thiết bị nghiền tiêu chuẩn hóa tạo viên và tạo màng bao siêu mỏng

Quá trình đập nghiền được áp dụng rộng rãi trong các ngành hóa học và thực phẩm để làm tăng quá trình hòa tan, quá trình hóa học, quá trình cháy để tạo ra sản phẩm đồng nhất v.v… Thí dụ

A.THIẾT BỊ NGHIỀN

I.Đặt vấn đề

Đập nghiền là quá trình tác dụng cơ học làm cho kích thước của vật rắn nhỏ lại, để tăng bề mặt riêng của nó

Quá trình đập nghiền được áp dụng rộng rãi trong các ngành hóa học và thực phẩm để làm tăng quá trình hòa tan, quá trình hóa học, quá trình cháy để tạo ra sản phẩm đồng nhất v.v… Thí dụ máy nghiền được dùng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm như sau: nghiền hạt ngũ cốc thành bột; nghiền cỏ khô, hạt và các chất bổ sung khác thành bột cho thức ăn gia súc; nghiền cà phê trong sản xuất cà phê; nghiền malt trong sản xuất bia; v.v…

Nghiền vật liệu có thể tiến hành bằng các phương pháp nén vỡ,va đập,đập vụn và mài mòn.Trong công nghiệp vi sinh và thực phẩm thường ứng dụng máy nghiền búa,máy nghiền bằng phương pháp va đập-máy đập vụn và máy tán,máy nghiền bi và nghiền bằng thanh,nghiền keo.nghiền hạt và nghiền bằng phương pháp phun khí II.Phân loại

Hiện nay người ta phân loại máy nghiền ra làm các loại sau đây:

- Máy nghiền thô

- Máy nghiền trung bình và nhỏ

- Máy nghiền mịn và nghiền keo

III.Thiết bị

III.1.Máy nghiền thô

III.1.1.Máy nghiền má

Bộ phận công tác chính của máy nghiền má là hai má kẹp, trong đó có một má chuyển động gắn trên một trục treo và một má cố định Có các vị trí trục treo má chuyển động như sau

- Má chuyển động có trục treo ở bên trên (hình 5.2-I );

- Má chuyển động có trục treo ở bên dưới (hình 5.2-II)

- Má chuyển động đều (hình 5.2-III)

Hình 5.2 Sơ đồ chuyển động của

má trong máy nghiền má

1.Cấu tạo

Cấu tạo của nó gồm có má không chuyển động có lắp tấm 1, làm bằng vật liệu chống bào mòn,

tấm 3 lắp trên má chuyển động 2, trục treo của má chuyển động 4 Má dao động qua lại nhờ có tay biên 6 nối với má chuyển động bằng thanh truyền 7 Thanh kéo 8 và lò

xo 9 giữ cho má 2 luôn có xu hướng mở Ốc 10 dùng để điều chỉnh độ nghiền

2.Nguyên tắc hoạt động

Khi hoạt động, vật liệu được đưa vào giữa hai má và bị chèn ép một cách chu kỳ bởi hai má nên vỡ ra, rơi xuống phía dưới rồi ra ngoài

3.Ưu – nhược điểm

Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản và chắc chắn;

- Phạm vi sử dụng rộng rãi (thường dùng đập vật liệu có cục lớn và độ cứng cao)

- Làm việc chắc chắn;

- Thao tác nhẹ nhàng

Nhược điểm: - Tác dụng có chu kỳ vào vật liệu

- Vật liệu cho vào máy không đều nên dẫn đến sự va đập và rung động vì vậy máy phải lắp trên bệ nặng

Hình 5.3 Sơ đồ máy nghiền má

1 Má không chuyển động; 2 Má chuyển động;

3 Tấm lót; 4 Trục treo; 5 Trục lệch tâm;

6 Tay biên; 7 Thanh truyền; 8 Thanh kéo;

9 Lò xo; 10 Ốc điều chỉnh; 11 Bánh đà

4.Phạm vi ứng dụng

III.1.2:Máy nghiền nón cụt

1.Cấu tạo

Cấu tạo gồm hình nón đặc 2 đặt lệch tâm trong thân hình nón rỗng 1, trục 3 treo trên một ổ đỡ tròn 4, ổ này gắn với thân hình nón Nâng trục lên hay thả xuống nhờ có một cái êcu để điều chỉnh khe tháo của máy Đầu dưới của trục đặt tự do trong cốc lệch tâm 5, cốc quay nhờ bộ truyền động bánh răng hình nón

Hình 5.5 Sơ đồ máy nghiền nón

1 Nón rỗng; 2 Nón đặc; 3 Trục; 4 Ổ trục;

5 Cốc lệch tâm; 6 Tấm lót

2.Nguyên tắc hoạt động

Trong máy nghiền hình nón cụt vật liệu nghiền liên tục bị chèn ép và bẻ gẫy bởi hình nón đặt quay lệch tâm trong thân hình nón rỗng Bề mặt của hai hình nón này làm nhẵn hay nhám tùy theo tính chất của vật liệu nghiền

Vật liệu nghiền đưa vào khoảng không gian giữa hai hình nón (không gian hình phễu) Vật liệu bị nghiền giữa bề mặt trong của hình nón ngoài và bề mặt ngoài của hình nón trong Nón trong quay như con lắc hình nón, nghiền các cục vật liệu nhỏ bằng áp lực (ép), còn nghiền các cục vật liệu lớn bằng vừa ép vừa bẻ gẫy Nhờ sử dụng lực bẻ gẫy mà năng lượng tiêu hao giảm

3.Ưu-nhược điểm

Ưu điểm:

- Năng suất lớn do liên tục nạp vật liệu và vừa chèn ép vừa bẻ gẫy; -Năng lượng tiêu hao nhỏ

- Làm việc điều hòa do máy không cần phải có bánh đà và bộ điều chỉnh

-Nạp liệu dễ dàng

Nhược điểm:- Cấu tạo phức tạp;

- Điều chỉnh chiều rộng khe hở khó khăn

- Không nghiền được vật liệu dẻo

-Thao tác khó khăn

4.Phạm vi ứng dụng

III.2:Máy nghiền trung bình và nhỏ

III.2.1:Máy nghiền trục

1.Cấu tạo

Máy nghiền trục gồm có hai trục hình trụ đặt song song và quay trái chiều nhau Vật liệu nghiền chủ yếu do lực chèn ép

Cấu tạo của máy nghiền trục gồm có

hai trục 1 và 2 (hình 5.7) Trục 1 lắp

trên ổ trục có thể di động được do có

gắn với hệ thống lò xo 3, trục 2 lắp trên

ổ trục cố định Trên bề mặt trục làm

nhẵn hoặc nhám, nếu nghiền vật liệu

dòn có độ cứng trung bình thì người ta

làm trục có răng, nếu nghiền mịn thì

người ta thường làm trục trơn

2.Nguyên tắc hoạt động

Vật liệu nghiền đưa từ trên xuống giữa hai trục, do sự ma sát vật liệu bị kéo vào khe

hở giữa hai trục và bị nén ép lại, sau khi nghiền vật liệu rơi xuống dưới và được đưa

ra ngoài Nếu vật liệu to hay cứng quá thì lò xo bị nén lại, khe hở giữa hai trục rộng

ra, vật liệu sẽ rơi xuống dưới, sau đó lò xo đẩy trục về vị trí cũ

3.Ưu-ngược điểm

Ưu điểm: -vận hành ổn định,bảo dưỡng đơn giản

-chi phí vận hành thấp

Nhược điểm:

-Năng suất không cao

-Độ mịn của sản phẩm sau khi nghiền không đồng đều

-Trục dễ bị ăn mòn và tuổi thọ thấp

4.Phạm vi ứng dụng

Các máy nghiền trục thường được dùng rất rộng rãi trong ngành CNTP

để nghiền bột mì, bột ngô, nghiền các loại hạt làm bột bán thành phẩm, các loại hạt có dầu để khai thác chất béo, làm thức ăn gia súc, làm bánh kẹo và lên men

III.2.2:Máy nghiền búa

1.Cấu tạo

Hình 5.7 Máy nghiền trục

1,2 Trục quay; 3 Lò xo

Cấu tạo của máy nghiền búa gồm có vỏ máy 1 bằng gang hay bằng thép (hình 5.9) Trên trục nằm ngang 5 có gắn đĩa 2 quay quanh trục, trên đĩa gắn các búa 3, búa có thể lắp cứng hoặc lắp di động, búa thường làm bằng thép cứng Búa có thể có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo yêu cầu nghiền và tính chất cơ lý của vật liệu Phía dưới các búa là lưới 6 để cho phép vật liệu nghiền đã đạt yêu cầu lọt qua

2.Nguyên tắc hoạt động

Vật liệu được đưa vào máy qua cửa 4 Nhờ trọng lượng của bản,vật liệu thân rơi hoặc trượt theo máng và vùng ra đập của búa đang quay với tốc độ cao Sau va đập, vật liệu bị vỡ thành nhiều mảnh và bay với góc phản chiếu khoảng 90˚, tạo thành một vùng đập nghiền Vật liệu sau khi nghiền tháo qua sàng 6, kích thước lỗ sàng có thể thay đổi để điều chỉnh độ nghiền Nếu nghiền mịn không tháo vật liệu qua sàng mà dùng quạt hút Khi nghiền mịn vật liệu bị nghiền không những do va đập của búa mà còn do sự ma sát của hạt với nhau cũng như ma sát với thân máy Máy nghiền búa thường có số vòng quay của trục khoảng 500÷800 vg/ph đối với máy nghiền thô, nghiền mịn khoảng 1000÷1500 vg/ph Độ nghiền từ 10÷15 đối với nghiền thô và từ 30÷40 đối với nghiền mịn

3.Ưu- nhược điểm

Ưu điểm

- Máy có cấu tạo đơn giản,dễ sửa dụng, dễ chăm sóc, bảo trì máy trọng lượng máy nhỏ

- Máy làm việc liên tục, năng suất lớn

- Mức độ đập nghiền cao

- Nhờ có lưỡi ghi phân loại nên kích thước sản phẩm đồng đều

-nghiền được nhiều loại vật liệu theo nhiều độ nghiền khác nhau

Khuyết điểm

Hình 5.9 Máy nghiền búa

1 Vỏ máy; 2 Đĩa; 3 Búa;

4 Cửa nạp liệu; 5 Trục nằm ngang;

6 Sàng đục lỗ

- Búa bị mài mòn nhanh

-Trong quá trình nghiền tạo bụi

- Không đập được vật liệu ẩm quánh

- W >15% máy bị bết

- Khi những mảnh kim loại rơi vào máy dễ gây hư hỏng máy

4.Phạm vi ứng dụng

Máy đập búa được sử dụng để nghiền các vật liệu cứng thường ở dạng hạt hoặc dạng viên.Không sử dụng để nghiền các vật liệu quánh,có độ ẩm cao.ngoài ra máy nghiền búa còn được sủ dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất VLXD để đập những vật liệu mềm hoặc có độ cứng trung bình

III.2.3.Máy nghiền đĩa

1.Cấu tạo

Hình 5.10 Máy nghiền đĩa

1 Đĩa không chuyển động;

2 Đĩa chuyển động; 3, Trục

Cấu tạo của máy nghiền đĩa gồm có đĩa 1 không chuyển động, đĩa 2 quay nhờ gắn vào một cái trục nằm ngang 3 Đĩa 2 có thể điều chỉnh qua lại được nhờ bộ phận điều chỉnh (không vẽ trên hình), nhờ đó người ta có thể điều chỉnh được độ nghiền (hình 5.10)

Các đĩa nghiền thường được chế tạo bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp vô cơ cứng Đĩa nghiền cần đảm bảo các yêu cầu bề mặt nghiền có độ cứng cao, độ nhám lớn, cơ tính đồng đều trên toàn bộ bề mặt đĩa để khi làm việc thì mòn đều, không bị sứt mẻ 2.Nguyên tắc hoạt động

Vật liệu đi vào khe nghiền qua lỗ nạp liệu ở tâm đĩa và bị nghiền nhỏ khi di chuyển trong khe nghiền từ tâm ra đến chu vi của đĩa

3.Ưu-nhược điểm

Ưu điểm:

Nhược điểm: -Năng suất thấp nên hiện nay ít sử dụng

4.Phạm vi ứng dụng

Trong công nghiệp chế biến lương thực và thực phẩm người ta sử dụng máy nghiền đĩa để nghiền các dạng bột vừa và mịn

III.3.Máy nghiền mịn

III.3.1.Máy nghiền bi

1.Cấu tạo

Hình 5.13 Sơ đồ chuyển động của bi

trong máy nghiền

Hình 5.14 Máy nghiền bi hình nón cụt

Cấu tạo của máy nghiền bi gồm có một cái thùng bên trong chứa một phần bi bằng kim loại hay bằng sứ

2.Nguyên tắc hoạt động

Khi thùng quay, các viên bi do ma sát với thành máy nên nó bị nâng lên một đoạn theo hướng quay, khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiên thì bị trượt xuống phía dưới Nếu tăng tốc độ quay thì lực ly tâm tăng và góc nâng cũng tăng, khi lực trọng lượng lớn hơn lực ly tâm thì bi sẽ rơi xuống dưới theo đường parabôn (hình 5.13) Tiếp tục tăng tốc độ quay, lực ly tâm rất lớn so với lực trọng lượng, bi bị quay tròn theo máy, vật liệu không được nghiền nữa Do đó cần xác định tốc độ làm việc thích hợp để bi

có chiều cao rơi và vận tốc rơi lớn nhất

Hình 5.14 biểu diễn hình máy nghiền bi hình nón cụt Nó gồm hai hình nón cụt gắn vào hai đầu của thân hình trụ ngắn.Trong máy nghiền hình nón, bi có kích thước lớn nhất được xếp ở thân hình trụ, kích thước bi giảm dần đến của tháo vật liệu Để dễ dàng tháo vật liệu, người ta đặt máy nghiền nghiêng đi một góc Loại máy nghiền này

có thể nghiền khô hoặc nghiền ướt Khi nghiền khô máy nghiền làm việc trong một chu trình kín Khi nghiền ướt quá trình tháo vật liệu tiến hành theo nguyên tắc gạn 3.Ưu –nhược điểm

Ưu điểm:-Do cấu tạo như vậy nên vận tốc vòng của thùng máy giảm dần từ thân hình trụ đến cửa tháo vật liệu, theo hướng đó góc nâng của bi cũng giảm dần, động năng

của chúng cũng giảm Kích thước của vật liệu nghiền cũng giảm dần do đó năng lượng tiêu tốn giảm dần xuống

Nhược điểm:

-hiệu suất thấp do năng lượng tác động lên vật liệu nghiền không cao

-Bi nghiền thường bị dính bết vật liệu

-Không kinh tế khi nghiền siêu mịn các loại vật liệu có yêu cầu độ mịn nhỏ hơn 10 µm

4.Phạm vi ứng dụng

-Máy nghiền bi thích hợp dùng trong ngành công nghiệp nghiền đá, quặng, xây dựng

và hoá chất, có thể chia thành 2 loại là là nghiền ẩm và nghiền khô

- ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như khai thác mỏ, luyện kim, hóa chất, vật liệu xây dựng, tái chế, sản xuất tổng hợp, điện, cũng như làm sân bay, đường, và xây dựng đường sắt

III.3.2.Máy nghiền rung

1.Cấu tạo

Hình 5.15 Máy nghiền rung

1 Mô tơ; 2 Trục đàn hồi; 3 Thân thùng nghiền;

4 Trục không cân bằng; 5 Bộ phận chống cân bằng; 6 Ổ bi; 7 Lò

xo

Trên hình 5.15 là sơ đồ máy nghiền rung Cấu tạo của nó gồm thân hình trụ hoặc hình máng 3, trong đó có trục không cân bằng nằm ngang 4, trên trục có bộ phận chống cân bằng 5, đặt lệch tâm so với trục quay Thân máy đặt trên bệ gỗ hay bệ lắp động bởi hệ thống lò xo 7, bi và vật liệu chứa khoảng 80÷90% thể tích máy Trục nối với

mô tơ 1 qua ổ trục đàn hồi 2

2.Nguyên tắc hoạt động

Khi trục quay thân máy nhận được một chấn động vòng, thành máy truyền cho vật nghiền một xung lượng liên tục, do đó bi và vật liệu chuyển động phức tạp trong máy Khi tần số chấn động nhỏ thì bi và vật liệu đem nghiền chỉ chuyển dịch trong một giới hạn nhất định Khi tăng tần số lên một giá trị giới hạn, vật nghiền và bi chuyển động rất phức tạp như tung lên cao, quay, va đập và phản xạ chung quanh tâm của thân máy, do đó vật liệu nghiền sẽ ở trạng thái mỏi, dễ bị phá vỡ Trong máy nghiền rung, năng lượng tiêu hao khi nghiền phần lớn biến thành nhiệt năng, do đó nhiệt độ máy nghiền tăng cao, một vài loại vật liệu mang nghiền không cho phép vì vậy cần phải liên tục làm nguội máy bằng nước ở vỏ ngoài của máy

Máy nghiền rung có thể nghiền khô hoặc nghiền ướt, nếu nghiền ướt thì thể tích bi và vật liệu nghiền không quá 0,25 thể tích máy Ngoài ra, máy nghiền có thể làm việc theo phương thức liên tục hay gián đoạn Đường kính vật liệu nghiền cho vào máy không lớn hơn 1÷2 mm, đường kính hạt sau khi nghiền đến 60µm

3.Ưu-nhược điểm

Ưu điểm

-Máy nghiền rung hiện là máy có hiệu suất truyền năng lượng cao nhất

-độ mịn có thể đạt đến 5 µm

Nhược điểm

-Năng suất nghiền thấp

4.Phạm vi ứng dụng

Vì năng suất nghiền thấp nên thiết bị loại này chỉ được dung trong phòng thí nghiệm hoặc với sản xuất quy mô nhỏ

B.THIẾT BỊ TIÊU CHUẨN HÓA CÁC NGUYÊN LIỆU RỜI VÀ DẠNG BỘT NHÃO

I.Đặt vấn đề

Trong dây chuyền sản suất bột hỗn hợp, trộn hóa chất, dược phẩm hay xây

dựng Đặc biệt là trong các xí nghiệp chế biến thức ăn tổng hợp công nghiệp

thường dùng nhiều máy trộn để thu được sản phẩm hỗn hợp nhiều thành phần có tỷ lệ nhất định được trộn lẫn với nhau và phân bố đều Các thành phần này được định lượng chính xác ngay từ ban đầu nhưng nếu không được đưa qua các máy trộn làm việc có hiệu quả thì chưa chắc đã thu được sản phẩm sau khi trộn chia thành lượng nhỏ lại chứa đủ các tỷ lệ thành phần như yêu cầu

Để tiêu chuẩn hóa hoạt hóa sinh học người ta sử dụng các máy trộn khác nhau.Theo nguyên tắc tác động của các loại máy trộn,có thể là tuần hoàn hay gián đoạn.Trong công nghiệp vi sinh thường sử dụng các loại máy sau:máy trộn băng tải liên tục,máy trộn ly tâm có cánh khuấy,máy phun bằng khí động học,máy trộn vít tải hệ hành tinh II.Phân loại

Máy khuấy trộn có nhiều loại nhiều kiểu, và được phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau

1.Theo nguyên lý trộn

a Máy trộn ngang:

Là loại máy trộn có có cánh một trục nằm ngang và hai trục nằm ngang làm việc liên tục hoặc chu kỳ Các loại máy trộn này có thể trộn tạo nên vật liệu hỗn hợp từ nhiều thành phần, cũng như tạo ra nguyên liệu đồng nhất ở thể khô và thể dẻo

b Máy trộn đứng:

Thường là loại máy trộn hành tinh hay máy trộn cánh quạt

2.Theo chu trình làm việc

a Máy làm việc liên tục:

Trong máy trộn làm việc liên tục, quá trình nạp phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm được tiến hành liên tục Các loại máy trộn này có năng suất tương đối cao lượng chất lỏng không lớn M ỗi quá trình ấy có những đặc điểm riêng biệt và đòi hỏi trang bị máy móc thiết bị tương ứng

b Máy trộn làm việc gián đoạn

Hay còn gọi là máy trộn làm việc có chu kỳ có các công đoạn phân tách rõ

ràng trong một chu kỳ làm việc: nạp phối liệu, nhào trộn hỗn hợp, và xả hỗn hợp thành phẩm

III.Thiết bị

III.1.Máy trộn tác động gián đoạn kiểu guồng xoắn,hệ hành tinh

1.Cấu tạo

1.Buồng trộn 2.Vít trung tâm

3.Vít nghiêng

Gồm buồng trộn 1 dạng nón, bên trong có hai vít tải: vít trung tâm 2 được lắp theo trục của buồng trộn và vít nghiêng 3 được lắp theo cạnh hình nón Đầu dưới vít trung tâm được lắp với ổ trục, còn đầu trên nối với thanh gạt qua khớp nối Thanh gạt và các vít tải quay được nhờ các bộ dẫn động độc lập nằm trên nắp của buồng trộn Các vít tải quay quanh trục nhờ bộ dẫn động gồm động cơ và hộp giảm tốc, còn thanh gạt quay được nhờ bộ dẫn động qua khớp nối và truyền động trục vít

2.Nguyên tắc hoạt động

Động cơ hoạt động, thanh gạt và các khớp nối quay làm cho các vít tải bên trong buồng trộn quay.Nguyên liệu (bao gồm các nguyên liệu rời hoặc dạng bột nhão) được cho vào thiết bị qua nắp ở phía trên.Khi vào buồng trộn nguyên liệu được đảo trộn đều và liên tục bởi các vít tải.Sau khi nguyên liệu đạt độ đồng đều nhất định thì được tháo ra qua van tháo liệu ở bên dưới thiết bị

3.Ưu-nhược điểm

Ưu điểm: -Độ bền cơ học cao

-Có thể sử dụng để đảo trộn các loại nguyên liệu lỏng hoặc rắn trộn lỏng Nhược điểm:-Không đảo trộn được các nguyên liệu có kích thước lớn

-Không đảo trộn được những nguyên liệu có độ nhớt quá cao

4.Phạm vi ứng dụng

-Máy trộn tác động gián đoạn kiểu guồng xoắn, hệ hành tinh Loại này dùng để trộn và phân bổ đều các vật liệu rời có kích thước các tiểu phần ≤ 5 mm

-Đựợc sử dụng trong công nghiệp bánh kẹo để trộn bột nhào và chuẩn bị khối

bánh kẹo, (trứng, kem…)

III.2.Máy trộn tác động gián đoạn theo nguyên tắc phun khí động

1.Cấu tạo

Máy gồm bộ trộn hình ống xilanh đứng có đáy hình nón, nắp elip khép kín.Trên nắp có bộ tách bụi gồm hai đĩa quay song song nhau, giữa các đĩa có các cánh, phần dưới của đáy nón có van xả và các vòi phun để cung cấp nitơ hay không khí

2.Nguyên tắc hoạt động

Nạp nguyên liệu ban đầu qua khớp nối được lắp trên nắp Nạp nitơ hay không khí nén để khuấy trộn bằng xung lượng qua các vòi phun Sản phẩm được tháo ra qua van 3.Ưu-nhược điểm

Ưu điểm

Dùng không khí nén (khuấy trộn bằng khí nén) là hiệu quả nhất để trộn chất lỏng trong những bình đựng lớn khi sự thông khí hay oxy hóa là cần thiết hay có thể l à một giai đoạn trong toàn bộ quá trình công nghệ (ví dụ sự lên men).Được tiến hành nhờ những máy trộn bằng không khí