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 ngun 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 tốc 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 thớng 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 tốc 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 Tới 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 quyết vấn đề an ninh lương thực, đồng thời góp phần giảm nhiễm hủy hoại mơi 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 nông 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 ... 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