Nghiên cứu sấy thóc giống BC15 bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp thùng quay

20 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 NGHIÊN CỨU SẤY THÓC GIỐNG BC15 BẰNG MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP THÙNG QUAY EXPERIMENTAL STUDY ON DRYING OF BC15 RICE IN A HEAT PUMP COMBINED ROTARY DRUM DRYER Đinh Văn Nhượng, Tạ Hồng Phong, Vũ Hồng Phong, Lê Ngọc Hòa, Bùi Văn Tú, Nguyễn Trọng Các Email: cacdhsd@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 02/10/2017 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 18/12/2017 Ngày chấp nhận đăng: 28/12/2017 Tóm tắt Trong công nghệ sấy, nhiều quy trình công nghệ sản xuất yêu cầu sấy lạnh hoặc sấy ở nhiệt độ thấp (bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ môi trường). Trong công nghệ sấy lạnh, nhất thiết phải sử dụng bơm nhiệt dưới dạng máy hút ẩm hoặc máy lạnh kết hợp với chất hút ẩm. Trong bài báo này trình bày kết quả của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thực nghiệm mô hình sấy thóc giống bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp với thùng quay. Các kết quả thực nghiệm với giống lúa BC15 ở chế độ sấy: nhiệt độ sấy 38oC, vận tốc tác nhân sấy 6,3 m/s, số vòng quay 2,5 vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 270 kg, độ ẩm của vật liệu sấy ban đầu 29,44%, hệ thống sấy đạt hiệu suất tách ẩm cao, làm việc ổn định và hiệu quả. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 12,1%, tỷ lệ nảy mầm 90% với thời gian sấy 20,5 giờ. Từ khóa: Sấy bơm nhiệt; sấy thùng quay; sấy nông sản - thực phẩm; sấy thóc giống; tỷ lệ nảy mầm. Abstract In drying technology, many technological processes require cold or low temperature drying (at or below air temperature). In freeze drying method that is necessary to use a heat pump in the form of a dehumidifier or air conditioner combined with a desiccant. The results of designing, manufacture, and experiment a model of combining heat pump combined rotary drum dryer for rice seed was presented in this paper. The experimental results showed that BC15 rice were dried at drying temperature of 38oC, drying air velocity of 6.3 m/s, drum rotation speed of 2.5 rpm, raw product mass of 270 kg, raw moisture of 29.44 percent, the dryer gets the high performance, more effective and stable working. It is shown that the moisture is 12.1 percent, germination rate is 90 percent, and drying time is 20.5 hours. Keywords: Heat pump dryer; rotary drum dryer; food - agricultural products drying; rice seed dryer; germination rate. 1. GIỚI THIỆU CHUNG Sấy lạnh là quá trình sấy mà trong đó tác nhân sấy được tách ẩm trước khi đưa vào buồng sấy. Quá trình tách ẩm này làm cho tác nhân sấy hạ nhiệt độ xuống khoảng 10oC, sau đó tác nhân sấy sẽ đi qua bộ nâng nhiệt và đưa vào buồng sấy. Nhiệt độ sấy có thể điều chỉnh thấp hơn, bằng và cao hơn nhiệt độ môi trường tùy thuộc vào vật liệu sấy. Chính nhờ việc hạ thấp nhiệt độ sấy làm cho công nghệ sấy lạnh đạt được các ưu điểm đáng kể so với công nghệ truyền thống: - Vật liệu sấy không bị mất màu, mất chất do nhiệt. Các chất dinh dưỡng và màu sắc được giữ lại gần như tuyệt đối. - Sấy được những sản phẩm mà công nghệ sấy nhiệt thấp không sấy được như: các sản phẩm dễ nóng chảy (socola, bánh kẹo,...); các sản phẩm dễ tạo màng do nhiệt (thanh long, chuối, hồng,...); các sản phẩm có dầu, mỡ (cá da trơn, hải sản, bột gấc...). - Nâng cao tuổi thọ thiết bị. Phân tích các công việc liên quan: [1] đã nghiên cứu sử dụng bơm nhiệt để sấy một số loại nông sản gồm: hành củ, hành lá, rau thìa, rau thơm. [2] đã trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mô hình sấy bơm nhiệt kiểu LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 21 thùng quay. Các kết quả khảo nghiệm cho thấy cà rốt sấy ở chế độ: nhiệt độ sấy 40oC, vận tốc tác nhân sấy 2,5 m/s, số vòng quay 15 vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 4,5 kg, hệ thống sấy đạt hiệu suất tách ẩm cao, làm việc ổn định và hiệu quả hơn; sản phẩm sấy giữ được màu sắc tốt hơn so với các phương pháp sấy thông thường. [3] đã đề xuất giải pháp dùng máy lạnh để hút ẩm và sấy khô nông sản, thực phẩm ở nhiệt độ thấp với hệ máy 60 kW lạnh, nhiệt độ độ 20÷27oC, độ ẩm 35÷45%. Cũng trong [2] đã nghiên cứu sấy các loại rau quả như cà rốt, hành, củ cải... bằng bơm nhiệt (sấy lạnh), kết quả cho thấy thời gian sấy lâu hơn so với phương pháp sấy truyền thống nhưng chất lượng về cảm quan và khả năng bảo toàn về vitamin C cao hơn. Tác giả cũng đề nghị chế độ sấy tối ưu đối với các loại rau quả ở nhiệt độ 30oC, vận tốc gió 3,5 m/s, độ ẩm không khí 20÷40%. [4, 5] đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị sấy lạnh bằng bơm nhiệt ứng dụng để sấy dược phẩm, thực phẩm, nông sản trong điều kiện Việt Nam. Ưu điểm của thiết bị sấy này là một phần nước trong không khí được tách ra trước khi đưa vào buồng sấy nên động lực của quá trình sấy tăng lên đáng kể, rút ngắn thời gian sấy, giảm chi phí vận hành. [6] đã nghiên cứu sấy kẹo Jelly tại Công ty Bánh kẹo Hải Hà bằng phương pháp sấy lạnh, kết quả cho thấy chi phí về điện giảm khoảng 58%, tiêu hao năng lượng để tách 1 kg ẩm bay hơi giảm từ 11,49 kWh/kg ẩm xuống còn 4,67 kWh/kg ẩm so với phương pháp dùng máy hút ẩm, nhưng chất lượng sản phẩm vẫn được đảm bảo. Tác giả cũng đã nghiên cứu sấy các nguyên liệu dược phẩm dùng trong y học cổ truyền như nghệ, dịch gừng ép, dịch cúc hoa bằng phương pháp sấy lạnh, kết quả cho thấy chất lượng sản phẩm tốt hơn so với phương pháp sấy bằng không khí nóng. [7] đã nghiên cứu thiết kế hệ thống bơm nhiệt để sấy nông sản. Sản phẩm có ưu điểm sử dụng hệ thống điều khiển thông minh (máy tính, màn hình cảm ứng), hệ thống lạnh một cấp nén, tự động đo lường và điều khiển năng suất lạnh bằng bộ biến tần theo nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh, tiết kiệm năng lượng cho quá trình sấy. Một số thông số kỹ thuật của hệ thống bơm nhiệt DSL-v2: Năng suất hệ thống 8÷12 kg/mẻ, thời gian sấy 12÷24 giờ/mẻ (tùy thuộc vào loại sản phẩm). Nhiệt độ đọng sương -15÷25oC; Nhiệt độ môi trường sấy 35÷45oC; Tốc độ tác nhân sấy 0÷20 m/s. Trong bài báo này trình bày kết quả của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thực nghiệm mô hình sấy thóc giống bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp với thùng quay. Các kết quả thực nghiệm với giống lúa BC15 ở chế độ sấy: nhiệt độ sấy 38oC, vận tốc tác nhân sấy 6,9 m/s, số vòng quay 2,5 vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 270 kg, độ ẩm của vật liệu sấy ban đầu 29,44%, hệ thống sấy làm việc ổn định và hiệu quả. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 12,6%, tỷ lệ nảy mầm 91% với thời gian sấy 22 giờ. 2. MÔ HÌNH MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP THÙNG QUAY 2.1. Cấu tạo - Thùng sấy: dạng hình trụ tròn nằm ngang làm bằng thép CT3 có đường kính 0,9 m và chiều dài 2 m. Bên trong thùng có lắp đối xứng 4 cánh đảo liệu. Thùng sấy được truyền động nhờ động cơ điện có hộp giảm tốc công suất 1,5 kW, số vòng quay 2,5 vòng/phút. - Hệ thống bơm nhiệt: Kích thước 480 x 420 x 1010 mm, công suất điện 1,5 kW, công suất hút ẩm 145 lít/ngày, máy nén lạnh 2,5 HP, lưu lượng khí khô 1500 m3/h. - Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển được lắp đặt đảm bảo khả năng tự động hóa cao. Các thiết bị tiên tiến, hiện đại gồm: PLC Omron CP1L 20CDR; màn hình HMI Omron; biến tần Yaskawa; cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió,... Mô hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp thùng quay để sấy thóc giống BC15 được thể hiện như trên hình 1. 2.2. Nguyên lý làm việc Thóc giống được đưa vào thùng sấy (4) thông qua cửa cấp (13). Tác nhân sấy được đưa vào buồng sấy từ bơm nhiệt (1) thông qua đường ống (3) và (5). Nguyên liệu sấy được đảo đều trong thùng sấy nhờ các cánh gạt (15). Tủ điều khiển (2) có nhiệm vụ điều khiển, giám sát các thông số: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc tác nhân sấy, tốc độ đảo vật liệu sấy. Kết thúc quá trình sấy, vật liệu được lấy ra khỏi thùng sấy thông qua cửa thoát liệu (13). Để thoát vật liệu sấy hoàn toàn, thùng sấy (4) được lập trình quay và đảo chiều gián đoạn. 22 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 Hình 1. Mô hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp thùng quay để sấy thóc giống BC15. 1. Bơm nhiệt; 2, Tủ điều khiển; 3. Ống dẫn khí vào; 4. Thùng sấy; 5. Ống phân phối khí; 6. Ray dẫn hướng; 7. Puly; 8. Trục; 9. Khung đỡ; 10. Bộ truyền đai; 11. Động cơ giảm tốc; 12. Ống dẫn khí ra; 13. Cửa cấp - thoát liệu; 14. Gối đỡ trục; 15. Cánh đảo vật liệu 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Quy trình thí nghiệm Thóc giống BC15 sau khi mua của Công ty cổ phần Giống cây trồng Hải Dương được loại bỏ các tạp chất, cành lá, các hạt lép bằng quạt gió. Sau đó cân khối lượng trước khi đưa vào thùng sấy (đảm bảo 270 kg/mẻ). Đo độ ẩm của hạt thóc ban đầu. Khởi động hệ thống sấy lạnh (bơm nhiệt) và tiến hành sấy thóc trên thiết bị sấy thùng quay. Thí nghiệm được thực hiện với khối lượng thóc giống BC15 ban đầu là 270 kg/mẻ. Tiến hành sấy từ chế độ sấy ban đầu: Độ ẩm vật liệu sấy 20÷30%; độ ẩm đầu vào 30÷50%; vận tốc tác nhân sấy 3,5÷8,5 m/s; nhiệt độ tác nhân sấy 30÷40oC, sấy ở các chế độ sấy khác nhau. Các thông số kiểm soát đầu ra là độ ẩm, thời gian sấy và tỷ lệ nảy mầm (hình 2). LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 23 Hình 2. Sơ đồ mô tả các nhân tố đầu vào - ra trong quá trình sấy 3.2. Phương pháp lấy số liệu 3.2.1. Xác định độ ẩm vật liệu sấy Độ ẩm của vật liệu sấy được đo bằng máy phân tích ẩm PM600 như hình 3. Độ ẩm được đo sau mỗi giờ cho đến khi kết thúc quá trình sấy. Hình 3. Thiết bị xác định độ ẩm PM600 3.2.2. Xác định tỷ lệ nảy mầm hạt thóc Tỷ lệ nảy mầm của vật liệu sấy (thóc giống BC15 được xác định bằng tủ nảy mầm Burrows (có tại phòng thử nghiệm giống cây trồng, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm) với thời gian khoảng 6 - 7 ngày. 3.3. Thiết kế thí nghiệm xác định chế độ sấy theo quy hoạch thực nghiệm [8, 9] 3.3.1. Ma trận quy hoạch thực nghiệm Từ hình 2, khoảng biến thiên của các nhân tố được chọn như sau: - Các nhân tố ảnh hưởng đầu vào gồm ba biến: Z1: độ ẩm đầu vào, 30÷50%. Z2: tốc độ gió, 3,5÷8,5 m/s. Z3: nhiệt độ sấy, 30÷40oC. - Các nhân tố ảnh hưởng đầu ra (hay còn gọi là hàm mục tiêu) gồm ba biến: Y1: thời gian sấy (giờ). Y2: độ ẩm của vật liệu sấy (%). Y3: tỷ lệ nảy mầm (%). Mục tiêu của bài toán tối ưu là Y1→ min. Y2 và Y3 đạt yêu cầu của tiêu chuẩn QCVN 01-54:2011/ BNNPTNT (Y2 ≤ 13,5%, Y3 → >80%). Điều kiện thí nghiệm được chọn như trong bảng 1. Bảng 1. Điều kiện thí nghiệm Các mức Các yếu tố ảnh hưởng Z1, % Z2, m/s Z3, oC Mức trên (+1) 50 8,5 40 Mức cơ sở (0) 40 6 35 Mức dưới (-1) 30 3,5 30 Khoảng biến thiên 10 2,5 5 Từ hệ tọa độ Z1, Z2, Z3 chuyển sang hệ tọa độ mới không thứ nguyên X1, X2, X3 theo công thức: 0 , 1,3i ii i Z Z X i Z − = ∀ = D (1) Để tính được các hệ số trong phương trình (1) cần xác định ma trận quy hoạch thực nghiệm trên biến ảo và biến thực như trong bảng 2 và bảng 3. Bảng 2. Ma trận quy hoạch thực nghiệm trên biến ảo Số TN x1 x2 x3 x12 x13 x23 Y1 Y2 Y3 1 + - - - - + 2 - - - + + + 3 + + - + - - 4 - + - - + - 5 + - + + + - 6 - - + - - - 7 + + + + + + 8 - + + - - + Bảng 3. Ma trận quy hoạch thực nghiệm trên biến thực Số TN Z1 (%) Z2 (m/s) Z3 (oC) Y1 (giờ) Y2 (%) Y3 (%) 1 30 3,5 30 2 50 3,5 30 3 30 8,5 30 4 50 8,5 30 5 30 3,5 40 6 50 3,5 40 7 30 8,5 40 8 50 8,5 40 Để kiểm định cần thực hiện các thí nghiệm ở tâm phương án như trong bảng 4. Bảng 4. Thí nghiệm tại tâm phương án Số TN Z1 (%) Z2 (m/s) Z3 (0C) Y1 (giờ) Y2 (%) Y3 (%) 9,10,11 24 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 3.3.2. Tối ưu hóa thực nghiệm theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson Bước 1: Chọn điểm xuất phát X(0) (x1 (0), , xn (0)) Chọn các giá trị εy > 0 và εx > 0 Xác định y(X(0)). Bước 2: Xác định vectơ gradient tại điểm X(0). Bước 3: Chọn số λ dương; Từ điểm X(0) xác định X(1): (0) (0) (0) (1) (0) 1 1 1 (1) (0) 2 2 2 (1) (0) X X X X n n n X X yx x x yx x x yx x x l l l l l l l l l = = = = ± = ± = ±  trong đó: dấu “+” khi tìm max, dấu “–” khi tìm min Xác định y(X(1)). Bước 4: So sánh y(X(1)) với y(X(0)). Nếu y(X(1)) tốt hơn y(X(0)) thì tiếp tục lặp lại Bước 3 để leo dốc tới X(2), X(3), , X(k). Nếu y(X(k)) xấu hơn y(X(k-1)) thì thực hiện phép gán X(1) = X(k-1) và y(1) = y(X(k-1)), sau đó chuyển sang Bước 5. Bước 5: Kiểm tra điều kiện dừng: (1) (0) yy y ε− ≤ hoặc/và ( ) ( )2 2(1) (0) (1) (0)1 1 n n xx x x x ε− + + − ≤ Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì: Chọn X(1) làm điểm xuất phát mới (tức là thực hiện phép gán X(0) = X(1) và y(0) = y(1)) và quay lại Bước 2. Ngược lại nếu thỏa mãn thì kết luận: y đạt giá trị tối ưu tại X(1). Phương pháp bố trí thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson được thể hiện trong bảng 5. Bảng 5. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson Tên biến Độ ẩm không khí (%) Z1 Vận tốc tác nhân sấy (m/s) Z2 Nhiệt độ sấy (oC) Z3 Thời gian sấy (giờ) Y1 Độ ẩm (%) Y2 Tỷ lệ nảy mầm (%) Y3 Mức cơ sở 40 6 35 Bước biến thiên Dj 10 2,5 5 Giá trị nhỏ nhất 30 3,5 30 Giá trị lớn nhất 50 8,5 40 Hệ số hồi quy bj b1 b2 b3 bjDj b1D1 b2D2 b3D3 Bước chuyển động lj l1 l2 l3 Thí nghiệm thứ 10 Thí nghiệm thứ 11 Thí nghiệm thứ 12 Thí nghiệm thứ 13 Thí nghiệm thứ 14 3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu Các thí nghiệm được lặp lại ba lần. Tiến hành xử lý số liệu theo phần mềm SPSS17.0. SPSS (Statistical Product and Services Solutions) là một hệ thống quản lý dữ liệu và khả năng phân tích thống kê với giao diện thân thiện cho người dùng. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 25 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Tính toán, xác định chế độ sấy tối ưu theo quy hoạch thực nghiệm 4.1.1. Xác định thời gian sấy theo mô hình hồi quy Thời gian sấy nhanh hay chậm phụ thuộc vào các điều kiện công nghệ như nhiệt độ buồng sấy, vận tốc tác nhân sấy, độ ẩm của vật liệu sấy. Ở nhiệt độ sấy càng cao, thời gian sấy càng ngắn, ngược lại độ ẩm không khí buồng sấy càng lớn thì tốc độ thoát ẩm chậm dẫn đến thời gian sấy kéo dài. Trong điều kiện vận tốc tác nhân sấy càng cao, quá trình trao đổi ẩm diễn ra mạnh, nước ở bề mặt nguyên liệu thoát nhanh làm tăng chênh lệch độ ẩm giữa các lớp nguyên liệu. Sau khi tiến hành thí nghiệm theo các ma trận thực nghiệm, kết quả được trình bày trong bảng 6. Bảng 6. Kết quả thí nghiệm theo ma trận quy hoạch thực nghiệm Số TN Z1 (%) Z2 (m/s) Z3 (oC) Y1 (giờ) Y2 (%) Y3 (%) 1 30 3,5 30 26,3 13,0 88,7 2 50 3,5 30 28,4 13,5 88,3 3 30 8,5 30 21,6 12,9 88,5 4 50 8,5 30 26,2 13,0 88,0 5 30 3,5 40 20,9 13,4 87,3 6 50 3,5 40 27,7 13,4 88,5 7 30 8,5 40 19,3 13,0 87,5 8 50 8,5 40 24,2 13,5 86,8 9 40 6,0 35 22,4 13,3 89,7 10 40 6,0 35 23,5 13,2 89,0 11 40 6,0 35 24,5 13,0 88,3 Sau khi xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS17.0 đã xác định được phương trình hồi quy để tính toán thời gian sấy như sau: 1 1 2 327,591 2,30 0,6 0,26Y x x x= + − − (2) Từ phương trình (2) ta thấy độ ẩm không khí đưa vào thùng sấy (b1=2,30) có quan hệ tỷ lệ thuận với thời gian sấy. Ngược lại vận tốc tác nhân sấy (b2 = – 0,6) và nhiệt độ sấy (b3= – 0,26) có quan hệ tỷ lệ nghịch với thời gian sấy. Điều này có nghĩa là khi tăng độ ẩm không khí sấy thì thời gian sấy tăng lên, khi tăng vận tốc tác nhân sấy và tăng nhiệt độ sấy thì thời gian sấy được rút ngắn. Trong ba yếu tố nghiên cứu, độ ẩm không khí có sức ảnh hưởng đến thời gian sấy lớn nhất, tiếp theo là vận tốc tác nhân sấy, cuối cùng là nhiệt độ sấy. 4.1.2. Tối ưu hóa theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson Trong ba hàm mục tiêu nghiên cứu: Y1, Y2 và Y3 thì Y1 → min, Y2 → ≤13,5%, Y3 → max (>80%). Để thực hiện quá trình tối ưu hóa theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson ta cần phải tính được các giá trị i ib D . Trong đó, bi là giá trị hệ số hồi quy thứ i và Di là khoảng biến đổi của các biến số tương ứng. Theo thiết kế thí nghiệm ta có: 1max 1min 1 50 30 10 2 2 X X− − D = = = 2 max 2 min 2 8,5 3,5 2,5 2 2 X X− − D = = = 3max 3min 3 40 30 5 2 2 X X− − D = = = Do đó: 1 1 2,30 10 23b D = × = 2 2 0,6 2,5 1,5b D = − × = 3 3 0, 26 5 1,3b D = − × = Như vậy, max 1 1i ib bD = D và chọn x1 làm biến cơ sở. Chọn bước nhảy cơ sở của yếu tố x1 là lcs, ta có [9]: i i i cs cs cs b b l l D = D (3) Trong đó: li: bước nhảy của yếu tố thứ i; bi, bcs: hệ số hồi quy của các yếu tố tương quan; Di, Dcs: khoảng biến thiên của từng yếu tố tương ứng; lcs: bước nhảy cơ sở (trong nghiên cứu này xem xét với lcs = -2 [9]). Do đó ta có: 3 3 3 0, 26 5 ( 2) 0,11 2,30 10cscs cs b b l l D − × = = × − = D × Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 7. Từ bảng 7 cho thấy các thí nghiệm tiến tới điểm tối ưu được thực hiện ở các bước nhảy với độ ẩm không khí là 2%, vận tốc tác nhân sấy là 0,1 m/s và nhiệt độ của tác nhân sấy là 1oC. Càng gần điểm tối ưu, thời gian sấy càng giảm và dao động từ 21,5 giờ đến 19 giờ. Thời gian được rút ngắn như vậy là do tăng tốc độ gió và nhiệt độ. Các thí nghiệm được xử lý số liệu bằng phần mềm 26 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 Bảng 7. Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp “leo dốc” của Box-Willson Tên biến Độ ẩm không khí (%) Z1 Vận tốc tác nhân sấy (m/s) Z2 Nhiệt độ sấy (oC) Z3 Thời gian sấy (giờ) Y1 Độ ẩm (%) Y2 Tỷ lệ nảy mầm (%) Y3 Mức cơ sở 40 6 35 Bước biến thiên Dj 10 2,5 5 Giá trị nhỏ nhất 30 3,5 30 Giá trị lớn nhất 50 8,5 40 Hệ số hồi quy bj b1 b2 b3 bjDj 23,32 3,59 6,56 Bước chuyển động dj -2,0 0,3 0,62 Bước làm tròn -2,0 0,3 1,0 Thí nghiệm thứ 10 38 6,1 36 21,5 13,5 91,0 Thí nghiệm thứ 11 36 6,2 37 21,5 13,4 90,3 Thí nghiệm thứ 12 34 6,3 38 20,5 13,4 89,7 Thí nghiệm thứ 13 32 6,4 39 20,0 13,1 88,3 Thí nghiệm thứ 14 30 6,5 40 19,0 13,0 88,0 Bảng 8. Kết quả kiểm nghiệm độ ẩm và tỷ lệ nảy mầm của thóc giống BC15 Số thí nghiệm Độ ẩm không khí đầu vào (%) Z1 Vận tốc tác nhân sấy (m/s) Z2 Nhiệt độ sấy (oC) Z3 Thời gian sấy (giờ) Y1 Độ ẩm (% khối lượng) Y2 Tỷ lệ nảy mầm (% số hạt) Y3 Lần 1 34 6,3 38 20,5 12,1 90 QCVN 01-54:2011/BNNPTNT ≤13,5 ≥80 4.2. Đánh giá chất lượng hạt giống Sau khi xác định được chế độ sấy tối ưu của thóc giống BC15 theo quy hoạch thực nghiệm, cụ thể là: độ ẩm không khí đầu vào 34%, vận tốc tác nhân sấy 6,3 m/s, nhiệt độ sấy 38oC. Tiến hành sấy 1 mẻ, 270 kg/mẻ. Hai thông số sẽ được đánh giá sau mỗi mẻ sấy đó là độ ẩm (% khối lượng) được xác định bằng máy phân tích ẩm PM600 và tỷ lệ nảy mầm (% số hạt) được xác định bằng tủ nảy mầm Burrows. Hai thông số trên được đánh giá tại Phòng Thử nghiệm Giống cây trồng - Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm tỉnh Hải Dương. Kết quả được thể hiện trong bảng 8. Từ bảng 8 cho thấy các kết quả là hoàn toàn phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật số QCVN 01-54:2011/ BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam. 5. KẾT LUẬN Mô hình sấy bơm nhiệt kết hợp với thùng quay đã được nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo và đưa vào thực nghiệm, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra và cho kết quả đáng tin cậy. Qua kết quả thực nghiệm với giống lúa BC15 ở chế độ sấy: nhiệt độ sấy 38oC, vận tốc tác nhân sấy 6,3 m/s, số vòng quay 2,5 vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 270 kg, độ ẩm của vật liệu sấy ban đầu 29,44%, hệ thống sấy đạt hiệu suất SPSS 17.0 cho thấy không có sự khác biệt nhiều ở tất các các thí nghiệm. Điều này cũng có nghĩa là sự khác biệt mà chúng ta nhận biết ở đây chỉ do ngẫu nhiên. Chính vì vậy, lựa chọn thí nghiệm thứ 12 là thí nghiệm tối ưu về thời gian sấy. Các thông số được chọn là độ ẩm không khí 34%, tốc độ gió 6,3 m/s, nhiệt độ không khí 38oC. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017 27 tách ẩm cao, làm việc ổn định và hiệu quả. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 12,1%, tỷ lệ nảy mầm 90% với thời gian sấy 20,5 giờ. Kết quả này phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật số QCVN 01-54:2011/ BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam. Các công việc tiếp theo của chúng tôi là sẽ thực hiện ứng dụng sấy các loại nông sản - thực phẩm có giá trị cao, các loại dược liệu quý hiếm, ở quy mô công nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Xuân Thủy (2003). Nghiên cứu quy trình và thiết bị sấy sạch rau quả bằng bơm nhiệt. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật, Viện Cơ Điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, trang 10-35. [2]. Võ Mạnh Duy, Lê Chí Hiệp (2011). Nghiên cứu sấy cà rốt bằng máy sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, số 20b, trang 209 - 216. [3]. Phạm Văn Tùy, Vũ Huy Khuê, Nguyễn Khắc Tuyên (2003). Nghiên cứu hút ẩm và sấy lạnh rau củ thực phẩm bằng bơm nhiệt máy nén. Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt, số tháng 9/2003, trang 10 - 12. [4]. Hoàng Ngọc Đồng, Lê Minh Trí (2008). Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm thiết bị sấy bằng bơm nhiệt. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 4(27). [5]. Lê Minh Trí (2013). Nghiên cứu, xây dựng mô hình sấy nóng - lạnh để sấy dược liệu sử dụng hệ thống lạnh và van đảo chiều. Đề tài cấp Bộ năm 2013. [6]. Phạm Văn Tùy (1999). Hiệu quả sử dụng bơm nhiệt sấy lạnh ở Công ty Bánh kẹo Hải Hà (HAIHACO). Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt, số 2, tháng 3/1999. [7]. Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự (2016). Hệ thống máy sấy lạnh. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, số 6/2016, trang 33. [8]. D.Eriksson, E.Johansson, N.Kettaneh-Wold, C.Wikstrom, and S.Wold (2008). Design of Experiments - Principles and Applications. UMETRICS AB. [9]. Nguyễn Cảnh (1993). Quy hoạch thực nghiệm. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.