Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV THỜI ĐIỂM ĐẢO GIÓ TRONG QUÁ TRÌNH SẤY TĨNH THÓC THEO LỚP DÀY THE TIMED OF WIND REVERSAL DURING THE STATIC DRYING FOR GRAIN WITH THICK LAYERS Phạm Tuyết Mai Bộ môn Cơ - Điện, Khoa Toán – Công nghệ, Trường ĐH Hùng Vương, Phú Thọ tuyetmaigha@gmail.com TÓM TẮT Thóc gạo nguồn cung cấp lương thực cho người động vật Sau thu hoạch, thóc cần sấy để giảm độ ẩm, làm chậm trình hô hấp hạt, ngăn cản nấm mốc phát triển kéo dài thời gian bảo quản an toàn Mô hình sấy thóc tĩnh theo lớp dày phổ biến nước phát triển với hai chế độ sấy có đảo gió Kết hợp với phương trình bán thực nghiệm sấy thóc theo lớp mỏng, báo vào nghiên cứu hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt, nhằm xác định tường minh biến đổi thông số chế độ sấy nhiệt độ khí sấy, độ ẩm khí sấy, nhiệt độ thóc sấy độ ẩm thóc sấy thời điểm, lớp suốt trình sấy thóc tĩnh theo lớp dày Nghiên cứu có xét đến ảnh hưởng thay đổi thông số nhiệt vật lý thóc khí sấy suốt trình sấy Từ đó, xét đến ảnh hưởng thời điểm đảo gió rút thời điểm đảo gió hợp lý cho trình sấy thóc tĩnh theo lớp dày thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang có đảo gió Từ khóa: sấy lớp mỏng, sấy lớp dày, đảo gió, nhiệt độ khí sấy, độ ẩm thóc ABSTRACT The rice is the major source of food for humans and animals After harvesting, the rice grains need to be dried to reduce the moisture, to slow the process of seed respiration, to prevent the development of molds and to prolong the safe storage of the rice grains The thick layer drying model with and without wind reversal process for the rice grain is very popular in the developing countries Combining with the semi-empirical equation of the thin layer drying model for the rice grains, in this paper, a system of the partial differential heat conductivity equations was investigated to determine explicitly the variation of the drying conditions such as the drying air temperature, the drying air humidity, the temperature and moisture of the rice grains in every moment and in every layer during the static drying with thick layers This study was performed with the consideration of the effect of the change the physical temperature parameters of the rice grain and the drying air during the drying process And then, the effect of the wind reversal timed on the drying process by the static flat bed dryer with the thick layers and wind reversal timed was determined and finally, the reasonable time of the wind reversal process was also determined Keywords: thin layer drying, thick layer drying, wind reversal, drying air temperature, moisture content of rice ĐẶT VẤN ĐỀ Thóc vật liệu sinh học có độ ẩm cao thu hoạch (từ 25 – 40 % d.b.) có mức độ hô hấp mạnh, dễ bị côn trùng, vi sinh vật mối mọt phá hỏng Sau thu hoạch vòng 24 giờ, thóc cần sấy để giảm độ ẩm xuống 14% để làm chậm trình hô hấp hạt, ngăn cản nấm mốc phát triển kéo dài thời gian bảo quản an toàn [1] Yêu cầu 749 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV trình sấy nâng cao tốc độ sấy, giảm thiểu thời gian sấy lượng tiêu hao mà giữ nguyên chất lượng sản phẩm sấy [2], [3] Thực tế, có nhiều thiết bị sấy thương mại đại thiết bị sấy tháp, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy xạ hồng ngoại vi sóng [1], [2], [3] Tuy nhiên, kinh tế nước ta phương pháp sấy chủ yếu phơi thóc trực tiếp ánh nắng mặt trời - phụ thuộc vào thời tiết, thời gian phơi kéo dài, chất lượng không đồng đều, tỷ lệ gãy vỡ hao hụt cao, bị lẫn tạp chất, tốn nhiều công lao động; sử dụng thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang – có cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư vận hành thấp, 1/3 thiết bị sấy tháp [4] Các thông số chế độ sấy tĩnh, lớp dày (bao gồm: nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm khí sấy, chiều dày lớp hạt thời điểm đảo gió) có ảnh hưởng đến tốc độ trình sấy, tiêu hao lượng chất lượng thóc sấy Đảo gió giúp cho độ ẩm lớp hạt buồng sấy giảm bớt khác biệt [4] Xác định thời điểm đảo gió hợp lí làm tăng mức độ đồng thóc sấy, tức làm tăng chất lượng thóc sấy, giảm bớt lượng tiêu hao cho trình sấy Nếu thời gian đảo gió chưa hợp lý xảy tượng hồi ẩm vào lớp hạt sấy làm giảm chất lượng thóc sấy làm giảm tốc độ sấy (tăng thời gian sấy mẻ thóc) Tuy nhiên, nghiên cứu nước so sánh khác biệt thiết bị có đảo gió đảo gió, đánh giá xác định thời điểm đảo gió theo phương pháp đáp ứng bề mặt [1], theo kinh nghiệm sấy thực tế [4] chưa cách tường minh thời điểm đảo gió theo trường độ ẩm lớp thóc sấy Vì vậy, nghiên cứu để xác định thời điểm đảo gió hợp lý trình sấy thóc tĩnh theo lớp dầy thông qua việc xác định trường độ ẩm, trường nhiệt độ lớp thóc sấy để đánh giá xác ảnh hưởng thông số trình sấy thóc tĩnh, ứng dụng cho vận hành thiết bị sấy vỉ ngang cách hiệu MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP Có ba dạng mô hình sấy tĩnh hạt nông sản theo lớp dày: mô hình đạo hàm riêng (P.D.E) hay mô hình không cân bằng, mô hình cân mô hình logarit [5], [6] Giải ba dạng mô hình kết đáng ý xác định trường độ ẩm lớp hạt, trường nhiệt độ khí sấy theo thời gian chiều dày lớp hạt với độ xác khác để xác định tốc độ sấy (thời gian sấy) Mô hình P.D.E cho kết tính toán có độ xác cao gần với thực tế có hạn chế điều kiện đầu vào thay đổi số lượng cần tính toán theo mô hình P.D.E lớn, mô hình cân mô hình logarit đơn giản độ xác không cao [6] Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn mô hình P.D.E để xác định trường nhiệt độ, độ ẩm lớp hạt, trường nhiệt độ, độ ẩm khí sấy từ trường độ ẩm lớp hạt buồng sấy xác định thời gian đảo gió hợp lí Sấy lớp dày trình mà thông số khí sấy hạt sấy vị trí khối hạt bị thay đổi theo thời gian chiều dày lớp hạt Mô hình mô trình sấy lớp dày thường dựa quan niệm lớp dày gồm nhiều lớp mỏng xếp chồng lên theo chiều chuyển động xuyên qua lớp hạt khí sấy Trong đó, nhiệt độ, độ ẩm tốc độ khí sấy vào lớp sau nhiệt độ, độ ẩm tốc độ khí sấy lớp mỏng trước Độ xác công thức sấy lớp mỏng đóng vai trò định tới độ xác mô hình lớp dày Các mô hình P.D.E mô trình sấy hạt nông sản theo lớp dày mô tả hệ phương trình đạo hàm riêng, gồm công thức cân entanpy khí sấy, cân entanpy hạt, cân độ ẩm khí sấy công thức sấy lớp mỏng mô tả tốc độ thay đổi độ ẩm hạt [5] Giải hệ phương trình ta xác định đại lượng chiều dày x giường sấy thời điểm t trình sấy sau: - T a = T a (x; t): nhiệt độ trung bình khí H = H(x; t): độ ẩm trung bình khí sấy sấy; M = M(x; t): độ ẩm trung bình cục hạt - T g = T g (x; t): nhiệt độ trung bình hạt; 750 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Trên giới có nhiều hệ phương trình P.D.E thành lập hệ phương trình Brooker (1974) [1], Sharp (1982) [6], V.K Srivastava J John (2002) [5] Các hệ phương trình thay đổi chủ yếu công thức sấy lớp mỏng khác Trong nghiên cứu này, mô hình P.D.E giải phương pháp sai phân hữu hạn (sai phân tiến) giá trị tính toán hệ chạy phần mềm Microsoft Excel 2.1 Thành lập hệ phương trình Để thành lập phương trình cân (phương trình cân entanpy khí sấy, phương trình cân entanpy hạt, phương trình cân độ ẩm khí sấy) ta cần giả thiết đơn giản hóa trình truyền nhiệt truyền chất thể tích khảo sát sau: • Sự co ngót thể tích không đáng kể, bỏ qua trình sấy • Gradient nhiệt độ hạt không đáng kể • Dẫn nhiệt, dẫn ẩm từ hạt đến hạt khác bỏ qua • Tường thiết bị sấy đoạn nhiệt với môi trường xung quanh, hay cách nhiệt hoàn hảo bỏ qua lượng nhiệt tích tụ lớp cách nhiệt • Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy theo thời gian với bước thời gian đủ nhỏ không đáng kể so với chiều cao lớp hạt ( ∂Ta ∂T ∂H ∂H ) ... kinh nghiệm sấy thực tế [4] chưa cách tường minh thời điểm đảo gió theo trường độ ẩm lớp thóc sấy Vì vậy, nghiên cứu để xác định thời điểm đảo gió hợp lý trình sấy thóc tĩnh theo lớp dầy thông... tới chất lượng thóc sấy Dựa vào bảng 7, thấy thời điểm đảo gió sau 7h sấy hợp lý chênh lệch độ ẩm lớp giảm nhiều so với trình sấy không đảo gió, đồng thời, hồi ẩm lớp đảo gió thời điểm 7h không... 10 12 Thời gian sấy (h) Hình Độ ẩm thóc sấy theo thời gian chiều cao lớp hạt (bảng 6) Do chênh lệch độ ẩm lớp lớn nên cần thực sấy có đảo gió cho trình sấy thóc tĩnh Bảng Kết sấy điều kiện thời