Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sấy bơm nhiệt tầng sôi

TỔNG QUAN

Tổng quan về kỹ thuật sấy

1.1.1.Khái niệm quá trình sấy

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong ngành công nông nghiệp [1] Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơi nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy (VLS) ra bề mặt và đi vào tác nhân sấy (TNS) hay môi trường Quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xảy ra đồng thời Trong lòng VLS là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt VLS với TNS là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp Quá trình bên trong VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt VLS chủ yếu chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của TNS cũng như VLS Sấy cũng là quá trình công nghệ, trong đó các tính chất công nghệ luôn luôn thay đổi Tính chất công nghệ của vật liệu gồm – tính chất hoá lý, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá…

Quá trình sấy nhằm tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau Khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền của nó tăng lên để tiếp tục gia công; sấy hạt giống thì phải làm tỷ lệ và khả năng nảy mầm cao lên; sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị, màu sắc, nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản, giảm được giá thành vận chuyển, giảm được thể tích kho bảo quản…

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy đầu tiên phải kể đến yếu tố nhiệt độ Tùy theo mỗi loại VLS sẽ cần một khoảng nhiệt độ sấy khác nhau, ví dụ Protein sẽ bị biến tính nếu nhiệt độ sản phảm trong quá trình sấy cao hơn 60 o C, nếu trên 90 o C thì fruetoza bắt đầu bị caremen hóa; Các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Đối với thảo dược, nhiệt độ cao dẫn đến dược tính bị biến đổi, thậm chí có thể bị cháy Các loại dược liệu chứa dầu nên có nhiệt độ sấy không quá 40 o C Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt vật liệu bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại, nếu tốc độ tăng nhiệt chậm thì cường độ thoát ẩm yếu Sấy các loại hạt giống cần chọn nhiệt độ thấp, tốc độ sấy không lớn để bảo vệ mầm thóc Thóc thương phẩm cũng không được sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ lớn, vì như vậy sẽ làm gạo bị nát khi chế biến

Do đó, tùy theo tính chất của vật liệu sấy mà chúng ta lựa chọn mức độ nhiệt độ phù hợp để có thể sấy hiệu quả nhất mà ít làm biến đổi thuộc tính yêu cầu của vật liệu sấy

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí cẩn phải giảm độ ẩm tương đối của không khí xuống, từ đó gia tăng tốc độ sấy khô VLS Muốn đạt được điều đó có các phương pháp:

- Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùng bộ gia nhiệt sử dụng nhiên liệu rắn, khí hoặc dùng điện

- Giảm độ ẩm tuyệt đối của không khí bằng cách dùng máy hút ẩm

❖ Lưu thông của không khí

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức Trong các lò sấy, nếu không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0.4 m/s) thì thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ cao trong khoảng (2÷5 m/s) trong các thiết bị sấy Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 5 m/s) sẽ gây ra tổn thất nhiệt lượng

❖ Độ dày vật liệu: Độ dày của lớp VLS cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự thoát hơi nước trong VLS làm đọng sương trên bề mặt vật liệu Độ dày mỏng của phần tử VLS cũng ảnh hưởng đến tốc độ sấy tương tự Nếu phân tử VLS quá nặng thì năng suất sấy sẽ giảm; tuy nhiên nếu phần tử VLS quá nhẹ có thể gây ra tình trạng VLS bị vụn, ảnh hưởng đến chất lượng VLS.

Tổng quan về sấy bơm nhiệt

Hình 1.1 Hệ thống sấy bơm nhiệt theo Neslihan Colak [26]

Sấy bơm nhiệt là công nghệ sấy sử dụng hệ thống bơm nhiệt để tách ẩm và gia nhiệt cho dòng tác nhân sấy, nhằm thực hiện quá trình sấy khô vật liệu Cơ chế tách ẩm của quá trình sấy được thực hiện nhờ chênh lệch phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Trong máy sấy bơm nhiệt, động lực quá trình sấy được tạo ra bằng hai cơ chế:

 Thứ nhất: Giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bằng việc tách ẩm của dòng tác nhân sấy tại thiết bị bay hơi (dàn lạnh)

 Thứ hai: Tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy bằng cách sử dụng dòng tác nhân sấy sau khi được gia nhiệt tại thiết bị ngưng tụ (dàn nóng) để gia nhiệt cho vật liệu sấy Do đó, khi sấy bơm nhiệt thông thường không cần nhiệt độ sấy cao

Máy sấy bơm nhiệt có nhiều cách phân loại khác nhau như: theo vòng tuần hoàn, theo số cấp bơm nhiệt, theo tác nhân sấy…

 Theo vòng tuần hoàn: Máy sấy bơm nhiệt hồi lưu và không hồi lưu

 Theo số cấp bơm nhiệt: Mấy sấy bơm nhiệt 1 cấp, nhiều cấp

 Theo tác nhân sấy: Không khí, N2, CO2, khí khác.

Tổng quan về sấy tầng sôi

Hệ thống sấy tầng sôi là một trong những thiết bị dùng để sấy các VLS rời có thể sôi được như các loại hạt, tim sen, cơm dừa, nụ hoa… Hệ thống này có thể gồm một hoặc nhiều tầng Nguyên lý hoạt động của nó được mô tả theo hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý sấy tầng sôi

1 – Quạt; 2 – Buồng hòa trộn; 3 – Lớp vật liệu sấy; 4 – Buồng sấy; 5 – Cơ cấu nạp vật liệu; 6 – Buồng chứa sản phẩm; 7 – Xyclon

Tác nhân sấy từ buồng hoà trộn (2) được đưa vào dưới ghi buồng sấy Ghi sấy là một tấm thép có nhiều lỗ (hoặc lưới thép) có kích thước thích hợp để tác nhân sấy đi qua mà các VLS không bị rơi xuống

Vật liệu sấy được cơ cấu nạp liệu (5) đổ xuống bề mặt ghi, tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm tương đối thấp đi qua lớp vật liệu (3) trong buồng sấy (4) với tốc độ thích hợp, nâng các VLS lên và làm cho chúng xáo trộn bập bùng trong dòng tác nhân như một dịch thể đang sôi Trên đường thải tác nhân sấy có bố trí xyclon (7) để thu hồi những hạt nhỏ nhẹ bay theo tác nhân Đặc trưng của hệ thống sấy tầng sôi là vật liệu sấy ở thể sôi trao đổi nhiệt ẩm với dòng tác nhân Khi tốc độ tác nhân bé, lớp VLS nằm yên

Như vậy hệ thống sấy tầng sôi là một hệ thống sấy đối lưu mà đặc trưng của nó là VLS ở thể sôi trao đổi nhiệt ẩm với dòng tác nhân sấy nhưng không bay theo tác nhân.

Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.4.1 Các nghiên cứu sấy bơm nhiệt ở trong nước

Vào năm 1999 Phạm Văn Tùy đã nghiên cứu về sấy bơm nhiệt khi công bố kết quả nghiên cứu “Hiệu quả sử dụng bơm nhiệt sấy lạnh ở công ty bánh kẹo Hải Hà (HAIHACO)”, kết quả nghiên cứu này đã được đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt, số 2, tháng 3/1999 [7] Bốn năm sau đó Nguyễn Xuân Thủy đã có bài viết “Nghiên cứu quy trình và thiết bị sấy sạch rau quản bằng bơm nhiệt, được đăng trên Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật, Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, trang 10-35., 2003 [8] Cùng năm đó Phạm Văn Tuỳ, Vũ Huy Khuê, Nguyễn Khắc Tuyên cũng cho ra kết quả nghiên cứu của nhóm với tiêu đề “Nghiên cứu hút ẩm và sấy lạnh rau củ thực phẩm bằng bơm nhiệt máy nén”[9]

Nguyễn Trung Kiên, Bùi Trung Thành đã nghiên cứu thực nghiệm sấy màng đỏ hạt gấc bằng phương pháp sấy bơm nhiệt vào năm 2017 Nghiên cứu đã xác định nhiệt độ sấy 44,16°C, nhiệt độ ngưng tụ hơi nước tại dàn lạnh 14,30°C và vận tốc tác nhân sấy 2,6 m/s là các thông số tối ưu cho quá trình sấy, các thí nghiệm được bố trí theo quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 và được tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) [10]

Trong 2 năm 2017-2018 đề tài nghiên cứu cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị chế biến tiêu xanh, tiêu đỏ và tiêu trắng ứng dụng công nghệ enzyme’’ được thực hiện tại Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên (WASI) Kết quả nghiên cứu đã xác định được chế độ sấy khi sử dụng máy sấy bơm nhiệt là nhiệt độ sấy 30 o C, ẩm độ không khí 40%, tốc độ gió 3m/s, thời gian sấy khoảng 40h thì cho sản phẩm hạt tiêu xanh có chất lượng tốt nhất [11]

Năm 2018 Nguyễn Thành Luân, Nguyễn Thế Bảo đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm sử dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy bơm nhiệt Các tác giả đã thiết kế, chế tạo và thực nghiệm mô hình máy sấy bơm nhiệt công suất 1HP trong các trường hợp: không sử dụng ống nhiệt, sử dụng 10 ống nhiệt trọng trường và sử dụng 20 ống nhiệt trọng trường Kết quả cho thấy mức tiêu hao năng lượng của máy sấy bơm nhiệt khi kết hợp ống nhiệt trọng trường lần lượt giảm 18,6% và 6,2% so với khi không sử dụng ống nhiệt trọng trường [12]

Gần đây nhất năm 2020 nghiên cứu thiết kế chế tạo và thực nghiệm sấy nấm mộc nhĩ và nấm bào ngư bằng máy sấy bơm nhiệt đã được Lê Anh Đức, Bùi Mạnh Tuân thực hiện Kết quả khảo nghiệm đã nhận thấy rằng nhiệt độ sấy tối ưu cho nấm mộc nhĩ là 53 o C còn đối với nấm bào ngư là 50 o C [13]

Như vậy việc nghiên cứu ứng dụng, đánh giá hiệu quả của máy sấy bơm nhiệt đã được thực hiện từ cách đây hơn 23 năm cho đến hiện nay tại Việt Nam

1.4.2 Các nghiên cứu sấy tầng sôi ở trong nước

Liên quan đến xác định các thông số sấy tầng sôi Bùi Trung Thành, Nguyễn Hay trong năm 2009 đã nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất áp của tác nhân sấy khi qua lớp hạt muối tinh trong quá trình sấy bằng máy sấy tầng sôi liên tục Kết quả nghiên cứu đưa ra được các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất áp qua lớp hạt bao gồm: kích thước hạt, nếu hạt có nhiều tạp chất mịn tổn thất áp tăng, độ rỗng của khối hạt, độ nhớt động lực học của tác nhân sấy ở độ sôi tối thiểu [14]

Vào năm 2018 Lê Hồng Long, Phạm Quang Phú, Bùi Trung Thành đã nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của miền nhiệt độ tác nhân sấy đến quá trình sấy đường RS trên máy sấy tầng sôi liên tục cấp khí kiểu xung Nghiên cứu được thực hiện theo quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố để xác định miền ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy (t g , o C) đến độ ẩm sản phẩm sấy (%), tỷ lệ thu hồi sản phẩm (%), chi phí điện năng riêng (Wh/kg sản phẩm) và chi phí nhiệt năng riêng (kJ/kg sản phẩm) Thực nghiệm sấy được thực hiện trên mô hình có năng suất 20kg/giờ, miền nhiệt độ tác nhân sấy được xác định từ 70 o C ÷ 80 o C, trên cơ sở cố định chiều cao lớp hạt trợ sôi tối thiểu H 0 = 65mm, đường kính hạt sấy d p = 0,8mm, vận tốc tác nhân sấy v g = 2,0m/s, tần số cấp khí f = 0,5Hz cho chất lượng hạt sấy phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 6958 – 2001, với độ ẩm sản phẩm đạt 0,05 ÷ 0,06%, tiêu hao nhiệt lượng riêng trong phạm vi1008 ÷ 1116 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao điện năng riêng trong phạm vi 193 ÷ 211Wh/kg sản phẩm và tỷ lệ thu hồi sản phẩm chính phẩm đạt 87 ÷ 88% [15]

Gần đây nhất vào năm 2021 tác giả Phan Thành Nhân và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sôi của hạt tiêu trong quá trình sấy tầng sôi Nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm nhằm xác định vận tốc sôi tối thiểu, chiều cao lớp hạt sôi và tổn thất áp suất của dòng khí qua lớp hạt phụ thuộc vào bề dày lớp hạt và ẩm độ hạt Vật liệu sấy sử dụng trong thực nghiệm là hạt tiêu tươi và hạt tiêu khô có ẩm độ tương ứng là 54,2% ẩm và 12% ẩm Các thí nghiệm được thực hiện với bề dày lớp hạt thay đổi từ 4 - 44 mm và vận tốc tác nhân sấy thay đổi từ 5 -

11 m/s Kết quả phân tích từ thực nghiệm đã xác định được vận tốc dòng không khí tối thiểu để lớp vật liệu sôi trong phạm vi từ 5,2 m/s đến 6,5 m/s Tổn thất áp suất qua lớp hạt của hạt tiêu tươi là 225 Pa còn với hạt tiêu khô là 147 Pa ứng với vị trí bề dày lớp hạt là 37mm Kết quả thực nghiệm và tính toán từ các mô hình và các phương trình là phù hợp với mô hình chuẩn Fedorow, Baeyens- Geldart Dựa trên kết quả thực nghiệm xác định trở lực qua lớp hạt phụ thuộc vào bề dày của lớp hạt cho hạt tiêu tươi và hạt tiêu khô, các phương trình hàm số tuyến tính bậc 1 được thiết lập với độ tin cậy cao [16]

Trong luận văn Thạc sĩ của mình tác giả Trần Đình Anh Tuấn cũng đã trình bày kết quả nghiên cứu xác định – đường kính trung bình, tốc độ tới hạn, các tiêu chuẩn đặc trưng cho chế độ sôi, trở lực của lớp hạt đối với 4 loại nông sản là Cà phê, Tiêu, đậu Hòa Lan và đậu Đỏ Đồng thời khảo sát quá trình giảm ẩm và viết chương trình tính toán quá trình sấy tầng sôi bằng ngôn ngữ MS Access Nghiên cứu trên được tác giả hoàn thành vào năm 2007 [40]

1.4.3 Các nghiên cứu trong nước về sấy bơm nhiệt kết hợp với hệ thống sấy khác

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay sấy cà rốt đã được các tác giả Võ Mạnh Duy, Lê Chí Hiệp thực hiện vào năm 2011 Các kết quả khảo nghiệm cho thấy cà rốt sấy ở chế độ nhiệt độ sấy 40 o C, vận tốc TNS 2,5 m/s, số vòng quay 15 vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 4,5 kg hệ thống sấy đạt hiệu suất tách ẩm cao, làm việc ổn định và hiệu quả hơn; sản phẩm sấy giữ được màu sắc tốt hơn so với các phương pháp sấy thông thường [17]

Năm 2014 Lê Như Chính và cộng sự đã tiến hành chế tạo máy sấy bơm nhiệt lớp sôi (tầng sôi) kết hợp bức xạ hồng ngoại sấy lá hẹ năng suất 8kg/mẻ, bơm nhiệt sử dụng môi chất lạnh R22 Nghiên cứu xác định được chế độ sấy tối ưu như sau: nhiệt độ TNS 45 o C, vận tốc TNS 6m/s, khoảng cách bức xạ hồng ngoại 40cm, chiều dày lớp VLS 5cm, thời gian sấy là 6 giờ [18]

Năm 2015 PGS TS Nguyễn Hay, PGS TS Lê Anh Đức, ThS Nguyễn Văn Lành, TS Bùi Ngọc Hùng đã công bố “Nghiên cứu sấy cá sặc rằn theo nguyên lý sấy bơm nhiệt và sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng” Các tác giả đã thực hiện các thí nghiệm sấy cá sặc rằn bằng thiết bị sấy theo nguyên lý sấy bơm nhiệt và sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Với mỗi nguyên lý sấy, thí nghiệm được thực hiện ở ba mức nhiệt độ tác nhân sấy (TNS) là 40 o C, 45 o C và 50 o C Trên cơ sở đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của quá trình sấy như thời gian sấy hay tốc độ giảm ẩm, chi phí điện năng riêng cho quá trình sấy và chất lượng của cá sau khi sấy, kết quả đã xác định được nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng tại mức nhiệt độ TNS 45 o C sau

16 giờ, cá đạt ẩm độ yêu cầu, tốc độ sấy trung bình đạt 2.3% H2O/h, chi phí điện năng riêng cho quá trình sấy là 4,65 kWh/kg Kết quả phân tích hóa sinh cho thấy hàm lượng đạm của cá sau khi sấy đạt 5,61% Cá sặc rằn sau khi sấy có chất lượng tốt hơn các phương pháp phơi sấy hiện nay về màu sắc, mùi vị, ẩm độ, đảm bảo yêu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu Phương trình dự đoán quá trình giảm ẩm của cá sặc W (%) theo thời gian sấy t (h) với chế độ phù hợp đã được xác định dưới dạng W = 0,08t 2 – 3,7t + 68,1 [19]

Tổng quan nghiên cứu sấy hoa Lavender

1.5.1 Giới thiệu về hoa Lavender

Hoa Lavender hay còn gọi là hoa oải hương tên khoa học là Lavandula angustifolia, tên tiếng Anh có thể là English lavender, common lavender, true lavender, narrow-leaved lavende) là một loại cây thuộc chi Oải hương (Lavandula), họ Hoa môi (Lamiaceae) Cây oải hương là loại cây bụi thường niên có mùi thơm nồng, được tìm thấy đầu tiên ở vùng Cape Verde (Châu Phi) và quần đảo Canary (Tây Ban Nha) Sau đó Lavender được đưa đến phía bắc Châu Âu, phía đông châu Phi, vùng Địa Trung Hải, phía tây nam châu Á và sang Đông Nam của Ấn Độ Oải hương được gói trong những túi thơm để chống những con nhậy (cắn quần áo) và tạo nên mùi thơm cho căn phòng, quần áo Nó từng được dùng để sát trùng vết thương trong thời chiến Tinh dầu oải hương giúp thả lỏng cơ thể, thư thái nên tinh dầu oải hương cũng rất thích hợp dùng khi tắm Oải hương cũng được dùng làm thuốc an thần, làm trà chữa trị bệnh đau đầu, suy nhược, cảm nắng, làm đẹp da, dưỡng da Ngày nay nụ hoa oải hương khô là một trong những nguyên liệu dùng để chế biến các món ăn phổ biến tại Phương Tây Oải hương cũng là một loại cây phổ biến trong vườn cảnh [41]

Hình 1.3 Hoa Lavender 1.5.2 Giới thiệu về phương pháp sấy hoa Lavender

Lavender ngoài sử dụng để trang trí ở dạng tươi hoa còn được dùng làm túi thơm, trà hoặc bảo quản phục vụ cho công nghệ chế biến khác ở dạng sấy khô Hiện tại ở Việt Nam Lavender tươi đang được sử dụng trong khoảng thời gian gần đây còn hoa lavender khô cũng đang dần phổ biến với nguồn hàng đa số từ Trung Quốc ở dạng túi thơm, trà, bó hoa khô Việc làm khô ở Việt Nam chủ yếu là để khô tự nhiên, và tùy điều kiện thời tiết ở vùng miền mà cho ra chất lượng hoa khô cũng khác nhau và chưa có nghiên cứu nào được công bố về thực nghiệm sấy khô hoa Lavender bằng máy sấy Đầu năm 2019 Jacek Łyczko và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu sấy bằng máy sấy đối lưu và máy sấy vi sóng chân không đối với Lavender.Quá trình sấy khô được thực hiện trên hoa oải hương thật được trồng ở Ba Lan (Công ty Kawon-Hurt NowakSp.j., Gosty´n, Ba Lan) Độ ẩm ban đầu của vật liệu là 2,7 kg trên mỗi kg trọng lượng khô Quá trình sấy khô đã dừng lại sau khi không quan sát thấy sự thay đổi nào nữa về trọng lượng Độ ẩm của các mẫu được xác định bằng máy sấy chân không (SPT-200 ZEAMIL Horyzont, Krakow, Ba Lan) Bằng phương pháp sấy đối lưu mức nhiệt độ TNS 60 o C là tối ưu để lưu giữ thành phần hương liệu trong số các mức nhiệt độ 50, 60, 70 o C và với công suất 480W của máy sấy vi sóng chân không thì cho được tổng lượng tinh dầu cao nhất [31] Và cũng trong năm này vào tháng 8 Jacek Łyczko và cộng sự tiếp tục công bố kết quả nghiên cứu ở mức nhiệt độ TNS 50 o C là tối ưu khi sấy bằng máy sấy đối lưu để thu hồi toàn bộ tinh dầu trong số các mức nhiệt độ 50, 60, 70 o C [32].

Lý do chọn đề tài

Qua nghiên cứu tổng quan về sấy bơm nhiệt, bơm nhiệt kết hợp với hệ thống sấy khác ta nhận thấy rằng phương pháp sấy này đã xuất hiện từ lâu với nhiều nghiên cứu ứng dụng cao Trên thị trường các thiết bị sấy loại này đã được chế tạo với nhiều mẫu mã và đạt chất lượng khá tốt Hiện tại đã có một vài nghiên cứu về sấy bơm nhiệt tầng sôi tại Việt Nam, tuy nhiên chưa có nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với bơm nhiệt sử dụng môi chất R134a, vật liệu sấy là hoa Lavender Đối với phương pháp sấy bơm nhiệt, sấy ở chế độ nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến phạm vi nhiệt độ khoảng 55 o C bằng ứng dụng hệ thống bơm nhiệt, sản phẩm sấy có thể duy trì được màu sắc, mùi vị cũng như sự thay đổi của hàm lượng dinh dưỡng trong sản phẩm không đáng kể so với sản phẩm tươi Việc kết hợp sấy bơm nhiệt và tầng sôi sẽ thúc đẩy quá trình sấy diễn ra nhanh hơn, thời gian sấy cho sản phẩm dự kiến sẽ giảm so với sấy bơm nhiệt truyền thống, từ đó năng lượng tiêu tốn cho quá trình sấy khô sản phẩm sẽ được giảm đi đáng kể, đây chính là mục tiêu chính của đề tài, bên cạnh việc duy trì màu sắc mùi vị của sản phẩm sau khi sấy

Hoa Lavender đang được trồng tại Đà Lạt, Sapa và có khả năng trồng phổ biến tại khu vực có khí hậu mát mẻ tại Việt Nam đồng thời nụ hoa sấy khô cũng được sử dụng trong khoảng thời gian gần đây Các dòng sản phẩm thương mại bao gồm – túi thơm, trà, tinh dầu, xà bông tắm đã được bán buôn trên thị trường Tuy nhiên hiện nay hoa Lavender chủ yếu là để khô tự nhiên mà điều này thì lại phụ thuộc vào thời tiết và chưa thấy một nghiên cứu nào về sấy hoa Lavender tại Việt Nam Cấu tạo của nụ hoa Lavender rất phù hợp cho việc sấy ở chế độ bơm nhiệt tầng sôi Nghiên cứu sấy hoa lavender bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi sẽ mang đến một giải pháp mới trong công nghệ bảo quản, chế biến sau thu hoạch đối với loại sản phẩm còn mới mẻ và nhiều tiềm năng này

Bảng 1.1 Sản phẩm thương mại từ hoa Lavender

STT Hình ảnh Mô tả

Từ những lý do trên tác giả đề xuất đề tài “Nghiên Cứu Lý Thuyết Và Thực Nghiệm Sấy Bơm Nhiệt Tầng Sôi”.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu, làm rõ cơ sở lý luận việc kết hợp sấy bơm nhiệt và tầng sôi Xây dựng phần mềm tính toán, thiết kế chế tạo mô hình máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng nhiệt độ TNS, bề dày VLS đến quá trình sấy.

Nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là máy sấy bơm nhiệt tầng sôi

Vật liệu sấy là hoa Lavender được trồng tại Pibo Lavender Farm Đà Lạt, Việt Nam

Giới hạn Đề tài này được thực hiện trên đối tượng nghiên cứu là máy sấy bơm nhiệt năng suất 2kg/mẻ, sử dụng hệ thống máy lạnh có máy nén hơi môi chất R134a, máy sấy được thiết kế, chế tạo tại Việt Nam Vật liệu sấy là hoa Lavender Costa được trồng tại Pibo Lavender Farm Đà Lạt Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam

Nghiên cứu này được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh từ tháng 06 năm 2022 đến tháng 5 năm 2023.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: thông qua quá trình tìm hiểu, thu thập tài liệu sách, các bài báo khoa học trong và ngoài nước từ đó làm cơ sở trong quá trình nghiên cứu lý thuyết sấy bơm nhiệt, sấy tầng sôi

Vận dụng lý thuyết sấy bơm nhiệt, sấy tầng sôi để tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình máy sấy bơm nhiệt tầng sôi và khảo nghiệm xác định công suất lạnh, công suất nhiệt của máy sấy Sau đó tiến hành thực nghiệm sấy sản phẩm thực trong máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với thông số thay đổi đầu vào là nhiệt độ, bề dày VLS và thông số đầu ra là các giá trị về thời gian sấy và năng lượng tiêu thụ

Các số liệu bao gồm nhiệt độ, ẩm độ, tốc độ gió của tác nhân sấy, ẩm độ đầu và cuối của sản phẩm sấy, thời gian sấy, điện năng tiêu thụ sẽ được đo đạc và xử lý cho từng thí nghiệm để đưa ra kết quả có độ tin cậy cao

Dụng cụ đo đạc sử dụng trong quá trình thí nghiệm bao gồm dụng cụ đo nhiệt độ, tổn thất áp suất đầu vào và đầu ra của lớp vật liệu sấy, tốc độ gió, máy phân tích ẩm độ của vật liệu sấy, máy đo điện năng tiêu thụ

Xử lý số liệu thí nghiệm

Phân tích số liệu thực nghiệm bằng Excel, Minitab và viết báo cáo thuyết minh dữ liệu kết quả.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết tác nhân sấy (không khí ẩm)

Tác nhân sấy là những chất dùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy và vận chuyển lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô (chủ yếu là O2 và N2) và hơi nước Trong quá trình sấy không khí ẩm thường được chọn là tác nhân sấy Việc chọn không khí ẩm làm tác nhân sấy với các ưu điểm là có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền, dễ tìm, không gây độc hại và không gây bẩn cho vật liệu sấy

Không khí ẩm chưa bão hòa là không khí ẩm vẫn còn khả năng tiếp nhận hơi nước Không khí ẩm bão hòa là không khí ẩm mà ta không thể thêm vào bất kỳ một lượng hơi nước nào Không khí ẩm quá bão hòa

2.1.2 Các thông số đặc trưng của không khí ẩm Độ ẩm tuyệt đối ρ =G

Trong kỹ thuật điều tiết không khí và kỹ thuật sấy, đơn thuần chỉ biết độ ẩm tuyệt đối thì chưa đủ vì nó chưa nói lên được chất lượng của không khí ẩm Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρ và độ ẩm tuyệt đối cực đại (bão hòa) ρ φ = ρ ρ , % hay φ =ρ ρ =p p , % (2.17) pb: phân áp suất của hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ t của không khí ẩm (N/m 2 ) Độ ẩm tương đối là một thông số quan trọng của không khí ẩm, đặc trưng cho khả năng nhận thêm hơi nước hay nói cách khác là khả năng sấy của không khí ẩm Độ ẩm tương đối càng bé thì khả năng sấy của không khí càng lớn Độ chứa hơi (dung ẩm) Độ chứa hơi biểu thị số lượng hơi nước có chứa trong không khí ẩm tính trên 1 kg không khí khô d = G

Hoặc d = 0,622 p p − p (2.19) p – Áp suất khí trời

Entanpi (enthalpy) của không khí ẩm

I: Entanpi của không khí ẩm, kJ/kg không khí khô i k : Entanpi của không khí khô có trong không khí ẩm đang khảo sát, kJ/kg không khí khô ia: Entanpi của hơi nước ở trạng thái quá nhiệt (hay bão hòa khô) có trong không khí ẩm đang khảo sát, kJ/kg hơi nước

Vì lý do tiện lợi người ta thường tính entanpi của không khí ẩm theo 1 kg không khí khô.Nếu ta quy ước chọn điểm gốc tại t = 0 o C và p = 101,325 kPa, lúc đó ta có thể viết được

I = 1,006.t + d(2500,77+1,84t), kJ/kg không khí khô (2.21)

Lý thuyết sấy bơm nhiệt

2.2.1 Về phía tác nhân sấy

Trường hợp sấy không hồi lưu: Dòng tác nhân sấy từ môi trường bên ngoài sẽ đi qua dàn lạnh (DL) thực hiện quá trình tách ẩm, sau đó dòng tác nhân sấy đi vào dàn ngưng 1 (DN-1) được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu rồi đưa vào buồng sấy (BS) Tại buồng sấy, dòng tác nhân sấy sẽ thực hiện quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và sau đó TNS sẽ được thải hoàn toàn ra môi trường, quá trình cứ như vậy tiếp diễn

Trường hợp sấy hồi lưu hoàn toàn: Dòng tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng sấy (BS) trạng thái (3) sẽ đi qua dàn lạnh (DL) thực hiện quá trình tách ẩm đạt trạng thái (1) Sau đó dòng tác nhân sấy đi vào dàn ngưng 1 (DN-1) được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu trạng thái (2) rồi đưa vào buồng sấy (BS) Tại buồng sấy, dòng tác nhân sấy sẽ thực hiện quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và quá trình cứ như vậy tiếp diễn

Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt tại hình 2.1 thể hiện bơm nhiệt này có khả năng sấy không hồi lưu, hồi lưu hoàn toàn hoặc hồi lưu một phần bằng cách điều chỉnh đóng hoặc mở các VCD

Trong máy sấy bơm nhiệt, dòng chuyển động của tác nhân sấy bên trong buồng sấy là một nhân tố quan trọng để đảm bảo sự đồng đều khi sấy, khi không đồng nhất tốc độ chuyển động dẫn đến sản phẩm khô không đồng đều Do đó các khay và các kênh trong buồng sấy cần thiết kế cẩn thận và hợp lý Hiệu quả của máy sấy bơm nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ của tác nhân sấy

• Hàm lượng ẩm, thuộc tính truyền nhiệt, truyền chất, nhiệt vật lý của sản phẩm sấy

• Nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ và hiệu quả của chu trình bơm nhiệt

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt DN-1: dàn ngưng 1, DL: dàn lạnh, DN-2: dàn ngưng 2, MN: Máy nén, TL: tiết lưu, HN: bộ hồi nhiệt, VCD: van điều chỉnh TNS

Các quá trình thể hiện trên đồ thị I-d cho trường hợp hồi lưu hoàn toàn như sau: 1-2: Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy thực hiện tại dàn ngưng 1

2-3: Quá trình sấy lý thuyết thực hiện tại buồng sấy

3-4: Quá trình làm lạnh tác nhân sấy đến nhiệt độ đọng sương tại dàn lạnh

4-1: Quá trình tách ẩm tại dàn lạnh

2.2.2 Về phía chu trình bơm nhiệt

Hệ thống bơm nhiệt làm việc theo chu trình Carnot ngược với các quá trình chính được biểu diễn trên đồ thị p – h như sau: Hơi môi chất lạnh sau khi ra khỏi dàn bay hơi (xem như là hơi bão hòa khô) ở điểm 7 sau đó đi vào thiết bị hồi nhiệt, khi ra khỏi thiết bị hồi nhiệt thì có trạng thái là hơi quá nhiệt ở điểm 1 áp suất p 0 được máy nén hút vào nén đoạn nhiệt đến điểm 2 ở áp suất p k (quá trình 1 – 2) Sau khi ra khỏi máy nén hơi đi vào dàn ngưng tụ, ở đây hơi ngưng tụ ở áp suất không đổi p k nhả nhiệt cho môi trường xung quanh và biến thành lỏng bão hòa ở điểm 4 (quá trình 2 – 4) Sau khi ra khỏi dàn ngưng, môi chất lạnh lỏng đi qua thiết bị hồi nhiệt và được quá lạnh lỏng xuống trạng thái 5, kế đến môi chất lạnh đi vào van tiết lưu, áp suất giảm từ p k xuống p 0 , nhiệt độ cũng giảm từ t k xuống t 0 Chất lỏng ra khỏi van tiết lưu ở điểm 6 là hơi bão hòa ẩm (quá trình 5 – 6) Trong quá trình tiết lưu giá trị entanpi không đổi i 6 = i 5

Hơi bão hòa ẩm đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt từ nguồn nóng, đẳng áp, chuyển thành hơi bão hòa khô, tiếp tục được hút vào máy nén, quá trình được tuần hoàn

Hình 2.2 Chu trình bơm nhiệt

Lý thuyết sấy tầng sôi

Đặc trưng của hệ thống sấy tầng sôi là vật liệu sấy ở thể sôi trao đổi nhiệt ẩm với dòng tác nhân Khi tốc độ tác nhân bé, lớp hạt nằm yên Đó là hệ thống sấy đối lưu bình thường Nếu tốc độ tác nhân sấy đạt đến một giá trị tới hạn nào đó thì lớp hạt trên ghi sẽ ở chế độ sôi Khi đó chúng ta có chế độ sấy tầng sôi Nếu áp lực dòng tác nhân sấy lớn và cuốn toàn bộ lớp hạt trên ghi bay theo, thì lúc này chúng ta có hệ thống sấy khí động [1]

Hình 2.3 Quan hệ ∆p = f(v) của dòng TNS qua lớp hạt Nghiên cứu thực nghiệm trở lực của dòng tác nhân sấy đi qua lớp hạt cho thấy, trong chế độ sấy đối lưu bình thường với một chiều cao lớp hạt không đổi nếu tốc độ tác nhân sấy tăng thì trở lực qua lớp hạt cũng tăng và gần như tuyến tính (đoạn OB) [1]

Khi tốc độ tác nhân sấy đạt đến tốc độ tới hạn vth1 nào đó thì hạt trở nên linh động và chiều cao lớp hạt tăng dần và chế độ sôi bắt đầu Với chế độ sôi ổn định, tốc độ của dòng tác nhân sấy chưa đủ cuốn hạt theo nhưng đủ duy trì chế độ sôi ở một bộ phận phía trên lớp hạt Lớp phía dưới nằm trên ghi vẫn ở chế độ tĩnh Vì vậy, tính toán chiều cao lớp sôi và chiều cao lớp tĩnh là một trong những đặc trưng khi tính toán hệ thống sấy tầng sôi Đối với từng loại hạt, trong một khoảng tốc độ nhất định chiều cao lớp tĩnh cũng như chiều cao lớp sôi là không đổi nên trở lực của dòng tác nhân sấy trong khoảng tốc độ đó cũng không đổi (đoạn BC)

Nếu tốc độ tác nhân sấy tiếp tục tăng và vượt quá giá trị tới hạn trên vth2

(tương ứng điểm C) thì chế độ sôi chấm dứt và trong khối hạt hình thành các túi khí Trong giai đoạn này trở lực của lớp hạt bắt đầu giảm dần Và khí đó chế độ sấy khí động bắt đầu Tốc độ th2 còn gọi là tốc độ phụt hay tốc độ lơ lửng Do đó, tính tốc độ làm việc tối ưu v t để tạo ra chế độ sôi ổn định và trở lực ∆p mà quạt phải khắc phục ở chế độ đó là đặc thù thứ 2 khi tính toán nhiệt của hệ thống sấy tầng sôi Rõ ràng, tốc độ sấy tối ưu phải thoã mãn điều kiện v th1 < v t 100mm

Lý thuyết sấy bơm nhiệt tầng sôi

Từ hai hệ thống sấy bơm nhiệt và sấy tầng sôi riêng lẻ, tác giả đã đưa ra đề xuất về một hệ thống kết hợp bơm nhiệt – tầng sôi

2.4.1 Cấu tạo máy sấy bơm nhiệt tầng sôi

Hệ thống sấy bơm nhiệt – tầng sôi về cơ bản cũng giống như hệ thống sấy bơm nhiệt cũng sử dụng không khí ẩm gồm 2 chu trình riêng biệt kết nối trao đổi nhiệt với nhau:

- Chu trình sấy bằng không khí ẩm

- Chu trình hệ thống máy bơm nhiệt (hệ thống máy lạnh)

Sự khác biệt giữa hai hệ thống là hệ thống bơm nhiệt – tầng sôi là có thêm buồng sấy đứng để sấy tầng sôi Về mặt cấu tạo hệ thống máy sấy bơm nhiệt – tầng sôi xét cho từng chu trình gồm các thiết bị chính sau:

Quá trình sấy bằng không khí ẩm gồm có các thành phần chính: Buồng sấy tầng sôi, quạt thổi TNS (không khí ẩm), ống gió vận chuyển TNS, khung - vỏ máy sấy

Chu trình hệ thống máy bơm nhiệt (hệ thống máy lạnh) gồm có các thành phần chính: Máy nén, dàn lạnh, dàn ngưng 1 và 2, van tiết lưu, phin lọc, ống dẫn môi chất lạnh, bình chứa lỏng, các van chặn, tủ điện điều khiển

TNS sẽ được dẫn vào đầu hút của quạt cao áp để tạo ra chế độ sôi cho VLS Để ngăn VLS bay theo TNS thì có bố trí một lưới chắn ở đầu ra của buồng sấy MN: máy nén, VCD: van cân chỉnh TNS, HN: bộ hồi nhiệt, KL: kính xem lỏng, PL: phin lọc, BCL: bình chứa lỏng cao áp, BSTS: buồng sấy tầng sôi, LPS: bảo vệ áp suất thấp, PGL: đồng hồ đo áp suất hút, HPS: bảo vệ áp suất cao, PGH: đồng hồ đo áp suất cao

Hình 2.4 Sơ đồ máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Chế độ hồi lưu hoàn toàn VCD-2 mở VCD-1, 3 đóng Chế độ hồi lưu một phần VCD-1, 3 mở (độ mở tùy thuộc vào lưu lượng TNS hồi lưu), VCD-2 mở hoàn toàn Chế độ không hồi lưu VCD-1,3 mở hoàn toàn, VCD-2 đóng Khi bơm nhiệt hoạt động van V_1, 2, 3 mở hoàn toàn Van V_1 được sử dụng để điều chỉnh môi chất lạnh vào dàn ngưng 2 nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt độ TNS vào buồng sấy, khi TNS cần tăng nhiệt độ thì đóng dần van lại Nhiệt độ TNS vào buồng sấy có thể điều chỉnh được từ 33 o C đến 52 o C.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT TẦNG SÔI

Thực nghiệm xác định thông số thiết kế tầng sôi

Mô hình sấy bơm nhiệt – tầng sôi bao gồm hai hệ thống kết hợp bơm nhiệt và tầng sôi Không khí ẩm từ môi trường đi qua hệ thống bơm nhiệt bao gôm dàn lạnh có tác dụng tách ẩm và dàn nóng có tác dụng gia nhiệt đến nhiệt độ sấy yêu cầu, sau đó được đưa vào buồng sấy tầng sôi Để quá trình sấy tầng sôi đạt hiệu quả như mong muốn, trước khi thiết kế cần phải xác định các thông số tầng sôi qua lớp vật liệu như tốc độ gió tối thiểu, tổn thất áp suất và độ phân phối gió đồng đều trong hệ thống Vì lý do đó, trước khi thiết kế, đã tiến hành xây dựng mô hình thí nghiệm sơ bộ và thực nghiệm để xác định các thông số

3.1.1.Xác định khối lượng riêng của hoa

Phương pháp xác định khối lượng riêng của hạt

Chỉ tiêu quan sát: xác định khối lượng hoa trên một đơn vị thể tích a Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu sấy là hoa Lavender tươi được trồng và thu hái tại Đà Lạt, Lâm Đồng

Hình 3.1 Hoa Lavender tươi dùng cho thực nghiệm b Dụng cụ đo và phương pháp thực hiện:

Dụng cụ đó bao gồm: cân và cốc đong Thông số và hình ảnh dụng cụ được thể hiện rõ tại phụ lục 7

Phương pháp: dùng phương pháp thể tích với dụng cụ là một ống đong có dung tích 200ml có vạch chia đều trên thân ống là 25ml và cân khối lượng

Nguyên tắc lấy mẫu: nụ hoa được cắt rời từ bó hoa khoảng 100 cành hoa và chứa trong khay sau đó trộn đều với các bông hoa bị rụng của bó hoa lại với nhau, dùng muỗng múc hoa cho vào ống đong, cứ mỗi 25ml ta lại lắc đều cho hoa được nén chặt lại, cứ như vậy đến khi lớp hoa chạm vào vạch 200ml thì ta dừng thêm hoa vào và đem cân khối lượng.Thực nghiệm được thực hiện trên 40 bó hoa tương đương với lượng hoa được dùng làm thí nghiệm, tổng cộng ta được số liệu (g/200ml) như sau:

Bảng 3.1 Kết quả thực nghiệm đo khối lượng hoa (g/200ml)

Sử dụng phần mềm Minitab thống kê xác định được các giá trị: lớn nhất (Maximum), nhỏ nhất(Minimum), trung bình (Mean), độ lệch chuẩn (StDev), phương sai (Variance), miền giá trị (Range) như bên dưới:

Bảng 3.2 Thống kê thực nghiệm xác định khối lượng riêng Lavender

Từ đây ta xác định được khối lượng riêng của hoa là 34,58 g/200ml hay 172,9 g/1 hoặc 172,9 kg/m 3

Theo dữ liệu của Christos I Dimitriadis và cộng sự với bài báo có tiêu đề

“Physical and Aerodynamic Properties of Lavender in relation to Harvest Mechanisation” thì khối lượng riêng của hoa là 212 kg/m 3 , nội dung bài báo chưa đề cập đến phương pháp xác định khối lượng riêng cũng như nguồn trích dẫn Kết quả thực nghiệm trên so với thông số trong bài báo có sự sai khác là 18% Trong phạm vi của luận văn này tạm thời dùng giá trị từ thực nghiệm để tính toán lý thuyết tổn thất áp suất qua lớp hoa

3.1.2.Xác định vận tốc sôi tối thiểu và trở lực qua lớp VLS a Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu sấy là hoa lavender được trồng và thu hoạch tại Đà Lạt, Lâm Đồng b Dụng cụ đo:

Dụng cụ đo gồm: Thiết bị đo áp suất, tốc độ gió, sàng rây Thông số và hình ảnh dụng cụ được thể hiện rõ tại phụ lục 5 c Phân tích độ ẩm của hạt: Ẩm độ hoa tươi được phân tích bằng máy phân tích ẩm độ vật liệu AND MX-

50 với sai số thiết bị là ± 0,1% Ẩm độ hạt tươi được phân tích 5 lần với số lượng hạt mẫu tối thiểu là 5 gam lấy ngẫu nhiên, ẩm độ hạt tươi đạt được trung bình là 75,1% d Đo kích thước trung bình của hoa

Do hình dáng của hoa không có dạng hình cầu nên ta sử dụng phương pháp sàng (rây) để xác định kích thước trung bình và đường kính tương đương hạt cầu Tiến hành lấy ngẫu nhiên 1 bó hoa có 100 cành, sau đó tách bóc các bông hoa ra khỏi chùm hoa và thân ta thu được 35g hoa rời Các rây được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới là rây lỗ 4mm, 3mm, 2mm, 1mm Hoa được đổ vào sàng rây lỗ 4mm nằm trên cùng và thực hiện sàng rây phân loại các loại kích thước hoa, sau đó tiến hành cân từng khối hạt m i còn nằm trên rây (hạt không còn lọt xuống được) và thực hiện các phép tính để tìm ra các giá trị xi

Kích thước lỗ rây trung bình của hai sàng rây kế tiếp nhau di (mm)

Khối lượng còn trên rây m1 (g)

Khối lượng còn trên rây m 2 (g)

Khối lượng còn trên rây m 3 (g)

Cách xác định (di) và (xi) tại trường hợp tính cho kích thước trung bình của sàng rây thứ nhất và thứ hai như sau: d i1 =4+3

Tương tự ta tính toán cho các trường hợp còn lại Kết quả xem ở phụ lục 6 Kích thước hạt trung bình d m d = x d (3.4) d = 1

0,354014 + 0,351456 + 0,351837 = 0,945799mm Theo chuẩn Anh BS 4359 đối với một số hạt thông thường cầu tính thường nằm trong khoảng 0,3 ~ 0,95 Đường kính của hạt tương đương cầu: d = ỉd (3.5) d = 0,95 × 0,945799 = 0,898mm~0,9mm

Diện tích của một bông hoa a =πd ỉ (3.6) a =3,14 × (0,945799 × 10 )

0,95 = 2,96 10 m Thể tích của khối hoa đang xét có khối lượng 2kg

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của khối hạt

0,95 × 0,945799 × 10 = 77.2 m e Tính toán lý thuyết vận tốc sôi thiểu

Tiêu chuẩn đồng dạng Fedorov

0,0009 = 0,46m s f Trở lực của lớp hoa

Bảng 3.3 Kết quả tính toán lý thuyết tổn thất áp suất qua lớp hoa

Bề dày (mm) Bề dày (m) Tổn thất (Pa)

Hình 3.2 Mô hình thì nghiệm xác định vận tốc sôi, tổn thất áp suất

Mục đích thí nghiệm là xác định tổn thất áp suất qua lớp hoa và chiều cao lớp hoa sôi theo sự thay đổi của vận tốc gió, do đó hệ thống thí nghiệm được bố trí như Hình 3.2, quạt ly tâm (2) với động cơ điện (1) kết nối với bộ điều chỉnh tần số điện nguồn để điều khiến tốc độ quay mô tơ quạt từ đó thay đổi được lưu lượng gió đi vào hệ thống thí nghiệm Ưu điểm của bộ điều tốc dimmer điện trở là hệ thống có thể điều chỉnh vận tốc gió linh hoạt theo các giá trị mong muốn Gió ra khỏi quạt ly tâm được qua qua ống dẫn gió (3) rồi dẫn qua lớp sàn lưới (8), bên trên sàn lưới buồng bố trí lớp hoa Dụng cụ đo vận tốc gió (4) và đo tổn thất áp suất (6) được bố trí tại đầu vào và đầu ra của buồng thí nghiệm Để xác định chiều cao lớp hạt sôi, trong buồng thí nghiệm có bố trí thước đo độ cao (5) tính từ mặt sàn lưới h Phạm vi thí nghiệm

Thông số đầu vào là bề dày lớp hạt, vận tốc gió

Mục tiêu của thí nghiệm: Xác định vận tốc sôi tối thiểu, chiều cao sôi của hoa ở vận tốc sôi tối thiểu, tổn thất áp suất qua lớp hoa ở vận tốc tối thiểu i Kết quả

Vận tốc sôi tối thiểu: Tại vận tốc 1m/s thì tất cả các trường hợp lớp hoa có bề dày 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 35mm đều đứng yên chưa sôi Tại vận tốc 1,5 m/s thì tất cả trường hợp hoa có bề dày15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 35mm đều sôi

Lớp hoa bề dày 15mm chiêu cao sôi 70mm, bề dày 20mmm chiều cao sôi 55mm, bề dày 25mm chiều cao sôi 55mm, bề dày 30mm và 35mm có chiều cao sôi tương đương nhau là 40mm Hình ảnh và chiều cao lớp hoa sôi xem được thể hiện tại phần phụ lục 9

Hình 3.3 Tổn thất áp suất tại vận tốc sôi tối thiểu 1,5 m/s Thực nghiệm xác định tổn thất áp suất qua bề dày lớp hoa khác nhau tại vận tốc sôi tối thiểu được xác định ở thực nghiệm trước Kết quả trên hình 3.3 cho ta thấy được tổn thất áp suất qua lớp hoa có bề dày 35mm là lớn nhất, thấp nhất là lớp hoa có bề dày 15mm Nhìn vào dữ liệu thì nhận thấy bề dày 15mm, 25mm tổn thất áp suất có tính ổn định cao hơn so với các lớp còn lại Ban đầu không khí được nén vào buồng sấy bên dưới lớp hoa, áp suất tăng dần nhưng chưa vượt qua được trở lực của lớp hoa tươi, sau khi đạt tới áp suất tới hạn thì lớp hoa bắt đầu sôi, khi đó có khoảng trống giữa các bông hoa, nhờ vậy dòng khí thoát ra được dẫn đến áp suất giảm dần sau đó ổn định ở một mức phù hợp với mẫu thí nghiệm.

Thông số thiết kế

Từ các thông số yêu cầu ban đầu xét về khối lượng sản phẩm sấy, loại sản phầm sấy, vị trí lắp đặt hệ thống cũng như là chế độ sấy cho sản phẩm mà tính toán được các thông số hệ thống máy về thông số nhiệt, về thông số kích thước hệ thống, về thông số năng lượng của hệ thống, do đó các thông số thiết kế ban đầu đưa ra như sau:

Tổ n t hất áp s uất [Pa]

Dày 15mm - 1.5m/sDày 20mm - 1.5m/sDày 25mm - 1.5m/sDày 30mm - 1.5m/sDày 35mm - 1.5m/s

❖ Sản phẩm sấy: Hoa Lavender Costa

+ Khối lượng sản phẩm tươi: G1 = 2kg/mẻ

+ Khối lượng riêng: ρ vl = 172,9 (kg/m 3 )

+ Ẩm độ trung bình ban đầu: ω1 = 75,1 %

❖ Vị trí lắp đặt máy: Thành phố Hồ Chí Minh, căn cứ vào QCVN02 – 2009/BXD Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Số Liệu Điều Kiện Tự Nhiên Dùng Trong Xây Dựng ta chọn thông số nhiệt độ, độ ẩm của môi trường như bên dưới

+ Trung bình nhiệt độ bầu khô: 27,4 o C

❖ Chế độ sấy: sấy bơm nhiệt – tầng sôi với thông số

+ Nhiệt độ trong buồng sấy: t = 52 o C

+ Độ ẩm TNS sau khi ra khỏi buồng sấy: 85%

+ Thời gian sấy lý thuyết: = 0,8 giờ

+ Kích thước buồng sấy: 300 x 300 x 600mm

Tính toán quá trình sấy

3.3.1.Tính toán về phía tác nhân sấy

Trường hợp tính toán được xét là không có hồi lưu Không khí tại điểm 1 có điều kiện như môi trường tự nhiên đi qua dàn lạnh giảm nhiệt độ tách nước khi ra khỏi dàn lạnh có trạng thái 2, sau đó đưa qua dàn nóng gia nhiệt đến nhiệt độ sấy tại điểm 3 không khí nóng được quạt đưa vào buồng sấy, không khí ra khỏi buồng sấy tại điểm 4 và thải ra ngoài môi trường, chu trình như vậy cứ thế tiếp diễn

Thông số làm việc tại các điểm nút Điểm 1 Áp suất hơi bão hòa p = exp 12,031 −4026,42

235 + 27,4 = 0,036 (bar) Dung ẩm tác nhân sấy d = 0,622 φ p p − φ p , ( kg kgkk) (3.13) d = 0,622 0.78 × 0,036

1 − 0,78 × 0,036= 0,018 kg/kgkk Entanpi tác nhân sấy

Chọn nhiệt độ không khí ra khỏi dàn lạnh bằng t 2 = 13 o C, thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí Thông thường độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi dàn lạnh có độ ẩm tương đối φ2 = 97% Áp suất hơi bão hòa p = exp 12,031 − 4026,42

235 + 13 = 0,0149(bar) Dung ẩm tác nhân sấy d = 0,622 φ p p − φ p = 0,622 0,97 × 0,0149

1 − 0,97 × 0,0149 = 0,00912 kg/kgkkk Entanpi tác nhân sấy

I = 1,006 × 13 +0,00912× (2500,77 + 1,84 × 13) = 36,1 kJ/kgkk Điểm 3 Đây là quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm d 3 = d 2 = 0,00912 kg/kgkk t3 = 52 o C p = exp 12,031 − 4026,42

Không khí nóng được đưa vào và ra khỏi buồng sấy, tại đây không khí trao đổi nhiệt và ẩm với vật liệu sấy Quá trình này là quá trình đẳng entanpi

Chọn nhiệt độ TNS ra khỏi buồng cao hơn nhiệt độ môi trường 2 o C, như vậy ta có nhiệt độ ra khỏi buồng sấy t 4 = 29,4 o C p = exp 12,031 − 4026,42

Bảng 3.4 Thông số các điểm nút của quá trình sấy lý thuyết Điểm Nhiệt độ t

3.3.2 Tính toán về phía sản phẩm sấy

Khối lượng sản phẩm đầu vào

Lượng ẩm cần tách ra trong một mẻ sấy

100 − 10 = 1,444 (kg) (3.17) Khối lượng sản phẩm sau khi sấy

G 2 = G 1 – W = 2 – 1,444 = 0,5556 (kg) (3.18) Lượng ẩm thải ra

Lưu lượng khối lượng tác nhân sấy cần cung cấp để tách 1kg ẩm từ vật liệu sấy l = 1 d − d = 1

Lưu lượng khối lượng tác nhân sấy cần cung cấp

L = l W = 111,4 × 1,806 = 201,19 kg/h (3.21) Thể tích riêng của tác nhân sấy ở 52 o C là 0,9348502 m 3 /kg

Lưu lượng thể tích tác nhân sấy cần cung cấp

 Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao vật liệu sấy

Thể tích của 2kg hoa

Chọn kích thước buồng sấy là 300x300mm

Chiều cao lớp hoa nằm trên ghi

Như vậy ta chọn chiều cao buồng sấy là 600mm

Do kích thước hoa bé nên tỉ lệ diện tích trống của ghi chọn khoảng 40 %

Diện tích thực tế mà TNS đi qua

S = (0,3 × 0,3) × 0,4 = 0.036m (3.25) 3.3.3 Tính toán quá trình sấy thực

Cân bằng nhiệt quá trình sấy

Phương trình cân bằng nhiệt:

QCS+ QBS+ QA = QVL+ QBC+ QTNS (3.26) a Nhiệt cấp cho quá trình sấy

(3.27) q = l (I − I ) (3.28) q = 111,4 × (75,9 − 36,1) = 4432,72 kJ kg ẩm b Nhiệt bổ sung,

Do không có cấp nhiệt bổ sung nên Q BS = 0 c Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào QA

C a = 4,187 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của nước chứa trong VLS d Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Q = G C (t − t ), kW (3.31) t v - Nhiệt độ vật liệu sấy trước khi vào buồng sấy, o C tr - Nhiệt độ vật liệu sấy khi ra khỏi buồng sấy, o C

C VL - Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω, kJ/kg.K

C vk - là nhiệt dung riêng của vật liệu khô, kJ/kg.độ

Nội suy để tìm nhiệt dung riêng của vật liệu khô ở độ ẩm 75% (0,75)

Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy t R + 29,4

1.444 = 20.47( kJ kg ẩm) (3.36) e Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che

Buồng sấy là một hình hộp được làm tôn tráng kẽm dày 0.75mm hệ số dẫn nhiệt là 46W/mK với kích thước 0,3 x 0,3 x 0,6 m, cách nhiệt dày 25mm hệ số dẫn nhiệt là 0,032W/mK Theo [1] ta áp dụng công thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α 1 giữa TNS với vách bên trong của buồng sấy, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 giữa vách bên ngoài của buồng sấy với không khí xung quanh t w1 : Nhiệt độ bề mặt vách bên trong buồng sấy, o C t w2 : Nhiệt độ bề mặt vách bên ngoài buồng sấy, o C

Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưa giữa TNS với mặt trong của vách q = 1,715∆t , = 1,715(t − t ) , , W/m K (3.37) Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt qua vách q = ∑ (t − t ), W/m K (3.38)

Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưa giữa mặt ngoài của vách với không khí xung quanh q = 1,715∆t , = 1,715(t − 27,4) , , W/m K (3.39) Giả sử nhiệt độ bề mặt trong của vách tw1 có nhiệt độ 35.3 o C ta có q = 1,715 × (40,7 − 35,3) , = 3 W/m K (3.40) Xem quá trình truyền nhiệt là ổn định nên q 2 = q 1

Nhiệt độ bề mặt vách bên ngoài buồng sấy t = t − q ∑ (3.41) t = 35,3 − 3 × 0,00075

Kiểm tra ta thấy q3 = q2 = q1 như vậy chọn tw1 có nhiệt độ 35,3 o C là hợp lý

Diện tích xung quanh buồng sấy

Q BC - Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che (kW)

1,444= 4,19 kJ kg ẩm (3.45) f Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy mang đi q = l C (d ) (t − t ) (3.46) q = 111,4 × 1,0269 × (29,4 − 27) = 228,8 kJ kg ẩm

Q = q W = 228,8 × 1,444 = 330,38kJ (3.47) Như vậy nhiệt tổn thất khi làm bay hơi 1kg ẩm

∆= 114,53 − (20,47 + 4,19 + 228,8) = −138,93 kJ kg ẩm Xác định thông số TNS sau quá trình sấy thực

Hình 3.4 Đồ thị I-d quá trình sấy thực

Bảng 3.5 Thông số các điểm nút của quá trình sấy thực Điểm Nhiệt độ t

Lưu lượng khối lượng TNS cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm tại quá trình sấy thực l = 1 d − d = 1

0,01781 − 0,00912= 115,01 kgkk kg ẩm Lưu lượng khối lượng tác nhân sấy cần cung cấp

L = l W = 115,01 × 1,806 = 207,7kg h = 0,0577kg s Thể tích riêng của tác nhân sấy ở 52 o C là 0,9348502 m 3 /kg

Lưu lượng thể tích tác nhân sấy cần cung cấp

V = 207,7 × 0,9348502 = 194,168 m /h (3.50) Tốc độ sấy được tính theo công thức

Mt: độ ẩm của VLS tại thời gian sấy t;

M t+∆t : độ ẩm của VLS tại thời gian sấy t+∆t

Công suất dàn làm lạnh tách ẩm

Công suất dàn gia nhiệt

Vận tốc gió thực tế là

Trở lực của lớp hoa

3.3.5.Tính toán chu trình bơm nhiệt

Chọn lựa môi chất lạnh

Các loại môi chất lạnh được dùng phổ biến cho bơm nhiệt hiện nay trên thị trường Việt Nam gồm R410A, R32, R134a, CO2…trong số này R134a thuộc dòng áp suất làm việc cấp trung bình (các loại môi chất còn lại thuộc dòng áp suất cao) phù hợp với điều kiện chế tạo hiện nay tại Việt Nam đối với loại thiết bị trao đổi nhiệt loại ống cánh Do áp suất làm việc ở mức trung bình vì vậy an toàn trong quá trình sử dụng Song song đó R134a có ODP bằng 0, chỉ số GWP tốt hơn R410A, hiệu suất lạnh cũng cao hơn so với R410A, R32, việc tìm kiếm mua sắm dễ dàng Chính vì các lý do này mà môi chất lạnh R134a sẽ được lựa chọn cho bơm nhiệt Chọn nhiệt độ ngưng tụ

Chọn nhiệt độ môi chất lạnh trong dàn ngưng cao hơn nhiệt độ TNS (không khí) là 4 o C t k = t TNS + 4 o C = 52 + 4V o C (3.57)

Chọn nhiệt độ bay hơi

Căn cứ vào nhiệt độ TNS, chủng loại máy nén mà ta chọn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong dàn lạnh thấp hơn nhiệt độ TNS (không khí) là 5 o C t o = t 2TNS – 5 = 13 – 5= 8 o C (3.58) Độ chênh nhiệt độ hơi quá nhiệt ∆t qn = 5 o C Độ chênh nhiệt độ lỏng quá lạnh ∆tql = 5 o C

Hình 3.5 Đồ thị chu trình bơm nhiệt

Bảng 3.6 Thông số các điểm nút của chu trình bơm nhiệt Điểm Nhiệt độ oC Áp suất kPa

Entanpi kJ/kg Độ khô

Năng suất lạnh riêng q o q o = h 7 – h 6 = 255 – 125 = 130 kJ/kg (3.59) Lưu lượng môi chất lạnh mR m = Q h − h = 2.37

Công suất dàn ngưng tụ

Lượng tách ẩm riêng (chỉ sô SMER) được xác định theo công thức như sau:

(3.65) E: tổng điện năng tiêu hao (kWh)

3.3.6.Tính toán thiết kế dàn lạnh a Các thông số thiết bị khi làm việc

- Lưu chất qua dàn lạnh: không khí

 Nhiệt độ không khí vào: t1TNS = 27,4 o C, φ1TNS = 78%

 Nhiệt độ không khí ra: t2TNS = 13 o C

- Lưu lượng môi chất lạnh: G = 0,01823 kg/s b Thông số kết cấu dàn lạnh

- Đường kính trong của ống d i = 8,8mm

- Đường kính ngoài do = 9,6 mm

- Hệ số dẫn nhiệt của ống o = 390 W/mK

- Khoảng cách các ống S 1 = 25,4 mm, S 2 = 22 mm ống sắp xếp tam giác đều Hệ số thực nghiệm đối với chum ống bố trí so le C o =0,45 [2]

Cánh nhôm, bước cánh Sc = 1,8 mm, độ dày cánh δc = 0,12 mm, hệ số dẫn nhiệt của cánh c = 203,5 W/mK Hình dạng cánh của mỗi ống là cánh lục giác đều Đối với cánh lục giác đều hệ số thực nghiệm Cc = 0,203 và hệ số nc = 0,65 [2] Chiều dài mỗi đoạn ống của dàn lạnh L đoạn ống 90mm

Bảng 3.7 Kết cấu ống cánh dàn lạnh c Tính toán

Chia hình lục giác đều thành 6 tam giác đều, diện tích cánh sẽ bằng tổng diện tích của 6 tam giác đều trừ đi diện tích bên ngoài của ống chiếm chỗ de = S 1 /2 = 25,4/2 = 12,7 mm (3.66)

Xác định chiều dài đoạn df của tam giác vuông def df = de/cos30 o = 14,66 mm (3.67) Chiều cao cánh h = de −d

Diện tích của 1 tam giác đều:

Diện tích cánh lục giác (đã trừ đi diện tích ống chiếm chỗ) f = 6 × S − π × d

4 = 486,3744mm = 0,0004864m Diện tích bề mặt trong của ống trơn ứng với 1 mét ống F i

Diện tích bề mặt ngoài của ống trơn ứng với 1 mét ống F o :

Diện tích cánh truyền nhiệt của cánh trên 1 m ống F c :

F = 2 × f × n = 2 × 0,0004864 × 555 = 0,54m /m (3.74) Diện tích phần ống đồng không làm cánh ứng với 1 mét chiều dài ống F okc (m 2 /m):

F = 3,14 × 9,6 × 10 × (1 − 555 × 0,12 × 10 ) = 0,02813m /m Diện tích bề mặt ngoài (gồm cánh và ống) ứng với 1m ống

Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua dàn lạnh: t =t + t

Với t tbTNS , dùng EES ta tìm được thông số vật lý của không khí tương ứng là:

Hệ số dẫn nhiệt λ k 1-2 = 0,02589 (W/m.K), Độ nhớt động học lực học 1-2 = 0,00001822 kg/m.s,

Tiêu chuẩn Prandtl Pr 1-2 = 0,7082 Độ nhớt động học ν1-2 ν =μ ρ = 0,00001822

Tỷ lệ diện tích tự do lưu thông không khí chỗ hẹp nhất fe và tiết diện hứng gió fy được gọi là hệ số hứng dòng f ey f =f f (3.80) f =(S − d ) × (S − δ )

25,4 × 1,8 = 0,5806 Theo AHRI 410 tốc độ gió qua dàn lạnh trong phạm vi từ 1 đến 4m/s, ta chọn tốc độ hứng gió của dàn lạnh v o 1-2 là 1,6 m/s

Vận tốc gió qua chỗ hẹp nhất của dàn lạnh vmax 1-2 v =v f = 1,6

0,00001534 = 323,5 Áp dụng công thức 16.3 của [2] ta có công thức tính cường độ tỏa nhiệt về phía không khí αk 1-2 (W/m 2 K) như sau: α = C ×λ

Do nhiệt độ phân bố trên bề mặt cánh không đồng đều, ở gốc cánh nhiệt độ bằng nhiệt độ bề mặt ngoài của ống, độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và không khí là lớn nhất Theo chiều cao của cánh nhiệt độ tăng dần và độ chênh nhiệt độ cũng giảm theo nên khả năng truyền nhiệt của cánh cũng kém hơn, để xét ảnh hưởng này người ta dùng khái niệm hiệu suất cánh theo công thức 16.4 [2] n = tanh (m × l ) m × l (3.83) lc: chiều cao tương đương của cánh, m

Chiều dài đường cao tam giác đều ABC

Bán kính ngoài của ống r =d

Do cánh hình lục giác, áp dụng công thức 16.10 của [2] chiều cao tương đương của cánh l c được tính như sau: l = (R − r ) × 1 + 0.805 × lg 1.27 × R r L

Tra phụ lục 20 của [2] ta tìm được

Nội suy để tìm tanh(0,638)

Do cường độ toả nhiệt trên toàn bộ bề mặt cánh không đồng đều, thường chọn hệ số không đồng đều Ψ = 0,85 [2]

Cường độ tỏa nhiệt về phía không khí α 1-2 (W/m 2 K) của cánh khi xét đến hiệu suất cánh, hệ số tỏa nhiệt không đồng đều được tính như sau: α = α × n × Ψ = 41,13 × 0,88 × 0,85 = 30,8 W/m K (3.90)

Hệ số tỏa nhiệt về phía môi chất khi sôi trong ống

Dựa trên các công thức tính toán ở Phụ lục 1, quy trình tính toán và công cụ tính toán là Excel giản đồ pha, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu h khi sôi của R134a đã được xây dựng Ở trạng thái bắt đầu sôi ứng với giá trị độ khô x < 0,32, quá trình đang sôi ở vùng chảy cột hơi và vùng chảy tầng gợn sóng Khi độ khô tăng vượt quá x = 0,32 thì quá trình sôi trong vùng chảy tầng gợn sóng, cho đến khi bắt đầu khô bề mặt ống ở điểm x = 0,96 và kết thúc quá trình sôi trong vùng khô này ở trạng thái ứng với độ khô x = 1 Hiện tại đang xem môi chất ra khỏi dàn lạnh ở độ khô x = 1

Hình 3.6 Giản đồ pha quá trình sôi trong ống nằm ngang - R134a - t = 8oC q = 4,8kW/m 2

Dòng l ưu l ượng G (kg/m 2s) Độ khô - x [-]

G_wavy G_strat G_Dryout G_mist G XIA G_Slug h Vùng chảy gián đoạn

Vùng chảy tầng gợn sóng Vùng chảy cột hơi + Vùng chảy tầng gợn sóngVùng chảy cột hơi

Như vậy hệ số tỏa nhiệt khi sôi trung bình trong ống: α = 1400W/m K

Tính độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

Rb: Nhiệt trở lớp bụi chọn khoảng 0,0003 m 2 K/W

R cn : Nhiệt trở do cáu cặn phát sinh về phía môi chất, ước lượng 0,00003 m 2 K/W Mặc dù là thiết bị mới tuy nhiên sau một thời gian hoạt động thì vẫn có bám bụi, cáu cặn nên các giá trị nhiệt trở do lớp bụi, lớp cáu cặn vẫn được xem xét tính toán

R c : Nhiệt trở tiếp xúc giữa cánh và bề mặt ống 0,005 m 2 K/W

Các giá trị nhiệt trở trên được tham khảo trong tài liệu [2].

Nhiệt trở của vách ống

Hệ số truyền nhiệt được tính qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngoài sẽ là k = 1 α + R + R + R + R + 1 α × β , W/m K (3.94) k = 1

Mật độ dòng nhiệt quy đổi về phía không khí q = k ×∆t 1−2 = 18,9 × 10,62 = 200,72 W/m (3.95) Diện tích bề mặt ngoài của thiết bị

Chiều dài đoạn ống cánh dàn lạnh tính theo bề mặt ngoài

Kiểm tra lại tổng chiều dài ống cánh dàn lạnh

Mật độ dòng nhiệt quy đổi về bề mặt trong của ống q = β × k ×∆t 1−2 , W/m (3.98) q = 20,5 × 18,9 × 10,62 = 414,7 W/m

Diện tích bề mặt trong của thiết bị

Chiều dài đoạn ống cánh dàn lạnh tính theo bề mặt trong

So sánh ta thấy L và L có chiều dài như nhau, như vậy tính toán trên là hợp lý Tổng số ống n ố = L

Thực tế đang chế tạo là 60 ống do có dự phòng thêm công suất thiết bị

Hình 3.7 Hình vẽ 3D dàn lạnh

Chi tiết dàn trao đổi nhiệt xem phần Phụ lục 5 – Bản vẽ chế tạo Dàn lạnh

3.3.7.Tính toán, thiết kế dàn ngưng tụ a Các thông số thiết bị khi làm việc

- Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 56 o C

- Áp suất ngưng tụ: P k = 1529kPa

- Lưu chất qua dàn ngưng tụ: không khí

 Nhiệt độ không khí vào: t 2TNS = 13 o C, φ 2TNS = 97%

 Nhiệt độ không khí ra: t 3TNS = 52 o C

- Tổng lưu lượng môi chất lạnh G = 0,01823 kg/s b Thông số kết cấu dàn ngưng

Dùng ống đồng cánh nhôm Đường kính trong của ống d i = 11,8mm Đường kính ngoài do = 12,7 mm Độ dày ống δo = 0,45 mm Do dàn ngưng tụ hoạt động ở áp suất cao, để đảm bảo an toàn trong sử dụng nên bề dày ống được lựa chọn như trên Và với độ dày như vậy thì trên thị trường thực tế ống nhỏ nhất để đáp ứng là ống có đường kính ngoài d o = 12,7 mm

 Khoảng cách các ống S 1 = 31,75 mm, S 1 = 27,5 mm ống sắp xếp tam giác đều

 Bước cánh Sc = 1,8 mm Chiều dày cánh δc = 0,15 mm

 Chiều dài mỗi đoạn ống của dàn nóng L đoạn ống = 390mm

 Hệ số thực nghiệm đối với chùm ống bố trí so le Co = 0,45 [2]

Chia hình lục giác đều thành 6 tam giác đều, diện tích cánh sẽ bằng tổng diện tích của 6 tam giác đều trừ đi diện tích bên ngoài của ống chiếm chỗ ab = S 1 /2 = 31,75/2 = 15,88 mm (3.102)

Xác định chiều dài đoạn ac của tam giác vuông abc ac = ab/cos30 o = 18,33 mm (3.103) Chiều cao cánh h = ab −d

Diện tích của 1 tam giác đều

Diện tích cánh lục giác (đã trừ đi diện tích ống chiếm chỗ) f = 6 × S − π × d

4 = 746,6mm = 0,0007466m Bảng 3.8 Kết cấu ống cánh dàn ngưng tụ

Diện tích bề mặt trong của ống trơn ứng với 1 mét ống F i

Diện tích bề mặt ngoài của ống trơn ứng với 1 mét ống F o

Diện tích cánh truyền nhiệt của cánh trên 1 m ống F c

Diện tích phần ống đồng không làm cánh ứng với 1 mét chiều dài ống F okc (m 2 /m)

Diện tích bề mặt ngoài (gồm cánh và ống) ứng với 1m ống

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí

Nhiệt độ không khí trước dàn ngưng t 2TNS = 13 o C

Nhiệt độ không khí sau dàn ngưng t 3TNS = 52 o C

Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua dàn ngưng t =t + t

2 = 32,5 C (3.114) Độ tăng nhiệt độ không khí qua dàn ngưng

Nhiệt độ ngưng tụ t k , chọn nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ gió ra 4oC t k = 52+4 = 56 o C (3.116)

Với ttbTNS, dùng EES ta tìm được thông số vật lý của không khí tương ứng là: Khối lượng riêng ρ 2-3 1,14 (kg/m 3 ), hệ số dẫn nhiệt λ k 2-3 0,0268 (W/m.K), độ nhớt động học lực học 2-3 0,00001881 kg/m.s, tiêu chuẩn Prandtl Pr 2-3 0,7066 Độ nhớt động học ν 2-3 ν =μ ρ =0,00001881

Tỷ lệ diện tích tự do lưu thông không khí chỗ hẹp nhất feDN và tiết diện hứng gió f yDN được gọi là hệ số hứng dòng f eyDN : f =f f (3.118) f =(S − d ) × (S − δ )

31,75 × 1,8 = 0,55 Theo AHRI 410 tốc độ gió qua dàn trong phạm vi từ 1 đến 4m/s, ta chọn tốc độ hứng gió của dàn lạnh v o 2-3 là 1,3 m/s

Vận tốc gió qua chỗ hẹp nhất của dàn nóng vmax 2-3 v =v f = 1,3

0,0000165 = 1819 Áp dụng công thức 16.12 của [2] trang 487 xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí: α = C ×λ d × Re , × F

THỰC NGHIỆM SẤY HOA LAVENDER TRÊN MÁY SẤY BƠM NHIỆT TẦNG SÔI

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thực nghiệm quá trình sấy sản phẩm hoa Lavender trên hệ thống sấy bơm nhiệt tầng sôi được tiến hành với các thí nghiệm như sau:

- Thí nghiệm sấy đánh giá các thông số ảnh hưởng của quá trình sấy – xây dựng đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy, so sánh đánh giá hiệu quả của nhiệt độ sấy, bề dày sản phẩm sấy đến quá trình, so sánh sự hiệu quả của hệ thống sấy bơm nhiệt tầng sôi so với sấy bơm nhiệt

- Thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm – thí nghiệm bậc 1, thí nghiệm bậc 2

Vật liệu và trang thiết bị dùng trong thực nghiệm

Vật liệu thí nghiệm ở đây là hoa Lavender dòng Costa được trồng tại Pibo Lavender Farm Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam b)Thiết bị và dụng cụ đo

Thiết bị: Máy sấy bơm nhiệt tầng sôi đã được thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, nội dung này đã được trình bày tại chương 3

Các dụng cụ đo sử dụng được mô tả như bên dưới

Stt Hình ảnh Mô tả thiết bị

1 Cân khối lượng hoa, mã hiệu AND FEH-

Nhiệt kế đo nhiệt độ khô, nhiệt độ ướt Hãng sản xuất Alla France Dãy đo từ 0 o C đến 100 o C, thang chia 1 o C

Sử dụng Fox1004 đo nhiệt độ độ chính xác ±1% rdg ± 1 digit, Fox-1H ±5% rdg ± 1 digit đo độ ẩm của tác nhân sấy tại các điểm 1, 2, 3 Thiết bị đo có nguồn gốc từ Hàn Quốc

Sử dụng thiết bị tự ghi nhiệt độ, độ ẩm của tác nhân sấy tại các điểm 1, 2, 3 Mã hiệu VELT-THR-1 của hãng Vieltech Technology, độ chính xác ±0.3℃ (25℃), ±2%RH(5~95%RH, 25℃)

5 Đo cường độ dòng điện, mã hiệu VC3267+, sai số ± (3.0% + 3d)

6 Đo áp suất ngưng tụ, áp suất hút của hệ bơm nhiệt

7 Điện năng tiêu thụ Chính Thái - Việt Nam PANSONG- 1 Pha 5(40)A - PS178 (LSE)

Thí nghiệm sấy đánh giá các thông số ảnh hưởng của quá trình sấy

Thí nghiệm được tiến hành ở các điều kiện như sau:

Bề dày sản phấm: 15, 20, 25, 30, 37 mm

Phương pháp sấy: Bơm nhiệt tầng sôi, bơm nhiệt

Dựa trên các kết quả thí nghiệm để phân tích đánh giá các thông số ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm, thời gian sấy, điện năng tiêu thụ, so sánh sự hiệu quả của hệ thống sấy bơm nhiệt tầng sôi so với sấy bơm nhiệt, xây dựng đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy của quá trình sấy sản phẩm

4.3.1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ sấy a Kết quả thực nghiệm:

Hình 4.1 Đường cong sấy bề dày VLS 20mm nhiệt độ TNS thay đổi

Thực nghiệm đã được thực hiện trên máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với bề dày lớp hoa cố định là 20mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% Kết quả Dữ liệu thể hiện trong Hình 4.1, ở nhiệt độ sấy 40°C, thời gian sấy khô là rất dài, trong khi ở nhiệt độ 50°C, thời gian sấy rất ngắn Cụ thể hơn, để làm khô hoa lavender ở 40°C mất đến

735 phút, ở 45°C mất 450 phút và ở 50°C chỉ mất 420 phút Nhưng một điều quan

Dày 20mm - 40oCDày 20mm - 45oCDày 20mm - 50oC trọng thu được từ kết quả số liệu sự chênh lệch về thời gian sấy giữa 45°C và 50°C là không đáng kể, chênh lệch nhau chỉ 6.7%

Hình 4.2 Đường tốc độ sấy bề dày VLS 20mm nhiệt độ TNS thay đổi

Hình 4.2 biểu diễn đường tốc độ sấy với bề dày lớp hoa cố định là 20mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Với bề dày VLS 20mm tốc độ sấy ở mức nhiệt độ 50 o C cao hơn so với 2 mức còn lại trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 75% đến 38%, điều này chứng minh được cho thời gian sấy ngắn hơn, tốc độ sấy thấp nhất thuộc về trường hợp 40°C Trường hợp 45°C, tốc độ sấy có sự gia tăng đột ngột trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 75% đến 38%, đây là điều phải cần làm rõ thêm ở nghiên cứu sau

Hình 4.3 Chỉ số SMER (gw/kWh) bề dày VLS 20mm nhiệt độ TNS thay đổi

Tố c đ ộ sấy - MR [%/ ph út] Ẩm độ vật liệu sấy - W [%]

Dày 20mm - 40oC Dày 20mm - 45oC Dày 20mm - 50oC

Dày 20mm - 40oC Dày 20mm - 45oC Dày 20mm - 50oC

Hình 4.3 biểu diễn chỉ số SMER với bề dày lớp hoa cố định là 20mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Cùng với thời gian sấy ngắn hơn thì chỉ số SMER ở mức 50°C cao hơn so với 2 mức còn lại

Hình 4.4 Đường cong sấy bề dày VLS 25mm Nhiệt độ TNS Thay đổi

Thực nghiệm đã được thực hiện trên máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với bề dày lớp hoa cố định là 25mm, nhiệt độ thay đổi ở 4 mức 40°C, 45°C, 50°C, 52°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% Kết quả dữ liệu thể hiện trong Hình 4.4, ở nhiệt độ sấy 40°C, thời gian sấy khô là rất dài, trong khi ở nhiệt độ 52°C, thời gian sấy rất ngắn là 165 phút Cụ thể hơn, để làm khô hoa lavender ở 40°C mất đến 855 phút, ở 45°C mất 615 phút, 50°C là 210 phút Nhưng một điều quan trọng thu được từ kết quả số liệu sự chênh lệch lớn về thời gian sấy giữa 45°C và 50°C

Hình 4.5 bên dưới biểu diễn đường tốc độ sấy với bề dày lớp hoa cố định là 25mm, nhiệt độ thay đổi ở 4 mức 40°C, 45°C, 50°C, 52°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Với bề dày VLS 25mm tốc độ sấy ở mức nhiệt độ 52 o C luôn duy trì cao hơn so với 3 mức còn lại trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 75% đến 10%, điều này chứng minh được cho thời gian sấy ngắn hơn, tốc độ sấy thấp nhất thuộc về trường hợp 40°C Trường hợp

Dày 25mm - 40oCDày 25mm - 45oCDày 25mm - 50oCDày 25mm - 52oC

50°C và 52oC, tốc độ sấy có thời điểm trùng khớp nhau ở thời điểm ẩm độ VLS là 42% đến 39%

Hình 4.5 Đường tốc độ sấy bề dày VLS 25mm nhiệt độ TNS thay đổi

Hình 4.6 Chỉ số SMER (gw/kWh) bề dày VLS 25mm nhiệt độ TNS thay đổi Hình 4.6 biểu diễn chỉ số SMER với bề dày lớp hoa cố định là 20mm, nhiệt độ thay đổi ở 4 mức 40°C, 45°C, 50°C, 52°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Tương quan với thời gian sấy ngắn hơn thì chỉ số SMER ở mức 52°C cao hơn so với 3 mức còn lại

Kết quả dữ liệu thể hiện trong Hình 4.7 là thực nghiệm đã được thực hiện trên máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với bề dày lớp hoa cố định là 30mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% Ở nhiệt độ sấy 40°C, thời gian sấy khô là rất dài, trong khi ở nhiệt độ 50°C,

Tố c đ ộ sấy - MR [%/ ph út] Ẩm độ vật liệu sấy - W [%]

Dày 25mm - 40oC Dày 25mm - 45oC Dày 25mm - 50oC Dày 25mm - 52oC

19,93Dày 25mm - 40oC Dày 25mm - 45oC Dày 25mm - 50oC Dày 25mm - 52oC thời gian sấy rất ngắn là 210 phút Cụ thể hơn, để làm khô hoa lavender ở 40°C mất đến 735 phút, ở 45°C cần 435 phút Nhưng một điều quan trọng thu được từ kết quả số liệu sự chênh lệch lớn về thời gian sấy giữa 45°C và 50°C Độ chênh lệch giữa thời gian sấy ở nhiệt độ 45°C và 50°C thấp hơn so với 40°C và 45°C

Hình 4.7 Đường cong sấy bề dày VLS 30mm nhiệt độ TNS thay đổi

Hình 4.8 Đường tốc độ sấy bề dày VLS 30mm nhiệt độ TNS thay đổi

Hình 4.8 biểu diễn đường tốc độ sấy với bề dày lớp hoa cố định là 30mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Với bề dày VLS 30mm tốc độ sấy ở mức nhiệt độ 50 o C cao hơn so với 2 mức còn lại trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 75% đến 10%, điều này chứng minh được cho thời gian sấy ngắn hơn, tốc

Dày 30mm - 40oC Dày 30mm - 45oC Dày 30mm - 50oC

Tố c đ ộ sấy - MR [%/ phút] Ẩm độ vật liệu sấy - W [%]

Dày 30mm - 40oCDày 30mm - 45oCDày 30mm - 50oC độ sấy thấp nhất thuộc về trường hợp 40°C Trường hợp 50°C, tốc độ sấy có sự gia tăng đột ngột trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 43% đến 33%, đây là điều phải cần làm rõ thêm ở nghiên cứu sau Tốc độ sấy ở 2 mức còn lại ổn định thể hiện qua độ uốn lượn của đường cong tốc độ sấy

Hình 4.9 Chỉ số SMER (gw/kWh) bề dày VLS 30mm nhiệt độ TNS thay đổi Hình 4.9 cho ta thấy được chỉ số SMER với bề dày lớp hoa cố định là 30mm, nhiệt độ thay đổi ở 3 mức 40°C, 45°C, 50°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Cùng với thời gian sấy ngắn hơn thì chỉ số SMER ở mức 50°C cao hơn so với 2 mức còn lại

Hình 4.10 Đường cong sấy bề dày VLS 37mm nhiệt độ TNS thay đổi

Thực nghiệm đã được tiến hành trên máy sấy bơm nhiệt tầng sôi với bề dày lớp hoa cố định là 37mm, nhiệt độ thay đổi ở 2 mức 45°C, 52°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% Kết quả thu được thể hiện trên Hình 4.10, ở nhiệt độ sấy 45°C, thời gian sấy khô là rất dài cần đến 735 phút độ ẩm sản phẩm

18,10 Dày 30mm - 40oC Dày 30mm - 45oC Dày 30mm - 50oC

Dày 37mm - 45oCDày 37mm - 52oC mới đạt được ẩm độ 10%, trong khi ở nhiệt độ 52°C, thời gian sấy rất ngắn chỉ cần

165 phút ẩm độ sản phẩm đã đạt yêu cầu

Hình 4.11 Đường tốc độ sấy bề dày VLS 37mm Nhiệt độ TNS Thay đổi

Hình 4.11 biểu diễn đường tốc độ sấy với bề dày lớp hoa cố định là 37mm, nhiệt độ thay đổi ở 2 mức 45°C, 52°C với hoa lavender tươi có độ ẩm ban đầu từ 75% đến 10% bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi Với bề dày VLS 37mm tốc độ sấy ở mức nhiệt độ 52 o C cao hơn so với mức còn lại trong khoảng sản phẩm có độ ẩm từ 75% đến 10%, điều này phù hợp với thời gian sấy ngắn hơn

Với thời gian sấy ngắn hơn, tốc độ sấy cao hơn thì điều tất yếu là chỉ số SMER cũng lớn hơn nhiều so với mức 45°C

Hình 4.12 Chỉ số SMER (gw/kWh) bề dày VLS 37mm nhiệt độ TNS thay đổi b.Kết luận:

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Nghiên cứu tiến hành sấy hoa lavender bằng máy sấy bơm nhiệt tầng sôi để xác định chế độ sấy phù hợp cho hoa lavender, tiến hành thực nghiệm xác định các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến yếu tố chất lượng và kỹ thuật Theo dõi quá trình giảm ẩm của hoa, xác định thời gian sấy, xác định điện năng tiêu thụ Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên

4.4.1.Chọn yếu tố đầu vào

Do có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của phương pháp sấy bơm nhiệt tầng sôi, vì vậy trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm một vài thông số nếu nó ít ảnh hưởng hoặc không thể điều khiển được trong quá trình thực nghiệm sẽ được loại trừ Các yếu tố loại trừ sẽ được xem như là các yếu tố ngẫu nhiên gây nhiễu đến quá trình thực nghiệm Trên cơ sở lý thuyết, tất cả những yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình sấy bơm nhiệt tầng sôi không bao gồm nhiệt độ sấy, chủng loại hoa, độ ẩm ban đầu…

 Loại hoa (loại nguyên liệu): giới hạn nghiên cứu trên hoa Lavender Costa Đây là yếu tố cố định nên không thể chọn làm yếu tố đầu vào

 Độ ẩm ban đầu của hoa: theo độ ẩm trung bình của Lavender Costa khi đưa vào sấy khoảng 75%, với độ ẩm xác định từ nguồn nguyên liệu được nhập vào nên không thể thay đổi

 Máy sấy bơm nhiệt tầng sôi – dựa vào cơ sở lý thuyết sấy bơm nhiệt, sấy tầng sôi, tham khảo các sản phẩm máy sấy bơm nhiệt, máy sấy tầng sôi, mô hình đã được tính toán thiết kế chế tạo cho phù hợp Vì vậy các thông số kỹ thuật thiết bị là không thể thay đổi

 Nhiệt độ TNS: nhiệt độ TNS là yếu tố quan trọng trong quá trình sấy Theo nghiên cứu của Jacek Łyczko và cộng sự [32] nhiệt độ TNS ảnh hưởng đến thời gian sấy, hàm lượng tinh dầu trong hoa Vì vậy yếu tố nhiệt độ TNS được chọn làm yếu tố đầu vào (X1)

 Bề dày lớp hoa trên khay sấy: Theo tác giả Trần Văn Phú [1] bề dày lớp VLS trong sấy tầng sôi có ảnh hưởng đến quá trình sấy cụ thể ở đây là tiêu hao năng lượng Như vậy yếu tố bề dày VLS cũng được chọn làm yếu tố đầu vào (X 2 )

4.4.2.Chọn yếu tố đầu ra

 Thời gian sấy: đây là thời gian hoàn thành một mẻ sấy, là yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào yếu tố đầu vào là nhiệt độ Yếu tố thời gian sấy hoàn toàn có thể đo lường được nên được chọn làm yếu tố đầu ra (Y 1 )

 Tiêu thụ điện năng: việc giảm thiểu tiêu thụ điện năng trong quá trình sấy là vấn đề quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chi phí sản xuất, tình trạng thiếu điện hiện đang xảy ra cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường vì vậy được chọn làm yếu tố đầu ra (Y 2 )

Qua quá trình phân tích các yếu tố đầu vào bồm gồm các yếu tố nhiệt độ X1, bề dày lớp hoa X 2 ; yếu tố đầu ra bao gồm thời gian sấy Y 1 , điện năng tiêu thụ của quá trình sấy Y 2 Qua tham khảo các nghiên cứu trước đây, cũng như điều kiện thiết bị hiện có các thông số đầu vào được lựa chọn ở các mức nhiệt độ là 40, 45, 50oC, các mức bề dày 20, 25, 30mm Với các thông số vừa xác định có thể mô tả đối tượng nghiên cứu như một phần tử hộp đen

Mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra được xác định bằng phương pháp thống kê thực nghiệm Mối quan hệ này được đánh giá và kiểm tra định tính bằng phương pháp phân tích phương sai và định lượng bằng phương pháp phân tích hồi quy, hàm của bài toán được mô tả dưới dạng đa thức Do đặc điểm của quá trình nghiên cứu thực nghiệm nên mô hình được biểu diễn dưới hai dạng là mô hình bậc nhất và dạng đa thức bậc II Box & Hunter

Phương pháp đo đạc thực nghiệm: Các số liệu thí nghiệm cần xác định có hai loại là số liệu đo đạc trực tiếp và số liệu xác định gián tiếp Các số liệu đo đạc trực tiếp gồm nhiệt độ, ẩm độ, thời gian, khối lượng sản phẩm, điện năng tiêu thụ cho mỗi thí nghiệm Các số liệu đo đạc gián tiếp các số liệu phân tích chỉ tiêu chất lượng theo

Một số yếu tố ảnh hưởng khác, Ɛ i Điện năng tiêu thụ, Y 2 Thời gian sấy, Y 1 Thiết bị sấy đánh giá cảm quan, và chất lượng sản phẩm sau khi phân tích hóa lý

Phương pháp phân tích phương sai: Áp dụng phương pháp này để đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số nghiên cứu đến quá trình nghiên cứu chỉ là ngẫu nhiên hay thực sự có ảnh hưởng Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố có ảnh hưởng kém đến quá trình nghiên cứu cũng như mức độ tương quan, đồng thời còn giúp kiểm tra các giả thiết đồng nhất phương sai, độ tin cậy của các hệ số hồi quy, mức độ phù hợp của mô hình dựa theo tiêu chuẩn Fisher trong thực nghiệm

Nội dung xử lý số liệu thực nghiệm được thực hiện hoàn toàn trên máy tính gồm các bước sau:

+Bước 1: Xác định giá trị các hệ số hồi quy ở dạng đầy đủ

+Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa0,05

+Bước 3: Xác định lại giá trị các hệ số hồi quy theo hàm toán mới sau khi đã loại bỏ các hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy

+Bước 4: Tiến hành phân tích phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy mới, nếu vẫn không đảm bảo độ tin cậy thì nhất thiết phải cải tiến mô hình

Mô hình thống kê thực nghiệm chỉ có thể sử dụng sau khi đã thỏa mãn các tiêu chuẩn thống kê (Student và Fisher)

4.4.3.Mô hình thí nghiệm bậc nhất

Miền thực nghiệm giới hạn trong khoảng giữa điểm trên (giá trị mã hóa là +1), điểm dưới (giá trị mã hóa là -1)

 Số mức thí nghiệm là 3 bao gồm mức cơ sở (mức điểm 0 – mức trung tâm), mức trên (+1), mức dưới (-1)

 Số thí nghiệm cần phải tiến hành là:

Trong đó k: số yếu tố (số biến) nghiên cứu k = 2

2 2 = 4: số thí nghiệm ở mức trên và dưới n 0 =3: số thí nghiệm lặp ở mức trung tâm

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố nghiên cứu mô hình thí nghiệm bậc I

STT Mã hóa Nhiệt độ ( o C) Bề dày (mm)

Mô hình toán của quá trình được chọn là: y = bo + b1x1 + b2x2+b12x1x2 a Xác định hàm thời gian sấy y 1

Hàm để xác định thời gian sấy y 1 theo phương án thí nghiệm bậc 1 có dạng như sau: y 1 = b o + b 1 x 1 + b 2 x 2 +b 12 x 1 x 2

Sử dụng phần mềm Minitab ta có được phương trình hồi quy (PTHQ) dạng mã hóa là: y = 525 − 210x − 52,5x − 52,5x x , với ước lượng sai số tại tâm thí nghiệm (Ct Pt) +98,33

Chuyển sang dạng tự nhiên: với t ký hiệu cho nhiệt độ TNS, d ký hiệu cho bề dầy VLS x = t − 45

5 b Xác định hàm điện năng tiêu thụ y 2

Hàm để xác định điện năng tiêu thụ quá trình sấy y 2 theo phương án thí nghiệm bậc

Sử dụng phần mềm Minitab ta có được phương trình hồi quy dạng mã hóa là: y = 12,0525 − 4,3425x − 1,5075x − 1,1625x x , với ước lượng sai số tại tâm thí nghiệm (Ct Pt) +2,281

Chuyển sang dạng tự nhiên: với t ký hiệu cho nhiệt độ TNS, d ký hiệu cho bề dầy VLS x = t − 45

5 d − 25 5 với ước lượng sai số tại tâm thí nghiệm (Ct Pt) +2.281

4.4.4.Mô hình thí nghiệm bậc 2