như vậy, việc tìm tòi và phát triển rộng rải các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh thực phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dược liệu là một yêu cầu cấp bách khuyến SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 5
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh khích phát triển nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt hàng thay thế nhập khẩu và xuất khẩu ra thị trường thế giới, tiết kiệm năng lượng, giảm vốn đầu tư và giá thành sản phẩm. Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh được xem là có khả năng tiết kiệm năng lượng nhất hiện nay [10]. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng để hút ẩm và sấy lạnh thấy rằng bơm nhiệt có rất nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rải 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 [11]. Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt và đã có hiệu quả thực tiễn cao. Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào nói rõ việc tính toán thiết kế một hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt cụ thể. Vì vậy, Em đã mạnh dạn chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống sấy Mít nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt” để làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Nội dung nghiên cứu - Lý thuyết về kỹ thuật sấy. - Lý thuyết về bơm nhiệt. - Sơ lược về công nghệ sấy hoa quả. - Tính toán thiết kế hệ thống sấy Mít sử dụng bơm nhiệt. - Tính toán kinh tế của hệ thống. - Kết luận. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên lý thuyết trong các tài liệu, tiến hành tính toán thiết kế hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt. Từ đó ta rút ra kết luận và ứng dụng của nó trong thực tiễn. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài có thể chỉ rõ được hiệu quả của việc sử dụng bơm nhiệt trong sấy ở nhiệt độ thấp so với hệ thống sấy nóng. Trên cơ sở tính toán, ta có thể lựa chọn công suất của bơm nhiệt sao cho phù hợp với hệ thống. SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 6
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh Chương 1 LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1 Vật liệu ẩm Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như các loại nông sản (lúa, ngô, đậu,…), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại.v.v..[3] 1.1.1 Độ ẩm của vật liệu Các vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng đáng kể. Trong quá trình sấy, ẩm trong vật bay hơi, độ ẩm của nó giảm. Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó. 1. Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. Kí hiệu: w0. Ta có: Gn w0 = 100 [%]. (1.1) Gk Trong đó: + Gn - khối lượng ẩm chứa trong vật liệu [kg] + Gk - khối lượng vật khô tuyệt đối [kg] 2. Độ ẩm toàn phần. Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật ẩm. Ký hiệu: w. Ta có: Gn w= 100 [%]. (1.2) G Trong đó: G - khối lượng vật ẩm: G = Gn + Gk [kg] Quan hệ giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm toàn phần: w w0 = 100 [%]. (1.3) 100 − w 3. Độ chứa ẩm Là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. Kí hiệu: u, [kg ẩm/ kg vật khô]. Được tính theo công thức: SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh Gn u= , [kg ẩm/kg vật khô] (1-4). Gk Nếu độ chứa ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thể thì ta có quan hệ sau: wo = 100.u [%] wo Hay u = , [kg/kg] (1-5). 100 4. Nồng độ ẩm Kí hiệu: N, [kg/m3 ]. Là khối lượng ẩm chứa trong 1m3 vật thể. Ta có: Gn N= , [kg/m3] (1-6). V Trong đó: V- Thể tích vật, m3 Nếu gọi ρ k là khối lượng riêng của vật khô tuyệt đối thì từ (1-4) và (1-6) ta có: N = u.ρ k (1-7) Nếu giả thiết thể tích của vật không thay đổi trong quá trình sấy, tức là V = Vk. Vk là thể tích của vật khô tuyệt đối, ta có: N = u.ρ 0 (1-8) Gk Trong đó: ρ 0 = là khối lượng của vật khô tuyệt đối. V 5. Độ ẩm cân bằng Là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó. Khi đó độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước có trong môi trường tác nhân sấy. Kí hiệu: Wcb, ucb... Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng để xác định giới hạn quá trình sấy và độ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau. SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 8
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh 1.1.2. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu Khi nghiên cứu quá trình sấy cần phải xác định các dạng tồn tại và các hình thức liên kết giữa ẩm với vật khô. Vật ẩm thường là tập hợp của 3 pha: rắn, lỏng và hơi. Các vật rắn đem sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và ẩm lỏng. Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm trong vật. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó cách phân loại của P.H. Rôbinde được sử dụng rộng rãi hơn vì nó nêu được bản chất hình thành các dạng liên kết ẩm trong vật liệu. Theo cách này, tất cả các dạng liên kết ẩm được chia thành 3 nhóm chính là: liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý. 1. Liên kết hoá học Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử. Lượng ẩm trong liên kết hoá học chiếm tỉ lệ nhất định. Liên kết ion được hình thành bởi những phản ứng hoá học rất bền vững. Muốn phá vỡ các liên kết này phải dùng các phản ứng hoá học hoặc nung đến nhiệt độ rất cao. Còn liên kết phân tử ta có thể quan sát qua quá trình kết tủa của các dung dịch. Vật liệu khi bị tách ẩm liên kết hoá học thì tính chất của nó thay đổi. Nói chung trong quá trình sấy (nhiệt độ từ 120÷150 oC) không tách được ẩm liên kết hoá học, quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hoá lý của vật. 2. Liên kết hoá lý Thể hiện dưới dạng liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu. Lượng ẩm trong liên kết hoá lý không theo tỉ lệ nhất định nào. + Liên kết hấp thụ: Trong các vật ẩm ta gặp những vật keo. Vật keo có cấu tạo dạng hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 0,001÷0,1µm. Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên trong rất lớn, vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm sẽ xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt. + Liên kết thẩm thấu: SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 9
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh Liên kết thẩm thấu là liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi nước. Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vật biến dạng. Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với bình thường và không chứa các chất hòa tan vì các chất hoà tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tế bào cùng với nước. 3. Liên kết cơ lý Đây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn định, được hình thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học được chia làm ba dạng: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt. + Liên kết cấu trúc: Được hình thành trong quá trình hình thành vật (ví dụ như quá trình đông đặc...). Để tách nước trong trường hợp này có thể dùng phương pháp nén ép, làm cho nước bay hơi hoặc phá vỡ cấu trúc của vật... Sau khi tách nước, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất, thậm chí có thể thay đổi cả trạng thái pha. + Liên kết mao dẫn: Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản, ví dụ như gỗ, vải... Trong các vật thể này có vô số các mao quản. Các vật thể này khi để trong không khí, nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này đặt trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Tách ẩm liên kết mao dẫn bằng phương pháp làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích thước, hình dáng và các tính chất hoá lý. + Liên kết dính ướt: Được hình thành do nước bám dính vào bề mặt vật với góc dính ướt
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh 1.2 Quá trình đốt nóng và làm lạnh 1.2.1 Quá trình đốt nóng và đốt nóng tăng ẩm 1) Quá trình đốt nóng không tăng ẩm Qúa trình này xảy ra 1 t1 0 nhờ thiết bị trao đổi I, kJ/kg kkk n nhiệt (calorife) trong hệ tn thống sấy. Giả sử không B N khí tại điểm A(t0, ϕ 0 ) t0 được đốt nóng không tăng ẩm đến điểm B(t1, ϕ1 ). Đặc trưng của A quá trình đốt nóng là nhiệt độ tăng nhưng lượng chứa ẩm d không d0 dn d kg/kg kkk đổi. 2) Quá trình đốt nóng tăng ẩm Quá trình đốt nóng tăng ẩm thường được sử dụng trong kỹ thuật xử lý không khí bằng cách phun nước hoặc hơi nước có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không khí vào không khí. Chẳng hạn, không khí ở trạng thái A(t0, ϕ 0 ) cần đốt nóng tăng ẩm đến trạng thái N(tn, ϕ n ) (tn>t0; ϕ n > ϕ 0 ) thì quá trình đó được biểu diển trên đồ thị theo đường AN, trong đó N là giao điểm của 2 đường t = tn = const và ϕ = ϕ n = const. 1.2.2 Quà trình làm lạnh và làm lạnh - khử ẩm Quá trình làm lạnh ngược với quá trình đốt nóng. Trong quá trình này nhiệt độ giảm và độ ẩm tương đối tăng lên. 1) Quá trình làm lạnh đẳng entanpi Quá trình này xẩy ra khi phun nước có cùng nhiệt độ với không khí vào không khí. Chẳng hạn không khí tại điểm A được làm lạnh đẳng entanpi đến nhiệt độ t1 nào đó thì điểm cuối của quá trình làm lạnh B1’ là điểm cắt nhau giữa đường I = I0 = SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh const và đường t = t1 = const. Nếu muốn khử ẩm I, kJ/kg kkk theo quá trình làm lạnh =100% 0 đẳng entanpi thì không t0 khí ở điểm B1’ phải t1 A được tiếp tục làm lạnh B 1' t s1 đến trạng thái bảo hoà B 2'' B2” có nhiệt độ đọng sương tS1. Điểm B2” B 3' chính là giao điểm của d, kg/kg kkk đường I = I0 = const và đường ϕ = 100%. Nếu không khí tại điểm B2” tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm bắt đầu và sẽ diễn ra dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm. 2) Quá trình làm lạnh đẳng ẩm Quá trình này xẩy ra khi không khí ẩm ở một trạng thái nào đó bị mất nhiệt do trao đổi nhiệt với môi trường. Do đó lượng chứa ẩm của nó không đổi. Không khí tại điểm A được làm lạnh theo quá trình d = const đến nhiệt độ đọng sương tS2 thì điểm đọng sương B3’ sẽ là giao điểm của đường d = do = const và đường ϕ =100%. Tương tự nếu không khí ở điểm B3’ tiếp tục được làm lạnh thì quá trình khử ẩm sẽ bắt đầu và được thực hiện dọc theo đường ϕ = 100% về phía d giảm. 1.3 Các phương pháp sấy Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật. Tuy nhiên, sấy là một quá trình công nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Có hai phương pháp sấy: 1.3.1 Phương pháp sấy nóng Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng. Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước pam trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo công thức: SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 12
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh pr  2δρ h  φ= = exp −  (1.9) po  po ρ r  Trong đó: Pr_ áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m2. Po_ áp suất trên bề mặt thoáng, N/m2. δ_Sức căng bề mặt thoáng,N/m2. ρ h _ mật độ hơi trên cột dịch thể trong ống mao dẫn, kg/m3. ρ o _ mật độ dịch thể, kg/m3. Như vậy trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường: 1) Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng. 2) Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy. Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường. Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt: + Hệ thống sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động…. + Hệ thống sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang… + Hệ thống sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường. Ở đây người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật. SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 13
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh + Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường: Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật. * Ưu điểm của phương pháp sấy nóng: + Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh. + Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp. + Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải,... cho đến điện năng. + Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao. * Nhược điểm + Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ. + Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao. 1.3.2 Phương pháp sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph nhờ giảm độ chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức: B.d Ph = (1-10). 0,621 + d Trong đó: B: áp suất môi trường (áp suất khí trời). Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0 oC. Có thể phân loại hệ thống sấy lạnh như sau: 1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 oC Với hệ thống sấy này, nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ bằng nhiệt độ môi trường. Tác nhân sấy thường là không khí. Trước hết, không khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ. Sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó, phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 14
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh bề mặt vật liệu sấy nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và đi vào tác nhân sấy. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh giống như các loại hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở đây là cách giảm phân áp suất hơi nước Ph trong tác nhân sấy. Trong các hệ thống sấy nóng đối lưu người ta giảm Ph bằng cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối ϕ . Còn các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường chẳng hạn, người ta tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng làm lạnh) 2. Hệ thống sấy thăng hoa Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong đó ẩm trong vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy. Trong hệ thống sấy này người ta tạo ra môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu T
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh * Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh + Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn. + Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao. + Cấu tạo thiết bị phức tạp, thời gian sấy lâu. + Nhiệt độ môi chất sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp với một số loại vật liệu, không sấy được các vật liệu dể bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt độ môi trường như bị ôi, thiu, mốc…[15] + Do cuốn bụi nên có thể gây tắc tại thiết bị làm lạnh. 1.3.3 Sơ đồ thiết bị và trạng thái tác nhân sấy của hệ thống sấy lạnh Có thể tổ chức sấy ở nhiệt độ thấp theo sơ đồ hồi lưu tuần hoàn. Ta xét các sơ đồ sau: Sơ đồ 1 B C0 A t1 I II I, kJ/kg kkk A IV III C0 B I Thiãút bë sáúy =100% II Maïy huït áøm III Maïy laûnh Quaût d, kg/kg kkk IV d1 d2 Nguyên lý Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy được dẫn qua máy hút ẩm để khử bớt ẩm. Thường quá trình khử ẩm, do chất hấp phụ phải liên tục hoàn nguyên nên quá trình khử ẩm là quá trình d giảm, nhiệt độ tăng. Trên đồ thị I-d biểu diễn bởi đường C0A. Không khí ở trạng thái A xác định bởi cặp thông số (d1,t1), được làm lạnh đến trạng thái B xác định bởi cặp thông số (d1,t0). Tác nhân sấy ở trạng thái B có nhiệt độ và độ ẩm tương đối ϕ1 rất bé được đưa vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy đẳng nhiệt BC0. SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh Sơ đồ 2 t2 A I, kJ/kg kkk B C0 A I II t0 C0 III B =100% A1 I Thiãút bë sáúy II Maïy laûnh khæí áøm t1 A2 d, kg/kg kkk III Maïy laûnh d1 d2 Nguyên lý: Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy được làm lạnh khử ẩm theo quá trình C0A1A2. Không khí ở trạng thái C0 có nhiệt độ t0 và lượng chứa ẩm d2 được làm lạnh đẳng ẩm (d2 = d = const) đến trạng thái bảo hoà A1. Không khí ở trạng thái A1 được tiếp tục làm lạnh. Khi đó hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ một phần. Giả sử trạng thái A2 có thông số (d1,t1) và ta có: d1
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh ẩm tương đối giảm (nhiệt độ có thể không đổi) dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm. tức là làm tăng độ chênh ∆ t = tk – tu. Trị số ∆ t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật và không khí. 1.4.2 So sánh hai phương pháp sấy lạnh 1. Thiết bị bài ẩm chuyên dụng. Để hút ẩm đến độ ẩm nhỏ và sấy lạnh, lâu nay chúng ta hay dùng máy bài ẩm – tên gọi tiếng Việt để chỉ máy hút ẩm chuyên dùng kiểu hấp phụ [8]. Sơ đồ cấu tạo của hệ thông như hình vẽ: Baïnh cháút háúp phuû Daìn laìm noïng khäng khê Khäng khê áøm Læåïi loüc buûi Khäng khê khä Daìn laìm laûnh khäng khê Khäng Khäng khê khê Læåïi loüc buûi Âäüng cå khä âaî âæåüc áøm giaím nhiãût âäü Khäng gian cáön huït áøm Så âäö nguyãn lyï thiãút bë baìi áøm chuyãn duûng Nguyên lý: Không khí ẩm được cho đi qua một khối chất hấp phụ chế tạo ở dạng bánh xe quay. Ẩm trong không khí được hấp thụ. Sau khi hấp thụ ẩm, phần bánh chất hấp phụ ẩm quay sang phía có dòng không khí nóng đi qua (không khí nóng này được gia nhiệt bởi một dàn điện trở) và được hoàn nguyên – khôi phục được khả năng hút ẩm. Phần bánh chất hấp phụ hoàn nguyên trao đổi nhiệt với dòng không khí nóng nên sau khi hoàn nguyên nhiệt độ của nó tương đối cao. Do vậy khi hấp thụ ẩm trở lại, nhiệt độ dòng không khí cũng cao do trao đổi nhiệt với phần bánh hấp phụ nóng. Không khí khô vì vậy cần được đưa qua một máy lạnh để đưa nhiệt độ không khí đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình sấy. Sau đó dòng khí khô nhiệt độ thấp sẽ được đưa vào buồng sấy. Ẩm trong vật sẽ được không khí khô hấp thụ chuyển SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 18
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh thành không khí ẩm. Dòng khí ẩm quay trở về thiết bị bài ẩm. Đấy là một chu kì làm việc của thiết bị.[6] Máy bài ẩm có ưu điểm là khả năng hút ẩm lớn, năng suất hút ẩm khá cao. Tuy nhiên nó còn có nhiều nhược điểm: + Tiêu hao năng lượng lớn (cho hoạt động của dàn điện trở và máy lạnh) làm cho chi phí sử dụng cao. + Chất hấp phụ sau một thời gian hoạt động sẽ cần được thay thế, mà chất hấp phụ này thường phải nhập ngoại nên làm cho chi phí bảo dưỡng cao. + Giá thành thiết bị lớn, ngoài máy hút ẩm ra còn kết hợp với máy lạnh nên chi phí đầu tư ban đầu cao. + Trong điều kiện làm việc nhiều bụi thì máy phải có thời gian ngừng hoạt động để làm sạch cho chất hấp phụ của máy hút ẩm. 2. Thiết bị bơm nhiệt Daìn noïng Daìn laûnh Buäöng sáúy laûnh Så âäö nguyãn lyï cuía hãû thäúng båm nhiãût maïy neïn Nguyên lý: Không khí ẩm được đưa qua dàn lạnh. Tại đây, ẩm trong không khí được ngưng tụ lại trên dàn lạnh. Do vậy, dung ẩm trong không khí giảm xuống nhưng nhiệt độ của nó cũng giảm nên độ ẩm tương đối cao. Sau đó dòng khí lại tiếp tục được đưa qua dàn nóng. Tại đây, dòng khí được sấy nóng đẳng dung ẩm làm cho độ ẩm tương đối của nó giảm xuống.[6] * Ưu điểm của phương pháp: + Giảm chi phí cho thiết bị, chi phí cho vận hành và bảo dưỡng. + Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt để. SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 19
Đồ án tốt nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh + Quá trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thay thế chất hấp phụ như trong máy bài ẩm chuyên dụng. + Tuổi thọ thiết bị cao, trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không cần đòi hỏi bảo dưỡng. Chỉ cần sau một thời gian làm việc, ta vệ sinh các dàn để đảm bảo điều kiện trao đổi nhiệt. + Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy bài ẩm. + Chất lượng và màu sắc của vật sấy được giữ tốt hơn, thích hợp để sấy khô các loại vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao. * Nhược điểm của phương pháp: + Thời gian sấy thường lâu hơn so với các phương pháp sấy khác. Để khắc phục nhược điểm này ta có thể dùng thiết bị sấy với tốc độ cao. + Chỉ sấy được ẩm tự do, việc sấy ẩm liên kết là rất khó khăn.[15] 1.4.3 Đặc tính quá trình sấy lạnh Khi sấy lạnh, nhiệt độ I, kJ/kg kkk và độ ẩm không khí cuối 3" =100 quá trình sấy đều nhỏ 2 hơn các giá trị tương 2' t2 1 2s ứng của môi trường. ts Quá trình làm việc của bơm nhiệt sấy lạnh xẩy 3 3' ra theo chu trình 1231 t3 d, kg/kg kkk như hình vẽ. Còn quá d3 d2 trình làm việc của tổ hợp máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh là chu trình 23”12. Như vậy, với cùng mục đích tạo nên quá trình sấy 1-2 thì khi dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp, ta đã tạo ra quá trình làm lạnh 2-3 và gia nhiệt 3-1 thay cho quá trình khử ẩm 2-3” và làm lạnh 3”-1 mà phải có máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh mới thực hiện được. Trong các quá trình này thì quá trình làm khô không khí 2-3 ở dàn bay hơi của bơm nhiệt có vai trò đặc biệt quan trọng quyết định hiệu quả của toàn bộ quá trình gia nhiệt không khí ở dàn ngưng 3-1 và quá trình sấy sản phẩm trong buồng sấy 1-2. Ở đây, 2-3 là quá trình thực làm lạnh hổn hợp không khí-nước hay quá trình làm SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang 20