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

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm để xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Văn Sự
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Tấn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Mô Hình Thí Nghiệm Sấy Tầng Sôi Cho Lúa
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
• 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
• 3.10.1. Xây dựng bài toán hộp đen cho thí nghiệm 1
• 3.10.2. Phát triển bài toán hộp đen
• 3.10.3. Lập mô hình thống kê bậc II
• 3.10.4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay sát
• 3.10.5. Thảo luận về kết quả thực nghiệm
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về sấy tầng sôi

Sấy tầng sôi là một công nghệ hiện đại trong ngành chế biến nông sản, đặc biệt là trong việc sấy lúa. Công nghệ này cho phép kiểm soát tốt các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và thời gian sấy, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Sấy tầng sôi giúp giảm thiểu tổn thất trong quá trình bảo quản lúa, đồng thời đảm bảo độ ẩm phù hợp cho lúa gạo. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ sấy này có thể cải thiện hiệu suất sấy lên đến 30% so với các phương pháp truyền thống. Mô hình thí nghiệm được thiết kế nhằm xác định các chế độ sấy tối ưu, từ đó đưa ra các giải pháp hiệu quả cho ngành nông nghiệp.

1.1. Lợi ích của sấy tầng sôi

Lợi ích của sấy tầng sôi không chỉ dừng lại ở việc nâng cao chất lượng lúa mà còn giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Công nghệ này cho phép sấy nhanh chóng, giảm thiểu nguy cơ nảy mầm và hư hỏng lúa trong quá trình bảo quản. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng mô hình thí nghiệm để xác định các chế độ sấy phù hợp có thể giúp nông dân tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, việc áp dụng công nghệ sấy hiện đại là rất cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực.

II. Thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thiết kế nhằm xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp cho phương pháp sấy 2 giai đoạn đối với lúa. Mô hình bao gồm các thành phần chính như máy sấy tầng sôi, bin ủ lúa và máy sấy tĩnh vỉ ngang. Việc thiết kế này không chỉ đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật mà còn đảm bảo tính khả thi trong thực tế sản xuất. Các thông số như nhiệt độ sấy, thời gian sấy và vận tốc tác nhân sấy được điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với từng loại lúa. Kết quả từ mô hình thí nghiệm sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc tối ưu hóa quy trình sấy.

2.1. Quy trình thiết kế

Quy trình thiết kế mô hình thí nghiệm bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc xác định yêu cầu kỹ thuật đến việc lựa chọn thiết bị phù hợp. Các thông số như độ ẩm lúa, nhiệt độ sấy và thời gian sấy được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Mô hình thí nghiệm không chỉ giúp xác định các chế độ sấy tối ưu mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu sấy hiện đại sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất trong quá trình sản xuất.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ mô hình thí nghiệm cho thấy, chế độ sấy tầng sôi tối ưu được xác định với thời gian sấy là 2,9 phút và nhiệt độ sấy là 64°C. Độ ẩm của lúa sau khi sấy đạt 18,95% và tỷ lệ rạn nứt hạt là 3,35%. Những kết quả này cho thấy sự hiệu quả của phương pháp sấy 2 giai đoạn trong việc nâng cao chất lượng lúa gạo. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sấy mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra, từ đó nâng cao giá trị kinh tế cho nông dân.

3.1. Đánh giá hiệu quả sấy

Đánh giá hiệu quả của mô hình thí nghiệm cho thấy, việc sử dụng công nghệ sấy hiện đại giúp giảm thiểu tổn thất trong quá trình bảo quản lúa. Các thông số như độ ẩm lúa và tỷ lệ rạn nứt hạt được kiểm soát chặt chẽ, từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng công nghệ sấy này có thể giúp nông dân tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường, đồng thời góp phần vào việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng sản xuất lúa lớn nhất Việt Nam với diện tích gieo trồng khoảng 3,86 triệu hécta, chiếm 12,1% tổng diện tích đất trồng lúa cả nước và sản lượng hàng năm trên 24 triệu tấn, chiếm hơn 54% sản lượng lúa quốc gia. Tuy nhiên, khâu sấy lúa sau thu hoạch tại ĐBSCL hiện còn nhiều hạn chế, chỉ đạt khoảng 47% nhu cầu trang bị máy móc, thấp hơn nhiều so với các khâu khác như làm đất, gieo sạ hay thu hoạch. Việc thiếu hụt máy sấy dẫn đến tổn thất lúa gạo lên tới 4,2% trong khâu sấy, góp phần làm tổng tổn thất sau thu hoạch lên tới 13,7%. Phương pháp phơi sấy truyền thống phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, đặc biệt khó khăn trong vụ Hè-Thu khi mùa mưa kéo dài, làm giảm chất lượng lúa gạo và tăng chi phí lao động.

Trước thực trạng này, nghiên cứu thiết kế và 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 được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả sấy, giảm tổn thất và đảm bảo chất lượng lúa gạo. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình hệ thống sấy gồm sấy tầng sôi, bin ủ lúa và máy sấy tĩnh vỉ ngang, từ đó xác định nhiệt độ và thời gian sấy tầng sôi tối ưu, cũng như thời gian ủ phù hợp giữa hai giai đoạn sấy. Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ tháng 3/2015 đến tháng 3/2016 tại Phân Viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ sấy lúa hiện đại, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng và giá trị kinh tế của lúa gạo ĐBSCL, đồng thời giảm chi phí và tổn thất sau thu hoạch, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của ngành nông nghiệp vùng này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết sấy tầng sôi: Quá trình sấy trong trạng thái tầng sôi tạo điều kiện trao đổi nhiệt và ẩm mạnh mẽ nhờ sự đảo trộn liên tục của hạt lúa trong dòng khí nóng, giúp tăng tốc độ sấy và đồng đều độ ẩm. Trạng thái “sôi phập phồng” được duy trì khi vận tốc khí đạt tới mức tối thiểu để lớp hạt chuyển sang trạng thái linh động, tránh hiện tượng phân tầng khí gây giảm hiệu quả sấy.

• Mô hình sấy 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 sử dụng sấy tầng sôi để giảm nhanh độ ẩm từ 26-30% xuống 18-22% trong thời gian ngắn (1-3 phút), sau đó ủ lúa khoảng 40-120 phút để cân bằng độ ẩm trong hạt. Giai đoạn 2 sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang hoặc sấy tháp để giảm độ ẩm xuống mức bảo quản 14%, đảm bảo chất lượng gạo.

• Các khái niệm chính: Độ ẩm hạt lúa (Wb), tỉ lệ rạn nứt hạt (τ), nhiệt độ sấy (T), thời gian sấy (t), vận tốc tác nhân sấy (v), thời gian ủ (tủ). Các chỉ tiêu này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả sấy.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ mô hình thí nghiệm sấy tầng sôi được thiết kế và chế tạo tại Phân Viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch, sử dụng giống lúa OM5451 thu hoạch vụ Hè Thu tại Gò Công – Tiền Giang.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Hunter bậc hai để xây dựng mô hình thống kê mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và thời gian sấy đến độ ẩm và tỉ lệ rạn nứt hạt. Các biến độc lập là nhiệt độ sấy tầng sôi (50-70°C) và thời gian sấy (1-5 phút). Biến phụ thuộc là độ ẩm sau sấy và tỉ lệ rạn nứt hạt.

• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 3/2015 đến tháng 3/2016, bao gồm các giai đoạn thiết kế, chế tạo mô hình, tiến hành thí nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu, xác định chế độ sấy tối ưu.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu lúa có khối lượng khoảng 370g, độ dày lớp lúa 7cm, độ ẩm đầu vào trên 22%wb. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm theo mẻ để kiểm soát chính xác các thông số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định mô hình thống kê: Mô hình thống kê bậc hai biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ sấy (T) và thời gian sấy (t) đến độ ẩm sau sấy (Wb) và tỉ lệ rạn nứt hạt (τ) được xây dựng với độ chính xác cao. Phương trình mô tả độ ẩm sau sấy là:

[ W_b = 55 - aT - bt + cT^2 + dt^2 + eTt ]

và tỉ lệ rạn nứt hạt là:

[ \tau = -10 + fT + gt + hT^2 + it^2 + jTt ]

(trong đó a, b, c, d, e, f, g, h, i, j là các hệ số được xác định từ dữ liệu thực nghiệm).

2. Chế độ sấy tầng sôi tối ưu: Thời gian sấy tầng sôi tối ưu là 2,9 phút, nhiệt độ sấy 64°C, vận tốc tác nhân sấy 2,3 m/s, độ ẩm đầu vào > 22%wb. Ở chế độ này, độ ẩm lúa sau sấy đạt 18,95%wb và tỉ lệ rạn nứt hạt chỉ 3,35%, giảm đáng kể so với các chế độ khác.

3. Ảnh hưởng thời gian ủ: Thời gian ủ tối ưu giữa hai giai đoạn sấy là 80 phút, giúp cân bằng độ ẩm trong hạt, giảm tỉ lệ rạn nứt và tăng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay xát lên mức cao nhất.

4. Hiệu quả so sánh: So với phương pháp sấy một giai đoạn truyền thống, phương pháp sấy 2 giai đoạn với chế độ sấy tầng sôi tối ưu giúp tăng tốc độ sấy, giảm thời gian sấy tổng thể, đồng thời nâng cao chất lượng gạo với tỉ lệ gạo nguyên tăng khoảng 5-7%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng sấy tầng sôi trong giai đoạn đầu của phương pháp sấy 2 giai đoạn giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt và ẩm nhờ trạng thái sôi phập phồng, làm giảm nhanh độ ẩm bề mặt hạt lúa mà không gây rạn nứt nhiều. Thời gian sấy 2,9 phút và nhiệt độ 64°C là điểm cân bằng giữa tốc độ sấy và bảo vệ chất lượng hạt, tránh hiện tượng hồ hóa và mất mùi thơm đặc trưng của lúa thơm.

Thời gian ủ 80 phút được xác định là phù hợp để hơi nước trong hạt khuếch tán đều ra ngoài, giảm ứng suất nội tại gây rạn nứt. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế cho thấy ủ từ 40 đến 120 phút là cần thiết để đảm bảo chất lượng.

Việc duy trì vận tốc tác nhân sấy 2,3 m/s giúp tạo trạng thái tầng sôi ổn định, tránh hiện tượng phân tầng khí và bọt khí lớn gây giảm hiệu quả sấy. Độ ẩm đầu vào trên 22%wb là điều kiện cần thiết để sấy tầng sôi hoạt động hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ bề mặt 3D thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ, thời gian sấy và các chỉ tiêu chất lượng như độ ẩm và tỉ lệ rạn nứt, giúp trực quan hóa vùng tối ưu. Bảng so sánh tỉ lệ thu hồi gạo nguyên giữa các chế độ sấy cũng minh họa rõ hiệu quả của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng chế độ sấy tầng sôi tối ưu: Các nhà máy sấy lúa nên vận hành giai đoạn 1 với nhiệt độ 64°C, thời gian 2,9 phút và vận tốc tác nhân sấy 2,3 m/s để đạt hiệu quả sấy cao, giảm tổn thất và bảo vệ chất lượng gạo. Thời gian ủ giữa hai giai đoạn nên duy trì khoảng 80 phút.

2. Phát triển hệ thống sấy 2 giai đoạn đồng bộ: Khuyến khích các doanh nghiệp chế tạo máy và nhà máy chế biến lúa gạo đầu tư, hoàn thiện hệ thống sấy tầng sôi kết hợp với máy sấy tĩnh vỉ ngang hoặc sấy tháp, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật vận hành, bảo trì hệ thống sấy 2 giai đoạn cho cán bộ kỹ thuật và người lao động tại các vùng sản xuất lúa lớn như ĐBSCL, đảm bảo vận hành hiệu quả và bền vững.

4. Nghiên cứu mở rộng cho các giống lúa khác: Tiếp tục nghiên cứu điều chỉnh chế độ sấy phù hợp cho các giống lúa thơm và lúa thường khác, cũng như áp dụng cho các loại nông sản khác nhằm đa dạng hóa ứng dụng công nghệ.

5. Thời gian thực hiện: Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm tới, ưu tiên các vùng trọng điểm sản xuất lúa để nhanh chóng phát huy hiệu quả kinh tế và xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí và công nghệ sau thu hoạch: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp thiết kế mô hình thí nghiệm và phân tích dữ liệu thực nghiệm, hỗ trợ nghiên cứu phát triển công nghệ sấy nông sản.

2. Doanh nghiệp chế tạo máy sấy và thiết bị nông nghiệp: Thông tin về chế độ sấy tối ưu, thiết kế mô hình và các thông số kỹ thuật giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng và hiệu quả máy móc.

3. Nhà máy chế biến và bảo quản lúa gạo: Áp dụng công nghệ sấy 2 giai đoạn giúp giảm tổn thất, nâng cao chất lượng gạo, tăng giá trị sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Cung cấp dữ liệu khoa học và thực tiễn để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ sau thu hoạch, giảm tổn thất và nâng cao giá trị nông sản quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp sấy 2 giai đoạn có ưu điểm gì so với sấy truyền thống?
   Phương pháp sấy 2 giai đoạn giúp tăng tốc độ sấy, giảm thời gian tổng thể, đồng thời bảo vệ chất lượng lúa gạo nhờ giảm nhanh độ ẩm ở giai đoạn đầu và sấy nhẹ nhàng ở giai đoạn sau. Ví dụ, tỉ lệ rạn nứt hạt giảm xuống còn khoảng 3,35% so với mức cao hơn ở sấy một giai đoạn.

2. Nhiệt độ và thời gian sấy tầng sôi tối ưu là bao nhiêu?
   Nghiên cứu xác định nhiệt độ sấy tầng sôi tối ưu là 64°C và thời gian sấy 2,9 phút, giúp cân bằng giữa hiệu quả sấy và bảo vệ chất lượng hạt lúa.

3. Tại sao cần thời gian ủ giữa hai giai đoạn sấy?
   Thời gian ủ khoảng 80 phút giúp hơi nước trong hạt lúa khuếch tán đều, giảm ứng suất nội tại gây rạn nứt, đồng thời làm đồng đều độ ẩm, nâng cao tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay xát.

4. Vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng thế nào đến quá trình sấy?
   Vận tốc tác nhân sấy 2,3 m/s tạo trạng thái tầng sôi ổn định, tăng hiệu quả trao đổi nhiệt và ẩm, tránh hiện tượng phân tầng khí làm giảm chất lượng sấy.

5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các giống lúa khác không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh chế độ sấy phù hợp với đặc tính từng giống lúa. Nghiên cứu tiếp theo sẽ mở rộng áp dụng cho các giống lúa thơm và lúa thường phổ biến tại ĐBSCL.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình thí nghiệm sấy tầng sôi phục vụ nghiên cứu phương pháp sấy 2 giai đoạn cho lúa.
• Xác định được chế độ sấy tầng sôi tối ưu gồm nhiệt độ 64°C, thời gian 2,9 phút, vận tốc tác nhân sấy 2,3 m/s, độ ẩm đầu vào > 22%wb.
• Thời gian ủ giữa hai giai đoạn sấy tối ưu là 80 phút, giúp nâng cao tỉ lệ thu hồi gạo nguyên và giảm tỉ lệ rạn nứt hạt.
• Phương pháp sấy 2 giai đoạn góp phần nâng cao hiệu quả sấy, giảm tổn thất và bảo vệ chất lượng lúa gạo tại ĐBSCL.
• Khuyến nghị triển khai ứng dụng công nghệ này trong 1-2 năm tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các giống lúa và nông sản khác.

Hành động tiếp theo: Các nhà máy chế biến và doanh nghiệp chế tạo máy nên phối hợp triển khai áp dụng chế độ sấy tối ưu, đồng thời tổ chức đào tạo kỹ thuật vận hành để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

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 1 Luan van 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 Luan van 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 Luan van - 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 Luan van 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.