Nghiên cứu kỹ thuật sấy mực ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM PHẠM VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT SẤY MỰC ỐNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS. LÊ ANH ĐỨC GS. NGUYỄN HAY TP.

HCM - Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi sẽ chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Phạm Văn Toản ii LỜI CÁM ƠN Trước hết tôi xin trân trọng cám ơn trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành chương trình học “Nghiên cứu sinh 2011 – 2019” Đặc biệt, tôi xin trân trọng gửi lời cám ơn chân thành tới thầy hướng dẫn GS.

Nguyễn Hay và PGS. Lê Anh Đức đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Kế tiếp tôi xin chân thành cám ơn PGS. Nguyễn Huy Bích, TS.

Bùi Ngọc Hùng cùng quý thầy cô trong khoa Cơ khí Công nghệ đã góp ý, bổ sung cho những nội dung và hình thức để tôi hoàn thành tốt luận án. Tôi xin chân thành cám ơn TS. Lâm Thành Hiển, TS. Nguyễn Vũ Quỳnh, Ban lãnh đạo trường và đồng nghiệp của khoa Cơ điện – Điện tử trường Đại học Lạc Hồng đã luôn khuyến khích, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt cho tôi thực hiện luận án.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến các thành viên trong gia đình đã luôn khuyến khích, động viên và tạo điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian tôi làm Nghiên cứu sinh. Phạm Văn Toản iii TÓM TẮT - Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật sấy mực ống - Tác giả: Phạm Văn Toản - Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9.03 Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ hồng ngoại đến quá trình sấy cũng như chất lượng của mực ống khi sấy bằng phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại, thông qua việc xây dựng mô hình toán để mô phỏng truyền nhiệt truyền ẩm và thực nghiệm xác định chế độ sấy cho mực ống. Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu của luận án đã kế thừa các kết quả nghiên cứu lý thuyết của các tác giả trong lĩnh vực truyền nhiệt truyền ẩm về sấy mực và các vật liệu nhạy nhiệt khác; ứng dụng lý thuyết toán học, vật lý để xây dựng mô hình vật lý, toán học mô tả bản chất truyền nhiệt truyền ẩm trong vật liệu ẩm; ứng dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải và tìm nghiệm của mô hình toán truyền nhiệt truyền ẩm, sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số nhiệt vật lý của mực ống và kiểm chứng lý thuyết. Kết quả nghiên cứu của luận án đã thực hiện được các nội dung cụ thể như sau: Bằng thực nghiệm xác định được các thông số nhiệt vật lý của mực ống ở Việt Nam phụ thuộc theo độ ẩm của vật liệu sấy, các thông số này gồm: - Nhiệt dung riêng của mực ống; C p  3,108  0,006. (R2 = 0,976) - Khối lượng riêng của mực ống;     2  p  2059  71   736exp  0, 247  (R = 0,976)  0   0  - Độ ẩm cân bằng của mực ống; e  [exp(1,383  0,029.(T  273,15)  iv - Thông số nhiệt ẩn hóa hơi của mực ống.

h fg  1  0,5549exp(2,3115   ) h fgo Lựa chọn được phương pháp sấy mực ống bằng thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại. Xây dựng được mô hình toán biểu diễn quá trình truyền nhiệt truyền ẩm trong quá trình sấy mực ống bằng phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại có xét đến ảnh hưởng của độ ẩm đến hiện tượng dẫn nhiệt. Hệ phương trình truyền nhiệt truyền ẩm được giải đồng thời bằng phương pháp sai phân hữu hạn. Kết quả thực nghiệm cho thấy phân bố nhiệt độ, độ chứa ẩm, tốc độ sấy được tính từ mô hình toán xây dựng có biên dạng và xu hướng phù hợp với diễn biến thực tế khi tiến hành thực nghiệm, sai số về độ chứa ẩm trung bình lớn nhất khi sấy bằng phương pháp bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại là 12,3%.

Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được mô hình hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc giữa thời gian sấy, hàm lượng NH3 và ứng suất cắt với nhiệt độ, vận tốc và công suất nguồn phát hồng ngoại. Xác định được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình sấy nhằm đảm bảo chất lượng với các giá trị cụ thể như: Nhiệt độ Ta = 46,5°C, vận tốc v = 1,1 m/s và công suất hồng ngoại P = 528 W. v SUMMARY - Doctoral dissertation title: Study on squid drying technique - PhD Student: Pham Van Toan - Major: Mechanical Engineering Code no.03 The aim of this dissertation is to study the effect of infrared radiation on the drying process as well as the quality of squid by heat pump drying method combined with infrared radiation; thereby developing a mathematical model to simulate moisture and heat transfer and determining experimentally the drying mode for squid. By inheriting results from researches in the field of heat and mass transfer on drying squid and other heat sensitive materials and applying mathematical and physical theories, a mathematical model describing the heat and mass transfer in the squid during drying process has been developed.

The finite difference method and the invertible matrix theorem were then employed to solve the heat and mass transfer equations of the model. Additionally, a set of experiments has been conducted to determine thermo-physical properties of the squid and to verify the numerical results. The main results are as follows: The thermo-physical properties of the squid in Vietnam has been determined and expressed as functions of moisture content of the squid and that of environment. (R2 = 0,976)     2 - Density:  p  2059  71   736exp  0, 247  (R = 0,976)  0   0  - Equilibrium moisture content: e  [exp(1,383  0,029.(T  273,15)  h fg - Specific latent heat of vaporization:  1  0,5549 exp(2,3115. ) h fgo Infrared assisted heat pump drying has been found to be suitable for dying the squid and a mathematical model describing the heat and mass transfer in the material vi during the drying process considering the influence of moisture transfer on heat transfer has been developed and numerically solved. Experimental results of temperature distribution inside the squid, moisture content of the squid and drying rate has been consistent with those of the numerical results.

The maximum error of average moisture content between the results was 12. Using the experimental design method, a regression model represented the dependence of output parameters such as drying time, NH3 content, and shear stress on input parameters like drying temperature, air velocity, and infrared emission power has been built. Furthermore, a suitable drying mode ensuring the product quality and economic efficiency has been determined with a set of parameter values such as drying temperature Ta = 46,5°C, air velocity v = 1,1 m/s, and infrared emission power P = 528 W. vii MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN.

iii MỞ ĐẦU. Tổng quan về mực ống. Nguồn lợi và đặc điểm hình thái. Thành phần hóa học của mực.

Xử lý và bảo quản mực ống. Tiêu chuẩn chất lượng mực ống. Cơ chế truyền nhiệt bức xạ hồng ngoại. Tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước về sấy hải sản và hệ thống sấy hồng ngoại.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Tình hình nghiên cứu trong nước. Thực trạng sấy mực ống tại các cơ sở sản xuất. Phương pháp phơi nắng.

Phương pháp sấy không khí nóng. Phương pháp sấy bơm nhiệt. Phương pháp sấy vi sóng. Kết luận chương 1.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Vật liệu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. Phương pháp xác định các thông số nhiệt vật lý của mực.

Xác định khối lượng riêng. Xác định nhiệt dung riêng. Xác định hệ số dẫn nhiệt. Phương pháp xác định độ ẩm cân bằng của mực.

Phương pháp xác định nhiệt ẩn hóa hơi của ẩm trong vật liệu mực ống. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết và xây dựng chế độ sấy. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Xác định các thông số nghiên cứu.

Lập ma trận thí nghiệm. Xây dựng mô hình hồi quy thực nghiệm. Đánh giá độ chính xác của mô hình hồi quy. Phương pháp tối ưu hóa mô hình.

Thiết bị thực nghiệm. Phương pháp đo các thông số. Phương pháp đánh giá chất lượng của mực. Kết luận chương 2.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN ẨM TRONG SẤY MỰC ỐNG. Kết quả xác định các thông số nhiệt vật lý của mực. Xác định khối lượng riêng của mực. Xác định nhiệt dung riêng của mực.

Kết quả xác định độ ẩm cân bằng của mực. Kết quả xác định nhiệt ẩn hóa hơi của mực. Kết quả xác định hệ số khuếch tán ẩm. Kết quả xây dựng mô hình toán truyền nhiệt truyền ẩm.

Xây dựng mô hình toán. Xác định năng lượng của bộ phát hồng ngoại (IFR). Yếu tố vị trí. Sự phân bố năng lượng do bức xạ đến bề mặt vật liệu sấy.

Năng lượng hấp thụ. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hc và hệ số trao đổi chất đối lưu hm. Kết quả giải hệ phương trình truyền nhiệt truyền ẩm. Thiết lập hệ phương trình sai phân và thuật toán giải.

Phương trình sai phân truyền nhiệt. Hệ phương trình sai phân truyền ẩm. Kiểm chứng mô hình lý thuyết với các nghiên cứu về sấy mực đã công bố. Động lực học quá trình sấy.

Đường cong sấy. Đường cong nhiệt độ sấy. Đường cong tốc độ sấy. Kết luận chương 3.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG LÝ THUYẾT VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SẤY. Chuẩn bị nguyên liệu. Kiểm chứng mô hình lý thuyết với kết quả thực nghiệm tại các mức nhiệt độ khác nhau. Kiểm chứng mô hình lý thuyết với kết quả thực nghiệm theo nhiệt độ vật liệu sấy.

Kiểm chứng mô hình lý thuyết với kết quả thực nghiệm theo quá trình giảm ẩm. Tại mức nhiệt độ 40°C. Tại mức nhiệt độ 45°C. Tại mức nhiệt độ 50°C.

Kiểm chứng mô hình lý thuyết với kết quả thực nghiệm tại các mức công suất khác nhau. Quy hoạch thực nghiệm. Phát biểu bài toán hộp đen. Xác định vùng nghiên cứu .