Tối ưu hóa quá trình lọc ép bã thải rắn

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 34 - 38 (2004)<br /> <br /> <br /> <br /> Tèi u hãa qu¸ tr×nh läc Ðp b· th¶i s¾n<br /> §Õn Tßa so¹n 2-1-2003<br /> L©m Tr©n Vò1, §Ëu ThÕ Nhu1, NguyÔn Minh TuyÓn2<br /> 1<br /> Phßng C«ng nghÖ chÕ biÕn, ViÖn C¬ ®iÖn n«ng nghiÖp ViÖt Nam<br /> 2<br /> Bé m«n Hãa häc, Tr-êng §¹i häc X©y Dùng H4 Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> Two statistical mathematical models of the filtration - press process of cassava residue<br /> are obtained in this publication. The optimum parameters for this process is described<br /> by the negotiating method.<br /> <br /> <br /> I - §Æt vÊn ®Ò biÕn nh sau:<br /> - VËn tèc b¨ng t¶i läc v, ký hiÖu l4 X1.<br /> Muèn ®¸nh gi¸ møc ®é ¶nh h ëng cña tõng<br /> yÕu tè trong sù t¸c ®éng qua l¹i gi÷a chóng, - §é d4y líp b@ v4o v¾t h, ký hiÖu l4 X2.<br /> còng nh t×m ph ¬ng ¸n phèi hîp tèi u c¸c - Lùc Ðp trªn l« Ðp thø nhÊt F1, ký hiÖu l4 X3.<br /> yÕu tè ®ã cÇn ph¶i thiÕt lËp c¸c m« t¶ thèng kª<br /> - Lùc Ðp trªn l« Ðp thø hai F2, ký hiÖu l4 X4.<br /> ®a biÕn.<br /> - Lùc Ðp trªn l« Ðp thø ba F3, ký hiÖu l4 X5.<br /> Sau khi nghiªn cøu lý thuyÕt v4 thùc<br /> nghiÖm ®¬n yÕu tè, chóng t«i lùa chän c¸c Møc v4 kho¶ng biÕn thiªn cña c¸c th«ng sè<br /> th«ng sè ® a v4o nghiªn cøu thùc nghiÖm ®a trong b¶ng 1.<br /> B¶ng 1. Møc v4 kho¶ng biÕn thiªn cña c¸c th«ng sè<br /> Th«ng sè v (m/s h (mm) F1 (kN) F2 (kN) F3 (kN)<br /> Møc biÕn thiªn Ký hiÖu X1 X2 X3 X4 X5<br /> Møc sao d íi -2 0,2 4 1,0 3,0 7,0<br /> Møc d íi -1 0,3 5 1,1 3,25 7,5<br /> Møc c¬ së 0 0,4 6 1,2 3,5 8<br /> Møc trªn +1 0,5 7 1,3 3,75 8,5<br /> Møc sao trªn +2 0,6 8 1,4 4,0 9<br /> Møc biÕn thiªn 0,1 1 0,1 0,25 0,5<br /> <br /> M@ hãa c¸c yÕu tè ¶nh h ëng theo c¸c c«ng F2 3,5 F3 8<br /> x 44 =<br /> X , x 55 =<br /> X .<br /> thøc: 0,25 0,5<br /> v 0,4 h 6 F 1,2<br /> X1 = , X2 = , X3 = 1 , Hai h4m môc tiªu l4 ®é Èm sau khi Ðp läc<br /> 0,1 1 0,1 WS v4 ®é gi@n ngang Z cña b@ sau Ðp läc ký hiÖu<br /> <br /> 34<br /> l4 YW v4 YZ . mçi thÝ nghiÖm ® îc l¾p l¹i 3 lÇn. Ma trËn kÕ<br /> Thùc nghiÖm ®a yÕu tè theo kÕ ho¹ch bËc ho¹ch thùc nghiÖm v4 kÕt qu¶ tr×nh b4y ë<br /> hai hçn hîp t©m xoay rót gän víi 32 thÝ nghiÖm, b¶ng 2.<br /> <br /> B¶ng 2: Ma trËn thÝ nghiÖm ®a yÕu tè v4 kÕt qu¶ thÝ nghiÖm<br /> TT X1 X2 X3 X4 X5 YW , % YZ , mm<br /> 1 -1 -1 -1 -1 +1 58,863 39,3<br /> 2 +1 -1 -1 -1 -1 71,082 43,9<br /> 3 -1 +1 -1 -1 -1 70,025 41,9<br /> 4 +1 +1 -1 -1 -1 70,427 52,2<br /> 5 -1 -1 1 -1 -1 60,452 44,6<br /> 6 +1 -1 1 -1 +1 62,948 63,9<br /> 7 -1 +1 1 -1 +1 60,518 51,0<br /> 8 +1 +1 1 -1 -1 69,933 59,0<br /> 9 -1 -1 -1 1 -1 59,759 40,7<br /> 10 +1 -1 -1 1 +1 63,033 50,2<br /> 11 -1 +1 -1 1 +1 61,507 56,9<br /> 12 +1 +1 -1 1 -1 70,232 58,3<br /> 13 -1 -1 1 1 +1 51,577 55,67<br /> 14 +1 -1 1 1 -1 63,846 65,98<br /> 15 -1 1 1 1 -1 61,757 61,55<br /> 16 1 1 1 1 1 64,197 81,67<br /> 17 -2 0 0 0 0 56,128 44,4<br /> 18 -2 0 0 0 0 69,090 65,51<br /> 19 0 -2 0 0 0 56,637 55,75<br /> 20 0 2 0 0 0 65,973 70,04<br /> 21 0 0 -2 0 0 68,640 40,8<br /> 22 0 0 2 0 0 61,253 65,42<br /> 23 0 0 0 -2 0 67,967 43,11<br /> 24 0 0 0 2 0 60,954 62,34<br /> 25 0 0 0 0 -2 69,114 48,83<br /> 26 0 0 0 0 +2 60,505 61,0<br /> 27 0 0 0 0 0 63,037 58,54<br /> 28 0 0 0 0 0 63,122 58,42<br /> 29 0 0 0 0 0 63,131 58,4<br /> 30 0 0 0 0 0 63,163 58,37<br /> 31 0 0 0 0 0 63,142 58,45<br /> 32 0 0 0 0 0 63,140 58,47<br /> <br /> 35<br /> II - X¸c ®Þnh m« h×nh thiÕt kÕ m« t¶ + 0,315 X1X5 + 0,214 X2X5 + 0,216 X4X5 + 0,423 X52.<br /> sù phô thuéc cña ®é Èm v2o c¸c 5. Ph ¬ng tr×nh håi quy d¹ng thùc<br /> yÕu tè ¶nh h5ëng<br /> WS = 471,335 - 7,23 v - 12,7 v2 + 6,383 h - 5,8 vh<br /> 1. KiÓm tra sù ®ång nhÊt ph ¬ng sai - 161,12 F1 + 12,5 vF1 - 1,17 hF1 + 45,72 F12<br /> Sù ®ång nhÊt ph ¬ng sai cña c¸c sè liÖu thÝ - 73,727 F2 + 5,44 vF2 + 0,48 hF2 + 8,48 F1F2<br /> nghiÖm ® îc kiÓm tra theo tiªu chuÈn Kohren, + 5,373 F22 - 43,26 F3 + 6,3 vF3 + 0,427 hF3<br /> kÕt qu¶ tÝnh trªn m¸y tÝnh:<br /> + 0,65 F1F3 + 1,728 F2F3 + 1,692 F32.<br /> Tiªu chuÈn Kohren Gtt = 0,0777<br /> BËc tù do m = 32 6. Ph ¬ng tr×nh chÝnh t¾c cña m« h×nh<br /> BËc tù do n-1=2 To¹ ®é cña ®iÓm ®Æc biÖt S l4:<br /> Tiªu chuÈn tra b¶ng theo møc ý nghÜa X 1s= 65,921, X s2 = 45,882, X s3 = 16,943,<br /> p = 0,05 v4 c¸c bËc tù do trªn cho G b = X s4 = 2,537, X s5 = 15,473.<br /> 0,2313.<br /> V4 gi¸ trÞ h4m t¹i ®iÓm S l4 YWS = -19;57639.<br /> Gtt < Gb tøc ph ¬ng sai ë c¸c thÝ nghiÖm l4<br /> ®ång nhÊt, ta cã thÓ ph©n tÝch xö lý sè liÖu. C¸c hÖ sè chÝnh t¾c:<br /> B11 = -0,6557, B22 = 0,0123, B33 = 0,0123,<br /> 2. KiÓm tra møc ý nghÜa cña c¸c hÖ sè ph ¬ng<br /> tr×nh håi quy theo tiªu chuÈn Student B44 = 0,2403, B55 = 0,4418.<br /> D¹ng chÝnh t¾c cña bÒ mÆt h4ng môc tiªu l4:<br /> Tiªu chuÈn Student tra b¶ng Tb = T0,05; 64 = 1,67. ~ ~<br /> YW + 19,576 = 0,6557 X 12 + 0,0123 X 32<br /> HÇu hÕt c¸c hÖ sè ®Òu cã nghÜa v× trÞ tuyÖt ~ ~ ~<br /> ®èi c¸c chuÈn sè Student Ttt > Tb. + 0,0123 X 22 + 0,240 X 24 + 0,441 X 52 .<br /> <br /> 3. KiÓm tra sù t ¬ng hîp cña m« h×nh to¸n C¸c hÖ sè cña ph ¬ng tr×nh chÝnh t¾c trªn<br /> kh«ng cïng dÊu nªn bÒ mÆt biÓu diÔn h4m YW cã<br /> theo chuÈn Fisher<br /> d¹ng yªn ngùa, gi¸ trÞ tèi u cña h4m n»m ë biªn<br /> Theo kÕt qu¶ xö lý sè liÖu tr×nh b4y phô lôc cña miÒn thùc nghiÖm. Ngo4i ra ta cßn thÊy t©m<br /> 6a cña mÆt quy ho¹ch n¨m ngo4i miÒn thùc nghiÖm.<br /> - Ph ¬ng sai lÆp S 2b = 0,01088<br /> III - X¸c ®Þnh m« h×nh thèng kª m«<br /> - Ph ¬ng sai d S 2a = 0,00692<br /> t¶ sù phô thuéc cña ®é GI9n<br /> - Sè bËc tù do f1 = 11, f2 = 64<br /> ngang cña b9 läc Ðp v2 c¸c<br /> - Tiªu chuÈn Fisher Ftt = 0,6361 yÕu tè ¶nh h5ëng<br /> - Tiªu chuÈn tra b¶ng Fb = 3,15<br /> 1. KiÓm tra ®ång nhÊt ph ¬ng sai cña c¸c sè<br /> Ftt < Fb tøc m« h×nh t ¬ng hîp.<br /> liÖu thÝ nghiÖm theo tiªu chuÈn Kohren<br /> 4. Ph ¬ng tr×nh håi quy m« t¶ ®é Èm b· läc Theo kÕt qu¶ xö lý tiªu chuÈn Kohren Gtt =<br /> Ðp phô thuéc c¸c th«ng sè v8o 0,0777.<br /> Sau khi xö lý sè liÖu v4 kiÓm tra qua c¸c BËc tù do m = 32; bËc tù do n - 1 = 2.<br /> b íc trªn ta cã ph ¬ng tr×nh thùc nghiÖm d¹ng Tiªu chuÈn tra b¶ng víi møc ý nghÜa p =<br /> m@ m« t¶ quan hÖ gi÷a ®é Èm b@ sau läc Ðp phô 0,05 l4 Gb = 0,2313.<br /> thuéc v4o c¸c th«ng sè:<br /> So s¸nh víi Gtt: Gtt = 0,0777 < Gb = 0,2313.<br /> YW = 63,121 + 3,215 X1 - 0,127 X12 + 2,321 X2<br /> Nh vËy ph ¬ng sai ë c¸c thÝ nghiÖm l4<br /> - 0,58 X1X2 - 0,453 X22 - 1,853 X3 + 0,125 X1X3<br /> ®ång nhÊt v4 cã thÓ coi c êng ®é nhiÔu l4 æn<br /> - 0,117 X2X3 + 0,457 X32 - 1,765 X4 + 0,136 X1X4 ®Þnh khi thay ®æi c¸c th«ng sè trong thÝ nghiÖm,<br /> + 0,12 X2X4 + 0,212 X3X4 + 0,336 X42 - 2,115 X5 ta cã thÓ ph©n tÝch v4 xö lý sè liÖu tiÕp theo.<br /> <br /> 36<br /> 2. KiÓm tra tÝnh cã ý nghÜa cña c¸c hÖ sè h ëng. KÕt qu¶ gi¶i ta cã:<br /> ph ¬ng tr×nh håi quy X* = (X1* = 18,05; X2* = 0,511; X3* = 12,104;<br /> TÝnh cã nghÜa c¸c hÖ sè ph ¬ng tr×nh håi X4* = 8,687; X5* = 10,578).<br /> quy ® îc kiÓm tra theo tiªu chuÈn Student. Gi¸ trÞ cña h4m t¹i t©m mÆt quy ho¹ch:<br /> Tiªu chuÈn Student tra b¶ng: Tb = T0,05;64 = Yz* = 181,41724.<br /> 1,67.<br /> TÊt c¶ c¸c hÖ sè ®Òu cã ý nghÜa, v× trÞ tuyÖt 6. Ph ¬ng tr×nh chÝnh t¾c<br /> ®èi chuÈn sè Student cña chóng ta Ttt ®Òu lín KÕt qu¶ tÝnh cho ta c¸c hÖ sè chÝnh t¾c:<br /> h¬n gi¸ trÞ tra b¶ng Tb.<br /> B11 = - 1,9620, B22 = - 0,1881, B33 = - 1,042,<br /> 3. KiÓm tra sù t ¬ng hîp cña m« h×nh B44 = - 1,3617, B55 = - 1,5426.<br /> Sau khi kiÓm tra tÝnh cã nghÜa cña c¸c hÖ Ph ¬ng tr×nh chÝnh t¾c l4:<br /> sè, ta cã ph ¬ng tr×nh håi quy d¹ng m@ ~ ~<br /> YZ 181,417 = 1,962 X 12 0,1882 X 22<br /> YZ = 58,4363 + 5,313 X1 - 0,866 X12 + 3,532 X2 ~ ~ ~<br /> 1,042 X 32 1,3617 X 24 1,5426 X 52 (6)<br /> - 1,12 X1X2 - 1,119 X22 + 6,126 X3 + 1,137 X1X3<br /> + 0,125 X2X3 - 1,328 X32 + 4,814 X4 + 1,218 X2X4 NhËn xÐt: C¸c hÖ sè cña ph ¬ng tr×nh chÝnh<br /> + 0,223 X3X4 - 1,423 X42 + 3,051 X5 + 0,538 X1X5 t¾c (6) kh«ng cïng dÊu thÓ hiÖn, bÒ mÆt h4m l4<br /> d¹ng minimax, gi¸ trÞ tèi u cña h4m n»m ë<br /> + 0,326 X2X5 + 0,331 X3X5 + 0,182 X4X5 - 0,875 X52.<br /> biªn cña miÒn thùc nghiÖm, t©m h×nh n»m<br /> Víi: ngo4i miÒn thùc nghiÖm.<br /> - Ph ¬ng sai lÆp S2b = 0,04115<br /> - Sè bËc tù do f2 = 64 IV - Gi¶i b2i to¸n tèi 5u b»ng ph5¬ng<br /> - Sè bËc tù do f1 = 11 ph¸p th5¬ng l5îng cã ®iÒu kiÖn<br /> - Ph ¬ng sai d Sa = 0,02048 Sau chØ tiªu c¬ b¶n cã tÝnh môc ®Ých l4 ®é<br /> - ChuÈn Fisher tÝnh to¸n Ftt = 0,4976 Èm b@ sau läc Ðp WS th× n¨ng suÊt m¸y l4 chØ<br /> - ChuÈn Fisher tra b¶ng Fb = F0,05; f1; f2 = 2,27 tiªu quan träng ®øng thø hai. Hai chØ tiªu trªn<br /> th êng m©u thuÉn víi nhau, muèn gi¶m dé Èm<br /> So s¸nh: Ftt = 0,4976 < Fb = 2,27. b@ läc Ðp WS th× ph¶i gi¶m tèc ®é b¨ng t¶i läc v<br /> Nh vËy m« h×nh trªn t ¬ng hîp, ta cã thÓ v4 gi¶m ®é d4y líp b@ Ðp h, trong khi ®ã muèn<br /> dïng nã ®Ó ph©n tÝch ¶nh h ëng cña c¸c th«ng t¨ng n¨ng suÊt m¸y th× ph¶i t¨ng vËn tèc b¨ng<br /> sè v4o tíi h4m môc tiªu. t¶i läc v4 t¨ng ®é d4y líp b@ cung cÊp. Tuy<br /> nhiªn, t¨ng vËn tèc v4 t¨ng ®é d4y líp b@ v4o sÏ<br /> 4. Ph ¬ng tr×nh håi quy d¹ng thùc l4m t¨ng ®é gi@n ngang cña b@ ra hai bªn mÐp<br /> Z = -449,571 - 146,653 v - 86,57 v2 - 29,182 h b¨ng t¶i l4m gi¶m bÒ réng l4m viÖc hiÖu dông<br /> - 11,2 h + 1,119 h2 + 242,841 F1 + 113,7 vF1 cña b¨ng t¶i v4 do ®ã l4m gi¶m n¨ng suÊt m¸y.<br /> Tãm l¹i viÖc t¨ng n¨ng suÊt m¸y bÞ giíi h¹n bëi<br /> + 1,25 hF1 - 132,81 F12 + 114,064 F2 + 32,492 vF2 ®é Èm sau läc Ðp v4 ®é gi@n ngang cña b@. V×<br /> + 4,872 hF2 + 8,92 F1F2 - 22,77 F22 + 40,869 F3 vËy x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè tèi u cho m¸y läc<br /> + 0,651 hF3 + 6,62 F1F3 + 1,456 F2F3 - 3,501 F32 Ðp b@ s¾n ë ®©y l4 x¸c ®Þnh chÕ ®é sao cho n¨ng<br /> (5) suÊt m¸y ®¹t tèi u trong giíi h¹n hîp lý bëi ®é<br /> Èm v4 ®é gi@n ngang cña b@ läc Ðp.<br /> 5. T©m cña bÒ mÆt quy ho¹ch ViÖc gi¶i to¸n n4y thùc hiÖn trªn ch ¬ng<br /> T©m cña bÒ mÆt quy ho¹ch l4 ®iÓm ®Æc biÖt tr×nh OPT cña ViÖn C¬ ®iÖn n«ng nghiÖp theo<br /> chÝnh l4 ®iÓm dõng (*) cña h4m môc tiªu ® îc ph ¬ng ph¸p h4m hîp.<br /> x¸c ®Þnh b»ng c¸ch gi¶i hÖ ph ¬ng tr×nh ®¹o Cô thÓ néi dung cña b4i to¸n l4 t×m Xi sao<br /> h4m riªng cña h4m môc tiªu theo c¸c yÕu tè ¶nh cho h4m n¨ng suÊt q ®¹t lín nhÊt, ®ång thêi<br /> <br /> 37<br /> tháa m@n hai ®iÒu kiÖn l4 ®é Èm b@ sau läc Ðp 2,88 m3/h × 1,045 kg/m3 = 3,009 tÊn/h.<br /> WS 60% v4 ®é gi@n ngang Z 50 mm.<br /> H4m n¨ng suÊt l4: V - KÕt luËn<br /> q = (0,4 + 0,1X1) (6 + X2).10-3, m3/s. Nhê thiÕt lËp ® îc hai m« h×nh to¸n häc<br /> ë ®©y q l4 n¨ng suÊt tÝnh theo thÓ tÝch b@ thèng kª v4 gi¶i b4i to¸n th ¬ng l îng chóng<br /> nguyªn liÖu trªn mét ®¬n vÞ bÒ réng b¨ng t¶i t«i ®@ x¸c ®Þnh ® îc c¸c th«ng sè tèi u cho<br /> qu¸ tr×nh läc Ðp b@ th¶i s¾n.<br /> läc.<br /> KÕt qu¶ gi¶i b4i to¸n tèi u trªn cho thÊy C«ng bè ®-îc sù hç trî cña Ch-¬ng tr×nh<br /> trong hai giíi h¹n trªn, h4m n¨ng suÊt ®¹t cùc nghiªn cøu c¬ b¶n trong lÜnh vùc khoa häc tù<br /> ®¹i qmax = 2,1 .10-3 m3/s t¹i: nhiªn.<br /> Gi¸ trÞ m@ Gi¸ trÞ thùc T2i liÖu tham kh¶o<br /> X1 = 0,1365 v = 0,41362 m/s 1. NguyÔn Minh TuyÓn, Ph¹m V¨n Thiªn. Kü<br /> X2 = -0,829 h = 5,171 mm thuËt hÖ thèng c«ng nghÖ hãa häc, tËp I.<br /> X3 = -1,3998 F1 = 1,06 kN NXB Khoa häc v4 Kü thuËt, H4 Néi (2001).<br /> X4 = 1,1575 F2 = 3,878 2. §Ëu ThÕ Nhu. Ch ¬ng tr×nh xö lý thùc<br /> X5 = 1,7774 F3 = 8,777 kN nghiÖm øng dông trong c¬ giíi hãa n«ng<br /> nghiÖp, B¸o c¸o khoa häc ViÖn C¬ ®iÖn<br /> Víi m« h×nh thÝ nghiÖm cã bÒ réng b¨ng t¶i n«ng nghiÖp (1996).<br /> = 500 mm v4 bÒ réng líp b@ cÊp b = 400 mm 3. Ph¹m V¨n Lang, B¹ch Quèc Khang. C¬ së lý<br /> th× gi¸ trÞ n¨ng suÊt trªn trong mét giê l4: thuyÕt quy ho¹ch thùc nghiÖm v4 øng dông<br /> Q = 2,1 × 10-3 × 0,40 × 3600 = 2,88 m3/h. trong kü thuËt n«ng nghiÖp. Nh4 xuÊt b¶n<br /> Víi khèi l îng riªng b@ s¾n ít 80% l4: N«ng nghiÖp, H4 Néi (1998).<br /> 1,045 kg/m3 (1,045 tÊn/m3) th× n¨ng suÊt theo 4. L©m TrÇn Vò. LuËn ¸n TiÕn sü, ViÖn C¬ ®iÖn<br /> khèi l îng b@ nguyªn liÖu v4o v¾t l4: n«ng nghiÖp, H4 Néi (2003).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 38<br />