Mục đích : Khuấy trộn sản phẩm lỏng thường được ứng dụng rộng rải trong các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, xây dựng, công nghiệp thực phẩm để tạo ra dung dịch huyền phù, nhũ tương,
Trang 11 ĐẶT VẤN ĐỀ
Với sự thực hiện chính sách đổi mới của Đảng những năm qua, nền kinh tế nước ta đã có nhiều chuyển biến quan trọng, khoa học công nghệ đã có sự phát triển đáng kể Trong đó ngành nông nghiệp đã có những bước tăng trưởng khá nhanh sản xuất ra một lượng nông sản đáng kể
Cùng với sự phát triển của sản xuất nông nghiệp, việc bảo quản và chế biến cần phải đặc biệt quan tâm Nhằm hạn chế quá trình làm hao hụt về chất lượng và khối lượng sản phẩm trong bảo quản, nâng cao chất lượng sản phẩm, tạo ra những sản phẩm mới có giá trị sử dụng cao trong chế biến sao cho phù hợp với điều kiện kinh
tế của nước ta Chính vì vậy việc đầu tư cho phát triển công nghệ chế biến nông sản là một trong những vấn đề cần phải được quan tâm thích đáng
Trong những năm gần đây, khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ nó diễn ra trên mọi lĩnh vực kinh tế khoa học kĩ thuật kéo theo đó là sự phát triển của những môn khoa học công nghệ như công nghệ sinh học, công nghệ hóa học, công nghệ thực phẩm Các thiết bị không ngừng được cải tiến và nâng cao kĩ thuật chính vì thế việc tìm hiểu, nâng cao và ứng dụng kĩ thuật vào chế biến nông sản là yêu cầu cấp thiết nhất Trong đó lựa chon thiết bị phù hợp với mọi loại nông sản là hết sức quan trọng Đặc biệt là sản phẩm lỏng
Nhưng thực tế, việc bảo quản và chế biến nông sản ở nước ta còn gặp rất nhiều khó khăn một mặt do công nghệ chậm đổi mới mặt khác do trang thiết bị còn lạc hậu, thiếu đồng bộ và đặc biệt là còn thiếu những thiết bị có hiệu quả cao trong các qui trình công nghệ tiên tiến Vì vậy, không những đã gây ra thiệt hại một khối lượng nông sản đáng kể mà còn là nguyên nhân làm giảm chất lượng và tăng giá thành sản phẩm
Trong chuyên đề này tôi xin giới thiệu về khuấy trộn sản phẩm lỏng các cơ sở
để lựa chọn cánh khuấy cho phù hợp Các phạm vi ứng dụng của từng loại cánh khuấy
Trang 22 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1.Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu.
Trong chế biến thực phẩm bao gồm nhiều phương pháp sản xuất khác nhau, song nhìn chung các quá trình chế biến đều được thực hiện bởi các quá trình vật lí, hóa lí giống nhau như: làm sạch, lắng, lọc, chưng luyện, khuấy trộn… trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa thì các quá trình trên đều được thực hiện bởi máy móc và thết bị Nhưng các thiết bị trong nhà máy thực phẩm cũng có nhiều loại, nhiều kiểu, cấu tạo của chúng khác nhau Song trong phạm vi giới hạn của chuyên
đề là tìm hiểu về khuấy trộn sản phẩm lỏng nghiên cứu các cánh khuấy trộn các sản phẩm lỏng
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu
Thu thập, nghiên cứu tài liệu từ các bài giảng, giáo trình, sách, các trang thông tin điện tử với các lĩnh vực và nội dung liên quan đến thiết bị và công nghệ chế biến bảo quản nông sản
Phân tích tổng hợp dữ liệu từ các kiến thức thu thập được
Chọn lọc, thực hiện chuyên đề sát với yêu cầu của chuyên đề là khuấy trộn sản phẩm lỏng
2.2.Mục đích nghiên cứu
Với một dây chuyền công nghệ hay thiết bị sản xuất thì tính thống nhất nội tại thể hiện ở tính phức tạp về cấu trúc và tính trội về cấu trúc của dây chuyền công nghệ hay thiết bị Vì vậy cần phải nghiên cứu, tìm hiểu rõ để biết được bản chất của chúng ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của chúng Đó cũng là nội dung thể hiện của chuyên đề Vì vậy chuyên đề này có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khi học môn “ công nghệ và thiết bị bảo quản chế biến nông sản” Trong hoạt động thực tiễn hay tham quan thực tế giúp cho người mới bước đầu tiếp cận “ làm quen” dần để khỏi bỡ ngỡ khi tiếp xúc, vận hành và bố trí các thiết bị cho phù hợp
3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.1.Khuấy trôn sản phẩm lỏng.
3.1.1 Mục đích, yêu cầu kĩ thuật, phân loại
3.1.1.1 Mục đích :
Khuấy trộn sản phẩm lỏng thường được ứng dụng rộng rải trong các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, xây dựng, công nghiệp thực phẩm để tạo ra dung dịch huyền phù, nhũ tương, làm đảo trộn để tăng cường quá trình hòa tan các chất vào nhau Tăng cường khả năng phản ứng hóa học của các chất khi khuấy trộn lại với nhau tạo ra sự đồng đều nhất định
3.1.1.2 Yêu cầu kĩ thuật:
- Phải tạo được sự hòa trộn các chất lỏng vào nhau theo đúng yêu cầu kĩ thuật
Trang 3đặt ra, tạo sự đồng đều cao của hỗn hợp chất lỏng
- Khi thiết kế các cơ cấu máy làm sao có thể dễ dàng thay thế được các bộ phận trộn cho phù hợp với từng dạng nguyên liệu đưa vào khuấy trộn để có thể nâng cao được năng suất chất lượng trộn và đa dạng hóa sản phẩm trộn
3.1.1.3 Phân loại
- Có nhiều cách để chúng ta có thể phân loại máy khuấy trộn sản phẩm lỏng
- Theo đặc điểm cấu tạo: có máy khuấy trộn cánh, máy khuấy trộn tua bin, máy khuấy chân vịt…
- Theo tốc độ quay: có máy khuấy trộn nhanh, máy khuấy trộn chậm
- Theo đặc điểm tạo ra dòng chất lỏng có máy khuấy tạo ra dòng chất lỏng hướng tâm, hướng trục hoặc hổn hợp
3.1.2 Các cơ sở để chọn kiểu, loại bộ phận khuấy, cánh khuấy
3.1.2.1 Tùy vào độ nhớt của từng loại chất lỏng để chọn cánh khuấy cho chất lỏng đó
- Đối với chất lỏng có độ nhớt lớn thì dùng bộ phận khuấy răng lược
- Độ nhớt cao tới 80Ns/m2 dùng bộ phận khuấy kiểu tua bin
- Độ nhớt lớn hơn 1 Ns/m2 dùng bộ phận khuấy mỏ neo
- Độ nhớt thấp 0.5 ÷ 2.0 thì dùng bộ phận khuấy chân vịt
3.1.2.2 Tùy vào đối tượng khuấy và sản phẩm
- Để tạo ra sản phẩm là bột nhào kem, huyền phù nhũ tương thì dùng bộ phận khuấy hành tinh
- Sản phẩm trộn chất lỏng cần cung cấp oxy cho phản ứng hóa học hay lên men thì dùng phương pháp khuấy trộn chất lỏng bằng vòi phun
3.1.2.3 tùy vào thùng chứa và thể tích để chọn cánh khuấy
- Đối thùng chứa lớn thì dùng khuấy bằng vòi phun, khuấy bằng khung , hành tinh
- Đối với thùng chứa nhỏ thì dùng bằng khuấy cánh, khuấy tấm
3.1.3 Nguyên lý làm việc
- Khác với khuấy trộn sản phẩm rời và dẻo, khuấy trộn chất lỏng ngoài việc tiến hành bằng cơ khí còn có thể có các phương pháp khác như: tuần hoàn chất lỏng, tiết lưu hay bằng khí nén, trong đó khuấy trộn bằng cơ khí được áp dụng phổ biến nhất
- Đối với các máy khuấy trộn bằng cơ khí, về cấu tạo máy gồm có hai bộ phận chính: bộ phận chính: bộ phận khuấy được lắp công xôn trên trục quay thẳng đứng và thùng khuấy dùng để chứa nguyên liệu lỏng
3.2 Ưu nhược điểm của các bộ phận khuấy – phạm vi ứng dụng
Bộ phận khuấy có nhiều dạng khác nhau, khi khuấy sẽ hình thành trong nội bộ chất lỏng, các dòng chảy tiếp tuyến, hướng tâm, hướng trục hoặc hỗn hợp, nhờ đó
mà hỗn hợp lỏng được khuấy đều và sẽ được trộn lẫn vào nhau để tạo ra dung dịch huyền phù, nhủ tương Khuấy trộn trong các ngành công nghiệp hóa học công
Trang 4nghiệp thực phẩm.
3.2.1 Bộ phận khuấy cánh
Ưu điểm: thường tạo ra dòng chảy tiếp tuyến.tạo ra sự khuấy đều cho hổn hợp Nhược điểm: Sự khuấy trộn chất lỏng chỉ phát sinh theo đường viền của cánh khuấy do xoáy, còn theo chiều dọc trục và hướng tâm là không đáng kể lực cản cánh khuấy lớn vì vậy thường năng suất thấp (hình 1)
Hình1: Sơ đồ tạo dòng chảy trong thiết bị khuấy cánh
Về cấu tạo, bộ phận khuấy cánh có các dạng: tấm, khung, dạng răng lược, mỏ neo, hành tinh, được lắp trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang
Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy các hổn hợp chất lỏng có độ nhớt thấp, và dung tích thúng chứa không lớn lắm
3.2.2 Bộ phận khuấy tấm
Thường được kết cấu bởi một số cánh dạng tấm phẳng, được lắp trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang Đối với cánh khuấy lắp trên trục nằm ngang, thường trên trục có lắp vài dãy cánh hướng tâm hay cánh định hình để vừa tạo ra dòng chảy tiếp tuyến vừa tạo ra dòng chảy hướng tâm
Trang 5Hình 2: Bộ phận khuấy tấm
a) Cánh khuấy tấm đặt trong thùng chứa nằm ngang: 1- thùng khuấy; 2- trục lắp cánh khuấy; 3- cánh khuấy; b) Cánh khuấy tấm đặt trong thùng chứa thẳng đứng: 1- cánh khuấy; 2- trục lắp cánh khuấy; 3- bộ phận dẫn động; 4- thùng khuấy
Ưu điểm: Đối với cánh khuấy lắp trên trục thẳng đứng, để nâng cao khả năng khuấy trộn thì cánh thường đặt nghiêng một góc 30 – 45o, đồng thời mỗi cặp cánh được bố trí lệch đi so với cặp cánh bên cạnh một góc 90o để vừa tạo ra dòng chảy tiếp tuyến vừa tạo ra dòng chảy hướng trục Có khả năng khuấy trộn cao hơn
so với bộ phận cánh khuấy dung tích thùng chứa lớn
Nhược điểm: kết cấu phức tạp
Phạm vi ứng dụng: những sản phẩm lỏng có độ nhớt thấp
3.2.3 Bộ phận khuấy răng lược.
Là sự phối hợp của cánh thẳng đứng và nằm ngang Theo cấu tạo chúng có thể là đơn (hình 3a) hay kép (hình 3b) ở những máy khuấy hình răng lược kép, cánh thẳng đứng của một lược đi vào trong khe hở giữa những cánh của lược thứ hai,
Ưu điểm: Hai lược quay ngược chiều nhau làm tăng hiệu quả khuấy trộn Cánh khuấy răng lược dùng để trộn sản phẩm thực phẩm lỏng khi cần ngăn ngừa chuyển động vòng tròn của chất lỏng trong thùng chứa
Nhược điểm: năng suất thấp
Phạm vi ứng dụng: chỉ áp dụng đối với những sản phẩm lỏng dễ bị thay đổi tính chất khi có tác dụng cơ học
Trang 6Hình 3: Bộ phận khuấy răng lược
a) Cánh khuấy răng lược đơn: 1- cánh thẳng đứng; 2- cánh nằm ngang; 3- trục
b) Cánh khuấy răng lược kép: 1- lược phía dưới; 2- lược phía trên; 3- trục
3.2.4 Bộ phận khuấy khung.
Là sự phối hợp của cánh thẳng đứng, nằm ngang và nghiêng Cánh khuấy khung có thể làm bằng thép (hình 4a) hoặc bằng gỗ (hình 4b) Đối với cánh khuấy khung bằng thép, khung được kết cấu bằng một loạt các thanh thép thẳng đứng và nằm ngang ghép chặt với nhau trên trục thẳng đứng Đối với cánh khuấy khung bằng gỗ, khung được làm bằng một loạt thanh gỗ sồi liên kết với nhau
Ưu điểm: Các ưu điểm của cánh khuấy khung là độ bền cơ học lớn, cho phép khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt khá cao ở rong những thùng chứa lớn và có khả năng làm cho gần như toàn bộ khối chất lỏng trong thùng chứa chuyển động đồng thời
Nhược điểm: Chi phí năng lượng tương đối lớn
Hình 4: Bộ phận khuấy khung
Trang 7a) bằng kim loại; b) bằng gỗ Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt khá cao và độ nhớt lớn
3.2.5 Bộ phận khuấy 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 Cánh khuấy mỏ neo có nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm và tính chất của chất lỏng trong thùng chứa Thông thường cánh khuấy mỏ neo được đúc bằng gang Để tránh ăn mòn kim loại trong môi trường hoạt tính, phần lớn chúng được phủ men sứ hay chất phủ bảo vệ khác Đôi khi người ta chế tạo cánh khuấy mỏ neo bằng gốm hay vật liệu cao phân
tử
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 Đòi hỏi những vật liệu có khả năng chịu được tác dụng cơ học và hóa học
vì vậy giá hành cao
Phạm vi ứng dụng: dùng để khuấy trộn những chất lỏng có độ nhớt cao vượt qua 1Ns/m2
Hình 5: Bộ phận khuấy mỏ neo
3.2.6 Bộ phận khuấy hành tinh.
Dùng để khuấy trộn mãnh liệt sản phẩm thực phẩm lỏng trong thùng chứa dung tích lớn.Thực chất đó là bộ phận khuấy cánh đặt lệch tâm trong thùng chứa và được truyền chuyển động bằng bộ phận hành tinh, trong đó cánh khuấy nằm ngang thực hiện hai chuyển động: vòng quanh trục của bản thân nó và cùng với trục vòng quanh trục trung tâm của máy khuấy Nhờ có sự chuyển động hành tinh của cánh
Trang 8mà tất cả vật liệu chứa bên trong thùng khuấy được liên tục tiếp xúc với cánh
Ưu điểm: khả năng khuấy trộn mảnh liệt, dung tích thùng chứa lớn khuấy đều do vật liệu tiếp xúc nhiều với cánh khuấy
Nhược điểm: kết cấu phức tạp
Phạm vi ứng dụng: với cánh khuấy hành tinh dùng chủ yếu trong công nghệ thực phẩm để khuấy trộn bột nhào, kem , huyền phù, nhủ tương
Hình 6: Bộ phận khuấy hành tinh
1- trục trung tâm; 2- bánh răng di động; 3- bánh răng cố
định; 4- thanh dẫn; 5- trục gắn cánh; 6- cánh nằm ngang
3.2.7 Bộ phận khuấy tua bin.
Thường tạo ra dòng chảy lưỡng tâm, nghĩa là chuyển đường từ cánh khuấy vào tâm Để đảm bảo cho chất lỏng chảy hướng tâm cần tạo ra lực li tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng Độ lớn của lực li 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 80 Ns/m2
Bộ phận khuấy tua bin thường được cấu tạo bởi một hay nhiều tua bin quay trên trục thẳng đứng Mỗi tua bin thường có 4÷16 cánh Tuỳ theo tính chất của hỗn hợp lỏng (chủ yếu là độ nhớt) và mục đích khuấy trộn mà tua bin ở dạng hở hay kín và cánh tua bin có thể thẳng, nghiêng hay cong
Loại tua bin thẳng sẽ tạo dòng chảy tiếp tuyến và hướng tâm trong đó chất lỏng được hút vào tâm và đẩy ra theo chu vi của cánh Loại này vừa có tác dụng trộn vừa làm đồng nhất chất lỏng
Trang 9Hình 7a Sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy tuabin
Loại tua bin cánh nghiêng sẽ tạo nên dòng chảy hướng tâm và hướng trục sẽ làm tăng khả năng khuấy trộn và hoà tan vật rắn trong chất lỏng Loại tua bin cánh cong sẽ tạo ra dòng chảy tiếp tuyến và hướng tâm khi khuấy trộn mặt lõm của cánh hướng về phía chiều quay, nhờ đó đã giảm được hiện tượng trượt tương đối của chất lỏng với cánh, đồng thời tạo điều kiện cho cánh quét chất lỏng được tốt hơn Loại tuabin cánh cong kín dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao
Hình 7b Các dạng tua bin
a) Tuabin cánh thẳng; b) Tuabin cánh nghiêng;
c) Tuabin cánh cong hở; d) Tuabin cánh cong kín
Ưu điểm: bộ phận khuấy tua bin tạo ra lực li tâm lớn nên làm tăng khả năng
va đập giữa nguyên liệu và máy khuấy nên các thành phần của hổn hợp dể di chuyển vào nhau hơn Trộn được chất lỏng có độ nhớt cao
Nhược điểm: Đòi hỏi động cơ có công suất lớn
Phạm vi ứng dụng: dùng dể khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao
Trang 103.2.8 Bộ phận khuấy chân vịt
Thường 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 8a)
Bộ phận khuấy chân vịt dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp 0,5÷2,0 Ns/m2 (hình 8b)
Tuỳ theo độ cao của khối chất lỏng trong thùng chứa 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 ngang một góc α có trị số thay đổi từ 0 – 900 theo hướng từ 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 2 tầng chân vịt người ta bố trí sao cho
sự 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 với các cấu tử phụ
Hình 8a Sơ đồ tạo ra dòng chảy
trong thiết bị khuấy chân vịt Hình 8b Bộ phận khuấy chân vịt
Ưu điểm: Bộ phận khuấy chân vịt có thê tạo ra dòng chảy hướng trục lớn nên
có thể rút ngắn thời gian khuấy trộn có khả chặt bổ nên có thể khuấy trộn sản phẩm lỏng khó đánh tơi
Nhược điểm: đòi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao
Trang 11Phạm vi ứng dụng: khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp có độ nhớt thấp 0,5÷2,0 Ns/m2
3.2.9 khuấy trộn chất lỏng dùng vòi phun, tuần hoàn và khí nén.
Ngoài các bộ phận khuấy trộn kiểu cơ khí, người ta có thể dùng các phương pháp khuấy trộn khác như dùng dùng vòi phun, ống dẫn tuần hoàn hoặc không khí nén,…
Khi dùng vòi phun thì chất lỏng được khuấy trộn nhờ các dòng tia chất lỏng từ vòi phun ra Hiệu quả khuấy trộn ở trong những máy khuấy vòi phun được nâng cao khi đặt thêm những tấm đệm xoắn ốc nhằm làm tăng tính chảy rối (hình 9a)
Hình 9 Sơ đồ khuấy trộn sản phẩm thực phẩm lỏng không dùng máy khuấy cơ khí
a) sơ đồ khuấy trộn bằng vòi phun có đệm xoắn ốc: 1- miệng phun; 2- ống dẫn; 3- đệm xoắn ốc; b) sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn nhờ bơm: 1- ống hút; 2- thùng chứa chất lỏng; 3- bơm; 4- ống đấy; 5- đầu phun; c) sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn nhờ miệng phun: 1- thùng đựng chất lỏng; 2- vòi phun; 3- bơm; 4- ống hút; 5- ống đẩy; 6- tấm chắn; d) sơ đồ máy khuấy bằng không khí có cánh nằm ngang: 1- cánh nằm ngang; 2- trục rỗng thẳng đứng
Khuấy trộn chất lỏng tuần hoàn được thực hiện bằng cách cho chất lỏng tuần hoàn nhiều lần trong thùng khuấy nhờ sự kết hợp giữa bơm và vòi phun (hình 9b)
