Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế mô hình thí nghiệm sấy tầng sôi cho lúa

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm để xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp cho, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Nguyễn Văn Sự
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Tấn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi cho lúa trong phương pháp sấy 2 giai đoạn
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
• MỤC LỤC XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• MỤC LỤC BẢNG
• MỤC LỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các phương pháp làm khô và các đặc tính ảnh hưởng đến lúa gạo
• 1.2. Các đặc tính chất lượng của lúa gạo
• 1.3. Các yếu tố sau thu hoạch ảnh hưởng đến chất lượng lúa gạo
• 1.4. Các phương pháp làm khô lúa sau thu hoạch ở ĐBSCL
• 1.5. Một số kết quả nghiên cứu quá trình “sấy 2 giai đoạn” trong và ngoài nước
• 1.5.1. Một số kết quả nghiên cứu nước ngoài
• 1.5.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.6. Phương pháp “sấy 2 giai đoạn” kết hợp giữa sấy tầng sôi và sấy tháp
• 1.7. Nghiên cứu bản chất của quá trình “sấy 2 giai đoạn”
• 1.8. Cơ sở lý luận của sấy tầng sôi
• 1.9. Cở sở khoa học sấy tỉnh vĩ ngang giai đoạn 2
• 1.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy
• 1.11. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.12. Ý nghĩa của đề tài
• 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình sấy tầng sôi
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Thí nghiệm xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp trong phương pháp “sấy 2 giai đoạn“ đối với lúa
• 2.5. Nội dung nghiên cứu
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tính toán các thông số công nghệ sấy
• 3.2. Chọn chế độ sấy
• 3.3. Tính lượng ẩm cần bốc hơi
• 3.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết
• 3.5. Tính toán quá trình sấy thực tế
• 3.6. Hiệu suất nhiệt bị sấy
• 3.7. Thiết kế mô hình sấy tầng sôi
• 3.7.1. Tính toán các thiết bị chính
• 3.7.2. Xác định tốc độ làm việc tới hạn
• 3.7.3. Tốc độ tác nhân trong tầng sôi
• 3.7.4. Diện tích buồng sấy
• 3.7.5. Tính toán bộ trao đổi nhiệt
• 3.7.6. Tính toán quạt
• 3.8. Chế tạo mô hình sấy tầng sôi
• 3.8.1. Quạt ly tâm
• 3.8.2. Bộ trao đổi nhiệt
• 3.8.3. Tủ điều khiển
• 3.9. Thảo luận về thiết kế và chế tạo mô hình
• 3.10. Kết quả thí nghiệm
• 3.11. Xây dựng bài toán hộp đen cho thí nghiệm 1
• 3.12. Phát triển bài toán hộp đen
• 3.13. Lập mô hình thống kê bậc II
• 3.14. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay sát
• 3.15. Thảo luận về kết quả thực nghiệm
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình sấy tầng sôi cho lúa

Mô hình sấy tầng sôi là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực sấy lúa. Công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả sấy và đảm bảo chất lượng lúa gạo. Việc nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi cho lúa trong phương pháp sấy 2 giai đoạn đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành nông nghiệp hiện đại.

1.1. Đặc điểm của mô hình sấy tầng sôi

Mô hình sấy tầng sôi sử dụng nguyên lý sấy bằng không khí nóng, giúp lúa được sấy đều và nhanh chóng. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu tổn thất trong quá trình sấy.

1.2. Lợi ích của phương pháp sấy 2 giai đoạn

Phương pháp sấy 2 giai đoạn kết hợp giữa sấy tầng sôi và sấy tĩnh, giúp tối ưu hóa quy trình sấy, nâng cao chất lượng lúa gạo và giảm thiểu độ ẩm còn lại sau khi sấy.

II. Vấn đề và thách thức trong sấy lúa

Sấy lúa là một khâu quan trọng trong chuỗi cung ứng lúa gạo, nhưng vẫn gặp nhiều thách thức. Việc sử dụng công nghệ sấy lạc hậu dẫn đến tổn thất lớn trong chất lượng và số lượng lúa gạo.

2.1. Tổn thất trong quá trình sấy

Tổn thất trong quá trình sấy có thể lên đến 4,2%, ảnh hưởng lớn đến chất lượng gạo sau khi xay xát. Việc này đòi hỏi cần có giải pháp cải tiến công nghệ sấy.

2.2. Khó khăn trong việc áp dụng công nghệ mới

Nông dân thường gặp khó khăn trong việc đầu tư vào công nghệ sấy mới do chi phí cao và thiếu thông tin về lợi ích của các phương pháp hiện đại.

III. Phương pháp nghiên cứu mô hình sấy tầng sôi

Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi cho lúa trong phương pháp sấy 2 giai đoạn bao gồm nhiều bước quan trọng. Các bước này giúp xác định chế độ sấy tối ưu và nâng cao hiệu quả sấy.

3.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thiết kế để xác định các thông số như nhiệt độ sấy, thời gian sấy và độ ẩm của lúa sau khi sấy. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình sấy.

3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa nhiệt độ sấy và thời gian sấy ảnh hưởng lớn đến độ ẩm và tỉ lệ rạn nứt của hạt lúa.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình sấy tầng sôi

Mô hình sấy tầng sôi không chỉ được áp dụng trong nghiên cứu mà còn có thể được triển khai trong thực tiễn sản xuất lúa gạo. Việc áp dụng công nghệ này giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình sấy tầng sôi có thể giảm độ ẩm của lúa xuống còn 18,95% và tỉ lệ rạn nứt hạt chỉ còn 3,35%.

4.2. Tác động đến ngành nông nghiệp

Việc áp dụng mô hình sấy tầng sôi giúp cải thiện chất lượng lúa gạo, từ đó nâng cao giá trị kinh tế cho nông dân và đảm bảo an ninh lương thực.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi cho lúa trong phương pháp sấy 2 giai đoạn mở ra nhiều triển vọng cho ngành nông nghiệp. Công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sấy mà còn đảm bảo chất lượng lúa gạo.

5.1. Tương lai của công nghệ sấy

Công nghệ sấy tầng sôi có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu về chất lượng lúa gạo ngày càng cao.

5.2. Khuyến nghị cho nông dân

Nông dân nên tìm hiểu và áp dụng các công nghệ sấy hiện đại để giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó tăng thu nhập.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa trọng điểm của cả nước với diện tích gieo trồng đạt khoảng 3,86 triệu hécta, đóng góp sản lượng thường niên trên 24 triệu tấn, chiếm hơn 54% tổng sản lượng lúa và trên 90% kim ngạch xuất khẩu gạo toàn quốc. Mặc dù tỷ lệ cơ giới hóa các khâu làm đất và bơm nước đạt mức 95% đến 100%, tỷ lệ cơ giới hóa khâu sấy lúa hiện nay chỉ đạt khoảng 47%. Thực trạng thiếu hụt máy sấy cục bộ trong mùa mưa bão khiến tổng tổn thất sau thu hoạch tại khu vực lên tới 13,7%, trong đó tổn thất riêng ở công đoạn làm khô và phơi sấy chiếm tỷ lệ cao nhất là 4,2%.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ việc thu hoạch đồng loạt bằng máy gặt đập liên hợp tạo ra lượng lúa ướt khổng lồ có độ ẩm ban đầu từ 24% đến 30%, đòi hỏi phải làm khô xuống 14% trong vòng 24 giờ để ngăn ngừa hiện tượng hạt nảy mầm và biến màu. Các thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang hay sấy tháp truyền thống bộc lộ nhược điểm tiêu tốn thời gian kéo dài từ 12 đến 48 giờ, tiêu hao nhiều nhân công và làm tỷ lệ rạn nứt hạt tăng cao.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống sấy hai giai đoạn, đồng thời xác định chế độ sấy tầng sôi tối ưu ở giai đoạn đầu kết hợp thời gian ủ thích hợp nhằm giảm thiểu rạn nứt nội nhũ lúa. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giống lúa OM5451 thu hoạch vụ Hè-Thu tại Tiền Giang, được triển khai thực nghiệm từ tháng 03 năm 2015 đến tháng 03 năm 2016 tại Phân Viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm tỷ lệ rạn nứt hạt xuống dưới 3,5% và nâng cao tỷ lệ thu hồi gạo nguyên khi xay xát.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học và cơ học chất lưu chuyên sâu:

Lý thuyết truyền nhiệt đối lưu và dẫn nhiệt tiếp xúc trong động học sấy vật liệu rời: Quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy vào hạt lúa diễn ra qua hai bước nối tiếp. Đầu tiên là truyền nhiệt đối lưu từ dòng khí nóng vào bề mặt vỏ trấu, sau đó là dẫn nhiệt tiếp xúc từ lớp vỏ ngoài vào sâu trong phôi nhũ. Nhiệt lượng tạo ra gradien áp suất hơi nước, thúc đẩy sự khuếch tán ẩm tự do từ tâm hạt ra bề mặt rồi bốc hơi vào môi trường.

Lý thuyết cơ học tầng sôi khí - rắn ba pha: Khi tác nhân sấy thổi từ dưới lên qua ghi phân phối với vận tốc vượt qua vận tốc tới hạn, khối hạt chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái sôi phập phồng. Quá trình trao đổi nhiệt - ẩm diễn ra đồng thời ở ba pha gồm pha bóng hơi, pha hạt rắn và pha trung gian dạng đám mây, giúp diện tích tiếp xúc riêng giữa hạt và tác nhân sấy đạt giá trị cực đại.

Các khái niệm then chốt bao gồm: Tác nhân sấy là môi chất truyền nhiệt và mang ẩm; độ ẩm cơ bản của hạt ướt; tỷ lệ rạn nứt hạt phản ánh ứng suất nhiệt cơ; thời gian ủ cân bằng ẩm nội tại hạt; và hiện tượng hồ hóa tinh bột xảy ra khi nhiệt độ sấy vượt ngưỡng 70 độ C.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm sử dụng 100% giống lúa thuần OM5451 thu hoạch trực tiếp tại Gò Công, Tiền Giang với độ ẩm ban đầu dao động từ 23% đến 26%. Mẫu lúa được làm sạch sơ bộ bằng hệ thống sàng quạt để loại bỏ tạp chất và bảo quản tạm thời trong buồng lạnh ở nhiệt độ 4 độ C đến 5 độ C nhằm giữ nguyên phẩm chất ban đầu trước khi sấy.

Cỡ mẫu phân tích bao gồm các mẫu lặp 10 gram lúa sạch để bóc vỏ thủ công xác định tỷ lệ rạn nứt vi mô dưới kính lúp quang học, và mẫu 200 gram gạo sau sấy tĩnh vỉ ngang ở 42 độ C để xay xát kiểm tra tỷ lệ thu hồi gạo nguyên. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN.

Phương pháp phân tích số liệu áp dụng quy hoạch thực nghiệm xoay bậc hai Box-Hunter với hai biến độc lập là nhiệt độ sấy từ 50 độ C đến 70 độ C và thời gian lưu hạt từ 1 phút đến 5 phút. Việc lựa chọn phương pháp này giúp tối ưu hóa số lượng mẻ thí nghiệm mà vẫn thiết lập được mô hình toán học bậc hai có độ tin cậy thống kê cao. Độ ẩm mẫu được kiểm chứng song song qua máy đo ẩm hồng ngoại MOC-120H và tủ sấy đối chứng ở 130 độ C trong 120 phút với sai số cho phép không vượt quá 0,15%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình thiết bị sấy tầng sôi theo mẻ quy mô phòng thí nghiệm đã được thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh, tích hợp quạt ly tâm, bộ trao đổi nhiệt điện trở và hệ thống cảm biến kiểm soát nhiệt độ có sai số dưới 0,5%.

Chế độ vận hành tầng sôi tối ưu cho giống lúa OM5451 được xác lập chính xác tại nhiệt độ tác nhân sấy 64 độ C, thời gian sấy lưu hạt 2,9 phút và vận tốc dòng khí sấy đạt 2,3 mét/giây.

Ở chế độ tối ưu này, độ ẩm hạt lúa giảm nhanh chóng từ mức 24,5% xuống còn 18,95%, tương đương mức giảm khoảng 5,5% ẩm độ chỉ trong chưa đầy 3 phút. Tỷ lệ rạn nứt hạt sau sấy tầng sôi được khống chế ở mức rất thấp là 3,35%.

Khảo sát quá trình ủ trung gian giữa hai giai đoạn sấy chỉ ra rằng thời gian ủ tối ưu là 80 phút. Mức thời gian này giúp tỷ lệ thu hồi gạo nguyên sau khi xay xát đạt giá trị cao nhất, vượt trội hơn hẳn so với các mẫu ủ ngắn 40 phút hoặc ủ kéo dài 120 phút.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng bốc thoát ẩm diễn ra với tốc độ cực nhanh trong 2,9 phút đầu tiên là do trạng thái sôi phập phồng làm tăng tối đa diện tích tiếp xúc pha giữa vỏ hạt và dòng khí nóng 64 độ C. Việc duy trì nhiệt độ sấy ở mức 64 độ C vừa đủ cung cấp nhiệt lượng làm bay hơi nước tự do trên bề mặt mà không làm hạt bị quá nhiệt gây nứt vỡ hay kích hoạt hiện tượng hồ hóa tinh bột cục bộ như các nghiên cứu sấy ở 80 độ C đến 100 độ C của một số tác giả trước đây.

Thời gian ủ 80 phút sau sấy tầng sôi đóng vai trò quyết định trong việc cân bằng gradient ẩm. Nước từ tâm phôi nhũ có đủ thời gian khuếch tán đều ra các lớp ngoại biên mà không tạo ra ứng suất kéo gây nứt ngầm hạt.

Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm được trực quan hóa rất rõ ràng thông qua hệ thống đồ thị bề mặt không gian 3D biểu diễn mối tương quan phi tuyến giữa nhiệt độ sấy, thời gian sấy và độ ẩm đầu ra. Bên cạnh đó, bảng phân tích phương sai thống kê và biểu đồ cột so sánh tỷ lệ thu hồi gạo nguyên theo các mốc thời gian ủ 40, 60, 80, 100 và 120 phút đã chứng minh thuyết phục tính tối ưu của các thông số công nghệ được đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Thương mại hóa và chuẩn hóa module thiết bị sấy tầng sôi năng suất 10 đến 15 tấn/giờ: Các doanh nghiệp cơ khí chế tạo máy nông nghiệp như Lamico hay Bùi Văn Ngọ cần hoàn thiện bản vẽ công nghiệp, sản xuất các module máy sấy tầng sôi giai đoạn 1 đồng bộ với quạt ly tâm công suất 30 đến 55 kW trong giai đoạn từ nay đến năm 2028.

Áp dụng quy trình công nghệ sấy hai giai đoạn tại các cơ sở chế biến lúa gạo: Doanh nghiệp xay xát và các hợp tác xã quy mô lớn tại Đồng bằng sông Cửu Long cần triển khai ngay quy trình sấy sơ bộ bằng tầng sôi ở 64 độ C trong 2,9 phút, tiếp theo là ủ 80 phút và sấy hoàn thiện ở 42 độ C đến 45 độ C. Mục tiêu giảm tỷ lệ hạt rạn nứt xuống dưới 3,5% và nâng tỷ lệ thu hồi gạo nguyên thương phẩm thêm 3% đến 5%.

Trang bị hệ thống điều khiển tự động hóa và cảm biến chính xác: Các đơn vị vận hành lò sấy cần lắp đặt bộ điều khiển nhiệt độ tự động PLC kết hợp van tiết lưu gió để duy trì độ lệch nhiệt độ dưới 0,5 độ C và vận tốc gió ổn định ở 2,3 mét/giây trong suốt quá trình hoạt động.

Tổ chức các khóa đào tạo chuyển giao công nghệ sấy lúa tiên tiến: Trung tâm Khuyến nông Quốc gia phối hợp cùng các Sở Nông nghiệp địa phương xây dựng tài liệu tập huấn kỹ thuật vận hành sấy hai giai đoạn cho trên 500 kỹ thuật viên và chủ lò sấy nông thôn trong vòng 12 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư thiết kế và chế tạo máy nông nghiệp: Tài liệu cung cấp toàn bộ công thức tính toán nhiệt động học, kích thước buồng sấy, tính chọn quạt ly tâm và bộ thu bụi cyclone, hỗ trợ trực tiếp cho quá trình thiết kế hệ thống sấy công nghiệp.

Chủ doanh nghiệp và quản lý nhà máy xay xát lúa gạo: Giúp các nhà quản lý nắm vững nguyên lý công nghệ sấy 2 giai đoạn, từ đó đầu tư nâng cấp dây chuyền để tối ưu hóa chi phí năng lượng và gia tăng tỷ lệ gạo nguyên xuất khẩu.

Cán bộ nghiên cứu, giảng viên và sinh viên ngành Cơ điện Nông nghiệp: Cung cấp cơ sở lý luận vững chắc, dữ liệu thực nghiệm tin cậy và phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Hunter để phát triển các đề tài nghiên cứu sấy các loại nông sản hạt khác như bắp hay đậu nành.

Cơ quan quản lý nông nghiệp và khuyến nông: Tham khảo dữ liệu thực trạng tổn thất sau thu hoạch và các giải pháp kỹ thuật để tham mưu chính sách hỗ trợ cơ giới hóa đồng bộ chuỗi giá trị lúa gạo tại 13 tỉnh thành phía Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phương pháp sấy tầng sôi chỉ nên áp dụng ở giai đoạn 1 mà không sấy liên tục đến khi lúa đạt độ ẩm 14%?

Khi độ ẩm lúa còn cao trên 22%, nước tự do bốc hơi nhanh giúp hạt không bị quá nhiệt. Nếu tiếp tục sấy tầng sôi ở giai đoạn sau khi ẩm đã xuống thấp, trở lực khuếch tán tăng cao sẽ làm hạt bị nung nóng nhanh, dẫn đến rạn nứt cấu trúc tinh bột và tiêu tốn nhiều năng lượng.

Tại sao nhiệt độ 64 độ C và thời gian 2,9 phút là chế độ tối ưu cho sấy tầng sôi lúa OM5451?

Kết quả quy hoạch thực nghiệm cho thấy tại 64 độ C và 2,9 phút, ẩm độ lúa giảm nhanh về 18,95% mà tỷ lệ rạn nứt chỉ là 3,35%. Nếu nhiệt độ vượt quá 70 độ C hoặc sấy trên 3 phút, tinh bột sẽ bị hồ hóa làm cơm cứng và mất hương thơm tự nhiên.

Thời gian ủ 80 phút giữa hai giai đoạn sấy mang lại tác dụng kỹ thuật gì?

Thời gian ủ 80 phút tạo điều kiện cho độ ẩm bên trong tâm hạt khuếch tán đều ra lớp ngoài vỏ trấu. Quá trình này giúp triệt tiêu ứng suất nhiệt ẩm nội tại, đồng đều hóa khối hạt và giúp giai đoạn sấy tĩnh tiếp theo đạt hiệu quả cao nhất.

Công nghệ sấy 2 giai đoạn giải quyết bài toán mùa vụ Hè-Thu ở Đồng bằng sông Cửu Long như thế nào?

Công nghệ giúp làm khô sơ bộ và làm sạch tạp chất khối lúa tươi có độ ẩm 26% đến 30% chỉ trong vòng chưa đầy 3 phút. Nhờ đó giải tỏa áp lực tồn ứ lúa ướt tại các nhà máy trong 24 giờ sau thu hoạch, chống nảy mầm và mốc hỏng hiệu quả.

Mô hình thí nghiệm trong luận văn có thể chuyển giao mở rộng sang quy mô công nghiệp được không?

Mô hình được thiết kế dựa trên các thông số khí động học và nhiệt động chuẩn xác, hoàn toàn có khả năng nhân rộng lên quy mô công nghiệp với năng suất từ 10 đến 15 tấn/giờ khi kết hợp cùng hệ thống sấy tháp tuần hoàn hoặc sấy tĩnh vỉ ngang.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán cấp bách về công nghệ sấy lúa tươi tại Đồng bằng sông Cửu Long với năm kết quả then chốt:

• Chế tạo thành công mô hình sấy tầng sôi thí nghiệm hoạt động ổn định, đo đạc chính xác các thông số nhiệt ẩm và khí động học.
• Xác lập chế độ sấy tầng sôi tối ưu ở giai đoạn 1 gồm nhiệt độ 64 độ C, thời gian lưu hạt 2,9 phút và vận tốc khí sấy 2,3 mét/giây.
• Đưa độ ẩm lúa OM5451 sau sấy tầng sôi về mức 18,95% và khống chế tỷ lệ hạt rạn nứt ở mức 3,35%.
• Xác định thời gian ủ điều hòa ẩm tối ưu là 80 phút, tạo tiền đề nâng cao tỷ lệ thu hồi gạo nguyên thương phẩm khi xay xát.
• Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu kỹ thuật tin cậy để chuyển giao công nghệ sấy hai giai đoạn vào thực tiễn sản xuất công nghiệp.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp giải pháp kỹ thuật khả thi giúp giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch từ mức 4,2% hiện nay xuống mức thấp nhất, đồng thời nâng cao giá trị hạt gạo Việt Nam trên thị trường quốc tế. Trong vòng 12 đến 24 tháng tới, các doanh nghiệp cơ khí và chế biến lương thực nên ứng dụng ngay các thông số công nghệ này vào sản xuất thực tế để tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế. Hãy liên hệ với các đơn vị chuyển giao công nghệ nông nghiệp để tiếp nhận gói giải pháp kỹ thuật sấy hai giai đoạn tiên tiến này ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa lớn nhất của cả nước với tổng diện tích gieo trồng khoảng 3,86 triệu hécta, chiếm 12,1% tổng diện tích đất trồng lúa trên cả nước. Sản lượng hằng năm đạt trên 24 triệu tấn, chiếm trên 54% tổng sản lượng lúa và hơn 90% tổng lượng gạo xuất khẩu của cả nước. Sản xuất lúa của ĐBSCL trong những năm gần đây có những bước phát triển đáng khích lệ, đóng góp quan trọng cho an ninh lương thực quốc gia và cho ổn định kinh tế vĩ mô của Việt Nam… Mặc dù đã có một số tiến bộ kỹ thuật nhưng nhìn rộng ra toàn chuỗi cung ứng lúa gạo của ĐBSCL thì sấy lúa là một khâu sau thu hoạch quan trọng và đang bị yếu kém nhất so với tất cả các khâu khác từ làm đất đến xay xát. So sánh mức độ đáp ứng nhu cầu trang bị máy móc trong canh tác lúa ở ĐBSCL như khâu làm đất chiếm tỷ lệ (95- 100%), bơm nước (95-100%), khâu gieo sạ chiếm (85-90%), thu hoạch chiếm (70- 75%; trong đó máy gặt đập liên hợp chiếm 45-50%), khâu bảo quản kỹ thuật thông thường (60%) và xay xát khoảng (100%) nhưng công đoạn ở giữa là sấy lúa đang chiếm tỉ lệ rất thấp chỉ khoảng (47%).

(Nguồn: Danida ASPS-2004) Thiếu máy sấy đã làm tăng tổn thất không chỉ ở khâu sấy mà còn ở tất cả các khâu sau đó như bảo quản, xay xát và chế biến lúa gạo. Trong khi đó, làm khô lúa tự nhiên bằng ánh nắng mặt trời vừa tăng chi phí lao động (do lao động nông thôn ngày càng khan hiếm và đắt đỏ); vừa giảm chất lượng lúa gạo do phơi lâu, không đồng đều và thường lẫn tạp chất; lại không chủ động được trong mọi điều kiện thời tiết, nhất là vụ lúa Hè-Thu khi thu hoạch vào mùa mưa. Khi gặp thời tiết bất thường, nhất là vào khoảng tháng 8, tháng 9 ở ĐBSCL là cao điểm mùa mưa và thường bị cộng hưởng bởi các đợt áp thấp nhiệt đới, bão, mưa dầm kéo dài không có sân phơi, lúc này giải pháp sấy mới được nông dân nghĩ đến và phải đạt những yêu cầu trong bảng 1.1 Những yêu cầu của máy sấy lúa ở ĐBSCL STT Các chỉ tiêu được yêu cầu Số người yêu cầu Thứ tự quang (%) trọng 01 Sấy nhanh để chống nảy mầm trong 40 1 bảo quản. 02 Sấy được chất lượng tốt (đồng đều 29 2 độ ẩm đầu vào sau khi sấy).

03 Sử dụng ít lao động. 23 3 04 Gạo say xát đạt chất lượng cao. 9 4 05 Gạo có màu sáng sau khi sấy. 7 5 06 Gạo có giá cao.

4 6 (Trương Thị Ngọc Chi, Tạp chí Omon Rice 17, 2010) Vào thời điểm thu hoạch hàng loạt với nhu cầu sấy cao, các lò sấy không đủ đáp ứng, nông dân các tỉnh ĐBSCL buộc phải đối mặt với tình trạng thiệt hại lớn do phần lớn lúa bị nảy mầm. Vì vậy tổn thất trong khâu này vẫn còn là cao nhất (4,2%), so với tổng tổn thất trong và sau thu hoạch lúa ở ĐBSCL (13,7%) (Bảng 1. Do đó, để giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị lúa gạo, nhất là gạo xuất khẩu; nhu cầu tăng cường trang bị máy sấy để sấy lúa ở ĐBSCL hiện nay vô cùng bức thiết.2 Tổn thất lúa gạo trong và sau thu hoạch của các nước Các giai đoạn Sự tổn thất (%) ĐBSCL (Việt Nam) Đông Nam Á Nhật Bản Thu hoạch 3 1–3 2 Vận chuyển 0,9 1–7 Không đáng kể Phơi sấy và làm sạch 4,2 4 – 11 0,8 – 2,4 Bảo quản 2,6 2–6 0,3 Xay xát chế biến 3 2 – 10 0,6 Tổng cộng 13,7 10 – 37 3,9 – 5,6 (Nguồn: Danida ASPS 2004) 2 Những năm gần đây, do chủ trương của nhà nước và nhu cầu gieo sạ lúa đồng loạt để né “rầy” và những mầm bệnh cho lúa nên việc thu hoạch lúa cũng phải đồng loạt, đã gây một áp lực rất lớn cho khâu làm khô lúa sau khi thu hoạch. ĐBSCL có từ 2 đến 3 vụ lúa mỗi năm, mỗi vụ thu hoạch từ 6 đến 7 triệu tấn lúa và phải làm khô đến độ ẩm 14% chỉ trong vòng không quá 1 tháng.

Bên cạnh đó, để giảm thiểu tổn thất về lượng và đảm bảo chất lượng của lúa gạo, trong vòng 24 giờ đồng hồ sau khi thu hoạch, lúa phải được làm khô đến độ ẩm 14%. Sau đó, nó có thể được bảo quản hay xay xát. Trong khi đó, số lượng máy sấy ở ĐBSCL hiện nay chưa nhiều do khả năng đầu tư của nông dân, các cơ sở xay xát chế biến và các công ty lương thực còn hạn chế. Vì vậy, việc phát huy tối đa công suất và hiệu quả của máy sấy nhưng vẫn không làm tăng tổn thất về lượng và đảm bảo được chất lượng của lúa gạo là một việc rất quan trọng, phải được quan tâm nghiên cứu để ứng dụng.

Đồng thời máy gặt đập liên hợp phát triển nhiều dẫn đến việc thu hoạch lúa một cách ồ ạt, làm trữ lượng lúa tăng cao trong mùa thu hoạch dẫn tới áp lực lớn về làm khô lúa nhanh chóng để kịp thời bảo quản. Đây chính là áp lực lớn nhất cho các nhà máy sấy thông thường. Từ đây, để giảm tổn thất sau thu hoạch và đáp ứng yêu cầu của sản xuất, để nâng cao năng suất và hiệu quả sấy lúa, đồng thời đảm bảo được chất lượng lúa gạo, đề tài đề xuất phương pháp “sấy 2 giai đoạn” sấy nhanh để nâng cao năng lực sấy nhưng vẫn đảm bảo chất lượng lúa gạo. Do đó để tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm để xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp cho phương pháp sấy “2 giai đoạn” đối với lúa” là một vấn đề cấp thiết cần giải quyết trong giai đoạn hiện nay.

Mục tiêu của đề tài Xuất phát từ các vấn đề trên, được thực hiện nhằm mục đích: - Ngiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình “sấy 2 giai đoạn” trong đó sử sụng sấy tầng sôi cho giai đoạn đầu - Thí nghiệm để xác định nhiệt độ sấy, thời gian sấy trong quá trình giảm ẩm của lúa và tỉ lệ rạn nứt sau khi sấy. Các tính chất này có thể phản ảnh chất lượng của gạo sau khi xay xát. 3 - Nghiên cứu thời gian ủ tối ưu ảnh hưởng đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau quá trình xay xát. Các phương pháp làm khô và các đặc tính ảnh hưởng đến lúa gạo 1.

Các đặc tính chất lượng của lúa gạo Đặc tính chất lượng của lúa Độ ẩm: Độ ẩm của lúa không chỉ ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hạt trong quá trình vận chuyển và bảo quản mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình xay xát chế biến. Độ ẩm của hạt cao sẽ làm cho hạt không đủ độ cứng để chịu được áp lực của rulo cao su bóc vỏ lúa hay chà xát làm trắng dẫn đến lúa bị gãy vở, nát vụn. Độ sạch: Lúa có độ sạch cao hơn khi nó lẫn ít hơn các tạp chất như: gié lúa, rơm, hạt cỏ, đá, sỏi Hạt bị rạn nứt: Nếu hạt sau khi thu hoạch được để trong môi trường có sự biến đổi đột ngột về nhiệt độ hay độ ẩm thì sẽ tạo ra ứng suất lực trong hạt dẫn đến hạt bị rạn nứt, làm giảm tỉ lệ thu hồi gạo trắng và gạo nguyên khi được xay xát. Hạt lúa bị chuyển màu: Do tiếp xúc với môi trường ẩm ướt hay sau khi bị làm khô.

Một số kết quả nguyên cứu cho thấy nếu lúa có độ ẩm > 20% thì khối hạt sẽ nóng lên trong vòng một ngày, nấm mốc sẽ xuất hiện sau hai ngày và chuyển sang màu vàng trong vòng 5 ngày. Đặc tính chất lượng của gạo Chất lượng gạo hiểu theo nghĩa tổng hợp bao gồm các yếu tố sau: Thuộc tính bên trong: là những thuộc tính người tiêu dùng khi ăn cảm nhận được mùi thơm, mềm, xốp, dẻo, ngọt.Thuộc tính bên ngoài: nhìn thấy được qua cảm quan (màu sắc, mùi vị), tỉ lệ tấm (gạo 5%, 10%, 15%, 20%. Chất lượng lúa gạo được đánh giá theo 4 tiêu chí: - Hình thức bên ngoài của hạt gạo: dạng hạt, màu sắc, độ trong, độ bóng… - Chất lượng xay sát: tỉ lệ gạo trắng tỉ lệ gạo nguyên, tấm… - Chất lượng cơm: hàm lượng amylost, nhiệt độ hoá cồn, độ bền, độ dẻo, độ nở cơm… - Chất lượng dinh dưỡng: hàm lượng protein, hàm lượng lipit, vitamin… 4 1. Các yếu tố sau thu hoạch ảnh hưởng đến chất lượng lúa gạo Thời điểm thu hoạch lúa Thời gian thu hoạch vào khoảng 30 ngày sau khi lúa trổ bông và độ ẩm hạt từ 20 ÷ 25 % là lý tưởng nhất.

Đây là độ ẩm thích hợp cho việc làm khô và giảm ẩm dễ dàng. + Nếu thu hoạch quá muộn ngoài việc lúa quá chín dễ rụng, lúa lúc này còn có độ ẩm của hạt quá nhỏ sẽ làm tăng tỷ lệ gãy của hạt do va đập cơ học khi tuốt lúa. + Nếu thu hoạch sớm độ ẩm của hạt cao do lúa còn nhiều hạt xanh chất lượng lúa kém ảnh hưởng tới quá trình xay xát, gạo chứa tỷ lệ bạc bụng cao, tỷ lệ gạo nguyên giảm. Giảm độ ẩm bảo quản Lúa sau khi thu hoạch thường có độ ẩm cao (22 - 25%) được các hộ nông dân hạ độ ẩm chủ yếu bằng phương làm khô tự nhiên nhờ vào năng lượng mặt trời (phơi nhanh).

Việc xác định độ ẩm đã đạt yêu cầu hay chưa chủ yếu bằng kinh nghiệm (cắn thử) nên không chính xác. Phương pháp này phụ thuộc vào thời tiết nên trong vụ Hè-Thu thường thu hoạch vào mùa mưa (tháng 8-9), độ ẩm của lúa hàng hoá thường rất cao (15,5 - 17%) không thể đưa vào dự trữ. Để xay xát hoặc tồn trữ, lúa cần được làm khô hạ độ ẩm. Lúa có độ ẩm 13-14% có thể bảo quản được từ 2-3 tháng, độ ẩm từ 12-12,5% bảo quản trên 3 tháng trong điều kiện bảo quản thông thường.

Lúa có thể làm khô tự nhiên hoặc phương pháp nhân tạo đúng theo kỹ thuật. - Giảm độ ẩm của hạt sau thu hoạch để giảm chi phí vận chuyển, tạo điều kiện thuận lợi trong xay xát hay bảo quản, và hạn chế sự giảm chất lượng của hạt và hoạt động của các loại côn trùng, nấm mốc. - Giảm độ ẩm của hạt đến độ ẩm tối ưu cho xay xát vì trong khâu xay xát, yêu cầu độ ẩm của lúa phải đạt 14 – 14,5% thì khi xay xát mới đảm bảo tốt về qui cách chất lượng gạo và tỷ lệ hạt nguyên cao.