T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 534.2009 ĐỘ GIÓ ĐẾN KHẢ NĂNG TÁCH ẨM TỪ DÀN LẠNH CỦA MÁY SẤY A RESARCH INTO THE INLUENCE OF REFRIGERATION ARRANGEMENT AND WIND VELOC
Trang 1T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
ĐỘ GIÓ ĐẾN KHẢ NĂNG TÁCH ẨM TỪ DÀN LẠNH CỦA MÁY SẤY
A RESARCH INTO THE INLUENCE OF REFRIGERATION ARRANGEMENT AND WIND VELOCITY ON DEHUMIDIFICATION FROM THE EVAPORATOR
OF HEAT- PUMP DRYERS
Hoàng Ng ọc Đồng
Tr ường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM T ẮT
Bài báo này trình bày k ết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình thiết bị
s ấy thực tế ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt
Trình bày các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của cấu tạo của dàn lạnh đến khả
n ăng tách ẩm và đến khả năng sấy của hệ thống sấy nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt Từ đó
xu ất đề xuất một số phương pháp làm tăng khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn lạnh nhằm nâng cao hi ệu quả bơm nhiệt
Thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đã được xây dựng với qui mô phòng thí nghi ệm, đồng thời trên thiết bị đó đã tiến hành các thí nghiệm sấy nông sản với các chế độ
s ấy khác nhau
ABSTRACT
The article presents theoretical and empirical research results on the model of low-temperature dryers with heat pumps
Also, it presents the research results on the influence the structure of refrigeration on the dehumidification and the drying ability of the low-temperature dryers with heat pumps From the results achieved, the article suggests some methods of promoting refrigeration and dehumidification ability of the evaporator in order to improve the heat pump effect
Low-temperature dryers with heat pumps have been set up within the laboratory scope
At the same time, experiments on drying agricultural products at different drying regulations on this dryer have been conducted
1 Đặt vấn đề
Việt Nam là nước có khí hậu nóng ẩm nên nhu cầu khử ẩm và sấy khô các loại
vật liệu, nông sản, thực phẩm, dược liệu… phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu là
rất lớn Yêu cầu về chất lượng sản phẩm xuất khẩu ngày càng cao
Phương pháp 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 Phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm, giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên sau khi sấy, đồng thời có thể tiết
kiệm năng lượng tiêu thụ
Trang 2Bài báo là trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cách bố trí dàn lạnh và
tốc độ giĩ đến hiệu quả tách ẩm từ dàn lạnh và đến quá trình sấy của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt
Nếu dàn lạnh cĩ cấu tạo rất thưa, thì một vấn đề cần phải quan tâm giải quyết là
tốc độ giĩ đi qua nĩ Nếu tốc độ giĩ đi qua dàn lạnh mà lớn thì khi đĩ các giọt ẩm ngưng tụ trên cánh và ống cĩ thể sẽ bị giĩ cuốn đi theo vào buồng sấy, như vậy cĩ nghĩa
ta chưa thực hiện được quá trình tách ẩm ra khỏi khơng khi Nhưng nếu tốc độ giĩ quá
thấp thì sẽ làm giảm khả năng trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí trong hệ thống Phương án sấy với tốc độ giĩ thấp chỉ thích hợp để sấy các loại sản phẩm cần phải sấy
chậm và phải sấy trong thời gian dài, khơng khí thổi nhẹ
Nếu dàn lạnh cĩ nhiều dãy ống và cĩ cánh (chiều sâu lớn) thì chỉ cĩ một số dãy ống đầu tiên (phần chất lỏng đang bay hơi) là đĩng tuyết thơi, cịn trong các dãy ống cịn lại cĩ thể là hơi quá nhiệt do đĩ khơng khí sẽ ngưng tụ ẩm ít hơn Khi đĩ để đạt
hiệu quả trao đổi nhiệt tốt thì ta chia dàn lạnh ra 2 hoặc 3 dàn
Trong [1] đã trình bày các kết quả nghiên cứu với thiết bị bơm nhiệt cĩ 1 dàn
ngưng và 1 dàn bay hơi, sấy nơng sản ở nhiệt độ buồng sấy 48-500
C Trong bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu khả năng tách ẩm với thiết bị sấy bơm nhiệt cĩ 2 dàn ngưng và 2 dàn bay hơi, sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn (38-400
2 Xây d ựng thiết bị thí nghiệm
C)
2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy: Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình 1.1
Nguyên lý hoạt động: Hơi mơi chất ra khỏi dàn lạnh, được máy nén hút về và nén thành hơi cao áp Pk cĩ nhiệt độ tk, lưu lượng mơi chất đi vào hai dàn ngưng tụ chính và phụ được điều chỉnh bởi van V1, nhờ đĩ cĩ thể điều chỉnh nhiệt độ khơng khí qua dàn ngưng chính NTC vào buồng sấy Lỏng cao áp từ bình chứa cao áp được đưa đến các dàn lạnh chính (BHC) và phụ (BHP) thơng qua ống mao OM1 và OM2 Hai ống mao này cĩ tác dụng tiết lưu lỏng cao áp thành lỏng hạ áp , đồng thời ống mao cĩ tác dụng đảm bảo áp suất bay hơi trong hai dàn là như nhau
nguyên lý thi ết bị sấy
MN – Máy nén; NTC – Dàn ngưng chính; NTP – Dàn ngưng phụ; OM - Ống mao BCCA – Bình chứa cao áp; BHC – Dàn lạnh chính; BHP - Dàn l ạnh phụ
OM2
OM1
V4 V1
Nước ngưng Không khí ẩm
Không khí khô, lạnh
Buồng
sấy
V2
BCCA
BHP BHC
MN
NTC NTP
V3
Trang 3T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
2.2 Sơ đồ cấu tạo.
Thiết bị được chế tạo để cĩ thể tiến hành thí nghiệm theo 2 phương án:
- Phương án 1: Khi thiết bị làm việc chỉ với 1 dàn nĩng và 1 dàn lạnh (đĩng van V2 và V4) sử dụng các bộ phận của máy điều hồ cục bộ làm bơm nhiệt, khơng khí được làm mát và tách ẩm ở dàn bay hơi, sau đĩ đi qua dàn ngưng nhận nhiệt đẳng dung
ẩm để nâng nhiệt độ và thế sấy lên, được thổi vào buồng sấy Nhiệt độ khơng khí nĩng sau khi qua dàn ngưng đạ t 48 đến 500
- Phương án 2: Điều chỉnh độ mở của V2 để điều chỉnh nhiệt khơng khí sau dàn nĩng và V4 để điều chỉnh nhiệt độ bay hơi trong dàn l ạnh nhằm thay đổi khả năng tách ẩm
C, quá trình sấy được tiến hành ở nhiệt độ Kết
quả thí nghiệm đã được trình bày trong [1]
Khơng khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy 10 cĩ thể sẽ cho
hồi lưu hoặc khơng hồi lưu
Khi hồi lưu, khơng khí sẽ được cho qua đường 12 về lại dàn lạnh phụ 3 Tại đây khơng khí ẩm được làm lạnh, tách ẩm sơ bộ đến nhiệt độ t2 rồi tiếp tục về dàn lạnh chính 8 Ở đây khơng khí được đi bypass ba lần nhằm tăng khả năng làm lạnh và tách
ẩm Khơng khí ra khỏi dàn lạnh 8 cĩ nhiệt độ t1 tiếp tục được cho qua dàn nĩng chính 7,
tại đây khơng khí được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến nhiệt độ t3
* Các thơng s ố của thiết bị:
và đi vào buồng sấy Dàn ngưng phụ 5 cĩ nhiệm vụ thải bớt nhiệt ra ngồi để điều chỉnh nhiệt độ khơng khí qua dàn ngưng 8
- Bơm nhiệt: Máy nén 18000 Btu/h; Hai dàn lạnh, diện tích: 2 x 0,672 m2
; Hai dàn nĩng, diện tích: 2 x 0,832 m2
Nước ngưng
Nước ngưng
11
13 12
10
8
6 7
2 4
2 3
1
MẶT CẮT: AA
A A
; Hai quạt, cơng suất: 2 x 0,12 kW; Bình chứa cao áp;
Biến trở: 2kW
c ủa mơ hình 1-Máy nén; 2-Qu ạt; 3-Dàn l ạnh phụ; 4-Bình ch ứa cao áp; 5-Dàn ng ưng phụ; 6- Điện trở, 7-Dàn ngưng chính; 8-Dàn lạnh chính; 9-bypass;
10-Bu ồng sấy; 11-Khay sấy; 12- Kênh giĩ hồi; 13-Kênh giĩ l ạnh
Trang 4- Buồng sấy: 660 x 600 x 520mm3
, cách nhiệt bằng xốp 30mm
* Mô hình thực nghiệm bơm nhiệt đã xây dựng
3 N ội dung thí nghiệm và thảo luận
* Các ký hi ệu
t0, P0, tk, Pk: nhiệt độ và áp suất bay hơi, ngưng tụ; tmt: nhiệt độ môi trường, 0
C;
tư: nhiệt độ nhiệt kế ướt của môi trường, 0
C; t1, t2, t3, t4: nhiệt độ không khí sau dàn
lạnh chính, sau dàn lạnh phụ, sau dàn nóng chính, sau dàn nóng phụ, 0C; I: cường độ
dòng điện, A; Gnước
3.1 Thí nghiệm đánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh
: lượng nước ngưng được tách từ dàn bay hơi, g; v: tốc độ gió trong
buồng sấy, m/s
3.1.1 M ục đích Xác định nhiệt độ không khí sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu
được, nhằm đánh giá khả năng làm lạnh tách ẩm của các dàn lạnh
3.1.2 K ết quả thí nghiệm
a) Thí nghiệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh ở chế độ điều hòa
Đóng các van cô lập dàn lạnh và dàn ngưng chính, chỉ cho dàn lạnh phụ BHP (hình 1.1) và dàn ngưng phụ DNP hoạt động, thiết bị làm việc chỉ với 1 dàn nóng và 1 dàn lạnh Sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ 15 p đo 1 lần Kết quả thí nghiệm được trình bày trên bảng 1.1
b) Thí nghiệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của dàn lạnh chính
Đóng van V4 để cô lập dàn lạnh phụ (hình 1.1) mở hoàn toàn van V3 cho dàn
lạnh chính 8 hoạt động bình thường Tiến hành sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ
15 phút thì đo 1 lần Kết qủa thí nghiệm được trình bày trên bảng 1.2
Trang 5T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
Bảng 1.1 Kết quả đo đạc khi sử dụng dàn lạnh phụ
Bảng 1.2 Kết quả đo đạc khi sử dụng dàn lạnh chính
c) Thí nghi ệm xác định khả năng làm lạnh tách ẩm của cả hai dàn lạnh
Mở hoàn toàn các van V3, V4 cho đồng thời cho các dàn lạnh làm việc bình thường Tiến hành sấy hở ở chế độ không tải trong 1giờ cứ 15 phút thì đo 1 lần kết quả thí nghiệm được trình bày trên bảng 1.3
B ảng 1.3 Kết quả đo đạc khi sử dụng đồng thời cả hai dàn lạnh
* Nh ận xét
Đối với dàn lạnh của hệ thống, nếu ta chia dàn lạnh thành hai phần đặt song song thì nhiệt độ không khí sau dàn lạnh đạt được sẽ thấp hơn, lượng nước ngưng thu được lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng một dàn lạnh Điều này có thể được giải thích
như sau: Khi tách thành 2 dàn lạnh đặt song song thì sự đồng đều về nhiệt độ và độ ẩm
của không khí khi đi qua dàn thứ hai là cao hơn nên quá trình tách ẩm đạt hiệu quả cao
hơn
τ
(phút)
t (
0
k
mt
2
C) (
4
C) (A)
G (g)
n2
τ
(phút)
t (
0 0
t
k 0
t
mt 0
t C) (
1 0
t
3 0
I C) (A)
G (g)
n1
τ
(phút)
t (
0
k
mt
C) (
1
C) (
2
C) (
3
C) (A)
G (g)
n
Trang 63.2 Thí nghi ệm xác định thời gian sấy
3.2.1 M ục đích: Xác định thời gian sấy với hai chế độ sấy có hồi lưu và không có hồi
lưu cho cùng một loại vật liệu nhằm đánh giá hiệu quả của hai chế độ sấy này
3.2.2 K ết quả thí nghiệm: Thực hiện quá trình sấy với 2kg Cà rốt tươi xắt lát với độ dày
δ = 3mm có độ ẩm ban đầu là 89% Tiến hành sấy cho đến khi khối lượng vật sấy là không thay đổi, lúc này coi độ ẩm còn lại trong vật sấy là 5%
a) Thí nghiệm xác định thời gian sấy khi sấy hồi lưu
Bảng 1.4: Bảng kết quả các thông số khi sấy hồi lưu
b) Thí nghiệm xác định thời gian sấy khi sấy không hồi lưu
B ảng 1.5: Bảng kết quả các thông số khi sấy không hồi lưu
τ
(phút)
t (
0 0
t
k 0
t
mt 0
t C) (
1 0
t C) (
2 0
t C) (
3 0
I C) (A)
G (g)
(%)
240 -4 41 32,8 5,5 21,5 39,2 8,3 2480 13,8
τ
(phút)
t (
0 0
t
k 0
t
mt 0
t
1 0
t
2 0
t
3 0
I C) (A)
G (g)
Trang 7T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
Nhận xét:
Khi sấy hồi lưu ở nhiệt độ thấp, một mặt duy trì khả năng tách ẩm trong tác nhân
sấy sẽ tăng lên cùng với quá trình thoát ẩm ở vật liệu sấy, mặt khác chúng ta không cần
phải sử dụng bơm nhiệt có công suất lạnh lớn mà vẫn đảm bảo năng suất sấy lớn
4 Kết luận và kiến nghị
Bơm nhiệt hút ẩm ngày càng được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế
to lớn, đặc biệt trong ngành sấy nông sản, thực phẩm, dược liệu… Việc nghiên cứu bơm nhiệt vẫn cần phải được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra các mô hình thích hợp với điều
kiện nước ta nhằm đưa ra thiết bị hoàn thiện hơn, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm sấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Qua các kết quả thí nghiệm trên mô hình thiết bị sấy đã được xây dựng có thể rút ra kết luận:
1 Kết cấu dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh có ảnh hưởng lớn đến khả năng tách
ẩm của hệ thống
2 Khi sử dụng hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt có hồi lưu 100% sẽ mang
lại hiệu quả cao nhất và tiết kiệm năng lượng hơn so với sấy bằng điện trở
3 Mô hình thực nghiệm thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đã được xây dựng và đưa vào thử nghiệm đáp ứng được các yêu cầu đề ra và thu được các kết
quả đ áng tin cậy Qu a kết q u ả ngh iên cứu sấy trên thiết bị ta thấy điểm nổi bật của phương pháp sấy nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt là chi phí năng lượng thấp, chất lượng sản phẩm cao hơn so với phương pháp sấy ở nhiệt độ cao
Như vậy phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt có ưu thế lớn trong
sấy các sản phẩm yêu cầu sấy ở nhiệt độ thấp, bởi vậy việc sử dụng bơm nhiệt trong hệ
thống sấy ở nhiệt độ thấp cần được tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện
TÀI LI ỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, Nghiên cứu hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhi ệt trong công nghệ sấy nông sản - Đề tài cấp Bộ, Mã số B2007-ĐN02-29, Đại
học Đà Nẵng
[2] GS.TSKH Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục 2002
[3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận (2003) – Kỹ thuật lạnh ứng dụng – NXB Giáo dục
[4] Nguyễn Hay, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Văn Công Chính, Nguyễn Văn Lành, Lê Quang Giảng – Nghiên cứu sấy bằng nguyên lý bơm nhiệt cho một số nông sản tại
Việt Nam - Báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 20 – ĐHBK Hà Nội Trang 88-92
[5] PGS.TS Phạm Văn Tuỳ, KS Nguyễn Thanh Liêm, KS Dương Văn Vường - Bơm nhiệt không khí/không khí với công nghệ hút ẩm và sấy khô – Tạp chí KH & CN Nhi ệt, 5/2001 Trang 10 – 12
