Ứng dụng phương pháp đồ thị xác định thời gian sấy phấn hoa

Bài báo ứng dụng phương pháp đồ thị để xác định thời gian sấy. Phương pháp này có đặc điểm đơn giản, dễ thực hiện và sử dụng để xác định thời gian sấy so với các phương pháp khác với sai số chấp nhận được. Tính toán theo phương pháp này đối với vật liệu là phấn hoa cho thấy kết quả sai lệch so với thực nghiệm khoảng 14% và so với phương pháp tương tự là 8%.

SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN SẤY PHẤN HOA APPLICATION OF GRAPHICAL METHOD TO DETERMINE THE DRYING TIME Trương Minh Thắng TÓM TẮT Bài báo ứng dụng phương pháp đồ thị để xác định thời gian sấy Phương pháp có đặc điểm đơn giản, dễ thực sử dụng để xác định thời gian sấy so với phương pháp khác với sai số chấp nhận Tính tốn theo phương pháp vật liệu phấn hoa cho thấy kết sai lệch so với thực nghiệm khoảng 14% so với phương pháp tương tự 8% Từ khóa: Phương pháp đồ thị, thời gian sấy ABSTRACT This paper introduces the application of graphical method to determine the drying time It is simple method, easily to use than other theory methods and discrepancy acceptable The results of this method with bee pollen as material for drying process show that the discrepancy is 14% experimental and 8% with similar method Key words: Graphical method, drying time D 2MR MR  x τ MR(x, )  1; Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải Email: tmthangdhgt@gmail.com Ngày nhận bài: 10/5/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 18/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 24/6/2020 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi tính tốn trình sấy (QTS), vấn đề xác định thời gian sấy (TGS) quan trọng giúp nhà thiết kế đưa điều kiện trình phù hợp để đạt yêu cầu công nghệ, chất lượng sản phẩm sấy đặc biệt tối ưu trình vận hành Đã có nhiều nghiên cứu để nhằm đưa phương pháp xác định TGS cho xác, phù hợp với tính tốn cơng bố thời gian qua, phức tạp chưa thực tiện dụng thực tế Với mong muốn giới thiệu thêm phương pháp để xác định TGS, báo trình bày nội dung phương pháp đồ thị xác định TGS A.Z Sahin và I.Dincer giới thiệu [4, 5] Phương pháp có ưu điểm đơn giản dễ sử dụng với sai số chấp nhận CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH TGS A.Z Sahin I.Dincer [4, 5] trình bày phương pháp đồ thị để xác định TGS Nội dung phương pháp dựa vào nghiệm giải tích xác q trình khuếch tán ẩm theo định luật Fick lấy tương tự Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn nghiệm trình dẫn nhiệt theo Fourier Theo hướng đó, phạm vi nghiên cứu tác giả giới hạn tiêu chuẩn Bi truyền chất Bm nằm khoảng từ đến 100 (đây phạm vi phổ biến cho đối tượng vật liệu sấy thơng thường) Một số giả thiết tính tốn theo phương pháp bao gồm: - Các tính chất nhiệt vật lý vật liệu không đổi - Bỏ qua ảnh hưởng trường nhiệt độ đến trường độ ẩm - Khuếch tán ẩm xảy chiều Lúc phương trình vi phân khuếch biểu diễn dạng (1) điều kiện đơn trị viết dạng (2): (1) MR(0, )  (R, )  0; D  mMR  R,   (2) x x Ở đây, D (m2/s) hệ số khuếch tán ẩm vật iệu; m (m/s) hệ số trao đổi chất; R (m) kích thước xác định, đối M  Mcb với phẳng R = 1/2 chiều dày MR  độ Mi  Mcb chứa ẩm không thứ nguyên với Mcb, Mi (kg/kgVLK) độ chứa ẩm cân độ chứa ẩm ban đầu vật liệu Nghiệm (1) với điều kiện (2) giải viết sau:  MR   Anφ(μn ζ)exp  μn2Fo  (3) n1 phẳng: + An  2Bim  φ  μ n  μ n  Bim  Bim  (3a) + φ  μn ζ   cos  μn ζ  +ζ  (3b) x kích thước khơng thứ ngun R + n nghiệm phương trình + Bim  φ μnζ  ζ  Bimφ μnζ  (3c) βmR : tiêu chuẩn Bi truyền chất D Vol 56 - No (June 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 99 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ + Fo  P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Dτ : tiêu chuẩn Forier (thời gian không thứ nguyên) R2 Nếu giá trị Fo > 0,2, nghiệm (3) cần tính cho giá trị đầu (n = 1) mà đảm bảo độ xác, lúc (3), (3a) trở thành: MR  Aφ(μζ )exp  μ 2Fo  A (4) 2Bim (4a) φ μ  μ  Bim  Bim  - Độ chứa ẩm tâm vật (ứng với  = 0) bằng: MRC  A exp  μ 2Fo  (5) Từ suy giá trị cần thiết Fo để đạt đến giá trị MRC là:  A  ln  MR Fo   C  μ (5a) - Thời gian trễ LT: Đây khoảng thời gian không thứ nguyên Fo từ bắt đầu trình sấy đến bước vào chu kỳ giảm ẩm bán phần HT tâm vật liệu sấy bắt đầu hay nói cách khác khoảng thời gian từ lúc ban đầu QTS đến độ chứa ẩm không thứ nguyên tâm MRC = 1, lúc (5a) trở thành: LT  ln  A  (5b) 2 HT  Fo  LT  Fo  Fo  Fo  Fo   ln(2) μn2 (7) - Số lượng khoảng thời gian giẩm ẩm bán phẩm N: Tồn TGS biểu diễn thông qua tổng khoảng thời gian giảm ẩm bán phần HT với thời gian trễ LT tính theo biểu thức sau: N  ln(MRC ) Fo  LT  HT ln  (8) Như vậy, thời gian không thứ nguyên Fo tính là: Fo = LT + N.HT (9) - Sự tương quan số liệu từ thực nghiệm QTS: Biểu thức xác định độ chứa ẩm không thứ nguyên tâm vật viết lại dạng hàm số hệ số sấy S (1/s) hệ số trễ G (đại lượng đặc trưng cho ảnh hưởng ẩm trở bên vật liệu trình truyền ẩm [14]: MRC = G.exp(-S) (10) Lấy (10) (5) đối chiếu với thấy có tương đồng hệ số sau: μ D (11) R2 Từ phân tích trên, tác giả [4, 5] xây dựng đồ thị (hình 2) giới thiệu phương pháp xác định TGS cho phẳng G = A S  - Thời gian giảm ẩm bán phẩm HT: Nếu lấy MRC = 1/2 nghĩa độ ẩm tâm giảm xuống 50%, giá trị Fo (5a) là: Fo  ln 2A  (6) μ2 Hình Đồ thị xác định TGS phẳng [4, 5] a) quan hệ LT A theo (5b); b) quan hệ 2 A theo (4a); Hình Đặc tính đường cong sấy theo MRC Fo [4,5] Vì nửa thời gian giảm ẩm bán phần tâm HT bao gồm thời gian trễ ban đầu LT nên trừ thành phần ta khoảng thời gian giảm ẩm bán phần ứng , với giá trị MRC = 1/4, 1/8 tức Fo  ln 4A Fo  ln  8A  μ2 μ , hay: 100 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (6/2020) c) quan hệ 2 log(Bim) theo (3c); d) quan hệ log(HT) log(Bim) theo (7) Đồ thị xây dựng phạm vi giới hạn giá trị Bim trình bày trên: < Bim < 100  -1 < log(Bim) < < A < 1,3 Cuối cùng, bước để xác định TGS phẳng bao gồm: Cho trước hệ số trao đổi chất m, hệ số khuếch tán ẩm D, độ chứa ẩm tâm cuối trình sấy MRC tất nhiên kích thước xác định phẳng R: Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 - Tính tiêu chuẩn Bi theo Bim  β mR , từ xác định D HT, 2 theo đồ thị (d) (c) - Từ 2 biết, tra đồ thị (b) tìn hệ số A (mà A = G) - Từ A biết tìm LT (a) - Tính N theo (8) Sau có HT, LT, N tính Fo theo (9) TGS từ biểu thức: Fo.R2 (12) D Ta thấy, phương pháp xác định TGS đồ thị dựa nguyên tắc chung phương pháp giải tích kết hợp thực nghiệm phương pháp A.V Luikov Phynhenko trình bày Tuy nhiên, cách làm đơn giản với cách ngược lại, xác định thông số vật liệu ẩm hệ số trao đổi ẩm m hệ số khuếch tán ẩm D Nội dung trình bày báo khác Để minh chứng cho việc tiện dụng độ xác phương pháp này, sử dụng thông số [1] để tính tốn tiện so sánh Trong đó, tác giả sử dụng phương pháp tương tự để xác định TGS, phương pháp giới thiệu ứng dụng nhiều số cơng trình gần [2, 3] thơng số dùng để tính tốn bao gồm [1]: - Vật liệu sấy: Phấn hoa - Chiều dày lớp Phấn hoa: 2.R = 0,01 (m) - Độ chứa ẩm ban đầu vật liệu: Mi = 0,4389kg/kgVLK - Độ chứa ẩm cuối QTS: Mend = 0,111 kg/kgVLK - Nhiệt độ tác nhân sấy: 45oC - Hệ số trao đổi chất: m = 7,17.10-7 (m/s) - Hệ số khuếch tán ẩm: D = 9,57.10-9 (m2/s) - TGS thực nghiệm sấy: 223 phút - TGS tính theo phương pháp tương tự: 204,6 phút τ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ở nhiệt độ 45oC, theo bước trình bày ta tìm TGS chế độ sau: - Tính tiêu chuẩn Bi truyền chất: Bi45  m βmR 7, 17.10 7.0, 005   0, 375 D 9, 57.10 9 - Sau lấy log(Bim) = -0,4264 sử dụng đồ thị (d) tìm log(HT) = 0,33 suy HT = 2,14; sử dụng đồ thị (c) tìm 2 = 0,33 - Từ 2 = 0,33 tra (b) tìm G = 1,053 = A (a) tìm LT = 0,16 - Tính N theo biểu thức (8), nhiên độ chứa ẩm cân nhỏ nên bỏ qua giá trị M MRC  end : Mi Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Mend 0,111 ) ln( ) ln(MRC ) Mi 0,4389    1,983 N  ln  ln(2) ln(2) ln( - Thời gian không thứ nguyên Fo (9) bằng: Fo = LT + N.HT =0,16 + 1,983.2,14 = 4,4 Cuối tìm TGS là: τ Fo.R2 4, 4.0, 0052   11494,3 (s) hay  = 191,6 phút D 9, 57.109 Như vậy, với kết tính tốn theo phương pháp đồ thị trình bày trên, chênh lệch TGS tính tốn thực nghiệm 223 - 191,6 = 31,4 phút, (14% so với thực nghiệm) sai lệch so với phương pháp tương tự 204,6 - 191,6 = 13 phút (bằng 6,3% so với phương pháp tương tự) Có thể nói phương pháp đồ trình bày cho kết tính tốn trường hợp đơn giản so với phương pháp tương tự [1, 2, 3] Tuy nhiên để đánh giá toàn diện trường hợp khác q trình sấy khác cần phải có nghiên cứu KẾT LUẬN Bài báo trình bày sở lý thuyết phương pháp đồ thị để xác định TGS vật liệu sấy có hình dạng phẳng Kết tính tốn trình sấy phấn hoa thể tiện dụng đảm bảo độ xác khơng 15% so với thực nghiệm Tuy nhiên, trình bày trên, phương pháp cịn sử dụng theo cách ngược lại để xác định thơng số q trình sấy hệ số trao đổi chất, hệ số khuếch tán ẩm Mặt khác, để khẳng định độ tin cậy đảm bảo tính phổ quát, phù hợp với hình dạng vật liệu sấy khác nhau, điều kiện sấy khác cần phải có nghiên cứu ứng dụng thời gian tới Các nội dung trình bày công bố TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Quang Huy, 2017 Nghiên cứu kỹ thuật sấy phấn hoa Việt Nam LATS KT Trường Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh [2] Trương Minh Thắng, 2013 Ứng dụng phương pháp tương tự xác định thời gian sấy sợi cà rốt Tạp chí lượng nhiệt, số 112 [3] Trương Minh Thắng, 2015 Nghiên cứu ảnh hưởng tượng co ngót vật liệu sấy đến thời gian sấy cà rốt dạng thái lát Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, số 11 [4] A.Z Sahin, I.Dincer, 2002 Graphical determination of drying process and moisture transfer parameters for solids drying International Journal of Heat and Mass transfer 45-3267-3273 [5] Ibrahim Dincer, Calin Zamfirescu, 2016 Drying phenomena theory and applications 3rd John Wiley & Sons, Ltd AUTHOR INFORMATION Nguyen Minh Thang Faculty of Mechanical Engineering, University of Transport and Communications Vol 56 - No (June 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 101 ... minh chứng cho việc tiện dụng độ xác phương pháp này, sử dụng thông số [1] để tính tốn tiện so sánh Trong đó, tác giả sử dụng phương pháp tương tự để xác định TGS, phương pháp giới thiệu ứng dụng. .. thuyết phương pháp đồ thị để xác định TGS vật liệu sấy có hình dạng phẳng Kết tính tốn q trình sấy phấn hoa thể tiện dụng đảm bảo độ xác khơng q 15% so với thực nghiệm Tuy nhiên, trình bày trên, phương. .. 2013 Ứng dụng phương pháp tương tự xác định thời gian sấy sợi cà rốt Tạp chí lượng nhiệt, số 112 [3] Trương Minh Thắng, 2015 Nghiên cứu ảnh hưởng tượng co ngót vật liệu sấy đến thời gian sấy cà