Nghiên cứu kỹ thuật sấy phấn hoa ở việt nam

Đặtvấnđề

Việt Nam là một nước nhiệt đới có diện tích rừng tự nhiên rất lớn với thảmthực vật đa dạng, nguồn hoa phong phú, đây là nguồn thức ăn dồi dào cho ong mật,làtiềnđềchonghềnuôiong.

Theo số liệu của hiệp hội nuôi ong ở Việt Nam, hiện nay cả nước ước tính cógần 1.500.000 đàn ong trong đó có1 1 5 0 0 0 0 đ à n o n g n g o ạ i v à

Nhờ chính sách khuyến khích đầu tư của nhà nước, nhu cầu thị trường trongnước và quốc tế ngày càng tăng, trong những năm gần đây nghề nuôi ong đã cónhững bước phát triển rõ rệt cả về quy mô lẫn chất lượng Điều đó đã tạo công ănviệc làm và cải thiện đời sống cho một lượng lớn lao động ở nước ta với số lượngkhoảng 34.000 người, trong đó số người nuôi ong chuyên nghiệp khoảng 6.350người,chiếm18,67%.

Sản phẩm khai thác từ loài ong mật không chỉ có mật ong mà còn có nhiều sảnphẩmkhácnhưsữaongchúa,phấnhoa,nọcong,keoong,sápongvàcảxáccủac ácl o à i on g C h o đế nn a y đãcón hi ều ng hiê nc ứu kh oa học ởt hế g i ớ i đã kh ẳn g định phấn hoa không chỉ là thức ăn của loài ong mà còn là một nguồn dược liệu,thực phẩm có giá trị khá cao cho đời sống và cũng là mặt hàng xuất khẩu đem lạinguồnngoạitệđángkể.

Phấn hoa sau khi thu hoạch về có hàm lượng nước rất cao, từ 20 ÷ 30% (Campos và ctv, 2003, 2008, 2010; Morgano và ctv, 2012) nên chúng dễ bị lên menvà bị thối rữa Do vậy muốn phấn hoa thành một sản phẩm thương mại đòi hỏi phảitiếnhành làm khô vàbảoquảntrongmộtthời giannhấtđịnh.

Quak h ả o s á t t h ự c t ế t h ì ở c á c c ơ s ở n u ô i o n g h i ệ n n a y v ẫ n c h ư a c ó c á c thiếtb ị đ ể l à m k h ô m ộ t c á c h h ợ p l ý v ề k i n h t ế v à k ỹ t h u ậ t đ ể b ả o q u ả n p h ấ n hoa.N g ư ờ i n u ô i o n g c h ủ y ế u đ e m p h ấ n h o a t h u đ ư ợ c r a p h ơ i k h ô n g o à i n ắ n g , hoặcđưavàosấytrongcáclòsấythủcông,đốtnóngbằngthan,củi.Vớ i phương phápnày đãlàm chophấnh o a k h ô n g đ ả m b ả o t i ê u c h u ẩ n c h ấ t l ư ợ n g , mấtđ i n h ữ n g g i á t r ị q u ý g i á v ố n c ó c ủ a n ó , đ ồ n g t h ờ i t i ề m ẩ n n g u y cơ g â y hại chon g ư ờ i t i ê u d ù n g D o đ ó p h ấ n h o a V i ệ t N a m v ẫ n c h ư a t h ể x u ấ t k h ẩ u p h ổ biến như các loại sản phẩm ong mật khác mà chủ yếu dùng cho thị trường trongnướchoặcdùngchoongănlại.

Từ những nguyên nhân trên và qua tìm hiểu, được biết hiện nay ở ViệtNamchưa có công trình nào nghiên cứu một cách bản chất quá trình truyền nhiệt truyềnchất của phấn hoa khi sấy, từ đó đưa ra mô hình TBS hợp lý trong thực tiễn sản xuấttại Việt Nam Nên với mong muốn đưa ra công nghệ và thiết bị sấy phấn hoa thíchhợp nhằm khắc phục cách làm thủ công, đảm bảo chất lượng vốn quý của chúng vànâng cao hiệu quả kinh tế trong việc khai thác chế biến và bảo quản phấn hoa.Chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật sấy phấn hoa ở Việt Nam” đểnghiêncứu nhằmđạtyêucầuđượcđề ra.

Mụctiêucủađềtài

- Nghiên cứu bản chất công nghệ thiết bị sấy phấn hoa ở Việt Nam và thế giới,từđóđềxuấtthiếtbị sấyphấnhoaphùhợp trongđiềukiệntạiViệtNam.

- Nghiên cứu bản chất truyền nhiệt truyền chất của vật liệu ẩm, đề xuất mộtphương pháp mới đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệtdung riêng cho vật liệu ẩm nói chung và cho phấn hoa nói riêng để làm cơ sở chotínhtoánthiếtkếTBS.

- Từ mô hình toán lý thuyết cho truyền ẩm theo nghiên cứu của Dincer vàHussain, xây dựng một thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyềnẩm,hệsốkhuếchtánẩmcủaphấnhoa.

- Trên cơ sở phương pháp tương tự của Trần Văn Phú, đề xuất xây dựng thuậttoánxácđịnhthời giansấyđểtính toánthiếtkếvớiTBSđãđềxuất.

- Bằng qui hoạch thực nghiệm trên thiết bị sấy thiết kế chế tạo, xác định cácthông số công nghệ đạt chất lượng và hiệu quả kinh tế phù hợp với thực tế sản xuấtphấnhoa tạiViệtNamvàxuấtkhẩu.

Giátrịkhoahọc,thựctiễnvàđiểmmới củađềtài

Giátrịkhoahọc

Trên cơ sở nghiên cứul ý t h u y ế t q u á t r ì n h t r u y ề n n h i ệ t t r u y ề n c h ấ t t r o n g c á c vật liệu ẩm Chúng tôi đề xuất một phương pháp mới cho phép đồng thời xác địnhhệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm nói chungvà của phấn hoa nói riêng ở một nhiệt độ, độ ẩm trung bình ban đầu nào đó Cơ sởtoán học của phương pháp do chúng tôi đề xuất là hai nghiệm giải tích gần đúng củabài toán dẫn nhiệt trong nửa tấm phẳng một chiều với điều kiện biên loại 2 đối xứngkhi Fourier đủ bé Phương pháp này cho phép tìm mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt,hệ số khuếch tán nhiệt và nhiệt dung riêng với độ ẩm và nhiệt độ: λ = f(ω,t), a =f(ω,t), c = f(ω,t) Kiểm chứng lý thuyết đã xây dựng bằng thực nghiệm cho thấy kếtquảlàchấpnhậnđược. Đóng góp thứ 2 về mặt lý thuyết là chúng tôi đề xuất thuật toán đồng thời xácđịnh hệ số dẫn ẩm h m = f(v,t) và hệ số khuếch tán ẩm am = f(v,t) của phấn hoa để từ đóứngdụngxácđịnhthờigiansấybằngphương pháptươngt ự là mcơsởchotí nh toánthiếtkếTBS.

Giátrịthựctiễn

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về đối tượng sấy, thiết bị sấy phấn hoa, phântích ưu nhược điểm về tính kinh tế và kỹ thuật, chúng tôi đã đề xuất một mô hìnhthiết bị sấy phấn hoa hợp lý cho qui mô hộ gia đình ở Việt Nam là thiết bị sấy bằngbơm nhiệt hồi lưu toàn phần với tác nhân sấy chuyển động vuông góc với lớp vậtliệusấyvàcócàođảotrộnvậtliệutrongquátrìnhsấy.

Trên cơ sở mô hình đã đề xuất, ứng dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết để tínhtoán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, đã xác định chế độ sấy, kết cấu thiết bị phùhợptạiViệtNam.

Mô hình với chế độ sấy phù hợp đã được chuyển giao cho cơ sở sản xuất, vớisảnphẩ m phấnh oađ ạt giá t r ị k in ht ế v à chấ tl ư ợ n g đư ợc xãh ội chấ pn hận, g ó p phầnnộiđịahóathiếtbịsảnxuấtphấnhoa,tiếtkiệmchiphínhậpkhẩuthiếtbịsản

Điểmmớicủađềtài

=f(ω,d),hệ sốdẫn n h i ệ t λ=f(ω,t),hệ sốk huế ch tánnh iệ t a=f(ω,t),nh iệ t dungriêng

C =f(ω,t), hệ số dẫn ẩm hm = f(v,t) và hệ số khuếch tán ẩm am = f(v,t) của phấnhoa để làm cơ sở cho quá trình tính toán nhiệt nói chung cũng như tính toán thiết kếTBSnóiriêng.

- Trêncơsởmôhìnhđãđềxuất,ứngdụngkếtquảnghiêncứulýthuyếtđể tín htoánthiếtkếchếtạovàkhảonghiệmmôhìnhđểxâydựngchếđộsấyvàkếtcấuthiế tbịphù hợp với điềukiện ViệtNam.

- Mô hình đã được chuyển giao cho công ty TNHH Cửu Long Bee, với sảnphẩmphấnhoađạtgiátrịkinhtếvàchấtlượngđượcxãhộichấpnhận.

Tổng quanvềphấnhoa

Trong phần này chúng tôi sẽ trình bày 5 vấn đề xung quanh các nghiên cứu vềphấnhoa.

Phấn hoa hay còn gọi phấn ong có tên tiếng anh là bee pollen Chúng là nhữngtế bào sinh sản giống đực của các loài hoa được những con ong thợ thu gom mangvề làm thức ăn của loài ong Thành phần chính phấn hoabao gồmnhụy hoa,m ậ t hoavàmậtong.

Hình1.1 Sảnphẩm phấnhoa Hình1.2 Phấnhoatươi

Thành phần hóa học cơ bản của phấn hoa tươi gồm có: nước, protein, axitamin, chất béo và các loại đường Ngoài ra, phấn hoa còn có khá nhiều loại men vàcác chất có hoạt tính sinh học rất hữu ích cho cơ thể con người Thành phần củaphấn hoa thay đổi phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa lý, nguồn gốc thực vật(Camposvàctv, 2003,2008,2010)cụthểnhưsau:

- Protein: Trong phấn hoa, hàm lượng protein trong phấn hoa rất phong phú,chiếm khoảng 10 – 40%, tùy thuộc vào nguồn gốc loài hoa Hàm lượng protein làthànhphầnquyếtđịnhđến chấtlượngcủaphấnhoa.

- Axitamin:Cácaxitamincầnthiếtchonhucầuconngườinhưphenylalanine, leucine, valine, isoleucine, arginine, histidine, lysine, …đều được tìm thấy ở hầu hếttrongcác loạiphấnhoa.

- Vitamin: Các vitamin trong phấn hoa bao gồm: vitamin C, B1, B2, B6, D, E,PP,Pcùngcácaxitpantothenic,axitbiotin,axitfolic,provitaminA.

- Đường: Chiếm từ 13 - 55% thành phần phấn hoa, bao gồm: lactose, fructose,sacarose,rafinose,stakiose.

- Khoáng chất và các nguyên tố vi lượng: Trong phấn hoa có chứa nhiềukhoángchấtvàcácnguyêntốvilượngnhưK,Ca,Na,P,Mg,S,Cu,Fe,Zn,Mn ,Ti,Ni,Si,Cl,…

Thành phần phấn hoa theo khối lượng cụ thể được cho ở bảng sau (Campos vàctv,2003,2008, 2010):

Carbohydrates(fructose,glucose,sucrose,fibers) 13–55

Kết quả nghiên cứu của Johanna Barajas và ctv (2009), Campos và ctv (2010)đã khẳng định rằng phấn hoa là một loại thực phẩm có chứa đầy đủ thành phần dinhdưỡng nhưđạm,đường,béo,vitamin,e n z y m e v à c á c k h o á n g c h ấ t c ó g i á t r ị s i n h học cao nên phấn hoa là nguồn dược phẩm, thức ăn tự nhiên bổ sung và là loại thựcphẩm chức năng rất có lợi cho sức khoẻ của con người Tuy nhiên hiệu dụng củaphấn hoa cao hay thấp còn phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường tác động trongsuốtquátrìnhthuhoạch,sơchếvàbảoquảnchúng.

Theo y học cổ truyền, việc sử dụng phấn hoa để bồi bổ cơ thể và chữa bệnh đãcótừ rấtlâu.

Theo các chuyên gia về đông y, phấn hoa có vị ngọt là một dược liệu thiênnhiên có tác dụng bồi bổ cơ thể và chữa được nhiều bệnh Người ta thường dùngphấn hoa để trị chứng suy nhược, thận tinh bất túc với các triệu chứng mỏi mệt rãrời, bồn chồn, bực bội, hoa mắt, chóng mặt, mất ngủ, hay quên, ăn kém, suy giảmtìnhdục,đaulưngmỏigối,liệtdương,ditinh,xuấttinhsớm,đáiđêmnhiều,muộn con,tắtkinhsớm.

Các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhiều bằng chứng ghi nhận, phấn hoa có tácdụng phòng chống cao huyết áp, xơ vữa động mạch, tiểu đường, viêm loét dạ dày tátràng, viêm gan, chống lão hóa, chống phóng xạ, tăng cường công năng miễn dịch,thúc đẩy quá trình tạo huyết, kiện não, bổ tủy, cải thiện trí nhớ, điều tiết nội tiết tố,khống chế tuyến tiền liệt tăng sinh, tăng cường khả năng tình dục, phòng chống ungthưvàlàmđẹpda. Ngoài ra, phấn hoa sử dụng kết hợp với mật ong dùng trong điều trị bệnh caohuyết áp, làm bình thường hoạt động của dạ dày nhất là trong bệnh viêm loét ruộtkết và táo bón mãn tính.Hơn nữa, phấn hoa còn có tác dụng kích thích tiêu hoá, ănngon, tăng tiết dịch vị và dùng để chữa bệnh về mắt do thiếu vitamin A hoặc đượcsửdụng đểphòng,trịbệnhviêmvàutuyếntiềnliệtởnamgiới.

Do có giá trị rất lớn về mặt dinh dưỡng nên phấn hoa còn được đưa vào khẩuphầnănhàngngàyhoặcđượcchếbiếnthànhcácloạithựcphẩmchức năng.

Phấn hoa khi sử dụng cùng với sữa ong chúa và mật ong sẽ kích thích trẻ embiếng ăn và người lớn yếu mệt do làm việc quá sức về trí óc cũng như chân tay,ngườibịsuynhượcthầnkinh,ngườicaotuổi.

Khi mùa hoa nở, đàn ong thợ bay đi khắp vùng hoa, ngoài việc hút mật, ongcòn thu gom về một lượng hạt phấn hoa rất lớn từ các loại hoa khác nhau để làmthứcăn.Ongthợthườngthu gomphấnhoavềtổnhiềuhơnnhucầumàđànon gcần, do đó để thu hoạch phấn hoa người nuôi ong đặt trước cửa tổ ong một tấm lướiphía dưới đặt một máng hứng phấn, kích thước lỗ được thiết kế sao cho khi con ongchui qua chỉ được mang theo một lượng phấn hoa vừa đủ để làm thức ăn còn lại bịgạt và rơi xuống máng hứng Theo hiệp hội nuôi ong, mỗi tổ ong thường thu hoạchkhoảng(60÷70)%phấnhoa,

Phấnhoasaukhithuhoạchvềcóhàmlượngẩmkhácaotừ(20÷30)%.Dođó sau khi thu hoạch cần phải được làm sạch tạp chất, xử lý và đưa vào bảo quảncàng sớm càng tốt để tránh sự suy giảm giá trị dinh dưỡng, cảm quan và tăng trưởngcủavi khuẩn,nấmmốc.

Trong thực tế sản xuất, phấn hoa sau thu hoạch thường được xử lý bằng cáccách sau: phơi nắng, đông lạnh hoặc làm khô (sấy) bằng thiết bị sau đó tiếp tục loạibỏ tạp chất, đóng gói bảo quản trong môi trường khô ráo, mát mẻ và tránh ánh nắngmặt trời.

Theo Campos (2008), qui trình khai thác xử lý và bảo quản phấn hoa cho ởlượcđồtrênhình1.6.

Loại bỏ tạp chất Loại bỏ tạp chất Đóng gói (Hộp khử trùng)

Tổ ong Đặt bẫy phấn hoa

Bảo quản đông lạnh Phơi nắng

Hình1.6.Sơ đồquy trìnhkhai thác-xửlývàbảoquảnphấnhoa

1.1.4 Tiêuchuẩnchấtlượngphấnhoa Để đánh giá chất lượng của phấn hoa, người ta định lượng các axit amin,vitamin,hoặccácchấtcóhoạttínhchốngôxyhoátrongthànhphầnphấnhoa.

Cho đến nay, thành phần hóa học của phấn hoa rất được quan tâm nghiên cứutrên toàn thế giới, bao gồm nhiều lĩnh vực rộng lớn từ sinh lý học thực vật đến sinhhóa.Kế t q uảc hỉ ra rằ ngc ósự k h á c bi ệt đán gkể tr on g t h à n h p h ầ n của phấ nh oa giữa các nguồn thực vật, khu vực hoặc quốc gia khác nhau Thành phần của phấnhoaphụthuộcvàonguồngốcvàchủngloạihoa.Dođó,hiệnnaytrênthếgiớivẫn chưa có tiêu chuẩn chung để xác định tiêuchuẩn chất lượng củap h ấ n h o a

T u y nhiên ở một số quốc gia như: Brazil, Thụy Sĩ, Ba Lan, Uruguay, Bulgaria, Nga,Trung Quốc cũng như Việt Nam đã thiết lập các tiêu chuẩn tối thiểu đối với phấnhoa khô làm căn cứ trong giao dịch thương mại và dựa trên các tiêu chuẩn quốc giakhác nhau Riêng tại nước Mỹ, để kiểm tra chất lượng của phấn hoa, một chỉ tiêu rấtquan trọng luôn được đề cập đến đó là hoạt tính chống oxy hoá của sản phẩm phấnhoa.

Năm2008,Camposđãđềxuấtmột"Dựthảotiêuchuẩn"chấtlượngtoàncầucủaph ấn hoatronggiaodịchthươngmại.Tiêuchuẩnnàychotrongbảng1.2.

Màu Nâu,vàng,cam,màucát,xanhxám,đen,tím.

Hìnhdạng Khối hạt tơi đều, giữ nguyên hình dáng bên ngoài, kíchthướchạt khoảngtừ 1–3mm.Cáchạtkhôngbể,náthay đổvụn.

Hươngvị Cóvịhơi ngọt,chua,đắng,caycụthểtheonguồnhoa.

Tạpchấtkhác Khôngcóđộctố,vikhuẩngâybệnh,nấm mốc, sâubọ, ấutrùng,côntrùng,sápong,đất,cát

Tìnhhìnhnghiêncứusấyphấnhoatrongvàngoàinước

Theo Kai Yang và ctv (2010) thì với lãnh thổ rộng lớn, hệ thực vật đa dạng,khí hậu thuận lợi suốt cả năm và khoảng 300.000 người nuôi ong từ Nam ra Bắc,Trung Quốc hiện đang sở hữu 8,2 triệu tổ ong, là nhà sản xuất, tiêu dùng, xuất khẩuong lớn nhất thế giới (bao gồm cả phấn ong), tiếp theo là Tây Ban Nha, Úc,Argentina,Brazil,ThụySĩ,BaLan.

Phấn hoa sau khi thu hoạch do độ ẩm cao (20 ÷ 30) % nếu không được lưu trữđúng cách chúng mất đi nhiều giá trị dinh dưỡng vì sự phát triển của nấm mốc và vikhuẩn Vìvậy, sấy phấnhoa làmột khâukỹ thuật rất quan trọng,nó có ý nghĩaquyết định đến giá trị dinh dưỡngvà thươngm ạ i c ủ a p h ấ n h o a T h e o n g h i ê n c ứ u của Johanna Barajas và ctv (2009), Campos và ctv (2010), Lê Minh Hoàng (2010),LêAnhĐức(2011)đểlàmkhôphấnhoacóthểsửdụngcácphươngphápnhưsau:

- Phơi nắng: Ở một số nơi, dùng trực tiếp ánh nắng mặt trời để nung nóng vàlàm khô phấn hoa Phấn hoa sau khi được thu gom từ các máng hứng phấn hoa,chúngđược đổ vào các khayhoặc rải lêncáctấmbạt để phơinắng.

Tuy công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản nhưng thờigiansấydài,khókiểmsoátđiềukiệnsấy,điềukiệnvệsinhthấp Hơ nnữa, phấnhoa dễ bị biến chất dưới ảnh hưởng của tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời Do đó,hiệnnaytrênthếgiớiphươngphápnàyrấthạnchế.

- Sử dụng thiết bị sấy bằng không khí nóng TBS loại này được xem như mộtphương pháp sấy thích hợp và thường được sử dụng trong sản phẩm thương mại.Bởi vì nó làm giảm thời gian sấy, cải thiện chất lượng vệ sinh của sản phẩm sấy vàdễ dàng kiểm soát các điều kiện sấy Hiện nay, nhiều nhà khoa học và hãng chế tạođã có những nghiên cứu về TBS phấn hoa dùng không khí nóng với nguồn cấp nhiệtđadạng. Ở Thổ Nhĩ Kỳ, Adnan Midilli cùng ctv (2009), (2010) đã nghiên cứu sử dụngTBS bằng năng lượng mặt trời để sấy phấn hoa Phương pháp này sử dụng nguồnnănglượngmặttrờinêncónhữngưuđiểmlà:chi phíđầutư thấp, vậnhàn hđơn giản.Tuynhiên,nhượcđiểmlàkiểmsoátđiềukiệnsấyrấtkémdophụthuộcvàothời tiết,thờigiansấydài,chấtlượngsảnphẩmkém.

Campos và ctv (2003), (2008), (2010) đã nghiên cứu về TBSv ớ i T N S đ ư ợ c gianhiệtbằngđiệntrở.Nghiêncứuđãđưaranhậnxét,sấyphấnhoabằngk hôngkhí khô với nhiệt độ khoảng 40 o C sẽ hạn chế được sự tổn thất của các chất dinhdưỡngcótrongphấnhoa.

Tại Colombia,Johana Barajas vàctv (2009)cũngđ ã n g h i ê n c ứ u ả n h h ư ở n g của nhiệt độ sấy của TBS bằng không khí nóng đến chất lượng phấn hoa được khaithác bởi hai vùng khác nhau Kết quả nghiên cứu đã khẳng định rằng hàm lượngvitamin C trong phấn hoa bị thất thoát bởi nhiệt độ sấy và khuyến cáo nên sấy phấnhoa ở nhiệt độ nhỏ hơn 45 o C Ngoài ra, các ông cũng cho rằng tổn thất vitamin C ởphấnhoacácvùngkhácnhaulàkhôngnhư nhau.

Năm 2016 ở Italy, Angelo Canale và ctv đã nghiên cứu về sự thay đổi củathành phần rutin, amino acids trong phấn hoa với thiết bị sấy gia nhiệt bằng vi sóngtrong môi trường chân không Kết quả nghiên cứu đã khẳng định rằng với thiết bịsấy chân không bằng vi sóng thì hàm lượng rutin và amino acids được bảo toàn donhiệtđộsấythấp.

Ngoài ra, nhiều hãng chế tạo TBS ở Trung Quốc cũng như ở các nước kháctrên thế giới đã nghiên cứu và áp dụng công nghệ sấy phấn hoa bằng tia hồng ngoại.TBSbằngđiệntrởvàtiahồngngoạichoởhình1.8và1.9.

Hình1.8.Tủsấybằng hồngngoại Hình1.9.Tủsấybằngđiệntrở

Nhằm nâng cao chất lượng của phấn hoa, nhiều nước trên thế giới như Mỹ,Úc, Hà Lan, Đức, Tây Ban Nha, đã sử dụng TBS chân không, TBS thăng hoa đểsấy phấn hoa Phương pháp này có ưu điểm rút ngắn đáng kể thời gian sấy và đặcbiệt là giữ lại được hầu như đầy đủ các thành phần dinh dưỡng của phấn hoa. ThiếtbịsấythănghoavàTBSchânkhôngchoởhình1.10vàhình1.11.

Hình1.10.Tủsấy thănghoa Hình1.11 Thiếtbịsấy chânkhông

Theo các số liệu của Hội nuôi ong Việt Nam, hiện nay ở Việt Nam đã cókhoảng 1.500.000 đàn ong Ý (Apis Mellifera), sản lượng phấn hoa thu hoạch bìnhquân2kg/đàn,nghĩalàsảnlượngphấnhoacảnướcvàokhoảng3.000tấn/năm.

Tại Việt Nam, phấn hoa chủ yếu được tiêu thụ trong nước Do thói quen cũngnhư giá trị kinh tế phấn hoa hiện nay chưa cao nên hầu hết người nuôi ong thườnglàmkhôphấnhoabằngcáchphơi nắnghoặcsấythủcôngbằngkhôngkhínóng.Dophấnhoalàsảnphẩmcógiátrịdinhdưỡngcaovàđượcưachuộngtrênthị trường xuất khẩu thế giới nên hiện nay trong nước cũng đã có nhiều công trìnhnghiêncứu nhằmnângcaochấtlượngphấnhoa.

Năm2007,côngtycổphầnongmậtĐăkLăkđãtiếnh à n h đ ề t à i t h ử nghiệm sấy phấnhoa bằngt h i ế t b ị s ấ y c h â n k h ô n g K ế t q u ả b ư ớ c đ ầ u đ ã c h o thấyphấnh o a k h ô t h u đ ư ợ c t ố t h ơ n s o v ớ i các l o ạ i p h ấ n h o a s ấ y thủc ô n g h o ặ c phơi nắng Tuy nhiên docông suất cònhạn chế(15÷ 2 0 ) k g / n g à y , t h ờ i g i a n s ấ y khádài(9÷10)giờ.

Lê Minh Hoàng (2010) đã nghiên cứu sấy phấn hoa bằng sấy lạnh – chânkhông Kết quả cho thấy chất lượng sản phẩm tương đối tốt Tuy nhiên giá thànhthiếtbịcao,thờigiansấydàinênchưaứngdụngrộng rãi.

Lê Anh Đức và ctv (2011) đã nghiên cứu sấy phấn hoa bằng vi sóng trong môitrường chân không.Kết quả chất lượng sản phẩmt ố t T u y n h i ê n , c h ư a đ ư ợ c á p dụngrộngrãivìgiáthànhthiếtbịcao,thờigiansấydài.

Năm2013,NguyễnHữuQuyềncũngđãnghiêncứusấyphấnhoat h e o phương pháp sấy bơm nhiệt truyền động băng tải Kết quả chất lượng sản phẩm tốt.Tuynhiênchi phísấylớnvàthiết bịcồngkềnhnênchưađượcápdụngrộngrãi.

Đánhgiálựachọnphươngpháp vàthiết bịsấyphấnhoa

Qua nghiên cứu các phương pháp sấy chúngtôi thấy rằng đểl à m k h ô p h ấ n hoathìcóhaiphươngán:phơinắngthủ côngvàlàmkhôbằngthiếtbị sấy.

Do sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng bức xạ mặt trời nên phương pháp phơinắng có ưu điểm rất lớn là chi phí sấy thấp, tuy nhiên là phương pháp không phùhợpvớiđặctínhcủaphấnhoadocácnguyênnhânchínhsau:

- Vậtliệutiếpxúctrựctiếpvớinănglượng mặ tt rờ i làmmấ thếtcác giátr ịdinhdưỡngcủaphấnhoa.

Vớiphươngphápnày taxemnhưẩmtrongvậtliệusấythoátradophânáps uất hơi nước trong vật tăng lên bằng cách đốt nóng vật Theo phương pháp cấpnhiệtchovậtliệucóthểphânloạinhư sau:

- Sấy đối lưu: bản chất là vật liệu sấy và tác nhân sấy trao đổi nhiệt với nhaubằng đối lưu Trong hệ thống sấy đối lưu người ta lại phân ra các loại: Hệ thống sấybuồng,hệthốngsấyhầm,hệthốngsấytháp,…

- Sấy tiếp xúc: trong phương pháp này vật liệu sấy nhận nhiệt bằng cách tiếpxúcvớimộtbềmặtnóng.

- Sấybứcxạ:vật liệusấynhận nhiệttừmộtnguồn bứcxạ.

Căn cứ vào nhiệt độ sấy và cơ chế tạo ra động lực sấy sơ bộ có thể phân loạinhóm phương pháp này như sau: Sấy thăng hoa, sấy chân không, sấy bơm nhiệt vàsấykhử ẩmhấpphụ.

- Sấy bơm nhiệt: sấy bơm nhiệt là phương pháp mà ở đây TNS được xử lý quahệ thống bơm nhiệt TNS là không khí trước hết được đưa qua thiết bị bay hơi đểkhử ẩm bằng cách làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương sau đó tiếp tục qua thiết bịngưng tụ được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Trongphươngphápsấynàynhiệtđộsấycó thểnhỏhơn haylớnhơnnhiệtđộmôitrường.

Phươngphápsấynàycóưuđiểmlà:Đảmbảođiềukiệnvệsinh,chấtlượngsả n phẩm tốt, bảo toàn hầu hết các giá trị chất dinh dưỡng, cấu trúc, màu sắc thờigiansấygiảm.Tuynhiên nhượcđiểmlàcấutạophứctạp,chiphíđầutư cao.

- Sấy khử ẩm hấp phụ: trong phương pháp này TNS được xử lý thông qua chấthấp phụ Cụ thể TNS là không khí được đưa qua chất hút ẩm thải ẩm cho chất hútẩmkhôđivàobuồngsấytraođổinhiệtẩmvớiVLS.

Vớiphươngphápsấynày,nhiệtđộcủatácnhânsấythấpcóthểdướinhiệtđộ môi trường.Ưu điểmcủa phươngpháp này là: chất lượng sảnp h ẩ m t ố t , b ả o t o à n các giá trị chất dinh dưỡng cũng các giá trị cảm quan và mùi vị Tuy nhiên, nhượcđiểm là cấu tạo phức tạp, chi phí đầu tư lớn so với hệ thống sấy bằng bơm nhiệt docó thêm thiết bị khử ẩm hấp phụ Ngoài ra, thời gian sử dụng ngắn do chất hấp phụsẽkhônghoànnguyênđượcdolãohóa.

- Sấy chân không: bản chất phương pháp này là ẩm trong vật liệu sấy ở thể rắnnhận nhiệt lượng trong môi trường chân không chuyển thành hơi và thải ra môitrườngb ê n n g o à i D o đ ó , p h ư ơ n g p h á p n à y đ ộ n g l ự c c ủ a q u á t r ì n h s ấ y ∆  (pv–ph)được tạo ra bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Phnhờ bơmchân không, hoặc đồng thời giảm Phnhờ bơm chân không và tăng phân áp suất Pvbằngcáchđốtnóngvậtliệu. Phương pháp sấy này có ưu điểm rất lớn là: đảm bảo điều kiện vệ sinh, chấtlượng sản phẩm tốt Tuy nhiên nhược điểm là khó bảo toàn hương vị của vật do quátrình hút và xả hơi nước liên tục ra môi trường bên ngoài của bơm chân không.Ngoài ra, cấu tạo rất phức tạp, giá chi phí đầu tư và vận hành lớn, chỉ thích hợp đểsấycácloạivậtliệusấyquíhiếmkhôngchịuđượcởnhiệtđộcao.

- Sấy thăng hoa: bản chất phương pháp này là ẩm thoát khỏi vật liệu nhờ quátrìnhthănghoanênthườnggọilàsấythănghoa.

Dođóđểtạora quátrìnhthănghoa thìvậtliệusấyđượclàmlạnhdướiđiểmba thể của nước nghĩa là nhiệt độ của vật liệu < 0,0098 o C, áp suất bao quanh vậtliệu < 608 Pa (4,56 mmHg). Như vậy, trong các hệ thống sấy thăng hoa phải kếtđông vật đồng thời tạo chân không để cho nước trong vật sấy đạt trạng thái thănghoa.

Tương tự như sấy chân không, phương pháp sấy này ưu điểm lớn là: đảm bảođiều kiện vệ sinh, chất lượng sản phẩm tốt, bảo toàn hầu hết các giá trị chất dinhdưỡng cũng các giá trị cấu trúc, màu sắc thời gian sấy nhanh Tuy nhiên,nhượcđiểm của TBS này làkhó bảo toàn hương vị của vật liệu, cấu tạo rất phức tạp,giáchi phí đầu tư và vận hành lớn, chỉ thích hợp để sấy các loại vật liệu sấy quí hiếmkhôngchịuđượcởnhiệtđộcao.

Sấy phấn hoa là giảm hàm lượng nước trong phấn hoa nhằm giảm thiểu sự hưhỏng do vi sinh vật gây ra và kéo dài thời gian sử dụng Ngoài ra, làm giảm đáng kểtrọnglượngcũnggópphầnlàmgiảmchiphílưutrữ, xửlývàphânphối.

D, E, H, K, PP và có nhiều loại men các chất có hoạt tính sinh học rất có ích chocơ thể Tuy nhiên các provitamine

A, vitamin C và E là những vitamin dễ bị mất đitrong quá trình sấy Vì vậy cần nghiên cứu các ảnh hưởng của phương pháp và chếđộsấyđếnchấtlượngphấnhoađểnângcaogiátrịcủasảnphẩm.

Theo Johanna Barajas và các cộng sự (2009), khi nghiên cứu ảnh hưởng củanhiệtđộđếnquátrìnhsấyphấnhoađãcónhậnxét:

- Hàm lượng protein, hàm lượng chất xơ, hàm lượng tro không ảnh hưởng bởinhiệtđộsấy.

- Vitamin là thành phần nhạy cảm với nhiệt độ, khi nhiệt độ sấy càng cao tổnthất vitamin càng nhiều trong đó vitamin C có tổn thất cao nhất so với các loạivitamin khác Nhiệt độ sấy phấn hoa được đề xuất là không quá 45 o C Vitamin Erất dễ bị biến tính khi tiếp xúc trực tiếp với ôxy trong không khí Provitamin A nhạycảmcao với ánh sáng,nhiệtđộvàcácchấtôxyhóa

Hàm lượng Vitamin Cvà Carotein trong phấn hoaphụ thuộc nhiệtđ ộ

Ngoàira,LêMinhHoàngvàcáccôṇgsự(2010)đãnghiêncứuảnhhưởngcủacácphươn gphápsấy đếnhoạttínhchốngoxy hóacủaphấnhoa Kếtquảnghiên cứuchorằ ngnhiệtđộcóảnhhưởngđếntổnthấthoạttínhchốngoxyhóa.Cụthểkhi phấn hoa sấy ở nhiệt độ 37 o C có hoạt tính chống ôxy hoá đạt (64,06 ± 0,76) %cao hơn so với phấn hoa được sấy ở nhiệt độ 40 o C (58,46 ± 0,77) %, ở nhiệt độ

- Màu sắc và mùi vị của phấn hoa cũng thay đổi đáng kể khi tiếp xúc với môitrườngbênngoài.

Các ông đã kiến nghị nên sấy phấn hoa ở nhiệt độ từ 40 đến 45 o C trong môitrườngkhôngtiếpxúcvớiánhsángvàkhôngkhíbênngoài.

Năm 2016 ở Italy, Angelo Canale và ctv đã nghiên cứu về sự thay đổi củathành phần rutin, amino acids trong phấn hoa với thiết bị sấy gia nhiệt bằng vi sóngtrong môi trường chân không Kết quả nghiên cứu đã khẳng định rằng với nhiệt độsấythấpthìhàmlượngrutinvàaminoacidsđược bảotoàn.

Quátrìnhsấylàquátrình táchẩm,chủyếulànướcvàhơinướcrakhỏivậtliệ u sấy để thải vào môi trường Theo Trần Văn Phú (2010), động lực của quá trìnhtách ẩm đó hay còn gọi là động lực sấy chính là độ chênh phân áp suất riêng phầncủa hơi nước giữa các phần của VLS và giữa bề mặt của nó với môi trường Độnglựcđógồm:

Nếugọipv,pbm, phtươngứnglà phânápsuấtcủa hơ inướ ctronglòngvậ t, trên bềmặtvậtvàphânápsuấth ơinướctrongmôi trườngxung quanhthì:

- Động lực để dịch chuyển ẩm từ tâm ra bề mặt vật liệu sấy ∆ 1 tỉ lệ thuận vớiđộchênhlệchpv–pbmhay∆1 pv–pbm.

- Động lực để dịch chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường ∆ 2 tỉ lệthuậnvớiđộchênh pbm–phhay∆2 ( pbm–ph).

- Động lựccủaquátrìnhsấy∆chính làđộ chênh lệchphânápsuất p v –ph:∆∆1+∆2 (pv–ph).

Dođóđểtạorađộnglực sấyta cóthểthực hiệntheo cáccơ chế sau.

- Thứ nhất là tăng phân áp suất hơi nước p v nhờ cung cấp năng lượng cho cácphầntử nướctrongvậtliệucòngiữ nguyênphânápsuấtph.

- Thứ hai ngược lại giảm phân áp suất p h bằng cách giảm lượng nước trongmôitrườngxungquanh vàgiữ nguyênphânápsuấtpv.

- Thứ ba kết hợp cả hai bằng cách vừa tăng phân áp suất hơi nước p v trong vậtđồngthờigiảmphânápsuấthơinướcph.

Như vậy ta thấy cơ chế thứ 3 có động lực sấy lớn nhất Hay nói cách khác vớicùng một nhiệt độ sấy thì phương pháp sấy nóng có động lực sấy nhỏ hơn sấy lạnh,điềunàysẽrõhơnởvídụdướiđây.

Xét 2 cơ chế sấy nóng và sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) với TNS là không khíở mộtnhiệtđộsấy45 o C.TrạngtháiTNSđượcthểhiệntrênđồthịI– d(hình1.12),tathấy:

- Cơ chế sấy nóng: TNS từ trạng thái O (φ o = 60%, t = 35oC, phO) được đốtnóng đến trạng thái A (φA= 45%, tA= 45oC, phO= phA) Ta thấy động lực sấy

∆n≈(pv–phA)chỉtạoraphânápsuấthơinướcpvtrongVLStănglêndovậtbịđốtnóng còn phân ápsuấthơinướcpht h ìkhôngthayđổi phO=phA

- Cơ chế sấy lạnh: TNS từ trạng thái O (φ o = 60%, to= 35oC, phO) được làmlạnh và sau đóđượcgia nhiệt đến trạng tháiC ( φC= 2 5 % , tC= 4 5 oC, phC) Động lựcsấy

Tổng quanvềphươngpháp xácđịnhcácthôngsốnhiệtvậtlýcủavậtliệuẩm26 1 Phươngphápxácđịnhhệsốdẫnnhiệt

Phương pháp lý thuyết cũng như thực ngiệm xác định hệ số dẫn nhiệt của vậtliệu được nghiên cứu từ rất lâu và ngày nay càng phát triển Nhiều công trình khoahọc về lĩnh vực này đã được công bố bởi Serpil Sahin cùng ctv (2006), Dennis R.Heldman(2007);M.ShafiurRahman (2008).

Theo Serpil Sahin cùng ctv (2006), Dennis R Heldman (2007), M. ShafiurRahman (2008), cơ sở các phương pháp xác định các thông số nhiệt vật lý của vậtliệuđượcxâydựngtrêncơsởbàitoándẫnnhiệt.Theođặctrưngcơbảncủaphânb ốtrườngnhiệtđột he othờigianm à phương phápxácđị nh được phânthànhhai nhóm:phươngphápổn định,phươngphápkhôngổnđịnh.

Phương pháp ổn định là phương pháp được xây dựng trên cơ sở bài toán dẫnnhiệtổnđịnhmộtchiều vàcácđiềukiệnbiêncủanó.

Bằng cách tạo ra dòng nhiệt ổn định một chiều qua vật sau đó đo giá trị nhiệtđộ tạihai bềmặt vậtvà dòng nhiệt truyềnquamẫu để xác địnhh ệ s ố d ẫ n n h i ệ t Theo hướng truyền của nguồn nhiệt, đặc trưng hình học và điều kiện biên của bàitoándẫnnhiệtmànhómphươngphápnàycócácphươngphápcơbảnsau: a Phươngphápdòngnhiệttruyềntheo chiềudọc(nguồnnhiệtmặt)

Theo Serpil Sahin và ctv (2006), phương pháp này do Fitch (1935), Mohsenin(1980) đề xuất trên cơ sở bài toán dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách phẳng vớiđiềukiệnbiênloại1.

Bằng cách tạo ra dòngnhiệt ổn địnhmột chiều qua vách phẳngs a u đ ó x á c định nhiệt độ trên hai bề mặt vật và dòng nhiệt truyền qua mẫuđ ể x á c đ ị n h h ệ s ố dẫnnhiệt. b Phương pháp dòng nhiệt truyền theo hướng bán kính (nguồn nhiệtđường)

Theo Serpil Sahin và ctv (2006), năm 1980 Mohsenin đã đề xuất dựa trên bàitoándẫnnhiệtquaváchtrụ,váchcầu với điềukiệnbiênloại 1.

Theo đặc trưng hình học của bài toán dẫn nhiệt mà phương pháp này có 3phươngpháp:

Cơ sở của phương pháp này là nghiệm của bài toán dẫn nhiệt ổn định qua váchtrụmộtlớp vớiđiềukiệnbiênloại1.

Bằng cách tạo ra dòng nhiệt ổn định một chiều qua vách trụ một lớp, sau đó đonhiệt độ trên hai bề mặt vật theo hướng bán kính và dòng nhiệt truyền qua mẫu đểxáchệsốdẫnnhiệt.

Phươngphápsosánhdựatrênbàitoándẫnnhiệtổnđịnhquaváchtrụhailớp vớiđiềukiệnbiênloại4với một lớpbằngvật liệuđãbiếthệsốdẫnnhiệt.

Tương tự, bằng cách tạo ra dòng nhiệt ổn định một chiều qua vách trụ hai lớp,sau đó đo nhiệt độ trên các bề mặt vật theo hướng bán kính và xác định hệ số dẫnnhiệt.

Cơ sở của phương pháp nguồn nhiệt trung tâm là bài toán dẫn nhiệt ổn địnhquavách cầuvớiđiềukiệnbiênloại1. c Phươngphápnhiệtẩnhóahơi

Vào năm 1980, Mohsenin đề xuất trên cơ sở bài toán dẫn nhiệt ổn định mộtchiềuquaváchphẳngđiềukiệnbiênloại4.

Với phương pháp này, dòng nhiệt được xác định gián tiếp qua thời gian cầnthiết để bay hơi 1 kg chất lỏng Nhiệt độ ổn định ở bề mặt của vật được duy trì bởinhiệt độ sôi của chất lỏng A, B Khi đó vật liệu cần đo được đặt giữa hai tấm phẳng,mộttấmtiếpxúcvớichấtlỏngAđangởnhiệtđộsôivàtấmcònlạitiếpxúcv ớichất lỏng B có nhiệt độ sôi thấp hơn Do nhiệt truyền quam ẫ u l à m b a y h ơ i m ộ t phần chất lỏng B, ta xác định thời gian cần thiết để làm bay hơi một đơn vị khốilượngchấtlỏngB.Từđóxácđịnhhệsốdẫnnhiệt.

Cơ sở của phương pháp này được xây dựng trên bài toán dẫn nhiệt không ổnđịnh Tương tự như phương pháp ổn định, theo hướng truyền của nguồn nhiệt, đặctrưng hình học và điều kiện biên của bài toán dẫn nhiệt mà nhóm phương pháp nàycócác phươngpháp cơbản sau: a PhươngphápFitch

Theo M Shafiur Rahman (2008), năm 1935 Fitch đã đề xuất một phương phápxác định hệ số dẫn nhiệt Cơ sở của phương pháp là bài toán dẫn nhiệt qua váchphẳng không ổn định với điều kiện biên loại 2 và giả thiết là quá trình dẫn nhiệt làổnđịnh. b PhươngphápcảitiếnFitch

Nhằmkhắcphụcnhượcđiểmlàchỉđođượcvậtliệucóhệsốdẫnnhiệtkém của phương pháp Fitch Dựa trên cơ sở phương pháp của Fitch năm 1989, Fitch,Zuritz và ctv (M Shafiur Rahman, 2008) đã đề xuất phương pháp mới xác định hệsốdẫnnhiệt. c Phươngphápquethăm

Phươngphápquethămhay còngọilàphươngphápnguồnnhiệtđường.Phương pháp này do Hooper cùng ctv (1950), Murakami và ctv (1996), Nix và ctv(1967)đềxuất.

Cơ sở của phương pháp này được xây dựng trên nghiệm của bài toán dẫn nhiệtquaváchtrụkhông ổnđịnh mộtchiềuvớiđiềukiệnbiênloại2. d Phươngphápsosánh

Theo M Shafiur Rahman (2008) năm 1957, Powel và Clarrk và ctv (1962),Ziegler cùng cộng sự (1985) đã xây dựng phương pháp trên cơ sở bài toán dẫn nhiệtvớiđ i ề u k i ệ n b i ê n l o ạ i 4 v à d ò n g n h i ệ t t r u y ề n q u a v ậ t đ ư ợ c x á c đ ị n h q u a n h i ệ t lượng truyền qua mẫu chuẩn Phương pháp này không xác định trực tiếp được hệ sốdẫnnhiệtmàphảixácđịnhgián tiếpquanhiệt dungriêngvàhệsốkhuếchtánnhiệt.

Xác định hệ số khuếch tán nhiệt có 2 phương pháp chính: phương pháp xácđịnhtrựctiếpvàphươngphápxácđịnhgiántiếp.

Theo phương pháp này, hệ số khuếch tán nhiệt được xác định gián tiếp qua 3thôngsốnhiệtvật lýlà: hệsốdẫn nhiệtλ,nhiệtdungriêngCvàkhốilượngriêngρ.

Thểhiệnquabiểuthứcsau: a.C Vớip h ư ơ n g p h á p n à y , t a c ầ n x á c đ ị n h 3 t h ô n g s ố : h ệ s ố d ẫ n n h i ệ t λ , n h i ệ t dungriêngCvàkhốilượngriêng ρ,dođóphươngphápnàymấtrấtnhiềuthời gian.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là bài toán dẫn nhiệt không ổn định mộtchiều Phương pháp xác định này có các loại cơ bản sau: phương pháp đồ thị,phươngphápquethăm,phươngphápDickersonvàphươngphápbiếnphân. a Phươngphápđồthị

f (X,Bi,Fo) Được xây dựng trên cơ sở bài toán dẫn nhiệt không ổn định một chiều từ đótínhrahệ sốkhuếchtánnhiệta. b Phươngphápquethăm

Phương pháp này do Mc Curry (1968), Nix và ctv (1969) đề xuất Trên cơ sởphương pháp que thăm xác định hệ số dẫn nhiệt lắp thêm 1 que thăm cảm biến nhiệtđộson gso ng v ớ i q ue t h ă m đohệ số dẫn nh iệt Kh iđ ó t ừ t h ự c ng hi ệm, xá c đị nh đượcbiếnđổinhiệtđộ theothờigian,ta xácđịnhđượchệsố khuếchtánnhiệta. c PhươngphápDickerson

Theo M Shafiur Rahman (2008), năm 1965 Dickerson đã xây dựng dựa trênbàitoándẫnnhiệtkhôngổnđịnhmộtchiềutrongthanhtrụdàivôhạncóbánkính

R Đo sự gia tăng nhiệt độ theo thời gian của vật ở tâm và bề mặt của vật đ ể x á c địnhhệsốdẫnnhiệt. d Phươngphápbiếnphân

Phương pháp này do Võ Thị Kim Diêu (1996) đề xuất trên cơ sở nghiệm biếnphân của bài toán dẫn nhiệt không ổn định một chiều với điều kiện biên loại 2 tronggiai đoạn đốt nóng Bằng thực nghiệm, xác định chiều dài thấm nhiệt theo thời gian,thếvào nghiệmcủabàitoántasẽxácđịnhđượchệsốkhuếchtánnhiệta.

Nhiệt dung riêng thường được xác định thực nghiệm trên cơ sở cân bằng nhiệtlượng trong điều kiệnđoạn nhiệt( M S h a f i u r R a h m a n , 2 0 0 8 ) , p h ư ơ n g p h á p x á c địnhnhiệtdungriêngcơbảncócácloạisau:

Phương pháp hỗn hợp được đề xuất dựa theo nguyên tắc cân bằng nhiệt giữanướcvàmẫuvậtliệucầnđo.

1.4.3.2 Phươngphápsosánh Đượcx â y dự ng t r ê n c ơ s ở p h ư ơ n g t r ì n h c â n b ằ n g n h i ệ t l ư ợ n g đ ể x á c đ ị n h nhiệtdungriêngcủathựcphẩmởdạnglỏng.

1.4.4 Nhậnxét Đểxácđịnhhệsốdẫnnhiệtvàkhuếch tánnhiệtthìcó hainhómphươngpháp,với mỗiphươngphápđềucóưuvànhượcđiểmriêng.

Cơsở l ý th uy ết của n h ó m phươngphápổ n đị nh sửd ụ n g tr ực tiếpđ ị n h l u ậ t Fouriervàbàitoándẫn nhiệtổnđịnhnêncóưuđiểm:

- Dođược thựchiệntrong điều kiện dẫnnhiệt ổn định nênthời giant h í nghiệmthườngrấtdài.

- Do thời gian dài nên chỉ thích hợp với vật liệu khô, không thích hợp với vậtliệu ẩm Vì khi đạt được chế độ nhiệt ổn định thì độ ẩm của vật liệu thay đổi khánhiềusovớiđộẩmbanđầu.

Kếtluậnchương I

Căn cứ điều kiện thực tế ở Việt Nam, nhằm tạo ra sản phẩm phấn hoa đạt giátrị kinh tế và chất lượng Chúng tôiđã đề xuất thiết bị sấy phấn hoa quy mô hộ giađình là TBS bằng bơm nhiệt hồi lưu toàn phần, có cào đảo trộn vật liệu trong quátrình sấy để nghiên cứu và khảo nghiệm nhằm tạo ra một cơ chế sấy với nhiệt độ, độẩmthấp.ỞViệtNamđâylàTBSrấtphùhợpvềmặtkinhtếvàkỹthuật.

Ta thấy các đặc trưng nhiệt vật lý của phấn hoa phụ thuộc nhiều vào độ ẩm vàcác thành phần của nó Mà độ ẩm và thành phần phấn hoa lại phụ thuộc vào điềukiện khí hậu, địa lý, nguồn gốc thực vật Qua hiểu biết của chúng tôi thì hầu như cáctínhchấtnhiệtvậtlýcủaphấnhoachưađượcnghiêncứuvàcôngbốởViệtNam.Vì vậy, việc xác định các đặc trưng nhiệt vật lý để phục vụ cho tính toán các quátrình công nghệ như khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, hệ sốkhuếchtánnhiệt củaphấnhoa tạiViệtNamlàrấtcầnthiết.

Qua phân tích, ta thấy xác định các thông số nhiệt vật lý của vật liệu nói chungnhư hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, có hai nhóm phương pháp: Phươngpháp ổn định và phương pháp không ổn định Ta thấy mỗi phương pháp đều có ưunhược điểm riêng do đó tùy theo điều kiện thực tế mà lựa chọn phương pháp chophù hợp nhằm thỏa mãn được hai mục tiêu là chính xác và tiết kiệm Với vật liệuẩm, thường quá trình khuếch tán ẩm chưa xảy ra trong giai đoạn đốt nóng nên đểđảm bảo tính chính xác trong việc xác định các thông số nhiệt vật lý của vật liệu ẩmchúngtôisửdụng phươngphápkhôngổnđịnh.

Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án với mong muốn góp phần làm phongphú thêm phương pháp xác định thông số nhiệt vật lý của vật liệu ẩm, chúng tôi tậptrungnghiêncứu bà i toántr uy ền nh iệ t– t r u y ề n chấtt r o n g v ậ t liệuẩ m T ừđ ó đ ề xuất một phương pháp mới cho phép đồng thời xác định cảb a h ệ s ố : h ệ s ố d ẫ n nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dung riêng của các vật liệu ẩm nói chungv à phấn hoa nói riêng ở một nhiệt độ và độ ẩm trung bình ban đầu nào đó để tính toánthiếtkếTBS phấnhoa.

Nộidungnghiêncứu

- Phântíchtổngquanưu,nhượcđiểmcủatấtcảcácphươngphápsấy,thiếtbịsấyphấ nhoađangápdụnghiệnnaytrênthếgiớivàViệt Nam.

- Phân tích tổng quan ưu, nhược điểm của tất cả các phương pháp xác định cácthôngsốnhiệtvậtlýcủavậtliệuẩm.

- Thựcnghiệm xácđịnhc á c thông sốc ôn gn ghệ sấyđạtchấ tlượng v à hiệ uquảkinhtếphùhợpvới thựctiễnsảnxuấtphấnhoatạiViệtNamvàxuấtkhẩu.

Nghiên cứu bản chất lý thuyết của truyền nhiệt, truyền ẩm VLA từ đó đề xuất phương pháp mới xác định các thông số nhiệt vật lý của VLA.

Thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết và xác định đặc trưng nhiệt vật lý phấn hoa. Đề xuất mô hình thiết bị sấy phấn hoa phù hợp ở Việt Nam.

Thực nghiệm trên mô hình.

Kiểm chứng lại lý thuyết.

Xác định chế độ sấy và các thông số làm việc thích hợp của TBS.

- Chuyển giao thiết bị nghiên cứu.

- Kết luận và kiến nghị.

Tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị sấy phấn hoa.

Khảosátvà thunhậpthôngtinđốitượngnghiêncứu (Phấnhoa,cácloạithiếtbịsấyphấnhoa,phươngphápxácđịnhcácthôngsốn hiệtvậtlýcủavậtliệu ẩm).

Phương phápnghiêncứulýthuyết

Nhưđ ã t r ì n h b à y ở p h ầ n t ổ n g q u a n , p h ấ n h o a l à v ậ t l i ệ u r ấ t đ ặ c t h ù , t h à n h phần phụ thuộc nguồn gốc thực vật và điều kiện địa lý Qua tìm hiểu, chúng tôi thấyởViệtnam chưacócôngbốnàovềtínhchấtnhiệtvậtlý củaphấnhoa.

Trong quá trình xử lý nhiệt ẩm như làm lạnh hoặc sấy khô các vật liệu ẩm(VLA) nói chung và phấn hoa nói riêng chúng ta cần biết các thông số nhiệt– ẩ mcơ bản Chẳng hạn đểtính toán quá trình đốtn ó n g h o ặ c t í n h t o á n t h i ế t k ế t h i ế t b ị sấy hay quá trình làm lạnh các VLA, ngoài các thông số cơ bản như khối lượngriêng, nhiệt dung riêng chúng ta cần biết hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, hệsốtruyềnẩmvàhệsốkhuếchtánẩm.

Ngoài ra, khi thiết kếcác thiết bị sấy, ngoàic h ấ t l ư ợ n g s ả n p h ẩ m s ấ y , n ă n g suấtvà đ ộẩm VLSvà ov àr a T B S , …

C h ú n g ta cầ n d ự đ o á n t h ờ i g ia nsấy hoặcbằngthựcnghiệmhoặcbằngtínhtoán.

Vì vậy, để giải quyết các mục tiêu nghiên cứu đã được xác định trong luận án,trongphầnnghiêncứulýthuyếtnàychúngtôisẽ:

- Kế thừa kết quả nghiên cứu lý thuyết của các tác giả trong và ngoài nướctrong lĩnh vực truyền nhiệt–truyền chất, sấy vật liệu dạng hạt, sấy phấn hoa để bổsung cho quá trình nghiên cứu nhằm đảm bảo tính khoa học, tiết kiệm thời gian vàchiphínghiên cứu.

- Ứng dụng lý thuyết về toán học, vật lý để xây dựng mô hình vật lý, toán họcmô tảbảnchấtquátrìnhvậtlýtruyềnnhiệt,truyềnchấttrongvậtliệuẩm.

- Sử dụng phương pháp giải tích để giải và tìm nghiệm mô hình toán truyềnnhiệt,truyềnchấttrong quátrìnhnghiêncứuđểxácđịnhcácthôngsốnhiệtvậtlý.

- Ứng dụng phương pháp giải tích giải các bài toán tối ưu để xác định chế độlàmviệcthíchhợpchothiếtbịsấy.

Nội dung nghiên cứu lý thuyết và phương pháp cũng như cơ sở vật lý – toánđượctrìnhbàycụthểdướiđây.

2.2.1 Phương pháp xác định các hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt vànhiệtdungriêngcủaphấnhoa.

Như trong chương 1 Tổng quan, chúng tôi đã chỉ ra rằng, để xác định cácthông số nhiệt vật lý của vật liệu nói chung và VLA nói riêng có 2 nhóm phươngpháp: phương pháp ổn định và phương pháp không ổn định Tuy nhiên, trong kỹthuật sấy, do dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm xảy ra trong quá trình không ổn định nêncác thông số nhiệt vật lý nói chung và hệ số dẫn nhiệt cũng như hệ số khuếch tánnhiệt nói riêng của các VLS chỉ được xác định theo phương pháp không ổn định.Với mong muốn đóng góp làm phong phú thêm các phương pháp xác định các hệ sốdẫnnhiệt,hệsốkhuếchtánnhiệtvànhiệtdungriêngcủaVLA.Vìvậy,trongluậnán này trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết quá trình truyền nhiệt–truyền chất trong cácVLA.Chúngtôiđềxuấtmộtphươngphápmớichophépđồngthờixácđịnhcảba hệ số này của vật liệu ẩm ở một nhiệt độ và độ ẩm trung bình ban đầu nào đó nóichungvàphấn hoanóiriêng theonhómphươngphápkhôngổnđịnh.

Cơ sở toán học của phương pháp do chúng tôi đề xuất là hai nghiệm giải tíchgần đúng của bài toán dẫn nhiệt trong nửa tấm phẳng một chiều với điều kiện biênloại 2 đối xứng khi Fourier đủ bé Mô hình toán học của phương pháp được thể hiệndướiđây.

Sử dụng phương pháp giải tích và phép biến đổi tích phân Laplace để giải vàtìm hai nghiệm gần đúng mô hình toán (2.1) ÷ (2.4) Từ hai nghiệm đó xây dựng 2phương trình xác định nhiệt độ trên bề mặt và nhiệt độ trung bình của tấm phẳng tạithời τ.Giải hệhai phương trình nhiệt độ trên bềmặt vànhiệt đột r u n g b ì n h c h o phép ta đồng thời xác định được hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt.Phương phápvàcôngthứccụthểchúngtôisẽ giớithiệutrongchươngkết quảnghiêncứu.

2.2.2 Phươngphápxácđịnhhệ sốtruyền ẩmvà hệsố khuếchtán ẩmcủa phấnhoa

Hệ số khuếch tán ẩm và hệ số truyền ẩm là hai thông số đặc trưng cho tốc độdịch chuyển ẩm của vật liệu Đây là thông số cần thiết để xác định thời gian sấybằnglýthuyết.Haihệsốnàyxácđịnhbằngthựcnghiệmđượcxâydựngmôhìn h toánđịnhluật2của Fick’s (Carl W.Hall,2006).

Năm 1975, Crank dựa trên cơ sơ phương trình vi phân khuếch tán ẩm củaFick’s, sử dụng các điều kiện biên khác nhau đã xây dựng công thức để xác định hệsốkhuếchtánẩmcủacácvậtliệucóđặctrưnghìnhhọckhácnhau:

Hiệnnaycórấtnhiềucôngtrìnhnghiêncứuđãsửdụngmôhìnhđềxuấtcủa Crank (1975) để xác định hệ số khuếch tán ẩm của loại vật liệu khác nhau Cụ thể,sợilanh(A.Ghazanfarivàctv,2006),vậtliệusilicate(Hiteshkumarvàctv, 2005)ca cao (C.L Hii và ctv, 2009), cà rốt (Antonio Mulet, 1994; D Mihoubia và ctv,2009), cam lát (Shahin Rafiee và ctv, 2010), cà chua (Amin Taheri - Garavand vàctv),hạtdưahấu(IbrahimDoymas,2014),mậtong(LêAnhĐức,2015)….

Ngoài ra, A.Z Sahin và ctv (2002), I Dincer và ctv (2002), M.M Hussain vàctv (2003), E Kavak và ctv (2005), Kamil Sacilik và ctv (2006) cũng trên cơ sởnghiệm giải tích gần đúng của bài toán khuếch tán ẩm 1 chiều trong nửa tấm phẳngcóc h i ề u d à y 2 L v ớ i đ i ề u k i ệ n b i ê n l o ạ i 3 đ ố i x ứ n g ( 2 8 ) ÷ ( 2 1 1 ) , đ ã x â y d ự n g phươngphápxácđịnh hệsốtruyềnẩmvàhệsốkhuếchtánẩm:

Giải tìm 2 nghiệm tương đương của phương trình vi phân cùng với các điềukiện đơn trị (2.8) ÷ (2.11) Trên cơ sở 2 nghiệm vừa tìm được xây dựng hệ haiphươngtrìnhđểxácđịnhđồngthời hệsốtruyềnẩmvàhệsốkhuếchtánẩm. Ưu điểm của phương pháp này cho ta xác định được đồng thời hệ số truyềnẩm, hệ số khuếch tán ẩm và cũng được tác giả ứng dụng (Ahmet Kaya và ctv, 2011;Carolina và ctv, 2015) … Vì vậy trong luận án này, chúng tôi sẽ kế thừa nghiên cứulý thuyết của I Dincer, M.M Hussain (2002) xác định hệ số đó, để làm cơ sở xácđịnh thời gian sấy lý thuyết theo phương pháp tương tự mà chúng tôi sẽ đề cập ởmụctiếptheo.

Nội dung cụ thể, công thức và thuật toán xác định đồng thời hệ số truyền ẩmvàhệsốkhuếchtánẩm chúng tôisẽtrìnhbàyởchương 3.

Nhưđ ã gi ới th iệ u ở t rư ớc , k h i t hi ết kế m ộ t t hi ết b ị sấy chúngt a p h ả i qu yế tđịnh chế độ sấy Trong chế độ sấy thì thời gian sấy là một trong thông số quan trọnghàng đầu Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu xác định thời gian sấy đãđược công bố Theo C.M Van’t Lan (2011), Trần Văn Phú (2011) để xác định thờigiansấycó3nhómphươngphápsau:

Phương pháp giải tích: điển hình là phương pháp A.V Luikov Nội dung củaphương pháp này là chia quá trình sấy ra làm hai giai đoạn, gồmg i a i đ o ạ n t ố c đ ộ sấy không đổi và giai đoạn tốc độ sấy giảm dần để làm cơ sở tính toán thời gian sấy.Do bỏ qua giai đoạn đốt nóng và ảnh hưởng lẫn nhau giữa dẫn nhiệt và khuếch tánẩmnênkhiápdụngphươngphápnàycósaisốlớnsovớithực tế.

Phương pháp kết hợp giải tích và thực nghiệm: đại diện cho phương pháp nàylà phương pháp G.K Phylonhenko Nội dung của phương pháp dựa theo bản chấttruyền nhiệt, truyền chất của vật liệu và tác nhân sấy rồi sau đó kết kết hợp với thựcnghiệmc ụ t h ể đ ể t ì m r a t h ờ i g i a n s ấ y T u y n h i ê n , c ũ n g n h ư p h ư ơ n g p h á p A V

Luikov do bỏ qua qua giai đoạn đốt nóng và điều kiện thực tế khi giải bài toánkhuếchtánẩmnênphươngphápnàycũngcóhạnchếnhấtđịnh.

Phương pháp thực nghiệm: phương pháp này được xây dựng trên cơ sở thựcnghiệm Theo Carl W Hallvà ctv (2006), Evagelos và ctv (2007), C.M Van’t Lan(2011) có rất nhiều mô hình xác định thời gian sấy lớp mỏng đã được công bố nhưsau:

1 -Môhình Newton  m    k   ke  exp(k) k0 ke

5 -Diffusionapproach  m  k   ke  ae x p ( k)(1a) exp(bk)

6 -Môhình Page  m  k    ke  exp(k n ) k0 ke

7 -Môhình ModifiedPage  m    k   ke  exp((k) n ) k0 ke

10 -Môhình Midillivàctv   k   ke  ae x p ( (k) n )b  m   k0 ke 0 0

Các mô hình trên được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm cho từng loại vật liệunhất định nên khi áp dụng cho vật liệu khác nhausẽ có những sai số nhất định (P.C.Panchariya vàctv, 2002; C Ertkinvà ctv,2003; Ebru KavakA k a p i n a r ,

2 0 0 3 ; Hakan Okyay và ctv, 2006; O Bozkir, 2006; R.K Goyal và ctv, 2007; Singhanat vàctv,2011;MohammadForoughi -Dahrvàctv,2015).

Ngoàira,Tr ần Vă n Phú(2010)c ũ n g đã đềx u ấ t mộtphương p háp tương t ựxácđịnhthờigiansấylýthuyết.Phươngphápnàyđượcxâydựngtrêncơsởtính tươngtựcủamô hìnhtoánhọcvềphươngtrìnhviphândẫnnhiệtvàkhuếchtánẩm. Theo Trần Văn Phú (2010) phương trình vi phân xác định trường nhiệt độ vàtrườngthếdẫnẩmkhôngổnđịnhtrongtấmvậtliệuẩmđượcbiểudiễnbởi:

Phươngphápthựcnghiệmxácđịnhthông sốnhiệtvậtlýcủaphấnhoa

- Vật liệu sấy: Phấn hoa được loài ong thu hoạch chủy ế u t ừ h o a

T h a n h l o n g tạiHuyệnChợGạo,TỉnhTiềnGiang.Độẩmbanđầu:ω 1≈ 30%(kg/kgvla)

Khối lượng riêng phấn hoa là thông số vật lý cần thiết cho tính toán thiết kếthiếtbịsấy.

Khối lượng riêng ρvlà khối lượng của một đơn vị thể tích khối hạt phấn hoa(kểcảkhoảngkhôngchứakhôngkhítrongkhốihạt),thứ nguyênkg/m 3

Theo Nguyễn Thọ (2008), để xác định khối lượng riêng ρvta dùng phễu đưa 1khối phấn hoa cho trước vào ống đong thể tích Thực hiện lắc nhẹ ống rồi dùngmiếng bìam ỏ n g g ạ t c h o b ằ n g l ớ p p h ấ n h o a t r o n g ố n g r ồ i t i ế n h à n h q u a n s á t g h i mứcthểtíchcủaphấnhoatrongốngđongthểtích.Tiếptheotacânkhốiphấnhoa trong ống đong thể tích để xác định khối lượng m.Khốilượngcủaphấn hoatínhtheocôngthức:

Trongđó:ρv:khốilượngriêng(kg/m3). m:khốilượngkhối phấnhoatrongống(kg).

Do khối lượng riêng ρvc ủ a p h ấ n h o a l à k h ố i l ư ợ n g c ủ a m ộ t đ ơ n v ị t h ể t í c hkhối hạt phấn hoa do đó ρvn ó k h ô n g n h ữ n g p h ụ t h u ộ c v à o đ ộ ẩ m ω c ủ a p h ấ n h o amàcònphụthuộcvàokíchthước củanó (đườngkínhtươngđươngd). Đểxác đ ịn h q u a n h ệ hà m gần đúng ρv= f(ω,d).T h í ng h iệ m đượcti ế n hành vớ i cácmẫuphấnhoakhácnhaucóωtừ(10÷30)%,đườngkínhtươngđươngd(1÷3)mmthe oquyhoạchthực nghiệmTYTbậc IIphươngánbấtbiếnquay.

Sau khi có số liệu thí nghiệm ta tiến hành xử lý số liệu theo phương pháp quyhoạch thực nghiệm, phân tích hồi quy để tìm được quan hệ hàm gần đúng ρv=f(ω,d). b Xác địnhđộẩmtươngđốiω Độẩmcủaphấnhoađượcxácđịnhtheophươngpháp tủsấy.

Theo Nguyễn Thọ (2008), tiến hành cân chính xác m (g) mẫu phấn hoa rồi chovào khay sạch đã biết khối lượng, đưa mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 105 o C rồi sấy đếnkhối lượng không đổi. Sau khi sấy lấy mẫu ra và cho vào bình hút ẩm để làm nguộivàcân.Khikếtquảgiữa 2lầncâncuốicócùngsaisố±0,5%làcoinhưkhôngđổi.

Trongđó: m1: khối lượng phấn hoa trước khi sấy,

- Cânđiện tửhiệuProtablecủaĐàiLoan cóđộchính xác ± 0,01 gam,giớihạncân20kg.

- ỐngđothểtíchhiệuSimaxcủaCzechcóđộchínhxác±0,1ml,giớihạnđo50ml,50 0ml.

- ThướckẹpđiệntửhiệuMitutoyocủaNhậtBản,thangđo0,01mm,độchínhxác±0,0 2mm.

Các số liệu thực nghiệm cần đo đạc để xác định thể tích riêng và độ ẩm là khốilượng và thể tích Tất cả các số liệu được xác định bằng dụng cụ đo trực tiếp sau đógiántiếpsửdụngcôngthứcđểxácđịnhhaihệsốđó.

2.3.3 Thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt, khuếch tán nhiệt, nhiệt dungriêngcủaphấnhoa

Các hệ số dẫn nhiệt, khuếch tán nhiệt và nhiệt dung riêng của phấn hoa là cácthông số cần phải xác định để phục vụ trong tính toán thiết kế thiết bị sấy phấn hoadochúngtôiđềxuất.

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp đồng thời xác định hệ sốdẫn nhiệt, khuếch tán nhiệt và nhiệt dung riêng do chúng tôi đề xuất Cơ sở phươngphápchúngtôisẽgiớithiệutrongchương3.

2.3.3.1 Phươngphápthựchiện. Để kiểm tra đánh giá sai số của phương pháp và thiết bị thí nghiệm chúng tôisử dụng phương pháp so sánh Cụ thể, chúngt ô i d ù n g t h i ế t b ị n à y x á c đ ị n h h ệ s ố dẫn nhiệt và hệ số khuếch tán nhiệt của một vật liệu nào đó đã được công bố Ở đây,chúng tôi dùng gạo và phấn hoa làm vật liệu chuẩn Từ kết quả thực nghiệm và sửdụng công thức (2.22), (2.23) ta xác định được hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tánnhiệtcủagạovàphấnhoa.Sosánhvớisốliệucủagạovàphấnhoađãđượccôngbố đ ể kiểmtrasaisốδgiữas ố l i ệ u thínghiệmvàgiátrịchuẩnđãcôngnhận.

- Bước 1: Cho phấn hoa với nhiệt độ t 0 và độ ẩm ω0đã biết điền đầy thùngchứavậtliệu.

- Bước 2: Cấp nguồn cho thiết bị tự ghi nhiệt độ (Nhiệt kế) Điều chỉnh giá trịcácđầu dònhiệtđộsaocho cùnggiá trịvà ghilại giá trịban đầu t o

- Bước 3: Cấp điện cho nguồn nhiệt và bấm giờ Quan sát giá trị nhiệt độ tạicác ví trí của đầu dò nhiệt, khi giá trị nhiệt độ tại ví trí đầu dò thứ 5 bắt đầu thay đổithì tiến hành ghi lại đồng thời các giá trị nhiệt độ từ t 1 ÷ t5, công suất gia nhiệt vàthờigianτ.

- Bước 4: Thế các giá trị vừa đo được vào công thức (2.19), (2.20) và (2.21) đểxácđịnhcáchệsốdẫn nhiệt,hệsốkhuếchtán nhiệtvànhiệtdungriêngcầntìm.

Các công thức (2.23), (2.23) và (2.24) do chúng tôi đề xuất và sẽ giới thiệutrongchương3.

Với thiết bị thí nghiệm được kiểm tra ở trên, chúng tôi tiếp tục dùng để xácđịnh quan hệ hàm gần đúng của hệ số dẫn nhiệt λ, hệ số khuếch tán nhiệt a của phấnhoa với nhiệt độ và độ ẩm dạng λ =f(ω,t), a =f(ω,t) c =f(ω,t) Ta sẽ thực hiện thínghiệm với nhiềumẫu phấnhoacóđộẩm ω vànhiệtđộ tkhácnhau.Cáct h í nghiệmđượctiếnhànhtheoquyhoạch thựcnghiệmTYTbậcI.

Saukhicósốliệuthínghiệmtatiếnhànhxửlýsốliệutheophươngphápquy hoạchthựcnghiệm,phântíchhồiquyđểtìmđượcquanhệhàmgầnđúngλ=f(ω,t),a=f(ω,t)củ a phấnhoa.

Dosauthờigianđốtnóngτnhiệtlượngsẽtíchlạitrongtấmđiệntrởnênđểhạn chếsaisốtrong lần kếtiếpthì taphảilàmnguộitấmphẳngvềnhiệtđộbanđầu.

Các số liệu thực nghiệm cần đo đạc để xác định được hệ số dẫn nhiệt, hệ sốkhuếch tán nhiệt theo phương pháp đề xuất là chiều dày lớp vật liệu, nhiệt độ, dòngnhiệt và thời gian truyền nhiệt Tất cả các số liệu được xác định bằng dụng cụ đotrực tiếp sau đó gián tiếp sử dụng công thức ta xác định được hệ số dẫn nhiệt, hệ sốkhuếchtánnhiệtvànhiệtdungriêng.

2.3.4 Thực nghiệmxácđịnhhệsốdẫnẩmh m ,khuếch tánẩma m củaphấn hoa

Hệ sốdẫn ẩm và khuếch tánẩm của phấn hoa là các thông số cầnp h ả i x á c định để phục vụ tronggiải bài toán xác địnht h ờ i g i a n s ấ y đ ể l à m c ơ s ở c h o t í n h toánthiếtkếthiếtbịsấy.

Trong luận án này trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết của Dincer và Hunsan(2002) Chúng tôi kiến nghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số dẫnẩmvàkhuếchtánẩm.Trìnhtự thựcnghiệmgồmcácbướcthểhiệnnhưsau:

-Bước1:Thựcnghiệmsấyởmộtnhiệtđột1vàvậntốcv1c ủ aTNSđãbiếtđểxácđịnh tốcđộgiảmẩmcủaVLStheothờigianτ,m= f(τ).

 m  Gexp(S )(Dincer và Hunssain,2 0 0 2 ) S ử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p b ì n h p h ư ơ n g nhỏnhấttatìmđượcnhântốcảntrởGvàhệsốsấyS.

- Bước3:ThaycácgiátrịGvàSvừatìmđượcvàocáccôngthứctínhtheo nghiên cứu lý thuyết của Dincer và Hunsanđ ể x á c đ ị n h h ệ s ố d ẫ n ẩ m hm, khuếchtánẩmamcủ a p h ấnhoa. Để xây dựng mô hình hồi qui mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc của TNSđến hệ số khuếch tán ẩm a m và hệ số dẫn ẩm hmcủa phấn hoa Chúng tôi thực hiệnlần lượt nhiều thí nghiệm với nhiệt độ t, vận tốc v khác nhau Thí nghiệm được tiếnhànhtheoquyhoạchthựcnghiệmbậcIIdạngbấtbiếnquay.

Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tiến hành xử lý số liệu theo phương pháp quyhoạch thực nghiệm, phân tích quy hồi để tìm được quan hệ hàm gần đúng của hệ sốdẫnẩmh m= f(v,t),hệsốkhuếchtánẩmam= f(v,t)củaphấnhoa.

Thiếtbịthí nghiệmvới thôngsốkỹthuật đượcthểhiệnở hình2.2.

Hình 2.2 Thiết bị thí nghiệm xác định hệsốdẫnẩmvàkhuếchtánẩmphấn hoa

- ThướckẹpđiệntửhiệuMitutoyocủaNhậtBản,thangđo0,01mm,độchínhxác±0,0 2mm.

Các số liệu thực nghiệm cần đo đạc để xác địnhh ệ s ố d ẫ n ẩ m v à k h u ế c h t á n ẩm của phấn hoa theo phương pháp đề xuất là khối lượng, chiều dày,độ ẩm của vậtliệu, nhiệt độ, độ ẩm không khí của TNS và thời gian Tất cả các số liệu được xácđịnh bằng dụng cụ đo trực tiếp sau đó gián tiếp sử dụng công để xác định hai hệ sốđó.

Phương phápnghiêncứuthựcnghiệm xâydựngchếđộsấy

Qui hoạch thực nghiệm nhằm xây dựng mối quan hệ giữa các chỉ tiêu và đốitượngnghiêncứucủathiếtbịsấynhằmđưarachếđộsấythíchhợp. Đây là phương pháp qui hoạch hóa nhằm tiến hành thực nghiệm một cách chủđộng để có thể tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo mức độ tin cậycủa mô hình toán nhận được từ thực nghiệm Hàm toán là hàm cho phép đánh giáảnh hưởng của các yếu tố, xác định được chế độ làm việc thích hợp của đối tượngnghiêncứu.

Phương pháp qui hoạch thực nghiệm được tiến hành theo trình tự các giaiđoạn:thựcnghiệmđơnyếutốvàthựcnghiệmđayếutố.

- Giaiđoạnthựcnghiệmđơny ế u tốnhằmxácđịnhm ối quanhệcủayếu tố ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu và giá trị vùng nghiên cứu của yếu tố ảnhhưởngđểlàmcơsởchothựcnghiệmđayếutố.

- Giai đoạn thực nghiệm đa yếu tố được xây dựng bằng mô hình thống kê dướidạng mô hình hộp đen nhằm xác định mối quan hệ của đồng thời các yếu tố ảnhhưởngđếnđốitượngnghiêncứu. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm thông số làm việc của thiết bị sấy phấn hoagồmcácnộidungsau:

2.4.1.1 Xácđịnh cácthôngsố nghiêncứu a Xácđịnhthôngsốđầura(hàmmụctiêu)

Các thông số đầu ra là các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của đối tượng nghiêncứu Các thông số đầu ra của TBS nghiên cứu bao gồm: chi phí điện năng riêng(kWh/kg), tỷ lệ thu hồi sản phẩm (%), độ ẩm sản phẩm (%), phần trăm hàm lượngVitamin C (%), phần trăm hàm lượng Vitamin E (%), phần trăm hàm lượng Protein,lipidvàmàusắc,mùivị,…

Chi phí điện năng riêng Ar (kWh/kg) là tiêu hao điện năng trên 1 kg sản phẩmtrong mộtgiờtrênthiếtbịsấyvàchỉtiêuđánhgiáhiệuquảkinhtếcủaTBS.

TỉlệthuhồisảnphẩmM(%)làtỉlêkhốilượngphấnhoathuđượctrênthựctế trên khối lượng phấn hoa thu được theo lý thuyết Tương tự như chi phí điện năngriêngchỉtiêunàyđánhgiáhiệuquảkinhtếcủaTBS.

Phần trăm hàm lượng Vitamin C (%), Vitamin E (%), Protein Pr (%), lipid làphần trăm hàm lượngcòn lại sau quá trìnhsấy, là các chỉ tiêu đểđ á n h g i á c h ấ t lượng của phấn hoa Tuy nhiên, theo nghiêncứu của JohannaBarajas và cácc ộ n g sự (2009) Hàm lượng protein, lipid không ảnh hưởng bởi nhiệt độ sấy. Vitamin làthành phần nhạy cảm với nhiệt độ, khi nhiệt độ sấy càng cao tổn thất vitamin càngnhiềutrongđóvitaminC cótổn thấtcao nhất sovới các loạivitamin khác. Với các phân tích trên, để đánh giá các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của thiếtbị sấy phù hợp nghiên cứu ở Việt Nam Chúng tôi chọn các mục tiêu để đưa vào môhìnhnghiêncứunhư sau:

- Chiphíđiệnnăngriêng(kWh/kg),đượcmã hóa Y 1

- Tỉlệthu hồisản phẩmM(%),đượcmãhóaY 3 b Xácđịnhthôngsố đầuvào

Thông số đầu vào là các yếu tố ảnh hưởng lên chỉ tiêu nghiên cứu Chọn thôngsố đầu vào và và giá trị vùng nghiên cứu của đầu vào có thể dựa trên cơ sở kế thừacác kết quả các công trình nghiên cứu trước, kết quả nghiên cứu lý thuyết hoặc tiếnhànhthínghiệmthămdò. Chiphíđiệnnăngriêng,hàmlượngvitaminC,tỉlệthuhồisảnphẩmlàcácc hỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật quan trọng của một thiết bị sấy Các yếu tố ành hưởng đếncác chỉ tiêu trên gồm: vận tốc tác nhân sấy, độ dày lớp vật liệu sấy, kích thước củahạt, nhiệt độ của tác nhân sấy, độ ẩm của vật liệu sấy, độ ẩm của tác nhân sấy, chukỳđảotrộn.

Nhiệt độ của TNS trong thiết bị sấy này vừa đóng vai trò là gia nhiệt cho VLSvà làm thay đổi độ ẩm tương đối của TNS để tạo ra động lực sấy Nhiệt độ sấy càngcao thì quá trình sấy càng nhanh Tuy nhiên khi nhiệt độ sấy càng cao thì chất lượngcủa phấn hoa càng giảm Do đó nhiệt độ của TNS là thông số ảnh hưởng nhiều đếnthờigiansấyvàchấtlượngsảnphẩmsấy.

Vận tốc tác nhân TNS là yếu tố đặc trưng cho khả năng trao đổi nhiệt, ẩm giữaVLS và TNS.Do đótốc độ củaTNSảnh hưởng lớnđếnk h ả n ă n g l à m v i ệ c c ũ n g nhưhiệuquảcủaTBS,nhấtlà thờigiansấy.

 Độẩmtương đốicủacủatácnhânsấyφ(%). Độ ẩm tương đối củac ủ a t á c n h â n s ấ y l à t h ô n g s ố ả n h h ư ở n g đ ế n t h ờ i g i a n sấy Khi độ ẩm tươngđ ố i c ủ a T N S c à n g n h ỏ t h ì k h ả n ă n g n h ậ n ẩ m c à n g c a o v à động lực sấy càng lớn. Tuy nhiên thông số này là khó điều chỉnh, luôn có xu hướnggiảmtrongquátrìnhsấydophụthuộcđộẩmVLS.

 Độẩmtương đốicủavậtliệusấyω(%). Độẩmcủavậtliệulàthôngsốảnhhưởngđếnchiphísấy.Quakhảosátcho thấy,độẩmcủaphấnhoabanđầutươngđốiổnđịnhω1≈30%(kg/ kgvla).Vìvậy,taxemđộẩmcủaphấnhoalàcố địnhkhiđưavàonghiêncứu.

Chu kỳ đảo trộn là khoảng thời gian để hiện cào đảo trộn vật liệu Nó là thôngsố tác động sự tiếp xúc giữa TNS và bề mặt VLS hay nói cách khác liên quan đếnkhả năng thoát ẩm của VLS và làm thay đổi thời gian sấy Tuy nhiên, do tính chấtcủa phấn hoa nên khi đảo trộn do tác động cơ học làm vụn vỡ làm ảnh hưởng đếnhiệusuấtthuhồisảnphẩm.

Chiều dày lớp phấn hoa ảnh hưởng đến khả năng thoát ẩm của lớp vật liệutrongquá tr ìn hsấ y Lớpvật liệucàngm ỏ n g t h ì thờig ia nsấy càngn han h, n hưng nếumỏngquáthìlạiảnhhưởngđến năngsuấtcủathiếtbị.

Tương tự như chiều dày lớp phấn hoa, kíchthước hạt VLS cũngả n h h ư ở n g đến khả năng thoát ẩm của lớp vật liệu trong quá trình sấy Nhưng do đặc thù hìnhhọccủaphấnhoalàkhông đồngđềunênyếutốnàykhôngthểđiềukhiểnđược. Theoquihoạchthực nghiệm, thôngsốđầuvàophải thực sựảnhhưởngđế nquá trình nghiên cứu Do có nhiều thông số ảnh hưởng đến chỉ tiêu nghiên cứu Vìvậy trong quá trình nghiên cứu để giảm số lượng thí nghiệm mà vẫn đảm bảo độchính xác của thí nghiệm sẽ loại bỏ một số thông số mà mức độ ảnh hưởng củachúngquá ít hoặckhôngthểđiềukhiểnđược.

Sau khi loại bỏ các yếu tố ngẫu nhiên không thể điều khiển được hoặc các yếutố ảnh hưởng quá nhỏ không thể đưa vào nghiên cứu được Các thông số đầu vàocầnđưavàomôhìnhnghiêncứuthựcnghiệmcònlạinhư sau:

Chukỳsẽđượcxác địnhtheothí nghiệmthămdò ởthựcnghiệmđơn yếutố.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được tiến hành từ bậc I và phát triển lênbậc II nếu bậc I không phù hợp Trong trường hợp cả hai phương án không phù hợpcần thiết kế lại thí nghiệm trên cơ sở định lại vùng nghiên cứu và bổ sung yếu tốnghiêncứu.

Khi phương án bậc I trực giao chuyển lên phương án bậc II, vùng thí nghiệmcơ sở (mức trên và mức dưới) vẫn được giữ nguyên, miền thí nghiệm mở rộng ra tớicánh tay đònα Số thí nghiệm lặp để xác định phương sai thuần vẫn ở điểm trungtâm.

(2011);NguyễnVănDựvàctv(2011)sốlượngthínghiệmđược xácđịnhtheocôngthứcnhưsau: Đốivớiphươngphápquihoạch thựcnghiệmTYTbậcI.

2 k – số lượng thí nghiệm ở mức trên và mức dưới.2k–sốlượngthínghiệmởmức điểmsaoα. n0–sốlượngthínghiệmlặpởmứccơsở.

Sử dụng phương pháp xử lý sơ bộ số liệu thực nghiệm, kiểm tra một số giảthuyết thống kê Khi tiến hành thực nghiệm, nhận thông tin và xử lý sơ bộ các thôngtinsẽgiúpkiểmtratínhliênthuộccủasốliệubịnghingờ,giúpxácminhkịpthời những thực nghiệm cần bổ sung hoặc giúp kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếutố.Thực nghiệmtheotiếntrìnhđượclậpởtrên.

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, phân tích hồi qui, phân tíchphương sai để xác định giá trị các hệ số trong mô hình hồi qui đa thức Sau khi xâydựng mô hình hồi qui thực nghiệm, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui theotiêu chuẩn Student, kiểm tra tính tương thích mô hình theo tiêu chuẩn Fisher. Nếumôhìnhkhôngtươngthíchphảilàmlạithựcnghiệmbậchaivớicáckhoảngt hayđổicủathôngsốvào.

Nếu hệ số hồi quy không đủ mức ý nghĩa, thì phải xác minh rõ tính chất khôngảnh hưởng của thông số tương ứng với hệ số hồi qui vô nghĩa, loại bỏ hệ số này rakhỏi mô hình Khi bỏ các hệ số hồi qui vô nghĩa, cần phải tính lại một số hệ số hồiqui có liên hệ phụ thuộc với các hệ số loại bỏ nhằm giữ cho mô hình vẫn tươngthích.

- Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo đảm độtincậyvớimứcýnghĩa α = 0,05.

- Bước5:Phântíchphương saitrênhàmtoánmới Kiểmtrađộtin cậycủacáchệsốhồiquymới.Nếukhôngbảođảmđộtin cậy,thìcảitiến môhình.

Kếtluậnchương 2

- Xácđịnhphươngpháplýthuyếtxácđịnhthôngsốnhiệtvậtlýcơbảncủavậtliệu ẩmnóichungvàphấnhoanóiriêngnhư:hệsốdẫnnhiệtλ,khuếchtánnhiệta vànhiệtdungriêng.

- Kiến nghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số dẫn ẩm hm,khuếch tán ẩm amc ủ a p h ấ n h o a l à m c ơ s ở c h o v i ệ c t í n h t o á n x á c đ ị n h t h ờ i g i a n s ấ y lýthuyếttheophươngpháptươngtự.

- Xác định phương pháp thực nghiệm xác định thông số nhiệt vật lý cơ bản củaphấn hoa như: Khối lượng riêng ρ v , hệ số dẫn nhiệt λ, khuếch tán nhiệt a, nhiệt dungriêng, hệ số dẫn ẩm hm, khuếch tán ẩm amđ ể l à m c ơ s ở c h o v i ệ c t í n h t o á n t h i ế t k ế mô hìnhthựcnghiệm.

Như đã trình bày phần mục tiêu của luận án là xác định một số thông số nhiệtvật lý của phấn hoa bằng phương pháp do tác giả đề xuất để làm cơ sở cho tính toánthiết kế Thực nghiệm trên TBS đã được đề xuất để tìm ra chế độ sấy thích hợp chohộ gia đình ở Việt Nam. Với mục đích đó, trong chương 3 này tác giả sẽ trình bàykếtquảnghiêncứu lýthuyếtvàthựcnghiệmcủamười vấnđềsauđây:

- Kết quả nghiên cứu đặc trưng truyền nhiệt truyền chất của vật liệu ẩm Từ đóxây dựng một phương pháp mới đồng thời xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếchtánnhiệtvànhiệtdung riêng chophấnhoanói riêngvàchovậtliệu ẩmnóichung.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết truyền nhiệt–truyền chất của vật liệu ẩm và kiếnnghị thuật toán để thực nghiệm xác định đồng thời hệ số truyền ẩm và hệ số khuếchtánẩmcủaphấnhoa.

- Nghiên cứu tương tự truyền nhiệt–truyền chất của vật liệu ẩm làm cơ sở lýthuyếtđểxácđịnhthờigiansấytheophươngpháptươngtự.

- Kết quả thực nghiệm xác định một số thông số nhiệt vật lý của phấn hoa vàquanhệhàmgầnđúngcủathôngsố:ρ h =f(ω,d),ρ v =f(ω,d),a=f(ω,t),λ=f(ω,t),C

- Xác định thời gian sấy lý thuyết trên TBS chúng tôi đề xuất bằng phươngpháptươngtự vớihệsốdẫnẩmh m ,hệsốkhuếch tánẩmamcủa phấnhoa.

- Thực nghiệm đánh giá sai số giữa thời gian sấy lý thuyết và thực tế trên TBSđượcđềxuất.

- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm với TBS đã thiết kế chế tạo và phương trìnhtoán học biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí điện năng riêng Ar, phần trăm hàmlượng vitamin %C và tỉ lệ thu hồi sản phẩm %M vào nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy,chukỳđảotrộn.

- Xây dựng được phương trình tiên đoán giảm ẩm ω (%) theo thời gian τ(s)trongquátrìnhsấyphấnhoatrêncơsởcácmôhìnhcủanhữngtácgiảđitrước.

QUẢVÀTHẢOLUẬN

Xây dựng phương pháp mới xác định đồng thời hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếchtánnhiệtvànhiệtdung riêngcủaphấnhoa

Trong chương 2, chúng tôi đã trình bày phương pháp và cơ sở vật lý – toánxác định các đặc trưng nhiệt vật lý và thời gian sấy phấn hoa Vì vậy trong mục này,trên cơ sở nghiên cứu đặc trưng bài toán truyền nhiệt, truyền chất trong VLA chúngtôisẽtrìnhbày2vấnđềsauđây:

- Lý thuyết phương pháp mới xác định đồng thời các hệ số dẫn nhiệt, hệ sốkhuếch tán nhiệt và nhiệt dung riêng của phấn hoa nói riêng và VLA nói chung dochúngtôi đề xuất.

- Cơ sở thiết kế thiết bị và phương pháp thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt,hệsốkhuếchtánnhiệt vànhiệtdungriêngdochúngtôiđềxuất.

Trong quá trình tính toán nhiệt của vật liệu ẩm dạng hạt, ta thường tính toánchomột khối hạt Ví dụ, khi tính nhiệt lượng cần cung cấp cho G( k g ) g ạ o t h e o côngthứcQ=G.c.∆tthìgầnđúng,nhiệtdungriêngctrongcôngthức trê nđượctính cho G (kg) khốig ạ o N g o à i r a , V L S c ủ a c h ú n g t ô i l à p h ấ n h o a c ó đ ặ c t r ư n g hình học là dạng hạt gần hình cầu có kích thước nhỏ (1÷ 3) mm và bài toán truyềnnhiệt truyền chất trong TBS được đề xuất là dạng tấm phẳng Vì vậy trong luận ánnày, chúng tôi sẽ tính toán nhiệt cũng như tính khuếch tán ẩm cho khối phấn hoa,với mụcđíchđóchúngtôinghiên cứubàitoándẫnnhiệtquatấmphẳng.

Với mụcđích đó,cở sở toánhọc của phương phápd o c h ú n g t ô i k i ế n n g h ị l à hai nghiệm giải tích gần đúng của bài toán dẫn nhiệt trong một tấm phẳng một chiềuvớiđiềukiệnbiênloại2đốixứngkhiFourierđủbé.

Vìv ậ y , t r ư ớ c k h i x â y d ự n g p h ư ơ n g p h á p m ớ i x á c đ ị n h h a i h ệ s ố n ó i t r ê n chúngtaxem xét mô hìnhvật lývàmô hìnhtoán họccủabàitoán sauđây.

 0và t0.Khi> 0trênhaimặtcủatấmphẳngduytrì mộtdòngnhiệtkhôngđổiq(W/m 2 ).Dotốcđộkhuếchtánẩmbéhơnrấtnhiềuso với tốc độ dẫn nhiệt nên với Fourier đủ bé tuy nhiệt độ trung bình của tấm phẳngtăng lên từ t 0đến ttbnào đó nhưngđ ộ ẩ m t r u n g b ì n h c ủ a t o à n b ộ l ớ p v ậ t l i ệ u h ầ u như chưa kịpthay đổivàmột cách gần đúngcó thể xem bằng độẩ m b a n đ ầ u

D o đó,hệsốdẫnnhiệtvàhệsốkhuếchtánnhiệtđượcxácđịnhtrongthờithờigianđó làgiátrịcủahaihệsố nóitrênứngvớiđộẩm banđầu0 vànhiệtđộtrungbìnhttb.

Từ đặc tính này, bằng thực nghiệm khi thay đổi độ ẩm ban đầu và mật độ dòngnhiệtq(W/m 2 )phươngphápdochúngtôikiếnnghịchophépthiếtlậpcácquanhệ

f ( ,t), af ( ,t)và Cf ( ,t).V ấ n đ ề n à y s ẽ đ ư ợ c t r ì n h b à y t r o n g m ụ c 2 chương3,mụckếtquả thựcnghiệm. Để xác định trường nhiệt độ cũng như nhiệt độ trung bình của lớp VLA trongthời gian đủ bé ta đặt trong nửa tấm phẳng N cặp nhiệt cách đều nhau Khi đó bằngthực nghiệm chúng ta dễ dàng đo được nhiệt độ t 1 , t2, …, tN Trong đó nhiệt độ t1lànhiệt độtrênbềmặttiếp xúcvớinguồn nhiệtphẳngq(W/m2)vànhiệt độtNl à n h i ệ t độởtâmcủatấmphẳng.Giảsửởthờigian=  N thìnhiệt độ ở tâmtN=t0b ắ t đ ầ u tăngl ê n N ó i c á c h k h á c v ớ i=  N thìchiềudàythấmnhiệtbằngmộtnửachiều dày tấm phẳng L (Trần Văn Phú, 2012) Mô hình vật lý và phân bố nhiệt độ mộtcách định tính trong nửa tấm phẳng tại các thời điểm của bài toán nói trên cho trênhình3.1.Từmôhìnhthựcnghiệmnàychúngtadễdàngxácđịnhđượcnhiệtđột 1v ànhiệtđộtrungbìnhtíchphânttbởthờiđiểm= N

Với mô hình vật lý như đã giả thiết ở trên, khi bỏ qua ảnh hưởng lẫn nhau giữadẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hoặc tính đến ảnh hưởng đó cũng như xem vật liệu làđồng nhất đẳng hướng và tính chất nhiệt vật lý không thay đổi trong quá trình dẫnnhiệt thì mô hình toán xác định xác định trường nhiệt độ trong nửa tấm một chiềuvớiđiềukiệnbiênloại 2đốixứngđược thể hiệnnhư sau:

(3.4) Đểgiảibàitoántrêntrướctiêntađưamôhìnhtoánhọc(3.1)÷(3.4)vềdạngkhôngt hứ nguyênbằngcách đặt:

Tươngt ự, s ử d ụ n g t í n h c hấ t củ a đ ạ o h à m hợpv à o v ế phả i ( 3 1 ) v à kế t h ợ p(3.5),(3.6),(3.7)được:

x 2 L X 2 x L 2 X 2 Kếthợp(3.1)với(3.8)và(3.10)tađượcphươngtrìnhviphândẫnnhiệtdướidạngkhô ngthứ nguyên như sau:

-Điềukiện banđầu khôngthứnguyên: θ(X,0)= 0 (3.12) Tiếptụcchuyểnđiềukiệnbiên(3.3)vềdạngkhôngthứnguyênbằngcáchthế(3.9)và o(3.3)tađược: qt o

0 loại 2 đối xứng cho bởi mô hình toán học (3.11) với các điều kiện đơn trị (3.12), (3.15), (3.17) đãđược LuikovA.V(1968),JatifM Jiji(2009),T r ầ n

V ă n P h ú (2012) cũng như nhiều tác giả giải bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó cóphương pháp biến đổi tích phân Tuy nhiên, nghiệm giải tích chính xác mà ông thuđược của bài toán này cũng như nhiều bài toán dẫn nhiệt khác đều cho dưới dạngchuỗirấtkhó sửdụngtrong tính toánthực tế.

Vớim ụ c đ í c h t ì m m ộ t n g h i ệ m g i ả i t í c h g ầ n đ ú n g t h u ậ n t i ệ n t r o n g v i ệ c x á c định nhiệt độ trên bề mặt và nhiệt độ trung bình tích phân trong giai đoạn đốt nóngbanđầuchúngtasẽgiảibàitoánbằng phương phápbiếnđổitíchphânLaplace.

Trong(3.18),θ(X,s)gọilàảnhcủahàmgốcnhiệtđộθ(X,Fo)vớislàmộtsốphức. Khiđó,nhânhaivếcủaphươngtrình(3.11)v ới exp(- sFo)vàtiếnhànhtíchphântheoFotừ 0đến t ađược:

 Fo exp(sFo)dFo 0 X 2 exp(sFo)dFo (3.19)

Ta thấy, vế phải của phương trình (3.19) tích phân theo biến thời gian Fonhưng lại đạo hàm theo biến không gian X Do đó, ta có quyền đưa dấu đạo hàm rangoài dấu tích phân Khi đó, vế phải của phương trình (3.19) được viết lại dướidạng:

So sánh biểu thức (3.18) với biến đổi (3.20) và chú ý rằng ảnh T(X, s) chỉ làhàm một biến không gian X nên đạo hàm riêng bậc hai theo X biến thành đạo hàmthườngcủaảnhT(X,s).Như vậy:

Mặt khác để lấy tích phân vế trái của biến đổi (3.21) Khi đó, ta đặt:U= exp(-sFo)

Dođó: dU s.exp(sFo) và V(X,Fo)

 Fo exp(sFo)dFo UdV  UV  0   VdU

 Fo exp(sFo)dFos (x,Fo).exp(sFo)dFos.(X,s) (3.22)

( 3 2 1 ) và (3.22)t a thuđược ph ươ ng trình v i phâ nd ẫ n nhiệtdướidạngảnhnhư sau: d 2 (X,s) dX 2 (X,s) 0 (3.23)

Như vậy, nhờ biến đổi tích phân Laplace chúng ta đã loại trừ biến thời gian Fora khỏi phương trình đạo hàm riêng (3.11) và thu được phương trình đạo hàmthườngtheoXđốivớihàmảnhθ(X,s). Bây giờ ta chuyển các điều kiện đơn trị (3.12), (3.15), (3.17) về dạng ảnh. Khiđónhânexp(-sFo)vào(3.15)và(3.17)rồi tiếnhànhtíchphântừ 0đến t ađược:

  X exp(sFo)dFoKi exp(sFo)dFo0 (3.24)

Như ở trên đã thảo luận thành phần thứ nhất của (3.24) tích phânt h e o t h ờ i gian Fo nhưng lại đạo hàm theo tọa độ không gian X nên có quyền đưa dấu đạo hàmrangoàidấutích phân.Dođóthànhphầnnàybằng: d  d(1,s)

 dX (1,Fo).exp(sFo)dF0 dX (3.25)

X (0,Fo).exp(sFo)dFo dX

Phươngtrìnhảnh(3.23)làphươngtrìnhđạohàmthườngbậc2.TheoLuikov A.V(1968)nghiệmtổngquátcủaphươngtrình(3.10)códạng:

(X,s)A.chs XB.shs.X (3.29) Để tìm hai hằng số tích phân A và B trong (3.29) ta sử dụng điều kiện biên vàđiều kiện đối xứng dưới dạng ảnh (3.27) và (3.28) Với mục đích đó ta đạo hàm(3.29)vàđược: d  (X,s)  A s chs X Bs shs XdX

(3.30) ThaylầnlượtX= 0vàX=1vào(3.30)và kết hợpđến(3.27)và (3 28)tađược hệphươngtrìnhsau: dT(0,s)  As chs.0Bs.shs.00 dX (3.31)

2 Thậtvậy,thayX =0vào(1.33)và(1.34)tađược: exp s 0   exp   s 0 

As chs.0B.00 Mặt khác doc h s 00

Khaitriểncáchàm chs X v à sh vềdạngchuỗi,đồngthờisửdụngbảng ảnh– gốc và địnhlýk h a i triển A V L u i k o v (1968)t a tìmđượcn gh iệ m giảitíchchín hxáccódạng:

Fo tìmmộtnghiệmgiảitíchgầnđúngtronggiaiđoạnđốtnóngbanđầu.Vềmặttoánngư ờitanóitìmnghiệmgiảitíchgầnđúngvớiđiềukiệnFođủbé.Khiđóchúngta khôngk h a i t r i ể nc h s Xv ềd ạ n g c h u ỗ i n h ư k h i x á c đ ị n h n g h i ệ m g i ả i tí c h c h í n h x á c mà biểudiễndướidạngđịnhnghĩa: chsXexp( sX)exp(2 sX) (3.40)

(X,s)   exps X exps X exp(X)exp(3X) exp((2n1)s ) (3.42)

Sửdụng bảng ảnh–gốctừ(3.43)ta tìmđượcnghiệmchính xácdướidạngsauđâyrấttiệndùngkhiFođủbé.Nghiệmđócódạng:

 Trongđótheo bảngảnh – gốc(JoelL.Schiff,1999).

Nghiệm (3.47) là một dạng khác của nghiệm giải tích chính xác của bài toántác giả đang xem xét nhưng rất thuận tiện sử dụng khi Fo đủ bé Cũng theo

A.V.Luikov(1968)khiFođủbénghiệm(3.38)cóthểlấyn=1làđủ.Khiđó,nghiệ m

Trong(3.47)hàmi e r f c(2n1)X là mộthàmđặcbiệtvàđượcchodưới dạng bảng trong các tài liệu về truyền nhiệt và truyền ẩm như A.V Luikov (1968), J.Crank(1975).

= 1 khi đề xuất phương pháp mới xác định đồng thời hai hệ số dẫn nhiệt và hệ sốkhuếchtánnhiệt.

Với ý đồ dựa trên hai nghiệm giải tích, xây dựng được hệ phương trình gầnđúng làm cơ sở toán học của phương pháp do chúng tôi kiến nghị Ta sẽ đơn giảnnghiệm ảnh (3.43) để tìm một dạng nghiệm giải tích gần đúng khác Đây là đónggópmớicủachúngtôi.

Khiđó vớiđiềukiện Fođủbéchon= 1nghiệmảnh(3.43)sẽlấydạng:

Với cách này, ta tách ảnh T(X, s) (3.50) thành hai hàm số đối với s.Khiđó,tađặt:

(1999), Võ Đăng Thảo (2008) đã chứng minh rằng, trong trường hợp này nếu gốccủa ảnh F 1 (s) làf 1(Fo) và gốc của ảnh F2(X, s) làf 2(X, Fo) thì hàm gốc của hàm ảnhT(X,s)= F1(s).F2(X,s)bằng:

Trong(3.53)kýhiệu*làtíchchậptheobiếnsốFocủahaihàmf 1(Fo)vàf 2(X,

Theobảngảnh–gốctadễdàngtìmđượcgốccủacáchàmảnhF1(s)vàF2(X, s).Vớiảnh F(s) K i t h ì hàmgốccủanóbằng:

1 s f 1(Fo-θ)=Ki=const Vàhàmảnh F(s,X) 1exp   s(1X) cóhàmgốcbằng:

Như trên kia đã thảo luận, chúng ta sẽ sử dụng nghiệm giải tích gần đúng(3.48) để xác định nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc với nguồn nhiệt Khi đó, thay

Dotínhchấtcủahàmierfc,nênkhiFođủbé,chúngtacóthểbỏquathành phần đầu trong dấu ngoặc ierfc 1 Chẳng hạn khi Fo = 0,5 thì ierfc 0,001.Trongkhiđói e r f c01

Nhưvậy,khiFo=0,5bỏqua ierfc 1 chúngtachỉphạmmộtsaisốtương đốir ấ tnhỏvàbằng:

Nhưvậy,khiFođủ béta cóluôn có ierfc0ierfc 1

.Dođó,nhiệt độtrên bềmặtvậtliệutiếpxúcvớinguồnnhiệt hayX= 1gầnđúngbằng:

Phương phápxácđịnhhệsố truyềnẩmvàhệsốkhuếchtánẩm

3.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp xác định hệ số truyền ẩm và hệ số khuếchtánẩm

Khi tính toán thiết kế một thiết bị sấy thì thời gian sấy là quan trọng hàng đầucần phải định ra được Với cách tính thời gian sấy theo phương pháp tương tự thì tacầnxácđịnhhệsốtruyềnẩmvàhệsốkhuếchtánẩm.

Với mục đích trên, dưới đây chúng tôi trình bày cơ sở lý thuyết của phươngphápxácđịnhđồngthờihaihệsốđódoI.Dincer,M.M Hussain (2002) đềxuất. Theo I Dincer, M.M Hussain (2002), khi xét quá trình khuếch tán ẩm với cácgiảthiết:

Phương trình vi phân miêu tả quá trình khuếch tán ẩm 1 chiều trong nửa tấmphẳngcóchiềudày2Lvớiđiềukiệnbiên loại3đốixứngnhư sau:

-Độẩmtuyệtđốikhôngthứnguyên:   X,Fo    k   ke m k0  ke Ởđây: k ,  k0v à  ke tươngứnglàđộẩmtuyệtđối,độẩmbanđầuvàđộẩmcânbằng.

Dincer và Husan (2002) đã giải bài toán trên và đã biểu diễn nghiệm giải tíchgần đúng của phươngtrình (3.76) với các điều kiện đơn trị (3.77)– ( 3 7 9 ) d ư ớ i dạngchuỗisauđây:

Ngoàira,cũngtheoI.Dincer,M.M.Hussain(2002)khiFom>0,2thìchuỗi (3.80)cóthể lấygầnđúngvớin= 1.Khiđónghiệm(3.80)gầnđúngbằng: Ởđây:

arctan(0,640443Bi m  0,380397) ThayA1v àB1v à o(3.81)khiđó(3.81)được viếtlạinhư sau:

( X,Fo)AB exp0,2533Bi m  exp( 2 Fo)

 (1,3Bi m  Mặtk h á c , t h e o I D i n c e r , M M H u s s a i n ( 2 0 0 2 ) n g h i ệ m c ủ a p h ư ơ n g t r ì n h (3.76)–(3.79)còncóthểbiểudiễndưới mộtdạngkhácnhư sau:

 m (X,Fo m ) Gexp(S ) Ởđây:G lànhântốcảntrở,khôngthứnguyên.

Trongđó GvàSđượcxácđịnhnhưsau:Từ quan hệ (3.86), logarit 2 vế ta được:ln m (X,Fo m ) S lnG (3.93)

 k0   ke  xác định bằng thực nghiệm, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất (NguyễnCảnh,1985, 2011)tatìmđượcgiá trịSvàlnG.

Từn h ữ n g n ộ i du ng t r ì n h b à y ởtr ên, ch ú n g t ô i k i ế n ng hị m ộ t t h u ậ t t oá n để thực nghiệm xác định đồng thời hai hệ số khuếch tán ẩm a m và hệ số truyền ẩm hm.Thuậttoánđượcthểhiện theohình3.5.

3.2.2 Thuật toán xác định đồng thời hai hệ số khuếch tán ẩm và hệ số truyềnẩm

Thực nghiệm quá trình sấy để xác định quan hệ  m theo thời gian τ:

Logarit hai vế để xác định quan hệ: lnm  f ( ) ln  ln( k  ke )  f ( ) m   k 0ke

Từ giá trị lnG tìm được trong bước 3 trên đây chúng ta tiếp tục xác định Bi m và  theo công thức:

Từ giá trị S và  xác định hệ số khuếch tán a m theo công thức: a m  SL2 / 2

Từ quan hệ ln m  f ( ) vừa tìm được trong bước trên và phương trình ln m  ln G  S , sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất ta tìm được giá trị lnG và S.

Cuối cùng xác định hệ số truyền ẩm h m qua tiêu chuẩn Bi m và a m : h m  Bi m a m / L

Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán xác định đồng thời hai hệ sốkhuếchtánẩma m vàhệsốtruyềnẩmh m

Trên cơ sở tương tự về mặt toán học của quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩmkhi cùng một dạng điều kiện đơn trị, Trần Văn Phú (2010)đã đề xuất một phươngpháp để xác định thời gian sấy Chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp này để xác địnhthời gian sấy để làm cơ sở cho tính toán thiết kế TBS đã đề xuất Vì vậy, dưới đâychúng tôi trình bày cơsở lý luận vàứ n g d ụ n g p h ư ơ n g p h á p đ ó v à o b à i t o á n s ấ y phấnhoamàchúngtôiđangnghiêncứu.

TheoT r ầ n Vă nP h ú ( 2 0 1 0 ) t ác g i ả đ ã ch ỉ ra rằ ng k h i n h i ệ t du ng r i ê n g C l à hằngsốvàvớibàitoánmộtchiều,trườngdòngnhiệtq(x, trườngnhiệtđộ t (x,)d ạ n g :

(3.97) Nhưvậy,nhờquanhệ(3.97)màphươngtrìnhkhuếchtánẩmcóthểviếtcho độẩm tuyệtđối k (x ,) hoặcđộchứaẩm u (x,) hoặcthếdẫnẩm (x,).

3.3.2 Tính đồng dạng của mô hình toán học của quá trình dẫn nhiệt và khuếchtánẩm

Trước hết ta xem xét bài toán dẫn nhiệt với điều kiện biên loại 3 đối xứng.Theo Trần Văn Phú (2012), phương trình vi phân miêu tả quá trình khuếch tán nhiệt1 chiều trong nửa tấm phẳng có chiều dày 2L với điều kiện biên loại 3 đối xứng nhưsau:

So sánh mô hình toán học của bài toán dẫn nhiệt (3.102) – (3.105) với bài toánkhuếchtánẩm(3.76)–

(3.79)trênđâychúngtathấychúnghoàntoàngiốngnhauvề mặt toán học Do đó nghiệm giải tích chính xác cũng như gần đúng hay giá trịtrung bình mà ta sẽ giới thiệu sau đây của bài toán dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm làtương tự Chúng chỉ khác nhau các hệ số: Nếu trong nghiệm của bài toán dẫn nhiệtlà Bi và Fo thì trong bài toán khuếch tán ẩm là Bi mv à

Theo A.V Luikov (1968), Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú(2001) đã giải phương trình (3.102) với các điều kiện đơn trị (3.103) – (3.105) bằngnhiềuphươngphápkhácnhauvàthuđượcnghiệmgiảitíchchính xácdạngsau:

Với: Bi=1–μcotgμcotgμcotgμ (3.108)

Nhiệtđộtrungbình không thứnguyêntrongtấ m phẳng t tb ( 

2Bi 2  t b  t t n1  2 (Bi exp( 2 Bi 2 Fo) 2 ) (3.109) o f n n

Nhờ (3.109) ta có thể tính nhiệt độ trung bình trong tấm phẳng ở mọi thờiđiểm.

Domô hình toánhọcvề dẫn nhiệt (3.102)–(3.105)v à v ề k h u ế c h t á n ẩ m (3.76) – (3.79) là tương tự nhau nên phân bố ẩm trong tấm phẳng cũng được miêu tảbởiquanhệtươngtựnhư (3.106):

Với: n sin cos n (Bi 2 Bi

TheoĐặngQuốcPhú,Trần ThếSơn,TrầnVă nPhú( 20 01 ) tỷsốgiữa nhiệt lượng Q(0

Q(0) màvậtdẫncóthểtraođổivớimôitrườngtừthờiđiểmban đầu0đ ế ntrạngtháicânbằngnhiệthaytạithờiđiểm  dạng: được biểu diễndưới

(Bi 2 Bi 2 ) Trong(3.114)t tb ( 1 )l ànhiệtđộtrungbìnhcủatấmphẳngtạithờiđiểm  1. Tathấy,quanhệ(3.109)hoàntoàncóthểxácđịnhvớiđộchínhxáctùy ýnàođónhờ(3.108).

(3.102) –(3.105)vàbàitoánkhuếchtán ẩm (3.76)–(3.79)vớiđiềukiện biênloại3 đốixứnglàtươngtựnhau.Dođó,nếukíhiệu W(0 

 1 ) làlượngẩmtraođổi giữaVLSvàTNStừthờiđiểm banđầu(0)ứngvớiđộẩmbanđầucủaVLS ko đến hếtthờigiansấyhay( 1)tươngứngvới độẩmcủaVLS ktb và W(0)l à lượng ẩmtraođổi giữaVLS vớimôi trường từđộ ẩmVLS kođến độẩmVLS bằng độẩmcânbằng kcb hay    dạng: thìtheoquanhệ(3.114)đốivớiquátrìnhsấysẽlấy

Trongđó: tb ( 1 ) ko ke n m m n làđộẩmtrungbìnhcủavậtliệusấytạithờiđiểm  1. Tươngt ự , n h ư v ậ y ( 3 1 1 6 ) n ế u b i ế t (3.116)tadễdàngtìmđượcFo m

Thành(2014)đãdùngphương phápthiếtlậpđồthịtrênmáytínhđểtìmFom.Trongluậnánnày,trêncơ sởmối quan hệ(3.116)bằng phầnmềmExcelchúng tôisẽthiết lậpbảngmốiquanhệgiữacácthôngsố W(0  1 ),Fomv à Bimc h o phấnhoađể

Từ số liệu cơ sở thiết kế của TBS: ω ko , ω ktb , ω ke , h m và a m của VLS ta xác định W (0→τ1)τ1) /W (0→τ1)∞) , Bi m theo công thức sau:

Thiết lập bảng mối quan hệ W (0→τ1)τ1) /W (0→τ1)∞) = f(Bi m , Fo m ) cho phấn hoa với giá trị W (0→τ1)τ1) /W (0→τ1)∞) và Bi m vừa xác định được theo công thức sau:

 2 nm (Bi Bi 2  mn  ) 2 Bắt đầu

Từ giá trị Fo m tìm được ta xác định thời gian sấy τ bằng biểu thức sau:

Kết thúc Bằng bảng mối quan hệ W (0→τ1)τ1) /W (0→τ1)∞) = f(Bi m , Fo m ) được thiết lập cho phấn hoa xác định thời gian sấy không thứ nguyên Fo m

Hình3.6 Lưuđồthuậttoánxácđịnhthờigian sấy Trong mục kế tiếp, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết kết quả ứng dụng phươngpháp này để xác định thời gian sấy trong thiết bị sấy do chúng tôit h i ế t k ế v à c h ế tạo.

Kếtquảthựcnghiệmxácđịnhkhốilượngriêngρ v củaphấnhoa

Trongchương2củaluậnánđãtrìnhbàymụcđíchvàphươngphápxácđịnh như khối lượng riêng ρv Trong mục này, tác giả chỉ trình bày kết quả thực nghiệmxácđịnhρv.

Tiến hành thực nghiệm với các mẫu phấn hoa khác nhau có độ ẩm từ (5,9 ÷34,2) % và đường kính tương đương d (1 ÷ 3) mm, theo phương pháp quy hoạchthực nghiệm TYT bậcII phương ánbất biếnq u a y n h ư đ ã g i ớ i t h i ệ u ở c h ư ơ n g 2 Vớisốlượngthínghiệmđược xác địnhtheocôngthức sau:

Sốliệutrungbìnhvềkhốilượngriêngρvcủaphấnhoaởdạngthựcsaukhitiến hành11thínghiệm đượctrìnhbàyởbảng 3.1.

Từcácsốliệuthựcnghiệmthuđược,sửdụngphầnmềmchuyêndụngStartgraphic Vers 7.0 ta tiến hành phân tích phương sai, phân tích hồi quy Sau khikiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi qui và tính tương thích của mô hình theo tiêuchuẩnFishertheobảngP4.1củaphụlục1.2.Tađược:

11,9173AA=-0,0300741 BB=-0,376667 AB=0,22333 Phươngtrình hồiquituyến tínhở dạngthựcchokhốilượng riêngρv: ρv= 6 5 5 ,3 4 8+2,33123.ω–11,9173.d+0,22333.ω.d–0,0300741.ω2

Sự phụ thuộc của độ ẩm và đường kính hạt phấn hoa đến khối lượng riêngphấnhoachoởhình3.7.

Qua đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hai yếu tố đó đến khối lượng riêng ρvcủaphấn hoa ta thấy, độ ẩm ω và đường kính d đều ảnh hưởng đến khối lượng riêng củakhốiphấnhoa.Tuynhiênđộẩm ωảnhhưởngnhiềuhơn.

Thựcnghiệmkiểmtrasaisốcủaphươngphápvàthiếtbịthínghiệm

Để kiểm tra đánh giá sai số của phương pháp và thiết bị thí nghiệm do chúngtôi đề xuất và thiết kế chế tạo Như đã đề xuất ở trước, chúng tôi dùng phương phápso sánh Cụ thể, trong luận án này chúng tôi dùng gạo và phấn hoa ởCộng HòaSlovak làm vật liệu so sánh Giá trị các hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt củagạo được xác định bằng phương pháp và thí nghiệm do chúng tôi đề xuất bằng côngthức(3.56), (3.57)đượccho ởbảng 3.2.

Bảng3.2 Hệsốdẫnnhiệtvàhệ sốkhuếchtánnhiệtcủagạo Độẩmω%,t= 29 o C Thời gian t 1 ( o C) t 2 ( o C) t 3 ( o C) t 4 ( o C) t 5 ( o C) λ

Trong khi đó, theo M Shafiur Rahman (2008) hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếchtánnhiệtcủagạobằng:λ=0,1050W/(mK),a=1,42x10 -7 m 2 /s.

Ngoài ra, giá trị các hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt của phấn hoa đượcxác định bằng phương pháp và thí nghiệm do chúng tôi đề xuất bằng công thức(3.56), (3.57)ởnhiệtđộ21 o CđượcchoPhụlục 2.1là:

Mặt khác, theo Monika Bozikova và ctv (2015) hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếchtánnhiệtcủaphấnhoabằng:λ = 0,124W/(mK),a= 1,48x10 -7 m 2 /s.

Từ kết quả trên ta thấy sai số của hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt củagạovàphấnhoatừthựcnghiệmsovớisốliệuđãcôngbốkhoảng8%và5%.Saisố này theo chúng tôi là có thể chấp nhận được Sai số này có thể do các nguyênnhânsau:

- Sai số trong phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch nhiệt donghiệmcủacơsởphươngpháplànghiệmgầnđúng.

- Saisốtrongtrongtrìnhvậnhànhvàđođạc. Điều này, về mặt vật lý, toán gián tiếp một lần nữa minh chứng rằng, phươngpháp xác định đồng thời các hệ số dẫn nhiệt (3.56) và hệ số khuếch tán nhiệt (3.57)dochúngtôikiếnnghị làđúngđắnvàđángtincậy.

Vì vậy, chúng tôi sẽ tiếp tục sử dụng phương pháp và thiết bị này để tiến hànhthựcnghiệmxácđịnhhệ sốdẫnnhiệt,hệsốkhuếchtánnhiệtcủaphấnhoa.

3.6 Thựcnghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, nhiệt dungriêngcủaphấnhoa

Trong mục trước, luận án đã trình bày cơ sở lý thuyết cũng như phương phápxác định một số tính chất nhiệt vật lý cơ bản của phấn hoa như: hệ số dẫn nhiệt λ, hệsốk huế ch tán nh iệ ta, n h i ệ t d un gr iê ng c ủ a p h ấ n h oađ ể l à m cơ sởch ot ín ht oán thiết kế TBS do tác giả đề xuất Vì vậy, ở mục này chúng tôi sẽ trình bày kết quảthực nghiệm của thông số nhiệt vật lý đó và quan hệ hàm gần đúng của các thôngchúng: ρ v= f(ω,d), a=f(ω,t),λ=f(ω,t),C=f(ω,t),hm= f(t,v),am= f(t,v). Để xác định hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt của phấn hoa cũng nhưquan hệ của chúng với độ ẩm, nhiệt độ, ta thực hiện thí nghiệm đo nhiệt độ bề mặt,nhiệtđộtrungbìnhvàthờigianthấmnhiệtcủakhốiphấnhoacóđộẩmtừ(10÷30)

%, nhiệt độ từ (21÷33) o C Thí nghiệm được tiến hành theo quy hoạch thực nghiệmTYTbậcIvớisốlượngthínghiệmlà7,được tínhtheocôngthức:

Từ sốliệuthực nghiệm sửdụng côngthức(3.43), (3.44)ta xácđịnhđượchệsốdẫnnhiệt,hệsốkhuếchtánnhiệtcủaphấnhoachoởbảng3.3.

Bảng 3.3 Giá trị thực nghiệm ở dạng thực hệ số dẫn nhiệt,hệsốkhuếchtánnhiệtcủaphấnhoa

Từcáckếtquảthựcnghiệmđược,sửdụngphầnmềmchuyêndụngStartgraphic Vers 7.0 để tiến hành phân tích phương sai, phân tích hồi quy để tìmđượcquanhệhàmgầnđúngcáchàm mụctiêu,a=f(ω,t),λ=f(ω,t),C=f(ω,t).

Từcácsốliệuthựcnghiệmthuđược,sửdụngphầnmềmchuyêndụngStartgraphic Vers 7.0 ta tiến hành phân tích phương sai, phân tích hồi quy Sau khikiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quý và tính tương thích của mô hình theo tiêuchuẩnFisher.

Theo phụ lục (2.2.1 ÷ 2.2.3), kết quả phân tích như sau:Cáchệ sốhồi quyởdạngthựccủahàmhệsốdẫnnhiệt:

Các hệ số hồi quy ở dạng thực của hàm hệ số khuếch tán nhiệt:B 0= 0,584982 B= 3,695.10-3 A=0,034325

Tương tự, theo phụ lục (2.2.8 ÷ 2.2.11), kết quả phân tích như sau:Cáchệ sốhồiquyởdạngthựccủahàmnhiệtdungriêng:

Thựcnghiệmxácđịnhhệsốkhuếchtánẩm, hệsốtruyềnẩmphấnhoa

Để xác định hệ số dẫn ẩm, hệ số khuếch tán ẩm của phấn hoa Chúng tôi thựchiện sấy thực nghiệm phấn hoa với các thông số như sau: độ ẩm ban đầu ω 30%,chiềudàyvậtliệuL=0,01m,nhiệtđộlầnlượtt5 o C,40 o C,45 o Cvàvậntốcv

= 0,6 m/s, 1 m/s, 1,4 m/s Thí nghiệm được tiến hành theo quy hoạch thực nghiệmbậcIIdạngbấtbiếnquay,với11thínghiệm.

Từ kết quả thực nghiệm được trình bày ở Phụ lục 3.1.1 sử dụng lưu đồ thuậttoán ở hình 3.4 xác định đồng thời hai hệ số khuếch tán ẩm a m và hệ số truyền ẩmhm.Kếtquảtínhtoánđược trìnhbàyởPhụlục3.1.2.

Bảng 3.4 Giá trị thực nghiệm ở dạng thực hệ số khuếch tán ẩm a m , hệ sốtruyềnẩmh m phấnhoa

Tương tự, từ các số liệu thực nghiệm thu được, sử dụng phần mềm chuyêndụng Startgraphic Vers 7.0 ta tiến hành phân tích phương sai, phân tích hồi quy Saukhi kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy và tính tương thích của mô hình theotiêuchuẩnFishe rta đượ c đư ợ c q u a n hệ hà mgầnđúngc á c h à m m ụ c ti ê u , h m= f(t

Theo phụ lục (3.2.1 ÷ 3.2.4), kết quả phân tích như sau:Cáchệ sốhồi quyởdạngthựccủahàmhệsố dẫnẩm:

Các hệ số hồi quy ở dạng thực của hàm hệ số khuếch tán ẩm:B0 =-13,2718 AA=-5,31633.10-3

B= 2,87608 Phương trình hồi quy tuyến tính dạng thực cho 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(3.109)VớiR 2 = 0,99.

Thựcnghiệmđánhgiásaisố giữathờigiansấylýthuyếtvàthựctế

- Độẩmvậtliệubanđầu: ωo=0,30kg/kgvla. ωko=0,4389 kg/kgvlk.

- Độẩm yêucầu: ω=0,1kg/kgvla. ωk=0,111kg/kgvlk.

Sử dụng phương pháp tương tự xác định thời gian sấy đã trình bày ở mục 3.3chương 3 Ta xác định được thời gian sấy lý thuyết ở các nhiệt độs ấ y k h á c n h a u nhưsau: a -Nhiệtđộtácnhânsấy:t E o C.

Nhằm kiểm tra lại thời gian sấy lý thuyết như tính toán ở trên so với thời giansấy thực tế Chúng tôi tiến hành thực nghiệm 3 mẻs ấ y v ớ i c ù n g c h ế đ ộ n h ư t í n h toánởlýthuyếttrênTBSđãđượctínhtoánthiếtkếchếtạo(Phụlục4).Kế tquảthờigiansấythực tếđo được thể hiệnquabảng3.5.

Bảng 3.5 Kết quả thực nghiệm xác định thời gian sấy phấn hoabằngTBSbơmnhiệt TTTN 2.L(m) t( o C) v(m/s) ω 0 (%) ω 1 (%) τ(min)

3.8.3 Đánhgiá saisố giữa thờigiansấylýthuyếtvàthựctế Đánh giá sai số giữa thời gian sấy lý thuyết và thực tế được xác định theo biểuthứcsau:

Qua thực nghiệm, chúng tôi đã xác định được sai số giữa thời gian sấy phấnhoa thực tế và thời gian sấy lý thuyết được tính bằng phương pháp tương tự trên cơsở bộ thông số nhiệt vật lý đã tìm được ở trước là khoảng 9 % Sai số này là hoàntoàncóthểchấpnhậnđược.Theo chúngtôisaisốnàydonhữngnguyên nhânsau:

- Sai số trong chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định hệ số dẫn ẩm, hệ số khuếchtánẩm.

Qua đây, một lần nữa gián tiếp minh chứng rằng, phương pháp xác định đồngthời các hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt hệ số dẫn ẩm và hệ số khuếch tánẩm, do chúng tôi đề xuất là đáng tin cậy và giá trị của bộ thông số nhiệt vật lý củaphấnhoavừaxácđịnhlàchấpnhậnđược.

Thựcnghiệmxácđịnhchếđộsấythíchhợp

Như đã phân tích và lựa chọn chế độ sấy ở chương 1 Nhằm một lần nữa xácđịnh ảnh hưởng của cơ cấu đảo trộn vật liệu và chiều chuyển động của tác nhân sấyđến thời gian sấy Chúng tôi tiến hành thực nghiệm bốn mẻ sấy cùng năng suất10kg/ mẻvớicácchếđộsấykhácnhauvàkếtquả thuđượcchobởibảng3.7.

Qui hoạchthựcnghiệmsấyphấnhoabằngTBSbơmnhiệtcó càođảotrộn vậtliệusấy

Qua kết quả thực nghiệm cho trên chúng tôi thấy rằng: với cùng nhiệt độ vàvận tốc, khi tác nhân sấy chuyển động vuông góc, có cào đảo trộn vật liệu sấy thìthời gian sấy là nhỏ nhất Vì vậy, chúng tôi chọn chiều TNS chuyển động vuônggóc,cócàođảotrộnvậtliệutrongquátrìnhsấyđểtiếnhànhthựcnghiệm.

3.10 Qui hoạch thực nghiệm sấy phấn hoa bằng TBS bơm nhiệt có cào đảotrộnvậtliệusấy

Sau khi xác định thông số đầu vào bằng lý thuyết, ta tiếp tục tiến hành thựcnghiệm đơn yếu tố thông số chu kỳ đảo trộn để xác định ảnh hưởng cũng như vùnggiá trị ảnh hưởng của nó đến chỉ tiêu đầu ra của máy là chi phí điện năng riêng Ar(kWh/kg),phầntrămhàmlượngvitaminC(%),tỉlệthuhồisảnphẩmM (%).

TBS phấn hoa bằng bơm nhiệt có cào đảo trộn quả Sig.level có giá trị là 0,0001 < 0,05 (của cả Ar và %M)n ê n s ự ả n h h ư ở n g không phải là ngẫu nhiên đưa vào nguyên cứu Ngoài ra, ở bảng phân tích Multiplerange analysis cho ra kết quả các thông số từ 10 đến 30 có các cột X lệch nhau nêncácthôngsốcóảnh hưởngkhácnhau(củacảArvà%M).

Qua thực nghiệm đơn yếu tố và kế thừa kết quả của một số công trình nghiêncứutrước,AdnanMidillicùngctv(2000),MariaG.R.Camposvàctv(2008),Johan na Barajas cùng ctv (2009) Ta thấy các biến X1, X3, X3đồng thời ảnh hưởngđến các chỉtiêu kinh tế và kỹ thuậtquát r ì n h s ấ y Đ ể g i ả i q u y ế t n ộ i d u n g t r ê n t a thựchiệngiảibàitoán“hộpđen”.Bàitoánđượcbiểudiễntrênhình3.8.

Phương án thực nghiệm được thiết kế có 2 mức đối xứng ở tâm với miền thựcnghiệm giới hạn trong khoảng giữa điểm trên (giá trị mã hóa là +1), điểm dưới (giátrịmãhóalà -1).

Ma trận thí nghiệm theo phương án bậc I có tính trực giao Số thí nghiệm đượctínhtheocôngthức:

Thựcnghiệmtheomatrậnthựcnghiệmđãlập.KếtquảthựcnghiệmtheoPhụlục6.1đ ượctrìnhbàynhư ởbảng3.9 và3.10.

STT Thôngsốđầuvào Thôngsốđầura x 1 x 2 x 3 Y 1 (kWh/kg) Y 2 (%) Y 3 (%)

STT Thôngsốđầuvào Thôngsốđầura x 1 x 2 x 3 Y 1 (kWh/kg) Y 2 (%) Y 3 (%)

Kếtquảxửlý với mô hìnhkhông cósốhạngchéo.

Chi phí điện năng riêng Ar: Dựa vào kết quả thực nghiệm tiến hành phân tíchphương sai được trình bày ở Phụ lục (6.2÷ 6.3) Kết quả phân tích phương sai chothấycáchệsốhồiquyđềuđảmbảođủđộtincậy,nhưngmôhìnhkhôngphùhợp,vì giá trị Lack-of-fit = 0,013 < 0,05 Nên mô hình hàm Y1dạng bậc I là không phùhợp.

Nhưvậy,hàmchiphíđiệnnăngriêngArkhôngthểbiểudiễnởmôhìnhbậcIkhôngcós ố hạngchéovì có sai sốlớn.

PhầntrămhàmlượngvitaminC:Dựavàokếtquảthựcnghiệmtiếnhànhphân tích phương sai được trình bày như ở phụ lục (6.4 ÷ 6.5) Kết quả phân tích phươngsai cho thấy các hệ số hồi quy đều đảm bảo đủ độ tin cậy tuy nhiên mô hình khôngphù hợp,vì giá trị Lack-of-fit = 0,0215 < 0,05 và hệ sốR – squared 0,905.N ê n mô hìnhhàmY 2ở dạngbậc I là không phù hợp.

Tỉ lệ thu hồi sản phẩm M (%): Dựa vào kết quả thực nghiệm tiến hành phântích phương sai được trình bày như ở Phụ lục (6.5 ÷ 6.6) Kết quả phân tích phươngsai cho thấy các hệ số hồi quy đều đảm bảo độ tin cậy, hệ số R – squared 0,91;nhưng mô hình không phù hợp, vì giá trị Lack-of-fit = 0,0357 < 0,05 Nên mô hìnhhàmY 3ở dạngbậcIlàkhôngphùhợp.

Tương tự, dựa vào kết quả thực nghiệm, tiến hành phân tích phương sai nhưngcó các hệ số hồi quy tác dụng tương hỗ Kết quả phân tích phương sai trình bày nhưở phụ lục (6 8 ÷6.14) cho thấy giá trị Lack-of-fit < 0,05 Vì vậy mô hình cải tiếncũngkhông phù hợp. c Phântíchkếtquảthựcnghiệm

Qua kết quả trên ta thấy mô hình đa thức bậc I không phù hợp cho việc biểudiễnmốiquan hệhàm số giữa chi phíđ i ệ n n ă n g r i ê n g , p h ầ n t r ă m h à m l ư ợ n g vitamin C, cũng như tỉ lệ thu hồi sản phẩm với nhiệt độ, vận tốc và thời gian thựchiện cào đảo trộn Điều này có nghĩa mô hình tuyến tính không thể dùng phản ánhsự phụ thuộc giữa các thông số vào và thông số ra Để giải quyết cần phải tiến hànhcải tiến mô hình Vì vậy ta nâng bậc của phương án thực nghiệm lên bậc II, mô hìnhdạngphituyếnvàmiềnthínghiệmđượcmởrộngravới cánhtayđòn ±α.

Matrậnthí nghiệm bậcIIlậptheo phương ánbất biến quaykhông cótính chấttrựcgiao.Sốlượngthí nghiệmđược xácđịnhtheocôngthứcsau:

2 k – số lượng thí nghiệm ở mức trên và mức dưới, 2 3 8.2k–sốlượngthínghiệmở mứcđiểmsaoα,2k= 6. n0–sốlượngthínghiệmlặpở mứccơsở,chọnn0= 5

Ma trận thí nghiệm được lập và ngẫu nhiên hoá trật tự bằng chương trìnhStatgraphicvers7.0. b Kếtquảthựcnghiệmvàxửlýkếtquảthựcnghiệm

Tiến hành thực nghiệm theo ma trận thí nghiệm đã lập ở bảng Kết quả các sốliệu thực nghiệm thu được sau khi phân tích tính toán được trình bày ở dạng mã hóaởbảng3.11 vàdạngthựcởbảng3.12Phụlục(7.1 ÷7.2).

STT Thôngsốđầuvào Thôngsốđầura x 1 x 2 x 3 Y 1 (kWh/kg) Y 2 (%) Y 3 (%)

STT Thôngsốđầuvào Thôngsốđầura t( o C) v(m/s) tg(min) Ar(kWh/kg) C(%) M(%)

Căn cứ vào ma trận kết quả thực nghiệm thu được, ta tiến hành phân tíchphương sai cho cả ba hàm toán đa thức bậc II Sau đây chúng tôi sẽ trình bày cụ thểkếtquảphântích:

Dựa vào kết quả thực nghiệm tiến hành phân tích phương sai ở dạng mã hóalần 1 với mô hình ở dạng đa thức bậc II đầy đủ (Phụ lục 7.3) Kết quả phân tích chothấy hệ số hồi quy AB, BC, CC (hệ số của x 1 x2, x2.x3, x3.x3) không đảm bảo độ tincậy(P –value>0,05)nênbịloạikhỏimôhình.

Sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy AB, BC, CC rakhỏi mô hình và tiếp tục tiến hành phân tích phương sai lần 2 cho mô hình Kết quảtrìnhbàyở Phụlục7.4.

Từ kết quả tính toán theo Phụ lục P7.5, ta có t = 2,77743 lớn hơn giá trị tratrong bảng phânbố t – Student t (0,05;18) = 2,10 (Nguyễn Cảnh, 2011) Như vậy các hệsốhồiquyđảmbảođộtincậy.

Dựa vào bảng phân tích phương sai trình bày ở Phụ lục P7.4, ta thấy giá trịLack-of-fit có P- value = 0,0541 > 0,05 Do đó, ta khẳng định mô hình hồi quy

- Kết quả kiểm tra các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student và kiểm tra tínhthích ứng của mô hình theo tiêu chuẩn Fisherc h o t h ấ y c á c h ệ s ố h ồ i q u y đ ả m b ả o độtincậyvàmôhìnhhồiquylàphùhợp.

Chuyển hàmY1v ềdạngthực,theo kết quảtínhtoán theoPhụlụcP.10phương trìnhhồiquychohàmAr ởdạng thựcnhưsau:

Bằng cách thực hiện tương tự như hàm Y1 Dựa vào kết quả thực nghiệm tiếnhành phân tích phương sai ở dạng mã hóa lần 1 với mô hình ở dạng đa thức bậc IIđầy đủ (Phụ lục 7.11) Theo kết quả phân tích phương sai cho thấy hệ số hồi quyAA,B C, C C ( h ệ s ố c ủ a x 1 x1,x2.x3,x3.x3)khôngđảm bảođộ t i n c ậ y nênb ị lo ạ ikhỏi môhình.

Sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy nêu trên và tiến hành phân tích phương sailần 2 chomô hình.Kết quả phân tíchphương saiởdạngmã hóal ầ n 2 ( P h ụ l ụ c 7.12),chothấycáchệsốhồiquyđềucóýnghĩa(P– value