Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của miền nhiệt độ tác nhân sấy đến quá trình sấy đường rs trên máy sấy tầng sôi liên tục cấp khí kiểu xung

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MIỀN

NHIỆT ĐỘ TÁC NHÂN SẤY ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY ĐƯỜNG RS TRÊN

MÁY SẤY TẦNG SÔI LIÊN TỤC CẤP KHÍ KIỂU XUNG

EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE DETERMINATION OF TEMPERATURE

REGION OF HOT AIR TO THE REFINED SUGAR DRYING ON THE MODEL

OF PULSED COUNTINUOUS FLUIDIZED BED DRYER

Lê Hồng Long¹, Phạm Quang Phú², Bùi Trung Thành²

1.Khoa Điện, Trường trung cấp nghề Quang Trung

2.Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học công nghiệp Tp.HCM

TÓM TẮT

Một máy sấy tầng sôi liên tục cấp khí kiểu xung được sử dụng để thí nghiệm sấy đường RS (Refined

Sugar). Nghiên cứu được thực hiện theo quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố để xác định miền ảnh

hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy (t_g,C) đến độ ẩm sản phẩm sấy (%), tỷ lệ thu hồi sản phẩm (%),

chi phí điện năng riêng (Wh/kg sản phẩm) và chi phí nhiệt năng riêng (kJ/kg sản phẩm). Thực

nghiệm sấy được thực hiện trên mô hình có năng suất 20kg/giờ, miền nhiệt độ tác nhân sấy được

xác định t_g= 70C80C, trên cơ sở cố định chiều cao lớp hạt trợ sôi tối thiểu H₀= 65mm, đường

kính hạt sấy d_p= 0,8mm, vận tốc tác nhân sấy v_g= 2,0m/s, tần số cấp khí f = 0,5Hz cho chất lượng

hạt sấy phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 6958: 2001, với độ ẩm sản phẩm đạt 0,050,06%, tiêu hao

nhiệt lượng riêng trong phạm vi 10081116 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao điện năng riêng trong phạm

vi 193211 Wh/kg sản phẩm và tỷ lệ thu hồi sản phẩm chính phẩm đạt 8788%.

Từ khóa: Đường RS, máy sấy tầng sôi liên tục cấp khí kiểu xung, thực nghiệm đơn yếu tố, hàm

mục tiêu của quá trình sấy đường RS.

ABSTRACT

A continuous pulsed fluidized bed dryer is used to experimental refined sugar (RS) drying. The

experiments were conducted on the single factor experiments to determine the influence of the hot

air temperature region (t_g,C) to the moisture content of product (%), the collectable finished

product efficiency (%), the specific electrical consumtion (Wh/kg finished product) and the specific

heat consumption (kJ/kg finished product). The experimental model has its capacity of 20kg per

hour with the 04 (four) fixed technological parameters during doing experiments such as the height

of basical dried layer (H₀, mm) is 65mm, the hot air velocity (v_g, m/s) is 2m/s, pulsed frequency (f,

Hz)is 0,5Hz and the mean diameter of RS (d_p, mm) and the temperature region of hot air were

adjusted from 70 to 80C . The practical results is obtained that the dried grains quality met the

TCVN 6958: 2001 with moisture content of finished product is 0,05- 0,06%, specific heat

consumption is 10081116 kJ /kg finished product),the specific electical consumption is 193211

Wh/ kg finished product and the collectable efficiency of finished product is 8788%.

Keywords: Refined sugar, pulsed continuous fluidized bed dryer, single factor experiments,

the objective functions of the RS drying process.

quản cần nhỏ hơn 0,2% và độ ẩm sản phẩm

đường tinh luyện không lớn hơn 0,05% [3].

Do đó, quá trình sấy đường RS sau ly tâm là

cần thiết để đảm bảo chất lượng và thời gian

bảo quản. Trước đây, đường RS thường được

sấy bằng máy sấy thùng quay, nhưng dần về

sau máy sấy tầng sôi kiểu rung đã được thay

thế với nhiều ưu điểm hơn [5], [6]. Nhược

điểm lớn nhất của kỹ thuật sấy tầng sôi là chi

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Đường (Sugarcane) là thành phần quan

trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và

là nguồn cung cấp năng lượng cho con người.

Đường RS được hình thành từ quá trình kết

tinh, độ ẩm sau ly tâm thường từ 1% – 2%[1].

Nếu ẩm trong đường không được loại bỏ thì

đường sẽ dễ bị nhiễm khuẩn và màu sẽ không

sáng. Theo [2], độ ẩm của đường thô để bảo

1

phí năng lượng cao do phải vận hành sấy ở vận

tốc và áp suất tác nhân sấy cao. Để giải quyết

vấn đề này, Gawrzynski và cộng sự (1999)[7]

đã đề xuất một phương pháp sấy tầng sôi mới

gọi là tầng sôi xung khí hay còn gọi là tầng sôi

cấp khí kiểu xung (pulsed fluidized bed -

PFB). Các nghiên cứu được công bố trong lĩnh

vực này đã cho thấy các kết quả khả quan về

tiết kiệm năng lượng trong quá trình sấy [9],

[14].

sấy. Đối với sấy đường, nhiệt độ sấy cao ảnh

hưởng đến tiệu thụ nhiệt năng, nhưng còn ảnh

hưởng đến màu sắc do bị caramel hóa, làm

giảm mỹ quan và chất lượng sản phẩm.Nội

dung bài báo đề cập đến nghiên cứu thực

nghiệp xác định ảnh hưởng của miền nhiệt độ

tác nhân sấy, khi sấy đường RS trong lớp sôi

cấp khí kiểu xung đến chất lượng hạt sấy, tiêu

thụ điện năng riêng, tiêu thụ nhiệt năng riêng

và tỷ lệ thu hồi sản phẩm chính phẩm.

Theo [7], [9] [16], [17] thì dải tần số xung

khí phù hợp để sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ

là từ 5-15Hz nhưng theo [18], [19] thì tần số

xung khí đối với tầng sôi xung khí dạng liên

tục thấp hơn 1Hz sẽ tạo được chế độ sôi tốt

hơn. Như vậy, đối với mỗi loại vật liệu khác

nhau cần nghiên cứu xác định dải tần số xung

khí hoạt động hợp lý. Trên cơ sở đó, đối với

sấy đường RS kiểu tầng sôi xung khí liên tục,

dải tần số từ 0,01 – 1 Hz được lựa chọn làm

cơ sở nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố với

mức cơ sở là 0,5Hz.

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu và mô hình thí nghiệm

Tác giả định hướng nghiên cứu sấy đường

RS bằng phương pháp sấy tầng sôi liên tục cấp

khí kiểu xung nhằm ứng dụng cho các dây

chuyền sản xuất đường RS công nghiệp tại

Việt Nam, nên độ ẩm đường RS nguyên liệu

có độ ẩm M₁= 1,5%^±0,2, kích thước hạt sấy

trung bình d_p= 0,8mm.

Mô hình được thiết kế có năng suất G₁=

20kg/giờ, bộ cấp liệu rung cung cấp ổn định

0,33 kg/phút, bộ điện trở gia nhiệt tác nhân sấy

được lắp bộ điều khiển nhiệt độ, cho phép điều

chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy theo yêu cầu thí

nghiệm về chế độ sấy. Độ ẩm tương đối của

không khí môi trường trong thời gian thí

nghiệm _a= 70  75%, nhiệt độ môi trường t₀

= 30  31C. Lớp đường RS khô làm lớp đệm

trợ sôi ban đầu được ứng dụng theo [4] có cấp

hạt đa phân tán và độ ẩm 0,05%. Lưu trình cấp

tác nhân sấy và hoạt động sấy được trình bày

trên hình 1.

Mỗi loại vật liệu khác nhau thì tần số xung

khí phải được xác định chính xác. Ảnh hưởng

của nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân và tần số

xung khí đến tổn thất áp suất, thời gian sấy đã

được nghiên cứu [10]. Somkiat và cộng sự

[14] đã công bố chi phí năng lượng cho quá

trình sấy tầng sôi xung khí khi sấy lúa thấp

hơn 30- 50% so với tầng sôi thông thường.

Nhiệt độ tác nhân sấy là một trong số các

yếu tố quan trọng của kỹ thuật sấy, nhiệt độ

sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy và chi phí

(5) (G₁, M₁)

C (t₂, ₂)

A (t₀, ₀),

tác nhân sấy

B (t₁, ₁)

Bộ gia nhiệt

Buồng sấy tầng sôi

1

7

(2)

(4)

3

(6) (G₂, M₂)

1- quạt cấp tác nhân sấy; 2- bộ gia nhiệt bằng điện trở; 3- Bộ cấp khí kiểu xung; 4- buồng sấy tầng sôi;

5- thiết bị cấp liệu; 6- cửa ra sản phẩm sấy; 7- cyclone thu hồi bụi đường;

Hình 1. Lưu trình của tác nhân sấy và vật liệu sấy trong mô hình sấy tầng sôi xung khí liên tục

Bảng 1. Các thông số cơ bản của mô hình sấy tầng sôi xung khí

STT Thiết bị/bộ phận

Thông số kỹ thuật

Lưu lượng: 0,63 m³/s

Quạt cấp tác nhân Tổng áp: 1244 Pa

Công suất động cơ: 2,2 kW

1

2

Kích thước tổng thể (DxRxC): 600mm x 630mm x 275mm

Công suất nhiệt: 1,0 kW

Số thanh điện trở: 6

Kích thước tổng thể (DxRxC): 600mm x 550mm x 550mm

Đường kính đĩa quay và đĩa tĩnh: 500mm và 550mm

Đường kính lỗ phân phối: 150mm

Số lỗ trên đĩa quay và đĩa tĩnh: 01 và 06

Công suất động cơ: 1 Hp

Bộ gia nhiệt

điện trở

2

3

Thiết bị tạo

xung khí

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

4

5

Buồng sấy

Buồng lắng

1- Phễu chứa đường RS ẩm; 2- Vít tải nguyên liệu; 3-Buồng sấy tầng sôi; 4- Bộ cấp khí kiểu xung; 5- Bộ

gia nhiệt tác nhân sấy; 6- Ống thải khí ẩm; 7- Ống thoát khí ẩm ra khỏi hệ thống sấy; 8- Cyclone; 9- quạt

cấp khí tươi vào bộ trao đổi nhiệt

Hình 2. Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí phục vụ thí nghiệm

2.2 Dụng cụ thí nghiệm

2.3 Phương pháp nghiên cứu

. Giai đoạn thí nghiệm thăm dò

Các thí nghiệm được thực hiện trên mô

hình máy sấy tầng sôi liên tục cấp khí kiểu

xung, đặt tại khoa công nghệ Nhiệt Lạnh,

trường Đại học công nghiệp Tp.HCM (hình

2). Không khí được gia nhiệt bằng điện trở,

nhiệt độ tác nhân sấy được điều khiển bằng bộ

điều khiển Autonics TZN4M. Quạt cấp khí

được lắp biến tần Hitachi X200 để điều khiển

lưu lượng cấp vào buồng sấy. Động cơ điện

dùng truyền động cho van cấp khí vào buồng

sấy được lắp biến tần Schneider

ATV312HU15M2 để điều khiển số vòng

quay, nhằm điều chỉnh được tần số cấp xung

khí vào buồng sấy. Độ ẩm của đường RS được

đo bằng máy phân tích độ ẩm Axis AGS100,

có sai số đo 0,01%, vận tốc tác nhân sấy được

đo bằng thiết bị Extech SDL350 với sai số

0,01 m/s, đồng hồ điện 3 pha EMIC MV3E4

được sử dụng để xác định điện năng tiêu thụ.

Ngoài ra còn có bộ điều khiển nhiệt độ

Autonics TZN4M và bộ ghi PNTECH DDC-

C46 được sử dụng để điều khiển và ghi dữ liệu

nhiệt độ trong quá trình sấy phạm vi đo từ

0400C và sai số 0,5C.

Tiến hành xây dựng bộ số liệu thí nghiệm

thăm dò trước khi thực hiện thí nghiệm đơn

yếu tố. Mức thí nghiệm nhiệt độ sấy dựa vào

các nguồn tài liệu kỹ thuật sấy đường RS trong

[1], [5], số liệu khảo sát thực tế và các ý kiến

của các chuyên gia trong lĩnh vực sấy đường

RS tại các nhà máy đường tại Việt Nam.

. Giai đoạn thực hiện các thí nghiệm

Phương pháp được áp dụng cho nghiên cứu

này là cố định các yếu tố công nghệ đầu vào

gồm: vận tốc tác nhân sấy (v_g, m/s), chiều cao

lớp trợ sôi ban đầu (H₀, mm), tần số cấp khí

kiểu xung (f, Hz) và đường kính trung bình hạt

sấy (d_p, mm) ảnh hưởng đến hàm mục tiêu,

trong khi yếu tố nhiệt độ tác nhân sấy (t_g, C)

được điều chỉnh theo kỹ thuật sấy để xác định

miền ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ tới các

hàm mục tiêu nghiên cứu.

2.4 Xác định các thông số công nghệ và các

hàm mục tiêu

2.4.1 Xác định các thông số công nghệ

a) Nhiệt độ tác nhân sấy t_g(C)

3

Qua các nguồn tài liệu về sấy đường RS

trên thế giới, ý kiến chuyên gia và căn cứ theo

[5], [8] cũng như sử dụng kết quả các thí

nghiệm thăm dò cho thấy nhiệt độ sấy đường

RS có thể biến thiên phạm vi từ 50C  90^OC,

trong thí nghiệm này ta chọn t_gbiến thiên từ

50C đến 90C với khoảng biến thiên t =

10C. Nhiệt độ sấy được điều khiển bằng thiết

bị Autonics TZN4M và được ghi dữ liệu tự

động bằng thiết bị PNTECH DDC-C46 tại 12

vị trí dọc theo chiều dài máy sấy.

c) Tần số cấp khí kiểu xung f (Hz)

Cấp khí kiểu xung là một nghiên cứu chính

của bài báo nhằm thể hiện sự khác biệt giữa

sấy lớp hạt sôi cấp khí kiểu xung và tầng sôi

liên tục thông thường. Tần số cấp khí xung

được thay đổi theo số lần đóng mở các van

bướm cấp khí vào buồng sấy và được điều

chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay của

động cơ tạo xung nhờ biến tần Schneider

ATV312HU15M2. Tần số cấp khí xung được

ký hiệu là (f). Trong các thí nghiệm này ta cho

tần số cấp khí ở mức f = 0,5Hz. Nếu ta gọi _f(s)

là thời gian để dòng khí cấp vào cùng một vị

trí trên mặt cắt ngang của buồng sấy, khi đó

tần số xung khí được xác định bằng:

b) Vận tốc tác nhân sấy v_g(m/s)

Vận tốc tác nhân sấy là thông số phản ánh

tính đặc thù của sấy tầng sôi. Vận tốc dòng khí

được cấp thổi qua lớp hạt có lực đủ lớn để

nâng được lớp hạt ở trạng thái lơ lửng, thắng

được lực cản và trọng lực của hạt, nhưng phải

giới hạn không làm thổi hạt đường RS bay ra

khỏi buồng sấy[13]. Vận tốc tác nhân sấy

được đo tại 9 vị trí cách đều nhau trên mặt cắt

ngang của lớp hạt ở một buồng cấp khí bằng

thiết bị Extech SDL350. Trong các thí nghiệm

này, vận tốc tác nhân sấy được cố định ở mức

v_g= 2m/s.

1

f 

Hz

(1)





 _f

Với tần số xung khí là f = 0,5Hz, có nghĩa là

cứ sau mỗi 2 giây, dòng khí nóng sẽ được cấp

trở lại vị trí cũ. Như vậy với mô hình thí

nghiệm đang sử dụng có 6 vị trí cấp khí thì chu

kì cấp khí sẽ như sau:

e) Chiều dày lớp hạt trợ sôi H₀(mm)

Do đường RS cũng có đặc tính kết khối khi

cấp nhiệt nên trước khi sấy được bố trí sẵn một

lớp hạt trợ sôi ban đầu giống như kỹ thuật sấy

muối tinh, được trình bày trong [4]. Thông qua

kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ đã cho

thấy chiều dày lớp hạt sấy cấp vào buồng sấy

được xác định bằng chính chiều dày lớp hạt

đường RS làm lớp đệm trợ sôi ngay tại thời

điểm bắt đầu khởi động quá trình sấy[4]. Chiều

dày lớp hạt trợ sôi trong thí nghiệm này được

chọn ở mức H₀= 65mm.

Hình 3. Mô tả chu kì cấp xung khí trên mô

hình sấy

d) Kích thước hạt sấy d_p(mm)

Kích thước hạt sấy là thông số ảnh hưởng

đến vận tốc tác nhân sấy và chất lượng lớp

sôi[7]. Kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến trở

lực của dòng khí qua lớp hạt. Nếu hạt có kích

thước càng bé thì quá trình sôi càng khó[8],

[13], trở lực qua lớp hạt lại lớn, ngược lại, hạt

càng lớn thì yêu cầu vận tốc tác nhân sấy qua

lớp hạt hóa sôi càng lớn, tổn thất áp suất đã

làm tăng công suất quạt cấp khí ảnh hưởng

đến đến chi phí tiêu thụ điện năng riêng. Kích

thước hạt sấy được phân loại và xác định bằng

phương pháp sàng (rây) với các cỡ rây tiêu

chuẩn (0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 mm). Trong các

thí nghiệm này, đường kính trung bình được

chọn d_p= 0,8mm.

2.4.2. Xác định các hàm mục tiêu

Các hàm mục tiêu được xác định trong sấy

đường RS gồm 4 chỉ tiêu gồm: độ ẩm sản

phẩm, tỷ lệ thu hồi chính phẩm, chi phí điện

năng riêng và chi phí nhiệt năng riêng. Những

thông số này chịu ảnh hưởng của các thông số

công nghệ: nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy,

tần số cấp khí kiểu xung và đường kính trung

bình của hạt đường RS và chiều cao lớp hạt

trợ sôi ban đầu.

a) Chất lượng sấy

Chất lượng sản phẩm đường RS được đánh

giá qua các chỉ tiêu gồm, độ ẩm M₂, màu sắc,

thành phần vi lượng,... Trong phạm nghiên cứu

4

tác giả chọn độ ẩm M₂(%) được mã hóa Y₁(%)

làm chỉ tiêu đánh giá chất lượng. Giá trị độ ẩm

được đối chiếu theo tiêu chuẩn TCVN 6958:

2001[3].

cho vào các hũ đựng mẫu. Do máy sấy hoạt

động liên tục nên để đảm bảo độ chính xác và

đồng đều, độ ẩm sản phẩm được tính theo giá

trị trung bình của 6 mẫu theo công thức:

M₁₀ M₂₀ M₃₀ M₄₀ M₅₀ M

b) Tỷ lệ thu hồi chính phẩm (₁)

Y 

⁶⁰,% (3)

1

6

Sản phẩm sấy gồm hai loại, loại thứ nhất gọi

là chính phẩm ký hiệu (G₂) được thu hồi ngay

tại cửa ra buồng sấy, loại thứ 2 là phụ phẩm

gồm các bụi đường thu hồi dưới đáy cyclone.

Trong phần nghiên cứu này chỉ đề cập đến loại

chính phẩm G₂, giá trị này được đối chiếu với

tổng sản phẩm lý thuyết (giá trị lý thuyết có

được từ kết quả tính toán) được mã hoá Y₂(%).

Với M₁₀, M₂₀, M₃₀, M₄₀, M₅₀, M₆₀lần lượt là

độ ẩm trung bình của mỗi mẫu được lấy theo

thời gian (10, 20, 30, 40, 50 và 60 phút).

.Xác định tỷ lệ thu hồi chính phẩm (Y₂, %):

G₂

(4)

Y₂

100%

G_2lt

c) Chi phí điện năng riêng (N_i)

Với: G₂– khối lượng sản phẩm thu được thực

tế (kg/h); G_2lt– khối lượng sản phẩm theo lý

thuyết (kg/h)

Tiêu thụ điện năng riêng là tiêu thụ điện

dùng để sấy được 1kg sản phẩm đạt độ ẩm tiêu

chuẩn. Tiêu hao điện sẽ gồm toàn bộ tiêu thụ

điện của quạt cấp và các động cơ lắp theo mô

hình thí nghiệm sấy, được mã hoá Y₃, đơn vị

Wh/kg sản phẩm. Tổng điện năng tiêu thụ cho

các thiết bị sẽ được đo bằng đồng hồ điện 3

pha EMIC MV3E4.

Tỷ lệ thu hồi chính phẩm là thông số mục

tiêu để đánh giá năng suất thực tế của máy sấy.

Đối với máy sấy tầng sôi có sử dụng lớp đệm trợ

sôi thì tỷ lệ này không vượt quá 100% do khi vật

liệu ra khỏi máy sấy quá nhiều thì lớp đệm khô

trợ sôi bị phá vỡ và chế độ sôi bị dừng lại.

d) Tiêu hao nhiệt lượng riêng (q)

.Xác định chi phí điện năng riêng (Y₃,

Wh/kg SP) là lượng điện năng tiêu hao để sấy

được 1 kg sản phẩm, được xác định bằng công

thức sau:

Nhiệt lượng riêng tiêu hao để sấy được 1kg

sản phẩm đạt độ ẩm tiêu chuẩn trong đó có

tính đến tổn thất nhiệt, được mã hoá Y₄, đơn vị

kJ/kg sản phẩm. Tổng nhiệt lượng cung cấp

cho bộ gia nhiệt được quy đổi từ giá trị điện

năng tiêu thụ thực tế cho bộ điện trở gia nhiệt

(điện năng tiêu thụ của điện trở sẽ được đo

bằng 01 đồng hồ điện 3 pha EMIC loại gián

tiếp).

A

(5)

Y₃

G₂

Trong đó: A -tổng điện năng tiêu thụ của quạt

và các động cơ (Wh) được đo bằng đồng hồ

điện 3 pha EMIC MV3E4.

2.5. Bố trí thí nghiệm

.Xác định chi phí nhiệt năng riêng (Y₄,

kJ/kg SP): là lượng nhiệt năng cần thiết để

sấy được 1 kg sản phẩm, được xác định:

Các thông số được cố định theo [11], [12]

bao gồm: Độ ẩm nguyên liệu (tính theo cơ sở

ướt) cố định M₁= 1,5^^0,2%; Kích thước hạt sấy

trung bình d_p= 0,8mm; Chiều dày lớp đệm trợ

sôi bố trí H₀= 65mm; vận tốc tác nhân sấy v_g

= 2m/s; mức năng suất cấp vào mô 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), do đó khối lượng sản phẩm thu

được theo lý thuyết (G_2lt) là:

Q

(6)

Y₄

G₂

Trong đó, Q- tổng nhiệt lượng cung cấp bởi

bộ gia nhiệt điện trở, kJ. Để xác định được

tổng nhiệt năng tiêu thụ, 01 đồng hồ điện 3

pha loại gián tiếp EMIC MV3E4 5A được lắp

riêng để xác định điện năng tiêu thụ cho các

thanh điện trở và qua đó quy đổi về giá trị

nhiệt năng.

100 M₁

1001,5

1000,05

G_2lt G

 20

19,7 kg/h

¹100 M₂

(2)

Với hệ số công suất của điện trở cos = 1 thì

Q = 3600.A₁(kJ)

.Xác định độ ẩm sản phẩm (Y₁, %): Sáu mẫu

sản phẩm sấy được lấy ngẫu nhiên sau mỗi 10

phút sấy trong quá trình sấy (60 phút), sản

phẩm được lấy ngay tại cửa ra của máy sấy và

Trong đó A₁là tổng điện năng tiêu thụ bởi các

thanh điện trở (kWh).

5

mục tiêu, 05 thí nghiệm đã được tiến hành và

kết quả thực nghiệm được trình bày trong

bảng 2.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Đối với thực nghiệm xác định ảnh hưởng

của miền nhiệt độ tác nhân sấy đến các hàm

Bảng 2. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố xác định ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân đến các hàm

mục tiêu

Thông số công nghệ

Hàm mục tiêu

TN

t_g

(C)

50

60

70

d_p

(m)

v_g

f

Y₁

(%)

Y₂

(%)

Y₃

Y₄

(m/s) (Hz)

(Wh/kgSP) (kJ/kgSP)

1

2

3

4

5

0,135

0,089

0,06

0,05

0,073

82,23

86,29

88,83

97,46

95,43

228

218

211

193

197

520

684

1008

1116

1268

2

0,5

800

80

90

Sử dụng phần mềm SPSS phiên bản 22.0 [15]

để xử lý và đánh giá các số liệu thực nghiệm

cho các kết cùng với các nhận xét như sau:

3.1 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến độ ẩm sản phẩm

Căn cứ kết quả xử lý số liệu và xây dựng được

đồ thị (hình 4) có được một số nhận xét như

sau:

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến độ ẩm sản

phẩm theo quy luật hàm bậc 2 với hệ số ý

nghĩa trong phân tích phương sai (0,994 >

0,95), hệ số tương quan lớn (R = 0,997). Mức

ý nghĩa của các hệ số đều lớn hơn 0,95, tiêu

chuẩn Fisher (159,725), tiêu chuẩn Student

của các hệ số đều đáp ứng. Phương trình hồi

quy được thiết lập:

Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến độ

ẩm sản phẩm

3.2 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến tỷ lệ thu hồi chính phẩm

Căn cứ kết quả xử lý số liệu và đồ thị như

(hình 5) một số nhận xét được rút ra như sau:

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tỷ lệ thu

hồi chính phẩm theo quy luật hàm power, hệ

số ý nghĩa trong phân tích phương sai (0,989 >

0,95), hệ số tương quan lớn (R = 0,955), mức

ý nghĩa của các hệ số đều lớn hơn 0,95, tiêu

chuẩn Fisher (30,911) và các tiêu chuẩn

Student của các hệ số đều đáp ứng. Phương

trình hồi quy được thiết lập:

Y  0,72260,0173.t_g1,121.10^4.t_g²

(7)

1

Ở các mức nhiệt độ sấy (<60C), nhiệt

lượng cung cấp không đủ để bay hơi ẩm nên

độ ẩm sản phẩm không đạt, đồng thời do độ

ẩm vật liệu ở đầu và giữa máy sấy cao nên ảnh

hưởng đến chế độ sôi, các hạt khô trợ sôi

không được hòa trộn tốt với hạt ẩm cũng dẫn

đến làm độ ẩm cuối của quá trình sấy còn cao

hơn tiêu chuẩn.

Ở các mức nhiệt độ sấy cao, vật liệu vào

máy sấy được làm khô quá nhanh trong giai

đoạn đầu, kéo theo năng suất đầu ra lớn, gây

phá vỡ lớp đệm trợ sôi dẫn đến độ ẩm sản

phẩm cũng không đạt. Phạm vi nhiệt độ sấy

đạt yêu cầu để đảm bảo quá trình sấy diễn ra

ổn định là từ 70  80C.

Y₂ 25,91.t^0,294

(8)

Ở nhiệt độ sấy thấp, chế độ sấy diễn ra

không ổn định, các hạt đường còn độ ẩm cao,

khả năng hóa sôi và sự hòa trộn giữa hạt ẩm

và hạt trợ sôi kém, kết quả là sản phẩm bị lưu

lại nhiều hơn trong buồng sấy, làm giảm năng

suất đầu ra. Khi tăng nhiệt độ sấy đã làm cải

thiện chế độ sôi, làm tăng năng suất thu hồi

sản phẩm. Tuy nhiên, theo kết quả thí nghiệm

và quan sát thực tế cho thấy ở nhiệt độ sấy

90C quá trình sôi diễn ra rất mạnh vào giai

6

đoạn đầu của quá trình sấy (khoảng 10 phút

đầu quá trình) kéo theo một lượng lớn lớp trợ

sôi ban đầu ra ngoài nên ở giai đoạn cuối quá

trình lượng sản phẩm ra khỏi máy sấy không

đạt năng suất theo yêu cầu. Do đó, nếu xét

toàn bộ quá trình sấy thì năng suất thu hồi

giảm đi so với quá trình sấy ở nhiệt độ 80C.

Hình 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chi

phí điện năng riêng

3.4 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến chi phí tiêu hao nhiệt năng riêng

Căn cứ kết quả xử lý số liệu và đồ thị (hình 7),

một số nhận xét được rút ra như sau:

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chi phí

nhiệt năng riêng theo quy luật hàm logarit với

hệ số ý nghĩa trong phân tích phương sai

(0,999 > 0,95), hệ số tương quan R = 0,990,

mức ý nghĩa của các hệ số lớn hơn 0,95. Tiêu

chuẩn Fisher (145,716) và các tiêu chuẩn

Student của các hệ số đều đáp ứng. Phương

trình hồi quy được thiết lập:

Hình 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tỷ lệ

thu hồi chính phẩm

3.3 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến chi phí điện năng riêng

Căn cứ kết quả xử lý số liệu và đồ thị như

(hình 6) một số nhận xét được rút ra như sau:

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chi phí

điện năng riêng theo quy luật hàm logarit,

trong đó hệ số ý nghĩa trong phân tích phương

sai (0,991 > 0,95), hệ số tương quan R =

0,960, mức ý nghĩa của các hệ số đều lớn hơn

0,95, tiêu chuẩn Fisher (35,607) và các tiêu

chuẩn Student của các hệ số đều đáp ứng.

Phương trình hồi quy được thiết lập:

(10)

Y₄ 4656,04 +1318,85.ln(t)

Chi phí nhiệt năng riêng phụ thuộc chủ yếu

vào nhiệt độ sấy, do đó khi sấy ở nhiệt độ cao

thì chi phí này tăng lên đáng kể.

Y  467,13 61,016.ln(t)

(9)

3

Xét về mặt tổng tiêu thụ điện năng cho toàn

bộ quá trình sấy thì việc tăng hay giảm nhiệt

độ sấy không làm thay đổi điện năng cung cấp

cho quạt và các động cơ. Tuy nhiên khi xét

đến chi phí điện năng riêng tính cho (01) một

kg sản phẩm thì giá trị này phụ thuộc vào khối

lượng chính phẩm của sản phẩm sấy thu được

sau khi sấy, nên chi phí điện năng riêng sẽ

giảm đi khi sấy ở nhiệt độ cao, nhưng lại tăng

lên khi sấy ở nhiệt độ tác nhân sấy thấp. Điều

này được giải thích, do sấy ở nhiệt độ thấp hạt

sấy không đạt độ ẩm nên không thể nhảy qua

được tấm chắn (một tấm chắn được bố trí cuối

buồng sấy) kết quả là lượng thu hồi sản phẩm

G₂ít lại so với thiết kế do vậy chi phí tiêu thụ

điện năng riêng cao hơn so với khi sấy ở nhiệt

độ cao.Miền nhiệt độ sấy hợp lý trong thực

nghiệm được xác định phạm vi 80- 90 ^OC

Hình 7. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chi

phí nhiệt năng riêng

4. KẾT LUẬN

Nhiệt độ tác nhân sấy tăng thì cường độ

thoát ẩm trong vật liệu sấy càng nhanh, nhưng

khi tăng trên mức cần thiết lại không mang lại

hiệu quả nhưng lại làm tăng tiêu hao nhiệt

lượng riêng trong khi độ ẩm sản phẩm lại

không cần quá khô. Ngược lại, nhiệt độ tác

nhân sấy thấp, quá trình bốc hơi kém, không

đáp ứng với lượng đường RS nạp vào theo

thiết kế dẫn đến làm phá hỏng lớp hạt giả lỏng

và quá trình sấy sớm kết thúc.

7

Cần tiến hành các thực nghiệm đa yếu tố để

xét đồng thời ảnh hưởng của 5 thông số công

nghệ đến 4 hàm mục tiêu thì mới có thể xác

định đúng được giá trị hợp lý của các thông số

công nghệ này. Mức nhiệt độ sấy t_g=70C

được chọn làm giá trị cơ sở của nhiệt độ tác

nhân sấy trong thực nghiệm đa yếu tố ở bước

nghiên cứu tiếp theo.

Miền nhiệt độ tác nhân sấy t_g=70C cùng

với chiều cao lớp hạt trợ sôi tối thiểu H₀=

65mm, đường kính hạt sấy d_p= 0,8mm, vận tốc

tác nhân sấy v_g= 2m/s cho chất lượng hạt sấy

đạt độ ẩm tiêu chuẩn;tiêu hao nhiệt lượng riêng

phạm vi 1008  1116 kJ/kg sản phẩm; tiêu hao

điện năng riêng từ 193  211Wh/kg sản phẩm

và tỷ lệ thu hồi chính phẩm đạt 87  88%.

5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Baikow, V. E., Manufacture and refining of raw cane sugar. Elsevier, 2013.

[2].

[3].

[4].

Bộ khoa học và Công nghệ, TCVN 6961: 2001 tiêu chuẩn TCVN về đường thô, 2001.

Bộ khoa học và Công nghệ, TCVN 6958: 2001 Tiêu chuẩn đường tinh luyện, 2001.

Bùi Trung Thành, Nghiên cứu và thực nghiệm sử dụng lớp muối khô làm lớp đệm trợ sôi

trong sấy tầng sôi. Tạp chí Năng lượng nhiệt, Số 108 tháng 11/2012.

[5]. Bùi Trung Thành, Nguyễn Huy Bích, Nghiên cứu & phát triển các loại máy sấy đường cát

trắng trong các nhà máy đường công nghiệp Việt Nam. Tạp chí thông tin cơ điện nông

nghiệp, 2004.

[6]. Daud, W. R. W., Fluidized Bed Dryers Recent Advances. Advanced Powder Technology,

19(5), p403–418, 2008.

[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 và xử lý số liệu thực nghiệm. Nhà xuất bản

Nông nghiệp,2001.

[13].

Roy, G. K., & Sengupta, P., Prediction of the pressure drop across a gas-solid semi-fluidized

The Chemical Engineering Journal, 5(2), p191-196,

bed.

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 và phân tích

dữ 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.

8

[18].

[19].

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-

2011.

1182,

Ali, Syed Sadiq, and Mohammad Asif. Fluidization of nano-powders: effect of flow

pulsation. Powder technology 225 (2012): 86-92, 2012.

Thông tin tác giả:

 Họ và tên: PGS.TS Bùi Trung Thành

 Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM.

 Địa chỉ cơ quan: Lầu 6 nhà X, 12 Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q. Gò Vấp, Tp.HCM.

 Điện thoại: 0913 921 407

 Email: [email protected]

9

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.