Nghiên cứu mô phỏng quá trình sấy thóc tĩnh lớp dày

Bài viết trình bày nghiên cứu mô phỏng quá trình sấy thóc tĩnh lớp dày trong thiết bị sấy vỉ ngang bằng mô hình đạo hàm riêng. Giải mô hình bằng phương pháp sai phân và so sánh với kết quả thực nghiệm của đề án CARD để hiệu chỉnh mô hình mô phỏng và sử dụng mô hình đã hiệu chỉnh có độ chính xác cao đánh giá ảnh hưởng của chế độ sấy là chiều dày lớp hạt, thời gian đảo gió, nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy nhằm xác định chế độ sấy thóc tối ưu phục vụ cho việc thiết kế và vận hành hiệu quả thiết bị sấy thông dụng này của Việt Nam.

SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG Q TRÌNH SẤY THĨC TĨNH LỚP DÀY STUDY THE SIMULATION OF THICK LAYER STATIC PADDY DRYING PROCESS Đỗ Thái Sơn TĨM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu mơ q trình sấy thóc tĩnh lớp dày thiết bị sấy vỉ ngang mơ hình đạo hàm riêng Giải mơ hình phương pháp sai phân so sánh với kết thực nghiệm đề án CARD để hiệu chỉnh mơ hình mơ sử dụng mơ hình hiệu chỉnh có độ xác cao đánh giá ảnh hưởng chế độ sấy chiều dày lớp hạt, thời gian đảo gió, nhiệt độ, độ ẩm tốc độ tác nhân sấy nhằm xác định chế độ sấy thóc tối ưu phục vụ cho việc thiết kế vận hành hiệu thiết bị sấy thơng dụng Việt Nam Từ khóa: Mơ hình mơ phỏng, sấy thóc tĩnh lớp dày, cơng thức lớp mỏng, chế độ sấy, thiết bị sây vỉ ngang ABSTRACT The article presents the research to simulate the static paddy drying process in a flat bed dryer by a Partial Differential Equation model and solves the model by the difference method and compares with the experimental results of project CARD to correct the simulation model and then to evaluate the effects of drying conditions as the grain thickness, air reversal time, temperature, humidity and drying agent speed to determine the optimal paddy drying regime for the design and efficient operation of this common dryer in Vietnam Keywords: Simulation model, drying thick layer paddy, thin layer formula, drying regime, flat bed dryer Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Email: sonnhiet@gmail.com Ngày nhận bài: 25/5/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 30/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 18/8/2020 Sấy hạt lớp dày khác với sấy lớp mỏng/hạt trần chỗ có hồi ẩm lớp hạt phía xếp chồng lên hạt, dẫn đến kết dự đốn (thời gian sấy) mơ hình ln khác với kết thực nghiệm khác biệt nhiều/ít tùy thuộc cơng thức sấy lớp mỏng dùng [7, 8, 9, 10] Các nghiên cứu nước gồm nghiên cứu thực nghiệm CARD [1] nghiên cứu ứng dụng mơ hình đạo hàm riêng PDE đánh giá ảnh hưởng đơn lẻ điều kiện sấy thóc thiết bị sấy vỉ ngang [2, 3, 4, 5] Để mơ xác q trình sấy thóc thiết bị sấy vỉ ngang cần nghiên cứu tổng hợp bước q trình mơ phỏng, bao gồm: 1) Lựa chọn mơ hình mơ hình sấy lớp dày dạng cơng thức sấy thóc lớp mỏng tích hợp mơ hình để mơ q trình sấy đạt độ xác cao; 2) Giải mơ hình mô với số công thức lớp mỏng công bố điều kiện khảo sát dự án CARD [1] để lựa chọn công thức lớp mỏng có dạng đường cong sấy lớp thóc mỏng phù hợp; 3) Hiệu chỉnh công thức lớp mỏng điều kiện sấy CARD so sánh với kết thực nghiệm CARD đánh giá độ xác mơ q trình sấy thóc tĩnh lớp dày; 4) Sử dụng mơ hình PDE hiệu chỉnh để nghiên cứu đánh giá năm thơng số chế độ sấy thóc tĩnh lớp dày chiều dày lớp hạt, thời điểm đảo gió, nhiệt độ, độ ẩm tốc độ khí sấy, từ rút điều kiện sấy thóc tói ưu, 5) Kiểm định chế độ sấy thóc tối ưu vừa xác định GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ GIỚI THIỆU Thiết bị sấy vỉ ngang sử dụng rộng rãi đồng sơng Cửu Long để sấy thóc sau thu hoạch chi phí đầu tư vận hành thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam Nghiên cứu động học q trình sấy mơ hình mơ giúp việc thiết kế vận hành hiệu thiết bị sấy Mơ hình sấy hạt tĩnh lớp dày nhà khoa học giới nghiên cứu mơ tích hợp trình sấy lớp mỏng xếp chồng theo chiều chuyển động khí sấy phân thành: mơ hình Đạo hàm riêng (Partial Differential Equation, PDE), mơ hình Logarit mơ hình Độ ẩm cân bằng; mơ hình PDE cho kết mơ xác tính tốn phức tạp Các mơ hình PDE khác chủ yếu cơng thức sấy hạt lớp mỏng sử dụng mô hình Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 2.1 Lựa chọn mơ hình mơ hình sấy lớp dày Trong mơ hình mơ q trình sấy mơ hình PDE cho kết mô đường cong sấy nhiệt độ vật liệu sấy xác [8] nên lựa chọn Mơ hình PDE xây dựng với giả thiết sau [7]: - Gradient nhiệt độ hạt không đáng kể - Dẫn nhiệt, dẫn ẩm từ hạt đến hạt khác bỏ qua - Thiết bị sấy cách nhiệt hồn hảo bỏ qua lượng nhiệt tích tụ lớp cách nhiệt - Biến thiên nhiệt độ độ ẩm khí sấy theo thời gian không đáng kể so với theo chiều dày lớp hạt T T H H ( a  a , )   x  x - Độ xác công thức độ ẩm cân coi biết Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 83 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Mơ hình đạo hàm riêng PDE xây dựng từ ba phương trình cân entanpy khí sấy, entanpy hạt, ẩm dung khí sấy cho lớp mỏng khảo sát dx, công thức sấy lớp mỏng (4) sử dụng cơng thức dạng Page, có dạng sau [11]: Ta  T  Ta  Tg   a  x v a  a  c a  c v H v a t  Tg t  1      p c p   p c w M  T ro as (1) G  Tg  Me (2) h v  c v  Ta  Tg    a v a  H   1      p c p   p c w M   x H   H  p (1   )  M   x v a t  a v a  t MR  M  Me  exp( X.t Y ) Mi  M e (3) (4) Với thơng số nhiệt vật lý thóc xác định sau [10]: t Thời gian sấy, h x Chiều dày lớp hạt, m Ta Nhiệt độ khơng Tabs Nhiệt độ tuyệt đối, K khí, khí sấy, oC va Tốc độ không H Độ ẩm khơng khí, khí, khí sấy, m/s kg/kgkk Tg, Nhiệt độ thóc, Min Độ ẩm đầu thóc, o decimal d.b C RH Độ ẩm tương đối khơng khí, decimal, (5) RH = 101,3H/(0,26189.pvs+ H.pvs), (6) pvs Áp suất bão hòa, kPa, pvs = 0,1.exp(27,0214 - 6887/Tabs – 5,31ln(Tabs/273,16) ca Nhiệt dung riêng khơng khí, J/kgK, (7) ca = 1009,26 - 0,0040403Ta + 6,1759.10-4Ta2 4,097.10-7Ta3 cv Nhiệt dung riêng nước, J/kgK, (8) cv = 1,883.103 - 1,6737.10-1Ta + 8,4386.10-4Ta2 2,6966.10-7Ta3 ρa Khối lượng riêng khơng khí, kg/m3, (9) ρa = 101,325/(0,287.Tabs) μa Độ nhớt không khí, kg/ms, μa =1,691.10-5 (10) + 4,984.10-8Ta - 3,187.10-11Ta2 + 1,319.10-14Ta3 hv Nhiệt ẩn hóa hơi, J/kg, (11) hv = 2,503.106 – 2,386.103(Tabs - 273,16); với 273,16 < Tabs < 533,16 cp Nhiệt dung riêng thóc ướt, J/kgK, (12) cp = cd + cw.M = 1109 + 4168.M Ρp Khối lượng riêng đống thóc, kg/m3, (13) ρp = 508,5 + 202,72.M ε Độ rỗng đống thóc, decimal, (14) ε = 0,6455 - 0,2303.M 84 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) Hệ số truyền nhiệt thể tích, J/m3K.s, (15) = 0,2755.ca.G.(2ro.G/ μa)-0,34.as ε Đường kính tương đương hạt thóc, lấy 0,00457m [8] Diện tích bề mặt m3 thóc, lấy 1200 ± 140 m2/m3 Lưu lượng khơng khí đơn vị diện tích, kg/m2.s Độ ẩm cân thóc, decimal d.b, tính theo công thức Henderson (1952) [8]:  ln 1 RH   Meq      100   C 1, 8.Ta  491,   N (16) với C N số phụ thuộc vật liệu, với thóc: C = -7,87.10-6 N = 2,088 Và điều kiện biên lấy theo điều kiện khảo sát dự án CARD [1] (bảng 1)để so sánh kết mơ với kết thực nghiệm đề xuất điều chỉnh mô hình Bảng Các thơng số chế độ sấy khảo sát CARD [1] TT Mẻ 43oC, có đảo gió Điều kiện sấy Mẻ Mẻ Mẻ o o 43 C, 50+43 C, 50+43oC, có đảo gió có đảo gió ko đảo gió Khối lượng thóc trước sấy, kg 606 803 851 586 Khối lượng thóc sau sấy, kg 434 556 620 486 Độ ẩm đo sau sấy % 13,65/15,81 13,53/15,65 12,49/14,27 12,64/14,47 (w.b/d.b.) Độ ẩm tính trước sấy 61,704 67,03 56,84 38,022 (%, d.b.) Chiều dày lớp thóc, m 0,246 0,397 0,405 0,249 Lưu lượng khí sấy, m /s Thời điểm đảo gió, sau 0,80 7,00 0,82 9,00 0,82 9,00 0,82 - Khối lượng riêng thóc ướt, kg/m3 616 530 525 588 2.2 Chọn công thức lớp mỏng Mơ hình sấy hạt nơng sản lớp mỏng nói chung, thóc nói riêng, chia thành ba dạng: - Các mơ hình lý thuyết khuếch tán, - Các mơ hình bán thực nghiệm, - Các mơ hình thực nghiệm Các mơ hình khuếch tán sử dụng dựa giả thiết trình truyền ẩm hạt thóc q trình khuếch tán ẩm lỏng (Cihan Ece, 2001; Kahveci đồng sự, 2003; Cihan đồng sự, 2007, 2008 [9]) Tuy nhiên, mô hình dạng thường phức tạp khơng phù hợp với nghiên cứu vận hành Các mơ hình thực nghiệm bán thực nghiệm dựa việc đơn giản hóa Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 lời giải tổng quát định luật Fick để mô trình sấy hạt theo lớp mỏng [7] Các mơ hình loại có ưu điểm dễ áp dụng, mơ hình Agrawal Singh (1977), Wang Singh (1978), Basunia Abe (1998), Chen Wu (2001), Hacihafizoglu đồng (2008) [9] Vì mở rộng phạm vi áp dụng công thức thực nghiệm bị hạn chế nên nghiên cứu sử dụng ba cơng thức sấy thóc lớp mỏng dạng Page [7] giải mơ hình PDE để lựa chọn công thức lớp mỏng phù hợp Công thức lớp mỏng (4) Agrawal Singh [7] có hệ số X Y sau: X = 0,02958 – 0,44565 RH + 0,01215.Ta (17a) Y = 0,13365 + 1,93653.RH – 1,77431.RH + 0,009468.Ta Các hệ số X Y công thức (4) Wang Singh [7] sau: X = 0,01579 + 0,0000176 Ta + 0,078867.RH (17b) Y = 0,6545 + 0,002425.Ta + 0,078867.RH Các hệ số X Y công thức (4) Basunia Abe [7] sau: X = 0,0139402 + 0,00002044.Ta + 0,0158462.RH (17c) Y = 0,558983 + 0,001772.Ta + 0,196982.RH Với thời gian sấy tính cho cơng thức Agrawal Singh phút cho công thức Wang Singh, cơng thức Basunia Abe xác q trình sấy thóc tĩnh lớp dày Cơng thức Agrawal Singh chọn cho dạng đường cong sấy lớp thóc phù hợp quy luật [2, 11] Giải giải hệ phương trình sai phân với công thức (17a) với điều kiện sấy mẻ xác định nghiệm M(x,t), Tg(x,t), Ta(x,t), H(x,t) thể hình 1, 2, 3, Từ trường độ ẩm M(x, t) dễ dàng xác định độ ẩm trung bình thời gian sấy/mẻ (ts = 4,75h) chênh lệch độ ẩm lớn lớp thóc cuối mẻ sấy (Mmax = 4,32%, thể chất lượng trình sấy) Từ trường nhiệt độ Tg(x,t) xác định nhiệt độ lớn thóc Tgmax = 48,91oC để so sánh với nhiệt độ chuyển thái giịn - dẻo gây nứt gãy gạo thóc nhiệt độ khí sấy Ta lớp hạt (0,25m) dùng để xác định tổn thất nhiệt khí sấy mang Hình Độ ẩm lớp thóc 2.3 Giải hệ phương trình pde (1)  (4) phương pháp sai phân theo chiều dày lớp hạt (x) thời gian sấy (t) kết hợp với công thức nhiệt vật lý (5-16) với điều kiện đầu điều kiện biên [1] để chọn công thức lớp mỏng mơ quy luật sấy lớp thóc sấy thóc tĩnh lớp dày Hệ phương trình sai phân có dạng:   Ta t   t t t t t   Ta i  Tg  t  t i  x  v a a c a  c v H i i  t  T t t  g  Ta i  T g t i  t i 1     p c p   p c w M i   h  c T t  T t  t v a i g i   v   M    t t i cp  c w M i    H t t  p (1   )  M t   t     a v a t i  x i t  t t   M  M i  M e t  X t Y t t Y i  ex p  X t t Y i i i i i  t i            Hình Nhiệt độ lớp thóc        Hình Nhiệt độ khí sấy  Sử dụng điều kiện sấy mẻ [1], giải hệ phương trình sai phân với bước thời gian ∆t = 15 phút bước chiều dầy ∆x = 0,02m với công thức (17a), (17b) (17c) xác định thời gian sấy là: 4,75h với (17a), 2,25h với (17b) 8,85h với (17c) so với kết thực nghiệm CARD 7,20h cho thấy khơng có cơng thức lớp mỏng để mơ Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình Dung ẩm khí sấy Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 85 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 2.4 Hiệu chỉnh công thức lớp mỏng (17a) Sự chồng chất hạt lớp dày làm giảm diện tích tiếp xúc bề mặt hạt với khí sấy, tiếp xúc thực tế xảy lỗ rỗ ε nên nghiên cứu [2] hiệu chỉnh bề mặt riêng as thành ε.as để điều chỉnh hệ số tỏa nhiệt thể tích (cơng thức 19), hiệu chỉnh cường độ bay qua hệ số X công thức (17a) thành ε.X (công thức 18) Xε = (0,2985 – 0,44565.RH + 0,01215.Ta).ε (18) -0,34 haε = 0,2755.ca.G.(2ro.G/ μa) as ε (19) Kết xác định thời gian sấy cho bốn mẻ sấy với công thức Agrawal Singh (4a) chưa hiệu chỉnh X (công thức 18, 19) điều kiện sấy CARD (bảng 1) cho bốn mẻ sấy tổng hợp bảng So với kết thực nghiệm CARD mơ hình PDE với cơng thức 17a chưa hiệu chỉnh cho kết dự đoán thời gian sấy giảm từ 30,6  41,9%, cịn với mơ hình hiệu chỉnh thời gian sấy PDE dự đốn sai khác nhỏ (0,43  6,25%), dù với điều kiện thời tiết nóng ẩm (tháng 7) hay lạnh khơ (tháng 12) Kết cho thấy công thức hiệu chỉnh (18), (19) hợp lý xác mơ hình PDE hiệu chỉnh có độ xác cao sử dụng để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng điều kiện sấy Bảng Tổng hợp thời gian sấy thực nghiệm kết hiệu chỉnh mơ hình PDE TT Kết Mẻ Mẻ Mẻ tsấy, h Sai số tsấy, h Sai số tsấy, h Sai số Thực nghiệm 10,67 11,5 11,0 CARD Mơhình chưa 6,20 -41,9% 7,7 -33,0% 7,63 -30,6% h/chỉnh Mơ hình 10,75 0,75% 12,25 6,25% 11,25 2,27% h/chỉnh7 Mơ hình 10,53 1,28% 11,55 0,43% 10,75 -4,55% h/chỉnh12 Mẻ tsấy, h Sai số 7,20 4,75 -34,6% 7,25 0,69% 7,0 -2,8% ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỚNG CÁC ĐIỀU KIỆN SẤY Có năm thơng số ảnh hưởng đến sấy tĩnh lớp dày Việc đánh giá thực dựa vào trường độ ẩm M(x,t) để xác định thời gian sấy/mẻ, chênh lệch độ ẩm cực đại Mmax, nhiệt độ lớn hạt Tgmax để đánh giá chất lượng trình sấy 3.1 Chiều dày lớp hạt Chiều dày lớp hạt thông số trực tiếp ảnh hưởng đến suất sấy Kết nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày lớp hạt đến thời gian sấy chênh lệch độ ẩm Mmax điều kiện sấy CARD tổng kết bảng Bảng Kết giải mơ hình PDE tăng chiều dày lớp hạt Mẻ Loại thóc Chiều dày hạt Thóc ướt, 0,25m độ ẩm đầu 0,50m 61,7% d.b 0,50m Đảo gió sau 7h sau 7h khơng Thời gian sấy 10,75h 16,33h - Chênh lệch ẩm Max 6,36 % 2,92% - 86 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) Thóc ướt, nhiều hạt xanh, độ ẩm đầu 67% Thóc ướt, độ ẩm đầu 56,8% d.b Thóc tốt, tạp chất, độ ẩm đầu 38% d.b 0,38m 0,60m 0,60m sau 9h sau 9h không 12,25h 17,33h 12,83h 8,96% 3,64% 38,97% 0,405m 0,60m 0,60m 0,25m 0,50m 0,50m sau 9h sau 9h không không không sau 7h 11,25h 16,33h 12h 7,25h 9,25h 12,33h 7,76% 6,05% 23,95% 2,09% 15,01% 3,67% Sấy thóc tốt (mẻ 8), tăng chiều dày thóc từ 0,25m lên 0,5m (tăng 100%) thời gian sấy khơng đảo gió 9,25h (tăng 27,6%), chênh lệch độ ẩm Mmax tăng mạnh (15%), cịn có đảo gió thời gian sấy 12,33h (tăng 70%) chênh lệch độ ẩm Mmax tăng không đáng kể (3,67% so với 2,09%), cho thấy tăng chiều dày kết hợp với đảo gió tăng công suất sấy mà bảo đảm chất lượng q trình sấy Sấy thóc ướt (mẻ 5) dày 0,38m, có đảo gió, tăng chiều dày lớp thóc sấy 0,6m (tăng 58%) thời gian sấy tăng 41,5% chênh lệch độ ẩm lớp thóc lại giảm (Mmax = 3,67% so với 8,96%) Nếu khơng đảo gió thời gian sấy tăng nhẹ (tăng 4,7%) chênh lêch độ ẩm Mmax thóc sấy lớn (38,97% so với 8,96%) lớp thóc đáy thiết bị bị q sấy (11,41%) cịn thóc lớp ướt (50,38%) Tăng chiều dày lớp hạt lên thời gian sấy tăng tương ứng; cụ thể với mẻ tăng chiều dày lớp thóc từ 40,6cm lên 60cm (tăng 47,8%), đảo gió sau 9h thời gian sấy tăng 47,7% tức tăng chiều dày đến 60cm không lợi thời gian sấy (đều tăng 47,7%) với chênh lệch độ ẩm Mmax = 6,05% (giảm chút so với 7,76%); Vì tăng chiều dày lớp thóc sấy (50 - 60cm) để tăng suất sấy phải đảo gió đảm bảo chất lượng thóc sấy 3.2 Thời điểm đảo gió thơng số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng q trình sấy thóc tĩnh lớp dày (thể qua Mmax) Kết mô PDE với thời điểm đảo gió theo điều kiện sấy thực nghiệm CARD tổng kết bảng Bảng Chênh lệch độ ẩm thời gian sấy PDE kết thực nghiệm CARD Mẻ 4, đảo Kết gió 7h CARD mơ PDE Kết Sai khác Thực nghiệm CARD Thời gian sấy 10,67 mẻ, h Độ ẩm cuối, 15,81 % d.b Mẻ 5, đảo gió 9h Mẻ 7, đảo gió 9h Mẻ 8, khơng đảo gió Kết Kết Kết Sai khác Sai khác Sai khác - 11,5 - 11,0 - 7,20 - - 15,65 - 14,27 - 14,47 - Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Mơ hình PDE Thời gian sấy 10,75 0,75% 12,25 6,25% 11,25 2,27% 7,25 0,69% mẻ, h Độ ẩm cuối, 15,83 0,13% 15,68 0,19% 14,35 0,56% 14,58 0,76% % d.b Chênh lệch 6,36% - 8,96% - 7,76% - 2,09% - Mmax, Nghiên cứu thời điểm đảo gió khác tăng chiều dày lớp hạt lên 50 ÷ 60cm tổng kết bảng từ xác định thời điểm đảo gió tối ưu Bảng Kết giải mơ hình PDE thời điểm đảo gió thay đổi Thời điểm đảo gió 5h 6h 7h 8h 9h Không đảo 10h Mẻ ΔMmax - 6,01% 3,25% 1.58% 3,54% 6,97% - D =50cm Tgian sấy - 16 h 16,33 h 16.5 h 16,5 h 16,25h - Mẻ ΔMmax 11,05% 7,55% 4,49% 2,79% 3,64% 6,01% - D = 60cmTgian sấy 16,1 h 16,5 h 17 h 17,25h 17,25 h 17,25 h - Mẻ ΔMmax - 9,37% 6,77% 5,05% 6,05% 8,64% - D = 60cmTgian sấy - 16 h 16,25 h 16.25 h 16,25 h 16h - Mẻ ΔMmax 3,59% 2,29% 3,67% 7,37% - - 15,01% D = 50cmTgian sấy 12,5 h 12,5 h 12,5 h 11,75 h - - 9,25 h Như vậy, nhờ kết chênh lệch độ ẩm lớp thóc cuối mẻ sấy Mmax mô PDE với mẻ sấy suất cao có chiều dày lớp hạt từ 50cm đến 60cm, thời điểm đảo gió tối ưu xác định khoảng thời gian sấy/mẻ 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khí sấy Nhiệt độ khí sấy có ảnh hưởng mạnh đến thời gian sấy chất lượng thóc sấy, tăng nhiệt độ khí sấy làm giảm thời gian sấy làm nhiệt độ hạt Tgmax cao nhiệt độ chuyển thái giịn dẻo thóc (Tct lân cận 43oC [6]) làm thóc bị nứt gãy mạnh Kết mô PDE theo điều kiện sấy CARD xác định trường nhiệt độ hạt Tg(x,t) Tgmax thể bảng Bảng Kết xác định Tgmax theo mô pde với điều kiện sấy CARD Mẻ sấy Kết Mẻ Mẻ Mẻ Mẻ 43 43 50 (1h) /43 50 (1h)/43 Thời gian sấy CARD, h 10,67 11,5 11,0 7,20 Thời gian sấy pde, h 10,75 12,25 11,25 7,25 Mmax,,d.b 6,36% 8,96% 7,76% 2,09% 42,69 42,84 42,96 45,31 o Nhiệt độ khí sấy, C o Tgmax , C Trong thí nghiệm CARD tăng nhiệt độ khí sấy mẻ lên 50oC đầu tiên, mẻ thóc có độ ẩm ban Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn đầu cao (56,8%) nhiệt độ cao thóc Tgmax = 42,96oC nhỏ nhiệt độ chuyển thái, mẻ sấy thóc tốt có độ ẩm ban đầu thấp (38%) Tgmax = 45,3oC vượt qua nhiệt độ chuyển thái Như vậy, mô PDE giúp xác định Tgmax giải pháp tăng nhiệt độ khí sấy nên hay khơng nên Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ khí sấy với mẻ sấy có lớp hạt dày 60cm, đảo gió tối ưu sau 8h cho kết bảng Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ khí sấy với mẻ sấy Điều kiện sấy Nhiệt độ khí sấy, oC Thời gian sấy, h Mmax, % Tgmax, oC Thóc dày D = 60cm, Đảo gió sau 8h, Độ ẩm đầu Min= 67% 43 50 (1,5h) & 43 47 (2h) & 43 17,25 16,75 (-3,9%) 16,92 (-1,9%) 2,79 3,01 3,3 42,84 44,41 43,58 Như với sấy thóc tĩnh lớp dày nên sử dụng khí sấy có nhiệt độ lân cận nhiệt độ chuyển thái 43oC, giải pháp tăng nhiệt độ khí sấy để giảm thời gian sấy khơng hiệu thời gian sấy giảm (từ 1,9% đến 3,9%) lại làm phức tạp vận hành làm tăng nứt gãy gạo nhiệt độ Tgmax (44,4 oC; 43,6 oC) vượt qua nhiệt độ chuyển thái thóc [6] 3.4 Ảnh hưởng độ ẩm khí sấy Độ ẩm khí sấy (là khói hịa trộn với khơng khí ngồi mơi trường) dung ẩm khơng khí định khơng khí thành phần chủ yếu khí sấy Điều kiện thời tiết ẩm/khô ảnh hưởng đến dung ẩm khí sấy nên ảnh hưởng đến thời gian sấy, thời tiết khô làm thời gian sấy giảm ngược lại sấy mùa mưa thời gian sấy bị kéo dài Bảng Ảnh hưởng dung ẩm khí sấy Mẻ sấy & Mẻ Mẻ Mẻ Mẻ Thời gian sấy, h tsấy, h Sai số tsấy, h Sai số tsấy, h Sai số tsấy,h Sai số Thực nghiệm CARD 10,67 11,5 11,0 7,20 Mơ hình PDE 10,75 0,75% 12,25 6,25% 11,25 2,27% 7,25 0,69% tháng7 Mơ hình PDE 10,53 -1,28% 11,55 0,43% 10,75 -4,55% 7,0 -2,8% tháng12 Sai khác tsay 0,22 2,06% 0,70 6,09% 0,50 4,55% 0,25 3,47% dung ẩm Kết xác định thời gian sấy mơ hình PDE thời tiết mùa mưa tháng (có dung ẩm H = 20g/kgkk) mùa khơ tháng 12 (có dung ẩm H = 16g/kgkk) tổng hợp bảng Chênh lệch thời gian sấy độ ẩm khí sấy ẩm/khơ lớn là 0,7 (của mẻ 5) nhỏ 0,22 (của mẻ 4) so với thời gian sấy thực nghiệm 3.5 Ảnh hưởng tốc độ khí sấy Tốc độ khí sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy chất lượng qua trình sấy Trong sấy thóc tĩnh lớp dày khí sấy thổi xuyên qua lỗ rỗng hạt, với lưu lượng khí sấy khơng đổi hạt khô lỗ rỗng chúng tăng tốc độ khí sấy thổi qua lớp hạt giảm Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 87 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Sử dụng mô PDE khảo sát ảnh hưởng tốc độ/lưu lượng khí sấy cho mẻ sấy theo điều kiện sấy thực nghiệm CARD (thóc sấy dày 40cm, độ ẩm đầu vào 67%, đảo gió sau 9h, khí hậu khơ) tổng kết bảng Bảng Ảnh hưởng tốc độ/ lưu lượng khí sấy mẻ sấy Lưu lượng, m3/s 0,902 (+10%) 0,82 (100%) 0,738 (-10%) 0,615 (-25%) Đảo tsấy, h gió 9h ∆Mmax, % 10,5 (-9,1%) 11,55 (100%) 12,91 (+11,77%) 14,83 (+28,4%) 9,41 13,10 12,99 10,42 Tối ưu tsấy, h 7h ∆M , % max 12,33 13,0 13,67 14,83 10,43 9,32 7,80 4,77 Rõ ràng tốc độ khí sấy có ảnh hưởng rõ rệt đến thời gian sấy, tốc độ khí sấy cao thời gian sấy giảm ngược lại Ở điều kiện sấy CARD mẻ tốc độ tăng/giảm % thời gian sấy giảm/tăng tương ứng Kết tổng kết bảng đảo gió điều kiện tối ưu (sau giờ) cần sấy với lưu lượng 0,615m3/s (giảm 25% so với CARD) chất lượng thóc sấy đồng nhất, dù thời gian sấy bị kéo dài tương ứng (thêm 28,4%,) lên đến 14,83h KẾT LUẬN Nghiên cứu mô trình sấy thóc tĩnh lớp dày lựa chọn giải mơ hình PDE phương pháp sai phân hữu hạn theo điều kiện sấy thực dự án CARD, phân tích lựa chọn cơng thức lớp mỏng Agrawal Singh tích hợp mơ hình PDE hiệu chỉnh hệ số truyền nhiệt thể tích tốc độ sấy theo độ rỗng ε cho kết dự đoán thời gian sấy PDE với độ xác cao, sai số thời gian sấy lớn 6,25% so với kết CARD Sử dụng mơ hình PDE hiệu chỉnh đánh giá ảnh hưởng điều kiện sấy khác đến thời gian sấy, chất lượng thóc sấy q trình sấy thóc tĩnh lớp dày Tăng chiều dầy lớp hạt lên 50cm, tối đa 60cm, có đảo gió có lợi suất, thời gian sấy lẫn chất lượng thóc sấy Mơ PDE xác định thời điểm đảo gió tối ưu thời gian sấy/mẻ cho mẻ sấy suất cao có chiều dày lớp hạt từ 50cm đến 60cm Các thông số nhiệt độ, độ ẩm tốc độ khí sấy có ảnh hưởng khác mơ hình sấy Nhiệt độ khí sấy thích hợp nên lân cận 43oC để tránh gãy nứt hạt Ảnh hưởng độ ẩm khí sấy sấy tĩnh lớp dãy không lớn, chênh lệch thời gian sấy độ ẩm khí sấy khơ/ẩm lớn 0,7h Tốc độ/ lưu lượng khí sấy có ảnh hưởng rõ rệt đến q trình sấy này, tốc độ khí sấy cao thời gian sấy tương ứng giảm ngược lại Mơ hình PDE hiệu chỉnh có độ xác cao dùng để xác định điều kiện sấy tối ưu cho q trình sấy thóc thiết bị sấy vỉ ngang cần thực nghiệm điều kiện sấy tối ưu mô PDE xác định để hồn chỉnh nghiên cứu 88 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Giao thông Vận tải đề tài mã số T2016 - CK - 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Hiếu Hiền, cs., 2007 Báo cáo Đề án CARD – MS6 Phần Sấy vỉ ngang Trường Đại học Nơng lâm Tp Hồ Chí Minh [2] Đỗ Thái Sơn, 2016 Hiệu chỉnh công thức sấy thóc lớp mỏng mơ hình sấy thóc tĩnh lớp dầy Tạp chí Năng lượng Nhiệt, No 127 - 01/2016 [3] Đỗ Thái Sơn, 2016 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dầy lớp hạt đến động học trình sấy thóc tĩnh lớp dầy Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, No 51 04/2016 [4] Đỗ Thái Sơn, 2018 Nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm đảo gió đến q trình sấy thóc thiết bị sấy vỉ ngang Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, No 63 - 04/2018 [5] Đỗ Thái Sơn, 2019 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số tác nhân sấy đến q trình sấy thóc thiết bị sấy vỉ ngang Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, No 69 - 04/2019 [6] Cnossen A.G., et al., 2001 An application of glass transition temperature to explain rice kernel fissure occurrence during the drying process Drying Technology, 19:8, 1661-1682 [7] Jayas D.S., Cenkowski S., Pabis S.and Muir W.E., 1991 Review of thinlayer drying ang wetting equations Drying Technology, 9:3, 551-588 [8] Cenkowski S., Jayas D.S and Pabis S., 1993 Deep-bed grain drying - A review of particular theories Drying Technology, 11:7, 1553-1582 [9] Hacihafizoglu O., Cihan A., Kahveci K., 2008 Mathematical modeling of drying of thin layer rough rice Food and Bioproducts Processing 86 [10] Reddy B.S., Chakraverty A., 2004 Physical Properties of Raw and Parboiled Paddy Biosystems Engineering 88(4) [11] Srivastava V.K., John J., 2002 Deep bed grain drying modeling Energy Conversion and Management 43, AUTHOR INFORMATION Do Thai Son Faculty of Mechanical, University of Transport and Communication Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... khác đến thời gian sấy, chất lượng thóc sấy q trình sấy thóc tĩnh lớp dày Tăng chiều dầy lớp hạt lên 50cm, tối đa 60cm, có đảo gió có lợi suất, thời gian sấy lẫn chất lượng thóc sấy Mơ PDE xác định... mẻ 4) so với thời gian sấy thực nghiệm 3.5 Ảnh hưởng tốc độ khí sấy Tốc độ khí sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy chất lượng qua trình sấy Trong sấy thóc tĩnh lớp dày khí sấy thổi xuyên qua lỗ rỗng... tăng chiều dày kết hợp với đảo gió tăng cơng suất sấy mà bảo đảm chất lượng trình sấy Sấy thóc ướt (mẻ 5) dày 0,38m, có đảo gió, tăng chiều dày lớp thóc sấy 0,6m (tăng 58%) thời gian sấy tăng 41,5%