Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số công nghệ sấy hạt mè (vừng) trên máy sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số công nghệ của quá trình sấy hạt mè (vừng) theo phương pháp sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ. Các thí nghiệm được tiến hành dựa trên quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc 2, kết hợp tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương pháp đáp ứng bề mặt để xác định giá trị tối ưu của các thông số công nghệ (nhiệt độ tác nhân, vận tốc tác nhân, tốc độ xung khí) trong quá trình sấy hạt mè.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số công nghệ sấy hạt mè (vừng) trên máy sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 25, 2017 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẤY HẠT MÈ (VỪNG) TRÊN MÁY SẤY TẦNG SÔI XUNG KHÍ DẠNG MẺ PHẠM QUANG PHÚ, BÙI TRUNG THÀNH Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh; phamquangphu@iuh.edu.vn, buitrungthanh@iuh.edu.vnTóm tắt. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số công nghệ củaquá trình sấy hạt mè (vừng) theo phương pháp sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ. Các thí nghiệm được tiếnhành dựa trên quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc 2, kết hợp tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương phápđáp ứng bề mặt để xác định giá trị tối ưu của các thông số công nghệ (nhiệt độ tác nhân, vận tốc tác nhân,tốc độ xung khí) trong quá trình sấy hạt mè. Kết quả là, giá trị tối ưu của các thông số đã được xác địnhnhư sau: nhiệt độ tác nhân 63,13C, vận tốc tác nhân 1,21 m/s, tốc độ xung khí 12 vòng/phút. Dựa trên cáckết quả tối ưu này, độ ẩm sản phẩm sấy đạt 6,26%, chi phí điện năng cho 1kg ẩm bay hơi đạt 408 Wh/kgẩm, chi phí nhiệt năng cho 1kg ẩm bay hơi đạt 4989 kJ/kg ẩm.Từ khóa. Tầng sôi, xung khí, sấy mè, sấy tầng sôi, phương pháp tầng sôi xung khí, thực nghiệm đa yếutố, tối ưu hóa đa mục tiêu EXPERIMENTAL STUDY ON THE MAIN PARAMETERS DETERMINATION FOR SESAME SEEDS ON THE BATCH PULSED FLUIDIZED BED DRYERAbstract. The paper presents the results of experimental research to determine the technologicalparameters of sesame drying process in the batch pulsed fluidized bed dryer. The experiments were carriedout according to the 2-level orthogonal experimental plan, combined with multiple response optimizationaccording to Response Surface method (RSM) to determine the optimal parameters (gas temperature, gasvelocity, pulsed speed) in the sesame drying process. As the result, the optimal parameters were determinedsuch as: gas temperature was Z1opt = 63,13C, gas velocity was Z2opt = 1,21 m/s, pulsed speed was Z3opt =12 RPM. Corresponding to these optimal parameters, the objective functions reached the minimum value,including the final moisture content Y1min = 6,26%, the specific electrical energy Y2min = 408 Wh/kg vaporand the specific heat value consumption Y3min = 4989 kJ/kg vapor.Keywords. Fluidized bed, gas pulsed, sesame drying, fluidized bed drying, pulsed fluidized bed method,multiple factor experiment, Multiple Response Optimization1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mè (Sesamum indicum L), còn gọi là vừng, là một cây cho dầu được trồng phổ biến ở những nước gầnđường xích đạo [8]. Hạt mè chứa từ 38% đến 50% dầu [8]. Theo FAO, các quốc gia hàng đầu về diện tíchtrồng mè trên thế giới là Ấn Độ, Myanmar, Sudan và Trung Quốc với hơn 70% tổng diện tích [4]. Ở ViệtNam, cây mè được trồng nhiều ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, miền Đông Nam Bộ và Trung Bộ [4]. Cây mè sau khi thu hoạch được phơi khô để tách hạt, hạt mè sau khi thu được cũng cần được sấy để bảoquản lâu hơn. Hạt mè thuộc nhóm vật liệu rời khá đồng đều về kích thước, khối lượng riêng thấp nên rấtphù hợp với các dạng máy sấy tầng sôi. Máy sấy tầng sôi có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại máy sấy vật liệu rời khác như tốc độsấy cao do sự tương tác tốt giữa khí và hạt, tỷ lệ vỡ vụn thấp, kích thước hạt đồng đều hơn, độ ẩm sản phẩmđồng đều, vốn đầu tư và chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với máy sấy thùng quay nên chúng được xếp vàonhóm máy sấy cao cấp. Tuy vậy, loại máy sấy này tồn tại hai nhược điểm lớn nhất: (1) Vận tốc để hóa sôivật liệu lớn nên yêu cầu phải sử dụng quạt có áp suất cao, lưu lượng cao hơn do đó làm tăngchi phí đầu tưvà tăng chi phí điện trong vận hành (Theo các tài liệu công bố thì khi sấy vật liệu hạt < 1mm -1,5 mm đốivới máy sấy tĩnh thì vận tốc tác nhân sấy khoảng 0,1-0,2 m/s, máy sấy thùng quay 1-1,2 m/s, trong khi máy © 2017 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh48 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẤY HẠT MÈ (VỪNG) TRÊN MÁY SẤY TẦNG SÔI XUNG KHÍ DẠNG MẺsấy tầng sôi phải từ 1,5-2,5 m/s) [7]; (2) Yêu cầu kích thước hạt sấy nằm trong phạm vi giới hạn và có độđồng đều cao, nếu không khả năng hóa sôi bị hạn chế. Đối với vật liệu có kích thước quá nhỏ thì khi sấy sẽbị cuốn theo dòng khí đi ra ngoài hệ thống, còn đối với vật liệu có kích thước quá lớn thì khó có thể hóa sôiđược. Để giải quyết vấn đề chi phí năng lượng cho quạt sử dụng trong quá trình sấy, một số tác giả của thếgiới đã nghiên cứu một phương pháp sấy tầng sôi mới đó là phương pháp tầng sôi kiểu xung khí (pulsedfluidized bed dryer). Các công bố cho thấy mô hình thí nghiệm cho kết quả khả quan về mặt tiết kiệm nănglượng [3-5, 9-17]. Công bố của M.C.B. Ambrosio [3] cho thấy phương pháp sấy bằng xung khí cho ưu điểm về mặt tiếtkiệm năng lượng do giảm được lưu lượng khí cấp vào buồng sấy. Jezowska [5] đã chứng minh khi sấy vậtliệu bằng máy sấy lớp hạt sôi kiểu xung khí cho phép tiết kiệm năng lượng hơn 50%. Theo Djurkov [14-16], phương pháp sấy tầng sôi xung khí có thể ứng dụng trong quá trình sấy các vật liệu cấu trúc dạng tinhthể, có đặc tính kết dính như đường mía, đường từ củ cải đường,… và các sản phẩm sinh học có độ ẩm cao(hạt mè ẩm, hạt hoa hướng dương, hạt cacao,…). Gawrzynski và các cộng sự [13,17] đã công bố rằng việcsấy các loại vật liệu bằng phương pháp sấy tầng sôi xung khí trên quy mô thí nghiệm cho kết quả tốt. Cácquan sát được thực hiện cho thấy sự xung động của không khí nóng đã tạo ra lớp hạt sôi, tạo ra một sự hòatrộn mãnh liệt đối với vật liệu rắn và làm gia tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt giữa tác nhân và vật liệu.Prachayawarakorn, Warunee Tia và cộng sự [12] đã tiến hành ngh ...