Nghiên cứu xác định chế độ sấy hiệu quả của bơm nhiệt hai tầng kết hợp với vi sóng cho lá chùm ngây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THỊ HOA NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SẤY HIỆU QUẢ CỦA BƠM NHIỆT HAI TẦNG KẾT HỢP VỚI VI SÓNG CHO LÁ CHÙM NGÂY Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN VIỆT DŨNG Hà Nội – Năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ này tự nghiên cứu và trình bày dưới sự hướng dẫn của giảng viên PGS.TS Nguyễn Việt Dũng Để hoàn thành bản luận văn này chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã liệt kê luận văn, không sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác mà không liệt kê ở phần tài liệu tham khảo Nếu sai, xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Hoa DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt TNS: Tác nhân sấy VLS: Vật liệu sấy HTS: Hệ thống sấy TGS: Thời gian sấy SMER (SPECIFIC MOISTURE EXTRACTION RATE): Hiệu quả tách ẩm riêng QHTN: Quy hoạch thực nghiệm QHĐMT: Quy hoạch đa mục tiêu Các ký hiệu t: Nhiệt độ tác nhân sấy, oC u: Vận tốc tác nhân sấy, m/s w: Độ ẩm của vật liệu sấy, % τ: Thời gian sấy, h Ar: Điện tiêu thụ, kWh C: Hàm lượng vitamin C, mg/kg DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh trình sấy số phương pháp khác với sấy bơm nhiệt Bảng 1.2 Phân tích hàm lượng dinh dưỡng của Moringa 24 Bảng 1.3 So sánh thành phần dinh dưỡng 100gram là tưoi và khô đôi với thực phẩm khác (Nguồn http://www.moringatree.co.za/analysis.html) 25 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo – hiển thị 44 Bảng 3.1 Khối lượng vật liệu sấy theo thời gian sấy 48 Bảng 3.2 Khoảng giá trị của thơng sớ thí nghiệm 52 Bảng 3.3 Giá trị tâm khoảng biến đổi biến đầu vào 52 Bảng 3.4 Bảng chế độ thí nghiệm với giá trị của (x) (Z) .53 Bảng 3.5 Kết quả sớ liệu thí nghiệm 54 Bảng 3.6 : Bảng thực nghiệm xác định thời gian sấy .54 Bảng 3.7 Bảng thực nghiệm xác định thời gian sấy của thí nghiệm lặp ở tâm 56 Bảng 3.8 : Bảng thực nghiệm xác định điện tiêu thụ .59 Bảng 3.9 : Bảng thực nghiệm xác định hàm lượng vitamin C 61 Bảng 3.10 : Bảng thực nghiệm xác định hiệu quả tách ẩm riêng .62 Bảng 4.1 Bảng Pay-off 74 Bảng 4.2 Kết quả các phương án tối ưu 76 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Đường cong biến đổi của q trình sấy tớc độ sấy Hình 1.2: Phân loại các phương pháp sấy Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý chu trình (lý thuyết) tác nhân sấy của bơm nhiệt Hình 1.4: Thang sóng điện từ 14 Hình 1.5: Hình ảnh mơ thiết bị sấy vi sóng 15 Hình 1.6: So sánh sản phẩm sấy giữa số phương pháp .21 Hình 1.7: Hình ảnh chùm ngây 23 Hình 2.1: Hệ thớng bơm nhiệt với chu trình 32 Hình 2.2: Hệ thớng bơm nhiệt với hai chu trình riêng biệt .32 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống sấy kết hợp bơm nhiệt phát vi sóng .33 Hình 2.4: Hình ảnh thiết bị sấy bơm nhiệt – vi sóng BK-BNVS.10 34 Hình 2.5: Hình ảnh bên b̀ng sấy 35 Hình 2.6: Tủ điện & bảng điều khiển 35 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mơ hình BK-BNVS.10 36 Hình 2.8: Sơ đờ bớ trí đầu đo nhiệt độ theo tiết diện 43 Hình 2.9: Bớ trí các điểm đo vận tớc tiết diện ngang 44 Hình 3.1: Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian ở các phương pháp sấy khác .48 Hình 3.2: Sơ đồ đối tượng nghiên cứu 51 Hình 3.3: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa τ và t,u 59 Hình 3.4: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa Ar và t,u .60 Hình 3.5: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa C và t,u 62 Hình 3.6: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa SMER và t,u 63 Hình 3.7: Khối lượng VLS theo TGS với các thời gian phát vi sóng khác .65 Hình 3.8: Khối lượng VLS theo TGS với thời điểm tác động vi sóng khác 66 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ sấy nông sản, dược liệu 1.1.1 Vai trị của kỹ tḥt sấy đới với nơng sản dược liệu 1.1.2 Quá trình sấy 1.1.3 Phân loại các phương pháp sấy 1.2 Tổng quan công nghệ sấy bơm nhiệt .8 1.2.1 Nguyên lý của hệ thống sấy bơm nhiệt 1.2.2 So sánh phương pháp sấy bơm nhiệt với các phương pháp sấy khác .9 1.2.3 Tình hình nghiên cứu .10 1.3 Tổng quan hệ thớng sấy sử dụng vi sóng .13 1.3.1 Giới thiệu vi sóng 13 1.3.2 Nguyên lý của hệ thống sấy vi sóng 14 1.3.3 Một số lưu ý quan trọng làm việc mơi trường vi sóng .15 1.3.4 Tình hình nghiên cứu .15 1.3.5 Đánh giá hệ thớng sấy vi sóng đơn th̀n 18 1.4 Hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng .19 1.4.1 Ý nghĩa của việc kết hợp giữa bơm nhiệt vi sóng .19 1.4.2 Các nghiên cứu hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 19 1.5 Giới thiệu chùm ngây 22 1.5.1 Cây chùm ngây - đối tượng nghiên cứu 22 1.5.2 Thành phần dinh dưỡng của chùm ngây 23 1.5.3 Công dụng của chùm ngây 25 1.5.4 Kết quả nghiên cứu của các tác giả công nghệ sấy chùm ngây 28 1.6 Mục đích nghiên cứu của luận văn .28 CHƯƠNG - ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng nghiên cứu 30 2.2 Thiết bị sấy bơm nhiệt hai tầng kết hợp với vi sóng (thiết bị sấy bơm nhiệt – vi sóng BK-BNVS.10) 30 2.2.1 Cơ sở lý luận lựa chọn sơ đồ công nghệ sấy 30 2.2.2 Cấu tạo bản 34 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động .36 2.3 Phương pháp nghiên cứu 37 2.3.1 Xử lý mẫu trước thí nghiệm .37 2.3.2 Xác định sớ thí nghiệm 39 2.3.3 Phương pháp phân tích sản phẩm sau sấy 40 2.4 Phương pháp xử lý sai số phép đo thực nghiệm 42 2.4.1 Bớ trí thiết bị đo nhiệt độ tác nhân sấy 42 2.4.2 Bớ trí thiết bị đo vận tớc tác nhân sấy 43 2.4.3 Xử lý số liệu thực nghiệm: .44 CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG SẤY BẰNG BƠM NHIỆT HAI TẦNG KẾT HỢP VỚI VI SÓNG ĐỐI VỚI LÁ CHÙM NGÂY 46 3.1 Các tiêu chí đánh giá hiệu quả sấy 46 3.1.1 Tiêu chí đánh giá chất lượng sản phẩm 46 3.1.2 Thời gian sấy 46 3.1.3 Hiệu quả tách ẩm riêng (SMER) 47 3.2 Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp sấy đến quá trình sấy lá chùm ngây 47 3.2.1 Mục đích 47 3.2.2 Phương pháp thực nghiệm .47 3.2.3 Kết quả thực nghiệm 48 3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy đến quá trình sấy lá chùm ngây 49 3.3.1 Mục đích 49 3.3.2 Phương pháp thực nghiệm .50 3.3.3 Kết quả thực nghiệm 54 3.4 Đánh giá ảnh hưởng của vi sóng đến quá trình sấy đới với lá chùm ngây 64 3.4.1 Mục đích 64 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm .64 3.4.3 Kết quả thực nghiệm 65 3.4.4 Kết luận 66 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SẤY PHÙ HỢP ĐỂ SẤY LÁ CHÙM NGÂY 68 4.1 Đặt bài toán 68 4.2 Các phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu .69 4.2.1 Phương pháp ràng buộc ε 69 4.2.2 Phương pháp tổng trọng số 70 4.2.3 Phương pháp lai .70 4.2.4 Phương pháp co giản ràng buộc .70 4.2.5 Phương pháp Benson .71 4.2.6 Tối ưu hóa kiểu từ điển 71 4.2.7 Tối ưu theo thứ tự Max 72 4.3 Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 73 4.3.1 Quy trình giải 73 4.3.2 Giải các bài toán tối ưu mục tiêu 73 4.3.3 Lập bảng Pay-off 74 4.3.4 Xác định hàm thỏa dụng mờ 75 4.3.5 Xây dựng hàm thỏa dụng tổ hợp 75 4.3.6 Đánh giá các phương án và đề xuất phương án chọn 75 CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 78 5.1 Kết luận .78 5.2 Đề xuất 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC -1MỞ ĐẦU Vấn đề tiết kiệm lượng, bảo vệ môi trường nâng cao chất lượng chế biến sau thu hoạch sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản đã và đặt thách thức có tính chất tồn cầu vì là chìa khóa để giải qút vấn đề an ninh lương thực, đờng thời góp phần giảm ô nhiễm hủy hoại môi trường thiên nhiên, đảm bảo sự phát triển bền vững của loài người Trong điều kiện hiện nay, dân số thế giới đã khoảng bảy tỷ người tăng nhanh thời gian tới, vấn đề đảm bảo an ninh lương thực vấn đề rất nóng hổi Theo thớng kê của tổ chức lương thực thế giới FAO Liên hợp Quốc (UN) cứ bảy người dân thế giới có người bị đói, ngày có tới khoảng hai mươi nghìn trẻ em dưới tuổi bị chết đói Trong tổn thất sau thu hoạch nơng sản thực phẩm tổn thất khác lên tới 33% tổng sản lượng thực phẩm Không những thế việc lãng phí cịn gián tiếp làm ảnh hưởng tới mơi trường tiêu phí lượng vơ ích Thực phẩm bị lãng phí có nghĩa là tất cả tiêu phí ́u tớ đầu vào được sử dụng sản xuất của tất cả thực phẩm cũng bị mất Thêm vào đó, việc sản xuất lương thực toàn cầu chiếm 25% của tất cả các vùng đất sinh sống chiếm 70% lượng tiêu thụ nước ngọt, đóng góp 80% nạn phá rừng 30% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính Do có thể nói hiện vấn đề tiết kiệm lượng, bảo vệ môi trường giảm tổn thất chế biến, bảo quản sau thu hoạch sản phẩm nông, lâm, thủy, hải sản có sự liên quan chặt chẽ, biện chứng với bởi nâng cao chất lượng chế biến sau thu hoạch của loại nông sản, thực phẩm, dược liệu kết hợp với sử dụng công nghệ trực tiếp gián tiếp đóng góp cho việc sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu quả bảo vệ môi trường Ngược lại, ứng dụng những công nghệ tiên tiến có hiệu quả lượng góp phần giảm tổn thất sau thu hoạch lại góp phần đảm bảo an ninh lương thực thế giới Trong trình chế biến, bảo quản sau thu hoạch, ứng dụng công nghệ sấy nông sản nhằm kéo dài thời gian bảo quản quản giữ được phần chất lượng ban đầu của sản phẩm rất phổ biến với ưu điểm có chi phí thấp -70Sao cho  x   x1 , x2 , , xn   R n   f j  x1 , x2 , , xn    k   k  R k  1, 2, , p; k # j  (4.5) Trong mục tiêu thứ j được chọn tùy ý để lấy max Công thức này là bài toán đơn mục tiêu Như vậy, phương pháp này khơng có sự tổng hợp mục tiêu, mà chỉ mục tiêu gớc được cực đại hóa, các mục tiêu khác được chuyển thành ràng buộc 4.2.2 Phương pháp tổng trọng số Ý tưởng của phương pháp là mục tiêu được nhân với trọng số i  R; i  0; i  (1, 2, , p) sau cực tiểu hóa tổng của hàm mục tiêu đã nhân với trọng số Nghĩa là, việc giải bài toán QHĐMT (4.3) chuyển thành giải bài toán đơn mục tiêu có dạng sau: Min f  1 f1 ( x)  2 f ( x)    p f p ( x) (4.6) Sao cho x  Rn Các trọng số ứng với mục tiêu được chọn phụ thuộc vào tầm quan trọng của mục tiêu bài toán và thường được chuẩn hóa cho p  i 1 i  Ứng với trọng số λi ta được nghiệm tối ưu Pareto 4.2.3 Phương pháp lai Ta có thể kết hợp phương pháp tổng trọng số và phương pháp ε - ràng buộc Trong trường hợp đó, bài toán vơ hướng để được giải có tổng trọng sớ mục tiêu ràng buộc tất cả mục tiêu Lấy x0∈R điểm tùy ý Bài toán QHĐMT trở thành bài toán đơn mục tiêu có dạng: p p  Min  f ( x );   0; k     k k k k  k    f ( x)  f ( x ); k  1, p; x  X k  k (4.7) 4.2.4 Phương pháp co giản ràng buộc Đối với phương pháp ε - ràng buộc ta khơng có kết quả điểm hữu hiệu -71chính thường Thêm vào đó, bài toán Pj(ε) có thể khó giải thực hành có thêm ràng buộc f k ( x)   Với mục đích giải qút tốn ta có thể “nới lỏng” các ràng buộc việc cho phép chúng được vi phạm việc có thể bị phạt bất kỳ sự vi phạm hàm mục tiêu Ehrgott và Ryan đã sử dụng ý tưởng này để pháp triển sự co giản ràng buộc vô hướng Bài toán QHĐMT trở thành bài toán đơn mục tiêu có dạng:  Min f j ( x)   k sk  k# j  f ( x)  s   (4.8) k k  k  sk  0; k   k # j; x  X * * Ở đây, nếu (x , s k) phương án tới ưu của (4.8) khơng mất tính tổng qt ta có thể giả sử sk*  Max 0,  k  f k ( x* ) 4.2.5 Phương pháp Benson Ý tưởng phương pháp là đưa phương án ban đầu x0  X nếu chưa hữu hiệu, đưa lời giải khác trội Để làm thế, biến lệch không âm lk  f k ( x0 )  f k ( x) được giới thiệu tổng cực đại của chúng Kết quả này thu được x trội x0 nếu tờn tại, mục tiêu đảm bảo hữu hiệu, đẩy x xa x0 đến mức có thể Bài toán QHĐMT trở thành bài toán đơn mục tiêu có dạng: p  m ax lk   k 1    f k ( x0 )  lk  f k ( x )   l  0; k  1, p; x  X   (4.9) Điều trước tiên việc giải (4.9) kiểm tra tính hữu hiệu của x0 4.2.6 Tối ưu hóa kiểu từ điển Trong tới ưu hóa kiểu từ điển ta so sánh các vectơ hàm mục tiêu không gian mục tiêu theo thứ tự kiểu từ điển Ta cũng có thể viết tốn tới ưu kiểu từ điển dưới dạng: lex ( f1 ( x), f ( x), , f p ( x)) Trong điểm đặc trưng thiết yếu của sự hữu hiệu sự thỏa hiệp giữa mục tiêu, tối ưu theo kiểu từ điển hàm ý sự xếp hạng của mục tiêu Tính tối -72ưu của mục tiêu fk chỉ được xem xét tính tới ưu của mục tiêu 1, 2, , k  đã được thiết lập Điều có nghĩa là mục tiêu f1 ln được quyền ưu tiên cao nhất chỉ trường hợp có nhiều phương án tối ưu thì mục tiêu f2 mục tiêu tiếp theo sau mới được xét đến Quyền ưu tiên này dẫn đến sự vắng mặt của việc thỏa hiệp giữa mục tiêu Sư phân cấp giữa mục tiêu cho phép giải tốn tới ưu theo kiểu từ điển cách liên tục Sau ta đưa thuật toán giải: Đặt X1 : X ; X k 1 : x  X k : f k ( x)  f k ( z ); k  1, p Lần lượt giải các bài toán mục tiêu f k ( x); k  p (4.10) xX k   Nếu (4.10) có phương án tới ưu nhất xk , DỪNG thì xk phương án tối ưu nhất của tốn tới ưu kiểu từ điển Nếu (4.10) khơng bị chặn, DỪNG, tốn tới ưu kiểu từ điển không bị chặn Nếu k=p , DỪNG, tập lời giải tới ưu   của tốn tối ưu kiểu từ điển là: x  X p : f p ( x)  Min f p ( z ) zX p 4.2.7 Tối ưu theo thứ tự Max Trong phương pháp này các vectơ hàm mục tiêu của bài toán QHĐMT được so sánh theo thứ tự max Bài toán QHĐMT được viết dưới dạng: Min max f k ( x) xX k 1,2, , p (4.11) được gọi tốn tới ưu theo thứ tự max Tập các phương án tối ưu của toán ký hiệu XMO Nếu ta đặt z  max f k ( x) ta có thể viết lại bài toán (4.11) thành dạng: k 1,2, , p min z  (4.12) f k ( x )  z  k  1, p; x  X Như vậy tốn tới ưu theo thứ tự max (4.11) có thể được giải tốn tới ưu đơn mục tiêu (4.12) và phương án tối ưu theo thứ tự max có đặc trưng hình học tương tự điểm hữu hiệu -734.3 Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 4.3.1 Quy trình giải Ở tác giả sử dụng thuật toán thỏa dụng mờ để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu với các bước chính: Bước 1: Tìm kết quả tốn tới ưu đơn mục tiêu: Dùng Module Solver phần mềm Microsoft Excel giải tốn tới ưu mục tiêu cho mục tiêu đơn lẻ với các điều kiện ràng buộc được xác định để thu được phương án tới ưu X1, X2, X3, X4 Bước 2: Tính giá trị hàm mục tiêu tại phương án tối ưu X1, X2, X3, X4 B w lập bảng Pay-off xác định giá trị cận ( fi ) và cận dưới ( fi ) của hàm mục B max  fi  fi ; i  1, tiêu  w  fi  fi Bước 3: Xác định các hàm thỏa dụng mờ cho mục tiêu tới ưu hóa theo cơng thức: i ( fi )  fi  fi w ; i  1, fi B  fi w (4.13) Bước 4: Xây dựng hàm thỏa dụng tổ hợp có dạng:  Z  1.1 ( f1 )  2 2 ( f )  3 3 ( f3 )  4 4 ( f )    i   i 1 0  i  (4.14) Với λi là các trọng số Bước 5: Giải bài toán tối ưu hàm thỏa dụng mờ tổ hợp với các trọng số khác để đưa phương án tối ưu nhất 4.3.2 Giải các toán tối ưu mục tiêu Yêu cầu bài toán tối ưu mục tiêu : -74f1  7, 0601  1, 2817.t  41, 2008.u  0, 0169.t  30.4221.u  max f  8,8789  0, 4467.t  2, 6641.u  0, 2169.t.u  0, 0074.t  4,8032.u  max f3  4414, 2253.106  294, 2528.106.t  1587,3723.106.u   42, 62.106.t.u  4, 293.106.t  max f  5,8129  0, 2432.t  4,1446.u  0, 051.t.u  0, 0026.t  1,8.u  max 35  tTNS  45 Với miền xác định D:  0,575  uTNS  0,9 Các bài toán tối ưu mục tiêu được giải nhờ sự hỗ trợ của phần mềm Excel-Solver Kết quả tính toán cho phép xác định được thông số tối ưu cho BTTƯ mục tiêu vùng nghiên cứu thực nghiệm : f1  2,51h với f  0,956kW t  45o C; u  0, 677m / s với t  39, 086o C; u  0, 605m / s f3 m ax  599, 201mg / kg f m ax  0, 426 g / W với với t  38, 736o C; u  0, 9m / s t  41, 611o C; u  0,575m / s 4.3.3 Lập bảng Pay-off Tính giá trị các hàm mục tiêu tại các phương án tối ưu mục tiêu riêng rẽ ta được bảng Pay-off Bảng 4.1 Bảng Pay-off Phương án tối ưu mục tiêu Phương án (f1max) Phương án (f2max) Phương án (f3max) Phương án (f4max) Giá trị biến Giá trị các hàm mục tiêu t,oC u,m/s f1 f2 f3 f4 45 0,6772 -2,5103 -1,1474 357,1.10-6 0,3352 39,0862 0,6053 -3,4752 -0,9562 575,54.10-6 0,4103 38,7363 0,9 -4,8397 -1,3966 599,2.10-6 0,2470 41,6114 0,5750 -3,4349 -1,0243 503,23.10-6 0,4259 Từ bảng 4.1 ta có cận và cận dưới của các hàm mục tiêu là: -75f1B  2,5103; f1w  4,8397 f 2B  0,9562; f 2w  1,3966 f3B  599, 2.106 ; f 4B  0, 4259; f3w  357,1.106 f 4w  0, 2470 4.3.4 Xác định hàm thỏa dụng mờ B w Với các fi ; fi xác định từ bảng Pay-off thay vào cơng thức (4.13) ta có hàm thỏa dụng mờ của hàm mục tiêu là: f1  (4,8397) f1   2, 0777 2,5103  (4,8397) 2,3294 f  (1,3966) f2 2 ( f )    3,171 0,9562  (1,3966) 0, 4404 1 ( f1 )  f3  357,1.106 f3   1, 475 6 6 599, 2.10  357,1.10 0, 000242 f  0, 247 f4 4 ( f )    1, 381 0, 4259  0, 247 0,1789 3 ( f )  4.3.5 Xây dựng hàm thỏa dụng tổ hợp Thay hàm thỏa dụng mờ của mục tiêu vào phương trình (4.14) ta được hàm thỏa dụng tổ hợp: Z  1.( f3 f1 f2 f4  2, 0777)  2 (  3,171)  3 (  1, 475)  4 (  1,381) 2,3294 0, 4404 0, 000242 0,1789 λi được chọn cho:  i  1;  i  i 1 4.3.6 Đánh giá các phương án đề xuất phương án chọn Với các phương án chọn trọng số khác ta được hàm thỏa dụng tổ hợp khác Sử dụng phần mềm Excel-Solver ta tìm được điểm tối ưu (t,u) cho hàm thỏa dụng tổ hợp và thay giá trị điểm tối ưu (t,u) vào các hàm mục tiêu ta được giá trị của hàm mục tiêu tại các phương án Kết quả các phương án tối ưu được tổng hợp ở bảng 4.2 -76Bảng 4.2 Kết các phương án tối ưu Bộ trọng số Các phương án 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 λ1 0 0,25 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,01 0,1 0,2 0 λ2 0 0,25 0,4 0,3 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,7 0,8 0,96 0,7 0,7 0,7 0,8 0,9 0,85 λ3 0 0,25 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,1 0,3 0,1 0,1 0,02 0,1 0,2 0,1 0,1 0,02 0,05 λ4 0 0,25 0,1 0,2 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,01 0,2 0 0,1 0,08 0,1 Giá trị biến tối ưu hàm thỏa dụng tổ hợp t,oC u,m/s 45 0,6771525 39,086 0,605 45 0,575 45 0,9 45 0,698 45 0,707 45 0,67 45 0,71 45 0,69 45 0,712 45 0,724 38,41 0,587 43,627 0,698 38,651 0,594 39,271 0,616 37,764 0,575 42,267 0,677 45 0,6935461 38,651 0,594 38,809 0,599 38,686 0,595 Giá trị các hàm mục tiêu f1 -2,51 -3,475 -2,828 -4,021 -2,523 -2,538 -2,526 -2,542 -2,515 -2,546 -2,577 -3,582 -2,817 -3,539 -3,425 -3,655 -3,03 -2,518 -3,539 -3,514 -3,533 f2 -1,147 -0,956 -1,258 -1,254 -1,137 -1,134 -1,136 -1,133 -1,141 -1,133 -1,13 -0,958 -1,059 -0,957 -0,957 -0,965 -1,006 -1,139 -0,957 -0,957 -0,957 f3 357,104 575,547 323,34 430,761 363,912 367,088 364,57 367,843 361,29 368,496 372,529 583,202 441,722 580,858 573,434 587,95 497,965 362,523 580,858 579,1 580,483 f4 0,355 0,410 0,396 0,135 0,342 0,3358 0,341 0,334 0,347 0,333 0,324 0,401 0,37 0,405 0,412 0,389 0,398 0,345 0,405 0,407 0,405 -77Phương án với trọng số được lựa chọn 1  0; 2  1; 3  0; 4  cho kết quả phù hợp nhất với các mục tiêu bài toán Kết quả chế độ sấy tối ưu là: Nhiệt độ tác nhân sấy: tTNS=39,086oC Tốc độ tác nhân sấy: uTNS=0,605m/s Ở chế độ nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy thì kết quả quá trình sấy: Thời gian sấy: τ=3,475h Điện tiêu thụ: Ar=0,956kW Hàm lượng vitamin C: C=575,547mg/kg Hiệu quả tách ẩm riêng phần: SMER=0,41kg ẩm/kW -78CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Cây Chùm Ngây (Moringa oleifera) chứa 90 chất dinh dưỡng tổng hợp Những chất dinh dưỡng cần thiết để gìn giữ sức khỏe người, chớng giảm nguy từ những chứng bệnh suy thối, chữa trị bách bệnh thông thường Lá chùm ngây sau thu hái để lâu cũng mất dinh dưỡng thế sản phẩm sau thu hoạch cần rửa sạch ở nhiệt độ thường áp dụng công nghệ sấy lạnh sớm 12 giờ sau thu hái đảm bảo giá trị dưỡng chất, nếu phơi khô hoặc sấy sau 12 giờ mất nhiều giá trị của loại Vì vậy, việc nghiên cứu đưa chế độ sấy hợp lý cho lá chùm ngây để đảm bảo các giá trị dinh dưỡng cũng giảm chi phí điện là bài toán cấp thiết Trên sở nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết quy hoạch thực nghiệm tác giả đã xây dựng được phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố đầu là thời gian sấy, điện tiêu thụ, vitamin C, hiệu quả tách ẩm riêng SMER với yếu tố đầu vào là nhiệt độ và vận tốc sấy với độ xác hoàn toàn chấp nhận được qua đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ và vận tốc sấy đến hiệu quả làm việc của hệ thống sấy bơm nhiệt hai tầng kết hợp với vi sóng đối với lá chùm ngây Phương trình quan hệ giữa thời gian sấy (τ) với nhiệt độ và vận tốc sấy:   7,0601  1,2817.t  41,2008.u  0,0169.t  30.4221.u2 Phương trình quan hệ giữa điện tiêu thụ (Ar) với nhiệt độ và vận tốc sấy: Ar  8,8789  0,4467.t  2,6641.u  0,2169.t.u  0,0074.t  4,8032.u2 Phương trình quan hệ giữa hàm lượng vitamin C (C) với nhiệt độ và vận tốc sấy: C  4414,2253  294,2528.t  1587,3723.u  42,62.t.u  4,293.t Phương trình quan hệ giữa hệ số tách ẩm hiệu quả riêng phần (SMER) với nhiệt độ và vận tốc sấy: SMER  5,8129  0,2432.t  4,1446.u  0,051.t.u  0,0026.t  1,8.u2 Trên sở các phương trình hồi quy đã xây dựng được, tác giả đã xây dựng mô hình bài toán tối ưu đa mục tiêu đưa được kết quả nhiệt độ và vận tốc sấy phù -79hợp nhất để sấy lá chùm ngây nhằm đảm bảo được cả hai yếu tố chất lượng và kinh tế Kết quả bài toán QHĐMT được: tTNS=39,086oC; uTNS=0,605m/s, các đầu vi sóng hoạt động lần lượt với thời gian phát vi sóng 10s nghỉ 50s Bên cạnh tác giả cũng đã đánh giá sơ ảnh hưởng của vi sóng đến quá trình sấy Các nghiên cứu thực nghiệm chỉ cơng śt phát vi sóng càng lớn thì hiệu quả tách ẩm càng nhanh, thời gian sấy giảm nhiên lại làm giảm hàm lượng vitamin C sản phẩm Đồng thời thực nghiệm cũng chỉ nên tác động vi sóng vào giai đoạn đầu của trình sấy phân tử nước VLS cịn nhiều Ở giai đoạn ći của q trình sấy độ ẩm cân vật liệu giảm x́ng, phân tử nước tự cịn lại khơng nhiều thì tác động của vi sóng mất dần tác dụng cho đến độ ẩm cân là khoảng 5% Tuy nhiên nếu phát vi sóng với cơng suất lớn ở giai đoạn đầu VLS nhiều nước, vật liệu rất dễ bị nhiệt làm giảm chất lượng sau sấy 5.2 Đề xuất Hệ thống sấy bơm nhiệt hai tầng kết hợp vi sóng làm tăng thế sấy giữa VLS và TNS tăng khả thoát ẩm Nên là các giải pháp hiệu quả để giảm thời gian sấy và cải thiện chất lượng sản phẩm Tuy nhiên quá trình vận hành cịn có sớ vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện: Khi tác động vi sóng nhiệt độ của VLS tăng nhanh Tốc độ tăng nhiệt độ của VLS phụ thuộc thời gian, cơng śt lượng vi sóng tác động vào VLS Để trì nhiệt độ của VLS nằm giới hạn mong muốn ta cần phải làm chủ khâu điều chỉnh cơng śt phát vi sóng cho phù hợp Do vậy cần cải tiến, thay đổi thiết bị thí nghiệm hiện đại thiết bị thí nghiệm hiện tại để tăng mức độ tự động hóa và đảm bảo an toàn của mơ hình Khi vi sóng hoạt động làm gây nhiễu đến các thiết bị đo điện tử Do vậy cần có thêm các giải pháp để chống nhiễu cho các thiết bị đo đảm bảo độ xác cho thiết bị đo Khi vi sóng hoạt động làm nhiệt độ VLS tăng nhanh gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Vì vậy cần có thêm các nghiên cứu để xác định giới hạn công suất -80vi sóng đới với loại vật liệu để đảm bảo chất lượng sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Văn Phú Kĩ thuật sấy Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội, 2002 Phạm Văn Tùy, Đỗ Thái Sơn, Vũ Huy Khuê, Nguyễn Thanh Liêm, Dương Văn Vường, Nguyễn Đắc Tuyên (7/2003), Nghiên cứu công nghệ hút ẩm sấy lạnh nông sản thực phẩm Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ 2001-28-30, Hà Nội Lê Anh Đức, 2014 Nghiên cứu xác định phương pháp sấy tính tốn thiết kế chế tạo máy sấy chùm ngây Tạp chí Khoa học Kĩ thuật Nông nghiệp số 2/2014, trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Nguyễn Thùy Minh, Nguyễn Văn Huế, Hồ Sỹ Vương, Nguyễn Đức Trung, Nghiên cứu một số thông số cơng nghệ q trình sản xuất bợt chùm ngây, Tạp chí Khoa học- ĐH H́, tập 131/sớ 7, 2016, T111-120 Nguyễn Mạnh Hùng (2012), Nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt giải pháp tiết kiệm lượng Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành: Công nghệ thiết bị lạnh 62.52.80.05 Đại học Bách khoa Hà Nội.Tr.1-26, Hà Nội Phạm Văn Tùy (1999), Hiệu sử dụng bơm nhiệt sấy lạnh công ty bánh kẹo Hải Hà (HAIHACO) Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt số tháng 3, Hà Nội Phạm Văn Tùy và cộng sự (9/2004), Nghiên cứu thực nghiệm sấy lạnh dược liệu bơm nhiệt nhiệt đợ thấp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt số 59, Hà Nội Phạm Văn Tùy và cộng sự (9/2003), Nghiên cứu hút ẩm sấy lạnh rau củ thực phẩm bơm nhiệt máy nén Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt số 53, Hà Nội Bùi Phúc Kiển (2012), Quy hoạch đa mục tiêu, Luận văn thạc sỹ toán học, ĐH sư phạm Thành phớ Hờ Chí Minh 10 Lưu Hoàng Hải, Phạm Văn Dũng, Hoàng Văn Tùng (KTVL1-K56, ĐH Bách khoa Hà Nội ), dự án “Xây dựng hệ thống tự đợng hóa toàn diện nâng cao chất lượng cho hệ thống sấy vi sóng NImyRIO”, Dự án đã giành giải nhất thi Thiết kế Sáng tạo dành cho Doanh nhân trẻ Việt Nam 2014 Tiếng Anh 11 Alves – Filho O (1995) Heat pump fludized bed drying of fruit pieces The International Congress of Refrigeration, The Hugue, Netherland 12 Chua K J., Chou S K (2005) A modular approach to study the performance of a two-stage heat pump system for drying Applied Thermal Engineering, 25, tr.1363–1379 13 Hu Q.; Zhang M.; Mujumdar A S.; Xiao, G.; Jin-Cai, S (2006) Drying of Edamames by Hot Air and Vacuum Microwave Combination Journal of Food Engineering 77 (4) p977-982 14 Haghi A K and Amanifard N (2008) Analysis Of Heat And Mass Transfer During Microwave Drying Of Food Products Brazilian Journal of Chemical Engineering Vol 25, No 03, pp 491 – 501 15 N Sunthonvit, G Srzednicki, and J Craske, “Effects of drying treatments on the composition of volatile compounds in dried nectarines,” Drying Technology, vol 25, no 5, pp 877–881, 2007 16 Strommen, I., 1994, New applications of heat pumps in drying processes, Dry Technol Int J., 12(4): 889-901 17 S Prasertsan., P Saen-Saby, P Ngamsritrakul, and G Prateepchaikul, Heat PumpDryer, Part : Simulation of the Models, Int J Energy Res., 20, 1996, Pp.1067-1079 5) 18 Soponronnarit, S., A Nathakaranakule, S Wetchacama, T Swasdisevi and P Rukprang, 1998 Fruit drying using heat pump, RERIC Int Energ J, 20: 39-53 19 Jangam, S.V., Joshi, V.S., Mujumdar, A.S & Thorat, B.N (2008) Studies on dehydra-tion of sapota (Achras zapota) Drying Technology, 26, 369-377 20 Reyes, A., Cerón, S., Zúđiga, R., & Moyano, P (2007) A comparative study of microwave-assisted air drying of potato slices, Biosystems Engineering, 98(3), 310-318 21 Szadzińska, Justyna, Łechtańska, Joanna, Kowalski, Stefan Jan ,Stasiak, Marcin, The effect of high power airborne ultrasound and microwaves on convective drying effectiveness and quality of green pepper, In Ultrasonics Sonochemistry January 2017 34:531-539 22 S G Zaku, S Emmanuel, A A Tukur and A Kabir (2015), Moringa oleifera: An underutilized tree in Nigeria with amazing versatility: A review, AJFS, Vol.9, pp:456-461 23 23 M.A Ali, Y.A Yusof, N.L Chin, M.N Ibrahim, S.M.A Basra, Drying Kinetics and Colour Analysis of Moringa Oleifera Leaves, “ST26943”, 2nd International Conference on Agricultural and Food Engineering, CAFEi2014” PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình vẽ đồ thị hình 3.4 clc; clear all; close all; %#ok tgv = 35:.1:45; ugv = 0.575:0.01:0.9; [t,u] = meshgrid(tgv,ugv); Z = Thoigiansay(t,u); function [ output_args ] = Thoigiansay( t,u ) output_args = -7.0601+1.2817*t-41.2008*u-0.0169*t.^2+30.4221*u.^2; end figure(1) hold('on'); % Create mesh mesh(t,u,Z,'LineWidth',1); % Create xlabel xlabel({'t [^0C]'}); % Create ylabel ylabel({'u [m/s]'}); % Create zlabel zlabel({'Thoi gian say [s]'}); view([41.7 28.4]); box('on'); grid('on'); Phụ lục 2: Chương trình vẽ đồ thị hình 3.4 clc; clear all; close all; %#ok tgv = 35:.1:45; ugv = 0.575:0.01:0.9; [t,u] = meshgrid(tgv,ugv); Z = Diennang(t,u); function [ output_args ] = Diennang( t,u ) output_args = 8.8789-0.4467*t+2.6641*u-0.2169*t.*u+0.0074*t.^2+4.8032*u.^2; end figure(2) hold('on'); % Create mesh mesh(t,u,Z,'LineWidth',1); % Create xlabel xlabel({'t [^0C]'}); % Create ylabel ylabel({'u [m/s]'}); % Create zlabel zlabel({'Dien nang tieu thu [kW]'}); view([41.7 28.4]); box('on'); grid('on'); Phụ lục 3: Chương trình vẽ đồ thị hình 3.5 clc; clear all; close all; %#ok tgv = 35:.1:45; ugv = 0.575:0.01:0.9; [t,u] = meshgrid(tgv,ugv); Z = Vitamin_C(t,u); function [ output_args ] = Vitamin_C( t,u ) output_args = -4414.2253+294.2528*t-1587.3723*u+42.62*t.*u-4.293*t.^2; end figure(3) hold('on'); % Create mesh mesh(t,u,Z,'LineWidth',1); % Create xlabel xlabel({'t [^0C]'}); % Create ylabel ylabel({'u [m/s]'}); % Create zlabel zlabel({'Luong vitamin C [mmg/kg]'}); view([41.7 28.4]); box('on'); grid('on'); Phụ lục 4: Chương trình vẽ đồ thị hình 3.6 clc; clear all; close all; %#ok tgv = 35:.1:45; ugv = 0.575:0.01:0.9; [t,u] = meshgrid(tgv,ugv); Z = Tacham(t,u); function [ output_args ] = Tacham( t,u ) output_args = -5.8129+0.2432*t+4.1446*u-0.051*t.*u-0.0026*t.^2-1.8*u.^2; end figure(4) hold('on'); % Create mesh mesh(t,u,Z,'LineWidth',1); % Create xlabel xlabel({'t [^0C]'}); % Create ylabel ylabel({'u [m/s]'}); % Create zlabel zlabel({'Hieu qua tach am [%]'}); view([41.7 28.4]); box('on'); grid('on'); ... thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 1.4.1 Ý nghĩa vi? ?̣c kết hợp giữa bơm nhiệt vi sóng Kết hợp (lai ghép) cơng nghệ sấy ở nhiệt độ thấp bơm nhiệt sử dụng kết hợp với vi sóng sớ... hợp vi sóng 1.4.2.1 Nghiên cứu nước a Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy sử dụng kết hợp bơm nhiệt cơng nghệ vi sóng để sấy số loại nơng sản, thực phẩm dược liệu TS Vũ Huy Khuê, vi? ?̣n... hợp với vi sóng (thiết bị sấy bơm nhiệt – vi sóng BK-BNVS.10) Là sản phẩm của đề tài KHCN cấp Nhà nước KC.05.23/11-15” Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy sử dụng kết hợp bơm nhiệt