tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sấy vải quả sử dụng năng lượng khí sinh học (Biogas

1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Vải thiều loại ăn quý có giá trị kinh tế dinh dưỡng cao, coi vua trái nước nhiệt đới Ở nước ta vải coi chủ lực vườn vải xếp vào danh mục đặc sản thiên nhiên tiếng Việt Nam [105] Sản phẩm vải nước ta tiêu thụ dạng tươi vải sấy khô chủ yếu Vải loại có thời gian thu hoạch ngắn (35- 40 ngày), dễ bị hư hỏng thời tiết nắng nóng vụ thu hoạch tạo áp lực tiêu thụ lớn đặc biệt vào đỉnh vụ, khối lượng sản phẩm lớn, gây ứ đọng, giá bán thấp gây thiệt hại nhiều cho nông dân Một số vùng trồng vải Bắc Giang, Lạng Sơn, Thỏi Nguyờn, Hoà Bỡnh,…nhất địa phương vùng cao xuất tình trạng vải khơng tiêu thụ được, để rụng thối quanh gốc cây, gây lãng phí lớn Vì vậy, để giảm tổn thất vải sau thu hoạch, biện pháp có hiệu mà hộ nông dân vùng trồng vải thực sấy khô để kéo dài thời hạn bảo quản, sau lựa chọn thời điểm thị trường thích hợp để tiêu thụ Để nâng cao chất lượng vải khô xuất khẩu, số sở sản xuất, Viện trường Đại học nghiên cứu nhiều mẫu thiết bị sấy vải như: thiết bị sấy vải dùng tác nhân sấy khơng khí đốt nóng gián tiếp từ lị đốt than lò hơi, thiết bị sấy sử dụng xạ hồng ngoại, thiết bị dùng lượng mặt trời, Qua sử dụng cho thấy, thiết bị sấy tạo sản phẩm sấy có chất lượng cao chi phí lượng, chi phí đầu tư mua sắm thiết bị, bảo trì sửa chữa lớn nờn cỏc sở sản xuất khó chấp nhận Thực tế nay, phần lớn vải làm khơ hàng ngàn lị sấy thủ công hộ nông dân tự xây dựng (dùng trực tiếp khúi lũ làm tác nhân sấy nên chất lượng sản phẩm không cao không ổn định, nhiều mẻ sấy có chất lượng khơng tiêu thụ có nhiều lơ hàng xuất không đạt tiêu chuẩn chất lượng phải trả chịu chấp nhận giá bán thấp gây thiệt hại lớn cho người sản xuất Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị sấy vải phù hợp nhằm tạo sản phẩm sấy có chaất lượng cao với giá thành chế tạo chi phí sấy thấp để triển khai áp dụng rộng rãi sản xuất vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn nhu cầu cấp thiết để ổn định phát triển vải giai đoạn Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, thực đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sấy vải sử dụng lượng khí sinh học (Biogas)” Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Tạo hệ thống thiết bị sấy vải sử dụng lượng khí sinh học nhằm nâng cao suất chất lượng sản phẩm, tiết kiệm lượng hố thạch, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường - Mục tiêu cụ thể: Xác định số thông số tối ưu làm sở để hồn thiện qui trình cơng nghệ thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị sấy Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định số tính chất lý hóa vải quả liên quan đến q trình sấy - Xây dựng mơ hình q trình trao đổi nhiệt ẩm vật liệu sấy tác nhân sấy nhằm định hướng cho việc thiết kế hệ thống thiết bị sấy - Nghiên cứu thực nghiệm xác định số thông số tối ưu làm sở cho việc hồn thiện quy trình cơng nghệ thiết kế, cải tiến hệ thống thiết bị sấy - Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị sấy thực tiễn sản xuất nhằm xác định hiệu kinh tế - kỹ thuật hệ thống thiết bị sấy để triển khai áp dụng rộng rãi thực tiễn sản xuất Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài thông số công nghệ hệ thống thiết bị sấy: nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy, khoảng cách treo vật liệu sấy, 4.2.Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mơ hình hệ thống thiết bị sấy vải thí nghiệm suất 150kg tươi/mẻ Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Là công trình nghiên cứu khoa học có hệ thống Việt Nam thiết bị sấy sử dụng lượng khí sinh học (biogas) Kết nghiên cứu làm sở cho việc nghiên cứu thiết kế máy hoàn thiện qui trình cơng nghệ - Kết nghiên cứu đề tài mở triển vọng việc ứng dụng khí sinh học để làm khơ vải nói riêng loại nơng sản thực phẩm nói chung, góp phần tiết kiệm lượng hố thạch, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông nghiệp nông thôn Việt Nam Những đóng góp - Đã thiết kế chế tạo thiết bị sấy vải sử dụng nguồn lượng khí sinh học (biogas) Đõy thiết bị sấy có cấu tạo đơn giản, hồn tồn chế tạo nước thay cho thiết bị sấy nhập ngoại đắt tiền, sử dụng lượng khí sinh học, góp phần tiết kiệm lượng hố thạch giảm thiểu nhiễm mơi trường, sử dụng để sấy nông sản thực phẩm khác - Bằng phương pháp mơ hình hố mơ đã xây dựng được mô hình toán biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy, nhiệt độ và độ ẩm của vải quả theo không gian và thời gian, làm sở khoa học cho việc xác định các thông số hình học và chế độ làm việc của hệ thống thiết bị sấy - Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn đa yếu tố xác định giá trị tối ưu yếu tố vào nhiệt độ tác nhân sấy, tốc độ chuyển động của tác nhân sấy, khoảng cách các treo vật liệu sấy đến giá trị tối ưu của các thông số như: đụ̣ khô không đều của sản phẩm sṍy, điờ̉m tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy, thời gian sấy, chi phí nhiên liệu riêng Đõy sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế và chế tạo cỡ thiết bị sấy vải quả có suất khác phù hợp với qui mô sở sản xuất Cấu trúc nội dung luận án Tóm tắt luận án trình bầy 24 trang, ngồi phần mở đầu, kết luận, kiến nghị bố cục luận án gồm chương: Chương 1, Tổng quan nghiên cứu; Chương 2, Đối tượng phương pháp nghiên cứu; Chương 3, Mơ hình hóa mơ q trình trao đổi nhiệt ẩm buồng sấy; Chương 4, Kết nghiên cứu thực nghiệm Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Ðặc Ðiểm cấu tạo, thành phần hoá học công dụng vải 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo vải Cây vải, gọi lệ chi (danh pháp khoa học: Litchi chinensis Sonn) loại cõy thõn gỗ Quả vải loại trái hấp dẫn có dạng trịn, lớp vỏ ngồi mỏng, màu đỏ hồng, bờn lớp cùi thịt màu trắng mờ, thơm, giàu vitamin C, hạt màu nâu có độc tính nhẹ khơng nên ăn Cấu trúc vải gồm phần chủ yếu là: cuống để nối kết với chùm quả; vỏ có cấu tạo chủ yếu xenluloza nhằm bảo vệ quả; thịt phần ăn vải chứa nhiều chất dinh dưỡng,nước đường; hạt vải màu nâu đen có thành phần chủ yếu tinh bột 1.1.2 Thành phần hoá học vải Vải loại có hàm lượng nước chiếm khoảng 77 ữ 85,5 %, hàm lượng đường tổng số chiếm từ 18 ữ 20%,, giàu acid hữu cơ, chất béo, protein, chất khoáng canxi, sắt, photpho, kali vitamin C, B1, B2 Ngoài cũn cú Tanin chất màu tồn chủ yếu vỏ tạo nên sắc màu khả chống chịu vi sinh vật bảo quản 1.1.3 Công dụng vải Theo sách thuốc cổ Việt Nam việc cung cấp dinh dưỡng màu sắc bữa ăn sử dụng hàng ngày, vải vị thuốc hữu hiệu, chữa bệnh từ lâu đời lại an toàn sử dụng với tên thuốc y học cổ truyền lệ chi Trong khoa học đời sống cho việc thường xuyên ăn vải giúp bổ não, khỏe người, chữa bệnh tràng nhạc, u nhọt, khai vị, lợi tì,… Cùi vải khơ bổ ngun khí cho người già yếu, có tác dụng dưỡng da làm đẹp nhan sắc, có lợi cho sức khỏe phụ nữ Y học đại phân tích thành phần dinh dưỡng vải thấy cùi, hạt, vỏ vải vị thuốc Quả vải dùng thuốc trà vải, cháo vải, rượu hồi xuân có tác dụng điều trị chứng bệnh sa nang, can khí tích tụ, nhức răng, đau dày, yếu thận, trẻ nhỏ són tiểu, đại tiện máu, suy nhược thể phụ nữ 1.2 Tình hình sản suất tiêu thụ vải 1.2.1 Tình hình sản suất tiêu thụ vải giới Cây vải có nguồn gốc từ miền nam Trung Quốc Hiện vải trồng chủ yếu nước nhiệt đới, nhiệt đới Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Bangladesh, Úc, Mỹ Nam Phi Sản xuất châu Á chiếm 95 % cỏc vựng canh tác giới (khoảng triệu tấn) tập trung chủ yếu Trung Quốc (1.300.000 tấn), Ấn Độ (430.000 tấn), Thái Lan (80.000 tấn), Bangladesh (13.000 tấn) Nepal (14.000 tấn), Tại Trung Quốc, vải sấy khô chủ yếu bán địa phương, lại xuất sang nước khác Hồng Kụng, Nhật Bản Singapore Trong vải sấy khơ Thái Lan có mặt hầu hết thị trường Châu Lục giới với tổng sản lượng xuất 6.770 gấp 4,5 lần sản lượng vải xuất Việt Nam 1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ vải nước Ở nước ta vải trồng cách 2000 năm thương mại hóa Việt Nam từ năm 1980 Cây vải trồng chủ yếu tỉnh phía Bắc như: Lục Ngạn (Bắc Giang),Chí Linh, Thanh Hà (Hải Dương),… Đây ăn có giá trị kinh tế cao, giúp nơng dân xoỏ đúi giảm nghèo, diện tích trồng vải sản lượng nước ta không ngừng tăng lên hàng năm, khoảng 70-75% sản lượng vải tiêu thụ dạng tươi, 25-30% cịn lại sấy khơ đưa vào chế biến dạng nước quả, vải hộp Giá vải vụ thu hoạch thưởng 1/3 so với giá đầu cuối vụ Thị trường xuất khẩu: Hiện nay, tỷ trọng xuất vải chưa lớn(chiếm khoảng gần 30% sản lượng), đú ắ xuất dạng sấy khô Vải tươi, vải pure, vải hộp nước ép vải nước ta ưa chuộng tiêu thụ số thị trường giới như:Trung Quốc, Áo, Nga, Cịn vải khơ chủ yếu xuất sang Hà Lan, Singapore, Hồng Kụng, Đài Loan, Trung Quốc khoảng 15.000 tấn/năm 1.3 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ thiết bị sấy vải 1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ thiết bị sấy vải giới Để nâng cao chất lượng vải khô, có nhiều cơng trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phịng thí nghiệm để xác định chế độ sấy thích hợp nhằm hồn thiện qui trình cơng nghệ hệ thống thiết bị sấy vải nước giới ảnh hưởng nhiệt độ đến chất lượng sản phẩm sấy, tổn thất hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C, thay đổi màu sắc vải theo nhiệt độ sấy 1.3.2 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ thiết bị sấy vải nước Ở nước ta, trog năm gần đõy sản lượng vải thu hoạch tăng lên lớn, vào vụ thu hoạch rộ, vải tươi tiêu thụ không kịp nên việc sấy khơ vải để bảo quản giải pháp tình để tránh gây thiệt hại cho người trồng vải Vì vậy, việc sấy khơ vải chưa đầu tư nghiên cứu cách đầy đủ, phần lớn vải làm khơ lị sấy thủ cơng nông dân tự chế học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau, chất lượng vải khơng cao, khơng đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an tồn thực phẩm, nhiều mẻ sấy chất lượng kộm, khụng đủ tiêu chuẩn xuất phải trả phải chịu chấp nhận bỏn giỏ thấp gây thiệt hại lớn cho người trồng vải Để giải vấn đề nêu trên, số sở sản xuất, Viện trường Đại học tập trung nghiên cứu để hoàn thiện qui trình cơng nghệ thiết kế, chế tạo đưa áp dụng qui trình cơng nghệ sấy vải sấy vải treo quy trình cơng nghệ sấy vải treo sử dụng phổ biến với thiết bị khác cỏc lũ sấy thủ công, với lượng sử dụng chủ yếu than đá Trong thực tế, lượng khí biogas sinh phần nhỏ dùng để đun nấu, thắp sáng đèn mạng, sưởi ấm cho gà, lợn vào mùa đơng số hầm biogas có trữ lượng lớn sử dụng để chạy phát điện, phần lớn lượng khí Biogas khơng dùng hết thải trực tiếp vào môi trường đốt cháy tự vừa lãng phí nhiên liệu làm cho trái đất núng lờn.[9], [10], [22], [23] Vì vậy, nguồn lượng quan tâm nghiên cứu sử dụng nông nghiệp để sơ chế chế biến loại nơng sản thực phẩm Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sấy sử dụng lượng khí sinh học nhằm góp phần giảm bớt chi phí cho q trình gắn với vùng ngun liệu giải pháp tích cực để triển khai hệ thống thiết bị sấy vải sản xuất cần thiết nội dung nghiên cứu đề tài c Thiết bị sấy vải lượng mặt trời Trong cơng trình nghiên cứu tác giả Phạm Ngọc Trinh cộng (Trường ĐH Xây dựng Hà Nội) [51] nghiên cứu lò sấy vải lượng mặt trời Bắc Giang Nguyên lý hoạt động chung thiết bị sấy dựa nguyên tắc bẫy nhiệt nhờ hiệu ứng nhà kính, lượng mặt trời hấp thụ trực tiếp gián tiếp đến vật liệu sấy, lượng ẩm thoát từ vật liệu sấy cách đối lưu tự nhiên cưỡng Hệ thống sấy khắc phục nhược điểm lò sấy vải thủ công đốt than tạo sản phẩm có chất lượng cao, khơng nhiễm mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu hố thạch chi phí đầu tư mua sắm thiết bị cao, thời gian sấy kéo dài thiết bị làm việc gián đoạn ln phụ thuộc vào thời tiết, hệ thống thiết bị chưa triển khai ứng dụng phổ biến sản xuất 1.3.2.3 Năng lượng sử dụng trình sấy vải Vải loại vật liệu khó sấy hàm lượng ẩm cùi vải cao bị cản trở lớp vỏ cứng bao bọc bên Để đảm bảo chất lượng vải khơ thời gian sấy thường kéo dài chi phí nhiên liệu cao Vì vậy, việc lựa chọn dạng lượng để sấy vải nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu vỡ nú có liên quan trực tiếp đến giá thành sản phẩm sấy, kết cấu thiết bị sấy điều kiện áp dụng Ở nước ta nay, để sấy vải người ta sử dụng lượng điện, lượng xạ hồng ngoại, giá thành cao nờn cỏc dạng lượng dùng phịng thí nghiệm, dùng sản xuất Ngoài dạng lượng trên, người ta sử dụng số dạng lượng như: lượng hố thạch (than đá, dầu, khí gas ), lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, lượng sinh khối, lượng khí sinh học, ) a Năng lượng hoá thạch Đây nguồn lượng truyền thống dùng thiết bị sấy vải quả, lượng than đá chủ yếu giá thành rẻ nhiều so với dầu khí đốt Tuy nhiên nguồn lượng ngày cạn kiệt, lượng than đá sử dụng hàng nghìn lị sấy thủ cơng với lượng khí thải khơng xử lý nên làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sức khoẻ người dân vùng sản xuất lân cận b Năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo nguồn lượng khuyến khích ứng dụng để thay dần cho lượng hoá thạch Ở nước ta, năm gần đõy nhiều dự án cơng trình nghiên cứu ứng dụng dạng lượng để sấy nơng sản thực phẩm nói chung vải nói riêng * Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời (NLMT) nguồn lượng sạch, nghiên cứu để sấy vải năm gần nhằm góp phần đáng kể vào việc tiết kiệm lượng hố thạch bảo vệ mơi trường Việt Nam nước có nguồn lượng mặt trời lớn, với số nắng trung bình 2200 cường độ xạ cao đến 980W/m [49] Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sấy sử dụng NLMT chủ yếu hình thức nghiên cứu lý thuyết thử nghiệm, chưa triển khai nhân rộng sản xuất giá thành thiết bị cao, trình sấy thường gián đoạn kéo dài vỡ luụn phụ thuộc vào thời tiết * Năng lượng sinh khối Năng lượng sinh khối (Biomass) lượng sản sinh từ phụ phẩm sản xuất nông, lâm nghiệp lừi ngô, trấu, rơm rạ,cành cây, mùn cưa, Nguồn lượng chiếm khối lượng lớn việc nghiên cứu ứng dụng để sấy vải cịn gặp nhiều khó khăn thiết bị chuyển đổi lượng thành nhiệt có cấu tạo phức tạp việc vận hành thiết bị không thuận lợi nên việc ứng dụng sản xuất cịn có nhiều hạn chế * Năng lượng khí sinh học Năng lượng khí sinh học (biogas) dạng lượng tái tạo sản sinh từ phân huỷ chất hữu (chủ yếu từ chất thải chăn nuôi) tác động vi khuẩn môi trường yếm khí [10],[11],[22], [23], [48] Đõy nguồn lượng quý vỡ cú nhiệt trị cao (4700 6500kcal/m3) dễ sử dụng Thành phần chủ yếu CH (50-70%), CO2 (30 40%), lại tạp chất H2S, N2 [9], [10],[11] Ở nước ta theo số liệu tổng cục thống kê [42] tính đến năm 2011 nước có 150.000 cơng trình KSH, riêng Dự án “Chương trình Khí sinh học cho ngành chăn ni Việt Nam” đến năm 2011 xây dựng 102.000 cơng trình, tổng số cơng trình KSH tỉnh đồng Sơng Hồng tính từ năm 2008 đến ghi bảng 1.6 Một số cơng trình nghiên cứu ứng dụng khí Biogas để sấy nông sản thực phẩm tiêu biểu như: Công ty cổ phần thực phẩm Đức Việt (Hà Nội) [101] triển khai dự án tổ hợp chăn nuôi gắn với hệ thống xử lý chất thải công nghệ KSH tạo nguồn biogas dùng để sấy thức ăn chăn ni, Nhà máy chế biến tinh bột sắn Hướng Hố (Quảng Ngãi) [103] tiến hành xử lý nước thải chế biến bể CIGAR tạo nguồn biogas để sấy tinh bột thay phần nhiên liệu than đá dầu đốt; Hội Liên hiệp Phụ nữ tỉnh Ninh Bình thực dự án "Triển khai mơ hình hộ gia đình sử dụng thiết bị KSH tiết kiệm lượng” sử dụng khí sinh học để sấy nấm [103] Nhìn chung nước, số lượng cơng trình biogas có nhiều phân bố hầu hết địa phương nước Tuy nhiên cơng trình KSH xây dựng với mục đích chủ yếu xử lý chất thải nhằm bảo vệ mơi trường nơng thơn cịn lượng biogas chưa quan tâm nghiên cứu ứng dụng triệt để Có nhiều địa phương, đặc biệt vựng chuyờn sản xuất, sơ chế chế biến loại nông sản thực phẩm (như sấy thúc, ngụ, đỗ tương, vải thiều, long nhãn, tỏi, ớt, ) cần nhiệt phải mua nhiên liệu hoá thạch với giá cao, nguồn lượng sinh học có địa phương lại bỏ phí Tại cỏc vựng sản xuất vải lớn Lục Ngạn (Bắc Giang), Thanh Hà (Hải Dương), Đông Triều (Quảng Ninh), theo số lượng thống kê Dự án chương trình khí sinh học [9] trung tâm khuyến nông huyện Lục Ngạn Bắc Giang [52] cho thấy:ở địa phương trờn cú trờn 250 cơng trình khí sinh học với lượng khí biogas sản sinh lại sử dụng khơng hết không sử dụng đến Cũng địa phương theo kết khảo sát dự án: “ Hồn thiện cơng nghệ bảo quản nhằm kéo dài thời hạn tồn trữ đồng thời trì chất lượng thương phẩm vải quả” thuộc chương trình nghị định thư Việt Nam -Ấn Độ cho thấy: Lục Ngạn Bắc Giang cú trờn 800 lò sấy (với suất 5-7 tấn/mẻ), Thanh Hà Hải Dương có khoảng 250 lị sấy vải quả, Đơng Triều (Quảng Ninh) có khoảng 150 lị sấy sử dụng than đá để sấy khô vải [29] Đõy vấn đề bất cập cần nghiên cứu sử dụng nhằm giảm bớt chi phí nhiên liệu q trình sấy góp phần tiết kiệm lượng hố thạch giảm thiểu ô nhiễm môi trường 1.4 Ðề xuất hướng nghiên cứu luận án Về công nghệ: Áp dụng cơng nghệ sấy treo khối lượng mẻ sấy tăng gấp đến lần so với sấy vải bệt, độ khụ khụng đồng vải không bị đố nén, chèn ép lẫn nên khơng bị bẹp, méo, nứt nhờ làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm sấy không tốn nhân cơng để đảo q trình sấy nên giảm áp lực nguồn lao động thời vụ căng thẳng Về thiết bị sấy: Thiết bị sấy phải tạo sản phẩm sấy có chất lượng cao đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, đồng thời thiết bị phải có cấu tạo đơn giản thuận tiện vận hành bảo trì sửa chữa Về lượng sử dụng trình sấy: Sử dụng nguồn lượng biogas khơng tiền mua, lại sẵn có địa phương sản xuất vải quả, có ưu điểm so với lượng mặt trời sử dụng liên tục ngày không chịu ảnh hưởng thời tiết Về nghiên cứu lý thuyết: Áp dụng phương pháp mơ hình hố mơ để nghiên cứu trình trao đổi nhiệt ẩm vật liệu sấy trình trao đổi nhiệt ẩm vật liệu sấy tác nhân sấy để xác định số thông số cấu tạo chế độ sấy nhằm định hướng cho việc thiết kế Về nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm phòng thí nghiệm nghiên cứu thực nghiệm mơ hình máy chế tạo để xác định ảnh hưởng số thơng số đến chất lượng sản phẩm, suất máy chi phí lượng riêng làm sở cho việc hồn thiện cơng nghệ, thiết kế cải tiến thiết bị sấy nhằm triển khai áp dụng rộng rãi sản xuất Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu Chúng tiến hành lấy mẫu vải thí nghiệm vải Chũ (Kim Động – Hưng Yên), Thanh Hà (Hải Dương) Lục Ngạn (Bắc Giang) Hoá chất dùng để xử lý vải trước đưa vào sấy SO (sunfit) có hàm lượng tối thiểu 0,02% (so với khối lượng vải quả) 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài thông số cấu tạo chế độ làm việc thiết bị sấy vải sử dụng lượng khí sinh học Biogas (ký hiệu SBOG150), suất 150 ữ 200kg tươi/mẻ 2.2 Phương pháp nghiên cứu Qua kết tìm hiểu thơng tin từ nhiều nguồn tài liệu kết thực nghiệm thăm dò, sơ chọn yếu tố ảnh hưởng lớn tới trình sấy sau: x1 nhiệt độ tác nhân sấyt ( oC); x2 tốc độ khơng khí sấy v (m/s); x khoảng cách treo khay sấy (m) đến chất lượng sản phẩm như: Y độ khô không đồng SP sấy; Y điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm, Y thời gian sấy Các thông số nghiên cứu xác định theo phương pháp thiết bị sau: - Thời gian sấy xác định đồng hồ bấm giây sai số ± 0,5s - Để đo nhiệt độ độ ẩm buồng sấy sử dụng thiết bị đo điện tử số: Fox 301A – Hàn Quốc - Tốc độ tác nhân sấy xác định máy đo tốc độ gió điện tử SMART SENSOR Hồng Kụng, mó AR 863 - Độ ẩm sản phẩm sấy xác định máy đo Data holp MC- 7805 (Trung quốc), sai số ± 0,5% - Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm xác định phương pháp cảm quan theo TCVN 3215-79 - Hàm lượng đường xác định máy đo sắc ký lỏng mã RID – 10A – Nhật Bản - Hàm lượng Vitamin C xác định máy đo sắc ký lỏng mã SPD – H10AVP – Nhật Bản - Đo lưu lượng áp xuất khí gas thiết bị đo khơng điện ứng dụng PLC mó 7mf 1564- 3bg00 - Độ khơ khơng đồng sản phẩm sấy xác định theo phương sai đo đạc mẫu sản phẩm sấy vị trí khác buồng sấy - Phương pháp xử lý gia cơng số liệu thí nghiệm áp dụng qui tắc lý thuyết xác xuất thống kê tốn học - Sử dụng chương trình phần mềm thiết kế Autodesk Inventor để mô hình học kết cấu máy tính Chương 3: MƠ HÌNH HểA VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ẨM TRONG BUỒNG SẤY 3.1 Mụ hỡnh húa trình trao Ðổi nhiệt ẩm buồng sấy Quá trình trao đổi nhiệt ẩm buồng sấy vải trình truyền nhiệt truyền chất phức tạp vật liệu sấy dũng khớ chuyển động không gian buồng sấy Tuy nhiên mơ quy luật biến đổi thơng số q trình sấy hàm toán học dựa định lý trao đổi nhiệt ẩm vật liệu sấy tác nhân sấy Thơng qua hàm tốn học biểu diễn mối quan hệ tốn học thơng số vật lý q trình sấy ta xác định số thông số cấu tạo chế độ sấy nhằm định hướng cho việc thiết kế hệ thống thiết bị sấy 3.1.1 Mô hình kết cấu hệ thống thiết bị sấy Theo sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị sấy SBOG -150 thiết kế, không gian buồng sấy phân thành hai vùng có chức khác nhau: vùng chứa vải tương ứng với chiều cao h và vùng biên tương ứng với chiều cao h (hình 3.1) A A-A h1 Hình 3.1 Mơ hình kết cấu hệ thống thiết bị sấy h1- chiều cao vùng chứa vải quả; h2- chiều cao vùng biên 3.1.1.1 Vùng chứa vải h Vùng chứa vải vùng công nghệ nhiệt độ độ 2ẩm dũng khớ cần phải phân bố tương đối đồng Khi dũng khớ chuyển động dọc theo vùng chứa vải từ lên làm cho nhiệt độ ẩm độ dũng khớ, nhiệt độ độ ẩm vải thay đổi theo không gian thời gian Chiều cao vùng chứa vải h1 thông số phụ thuộc vào tốc độ gió q trình trao đổi nhiệt ẩm dịng khí với vải Thông số lựa chọn sau mô trình nhiệt ẩm cho độ chênh lệch nhiệt độ đầu vào theo chiều cao buồng sấy nằm giới hạn cho phép (thường không ±4 oC) đảm bảo cho vải làm khơ đồng tồn khơng gian buồng sấy 3.1.1.2 Vựng biờn Vựng biên vùng hòa trộn dòng khí nóng trước vào vùng chứa vải có chiều cao h2 Khơng khí từ mơi trường vào ống xoắn gia nhiệt khúi lũ đặt khoang buồng sấy quạt hút thổi vào ống phân phối khí, qua lỗ nhỏ khơng khí thổi vào bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt dạng tiếp tục nhận nhiệt sau ngược lên phía vào vùng chứa vải cần làm khơ Dịng hỗn hợp khí sau hịa trộn phải cú cỏc thơng số đầu vào đảm bảo u cầu cơng nghệ q trình sấy A 3.1.2 Mơ hình hóa q trình trao đởi nhiợ̀t õ̉m vật liệu sấy Có hai dạng mơ hình mơ tả tính chất làm khô từng phần tử riêng lẻ vật liệu sấy (như loại hạt, trỏi cõy,…) mơ hình kh́ch tán mơ hình động học Sự khác hai mơ hình mơ hình kh́ch tán tính đến sức cản vận chuyển ẩm bên phần tử vật liệu sấy cịn mơ hình động học bỏ qua sức cản vận chuyển hợp tất sức cản thành hệ số chung Mặt khác với mơ hình kh́ch tán tính tốn gradient nhiệt độ độ ẩm bên phần tử vật liệu cịn mơ hình động học tính tốn thay đổi ẩm trung bình phần tử vật liệu theo thời gian 3.1.2.1 Mơ hình kh́ch tán Các mơ hình kh́ch tán dựa cơng thức chung vận chuyển nhiệt ẩm bên vật liệu sấy 10 Luikov(1966) đồng nghiệp Liờn Xụ cũ phát triển mơ hình tốn cho việc mơ tả sấy vật liệu dựa kỹ thuật vật lý kỹ thuật nhiệt [79] Hai công thức viết cho dịch chuyển ẩm lượng: ∂M ∂θ   & m = −ρ  D m + D th ÷ (3.1) ∂x ∂x   ∂M   ∂θ & q = −  k th + km (3.2) ÷ ∂x   ∂x Trong đó: & m - tốc độ dòng ẩm, (kg/h.m2) & q - tốc độ dòng nhiệt (J/h.m2) D- hệ số dịch chuyển ẩm chất lỏng k- hệ số dịch chuyển lượng M- độ ẩm trung bình của vật liệu sấy (%) θ- nhiệt độ vật liệu sấy (°C) m - số liên quan đến gradient ẩm th- số liên quan đến gradient nhiệt Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng lượng, từ phương trình (3.1) (3.2) ta có hệ phương trình vi phân riêng trình trao đổi nhiệt ẩm: ∂M = ∇ K11M + ∇ 2K12 θ (3.3) ∂t ∂θ = ∇ K 21M + ∇ K 22θ (3.4) ∂t Trong đó: K11, K22 - hệ số khuếch tán ẩm khuếch tán nhiệt K12, K21- hệ số liên kết ∇ - toán tử Laplace Husain cộng (1972) cho sấy nguyên liệu mao dẫn, xốp hút ẩm (hạt ngũ cốc) bỏ qua hiệu ứng liên kết với giả thiết nhiệt độ vật liệu sấy nhiệt độ dũng khớ, nhận phương trình dạng đơn giản [73]: ∂M = ∇ K11M (3.5) ∂t ∂θ = ∇ K 22θ (3.6) ∂t Công thức (3.5) (3.6) mô tả đầy đủ biến đổi nhiệt vật liệu sấy (Haghighi and Segevlind 1988) Tuy nhiên thực tế, khả dẫn nhiệt độ hạt ngũ cốc nhỏ nhiều so với khả dẫn ẩm K 11