Tính chất nhiệt - vật lý và mô hình của long nhãn xoáy sấy khô là rất quan trọng cho thiết kế tối ưu của máy sấy nhãn. Bài viết giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu của hệ thống thiết bị sấy Long nhãn xoáy.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Ứng dụng tối ưu hóa hàm hồi quy xác định thơng số thiết bị SBOG-150 sấy long nhãn xoáy sử dụng lượng Biogas Application of regression analysis to determine the parameters of SBOG-150 dried vortex longan using Biogas energy Phạm Thị Minh Huệ1,*, Phạm Văn Đông1, Trần Thị Thu Thủy1, Nguyễn Xuân Hữu2, Nguyễn Văn Thịnh3 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Học viên Cao học Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên * Email: Huespkt@gmail.com Mobile: 0983.915.489 Tóm tắt Từ khóa: Thăm dị hàm hồi quy bậc đa yếu tố; Thiết kế thí nghiệm hợp tử tâm (CCD); Mơ hình Harrington tối ưu hoá nhiều hàm hồi quy; Sấy long nhãn Nhãn lồng đặc sản Hưng Yên coi vị vua loại trái Việt Nam Ở nước ta nay, nhãn tiêu thụ với hai loại sản phẩm tươi sấy khơ Ngồi hầu hết nhãn xuất hình thức long nhãn sấy khơ Tính chất nhiệt - vật lý mơ hình long nhãn xốy sấy khơ quan trọng cho thiết kế tối ưu máy sấy nhãn Bài báo giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định thông số tối ưu hệ thống thiết bị sấy Long nhãn xoáy Kết nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định giá trị tối ưu yếu tố vào: nhiệt độ tác nhân sấy, tốc độ chuyển động tác nhân sấy, khoảng cách treo vật liệu sấy giá trị tối ưu thông số tối ra: độ khô không sản phẩm sấy, điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy Kết nghiên cứu sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế chế tạo cỡ thiết bị sấy long nhãn xốy có suất khác phù hợp với qui mô sở sản xuất Abstract Keywords: Multivariate regression function; Experimental design of zygote at heart; Optimizing the multiple regression function; Longan flesh drying Ngày nhận bài: 15/7/2018 Ngày nhận sửa: 10/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 Longan is a specialty of Hung Yen and is considered the king of fruits in Vietnam In our country today, longan has two main fresh and dried products In addition, most of its products which are exported are dried longan Thermal properties - physical and swirling patterns of dried longan is very important for optimum design of the longan drying equipment This paper presents experimental planning method to determine the equipment system Results of the study were determining optimum values of the elements on: the drying agent temperature, the rate of movement of the drying agent, the distance of the drying material hanger and the value of the optimal parameters out: dry temperature of the product was general point of the quality of the dried products Research results are very important for completing the design, manufacturing longan drying equipment system with different capacities depending on the scale of enterprises HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU Long nhãn sản phẩm chế biến từ nhãn có nhiều cơng dụng khơng loại thức ăn bổ dưỡng mà cịn có tác dụng vị thuốc bổ tỳ tâm, dưỡng huyết, ích khí, chữa thần kinh suy nhược, ngủ, hay quên, hốt hoảng, , đơng y Do long nhãn có thị trường tiêu thụ rộng, giá bán cao [2], [3] Thực tế nay, nước ta chưa có thiết bị sấy long nhãn thực phù hợp để triển khai áp dụng rộng rãi cho sở sản xuất cho người dân vùng trồng nhãn nên phần lớn long nhãn làm khô hàng trăm lị sấy thủ cơng bà tự xây dựng sử dụng nguyên liệu chủ yếu từ than đá, than củi làm ô nhiễm môi trường khí đốt, rác thải, khói bụi Hơn quy trình cơng nghệ sấy chưa nghiên cứu hồn thiện, đặc biệt chưa xác lập chế độ sấy phù hợp theo giai đoạn sấy, chất lượng long nhãn bị ảnh hưởng, không ổn định, nhiều mẻ sấy có chất lượng khơng tiêu thụ có nhiều lơ hàng khơng đạt tiêu chuẩn xuất phải trả chịu chấp nhận giá bán thấp gây thiệt hại lớn cho người sản xuất Tác giả Keoheuangpaseut Samlanexay, Phạm Thị Minh Huệ [7] ứng dụng lượng khí sinh học quy trình sấy long nhãn xốy xác đinh số thông số đến chất lượng long nhãn khô nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng yếu tố: nhiệt độ dịng khí sấy với nhiệt độ sấy vận tốc dịng khí sấy khoảng cách khay sấy đến thời gian sấy T (h), hàm lượng đường Glucose (%) Hàm lượng đường Glucose tiêu chí đầu chất lượng sản phẩm sau sấy chưa nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố màu sắc, mùi, vị đặc trưng, hình dáng long nhãn để long có điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sau sấy cao Đặc biệt, việc nghiên cứu tối ưu thông đầu vào gọi yếu tố ảnh hưởng để tối ưu hố thơng số đầu ra, dạng hàm yếu tố ảnh hưởng gọi hàm mục tiêu để thiết bị sấy SBOG 150 có suất chất lượng sản phẩm sấy tốt làm sở thiết kế cho việc hoàn thiện quy trình cơng nghệ cải tiến thiết bị sấy chế tạo cỡ thiết bị sấy long nhãn có suất khác phù hợp với quy mô sở sản xuất NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ ĐO VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu Khi tạo sở cho nghiên cứu này, chúng tơi thiết kế tiến hành thí nghiệm với vật liệu là: Nhãn đường phèn trồng Hưng n, đường kính trung bình ÷ 1,5 cm, chiều dài trung bình từ ÷ 2,5 cm, khối lượng trung bình 13 ÷ 15g Lấy 150kg nhãn tươi, tiến hành bóc vỏ, bỏ hạt ta thu cùi nhãn với độ ẩm ban đầu: 1= 81,36% Nhiên liệu sử dụng khí sinh học có nhiệt trị 5200kcal/m3 [1], [3] 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trong q trình sấy long nhãn xốy có nhiều yếu tố làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm thời gian sấy, nhiệt độ sấy, tốc độ tác nhân sấy, khoảng cách khay đựng vật liệu sấy, độ ẩm ban đầu vật liệu sấy, Theo kinh nghiệm sấy long nhãn xoáy số nước Trung Quốc, Thái Lan tìm hiểu ý kiến chun gia có kinh nghiệm vấn đề nghiên cứu, nhờ loại bớt yếu tố không cần thiết Cuối chọn yếu tố: nhiệt độ T (0C) tác nhân sấy, tốc độ v (m/s) tác nhân sấy khoảng cách h (cm) khay đựng vật liệu sấy có ảnh hưởng nhiều đến tiêu kinh tế kỹ thuật trình sấy độ khơ khơng đồng d (%) sản phẩm sấy xk đường chéo 2b11, 2b22 , 2b33 ) phần tử dương (khi j ) âm (khi j ) nên ma trận Y j" (x ) xác định dương (với j ) xác định âm (với j ) Bởi điểm dừng x j : (x1j , x 2j , x 3j ) điểm cực tiểu (khi j ), cực đại (khi j ) Kết xác định giá trị tối ưu yếu tố vào x1j hàm thành phần Yj ghi bảng Bảng Giá trị tối ưu yếu tố vào x j hàm Yj j Các yếu tố vào: - Giá trị mã hoá: x1j x 2j x 3j - Giá trị thực: X1j T (oC) X 2j v (m/s) -1,2034557 - 0,7121505 - 1,1549762 0,4387519 0,3426302 0,3874128 73,9827213 4,5756990 9,2251187 82,193754 6,685230 16,937064 X 3j h (cm) Các thông số ra: minY1 = 1,55417308 maxY2 =19,197423 Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực dựa theo công thức (23), mức sở yếu tố là: X10 80oC , X 20 = m/s X 30 15cm , khoảng biến thiên yếu tố là: S1 5oC , S2 0,1m / s S 5cm ghi trong bảng Bảng Các hệ số hồi quy dạng thực Y1 c0 c1 c2 c3 c12 c13 c23 c11 c22 c33 Y2 4,56805165 -71,43177406 -0,00647578 0,28213224 -0,43946485 13,08689971 -3,19007933 181,88933578 0,00000000 0,00000000 0,00000000 0,00000000 0,00000000 0,00000000 0,00000790 -0,00024581 0,04455444 -1,00452945 5,64195300 -207,28541251 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Từ hệ số hồi qui dạng thực bảng ta viết phương trình hồi qui dạng thực cho hàm độ khô không Y1 điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy Y2 sau: Y1 4, 56805165 - 0, 00647578T - 0, 43946485v - 3, 19007933h 0, 00000790T + 0, 04455444v 5, 641953h2 Y2 - 71, 43177406 0, 28213224T 13, 08689971v 181, 88933578h - 0, 00024581T - 1, 00452945v - 207, 28541251h (16) (17) Chúng sử dụng phần mềm RSM để xác định Ảnh hưởng yếu tố đến hàm mục tiêu thể thông qua mơ hình 2D cho đồ thị đường đồng mức hai hàm Y1, Y2 hình sau: Hình Ảnh hưởng T(0C) v(m/s) đến độ khô không sản phẩm sấy K% Hình Ảnh hưởng v(m/s) h(cm) đến điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy Q Qua thực nghiệm hình 2, ta giải thích điều sau: nhiệt độ sấy T < 65oC xảy tượng đọng sương (ngưng tụ nước) bề mặt lớp long nhãn sấy, gây HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 tổn thất chất hoà tan làm giảm bớt vị long nhãn Nếu nhiệt độ khí sấy T > 90oC trì liên tục làm cho bị cháy biến đổi số thành phần: độ ẩm, hàm lượng đường tổng số, thay đổi hàm lượng saccaroza, glucoza đặc biệt hàm lượng vitamin C dẫn đến chất lượng sản phẩm có thay đổi Khi tốc độ tác nhân sấy v < 0,23 m/s lưu lượng khơng khí xun qua lớp cùi nhãn yếu làm cho q trình ẩm buồng sấy chậm, kéo dài thời gian sấy tốc độ tác nhân sấy v tăng 0,6m/s làm cho bề mặt phía long nhãn bị khô cứng, làm cho nhãn dẻo dai Nếu khoảng cách khay sấy nhỏ cm gây trở lực lớn cho khơng khí nóng qua làm cho khả thoát ẩm giảm nguyên nhân dẫn đến phản ứng hóa học bất lợi xảy đặc biệt biến đổi giá trị cảm quan sản phẩm Nếu khoảng cách khay sấy vượt 25cm suất thấp Để chuyển hàm Y1 , Y2 chuyển chúng sang dạng đặc trưng “hàm mong muốn” d, ta dựa vào số liệu bảng 2, ta chọn giá trị hàm tối ưu tổng quát d theo công thức (11)-(13) sau: Y1 max 2, 72%,Y10 1, 0%,Y2 7, đ, Y20 20 đ Kết tính tốn hàm tối ưu tổng qt d ghi bảng Bảng Giá trị hàm tối ưu tổng quát d Thí nghiệm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hàm “mong muốn” thành d j Các yếu tố ảnh hưởng X1 ( C) o -1,00 1,00 -1,00 1,00 -1,00 1,00 -1,00 1,00 -1,682 1,682 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X2 (m/s) -1,00 -1,00 1,00 1,00 -1,00 -1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 -1,682 1,682 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (cm) -1,00 -1,00 -1,00 -1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -1,682 1,682 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 d1 d2 0,887 0,833 0,872 0,796 0,893 0,836 0,869 0,752 0,893 0,376 0,866 0,368 0,910 0,416 0,866 0,891 0,887 0,864 0,869 0,891 0,318 0,526 0,413 0,715 0,468 0,778 0,552 0,861 0,391 0,775 0,368 0,828 0,486 |0,811 0,894 0,881 0,909 0,855 0,884 0,910 Hàm tối ưu tổng quát d 0,531 0,662 0,600 0,754 0,646 0,806 0,805 0,591 0,540 0,565 0,552 0,665 0,665 0,581 0,880 0,886 0,898 0,859 0,877 0,901 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Trên sở giá trị hàm tối ưu tổng quát d xác định bảng ta giải tốn (13) (tương tự dựa vào bảng để giải toán Y2 (x ) max ) Gọi x * x 1* , x 2*, x 3* X * X1* , X 2*, X 3* giá trị mã hoá giá trị thực lời giải toán dựa vào (14), (15) để xác định i* Y1(x * ),Q * : Y2 (x * ) Khi ta có giá trị tối ưu tổng quát yếu tố vào: x1* 0,19984226 X1* 80, 9992113oC x 2* 0,06445966 X*2 0, 41289193 m / s x 3* 0,13827449 X 3* 15, 6193725 cm Giá trị tối ưu thông số ra: 2, 55190378 %; Q * 19, 05356838 (đ) KẾT LUẬN Áp dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm, kết hợp với phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát E Harrington xác định giá trị tối ưu yếu tố vào: nhiệt độ tác nhân sấy T = 81oC, tốc độ chuyển động tác nhân sấy v = 0,4m/s, khoảng cách treo vật liệu sấy h = 15,6 cm giá trị tối ưu thông số tối đa: độ khô không sản phẩm sấy 2, 55% , điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy Q = 19 (đ) Kết nghiên cứu xác định thông số tối ưu q trình sấy long nhãn xốy sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế chế tạo cỡ thiết bị sấy long nhãn có suất khác phù hợp với qui mô vừa nhỏ sở sản xuất LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu nhận giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi từ Ban Giám Hiệu, phịng Khoa học Cơng nghệ trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Cơng Thương hỗ trợ kinh phí cho tác giả hoàn thành nội dung nghiên cứu Sự đạo sâu sát, tận tình Ban lãnh đạo khoa Cơ khí, cộng tác tham gia nhiệt tình Nhà khoa học, phòng chức năng, đồng nghiệp ngồi quan Gia đình ông Ngô Đình Chiến Ngô Văn Minh phối hợp, giúp đỡ tạo điều kiện sở vật chất cho chúng tơi q trình nghiên cứu, thực nghiệm Xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến giúp đỡ hợp tác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án Cơng nghệ khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam (2006), Tổ chức phát triển Hà Lan - Việt Nam [2] Nguyễn Mạnh Dũng (2001), Bảo quản chế biến giải pháp phát triển ổn định vải, nhãn, NXB Nông nghiệp Hà Nội [3] Phạm Thị Minh Huệ (2009), “Nghiên cứu ứng dụng lượng khí sinh học làm khơ nông sản thực phẩm điều kiện đồng sông Hồng”, Đề tài NCKH & CN cấp bộ, Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 [4] Phạm Thị Minh Huệ, Trần Như Khuyên (2010), Một số kết nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy vải sử dụng lượng khí sinh học, Tạp chí Nơng nghiệp & phát triển Nông thôn Số 148, Tr60 - 64 [5] Phạm Thị Minh Huệ, Trần Như Khuyên (2010), Xác định thông số tối ưu thiết bị sấy vải qủa SBOG-150 sử dụng lượng khí sinh học, Tạp chí Nơng nghiệp & phát triển Nông thôn, Số 14 năm 2010, Tr 44 - 48 [6] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp Hà Nội [7] Nguyễn Minh Tuyển (2005), Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Ratana Attabhanyo, Ms.Suwanna Srisawas (2006), Dried longan flest for further processsing, Thai agriculture standard - Bangkok, 3, 367 - 403 [9] John A Cornell (1990), How to apply response surface methodology, Amer Society for Quality, pp - 45 [10] Tơ Cẩm Tú (1999), Thiết kế phân tích thí nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] G.E.P Box and K.B Wilson (1951), On the experimental attainment of optimium conditions J Roy Statist Soc Ser B 13, 1-45 ... [7] ứng dụng lượng khí sinh học quy trình sấy long nhãn xốy xác đinh số thông số đến chất lượng long nhãn khô nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng yếu tố: nhiệt độ dòng khí sấy. .. hưởng gọi hàm mục tiêu để thiết bị sấy SBOG 150 có suất chất lượng sản phẩm sấy tốt làm sở thiết kế cho việc hồn thiện quy trình công nghệ cải tiến thiết bị sấy chế tạo cỡ thiết bị sấy long nhãn có... phẩm sấy 2, 55% , điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm sấy Q = 19 (đ) Kết nghiên cứu xác định thông số tối ưu trình sấy long nhãn xốy sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế chế tạo cỡ thiết bị sấy