Vì vậy để thu được các sản phẩm theo yêu cầu cũng như ý muốn của người sử dụng ta phải tiến hành phân loại- làm sạch để tách các vật liệu thành các dạng riêng biệt nhau khác nhau về kích
Trang 11 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình sản xuất nông sản thực phẩm, thông th ường các nguyên vật liệu phải qua các công đoạn chế biến bằng nhiều máy móc và thiết bị khác nhau Đối với các loại sản phẩm sau khi thu hoạch, để nâng cao chất lượng cũng như để đáp ứng được yêu cầu, mục đích sử dụng của con người thì chúng ta phải tiến hành một số biện pháp cần thiết để bảo quản và chế biến nông sản nhằm đáp ứng được yêu cầu và mang lại lợi ích về kinh tế trong quá trình sản xuất
Các loại nông sản thực phẩm hiện nay rất đa dạng và phong phú và chúng có kích thước và tồn tại ơ nhiều dạng khác nhau Đặc biệt là các vật liệu rời như đường, bột, hạt ngũ cốc… chúng bao gồm nhièu thành phần khác nhau và thường không hoàn toàn đồng nhất Vì vậy để thu được các sản phẩm theo yêu cầu cũng như ý muốn của người sử dụng ta phải tiến hành phân loại- làm sạch để tách các vật liệu thành các dạng riêng biệt nhau khác nhau về kích thước, màu sắc…cũng như loại bỏ các tạp chất bẩn Sự phân chia các khối vật liệu rời theo một tính chất vật lý nào được gọi chung là quá trình phân loại – làm sạch vật liệu rời Tuy nhiên quá trình phân loại được thực hiện bằng các công cụ gì, theo những phương pháp nào và với các nguyên lý ra sao, trong thực tế đã được ứng dung hay chưa? Để tìm hiểu vấn đề trên, tôi đã nghiên cứu, tìm hiểu và
tiến hành thực hiện chuyên đề “ Hãy trình bày các nguyên tắc phân loại
mà bạn biết? Phân tích ưu nhược điểm của mỗi nguyên tắc từ đó đề xuất phạm vi sử dụng? Vì sao có thể nói quá trình rửa, làm sạch, lọc, lắng, phân ly cũng là những trường hợp đặc biệt của quá trình phân loại”.
Trang 22 NỘI DUNG
2.1 CÁC NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI.
2.1.1.Phân loại theo kích thước hình học của hạt.
Phần lớn các tạp chất hữu cơ như cỏ, rác, mảnh cành, lá cây, thường có
kích thước lớn hơn hạt, còn đất, cát, bụi, rác vụn, thường bé hơn hạt Lợi dụng sự khác nhau về kích thước này, người ta dùng máy sàng có kích thước lỗ thích hợp để tách các tạp chất đó ra khỏi hạt Khi chỉ có tạp chất lớn hơn hạt thì tạp chất sẽ ở lại trên sàng, hạt lọt qua lỗ sàng Khi chỉ có tạp chất bé hơn hạt thì ngược lại Nếu trong khối hạt có cả tạp chất lớn hơn hoặc bé hơn hạt thì sử dụng sàng nhiều tầng có kích thước lỗ khác nhau, lỗ to ở trên, lỗ nhỏ ở dưới hoặc dùng một tầng sàng nhưng phần sàng ở phía nguyên liệu vào có lỗ nhỏ, phần sàng ở phía sau có lỗ to dần Đối với việc phân loại hạt theo kích thước, quá trình cũng xảy ra tương tự Như vậy, trong quá trình sàng người ta nhận được sản phẩm hoặc nằm trên sàng hoặc lọt qua sàng, còn phần kia bị loại bỏ đối với trường hợp làm sạch hoặc thu được sản phẩm cả ở phần trên và dưới sàng nhưng có
độ lớn khác nhau trong trường hợp phân loại
Hiện nay, có nhiều loại sàng được dùng để phân loại hạt như: sàng phẳng, sàng lượn sóng, sàng trụ, sàng đa giác Phổ biến nhất trong các nhà máy chế biến lương thực- thực phẩm là sàng phẳng, sàng trụ và trống chọn hạt
2.1.1.1.Sàng phẳng
- Sàng phẳng được lắp trên một khung gọi là thân sàng Mỗi thân sàng được treo vào khung máy nhờ 4 thanh teo đàn hồi và thực hiện dao động qua lại nhờ cơ cấu lệch tâm (hình 1.1) Phương dao động của sàng có thể ngang hoặc nghiêng
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy sàng phẳng
Trang 3Những máy có hai thân sàng thì chiều chuyển động luôn ngược nhau nhằm triệt tiêu một phần lực quán tính sinh ra trong quá trình chuyển động
Khi bán kính tay quay nhỏ, biên và thanh treo có chiều dài lớn ta có thể coi chuyển động của thân sàng là chuyển động tịnh tiến qua lại dịch chuyển của thân sàng S= 2R ( R bán kính tay quay)
Sàng được lắp ở đáy thân sàng và thường đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 4 90 Đây là bộ phận chính để phân loại các hạt vật liệu rời Người ta thường dùng hai loại sàng có kết cấu khác nhau là: sàng lưới đan và sàng tấm đục lỗ
Mặt sàng lưới đan: có các lỗ dạng hình vuông, hình bầu dục, hình 6 cạnh (hình 1.2) Loại này được dùng để các vật liệu khô, xốp Loại lưới đan có diện tích rơi lớn hơn so với các loại sàng khác
Hình 1.2 Mặt sàng lưới đan
Mặt sàng tấm đục lỗ được làm bằng thép tấm, trên mặt có đục các lỗ dạng hình vuông, hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình bầu dục Các lỗ có thể bố trí thành hàng hoặc xen kẽ nhau (hình 1.3)
Hình 1.3 Mặt sàng tấm đục lỗ
Trang 4Lỗ ở trên tấm được làm dạng côn, phần có kích thước lớn hướng về phía sản phẩm đi ra Ưu điểm của tấm đục lỗ là hạt dễ dàng di chuyển trên mặt sàng Tuổi thọ của loại sàng này cao hơn loại lưới đan, nhưng nó có nhược điểm là diện tích rơi nhỏ
Tuỳ theo hỗn hợp cần làm sạch và yêu cầu đối với hạt sau khi làm sạch
mà chọn sàng có kích thước lỗ và dạng lỗ thích hợp
Sàng lỗ hình tròn dùng để phân loại dựa vào sự khác nhau về chiều rộng của hạt Những hạt có tiết diện lớn hơn đường kính của lỗ sàng muốn lọt qua lỗ sàng dạng này hạt phải dựng thẳng đứng lên, trục chính của hạt thẳng góc với mặt sàng Khi chảy trên mặt sàng hạt ở trạng thái nằm, trục chính của hạt song song với mặt sàng, do đó các hạt dài khó lọt qua sàng
lỗ tròn hơn so với hạt tròn và hạt ngắn
Sàng lỗ dài dùng để phân loại dựa theo sự khác nhau về chiều dày của hạt Nếu chiều dày của hạt lớn hơn chiều rộng của lỗ sàng thì hạt sẽ không lọt qua lỗ sàng, ngược lại nếu nếu chiều dày hạt nhỏ hơn chiều rộng lỗ thì hạt sẽ lọt qua lỗ sàng Để tăng độ lọt của sàng bao giờ người ta cũng chế tạo chiều dài lỗ dàng lớn hơn nhiều so với chiều dài hạt cần phân loại Muốn cho hạt dễ lọt hơn người ta còn chế tạo loại mặt sàng mà lỗ nằm trong các rãnh Sàng lỗ dài có tiết làm việc lớn hơn lên khả năng phân ly cao hơn Trong quá trình làm việc hạt thường trượt trên mặt sàng, khi đó trục dài của hạt trùng với phương dao động và chiều dài lỗ sàng
Hiệu quả làm sạch của sàng phẳng phụ thuộc vào gia tốc của sàng Đối với hạt lớn hiệu quả làm sạch tốt nhất khi gia tốc cực đại Jmax=1822m/
s2, đối với hạt nhỏ Jmax= 1214m/s2
Trong khi làm việc, lỗ sàng thường bị kẹt hạt hoặc tạp chất Để làm sạch lỗ sàng người ta thường dùng cơ cấu làm sạch Cơ cấu làm sạch lỗ sàng có thể là loại chổi lông, loại trục cao su, loại gây va đập, rung động,
… nhưng phổ biến và có hiệu quả hơn là cơ cấu làm sạch loại chổi lông
Nó được cấu tạo bởi một hàng chổi lông đặt dưới mặt sàng, quét lên toàn
bộ mặt sàng Hệ thống chổi lông chuyển động qua lại nhờ cơ cấu tay quay-thanh truyền với tốc độ chậm và ngược chiều chuyển động của sàng Tần số dao động của sàng khoảng Để thực hiện chuyển động qua lại, khung của cơ cấu làm sạch được tựa trên hai đường lăn thông qua các con lăn Cũng nhờ kết cấu này mà người ta có thể điều chỉnh độ ngập sâu của chổi vào mặt sàng để làm tăng độ sạch mặt sàng
Hiện nay, để làm sạch mặt sàng người ta dùng các quả cao su (rubber balls) đặt ở trong các ngăn dưới mặt sàng (hình 1.4).Trong quá trình làm việc, bi nảy lên trên đập vào các phần tử kẹt vào lỗ sàng, đẩy chúng ra ngoài Kết cấu này hoàn toàn có thể thay thế cho chổi lông, khi đó cấu tạo máy sàng trở nên đơn giản hơn rất nhiều
Trang 5Hình 1.4 Sàng tự làm sạch bằng bi cao su
Ưu điểm của máy sàn phẳng: Có khả năng phân loại chính xác các
loại vật liệu rời theo các kích thước khác nhau.Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong việc phân loại và làm sạch các loại hạt, phù hợp với từng đối tượng, yêu cầu khác nhau
Nhược điểm : Trong khi làm việc, lỗ sàng có thể bị kẹt hạt hoặc tạp
chất gây tắc
Phạm vi ứng dụng: Hiện nay loại sàng này được sử dụng rộng rãi
trong việc chế biến nông sản các loại hạt như: lạc, ngô, đậu…
2.1.1.2 Sàng trụ
Sàng trụ là sàng phẳng cuộn tròn và quay xung quanh trục dọc của nó (hình 1.5) Loại sàng này có cấu tạo đơn giản làm việc ít rung động nhưng năng suất thấp hơn loại sàng phẳng
Hình 1.5 Sàng trụ
Trang 6Phạm vi ứng dụng : Vì loại sàn này có cấu tạo đơn giản và năng suất
không cao ít được sử dụng hơn loại sàn phẳng
2.1.1.3.Trống chọn hạt.
Trống chọn hạt được sử dụng để làm sạch và phân loại hạt theo hình dạng hay chiều dài Người ta thường kết cấu kiểu trống có các lỗ với hình dạng và kích thước phù hợp với loại hạt cần phân loại, thường là nửa hình cầu (hình 1.6)
Hình 1.6 Máy phân loại hạt kiểu trống
a) Sơ đồ máy; b) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo
1- trống phân loại; 2- lỗ tổ ong; 3- vít tải; 4- máng hứng; 5- cánh gạt
Ví dụ, khi phân loại hạt cỏ dại trong khối hạt ngũ cốc, hỗn hợp hạt được cho vào trong trống, khi trống quay, chúng chuyển động trong trống, hạt cỏ hoặc những hạt ngắn sẽ lọt vào các lỗ và được nâng lên một độ cao nhất định Trong khi đó hạt ngũ cốc được giữ lại bởi cánh gạt 5 và rơi xuống đáy thùng và thoát ra ngoài qua hộp tháo liệu, còn hạt cỏ dại thì được đưa lên cao hơn, rơi từ các lỗ vào máng 4 và chuyển ra khỏi máy nhờ vít tải 3
Phạm vi ứng dụng:
Dùng để phân loại các tạp chất lẫn trong các sán phẩm dạng hạt như: đậu, ngũ cốc, lạc…Ngoài ra loại máy này còn có thể dùng để phân loại theo chiều dài của hạt và được sử dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất gạo
Trang 72.1.2 Phân loại theo tính chất khí động
Phương pháp phân loại này dùng sức gió Giữa hạt và tạp chất có trong
khối hạt luôn khác nhau về tính chất khí động Sự khác nhau này được đặc trưng bằng trị số của tốc độ tới hạn (tốc độ không khí bắt đầu thổi bay vật thể) Trị số của tốc độ tới hạn khác nhau đối với mỗi vật thể, nó phụ thuộc vào trạng thái và hình dạng của vật thể, trọng lượng và vị trí của vật thể trong dòng khí, tính chất của dòng khí,
Lợi dụng tính chất này người ta cho hạt rơi vào trong dòng không khí, thường thổi theo phương ngang hay phương xiên, chúng lần lượt rơi xuống mặt phẳng nằm ngang ở những vị trí khác nhau Hạt hay tạp chất
có tốc độ tới hạn càng bé (hạt nhẹ), càng rơi ở khoảng cách xa so với điểm cấp liệu và hạt có tốc độ tới hạn lớn (hạt nặng) thì ngược lại Nhờ quá trình này, ta có thể tách các tạp chất ra khỏi khối hạt một cách dễ dàng
Trên Hình 1.7 là sơ đồ nguyên lý máy làm sạch và phân loại hạt bằng quạt
Hình 1.7 Máy quạt
Hỗn hợp hạt đi qua phễu cấp liệu 1 gặp luồng không khí do quạt 2 thổi vào Hạt nặng lắng xuống máng gần cửa nạp liệu, hạt nhẹ hơn lắng lại ở các máng tiếp theo cách phễu nạp liệu những đoạn xa hơn, còn vỏ tạp chất nhẹ hay bụi sẽ lắng đọng xuống đáy và được định kỳ tháo ra Như vậy, ta
sẽ thu được ở mỗi máng một loại sản phẩm có khối lượng riêng nhất định Khi hạt có kích thước và khối lượng đồng nhất, nhưng có khối lượng riêng khác nhau thì trong luồng không khí những hạt chắc hơn sẽ rơi nhanh hơn những hạt nhẹ và tập trung lại ở các ô gần phễu cấp liệu
Ưu điểm của việc phân loại theo tính chất khí động: sử dịng đơn giản,
có thể phân loại nhanh, áp dụng để làm sạch cho vật liệu rời, các loại hạt
Trang 8có kích thước khác nhau.
Nhược điểm : Sự phân loại các loại hạt cùng với các tạp chất còn sót
lại, có sụ xen lẫn giữa các phần làm sạch và tạp chất
Phạm vi ứng dụng: Được sử dụng nhiểu trong việc làm sạch nông sản
đặc biệt là các vật liệu rời ở dạng khô như : lúa, ngô, vừng…
2.1.3 Phân loại theo trọng lượng riêng
Khi đưa nguyên liệu hạt vào chế biến cần phải chú ý đến việc làm sạch
các tạp chất nặng đá sỏi, đất viên , mảnh thuỷ tinh,… Đây là những tạp chất rất khó tách bằng sàng vì kích thước của chúng rất gần với kích thước của hạt, do đó phải phân loại bằng sự khác nhau về tỷ trọng Nếu các cấu tử trong hỗn hợp cần phân loại có sự khác nhau rõ rệt về tỷ trọng thì càng dễ phân chia Trên hình 1.8 là sơ đồ máy phân loại theo trọng lượng riêng
Đặc điểm của sự chuyển động tương đối của sản phẩm trên mặt sàng là
hệ số động học K, góc nghiêng của mặt sàng so với phương nằm ngang a,
hệ số ma sát f của vật liệu với mặt sàng và áp lực của dòng khí Pe thổi từ dưới lên Hệ số động học K được xác định theo công thức:
g
R K
2
?- vận tốc góc của tay quay, s-1,
R- bán kính của cơ cấu lệch tâm, m;
g- gia tốc trọng trường, m/s2
Hệ số ma sát f = tgf với f là góc ma sát của vật liệu với mặt sàng
Hình 1.8 Sơ đồ máy phân loại theo trọng lượng
1- phễu nạp liệu; 2- bộ phận lắng; 3- sàng
Ưu điểm : Có thể loại bỏ được các tạp chất mà các loại sàng không thể
thực hiện được Vì các loại hạt có khối lượng riêng khác nhau nên có thể dẫn tới sự phân lớp của các hạt hoặc có hướng chuyển động khác nhau do
Trang 9lực quán tính nên dễ dạng loại.
Nhược điểm: Sự phân loại bằng phương pháp này còn phụ thuộc vào
từng loại hạt khác nhau, phụ thuộc vào ma sát giữa vật liệu và mặt sàng
Phạm vi ứng dụng: phân loại các vật liệu có xen lẫn nhiều tạp chất
cứng như đá, mảnh thuỷ tinh…Có thể dùng phương pháp này để làm sạch vật liệu ban đầu, hỗ trợ cho các tiếp theo để phân loại và làm sạch có hiệu quả hơn và bảo vệ cho các thiết bị của các máy phân loại khác
2.1.4.Phân loại hạt theo tính chất bề mặt của nguyên liệu
Các cấu tử khác nhau trong khối hạt có trạng thái bề mặt không giống
nhau Bề mặt của chúng có thể xù xì, rỗ, nhẵn, có vỏ, không vỏ,… Những trạng thái bề mặt khác nhau ấy có thể áp dụng để phân loại trên mặt phẳng nghiêng Khi các phần tử có trạng thái bề mặt không giống nhau chuyển động trên mặt phẳng nghiêng thì chịu tác dụng của các lực ma sát khác nhau (hình 1.9)
a) b)
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phân loại theo trạng thái bề mặt
A- mặt phẳng nghiêng; B- tấm chắn
1, 2, 3- các cấu tử được phân loại
Do đó các phần tử ấy dịch chuyển với các vận tốc khác nhau Vì vận tốc của phần tử ở cuối mặt phẳng nghiêng có giá trị khác nhau tuỳ theo phần tử ấy nhẵn hay xù xì nên có những phần tử rơi xa lưới hơn, có những phần tử rơi gần lưới hơn Nếu đặt trên quỹ đạo rơi những tấm chắn thì có thể phân loại hỗn hợp ra làm nhiều phần khác nhau theo hệ số ma sát Các thiết bị phân loại cố định đều dựa vào nguyên tắc trên để phân loại, trong
đó có cả thiết bị phân loại kiểu xoắn ốc để phân loại hạt dạng hình cầu và dạng hạt dẹt
Trang 10Ưu điểm: Phương pháp phân loại dựa vào sự khác nhau về hệ số ma
sát có ý nghĩa rất lớn trong trường hợp phân loại hỗn hợp gồm hai hoặc nhiều dạng hạt có kích thước gần nhau
Nhược điểm: phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của các hạt và vận tốc
các hạt cũng như độ nghiêng của mặt phẳng
2.1.5 Phân loại theo màu sắc
Trong một số trường hợp có thể dựa vào sự khác nhau về màu sắc để
phân loại Trên hình 1.10 là sơ đồ thiết bị phân loại theo màu sắc Sortex Junsơn Nguyên liệu đầu được đưa vào phễu nạp liệu 1 Sau khi qua máng rung 2 và băng tải 3, hạt được rải đều thành lớp rồi đưa vào phòng quang học 4 Do tác dụng của các tế bào quang điện 8 mà hỗn hợp được phân chia thành 2 loại: hạt có màu đặc trưng và hạt có màu bình thường Hạt có màu đặc trưng được nạp điện và sau khi ra khỏi phòng quang học thì được hút lệch về một phía
Mỗi lần lựa chọn chỉ phân loại được 2 màu Muốn phân loại được nhiều màu ta phải dùng nhiều kính chuẩn và làm lại nhiều lần hoặc dùng
nhiều máy
Yêu cầu hạt phải được dải thành lớp mỏng, sao cho hạt nọ không che lấp quả kia thì việc phân loại mới không bị bỏ sót
1-phễu nạp liệu- 2-máng rung;
3-băng tải;
4-buồng quang học; 5– tế bào quang điện; 6- tấm
ngăn; 7- bộ phận tích điện; 8, 9- các điện cực;
