Chương 1 thiet bi lam sach và phan loai

Chương THIẾT BỊ PHÂN RIÊNG SẢN PHẨM KHÔNG ĐỒNG NHẤT I THIẾT BỊ LÀM SẠCH VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU DỜI 1.1 Cơ sở lý thuyết trình làm phân loại 1.1.1 Những thông số đặc trưng vật liệu rời a) Đường kính tương đương hạt Các loại hạt thường có hình dạng khơng khơng phải hình cầu nên kích thước dài chúng theo chiều khác khác Vì người ta dùng đường kính tương đương dhtđ để đặc trưng cho kích thước hạt Nếu hạt có khối lượng đường kính tương đương hạt đường kính hạt hình cầu: 6m d htd = π , mm (1.1) m- khối lượng hạt Nếu vật liệu rời bị chặn lỗ sàng có kích thước lỗ dl1 dl2 đường kính tương đương xác định theo cơng thức: d htd = d l1 d l (1.2) Nhờ phân loại sàng mà nhận N phần có đường kính tương đương dhtđ1, dhtđ2, dhtđi…, dhtđN với phần khối lượng tương ứng x1, x2 ,xi ,xN Như đường kính tương đương tập hợp hạt xác định gần theo cơng thức: N d htd = ∑ xi d tdi , mm (1.3) i =1 b) Phân bố lớp hạt Các lớp hạt tập hợp hạt bao gồm hạt có đường kính thường khơng khoảng rộng từ dhmin = dhtđ1 đến dhmax = dhtđN có phần khối lượng tương ứng khơng nhau: x1 ≠ x ≠ ≠ xi ≠ x N , nghĩa lớp hạt có cấu trúc đa phân tán Để mô tả cấu trúc đó, ta dùng hàm phân bố mật độ qr(dh) hàm phân bố tổng quát Qr(dh) Hàm phân bố mật độ qr(dh) biểu thị mật độ hạt kích thước dh giá trị qr(dh) lớn mật độ hạt kích thước dh lớn (hình 1.1a) Hàm phân bố tổng quát Qr(dh) biểu thị phần hạt có đường kính nhỏ dh (hình 1.1b) Khi dh = dhmin có Qr(dh) = dhmin = dh = dhmax có Qr(dh) = dhmax = Quan hệ qr(dh) Qr(dh) xác định công thức: qr = dQr dd h Qr = d ∫ q dd r h d h Các vật liệu rời khác có cấu trúc tuân theo qui luật phân bố khác nhau, ta qui dạng: phân bố chuẩn, phân bố logarit, phân bố RRS (Rosin-RamlerSperling) Hình 1.1 Các đồ thị phân bố lớp hạt Phân bố chuẩn (hình 1.1c) dùng để mơ tả lớp vật liệu rời dạng hạt (các loại ngũ cốc, củ quả, ) Hàm phân bố mật độ hàm phân bố tổng chúng theo thể tích (hay khối lượng) là: qr =  (d − d )2  dQr = exp − h 2hz  dd h σ 2π 2σ   (1.4) Qr =   (d h − d hz )   dd h exp − 2σ  σ 2π d h   (1.5) d ∫ Trong đó: dh- đường kính hạt ứng với Qr(dhz)= 50% (hay 0,5); σ - độ lệch tiêu chuẩn phân bố Phân bố chuẩn logarit (hình 1.1d) dùng để mô tả vật liệu hữu (thực vật) nghiền, tập hợp hạt vê viên, Hàm phân bố mật độ hàm phân bố tổng chúng theo khối lượng có dạng: q r lg = Qr lg = d htd = σ lg  (lg d h − lg d hz )2  exp −  2σ lg 2π   (1.6) ∫   (lg d h − lg d hz )   dd h exp − 2σ 2π lg d h    (1.7) , mm (1.8) σ lg lg d d h max ∫ dq dd r h d h Ngoài dựa vào hàm phân bố mật độ, ta cịn xác định nhiều đặc trưng khác tập hợp hạt c) Hình dạng hạt Hình dạng hạt xác định hệ số hình dạng ξ tỷ số bề mặt F hạt với bề mặt cầu có thể tích V: ξ = 0,205FV −2 / (1.9) Hệ số hình dạng hạt cầu 1, hạt khác lớn Hệ số hình dạng giảm kích thước tương đương hạt giảm d) Bề mặt riêng hạt Bề mặt đơn vị khối lượng đơn vị thể tích gọi bề mặt riêng, ký hiệu Srm SrV Bề mặt riêng khối lượng tính theo công thức: 6ξ , m2/kg S rm = d htd ρ (1.10) Bề mặt riêng thể tích xác định theo công thức: S rV = 6ξρ x , m-1 ρ r d htd (1.11) Trong đó: ρ x - khối lượng thể tích lớp hạt, kg/m3; ρ r - khối lượng riêng hạt rắn, kg/m3 Bề mặt riêng hỗn hợp lớp hạt có đường kính tương đương khác xác định theo công thức: S rm = ρr ξ i xi ∑d (1.12) htdi Trong đó: xi- phần khối lượng lớp hạt thứ i e) Hệ số ma sát nội góc ma sát nội Phương trình cân lực mơi trường đàn hồi có dạng: τ = fσ + τ o (1.13) Trong đó: τ - ứng suất tiếp σ - ứng suất pháp; τ o - ứng suất tiếp ban đầu σ = 0; f- hệ số ma sát nội (hệ số ma sát trong) Ứng suất tiếp ban đầu τ o độ bền cắt ban đầu mơi trường vật liệu rời, kết tác dụng qua lại lực liên kết phân tử bên lớp hạt Khi kích thước hạt nhỏ, ứng suất cịn lực tĩnh điện tạo nên Lớp hạt ẩm có ứng suất tiếp ban đầu lớn giá trị cực đại xác định theo cơng thức sau (khi không kể ảnh hưởng trọng lực): τ o max = 2,4(1 − ε )  α cos δ  ε  d htd   , N/m2  (1.14) Trong đó: α - sức căng bề mặt chất lỏng nhiệt độ khảo sát; δ - góc thấm ướt chất lỏng với bề mặt vật rắn; 2,4- hệ số lấy điều kiện trung bình Đối với lớp hạt khô bề mặt riêng tương đối nhỏ τ o = 0, đó: τ = fσ Ta rút ra: f = τσ −1 (1.15) Như vậy, hệ số ma sát nội tỷ số ứng suất tiếp gây chuyển dịch (trượt) lớp hạt khô ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt lớp hạt Trị số nó: f = tgθ θ - góc ma sát nội (góc ma sát trong) Đối với lớp vật liệu khơ, góc ma sát tương ứng với góc nghiêng tự nhiên θ tn , loại hạt nơng sản, góc thường có giá trị khoảng 30-40o 1.1.2 Các tiêu đánh giá trình làm phân loại a) Khả phân loại làm Khi lựa chọn phương pháp làm phân loại ta phải dựa vào tính chất vật lý cấu tử hỗn hợp Trước hết ta phải phải chọn dấu hiệu phân chia, tính chất đặc trưng khác tính chất vật lý cấu tử, sau lựa chọn thơng số phân chia, giá trị cụ thể dấu hiệu phân chia Như vậy, việc lựa chọn dấu hiệu phân chia thông số phân chia yếu tố quan trọng để đạt hiệu làm phân loại tối đa thông qua việc sử dụng thiết bị thích hợp Một phương pháp áp dụng phổ biến có hiệu để nghiên cứu khả làm phân loại phương pháp dùng biểu đồ phân bố hạt toạ độ Đềcác Hình 1.2 Đồ thị phân chia hỗn hợp hai cấu tử Trên hình 1.2 đồ thị phân bố kích thước hạt hai cấu tử: hạt lớn hạt bé Trục hoành x biểu diễn dấu hiệu phân chia (ví dụ chiều rộng hạt), trục tung y biểu diễn tần suất Diện tích tạo thành đường cong ct1 trục hoành hàm lượng phần tử hạt lớn, diện tích tạo thành đường cong ct2 với trục hoành hàm lượng phần tử hạt nhỏ Khi đó, sảy trường hợp: - Trường hợp 1: Nếu sử dụng thông số phân chia D (hình 1.2a) hồn tồn tách khối hỗn hợp thành hai phần riêng biệt: hạt lớn hạt nhỏ Đây hỗn hợp dễ phân chia - Trường hợp 2: Nếu sử dụng thông số phân chia D1, tách khối hạt làm hai phần khơng hồn tồn, số hạt lớn hạt nhỏ có chung thơng số ∆ Như vậy, trường hợp ta phải chia hỗn hợp ban đầu thành phần hỗn hợp phân cấp (cấu tử 1, cấu tử hỗn hợp gồm cấu tử + cấu tử 2) Đây hỗn hợp khó phân chia (muốn phân chia cần phải dùng thông số phân chia khác) - Trường hợp 3: Sử dụng thông số phân chia D2, ta tách riêng hạt lớn hạt nhỏ Đây hỗn hợp không phân chia (muốn phân chia cần phải chọn dấu hiệu phân chia khác) Mức độ phân chia hỗn hợp hai cấu tử theo dấu hiệu phân loại thể tỷ số khoảng hai cấu tử phân chia khoảng chung: λ= ∆0 − ∆ ∆ = 1− ∆0 ∆0 (1.16) Như vậy: λ = ∆ = hỗn hợp dễ phân chia λ< ∆ < ∆ hỗn hợp khó phân chia λ = ∆ = ∆ hỗn hợp khơng thể phân chia Có thể nghiên cứu khả phân loại theo hai ba thông số đồng thời phương pháp phức tạp nên áp dụng b) Hiệu suất trình làm phân loại Về lý thuyết, ta chọn dấu hiệu phân chia thông số phân chia phù hợp đồng thời chọn thiết bị tương ứng để thực trình hiệu suất đạt 100% Nhưng thực tế nhiều lý do, hỗn hợp phân cấp nhận lẫn cấu tử theo tỷ lệ khác nhau, tức chưa tách hồn tồn Vì vậy, hiệu suất trình làm phân loại thường đánh sau: - Hiệu suất làm tương đối: δ −δ (1.17) ηt = o 100 , % δo Trong đó: δ o - tỷ lệ tạp chất nguyên liệu đầu, %; δ - tỷ lệ tạp chất nguyên liệu làm sạch, % - Hiệu suất làm tuyệt đối: η to = δ o q o − δq 100 , % δ o qo (1.18) Trong đó: qo- lượng nguyên liệu đưa vào thiết bị làm sạch, kg/h; q- lượng nguyên liệu khỏi thiết bị làm sạch, kg/h - Hiệu suất phân loại: η pl = M −m 100 , % M (1.19) Trong đó: M- khối lượng nguyên liệu mẫu phân tích, g m- khối lượng nguyên liệu cần phải loại trình phân loại, g 1.2 Phương pháp làm phân loại hạt 1.2.1 Phân loại theo kích thước Phần lớn tạp chất hữu cỏ, rác, mảnh cành, cây, thường có kích thước lớn hạt, cịn đất, cát, bụi, rác vụn, thường bé hạt Lợi dụng khác kích thước này, người ta dùng máy sàng có kích thước lỗ thích hợp để tách tạp chất khỏi hạt Khi có tạp chất lớn hạt tạp chất lại sàng, hạt lọt qua lỗ sàng Khi có tạp chất bé hạt ngược lại Nếu khối hạt có tạp chất lớn bé hạt sử dụng sàng nhiều tầng có kích thước lỗ khác nhau, lỗ to trên, lỗ nhỏ dùng tầng sàng phần sàng phía ngun liệu vào có lỗ nhỏ, phần sàng phía sau có lỗ to dần Đối với việc phân loại hạt theo kích thước, q trình xảy tương tự Như vậy, trình sàng người ta nhận sản phẩm nằm sàng lọt qua sàng, phần bị loại bỏ trường hợp làm thu sản phẩm phần sàng có độ lớn khác trường hợp phân loại Hiện nay, có nhiều loại sàng dùng để phân loại hạt như: sàng phẳng, sàng lượn sóng, sàng trụ, sàng đa giác Phổ biến nhà máy chế biến lương thực thực phẩm sàng phẳng, sàng trụ trống chọn hạt Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy sàng phẳng - Sàng phẳng lắp khung gọi thân sàng Mỗi thân sàng treo vào khung máy nhờ treo đàn hồi thực dao động qua lại nhờ cấu lệch tâm (hình 1.3) Phương dao động sàng ngang nghiêng Những máy có hai thân sàng chiều chuyển động ln ngược nhằm triệt tiêu phần lực quán tính sinh q trình chuyển động Khi bán kính tay quay nhỏ, biên treo có chiều dài lớn ta coi chuyển động thân sàng chuyển động tĩnh tiến qua lại dịch chuyển thân sàng S = 2R (R bán kính tay quay) Sàng lắp đáy thân sàng thường đặt nghiêng so với phương ngang góc α = - 90 Đây phận để phân loại hạt vật liệu rời Người ta thường dùng hai loại sàng có kết cấu khác là: sàng lưới đan sàng đục lỗ Mặt sàng lưới đan: có lỗ dạng hình vng, hình bầu dục, hình cạnh (hình 1.4a,b,c) Loại dùng để vật liệu khô, xốp Loại lưới đan có diện tích rơi lớn so với loại sàng khác Hình 1.4 Mặt sàng lưới đan Mặt sàng đục lỗ làm thép tấm, mặt có đục lỗ dạng hình vng, hình trịn, hình chữ nhật hình bầu dục Các lỗ bố trí thành hàng xen kẽ (hình 1.5) Lỗ làm dạng cơn, phần có kích thước lớn hướng phía sản phẩm Ưu điểm đục lỗ hạt dễ dàng di chuyển mặt sàng Tuổi thọ loại sàng cao loại lưới đan, có nhược điểm diện tích rơi nhỏ Hình 1.5 Mặt sàng đục lỗ Tuỳ theo hỗn hợp cần làm yêu cầu hạt sau làm mà chọn sàng có kích thước lỗ dạng lỗ thích hợp Sàng lỗ hình tròn dùng để phân loại dựa vào khác chiều rộng hạt Những hạt có tiết diện lớn đường kính lỗ sàng muốn lọt qua lỗ sàng dạng hạt phải dựng thẳng đứng lên, trục hạt thẳng góc với mặt sàng Khi chảy mặt sàng hạt trạng thái nằm, trục hạt song song với mặt sàng, hạt dài khó lọt qua sàng lỗ trịn so với hạt tròn hạt ngắn Sàng lỗ dài dùng để phân loại dựa theo khác chiều dày hạt Nếu chiều dày hạt lớn chiều rộng lỗ sàng hạt khơng lọt qua lỗ sàng, ngược lại nếu chiều dày hạt nhỏ chiều rộng lỗ hạt lọt qua lỗ sàng Để tăng độ lọt sàng người ta chế tạo chiều dài lỗ sàng lớn nhiều so với chiều dài hạt cần phân loại Muốn cho hạt dễ lọt người ta chế tạo loại mặt sàng mà lỗ nằm rãnh Sàng lỗ dài có tiết d làm việc lớn lên khả phân ly cao Trong trình làm việc hạt thường trượt mặt sàng, trục dài hạt trùng với phương dao động chiều dài lỗ sàng Hiệu làm sàng phẳng phụ thuộc vào gia tốc sàng Đối với hạt lớn hiệu làm tốt gia tốc cực đại Jmax=18 ÷ 22m/s2, hạt nhỏ Jmax= 12 ÷ 14m/s2 Trong làm việc, lỗ sàng thường bị kẹt hạt tạp chất Để làm lỗ sàng người ta thường dùng cấu làm Cơ cấu làm lỗ sàng loại chổi lông, loại trục cao su, loại gây va đập, rung động,… phổ biến có hiệu cấu làm loại chổi lơng Nó cấu tạo hàng chổi lông đặt mặt sàng, quét lên toàn mặt sàng Hệ thống chổi lông chuyển động qua lại nhờ cấu tay quay truyền với tốc độ chậm ngược chiều chuyển động sàng Tần số dao động chổi lông phút thường nhỏ từ 10-15 lần so với tần số dao động sàng Để thực chuyển động qua lại, khung cấu làm tựa hai đường lăn thông qua lăn Cũng nhờ kết cấu mà người ta điều chỉnh độ ngập sâu chổi vào mặt sàng để làm tăng độ mặt sàng Hình 1.6 Sàng tự làm bi cao su Hiện nay, để làm mặt sàng người ta dùng cao su (rubber balls) đặt ngăn mặt sàng (hình 1.6) Trong trình làm việc, bi nảy lên đập vào phần tử kẹt vào lỗ sàng, đẩy chúng Kết cấu hồn tồn thay cho chổi lơng, cấu tạo máy sàng trở nên đơn giản nhiều - Sàng trụ sàng phẳng cuộn trịn quay xung quanh trục dọc (hình 1.7) Loại sàng có cấu tạo đơn giản làm việc rung động suất thấp loại sàng phẳng Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phân loại sàng trụ - Trống chọn hạt sử dụng để làm phân loại hạt theo hình dạng hay chiều dài Người ta thường kết cấu kiểu trống có lỗ với hình dạng kích thước phù hợp với loại hạt cần phân loại, thường nửa hình cầu (hình 1.8) Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân loại hạt kiểu trống a) kiểu hình trụ; b) kiểu đĩa 1- trống phân loại; 2- lỗ tổ ong; 3- vít tải; 4- máng hứng; 5- mặt cạnh máng hứng; 6- máng dẫn hạt Trên hình 1.8a sơ đồ nguyên lý làm việc máy phân loại hạt kiểu trống Máy gồm ống trụ thép 1, bề mặt ống trụ có lỗ tổ ong vít tải đặt máng Khi ống trụ quay hạt riêng rẽ rơi vào lỗ tổ ong 2, hạt quay với ống trụ góc rơi xuống Hạt ngắn lọt vào lỗ tổ ong sâu hạt dài Vì vậy, ống trụ quay, hạt ngắn rơi xuống muộn hơn, chúng rơi vào máng tháo khỏi máng vít tải Những hạt dài trượt bề mặt ống trụ dọc theo chiều dài nhờ độ dâng tràn hạt đưa vào máy Mức độ phân riêng hỗn hợp hạt thành phần hạt theo chiều dài phụ thuộc vào vị trí đặt cạnh máng Ống trụ chế tạo thép tấm, cịn lỗ tổ ong có đường kính lớn 3mm dập máy ép đặc biệt Trên hình 1.8b sơ đồ nguyên lý làm việc máy cho cỡ hạt kiểu đĩa, lỗ tổ ong nằm bề mặt đĩa gang Khi đĩa quay hạt ngắn rơi vào lỗ tổ ong, sau hạt rơi vào máng tháo khỏi máy 1.2.2 Phân loại theo tính chất khí động Giữa hạt tạp chất có khối hạt ln khác tính chất khí động Sự khác đặc trưng trị số tốc độ tới hạn (tốc độ khơng khí bắt đầu thổi bay vật thể) Trị số tốc độ tới hạn khác vật thể, phụ thuộc vào trạng thái hình dạng vật thể, trọng lượng vị trí vật thể dịng khí, tính chất dịng khí, Lợi dụng tính chất người ta cho hạt rơi vào dịng khơng khí, thường thổi theo phương ngang hay phương xiên, chúng rơi xuống mặt phẳng nằm ngang vị trí khác Hạt hay tạp chất có tốc độ tới hạn bé (hạt nhẹ), rơi khoảng cách xa so với điểm cấp liệu hạt có tốc độ tới hạn lớn (hạt nặng) ngược lại Nhờ q trình này, ta tách tạp chất khỏi khối hạt cách dễ dàng Trên hình 1.9 sơ đồ nguyên lý máy làm phân loại hạt quạt Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phân loại hạt theo tính chất khí động Hỗn hợp hạt qua phễu cấp liệu gặp luồng khơng khí quạt thổi vào Hạt nặng lắng xuống máng gần cửa nạp liệu, hạt nhẹ lắng lại máng có khoảng cách xa hơn, tạp chất nhẹ hay bụi lắng đọng xuống đáy định kỳ tháo Như vậy, ta thu máng 3; 3’; 3’’; 3’’’ loại sản phẩm có khối lượng riêng định 1.2.3 Phân loại theo trọng lượng riờng Khi đ-a nguyên liệu hạt vào chế biến cần phải ý đến 10 ... động : quạt 1, 7kW, sàng 1kW; khả làm : tạp chất lớn hạt 96,2%, rơm rác 10 0%, cát bụi sâu mọt 84%, hạt cỏ dại 50% Kích thước máy (dài x rộng x cao) : 15 00 x 11 00 x 3760mm 18 Hình 1. 18 Máy làm hạt... thành 11 12 tạo nên 7, rơi vào buồng lắng 9, từ tách khỏi máy Sản phẩm lắng buồng lắng sau tách qua van 10 Chế độ khơng khí điều chỉnh cách thay đổi vị trí thành di động 11 lắp chặt hai khớp lề 1. 4.4... loại 17 Hình 1. 17 Sơ đồ máy phân loại củ a) kiều đĩa; b) kiểu dây cáp; c) kiểu trục trịn 1- đĩa quay hình vành khăn; 2, 3- sắt hình vịng cung; 4- quả; 5- dây cáp; 6- trục trịn Trên hình 1. 17b