Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, nghiền các nguyên liệu, sản phẩm ngũ cốc với thành phần chủ yếu từ tinh bột, đường, protein, chất béo/dầu,… cũng được sử dụng nhằm đạt được sự thay
Trang 11
BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động lực và máy Nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP
-
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2009
ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền mịn ngũ cốc
làm lạnh bằng nitơ lỏng năng suất 100-200 kg/h.”
Mã Số: 172.09 RD/HĐ-KHCN
Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Đơn vị chủ trì: Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: Ks Nguyễn Quốc Vũ
7728
27/02/2010
Hà nội, tháng 12 năm 2009
Trang 22
BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động lực và máy Nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP
-
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2009
ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền mịn ngũ cốc làm lạnh bằng nitơ lỏng năng suất 100-200 kg/h.”
Trang 33
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH
TT Họ và Tên Học hàm học vị chuyên môn Chức vụ Cơ quan
1 Nguyễn Quốc Vũ Kỹ sư Trưởng phòng
nghiên cứu 2
Viện NCTKCTmáy NN
3 Nguyễn Tường Vân Tiến Sĩ Viện Trưởng -nt-
Trang 44
MỤC LỤC BÁO CÁO
1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN MÁY NGHIỀN MỊN NGŨ CỐC SỬ DỤNG NITƠ
LỎNG LÀM LẠNH 5
1.1 Các phương pháp nghiền vật liệu dạng hạt và những yếu tố ảnh hưởng 6
1.2 Máy nghiền mịn ngũ cốc 9
1.2.1 Rotor máy nghiền bằng phương pháp va đập 11
1.2.2 Stator máy nghiền bằng phương pháp va đập 12
1.2.3 Thiết bị nghiền mịn kết hợp phân ly khí động 13
2 THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN MỊN NGŨ CỐC SỬ DỤNG NITƠ LỎNG LÀM LẠNH NĂNG SUẤT 100-200 KG/H 15
2.1 Thiết kế cụm chi tiết nghiền mịn ngũ cốc 16
2.2 Thiết kế cụm chi tiết cấp nguyên liệu sử dụng nitơ lỏng làm lạnh 17
2.3 Thiết kế cụm chi tiết phân ly 20
3 CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MỊN NGŨ CỐC SỬ DỤNG NITƠ LỎNG LÀM LẠNH NĂNG SUẤT 100-200 KG/H 22
4 KHẢO NGHIỆM MÁY NGHIỀN MỊN SỬ DỤNG NITƠ LỎNG LÀM LẠNH NĂNG SUẤT 100-200 KG/H 26
4.1 Mục đích khảo nghiệm: 26
4.2 Dụng cụ, thiết bị đo đạc dùng trong khảo nghiệm 26
4.3 Phương pháp tiến hành khảo nghiệm: 26
4.4 Kết quả khảo nghiệm: 28
5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34
Trang 5Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, nghiền các nguyên liệu, sản phẩm ngũ cốc (với thành phần chủ yếu từ tinh bột, đường, protein, chất béo/dầu,…) cũng được sử dụng nhằm đạt được sự thay đổi về các tính chất vật lý kể trên để phù hợp với các nguyên công chế biến như tạo được độ đồng đều trong phối trộn/ nhào trộn các nguyên liệu, tăng (thay đổi) khả năng trương nở/ ngậm nước, khả năng tạo huyền phù trong hỗn dịch…
Việc nghiền mịn các hạt ngũ cốc có chứa protein và chất béo với hàm lượng cao thường gặp một số trở ngại nhất định Trong quá trình nghiền, đặc biệt với yêu cầu về độ mịn sau nghiền cao, nhiệt độ của vật liệu nghiền tăng cao, dẫn đến vật liệu trở nên dẻo, bết dính, điều này gây cản trở quá trình nghiền, thậm chí dẫn đến quá trình nghiền không thể thực hiện được Nhiệt độ của các hạt ngũ cốc trong quá trình nghiền cao cũng có thể gây biến đổi các tính chất hóa học như xảy ra sự oxy hóa, biến đổi các tính chất của thành phần protein, chất béo… Giải pháp được đưa ra là lựa chọn phương pháp nghiền, thiết bị nghiền phù hợp (ít làm tăng nhiệt độ của vật liệu trong quá trình nghiền) kết hợp với việc làm nguội/ làm làm lạnh vật liệu trong quá trình nghiền Tác nhân làm lạnh vật liệu trong quá trình nghiền thường được sử dụng là nitơ lỏng với ưu điểm có nhiệt độ hóa lỏng thấp
Trang 66
(- 196 0C), khả năng dễ điều khiển nhiệt độ vật liệu, cũng như hạn chế được khả năng oxy hóa vật liệu nghiền, khả năng cháy nổ trong quá trình nghiền
Nhóm thực hiện đề tài sẽ tập trung nghiên cứu lựa chọn phương pháp nghiền, thiết
bị nghiền phù hợp có sử dụng nitơ lỏng làm lạnh vật liệu nghiền cho ứng dụng nghiền các sản phẩm ngũ cốc có chứa hàm lượng protein, chất béo cao như đậu tương, ngô…
1.1 Các phương pháp nghiền vật liệu dạng hạt và những yếu tố ảnh hưởng
Dưới tác dụng cơ học, vật liệu được tác động đến một lực vượt quá ngưỡng biến dạng đàn hồi và bị phân tách để có kích thước nhỏ hơn Việc nghiền nhỏ vật liệu dạng hạt nhờ lực cơ học được phân loại theo các phương pháp (1):
a- Phương pháp ép, miết (hình 1-a, 1-c), dưới tác dụng của lực ép, miết hay kết hợp cả hai, vật liệu ở hai mặt ép bị phân tách, vỡ ra thành các hạt có kích thước nhỏ hơn;
b- Phương pháp cắt nhỏ vật liệu thông qua dao cắt (hình 1-b);
c- Phương pháp mài tách lớp (hình 1-f);
d- Phương pháp va đập (hình 1-d, 1-e), vật liệu được cung cấp động năng lớn va đập với nhau hoặc với bề mặt cứng và vỡ thành những mảnh có kích thước nhỏ hơn Các thiết bị nghiền sử dụng các phương pháp nghiền kể trên một cách
Hình 1: Phương pháp nghiền vật liệu dạng hạt dưới tác dụng cơ học
Trang 7Tính chất quan trọng của vật liệu nghiền cần được quan tâm trong quá trình lựa chọn phương pháp, thiết bị nghiền có thể kể đến như khả năng nghiền nhỏ của vật liệu ứng với mỗi phương pháp nghiền, độ cứng của vật liệu cần nghiền…
Khả năng nghiền nhỏ của vật liệu nghiền được xác định bởi khối lượng vật liệu được nghiền trong một đơn vị thời gian để đạt tới độ mịn qua sàng 200 mesh (1) Khả năng nghiền nhỏ của vật liệu nghiền phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu được nghiền Những tính chất này thể hiện ở độ cứng, độ dẻo, đàn hồi… của vật liệu
Độ cứng của vật liệu nghiền được phân loại theo thang đo độ cứng vật liệu Mohs (Bảng 1) Theo Mohs, độ cứng của vật liệu được chia làm 10 mức Cho tới mức 3, vật liệu được coi là mềm, từ mức 4 đến mức 6 vật liệu có độ cứng trung bình, và từ mức 7 trở lên ứng với vật liệu cứng Độ cứng của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến lực cơ khí cần thiết cho việc nghiền cũng như khả năng mài mòn của vật liệu lên các thiết bị nghiền Như vậy ứng với vật liệu nghiền cần có thiết bị nghiền được thiết kế có khả năng nghiền cũng như khả năng chịu mài mòn trong quá trình nghiền Nói chung, các nguyên liệu trong sản xuất, chế biến các sản phẩm thực phẩm, các hạt ngũ cốc có đội cứng nằm trong dải thang
Bảng 1: Bảng phân loại độ cứng vật liệu theo Mohs
Phân loại độ cứng
của vật liệu
Thang đo độ cứng
Trang 8Độ mịn, độ đồng đều về độ mịn của vật liệu sau nghiền cũng là yếu tố cần quan
tâm trong lựa chọn phương pháp, thiết bị nghiền Độ mịn, độ đồng đều về độ mịn của vật
liệu sau nghiền được đặt ra theo yêu cầu công nghệ Tuy nhiên với yêu cầu về độ mịn của
vật liệu sau nghiền càng cao, chi phí năng lượng cho nghiền cũng tăng lên nhiều, đồng
thời năng suất nghiền của thiết bị giảm đi nhiều lần (Đồ thị 1) Thực nghiệm cho thấy,
khi vật liệu được nghiền đến độ mịn nhất định thì khả năng liên kết tạo vón từ những hạt
mịn xảy ra, và khả năng này gặp nhiều hơn ở vật liệu mềm hơn ở vật liệu cứng (1) Khả
năng liên kết tạo vón này làm ảnh hưởng đến việc phân ly vật liệu trong và sau quá trình
nghiền Như vậy, theo yêu cầu về độ mịn, độ đồng đều về độ mịn của vật liệu cần có
phương pháp phân ly vật liệu trong và sau quá trình nghiền cho phù hợp
Một số yếu tố khác của như nhiệt độ, độ ẩm của vật liệu nghiền cũng có ảnh
hưởng đến quá trình nghiền Trong quá trình nghiền, nhiệt độ của vật liệu nghiền tăng
lên, đặc biệt đối với yêu cầu về độ mịn cao sau nghiền
Ở một số vật liệu trong đó có chứa hàm lượng protein, dầu, chất béo cao như đậu
tương, ngô, cùng với việc tăng nhiệt độ, tính chất vật lý của vật liệu như độ dẻo, độ đàn
hồi cũng thay đổi Vật liệu trở nên dẻo và đàn hồi hơn cản trở quá trình nghiền, thậm chí
làm mất khả năng nghiền của thiết bị Ngoài ra, việc gia tăng nhiệt độ trong quá trình
nghiền có thể làm giảm đáng kể chất lượng của sản phẩm Để nghiền mịn những vật liệu
này cần thiết lựa chọn phương pháp, thiết bị nghiền phù hợp nhằm giảm thiểu sự gia tăng
nhiệt độ của vật liệu trong quá trình nghiền Để có thể nghiền mịn được những vật liệu
Trang 99
này, việc làm lạnh vật liệu trong quá trình nghiền là cần thiết Việc làm lạnh vật liệu nghiền ở mức độ nhất định nào đó còn làm vật liệu trở nên giòn hơn, dễ bị phá vỡ hơn, nhờ đó hiệu suất nghiền vật liệu sẽ tăng lên Đối với nghiền khô các vật liệu dạng hạt, tác nhân làm lạnh nitơ thường được sử dụng bởi ưu điểm dễ điều khiển quá trình làm lạnh vật liệu, và hơn nữa sự có mặt của nitơ cũng góp phần giảm thiểu quá oxy hóa sản phẩm nghiền, khả năng gây cháy nổ, một vấn đề cần quan tâm trong quá trình nghiền
1.2 Máy nghiền mịn ngũ cốc
Các thiết bị nghiền được thiết kế dựa trên các phương pháp nghiền kể trên Tùy thuộc vào vật liệu nghiền với những tính chất vật lý riêng biệt và theo yêu cầu về độ mịn sau nghiền của vật liệu, năng suất nghiền,
người ta lựa chọn loại thiết bị nghiền cho
phù hợp (Bảng 2)
Các thiết bị nghiền theo phương pháp
sử dụng dao cắt (Hình 2) thường được sử
Đồ thị 1: Sự thay đổi năng suất, chi phí năng lượng, giá thành nghiền theo yêu cầu độ mịn sau nghiền (1)
Hình 2: Thiết bị nghiền cắt
Trang 10Những thiết bị nghiền như nghiền bi, nghiền lô, nghiền trục ép dưới áp suất lớn cho phép nghiền những vật liệu có độ cứng cao, ít dính bết và không bị ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến chất lượng trong quá trình nghiền ví dụ như nghiền xi măng, các loại bột khoáng sản CaCO3… Độ mịn của vật liệu sau nghiền có thể đạt tới < 10 µm
Đối với ứng dụng nghiền các hạt ngũ cốc, vật liệu thuộc dạng mềm, vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ trong quá trình nghiền, các kiểu thiết bị nghiền theo phương pháp va đập thường được sử dụng Đây là kiểu thiết
bị nghiền thường được sử dụng cho nghiền
các dạng vật liệu mềm cho đến có độ cứng
trung bình Độ mịn của vật liệu sau nghiền
trên các thiết bị này có thể từ vài mm đến rất
mịn 10-50 µm tùy thuộc vào kết cấu, tốc độ
vòng quay của đĩa nghiền Các thiết bị
nghiền kiểu này thường có kết cấu gồm stator
Bảng 2: Bảng lựa chọn kiểu thiết bị nghiền phù hợp theo độ mịn của vật liệu sau nghiền
Hình 3: Các dạng roto sử dụng trên thiết bị nghiền theo phương pháp va đập
Trang 1111
(vỏ nghiền, hàm nghiền) cùng rotor nghiền (Hình 3), trên đó được gá các cánh va đập (búa nghiền) hay các răng (kim) nghiền Roto nghiền quay va đập vào vật liệu nghiền đồng thời truyền động năng cho vật liệu nghiền va đập với nhau và va đập vào stator Qua quá trình va đập, vật liệu nghiền bị vỡ nhỏ Kết quả thu được là vật liệu nghiền có kích thước nhỏ hơn
Tùy thuộc vào tính chất của vật liệu và yêu cầu về độ mịn sau nghiền mà các thiết
bị nghiền có thiết kế phần rotor và stator cho phù hợp Các cánh va đập trên rotor nghiền
có thể được thiết kế động (thường gặp ở những máy nghiền búa thông dụng - Hình 4), hay được gắn chặt
1.2.1 Rotor máy nghiền bằng phương pháp va đập
Rotor có cánh va đập được gắn chặt có khá nhiều kiểu, các cánh nghiền/ vấu nghiền được thiết kế với hình dạng, số lượng và kích
thước cho phù hợp với mục đích sử dụng:
a - Rotor nghiền với các cánh nghiền gắn cố
định (như Hình 5) được ứng dụng trong nghiền đa
dạng vật liệu từ có tính chất giòn, dễ vỡ, đến có độ đàn
hồi cao Độ mịn sau nghiền có thể đạt tới < 500 µm
Hình 4: Máy nghiền búa
Hình 5: Rotor nghiền với cánh cố định
Trang 1212
Độ mịn sau nghiền được điều chỉnh thông qua thay đổi tốc độ vòng quay rotor nghiền;
b - Rotor nghiền trên có gắn răng/ kim nghiền
(Hình 6) thường được sử dụng trong nghiền các vật
liệu dạng tinh thể, giòn Thiết bị nghiền kiểu này có
thể gồm hai đĩa, trên có gắn các dãy răng nghiền
đồng tâm Trong đó một đĩa cố định và một đĩa quay
hay cả hai đĩa đều quay và quay ngược chiều nhau
để có thể đạt đến vận tốc vòng từ 150-250 m/s Độ
mịn sau nghiền trên thiết bị kiểu này có thể đạt đến
<50 µm;
c - Rotor nghiền kết cấu dạng cánh quạt (Hình
7) sử dụng trong nghiền các vật liệu từ giòn cho đến
tương đối đàn hồi Độ mịn trên thiết bị kiểu này có
thể đạt được dưới 100 µm, phụ thuộc vào tốc độ vòng
của cánh nghiền
Ngoài 3 dạng cơ bản kể trên, rotor nghiền có
thể là sự kết hợp từ 3 kiểu này Các thiết bị nghiền va
đập với rotor nghiền này có ưu điểm là tạo ra sự lưu thông khí tốt trong quá trình nghiền giúp cho đồng thời làm mát được vật liệu nghiền Vì vậy mà các thiết bị nghiền này phù hợp với việc nghiền các vật liệu nhạy cảm với nhiệt như các sản phẩm dùng trong lĩnh vực thực phẩm, y tế Kết cấu của thiết bị cũng có khả năng phù hợp với việc đưa thêm các tác nhân làm lạnh vật liệu trong quá trình nghiền (như sử dụng nitơ lỏng làm lạnh)
1.2.2 Stator máy nghiền bằng phương pháp va đập
Phần Stator máy nghiền cũng được thiết kế theo mục đích nghiền Theo yêu cầu cần giới hạn kích thước của vật liệu sau nghiền thiết bị nghiền có thể được kết cấu nghiền
có sàng hoặc nghiền không sàng Theo đó, stator có thể chỉ gồm hàm nghiền hoặc là sự kết hợp cả hàm nghiền cùng sàng nghiền (theo đó vật liệu nhỏ hơn kích thước lỗ sàng
Hình 6: Rotor nghiền với răng/ kim nghiền
Hình 7: Rotor nghiền kết cấu dạng cánh quạt
Trang 1313
nghiền mới được ra khỏi thiết bị nghiền) Việc sử dụng sàng nghiền có sự hạn chế đối với nghiền các vật liệu có độ chảy thấp và có khả năng gây bết dính như một số dạng ngũ cốc: đậu tương, ngô… Kích thước lỗ sàng nghiền được sử dụng để kiểm soát độ mịn vật liệu bị giới hạn ở 250-300 µm bởi tính chất của vật liệu gây bít lỗ lưới cũng như yếu tố hiệu suất nghiền
1.2.3 Thiết bị nghiền mịn kết hợp phân ly khí động
Nghiền khô các vật liệu dạng hạt, ngũ cốc là một trong những công đoạn của quá trình chế biến Theo yêu cầu về độ đồng đều của vật liệu sau nghiền, quy trình nghiền các vật liệu này có thể thể hiện theo sơ đồ 1-a, hay 1-b
Với yêu cầu về độ đồng đều của vật liệu sau nghiền không cao, quy trình nghiền
có thể theo sơ đồ 1-a Theo quy trình này, độ mịn và độ đồng đều của vật liệu sau nghiền hoàn toàn phụ thuộc vào thiết bị và chế độ công nghệ thực hiện trên máy nghiền Để có được độ đồng đều về độ mịn sau nghiền cao, vật liệu sau nghiền được phân ly/ phân loại, phần vật liệu có kích thước lớn hơn yêu cầu được quay lại để nghiền (Sơ đồ 1-b) Quy trình nghiền có hồi lưu như sơ đồ 1-b thường được sử dụng trong nghiền vật liệu đạt độ mịn cao.Quy trình nghiền cũng có thể gồm nhiều bước ( với yêu cầu độ mịn giảm dần)
Sơ Đồ 1: Sơ đồ nguyên lý quy trình nghiền
Trang 1414
như quy trình nghiền (1-b) nối tiếp nhau để đạt được độ mịn của vật liệu theo yêu cầu Việc sử dụng quy trình này giúp tăng hiệu suất nghiền Trong quy trình này việc phân ly/ phân loại độ mịn của vật liệu có thể được thực hiện trên thiết bị phân ly/ phân loại bên ngoài máy nghiền hay ngay trực tiếp bên trong máy nghiền Việc phân ly ngoài máy nghiền có thể sử dụng các thiết bị phân ly tùy theo kích thước vật liệu cần phân ly, ví dụ như có thể sử dụng cyclone, sàng phân ly, phân ly kiểu túi rũ Đối với yêu cầu độ mịn cao (dưới 250 µm) , thiết bị phân ly kiểu cánh quạt phân ly khí động (Vaned classifier rotor) thường được sử dụng
Trong lĩnh vực nghiền mịn, nhiều hãng đi đầu về thiết bị nghiền và phân ly như Condux, Hosokawa Alpine đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng thiết bị nghiền kết hợp
phân ly khí động (Hình 8) Nguyên lý hoạt động của thiết bị có thể được mô tả như sau:
Vật liệu được đưa vào tại miệng tiếp liệu (1) hoặc (2) Vật liệu đi qua phần cánh hướng/ chia liệu (3) qua bề ngoài của bộ phận phân ly kiểu cánh quạt phân ly khí động (4), phần vật liệu đạt kích thước yêu cầu được đưa ra ngoài qua ống thu (9) Phần vật liệu
có kích thước lớn hơn quay trở về đĩa nghiền (5) Cánh nghiền (6) va đập vào vật liệu, đồng thời kết hợp với sự va đập tại hàm nghiền (7), vật liệu bị làm nhỏ Dòng khí động
Hình 8: Thiết bị nghiền mịn kết hợp phân ly khí động của Condux
Trang 1515
vào thiết bị qua cửa (8) đẩy vật liệu qua phần cánh hướng/ chia liệu (3) tới bộ phận phân
ly kiểu cánh quạt (4) Sự phân ly lại diễn ra tại đây, phần thô, lớn hơn kích thước yêu cầu lại quay trở lại đĩa nghiền Cứ như vậy, quá trình nghiền diễn ra theo quy trình nghiền 1-b cho đến khi thu được toàn bộ vật liệu nghiền có độ mịn nhất định
Sau khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động của thiết bị nghiền kể trên, nhóm thực hiện đề tài nhận thấy thiết bị nghiền không sàng kết hợp phân ly khí động kể trên có nhiều yếu tố phù hợp cho việc nghiền mịn ngũ cốc có chứa hàm lượng protein và chất béo cao như:
- Việc phân ly khí động được kết hợp trong quá trình nghiền giúp có thể thu được sản phẩm sau nghiền có độ mịn và độ đồng đều cao;
- Thiết bị nghiền theo phương pháp va đập, với các cánh nghiền gắn cố định trên đĩa nghiền, kết cấu máy cho phép một lượng khí lớn được đưa vào để làm mát vật liệu trong quá trình nghiền Với kết cấu như vậy phù hợp với khả năng phối trộn chất làm lạnh (nitơ lỏng) với vật liệu hay dòng khí đưa vào buồng nghiền để làm lạnh vật liệu trong quá trình nghiền, do vậy có khả năng nghiền mịn được các loại ngũ cốc có chứa hàm lượng protein, chất béo cao;
- Kết cấu thiết bị cho phép dễ dàng vệ sinh khi cần thiết, một trong yếu tố quan trọng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm
Với nhận định như vậy, nhóm thực hiện đề tài sẽ tiến hành thiết kế, chế tạo máy nghiền mịn ngũ cốc theo phương pháp va đập ( trong đó cánh nghiền được gắn cố định trên đĩa nghiền), kết hợp với phân ly khí động Chất làm lạnh (nitơ lỏng) ngũ cốc được đưa vào trong quá trình nghiền được sử dụng để có thể nghiền được những loại ngũ cốc
có hàm lượng protein, dầu/chất béo cao như đậu tương, ngô…
2 THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN MỊN NGŨ CỐC SỬ DỤNG NITƠ LỎNG LÀM LẠNH NĂNG SUẤT 100-200 KG/H
Trên cơ sở nghiên cứu về nghiền mịn và thiết bị nghiền mịn như đã nêu ở trên, nhóm thực hiện đề tài thiết kế thiết bị sử dụng cho nghiền mịn ngũ cốc có chứa hàm
Trang 1616
lượng protein, chất béo/dầu cao năng suất 100-200 kg/h Thiết bị sẽ được thiết kế theo mẫu nguyên lý nghiền va đập có kết hợp phân ly vật liệu bằng khí động của một số hãng như Hosokawa Alpine, Condux (Hình 9) Trong đó hệ thống làm lạnh vật liệu nghiền được ghép nối với thiết bị để có thể nghiền được các loại ngũ cốc nhạy cảm với nhiệt, có chứa hàm lượng protein, chất béo/dầu cao
Với mục tiêu như vậy, nhiệm vụ thiết kế cụ thể
bao gồm:
a- Thiết kế cụm chi tiết nghiền mịn ngũ cốc:
Xác định các yêu cầu kỹ thuật, thông số của
thiết bị nghiền ngũ cốc có năng suất tương
ứng 100-200 kg/h;
b- Thiết kế cụm chi tiết cấp nguyên liệu sử
dụng nitơ lỏng làm lạnh: Xác định các yêu
cầu kỹ thuật, thông số phù hợp với thiết bị
nghiền ngũ cốc năng suất 100-200 kg/h;
c- Thiết kế cụm chi tiết phân ly: Xác định các yêu cầu kỹ thuật, thông số phù hợp
với năng suất tương ứng 100-200 kg/h
2.1 Thiết kế cụm chi tiết nghiền mịn ngũ cốc
Do thiết bị được sử dụng trong nghiền mịn ngũ cốc, sản phẩm nằm trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, thiết bị phải đáp ứng những yêu cầu về an toàn thực phẩm Cụ thể thiết bị phải đáp ứng những yêu cầu sau:
a- Vật liệu được sử dụng trong chế tạo thiết bị, đặc biệt tại những nơi tiếp xúc trực tiếp với vật liệu nghiền phải là vật liệu không độc hại, không gỉ như thép không gỉ hay được mạ phủ crôm;
b- Thiết bị phải được kết cấu thuận tiện cho việc vệ sinh thường xuyên và khi cần thiết;
c- Thiết bị phải được thiết kế đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành
Hình 9: Nguyên lý làm việc của thiết
bị nghiền kết hợp phân ly
Trang 17mm, công suất động cơ nghiền 11 KW ( Dựa theo thông số năng suất của máy nghiền hãng Condux)
Trên cơ sở xác định đường kính ngoài của cánh nghiền φ460 mm, tốc độ vòng quay của trục đĩa nghiền được tính toán Theo các tài liệu nghiên cứu thực nghiệm, để có thể nghiền mịn vật liệu đến kích thước nhỏ hơn 100 - 250 µm, vận tốc vòng của cánh nghiền cần đạt 100-115 m/s Từ đó có thể xác định được vận tốc vòng quay của trục nghiền tương ứng là 4152-4775 vòng/phút
Từ kết quả lựa chọn, phân tích, và tính toán như trên, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn một số thông số thiết kế chính của máy nghiền mịn ngũ cốc năng suất 100-200 kg/h,
độ mịn của vật liệu sau nghiền dưới 250 µm như sau:
- Công suất đông cơ nghiền 11 kw;
- Đĩa nghiền có kết cấu dạng đĩa, trên đó có gắn các vấu nghiền Đường kính ngoài của đĩa nghiền có kích thước φ460 mm;
- Tốc độ vòng quay trục đĩa nghiền: 4800 vòng/phút
2.2 Thiết kế cụm chi tiết cấp nguyên liệu sử dụng nitơ lỏng làm lạnh
Để nghiền mịn vật liệu, vận tốc vòng của cánh nghiền phải cao, điều này dẫn đến vật liệu sẽ bị nóng lên trong quá trình nghiền Với kết cấu máy nghiền kết hợp phân ly khí động, có sự hồi lưu trong quá trình nghiền, vật liệu được nghiền nhiều lần trong buồng nghiền cho đến khi đạt được kích thước, độ mịn cần thiết, do vậy nhiệt độ của vật liệu sẽ tăng cao trong quá trình nghiền
Đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt ( các sản phẩm ngũ cốc có chứa hàm lượng dầu, protein cao), khi nhiệt độ tăng đồng thời quá trình thay đổi tính chất của vật liệu cũng xảy ra, vật liệu trở nên dính, đàn hồi và dễ dàng vón bết, cản trở quá trình
