(Luận văn thạc sĩ) 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

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của thầy hướng dẫn và tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
Người nghiên cứu

Nguyễn Văn Sự

iii


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, học trị kính gửi lời cảm
ơn chân thành và sâu sắc đến:
 Thầy TS. Phạm Văn Tấn - thầy hướng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ
dạy, tạo điều kiện và động viên học trị trong suốt q trình thực hiện.
 Thầy Th.S Vũ Công Khanh - thầy hướng dẫn và giúp đỡ tận tình trong q trình
thiết kế thí nghiệm và bố trí thí nghiệm.
 Q thầy, cơ, nhân viên ở Phân Viện Cơ Điện NN và Công Nghệ Sau Thu Hoạch
đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí các thiết bị để thí nghiệm đề tài này
 Q thầy, cơ giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học trò và các thành
viên trong lớp Cao học chuyên ngành Cơ Khí Máy khóa 2013 – 2015 trong tồn
bộ khố học.
 Q thầy, cơ giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phịng Đào tạo – bộ phận
sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ
người thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
 Kính gửi lời cảm ơn BGH trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trường được học tập và nghiên
cứu.

Kính chúc Q thầy, cơ dồi dào sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Học viên

Nguyễn Văn Sự

iv

năm 2016


TĨM TẮT
Luận văn “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm để xác định chế
độ sấy tầng sơi phù hợp cho phương pháp “sấy 2 giai đoạn” đối với lúa” được thực
hiện tại Phân Viện Cơ Điện Nông nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch và Trường đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, trong thời gian từ tháng 03 năm 2015
đến tháng 03 năm 2016 với kết quả được tóm tắt như sau:
Trên cơ sở phân tích một số ưu, nhược điểm của một số phương pháp sấy và loại
máy sấy đang hoạt động trong thực tế sản xuất, công nghệ sấy 2 giai đoạn kết hợp máy
sấy tầng sôi giai đoạn đầu sau đó là ủ và tiến hành sấy tĩnh vỉ ngang ở giai đoạn cuối
cùng đã được đề xuất. Mục tiêu của đề tài là chế tạo ra một mơ hình hệ thống sấy gồm
sấy tầng sôi, bin ủ lúa và máy sấy tĩnh vỉ ngang để phục vụ thí nghiệm “sấy 2 giai đoạn”
đối với lúa. Sau đó, mơ hình này được dùng để xác định chế độ sấy tầng sôi tối ưu nhất
ở giai đoạn 1 và thời gian ủ phù hợp giữa hai giai đoạn sấy, nhằm nâng cao hiệu quả sấy
và đảm bảo chất lượng của lúa gạo..
Mơ hình được tính tốn, thiết kế và chế tạo đã đáp ứng được các yêu cầu nghiên
cứu của đề tài. Nó có thể đo được các thơng số của tác nhân sấy như nhiệt độ sấy, thời

gian sấy, vận tốc tác nhân sấy, và điều chỉnh được các mức nhiệt độ sấy khác nhau để
đáp ứng các yêu cầu của thí nghiệm sấy. Hai biến số độc lập đầu vào có ảnh hưởng lớn
đến độ ẩm và tỉ lệ rạn nứt hạt sau khi sấy là nhiệt độ sấy tầng sôi T (0C) và thời gian lưu
hạt trong cột sấy tầng sơi t (phút). Trên cơ sở phân tích một số kết quả nghiên cứu đã
có, đề tài đã chọn hai biến số phụ thuộc đầu ra là độ ẩm và tỉ lệ rạn nứt của hạt sau khi
sấy tầng sôi. Đề tài cũng đã xác định được miền giới hạn của các biến số độc lập trong
thiết kế thí nghiệm như thời gian sấy từ 1 ÷ 5 phút, và nhiệt độ sấy từ 50 ÷ 70 0C, để xác
định các giá trị tối ưu của chúng.
Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, đã xác định được các mơ hình thống
kê và các chế độ sấy tầng sơi tối ưu nhất. Mơ hình thống kê biểu diễn sự ảnh hưởng của
nhiệt độ sấy tầng sôi (T) và thời gian sấy tầng sôi (t) đến độ ẩm của lúa sau khi sấy (Wb)
bằng phương trình sau: Wb = 55.1453 - 2.31516t - 0.907946T + 0.229375t2 +
0.00650003T2. Bên cạnh đó, mơ hình thống kê biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy
tầng sôi (T) và thời gian sấy tầng sôi (t) đến tỉ lệ rạn nứt của hạt sau khi sấy (τ) bằng
v


phương trình sau: τ = -10.8249 + 1.87386t + 0.314807T - 0.0289063t2 - 0.02075t.T 0.00178126T2. Kết quả tính tốn tối ưu hoá đã xác định được chế độ sấy tầng sôi tối ưu
là: Thời gian sấy tầng sôi t = 2,9 phút, và nhiệt độ sấy tầng sôi là T = 64 0C; và thời gian
ủ tối ưu sau khi sấy tầng sôi là 80 phút. Độ ẩm của lúa sau khi sấy tầng sôi đạt được là
Wtư = 18,95 % và tỉ lệ rạn nứt hạt là τ = 3,35%. Chế độ làm việc tối ưu của sấy tầng sôi
được đảm bảo khi vận tốc tác nhân sấy v = 2,3 m/s và độ ẩm của lúa đầu vào > 22%wb.

vi


ABSTRACT
The study on "Research, design and manufacture of an experimental drying
system in order to determine an optimal fluidized-bed drying regime in the two-stage
drying method for raw paddy” was carried out at the Sub-Institute of Agricultural

Engineering and Post-Harvesting Technology (SIAEP) and HCMC University of
Technology and Education from March of 2015 to March of 2016. It obtained results as
follows:
Based on analyses of advantages and dis-advantages of several drying methods
and types of the dryers operating in the practical rice production, a two-stage drying
technology for paddy was proposed. It was a combination of fluidized bed drying in the
first stage and flat-bed drying in the final stage after a short stage tempering of the paddy.
The objective of the study is to fabricate a drying system model including a fluidized
bed dryer, a tempering bin and a flat-bed dryer for the two-stage drying experiment on
paddy. Then, the model was used to determine an optimal regime for the fluidized bed
dryer in the first drying stage, and a proper time period for tempering between the two
drying stages. It was to increase the drying efficiency and ensure the rice quality.
The model was calculated, designed and manufactured in accordance with the
requirements of the study. It can measure parameters of the drying medium such as
drying temperature, drying time, velocity of the drying medium, and vary different
levels of the drying temperature to meet requirements of the drying experiment. Two
independent variables influencing greatly to moisture content and fissure percentage of
paddy after drying are drying temperature T (oC) and residence time of the grains in the
fluidized bed column, t (minute). Based on analysis of the previous research results, two
dependent variables being moisture content and fissure percentage of the paddy after
fluidized bed drying were choosen. Besides, boundary values of the independent
variables such as drying temperature and time were also determined to find out their
optimal values. These boundary values were from 1 to 5 minutes for the drying time,
and from 50oC to 70oC for the drying temperature of the fluidized bed dryer.
By experimental planning methods, a statistical model and an optimal drying
regime in the fluidized bed dryer were determined. The statistical model characterized
vii


effects of the drying temperature (T) and the drying time (t) on the moisture content of

paddy after fluidized bed drying (Wb) by the following equation: Wb = 55.1453 2.31516t - 0.907946T + 0.229375t2 + 0.00650003T2. In addition, a statistical model
described effects of the drying temperature (T) and the drying time (t) on the fissure
percentage of the paddy after fluidized bed drying (τ) by the following equation: τ = 10.8249 + 1.87386t + 0.314807T - 0.0289063t2 - 0.02075t.T - 0.00178126T2. By
optimization method, an optimal drying regime of the fluidized bed dryer was
determined as follows: Optimal drying time and drying temperature were t = 2.9
minutes and T = 64oC, respectively; and optimal tempering time after fluidizaed bed
drying was 80 minutes. Moisture content of the paddy after fluidized bed drying was
Wtu = 18.95%wb and fissure percentage of the paddy was τ = 3.35 %. The optimal drying
regime of the fluidized bed dryer was ensured when velocity of the drying medium v =
2.3 m / s and initial moisture content of the raw paddy> 22%wb.

viii


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

Diễn giải

q

Năng suất máy

kg/s

M

Khối lượng mẫu

Kg/mẫu

G1

Khối lượng mẫu lúa sấy

Kg/mẫu

G2

Khối lượng lúa sau khi sấy

kg

W

Lượng ẩm bốc hơi

Kg/kg kkk

t

Thời gian sấy

s

T0

Nhiệt độ môi trường

0

C

T1

Nhiệt độ tác nhân sấy vào

0

C

T2

Nhiệt độ tác nhân sấy ra

0

C

RH

Ẩm độ tương đối của khơng khí

%

lo

Lượng khơng khí cần thiết

kgkk/kg ẩm

Q

Nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi kg ẩm kJ/kg ẩm
trong q trình sấy

I

Nhiệt lượng có ích

kJ/kg ẩm

dtd

Đường kính danh nghĩa của lúa

m



Thời gian sấy lý thuyết

s

F

Diện tích tác dụng của nhiệt độ

m2

t

Chênh lệch nhiệt độ giữa TNS và VLS

o

p

Trở lực của hệ thống sấy

mmH2O

Nquạt

Công suất quạt

kW

Gv

Khối lượng không khí cung cấp

kg/h

x1

Giá trị mã hóa thời gian sấy

phút

ix

C


x2

Giá trị mã hoá nhiệt độ sấy

0

x3

Giá trị thời gian ủ

phút

y1

Hàm ẩm độ đầu ra

%

y2

Hàm tỉ lệ rạn nứt hạt

%

Ρ

Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau khi xay xát

%

x

C


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải

TNS

Tác nhân sấy

ĐBSCL

Đồng bằng sơng Cửu Long

TL

Tỉ lệ

QTS

Q trình sấy

QHTN

Quy hoạch thực nghiệm

VLS

Vât liệu sấy

SL

Sản lượng

MHS

Mơ hình sấy

BQSTH

Bảo quản sau thu hoạch

TĐN

Trao đổi nhiệt

DT

Diện tích

xi


GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
“Vụ Đơng - Xn”: Vụ lúa mà thời điểm gieo hạt vào tháng 11-12 hàng năm và
thời điểm thu hoạch vào khoảng tháng 3-4 của năm sau. Tùy theo từng loại giống nhưng
thông thường cây lúa trong mùa này có thời gian sinh trưởng 105 ÷ 110 ngày.
“Vụ Hè - Thu”: Vụ lúa mà thời điểm gieo hạt vào khoảng tháng 4-5 hàng năm và
thời điểm thu hoạch vào khoảng tháng 7-8 của năm kế tiếp. Tùy theo từng loại giống
nhưng thông thường cây lúa trong mùa này có thời gian sinh trưởng 90 ÷ 95 ngày.
“Gạo lứt”(hay còn gọi là gạo lật): Gạo sau khi đã được bóc phần vỏ trấu bên
ngồi của hạt lúa.
“Gạo trắng”: Phần còn lại của gạo lứt sau khi đã tách bỏ một phần hoặc tồn bộ
cám và phơi.
“Gạo thơm”: Gạo có hương thơm đặc trưng của từng giống lúa.
“Gạo nguyên”: Hạt gạo có chiều dài lớn hơn 8/10 chiều dài trung binh của hạt
gạo (theo TCVN).
“Tấm”: Hạt gạo gãy và có chiều dài từ 2,5/10 đến 8/10 chiều dài trung bình của
hạt gạo (theo TCVN).
“Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên”: Tỉ số giữa khối lượng gạo nguyên thu được sau khi

xay xát và khối lượng lúa khô khi đưa vào xay xát tại độ ẩm 14%.
“Bồ” (lu): Là thiết bị dự trữ lúa được làm bằng tre hình trụ.
“Tác nhân sấy”: Những mơi chất dùng trong q trình trao đổi nhiệt-ẩm với vật
liệu sấy.

xii

MỤC LỤC

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................... i
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ iii
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iv
TÓM TẮT ......................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU ................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... xi
MỤC LỤC BẢNG...................................................................................................... xvi
MỤC LỤC HÌNH ẢNH............................................................................................ xvii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Các phương pháp làm khô và các đặc tính ảnh hưởng đến lúa gạo ..............4
1.2.1. Các đặc tính chất lượng của lúa gạo ...............................................................4
1.2.2. Các yếu tố sau thu hoạch ảnh hưởng đến chất lượng lúa gạo ........................5
1.2.3. Các phương pháp làm khô lúa sau thu hoạch ở ĐBSCL ................................8
1.3. Một số kết quả nghiên cứu quá trình “sấy 2 giai đoạn” trong và ngồi nước
....................................................................................................................................14
1.3.1. Một số kết quả nghiên cứu nước ngoài.........................................................14
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước ..............................................................16
1.3.3. Phương pháp “sấy 2 giai đoạn” kết hợp giữa sấy tầng sôi và sấy tháp ........17
1.4. Nghiên cứu bản chất của quá trình “sấy 2 giai đoạn” ...................................19
1.4.1. Cơ sở lý luận của sấy tầng sôi ......................................................................22
1.4.2. Cở sở khoa học sấy tỉnh vĩ ngang giai đoạn 2 ..............................................25
xiii


1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy .......................................................26
1.5. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .......................................................................27

1.6. Ý nghĩa của đề tài:.............................................................................................28
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................29
2.1. Tính tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình sấy tầng sơi .......................................29
2.1.1. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................29
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................30
2.2. Thí nghiệm xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp trong phương pháp
“sấy 2 giai đoạn“ đối với lúa ...................................................................................31
2.2.1. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................31
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................39
3.1. Tính tốn các thơng số cơng nghệ sấy .............................................................39
3.1.1. Chọn chế độ sấy ............................................................................................40
3.1.2. Tính lượng ẩm cần bốc hơi ...........................................................................40
3.1.3. Tính tốn q trình sấy lý thuyết ..................................................................41
3.1.4. Tính tốn q trình sấy thực tế .....................................................................44
3.1.5. Hiệu suất nhiệt bị sấy....................................................................................47
3.2. Thiết kế mơ hình sấy tầng sơi ...........................................................................49
3.2.1. Tính tốn các thiết bị chính ..........................................................................50
3.2.2. Xác định tốc độ làm việc tới hạn ..................................................................51
3.2.3. Tốc độ tác nhân trong tầng sơi ......................................................................51
3.2.4. Diện tích buồng sấy ......................................................................................52
3.2.5. Tính tốn bộ trao đổi nghiệt..........................................................................52
3.2.6. Tính tốn quạt ...............................................................................................53
3.2.7. Tính cyclone .................................................................................................55
xiv


3.3. Chế tạo mơ hình sấy tầng sơi............................................................................56
3.3.1. Quạt ly tâm....................................................................................................57
3.3.2. Bộ trao đổi nhiệt ...........................................................................................57

3.3.3. Ống sấy .........................................................................................................58
3.3.4. Tủ điều khiển ................................................................................................58
3.3.5. Thảo luận về thiết kế và chế tạo mơ hình .....................................................59
3.4. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................59
3.4.1. Xây dựng bài tốn hộp đen cho thí nghiệm 1 ...............................................59
3.4.2. Phát triển bài tốn hộp đen ...........................................................................60
3.4.3. Lập mơ hình thống kê bậc II .........................................................................61
3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay sát ...........67
3.4.5. Thảo luận về kết quả thực nghiệm ................................................................69
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………………...70
3.5. Kết luận ..............................................................................................................70
3.6. Đề nghị................................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………….69
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………………..71

xv


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1 Những yêu cầu của máy sấy lúa ở ĐBSCL .....................................................2
Bảng 1.2 Tổn thất lúa gạo trong và sau thu hoạch của các nước ....................................2
Bảng 1.3 Độ ẩm yêu cầu của lúa đối với các mục đích và thời hạn sử dụng khác nhau 6
Bảng 3.1 Bảng cân bằng nhiệt ......................................................................................48
Bảng 3.2 Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box –Hunter .......................62
Bảng 3.3 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm ..................................................62
Bảng 3.4 Kết quả khảo nghiệm tại chế độ tối ưu của tác nhân sấy tầng sôi ...............67
Bảng 3.5 Kết quả thời gian ủ ảnh hưởng đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau xay xát ....68

xvi

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Dùng ánh nắng mặt trời để phơi lúa ...............................................................8
Hình 1.2 Nguyên lý sấy lúa tĩnh vỉ ngang ......................................................................9
Hình 1.3 Máy sấy tĩnh vỉ ngang 8 tấn/mẻ .....................................................................11
Hình 1.4 Máy sấy vỉ ngang đảo chiều ..........................................................................11
Hình 1.5 Máy sấy tháp tuần hồn 30t/mẻ .....................................................................12
Hình 1.6 Hệ thống sấy tầng sơi – tháp ........................................................................12
Hình 1.7 Hiện tượng chảy tuần hồn khơng đền trong tháp sấy ..................................12
Hình 1.8 Thiết bị sấy tầng sơi .......................................................................................12
Hình 1.9 Mơ hình thí nghiệm của Ibrahim ...................................................................16
Hình 1.10 Mơ hình sấy tầng sơi thí nghiệm ĐH Nơng Lâm TP. HCM ........................16
Hình 1.11 Hệ thống thiết bị “sấy 2 giai đoạn” tầng sôi và tháp ...................................18
Hình 1.12 Đường đặc tính sấy 2 giai đoạn ...................................................................20
Hình 1.13 Ba trạng thái mơ tả tầng sơi ........................................................................22
Hình 1.14 Trạng thái "sơi phập phồng" trong cột sấy ………………………………..21
Hình 1.15 Các trạng thái "pha" trong sấy tầng sơi ……………………………………22
Hình 1.16 Quan hệ giữa áp suất và vận tốt trong sấy tầng sơi ………………………..22
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế thí nghiệm ..............................................................................32
Hình 3.1 Cấu tạo mơ hình sấy tầng sơi theo mẻ ...........................................................50
Hình 3.2. Các kích thước Cyclone ................................................................................56
Hình 3.3 Mơ hình sấy tầng sơi thí nghiệm....................................................................56
Hình 3.4 Quạt ly tâm.....................................................................................................57
Hình 3.5 Bộ trao đổi nhiệt ...........................................................................................57
xvii


Hình 3.6 Ống sấy tầng sơi .............................................................................................58
Hình 3.7 Tủ điện điều khiển ........................................................................................58
Hình 3.8 Mơ hình hộp đen ............................................................................................61

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ đến độ ẩm của lúa sau
khi sấy tầng sơi ..............................................................................................................63
Hình 3.10 Đồ thị quan hệ Wb – .....................................................................................64
Hình 3.11 Đồ thị quan hệ Wb – t – T dạng phẳng.......................................................64
Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ sấy đến tỉ lệ rạn nứt
của lúa sau khi sấy tầng sơi ...........................................................................................65
Hình 3.13 Đồ thị quan hệ giữa .....................................................................................66
Hình 3.14 Đồ thị quan hệ giữa .....................................................................................66
Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên ..69

xviii


1. CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1. 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 tồn 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 (7075%; 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 cịn ở tất cả các
khâu sau đó như bảo quản, xay xát và chế biến lúa gạo. Trong khi đó, làm khơ 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 khơng 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


Bảng 1.1 Những yêu cầu của máy sấy lúa ở ĐBSCL
Các chỉ tiêu được yêu cầu

STT

01

Sấy nhanh để chống nảy mầm trong

Số người yêu cầu

Thứ tự quang

(%)

trọng

40

1

29

2

bảo quản.
02

Sấy được chất lượng tốt (đồng đều
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 lị sấy khơng đủ đáp
ứng, nơng 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 1.2). 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.
Bảng 1.2 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

3

2 – 10

0,6

13,7

10 – 37

3,9 – 5,6

Xay xát chế biến
Tổng cộng

(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 khơ đến độ ẩm
14% chỉ trong vịng khơng q 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 cịn 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 khơ
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 mơ 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 mơ hình “sấy 2 giai đoạn” trong đó sử sụng sấy tầng
sơi 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.
1.2. Các phương pháp làm khơ và các đặc tính ảnh hưởng đến lúa gạo

1.2.1. 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 cịn ảnh hưởng đến chất lượng của q 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 mơi 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 vịng một ngày, nấm mốc sẽ xuất hiện sau hai ngày và chuyển sang màu vàng
trong vịng 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 ngồi: nhìn thấy được qua cảm quan (màu sắc, mùi vị), tỉ lệ
tấm (gạo 5%, 10%, 15%, 20%... tấm). Chất lượng lúa gạo được đánh giá theo 4 tiêu chí:
- Hình thức bên ngồi 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


1.2.2. 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 q muộn ngồi việc lúa q chín dễ rụng, lúa lúc này cịn có
độ ẩm của hạt q 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
khơng 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 thơng thường. Lúa có thể làm khô tự nhiên hoặc
phương pháp nhân tạo đúng theo kỹ thuật. (Dữ liệu từ quá trình khảo sát các nhà máy
xay xát ĐBSCL).
- 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. Tuy nhiên, do khâu phơi sấy không tốt nên lúa thường
không đạt ẩm độ tiêu chuẩn, khi xay xát khơng chỉ hao hụt nhiều mà cịn làm giảm tỷ lệ
chính phẩm, tăng tỷ lệ thứ phẩm và phụ phẩm (trong đó, tỷ lệ gạo nguyên hạt chỉ khoảng
40%).
- Đảm bảo chất lượng của hạt trong bảo quản bởi vì tập quán dự trữ lương thực
tại Đồng bằng Sông Cửu Long là dự trữ gạo với thời hạn bình quân 3 – 6 tháng nên cần

5


một độ ẩm phù hợp. Đồng thời có thể dự trữ bằng lúa bảo quản lâu dài hơn (1 – 2 năm)
nên làm khô là rất cần thiết.
Bảng 1.3 Độ ẩm yêu cầu của lúa đối với các mục đích và thời hạn sử dụng khác nhau
Độ ẩm (%)

Mục đích và thời gian bảo quản
Bảo quản hơn 1 năm

<9
9 – 13

Bảo quản từ 8 – 12 tháng
Độ thu hồi gạo trong xay xát cao nhất

14
14 – 18

Bảo quản tạm thời từ 2 – 3 tuần

>18

Hư hỏng hạt rất nhanh
(Nguồn: Gummert & Rickman, 2009)

- Hạn chế tổn thất sau thu hoạch do tập quán chế biến gạo tại ĐBSCL, nơi cung
cấp tuyệt đại bộ phận lương thực hàng hóa có đặc điểm cơ bản là xay xát qua hai lần:
lần 1, lúa được xay xát ra gạo xô tại những nhà máy nhỏ gắn liền với các vùng lúa; sau

đó, gạo xơ tiếp tục được xử lý lần 2 (đánh bóng, tách tấm, phối trộn và đóng gói) để cho
ra gạo trắng thành phẩm tại các nhà máy lớn tọa lạc ở các đầu mối giao thương có điều
kiện giao thơng thuận lợi (trên bến, dưới thuyền) như Thốt Nốt, Cần Thơ hoặc Cái Bè,
Tiền Giang...
Bảo quản lúa đúng phương pháp và kỹ thuật
Mơi trường bảo quản có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng bảo quản. Nhiệt
độ và độ ẩm của mơi trường bảo quản càng cao thì chất lượng bảo quản càng giảm. Tốc
độ biến màu của gạo tăng tuyến tính với sự tăng độ ẩm của hạt và tăng theo hàm mũ với
nhiệt độ của nó.
Thơng thường thóc sẽ được đóng trong bao PP, túi có khối lượng 40-50 kg được
chất chồng dưới một mái che. Hoặc bà con nông dân trữ trong các lu “bồ”, thùng phuy
hay qy cót tre nhưng dẫu vậy mơi trường bảo quản ln phải được cách ẩm, thơng
thống. Ngun liệu nhiễm ẩm trong thời gian dài sẽ khiến cho hạt kém phẩm chất, khó
khăn trong q trình xay xát do khó bóc vỏ hơn và tỉ lệ đớn nát lại tăng vì khả năng chịu
lực của hạt lại giảm.
6


Tăng hàm ẩm cho nguyên liệu mặc dù khi làm ẩm hạt sẽ bị nứt nhưng nhờ tác
dụng của nhiệt độ, khi hấp protid bị biến tính, tinh bột bị hồ hóa tạo thành dextrin là chất
có độ dính cao, nó sẽ gắn các vết nứt của hạt lại. Sau khi sấy khô về độ ẩm bảo quản,
nội nhũ của hạt trở nên vững chắc hơn vì thế khi xay xát ít bị gãy nát, giảm tỷ lệ đớn nát
cho gạo thành phẩm.
Quá trình xay xát tại các nhà máy
Với đặc thù trên, do hiện tại nhà máy chưa trang bị thiết bị sấy lúa nên khi nhập
nguyên liệu, bộ phận thủ kho phải phân loại dùng máy đo độ ẩm từng bao. Lúa đạt độ
ẩm ≤ 14% mới đưa vào dự trữ từ 2-3 tháng, còn lại phải đưa vào xay xát chế biến ngay.
Quá trình nhập kho trên đã nảy sinh một số vấn đề sau:
- Lượng lúa có độ ẩm đạt yêu cầu dự trữ chiếm tỉ lệ thấp, khơng đạt kế hoạch đề
ra. Q trình đo độ ẩm trên cơ sở lấy mẫu nên dễ sai sót do tình trạng mua gom của tiểu

thương dẫn đến tình trạng lúa nhập kho sau thời gian dự trữ mặc dù đã qua kiểm tra
nhƣng khi đưa vào xay xát, gạo vẫn có hạt bị điểm vàng làm giảm phẩm chất gạo do độ
ẩm không đồng đều.
- Lượng lúa có độ ẩm lớn hơn 14% chiếm tỉ lệ cao, sau khi xay xát đã tạo áp lực
đến việc tiêu thụ sản phẩm do thời gian tạm trữ không cho phép kéo dài (dưới 01 tháng),
gạo dễ bị chuyển màu và giảm phẩm chất, giảm giá gây ảnh hưởng đến hiệu quả kinh
doanh.
ĐBSCL hiện nay, do tập quán về chế biến lúa gạo đang tiếp tục một “quy trình
ngược”, bất hợp lý của cơng đoạn sau thu hoạch. Đó là thu hoạch, làm khô sơ bộ, xay
lứt lúa ở độ ẩm cao tại một địa điểm, vận chuyển (và chứa tạm từ 1-7 ngày), xát trắnglau bóng ở một địa điểm khác, sấy gạo hạ độ ẩm đến 14%, bảo quản tạm gạo trắng (dưới
3 tháng) chờ tiêu thụ. Ngoài những nhược điểm gây tổn thất về số lượng và chất lượng
do làm khô sơ bộ cho lúa không đạt yêu cầu và xay xát lúa ở độ ẩm cao, do rơi vải, chuột
và sâu bọ; thay vì sấy và bảo quản lúa (dễ hơn) bằng những công nghệ tốt hơn, quy trình
này lại sấy và bảo quản gạo (khó hơn nhiều) nhưng lại sử dụng phương tiện kỹ thuật thô
sơ hơn.
Hệ quả là phẩm chất gạo bị giảm (do gạo qua sấy), cám gạo sinh ra trong xay xát
chế biến (chiến từ 8-11% khối lượng lúa) từ quá trình xay xát lúa có độ ẩm cao cũng có
chất lượng rất thấp, bị biến màu và biến mùi do lượng dầu trong cám có độ ẩm cao bị
7


oxy hố nghiêm trọng trong đặc điểm mơi trường khí hậu có nhiệt độ và độ ẩm cao.
Cám gạo trong quy trình này khó có thể sử dụng làm thức ăn tốt cung ứng cho ngành
công nghiệp chế biến thức ăn chăn ni gia súc và gia cầm.
Ngồi ra, “quy trình ngược” này cũng khơng giúp cho việc tận dụng lượng trấu
sinh ra (chiếm 20 - 22% khối lượng lúa) trong xay xát lúa mà phải sử dụng các dạng
nguyên liệu khác như than đá, dầu DO....với giá cao hơn để sấy gạo do địa điểm xay lứt
thường tách rời với địa điểm xát trắng - sấy gạo.
1.2.3. Các phương pháp làm khô lúa sau thu hoạch ở ĐBSCL
a. Phương pháp làm khơ tự nhiên

Chỉ trơng chờ vào gió, nhiệt năng trực tiếp hay gián tiếp từ mặt trời. Phương pháp
này ít tốn kém, đầu tư thấp, đựơc đa số nơng dân áp dụng vì dễ dàng sử dụng cơng lao
động nhàn rỗi trong gia đình, nhưng lại phụ thuộc vào thời tiết khí hậu, diện tích sân bãi.
Có hai cách làm khô tự nhiên:
+ Phương pháp phơi nhanh.
Lúa phơi dưới ánh nắng mặt trời trong nền nhiệt khơng khí từ 36 - 380C. Nhiệt
độ sân phơi (Sân xi măng, sân gạch có thể lên đến 60 - 700C). Kết quả là nhiệt độ hạt
lúa có thể lên đến 500C và nước bên trong hạt không đủ thời gian khuếch tán ra ngoài,
làm cho hạt gạo bị nứt nẻ. Khi xay xát cho tỉ lệ gạo gãy nát cao. Sử dụng cách này chỉ
cần phơi lúa từ 8 - 9 giờ sáng đến 4 - 5 giờ chiều trong 2 - 3 ngày nắng tốt là có thể xay
xát được.
Lúa được phơi thành từng luống, mỗi luống cao 10-15cm, rộng 40-50 cm và cứ
nửa tiếng cào đảo một lần theo các hướng khác nhau.

Hình 1.1. Dùng ánh nắng mặt trời để phơi lúa
8


+ Phương pháp phơi lâu.
Phương pháp này đòi hỏi thời gian phơi dài hơn, tốn công lao động hơn nhưng
bù lại gạo khi xay xát ít gãy nát hơn. Lúa được phơi thành từng luống như trên nhưng
ngày đầu tiên chỉ phơi dưới ánh nắng mặt trời 2 giờ, ngày thứ hai phơi 3 giờ, ngày thứ
ba phơi 4 giờ. Khoảng 15 phút các luống được cào đảo một lần theo các hướng khác
nhau. Mỗi ngày sau khi phơi cần đóng lúa và để vào nơi thống mát, các ngày sau tiếp
tục phơi cho đến khi lúa đạt độ ẩm thích hơp cho xay xát và tạm trữ là 14%.
Ưu điểm: Khơng tốn chi phí năng lượng, sử dụng nguồn năng lượng mặt trời làm
khô lúa.
Nhược điểm: Phụ thuộc vào thời tiết, không chủ động được trong khâu làm khô.
Cần có mặt bằng để phơi lúa như sân xi măng, nền…Đồng thời với kiểu phơi lúa truyền
thống này chi phí nhiều công lao động nhưng độ ẩm đồng điều của lúa không quản lý

được. Độ ẩm không đạt đến được độ ẩm để xay xát thu hồi gạo nguyên. Hình thức phơi
lúa này có q nhiều tạp chất và khơng vệ sinh.
b. Phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang
Sự phát triển máy sấy lúa ở Việt Nam bắt đầu từ chiếc máy sấy tĩnh vỉ ngang đầu
tiên do Đại Học Nông Lâm lắp ở Sóc Trăng năm 1982, đến 1990 ĐBSCL có khoảng
300 máy, một nửa ở Sóc Trăng; đến 1996 có khoảng 1500 máy, nhưng phân bố khơng
đều theo lãnh thổ: gần 60% số máy ở Kiên Giang (350 máy), Sóc Trăng, và Cần Thơ-

Hình 1.2 Ngun lý sấy lúa tĩnh vỉ ngang
Hậu Giang. Đến cuối 1996, các máy này sấy được khoảng 9% lúa hè - thu ở ĐBSCL.
Máy sấy tĩnh vỉ ngang là loại máy sấy lúa phổ biến nhất ở ĐBSCL nguyên lý
được thể hiện (Hình 1.2), có cấu tạo gồm một buồng sấy hình hộp có hốc, lò đốt cấp
nhiệt và một quạt sấy. Tuỳ theo cấu tạo mà ta có thể đảo chiều dịng khí sấy. Lúa được
rãi đều trên buồng sấy và dùng khối khơng khí nóng đi xun qua lớp lúa để sấy khô.
9