THIẾT kế hệ THỐNG NGHIỀN hạt CA CAO

Để phục vụ cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm ca cao , tínhhiệu quả là vấn đề quang trọng .Ngoài ra để đảm bảo được yêu cầu thiết kế,đạttính công nghệ cao .Sản phẩm làm ra

VÕ VĂN HẢI

TRẦN HỒNG MƠ

VŨNG TÀU - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA –VŨNG TÀUKHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHÓM : NGHIỀN CA CAO LỚP : DH11H1

HỌ TÊN SINH VIÊN: VÕ VĂN HẢI MSSV 1152010060 CHU VĂN TRƯỜNG MSSV 1152010247 TRẦN HỒNG MƠ MSSV 1152010131I.TÊN ĐỒ ÁN : thiết kế hệ thống nghiền hạt ca cao

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Phần I : Tổng quan lý thuyết

• Nguyên vật liệu

• Sản phẩm

• Cơ sở lý thuyết quá trình

• Thông số của quá trình Phần II: Quy trình công nghệ

• Sơ đồ quy trình công nghệ

• Thuyết minh quy trình công nghệ Phần III: Tính toán thiết kế

• Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

• Tính toán thiết bị chính

• Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ Phần IV: Bản vẽ thiết bị chính (vẽ tay )

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ LUẬN ÁN: 17/2/2014

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/4/2014

V.HỌ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN : ThS NGUYỄN QUỐC HẢI

Vũng tàu , Ngày tháng năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ths Nguyễn Quốc Hải

LỜI CẢM ƠN

suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhậnđược rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Vớilòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Hóa Học và CôngNghệ Thực Phẩm– Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã cùng với tri thức vàtâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trongsuốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chứccho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinhviên ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học cũng như tất cả các sinh viên thuộccác chuyên ngành Khoa Học Kĩ Thuật khác Đó là môn học “Quá trình thiết bị”.

Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Quốc Hải đã tận tâm hướng dẫnchúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi thảo luận , hướng dẫnlàm đồ án Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bàibáo cáo này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chânthành cảm ơn thầy Bài thu hoạch được thực hiện trong khoảng thời gian gần 4tuần Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực thiết kế hệ thống máy nghiền,kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏinhững thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đónggóp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của emtrong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Hóa Học và CôngNghệ Thực Phẩm và Cô Hiệu Trưởng thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tụcthực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Trân Trọng Vũng tàu, ngày tháng năm 2014

LỜI MỞ ĐẦU

các ngành công nghiệp mới nói chung và ngành cơ sở của mọi ngành nói riêng

đó là ngành cơ khí chế tạo máy Là một ngành đã ra đời từ lâu với nhiệm vụthiết kế và chế tạo máy móc cho các ngành khác Do vậy đòi hỏi kỷ sư và cán

bộ kỷ thuật ngành cơ khí phải tích lũy đầy đủ và vững chắc những kiến thức

cơ bãn nhất của ngành, đồng thời không ngừng trau dồi và nâng cao kiến thức,quan trọng nhất là phải biết vận dụng kiến thức để giải quyết những vấn đề cụthể thường gặp trong quá trình sản xuất thực tiễn

Ở nước ta, cây trồng là một trong những ngành chính của kinh tế, ở vùngtrung du và miền núi ca cao được trồng rât rộng rãi Do đó, nhu cầu trang bịcác loại máy chế biến ca cao từ nguyên liệu thô là rất cần thiết

Để phục vụ cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm ca cao , tínhhiệu quả là vấn đề quang trọng Ngoài ra để đảm bảo được yêu cầu thiết kế,đạttính công nghệ cao Sản phẩm làm ra được sử dụng rộng rãi thì việc đề raphương pháp sản xuất ca cao là công việc cần phải ưu tiên hàng đầu , việcthiết kế máy nghiền ca cao nhằm để giảm thời gian lao động ,tăng năng suấtLàm cho giá thành hạ , đáp ứng được nhu cầu của thị trường Hiện nay trên thịtrường có rất nhiều loại máy nghiền ca cao khác nhau nhưng phải đảm bảođược chất lượng và giá thành giảm, vì vậy việc thiết kế máy nghiền hạt ca caophải đảm bảo được các yêu cầu trên

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ LÝ

THUYẾT 1

I.Nguyên vật liệu 1

1.Đặc điểm thực vật học cây ca cao 1

2.Các giống ca cao 1

3.Hạt cây ca cao 2

II.Sản phẩm của quá trình nghiền ca cao 5

III.Cơ sở lý thuyết của quá trình 5

1.Tiêu chuẩn của quá trình 5

1.1.Tiêu chí chọn nguyên liệu 6

1.2.Đặc trưng của sản phẩm nghiền 7

1.3.Năng lượng tiêu tốn trong quá trình 8

1.4.Hiệu suất nghiền 8

1.5.Các chu trình nghiền 8

1.6.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền 9

2.Lý thuyết nghiền 10

2.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền vỡ vật liệu 10

2.2.Độ nghiền 10

3.Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật của máy nghiền 11

3.1.Nhiệm vụ của máy nghiền 11

3.2.Yêu cầu kĩ thuật của máy nghiền 11

4.Lựa chọn phương án thiết kế máy nghiền 11

5.Thông số của quá trình 11

CHƯƠNG II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 12

I.Sơ đồ công nghệ 12

II.Thuyết minh sơ đồ 12

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 13

I.Tính toán cân bằng vật chất 13

II.Tính toán thiết bị chính 13

III.tính toán thiết bị phụ 14

1.2.Chọn loại gầu tải 14

1.3.Tính toán thông số gầu tải 15

2.Máy sàng 16

2.1.Tính toán máy sàng 16

2.1.1.Kích thước mặt sàng 16

2.1.2.Các thông số hộp sàng 17

2.1.3.Tần số và biên độ giao động tối ưu 17

2.1.4.Góc của giao động 19

2.1.5.Năng suất của máy sàng 19

2.1.6.Tính công suất động cơ 19

3.Hệ thống băng tải cấp liệu lên ca 21

3.1.Băng 26

3.2.Trạm kéo băng 26

3.2.1.Trục lăn và giá dỡ trục lăn 26

3.2.2.Tang dẫn động 27

3.2.3.Cơ cấu nhập liệu và tháo liệu 27

3.3.Tính toán băng tải 28

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

I.Nguyên vật liệu

1.Đặc điểm thực vật học cây ca cao:

Ca cao thuộc họ sterculiaccac , giống theobroma , loài ca cao , cónguồn gốc từ Châu Phi

Ca cao là loài cây công nghiệp dài ngày , trồng thích hợp ở vùngnhiệt đới, thân gỗ , cao 5-7m Sau khi trồng 3-4 năm , cây bắt đầu ra trái ,sau 10 năm thì cây phát triển hoàn thiện Cây ca cao có thể cho thu hoạchquả đến 50 năm

Hoa nhỏ , đường kính khoảng 15mm, có màu vàng , đỏ, trắng haytím tùy theo loài hoa mọc trực tiếp từ thân và cành , thuộc loại lưỡng tính

và thụ phấn chủ yếu nhờ côn trùng 0,5% hoa nở tạo quả , trong đó 90%quả non sẽ bị khô và rụng

Quả phát triển trong 5-6 tháng, màu sắc biến đổi tùy loài.Quả ca cao

có thước lớn, không nứt Trong quả thường có 5-6 hàng hạt bám xungquanh cùi Mỗi hạt có lớp vỏ nhầy bao quanh

Điều kiện canh tác : t0=20-300C,lượng mưa 1500-2000mm/năm pH

củ đất : 6,5 -6,7 , phân bón : đạm , kali và các khoáng vi lượng

2 Các giống ca cao:

Có 3 giống ca cao chủ yếu là giống forastero , criollo và trinitario

Ở Việt Nam , Forastero là giống được trồng nhiều nhất

 Hình dạng: vỏ quả Forastero thường có màu xanh hay ôliu,khi chín có màu vàng Trái ít có hoặc không có rãnh, bề mặttrơn, đỉnh tròn Vỏ dày và khó cắt vì ở trong có nhiều chất gỗ

 Hạt giống: hạt ca cao Forastero có hình dạng phẳng, hơi lép,

tử diệp có màu tím đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng

 Hương vị: nó mang một mùi thơm và vị đắng đặc trưng, bởi

vì hương và vị đậm này của nó, hạt ca cao Forastero chủ yếuđược sử dụng để pha trộn

 Địa lý: Ở nước ta nó được trồng ở Vĩnh Long, Tiền Giang,Buôn Ma Thuộc

 Sản xuất: hơn 85% sản lượng của thế giới

Hình 5: Giống ca cao Forastero

nhiên, việc phân loại ca cao chỉ dựa vào hình dạng quả bên ngoài

mà phải tách ra và phân loại các chủng riêng biệt

3.Hạt ca cao.

Hạt ca cao dài 20-30 mm , rộng 10-17 mm , dày 7-12 mm

SVTH: CHU VĂN TRƯỜNG

VÕ VĂN HẢI

3.1.Lớp vỏ cứng.

3.2.Lớp nhớt.

3.3 Lớp vỏ trấu.

3.4.Hạt ca cao.

SVTH: CHU VĂN TRƯỜNG

VÕ VĂN HẢI

II.Sản phẩm của quá trình nghiền ca cao.

Hương vị : nó mang mùi thơm và vị đắng đặc trưng

Mảnh nhân chứa cỡ 55% bơ ca cao , trong đó các tế bào ở pha rắn Các thành tếbào bị phá hủy trong tiến trình nghiền và nhiệt sinh ra do ma sát sẽ nâng nhiệt độlên trên 340C , điểm nóng chảy của bơ ca cao , làm hóa lỏng chất béo tạo thànhmột chất bột nhão Khi tiến trình tiếp tục , kích thước phần tử nghiền giảm dần

và chất bột nhão ngày càng có dạng lỏng , còn gọi là rượu mùi ca cao ( cocoaliquor ) Hỗn hợp này gồm các phần tử rắn lơ lửng trong thể pha chất béo liêntục Kích thước hạt ca cao sau nghiền là 1.2-1.3 mm

Bột ca cao nhào nghiền xong có thể dùng để sản xuất bơ ca cao và bột ca cao,hoặc để làm chocolate Người ta giữ nó ở thể lỏng bằng nhiệt , hay để nó nguội

và trở thành rắn thường gọi là ca cao khối

III.Cơ sở lý thuyết của quá trình.

1 Tiêu chuẩn của quá trình nghiền

• Có năng suất lớn

• Năng lượng tiêu tốn cho một dơn vị sản phẩm nhỏ

• Sản phẩm của quá trình có kích thước đồng đều hoặc sự phân bố kíchthước như mong muốn

• Có thể tự động hóa quá trình đập nghiền

• Có thể điều chỉnh được mức độ nghiền

• Dễ vận hàng và sửa chữa

Nguyên tắc cơ bản khi vận hành nghiền là:

• Khi mức độ nghiền lớn, có thể nghiền đi nghiền lại nhiều lần trong cácmáy khác nhau

• Công sử dụng trong đập nghiền khi dùng để phá vỡ lực liên kết giữa cácphần tử vật liệu

• Không nghiền quá mức độ yêu cầu Các hạt vật liệu khi nghiền đến kíchthước yêu cầu cần phải lập tức mang ra khỏi máy nghiền và đem phân loạibằng sàng

1.1 Tiêu chí chọn nguyên liệu

Ca cao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100hạt/110g) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó lànhững hạt bị mốc, chưa được lên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảymầm, hạt lép (không có nhân bên trong)… Để kiểm tra hạt có khuyết tật haykhông, người ta sử dụng phép kiểm tra vết cắt Người ta cũng sử dụng cách này

để đánh giá mức độ lên men của hạt ca cao

Một số tiêu chí chọn hạt ca cao nguyên liệu như sau:

• Hạt phải được lên men hoàn toàn

• Hàm ẩm trong hạt không được phép vượt quá 7,5%

• Hạt phải đồng đều về kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba

SVTH: CHU VĂN TRƯỜNG

VÕ VĂN HẢI

3% có thể tạo ra mùi mốc khó chịu cho bột ca cao thành phẩm.

• Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyênliệu, gây nhiễm bẩn bởi chất thải của chúng

• Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạtnảy mầm sau khi sấy khô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiếncho côn trùng và nấm mốc dễ dàng thâm nhập vào nguyên liệu.Nguyên liệu cũng không được chứa hạt nám, ám khói, hạt lép vàcác loại tạp chất lạ (như mạt sắt,…)

• Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạtphải chắc, chứa nhiều nhân bên trong Bên cạnh đó, hàm lượng bơcũng có ý nghĩa nhất định trong quy trình sản xuất (tuỳ thuộc vàoyêu cầu của nhà sản xuất)

• Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lênmen, không có vị lạ như chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạkhác

Để đến được quá trình nghiền bi, hạt ca cao phải trải qua một số quá trình đượcxem là bước chuẩn bị ban đầu như tách vỏ, sấy Sau khi trải qua các quá trìnhtrên thì hạt ca cao sẽ được cho vào quá trình nghiền bi với các thông số như độ

ẩm phải đạt độ ẩm mà quá trình sấy thực hiện là 2-2.5%, độ nhớt sau quá trìnhcắt vỏ và sấy là 1-2% Nhiệt độ nhập liệu của quá trính nghiền là 35-37oC, điểmnóng chảy của bơ ca cao là 34oC , làm hóa lỏng chất béo tạo thành một chất bộtnhão Khi tiến trình tiếp tục , kích thước phần tử nghiền giảm dần và chất bộtnhão ngày càng có dạng lỏng , còn gọi là rượu mùi ca cao ( cocoa liquor ) Hỗnhợp này gồm các phần tử rắn lơ lửng trong thể pha chất béo liên tục

Để đảm bảo quá trình nghiền đạt được hiệu suất và chất lượng tối đa thì thong sốquan trọng nhất có lẽ độ giòn ( độ cứng) của hạt ca cao, ở đây độ giòn của hạt ca

cao sẽ được quyết định bởi quá trình sấy, theo nhóm nghiên cứu quá trình sấy thìchúng tôi chọn đọ giòn của nguyên liệu là 1-2%

Theo sơ đồ hệ thống làm việc thì sản phẩm của quá trình sấy sẽ được đưa vàoquá trình ép bơ, dẫn đến để quá trình ép bơ diễn ra thuận tiện và hiệu suất cao thìsản phẩm của quá trình nghiền bi phải đạt tới kích thước 1.2-1.3 mm

1.2 Đặc trưng của sản phẩm nghiền:

Mục đích của quá trình nghiền là taọ ra những hạt vật liệu nhỏ từ cục vật liệuban đầu to hơn Quá trình cần những hạt vật liệu nhỏ vì chúng có diện tích bềmặt riêng lớn hoặc cần hình dạng, kích thước và số lượng hạt Hiệu suất sử dụngnăng lượng của quá trình được xác định bằng diện tích bề mặt mới tạo nên sauquá trình đập nghiền Vì vậy các đặc trưng hình học của hạt, đơn chiếc và hỗnhợp, là yếu tố quan trọng để đánh giá sản phẩm từ máy nghiền

Một máy nghiền không cho sản phẩm đồng nhất dù nhập liệu có đồng nhất haykhông Sản phẩm luôn luôn là một hỗn hợp có các kích thước nằm trong mộtkhoảng xác định Do sự biến đổi kích thước trong một khoảng rộng nên thườngdùng khía niệm đường kính trung bình để biểu diễn kích thước hạt trong một hỗnhợp

1.3 Năng lượng tiêu tốn trong quá trình nghiền:

Chi phí cho tiêu tốn năng lượng trong quá trình nghiền là chủ yếu do đó các yếu

tố ảnh hưởng đến chi phí này là quan trọng Trong quá trình nghiền vật liệu banđầu bị xoắn và có ứng suất Công cần thiết để tạo nên ứng suất cho vật liệu đượcchứa tạm thời trong vật liệu dưới dạng cơ năng của ứng suất Khi tác động thêmlực vào các hạt vật liệu đã chịu ứng suất, chúng sẽ chịu lực xoắn vượt quá giớihạn bền và vỡ ra thành nhiều hạt nhỏ và tạo nên các bề mặt mới Vì mỗi đơn vịdiện tích bề mặt của chất rắncó năng lượng bề mặt nhất định nên việc tạo nên bềmặt mới cần phải có năng lượng, năng lượng này được cung cấp do sự phóng

SVTH: CHU VĂN TRƯỜNG

VÕ VĂN HẢI

năng lựong thừa khi tạo thành năng lượng bề mặt mới sẽ biến thành nhiệt

1.4.Hiệu suất nghiền:

Tỉ số giữa năng lượng bề mặt mới tạo thành với năng lượng do chất rắn hấp thuđược gọi là hiệu suất nghiền

Năng lượng bề mặt mới tạo thành do vật liệu gãy vỡ là nhỏ so với tổng cơ năngchứa trong vật liệu tại thời điểm đó nên phần lớn lượng năng lượng thừa đượcbiến đổi thành nhiệt, vì vậy hiệu suất nghiền là thấp

1.5.Các chu trình nghiền

Tùy theo tính chất của vật liệu đem nghiền như kích thước, độ cứng, tính kếtdính và yêu cầu công nghệ của sản phẩm sau khi nghiền như cơ hạt, mức độđồng đều, năng suất, chi phí năng lượng…mà quá trình nghiền có thể tiến hànhtheo một trong các chu trình nghiền sau

a) Chu trình hở: Trong chu trình này nếu nguyên liệu gồm nhiều cở hạt khácnhau sẽ được đưa qua sàng phân loại để thu được nguyên liệu đồng đều nhằmtăng hiệu suất của máy nghiền Sau khi sản phẩm ra khỏi máy nghiền không cầnphân loại nữa, do đó mức độ đồng đều của sản phẩm không cao nhưng nănglượng tiêu tốn lại nhỏ Với các loại máy nghiền nón cũng như máy nghiền máđập thường áp dụng chu trình nghiền hở Mức độ nghiền ở chu trình này khidùng với máy nghiền má đập chỉ phụ thuộc vào độ hở nạp liệu và rảnh tháo liệucủa máy

b) Chu trình kín: Nguyên liệu được đưa trực tiếp vào máy nghiền Sản phẩm rakhỏi máy nghiền được đưa qua thiết bị phân loại như máy sàng, máy rây…đểphân loại sản phẩm theo cở hạt yêu cầu

c) Chu trình kép: Trong chu trình này sản phẩm ra khỏi máy nghiềnđược nhậpchung với nguyên liệu rồi đưa qua thiết bị phân loại Sản phẩm đạt yêu cầu kíchthước được lấy ra, phần hạt to được đưa nghiền lại Chu trình kép thường dùngkhi yêu cầu mức độ nghiền lớn như nghiền bột, đòi hỏi năng lượng tiêu hao lớn

và thường lắp hai máy nghiền nối tiếp để thực hiện chu trình này

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền:

Có nhiều yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình nghiền xuất phát từ tính chấtcủa vật liệu nghiền và máy nghiền

- Tính chất của vật liệu nghiền: Độ bền, độ cứng, độ nhớt, độ đồng đều, trạngthái và hình dạng bề mặt, độ ảm, kích thước, hình dạng và vị trí tương hổ của cácphần tử nghiền, hệ số ma sát giữa các phần tử…là những yếu tố của vật liệu cóảnh hưởng rất lớn đến quá trình nghiền

- Tính chất của máy nghiền: Hình dạng và trạng thái của bề mặt, vận tốc và tínhchất chuyển động khối lượng của bộ phận làm việc (tỉ số giữa khối lượng của binghiền với khối lượng của vật đuợc nghiền), hệ số ma sát của bề mặt nghiền vớivật được nghiền…là những yếu tố cấu trúc máy có ảnh hưởng đến quá trìnhnghiền nhỏ vật liệu

2 Lý thuyết nghiền:

2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền vỡ vật liệu:

Một vật thể được nghiền vỡ tức là chịu tác động của ngoại lực có trị số vượt cácứng sức bền của vật thể (ứng sức nén) Khi đó, vật thể sẽ chịu những biến dạng,hoặc bị phá vỡ đột ngột, hoặc chịu những biến dạng đàn hồi, biến dạng dẽo vàcuối cùng bị phá vỡ Khi vật thể chịu một lực va đập tự do để phá vỡ, thì lực đó

sẽ gây ra những sóng chấn động truyền trong vật thể theo chiều lực đập Chỉ khi

SVTH: CHU VĂN TRƯỜNG

VÕ VĂN HẢI