Trình bày các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm ? Các thông số ảnh hưởng đến quá trình ép tạo hình ? Cơ sở lý thuy ết tính toán cho máy ép kiểu pit tông, kiểu trục cán trong có khuôn trụ ?

CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM Tên chuyên đề Trình bày các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm ? Các thông số ảnh hưởng đến quá trình ép tạo hình ? Cơ sở lý thuy ết tính toán cho máy ép kiểu pit tông, kiểu trục cán trong có khuôn trụ ? Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Vương Hùng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Lâm Ngành học: Công Nghiệp Công Trình Nông Thôn Lớp: Công Thôn 39a HUẾ, 12008 1

ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ …   … CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM Tên chuyên đề Trình bày nguyên lý ép tạo hình sản phẩm ? Các thơng số ảnh hưởng đến trình ép tạo hình ? Cơ sở lý thuyết tính tốn cho máy ép kiểu pit tơng, kiểu trục cán có khn trụ ? Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ngành học: Lớp: TS Đinh Vương Hùng Nguyễn Xn Lâm Cơng Nghiệp Cơng Trình Nơng Thôn Công Thôn 39a HUẾ, 1/2008 I Đặt vấn đề Trong xã hội ngày nhu cầc người đòi hỏi ngày cao chất lượng sống cung chất lượng sản phẩm,nó dược thể mawtj chất lượng sản phẩm,đa dạng hoá sản phảm,cũngnhuư hình dáng kích thước khác nhằm đáp ứng thị hiếu người Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật loại máy moc sử dụng nhiều sản xuất chế biến thực phẩm, Máy ép thiết bị sữ dụng phổ biến lĩnh vực này, máy ép dầu, máy ép mía, máy ép nước hoa quả, máy ép tạo hình sản phẩm vv Tổng quan qua công ty, sở sản xuất chế biến nông sản thực phẩm ta bắt gặp nhiều loại máy ép tạo hình sản phẩm Vậy chúng hoạt động nào, dựa nguyên lý ép nào?các thơng số ảnh hưởng tới q trình ép gì?cơ sở tính tốn cho cccccác loại máy ép sao? Chúng ta sâu nghiên cúư tìm hiểu kĩ chuyên đề II nội dung nghiên cứu đề tài Mục đích, yêu cầu kỹ thuật phân loại a) Mục đích Ép tạo hình sản phẩm trình tác động lực học vào vật liệu để liên kết phần tử vật thể dạng phân tán với thành phần tử có hình dạng, kích thước khối lượng xác định theo yêu cầu công nghệ chế biến Đối với số loại sản phẩm việc ép tạo hình cần thiết, như: ép đậu phụ, bơ, phomát, ép mì sợi, mì ống, bánh bích qui, ép lương khơ, bánh rau; ép viên thức ăn cho vật nuôi, Khi sản phẩm có hình dạng thích hợp tạo điều kiện thuận lợi cho trình tiếp theo, như: phơi sấy, nướng bao gói, vận chuyển bảo quản Đặc biệt sản phẩm có hình dáng đẹp, kích thước khối lượng phù hợp với khả tiêu thụ thu hút kích thích sức mua người tiêu dùng b) Yêu cầu kỹ thuật - Máy phải tạo sản phẩm ép có hình dạng thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho trình chế biến như: sấy, nướng, bao gói, vận chuyển, - Phải đảm bảo tiêu chuẩn hình dạng, kích thước, khối lượng, độ chặt, độ bền đồng thời phải tạo hình dáng đẹp, lạ, gợi cảm nhằm kích thích nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng c) Phân loại - Theo mục đích cơng nghệ: máy ép viên, máy ép bánh - Theo phương pháp ép: phương pháp ép khô, phương pháp ép ẩm - Theo cấu tạo: máy ép kiểu vít, máy ép kiểu trục cán, máy ép kiểu băng, máy ép kiểu pit tông, máy ép thuỷ lực, máy ép khí nén, - Theo trình làm việc: máy ép liên tục, máy ép gián đoạn Các nguyên ký ép tạo hình sản phẩm Việc tạo hình sản phẩm tiến hành thủ công với công cụ đơn giản Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường khí hố tự động hố Dựa u cầu thành phẩm trạng thái vật lý nguyên liệu người ta chọn nguyên tắc tạo hình sau đây: - Nguyên tắc nén ép: dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng định thành băng dải cắt viên - Ngun tắc dập khn: dùng khn có hình mẫu lựa chọn dập xuống khối sản phẩm chia chúng thành phần có hình dạng định Khi nén ép dập khuôn, để liên kết phần tử vật liệu dạng bột rời, dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm nguyên liệu mà trị số áp lực ép khác nhau, tới 1000 at độ ẩm đạt tối thiểu 20(30% Trong số trường hợp để giảm áp lực ép người ta gia nhiệt nhiệt độ cao điểm nóng chảy hỗn hợp Dưới tác dụng nhiệt độ cao hỗn hợp chuyển từ pha rắn sang lỏng có độ nhớt cao, hạ nhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng rắn Về cấu tạo phận ép chủ yếu vít xoắn, pít tơng, trục cán, phận chứa tải khn có dạng trụ, phẳng, cầu, Hình trình bày ngun lý cấu tạo số phận tạo viên Các phận thường gồm khn ép đục lỗ theo cỡ đường kính viên, có lăn ép, dao cắt để cắt thành viên trụ theo chiều cao cần thiết Có phận ép dập kiểu trục cán gồm hai bánh trụ, mặt trụ có hõm (nửa hình cầu để tạo viên cầu, nửa hình trụ để tạo viên trụ, nửa hình hộp để tạo bánh) Bộ phận ép đùn gồm trục vít ép ngun liệu ống trụ, đùn qua khn có lỗ định hình để thành dạng sợi, ống, kết hợp dao cắt thành dạng viên trụ Khi ép đùn áp dụng cách ép ẩm ép khơ Hình Ngun lý cấu tạo cá c phận tạo viên nguyên liệu 1, 2- kiểu pitơng; 3; 4- kiểu đóng khn; 5, 6, 7- kiểu lăn; 8- kiểu băng ép; 9- vít ép; 10- kiểu vít đùn; 11, 12- kiểu trục cán; 13, 14, 15, 16- trục cán có khn trụ; 17, 18- trục cán có khn phẩng Phương pháp ẩm: hỗn hợp nguyên liệu có độ ẩm 35 - 50% với độ ẩm ban đầu 12 - 14%, làm ẩm nước nóng 70 - 80 độ C Khi nguyên liệu ép hay đùn khỏi khuôn ép có độ ẩm tới 17%, nhiệt độ tới 80 độ C Sau ép, viên phải làm lạnh khô, tới nhiệt độ 50 - 60 độ C độ ẩm nhỏ nhơn 14% Để tăng độ bền viên cần tăng dinh dưỡng, người ta trộn thêm chất kết dính mật, đường, bột hồ Phương pháp khơ: có nhiều ưu điểm so với phương pháp ẩm, không cần sấy viên, viên tạo giữ tốt chất dinh dưỡng, sinh tố kháng sinh, với công nghệ đơn giản hơn, bảo đảm suất cao (có thể đạt tới 10 - 15tấn/h) kích thước viên thường tạo với dạng cầu, trụ, với đường kính từ - 20mm, hình trụ có bề cao 10 - 30mm, với khối lượng riêng1000 - 1300kg/m nguyên lý ảnh hưởng đến trình ép tạo hình sản phẩm: a) Độ nén ép Độ nén ép λ tính theo cơng thức: λ = V / V1 (1) V V1 - thể tích hỗn hợp trước sau nén ép Nếu buồng ép có tiết diện S khơng đổi : λ = Sh0/S.h1 = h0 / h1 (2) h0 h1 - chiều cao lớp hỗn hợp trước sau ép Ta tính : λ = P1 / P0 (3) P0 P1- khối lượng thể tích hỗn hợp trước sau ép, kg/m3 b) Độ rỗng khối hỗn hợp Độ rỗng P khối hỗn hợp xác định theo công thức: P = V0 / V = - Vr V (4) V - thể tích tồn khối hỗn hợp V0- thể tích khoảng trống phần tử Vr - thể tích phần chất rắn hỗn hợp Độ hổng P' viên ép tính tương tự sau : P' = V0' / V' = - Vr ' V' (5) V' - thể tích khối nén ép V0' - thể tích khoảng trống phần tử Vr' - thể tích phần chất rắn khối ép c) Tính chất ma sát bề mặt Khi nén ép nguyên liệu, phần tử dịch chuyển tác động ngoại lực phải thắng lực ma sát Để xác định ma sát ngồi trong, ta dùng dụng cụ đo hình Thùng có mặt hướng dẫn cho hộp di chuyển Hộp không đáy đổ nguyên liệu cần đo vào thùng chứa nguyên liệu Trên mặt khối nguyên liệu hộp đặt cân Động 14 kéo hộp dây 10, nối với tenzô gắn vào thành trước hộp Vận tốc di chuyển hộp thay đổi nhờ bánh đai nhiều cấp, lắp đầu trục hộp giảm tốc 13 Trên mặt hướng dẫn thùng, đặt thép hay gỗ để đo ma sát với khối nguyên liệu Tín hiệu cảm biến khuếch đại ghi dao động ký Hình Sơ đồ dụng cụ đo hệ số ma sát với áp lực thấp Hệ số ma sát tính toán, sau xử lý số liệu dao động ký : f= τ σ (6) f - ứng suất tiếp tuyến mặt di chuyển , Pa; τ = P1 − P2 , F (7) P1 - lực dịch chuyển hộp với khối nguyên liệu , N; P2 - lực dịch chuyển hộp không, N; F- diện tích cắt ngang hộp mặt di chuyển, m2; F- diện tích cắt ngang hộp mặt di chuyển, m2; σ = 9,81(Mc + Mt + M1) / F , (8) Mc Mt - khối lượng cân đặt mặt khối nguyên liệu hộp 2; M1 - khối lượng nguyên liệu hộp : M1 = Fhρ (9) h - chiều cao lớp nguyên liệu; ρ - khối lượng thể tích d) Hệ số dãn nở đàn hồi Hệ số dãn nở đàn hồi k tỷ số thể tích Vd sau nén nở với thể tích Vn áp lực nén: k = Vd / Vn (10) Để bảo đảm cho viên ép chắc, không bị vỡ nứt k = 1,1 - 1,15 e) Độ bền viên Người ta thường dùng hộp khối chữ nhật (300 x 300 x 450mm), xung quanh bao lưới sàng có kích thước lỗ 0,8 kích thước viên Cho lượng viên ép vào hộp quay - 10 phút với tần số 15 - 50/ph Cân lại khối lượng hộp Mn so với khối lượng M0 trước đo tính độ bền B viên theo cơng thức : Mn B = M 100% (11) Theo Pơđkơlzin I.V tính độ bền B theo cơng thức : B = 98,5÷ 44.103e-0,011 ρ (12) ρ - khối lượng riêng khối nguyên liệu, kg/m3 Từ ta đánh giá chất lượng tạo viên "độ vụn" : V = 100 - B (13) f)Tính chất vật liệu q trình ép chịu ảnh hưởng tính chất vật liệu độ ẩm,rắn vật liẹu, mức độ tạo mao dãn vật liệu Cơ sở lý thuyết tính tốn cho máy ép kiểu pit tơng: - Trường hợp nén ép khung có đáy cố định Giả sử khn có độ dài L tiết diện S (hình 3) Khối nguyên liệu nén M có khối lượng riêng ban đầu ρo Có thể coi mối quan hệ phụ thuộc áp suất nén p với khối lượng riêng ρ nguyên liệu sau : dp / dρ = f(p) (14) Các kết nghiên cứu cho thấy trình nén ép, hàm f(p) coi tuyến tính với dạng ap + b : dp / dρ = ap + b (15) Như ta suy : a( ρ −ρ ) p=C e −1 với C =b/a Vì P0 = M / L.S P = M/((L - H)S) [ ] Như vậy:    H  ρ - ρ0 = M  L − H S − L S  = ρ  L − H    ) (  p = C ( ( exp P a Po H / (L-H) )-1) Nếu đặt H/L = ε - độ biến dạng nén tương đối : H / (L - H) = ε / (1 - ε ) và:  p = C  exp aρ   ε    −1 1− ε   (16) Hình Sơ đồ nén ép khn kín có đáy cố định đồ thị áp suất Khi nén từ O tới C, áp suất nén p tăng theo đường cong OA Sau nén xong nén trở vị trí ban đầu, tính chất hồi phục nguyên liệu, áp suất nén không ngay, mà chậm chút, theo đường cong AB, phát sinh áp suất dãn nở đàn hồi Diện tích OACO đồ thị áp suất tương ứng với lượng nén Năng lượng tiêu thụ để khắc phục ma sát nhớt phần tử vật chịu nén dịch chuyển, khắc phục ma sát vật liệu với thành buồng nén để gây biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo vật liệu Diện tích BAC tương ứng với lượng biến dạng đàn hồi hồi phục phần viên ép dãn nở đàn hồi Khi giữ nguyên khối lượng M mẻ nén, ta thấy với thể tích ban đầu V0 = L.S thể tích cuối lúc nén V = H1.S M = ρo.Vo = ρ.V Như khối lượng riêng viên ép phụ thuộc vào khối lượng cung cấp vật liệu, cung cấp khơng khơng đảm bảo chất lượng Hơn nữa, với phương pháp nén ép khn kín khó lấy viên hay bánh ép ngồi Hình trình bày đồ thị phân bố áp suất dọc theo tồn khn nén Theo ơxơbơv V.I ta viết phương trình cân lực tác động vào lớp viên ép tới áp suất cực đại pmax (tính theo cơng thức 16) sau : pxS - (px+ dpx)S - F = (17) F- lực ma sát vật liệu với khuôn nén; F = fqxCdx f - hệ số ma sát; qx - áp suất cạnh; C - chu vi lịng khn Hình Đồ thị phân bố áp suất dọc trục bên cạnh toàn khn ép Từ rút : dpx = -fqx(C / S) dx (18) Dấu trừ công thức (18) chứng tỏ áp suất giảm dần theo chiều nén áp suất cạnh qx gồm hai thành phần : thành phần áp suất nén dọc trục px gây với tỷ lệ Ġ (qc = Ġpx), thành phần biến dạng dư gọi áp suất dư cạnh qdc không phụ thuộc vào px, nghĩa : qx = ξ px + qdc (19) µ / (1 - µ ) với µ - hệ số Pốtxơng Hệ số tỷ lệ S = µ =( 0,29 - 0,31) Theo Đôlgôv I.A, rau cỏ ξ = ( 0,4 - 0,45) Phương trình (18) viết thành : dp x  C = − f   dx  S ξp x + q dc (20) Lấy tích phân hai vế : vế trái giới hạn p > px , vế phải từ > x , ta :  q dc   C   q dc   px = p + exp − f ξ  x −   (21)  S   ξ  ξ     Thay giá trị px từ công thức 21 vào công thức 19, ta xác định áp suất cạnh   C    qx = ( ξ p + qdc)exp − f ξ  x  S (22) Để xác định áp suất p1 đáy khuôn, ta việc thay x = L - H vào phương trình (21) :  p1 = p +  q dc     q dc   C  exp− f ξ S  ( L − H)  −  ξ    ξ      (23) Ta nhận thấy tăng đoạn L - H áp suất p1 giảm, nghĩa khối lượng riêng viên ép bị giảm theo; đoạn L - H chiều cao viên ép nhỏ viên bền - Trường hợp nén ép khn hở có đáy di động Đáy di động khn hở tạo viên hay bánh ép trước cịn khn Đây cách nén ép nhiều lần, tạo viên từ nhiều mẻ cấp liệu, đồng thời đùn đẩy dần viên ép ngồi khn (hình 5) Khn có chiều dài L, đoạn L - H chứa khối viên ép gồm số phần nguyên liệu ép theo chu kỳ Như buồng ép gồm hai đoạn: đoạn H nén ban đầu khối nguyên liệu (gọi đoạn ép) đoạn L - H đùn phần ép đồng thời tiếp tục nén theo cách nhiều lần để thành viên ( gọi đoạn đùn) Đầu nén ép phần nguyên liệu tới vị trí 1' - 1' đạt pmax cần thiết (để viên có khối lượng riêng yêu cầu) Quả nén hết đoạn H tới vị trí 2' - 2' gây tác động đẩy khối ép, đùn dần ngồi Sau nộn lùi trở lại để thực chu kỳ tiếp Do tính chất dãn nở đàn hồi mặt 2' - 2' khối ép dãn trở lại vị trí 3' - 3' đoạn (h (áp suất nén diễn biến theo diện tích OAA'C') Quả nén lùi tiếp, rời mặt khối ép, để tiếp tục nén phần nguyên liệu cấp đoạn đùn L - H tốn lượng thêm cho việc thắng ma sát khồi nguyên liệu với thành khuôn cho việc nén lại phần dãn nở đàn hồi khối épđó Diện tích AA'C'C biểu thị lượng đùn phần ép từ vị trí 1'-1' đến 2'-2' Đoạn đồ thị AA' thể giảm áp suất nén dọc trục Khi đó, phần khối ép trước nhận áp suất dọc trục A'C' phần ép tác động Tuy nhiên không cần tốn thêm lượng để đùn phần khối ép trước đó, đồng thời lại đùn khối ép với phần tạo thành Vì vậy, chu kỳ ép tiếp theo, phần khối ép chịu áp suất xung dọc trục px thể đoạn O1A1C1, O2A2C2, ,OnAnCn Các đỉnh A1, A2, ,An giảm dần theo đường cong AAn thể tương tự phương trình áp suất 10 Hình Sơ đồ nén ép khn hở có đáy di động đồ thị áp suất nén Cần ý sau lần nén lùi rời khối ép, áp suất dọc trục không giảm tới mà tới trị số tối thiểu pmin, cịn áp suất dư : áp suất dư trục pdt áp suất dư cạnh pdc Dưới biến dạng đàn hồi dọc trục, khối ép có xu hướng dãn dài hai đầu (như lò xo nén giữ giữa) Nhưng nhờ áp suất dư cạnh pdc gây ma sát chống lại tượng dãn Khi đùn khỏi khn, khối ép dãn dài tới vài % tuỳ theo diễn biến q trình "nới" khn Ta biết, để đạt khối lượng riêng ( yêu cầu viên ép, phải đạt áp suất nén pmax tính theo cơng thức (16) Nhưng muốn vậy, đoạn đùn L - H ma sát khối ép với khuôn phải đủ tạo lực chống pmax Lực ma sát tổng hợp (tĩnh) Ft xác định : Ft = ftN = ft τ So = ft τ C.L1 = ft τ C.L1 (24) ft - hệ số ma sát tĩnh; ft = 0,2 ( 0,25 với t = 200C p = 21 MPa; ft = 0,08 ( 0,1 với t = 1000C p = 21 MPa N - phản lực pháp tuyến, N; τ - ứng suất tiếp tuyến áp suất cạnh qx gây nên, Pa Có thể tính τ theo tỷ lệ với áp suất pháp tuyến pđ đáy, tức mặt đẩy khối ép trước τ = ξ pđ Thường :pđ = (0,4 - 0,45) pmax ξ = 0,4 - 0,5 Sc - diện tích mặt bên khuôn , m2; C - chu vi tiết diện khuôn, m; 11 L1 - chiều dài đoạn đùn khuôn, m Như điều kiện để viên tạo bảo đảm khối lượng riêng ( cần thiết : Ft ≥ pmax.S (25) S - tiết diện cắt ngang khn, m2 Từ suy : p max S L1 ≥ f ξ p C (26) t d Khi khối ép đùn khn, phải tính đến tính chất "nới"; không, khối ép khỏi khuôn nở không đủ bền Với suất máy xác định , gọi vận tốc trung bình đẩy khối ép khuôn Vtb thời gian "nới" tn chiều dài đoạn đùn khn Ln≥Vtb.tn Khi thiết kế phải lấy L1 ≥ Ln Cơ sở lý thuyết tính tốn máy ép kiểu trục cán có khn trụ: 1- Xuất phát từ suất máy (q, kg/s Q, t/h), theo hình ta tính độ dài L lỗ khuôn theo công thức : L = pmax.S0 / (ft.Ġ.pđ.C) , với So C tiết diện chu vi lỗ khn 2- Tổng diện tích Sk bề mặt làm việc khn tính sau (theo Pôđkôlzin I.V.) : Sk=q.te / (kr.L.c ρ) (27) te - thời gian khối ép lỗ khuôn (khi ép bột cỏ te = 16 - 18s, ép bánh nguyên liệu hỗn hợp te =( 23 - 25s) Hình Đồ thị áp suất nén khn ép (c) sơ đồ tính tốn (d) 1- trục cán; 2- nguyên liệu; 3- khuôn; 4- khối ép 12 3- Năng suất lý thuyết máy ép trục cán khn trụ tính sau Q = 3600.k πd m.Z.v , kg/h (28) k - hệ số cản chuyển động nguyên liệu qua lỗ khn; k = 0,06 ÷ 0,07 d - đường kính lỗ khn, m m - số lỗ khuôn; Z - số lăn, Z = - 3; v - vận tốc nguyên liệu bị ép qua lỗ, m/s III kết luận kiến nghị Trên nghiên cứu tìm hiểu máy ép tạo hình sản phẩm thường dùng chế biến sản phẩm nông ngiệp dùng phổ biến nước giới Qua đề tài trình bày yêu cầu đề tài đặt trình bày nguyên lý ép, thông số ảnh hưởng tới trình ép,và trình bày sở lý thuyết tính tốn cho máy ép kiểu pit tơng, kiểu trục cán có khn Tuy nhiên thời gian chuyên đề gấp nên đề cập tính tốn nghiên cứu cịn nhiều hạn chế, tài liệu chưa đa dạng, chưa sâu vào nghiên cứu mơt cách có hệ thống cụ thể phận máy ép Qua chuyên đề mong muốn đươc góp ý, đánh giá, bổ sung thầy giáo bạn nhằm hoàn thiện chuyên đề cách tốt nhất,xin cảm ơn thầy giáo:TS Đinh Vương Hùng trực tiếp hưởng dẫn chuyên đề cho chúng em 13 MỤC LỤC I.Đặt vấn đề II.Nội dung nghiên cứu đề tài 1.Mục đích, yêu cầu kỹ thuật phân loại .1 2.Các nguyên ký ép tạo hình sản phẩm 3.Các nguyên lý ảnh hưởng đến trình ép tạo hình sản phẩm .3 4.Cơ sở lý thuyết tính tốn cho máy ép kiểu pit tông .6 5.Cơ sở lý thuyết tính tốn máy ép kiểu trục cán có khuôn trụ 11 III.Kết luận kiến nghị 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO -Bài giảng công nghệ thiết bị bảo quản chế biến nông sản_TS Đinh Vương Hùng -Tài liệu từ mạng internet 14 ... 3 .Các nguyên lý ảnh hưởng đến trình ép tạo hình sản phẩm .3 4 .Cơ sở lý thuy? ??t tính tốn cho máy ép kiểu pit tông .6 5 .Cơ sở lý thuy? ??t tính tốn máy ép kiểu trục cán có khn trụ 11 III.Kết luận... ty, sở sản xuất chế biến nông sản thực phẩm ta bắt gặp nhiều loại máy ép tạo hình sản phẩm Vậy chúng hoạt động nào, dựa nguyên lý ép nào ?các thông số ảnh hưởng tới q trình ép gì ?cơ sở tính tốn cho. .. đích cơng nghệ: máy ép viên, máy ép bánh - Theo phương pháp ép: phương pháp ép khô, phương pháp ép ẩm - Theo cấu tạo: máy ép kiểu vít, máy ép kiểu trục cán, máy ép kiểu băng, máy ép kiểu pit tơng,