Tài liệu đồ án MAY NGHIEN BUA CHO LUA

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề 1.1.1 Nguyên liệu trong chế biến thức ăn hiện nay Lúa là một trong những loại cây lương thực quan trọng của nước ta và thế giới, lúa gạo có giá trị dinh dưỡng cao, chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của người dân. Bên cạnh vai trò cung cấp lương thực cho con người, lúa còn là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc và vật nuôi, cây lúa còn là nguồn xuất khẩu dồi dào, cung cấp lương thực cho các nước khác. Nếu năm 2005, tổng diện tích lúa là 7329 nghìn ha, đến năm 2008 đã tăng lên 7400 nghìn ha và năm 2013 diện tích lúa cả nước là 7899 nghìn ha, năng suất 558 tấn/ha, sản lượng đạt trên 44706 nghìn tấn. Đất nước ta với nền nông nghiệp vững mạnh luôn đảm bảo nguồn cung lương thực cho quốc gia và cho xuất khẩu. Ở Việt Nam, hiện nay giá một kg lúa khô giao động từ 4.900 – 5.300 đồng. Theo Cục Chăn nuôi thì chỉ riêng trong năm 2011, chúng ta đã nhập khẩu xấp xỉ 8,9 triệu tấn nguyên liệu TĂCN gồm: 3,86 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu năng lượng (ngô, lúa mì, bột mì), 4,76 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu đạm (đậu tương, khô dầu các loại, bột cá, bột thịt xương…) và 0,9 triệu tấn nguyên liệu thức ăn bổ sung (premix, khoáng, axit amin…). Dự kiến năm 2020 nhu cầu sử dụng TĂCN cả nước sẽ lên đến con số 27,4 triệu tấn. Có ai ngờ rằng, Việt Nam, một cường quốc xuất khẩu gạo vào loại nhất nhì thế giới nhưng lại nhập khẩu một lượng ngô, đậu tương… khổng lồ về để chế biến TĂCN (trên dưới 3 tỉ USD/năm). Người ta tính tiền thu về từ gạo bán đi rồi mua lại nguyên liệu chế biến TĂCN gần như tương đương nhau. Đây thực sự là một nghịch lý cần có sự thay đổi, càng sớm càng tốt. Muốn vậy chúng ta phải từng bước có kế hoạch chủ động tổ chức và hình thành các vùng sản xuất nguyên liệu TĂCN. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 1 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Nguyên liệu TĂCN không nhất thiết hoàn toàn phải là ngô, lúa mì mà thay vào đó là lúa gạo cũng rất tốt. Từ suy nghĩ trên, chúng tôi đề nghị Bộ NN-PTNT cùng các nhà khoa học sớm có chủ trương và khuyến cáo bà con nông dân sử dụng lúa gạo dư thừa trong sản xuất để phát triển chăn nuôi thay vì bán lúa gạo giá rẻ cho nước ngoài rồi lại mua ngô, lúa mì… về sản xuất TĂCN trong nước. Làm như vậy thì bao giờ nông dân ta mới khấm khá lên được? 1.1.2. Vai trò của nghiền thức ăn trong chăn nuôi Với vật nuôi được ăn các loại thức ăn được nghiền nát và nấu chín sẽ được bổ sung thêm chất xơ và vitamin. Các chất này giúp vật nuôi tiêu hóa và hấp thụ thức ăn tốt hơn, tăng khả năng miễn dịch. Đặc biệt vật nuôi sẽ lớn nhanh và chất lượng thịt tốt hơn so với vật nuôi chỉ dùng thức ăn khô tổng hợp. Qua nghiên cứu thực tế cho thấy rằng thức ăn được nghiền nhỏ sẽ giúp vật nuôi dễ tiêu hóa hơn, thì mức độ tăng trọng hàng ngày sẽ tăng từ 15% - 19% so với thức ăn nghiền to. 1.1.3. Tầm quan trọng của máy nghiền Trong chế biến thức ăn hay nhiều lĩnh vực chế biến khác thì việc nghiền nhỏ vật liệu là khâu rất quan trọng quyết định đến quy trình công nghệ. Vì vậy việc trang bị máy nghiền trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng. Việc nghiền nhỏ vật liệu giúp giảm thể tích vật liệu dễ dự trữ vận chuyển và bảo quản giảm được chi phí năng lượng trong các quy trình chế biến đòi hỏi phải nghiền nhỏ trước khi đưa vào sản xuất. 1.2. Cách giải quyết vấn đề trong xã hội 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong nước Ở nước ta, máy nghiền chủ yếu được nhập từ Liên Xô và Trung Quốc trang bị cho các nông trường quốc doanh dùng để nghiền nông sản chế biến thức ăn chăn SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 2 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo nuôi. Trên cơ sở những mẫu máy này chúng ta đã cải tiến, cải tạo lại phù hợp với điều kiện sản xuất đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng trong các ngành khác. Hiện nay, máy nghiền nước ta được nhập về từ nhiều hãng nhiều nước khác nhau, chúng khá đa dạng về chủng loại và mẫu mã nhưng giá rất cao. Cũng có máy nghiền do chúng ta tự chế tạo nhìn chung làm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụi nhiều ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động, chi phí năng lượng riêng cao hơn so với máy nhập ngoại. Năm 1976, Uỷ ban Nông nghiệp Trung ương đã tổ chức khảo nghiệm bình chọn các mẫu máy nghiền tốt để giới thiệu, phổ biến áp dụng vào trong sản xuất và qua đó tập trung chế tạo hàng loạt, đó là: - Máy nghiền búa NB-60 (Nhà máy cơ khí 15 Ninh Bình): Năng suất nghiền 500 -600 kg/h, công suất động cơ 14 kW. - Máy nghiền đá ND-500 (nhà máy cơ khí 29 Thái Bình): Năng suất nghiền 400 - 500 kg/h. - Máy nghiền NG-72 hay ND-Q02 (Tổng cục hậu cần, sau khi bình tuyển giao cho Cơ khí Hà Tây chế tạo): Năng suất nghiền 200 - 300 kg/h, công suất động cơ 7,5 kW. Từ đó cho đến nay các mẫu máy liên tục được nghiên cứu, cải tiến, chế tạo nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy nghiền, giảm chi phí năng lượng riêng, đó là: - Viện Thiết kế máy Nông nghiệp (Bộ Cơ khí và Luyện kim): đã nghiên cứu cải tiến máy nghiền ND-500A và ND-500B đưa năng suất lên cao để lắp đặt vào dây chuyền chế biến thực phẩm 0,5 - 1 tấn/h. - Viện Cơ điện nông nghiệp: Thiết kế cải tạo máy nghiền NB-60 đi với cyclon lắng bột ứng dụng vào dây chuyền chế biến thực phẩm 1 tấn/h. Thiết kế chế tạo máy nghiền NT - 02 với tấm đập đứng để hạn chế hiện tượng lưu chuyển và phân ly của nguyên liệu trong buồng nghiền giảm chi phí năng lượng riêng; năng suất 250 – 300 kg/h; công suất động cơ 7 kW. Các mẫu máy nghiền từ đó được phổ biến, tham gia vào mạng lưới chế biến thực phẩm, đáp ứng được nhu cầu sản xuất. Vì được nghiên cứu kỹ về lý thuyết kết hợp với thực tế ứng dụng trong sản xuất ở Việt Nam được tham khảo các mẫu máy nhập ngoại đang sử dụng trong nước nghiên cứu mẫu máy mới có khả năng làm việc SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 3 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo rộng hơn, các thông số thiết kế được lựa chọn phù hợp hạn chế một phần nào nhược điểm của máy nghiền cũ, giảm được 5 - 10% chi phí năng lượng riêng. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trên thế giới Trên thế giới, máy nghiền đã được nghiên cứu chế tạo từ rất sớm. Đầu tiên nó được dùng trong ngành địa chất để nghiền quặng, sau đó là chế biến nông sản và ứng dụng trong các ngành khác. Năm 1830 lần đầu tiên trên thế giới, Schitkojozef giáo sư viện hàng lâm địa chất Budapest đã đề xuất lý thuyết nghiền phương pháp kiểm tra, công làm vỡ hạt và chi phí năng lượng riêng. Trên thế giới máy nghiền được sử dụng rộng rãi trong chế biến nông sản và chế biến thực phẩm tiêu dùng. Ở các nước phát triển, với trình độ khoa họa kỹ thuật cao, để đáp ứng nhu cầu chế biến thực phẩm phục vụ cho xã hội, máy nghiền được nghiên cứu kỹ cả phần lý thuyết và các mẫu đem ứng dụng vào trong sản xuất, được cơ khí hóa tự động hóa để nâng cao hiệu quả công việc và hiệu quả cho người sử dụng. Ví dụ như: - Máy nghiền bột 9FH-1000 wood crusher, năng suất 2000 - 4000 kg/h, công suất 45 kW, xuất xứ Trung Quốc. - Máy nghiền búa Hammer Crusher M-4, năng suất 9 tấn/h, công suất 15 kW, xuất xứ Nga 1.3. Cách giải quyếết vấến đếề đặt ra Từ những công dụng của việc nghiền nhỏ thức ăn để phục vụ chăn nuôi đã trình bài ở trên, thì ở nước ta cũng có một số trường Đại học kỹ thuật và các công ty trong nước cũng như ngoài nước đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều loại máy nghiền khác nhau cũng đã đáp ứng được một phần của nhu cầu này. Nói chung máy nghiền ở nước ta và các máy nghiền được nhập ở nhiều nước có rất nhiều chủng loại và mẩu mã khác nhau, nhưng nhìn chung làm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụi nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, chi phí năng lượng cao so với các máy nhập ngoại. Ngoài ra vấn đề giá cả, khả năng bảo dưỡng, bảo trì, chế độ làm việc, quy trình công nghệ khép kín là vấn đề rất quan trọng khi ta quyết định sử dụng và lắp đặt mấy nghiền. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 4 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Từ những vấn đề trên chúng ta cần hướng đến tính toán thiết kế một sản phẩm máy nghiền ưu Việt hơn để cung cấp thức ăn cho ngành chăn nuôi và cụ thể là tính toán thiết kế máy nghiền búa cho lúa năng suất 1075 kg/h. CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Khái niệm nghiền Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử nhỏ hơn, nghĩa là ngoại lực tác động đễ phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử của nó. Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như tạo thành nhiều bề mặt mới. 2.2. Lý thuyết nghiền 2.2.1. Các phương pháp đập nghiền cơ bản Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu. - Va đập: Vật liệu chuyển động va chạm với nhau hoặc vật liệu nằm trên một bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm nó vỡ ra. - Mài: Là do tác dụng của lực ma sát với tác dụng của lực làm vật liệu bị nghiền nhỏ (Thường là chuyển động ngược chiều). - Trượt: Có 2 hình thức là cắt và bổ, vật liệu bị đập và bị cắt đứt (thường theo phương ngang hoặc thẳng đứng). - Ép: Vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng dần cho đến khi nó bị vỡ ra. 2.2.2. Yêu cầu kỹ thuật của máy nghiền Máy nghiền có các yêu cầu kỹ thuật như sau: - Ít tạo ra bụi bột (vì khi con vật ăn sống sẽ kém đồng hóa dịch vị, kém tiêu hóa, bụi bột dễ bay gây lãng phí và mất vệ sinh cho người phục vụ...) SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 5 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo - Không làm bột quá nóng, nhiệt độ bột sau khi nghiền không quá 400C. - Nghiền được nhiều loại thức ăn. - Điều chỉnh được độ nghiền to, nhỏ, phù hợp với từng loại vật nuôi. - Có thể nghiền với độ ẩm tới 19 – 20%, ít ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng nghiền, đỡ khâu phơi sấy lại nguyên liệu để lâu trong kho. - Có năng suất cao (hiện nay nước ta cần tới mức 1 – 2 t/h) và mức tiêu thụ năng lượng riêng thấp (trong các khâu chế biến, việc nghiền thức ăn tốn năng lượng nhất, mức thiêu thụ năng lượng riêng hiện nay tốn khoảng trên 12 kWh/t). - Cần có bộ phận thu tạp chất rắn (kim loại, đá sỏi). - Phải bền vững, dễ sử dụng và châm sóc, ổn định, ít run, ít bụi bậm. 2.2.3. Cơ sở vật lý của quá trình nghiền Nghiền là quá trình phân chia vật thể thành các mảnh vụn bằng các lực cơ học trong đó các bộ phận làm việc của máy phải khắc phục được lực liên kết phân tử của các phân tử vật thể kết quả là tạo ra trên bề mặt mới. Bằng kết quả nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học kết hợp với phương tiện đo đạc tiên tiến đã đi đến kết luận. Muốn phá vỡ vật thể phải dùng ngoại lực tác dụng sao cho thắng được ứng suất bền của vật thể (ứng suất nén). Khi đó vật thể chịu biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo (có thể từ từ hay đột ngột) và cuối cùng bị phá vỡ. Mặc dù ứng suất phá vỡ có thể theo một hướng nhưng lại gây cho vật thể hiện tượng nén ở nhiều hướng. Khi đó ngoại lực tác dụng gây nên sóng chấn động làm rạn nứt vật thể. Để vật thể vỡ phải tạo cho sóng chấn động truyền qua hết vật thể theo chiều tác động của lực và tốc độ truyền sóng bằng tốc độ âm thanh. Khi vật thể không phá vỡ mà bị nứt thì do lực hút phân tử, các vết nứt khép lại. Muốn tiếp tục phá vỡ thì phải tốn thêm năng lượng để khắc phục lực hút phân tử giữa chúng. 2.2.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền vỡ vật thể Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc và nhiều ngành công nghiệp khác thường tiến hành quá trình nghiền nhỏ vật liệu từ các khối lớn, và các hạt thành dạng bột thô, vừa hoặc bột mịn. Nếu ta gọi kích thước trung bình của các khối vật SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 6 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo liệu, các loại hạt trước khi đem nghiền là D và kích thước trung bình của bột thành phẩm sau khi nghiền là d thì có thể phân loại các mức nghiền theo bảng 1.1. Kích thước, mm Mức nghiền Nghiền: Thô Trung bình Nhỏ Nghiền bột: To Vừa Mịn Rất mịn D d 1000 – 200 250 – 50 50 – 25 250 - 40 40 - 10 10 - 1 5–1 0,2 – 0,04 0,1 – 0,04 0,1 - 0,04 0,1 - 0,04 0,015 - 0,005 0,005 - 0,001 0,001 Bảng 2.1. Bảng phân loại mức nghiền Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong các máy nghiền là nhờ các lực cơ học. Có thể phân loại các dạng tác dụng cơ học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiền. Tùy theo kết cấu của từng loại máy nghiền mà lực phá vỡ vật liệu đem nghiền có thể là lực nén, ép, chẻ, bẻ, cắt, xẻ, chẻ, ép, trượt, va đập hoặc do một vài dạng lực trên cùng tác dụng đồng thời. Công nghiền không chỉ phụ thuộc vào loại lực tác dụng, kết cấu máy và các cơ cấu truyền động mà còn phụ thuộc vào cơ lý tính của vật liệu đem nghiền như: độ cứng, độ ẩm, tính chất của vỏ hạt. Công nghiền dùng để khắc phục các lực liên kết giữa các phần tử của vật liệu đem nghiền, các lực ma sát giữa vật liệu với nhau, giữa vật liệu với các cơ cấu nghiền và ma sát của các bộ phận chuyển động trong máy. 2.2.4.1. Các thuyết về nghiền Thuyết bề mặt của P. Rv. Ritingơ nêu ra với nội dung: công dùng cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với bề mặt mới hình thành của vật liệu đem nghiền. Giả thiết rằng cục vật liệu đem nghiền có hình lập phương, kích thước ban đầu là D, sau khi được nghiền nhỏ vẫn có hình dạng lập phương với kích thước d và trong quá trình nghiền không có hao tổn vật liệu ở dạng bụi nhỏ. Nếu gọi tỉ số D/d = i là mức độ nghiền (theo kích thước dài) thì số cục sản phẩm Z thu được sau khi nghiền sẽ tỉ lệ bậc ba với mức độ nghiền: SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 7 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Zd3 = D3 (187 – [3]) D3 Z = 3 = i3 d Vậy Bề mặt một cục vật liệu trước khi nghiền có kích thước D là: F1 = 6D2 Tổng bề mặt cục sản phẩm sau khi nghiền (d) từ một cục vật liệu ban đầu là: F2 = 6zd2 = 6i3d3 = 6. F2 = 6( D3 2 .d d3 D )D2 = 6iD2. d Vậy tổng bề mặt mới được tạo ra sau quá trình nghiền đập là: F = F2 – F1 = 6iD2 – 6D2 = 6D2(i – 1). Thuyết thể tích: Do V. N. Kirpitrev đề ra và được kiểm tra bằng thực nghiệm với nội dung như sau: Công cần thiết để phá vỡ vật liệu tỉ lệ thuận với độ biến đổi thể tích của vật liệu. Nó được xác định như công làm biến dạng vật liệu khi bị nén (hoặc kéo) theo định luật Hook trong sức bền vật liệu, nghĩa là: A2 = σ 2 ΔV , 2E Trong đó: (N.cm) (188 – [3]) - Giới hạn bền nén (kéo) của vật liệu, N/cm2 E - Modun đàn hồi của vật liệu, N/cm2 - Hiệu số thể tích của vật liêu trước và sau khi nghiền = D 3 – d3 , (cm3) Cả hai thuyết trên chưa thật hoàn toàn phù hợp với thực tế. Thuyết bề mặt thích hợp với nghiền nhỏ và mịn còn thuyết thể tích còn thuyết thể tích phù hợp với nghiền thô và vừa. Thuyết thể tích và bề mặt: Theo viện sĩ P. A Rebinđe công nghiền gồm công làm biến dạng vật liệu và công tạo ra bề măt mới: A = A2 + A1 = + 6ArD2(i – 1), (N.cm) (189 – [3]) Các công thức tính công của ba thuyết nghiền nêu trên điều được áp dụng trong thực tế sản xuất vì nó mang tính chất lý thuyết và sẽ được hiệu chỉnh qua thực SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 8 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo nghiệm. Điều đó chứng tỏ quá trình nghiền thực chất rất phức tạp bao gồm nhiều quá trình biến đổi xử lý của vật liệu trong khi nghiền. 2.2.4.2. Các chu trình nghiền Tùy theo tính chất của vật liệu đem nghiền như kích thước, độ cứng, độ dẻo quánh và yêu cầu công nghệ của sản phẩm sau nghiền như cỡ hạt sản phẩm, mức độ đồng đều, năng suất, chi phí năng lượng, mà người ta có thể tiến hành quá trình nghiền theo một trong các chu trình nghiển sau đây: Chu trình hở: Ở chu trình này, nguyên liệu gồm nhiều cỡ kích thước khác nhau được đưa qua sàng phân loại để thu được cỡ nguyên liệu khá đồng đều nhằm tăng hiệu suất của máy nghiền. Sau khi nghiền ở máy người ta thu ngay sản phẩm mà không yêu cầu tiếp tục phân loại nữa. Do vậy, độ đồng đều của sản phẩm không cao nhưng năng lượng tiêu hao nhỏ. Hình 2.1. Chu trình nghiền hở Chu trình kín: Nguyên liệu được đưa trực tiếp vào máy nghiền. Bột sản phẩm ra khỏi máy được đưa qua thiết bị phân loại như máy sàng, máy rây, để phân loại sản phẩm theo cỡ hạt yêu cầu. Số hạt to được thiết bị phân loại tách riêng và tiếp tục đưa qua máy nghiền cùng nguyên liệu mới. Ở chu trình kín thì cỡ sản phẩm đồng đều hơn nhưng năng suất máy không cao và chi phí năng lượng cũng cao hơn. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 9 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Hình 2.2. Chu trình nghiền kín Chu trình kép: Với chu trình kép, sản phẩm ra khỏi máy nghiền được đưa trở lại bộ phận nạp liệu rồi cùng nguyên liệu mới qua thiết bị phân loại. Bột sản phẩm đạt kích thước theo yêu cầu được lấy ra, phần còn to được đưa nghiền lại. Chu trình kép thường dùng khi yêu cầu mức độ nghiền lớn như nghiền bột, đòi hỏi năng lượng tiêu hao lớn và thường lắp hai máy nghiền nối tiếp để thực hiện chu trình này. Tùy theo quy trình công nghệ mà có thể dùng quy trình nghiền khô hay nghiền ướt. Với mõi quy trình đều có ưu và nhược điểm riêng, ưu điểm chính của quy trình nghiền khô là lượng vật liệu của các cơ cấu nghiền được mày mòn chỉ vào khoảng 1/5 so với nghiền ướt. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 10 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Hình 2.3. Chu trình nghiền kép 2.2.5. Máy nghiền búa Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa là do sự va đập của các búa vào vật liệu, sự chà xát của vật liệu với búa và với thành trong của vỏ máy. Các hạt vật liệu nhỏ lọt qua tấm lưới phân loại được quạt hút ra khỏi máy, còn các hạt vật liệu to chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ. Để nghiền được, động năng của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu. Do vậy, khi nghiền vật liệu cỡ to cần có trọng lượng búa lớn, còn khi nghiền vật liệu nhỏ cần búa nhẹ hơn sao cho phù hợp với từng loại vật liệu. 2.2.6. Các thông số cơ bản Các máy nghiền búa có số búa ít, trọng lượng mỗi búa G = 200 700 N, roto quay chậm với vận tốc vòng khoảng 15 25 m/s thì thường dùng để nghiền thô và vừa để được hạt sản phẩm có kích thước d 20 mm. Các máy nghiền búa có trọng lượng mỗi búa G = 30 50 N, vận tốc vòng khoảng 25 60 m/s dùng nghiền nhỏ để được sản phẩm có kích thước d SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 1 5 mm. Với máy nghiền có nhiều búa, trọng 11 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo lượng mỗi búa G = 5 10 N và vận tốc vòng lớn rất lớn tới 100 m/s dùng để nghiền mịn hạt sản phẩm đạt kích thước d = 10 100 µm. 2.3. Lý thuyết tính toán máy nghiền búa 2.3.1. Xác định vận tốc vòng của búa Búa nghiền cần được quay với tốc độ vòng tương đối lớn để có động năng khá lớn để chuyển thành công đập vỡ vật liệu trong thời gian búa chạm vô cùng ngắn vào vật liệu. Dựa vào định luật cân bằng về năng lượng ta có biểu thức: m.(v2 – v1) = p.τ Trong đó: (213 – [3]) m - khối lượng vật liệu đem nghiền, kg v1 - vận tốc của hạt khi tiếp xúc búa nghiền, m/s v2 - vận tốc của hạt sau khi bị búa đập, m/s p - lực đập trung bình tức thời, N τ - thời gian va đập, s Nếu chấp nhận v1 = 0 (vì thực tế hạt nạp vào máy nghiền búa với vận tốc v 1 xác định nhưng nhỏ không đáng kể) thì v 2 của hạt sau khi va đập cũng phải bằng vận tốc của búa cần có để đập vở được hạt. Vận tốc vòng nhỏ nhất của búa nghiền được xác định: m.vMin = p.τ suy ra vmin = m/s 2.3.2. Xác định năng suất và công suất của máy nghiền búa Năng suất: Năng suất của máy nghiền búa khi nghiền hạt làm thức ăn chăn nuôi có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau: qc =( 2 ÷8).10 5.ρ. D 2 .. L.ω (kg/s) (156 – [1]) Trong đó: Ρ - là khối lượng riêng của hạt, [kg/m3] D - đường kính rôto L – chiều dài rôto SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 12 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Công suất: Tác dụng nghiền trong máy nghiền búa là do sự biến đổi động năng thành công đập vỡ vật liệu. Động năng của búa được tính: A = (Nm) (214 – [3]) Trong đó: i - số búa treo trên rôto m - khối lượng của búa, kg v - vận tốc vòng của búa, m/s Công nghiền thực chất chỉ chiếm một phần trong toàn bộ công tiêu hao khi chạy máy, có nghĩa là chỉ có một phần động năng chuyển thành công nghiền và được xác định: A = kA1 (Nm) (214 – [3]) Ở đây K là hệ số phụ thuộc vào vận tốc của búa nghiền. Khi v càng lớn thì k càng nhỏ. V, m/s K 17 0,285 23 0,130 30 0,039 40 0,020 Công suất của máy nghiền búa được xác định theo công thức: N= = = (W) (214 – [3]) Cũng có thể xác định số búa (i) nếu đã xác định được công suất: (214 – [3]) Trong đó : n - số vòng quay của rôto trong một phút. 2.4 Một số máy nghiền búa hiện nay Máy nghiền búa Tân Thiên Phú, xuất xứ Viêt Nam, máy nghiền dành cho trang trại model TTP10.000, năng suất: 10.000 kg/h, công suất 60 kW -3 pha. Ngoài ra còn các mẫu model như: TTP300, TTP500, TTP600… SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 13 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Máy nghiền bột, xuất xứ Trung Quốc, năng suất 24 kg/h, công suất 1.1 kW. Máy nghiền bột công nghiệp của hãng Cơ Khí Ayz Việt Nam, năng suất 200 - 300 kg/h, công suất 5.5 7.5 kW. Máy nghiền búa Hammer Crusher M-4, năng suất 5 - 9 tấn/h, công suất 15 kW, xuất xứ Nga. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 14 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo CHƯƠNG III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nguyên vật liệu nghiền Lúa có tên khoa học là Oryza sativa, thuộc họ Poaceae. Đối với hạt lúa ta có các thông số sau: Ứng suất phá vỡ: σ pv = 690,2 N/cm2 (do không tìm thấy ứng suất phá vỡ của lúa nên ta lấy ứng suất phá vỡ của gạo qua quá trình thí nghiệm ta lấy ứng suất bền lớn nhất của hạt gạo là 690,2 N/cm2). Mođun đàn hồi: E = 105 kG/cm2 (do không tìm thấy mođun đàn hồi của lúa, mà ngô và lúa nằm trong nhóm ngũ cốc nên lấy tương đương của ngô). Trọng lượng riêng của gạo: γ = 1,2 g/cm3 (do không tìm thấy trọng lượng riêng của lúa mà ngô và lúa nằm trong nhóm ngũ cốc nên lấy tương đương của ngô). 3.1.1. Nguồn gốc Trên thế giới có hai loài lúa trồng được xác định từ thời cổ đại cho đến ngày nay. Đó là loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa) và loài lúa trồng Châu Phi (Oryza glaberrima). Loài lúa trồng Châu Phi đã được xác định nguồn gốc ở vùng thung lũng thượng nguồn sông Niger (ngày nay thuộc Mali). Loài lúa trồng Châu Á có nguồn gốc phát xuất đầu tiên ở đâu vẫn là đề tài tranh luận của các nhà khoa học thế giới và ngày càng sáng tỏ với những khai quật khảo cổ học có tính đột phá và những phương pháp phân tích hiện đại dựa trên cơ sở phân tích phóng xạ và AND. Trước đây có 4 giả thuyết về nơi phát xuất đầu tiên của cây lúa trồng Châu Á, đó là: nguồn gốc SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 15 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Trung Quốc, nguồn gốc Ấn Độ, nguồn gốc Đông Nam Á và giả thuyết Đa trung tâm phát sinh. Theo nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%BAa 3.1.2 Thành phần hóa học Hạt lúa gồm 2 phần chính: vỏ lúa và hạt gạo. Vỏ lúa gồm 2 vỏ trấu ghép lại (trấu lớn và trấu nhỏ). Ở gốc 2 vỏ trấu chổ gắn vào đế hoa có mang hai tiểu dĩnh. Phần vỏ chiếm khoảng 20% trọng lượng hạt lúa. Bên trong vỏ lúa là hạt gạo. Hạt gạo gồm 2 phần: - Phần phôi hay mầm (embryo): nằm ở góc dưới hạt gạo, chổ đính vào đế hoa, ở về phía trấu lớn. - Phôi nhũ: chiếm phần lớn hạt gạo chứa chất dự trữ, chủ yếu là tinh bột (phần gạo chúng ta ăn hàng ngày). Bên ngoài hạt gạo được bao bọc bởi một lớp vỏ lụa mỏng chứa nhiều vitamin, nhất là vitamin nhóm B. Khi xay xát (giai đoạn chà trắng) lớp nầy tróc ra thành cám mịn. Bảng 3.1 Tỉ lệ từng phần hạt lương thực (theo % khối lượng hạt) Loại hạt Vỏ lụa Vỏ quả Vỏ hạt Tổng cộng Lúa 14 - 35 1,2 - 1,5 1 - 1,5 2,2 - 3 Lúa mì 3,5 - 4 1,1 - 2 4,6 - 6,4 Ngô 10 - 15 Cao lương 5 - 6 1 - 1,5 1 - 1,5 2-3 Mạch hoa 18 - 24 1,5 - 2 19,5 - 26 Đại mạch 8 -15 3,5 - 4 2 - 2,5 4,5 - 6,5 Thành phần hóa học của hạt lương thực phụ thuộc vào loài giống, điều kiện canh tác, Vỏ trấu khí hậu và độ màu mỡ của đất nơi trồng. Tỉ lệ những chất chủ yếu có trong thành phần hóa học của một số loại hạt lương thực thể hiện trong bảng 3.2 Bảng 3.2 Thành phần hóa học hạt lương thực (theo % chất khô) SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 16 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN Loại hạt Lúa Lúa mì Ngô Cao lương Mạch hoa Đại mạch CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Protit 7 - 10 10 - 25 9 - 13 Tinh bột 67 - 75 60 - 76 68 - 76 Chất béo Xenluloza 1,5 - 2,5 9,5 - 12,5 2 - 2,5 2-3 5-6 2,5 - 3 Tro 4,5 - 6,8 1,5 - 2,2 1,4 - 1,8 10 - 14 70 - 80 2,7 - 3,7 1,5 - 2,8 1,5 - 1,8 10 - 19 60 - 68 2,3 - 3,1 10 - 16 2,2 - 2,6 68 - 78 1,9 - 2,6 4,5 - 7,2 2,7 - 3,1 10,5 14,5 Có rất nhiều giống lúa tại nước ta hiện nay hầu hết chúng đều có lượng tinh bột cao, là nguồn cung cấp hơn 20% tổng năng lượng hấp thụ hằng ngày của nhân loại, cùng với nguồn giá trị dinh dưỡng cao được thống kê theo bảng 3.3 Hàm lượng Loại hạt Ngô Lúa Lúa mì Cao lương Kê Tinh bột protein Lipit xenluloza Tro Nước 69,2 62,4 63,8 10,6 7,9 16,8 4,3 2,2 2,0 2,0 9,9 2,0 1,4 5,7 1,8 12,5 11,9 13,6 71,7 12,7 3,2 1,5 1,6 9,9 59 11,3 3,8 8,9 3,6 13,0 SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 17 Lớp: CKCB K39 ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS. Trương Văn Thảo Bảng 3.3 Giá tri dinh dưỡng của lúa (theo % khối lượng) SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 18 Lớp: CKCB K39 - Chất tinh bột chứa trong hạt gạo dưới hình thức carbohydrate (carb) và trong con người dưới dạng glucogen, gồm loại carb đơn giản như chất đường glucose, fructuose, lactose và sucrose. - Chất protein: Gạo là loại thức ăn dễ tiêu hóa và cung cấp loại protein tốt cho con người. Chất protein cung cấp các phân tử amino acid để thành lập mô bì, tạo ra enzym, kích thích tố và chất kháng sinh. - Vitamin: Cũng giống như các loại ngũ cốc khác, lúa gạo không chứa các loại vitamin A, C hay D, nhưng có vitamin B-1, vitamin B-2, niacin, vitamin E, ít chất sắt và kẽm và nhiều chất khoáng Mg, P, K, Ca. - Thiamin là vitamin B1 giúp tiêu hóa chất đường glucose để cho năng lượng, vì thế hỗ trợ cho các tế bào thần kinh, hoạt động của tim và khẩu vị. Vitamin B1 không thể dự trữ trong cơ thể nên phải cung cấp hàng ngày. Gạo trắng cung cấp 0,07 mg B1/100 gram. - Riboflavin: Gạo chứa ít chất riboflavin hay vitamin B2, rất cần thiết cho sản xuất năng lượng và nuôi dưỡng bì mô của mắt và da. Gạo trắng chứa 0,02 mg B2/100 gram. - Niacin là yếu tố cần thiết để phân tách chất glucose cho năng lượng và cho da và hoạt động bình thường của hệ thần kinh. Gạo trắng chứa 1,8 mg Niacin/100 gram. - Vitamin E là một loại sinh tố tan trong mỡ, giúp cho vitamin A và các chất béo chống oxyd hóa trong tế bào và bảo vệ hủy hoại của bì mô của cơ thể. 3.1.3 Tính chất vật lý Đặc điểm hình học của hạt lương thực bảng 3.4 là chỉ số vật lý cần được lưu ý khi thiết lập quy trình chế biến. Biết kích thước của hạt cho phép chọn kích thước lỗ sàng, điều chỉnh máy nghiền và máy xoay thích hợp, ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến độ chặt của lô hạt khi bảo quản và chuyên chở. SVTH:Nguyễn Hồng Phúc 17 Lớp: CKCB K39 Bảng 3.4 Đặc trưng hình học của hạt lương thực Loại hạt Kích thước, mm Chiều Chiều Chiều dài Lúa Lúa mì Đại mạch Ngô Cao lương Mạch hoa Đậu hà lan rộng dày 2,5 - 1,2 - 4,3 2,8 4,2 1,6 - 1,5 - -8,6 4 3,8 5-2 74,6 2-5 1,4 4,5 5,5 - 5- 2,5 - 3,5 11,5 8 2,6 - 2,4 - 5,8 5,6 4,4 - 3- 2- 8 5,2 4,2 3,7 - 3,5 - 10 10 4 - 10 2-5 Thể tích v, mm Bề mặt ngoài ψ v/Fh, mm 8,84 0,35 - 0,6 0,82 - 0,49 - 0,85 0,64 0,8 0,7 - 0,9 0,55 - 0,25 - 0,8 0,85 Fh, mm 12 - 35 30 - 55 19 - 42 40 - 75 20 - 40 35 - 60 140 - 260 80 - 145 50 - 85 60 - 95 0,95 0,5 - 0,7 9 - 20 30 - 55 0,6 0,5 - 0,7 114 - 320 150 - 270 0,96 0,85 0,95 3.2 Phương pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu, đã sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp lượt khảo tài liệu, tìm kiếm thông tin qua sách, báo, internet. - Phương pháp thu thập và xử lý các thông tin, số liệu. - Phương pháp tính toán, thiết kế các chi tiết, các bộ phận chính của máy. - Phương pháp thiết kế bằng CAD. SVTH:Nguyễn Hồng Phúc 18 Lớp: CKCB K39