nguyễn mạnh hùng

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
----------------------

NGUYễN MạNH HùNG


Luận áN TIếN Sĩ kỹ thuật nhiệt

NGHIÊN CứU QUá TRìNH TRUYềN NHIệT TRUYềN CHấT
TRONG Hệ THốNG SấY LạNH DùNG BƠM NHIệT
Và CáC GIảI PHáP TIếT KIệM NĂNG LƯợNG

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT nhiệt


Hà Nội - 2012

Hµ NéI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN MẠNH HÙNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT
TRONG HỆ THỐNG SẤY LẠNH DÙNG BƠM NHIỆT

VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

Chuyên ngành: Công nghệ và thiết bị lạnh
Mã số:

62.52.80.05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LỢI
2. GS. TSKH. TRẦN VĂN PHÚ

HÀ NỘI - 2012


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả trong luận án là trung thực và chưa có ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào.
Nếu sai, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà nội, ngày 12 tháng 11 năm 2011
Tác giả luận án

Nguyễn Mạnh Hùng


iv


LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sỹ với đề tài: "Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất
trong hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt và các giải pháp tiết kiệm năng lượng"
đã được hoàn thành trong thời gian từ tháng 11 năm 2007 đến tháng 11 năm 2011
tại Bộ môn Kỹ thuật Lạnh và Điều hịa khơng khí, Viện Khoa học và Công nghệ
Nhiệt Lạnh Trường Đại học Bách Khoa Hà nội.
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, Viện Sau đại học, đặc
biệt là tập thể giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi, GS. TSKH. Trần
Văn Phú và các thầy cô giáo trong Viện Nhiệt - Lạnh đã có những chỉ dẫn thiết thực
cho việc hồn thành luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các em sinh viên khóa 50 và 51 Đại
học Bách Khoa Hà nội, các em sinh viên khóa 47 Đại học Giao thông Vận tải đã
giúp đỡ trong quá trình đo đạc thực nghiệm và thu thập số liệu góp phần vào sự
hồn thành luận án.
Tác giả cũng xin bày tỏ sự cảm ơn giúp đỡ của những người thân và bạn bè,
đồng nghiệp đã hỗ trợ, động viên tác giả trong thời gian thực hiện luận án.
Hà nội, ngày 12 tháng 11 năm 2011.
Tác giả luận án

Nguyễn Mạnh Hùng


v

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan


iii

Lời cảm ơn

iv

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

xi

Danh mục các bảng

xv

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

xvi

Mở đầu

1

Chương 1. Tổng quan về công nghệ sấy nông sản thực phẩm

3

bằng hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt
1.1. Định nghĩa và các phương pháp sấy lạnh

3


1.1.1. Định nghĩa

3

1.1.2. Các phương pháp sấy lạnh

4

1.2. Hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt

5

1.2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống

5

1.2.2. Các quá trình nhiệt động của tác nhân sấy trong hệ thống sấy lạnh

6

dùng bơm nhiệt
1.3. Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt

7

1.3.1. Sơ lược về vấn đề tiết kiệm năng lượng trong hệ thống sấy

7


1.3.2. Tiết kiệm năng lượng với sấy lạnh bằng bơm nhiệt

8

1.4. Một số vấn đề căn bản trong kỹ thuật sấy
1.4.1. Ảnh hưởng tương hỗ giữa quá trình dẫn nhiệt và dẫn ẩm trong

9
9

vật liệu
1.4.2. Vấn đề xác định thời gian sấy

11

1.4.3. Về một phương pháp mới xác định thời gian sấy

12

1.5. Tổng quan một số thành tựu nghiên cứu về sấy lạnh bằng bơm nhiệt

15

1.5.1. Các nghiên cứu về sấy lạnh bằng bơm nhiệt trên thế giới

15


vi
1.5.2. Các nghiên cứu về sấy lạnh bằng bơm nhiệt tại Việt Nam

1.6. Kỹ thuật sấy gián đoạn

18
19

1.6.1. Sơ lược về kỹ thuật sấy gián đoạn

19

1.6.2. Một số kết quả nghiên cứu điển hình về sấy gián đoạn trên thế giới

22

1.6.3. Sấy gián đoạn với hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt

23

1.7. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết
1.7.1. Mơ hình tốn học q trình sấy lạnh trên cơ sở bỏ qua ảnh hưởng

24
24

của truyền nhiệt đến truyền ẩm
1.7.2. Vấn đề xác định thời gian sấy lạnh

25

1.7.3. Vấn đề động học quá trình sấy lạnh và ảnh hưởng của các yếu tố


25

đến quá trình sấy, lựa chọn chế độ sấy phù hợp
1.7.4. Vấn đề tiết kiệm năng lượng với sấy lạnh bằng bơm nhiệt

25

1.8. Kết luận chương 1

26

Chương 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

27

2.1. Tổng quát các nội dung cần thực hiện của đề tài nghiên cứu

27

2.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

28

2.2.1. Nghiên cứu quá trình dịch chuyển nhiệt ẩm và lựa chọn hệ

28

phương trình vi phân truyền nhiệt truyền chất liên hợp
2.2.2. Phương pháp giải hệ phương trình vi phân truyền nhiệt truyền chất


28

2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến động học sấy

28

2.2.4. Xác định thời gian sấy trên cơ sở nghiệm của hệ phương trình vi

29

phân truyền nhiệt truyền chất tìm được bằng phương pháp sai phân hữu hạn
2.2.5. Xác định lượng nhiệt vật liệu sấy hấp thụ trong quá trình sấy

29

2.2.6. Nghiên cứu lý thuyết khả năng tiết kiệm năng lượng của các chế

30

độ sấy
2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
2.3.1. Xây dựng mơ hình thí nghiệm

30
30

2.3.1.1. Vài nét về chu trình lạnh hai nhiệt độ sơi

30


2.3.1.2. Lựa chọn chu trình lạnh hai nhiệt độ sơi vào việc xây dựng
mơ hình thí nghiệm

32


vii
2.3.1.3. Sơ đồ và nguyên lý hệ thống sấy lạnh bơm nhiệt hai nhiệt độ sơi

32

2.3.1.4. Mơ hình hệ thống sấy lạnh bơm nhiệt hai nhiệt độ sôi

32

2.3.2. Lựa chọn vật liệu nghiên cứu

38

2.3.2.1. Giới thiệu chung về khoai tây

38

2.3.2.2. Chế biến và sấy khoai tây

39

2.3.2.3. Lý do sử dụng khoai tây làm vật liệu nghiên cứu trong luận án

42


2.3.3. Phương pháp xác định một số thông số nhiệt vật lý của khoai tây

43

2.3.3.1. Các thông số được tra cứu thừa nhận kết quả

43

2.3.3.2. Các thông số được xác định bằng thực nghiệm

46

2.3.4. Phương pháp xác định một số thông số nhiệt vật lý của tác nhân sấy

46

2.3.5. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết

46

2.3.5.1. Phương pháp tổ chức thực nghiệm sấy khoai tây lát mỏng

47

2.3.5.2. Phương pháp điều chỉnh thông số tác nhân sấy

48

2.3.5.3. Phương pháp lấy và xử lý số liệu


49

2.3.5.4. Phương pháp đánh giá số liệu thực nghiệm

49

2.3.5.5. Phương pháp đánh giá và so sánh hiệu quả năng lượng của
hệ thống sấy lạnh

50

2.4. Kết luận chương 2

50

Chương 3. Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất liên hợp và lựa chọn
mơ hình tốn học nghiên cứu quá trình sấy lạnh bằng bơm nhiệt

51

3.1. Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất liên hợp trong kỹ thuật sấy

51

3.1.1. Quá trình tương tác ẩm giữa vật liệu và khơng khí

51

3.1.1.1. Tính khơng thuận nghịch của q trình tương tác


51

3.1.1.2. Hấp phụ và khử hấp phụ đẳng nhiệt

51

3.1.2. Truyền nhiệt truyền chất giữa vật liệu ẩm và tác nhân sấy

52

3.1.2.1. Quy luật truyền nhiệt truyền chất thực nghiệm

52

3.1.2.2. Các phương trình tiêu chuẩn

53

3.1.3. Dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm trong lịng vật liệu sấy

55

3.1.4. Hệ phương trình dẫn nhiệt và khuếch tán

55

3.2. Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và trao đổi ẩm
đối lưu trong sấy lạnh - Phát triển phương pháp xác định thời gian sấy


56


viii
của Trần Văn Phú
3.2.1. Sự tương tự giữa trao đổi nhiệt đối lưu và trao đổi ẩm đối lưu tại bề

56

mặt vật liệu sấy trong quá trình sấy lạnh
3.2.2. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số trao đổi nhiệt đối lưu  và hệ số

59

trao đổi ẩm đối lưu m trong sấy lạnh bằng bơm nhiệt vật liệu dạng tấm phẳng
3.2.3. Phát triển phương pháp xác định thời gian sấy của Trần Văn Phú

61

cho trường hợp sấy lạnh bằng bơm nhiệt vật liệu dạng tấm phẳng
3.2.4. So sánh kết quả thu được với kết quả của Crank (1975)
3.3. Lựa chọn mơ hình tốn học nghiên cứu q trình truyền nhiệt truyền chất

64
65

đồng thời trong sấy lạnh bằng bơm nhiệt
3.3.1. Lý do của việc lựa chọn mơ hình

65


3.3.2. Các giả thiết của mơ hình

67

3.3.3. Điều kiện đơn trị

67

3.3.4. Phương pháp giải hệ phương trình (3.65)

67

3.4. Kết luận chương 3

74

Chương 4. Nghiên cứu lý thuyết quá trình sấy khoai tây lát mỏng trong

75

hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt
4.1. Kiểm chứng lý thuyết mơ hình tốn học bằng q trình sấy mẻ liên tục

76

khoai tây lát mỏng với tác nhân sấy là khơng khí nóng
4.1.1. Động học q trình sấy

76


4.1.2. Ảnh hưởng của chế độ sấy đến quá trình sấy

77

4.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy

77

4.1.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tác nhân sấy

77

4.1.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy

77

4.1.3. Nhiệt lượng vật liệu sấy hấp thụ trong quá trình sấy
4.2. Nghiên cứu lý thuyết quá trình sấy mẻ liên tục khoai tây lát mỏng trong

79
82

hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt
4.2.1. Động học quá trình sấy

82

4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy


86

4.2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy

86


ix
4.2.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tác nhân sấy

87

4.2.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy

88

4.2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu vật liệu sấy

88

4.2.3. Nhiệt lượng vật liệu sấy hấp thụ trong quá trình sấy

89

4.2.4. Xác định thời gian sấy và lượng nhiệt hấp thụ ở các chế sấy khác nhau

89

4.2.5. Lựa chọn chế độ sấy phù hợp


92

4.2.6. Xác định thời gian sấy theo công thức (3.56)

94

4.3. Kết luận chương 4

95

Chương 5. Nghiên cứu lý thuyết các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ

96

thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt
5.1. Giải pháp trên cơ sở động học quá trình sấy liên tục

96

5.2. Giải pháp trên cơ sở kỹ thuật sấy gián đoạn theo mẻ

97

5.2.1. Các chế độ sấy gián đoạn phổ biến

97

5.2.2. Nghiên cứu quá trình sấy gián đoạn theo chế độ cấp nhiệt - ủ

99


5.2.3. Nghiên cứu quá trình sấy gián đoạn khi nhiệt độ tác nhân sấy thay

102

đổi theo quy luật hình chữ nhật
5.2.4. Nghiên cứu quá trình sấy gián đoạn khi nhiệt độ tác nhân sấy thay

105

đổi theo bậc
5.2.4.1. Nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần theo bậc

105

5.2.4.2. Nhiệt độ tác nhân sấy tăng dần theo bậc

108

5.2.5. Đề xuất phương án sấy gián đoạn mới

108

5.3. Kết luận chương 5

109

Chương 6. Nghiên cứu thực nghiệm

110


6.1. Thực nghiệm xác định động học quá trình sấy lạnh

110

6.1.1. Thực nghiệm xác định độ ẩm ban đầu của khoai tây

110

6.1.2. Thực nghiệm xác định động học sấy

112

6.2. Thực nghiệm kiểm chứng phương pháp xác định thời gian sấy lạnh

116

6.3. Thực nghiệm kiểm chứng giải pháp tiết kiệm năng lượng bằng sơ đồ

118

sấy gián đoạn kết hợp


x
6.4. Kết luận chương 6

119

Kết luận và đề xuất


120

Các công trình của tác giả đã cơng bố có liên quan đến luận án

122

Tài liệu tham khảo

123

Phụ lục A. Thành phần hóa học của khoai tây

131

Phụ lục B. Một số thơng số nhiệt vật lý của khơng khí, nước và khoai tây

132

Phụ lục C. Kết quả tính tốn các đại lượng nhiệt vật lý của khơng khí ẩm

133

và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trên bề mặt tấm phẳng ở nhiệt độ từ 200C
đến 400C
Phụ lục D. Sơ đồ khối và một số kết quả giải hệ phương trình vi phân

134

Phụ lục E. Kết quả xác định độ ẩm tương đối ban đầu của khoai tây


178

Phụ lục F. Một số kết quả thí nghiệm

179

Phụ lục G. Một số hình ảnh thực hiện luận án

186


xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên gọi

Chữ viết tắt

Đơn vị đo

Ar

Tiêu chuẩn đồng dạng Arsimet

-

a


Hệ số dẫn nhiệt độ

m2/s

aij

Các hệ số trong hệ phương trình (3.14)

am

Hệ số khuếch tán ẩm

m2/s

aw

Hoạt độ của nước

-

Bi

Tiêu chuẩn đồng dạng Biot

-

b

Hệ số trong phương trình (3.65)


bgđ

Hệ số gián đoạn

-

Cm

Ẩm dung riêng

kg/kg0M

Cp

Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp

J/kg.K

d

Lượng chứa ẩm của khơng khí

kg/kgkk

Dh,a

Hệ số khuếch tán hơi nước vào trong khơng khí

m2/s


Deff

Hệ số khuếch tán hiệu quả

m2/s

F

Diện tích

m2

Fo

Tiêu chuẩn đồng dạng Fourier

-

G

Lượng ẩm lỏng hóa hơi

kg

Ga

Khối lượng ẩm trong vật liệu

kg


Gk

Khối lượng cốt khô của vật liệu

kg

Gu

Tiêu chuẩn đồng dạng Gouman

-

g

Gia tốc trọng trường

m/s2

ga

Khối lượng ẩm trong phân tố thể tích

kg

gk

Khối lượng vật liệu khơ trong phân tố thể tích

kg


I

Entanpi

J/kg

J1

Mật độ dịng nhiệt

W/m2

J2

Mật độ dịng chất

kg/m2.s

k

Hằng số sấy

1/s



Kích thước đặc trưng dòng chảy

m


L

Chiều dài tấm phẳng

m


xii
Lij

Hệ số hiện tượng

-

m

Khối lượng

kg

M

Độ chứa ẩm của vật liệu

kg/kg khơ

M

Độ chứa ẩm trung bình của vật liệu


kg/kg khơ

Mcb

Độ chứa ẩm cân bằng của vật liệu

kg/kg khô

Mm

Hệ số trong phương trình xác định độ chứa ẩm cân bằng (2.8) và (2.9)

Nu

Tiêu chuẩn đồng dạng Nusselt

-

p

Áp suất

Pa

pa

Áp suất riêng phần

Pa


Pr

Tiêu chuẩn đồng dạng Prandtl

-

Q

Nhiệt lượng

J

r

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước

J/kg

rh

Mật độ nguồn ẩm

kga/m3.s

R

Kích thước đặc trưng của vật hoặc tấm phẳng

m


Re

Tiêu chuẩn đồng dạng Reynolds

-

Sc

Tiêu chuẩn đồng dạng Schmidt

-

Sh

Tiêu chuẩn đồng dạng Sherwood

-

T

Nhiệt độ tuyệt đối (Kenvil)

K

t

Nhiệt độ bách phân (Celcius)

0


C

tp

Nhiệt độ trung bình của vật liệu tại thời điểm p

0

C

V

Thể tích

m3

W

Lượng ẩm bay hơi

kg

W
X

Khối lượng vật liệu ẩm

kg


Tọa độ khơng thứ nguyên

yLT,i

Giá trị lý thuyết thứ i

yTN,i

Giá trị thực nghiệm thứ i

y TN

Giá trị trung bình thực nghiệm

Ký tự Hy lạp


Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

W/m2.K

m

Hệ số trao đổi ẩm đối lưu

m/s

'm

Hệ số trao đổi ẩm đối lưu theo áp suất riêng phần


kg/m2.s.Pa


xiii


Bề dày tấm phẳng

m

t

Hệ số gradient nhiệt độ

-



Độ chênh



Độ ẩm tương đối

%



Hệ số biến đổi pha


-



Đại lượng trong phương trình (3.42)



Gradient



Hệ số dẫn nhiệt

ij

Các hệ số trong phương trình (1.6)



Hệ số nhớt động lực học

n

Nghiệm của phương trình đặc trưng (3.47)

m,n

Nghiệm của phương trình đặc trưng (3.49)




Hệ số nhớt động học

1

Trường nhiệt độ không thứ nguyên

2

Trường thế dẫn ẩm không thứ nguyên



Thế dẫn ẩm

0



Nhiệt độ không thứ nguyên

-

*

Nhiệt độ không thứ ngun trung bình

-


m

Độ chứa ẩm khơng thứ ngun

-

*
m

Độ chứa ẩm khơng thứ ngun trung bình

-



Khối lượng riêng

kg/m3



Đại lượng trong phương trình (3.40)



Thời gian

s




Độ ẩm tương đối của vật liệu

%

a

Tốc độ khơng khí

m/s

k

Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu

%

Chỉ số dưới

W/m.K

m2/s

Ý nghĩa

0

Ban đầu




Tại thời điểm vơ cùng

a

Khơng khí

bh

Bão hịa

kg/m.s

M


xiv
bm

Bề mặt

c

Cuối

cb

Cân bằng


h

Hơi

i, j

Chỉ số thứ tự

m

Truyền chất

mt

Môi trường

s

Vật liệu khơ
Các chữ

Ý nghĩa

viết tắt
BS

Buồng sấy

HTS


Hệ thống sấy

PPS

Phương pháp sấy

QTS

Q trình sấy

SGĐ

Sấy gián đoạn

SLT

Sấy liên tục

SMER

Lượng tách ẩm riêng

SPS

Sản phẩm sấy

TB

Trung bình


TBS

Thiết bị sấy

TGS

Thời gian sấy

TNS

Tác nhân sấy

TNTC

Truyền nhiệt truyền chất

VLÂ

Vật liệu ẩm

VLS

Vật liệu sấy

Đơn vị

kg ẩm/kWh


xv


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1.

Các nghiên cứu về sấy lạnh bằng bơm nhiệt gần đây của các

16

tác giả trên thế giới
Bảng 2.1.

Thông số HTS bơm nhiệt hai nhiệt độ sôi HS-01

35

Bảng 2.2.

Thiết bị và dụng cụ đo trong hệ thống sấy HS-01

36

Bảng 2.3.

Các chế độ vận hành HTS HS-01

37

Bảng 3.1.


Giá trị điển hình của hệ số khuếch tán hiệu quả trong thực phẩm

62

Bảng 4.1.

Thời gian sấy và lượng nhiệt VLS hấp thụ khi sấy liên tục bằng

81

khơng khí nóng đến độ ẩm tương đối 7%
Bảng 4.2.

Kết quả tính tốn QTS với các chế độ sấy lạnh bằng bơm nhiệt

90

khác nhau đến cùng độ ẩm cuối 9%
Bảng 4.3.

Kết quả tính tốn QTS với cùng tốc độ TNS 1 m/s (trích từ bảng 4.2)

94

Bảng 5.1.

Các chế độ sấy cấp nhiệt on - off

99


Bảng 5.2.

Thời gian sấy (TGS) và tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ của các chế

101

độ sấy nêu trong bảng 5.1.
Bảng 5.3.

Một số chế độ cấp nhiệt theo quy luật hình chữ nhật

102

Bảng 5.4.

Thời gian sấy và lượng nhiệt tiêu hao của các chế độ sấy kiểu

104

cấp nhiệt hình chữ nhật trong bảng 5.3
Bảng 5.5.

Các chế độ sấy theo sơ đồ nhiệt độ TNS giảm dần theo bậc

105

Bảng 5.6.

Thời gian sấy và tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ ứng với các chế


107

độ sấy nhiệt độ TNS giảm dần theo bậc nêu trong bảng 5.5.
Bảng 5.7.

Các chế độ sấy theo sơ đồ nhiệt độ TNS tăng dần theo bậc

108

Bảng 6.1.

So sánh thời gian sấy khi khoai tây có bề dày 5 mm.

117

Bảng 6.2.

Thí nghiệm so sánh hiệu quả năng lượng của phương pháp sấy

118

gián đoạn kết hợp (TN9) với sấy liên tục (TN8)


xvi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1.


Phân loại các phương pháp sấy

3

Hình 1.2.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt

5

Hình 1.3.

Sơ đồ cấu tạo một hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt

6

Hình 1.4.

Các hình thức sấy gián đoạn

21

Hình 2.1.

Lược đồ cấu trúc phương pháp và nội dung nghiên cứu của

27

đề tài
Hình 2.2.


Sơ đồ cách mắc các dàn bay hơi

30

Hình 2.3.

Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh hai nhiệt độ sôi hai dàn bay

31

hơi mắc song song
Hình 2.4.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bơm nhiệt hoạt động theo chu

33

trình lạnh hai nhiệt độ sơi
Hình 2.5.

Cấu trúc mơ hình hệ thống sấy hai nhiệt độ sơi

34

Hình 2.6.

Hình ảnh mơ hình hệ thống sấy

35


Hình 2.7.

Vị trí đặt các đầu đo thơng số TNS

37

Hình 2.8.

Vị trí đặt các đầu đo thơng số TNS trong một mặt đo

38

Hình 2.9.

Cấu tạo củ khoai tây

38

Hình 2.10.

Chu trình sấy lý thuyết quá trình sấy lạnh bằng bơm nhiệt

48

Hình 3.1.

Lược đồ nút sai phân

68


Hình 4.1.

Đường cong sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.

76

Hình 4.2.

Đường cong tốc độ sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.

76

Hình 4.3.

Đường cong nhiệt độ sấy khi SLT ở 700C, 35%, 2,0 m/s.

76

Hình 4.4.

Đường cong sấy khi SLT ở 600C, 650C và 700C, 35%, 2,0 m/s

77

Hình 4.5.

Đường cong sấy khi SLT ở 650C, 2,0 m/s và các độ ẩm 30, 35 và 40% 78

Hình 4.6.


Đường cong sấy khi SLT ở 650C, 30% và các tốc độ 1, 2 và 3 m/s

78

Hình 4.7.

Lượng nhiệt hấp thụ bởi VLS theo thời gian trong QTS liên

79

tục ở 650C, 30% và 2 m/s


xvii
Hình 4.8.

Đường cong sấy khi SLT ở 300C, 35%, 1,8 m/s

82

Hình 4.9.

Đường cong tốc độ sấy khi SLT ở ở 300C, 35%, 1,8 m/s.

83

Hình 4.10.

Đường cong nhiệt độ sấy khi SLT ở 300C, 35%, 1,8 m/s.


83

Hình 4.11.

Sự thay đổi nhiệt độ TB VLS theo thời gian khi SLT ở 300C, 35%,

84

1,8 m/s.
Hình 4.12.

Sự thay đổi nhiệt độ trung bình VLS trong giai đoạn đầu quá

84

trình sấy khi sấy liên tục ở 300C, 35%, 1,8 m/s.
Hình 4.13.

Đường cong nhiệt độ bề mặt và tâm VLS khi SLT ở 300C,

85

35%, 1,8 m/s.
Hình 4.14.

Đường cong độ chứa ẩm bề mặt và tâm VLS khi sấy liên tục ở

86


300C, 35%, 1,8 m/s.
Hình 4.15.

Đường cong sấy khi SLT ở 250C, 300C và 350C, 35%, 1,8 m/s.

86

Hình 4.16.

Đường cong sấy khi SLT ở 300C, 1,8 m/s và các độ ẩm 25%,

87

30% và 35%.
Hình 4.17.

Đường cong sấy khi SLT ở 300C, 30% và các tốc độ 0,2 m/s, 0,6

87

m/s, 1,0 m/s.
Hình 4.18.

Đường cong sấy khi sấy liên tục ở 300C, 30% và các tốc độ

88

1,0 m/s, 1,4 m/s, 1,8 m/s và 2,2 m/s.
Hình 4.19.


Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu VLS đến QTS khi sấy ở

89

350C, 25% và 1,2 m/s.
Hình 4.20.

Sự thay đổi nhiệt lượng VLS hấp thụ theo thời gian trong QTS

89

liên tục ở 300C, 30% và 1,4 m/s
Hình 5.1.

Sự thay đổi nhiệt cấp cho VLS trong QTS bơm nhiệt với 05

97

buồng sấy, 01 máy nén, chế độ SLT ở 300C, 30% và 1,4 m/s.
Hình 5.2.

Sơ đồ cấp nhiệt ủ.

97

Hình 5.3.

Sơ đồ cấp nhiệt cho VLS với nhiệt độ TNS thay đổi theo quy luật

98


bậc thang.
Hình 5.4.

Sơ đồ cấp nhiệt cho VLS với nhiệt độ TNS thay đổi theo một số

98

quy luật nhất định.
Hình 5.5.

Đường cong sấy khi sấy theo các chế độ cấp nhiệt trong bảng 5.1

100


xviii
Hình 5.6.

Đường cong tốc độ sấy khi sấy theo chế độ B1 (bảng 5.1).

100

Hình 5.7.

Đường cong nhiệt độ sấy khi sấy theo chế độ B1 (bảng 5.1).

100

Hình 5.8.


Biến thiên độ chứa ẩm trung bình, độ chứa ẩm bề mặt và độ chứa

101

ẩm tâm VLS khi sấy theo chế độ B3 (bảng 5.1).
Hình 5.9.

Biến thiên nhiệt độ trung bình, nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ

102

tâm VLS khi sấy theo chế độ cấp nhiệt B3 (bảng 5.1).
Hình 5.10.

Đường cong sấy khi sấy theo các chế độ cấp nhiệt trong bảng 5.3.

103

Hình 5.11.

Đường cong tốc độ sấy khi theo chế độ C3 (bảng 5.3).

103

Hình 5.12.

Biến thiên nhiệt độ trung bình VLS theo thời gian khi sấy theo chế

104


độ C3 (bảng 5.3).
Hình 5.13.

Sự thay đổi lượng nhiệt VLS hấp thụ trong QTS "hình chữ

105

nhật" C3 (bảng 5.3) theo thời gian sấy.
Hình 5.14.

Đường cong sấy khi sấy theo sơ đồ nhiệt độ TNS giảm dần D1

106

theo bậc có so sánh với chế độ sấy liên tục D3 (bảng 5.5).
Hình 5.15.

Đường cong nhiệt độ sấy khi sấy theo sơ đồ nhiệt độ TNS

106

giảm dần theo bậc D1 (bảng 5.5).
Hình 6.1.

Đường cong sấy ở chế độ sấy 28,80C, độ ẩm 43,7%, tốc độ

112

3,8 m/s (Thí nghiệm 1 - TN1)

Hình 6.2.

Biến thiên khối lượng VLS theo thời gian trong thí nghiệm 1.

113

Hình 6.3.

Đường cong sấy ở chế độ sấy gián đoạn (bgđ = 2/3) 28,80C,

113

độ ẩm 37,3%, tốc độ 3,8 m/s (Thí nghiệm 2 - TN2)
Hình 6.4.

Biến thiên khối lượng VLS theo thời gian trong thí nghiệm 2.

114

Hình 6.5.

Đường cong sấy ở chế độ sấy 34,40C, độ ẩm 40%, tốc độ 1,1

115

m/s (Thí nghiệm 3 - TN3)
Hình 6.6.

Biến thiên khối lượng VLS theo thời gian trong thí nghiệm 3.


115

Hình 6.7.

Biến thiên lượng tách ẩm riêng trong các thí nghiệm 1 đến 3.

116

Hình 6.8.

Biến thiên nhiệt độ TNS trong thí nghiệm SGĐ theo phương

119

thức kết hợp (TN9).


1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt đã được biết đến với ưu điểm nổi bật là tiết kiệm
năng lượng và chất lượng sản phẩm sấy nhưng động học quá trình sấy ở phạm vi nhiệt độ
thấp trong hệ thống này còn đặt ra nhiều khía cạnh cần phải giải quyết. Ở khía cạnh năng
lượng thì vẫn cịn một điểm cố hữu trong quá trình vận hành hệ thống sấy theo mẻ là phải
thải một lượng nhiệt nhất định ra môi trường trong nửa cuối q trình sấy thơng qua dàn
ngưng phụ, trong khi đó trong giai đoạn đầu q trình sấy thường phải dùng đến điện trở
đốt nóng. Việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và truyền chất, động học quá trình sấy
trong hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt sẽ tạo sự thuận lợi cho việc tính tốn, thiết kế hệ
thống sấy, giảm thiểu chi phí và tiếp tục nâng cao hiệu quả năng lượng, đặc biệt trong tình

hình vấn đề tiết kiệm năng lượng đang được đặt lên hàng đầu không chỉ ở Việt Nam mà
trên cả thế giới.
Bên cạnh đó, hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt vận hành chủ yếu dựa trên nguyên lý
của hệ thống lạnh do đó việc nâng cao hiệu quả của hệ thống này liên quan chặt chẽ đến
việc nâng cao hiệu quả chu trình lạnh cũng như cách thức vận hành quá trình sấy dựa trên
đặc điểm động học sấy.
Chính vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền
chất trong hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt và các giải pháp tiết kiệm năng lượng”
là thực sự cần thiết trong tình hình hiện nay, đặc biệt là tại Việt Nam.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục đích của luận án là: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất trong kỹ thuật
sấy, từ đó làm cơ sở nghiên cứu động học quá trình sấy bằng bơm nhiệt, nghiên cứu mức
độ tiêu hao năng lượng của quá trình sấy, nghiên cứu các phương án sử dụng tới mức tối
đa năng lượng tạo ra bởi bơm nhiệt.
Để đạt được những mục đích đó, luận án tập trung vào những nội dung sau:
- Nghiên cứu quá trình dịch chuyển nhiệt ẩm đồng thời trong và trên bề mặt vật liệu
sấy để nghiên cứu động học quá trình sấy lạnh dùng bơm nhiệt cũng như các phương pháp
xác định thời gian sấy.
- Nghiên cứu động học quá trình sấy liên tục và sấy gián đoạn theo mẻ trong hệ thống


2
sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt.
- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy liên tục và sấy gián đoạn theo mẻ trên hệ
thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt vận hành theo chu trình lạnh hai nhiệt độ sơi.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy, từ đó tìm ra một chế độ sấy lạnh
phù hợp cho một nông sản cụ thể là khoai tây lát mỏng.
- Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hệ thống sấy bằng bơm nhiệt hai nhiệt độ sôi, đối tượng sấy là khoai tây thái lát mỏng.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu trong luận án là phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm.
Về phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nội dung nghiên cứu chính gồm hai phần. Thứ
nhất là nghiên cứu một số vấn đề về q trình dịch chuyển nhiệt ẩm trong lịng vật liệu sấy,
từ đó lựa chọn mơ hình tốn học để giải quyết vấn đề động học, lượng nhiệt hấp thụ bởi vật
liệu sấy và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy lạnh. Thứ hai là phát triển phương pháp
xác định thời gian sấy của Trần Văn Phú (2008), áp dụng cho trường hợp sấy lạnh.
Về mặt nghiên cứu thực nghiệm, nội dung chính là xây dựng mơ hình thực nghiệm,
thực nghiệm kiểm chứng các kết quả lý thuyết, các phương pháp tiết kiệm năng lượng, ...
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Về mặt lý thuyết, luận án góp phần làm sáng tỏ cơ chế dịch chuyển nhiệt ẩm trong
lòng cũng như tại bề mặt vật liệu sấy, nghiên cứu động học quá trình sấy lạnh bằng mơ
hình tốn học trên cơ sở bỏ qua ảnh hưởng của dòng nhiệt đến dòng ẩm.
Bên cạnh đó, luận án tiếp tục phát triển phương pháp lý thuyết xác định thời gian sấy
của Trần Văn Phú (2008) áp dụng cho kỹ thuật sấy lạnh bằng việc xây dựng mối quan hệ
giữa hệ số trao đổi ẩm và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại bề mặt vật liệu sấy dạng tấm
phẳng.
Về mặt thực tiễn, luận án bổ sung thêm các phương án tiết kiệm năng lượng: với kỹ
thuật sấy gián đoạn, với kỹ thuật một máy nén phục vụ nhiều buồng sấy và các khuyến
nghị nhằm tiết kiệm năng lượng khi sấy lạnh.
Những kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp thêm cho các tài liệu về công nghệ sấy,
tạo cơ sở cho việc nghiên cứu ứng dụng của một số kỹ thuật còn tương đối mới như sấy
gián đoạn, bơm nhiệt hai nhiệt độ sôi nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng, cũng như thuận
lợi cho việc tính tốn và thiết kế thiết bị sấy.


3

Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM

BẰNG HỆ THỐNG SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT

1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH
1.1.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình tách hơi ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi vật liệu sấy (VLS),
trong đó VLS nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng VLS dịch chuyển ra bề mặt và
đi vào môi trường tác nhân sấy (TNS). Quá trình sấy (QTS) là quá trình truyền
nhiệt, truyền chất xảy ra đồng thời. Trao đổi nhiệt ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là
quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp [28].
Theo [28], dựa vào trạng thái TNS hay cách tạo ra động lực quá trình dịch
chuyển nhiệt - ẩm, người ta phân ra thành hai phương pháp sấy (PPS), đó là phương
pháp sấy lạnh và sấy nóng (hình 1.1).
Sấy
Sấy nóng
HTS
đối
lưu

HTS HTS
tiếp bức
xạ
xúc

Sấy lạnh
HTS
0
t <0 C
HTS HTS
thăng chân
hoa khơng


HTS0
t >0 C
Máy
hút ẩm
và
máy
lạnh

Bơm
nhiệt
nén
hơi

Hình 1.1. Phân loại các phương pháp sấy
1.1.2. Các phương pháp sấy lạnh
Khác với PPS nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh phân
áp suất hơi nước giữa VLS và TNS bằng cách giảm phân áp suất trong TNS nhờ
giảm lượng chứa ẩm [28]. Ở PPS lạnh, nhiệt độ bề mặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt
độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với khơng khí có độ ẩm và phân áp suất hơi
nước nhỏ nên lớp bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong vật.


4
Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient
nhiệt độ khơng kìm hãm q trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại,
nó có tác dụng làm tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lịng vật ra ngồi để
bay hơi làm khơ vật [28], [40]. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ
bề mặt vào mơi trường có thể trên, dưới nhiệt độ mơi trường hoặc cũng có thể nhỏ
hơn 0oC. Theo PPS lạnh, có thể chia HTS lạnh thành hai loại [16], [21], [28]:

1. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 00C
a) Hệ thống sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi VLS trực
tiếp từ trạng thái rắn biến thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra
quá trình thăng hoa, VLS phải được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ
của vật liệu t < 00C và áp suất TNS bao quanh vật p < 610 Pa. Từ đó, VLS nhận
được nhiệt lượng để ẩm từ trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí và vào mơi trường.
Như vậy, trong các HTS thăng hoa, phải tạo được chân không xung quanh VLS và
làm lạnh vật xuống dưới 0oC. Sấy thăng hoa thường được ứng dụng để sấy sản
phẩm quý, dễ biến chất do nhiệt như: máu, vác xin, thực phẩm quý hiếm.
b) HTS chân không: PPS chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần
như chân không trong buồng sấy (BS). Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử
nước trong VLS ở thể lỏng chuyển sang thể hơi và đi vào mơi trường. PPS này có
ưu điểm là giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện vệ sinh nhưng hệ
thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp. Phương pháp sấy chân không
thường chỉ sấy các loại VLS là các sản phẩm quý, dễ biến chất.
2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 00C
a) Phương pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dùng kết hợp với máy lạnh
Đầu tiên, TNS là khơng khí được khử ẩm khi cho đi qua bánh xe hút ẩm của
máy hút ẩm hấp phụ. Sau khi khử ẩm, TNS có nhiệt độ rất cao nên đưa qua dàn lạnh
làm mát xuống nhiệt độ yêu cầu để đưa vào BS trong vịng tuần hồn kín. Ưu điểm
của PPS này là năng suất hút ẩm khá lớn, khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh
dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy). Nhược điểm là chi phí
đầu tư ban đầu cao do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dùng và máy lạnh, chất
hút ẩm phải thay thế theo định kỳ, vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn,
điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở để hoàn
nguyên chất hấp phụ, lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thơng số để phù hợp với
cơng nghệ, trong mơi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp phụ gây khó
khăn, tốn kém, hiệu quả không cao.



5
b) Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp
Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra
mơi trường sấy. TNS là khơng khí trước hết được đưa qua dàn lạnh để khử ẩm sau
đó qua dàn ngưng để tăng nhiệt độ rồi đưa vào BS trong vịng tuần hồn kín. Nhiệt
độ mơi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt độ xấp xỉ môi
trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của VLS. Khác với các thiết bị nhiệt lạnh
khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khơ và hút ẩm thì cả dàn nóng và dàn lạnh đều
được sử dụng hữu ích nên năng lượng tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng đến mức
cao nhất mà nhiệt độ khơng khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ mơi trường
hoặc thấp hơn.
PPS này có ưu điểm: khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin của VLS đều tốt,
chất lượng VLS tốt; tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và
dàn lạnh, hiệu quả sử dụng nhiệt cao; bảo vệ môi trường, tuổi thọ thiết bị cao, vận
hành an tồn; có khả năng điều chỉnh nhiệt độ TNS tùy thuộc vào yêu cầu và khả
năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưng
trong, cơng suất khá lớn, chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp
sấy lạnh khác, vận hành đơn giản. Nhược điểm của PPS này là phải có giải pháp xả
băng sau một thời gian làm việc. Nhưng có thể giải quyết nhược điểm này bằng kỹ
thuật sấy gián đoạn được nêu trong mục 1.6.
1.2. HỆ THỐNG SẤY LẠNH DÙNG BƠM NHIỆT
1.2.1. Sơ nguyờn lý h thng
Không gian sấy

By pass
Dàn bay hơi

Quạt

-------- : Vịng tuần hồn


Dµn ng­ng trong

TNS (khơng khí)
_____ : Chu trỡnh
Tiết lưu

Dàn ngưng ngoài

ca mụi cht lnh

Máy nén

Hỡnh 1.2. S đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt
Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt có sử


6
dụng cả dàn bay hơi và ngưng tụ. Năng suất lạnh ở dàn bay hơi để tách ẩm ra khỏi
TNS và năng suất nhiệt ở dàn ngưng tụ để gia nhiệt cho TNS [16], [21].
Về cơ bản, chu trình của mơi chất là chu trình lạnh một cấp nén bình thường,
với đặc điểm cần lưu ý là có đến 2 dàn ngưng tụ. Dàn ngưng tụ trong nhằm mục
đích đốt nóng cho TNS tuy nhiên nó khơng tận dụng được hết lượng nhiệt Qk của hệ
thống. Lượng nhiệt thừa còn lại phải đưa ra dàn ngưng ngoài [16].
1.2.2. Các quá trình nhiệt động của TNS trong HTS lạnh dùng bơm nhiệt
Các quá trình nhiệt động của TNS trong hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt được
biểu diễn trên hình 1.3 [16], [28], trong đó:
- Q trình 2-3: TNS được đi qua dàn lạnh thực hiện quá trình làm lạnh - khử ẩm.
- Q trình 3-1: TNS đi qua dàn nóng thực hiện q trình đốt nóng đẳng ẩm.
- Q trình 1-2: TNS trao đổi nhiệt ẩm với VLS. Quá trình này có thể diễn ra

với đặc điểm đẳng nhiệt (1"-2), đoạn nhiệt (1'-2) hoặc nhiệt độ giảm dần (1-2).

I, kJ/kgkk
1'
1
t1

2

1"


3
d1

d2

d, kg/kgkk

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo một hệ thống sấy lạnh bằng bơm nhiệt [16]
Cũng như HTS dùng máy hút ẩm và máy lạnh, HTS bơm nhiệt nén hơi cũng có
hai giai đoạn xử lý TNS trước khi đưa vào buồng sấy. Đầu tiên, TNS được khử ẩm
bằng dàn lạnh nhờ năng suất lạnh Q0, nhiệt độ dàn lạnh được thiết kế sẽ nhỏ hơn
nhiệt độ đọng sương của TNS (khơng khí), do vậy lượng ẩm trong khơng khí được
tách ra dưới dạng lỏng. Thêm vào đó, nhiệt độ của TNS cũng được hạ xuống rất
thấp để phù hợp với cơng nghệ sấy nhiệt độ thấp, tuy nhiên thì độ ẩm tương đối của
TNS lại rất cao (từ 90% đến 95%), không đủ điều kiện để đưa vào sấy. Do đó phải
có giai đoạn 2, là TNS được đốt nóng để giảm độ ẩm tương đối bằng dàn ngưng tụ
nhờ năng suất nhiệt Qk. Độ ẩm sau giai đoạn này có thể giảm xuống tới 20% [16].



7
1.3. TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG SẤY LẠNH BẰNG
BƠM NHIỆT
1.3.1. Sơ lược về vấn đề tiết kiệm năng lượng trong hệ thống sấy
Theo Mujumdar trong tài liệu [73], sấy là một công đoạn phổ biến trong hầu hết
các lĩnh vực kỹ thuật, tiêu thụ 10%  15% tổng năng lượng của các nước đang phát
triển. Do chi phí năng lượng liên tục tăng trong những năm gần đây nên chi phí vận
hành các hệ thống có mặt của khâu sấy cũng tăng rất nhanh, kèm theo đó là phát
thải khí nhà kính cùng với các tác động khơng tốt đến môi trường [16], [20], [73].
Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật nhằm giảm tiêu hao năng lượng là
một việc làm hết sức cấn thiết. Cũng theo Mujumdar [73], các thiết bị sấy (TBS) đối
lưu hiện được sử dụng tương đối phổ biến. Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp
tiết kiệm năng lượng trong các TBS đối lưu thực sự có ý nghĩa thực tiễn trong thời
điểm hiện nay.
Theo các tác giả trong [73], [72] những lý do làm giảm hiệu quả năng lượng của các
TBS đối lưu gồm:
- hiệu quả tiếp xúc thấp giữa VLS và TNS;
- tổn thất năng lượng do khí xả;
- tổn thất nhiệt do cách nhiệt chưa tốt;
- động học QTS chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Cũng theo các tác giả này, các biện pháp cải thiện hiệu quả năng lượng của HTS
đối lưu bao gồm:
- thu hồi nhiệt của TNS sau khi đi qua BS,
- sử dụng VLS có biến đổi pha,
- phát triển các mơ hình tốn học QTS,
- sử dụng các PPS tiết kiệm năng lượng.
Hiệu quả năng lượng ở đây được định nghĩa là tỉ số giữa lượng nhiệt sử dụng để
bay hơi ẩm và tổng lượng nhiệt cung cấp cho TBS.
Theo Mujumdar [73], các phương pháp sấy tiết kiệm năng lượng gồm có:

- Phương pháp sấy tiếp xúc hoặc cấp nhiệt thể tích.
- Sấy gián đoạn, sấy nhiều giai đoạn để tối ưu hóa lượng nhiệt cấp cho VLS.
- Sử dụng năng lượng tái tạo (ví dụ năng lượng mặt trời, phong năng ...).