BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM LÊ QUANG HUY NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT SẤY PHẤN HOA Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã ngành : 62.52.14.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH – Năm 2017 Công trình hoàn thành tại: - Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh - Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng – TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hay GS.TSKH Trần Văn Phú Người phản biện … … Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp trường Có thể tìm hiểu luận án tại: … … … DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN GS.TSKH Trần Văn Phú, PGS.TS Nguyễn Hay, ThS Lê Quang Huy Phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt khuếch tán nhiệt vật liệu ẩm Tạp chí Năng lượng nhiệt số 121-01/2015, trang 10-12,16 Nguyễn Hay Lê Quang Huy Thực nghiệm xác định thông số nhiệt vật lý phấn hoa Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp số 01/ 2015, trang - 12 GS.TSKH Trần Văn Phú, GS.TS Nguyễn Hay, ThS Lê Quang Huy Phương pháp xác định hệ số dẫn ẩm khuếch tán ẩm phấn hoa Tạp chí lượng nhiệt số 128-03/2016, trang 16-20 GS.TS Nguyễn Hay, ThS Lê Quang Huy Nghiên cứu lý thuyết xác định thời gian sấy phấn hoa thiết bị sấy bơm nhiệt Tạp chí lượng nhiệt số 135-5/2017, trang 28 – 32 MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước nhiệt đới có diện tích rừng tự nhiên lớn với thảm thực vật đa dạng, nguồn hoa phong phú, nguồn thức ăn dồi cho ong mật, tiền đề cho nghề nuôi ong Theo số liệu hiệp hội nuôi ong Việt Nam, nước ước tính có gần 1.500.000 đàn ong có 1.150.000 đàn ong ngoại 350.000 đàn ong nội, sản lượng hàng năm ước đạt khoảng 70.000 mật ong Phấn hoa sau thu hoạch có hàm lượng nước cao nên dễ bị lên men bị thối rữa Do muốn phấn hoa thành sản phẩm thương mại đòi hỏi phải tiến hành làm khô bảo quản thời gian định Qua khảo sát thực tế sở nuôi ong chưa có thiết bị tiên tiến để làm khô bảo quản phấn hoa Người nuôi ong chủ yếu đem phấn hoa thu phơi khô nắng, đưa vào sấy lò sấy thủ công, đốt nóng than, củi Với phương pháp này, phấn hoa không đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng, giá trị quý giá vốn có nó, đồng thời tiềm ẩn nguy gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng Với mong muốn đưa công nghệ thiết bị sấy phấn hoa thích hợp nhằm khắc phục cách làm thủ công, đảm bảo chất lượng vốn quý chúng nâng cao hiệu kinh tế việc khai thác chế biến bảo quản phấn hoa, chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật sấy phấn hoa Việt Nam” MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài chọn tập trung giải năm mục tiêu cụ thể sau đây: - Nghiên cứu chất công nghệ thiết bị sấy phấn hoa Việt Nam giới, từ đề xuất thiết bị sấy phấn hoa phù hợp điều kiện Việt Nam - Nghiên cứu chất truyền nhiệt truyền chất vật liệu ẩm, đề xuất phương pháp đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng cho vật liệu ẩm nói chung cho phấn hoa nói riêng để làm sở cho tính toán thiết kế TBS - Từ mô hình toán lý thuyết cho truyền ẩm theo nghiên cứu Dincer Hussain, xây dựng thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyền ẩm, hệ số khuếch tán ẩm phấn hoa - Trên sở phương pháp tương tự Trần Văn Phú, đề xuất xây dựng thuật toán xác định thời gian sấy để tính toán thiết kế với TBS đề xuất - Bằng qui hoạch thực nghiệm thiết bị sấy thiết kế chế tạo, xác định thông số công nghệ đạt chất lượng hiệu kinh tế phù hợp với thực tế sản xuất phấn hoa Việt Nam xuất GIÁ TRỊ KHOA HỌC, THỰC TIỄN VÀ ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Giá trị khoa học Trên sở nghiên cứu lý thuyết trình truyền nhiệt truyền chất vật liệu ẩm Chúng đề xuất phương pháp cho phép đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng vật liệu ẩm nói chung phấn hoa nói riêng nhiệt độ, độ ẩm trung bình ban đầu Cơ sở toán học phương pháp đề xuất hai nghiệm giải tích gần toán dẫn nhiệt nửa phẳng chiều với điều kiện biên loại đối xứng Fourier đủ bé Phương pháp cho phép tìm mối quan hệ hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng với độ ẩm nhiệt độ: λ = f(ω,t), a = f(ω,t), c = f(ω,t) Kiểm chứng lý thuyết xây dựng thực nghiệm cho thấy kết chấp nhận Đóng góp thứ mặt lý thuyết đề xuất thuật toán đồng thời xác định hệ số dẫn ẩm hm = f(v,t) hệ số khuếch tán ẩm am = f(v,t) phấn hoa để từ ứng dụng xác định thời gian sấy phương pháp tương tự làm sở cho tính toán thiết kế TBS 3.2 Giá trị thực tiễn Trên sở nghiên cứu tổng quan đối tượng sấy, thiết bị sấy phấn hoa, phân tích ưu nhược điểm tính kinh tế kỹ thuật, đề xuất mô hình thiết bị sấy phấn hoa hợp lý cho qui mô hộ gia đình Việt Nam thiết bị sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần với tác nhân sấy chuyển động vuông góc với lớp vật liệu sấy có cào đảo trộn vật liệu trình sấy Trên sở mô hình đề xuất, ứng dụng kết nghiên cứu lý thuyết để tính toán thiết kế, chế tạo khảo nghiệm, xác định chế độ sấy, kết cấu thiết bị phù hợp Việt Nam Mô hình với chế độ sấy phù hợp chuyển giao cho sở sản xuất, với sản phẩm phấn hoa đạt giá trị kinh tế chất lượng xã hội chấp nhận, góp phần nội địa hóa thiết bị sản xuất phấn hoa, tiết kiệm chi phí nhập thiết bị sản xuất cho Việt Nam, phù hợp với sách khoa học công nghệ quốc gia Đây đóng góp mặt thực tiễn luận án 3.3 Điểm đề tài - Xây dựng phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng vật liệu ẩm theo công thức sau: 4qL  ttb ( )  t0  + Hệ số dẫn nhiệt: , W/(m.K)    t1 ( )  t0  L2  ttb ( )  t0  , m/s   t1 ( )  t0  + Hệ số khuếch tán nhiệt: a q. , J/(kg.K) L  ttb  t0  v - Bằng thực nghiệm xây dựng mô hình toán học xác định: khối lượng riêng ρv = f(ω,d), hệ số dẫn nhiệt λ = f(ω,t), hệ số khuếch tán nhiệt a = f(ω,t), nhiệt dung riêng C = f(ω,t), hệ số dẫn ẩm hm = f(v,t) hệ số khuếch tán ẩm am = f(v,t) phấn hoa để làm sở cho trình tính toán nhiệt nói chung tính toán thiết kế TBS nói riêng - Trên sở mô hình đề xuất, ứng dụng kết nghiên cứu lý thuyết để tính toán thiết kế chế tạo khảo nghiệm mô hình để xây dựng chế độ sấy kết cấu thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam - Mô hình chuyển giao cho công ty TNHH Cửu Long Bee, với sản phẩm phấn hoa đạt giá trị kinh tế chất lượng xã hội chấp nhận + Nhiệt dung riêng: Cv  Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phấn hoa 1.1.1 Khái niệm phấn hoa Phấn hoa hay gọi phấn ong, tên tiếng anh bee pollen, tế bào sinh sản giống đực loài hoa ong thợ thu gom mang làm thức ăn loài ong Nó sản phẩm ngành nuôi ong 1.1.2 Thành phần hóa học công dụng phấn hoa 1.1.2.1 Thành phần hóa học Thành phần hóa học phấn hoa tươi gồm nước, protein, axit amin, chất béo loại đường Ngoài ra, phấn hoa có nhiều loại men chất có hoạt tính sinh học có ích cho thể người Thành phần phấn hoa thay đổi phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa lý, nguồn gốc thực vật 1.1.2.2 Công dụng phấn hoa Kết nghiên cứu Johanna Barajas ctv (2009); Campos ctv (2010) khẳng định phấn hoa loại thực phẩm có chứa đầy đủ thành phần dinh dưỡng đạm, đường, béo, vitamin, enzyme khoáng chất có giá trị sinh học cao nên phấn hoa nguồn dược phẩm, thức ăn tự nhiên bổ sung loại thực phẩm chức có lợi cho sức khoẻ người Tuy nhiên hiệu lực phấn hoa cao hay thấp phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường tác động suốt trình thu hoạch, sơ chế bảo quản chúng Campos đề xuất "Dự thảo tiêu chuẩn" chất lượng toàn cầu phấn hoa giao dịch thương mại, sau:  Cảm quan - Màu: Nâu, vàng, cam, màu cát, xanh xám, đen, tím - Hình dạng: Khối hạt tơi đều, giữ nguyên hình dáng bên ngoài, - Kích thước hạt khoảng từ 1- 3mm Các hạt không bể, nát hay đổ vụn - Mùi: Thơm đặc biệt phấn hoa, tùy theo nguồn hoa - Tạp chất khác: Không có độc tố, vi khuẩn gây bệnh, nấm mốc, sâu bọ  Chỉ tiêu hoá lý - Hàm lượng nước: Dưới 8% - Tro: Dưới 6% - Protein: Trên 15% - Đường: Trên 40% - Chất béo: Trên 1.5% 1.2 Tình hình nghiên cứu phương pháp sấy phấn hoa trong, nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu phương pháp sấy phấn hoa nước Năm 2003, Campos cộng nghiên cứu TBS với tác nhân sấy (TNS) gia nhiệt điện trở đưa kiến nghị sấy phấn hoa không khí khô, nhiệt độ khoảng 400C hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng có phấn hoa Năm 2009, Thổ Nhĩ Kỳ, Adnan Midilli cộng nghiên cứu sử dụng TBS lượng mặt trời để sấy phấn hoa Ưu điểm chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản Tuy nhiên nhược điểm kiểm soát điều kiện sấy phụ thuộc vào thời tiết, thời gian sấy dài, chất lượng sản phẩm Cũng năm 2009, Colombia, Barajas cộng có nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ sấy TBS không khí nóng đến chất lượng phấn hoa khai thác hai vùng khác Đã khẳng định hàm lượng vitamin C phấn hoa bị thất thoát nhiệt độ sấy khuyến cáo sấy phấn hoa nhiệt độ nhỏ 450C Ngoài nhận xét tổn thất vitamin C phấn hoa vùng khác không Năm 2016 Italy, Angelo Canale ctv nghiên cứu thay đổi thành phần rutin, amino acids phấn hoa với thiết bị sấy gia nhiệt vi sóng môi trường chân không Kết nghiên cứu khẳng định với thiết bị sấy chân không vi sóng hàm lượng rutin amino acids bảo toàn nhiệt độ sấy thấp 1.2.2 Tình hình nghiên cứu phương pháp sấy phấn hoa nước Năm 2007, công ty cổ phần ong mật Đăk Lăk có tiến hành đề tài thử nghiệm sấy phấn hoa máy sấy chân không Kết bước đầu cho thấy phấn hoa khô thu tốt so với loại phấn hoa sấy thủ công phơi nắng Tuy nhiên công suất hạn chế 15 – 20 kg/ngày, thời gian sấy dài, từ - 10 Năm 2010, Lê Minh Hoàng cộng nghiên cứu sấy phấn hoa sấy lạnh – chân không Kết chất lượng sản phẩm tương đối tốt Tuy nhiên giá thành thiết bị cao, thời gian sấy dài nên chưa ứng dụng rộng rãi Cũng năm 2011, Lê Anh Đức cộng có nghiên cứu sấy phấn hoa vi sóng môi trường chân không Kết chất lượng sản phẩm tốt Tuy nhiên, chưa áp dụng rộng rãi giá thành thiết bị cao, thời gian sấy dài Năm 2013, Nguyễn Hữu Quyền nghiên cứu sấy phấn hoa theo phương pháp sấy bơm nhiệt truyền động băng tải Kết chất lượng sản phẩm tốt Tuy nhiên chi phí sấy lớn thiết bị cồng kềnh nên chưa áp dụng rộng rãi 1.3 Đánh giá lựa chọn phương pháp thiết bị sấy phấn hoa 1.3.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phấn hoa QTS Sấy phấn hoa làm giảm hàm lượng nước phấn hoa nhằm giảm thiểu hư hỏng vi sinh vật gây kéo dài thời gian sử dụng Ngoài ra, làm giảm đáng kể trọng lượng góp phần làm giảm chi phí lưu trữ, xử lý phân phối Phấn hoa chứa loại vitamin Provitamin A, B1, B2, B3, B5, B6, B12, C, D, E, H, K, PP, nhiều loại men chất có hoạt tính sinh học có ích cho thể Tuy nhiên provitamine A, vitamin C E vitamin dễ bị trình sấy Vì cần nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp chế độ sấy đến chất lượng phấn hoa để nâng cao giá trị sản phẩm Các công trình nghiên cứu Adnan Midilli ctv (2000); Johanna Barajas ctv (2009); Lê Minh Hoàng ctv (2010); Angelo Canale ctv (2016) kiến nghị nên sấy phấn hoa nhiệt độ từ 40 đến 450C môi trường không tiếp xúc với ánh sáng không khí bên để sản phẩm đạt chuẩn chất lượng dinh dưỡng, màu sắc mùi vị 1.3.2 Phân tích chế sấy Quá trình sấy trình tách ẩm, chủ yếu nước nước khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Động lực trình tách ẩm hay gọi động lực trình sấy độ chênh lệch phân áp suất riêng phần nước phần vật liệu sấy bề mặt với môi trường Xét chế sấy nóng sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) với TNS không khí nhiệt độ sấy 450C Trạng thái TNS thể đồ thị I -d (hình 1.1) Hình 1.1 Đồ thị I - d biễu diễn trình sấy Qua khảo sát chế sấy nóng sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) nêu trên, ta thấy nhiệt độ sấy phương pháp sấy lạnh có động lực sấy lớn 1.3.3 Lựa chọn phương pháp thiết bị sấy Qua tìm hiểu đặc tính, thành phần giá trị phấn hoa yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phấn hoa trình sấy qua nghiên cứu phân tích phương pháp thiết bị sấy Ta thấy phương pháp sấy có ưu nhược điểm riêng tùy theo điều kiện thực tế mà lựa chọn phương pháp TBS cho phù hợp, thỏa mãn mục tiêu chất lượng chi phí sấy Như vậy, vào điều kiện khí hậu, kinh tế kỹ thuật Việt Nam, đề xuất thiết bị làm khô phấn hoa với quy mô hộ gia đình thiết bị sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần có kết hợp cào đảo trộn Trên thiết bị sấy nghiên cứu thực nghiệm để tìm chế độ sấy thích hợp với mục tiêu sản phẩm sấy tốt với giá thành hợp lý 1.4 Tổng quan phương pháp xác định thông số nhiệt vật lý vật liệu ẩm 1.4.1 Phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt Phương pháp lý thuyết thực ngiệm xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu nghiên cứu từ lâu ngày phát triển Nhiều công trình khoa học lĩnh vực công bố Cơ sở phương pháp xác định thông số nhiệt vật lý vật liệu xây dựng sở toán dẫn nhiệt Theo đặc trưng phân bố trường nhiệt độ theo thời gian mà phương pháp xác định phân thành hai nhóm: phương pháp ổn định, phương pháp không ổn định 1.4.1.1 Phương pháp ổn định Phương pháp ổn định phương pháp xây dựng sở toán dẫn nhiệt ổn định chiều điều kiện biên Bằng cách tạo dòng nhiệt ổn định chiều qua vật sau đo giá trị nhiệt độ hai bề mặt vật dòng nhiệt truyền qua mẫu để xác định hệ số dẫn nhiệt Theo hướng truyền nguồn nhiệt, đặc trưng hình học điều kiện biên toán dẫn nhiệt mà nhóm phương pháp có phương pháp sau: - Phương pháp dòng nhiệt truyền theo chiều dọc (nguồn nhiệt mặt) - Phương pháp dòng nhiệt truyền theo hướng bán kính (nguồn nhiệt đường) - Phương pháp nhiệt ẩn hóa 1.4.1.2 Phương pháp không ổn định Cơ sở phương pháp xây dựng toán dẫn nhiệt không ổn định Tương tự phương pháp ổn định, theo hướng truyền nguồn nhiệt, đặc trưng hình học điều kiện biên toán dẫn nhiệt mà nhóm phương pháp có phương pháp sau: - Phương pháp Fitch - Phương pháp cải tiến Fitch - Phương pháp que thăm - Phương pháp so sánh 1.4.2 Phương pháp xác định hệ số khuếch tán nhiệt Xác định hệ số khuếch tán nhiệt có phương pháp chính: phương pháp xác định trực tiếp phương pháp xác định gián tiếp 1.4.2.1 Phương pháp xác định gián tiếp Hệ số khuếch tán nhiệt xác định gián tiếp qua thông số nhiệt vật lý là: hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C khối lượng riêng ρ Thể qua biểu thức sau: a   / (  C ) 1.4.2.2 Phương pháp xác định trực tiếp Cơ sở lý thuyết phương pháp toán dẫn nhiệt không ổn định chiều Phương pháp xác định có loại sau: - Phương pháp đồ thị - Phương pháp que thăm - Phương pháp Dickerson - Phương pháp biến phân 1.4.3 Phương pháp xác định nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng thường xác định thực nghiệm sở cân nhiệt lượng điều kiện đoạn nhiệt Phương pháp xác định nhiệt dung riêng có loại sau: - Phương pháp chắn - Phương pháp so sánh - Phương pháp hỗn hợp 1.4.4 Nhận xét: Để xác định hệ số dẫn nhiệt khuếch tán nhiệt có hai nhóm phương pháp, với phương pháp có ưu nhược điểm riêng Cơ sở lý thuyết nhóm phương pháp ổn định sử dụng trực tiếp định luật Fourier toán dẫn nhiệt ổn định nên có ưu điểm: Quy trình tính toán đơn giản, dễ dàng điều khiển điều kiện thực nghiệm, kết xác cao Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm: thời gian thí nghiệm thường dài, thích hợp với vật liệu khô, không thích hợp với vật liệu ẩm độ ẩm thay đổi đáng kể so với ban đầu Nhóm phương pháp không ổn định thiết lập sở toán dẫn nhiệt không ổn định, nên thực nghiệm giai đoạn không ổn định ban đầu trình truyền nhiệt, rút ngắn thời gian thực nghiệm thích hợp với vật liệu ẩm Nhược điểm xây dựng toán dẫn nhiệt không ổn định nên việc tìm nghiệm toán phức tạp, để đơn giản toán ta phải đặt thêm giả thiết Fo đủ bé Fo đủ lớn, trình dẫn nhiệt ổn định Do nghiệm toán nghiệm gần đúng, dẫn đến sai số định 1.5 Kết luận chương I Căn điều kiện thực tế Việt Nam, nhằm tạo sản phẩm phấn hoa đạt giá trị kinh tế chất lượng Chúng đề xuất thiết bị sấy phấn hoa quy mô hộ gia đình TBS bơm nhiệt hồi lưu toàn phần, có cào đảo trộn vật liệu trình sấy để nghiên cứu khảo nghiệm nhằm tạo chế sấy với nhiệt độ, độ ẩm thấp Ở Việt Nam TBS phù hợp mặt kinh tế kỹ thuật Ta thấy đặc trưng nhiệt vật lý phấn hoa phụ thuộc nhiều vào độ ẩm thành phần Mà độ ẩm thành phần phấn hoa lại phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa lý, nguồn gốc thực vật Qua hiểu biết tính chất nhiệt vật lý phấn hoa chưa nghiên cứu công bố Việt Nam Vì vậy, việc xác định đặc trưng nhiệt vật lý để phục vụ cho tính toán trình công nghệ khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt phấn hoa Việt Nam cần thiết Qua phân tích, để xác định thông số nhiệt vật lý vật liệu nói chung hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, có hai nhóm phương pháp: phương pháp ổn định phương pháp không ổn định Ta thấy phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy theo điều kiện thực tế mà lựa chọn phương pháp cho phù hợp nhằm thỏa mãn hai mục tiêu xác tiết kiệm Với vật liệu ẩm, thường trình khuếch tán ẩm chưa xảy giai đoạn đốt nóng nên để đảm bảo tính xác việc xác định thông số nhiệt vật lý vật liệu ẩm sử dụng phương pháp không ổn định Trong khuôn khổ nghiên cứu luận án, với mong muốn góp phần làm phong phú thêm phương pháp xác định, tập trung nghiên cứu toán truyền nhiệt – truyền chất vật liệu ẩm Từ đề xuất phương pháp cho phép đồng thời xác định ba hệ số: hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng vật liệu ẩm nói chung phấn hoa nói riêng nhiệt độ độ ẩm trung bình ban đầu để tính toán thiết kế TBS phấn hoa Qua đó, qui hoạch thực nghiệm, xác định thông số công nghệ đạt chất lượng hiệu kinh tế kỹ thuật phù hợp với thực tế sản xuất phấn hoa Việt Nam xuất Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Như trình bày phần mục tiêu luận án xác định số thông số nhiệt vật lý phấn hoa phương pháp tác giả đề xuất để làm sở cho tính toán thiết kế Thực nghiệm TBS đề xuất để tìm chế độ sấy thích hợp cho hộ gia đình Việt Nam Với mục đích đó, chương tác giả trình bày kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm mười vấn đề sau đây: - Kết nghiên cứu đặc trưng truyền nhiệt truyền chất vật liệu ẩm Từ xây dựng phương pháp đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng cho phấn hoa nói riêng cho vật liệu ẩm nói chung - Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt truyền chất vật liệu ẩm kiến nghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyền ẩm hệ số khuếch tán ẩm phấn hoa - Nghiên cứu tương tự truyền nhiệt truyền chất vật liệu ẩm làm sở lý thuyết để xác định thời gian sấy theo phương pháp tương tự - Kết thực nghiệm xác định số thông số nhiệt vật lý phấn hoa quan hệ hàm gần thông số: ρh = f(ω,d), ρv = f(ω,d), a = f(ω,t), λ = f(ω,t), C = f(ω,t), hm = f(t,v), am = f(t,v) - Xác định thời gian sấy lý thuyết TBS đề xuất phương pháp tương tự với hệ số dẫn ẩm hm, hệ số khuếch tán ẩm am phấn hoa - Thực nghiệm đánh giá sai số thời gian sấy lý thuyết thực tế TBS đề xuất - Kết nghiên cứu thực nghiệm với TBS thiết kế chế tạo phương trình toán học biểu diễn phụ thuộc chi phí điện riêng Ar, phần trăm hàm lượng vitamin %C tỉ lệ thu hồi sản phẩm %M vào nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy, chu kỳ đảo trộn - Xác định chế độ sấy thích hợp - Xây dựng phương trình tiên đoán giảm ẩm ω (%) theo thời gian τ (s) trình sấy phấn hoa sở mô hình tác giả trước 3.1 Xây dựng phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng phấn hoa Trong mục này, sở nghiên cứu đặc trưng toán truyền nhiệt, truyền chất VLA trình bày vấn đề sau đây: - Lý thuyết phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng phấn hoa nói riêng VLA nói chung đề xuất - Cơ sở thiết kế thiết bị phương pháp thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng đề xuất Trước xây dựng phương pháp xác định hai hệ số nói xem xét mô hình vật lý mô hình toán học toán sau 3.1.1 Mô hình vật lý Xét phẳng vật liệu ẩm chiều dày 2L với độ ẩm nhiệt độ ban đầu biết tương ứng 0 t0 Khi  > hai mặt phẳng trì dòng nhiệt không đổi q (W/m2) 10 Hình 3.1 Phân bố nhiệt độ nửa phẳng thời điểm    n 3.1.2 Mô hình toán học Khi bỏ qua ảnh hưởng lẫn dẫn nhiệt khuếch tán ẩm tính đến ảnh hưởng mô hình toán học xác định trường nhiệt độ (2.1) - (2.4) dạng không thứ nguyên biểu diễn sau:  ( X , Fo)  2 ( X , Fo) (3.1)  ,  X  1; Fo  Fo X Với điều kiện ban đầu: (3.2)  ( X , 0)  qL  (1, Fo) - Điều kiện biên: (3.3)   t0 X  (0, Fo) - Điều kiện đối xứng: (3.4) X Trong đó: - Tọa độ không thứ nguyên: - Thời gian không thứ nguyên: - Nhiệt độ không thứ nguyên: 0 X  x/L Fo  a L2 t  x,   t0   X , Fo   t0 Ki  qL / t0 - Tiêu chuẩn Kirpychev: 3.1.3 Giải toán dẫn nhiệt với điều kiện loại đối xứng Với mục đích tìm nghiệm giải tích gần thuận tiện việc xác định nhiệt độ bề mặt nhiệt độ trung bình tích phân giai đoạn đốt nóng ban đầu sử dụng phương pháp biến đổi tích phân Laplace Khi ta đặt:   ( X , s)    ( X , Fo) exp(sFo)dFo (3.5) Giải (3.1) - (3.4) ta thu toán dẫn nhiệt dạng ảnh: d 2 ( X , s )  s ( X , s)  dX 11 (3.6) - Điều kiện biên:  d (1, s ) Ki  0 dX s (3.7) - Điều kiện đối xứng: d (0, s)  (3.8) dX A.V Luikov (1968) tìm nghiệm giải tích xác có dạng ảnh: Ki.ch s X (3.9) s s sh s Khai triển hàm ch s X sh s dạng chuỗi, đồng thời sử dụng bảng ảnh – gốc  ( X , s)  ta tìm nghiệm giải tích xác có dạng:    ( X , Fo)  Ki  Fo  (1  X )    1  n 1 n2 n 1  cos n X exp   n2 Fo    (3.10) Rõ ràng, nghiệm giải tích xác (3.10) khó sử dụng Dễ dàng thấy rằng, nghiệm (3.9) viết lại sau:  ( X , s)      Ki   exp  s (2n 1)  X   exp  s (2n 1)  X  s s n1  (3.11) Sử dụng bảng ảnh – gốc từ (3.11), ta tìm nghiệm xác dạng sau tiện dùng Fo đủ bé Nghiệm có dạng:   n 1   ( X , Fo)  2Ki Fo  ierfc (2n  1)  X (2n  1)  X   ierfc  Fo Fo  (3.12) Cũng theo A.V Luikov (1968), Fo đủ bé nghiệm (3.12) lấy n = đủ Khi đó, nghiệm (3.12) gần bằng:   ( X , Fo)  2Ki Fo ierfc  (2n  1)  X (2n  1)  X   ierfc  Fo Fo  (3.13) Mặt khác đơn giản nghiệm ảnh (3.11) với điều kiện Fo đủ bé để tìm dạng nghiệm giải tích gần khác Đây đóng góp riêng chúng tôi, cho n = nghiệm ảnh (3.11) lấy dạng: Ki  (3.14)  ( X , s)  exp s (1  X )  exp s (1  X )  s s Sử dụng tính tích chập biến đổi tích phân Laplace gốc ảnh F1(s) f1(Fo) gốc ảnh F2(X,s) f2(X,Fo) hàm gốc hàm ảnh  ( X , s)  F1 ( s).F2 ( X , s) bằng:  ( X , Fo)  f1 ( Fo)* f ( X , Fo)  Fo  f (Fo   ) f ( , X )d (3.15) Trong (3.15), ký hiệu * tích chập theo biến số Fo hai hàm f1(Fo) f2(X,Fo) Và nghiệm (3.15) trở thành : Fo  ( X , Fo)  Ki  4 Fo exp (1  X ) dFo Fo (3.16) 3.1.4 Nhiệt độ bề mặt vật liệu (X = 1) thời điểm    n Chúng ta sử dụng nghiệm giải tích gần (3.13) để xác định nhiệt độ bề mặt tiếp xúc Khi đó, thay X = vào (3.13) ta được: 12  1 (1, Fo)  2Ki Fo ierfc 1/ Fo  ierfc0  (3.17) Do tính chất hàm ierfc, nên Fo đủ bé, Chẳng hạn Fo = 0,5 ierfc 1/ 0,5  0,001 Trong ierfc0  1/   0,5642 Như vậy, Fo = 0,5 bỏ qua ierfc 1/ Fo phạm sai số tương đối  nhỏ bằng: 0,0010    0,0018 (0,5642  0,0010) Như vậy, Fo đủ bé ta có có ierfc0ierfc 1/ Fo Do đó, nhiệt độ bề mặt vật liệu tiếp xúc với nguồn nhiêt hay X = gần bằng: (3.18) 1 (1, Fo)  Ki Fo  3.1.5 Nhiệt độ trung bình tích phân phẳng thời điểm    n Tích phân từ -1 đến nghiệm (3.16) ta nhiệt độ trung bình tích phân thời điểm    n bằng: Fo   tb ( Fo)  Ki      1   (1  X )   exp    dX dFo Fo 4 Fo     (3.19) Mặt khác, theo A.V Luikov (1968), Fo đủ bé, cách gần ta có: 1  1 1  (1  X )   (1  X )  exp   dX   exp    dX  Fo  4 Fo 4 Fo   Fo  1 (3.20) Thay quan hệ gần (3.20) vào (3.19), ta nhiệt độ trung bình tích phân thời điển    n gần bằng: Fo tb ( Fo)  Ki  dFo  Ki.Fo (3.21) 3.1.6 Các công thức xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng Nhiệt độ bề mặt đốt nóng xác định quan hệ (3.18) nhiệt độ trung bình tích phân nửa phẳng thời điểm    n cho (3.21) tạo thành hệ phương trình: (3.22)  (1, Fo)  Ki Fo  tb ( Fo)  KiFo (3.23) Khi thay Fo  a L2 , Ki  qL t0 vào hệ (3.22), (3.23) giải hệ phương trình thu : 4qL(ttb ( )  t0 ) (3.24)   (t1 ( )  t0 )2 L2 (ttb ( )  t0 )2 (3.25) a  (t1 ( )  t0 )2 Nếu gọi khối VLS kích thước F.L (m3) có khối lượng G (kg) G  FL v 13 Khi công thức xác định nhiệt dung riêng trung bình theo định nghĩa: Cv   J  q.F  N q N Q Q    , Gt L.F v t L.F v t L  ttb  t0  v  kgK  (3.26) Ở q [W/m2] mật độ dòng nhiệt Ngoài ra, thấy, thay  a từ (3.24), (3.25) vào công thức xác định nhiệt dung riêng giới thiệu tài liệu truyền nhiệt A.V Luikov (1968), Jatif M.Jiji (2009),… ta được:  J   q. (3.27) Cv   , a.v L  ttb  t0  v  kgK  Quan sát quan hệ (3.26) (3.27), thấy công thức xác định nhiệt dung riêng trung bình theo định nghĩa công thức xác định nhiệt dung riềng thay λ a từ công thức (3.24), (3.25) vào (3.26) Điều này, mặt toán lý gián tiếp minh chứng rằng, phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt (3.24) hệ số khuếch tán nhiệt (3.25) kiến nghị đắn đáng tin cậy 3.1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mô hình thí nghiệm Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm đo đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt nhiệt dung riêng vật liệu ẩm Trong : 1: Thùng chứa vật liệu 4: Đầu dò nhiệt độ 2: Vật liệu thí nghiệm 5: Nhiệt kế 3: Nguồn nhiệt 6: Woat kế 3.2 Phương pháp xác định hệ số truyền ẩm hệ số khuếch tán ẩm Hệ số khuếch tán ẩm hệ số truyền ẩm hai hệ số cần sử dụng để xác định thời gian sấy theo phương pháp tương tự Phương trình vi phân miêu tả trình khuếch tán ẩm chiều nửa phẳng có chiều dày 2.L với điều kiện biên loại đối xứng (2.5) – (2.8) biểu diễn dạng không thứ nguyên sau: m ( X , Fom )  2m ( X , Fom ) (3.28) Fom  X Với điều kiện đơn trị: - Điều kiện ban đầu - Điều kiện biên: ,0  X  1, Fom   m ( X , 0)   m (1, Fom ) X 14   Bim m (1, Fom ) (3.29) (3.30) - Điều kiện đối xứng:  m (0, Fom ) 0 X (3.31) Trong đó: - Tọa độ không gian không thứ nguyên: X x L - Độ ẩm tuyệt đối không thứ nguyên: m  X , Fo   - Tiêu chuẩn Bio trao đổi chất: Bim  hm L / am k  ke k  ke - Thời gian không thứ nguyên; Fom  am / L2 Theo Dincer Hussain (2002), nghiệm giải tích gần phương trình (3.28) với điều kiện đơn trị (3.29) – (3.31) biểu diễn dạng chuỗi sau đây:  m ( X , Fom )   An Bn (3.32) n 1 Ngoài ra, theo Dincer Hussain (2002), Fom > 0,2 chuỗi (3.32) lấy gần với n = Khi nghiệm (3.32) gần bằng:  0, 2533Bim  (3.33)  m ( X , Fom )  A1 B1  exp  exp(  Fom ) (1,3  Bi ) m   Ở đây:   arctan(0,640443Bim  0,380397) (3.34) Mặt khác, theo Dincer Hussain (2002), nghiệm (3.28) với điều kiện đơn trị (3.29) – (3.31) biểu diễn dạng khác sau: (3.35)  m ( X , Fom )  G exp( S ) Hay ln  m   S  ln G Ở đây: G nhân tố cản trở, không thứ nguyên S hệ số sấy, [1/s] So sánh nghiệm (3.33) (3.35) dễ dàng thu quan hệ sau đây: 0,2533Bi m (3.36) G  exp 1,3  Bi m (3.37) exp(S )  exp( Fom ) Từ hai công thức này, ta suy kết sau: (3.38) am  SL2  (3.39) hm  am Bim / L Theo trình bày đây, kiến nghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số khuếch tán ẩm am hệ số truyền ẩm hm theo thứ tự sau: - Bước 1: Thực nghiệm trình sấy xác định quan hệ  m theo thời gian τ;  m  f ( ) m  k  ke  f ( ) k  ke - Bước 2: Logarit hai vế để xác định quan hệ: ln  m  ln f ( ) 15 k  ke )  f ( ) k  ke - Bước 3: Từ quan hệ ln  m  f ( ) vừa tìm bước phương trình ln m  ln( ln  m   S  ln G , sử dụng phương pháp bình phương nhỏ ta tìm giá trị lnG S - Bước 4: Từ giá trị lnG tìm bước tiếp tục xác định Bim  theo: 1,3 ln G Bi m  0,2533  ln G   arctan(0, 640443Bi  0,380397) - Bước 5: Từ giá trị S  xác định hệ số khuếch tán am theo công thức: am  SL2 /  - Bước 6: Cuối xác định hệ số truyền ẩm hm qua tiêu chuẩn Bim am: hm  Bim am / L 3.3 Phương pháp tương tự xác định thời gian sấy 3.3.1 Tính đồng dạng mô hình toán học trình dẫn nhiệt khuếch tán ẩm: Dưới dạng không thứ nguyên, toán dẫn nhiệt không ổn định chiều phẳng với điều kiện biên loại đối xứng miêu tả phương trình vi phân điều kiện đơn trị sau:  ( X , Fo)  2 ( X , Fo) (3.40) Fo  X ,  X  1, Fo  Với điều kiện đơn trị: - Điều kiện ban đầu: - Điều kiện biên: - Điều kiện đối xứng:  ( X , 0)   (1, Fo)   Bi (1, Fo) X  (0, Fo) 0 X Trong đó: - Nhiệt độ không thứ nguyên:  ( X , Fo)  (3.41) (3.42) (3.43) t ( x, )  t f t0  t f Với t0 tf tương ứng nhiệt độ ban đầu nhiệt độ môi trường - Tọa độ không gian không thứ nguyên: X  x L, Với L chiều dày nửa phẳng - Thời gian không thứ nguyên: Fo   L2 , Với α hệ số trao đổi nhiệt đối lưu - Tiêu chuẩn Biot trình trao đổi nhiệt đối lưu: Bi   L  Nhiều tác giả giải phương trình (3.40) – (3.43) nhiều phương pháp khác thu nghiệm giải tích xác dạng 16  ( X , Fo)  t ( x,  )  t f t0  t f    An cos n X exp( n2 Fo) (3.44) n 1 Ở đây: An  Bi Bi   n2 sin  n  (1) n 1  n  sin  n cos  n  n ( Bi  Bi   n2 ) (3.45) Nhiệt độ trung bình không thứ nguyên phẳng ttb() theo thời gian:  t ( )  t f exp( n2 Fo) (3.46)  tb ( Fo)  tb  Bi  2 to  t f n 1  n ( Bi  Bi   n ) Do mô hình toán học dẫn nhiệt (3.40) – (3.43) khuếch tán ẩm (3.28) – (3.31) tương tự nên phân bố ẩm phẳng miêu tả quan hệ tương tự (3.44):  ( x, )  ke  (3.47)  m ( X , Fo)  k   An cos n X exp( n2 Fom ) ko  ke n 1 Và : Bi m Bi m2   n2 sin  n n 1 An   (1)  n  sin  n cos  n  n ( Bi m2  Bi m   n2 ) Độ ẩm trung bình phẳng thời điểm lấy dạng: mtb   ktb ( )  ke exp( Fo )  2Bim2  2 n m ko  ke n 1 n ( Bim  Bim  n ) (3.48) (3.49) 3.3.2 Phương pháp tương tự xác định thời gian sấy Ta có tỷ số nhiệt lượng Q(0   ) mà vật dẫn phẳng trao đổi với môi trường từ thời điểm bắt đầu trình đốt nóng làm nguội   đến thời điểm    so với toàn nhiệt lượng Q (0  ) mà vật dẫn trao đổi với môi trường từ thời điểm ban đầu   đến trạng thái cân nhiệt hay thời điểm    biểu diễn dạng:  t ( )  t f exp(  F ) Q(0   ) (3.50)   tb   Bi  2 n Q(0  ) t0  t f n 1 n ( Bi  Bi  n ) Trong ttb ( ) nhiệt độ trung bình phẳng từ thời điểm    đến hết trình trao đổi nhiệt với môi trường    Như vậy, biết Q(0   ) giá trị Bi ta hoàn toàn tìm tiêu chuẩn Q(0  ) Fourier tương ứng Fo Do thời gian đốt nóng làm nguội tương ứng bằng:   Fo.L  Như thảo luận trên, mô hình toán học toán dẫn nhiệt khuếch tán ẩm với điều kiện biên loại Do đó, kí hiệu W (0   ) lượng ẩm trao đổi với môi trường từ thời điểm ban đầu (  0) ứng với độ ẩm ban đầu VLS ωko 17 đến hết trình sấy (   ) tương ứng với độ ẩm VLS ωktb W (0   ) lượng ẩm trao đổi VLS với môi trường từ độ ẩm VLS ko đến độ ẩm VLS độ ẩm cân kcb hay    theo quan hệ (3.50) trình sấy lấy dạng:     ke exp(n2 F0 m ) W (0  1 ) (3.51)   ktb   2Bim  2 W (0  ) ko  ke n 1 n ( Bim  Bim  n ) W (0   ) Từ (3.51) biết Bim ta dễ dàng tìm Fom thời gian sấy W (0  ) xác định công thức:   Fom L2 /  m (3.52) Trong mục kế tiếp, trình bày chi tiết kết ứng dụng phương pháp để xác định thời gian sấy thiết bị sấy thiết kế chế tạo 3.4 Kết thực nghiệm xác định khối lượng riêng ρv phấn hoa Để xác định quan hệ hàm gần ρv=f(ω,d) Ta tiến hành thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm TYT bậc II phương án bất biến quay Số lượng thí nghiệm xác định theo công thức sau: N = 2k + k + n0 = 22 + 2.2 + = 11 Bằng thực nghiệm, xác định khối lượng riêng ρv phấn hoa sau: ρv = 655,384 + 2,33123ω –11,9173d + 0,22333ωd – 0,0300741ω2 – 0,376667d2 3.5 Thực nghiệm kiểm tra sai số phương pháp thiết bị thí nghiệm Để kiểm tra đánh giá sai số phương pháp thiết bị thí nghiệm đề xuất thiết kế chế tạo, dùng phương pháp so sánh Cụ thể, luận án dùng gạo phấn hoa Cộng Hòa Slovak làm vật liệu so sánh  Vật liệu gạo: - Hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt gạo tính toán theo kết thí nghiệm: λ = 0,1132 (W/m.K); a = 1,53x10-7 (m2/s) - Hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt gạo công bố λ = 0,1050 (W/m.K); a = 1,42x10-7 (m2/s) - Sai số hệ số dẫn nhiệt tính toán so với số liệu công bố 7.8% - Sai số hệ số khuếch tán nhiệt tính toán so với số liệu công bố 7.7%  Vật liệu phấn hoa: - Giá trị hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt phấn hoa xác định phương pháp thí nghiệm đề xuất nhiệt độ 210C λ = 0,1253 (W/m.K); a = 1,4106x10-7 (m2/s) - Theo Monika Bozikova ctv (2015), hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt phấn hoa bằng: λ = 0,124 (W/m.K); a = 1,48x10-7 (m2/s) - Sai số hệ số dẫn nhiệt tính toán so với số liệu công bố: 1,05% - Sai số hệ số khuếch tán nhiệt tính toán so với số liệu công bố: 4,9%  Nhận xét: Từ kết ta thấy sai số hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt gạo phấn hoa từ thực nghiệm so với số liệu công bố khoảng 8% 5% Sai số theo chấp nhận Sai số nguyên nhân sau: - Sai số phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch nhiệt nghiệm 18 sở phương pháp nghiệm gần - Sai số chế tạo thiết bị thí nghiệm - Sai số trong trình vận hành đo đạc Điều này, mặt thực nghiệm gián tiếp lần chứng minh rằng, phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt (3.24) hệ số khuếch tán nhiệt (3.25) kiến nghị đắn đáng tin cậy Vì tiếp tục dùng phương pháp thiết bị thí nghiệm tiến hành thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng phấn hoa 3.6 Thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng Thí nghiệm tiến hành theo quy hoạch thực nghiệm TYT bậc I với số thí nghiệm: N = 2k + n = 22 + = Bằng thực nghiệm, xác định thông số nhiệt vật lý phấn hoa sau: - Hệ số dẫn nhiệt λ = f(ω,t): λ = 0,0416661+ 3,07083.10-3 t + 2,4625.10-4 ω + 1,875.10-5.t.ω, W/(m.K) - Hệ số khuếch tán nhiệt a = f(ω,t) a.107 = 0,584982 + 0.034325.t + 3,695.10-3.ω, (m2/s) - Nhiệt dung riêng, C = f(ω,t): C = 1182,3 + 4,0025.t + 0,9055.ω, J/(kg.K) 3.7 Thực nghiệm xác định hệ số khuếch tán ẩm, hệ số truyền ẩm phấn hoa Thí nghiệm tiến hành theo quy hoạch thực nghiệm bậc II dạng bất biến quay với số lượng thí nghiệm xác định theo công thức sau: N = 2k + k + n0 = 22 + 2.2 + = 11 Bằng thực nghiệm, xác định hệ số dẫn ẩm hệ số khuếch tán ẩm phấn hoa sau: - Hệ số truyền ẩm hm= f(v,t): hm.107 = 7,45433 - 0,145997.t + 1,72653.v + 2,76717.10-3.t2 - 0,789661.v2 - Hệ số khuếch tán ẩm am= f(v,t): am 109 = -13,2718 + 0,713625.t + 2,87608.v - 5,31633.10-3.t2 - 1,32833.v2 3.8 Thực nghiệm đánh giá sai số thời gian sấy lý thuyết thực tế TTTN Thời gian sấy thực tế τTT (phút) 223 255 317 Thời gian sấy lý thuyết τLT (phút) 204,6 232,0 289,6 Sai số (%) 8,25 9,02 8,64 Bảng 3.1 Đánh giá sai số thời gian sấy  Nhận xét: Qua thực nghiệm, xác định sai số thời gian sấy phấn hoa thực tế thời gian sấy lý thuyết tính phương pháp tương tự sở thông số nhiệt vật lý tìm trước khoảng 9% Sai số hoàn toàn chấp nhận Theo sai số nguyên nhân sau: - Sai số tính toán thiết kế - Sai số chế tạo thiết bị sấy 19 - Sai số trong trình vận hành đo đạc - Sai số phương pháp xác định hệ số dẫn ẩm, hệ số khuếch tán ẩm - Sai số phương pháp xác định thời gian sấy - Sai số chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định hệ số dẫn ẩm, hệ số khuếch tán ẩm Qua đây, lần gián tiếp minh chứng rằng, phương pháp xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt hệ số dẫn ẩm hệ số khuếch tán ẩm, đề xuất đáng tin cậy giá trị thông số nhiệt vật lý phấn hoa vừa xác định chấp nhận 3.9 Thực nghiệm xác định chế độ sấy thích hợp Nhằm lần xác định ảnh hưởng cấu đảo trộn vật liệu chiều chuyển động tác nhân sấy đến thời gian sấy Chúng tiến hành bốn thực nghiệm sấy suất 10kg/mẻ với chế độ sấy khác Qua kết thực nghiệm thấy rằng: với nhiệt độ vận tốc, tác nhân sấy chuyển động vuông góc, có cào đảo trộn vật liệu sấy thời gian sấy nhỏ Vì vậy, chọn chiều TNS chuyển động vuông góc, có cào đảo trộn vật liệu trình sấy để tiến hành thực nghiệm 3.10 Qui hoạch thực nghiệm sấy phấn hoa TBS bơm nhiệt có đảo trộn 3.10.1 Thực nghiệm đơn yếu tố Thực nghiệm đơn yếu tố thông số chu kỳ đảo trộn để xác định ảnh hưởng vùng giá trị ảnh hưởng đến tiêu đầu máy chi phí điện riêng Ar (kWh/kg), phần trăm hàm lượng vitamin C (%), tỉ lệ thu hồi sản phẩm M (%) 3.10.2 Thực nghiệm đa yếu tố 3.10.2.1 Phát biểu toán hộp đen  Xác định thông số đầu ra: - Y1: Chi phí điện riêng (kWh/kg) - Y2: Phần trăm hàm lượng Vitamin C (%) - Y3 : Tỉ lệ thu hồi sản phẩm (%)  Xác định thông số đầu vào: - X1: nhiệt độ tác nhân sấy (0C) t = 35  45oC - X2: Vận tốc tác nhân sấy (m/s) v = 0,6  1,4 m/s - X3: Chu kỳ đảo trộn (tg, phút) tg = 10  30 phút 3.10.2.2 Kế hoạch thực nghiệm bậc I Qua kết thực nhiệm ta thấy mô hình đa thức bậc I không phù hợp cho việc biểu diễn mối quan hệ hàm số chi phí điện riêng, phần trăm hàm lượng vitamin C, tỉ lệ thu hồi sản phẩm với nhiệt độ, vận tốc thời gian thực cào đảo trộn 3.10.2.3 Kế hoạch thực nghiệm bậc II  Lập ma trận thí nghiệm Ma trận thí nghiệm bậc II theo phương án bất biến quay tính chất trực giao Số lượng thí nghiệm xác định theo công thức sau: N = 2k + k + n0 = 23 + 2.3 + = 19 Trong đó: k – số yếu tố nghiên cứu n0 – số lượng thí nghiệm lặp mức sở, chọn n0 =  Kết thí nghiệm 20 Tiến hành thực nghiệm theo ma trận thí nghiệm lập ta tiến hành phân tích phương sai kiểm tra tương thích mô hình cho ba hàm toán đa thức bậc II Đã xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ chi phí lượng điện trình sấy, phần trăm hàm lượng vitamin C phấn hoa, tỉ lệ thu hồi sản phẩm sau sấy máy sấy bơm nhiệt:  Ar = 3,22004 – 0,0808281.t – 0,520648.v + 0,0429226.tg – 9,5.10-4.t.tg + 7,76229.10-4.t2 + 0,198626.v2  %C = 156,754 – 2,10476.t – 46,2889.v + 0,951708.tg + 0,8475.t.v – 0,03065.t.tg + 9,53674.v2  %M = 85,9677 + 0,374404.t + 0,375264.v + 0,01721864.tg + 3,0.10-3.t.tg – -3 -3 Pareto Chart.tfor–Ar1,02909.10 tg Pareto Chart for M 4,82347.10 Pareto Chart for C A:t -31.66 C:tg -28.74 C:tg A:t 7.35 C:tg B:v -6.45 B:v AA 6.34 BB 27.23 -8.43 A:t 8.22 B:v 4.25 AA -3.45 4.78 6.88 BB 3.03 AB 3.99 AC 3.25 AC -2.91 AC -3.61 CC -2.95 10 20 30 40 standardized effects 10 15 20 25 30 standardized effects 10 15 20 25 30 standardized effects Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng hệ số hồi quy đến chi phí điện riêng Ar, phần trăm vitamin (%C) tỷ lệ thu hồi sản phẩm (%M)  Xác định thông số tiêu thích hợp  Thông số tối ưu: - Nhiệt độ tác nhân sấy tối ưu:t = 40,70C - Vận tốc tác nhân sấy tối ưu: v = 1,42m/s - Chu kỳ đảo trộn tối ưu: tg = 12,5 phút  Chỉ tiêu tối ưu : - Chi phí lượng riêng, Ar: 0,93 kWh/kg - Phần trăm vitamin %C: 70,0% - Tỉ lệ thu hồi sản phẩm: %M: 95,0% 3.11 Thực nghiệm xây dựng đường cong sấy chế độ thích hợp Từ kết thông số làm việc thích hợp máy xác định phương pháp qui hoạch thực nghiệm đa yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy : t = 40,70C, vận tốc tác nhân sấy: v = 1,42 m/s, chu kỳ đảo trộn: tg = 12,5 phút Ta tiếp tục tiến hành thực nghiệm sở thông số làm việc thích hợp sau lấy giá trị trung bình để xác định thời gian sấy Từ kết thực nghiệm, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ phần mềm Microsofl Excel 2013 để phân tích, ta xây dựng đường cong sấy theo thực tế phương trình tiên đoán giảm ẩm ω(%) theo thời gian τ(s) dựa mô hình xác định thời gian sấy Newton, Wang and Singh, Henderson and Pabis, (Carl W.Hall ctv, 2006; Evagelos ctv, 2007; C.M Van’t Lan, 2011) trình sấy phấn hoa sau: - Mô hình Henderson and Pabis: ϴm = 0,967259exp(-0,00012τ) R² = 0,9614 - Mô hình Wang and Singh: Өm = 5E-09τ2 - 0,0001τ + 1,042 R² = 0,9893 21 : Đường cong sấy thực nghiệm : Đường cong sấy tiên đoán theo mô hình Henderson and Pabis : Đường cong sấy tiên đoán theo mô hình Wang and Singh Hình 3.4 Đường cong sấy  Nhận xét: - Qua thực nghiệm, xác định thời gian sấy 13900 giây (3h52’) - Qua đồ thị ta thấy đường cong tiên đoán thể phân bố độ ẩm trung bình phấn hoa theo thời gian có hình dáng tương tự đường cong sấy nghiên cứu trước Tuy nhiên, hệ số tương quan theo mô hình Wang and Singh (R2 = 0,9893) lớn mô hình Henderson and Pabis (R2 = 0,961) 3.13 Kết luận chương Trong chương này, qua nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt truyền chất VLA thực nghiệm mô hình đề xuất, thu kết sau: - Xây dựng phương pháp đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng cho phấn hoa nói riêng cho vật liệu ẩm nói chung theo công thức (3.24), (3.25) (3.26) - Trình bày sở lý thuyết thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyền ẩm hệ số khuếch tán ẩm phấn hoa - Trình bày nội dung thuật toán phương pháp tương tự để xác định thời gian sấy cho thiết bị sấy đối lưu bơm nhiệt phấn hoa thiết kế chế tạo - Bằng thực nghiệm, xây dựng mô hình toán thông số nhiệt vật lý phấn hoa - Đã đưa sai số thời gian sấy thực tế thời gian sấy lý thuyết tính phương pháp tương tự sở thông số nhiệt vật lý tìm khoảng 9% - Đã xác định TBS phấn hoa bơm nhiệt hồi lưu toàn phần với TNS chuyển động vuông góc lớp VLS, có cào đảo trộn vật liệu trình sấy thời gian sấy nhỏ - Bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm TBS phấn hoa tính toán thiết kế với thông số nhiệt vật lý tìm Đã xác định mô hình toán học biểu diễn quan hệ chi phí điện riêng, phần trăm hàm lượng vitamin C tỉ lệ thu hồi sản phẩm với nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy, chu kỳ đảo trộn - Trên sở mô hình toán chi phí điện riêng Ar, phần trăm hàm lượng vitamin %C, tỉ lệ thu hồi sản phẩm %M phương pháp tối ưu hóa xác định chế độ sấy thích hợp cho thiết bị sấy phấn hoa phương pháp sấy bơm nhiệt có đảo trộn sau: Nhiệt độ tác nhân sấy t = 40,7 0C; vận tốc tác nhân sấy v = 1,42m/s; chu kỳ đảo trộn tg = 22 12,5 phút, đảo trộn bắt đầu sau máy hoạt động 40 phút Chỉ tiêu đạt được: chi phí điện riêng Ar: 0,93 kWh/kg, phần trăm hàm lượng vitamin C: 70,0%, tỉ lệ thu hồi sản phẩm: 95,0% - Xây dựng phương trình tiên đoán giảm ẩm Өm (%) theo thời gian τ(s) sở mô hình Wang and Singh trình sấy phấn hoa sau: θm = 5E-09τ2 - 0,0001τ + 1,042 R² = 0,9893 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  KẾT LUẬN Với mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu lịch sử sản xuất phấn hoa giới Việt Nam, phân tích ưu nhược điểm sở khoa học thực tiễn Thực kết hợp nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt - truyền chất thực nghiệm luận án thu 10 kết sau: Đã đề xuất thiết bị sấy phấn hoa cho qui mô hộ gia đình Việt Nam TBS bơm nhiệt hồi lưu toàn phần với TNS chuyển động vuông góc với lớp VLS, có cào đảo trộn vật liệu trình sấy Nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt, truyền chất, xây dựng mô hình vật lý, mô hình toán lý thuyết đề xuất phương pháp đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng cho vật liệu ẩm nói chung phấn hoa nói riêng theo công thức sau: 4qL  ttb ( )  t0  , W/(m.K) - Hệ số dẫn nhiệt:    t1 ( )  t0  - Hệ số khuếch tán nhiệt: a L2  ttb ( )  t0  , m/s   t1 ( )  t0  - Nhiệt dung riêng Cv  q. , J/(kg.K) L  ttb  t0  v Luận án thực nghiệm để xác định độ sai lệch lý thuyết xây dựng thực tiễn đo đạc khẳng định lý thuyết xây dựng phù hợp Kiến nghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyền ẩm hệ số khuếch tán ẩm phấn hoa Bằng thực nghiệm xây dựng mô hình toán học xác định thông số nhiệt vật lý phấn hoa sau: - Khối lượng riêng ρv: ρv = 655,348 + 2,33123.ω –11,9173.d + 0,22333.ω.d – 0,0300741.ω2 – 0,376667.d2 - Hệ số dẫn nhiệt λ = f(ω,t): λ = 0,0416661+ 3,07083.10-3 t + 2,4625.10-4.ω + 1,875.10-5.t.ω - Hệ số khuếch tán nhiệt a = f(ω,t): a.107 = 0,584982 + 0,034325.t + 3,695.10-3.ω - Nhiệt dung riêng, C = f(ω,t): C = 1182,3 + 4,0025.t + 0,9055.ω - Hệ số dẫn ẩm: 23 hm.107 = 7,45433 - 0,145997.t + 1,72653.v + 2,76717.10-3.t2 -0,789661.v2 - Hệ số khuếch tán ẩm: am.109 = -13,2718 + 0,713625.t + 2,87608.v - 5,31633.10-3.t2 - 1,32833.v2 Kiến nghị thuật toán xác định để xác định thời gian sấy phương pháp tương tự Trần Văn Phú đề xuất cho thiết bị sấy phấn hoa đối lưu bơm nhiệt Luận án thiết kế, chế tạo mô hình máy sấy phấn hoa phù hợp thông số nhiệt vật lý tìm Trên TBS phấn hoa chế tạo, phương pháp qui hoạch thực nghiệm, xác định mô hình toán học biểu diễn phụ thuộc chi phí điện riêng Ar, phần trăm hàm lượng vitamin C tỉ lệ thu hồi sản phẩm với nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy chu kỳ đảo trộn sau: Ar = 3,22004 – 0,0808281.t – 0,520648.v + 0,0429226.tg – 9,5.10-4.t.tg + 7,76229.10-4.t2 + 0,198626.v2 %C = 156,754 – 2,10476.t – 46,2889.v + 0,951708.tg + 0,8475.t.v – 0,03065.t.tg + 9,53674.v2 %M = 85,9677 + 0,374404.t + 0,375264.v + 0,01721864.tg + 3,0.10-3.t.tg – 4,82347.103.t2 – 1,02909.10-3.tg2 Trên sở phương trình hồi quy này, luận án dùng phương pháp tối ưu để xác định thông số làm việc phù hợp cho TBS sau: - Nhiệt độ tác nhân sấy t = 40,7 0C - Vận tốc tác nhân sấy v = 1,42 m/s - Chu kỳ đảo trộn tg = 12,5 phút, bắt đầu sau máy hoạt động 40 phút - Chi phí điện riêng Ar = 0,93 kWh/kg - Phần trăm hàm lượng vitamin C, %C = 70,0% - Tỉ lệ thu hồi sản phẩm, %M = 95,0% Xây dựng phương trình tiên đoán giảm ẩm ω (%) theo thời gian τ(s) trình sấy phấn hoa sau: Өm = 5E-09τ2 - 0,0001τ + 1,042 (R² = 0,9893) 10 Kết luận án chuyển giao vào thực tiễn sản xuất công ty TNHH Cửu Long Bee, sản phẩm sau sấy xã hội chấp nhận với giá trị chất lượng có tính hiệu kinh tế Tóm lại: luận án nghiên cứu cách trọn vẹn từ việc lựa chọn mô hình thích hợp, đến nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm xác định chế độ sấy phù hợp đưa vào sản xuất, xã hội chấp nhận  KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu lý thuyết sở mà luận án đạt được, nghiên cứu cho loại vật liệu ẩm khác để khẳng định nhiều hệ số lý thuyết truyền nhiệt, truyền chất cho VLA nói chung Thực nghiệm loại phấn hoa có thành phần hóa học, vật lý, sinh học khác nhau, để điều chỉnh kết cấu, chi tiết máy phù hợp cho địa phương ứng dụng Nghiên cứu phát triển tính đa dạng sản phẩm sấy cho vật liệu sấy tương tự thiết bị sấy đề xuất Nghiên cứu cho xuất với quy mô phù hợp với yêu cầu xuất thị trường giới 24 ... quản phấn hoa, chọn đề tài Nghiên cứu kỹ thuật sấy phấn hoa Việt Nam MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Với đề tài chọn tập trung giải năm mục tiêu cụ thể sau đây: - Nghiên cứu chất công nghệ thiết bị sấy phấn. .. Trên sở nghiên cứu tổng quan đối tượng sấy, thiết bị sấy phấn hoa, phân tích ưu nhược điểm tính kinh tế kỹ thuật, đề xuất mô hình thiết bị sấy phấn hoa hợp lý cho qui mô hộ gia đình Việt Nam thiết... hình nghiên cứu phương pháp sấy phấn hoa trong, nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu phương pháp sấy phấn hoa nước Năm 2003, Campos cộng nghiên cứu TBS với tác nhân sấy (TNS) gia nhiệt điện trở đưa