Báo cáo khoa học: MÔ PHỏNG, TíNH TOáN Lý THUYếT QUá TRìNH SấY Cà PHÊ

Chia sẻ: Nguyễn Phi Nhung Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

181
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việt Nam là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn trên thế giới. Theo số liệu của Bộ Th-ơng mại, sản l-ợng cà phê xuất khẩu của Việt Nam niên vụ 2004-2005 là 900.000 tấn, song giá xuất chỉ đạt 380 USD/tấn. Vấn đề nghiên cứu qui trình công nghệ sấy, chế biến cà phê nhằm nâng cao chất l-ợng, giảm thiểu chi phí năng l-ợng và hạ giá thành sản phẩm là hết sức cần thiết....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: MÔ PHỏNG, TíNH TOáN Lý THUYếT QUá TRìNH SấY Cà PHÊ

Báo cáo khoa học: MÔ PHỏNG, TíNH TOáN Lý THUYếT QUá TRìNH SấY Cà PHÊ
M¤ PHáNG, TÝNH TO¸N Lý THUYÕT QU¸ TR×NH SÊY Cµ PH£ Modeling of the process of drying coffee beans Hoµng §øc Liªn1, I.S.Antonov2 SUMMARY A model was developed to describe the process of drying different sorts of coffee beans which were produced in Vietnam. The method of single particle admixture was used for modeling taking into consideration the fact that moving air media with a temperature equal to the drying temperature for given materials. Numerical results are given in the current work Key words: Modeling, coffee beans, drying 1. §ÆT VÊN §Ò ViÖt Nam lµ mét trong nh÷ng n−íc s¶n xuÊt vµ xuÊt khÈu cµ phª lín trªn thÕ giíi. Theo sè liÖu cña Bé Th−¬ng m¹i, s¶n l−îng cµ phª xuÊt khÈu cña ViÖt Nam niªn vô 2004-2005 lµ 900.000 tÊn, song gi¸ xuÊt chØ ®¹t 380 USD/tÊn. VÊn ®Ò nghiªn cøu qui tr×nh c«ng nghÖ sÊy, chÕ biÕn cµ phª nh»m n©ng cao chÊt l−îng, gi¶m thiÓu chi phÝ n¨ng l−îng vµ h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm lµ hÕt søc cÇn thiÕt. B»ng ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n sè sö dông ph−¬ng ph¸p hçn hîp t¹p chÊt ®¬n nh»m x©y dùng m« h×nh tÝnh to¸n lý thuyÕt qu¸ tr×nh sÊy cµ phª cã thÓ cho kÕt qu¶ dù b¸o vÒ c¸c th«ng sè sÊy c¬ b¶n theo thêi gian ®Ó tèi −u ho¸ vµ n©ng cao hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh sÊy cµ phª còng nh− mét sè s¶n phÈm n«ng nghiÖp t−¬ng tù kh¸c. 2. PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU Qu¸ tr×nh sÊy c¸c vËt liÖu h÷u c¬ còng nh− trong tr−êng hîp cô thÓ vÒ viÖc sÊy mét sè c¸c s¶n phÈm n«ng nghiÖp (cµ phª, ca cao, lóa, ®Ëu …) cã thÓ ®−îc m« h×nh ho¸ bëi ph−¬ng ph¸p h¹t t¹p chÊt ®¬n. Nh− ®· biÕt, nã ®−îc x©y dùng trªn c¬ së ph−¬ng ph¸p Lagranger. Ph−¬ng ph¸p Lagranger th−êng ®−îc sö dông ®Ó nghiªn cøu dßng ch¶y 2 pha th«ng qua ph−¬ng ph¸p h¹t t¹p chÊt ®¬n, nghÜa lµ cho phÐp øng dông trong ®iÒu kiÖn nång ®é thÓ tÝch hay khèi l−îng rÊt nhá, do ®ã sù tån t¹i c¸c phÇn tö kh«ng ®−a vµo c¸c th«ng sè cña m«i tr−êng kÐo theo (pha gas). §©y lµ ®iÒu kiÖn ban ®Çu cÇn thiÕt ®Ó m« pháng mét c¸ch gÇn ®óng chuyÓn ®éng trùc tiÕp cña c¸c h¹t t¹p chÊt. Khi gi¶i bµi to¸n theo m« h×nh trªn ®−îc tiÕn hµnh theo c¸c b−íc sau: Tr−íc hÕt ®−îc tÝnh to¸n víi dßng khÝ s¹ch ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña nã. Sau ®ã x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¸c phÇn tö kÐo theo: vËn tèc vµ quÜ ®¹o cña c¸c h¹t t¹p chÊt. §Ó thiÕt lËp m« h×nh to¸n ®−îc x©y dùng trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh Lagranger: du p = −0 ,5C R sρ g u r2 mP (1 ) dt dv p = m p g − 0 ,5C R sρ g vr2 mP (2 ) dt ë ®©y: mp - khèi l−îng h¹t t¹p chÊt; CR - HÖ sè c¶n khÝ ®éng häc; s - TiÕt diÖn trung b×nh cña h¹t; ur = ug – up;, vr = vg – vp - VËn tèc t−¬ng ®èi theo trôc X vµ r; ChØ sè“g” – pha khÝ, “p” – pha t¹p chÊt. HÖ sè c¶n khÝ ®éng häc C R ®−îc x¸c ®Þnh theo [1]: ( ) 24 CR = 1 + 0 ,179. Re 0 ,5 + 0 ,013. Re p (3) Re
D p Vr ë ®©y: Re p = Dp - §−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña h¹t t¹p chÊt; ; γg Vr - VËn tèc t−¬ng ®èi; Vr = u ñ + vr ; 2 2 γ g - HÖ sè nhít ®éng cña pha khÝ. Bµi to¸n ®−îc gi¶i víi ®iÒu kiÖn ban ®Çu nh− sau: 1) VËn tèc cña pha khÝ lµ kh«ng ®æi; 2) NhiÖt ®é pha khÝ lµ b»ng nhau trong qu¸ tr×nh sÊy. Nã x¸c ®Þnh khèi l−îng riªng kh«ng ®æi cña pha khÝ. Trong ph¹m vi nghiªn cøu ë ®©y xÐt qu¸ tr×nh sÊy h¹t phª Robusta cña ViÖt nam [2]. KÝch th−íc cña h¹t phª thay ®æi tõ 3 ÷ 9 mm; ®é Èm ban ®Çu: 50, 28, 20 %. Khèi l−îng riªng cña cµ phª trong tr−êng hîp cao nhÊt lµ r = 800kg/m3. Sù biÕn ®æi ®é Èm trong qu¸ tr×nh sÊy [3] ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: ) ( * u −u n p = exp − K .τ t (4 ) * u −u p 1 ut - ®é Èm thùc tÕ; ë ®©y: u * - ®é Èm c©n b»ng; p u1 - ®é Èm ban ®Çu. ( ) K = exp − z .τ y (5 ) Trong ®ã: (6) ( ) ( ) ⎛9 ⎞ 0 ,5 0 ,5 z = 6 ,0142 + 1,453.10 −4 .U − ⎜ tср + 32 ⎟. 3,353.10 −4 + 3.10 −8 .U 2 ⎝5 ⎠ ( ) ⎛9 ⎞ (7) y = 0 ,1245 − 2 ,197.10 −3.U + ⎜ tср + 32 ⎟. 2 ,3.10 −5 .U − 5 ,8.10 −5 ⎝5 ⎠ * u − up t U= , (8 ) * u1 − u p t ср ë ®©y: - nhiÖt ®é trung b×nh trong qu¸ tr×nh sÊy vËt liÖu. Theo [4], ®é Èm giíi h¹n cña cµ phª lµ 12 % , nh−ng sù thay ®æi khèi l−îng riªng cña h¹t ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh: ut (t ) ⎤ ⎡ ρ pt = ρ p ⎢0 ,9 + 0 ,1 ⎥ , [kg/m ] 3 (9 ) u1 ⎦ ⎣ T−¬ng tù khèi l−îng cña h¹t cµ phª ®−îc x¸c ®Þnh: ut (t ) ⎤ π .D 3 ⎡ ρ p ⎢0 ,9 + 0 ,1 p m pt = ⎥ , [kg] (10) 6 u1 ⎦ ⎣ 3. KÕT QU¶ THùC NGHIÖM TÝNH TO¸N Sè Trªn c¬ së m« h×nh tÝnh to¸n ®−îc m« t¶ ë trªn ®èi víi qu¸ tr×nh sÊy cµ phª, ®· tiÕn hµnh tÝnh to¸n sè ®èi lo¹i cµ phª theo [2], víi sè liÖu cña ViÖt Nam, ®é Èm ban ®Çu cña cµ phª lµ 28%. Trªn h×nh 1 thÓ hiÖn sù biÕn ®æi ®é Èm cña cµ phª [2] lµ hµm sè cña thêi gian sÊy. §é Èm ban ®Çu lµ 50%; 30% vµ 20%. Khèi l−îng riªng cña pha khÝ r = 0,703 kg/m3 ë nhiÖt ®é sÊy t=2200C. Khèi l−îng riªng thay ®æi t−¬ng øng víi ®é Èm gi¶m ®i (h×nh 2). Sù thay ®æi cña khèi
l−îng cµ phª lµ kÕt qu¶ cña sù biÕn ®æi khèi l−îng riªng cña nã. Sù gi¶m khèi l−îng cµ phª trong qu¸ tr×nh sÊy ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3,4 ®èi víi 3 tr−êng hîp ®−êng kÝnh h¹t cµ phª kh¸c nhau. U1=50% U1=30% Ut [%] U1=20% 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 100 200 300 400 500 t [s] H×nh 1 Sù tiÕp tôc qu¸ tr×nh sÊy ®Õn ®é Èm c©n b»ng (ut =12%) lµ vÊn ®Ò quan t©m cña c«ng nghÖ. Sù tiÕp tôc cña qu¸ tr×nh nµy øng víi 3 ®é Èm ban ®Çu kh¸c nhau ®−îc chØ ra trªn h×nh 5. ViÖc so s¸nh víi sè liÖu thùc nghiÖm cña qu¸ tr×nh sÊy cµ phª kh«ng thùc hiÖn ®−îc ë trong bµi viÕt nµy bëi kh«ng cã nh÷ng sè liÖu trong nh÷ng ®iÒu kiÖn t−¬ng tù. U1=50% Πp [kg/m3] U2=30% U3=20% 810 800 790 780 770 760 750 740 730 0 100 200 300 400 500 t [s] H×nh 2
Dp =0,003m Dp=0,007m m [kg] m [kg] 1.14E-05 1.46E-04 1.44E-04 1.12E-05 1.42E-04 1.10E-05 1.40E-04 1.08E-05 1.38E-04 1.06E-05 1.36E-04 1.04E-05 1.34E-04 1.02E-05 1.32E-04 1.00E-05 1.30E-04 0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535 t [s] H×nh 3 Dp=0,009m Dp=0,007m m [kg] m [kg] 3.10E-04 1.46E-04 3.05E-04 1.44E-04 3.00E-04 1.42E-04 2.95E-04 1.40E-04 2.90E-04 1.38E-04 2.85E-04 1.36E-04 2.80E-04 1.34E-04 2.75E-04 1.32E-04 2.70E-04 1.30E-04 0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535 t [s] U1=50% U1=30% U t [%] U1=20% 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 t [s] H×nh 4 H×nh 5
Trªn h×nh 6,7 vµ 8 ®· chØ ra kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh sÊy cµ phª víi c¸c sè liÖu ®−a ra cña nhãm t¸c gi¶ ViÖt Nam. Theo c¸c sè liÖu tÝnh to¸n nµy th× ®é Èm ban ®Çu lµ ut0 = 28%. Cßn sù thay ®æi ®é Èm h¹t cµ phª trong 3 tr−êng hîp nhiÖt ®é sÊy kh¸c nhau theo thêi gian (t,s) còng ®· ®−îc m« t¶. VËn tèc cña pha khÝ lµ ug = 10 m/s. Qu¸ tr×nh sÊy ë ®é Èm ban ®Çu thÊp ®−îc tiÕp tôc diÔn ra trong thêi gian ng¾n. Trªn h×nh 9 m« t¶ sù biÕn ®æi khèi l−îng h¹t cµ phª theo th× gian trong 3 tr−êng hîp kÝch th−íc h¹t cµ phª kh¸c nhau:Dp = 0,003; 0,007 vµ 0,009 m. 0 100 t[s] 50 150 200 250 H×nh 6 350 t[s] 200 250 300 150 50 100 0 H×nh 7 200 300 350 400 t[s] 250 0 50 100 150 H×nh 8
0.01000000 0.00100000 Dp=0,003m Dp=0,007m Dp=0,009m 0.00010000 0.1 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 535 0.00001000 H×nh 9 4. KÕT LUËN Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n sè trªn dÉn ®Õn kÕt luËn lµ víi ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n sè sö dông ph−¬ng ph¸p hçn hîp t¹p chÊt ®¬n ®· nhËn ®−îc sè liÖu tÝnh to¸n lý thuyÕt ®¸ng tin cËy ®èi víi mét qu¸ tr×nh sÊy cµ phª. øng dông m« h×nh tÝnh to¸n trªn lµ c¬ së lý thuyÕt cÇn thiÕt trong nh÷ng tr−êng hîp t−¬ng tù cã thÓ ¸p dông ®Ó ph©n tÝch, nghiªn cøu qu¸ tr×nh sÊy c¸c s¶n phÈm n«ng nghiÖp t−¬ng tù kh¸c, gãp phÇn nh»m n©ng cao chÊt l−îng, gi¶m thiÓu chi phÝ n¨ng l−îng cho s¶n phÈm sÊy. Tµi liÖu tham kh¶o 1. Шрайбер А. А., Л. Б. Гавин, В. А. Наумов, В. П. Яценко, (1987). Турбулентные течения газовзвеси, Киев, Наукова думка. 2. http://members.tripod.com/tiendattea/Coffee_Type.htm 3. Невенкин С., (1993). Сушене и сушилна техника, издателство “ТЕХНИКА”, София, стр. 55 – 58. 4. http://www.tis-gdv.de/tis_e/ware/genuss/kaffee/kaffee.htm; http://www.professionalequipment.com/xq/ASP/ProductID.781/id.17/subID.260/qx/default.ht m 1 §¹i häc N«ng nghiÖp I - Hµ néi 2 §¹i häc B¸ch khoa Sofia - Bulgaria