Trường Đại học Nha Trang Khoa Công nghệ thực phẩm Ngành Công nghệ thực phẩm NGUYỄN THANH HOÀNG NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẤY TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG CÔNG NGHỆ BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: Ts THÁI VĂN ĐỨC Ths LÊ NHƯ CHÍNH Khánh hòa, tháng 06 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa trình sấy tôm thẻ chân trắng Việt Nam công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại”, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực Phẩm, quý thầy cô giáo anh chị công tác phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Thực phẩm, phòng thí nghiệm Công nghệ lạnh, Trường Đại học Nha Trang tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đề tài Đặc biệt, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Thái Văn Đức ThS Lê Như Chính, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Cảm ơn thầy cô hội đồng bảo vệ luận văn giúp em lời khuyên quý giá để đồ án hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em tất bạn bè ủng hộ, động viên em suốt thời gian qua Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 06 năm 2017 Người thực Nguyễn Thanh Hoàng i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG x MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG 1.1.1 Sơ lược Tôm thẻ chân trắng 1.1.1.1 Nguồn gốc 1.1.1.2 Một số đặc điểm trội tôm thẻ chân trắng 1.1.1.3 Phân bố mùa vụ khai thác 1.1.2 Thành phần hóa học, giá trị dinh dưỡng tôm 1.1.2.1 Thành phần hóa học Tôm 1.1.2.2 Giá trị dinh dưỡng tôm thẻ chân trắng 10 1.1.3 Tình hình sản xuất xuất Tôm nước ta 11 1.1.4 Một số tượng hư hỏng, tác hại, nguyên nhân cách phòng ngừa Tôm nguyên liệu 12 1.1.4.1 Hiện tượng dập nát học 12 1.1.4.2 Hiện tượng hư hỏng enzyme 12 1.1.4 Hiện tượng biến đỏ 14 1.1.4.4 Sự ươn hỏng vi sinh vật 15 1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 15 1.2.1 Sơ lược trình sấy 15 1.2.1.1 Khái niệm 15 1.2.1.2 Bản chất trình sấy 16 1.2.1.3 Mục đích trình sấy 16 1.2.1.4 Nguyên tắc trình sấy 16 1.2.2 Phân loại phương pháp sấy 16 ii 1.2.3 Các giai đoạn trình sấy 17 1.2.3.1 Giai đoạn làm nóng vật liệu sấy 17 1.2.3.2 Gia đoạn sấy đẳng tốc 17 1.2.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc 18 1.2.4 Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu trình sấy 18 1.2.4.1 Quá trình khuếch tán ngoại 19 1.2.4.2 Quá trình khuếch tán nội 19 1.2.4.3 Mối quan hệ khuếch tán nội khuếch tán ngoại 19 1.2.5 Một số nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy 20 1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 22 1.3.1 Khái niệm xạ & sấy xạ hồng ngoại 22 1.3.2 Đặc điểm xạ hồng ngoại 22 1.3.3 Cơ chế truyền nhiệt xạ hồng ngoại 23 1.3.4 Cơ chế sấy khô xạ hồng ngoại 24 1.3.5 Tính ưu việt công nghệ sấy xạ hồng ngoại 25 1.3.6 Một số ứng dụng sấy xạ hồng ngoại 26 1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 26 1.4.1 Khái niệm 26 1.4.2 Nguyên lí làm việc 27 1.4.3 Tính ưu việt phương pháp sấy lạnh 28 1.5 SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 28 1.5.1 Mục đích 28 1.5.2 Những biến đổi nguyên liệu trình sấy khô 28 1.5.2.1 Biến đổi vật lí 28 1.5.2.2 Biến đổi hóa học 29 1.5.2.3 Sự biến đổi trạng thái tổ chức trình 30 1.5.3 Các nghiên cứu nước 31 Chương II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 35 iii 2.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 36 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết kết hợp với thực nghiệm 39 2.3.2 Các phương pháp phân tích .39 2.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 40 2.3.3.1 Sơ đồ quy trình tổng quát .40 2.3.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung sấy tôm thẻ chân trắng 43 2.3.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm công đoạn luộc 44 2.3.3.4 Thí nghiệm thăm dò tôm bóc vỏ trước sấy trình sấy 45 2.3.3.5 Bố trí thí nghiệm xác định miền tối ưu nhiệt độ tác nhân sấy .47 2.3.3.6 Bố trí thí nghiệm xác định miền tối ưu vận tốc tác nhân sấy .49 2.3.3.7 Bố trí thí nghiệm xác định miền tối ưu khoảng cách xạ .51 3.3.3.8 Bố trí thí nghiệm xác định miền tối ưu bề dày nguyên liệu sấy 53 2.3.3.9 Bố trí thí nghiệm xác định phục hồi nước nóng nước lạnh 54 2.3.3.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh tiêu mẫu sấy tối ưu với mẫu sấy khác .56 Chương III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58 3.1 Kết xác định độ ẩm ban đầu nguyên liệu 58 3.2 Kết xác định thời gian luộc thích hợp 59 3.3 Kết thí nghiệm thăm dò tôm bóc vỏ trước sấy tôm bóc vỏ trình sấy 59 3.4 Kết thăm dò miền tối ưu thông số 61 3.4.1 Miền tối ưu nhiệt độ tác nhân sấy 61 3.4.2 Miền tối ưu vận tốc tác nhân sấy 63 3.4.3 Miền tối ưu khoảng cách xạ 64 3.4.4 Miền tối ưu bề dày nguyên liêu sấy 66 3.5 Kết thí nghiệm xác định phục hồi nước nóng nước lạnh 67 3.6 Kết xác định phương trình hồi quy xác định chế độ sấy tối ưu 68 iv 3.6.1 Kết xác định phương trình hồi quy thực nghiệm hàm mục tiêu tỉ lệ nước phục hồi 68 3.6.2 Kết xác định phương trình hồi quy thực nghiệm hàm mục tiêu tốc độ sấy 79 3.6.3 Kết xác định phương trình hồi quy thực nghiệm hàm mục tiêu chất lượng cảm quan 79 3.5.4 Kết xác định phương trình hồi quy thực nghiệm hàm mục tiêu suất tách ẩm 80 3.7 So sánh số tiêu tôm khô sấy chế độ tối ưu phương pháp sấy khác 81 3.7.1 Biến đổi độ ẩm tốc độ sấy chế độ tối ưu so với phương pháp phơi nắng 81 3.7.2 Biến đổi độ ẩm tốc độ sấy theo phương pháp sấy 83 3.7.3 Sự biến đổi chất lượng cảm quan tôm khô theo phương pháp sấy 84 3.7.4 Biến đổi hoạt độ nước theo phương pháp sấy 86 3.7.5 Tỷ lệ hút hút nước phục hồi trở lại tôm sấy chế độ tối ưu so với phương pháp sấy khác .87 3.7.6 Biến đổi ứng suất cản cắt tôm khô theo phương pháp sấy 88 3.7.7 Biến đổi hiệu suất tách ẩm riêng ( SMER) tôm sấy chế độ tối ưu so với phương pháp sấy khác 90 3.7.8 So sánh tiêu vi sinh vật tôm sấy chế độ sấy tối ưu so với phương pháp sấy khác 91 3.7.9 Hình ảnh mẫu sấy tối ưu so với mẫu sấy khác 93 3.8 Đề xuất quy trình chế biến tôm thẻ chân trắng sấy xuất 94 3.9 Sơ hạch toán giá thành sản phẩm 98 KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT .101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC 108 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MN : Máy nén DL : Dàn nóng DN : Dàn lạnh TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PA : Polyamide BYT: Bộ y tế CLCQ : Chất lượng cảm quan NPH: Nước phục hồi TĐS: Tốc độ sấy SMER: Hiêu suất tách ẩm riêng vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đồ thị đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 17 Hình 1.2 Quá trình chuyển lượng xạ hồng ngoại trình sấy 22 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt 27 Hình 2.1 Tôm thẻ chân trắng nguyên liệu 35 Hình 2.1 Mặt cắt hình chiếu đứng thiết bị 36 Hình 2.2 Hình chiếu cạnh thiết bị sấy 36 Hình 2.3 Mặt cắt hình chiếu (nữa trên) thiết bị 37 Hình 2.4 Mặt cắt hình chiếu (nữa dưới) thiết bị 37 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 38 Hình 2.7 Sơ đồ quy trình tổng quát sản xuất tôm thẻ chân trắng sấy 41 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung sấy tôm thẻ chân trắng 43 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn chế độ luộc 44 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn tôm sấy bỏ vỏ phù hợp 45 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân sấy đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 47 Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 49 Hình 2.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng khoảng cách xạ đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 51 Hình 2.14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng độ dày nguyên liệu tôm đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 53 Hình 2.15 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng nhiệt độ nước thời gian ngâm đến khả phục hồi sản phẩm 54 Hình 2.16 Sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh tiêu mẫu sấy tối ưu với phương pháp sáy khác 56 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng thời gian luộc tôm đến chất lượng cảm quan 59 vii Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn đường cong sấy tôm bóc vỏ trước tôm bóc vỏ trình sấy 60 Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn đường cong tốc độ sấy tôm bóc vỏ trước tôm bóc vỏ trình sấy 60 Hình 3.4 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân sấy đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 61 Hình 3.5 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 63 Hình 3.6 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng khoảng cách xạ đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 64 Hình 3.7 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng độ dày nguyên liệu tôm đến thời gian sấy chất lượng cảm quan sản phẩm 66 Hình 3.8 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ nước thời gian ngâm đến khả phục hồi sản phẩm 67 Hình 3.9 Kết tối ưu thực nghiệm phần mềm cascad 78 Hình 3.10 Đường cong sấy tôm thẻ chân trắng chế độ sấy tối ưu so với phương pháp phơi nắng 81 Hình 3.11 Đường cong tốc độ sấy tôm thẻ chân trắng chế độ sấy tối ưu so với phương pháp phơi nắng 82 Hình 3.12 Đường cong sấy tôm thẻ chân trắng chế độ sấy tối ưu so với chế phương pháp sấy khác 83 Hình 3.13 Đường cong tốc độ sấy tôm thẻ chân trắng chế độ sấy tối ưu so với phương pháp sấy khác 83 Hình 3.14 Biến đổi chất lượng cảm quan tôm sấy chế độ sấy tối ưu so với phương pháp sấy khác 84 Hình 3.15 Biến đổi hoạt độ nước tôm sấy chế độ sấy tối ưu so với phương pháp sấy khác 86 viii Hình 3.16 Tỷ lệ hút hút nước phục hồi trở lại tôm sấy chế độ tối ưu so với phương pháp sấy khác 87 Hình 3.17 Biến đổi ứng suất cản cắt tôm khô theo phương pháp sấy 88 Hình 3.18 Sản phẩm tôm trình kéo 89 Hình 3.19 Biến đổi hiệu suất tách ẩm riêng ( SMER) tôm sấy chế độ tối ưu so với phương pháp sấy khác 90 Hình 3.20 Hình ảnh mẫu sấy tối ưu so với mẫu sấy khác 93 Hình 3.21 Quy trình chế biến tôm thẻ chân trắng sấy xuất 94 Hình 3.22 Sản phẩm tôm khô hút chân không 98 ix 19.22 22.033 7.9107838 16 23.086 50.214962 19.22 18.648 0.3272336 25.05 18.749 39.702283 17.28 21.602 18.676677 19.28 24.858 31.108912 22.61 26.432 14.610714 5.61 11.685 36.902773 23.48 22.892 0.345731 20.5 22.892 5.7217169 Phương sai dư: S2dư = ̂ ∑𝑁 𝑖=1(𝑌𝑖 −𝑌𝑖 ) 𝑁−𝑙 250 = 22571 = 10.01028 27−2 Trong đó: N: số thí nghiệm (N = 27) l: số hệ số có ý nghĩa (l = Tiêu chuẩn Fisher: F= 𝑆𝑑ư 𝑆𝑡ℎ = 10.01028 3.2608 = 3.069894 Tra bảng phân vị phân bố Fisher với α = 0.05; bậc tự f1 = N – l =25, f2 = no – = 2, ta có Fα(f1, f2) = F0.05(25, 2) = 19.45575 Nhận thấy F =3.069894< F0.05(23, 2) = 19.45575, phương trình tương thích với thực nghiệm Vậy phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là: Y^ = 20.194 - 0.340543* X1 - 0.032666* X2 - 1.052322* X3 + 4.7665259* X4 1.65875*X1*X2 - 1.092*X1*X3 - 0.79625*X1*X4 - 0.76125 *X2 * X3 + 0.56875*X2*X4 + 0.10625*X3*X4 + 0.8363*X1*X2*X3 + 0.3163*X1*X2*X4 + 0.0638*X1*X3*X4 + 0.2213*X2*X3*X4 - 1.199*X1*X2*X3*X4 -0.138968*(X1)^2 + 1.7522582*(X2)^2 + 0.1410588*(X3)^2 - 1.601795*(X4 )^2 Chuyển biến tTNS, vTNS, hBX, dNLS phương trình sau: 176 Y^ = 20.194 - 0.340543* tTNS - 0.032666 * vTNS - 1.052322 * hBX + 4.7665259*dNLS - 1.65875* tTNS *vTNS - 1.092* tTNS * hBX - 0.79625* tTNS * dNLS - 0.76125* vTNS * hBX + 0.56875* vTNS * dNLS + 0.10625* hBX* dNLS + 0.8363* tTNS* vTNS* hBX + 0.3163* tTNS* vTNS* dNLS + 0.0638* tTNS* hBX* dNLS + 0.2213* vTNS* hBX* dNLS 1.199* tTNS* vTNS* hBX *dNLS - 0.138968* tTNS2 + 1.7522582* vTNS2 + 0.1410588* hBX2 - 1.601795* dNLS2 Tối ưu hóa thực nghiệm cách chạy phần mềm tối ưu cassad Sau phương trình hồi quy kiểm định phù hợp với thực nghiệm, nhập phương trình vào phần mềm tối ưu cascad nhập yêu cầu phần mềm, tiến hành chạy vòng lặp Thông qua việc sử lí quy hoạch thực nghiệm tiêu SMER cho ta kết sau: 177 Hình 7.1: Kết tối ưu thực nghiệm phần mềm cascad 178 Kết ta tìm Xj sau: X1 = 1.000079, X2 = 0.43403, X3 = 1.000051, X4 = -1.000278 Thay vào công thức: Zj = ∆Zj.Xj + Zoj, ∀j = 1÷3 ta được: Z1 = 10 × (1.000079) + 50 = 60.00079 (oC) ↔ tTNS = 60.00079 (oC) Z2 = × ( 0.43403) + = 2.43403 (m/s) ↔ vTNS = 2.43403 (m/s) Z3 = × (1.000051) + 35 = 35.5000255(cm) ↔ hBX = 35.50000255 (cm) Z4 = × (-1.000278) + = 0.999444 (cm) ↔ dngl = 0.999444 (cm) 179 PHỤ LỤC VIII: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 8.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 8.1.1 Tính chất thực nghiệm Từ bảng số liệu thí nghiệm …: Giả thiết: ỹ = β0 + β1x1 + β2x2 + … + βkxk + ξ (8.1) (8.2) gọi phương trình hồi quy lý thuyết Bằng phương pháp bình phương cực tiểu tính được: B = (XTX)-1(XTY) Trong đó: (8.3)  b0    b  B   ; :   b   k 1  1 X=  :  1  x11 x12 x1k   x 21 x 22 x k  ; : : :  x N x N x Nk  Tính B theo (8.9) thay vào (8.8) ta được:  y1  y Y=  :  y  N        ŷ = b0 + b1x1 + b2x2 + … + bkxk (8.4) (8.11) phương trình hồi quy thực nghiệm X gọi ma trận tính toán Quy hoạch trực giao quy hoạch bố trí thí N x nghiệm cho ma trận X có tính chất sau: i 1 im xi j  (8.5)  j  (8.6) Trong đó: - i: số thí nghiệm - m, j: số biến thiên m, j = 0,1, …, k Khi m = xi0 =1  i nên từ (8.7) suy ra: N x i 1 i j Như ma trận X lúc có tính chất sau: - Tích vô hướng vectơ cột - Tổng phân tử cột (trừ cột 0) - Sau xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm ta cần tiến hành kiểm định lại - Phương pháp quy hoạch trực giao có ưu điểm là: 180 - Số thí nghiệm (số điểm thí nghiệm QHTG cấp 2k, cấp 2k +2k + n0 với k số biến, n0 số thí nghiệm tâm) - Tính toán gọn, đảm bảo độ xác 8.1.2 Phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai Phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai phương pháp quy hoạch thực nghiệm cấp hai thuộc vào phương pháp cấu trúc có tâm Giả sử xét ảnh hưởng k yếu tố vào thông số tối ưu hóa y, phương trình hồi quy bậc hai có dạng: y = b0  b 1 j  k j xj  b 1 j  l  k il x j xl  b 1 j  k jj x 2j (8.7) Khi kiểm định mô hình tuyến tính mô hình cấp không đầy đủ mà thấy không thích hợp việc sử dụng quy hoạch trực giao cấp không hiệu ta cần thiết bổ sung: Bổ sung 2k điểm (*) nằm trục tọa độ không gian yếu tố Các tọa độ điểm là: (±α, 0, … , 0), (0, ±α, … , 0); … ; (0, 0, … , ±α), α khoảng cách từ tâm phương án đến điểm (*), gọi cánh tay đòn Làm thêm n0 thí nghiệm tâm phương án Số thí nghiệm phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai: N = 2k + 2k + n0 (8.8) Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai k yếu tố: Bảng Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai k yếu tố Stt x0 x1 x2 … … xk + + + … … - + - + … … + + + - … … - … … … … … … … nk + - - … … - nk +1 + +α … … nk +2 + -α … … 181 … … … … … … … nk +k + 0 … … -α … … … … … … … N + 0 … … Ma trận X phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai không không trực giao, x0 x2ji > nên: N  xoix2ji ≠ 0, j = 1÷ k (8.9) x2ji x2li ≠ 0, j, l = 1÷ k; l ≠ j (8.10) i 1 N  i 1 Để trực giao hóa biểu thức (2.11) cần phải biến đổi cột ma trận, thay x2j biến x’j, tính theo công thức: x’j = x2j - x 2j = x2j – (1/N).(2k + 2a2) (8.11) Cánh tay đòn α tính theo công thức:  N k   k 1 (8.12) Sau chuyển ma trận X dạng trực giao ta tìm phương trình hồi quy tiến hành kiểm định Ưu điểm phương pháp mang lại khối lượng tính toán 8.2 Phương pháp tối ưu hóa vượt khe hướng chiếu Affine (VAF) Thuật toán VAF thuật toán ưu hóa với véctơ hướng Sk hướng chiếu Affine bước tìm kiếm bước vượt khe avk+1 Xác định bước vượt khe (BVK) Theo nguyên lý vượt khe, điểm đầu điểm cuối bước lặp nằm phía điểm cực tiểu cần tìm hàm mục tiêu xét theo hướng chuyển động Giả sử có hàm mục tiêu f(X), X € En bước lặp k + 1, xét hàm h(a): h(a) = f(Xk + aSk) Nếu hàm f(X) khả vi liên tục nơi hàm h(a) khả vi liên tục Sk hướng giảm hàm f(X) nên đạo hàm theo hướng thõa mãn điều kiện: h’ (α)|α=0 = (d/d α) f(Xk + aSk) |α=0 = < (8.13) 182 Biểu thức (8.15) có nghĩa: Tại lân cận a= hàm biến h(a) giảm theo a Nếu f(X) bị chặn h(a) bị chặn Ngoài ra, limf(X) = ∞ tồn giá trị a* thõa mãn điều kiện bước triệt để ||X||∞ α* = argmin h(α) Tức a* điểm cực tiểu địa phương hàm h(a) Như vậy, điều kiện để xác định bước vượt khe αv là: h’ (α)|α=αv > 0, h(αv) ≤ h(0) (8.14) Từ điểm đầu Xk vượt qua điểm cực tiểu theo hướng Sk, theo phương trình lặp Xk+1 = Xk + av,k+1.Sk, tới điểm cuối Xk+1 điểm cuối Xk+1 nằm sườn dốc lên khe Tức quỹ đạo tối ưu hóa vượt qua: h(α) h(0) h(αv) h(α*) α* αv Hình 8.1 Sơ đồ quỹ đạo tối ưu hóa theo phương pháp vượt khe Lòng khe không cho điểm tìm kiếm rơi vào lòng khe trước đạt tới lời giải tối ưu Để tăng tốc độ hội tụ thuật toán, ta áp dụng thêm số điều kiện khác vào điều kiện xác định BVK: a   h( v )  h( * )  b  với ∆ = h(0) – h(α*) (8.15)  *     arg h (  )  v Hệ số vượt λa λb lấy khoảng ≤ λa≤ λb≤1 Theo điều kiện xác định bước vượt khe xác định bước vượt khe cách so sánh giá trị hàm mục tiêu ba điểm liên sơ đồ sau: Bo: Chọn độ xác bước vượt khe εp > 0, thường lấy εp = 10-3 ÷ 10-5 183 Hệ số tăng trưởng bước chọn β>1, thường lấy β = 1.5 Hệ số chia khoảng < γ < 1, thường lấy γ = 0.13 Hệ số thửn ban đầu αA > 0, thường lấy αA = 0.1 Hệ số vượt λa λb lấy khoảng 0≤ λa ≤ λb≤1, ta thường chọn λa = 0, λb = 0.5 B1: Cho p1 = 0; p2 = αA tăng liên tiếp đại lượng theo nguyên tắc: p1: = p2, p2: = βp2 h(p2)≥h(p1) với h(p) = f(Xk + pSk), k = ÷ n-1 Kết nhận đoạn [p1,p2], chuyển sang B2 B2: Kiểm tra điều kiện khoảng nhỏ p2 - p1 ≤ εp điều kiện thõa mãn, có nghĩa bước vượt khe không tìm thấy độ xác cho Khi nhận αv: = p kết thúc trình Trái lại chuyển sang B3 B3: p = p1 + γ(p2 – p1) ∆ = h(0) – h(p1), chuyển sang B4 B4: Nếu h(p) - h(p1) ≥ λb∆, gán p2: = p; Nếu h(p) - h(p1) ≤ λa∆, gán p1: = p; trở lại B2 Nếu λa∆ < h(p) - h(p1) < λb∆ tìm αv: = p kết thúc trình 184 Hình 8.2 Sơ đồ tìm kiếm bước vượt khe Hướng tìm kiếm phương pháp xác định hướng chiếu Affine Hướng tìm kiếm gọi “ải tiến được” dịch chuyển theo hướng đó, với độ dài định, làm giảm giá trị hàm mục tiêu cực tiểu hóa Khi ||f(X)|| ≠, véctơ SЄEn hướng giảm hàm mục tiêu f(X) có tích vô hướng: < (8.16) Điều kiện (1.23) rằng: Góc tạo hướng chuyển động S gradien hàm mục tiêu góc tù, hay nói cách khác đi, véc tơ hướng tìm kiếm tạo với đối gradien góc nhọn Các hướng “cải tiến được” gồm: - Hướng phân giác 185 - Hướng trực giao - Hướng chiếu Affine: bước tổng quát hóa hướng vuông góc Quá trình tối ưu hóa theo thuật toán VAF bước thứ k+1 có dạng sau: Xk+1 = Xk+αv,k+1Sk, k = 0,1,2…(8.17) Ở đây: Sk hướng chiếu Affine – hướng chuyển động tựa theo đường vuông góc hình chóp tạo r anti – gradien – nhận từ bước lặp liên tiếp trước không gian tối ưu hóa n chiều Với bước lặp r tăng từ đến n Trình tự trình xác định hướng chiếu mô tả qua hình vẽ: Hình 8.3 Quá trình xác định hướng chiếu theo thuật toán VAF Quá trình cực tiểu hóa theo thuật toán VAF Bắt đầu từ điểm X0 dịch chuyển theo hướng S0 = 0 = -f(X0) đến điểm X1 với BVK αv,1 xác định theo (8.20) Lưu lại anti – gradien 0 Tại X1 tính anti – gradien 1 - 0 Xác định BVK αv,2 theo (8.7), thực dịch chuyển đến X2 theo công thức (8.24) Lưu lại anti – gradien 1 Tại X2 tính anti – gradien 2 với đỉnh X2 véc tơ 0, 1, 2 tạo thành hình chóp Dựng đường vuông góc với hình chóp xác định véctơ S2 Xác định BVK αv,3 thực trình dịch chuyển đến X3 Lưu lại véc tơ 2 Quá trình tìm kiếm theo số bước tăng dần từ (ứng với k = 0) đến n (ứng với k = 1) Chỉ lưu n véc tơ anti – gradien n bước cuối để dựng hình chóp xác định hướng tìm kiếm Quá trình thực đến thõa mãn điều kiện dừng cho Phương pháp xác định hướng chiếu Affine Sk Hướng Sk tổ hợp tuyến tính r anti – gradien biểu diễn theo công thức: r s k   i  k  j 1 , r  n, i cho i 1 r  i 1 i  (8.17) 186 Ngoài ra, Sk đường cao hình chóp cới đáy k-j - k-j+1, k = 1÷ n – 1, nên phải thõa mãn điều kiện trực giao vào công thức (1.25), ta có (r – 1) phương trình r sau:  i*  S ,  k  j   k k  j 1 i 1 r   i*  k  j 1 ,  k  j   k  j 1 0 (8.18) i 1 Với j = 0, 1, … Kết hợp biểu thức (8.16) (8.17) ta hệ r phương trình tuyến biến λi Hệ phương trình biểu diễn dạng ma trận: A.λ = b 1   , k 1   , k 1   , k r 2 k Hay là: k k 1 2 3    k 1 ,       k 1 , k k 1   k  r 1    k  k 1  k  r 1   k 1 , k r 2    đây: δk-j = k-j - k-j-1; j = 0, 1, …, r –  k  r 1 k r 2  r (8.22) Hệ phương trình với điều kiện giải phương pháp Gause Xác định nghiệm λ1, λ2,… λr thay vào công thức (8.18) ta xác định hướng tìm kiếm Sk bước k+1 8.3 Hàm mục tiêu xác định miền tối ưu thông số 8.3.1 Hàm mục tiêu cho đối tượng nghiên cứu Tối ưu hóa chế độ sấy có mục tiêu là: tìm chế độ sấy tối ưu mà ta đạt hiệu thời gian sấy ngắn, khối lượng ẩm tách đơn vị thời gian lớn nhất, chất lượng sản phẩm cao Mà chế độ sấy phụ thuộc vào thay đổi yếu tố nhiệt độ, vận tốc không khí buồng sấy, khoảng cách từ nguồn xạ tới nguyên liệu sấy, độ ẩm không khí, áp suất khí quyển, kích thước bề dày nguyên liệu…Nhưng phạm vi nghiên cứu ta nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, vận tốc không khí, khoảng cách từ nguồn xạ tới nguyên liệu, bề dày nguyên liệu điều kiện kích thước nguyên liệu, độ ẩm không khí tối ưu (50% - 60%) tiến hành máy sấy hồng ngoại kết hợp với sấy 187 lạnh Bốn yếu tố tiến hành nghiên cứu thông số định đến hàm mục tiêu trình sấy Hàm mục tiêu đối tượng nghiên cứu biểu diễn sau: W = f(ttns, vtns, hbx, dngl) 8.3.2 Miền tối ưu thông số Giá trị tối ưu thông số nhiệt độ, vận tốc không khí buồng sấy, khoảng cách từ nguồn xạ tới vật liệu sấy, bề dày nguyên liệu nằm miền giá trị định dải thông số làm việc Để hạn chế số thí nghiệm tăng độ xác kết tìm thông số tối ưu ta phân tích lý thuyết tiến hành làm thí nghiệm để xác định miền giá trị mà thông số ưu rơi vào hẹp tốt Tiến hành thí nghiệm để xác định miền tối ưu thông số ta dựa vào số đề tài nghiên cứu trước liên quan đến sấy xạ, sấy lạnh từ đưa miền nghiên cứu 188 PHỤ LỤC IX: MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU Hình 9.1 Máy đo hoạt độ nước Rotronic- Thụy Sĩ Giới hạn đo: – Nguyên tắc hoạt động: Sử dụng đầu dò cảm ứng điện môi Cùng lúc đo nhiệt độ, độ ẩm hoạt độ nước Điện thế: 3V/ Hình 9.2 Cân kĩ thuật Shimadz- Nhật Thang cân tối đa: 15kg Thang cân tối thiểu: 5g Đơn vị cân: kg, lb, g Hình 9.3 Máy đóng gói chân không TH350- Đài loan Kích thước: 850x720x900 (mm) Nguồn điện: 220/1/60( V/Ph/Hz ) Công suất bơm hút chân không: 1/2 Hp Niêm phong chiều dài: 310mm Niêm phong chân không: 330x340x120 mm Kích cỡ bao bì: 370x440x500mm 189 Hình 9.4 Máy đo độ bền kéo, nén vạn năng- Mỹ Công suất đo thử từ 1kN (100kgf) đến 100kN (10,000kgf) Cấp xác: class 0.5 ( ±0.5%) Phần mềm điều khiển máy, phân tích liệu, tạo kết báo cáo chuyên dụng Hình 9.5 Tủ sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 190 ... chân trắng công nghệ bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại có ý nghĩa thiết thực ❖ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI • Nghiên cứu tối ưu hóa trình sấy tôm thẻ chân trắng công nghệ bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại giúp... thành đề tài Nghiên cứu tối ưu hóa trình sấy tôm thẻ chân trắng Việt Nam công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại , em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực Phẩm,... lý thiết bị sấy bơm nhiệt kết hợp xạ hồng ngoại 38 Hình 2.7 Sơ đồ quy trình tổng quát sản xuất tôm thẻ chân trắng sấy 41 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung sấy tôm thẻ chân trắng 43