Bài viết này nghiên cứu sấy đường RS được thực hiện bằng thực nghiệm đơn yếu tố trên mô hình sấy tầng sôi cấp khí kiểu xung có năng suất 20kg/giờ. Thực nghiệm được thực hiện trong điều kiện vận tốc tác nhân được điều chỉnh vg=1-3m/s trong khí 4 thông số công nghệ được bố trí cố định gồm: chiều cao lớp hạt trợ sôi H0 = 65mm, đường kính hạt dp = 0,8mm, nhiệt độ tác nhân sấy tg = 70O c; tần số cấp khí xung f = 0,5Hz . Kết quả thực nghiệm cho độ ẩm sản phẩm M2=0,06% (phù hợp theo TCVN 6958: 2001), tiêu hao nhiệt lượng riêng q=1008 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao điện năng riêng N=194Wh/kg sản phẩm và tỷ lệ thu hồi sản phẩm =88,8%. Mời các bạn cùng tham khảo!
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 40, 2019 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƢỜNG RS TRÊN MÔ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG BÙI TRUNG THÀNH, PHẠM QUANG PHÚ Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh buitrungthanh@iuh.edu.vn,phamquangphu@iuh.edu.vn Tóm tắt Nghiên cứu sấy đường RS thực thực nghiệm đơn yếu tố mô hình sấy tầng sơi cấp khí kiểu xung có suất 20kg/giờ Thực nghiệm thực điều kiện vận tốc tác nhân điều chỉnh vg=1-3m/s khí thơng số cơng nghệ bố trí cố định gồm: chiều cao lớp hạt trợ sôi H0 = 65mm, đường kính hạt dp = 0,8mm, nhiệt độ tác nhân sấy tg = 70Oc; tần số cấp khí xung f = 0,5Hz Kết thực nghiệm cho độ ẩm sản phẩm M2=0,06% (phù hợp theo TCVN 6958: 2001), tiêu hao nhiệt lượng riêng q=1008 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao điện riêng N=194Wh/kg sản phẩm tỷ lệ thu hồi sản phẩm =88,8%.Dựa kết phân tích thực nghiệm đơn yếu tố mối quan hệ tương quan thông số công nghệ (t,H0,dp,f) ảnh hưởng đến hàm mục tiêu (M2,q,N, ), chế độ sấy tầng sơi xung khí với hạt đường RS, tác giả xác định chế độ sấy hợp lý gồm nhiệt độ sấy tg= 75OC,tần số xung khí f=0,6 Hz ,dp =0,4 mm vận tốc tác nhân 2,2 m/s Từ khóa Đường RS, máy sấy tầng sơi liên tục cấp khí kiểu xung, thực nghiệm đơn yếu tố, hàm mục tiêu trình sấy đường RS EXPERIMENTAL RESEARCHING ON INFLUENCE DETERMINATION OF HOT AIR VELOCITY TO THE REFINED SUGAR DRYING ON THE MODEL OF PULSED COUNTINUOUS FLUIDIZED BED Abstract Experimental research on refined sugar (RS) drying were conducted on the single factor experiments in a model of pulsed continuous fluidized bed which its capacity was 20kg/h The experiment was performed in conditions such as the 04 (four) fixed technological parameters during experiments that including the height of basical dried layer (H0) is 65mm, the hot air temperature(tg,) is 70Oc, pulsed frequency (f)is 0,5Hz and the mean diameter of RS (dp)is 0,8mm while the range of hot air velocity was adjusted from 1 3m/s The experimental results were obtained the moisture content of finished product was 0,06% ( the dried grains quality met the TCVN 6958:2001),the specific heat consumption was 1008kJ/kg finished product),the specific electical consumption was 194 Wh/ kg finished product and the efficiency of finished product was 88% It is based on the results of the single factors of the correlation relationship between the four technological parameters(t,H0,dp,f) which affects to the four objective functions(M2,q,N, ) of pulsed fluidized bed drying for the RS sugar The author etablished a suitable drying regime such as the temperature of hot air was 75OC, pulse frequency was 0.6 Hz, mean diameter of RS grain was 0,4 mm and hot air velocity was 2.2 m/s Keywords sugar drying, pulsed continuous fluidized bed, pulse frequency, single factor experiments, drying regimes, moisture content ĐẶT VẤN ĐỀ Đường RS hình thành từ trình kết tinh, độ ẩm sau ly tâm từ 1% – 2%[1] Nếu ẩm đường không loại bỏ đường bị nhiễm khuẩn, màu khơng sáng bị vón thành cục Theo tài liệu [2] độ ẩm đường thô để bảo quản cần nhỏ 0,2% độ ẩm sản phẩm đường tinh luyện không lớn 0,05% [3] Do vậy, sấy đường RS sau ly tâm cần thiết vừa để vừa đảm bảo mặt chất lượng vừa cho phép bảo quản đường lầu dài © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 20 Từ trước đến đường RS thường sấy máy sấy thùng quay, gần sấy máy sấy tầng sôi kiểu rung (vibration dryer) cho phép nâng cao chất lượng [6] Giải pháp sấy vật liệu rời máy sấy tầng sôi cho nhiều ưu điềm vượt trội mặt chấy lượng so với loại máy sấy khác, nhiên so với máy sấy khác sấy tầng sơi tiêu hao điện cao vận tốc tác nhân sấy áp suất tác nhân sấy cao máy sấy thông thường Để giải vấn đề này, Gawrzynski cộng (1999)[7] đề xuất phương pháp sấy tầng sơi xung khí ,cịn gọi tầng sơi cấp khí kiểu xung (pulsed fluidized bed - PFB) Các nghiên cứu công bố nguồn [9] [14] cho thấy phương pháp sấy cho kết khả quan mặt tiết kiệm lượng Theo nguồn [7], [9] [16], [17], dải tần số xung khí phù hợp để sấy tầng sơi xung khí dạng mẻ từ 5-15Hz, theo [18], [19] tần số xung khí tầng sơi xung khí dạng liên tục thấp 1Hz tạo chế độ sôi tốt Như vậy, loại vật liệu khác cần nghiên cứu xác định dải tần số xung khí hoạt động hợp lý Trên sở đó, sấy đường RS kiểu tầng sơi xung khí liên tục, dải tần số từ 0,01 – Hz lựa chọn làm sở nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố với mức sở 0,5Hz Ảnh hưởng nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân tần số xung khí đến tổn thất áp suất, thời gian sấy nghiên cứu tài liệu[10] Somkiat Prachayawarakorn cộng tài liệu [14] công bố tiêu hao lượng cho q trình sấy tầng sơi xung khí sấy lúa thấp 30- 50% so với tầng sôi thông thường Đối với sấy đường, nhiệt độ sấy cao ảnh hưởng đến tiệu thụ nhiệt năng, cịn ảnh hưởng đến màu sắc bị caramel hóa, làm giảm mỹ quan chất lượng sản phẩm.Vận tốc tác nhân sấy số yếu tố quan trọng kỹ thuật sấy, vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng đến chất lượng hạt sôi, thời gian sấy chi phí sấy .Nội dung báo đề cập đến nghiên cứu thực nghiệp xác định ảnh hưởng miền vận tốc tác nhân sấy sấy đường RS lớp sơi liên tục cấp khí kiểu xung đến chất lượng hạt sấy, tiêu hao điện riêng, tiêu hao nhiệt riêng tỷ lệ thu hồi sản phẩm phẩm VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu mơ hình thí nghiệm Tác giả nghiên cứu sấy đường RS phương pháp sấy tầng sơi liên tục cấp khí kiểu xung nhằm ứng dụng cho dây chuyền sản xuất đường RS công nghiệp Việt Nam nên độ ẩm đường RS ngun liệu khảo sát có độ ẩm trung bình M1 = 1,5%±0,2, kích thước hạt sấy trung bình dp = 0,8mm Mơ hình sấy thiết kế có suất G1= 20kg/giờ gồm có có cấp liệu rung cung cấp ổn định đường nguyên liệu vào buồng sấy có suất 0,33 kg/phút, Một điện trở gia nhiệt tác nhân sấy lắp điều khiển nhiệt độ, cho phép điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy theo yêu cầu thí nghiệm Độ ẩm tương đối khơng khí mơi trường thời gian thí nghiệmphạm vi a = 70 %, nhiệt độ môi trường t0 = 30 31C Lớp đường RS khô làm lớp đệm trợ sôi ban đầu ứng dụng theo nguồn[4] có cấp hạt đa phân tán phạm vi từ 0,5- 1mm với độ ẩm 0,05% Lưu trình cấp tác nhân sấy hoạt động sấy trình bày hình Bảng Các thơng số mơ hình sấy tầng sơi xung khí STT Thiết bị/bộ phận Quạt cấp tác nhân Bộ gia nhiệt điện trở Thiết bị tạo xung khí Thông số kỹ thuật Lưu lượng: 0,63 m3/s Tổng áp: 1244 Pa Cơng suất động cơ: 2,2 kW Kích thước tổng thể (DxRxC): 600mm x 630mm x 275mm Công suất nhiệt: 1,0 kW Số điện trở: Kích thước tổng thể (DxRxC): 600mm x 550mm x 550mm Đường kính đĩa quay đĩa tĩnh: 500mm 550mm Đường kính lỗ phân phối: 150mm © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG Buồng sấy Buồng lắng 21 Số lỗ đĩa quay đĩa tĩnh: 01 06 Công suất động cơ: Hp Kích thước tổng thể (DxRxC): 1750mm 300mm 350mm Vật liệu chế tạo: SUS304 Kích thước tổng thể (DxRxC): 1750mm 450mm 350mm Vật liệu chế tạo: SUS304 O Quạt cấp tác nhân; Buồng gia nhiệt điện trở; Bộ tạo xung khí;3.ống dẫn khí Buồng sấy; Cyclone thu bụi; Nạp liệu; Cửa sản phẩm Hình Mơ hình máy sấy tầng sơi xung khí phục vụ thí nghiệm 2.2 Dụng cụ thí nghiệm Các thí nghiệm sấy đường RS thực mơ hình máy sấy tầng sơi liên tục cấp khí kiểu xung theo hình 2, đặt khoa công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học công nghiệp Tp.HCM Khơng khí gia nhiệt điện trở, nhiệt độ tác nhân sấy điều khiển điều khiển Autonics TZN4M Quạt cấp khí lắp biến tần Hitachi X200 để điều khiển lưu lượng cấp vào buồng sấy Động điện dùng truyền động cho van cấp khí vào buồng sấy lắp biến tần Schneider ATV312HU15M2 để điều khiển số vòng quay, nhằm điều chỉnh tần số cấp xung khí vào buồng sấy Độ ẩm đường RS đo máy phân tích độ ẩm Axis AGS100, có sai số đo 0,01%, vận tốc tác nhân sấy đo thiết bị Extech SDL350 với sai số 0,01 m/s, đồng hồ điện pha EMIC MV3E4 sử dụng để xác định điện tiêu thụ Ngồi cịn có điều khiển nhiệt độ Autonics TZN4M ghi PNTECH DDC-C46 sử dụng để điều khiển ghi liệu nhiệt độ trình sấy phạm vi đo từ 0400C sai số 0,5C 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Giai đoạn thí nghiệm thăm dị Tiến hành xây dựng số liệu thí nghiệm thăm dị trước thực thí nghiệm đơn yếu tố Mức thí nghiệm nhiệt độ sấy dựa vào nguồn tài liệu kỹ thuật sấy đường RS [1],[5], số liệu khảo sát thực tế ý kiến chuyên gia lĩnh vực sấy đường RS nhà máy đường Việt Nam Giai đoạn thực thí nghiệm Phương pháp áp dụng cho nghiên cứu cố định yếu tố công nghệ đầu vào gồm: vận tốc tác nhân sấy (vg, m/s), chiều cao lớp trợ sơi ban đầu (H0, mm), tần số cấp khí kiểu xung (f, Hz) đường kính trung bình hạt sấy (dp, mm) ảnh hưởng đến hàm mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm, yếu tố vận tốc tác nhân sấy (vg, m/s) điều chỉnh theo thực nghiệm xác định từ thí nghiệm thăm dị trước để xác định miền ảnh hưởng yếu tố vận tốc tới hàm mục tiêu nghiên cứu © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 22 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 2.4 Xác định thơng số công nghệ hàm mục tiêu 2.4.1 Xác định thông số công nghệ a) Nhiệt độ tác nhân sấy tg (C) Qua nguồn tài liệu sấy đường RS giới, ý kiến chuyên gia ngành đường theotài liệu [5] và[8] sử dụng kết thí nghiệm thăm dị cho thấy nhiệt độ sấy đường RS biến thiên phạm vi từ 50C 90OC, thí nghiệm ta chọn tg cố định 70C.Nhiệt độ sấy điều khiển thiết bị Autonics TZN4M ghi tự động thiết bị PNTECH DDCC46 12 vị trí dọc theo chiều dài máy sấy b) Vận tốc tác nhân sấy vg (m/s) Vận tốc tác nhân sấy thơng số phản ánh tính đặc thù kỹ thuật sấy tầng sơi Vận tốc dịng khí cấp thổi qua lớp hạt có lực đủ lớn để nâng lớp hạt trạng thái lơ lửng, thắng lực cản trọng lực hạt, phải giới hạn không làm thổi hạt đường RS bay khỏi buồng sấy[13] Vận tốc tác nhân sấy đo vị trí cách mặt cắt ngang lớp hạt buồng cấp khí thiết bị Extech SDL350 Trong thí nghiệm này, vận tốc tác nhân sấy biến thiên mức vg = 3m/s , khoảng biến thiên v = 0,5m/s c) Tần số cấp khí kiểu xung f (Hz) Cấp khí kiểu xung thể khác biệt sấy lớp hạt sơi cấp khí kiểu xung tầng sơi cấp khí liên tục Tần số cấp khí xung thay đổi theo số lần đóng mở van bướm cấp khí vào buồng sấy điều chỉnh cách thay đổi số vòng quay động tạo xung nhờ biến tần Schneider ATV312HU15M2 Tần số cấp khí xung ký hiệu (f) Trong thí nghiệm ta cho tần số cấp khí mức f = 0,5Hz Nếu ta gọi f (s) thời gian để dịng khí cấp vào vị trí mặt cắt ngang buồng sấy, tần số xung khí xác định bằng: (1) f Hz f Với tần số xung khí f = 0,5Hz, có nghĩa sau giây, dịng khí nóng cấp trở lại vị trí cũ Như với mơ hình thí nghiệm sử dụng có vị trí cấp khí chu kì cấp khí sau: Hình Mơ tả chu kì cấp xung khí mơ hình sấy d) Kích thước hạt sấy dp (mm) Kích thước hạt sấy thông số ảnh hưởng đến vận tốc tác nhân sấy chất lượng lớp sơi[7] Kích thước hạt ảnh hưởng đến trở lực dịng khí qua lớp hạt Nếu hạt có kích thước bé q trình sơi khó[8], [13], trở lực qua lớp hạt lớn, ngược lại, hạt lớn yêu cầu vận tốc tác nhân sấy qua lớp hạt hóa sơi lớn, tổn thất áp suất làm tăng công suất quạt cấp khí ảnh hưởng đến đến tiêu thụ điện riêng Nhằm có sở nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy sấy đường RS nên nghiên cứu tìm cách phân loại kích thước hạt sấy trước khí đưa vào sấy, việc phân © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 23 loại xác định phương pháp sàng (rây) với cỡ rây tiêu chuẩn (0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 mm) Trong thí nghiệm này, đường kính trung bình hạt xác định dp = 0,8mm e) Chiều dày lớp hạt trợ sôi H0 (mm) Do đường RS có đặc tính kết khối cấp nhiệt nên trước sấy, thí nghiệm bố trí sẵn lớp hạt trợ sơi ban đầu giống kỹ thuật sấy muối tinh, trình bày tài liệu [4] Thông qua kết nghiên cứu thực nghiệm sơ cho thấy chiều dày lớp hạt sấy cấp vào buồng sấy xác định chiều dày lớp hạt đường RS làm lớp đệm trợ sôi thời điểm bắt đầu khởi động q trình sấy[4] Chiều dày lớp hạt trợ sơi thí nghiệm chọn mức H0 = 65mm 2.4.2 Xác định hàm mục tiêu Các hàm mục tiêu xác định sấy đường RS gồm tiêu: độ ẩm sản phẩm(%), tỷ lệ thu hồi phẩm(%),tiêu hao điện riêng (wh/kg sản phẩm )và tiêu hao nhiệt lượng riêng (kJ/kg sản phẩm) Những thông số chịu ảnh hưởng thông số công nghệ: nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy, tần số cấp khí kiểu xung, đường kính trung bình hạt chiều cao lớp hạt trợ sôi ban đầu a) Chất lượng sấy Chất lượng sản phẩm đường RS đánh giá qua tiêu gồm: độ ẩm M2, màu sắc, thành phần vi lượng Trong phạm nghiên cứu tác giả chọn độ ẩm M2 (%) mã hóa Y1 (%) làm tiêu đánh giá chất lượng Giá trị độ ẩm đo dụng cụ đo độ ẩm đối chiếu theo tiêu chuẩn TCVN 6958: 2001[3], độ màu đo thông qua máy đo độ màu Konica Minolta Độ ẩm sản phẩm tính theo giá trị trung bình mẫu theo công thức: M M 20 M 30 M 40 M 50 M 60 (2) Y1 10 ,% Với M10, M20, M30, M40, M50, M60 độ ẩm trung bình mẫu lấy theo thời gian (10, 20, 30, 40, 50 60 phút) b) Tỷ lệ thu hồi phẩm (1) Sản phẩm sấy gồm hai loại, loại phẩm ký hiệu (G2) thu hồi cửa buồng sấy, loại thứ bụi đường thu hồi đáy cyclone Trong phần nghiên cứu đề cập đến loại phẩm G2, giá trị đối chiếu với tổng sản phẩm lý thuyết ( khối lượng đường RS sau loại bỏ ẩm đến độ ẩm tiêu chuẩn , tính theo cơng thức (2), mã hố Y2 (%) G2 (3) 100% G2lt Với: G2 – khối lượng sản phẩm thu thực tế (kg/h); G2lt – khối lượng sản phẩm theo lý thuyết (kg/h) Khối lượng sản phẩm thu theo lý thuyết (G2lt) 100 M1 100 1,5 G2lt G1 20 19, kg/h (4) 100 M 100 0,05 Tỷ lệ thu hồi phẩm thơng số mục tiêu để đánh giá suất thực tế máy sấy Đối với máy sấy tầng sơi có sử dụng lớp đệm trợ sơi ban đầu tỷ lệ khơng vượt 100% vật liệu khỏi máy sấy q nhiều lớp đệm khơ trợ sơi bị phá vỡ chế độ sôi bị dừng lại Y2 c) Chi phí điện riêng (Ni) Tiêu thụ điện riêng tiêu thụ điện dùng để sấy 1kg sản phẩm đạt độ ẩm tiêu chuẩn Tiêu hao điện gồm toàn tiêu thụ điện quạt cấp động lắp theo mơ hình thí nghiệm sấy, mã hố Y3, đơn vị Wh/kg sản phẩm Tổng điện tiêu thụ cho thiết bị đo đồng hồ điện pha EMIC MV3E4 A Tiêu thu điện riêng xác định cơng thức sau: Y3 (5) G2 © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 24 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG Trong đó: A -tổng điện tiêu thụ quạt động (Wh) đo đồng hồ điện pha EMIC MV3E4 G2 – khối lượng sản phẩm thu thực tế (kg/h); d) Tiêu hao nhiệt lượng riêng (q) Nhiệt lượng sử dụng để sấy 1kg sản phẩm đạt độ ẩm tiêu chuẩn có tính đến tổn thất nhiệt, mã hoá Y4, đơn vị kJ/kg sản phẩm Tổng nhiệt lượng cung cấp cho gia nhiệt quy đổi từ giá trị điện tiêu thụ thực tế cho điện trở gia nhiệt (điện tiêu thụ điện trở đo 01 đồng hồ điện pha EMIC loại gián tiếp) Q Tiêu hao nhiệt lượng riêng xác định q (6) G2 Trong đó: G2 – khối lượng sản phẩm thu thực tế (kg/h); Q- tổng nhiệt lượng cung cấp gia nhiệt điện trở, kJ Để xác định tổng nhiệt tiêu thụ, 01 đồng hồ điện pha loại gián tiếp EMIC MV3E4 5A lắp riêng để xác định điện tiêu thụ cho điện trở qua quy đổi giá trị nhiệt Với hệ số công suất điện trở cos = Q = 3600.A1 (kJ).Trong A1 tổng điện tiêu thụ điện trở (kWh) 2.5 Bố trí thí nghiệm Các thơng số cố định theo nguồn [15] bao gồm: Độ ẩm nguyên liệu (tính theo sở ướt) cố định M1= 1,50,2%; Kích thước hạt sấy trung bình dp = 0,8mm; Chiều dày lớp đệm trợ sơi bố trí H0= 65mm; nhiệt độ tác nhân sấy tg = 70OC/s; mức suất cấp vào mơ hình sấy 0,33± 0,2 kg /phút (năng suất 20kg/giờ); độ ẩm sản phẩm (M2) yêu cầu đạt 0,05% (theo TCVN 6958: 2001) thời gian lấy mẫu sau (10, 20, 30, 40, 50 60 phút) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đối với thực nghiệm xác định ảnh hưởng miền vận tốc tác nhân sấy đến hàm mục tiêu, 05 thí nghiệm tiến hành kết thực nghiệm trình bày bảng Bảng Kết thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng vận tác nhân đến hàm mục tiêu Thông số công nghệ Hàm mục tiêu dp vg tg f Y1 Y2 Y3 Y4 (m/s) (Oc) (Hz) (m) (%) (%) (Wh/kgSP) (kJ/kgSP) 1 0,212 56,85 176 620 1,5 0,111 67,01 177 802 70 0,5 800 0,06 88,83 194 1008 2,5 0,043 99,49 227 1152 0,04 88,83 300 1481 Sử dụng phần mềm SPSS phiên 22.0 [15] để xử lý đánh giá số liệu thực nghiệm cho kết với nhận xét sau: TN 3.1 Xác định ảnh hƣởng vận tốc sấy đến độ ẩm sản phẩm Căn kết xử lý số liệu thực nghiệm cho hàm mục tiêu độ ẩm sản phẩm cho thầy ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến độ ẩm sản phẩm theo quy luật hàm bậc 2, hệ số ý nghĩa phân tích phương sai (0,994 > 0,95), hệ số tương quan (R = 0,997) ,mức ý nghĩa hệ số lớn 0,95 (0,996; 0,990; 0,993), tiêu chuẩn Fisher (159,849) tiêu chuẩn Student hệ số (15,238; 9,913; 7,629) đáp ứng Phương trình hồi quy có dạng theo phương trình xây dựng đồ thi quan hệ vận tốc sấy đến độ ẩm sản phẩm hình © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG Y1 0,4880 0,3453.v 0,0657.v 25 (7) Hình Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến độ ẩm sản phẩm Kết rút nhận xét sau: Vận tốc tác nhân sấy thông số ảnh hưởng lớn đến hệ số truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy đối lưu, đặc biệt q trình sấy tầng sơi Do vậy, tăng vận tốc giúp q trình hóa sơi (vật liệu giả lỏng – Fluidization) diễn mãnh liệt hơn, hạt hòa trộn tốt nên độ ẩm sản phẩm giảm thấp Tuy nhiên, tiếp tục tăng vận tốc (từ 2,5m/s lên 3m/s) độ ẩm gần khơng giảm mà cịn có xu hướng tăng lên (đường cong hướng lên giá trị vận tốc cao) Nguyên nhân tăng vận tốc làm hạt bị theo nhiều hơn, gây phá vỡ lớp đệm trợ sôi, kết độ ẩm trung bình sản phẩm tồn q trình có xu hướng tăng lên[4] Mặt khác, vận tốc tác nhân sấy cao làm tăng chi phí điện nên cần xét đến yếu tố định lựa chọn vận tốc làm việc phù hợp Theo Wen Ching Yang, Trần Văn Phú [7, 55], vận tốc làm việc q trình sấy tầng sơi nên lựa chọn khoảng gấp (23) lần vận tốc hóa sơi tối thiểu Kết tính tốn xác định vận tốc hóa sơi tối thiểu hạt đường RS 0,79m/s nên vận tốc làm việc phù hợp từ 1,57-2,36 m/s Kết phù hợp với thí nghiệm đơn yếu tố 3.2 Xác định ảnh hƣởng vận tốc sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm Căn kết xử lý số liệu cho hàm mục tiêu tỷ lệ thu hồi phẩm cho thấy ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm theo quy luật hàm S, với mức ý nghĩa thể phân tích phương sai (0,996 > 0,95), hệ số tương quan (R = 0,979), với mức ý nghĩa hệ số lớn 0,95 (1,000; 0,996), khí tiêu chuẩn Fisher (69,532) tiêu chuẩn Student hệ số (81,643; 8,339) đáp ứng ta xây dựng phương trình hồi quy (8) 0,789 4,844 0,789 v (8) hay Y2 e v thiết lập đồ thị quan hệ vận tốc sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm( biểu diễn hình Kết thực nghiệm rút nhận xét: Vận tốc tác nhân sấy thấp làm giảm chế độ sôi, làm tăng lượng sản phẩm lưu lại buồng sấy, kết lớp đệm trợ sôi tăng cao, gây cản trở q trình dịch chuyển vật liệu ngồi nên suất thu hồi sản phẩm sấy không đạt yêu cầu Ngoài ra, tăng vận tốc tác nhân sấy lên cao, chế độ sôi ban đầu diễn mãnh liệt nên theo lượng hạt đường RS làm lớp đệm ngồi, cuối q trình sấy tỷ lệ lớp đệm trợ sôi hạt Rs ẩm đưa vào không đạt giá trị tường quan [4] nên vật liệu thu đầu máy sấy thấp Tỷ lệ thu hồi phẩm đạt cao vận tốc tác nhân sấy 2,5m/s ln Y2 4,844 © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 26 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG Hình Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm 3.3 Xác định ảnh hƣởng vận tốc tác nhân sấy đến chi phí điện riêng Căn kết xử lý số liệu cho hàm mục tiêu, tiêu hao điện riêng cho thầy ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến tiêu hao điện riêng theo quy luật hàm bậc Kết xử lý số liệu cho thấy hệ số ý nghĩa phân tích phương sai (0,994 > 0,95), hệ số tương quan (R = 0,997) với mức ý nghĩa hệ số lớn 0,95 (0,992; 0,962; 0,982), tiêu chuẩn Fisher (162,680) tiêu chuẩn Student hệ số (11,208; 4,970; 7,454) đáp ứng Phương trình hồi quy đồ thị quan hệ vận tốc tác nhân sấy tiêu hao điện riêng thiết lập theo (PT9) hình (9) Y3 255,6 123,26.v 45,71.v Hình Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến chi phí điện riêng Kết thực nghiệm rút nhận xét: Trong sấy tầng sôi, thiết bị tiêu thụ điện quạt cấp tác nhân sấy, biến tần gắn theo Motơ quạt cho phép thay đổi lưu lượng quạt làm thay đổi vận tốc tác nhân sấy Theo định luật tỷ lệ quạt, quan hệ số vòng quay với lưu lượng hàm bậc cơng suất tỷ lệ theo hàm bậc Do vậy, việc tăng vận tốc tác nhân sấy lên cao làm tăng công suất dẫn đến làm tăng tiêu hao điện riêng.Để giảm tiêu hao điện riêng cho cách giảm vận tốc tác nhân sấy, điều làm ảnh hưởng đến chế độ sơi © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 27 3.4 Xác định ảnh hƣởng vận tốc sấy đến tiêu hao nhiệt riêng Căn kết xử lý số liệu cho thấy tiêu hao nhiệt riêng vận tốc tác nhân sấy có quan hệ với theo quy luật hàm exp, điểu phản ánh qua hệ số ý nghĩa phân tích phương sai (1,000 > 0,95), hệ số tương quan (R = 0,995), mức ý nghĩa hệ số lớn 0,95 (1,000; 1,000), tiêu chuẩn Fisher (325,153) tiêu chuẩn Student hệ số (20,217; 18,032) đáp ứng, phương trình hồi quy mối quan hệ thiết lập theo (PT 10) Y4 417,96.e 0,420.v (10) thiết lập đồ thị tương quan hai thông số hình Hình Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến chi phí nhiệt riêng Nhận xét thực nghiệm sau: Tổng nhiệt lượng cung cấp cho trình sấy phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ tác nhân sấy vận tốc tác nhân sấy Thực tế sấy tầng sôi vật liệu kết dính đường RS có sử dụng lớp đệm trợ sơi tiêu hao nhiệt lượng riêng cịn phụ thuộc vào lượng sản phẩm thu cửa máy sấy Ở mức vận tốc sấy phạm vi khoảng < m/s, tăng vận tốc giúp tăng lượng phẩm thu phí nhiệt riêng khơng chênh lệch nhiều Ở mức vận tốc tác nhân sấy lớn >2,5 m/s, tổng nhiệt tăng tiêu thụ tăng nên tiêu hao nhiệt lượng tăng theo Kết thí nghiệm cho thấy vận tốc phù hợp để sấy đường RS nằm khoảng – 2,5 m/s, nhiên giá trị tối ưu cần phải xác định cụ thể thực nghiệm đa yếu tố 3.5 Đánh giá độ màu sản phẩm Độ màu đường RS trước sau sấy phân tích Viện Sinh Học – Thực Phẩm, trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM Sử dụng máy đo độ màu Konica Minolta để xác định số độ màu đường nguyên liệu sản phẩm Máy đo màu hoạt động theo mơ hình CIE L*a*b*, tất màu có độ sáng nằm mặt phẳng có dạng hình trịn theo trục a* b* Màu có giá trị a* dương ngả đỏ, màu có giá trị a* âm ngả lục Tương tự b* dương ngả vàng b* âm ngả lam Cịn độ sáng màu L* thay đổi theo trục dọc Kết phân tích độ màu cho thấy số độ sáng L* đường RS tăng lên 22,96% (từ 34,77 đến 45,23), số màu a* thay đổi không đáng kể (0,34 so với 0,38), số màu b* tăng lên 31,34% (từ 6,31 đến 9,19) Như thấy mẫu nguyên liệu có độ sẫm màu độ sáng thấp sản phẩm sấy Do hạn chế mặt thiết bị nên độ màu đường RS không đo máy theo độ màu ICUMSA, thực nghiệm chưa đối chiếu với màu theo tiêu chuẩn TCVN 6958:2001, kết phân tích phản ánh độ sáng sáng phẩm đường sau sấy cao hơn, độ sậm màu thấp so với đường nguyên liệu © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 28 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 3.6 Xây dựng chế độ sấy theo quan hệ tƣơng quan vận tốc tác nhân sấy đến hàm mục tiêu Đồ thị (hình 7) thiết lập để xác định ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến hàm mục tiêu từ phương trình hồi quy (phương trình 7; 8;9;10) Dựa đồ thị hình ta nhận thấy, mức vận tốc 2,2 m/s, độ ẩm sản phẩm đạt yêu cầu (0,046%), tỷ lệ thu hồi phẩm (88,7%), chi phí điện riêng nhiệt riêng tương đối thấp (205,6 Wh/kgsản phẩm 1053 kJ/kgsản phẩm) Khi sấy vận tốc thấp độ ẩm sản phẩm khơng đạt TCVN sấy vận tốc cao tiêu hao điện nhiệt lượng riêng tăng lên Do vậy, vận tốc tác nhân sấy mức 2,2 m/s lựa chọn phù hợp cho trình sấy đường RS Hình Đồ thị ảnh hưởng vận tốc tác nhân đến hàm mục tiêu KẾT LUẬN Vận tốc tác nhân sấy tăng cường độ ẩm vật liệu sấy nhanh dẫn đến độ ẩm sản phẩm giảm mức tiêu chuẩn (độ ẩm sản phẩm không cần khô ), ngược lại, vận tốc tác nhân sấy thấp, trình bốc kém, không đáp ứng với lượng đường RS nạp vào theo thiết kế dẫn đến làm phá hỏng lớp hạt giả lỏng trình sấy sớm kết thúc Nhiệt độ tác nhân sấy tg =70OC với chiều cao lớp hạt trợ sơi tối thiểu H0= 65mm, đường kính hạt sấy dp= 0,8mm, vận tốc nhân sấy vg= 2m/s cho chất lượng hạt sấy đạt độ ẩm tiêu chuẩn;tiêu hao nhiệt lượng riêng 1008 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao điện riêng từ 194 Wh/kg sản phẩm tỷ lệ thu hồi phẩm đạt 87 88% Dựa kết phân tích đơn yếu tố kết hợp với biểu diễn quan hệ thông số công nghệ ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, chế độ sấy tầng sơi xung khí hợp lý với hạt đường RS xác định gồm nhiệt độ sấy 75OC,vận tốc tác nhân 2,2 m/s, tần số xung 0,6 Hz đường kính hạt phạm vi 0,400mm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Baikow, V E., Manufacture and refining of raw cane sugar Elsevier, 2013 [2] Bộ khoa học Công nghệ, TCVN 6961: 2001 tiêu chuẩn TCVN đường thô, 2001 [3] Bộ khoa học Công nghệ, TCVN 6958: 2001 Tiêu chuẩn đường tinh luyện, 2001 [4] Bùi Trung Thành, Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng lớp muối khô làm lớp đệm trợ sôi sấy tầng sơi Tạp chí Năng lượng nhiệt, Số 108 tháng 11/2012 [5] Bùi Trung Thành, Nguyễn Huy Bích, Nghiên cứu & phát triển loại máy sấy đường cát trắng nhà máy đường công nghiệp Việt Nam Tạp chí thơng tin điện nơng nghiệp, 2004 [6] Daud, W R W., Fluidized Bed Dryers Recent Advances Advanced Powder Technology, 19(5), p403–418, 2008 © 2019 Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 29 [7] Gawrzynski Z., Glaser R., Kudra T Drying of powdery materials in a pulsed fluid bed dryer Drying Technology, p1523-1532, 1999 [8] Howard.J.R., Fluidized bed Technology, principles and application Taylor & Francis Group, 1989 [9] Kudra, T., & Mujumdar, A S., Advanced drying technologies CRC Press, 2009 [10] Marcello Nitz, Osvaldir P Taranto, Drying of a porous material in a pulsed fluid bed dryer: the influences of temperature, frequency of pulsation and air flow rate Drying technology, p212-219, 2009 [11] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, pp120, 2004 [12] Phan Hiếu Hiền, Phương pháp bố trí thí nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm Nhà xuất Nông nghiệp,2001 [13] Roy, G K., & Sengupta, P., Prediction of the pressure drop across a gas-solid semi-fluidized bed The Chemical Engineering Journal, 5(2), p191-196, 1973 [14] Somkiat Prachayawarakorn, Warunee Tia, Korakot Poopaiboon, Somchart Soponronnarit, Comparison of performace of pulsed and conventional fluidised bed dryer Journal of Stored Products Research, 41(5), p479– 497, 2005 [15] Võ Văn Huy, Võ Thị Lan, Hoàng Trọng, Ứng dụng SPSS for windows để xử lý phân tích kiện nghiên cứu marketing, quản trị, kinh tế, tâm lý, xã hội, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [16] Ambrosio-Ugri, M C B., Taranto, O P., Drying in the rotating-pulsed fluidized bed Brazilian Journal of Chemical Engineering, 24(1), p95-100, 2007 [17] Godoi F.C et al., Analysis of the drying process of a biopolymer (poly-hydroxybutyrate) in rotating-pulsed fluidized bed Chemical Engineering and Processing, 50, 623–629, 2011 [18] Li, Z., Kobayashi, N., Deguchi, S., & Hasatani, M (2004) Investigation on the drying kinetics in a pulsed fluidized bed Journal of chemical engineering of Japan, 37(9), p1179-1182, 2011 [19] Ali, Syed Sadiq, and Mohammad Asif Fluidization of nano-powders: effect of flow pulsation Powder technology 225 (2012): 86-92, 2012 Ngày nhận bài: 23/04/2019 Ngày chấp nhận đăng: 12/06/2019 © 2019 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ... TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG Hình Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm 3.3 Xác định ảnh hƣởng vận tốc tác nhân sấy đến. .. Chí Minh NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MƠ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 27 3.4 Xác định ảnh hƣởng vận tốc sấy đến tiêu...NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC TÁC NHÂN SẤY ĐẾN SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN MÔ HÌNH SẤY TẦNG SƠI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG 20 Từ trước đến đường RS thường sấy máy sấy thùng