The method of single particle admixture was used for modeling taking into consideration the fact that moving air media with a temperature equal to the drying temperature for given mate[r]
(1)MÔ PHỏNG, TíNH TOáN Lý THUYếT QUá TRìNH SấY Cà PHÊ
Modeling of the process of drying coffee beans
Hoàng Đức Liên1, I.S.Antonov2
SUMMARY
A model was developed to describe the process of drying different sorts of coffee beans which were produced in Vietnam The method of single particle admixture was used for modeling taking into consideration the fact that moving air media with a temperature equal to the drying temperature for given materials Numerical results are given in the current work
Key words: Modeling, coffee beans, drying
1 ĐặT VấN Đề
Vit Nam l mt n−ớc sản xuất xuất cà phê lớn giới Theo số liệu Bộ Th−ơng mại, sản l−ợng cà phê xuất Việt Nam niên vụ 2004-2005 900.000 tấn, song giá xuất đạt 380 USD/tấn Vấn đề nghiên cứu qui trình cơng nghệ sấy, chế biến cà phê nhằm nâng cao chất l−ợng, giảm thiểu chi phí l−ợng hạ giá thành sản phẩm cần thiết
Bằng ph−ơng pháp tính tốn số sử dụng ph−ơng pháp hỗn hợp tạp chất đơn nhằm xây dựng mơ hình tính tốn lý thuyết q trình sấy cà phê cho kết dự báo thông số sấy theo thời gian để tối −u hoá nâng cao hiệu trình sấy cà phê nh− số sản phẩm nông nghiệp t−ơng tự khỏc
2 PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
Quỏ trỡnh sấy vật liệu hữu nh− tr−ờng hợp cụ thể việc sấy số sản phẩm nông nghiệp (cà phê, ca cao, lúa, đậu …) đ−ợc mơ hình hố ph−ơng pháp hạt tạp chất đơn Nh− biết, đ−ợc xây dựng sở ph−ơng pháp Lagranger
Ph−ơng pháp Lagranger th−ờng đ−ợc sử dụng để nghiên cứu dòng chảy pha thông qua ph−ơng pháp hạt tạp chất đơn, nghĩa cho phép ứng dụng điều kiện nồng độ thể tích hay khối l−ợng nhỏ, tồn phần tử không đ−a vào thông số môi tr−ờng kéo theo (pha gas) Đây điều kiện ban đầu cần thiết để mô cách gần chuyển động trực tiếp hạt tạp chất Khi giải tốn theo mơ hình đ−ợc tiến hành theo b−ớc sau: Tr−ớc hết đ−ợc tính tốn với dịng khí để xác định thơng số Sau xác định thông số phần tử kéo theo: vận tốc quĩ đạo hạt tạp chất
§Ĩ thiết lập mô hình toán đợc xây dựng sở phơng trình Lagranger: P p 0,5CRs gur2
dt du
m =− ρ (1)
2 r g R p
p
P dt m g 0,5C s v dv
m = − ρ (2)
ở đây: mp - khối l−ợng hạt tạp chất; CR - Hệ số cản khí động học;
s - Tiết diện trung bình hạt;
ur = ug – up;, vr = vg – vp - Vận tốc t−ơng đối theo trục X r; Chỉ số“g” – pha khí, “p” – pha tạp chất
Hệ số cản khí động học CR đ−ợc xác định theo [1]:
( 0,5 p)
R 1 0,179.Re 0,013.Re Re
24
(2)ở đây: g r p p V D Re γ
= ; Dp - Đờng kính tơng đơng hạt tạp chất;
Vr - Vận tốc t−ơng đối;
2 r 2 ñ
r u v
V = + ;
γg - Hệ số nhớt động pha khí Bài tốn đ−ợc giải với điều kiện ban đầu nh− sau:
1) Vận tốc pha khí khơng đổi;
2) Nhiệt độ pha khí q trình sấy Nó xác định khối l−ợng riêng khơng đổi pha khí
Trong phạm vi nghiên cứu xét trình sấy hạt phê Robusta Việt nam [2] Kích th−ớc hạt phê thay đổi từ ữ mm; độ ẩm ban đầu: 50, 28, 20 % Khối l−ợng riêng cà phê tr−ờng hợp cao r = 800kg/m3.
Sự biến đổi độ ẩm trình sấy [3] đ−ợc xác định theo biểu thức: ( ) * * exp . p t p u u n K
u u τ
−
= −
− (4)
ở đây: ut - độ ẩm thực tế; - độ ẩm cân bằng;
* p u
- độ ẩm ban đầu
1
u
( z. y) exp
K = − τ (5)
Trong đó:
( ) ( 4 8 20,5
ср
5 , 0
4 t 32.3,353.10 3.10 .U 5 9 U . 10 . 453 , 1 0142 , 6
z − ⎟ − + −
⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − +
= ) (6)
( 5 5)
ср
3 t 32 .2,3.10 .U 5,8.10
5 9 U . 10 . 197 , 2 1245 , 0
y − − − −
⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + −
= (7)
* p 1 * p t u u u u U − −
= , (8)
ở đây: tср - nhiệt độ trung bình trình sấy vật liệu
Theo [4], độ ẩm giới hạn cà phê 12 % , nh−ng thay đổi khối l−ợng riêng hạt đ−ợc xác định theo ph−ơng trình:
( )⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = 1 t p pt u t u 1 , 0 9 , 0 ρ
ρ , [kg/m3] (9)
T−ơng tự khối l−ợng hạt cà phê đ−ợc xác định:
( ) ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = 1 t p 3 p pt u t u 1 , 0 9 , 0 6 D .
m π ρ , [kg] (10)
3 KếT QUả THựC NGHIệM TíNH TOáN Sè
Trên sở mơ hình tính tốn đ−ợc mơ tả q trình sấy cà phê, tiến hành tính tốn số đối loại cà phê theo [2], với số liệu Việt Nam, độ ẩm ban đầu cà phê 28%
(3)l−ợng cà phê kết biến đổi khối l−ợng riêng Sự giảm khối l−ợng cà phê trình sấy đ−ợc thể hình 3,4 tr−ờng hợp đ−ờng kính hạt cà phê khác
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 100 200 300 400 t [s] 500
Ut [%]
U1=50% U1=30% U1=20%
H×nh 1
Sự tiếp tục trình sấy đến độ ẩm cân (ut =12%) vấn đề quan tâm công nghệ
Sự tiếp tục trình ứng với 3 độ ẩm ban đầu khác đ−ợc hình
ViƯc so s¸nh víi sè liƯu thực nghiệm trình sấy cà phê không thực đợc viết số liệu điều kiện tơng tự
730 740 750 760 770 780 790 800 810
0 100 200 300 400 500
t [s]
Πp [kg/m3]
U1=50% U2=30% U3=20%
(4)2.70E-04 2.75E-04 2.80E-04 2.85E-04 2.90E-04 2.95E-04 3.00E-04 3.05E-04 3.10E-04
0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535
t [s] D p =0,009m
m [kg]
1.30E-04 1.32E-04 1.34E-04 1.36E-04 1.38E-04 1.40E-04 1.42E-04 1.44E-04 1.46E-04
D p =0,007m
m [kg]
H×nh 5 H×nh 3
H×nh 4 1.00E-05
1.02E-05 1.04E-05 1.06E-05 1.08E-05 1.10E-05 1.12E-05 1.14E-05
0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535
t [s]
Dp=0,003m
m [kg]
1.30E-04 1.32E-04 1.34E-04 1.36E-04 1.38E-04 1.40E-04 1.42E-04 1.44E-04 1.46E-04
Dp=0,007m
m [kg]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Ut [%]
t [s] U1=50%
(5)Trên hình 6,7 kết tính tốn lý thuyết q trình sấy cà phê với số liệu đ−a nhóm tác giả Việt Nam Theo số liệu tính tốn độ ẩm ban đầu ut0 = 28% Còn thay đổi độ ẩm hạt cà phê tr−ờng hợp nhiệt độ sấy khác theo thời gian (t,s) đ−ợc mô tả Vận tốc pha khí ug = 10 m/s
Quá trình sấy độ ẩm ban đầu thấp đ−ợc tiếp tục diễn thời gian ngắn
Trên hình mơ tả biến đổi khối l−ợng hạt cà phê theo gian tr−ờng hợp kích th−ớc hạt cà phê khác nhau:Dp = 0,003; 0,007 và 0,009 m
0 50 100 150 200 250 t[s]
H×nh 6
50 100 150 200 250 300 350 t[s]
0
H×nh 7
H×nh 8
(6)0.00001000 0.00010000 0.00100000 0.01000000
0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535
Dp=0,003m Dp=0,007m Dp=0,009m
H×nh 9
4 KÕT LN
Từ kết tính tốn số dẫn đến kết luận với ph−ơng pháp tính tốn số sử dụng ph−ơng pháp hỗn hợp tạp chất đơn nhận đ−ợc số liệu tính tốn lý thuyết đáng tin cậy trình sấy cà phê ứng dụng mơ hình tính tốn sở lý thuyết cần thiết tr−ờng hợp t−ơng tự áp dụng để phân tích, nghiên cứu q trình sấy sản phẩm nơng nghiệp t−ơng tự khác, góp phần nhằm nâng cao chất l−ợng, giảm thiểu chi phí l−ợng cho sản phẩm sấy
Tài liệu tham khảo
1 ., Б Гавин, В А Наумов, В П Яценко, (1987) Турбулентныетечения газовзвеси, Киев, Науковадумка
2 http://members.tripod.com/tiendattea/Coffee_Type.htm
3 НевенкинС., (1993) Сушенеисушилнатехника, издателство “ТЕХНИКА”, София, стр
55 – 58
4 http://www.tis-gdv.de/tis_e/ware/genuss/kaffee/kaffee.htm;
http://www.professionalequipment.com/xq/ASP/ProductID.781/id.17/subID.260/qx/default.ht m