NGHIÊN cứu một số yếu tố ẢNH HƯỞNG đến tỷ lệ THU hồi gạo NGUYÊN của máy sấy THÁP

Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỶ LỆ THU HỒI GẠO NGUN CỦA MÁY SẤY THÁP RESEARCH ON FACTORS AFFECTING ON HEAD RICE RECOVERY OF COLUMN DRYER Trần Văn Tuấn, Trần Cơng Tâm, Nguyễn Thanh Nghị Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh tvtuan2509@yahoo.com; trancongtam29@gmail.com; ntnghi78@gmail.com TĨM TẮT Một tiêu đánh giá chất lượng sấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun Chỉ tiêu phụ thuộc vào nhiều yếu tố q trình sấy Hai yếu tố xét đến phạm vi nghiên cứu nhiệt độ sấy T c (0C) lưu lượng lúa di chuyển Fg (kg/phút) Yếu tố lưu lượng lúa di chuyển đặc trưng cho thời gian sấy thời gian ủ máy sấy tháp Thí nghiệm tối ưu hóa hai yếu tố thực mơ hình mẫu máy sấy tháp (70 kg /mẻ) kết tối ưu kiểm chứng máy sấy sản xuất Kết thực nghiệm tối ưu hóa cho thấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun tỷ lệ nghịch với nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển Tỷ lệ thu hồi gạo ngun đạt cao (53,8%) tương ứng với nhiệt độ sấy mức 43 0C lưu lượng lúa di chuyển mức kg /phút Theo kết thực nghiệm máy sấy tháp (10 /mẻ) sản xuất, tỷ lệ thu hồi gạo ngun đạt từ 58,7 đến 61,3% Trên thực tế, nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển khơng thể điều chỉnh thấp kéo dài thời gian sấy ảnh hưởng đến tính kinh tế, cụ thể tăng chi phí sấy Do đó, q trình sấy, nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển khuyến cáo điều chỉnh mức tối ưu (Tc = 43 0C, Fg = kg /phút), tương ứng với thời gian lúa di chuyển chu kỳ 35 phút, thời gian sấy chu kỳ 17,5 phút Từ khóa: nhiệt độ sấy, lưu lượng lúa di chuyển, tỷ lệ thu hồi gạo ngun, máy sấy tháp ABSTRACT One of standards to evaluate drying quality of a dryer is head rice recovery.This standard is affected by many factors in drying process.The two factors: drying temperature T c (0C) and grain flow rate Fg (kg/min) were considered in this study Grain flow rate is specific for the drying time and cooling time in drying process with column dryer.Optimum test was conducted on a model column dryer with capacity of 70 kg/bach and verification test was conducted on a commercial one with capacity of 10 ton/batch Optimum test result showed that head rice recovery was inverse proportion to drying temperature and grain flow rate Highest head rice recovery of 53,8% was at drying temperature of 43 0C and grain flow rate of kg/min Based on verification test result with commercial dryer, head rice recovery ranges from 58,7 to 61,3% In actual condition, drying temperature and grain flow rate could not be reduced more because it causes longer drying time and higher drying cost Thus, in drying process with this model of column dryer, drying temperature and grain flow rate were recommended at 43 0C, and kg /min., corresponding to 35 for one round of circulation of grain and drying time of 17.5 min./cycle Keywords: drying temperature, grain flow rate, head rice recovery, column dryer ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước sản xuất lúa gạo hàng đầu giới với khoảng 44,1 triệu lúa thu hoạch hàng năm, khoảng 26 triệu Đồng sơng Cửu Long [1] Chủ trương hỗ trợ đầu tư phát triển cơng nghệ thiết bị nhằm giảm tổn thất sau 732 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV thu hoạch tăng chất lượng gạo phủ mang lại nhiều thành đáng kể với số lượng giá gạo xuất tăng liên tục năm gần Tuy nhiên, so sánh với số nước khu vực Thái Lan, chất lượng giá gạo Việt Nam thấp hơn; mà ngun nhân cơng đoạn sau thu hoạch chế biến mà đặc biệt phương pháp sấy khơ Thực trạng Việt Nam, với nhu cầu lớn, đặc biệt vùng Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL), máy sấy lúa nhiều dự án, chương trình, số nhà sản xuất triển khai nhằm giải vấn đề làm khơ lúa Từ năm 1992, máy sấy lúa kiểu mẻ tĩnh (SHG) triển khai ứng dụng đến Đến năm 2004, kiểu máy sấy Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp (CAEM) cải tiến thành sấy tĩnh đảo chiều gió (SRA) Với kết tăng chất lượng đồng ẩm độ lúa, giảm cơng cào đảo, SRA sử dụng nhiều nước Với ưu giá thành đầu tư thấp, dễ sử dụng, sửa chữa nên SHG SRA với suất phổ biến 8-12 tấn/mẻ/máy, chiếm 80% máy sấy lúa ĐBSCL Một số thay đổi phương thức kinh doanh lúa gạo, chủ trương gieo sạ tập trung, dẫn đến việc lúa gặt chủ yếu máy gặt đập liên hợp, nhu cầu sấy suất lớn đồng loạt tăng mạnh, kèm theo u cầu ngày cao mơi trường (ơ nhiễm khói, bụi), mức độ tự động hóa, giới hóa, loại máy sấy tháp nhập chế tạo nước đưa vào sử dụng ĐBSCL Nổi bật từ 2011, số lượng máy sấy tháp tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu thu hoạch tập trung (bằng máy GĐLH), đặc biệt phương thức thu mua lúa tươi tập trung xay xát nhà máy lớn lên đến 1000 tấn/ngày [2] Sự phát triển sử dụng khơng đồng nhiều loại loại máy sấy lúa Việt Nam đặt vấn đề cần phải có câu trả lời hiệu phù hợp loại máy sấy theo điều kiện đầu tư mơi trường, quy mơ, suất, mức độ tự động hóa, đặc biệt chất lượng gạo xay xát từ lúa sấy hệ thống sấy tháp tầng sơi kết hợp sấy tháp Trong phạm vi nghiên cứu với mục tiêu nghiên cứu thơng số ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi gạo ngun, hai yếu tố nghiên cứu nhiệt độ sấy T c (0C) lưu lượng lúa di chuyển Fg (kg/phút) máy sấy mẫu Ngồi ra, với mục đích kiểm chứng, nghiên cứu thực máy sấy tháp suất 10 tấn/mẻ VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm Thí nghiệm tối ưu hóa với hai thơng số đầu vào nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển thực mẫu máy sấy tháp có suất 70 kg /mẻ (Hình 1) Máy sấy mẫu có khả điều chỉnh cài đặt nhiệt độ sấy nhờ điều khiển cung cấp nhiệt điện trở Với chiều cao cột sấy 0,5 m chiều cao cột ủ 0,5 m tỷ lệ thời gian sấy thời gian ủ 1:1 Thực nghiệm kiểm chứng kết tối ưu tiến hành với mẻ sấy máy sấy tháp có suất 10 /mẻ (Hình 2) Máy sấy tháp Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Tp HCM thiết kế khn khổ dự án ABD – IRRI sau thu hoạch Việt Nam Yếu tố đầu q trình thí nghiệm tỷ lệ thu hồi gạo ngun 733 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV Hình 1: Mẫu máy sấy tháp (70 kg/mẻ) Hình 2: Máy sấy tháp (10 /mẻ) Thực nghiệm thiết kế theo lý thuyết Box-Hunter với 12 thí nghiệm cho yếu tố đầu vào (X1 X2) yếu tố đầu (Y) Mỗi yếu tố đầu vào thí nghiệm với mức: mức cao (+1), mức (0), mức thấp (-1), (Bảng 1) Bảng 1: Mức thí nghiệm yếu tố đầu vào Mức thí nghiệm Mức cao (+1) Mức (0) Mức thấp (-1) Khoảng biến thiên X1: Nhiệt độ sấy, 0C 51 47 43 X2: Lưu lượng lúa di chuyển, kg/phút 2 Yếu tố 2.2 Phương pháp lấy mẫu xử lý số liệu Mẫu lúa lấy mẻ sấy (trước sau sấy) để phân tích tỷ lệ thu hồi gạo ngun Mẫu trước sấy phối bóng râm để làm mẫu đối chứng Mẫu sau sấy lấy nhiều vị trí nhiều thời điểm q trình tháo hạt sau sấy để đảm bảo độ đồng tính đại diện chung mẫu Tỷ lệ thu hồi gạo ngun phân tích với lần lập lại theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8371:2010 Khối lượng mẫu lúa 200 g làm tạp chất, cân với độ xác 0,01 g bóc vỏ, sát trắng hệ thống xay xát mẫu SATAKE Nhật Bản Sau xát trắng, gạo ngun tách riêng sàng phân loại kiểm tra thủ cơng Cuối cân lượng gạo ngun tính phần trăm lượng lúa ban đầu Lúa đo ẩm độ trước đưa vào sấy Gian cách lấy mẫu lúa đo ẩm độ ẩm độ lúa xác định máy đo ẩm độ AMT-6 với thang đo từ 10 đến 40% độ xác 0,5% Nhiệt độ khơng khí sấy đo nhiệt kế kim loại vị trí trước qua lớp hạt Đối với máy sấy tháp 10 tấn/mẻ, gian cách ghi nhận nhiệt độ sấy 15 phút Trong đó, nhiệt độ hạt lúa xác định nhiệt kế tia laser Raytek với thang đo từ -18 đến 400 0C độ xác 0,1 0C Mẫu hạt đo vị trí tháo hạt từ buồng sấy trước vào gầu tải để tiếp tục vòng sấy Tính hiệu kính tế đánh giá qua việc so sánh chi phí sấy máy sấy tháp loại máy sấy khác Chi phí sấy tính bao gồm: khấu hao, sửa chữa, lãi vay, cơng lao động, ngun liệu đốt, điện tiêu thụ 734 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết thí nghiệm tối ưu hóa Kết thí nghiệm tối ưu hóa hai yếu tố 12 thí nghiệm thể Bảng Bảng 2: Kết thí nghiệm Stt Nhiệt độ sấy (T c ), 0C Lưu lượng lúa di chuyển (F g ), kg/giờ Tỷ lệ thu hồi gạo ngun (Y), % 43 53,8 43 50,7 43 45,3 47 50,7 47 45,9 47 41,8 51 45,8 51 41,5 51 38,9 10 47 46,4 11 47 45,8 12 47 44,3 Kết phân tích hồi quy cho thấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun phụ thuộc vào nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển theo phương trình hồi quy bậc sau: H r = 100,23 – 0,98 * T c – 2,03 * F g (với hệ số hồi quy: R2 = 0,97) Trong đó: H r : tỷ lệ thu hồi gạo ngun, % T c : nhiệt độ sấy, 0C F g : lưu lượng lúa di chuyển, kg/phút Kết kiểm tra tính phù hợp phương trình hồi quy (theo hệ số lack of fit) cho thấy: F tính = 0,64 < F bảng = 8,96 Ngồi ra, phương trình hồi quy bậc nâng cấp lên bậc Tuy nhiên, hệ số phương trình hồi quy bậc có giá trị xác xuất (P > 0,05) nên khơng có ý nghĩa mặt thống kê Do đó, phương trình hồi quy tìm phù hợp 735 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV Fg_ Y47 Fg, kg/phút Fg_ Y47 ,5 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Tc, 0C Hình 3: Đồ thị dự đốn hàm H r phụ thuộc vào T c F g Từ đồ thị Hình 3, dấu mũi tên chiều tăng tỷ lệ thu hồi gạo ngun (H r ) nhiệt độ sấy (T c ) giảm lưu lượng di chuyển (F g ) lúa giảm Tuy nhiên thực tế giá trị T c F g khơng thể giảm mức thí nghiệm kéo dài thời gian sấy, ảnh hưởng đến chi phí sấy áp lực mùa vụ 3.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng sản xuất Kết thí nghiệm mẻ sấy thực máy sấy tháp có suất 10 tấn/mẻ cho thấy tùy theo ẩm độ ban đầu mà thời gian sấy từ - 11 giờ/mẻ Tốc độ giảm ẩm lúa mẻ sấy 1,5; 1,3; 1,4; 1,2 %/giờ Đường cong giảm ẩm thể Hình 30.0 Ẩm độ, % 25.0 20.0 15.0 Mẻ 10.0 Mẻ Mẻ 5.0 Mẻ 0.0 10 12 Thời gian sấy, Hình 4: Đường giảm ẩm q trình sấy Trong q trình thí nghiệm, nhiệt độ sấy điều điều chỉnh mức khác mẻ sấy khác nhau, từ 40 đến 46 0C Kết phân tích tỷ lệ thu hồi gạo ngun mẻ sấy từ 58,7 đến 61,3%, với độ lệch chuẩn 1,2% Nhiệt độ sấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun mẻ sấy thể Bảng Tỷ lệ thu hồi gạo ngun mẻ sấy (58,7%) có giá trị thấp so với mẻ sấy khác lúa trước sấy bị chờ lâu ẩm độ cao nên anh hưởng đến tỷ lệ gạo ngun Tuy nhiên, tỷ lệ gạo ngun thấp so với mẫu đối chứng 0,5%, tương mẻ sấy khác 0,7% 736 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV Bảng 3: Kết thí nghiệm mẻ sấy máy sấy tháp 10 tấn/ mẻ Mẻ sấy Nhiệt độ sấy, 0C Tỷ lệ thu hồi gạo ngun, % Tỷ lệ thu hồi gạo ngun (mẫu đối chứng), % Nhiệt độ hạt, 0C 40,0 61,3 61,8 32,4 44,9 60,9 61,7 31,4 43,8 58,7 59,2 29,0 46,6 60,1 61,3 31,6 Mean 43,8 60,2 61,0 3,1 Std 2,8 1,2 1,2 1,5 Như Bảng 3, với mức nhiệt độ sấy từ 40,0 đến 46,6 0C nhiệt độ hạt từ 29 đến 32 C chưa ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi gạo ngun giới hạn cho phép đối mơ hình máy sấy tháp Tuy nhiên, hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy mà cụ thể qua khác biệt tốc độ giảm ẩm (mẻ 1: 1,5%/giờ; mẻ 4: 1,2 %/giờ) Đối với máy sấy thực tế 10 mẻ, lượng lúa chuyển 101 kg/phút tương ứng với vòng di chuyển lúa thùng sấy 99 phút Với chiều cao cột sấy 3,5 m chiều cao cột ủ 3,5 m, tỷ lệ thời gian sấy thời gian ủ 1:1 Tỷ lệ tương ứng với thí nghiệm máy sấy mẫu 3.3 Kết phân tích tính kinh tế Trong phạm vi nghiên cứu này, phân tích tính kinh tế đầu tư máy sấy tháp dựa theo tính tốn chi phí sấy so sánh với loại máy sấy khác Chi phí sấy tính bao gồm: chi phí khấu hao, chi phí sửa chữa, lãi vay, nhân cơng, ngun liệu đốt …(Hình 5) SẤY THÁP 10 TẤN/MẺ Lãi vay 11% Điện 17% Trấu 8% Lao động 29% Khấu hao&S.C 35% Thuê đất 0% Hình 5: Phần trăm thành phần chi phí sấy máy sấy tháp Kết cho thấy tổng chi phí sấy máy sấy tháp 152 đồng/kg (lúa khơ), cao so với máy sấy tĩnh vỉ ngang từ 110 đến 120 đ/kg lúa khơ [3] Tuy nhiên, xét khía cạnh xử lý mơi trường, diện tích chiếm chỗ, cơng lao động khan hiếm, nhà máy xay xát lớn nay, đầu tư sấy tháp phù hợp thực tế cho thấy tồn nhà máy lớn ĐBSCL lúc đầu tư máy có suất lớn Khi chi phí sấy giảm xuống cạnh tranh với máy sấy tĩnh vỉ ngang 737 Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm tối ưu hóa phân tích hồi cho thấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun tăng yếu tố nhiệt độ sấy lưu lượng lúa di chuyển giảm Tuy nhiên, nhiệt độ giảm kéo dài thời gian sấy, làm giảm suất máy Do đó, với kết thí nghiệm kiểm chứng nhiệt độ sấy đến mức 46,6 0C khơng ảnh hưởng đến tỷ lệ gạo ngun tốc độ giảm ẩm 1,2 %/giờ Tỷ lệ gạo ngun đạt 60,2 (từ 58,7 đến 61,3%) giảm khơng đáng kể so với mẫu đối chứng từ 0,48 đến 0,75% Mặc dù chi phí sấy đối máy sấy tháp cao so với máy sấy tĩnh vỉ ngang chi phí đầu tư cao chi chi phí giảm với xu hướng sấy tập trung với quy mơ suất lớn Ngồi ra, việc ứng dụng cơng nghệ sấy tháp giải áp lực nhân cơng mùa vụ LỜI CÁM ƠN Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn đến: - Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) hỗ trợ kinh phí việc thực nghiên cứu phạm vi dự án Thu hẹp khoảng cách suất lúa Châu Á (CORIGAP) - Ơng Martin Gummert, PGS TS Nguyễn Văn Hùng, chun gia sau thu hoạch (IRRI) đóng góp ý kiến thiết thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GSO (Tổng cục thống kê) 2013 Niên giám thống kê 2009 NXB Thống kê, Hà Nội [2] Tuấn, T V., Vinh, L Q., Tâm, T C., Nghị, N T., & Xn, N V Evaluation and Optimization of Parameters Affecting Drying Process of Column Dryer (Technical Report), Nong Lam University – Ho Chi Minh City, 2015 [3] Hùng, N V., T V Tuấn, T Q Trường, & L Q Vinh Đánh giá kỹ thuật hiệu sấy lúa cơng nghệ sấy tháp Đồng sơng Cửu Long (Báo cáo kỹ thuật), Dự án ADB – IRRI – Vietnam, 2012 THƠNG TIN CỦA TÁC GIẢ Trần Văn Tuấn Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Email: tvtuan2509@yahoo.com Điện thoại: 0908491324 Trần Cơng Tâm Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Email: trancongtam29@gmail.com Điện thoại: 0984800628 Nguyễn Thanh Nghị Trung tâm Năng lượng Máy Nơng nghiệp, Trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Email: ntnghi78@gmail.com Điện thoại: 0903851802 738 ... lượng gạo xay xát từ lúa sấy hệ thống sấy tháp tầng sơi kết hợp sấy tháp Trong phạm vi nghiên cứu với mục tiêu nghiên cứu thơng số ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi gạo ngun, hai yếu tố nghiên cứu nhiệt... nhiệt độ sấy từ 40,0 đến 46,6 0C nhiệt độ hạt từ 29 đến 32 C chưa ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi gạo ngun giới hạn cho phép đối mơ hình máy sấy tháp Tuy nhiên, hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy. .. độ sấy điều điều chỉnh mức khác mẻ sấy khác nhau, từ 40 đến 46 0C Kết phân tích tỷ lệ thu hồi gạo ngun mẻ sấy từ 58,7 đến 61,3%, với độ lệch chuẩn 1,2% Nhiệt độ sấy tỷ lệ thu hồi gạo ngun mẻ sấy