Tính toán và thiết kế hệ thống nghiền ngũ cốc 1000kg h

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM (Hệ: Đại học quy) ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NGHIỀN NGŨ CỐC 1000KG/H Tên sinh viên Lớp Mã sinh viên Nguyễn Thế Thành 05DHTP2 2005140519 Nguyễn Thái An 05DHTP1 2005140001 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2017 DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hạt ngũ cốc Hình Ngũ cốc Ngũ cốc nguyên cám, ngũ cốc nguyên hạt, ngũ cốc nguyên chất, ngũ cốc toàn phần loại ngũ cốc hạt hạt ngũ cốc có chứa mầm ngũ cốc, nội nhũ cám, trái ngược với loại ngũ cốc tinh chế (chỉ giữ lại nội nhũ) Ngũ cốc nguyên hạt mọc mầm lên loại ngũ cốc tinh chế nói chung khơng nảy mầm qua xử lý Toàn sản phẩm ngũ cốc nguyên hạt cho bữa ăn thực hiện cách nghiền ngũ cốc nguyên hạt để làm cho bột ngũ cốc nguyên hạt Ngũ cốc nguyên hạt nguồn tự nhiên cung cấp protein nguồn carbohydrate, tốt cho sức khỏe khơng qua chế biến, bảo quản đảm bảo chất lượng vệ sinh Hạt ngũ cốc có thành phần dinh dưỡng cao, giàu protein, lipit, xenlulo ; hydrat cacbon, nhiều loại sinh tố, mí khống, axit – amin vitamin cần thiết cho sống Ứng dụng sống hàng ngày dùng làm thức ăn nước uống loại; dùng làm nguyên liệu ngành công nghiệp; ngũ cốc có tác dụng cải đất, thân làm phân bón; đặc biệt ngũ cốc ứng dụng y học chữa bệnh làm đẹp… Ngũ cốc hỗn hợp loại hạt: đậu nành, đậu xanh, bắp, kê, gạo, kê… Bột ngũ cốc sản phẩm loại hạt ta nghiền khơ sản phẩm sau rang nghiền ướt sản phẩm sau ngâm ủ Các hạt giàu đinh dưỡng xu hướng hiện người thích dùng sản phẩm sản phẩm sạch, khơng hóa chất bảo quản, sản phẩm hạt ngũ cốc sau rang dễ bảo quản sử dụng thay nguồn dinh dưỡng thực vật thay cho nguồn dinh dưỡng động vật nên hạt ngũ cốc nguồn dinh dưỡng nhiều người ý đến Nhóm chúng em nghiên cứu hạt ngũ cốc: đậu nành, đậu xanh bắp loại có hàm lượng dinh dưỡng tỷ lệ cao bột ngũ cốc Ngũ cốc hỗn hợp nhiều loại hạt tính chất hạt gần giống kích thước hạt độ cứng Nhưng hạt có thành phần dinh dưỡng cao, chiếm tỷ trọng lớn đậu nành đậu xanh Thực tế người thường uống sữa đậu nành đậu xanh nguyên chất Nên nhóm nghiên cứu loại thiết kế máy nghiền, sở nghiền loại khác, sản phẩm nghiền sau rang đạt độ cứng, giòn 1.1.1 Đậu nành - Dựa vào tình hình sản xuất đậu nành nước ta thấy diện tích, suất sản lượng tăng Người tiêu dùng thấy giá trị dinh dưỡng nên nhu cầu tăng, đậu dùng nhiều sản phẩm, nhu cầu ngày tăng nên diện tích tăng Với tiến khoa học kỹ thuật, ngành nông nghiệp phát triển, áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất làm cho suất, sản lượng chất lượng tăng nhanh - Nước ta đậu nành ứng dụng rộng rãi thực phẩm: giá, đậu phụ, tương xì dầu, bánh kẹo, thịt nhân tạo…Trong công nghiệp: chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, làm nến, xà phòng ; Trong nơng nghiệp: nguồn thức ăn tốt cho gia súc, luân canh cải tạo đất; Trong dược phẩm: dùng để chữa bệnh, đậu nành đen có tác dụng cho tim, gan, thận, dày ruột… Đậu dùng làm thức ăn cho người bị bệnh đái tháo đường , thấp khớp, thần kinh suy nhược suy dinh dưỡng - Phần lớn sản lượng đậu nành Mỹ dùng làm thức ăn, dược phẩm, để nuôi gia súc, để xuất Dầu đậu tương chiếm tới 80% lượng dầu ăn tiêu thụ Mỹ - Tại quốc gia Braxin, Trung Quốc, 60% lượng đạm tiêu thụ ngày đậu nành cung cấp Hàm lượng chất đạm chứa đậu nành cao nhiều so với lượng chất đạm chứa loại đậu khác Quy trình chế biến đậu nành thể hiện qua sơ đồ sau Hình Sơ đồ sản xuất đậu nành 1.1.2 đậu xanh Hình Hạt đậu xanh - Đậu xanh vị ngọt, tanh, tính hàn, khơng độc, bổ ngun khí, nhiệt mát gan, giải trăm thứ độc, làm mát nước tiểu, chữa lở loét, làm sáng mắt, nhuận họng, hạ huyết áp, mát buồng mật, bổ dày, hết tả, thích hợp với bệnh nhân say nắng, miệng khát, người nóng, thấp nhiệt, ung nhọt, viêm tuyến má, đậu mùa, nhìn vật khơng rõ - Đậu xanh loại thức ăn nhiều kali, natri Người thường xuyên ăn đậu xanh chế phẩm huyết áp họ thấp Trong đậu xanh có thành phần hạ huyết mỡ hữu hiệu, giúp cho thể phòng chống chứng xơ cứng động mạch bệnh cao huyết áp, đồng thời có cơng hiệu bảo vệ gan giải độc - Trong đời sống hàng ngày, đậu xanh dùng làm nhiều nấu canh, chè, làm bánh, xay thành bột làm miến, rang vàng tán bột làm thực phẩm ngũ cốc dinh dưỡng Lá đậu xanh tận dụng làm dưa không phổ biến Vỏ đậu xanh có tính nóng, giúp giảm bớt mờ mắt, nhiều người thường nấu vỏ, không bỏ - Thông số kỹ thuật hạt đậu xanh sau rang: + Đặc điểm hình học : hạt hình bầu dục có kích thước hạt d = – 5,5 mm + Môđun đàn hồi: E=107 N/ m2 + Độ ẩm hạt sau rang ≤6% + Hệ số hồi phục: ε=0,4 - Thành phần hóa học: Bảng Thành phần hóa học hạt đậu xanh Thành phần Tỷ lệ % Nước 13,7% Lipit 2,4% Protein 23% Xenluloza 4,6% Glucid 52% Bảng Thành phần hóa học chứa 100g đậu xanh Thành phần hóa học Tính mg/100g calo 329 Ca 62,7 P 369,5 Fe 4,75 vitB1 0,71 vitB2 0,15 vitPP 2,4 vitC Tóm lại: Hạt đậu nành có thành phần dinh dưỡng cao, hàm lượng prơtêin trung bình khoảng 35,5 – 40 % Trong hàm lượng protein đậu xanh 23%, gạo khoảng 6,2 – 12%; ngơ: 9,8 – 13,2%; thịt bò: 21%; thịt gà: 20%; cá: 17 – 20% trứng:13 – 14,8%; lipit:15-20% ; hydrat cacbon từ 15 – 16% nhiều loại sinh tố mí khống cần thiết cho sống Trong đậu nành chứa nhiều loại vitamin: B 1, B2, PP, A, E, K, D, C… nhiều muối khống như: Ca, P, Fe…Chính mà đậu nành có khả cung cấp lượng cao khoảng 4700cal/kg Chính nhóm nghiên cứu máy nghiền đậu nành có thành phần dinh dưỡng cao đáp ứng nhu cầu xã hội 1.2 Cơ sở lý thuyết trình nghiền Nghiền trình làm giảm kích thước hạt vật liệu rắn nhờ ngoại lực tác dụng để phá vỡ nội lực liên kết phần tử gọi q trình nghiền Thiết bị để thực hiện trình nghiền gọi máy nghiền Chỉ tiêu kinh tế máy nghiền đánh giá yếu tố sau: - Mức độ nghiền - Năng lượng tiêu hao - Chi phí vận hành 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nghiền Yêu cầu kích thước sản phẩm sau nghiền định đến việc lựa chọn phương pháp nghiền hợp lý Đặc điểm hình dạng, kích thước, tính chất vật liệu sở để tính tốn thiết kế Độ ẩm vật liệu ảnh hưởng đến suất nghiền khô, lượng tiêu tốn trình nghiền Do cần chọn độ ẩm cho vật liệu trước nghiền Độ cứng, độ bền vật liệu định lượng cần để phá vỡ, từ chọn phương pháp nghiền hợp lý để tạo lực đập cần thiết Kích thước, đặc tính vật liệu sau nghiền ảnh hưởng đến việc tính tốn thiết kế hệ thống vận chuyển phân li sản phẩm nghiền 10  Tính tốn b̀ng lắng đơn: Hình 19 Sơ đồ khơng gian bên ngồi buồng lắng Thời gian lưu lại hạt bụi buồng lắng: τ= V l*B*H = L L Trong đó: τ: Thời gian dòng bụi buồng lắng V: Thể tích buồng lắng L: Lưu lượng dòng khí vào buồng lắng Dưới tác dụng trọng lực lưu lượng ban đầu hạt bụi vào buồng lắng gồm có vận tốc ngang ω vận tốc lắng ω’ Trong khoảng thời gian τ hạt bụi quãng đường h=τ*ω0 - Nếu h > H: Hạt bụi bị dòng khí mang - Nếu h ≤ H: Hạt bụi bị giữ lại Theo bảng 6.1 trang 60 tài liệu [2] ta có: ρ=1300kg/m3, kích thước hạt δ=100μm vận tốc lắng ω’=2,46.10-1 m/s Năng suất buồng lắng tính sau : η = S * ω0 ( m / s ) 34 ω l H l η = b * H * = b * H * l * = b * l *ω' ω' = ω = τ H τ τ ; ; Qua công thức ta thấy suất buồng lắng phụ thuộc vào diện tích mặt đáy buồng lắng vận tốc lắng ω’ nên suất thấp Để nâng cao suất ta dùng buồng lắng nhiều ngăn Khi dòng khí mang bụi vào buồng lắng, hạt bụi đập vào vách ngăn vận tốc rơi xuống Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sử dụng - Giá thành thấp Nhược điểm: - Năng suất lọc lắng thấp - Chiếm diện tích lớn 2.1.2.2.2 Lắng tác dụng lực ly tâm, quán tính (cyclon) Nguyên lý để chế tạo thiết bị lọc bụi quán tính làm thay đổi chiều hướng chuyển động dòng khí cách liên tục, lặp lặp lại nhiều vật cản có hình dạng kích thước khác Khi dòng khí đổi hướng chuyển động bụi có sức qn tính lớn giữ hướng chuyển động ban đầu, sau va vào vật cản bị giữ lại động rơi xuống đáy thiết bị, khí theo ống dẫn ngồi 1- Ống dẫn 2- Thân hình trụ 3- Phễu 4- Ống thu hạt nghiền 5- Ống thoát khí 35 Hình 20 Cấu tạo cyclon Dòng vật liệu mang hạt nghiền vào cyclon theo ống dẫn (1) theo phương tiếp tuyến hình trụ đứng (2), hạt va chạm vào thành tác dụng trọng lực rơi xuống ống phễu (3), thu vật liệu bên ống trụ (4), khơng khí ngồi qua ống trụ đứng (5) hình 20 Ống dẫn hạt nghiền lắp theo phương tiếp tuyến với ống hình trụ dòng khí có hạt nghiền chuyển động xoắn ốc bên thân trụ va chậm với phễu Hạt nghiền rơi xuống đồng thời dòng khơng khí bị dội ngược trở lên chuyển động xoắn ốc thoát theo ống số Ưu điểm: - Năng suất lắng cao, khơng khí ngồi - Thời gian lắng lọc nhanh - Diện tích nhỏ - Dễ sử dụng, dễ thay đổi tính chất sử dụng linh hoạt Nhược điểm: - Cấu tạo phức tạp buồng lắng - Giá thành cao tương đối cao 2.1.2.2.3 So sánh phương pháp lắng tự – lắng tác dụng lực ly tâm quán tính Bảng So sánh phương pháp lắng tự – lắng tác dụng lực ly tâm quán tính Phương pháp Tiêu chí Lắng tự buồng lắng Lắng tác dụng lực ly tâm – quán tính Năng suất Thấp Cao Thời gian lắng Lắng chậm Lắng nhanh Diện tích Rất lớn Nhỏ gọn 36 Giá thành Thấp Tương đối cao Kết luận: Yêu cầu thiết kế chế tạo máy nghiền đậu nành có suất cao 200kg/h, phân loại hạt nghiền đạt kích thước ≤ 200µm phù hợp yêu cầu sản xuất công ty Ta chọn phương pháp lắng tác dụng lực ly tâm – qn tính dùng cyclon 2.2 Sơ đờ cơng nghệ giải thích cơng nghệ Hình 21 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống nghiền Nguyên lý hoạt động: Cung cấp điện cho động tạo chuyển động quay cho máy thông qua truyền đai làm quay trục roto làm quay đĩa quay Vật liệu nghiền buồng nghiền nghiền bắt đĩa quay gắng với trục đĩa cố định bắt chặt thành hộp Vật liệu chứa phễu cấp liệu , tỉ lệ hạt rơi nhờ chắn phôi , buồng nghiền đĩa quay với tốc độ cao tạo động đập vỡ hạt, 37 hạt đĩa quay đập tiếp tục di chuyển đập vào đĩa cố định tiếp tục vỡ ra, qua hàng vật liệu nghiền nhỏ Hạt nghiền đạt u cầu kích thước qua lưới , qua ống đến cyclon , dòng vật liệu di chuyển ống dẫn qua cylon nhờ vận tốc buồng nghiền tạo nhờ lực hút quạt động quạt Dưới đáy cyclone có chứa sản phẩm ngũ cốc Tính tốn phận quan trọng máy nghiền răng: phận buồng nghiền, phận lắng lọc phân loại hạt 2.3 Tính toán cho máy nghiển Máy nghiền  Vận tốc cần thiết để phá vỡ vật liệu: Xác định vận tốc cần thiết để phá vỡ hạt đậu dựa công thức: v ≥σ Eρ (1 − ε ) Trong công thức độ bền hạt ảnh hưởng nhiều đến vận tốc nghiền Dựa vào sách S.V Mennhikop ta có hạt đại mạch có độ bền 7x10 6N/m2 Và hạt đậu nành có độ cứng khoảng 60% hạt đai mạch σ≈3 Mn/m2 Tuy nhiên hạt đậu nành trước nghiền rang giảm độ ẩm nên giòn σp2 = 10 + 1,5*6 + 10 = 30 mm • Bước hàng số 3: d=3mm; k=2 =>p3 = 10 + 2*3 + 10 = 25 mm • Bước hàng số 4: d=1,5mm; k=1,5 =>p4 = 10 + 1,5*1,5 + 10 = 22 mm - Số đĩa quay: Số hàng số 1: Z1= C1/p1 = 440/32 = 14 Số hàng số 2: Z2= C2/p2 = 665/30 = 22 Số hàng số 3: Z3= C3/p3 = 892/25 = 36 Số hàng số 4: Z4= C4/p4 = 1117/22 = 50 Tổng số đĩa quay: ∑Z= 14+22+36+50 = 122 Bảng Bán kính, bước số đĩa quay Bán kính Chu vi Bước Số R1=70mm C1=440mm P1=32 14 R2=106mm C2=665mm P2=30 22 R3=142mm C3=892mm P3=25 36 R4=178mm C4=1117mm P4=22 50 - Đĩa quay lắp với trục nhờ vào lỗ côn, đảm bảo độ đồng tâm với trục quay - Sau lắp đĩa quay với nghiền thành khối cân động để loại bỏ lực ly tâm sinh Do tốc độ đĩa quay làm việc tren 3600v/p  Đĩa cố định: 42 - Bước hàng đĩa cố định Đĩa cố định đóng vai trò thành buồng nghiền nhỏ để hạt vật liệu va đập vào, đập vỡ hạt Nên bước nhỏ tốt, cần đảm bảo hạt nghiền qua  Bước vòng nhau, với p=20mm - Số đĩa cố định Số hàng số 1: Z1’ = C1’/p = 552/22 = 24 Số hàng số 2: Z2’ = C2’/p = 778/22 = 34 Số hàng số 3: Z3’ = C3’/p = 1004/22 = 44 Tổng số đĩa cố định: ∑Z = 24+34+44 = 102 Bảng Bán kính, bước số đĩa cố định - Bán kính Chu vi Bước Số R’1=88 C’1=552 P’1=22 24 R’2=124 C’2=778 P’2=22 34 R’3=160 C’3=1004 P’3=22 44 Vật liệu làm đĩa cố định thép không gỉ, mác thép SUS 304  Hộp nghiền - Hộp nghiền chi tiết để lắp bạc đỡ trục, nắp hộp, phễu… - Hộp nghiền chế tạo bàng cách hàn thép lại với - Sau hàn tạo thành chi tiết đem gia cơng mặt lại hộp Năng suất máy nghiền ( công thức 8-10 trang 183 tài liệu [1]) G = 3600 * F * ρ * µ *Vr 43 Trong đó: - F: Diện tích bề mặt roto (F=2πR1b , m2) - b: Chiều dài (m) - R1: Bán kính vòng roto (m) - μ: Hệ số tơi vật liệu (μ =0,5-0,6) - ρ: Khối lượng riêng vật liệu (kg/m3) - vr: Vận tốc vật liệu (m/s) cos α = R1 / R2 vr = ω1 * sinα F = 2π * 0,1 * 0,04 = 0,0025m G = 3600 * 0,0025 * 1300 * 0,5 = 1535( Kg / h) Tính cơng suất máy nghiền: Cơng suất tiêu hao cho máy gồm phần chính: a Cơng śt chịu ảnh hưởng khối lượng đĩa quay nghiền(công thức 8-11 trang 183 tài liệu [1]) GR0 n −7 Nđ = 10 10,8 Trong đó: - G: Trọng lượng roto, G=15(kg) - R0: Bán kính dãy ngồi roto (m) - n: Số vòng quay roto (vòng/phút) 44 GR0 n −7 150 * 0,178 * 36003 −7 Nđ = 10 = 10 = 2,05Kw 10,8 10,8 b.Công suất cần thiết để khắc phục ma sát trục roto ( công thức 8-12 trang 184 tài liệu [1]) N ms = fGπdn 60 *103 Trong đó: - f: Hệ số ma sat ổ đỡ trụ (f=3) - d: đường kính cổ trục roto (m) N ms = fGπdn 0,003 * 150 * π * 0,035 * 3600 = = 0,003( Kw) 60 * 103 60 * 103 Công suất động điện: N đc = k N đ + N ms 2,05 + 0,35 + 0,8 + 0,003 = 1,2 = 4,8( Kw) η 0,85 - k: Hệ số an toàn (k=1,2) - η: Hiệu suất động (η=0,85) 2.4 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị 45 Hình 22 Sơ đồ máy nghiền *Giải thích thiết bị: Khi vật liệu vào bên buồng nghiền có đĩa chuyển động đĩa cố định, nhờ lực va đập nguyên liệu với đập đĩa động đĩa cố định làm cho nguyên liệu nghiền nhỏ rơi xuống cửa liệu 2.5 Sơ đồ bố trí mặt diễn giải Hình 23 Sơ đồ bố trí mặt 46 *Diễn giải Hệ thống nghiền ngũ cốc phải bố trí nơi khơ thống mát 2.7 Tài liệu tham khảo Viên, H L Máy gia công vật liệu rắn dẻo, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội Chấn, G T T n N c (2001) Ơ nhiễm khơng khí xử lý chất thải NXBKHKT Hà Nội Nguyễn Bin, Các quá trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm - NXB KHKT HN Hồ Lê Viên, Các máy gia công vật liệu rắn dẻo tập NXB KHKT, Sở tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập NXB KHKT Hà Nội 47 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) 48 ... III: Nghiền lần H nh IV, V: Nghiền lần H nh VI, VII: Nghiền lần H nh Phân loại theo tính chất trụcHình nghiền I: Hai trục nghiền cố định H nh II: Một trục nghiền cố định - Một trục nghiền di...DANH MỤC H NH DANH MỤC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu h t ngũ cốc H nh Ngũ cốc Ngũ cốc nguyên cám, ngũ cốc nguyên h t, ngũ cốc nguyên chất, ngũ cốc toàn phần loại ngũ cốc h t h t ngũ cốc. .. định lượng cần để phá vỡ, từ chọn phương pháp nghiền h p lý để tạo lực đập cần thiết Kích thước, đặc tính vật liệu sau nghiền ảnh h ởng đến việc tính tốn thiết kế h ̣ thống vận chuyển phân