thiết kế chế tạo máy khuấy nấu và cắt thạch konjac

Khi nhiệt độ thay đổi, các thay đổi này sẽ ảnh hưởng đến nguyên tố được sử dụng trong cảm biến, từ đó tạo ra tín hiệu điện hoặc tín hiệu khác có thể được ghi nhận và chuyển đổi thành dữ

GIỚI THIỆU

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Cho sinh viên có cơ hội trải nghiệm thực tiễn về quá trình thiết kế, chế tạo, căn chỉnh các cụm cơ cấu máy Tích lũy cho sinh viên kinh nghiệm trong quá trình làm việc sau này

- Giúp sinh viên củng cố lại những kiến thức về cơ khí và điều khiển nói chung và áp dụng những kiến thức đó cụ thể vào cơ cấu quay, gia nhiệt và cắt

- Là cơ hội cho sinh viên nghiên cứu sâu hơn về mảng khuấy bằng cánh, gia nhiêt và cắt các loại thạch, các loại máy trên thị trường nhằm tạo ra sản phẩm có hiệu quả và năng suất ổn định.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng và phát triển hệ thống tự động hóa cho quy trình sản xuất thạch Konjac bao gồm các bước khuấy, nấu và cắt

- Nghiên cứu, thiết kế thiết bị máy khuấy, nấu nhỏ gọn, hoạt động ổn định

Trong quá trình thực nghiệm, các kết quả ghi nhận cho thấy máy khuấy hoạt động ổn định, khuấy đều hỗn hợp nguyên liệu mà không xảy ra hiện tượng vón cục Những kết quả này là cơ sở để đánh giá chất lượng và năng suất của máy khuấy, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng phục vụ cho các hoạt động cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả của máy trong quá trình thực tế.

- Khả năng điều khiển nhiệt độ và thời gian nấu của máy đạt yêu cầu Khả năng cắt

2 đảm bảo kích thước và hình dạng sản phẩm đạt chuẩn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Các hoạt động nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trong đồ án này nhắm đến các đối tượng là: bột Konjac, nguyên lý khuấy, gia nhiệt và cắt

- Thể tích của bồn chứa: 8 lít

- Kích thước hạt: từ 6mm – 12 mm

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Nghiên cứu quy trình công nghệ và hệ thống khuấy dựa vào hệ thống quay của trục, hệ thống gia nhiệt, hệ thống cắt để giải quyết vấn đề

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu và lựa chọn các tài liệu liên quan một cách có hệ thống và kế thừa có chọn lọc Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn được kết cấu và nguyên tắc hoạt động của thiết bị phù hợp nhất

Tiếp cận các nguồn tài liệu, thông tin bằng cách nghiên cứu tài liệu nghiên cứu, thu thập thông tin liên quan từ tạp chí khoa học, báo chí, đài phát thanh và internet Quá trình này bao gồm thu thập, phân tích đánh giá thông tin dựa trên các lý thuyết và thực tiễn sản xuất.

• Phương pháp tính toán, thiết kế

Việc tính toán thiết kế hệ thống máy khuấy, nấu và cắt thạch Konjac dựa trên lý thuyết tính toán nguyên lý máy, chi tiết máy cơ khí , lý thuyết bền và động lực học… Cơ sở thiết kế máy được xác định dựa trên quá trình thu thập thông tin, xử lý số liệu, phân tích, đánh giá cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn máy có kết cấu đơn giản, năng suất cao và ứng dụng thực tế vào dây chuyền tự động hóa

• Phương pháp mô hình hóa

Quá trình chế tạo mô hình đóng vai trò chủ chốt trong đề tài nhằm tạo cơ hội ôn luyện kiến thức đã tiếp thu và tích lũy thêm nhiều kinh nghiệm thực tế Thông qua việc chế tạo mô hình, người học có thể kiểm nghiệm tính đúng đắn của lý thuyết, phát hiện và khắc phục những sai sót mà phương pháp lý thuyết không thể chỉ ra.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương bao gồm:

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết bị

Chương 5: Tính toán, thiết kế

Chương 6: Chế tạo thử nghiệm

Kết luận và kiến nghị

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu chung

2.1.1 Khái niệm về máy nấu hạt konjac

- Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển rất mạnh trong các ngành, lĩnh vực, đặc biệt là ngành cơ khí Ngành cơ khí là một ngành then chốt thúc đẩy sự phát triển của đất nước trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

- Muốn đạt được điều đó thì vấn đề đặt ra là phải có nguồn nhân lực Nguồn nhân lực có trình độ về chuyên môn mới có thể phân tích tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật đặt ra từ đó có đường lối công nghệ hợp lý phục vụ cho sản xuất Ngành cơ khí là ngành kỹ thuật có mặt ở tất cả các lĩnh vực, các ngành khác…

- Hiện nay ngành cơ khí đã đi sâu và phục vụ lĩnh vực công nghiệp thực phẩm đặc biệt là chế tạo máy móc thay cho sức lao dộng con người

- Với những công việc cần phải khuấy đảo liên tục như: nấu rau câu, nấu socola, nấu kẹo, nấu tương ớt… đòi hỏi người nấu phải đứng canh nồi trong quá trình nấu Và luôn phải đảo đều tay để tránh bị đóng cặn hoặc bột tan không đều Nhưng, với việc phải nấu những mẻ lớn có thể lên đến vài chục lít một lần sẽ rất vất vả Hiểu được điều này các loại máy nấu có cánh khuấy lần lượt ra đời

Hình 2.1: Máy nấu hạt konjac có cánh khuấy

Tìm hiểu về nguyên liệu hạt konjac

Konjac là loài cây mọc tự nhiên hoặc được trồng phổ biến ở Nhật Bản, Trung Quốc và Đông Nam Á Ở Nhật Bản, bột chế biến từ cây Konjac được gọi là Konnyaku, trong khi ở Việt Nam, nó được gọi là bột khoai nưa hoặc bột nưa chuông.

Nguyên lý hoạt động

- Để nấu dung dịch, bạn chỉ cần cài đặt các thông số về nhiệt độ, thời gian và để nồi tự động nấu Bạn có thể tiết kiệm điện bằng cách khi dung dịch sôi thì giảm nhiệt độ đủ để giữ mức sôi vừa phải Hệ thống cánh khuấy sẽ đảm nhận việc khuấy vét đều dung dịch trong nồi, đảm bảo không bị đóng cặn, cháy khét đáy nồi

- Tuy nhiên, không phải nồi nào cũng có cả cánh khuấy và cánh vét, mỗi cánh quay bằng 1 động cơ, thêm 1 cánh vét thì tiêu tốn thêm điện và giá cao hơn

- Chỉ những dung dịch đặc, nhanh bị đóng cặn và sinh cháy như: mạch nha, nấu nước đường làm bánh, keo dán giấy, nấu cao mới kết hợp 2 cánh này.Còn dung dịch đặc ít bám dính vào thành nồi như: nấu cháo, hóa chất thì 1 cánh khuấy là vừa đủ và tiết kiệm nhất.

Công dụng của bột konjac

• Tốt cho hệ tiêu hoá

• Hỗ trợ chữa bệnh trĩ và táo bón

• Ngăn ngừa bệnh tiểu đường

• Bổ sung canxi chống loãng xương

Hình 2.4: Công dụng của bột Konjac

Ứng dụng của thạch konjac

• Khâu chuẩn bị đến thực hành của quá trình thạch nhà làm

Hình 2.5: Quy trình làm thạch thủ công

Hình 2.6: Thạch Konjac dùng làm trân châu – trân châu đường nâu

Hình 2.8: Mì Nưa ăn kiêng – Mì Konjac

Quy trình tạo ra thạch konjac

Sơ đồ 2.1: Quy trình tạo ra thạch Bột konjac được nghiền mịn cho vào 4800g nước thường, khuấy đều 10-20 phút, hoà tan acid citric với ít nước, cho tiếp acid citric nấu lên 85 độ và giữ 10 phút

Hình 2.9: Bột konjac nghiền mịn Hình 2.10: Khuấy đều bột trong nước

KHUẤY ĐỀU TRONG NƯỚC ĐUN SÔI NẶN VÀ

Nghiên cứu trong và ngoài nước

- Một số máy móc khuấy, nấu

- Công ty ORANA VIETNAM, họ đã có dây chuyền sản xuất hạt konjac

- Tuy nhiên, tại phòng R&D, họ mong muốn chế tạo một máy tích hợp với mong muốn máy có thể khuấy, nấu, cắt

- Ứng dụng của konjac mà ORANA muốn hướng tới là: sữa chua, trà sữa, nước ép,

- Một số nồi nấu có cánh khuấy được bán ở ĐIỆN MÁY BIGSTAR

Hình 2.11: Quét thành nồi tránh vón cục Hình 2.12: Sau khi đun kiểm tra độ đặc của thạch

Hình 2.13: Nặn và tạo hình Hình 2.14: Thạch thành phẩm

Nồi nấu thạch đen rau câu công nghiệp có cánh khuấy

• Nhiệt độ tối đa: 320 độ C

• Dung tích: Theo yêu cầu

• Công suất điện trở: Tùy loại nồi

• Công suất mô tơ: Tuỳ chọn theo nhu cầu

• Công dụng: Nấu, trộn thạch đen rau câu

• Tháo lắp, vệ sinh: Tháo cánh khuấy ra vệ sinh

Nồi nấu có cánh khuấy 3 lớp 120L lật nghiêng

• Nồi cánh khuấy 3 lớp 120L khuấy lỏng

• Nồi cánh khuấy 3 lớp lật nghiêng 120L

• Công suất điện trở: 9kW

• Đường kính van xả: 49mm

- Ngày nay trên thế giới việc sử dụng bột Konjac đang rất được phổ biến như dùng để làm: thạch, mì,…

- Bột konjac hiện nay đang được ưa chuộng ở thị trường mỹ và các nước châu âu và các dây chuyền sản xuất konjac rất nhiều và đa dạng [7]

Hình 2.15: Máy trộn Hình 2.16: Trộn màu thành phẩm

Hình 2.17: Thành phẩm Hình 2.18: Sàng thành phẩm

Hình 2.19: Thành phẩm đem đóng gói

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Với yêu cầu để thiết kế một máy tạo thạch Konjac với các tiêu chí: Khuấy, nấu và tạo thạch Nhóm tiến hành tìm hiểu nguyên lý của các cơ cấu có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động của máy

3.1 Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy

- Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy là dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối Dòng chảy này sẽ làm cho hỗn hợp bên trong dung dịch được khuấy đảo đều với nhau

Trong quá trình vận hành, cánh khuấy chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, mỗi yếu tố tác động đến hiệu suất làm việc của cánh khuấy theo những cách khác nhau Các yếu tố này bao gồm:

3.1.1 Vị trí đặt cánh khuấy:

- Vị trí của cánh khuấy so với thùng chứa cánh khuấy và bản thân cánh khuấy bên trong dung dịch sẽ tạo ra những dòng chảy khác nhau

- Vị trí đặt cánh khuấy khác nhau cho dòng nước khác nhau

- Có những vị trí đặt sẽ tạo ra dòng chảy xoáy đều đến tất cả các vị trí bên trong thùng chứa, tuy nhiên cũng có những vị trí đặt không

- Chi tiết trong hình ảnh là 3 vị trí đặt khác nhau của cánh khuấy tạo ra các dòng nước chuyển động khác nhau trong bể chứa

3.1.2 Cấu tạo của cánh khuấy:

- Cánh khuấy có cấu tạo rất khác nhau, cũng tạo ra các dòng chảy khác nhau

- Tùy vào hỗn hợp cần khuấy trộn mà người ta sử dụng các mẫu cánh khuấy khác nhau

- Số tầng cánh khuấy: Trong các bể dung dịch lớn, không chỉ sử dụng 1 mà sử dụng

Hình 3.1: Các vị trí cánh khuấy [9]

14 nhiều tầng cánh khuấy khác nhau để sự khuấy trộn được đảm bảo đạt hiệu quả cao nhất

3.1.3 Tốc độ của cánh khuấy:

- Tốc độ của cánh khuấy tạo ra những năng lượng khác nhau, năng lượng khác nhau tạo ra những dòng chảy khác nhau

- Tốc độ càng lớn thì năng lượng tạo ra càng lớn >> tốc độ của dung dịch được khuấy trộn càng lớn >> hiệu quả hoạt động càng lớn

3.1.4 Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy TUABIN

- Cánh khuấy tuabin khi hoạt động thường tạo ra dòng chảy lưỡng tâm nghĩa là chuyển dòng nước từ cánh khuấy vào tâm của bể dung dịch

- Để đảm bảo cho chất lỏng chảy hướng tâm cần tạo ra lực ly tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng Độ lớn lực ly tâm phụ thuộc vào đường kính cánh khuấy và số vòng quay của nó

- Loại này thường dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao tới 80Ns/m2

3.1.5 Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy chân vịt

- Tạo ra dòng chảy hướng trục bao gồm cả chuyển động đi vào và đi ra khỏi cánh khuấy đều song song với trục quay

Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy TUABIN [10]

Hình 3.3: Mô tả dòng nước của cánh khuấy chân vịt [11]

- Bộ phận khuấy chân vịt dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp (0,5- 2,0 Ns/m 2 )

- Tùy theo độ cao của tầng chất lỏng mà có thể có một hay nhiều tầng chân vịt, mỗi chân vịt có thể có 2 hoặc 3 cánh, mỗi cánh quạt là một phần mặt xoắn vát nghiêng với bề mặt nằm nghiên một góc α có trị số thay đổi từ 0- 90 0 theo hướng trục quay đến mép cánh

- Dạng cánh như thế đảm bảo tạo ra dòng chảy hướng trục rất lớn và rút ngắn được thời gian khuấy trộn

- Trường hợp nối hai tầng chân vịt nguời ta bố trí sao cho sức hút và đẩy của hai chân vịt thực hiện theo một hướng tạo nên khả năng khuấy trộn mãnh liệt hoặc hai chân vịt hút đẩy theo hai hướng ngược nhau để khuấy trộn nhanh chất lỏng

3.1.6 Nguyên lý hoạt động của cánh khuấy dạng cánh

Cánh khuấy ‘‘dạng cánh’’ tạo ra một dòng chảy tiếp tuyến chuyển động xung quanh cánh khuấy và bên trong bể

Hình 3.4: Mô tả dòng của cánh khuấy dạng cánh [10]

3.2 Nguyên lý hoạt động của điện trở nhiệt

- Điện trở đốt nóng được hiểu đơn giản là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện Nếu vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn Điện trở đốt nóng, điện trở nhiệt hay thermistor nói chung là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện chuyển từ điện năng sang nhiệt năng

- Ví dụ như: Điện trở đốt nóng đun nước sôi trong gia đình, nồi nấu phở hủ tiếu, điện trở nồi hơi phục vụ cho ngành may mặc, dùng để sấy trong các buồng sấy nông sản, thủy sản, sấy quần áo, dùng để nướng bánh trong lò bánh mì, dùng để nung chảy hạt nhựa trong ngành bao bì nhựa, máy ó keo và rất nhiều ưng dụng khác

• Cấu tạo điện trở đốt nóng gồm những phần chính sau:

- Dây điện trở đốt nóng: dây dẹp hoặc dây tròn (Cr20Ni80, Cr25Al5, Cr27Al7Mo2,….)

Hình 3.6: Dây Mayso dùng trong điện trở dạng vòng, có thể uốn được

Hình 3.7: Các loại dây điện trở đốt nóng

- Lớp ngăn cách dẫn nhiệt, cách điện: giấy chịu nhiệt cách điện amiang, bột MgO

- Vỏ kim loại bọc ngoài ( thép không rỉ), ống sứ

Hình 3.9: Cấu tạo của điện trở đốt nóng vòng sứ (Ceramic Heater) [12]

Hình 3.10: Cấu tạo của điện trở vòng nhiệt Inox [12]

Hình 3.11: Cấu tạo của điện trở ống thạch anh [12]

1: Ống thạch anh hoặc ống thủy tinh, ống sứ đen (phi 12, phi 18, phi 20…)

2: Dây điện trở đốt nóng (Cr20Ni80, Cr25Al5…)

3, 8: Sứ chụp 2 đầu ống thạch anh

5, 6, 7: Đầu kết nối đấu điện

3.3 Nguyên ký hoạt động của cảm biến nhiệt độ

- Cảm biến nhiệt độ là thiết bị có khả năng đo lường và ghi nhận thông tin về nhiệt độ của môi trường xung quanh hoặc của một đối tượng cụ thể Chúng thường được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, môi trường và đặc biệt là trong ngành vận tải Nguyên tắc hoạt động của cảm biến nhiệt độ dựa trên sự biến đổi của một thuộc tính vật lý hoặc hóa học khi nhiệt độ thay đổi

- Cảm biến nhiệt độ có thể sử dụng nhiều nguyên tố để đo lường, như sự thay đổi trong trở kháng điện, áp suất khí, hoặc dựa vào hiện tượng biến dạng vật liệu Khi nhiệt độ thay đổi, các thay đổi này sẽ ảnh hưởng đến nguyên tố được sử dụng trong cảm biến, từ đó tạo ra tín hiệu điện hoặc tín hiệu khác có thể được ghi nhận và chuyển đổi thành dữ liệu số để phân tích

Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất của vật liệu theo nhiệt độ Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ thường bao gồm các thành phần chính:

- Bộ phận cảm biến: Đây là vật liệu có tính chất thay đổi dựa trên nhiệt độ Thường thì bộ phận này có khả năng thay đổi trở kháng điện, áp suất khí, hoặc kích thước khi nhiệt độ thay đổi Một số vật liệu phổ biến được sử dụng là bimetal (hợp kim hai lớp có hệ số nở khác nhau), thermistor (vật liệu dẫn điện có trở kháng biến đổi theo nhiệt độ), RTD (điện trở nhiệt độ) làm từ platina, hay cảm biến bằng dòng điện (current loop) với nguyên tắc thay đổi điện áp hoặc dòng điện theo nhiệt độ

- Thân cảm biến: Thân cảm biến thường làm bằng vật liệu chịu nhiệt và chịu áp lực, giúp bảo vệ vật liệu cảm biến khỏi các yếu tố môi trường bên ngoài Thân cảm biến thường có hình dáng và kích thước khác nhau tùy theo ứng dụng cụ thể Thân cảm biến thường được kết nối với đối tượng hoặc môi trường cần đo nhiệt độ

Kết nối bằng dây hoặc đầu nối: Dữ liệu nhiệt độ từ cảm biến thường được gửi đến thiết bị đo và ghi qua dây dẫn hoặc kết nối Dây dẫn hoặc đầu nối đóng vai trò truyền tín hiệu từ cảm biến đến thiết bị đọc để xử lý dữ liệu.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT BỊ

4.1 Giới thiệu về nguồn gốc chọn đề tài

- Công ty liên doanh Orana Việt Nam là công ty đa quốc gia với hơn 20 năm kinh nghiệm trong việc phát triển sản phẩm từ trái cây cho ngành thực phẩm và đồ uống Với mục tiêu tạo ra sản phẩm chất lượng có hương vị thơm ngon từ trái cây tự nhiên và nguyên liệu thực vật Orana cung cấp các giải pháp sản phẩm cho các ngành công nghiệp đồ uống, sữa và bánh trên khắp thế giới Orana có trụ sở chính đặt tại Đan Mạch cùng các công ty con tại Việt Nam, Ấn Độ, Ai Cập, Malaysia, Hồng Kông, Kenya, Canada, Sri Lanka và Dubai Công ty liên doanh Orana Việt Nam tọa lạc tại khu công nghiệp Tân Thới Hiệp, Tp.HCM, Việt Nam, một môi trường thuận lợi để xây dựng nhà máy theo tiêu chuẩn quốc tế

Hình 4.1: Logo công ty Liên doanh ORANA Việt Nam

4.1.2 Giới thiệu về máy khuấy, nấu và cắt thạch

- Với bột Konjac để tạo ra thạch Konjac thì người ta phải trải qua quá trình khuấy đảo và gia nhiệt liên tục Trong quá trình nấu phải đảo đều tay tránh bị đóng cặn hoặc bột tan không đều và sau khi nấu xong để cắt thạch thành sản phẩm theo yêu cầu thì rất khó khăn Để giải quyết nhu cầu của khách hàng về vấn đề này, nhóm chúng em đã đưa ra hệ thống khuấy, nấu và cắt thạch Konjac để giải quyết bài toán về năng suất và cắt thạch sau khi hoàn thành việc nấu

Hình 4.2: Dây chuyền sản xuất thạch Konjac

- Chuẩn bị nguyên liệu: Sơ chế nguyên liệu bao gồm việc kiểm tra chất lượng, lựa chọn nguyên liệu chính xác, và đo lường các thành phần cần thiết

- Máy khuấy: Máy khuấy thạch Konjac được thiết kế để đảm bảo quá trình khuấy đồng đều tránh tạo ốc trâu Máy có khả năng điều chỉnh tốc độ khuấy để phù hợp với từng giai đoạn của quá trình sản xuất

- Máy nấu: Được thiết kế để kiểm soát nhiệt độ và thời gian nấu chín của thạch Konjac Máy có chức năng điều chỉnh nhiệt độ nấu để đảm bảo sản phẩm chín đều và giữ được chất lượng Máy nấu giúp kiểm soát chặt chẽ quá trình nấu, đảm bảo chất lượng của thạch Konjac và giảm thiểu sự biến động trong sản phẩm

- Máy cắt: Máy cắt được thiết kế để cắt thạch Konjac thành các kích thước và hình dạng mong muốn Có khả năng điều chỉnh kích thước cắt để tạo ra các sản phẩm có kích thước và hình dạng đồng đều

- Làm lạnh: Làm lạnh nhanh bằng nước canxi để giữ lại độ nhồi và độ đàn hồi Quá trình này cũng giúp kiểm soát kích thước phân tử và cấu trúc của thạch

- Chế biến bổ sung (nếu có): Các bước chế biến bổ sung có thể được thực hiện để tạo ra các sản phẩm thạch Konjac có hương vị, màu sắc, hoặc chất liệu đặc biệt

- Đóng gói: Sản phẩm thạch Konjac được đóng gói theo các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm

-Với mục tiêu của nhóm, nhóm đã đảm nhận khâu khuấy, nấu và cắt Cũng là khâu quan trọng nhất trong quá trình sản xuất thạch konjac

• Yêu cầu của doanh nghiệp:

- Phạm vi: 6 lít hỗn hợp

- Máy tích hợp hệ thống khuấy, nấu và cắt thạch Konjac

4.2 Sơ đồ khối hoạt động của thiết bị

Hình 4.3: Sơ đồ khối hoạt động của thiết bị

4.3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị

- Nguyên liệu thạch Konjac được đưa vào thùng khuấy, cánh khuấy được kích hoạt quay và khuấy đều nguyên liệu Bộ điều khiển kiểm soát tốc độ quay và duy trì sự ổn định trong quá trình khuấy

- Sau khi khuấy đạt yêu cầu, hệ thống nấu được kích hoạt, nấu chín nguyên liệu trong nhiệt độ và thời gian theo yêu cầu của nguyên liệu

- Sau khi nguyên liệu được nấu chín đạt yêu cầu, hệ thống khí nén đẩy nguyên liệu qua hệ thống cắt, hệ thống cắt kích hoạt để cắt tạo hình hạt theo yêu cầu

Hình 4.4: Mô hình Các cụm làm việc của máy:

Thiết bị bao gồm 3 bộ phận chính: (1) Cụm khuấy, (2) Cụm gia nhiệt, (3) Cụm cắt (1) Cụm khuấy

- Yêu cầu: khuấy đồng đều và duy trì sự ổn định

- Chức năng: khuấy, trộn đều hỗn hợp nguyên liệu

- Yêu cầu: kiểm soát nhiệt độ và thời gian nấu

- Chức năng: gia nhiêt tới nhiệt độ yêu cầu của nguyên liệu, duy trì thời gian nấu (3) Cụm cắt

- Yêu cầu: tạo hình dạnh và kích thước theo yêu cầu

- Chức năng: cắt tạo hạt theo kích thước

4.4.1 Phương án thiết kế cánh khuấy

• Phương án 1: Cánh khuấy dạng chân vịt

- Dạng cánh như thế đảm bảo tạo ra dòng chảy hướng trục rất lớn và rút ngắn được thời gian khuấy trộn

- Ưu điểm: Bộ phận khuấy chân vịt có thể tạo ra dòng chảy hướng trục lớn nên có thể rút ngắn thời gian khuấy trộn

- Nhược điểm: Đòi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao

Hình 4.8: Bể khuấy trộn dùng cánh khuấy chân vịt

• Phương án 2: Cánh khuấy dạng mỏ neo

- Cánh máy khuấy dạng mỏ neo là một dạng của bộ phận khuấy cánh có hình dạng phù hợp với hình dạng của thùng chứa, thường là thùng chứa hình cầu

- Ưu điểm: Có thể khuấy nhiều dạng chất lỏng có tính chất và đặc điểm khác nhau, có độ bền cơ học cao

- Nhược điểm: Do thường dùng thùng chứa hình cầu nên khó bố trí trong phân xưởng

- Kết luận: dựa vào yêu cầu của khách hàng nên ta chọn phương án 2

4.5 Chọn phương án thiết kế theo quy trình khuấy – nấu – cắt KONJAC

Để tạo nên sợi konjac chất lượng, yêu cầu đặt ra là phải loại bỏ hiện tượng vón cục trong quá trình nấu Quá trình này đòi hỏi sự gia nhiệt ổn định, duy trì nhiệt độ 80 độ C trong suốt thời gian nấu và cắt Mặc dù hình dạng không cần đạt độ tròn đều tuyệt đối, nhưng việc chia đều các sợi theo đường kính định sẵn là yêu cầu bắt buộc.

Phương án 1: KHUẤY NẤU Ở KHU VỰC RIÊNG, TẠO HÌNH VÀ CẮT BẰNG CƠ CẤU CULIT

- Ở phương án này, Thạch KONJAC đã được nấu ở 1 mẻ riêng, sau đó bỏ vào bồn, được đùn và tạo hình nhờ lực ép của xylanh, tạo hình thông qua khuôn đục lỗ ở phía dưới Thạch đã được tạo hình lúc này có dạng sợi, đông trong nước Canxi Sau đó cắt bằng cơ cấu Culit

- Ưu: Hạt được tạo hình đều, ổn định

+ Cơ cấu phức tạp, chiếm diện tích

+ Không tích hợp được theo mong muốn

+ Cơ cấu culit cắt tạo ra hạt hình trụ, không tròn đều

+ Vệ sinh và sử dụng máy khó

Phương án 2: TÍCH HỢP KHUẤY NẤU, TẠO HÌNH TRONG BỂ CHẤT ỔN ĐỊNH

VÀ CẮT BẰNG CƠ CẤU CULIT

- Ở phương án này, ta tích hợp nấu và khuấy ở tầng trên của máy Sau đó nặn thạch Konjac vào bồn chứa để làm đông, sau đó dùng băng tải lưới đưa lên để cắt

- Ưu: Máy đã tích hợp được các bộ phận yêu cầu

- Nhược: Cồng kềnh, khó vệ sinh và hiệu suất không ổn định

Phương án 3: PHƯƠNG ÁN KHUẤY, NẤU, CẮT TỔNG HỢP

Máy sử dụng cơ cấu cánh khuấy tạo luồn, giải quyết được vấn đề vón bột, sau đó nặn thạch konjac xuống phía dưới thông qua cơ cấu tạo áp lực của Xylanh Hạt được được cắt bằng dao cước, tạo được độ vuốt cho hạt

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật máy khuấy, nấu và cắt hạt konjac Kích thước 410x320x1100 (mm)

Thể tích 6 Lít – lý tưởng Điện áp 220V – 50Hz

Vật liệu SUS304, CDA, RUBBER

Môi trường Khô thoáng, cao ráo, sạch sẽ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Bảng 5.1: Thông số cho trước của máy konjac Kích thước cơ sở 410x320x1100 mm

Khối lượng nguyên liệu 3 kg bột Áp suất khí nén 6-8 bar

Nhiệt độ cần duy trì 80 độ C

5.1.1 Tính toán chọn xylanh tạo áp

- Yêu cầu đặt ra: Xylanh hoạt động trong môi trường chất lỏng có độ nhớt cao Tải trọng chất lỏng trong bồn là 6Kg Xylanh kết nối với ty dẫn để đùn chất lỏng ra khỏi miệng bồn (chiều dài vật chất có thể thay đổi được)

- Ta lựa chọn thông số D (đường kính buồng ép) thông dụng của xylanh D2(mm) làm giả thiết lựa chọn

- Dựa vào thiết kế về kích thước của máy, hành trinh của xylanh phải đạt L0(mm)

- Áp dụng thông số đầu vào, ta có:

-Áp suất khí nén hiện có 8.3Mpa

- Để đẩy vật có khối lượng 6kg ta cần F min `( ) N

Căn cứ vào yêu cầu đặt ra, ta lựa chọn mã xylanh SCJ 32 x 100 - 100S → with magnet

SCJ: Model Adjustable Stroke Type

- Yêu cầu đặt ra: Xylanh hoạt động trong môi trường không có dẫn hướng, đẩy và gạt được thạch Konjac với khối lượng 100gram/hạt

- Điều kiện hoạt động xylanh ứng dụng trong bộ phận cắt thạch, xylanh lúc này hoạt động giống như một cơ cấu bao gồm nhiều chi tiết (dẫn hướng và động lực) Suy ra, lựa chọn xylanh có dẫn hướng trong điều kiện này là hoàn toàn hợp lý

- Căn cứ vào thiết kế bố trí của máy Ta tra catologe, lựa chọn hành trình xylanh, L@mm và đường kính trục là Dmm (cho mỗi trục)

- Áp dụng thông số đầu vào, ta có:

- Áp suất khí nén hiện có 8.3Mpa

- Căn cứ vào yêu cầu đặt ra, ta lựa chọn:

Xylanh vuông TN10 x 40s (ben hơi 2 ty)

- Thời gian cắt hạt của máy phụ thuộc vào tốc độ của xylanh

- Xylanh di chuyển dựa trên áp suất khí là 6-8Mpa

- Tốc độ di chuyển khi chỉnh tiết lưu ở mức vừa là 100mm/s (thông số nhà cung cấp)

- Suy ra thời gian di chuyển qua lại dưới miệng đùn của máy: t=S/V= 0,5s

- Điều kiện thạch và lực căng dây đáp ứng, dự kiến sau kiểm nghiệm thực tế

- Thạch đáp ứng thời gian ra là 1 hạt/1s (trên điều kiện lý tưởng)

- Lưu ý trường hợp của dây cước căng, dây cước căng trong phạm vi nhỏ, siết căng bằng cơ cấu giữ ốc vít, căng theo cảm quan, lực căng ở trường hợp này không đáng kể

5.2 Tính toán chọn động cơ

- Năng lượng cần thiết để cho các cánh khuấy chuyển động trong nước được tính theo công thức:

- P: là năng lượng cần thiết (W)

- 𝜌: Là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m 3 )

Bảng 5.2: Bảng tra trong điều kiện dung dịch đem khuấy trộn là nước

Nhiệt độ (độ C) Khối lượng riêng (kg/m 3 )

- n: là số vòng quay một giây (vòng/s)

- Tốc độ quay của trục được chọn theo kiểu cấu tạo và kích thước của cánh khuấy

- Thường lấy theo vận tốc giới hạn của điểm xa nhất trên cánh khuấy so với trục quay không lớn hơn 4,5m/s

- Như vậy, kiểu cánh tuabin có tốc độ quay trên trục 500-1500 vòng/phút

- Đổi tốc độ quay sang vòng/s: 𝑛

K: Là hệ só sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton:

+ Cánh khuấy chân vịt 3 cánh: K= 0,32

+ Cánh khuấy chân vịt 2 cánh: K= 1,00

+ Tuabin 6 cánh phẳng đầu vuông: K= 6,3

+ Tuabin 6 cánh đầu tròn cong: K= 4,8

+ Cánh khuấy ngắn 2 đến 6 cánh dọc trục: K= 1,7

- Máy sử dụng cánh khuấy chân vịt 2 cánh nên hệ số K=1,00

- Với dung tích khuấy lý tưởng của bồn là 6 lít Chọn tốc độ khuấy ở mức thấp nhất: n=8,5 (vòng/s)

- Vậy ta chọn công suất động cơ; Pđc ≥ Pct

- Ta chọn Motor có công suất 90Wat là thỏa điều kiện (3)

5.3.1 Tính toán lựa chọn công suất điện trở

- Trong quá trình nấu sôi ta cần 1 lượng nhiệt lớn truyền qua vách để cho hỗn hợp ở trong bồn sôi trong khoảng thời gian ngắn nên ta chọn loại điện trở vòng cặp, cặp và ốp sát miệng thành bồn

- Vì hỗn hợp pha trong nước, và hỗn hơp là chất ngậm nước nhiều nên ta lựa chọn thông số của nước làm đại diện cho phương pháp tính

- Yêu cần thời gian gia nhiệt của nước trong thời gian 40ph (2/3h)

- Nhiệt độ trung bình của nước t1 = 25°C

- Nhiệt độ yêu cầu gia nhiệt: t2 = 100°C

- Nhiệt dung riêng của nước: 𝑐 𝑛 = 4200 J/kg.K

- Nhiệt dung riêng của inox: 𝑐 𝑖𝑛𝑜𝑥 = 460 J/kg.K

Bảng 5.3: Bảng nhiệt dung riêng của từng chất

- Dung tích hỗn hợp cần phải gia nhiệt là 8kg

Q Nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình gia nhiệt

P Công suất điện trở đun nóng trong 1 giờ (công thực hiện) là =1,43 kWh

- Từ đó ta chọn điện trở vòng cặp có công suất 2,2kW để đun nóng hỗn hợp trong bồn [2],[4],[5]

5.3.2 Tính toán thời gian nấu 1 mẻ

• Lượng nhiệt cung cấp cho bồn

- Mỗi lần nấu sẽ cho 3kg bột konjac vào bồn nước Sau quá trình khuấy thì sẽ đạt được 6kg hỗn hợp sệt ngậm nước Ta chọn công suất lớn là 8kg

- Lượng nhiệt cần thiết để cung cấp cho bồn gồm từ 25°C-100°C với cg00 J/kg.K

- Lượng nhiệt cần thiết để cung cấp cho bồn gồm từ 25°C-100°C với cnB00J/kg.K

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho toàn bồn là:

- Thời gian để hỗn hợp trong bồn đạt được 100°C

• P là tổng công suất điện trở W

• tk là thời gian hỗn hợp trong bồn đạt 100°C

- Thời gian để làm hỗn hợp trong bồn sôi đạt 100°C là 25,9 phút

• Tổng thời gian cho 1 lần nấu

- Thời gian cho 1 lần nấu sẽ được tính bằng tổng thời gian làm hỗn hợp sôi trong lòng bồn và thời gian duy trì nhiệt độ

- Ta cho thời gian duy trì nhiệt độ là 20 phút (duy trì sau khi thạch được cắt xong)

- Vậy với 1 lần nấu sẽ mất thời gian khoàng 45-50 phút

5.3.3 Tính toán tổn thất nhiệt vào môi trường

• Tổng thất nhiệt qua thành bồn và thoát ra ngoài vòng cách nhiệt

- Nhiệt độ bên ngoài là Tf20°C

- Nhiệt độ trong tủ hấp là Tf1= 100 °C

- Bồn nấu được cấu tạo 2 lớp:

• Lớp cách nhiệt Ceramic được bọc inox có chiều dày 𝛿 = 0,02𝑚 hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 0,046 W/m.k

• Lớp bên trong Inox 304 có chiều dày 𝛿 = 0,001𝑚 hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 16 W/m.k

- Nhiệt tổn thất ra môi trường ra môi trường được tính theo công thức

• F: là diện tích xung quanh tủ hấp

F1 = 1,4075m 2 (bề mặt trải ra của bồn và khay cách nhiệt)

• ∆𝑡: độ chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài tủ hấp ( °C)

• K: là hệ số truyền nhiệt K = 1 1

▪ 𝛼 1 : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của môi trường hấp đến thành thiết bị W/m 2 K

▪ 𝛼 2 : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt bên ngoài thiết bị đến môi trường W/m 2 K

▪ 𝛿, 𝜆: Là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của thiết bi

- Để xác định 𝛼 1 𝑣à 𝛼 2 ta dùng phương pháp lặp

- Ta chọn vận tốc chuyển động của hơi nước bay lên v = 1 m/s

- Giả sử nhiệt độ vách trong tủ hấp là Tw1 = 100 °C (nhiệt độ vách trong thành tủ), theo công thức Newton-Ricman mật độ dòng nhiệt truyền qua : q = a1(Tf1- Tw1) = 10,32.(110-100) 3,2 (W/m 2 ) [5] (9)

- Nhiệt độ vách ngoài cùng được xác định theo công thức Fourier: q = 𝛿1 𝑇 𝑤1 −𝑇 𝑤4

2 = 42°C (11) Hình 5 3: Hình mô tả truyền nhiệt qua vách

Bảng 5.4: Bảng thông số vật lý của không khí t (°C) Ƿ

Tra bảng thông số vật lý của không khí với Tm = 42°C, các thông số có giá trị như sau:

• l là kích thước xác định (m)

• g là gia tốc trọng trường, (m/s 2 )

• v là độ nhớt động học (m 2 /s)

• 𝛽 là hệ số giản nở (1/T)

Bảng 5 5: Bảng thông số vật lý của không khí

Trạng thái chuyển động (Gr.Pr)m C n

Quá độ từ chảy màng sang chảy tầng

- Thay giá trị C, n, Gr, Pr vào công thức Nusselt:

- Mật độ nhiệt truyền qua: q’= a2(Tw4- Tf2) = 4,31 (55-30) = 107,75 (W/m 2 )

=> Do kết quả so sánh được rất nhỏ nên kết quả tính toán có thể chấp nhận được

- Từ đó xác định được hệ số truyền nhiệt:

- Mật độ dòng nhiệt truyền qua thành bồn: q1 = K1 (Tf1- Tf2) = 1,31 (110-30) = 104,8 (W/m 2 ) [3] (16)

- Nhiệt lượng Q1 (W) truyền qua thành bồn:

• Sản lượng nhiệt sinh ra

- Sản lượng hơi sinh ra khi đung sôi nước => hơi nước

• D là sản lượng hơi sinh ra trong 1 đơn vị thời gian (kg/h)

• Q là phụ tải nhiệt (KJ/h)

• i” entalpi cảu hơi ẩm (KJ/kg)

• i’ là entanpi của nước cấp (KJ/kg)

- Quá trình chia thành 2 giai đoạn: q = (qn+ qk).mn

• qn là lượng nhiệt riêng làm cho nước từ 25°C-100°C

• qk là lượng nhiệt riêng làm cho hơi nước từ 100°C-110°C

• mc là khối lượng hỗn hợp ngậm nước trong bồn (kg) -Giai đoạn 1: qn= (i”100- i’25) Cp = (2676-104,81) 1,833 = 4712.991 KJ/kg

-Giai đoạn 2: qn= (i”110- i’100) Cv = (2691-2676).1,3716 = 20,574 KJ/kg

Bảng 5.6: Bảng thông số vật lý của nước và hơi bão hòa t, °

P, bar v’ m 3 /kg v’’ m 3 /k g p’’ kg/m 3 i’ kJ/kg i’’ kJ/k g r kJ/k g s’ kJ/kg.

1,210 0,8264 461,3 2691 2230 1,4184 7,2387 Hình 5.4: Bảng nhiệt dung riêng trung bình phụ thuộc vào nhiệt độ của các khí

=> q = (qn+ qk).mn = (4712.991 +20,574).32 = 151474.08 KJ/kg

- Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi:

• S là năng suất bốc hơi (kg/m 2 h)

• D là sản lượng hơi của lò (kg/h)

• H là diện tích bề mặt sinh hơi (m 2 )

- Theo yêu cầu của doanh nghiệp, máy konjac phải làm việc với 6L nguyên liệu đầu vào Vì thế ta phải tính toán xác định thể tích khuấy của máy

- Thể tích thật của bồn chứa dựa trên thiết kế đề xuất

2𝑥 π × 1.13 2 × 0.42= 8.42 + 0.56 = 8.98 (𝑑𝑚 3 ) ≈9L Trong đó: 𝑉 1 : thể tích thân bồn

- Vậy thiết kế của bồn lớn hơn so với yêu cầu, thỏa yêu cầu với thể tích nguyên liệu đầu vào và là tiền đề số liệu để tính toán công suất khuấy về sau

MÁY GIA CÔNG: Máy tiện vạn năng TAKISAWA

DAO: Dao tiện gúc phải, dao múc lỗ, dao tiện xộn vai, mũi khoan ỉ3, taro M4

THÔNG SỐ: S 960 v/ph, t= 0.5mm (cho mỗi lần) ĐỒ GÁ: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm

Hình 5 5: Chi tiết gối đỡ