Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM TL 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN CHÍ THIỆN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY NGHIỀN BỘT GẠO NƯỚC MNM – TL – CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ NGÀNH : 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS TRẦN THỊ THANH ĐỒNG NAI, 2014 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Độ nhỏ sản phẩm nghiền đặc trưng kích thước sản phẩm Yêu cầu kích thước sản phẩm yêu cầu kỹ thuật quan trọng trình nghiền Tùy theo công nghệ sản xuất, yêu cầu độ nhỏ sản phẩm nghiền khác Ví dụ cơng nghệ sản xuất thức ăn thủy sản yêu cầu độ nhỏ sản phẩm nghiền phải đạt kích thước 250µm để đảm bảo độ bền viên thức ăn sau ép Đối với công nghệ sản xuất bánh đậu xanh, hỗn hợp bột dinh dưỡng ngũ cốc lại yêu cầu kích thước sản phẩm nghiền phải 90µm Nhưng với nguyên liệu bột lương thực công nghệ sản xuất loại sản phẩm thực phẩm dạng màng sợi u cầu độ nhỏ phải 70 µm để đảm bảo độ dính, độ mỏng cho q trình tạo hình sản phẩm sau Cơng nghệ nghiền sử dụng nguyên liệu có độ nhỏ 100 µm gọi cơng nghệ maicro, cịn độ nhỏ 0,1 µm gọi cơng nghệ nano Cơng nghệ maicro, nano cơng nghệ phức tạp, có nhiều biến đổi theo trình lý, hóa, học sinh học Việc nghiền nhỏ để đảm bảo công nghệ maicro thường phức tạp kỹ thuật công nghệ, cho suất thấp, chi phí lượng riêng cao Các loại bột sản xuất từ hạt lương thực, hay củ để làm thực phẩm cho người hầu hết thuộc cơng nghệ maicro, nên khó nghiền So sánh nghiền hạt lương thực nghiền củ để đạt sản phẩm thuộc cơng nghệ nghiền maicro nghiền hạt lương thực khó khăn hơn, hạt lương thực có độ bền học cũnh cấu trúc vật liệu bền so với củ Để nghiền nhỏ hạt lương thực tiến hành nghiền khơ nghiền ướt Việc nghiền khô thường áp dụng cho sản phẩm nghiền với mục đích lưu trữ áp dụng cho vài loại hạt dễ nghiền, tạo keo tốt trộn với nước bột mỳ Thiết bị nghiền thường loại cối xay đá (trước đây) hay hệ thống máy nghiền trục đại (hiện nay) kết hợp với trình phân loại rây Nghiền ướt thường áp dụng cho sản phẩm nghiền sử dụng cho khâu chế biến nước thành phần tham gia vào trình chế biến Nếu muốn lưu trữ sản phẩm sau nghiền ướt phải đưa sấy khô Đại đa số loại hạt ngũ cốc nước Nam Á Đông Nam Á sử dụng dạng hạt chế biến thành sản phẩm dạng màng, sợi nên người ta thường chọn phương pháp nghiền ướt Thiết bị nghiền ướt trước máy nghiền kiểu thớt (cối đá hay xay đĩa), sau nghiền sản phẩm phải lọc lắng gạn hay rây ướt Hiện thị trường bắt đầu sử dụng số thiết bị nghiền ướt kiểu công nghiệp máy nghiền búa cánh, máy nghiền côn thủy lực Đặc biệt máy nghiền côn thủy lực mẫu máy đời vào năm đầu 2000 Trung Quốc nước công bố sản xuất dạng sản phẩm thương mại Do máy nghiền côn thủy lực nguyên lý nghiền lại sản phẩm thương mại, nên lý thuyết tính tốn loại máy nghiền chưa hệ thống hóa hồn chỉnh cơng bố Máy nghiền côn thủy lực loại máy nghiền không dùng sàng để phân ly mà dùng khe hở rô to với buồng nghiền để giới hạn kích thước lớn sản phẩm nghiền Nên sản phẩm nghiền chưa đảm bảo u cầu kích thước theo u cầu cơng nghệ Vì vậy, máy nghiền thủy lực chưa sản xuất nước ta tiếp nhận Trước nhu cầu sản xuất mẫu máy nghiền bột nước siêu mịn, nằm 2012 Bộ Giáo dục Đào tạo xét duyệt cho trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh thực đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo chuyển giao máy nghiền kiểu búa – thủy lực dùng công nghiệp chế biến”, mã số B 2012 – 12 – 12 PGS.TS Trần Thị Thanh làm chủ nhiệm Trên sở kế thừa nguyên lý nghiền bột nước kiểu côn thủy lực, kiểu xay đĩa búa cánh, PGS.TS Trần Thị Thanh cộng đề xuất kiểm chứng thực nghiệm mẫu máy nghiền MNM – TL – phối hợp nguyên lý nghiền để phát huy ưu nguyên lý Máy mơ hình thực nghiệm MNM – TL – thiết kế có suất 100 kg/h đạt độ nhỏ sản phẩm nghiền lọt qua lỗ sàng Mesh 230 (kích thước lỗ 63 m) Một nhiệm vụ nghiên cứu đề tài đăng ký xác định thơng số tối ưu cho mơ hình máy nghiền thực nghiệm Kết tính tốn tối ưu làm sở cho việc thiết kế, xây dựng dãy cỡ máy nghiền có cỡ suất khác đồng dạng với mơ hình máy nghiền thực nghiệm MNM – TL – nghiên cứu Đồng thời cịn góp phần nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình nghiền bột nước phục vụ sản xuất đời sống triển khai kết nghiên cứu vào sản xuất Vì việc xác định thơng số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – có tính cấp thiết ý nghĩa khoa học sâu sắc Được chấp thuận Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí, phịng Đào tạo sau đại học Ban giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp, hướng dẫn PGS.TS Trần Thị Thanh, tiến hành đề tài: “Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3” Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu nghiền bột gạo nước công nghệ chế biến sản phẩm lương thực dạng màng sợi truyền thống Việt Nam Mục tiêu cụ thể: 1) Xây dựng mơ hình thống kê thực nghiệm mô tả phụ thuộc tỷ lệ sản phẩm nghiền nằm sàng Mesh 400 (%) chi phí điện riêng để nghiền (kWh/tấn) vào thông số kết cấu công nghệ lượng cung cấp hay suất q (kg/ph) khe hở hai đĩa nghiền h1 (mm), khe hở theo phương hướng kính đầu cánh búa bề mặt lưới sàng h2 (mm), số vòng quay trục nghiền n (vg/ph) chi phí nước (thủy lực) qnước (l/ph) 2) Phân tích mơ hình thống kê thực nghiệm ảnh hường hay tác động thông số nghiên cứu đến tiêu tỷ lệ sản phẩm nghiền nằm sàng Mesh 400 (%) chi phí điện riêng để nghiền (kWh/tấn) 3) Xác định thông số tối ưu tiêu tối ưu đạt 4) Kiểm chứng chế độ làm việc tối ưu máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – suất 500 kg/h sản xuất Ý nghĩa đề tài: Ý nghĩa khoa học đề tài là: Kiểm chứng nghiên cứu thông số kết cấu công nghệ cho mẫu máy nghiền bột gạo nước phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu Ý nghĩa thực tiễn đề tài là: Kết nghiên cứu tổ chức ứng dụng trực tiếp vào sản xuất Do đề tài thực giải pháp kỹ thuật mới, thời gian thực ngắn, sở vật chất – kỹ thuật, kinh phí, trình độ kinh nghiệm cịn bị hạn chế nên đề tài khơng tránh thiếu sót Tơi xin chân thành cảm ơn xây dựng, đóng góp Q Thầy – Cơ, Nhà khoa học, kỹ thuật chuyên ngành liên quan bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng luận công trình cơng bố máy nghiền bột nước 1.1.1 Tổng luận cơng trình cơng bố máy nghiền bột nước nước Bún tươi, bánh tráng, bánh phở, bánh cuốn,… thực phẩm truyền thống dân tộc ta, có mặt hầu hết địa phương nước Đây sản phẩm chế biền từ bột gạo sản xuất theo công nghệ nghiền ướt Trong thiết bị chủ yếu để sản xuất cối đá làm việc theo nguyên lý nghiền kiểu đĩa trục đứng Cối đá dùng sức sức người, động cơ, v.v…Đây loại thiết bị dùng chủ yếu để nghiền bột gạo theo phương pháp ướt nước ta từ trước năm 2.000 Theo nhu cầu xã hội, u cầu chun mơn hóa sản xuất, loại thiết bị ngày tỏ làm việc hiệu cho suất thấp, chất lượng sản phẩm nghiền khó kiểm sốt quy trình nghiền phức tạp phải nghiền đi, nghiền lại nhiều lần Do loại thiết bị nghiền cối đá theo nguyên lý nghiền đĩa ngày sử dụng Hiện cịn thấy số gia đình nơng dân tỉnh Phía Bắc, hay số hộ kính doanh cá thể nhỏ lẻ Hình 1.1 Máy xay gạo kiểu cối đá (kiểu nghiền đĩa) Theo phát triển xã hội, thói quen tự chế biến gia đình sở sản xuất bột gạo theo nguyên lý nghiền ướt dần đi, để hình thành lên sở sản xuất chun mơn hóa với suất, hiệu kinh tế cao Vì đặt nhu cầu thiết bị nghiền bột ướt nhằm khác phục nhược điểm thiết bị nghiền dạng cối đá Năm 2007, PGS TS Trần Thị Thanh cộng có cơng bố máy nghiền búa-thuỷ lực dùng công nghệ nghiền ướt Một ưu điểm nguyên lý nghiền cho suất cao, độ nhỏ bột nghiền đạt cơng nghệ micro, phù hợp cho đối tượng dễ nghiền bùn đỏ chất thải khai thác quặng nhôm Sản phẩm sau nghiền dùng dùng làm chất keo tụ xử lý nước thải Cấp liệu vào máy nghiền Hình 1.2 Máy nghiền bùn đỏ kiểu búa – thủy lực Năm 2009, ThS Nguyễn Thị Kiều Hạnh cộng thực đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở, mã số CS – CB07 – CK – 02 “Nghiên cứu thiết kế - chế tạo mơ hình máy nghiền gạo ứng dụng cơng nghệ sản xuất bún” Đề tài phát triển ứng dụng nguyên lý nghiền búa – thủy lực vào nghiền gạo kết nghiên cứu PGS.TS Trần Thị Thanh vào sản xuất bún tươi Kết nghiên cứu cho thấy máy đạt suất 500 kg/h, công suất động truyền động 10 HP, độ nhỏ bột nghiền 70 m Hiện loại máy nghiền áp dụng rộng rãi hầu hết sở sản xuất bún tươi tỉnh Phía Nam Hình 1.3 Lưới sàng máy nghiền gạo ướt Hình 1.4 Cấu tạo máy nghiền gạo ướt Tuy nhiên máy nghiền búa – thủy lực kiểu búa dạng cánh số tồn hiệu nghiền chưa cao, trình nghiền chủ yếu trượt ma sát cánh búa lên lớp vật liệu nghiền lớp vật liệu nghiền với bề mặt lưới sàng 1.1.2 Tổng luận cơng trình cơng bố máy nghiền bột nước ngồi nước Các kết nghiên cứu nghiền bao gồm việc hồn thiện lý thuyết, cơng nghệ thiết bị nghiền Về lý thuyết nghiền nhiều nhà bác học quan tâm giải để xác định chế nghiền vỡ Năm 1867 nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingơ phát minh thuyết bề mặt “Công dùng cho trnhh́ nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt tạo thành vật liệu đem nghiền” Công thức biểu diễn thuyết bề mặt trình bày: As = f ( Trong đó: S) , (J) ; (1.1) As - cơng chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt , [J]; S - diện tích bề mặt tạo thành (sự gia tăng diện tích riêng bề mặt) Thuyết bề mặt áp dụng nhiều để đánh giá q trnhh́ nghiền mịn, sản phẩm nhận với diện tích riêng bề mặt phát triển cao Thuyết thể tích nhà học người Nga V.L Kirpitrev (1874) đề xuất Giáo sư người Đức Ph.Kik(1885) kiểm tra thực nghiệm máy nghiền kiểu búa Nội dung thuyết thể tích : “Cơng cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến đổi thể tích vật liệu” Av = f( V) , (J) Trong đó:Av - cơng chi phí để nghiền vỡ vật V - phần thể tích vật thể bị biế Nhưng phần thể tích bị biến dạng V lại tỷ l tất cục vật liệu, nghĩa V = k1 V Cho nên : Av = k k1.V = k2.V = kv.D / Hay : Trong đó: Av = k2.V = k2 m = kv m kv, k, k1, k2 - hệ số tỷ lệ cơng thức theo thuyết thể tích m - khối lượng cục vật liệu nghiền, [kg] Thuyết thể tích Kirpitrer -Kik cho kết xác tính tốn q trńh nghiền thơ Bởi nghiền thơ, phần lượng chi phí cho biến dạng đàn hồi vật thể chủ yếu, lượng chi phí cho việc gia tăng diện tích riêng bề mặt khơng đáng kể Những người ủng hộ thuyết bề mặt thuyết diện tích đă tranh luận gay gắt với nửa kỷ, họ không thành công kể thuyết thứ lẫn thuyết thứ hai Bởi họ mắc sai lầm, đứng phía khơng ý đến ảnh hưởng điều kiện cụ thể trnhh́ nghiền dung tích lượng (như mức độ phân tán vật liệu, cấu tạo chế độ nghiền v.v ) Hai thuyết diện tích thể tích có nhược điểm đă nêu Ph.C Bon(1952) đă đề xuất thuyết nghiền thứ ba để dung hạ hai thuyết Nội dung thuyết dung hòa cho rằng: “Cơng nghiền tỷ lệ với trung bình nhân thể tích (V) bề mặt (F) vật liệu đem nghiền” Adh = k V.F Adh = kdh D2,5 k ks D ; (1.4) Sau biến đổi nhận : ; Adh = kdh (1.5) Sau cịn có cơng trnhh́ nghiên cứu nhà bác học Nga A.K Rungbixt (1956) nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958) Các nhà bác học đă giới thiệu phương trình: ; dA = -c.d (1.6) Trong : A - cơng biến dạng ,[J]; - kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu D phần tử bột nghiền d ) , [mm]; c z - hệ số Lấy tích phân phương trnhh́ (1.6) sau cho giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2, tính tốn đến giá trị cuối kích thước nhận giá trị gần tích phân có dạng: q A = k D ; (1.7) Khi số mũ q có giá trị ; 2,5 Tương ứng với biểu thức sau: - Thuyết thể tích Kirpitrev - Kik - Thuyết diện tích Ritingo Av = kv D As = k s D 2,5 Adh = kdh D - Thuyết dung hạ Bon Rõ ràng hai thuyết diện tích thể tích khơng mâu thuẫn mà chúng bổ sung cho Nếu nghiền tương đối to (nghiền thô) phần diện tích riêng tạo nhỏ, bỏ qua nghĩa áp dụng thuyết thể tích Đồng thời qua nghiên cứu cho thấy trnhh́ nghiền trnhh́ phức tạp bao gồm nhiều biến đổi lý vật liệu nghiền Như thuyết nghiền nêu gần để nghiên cứu hiệu chỉnh mặt thực nghiệm Do chỗ thiếu sót hai thuyết diện tích thể tích dựa vào tính chất lý vật liệu nghiền biến dạng, Viện sĩ người Nga P.A.Rebinder n(vg/ph) B(%) 91 B(%) B(%) ĐỒ THI B - h1 - qn ĐỒ ThỊ B - h2 - n h2(mm) B(%) B(%) 92 P.3.2 Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm mức tiêu thụ điện riêng Ar(kWh/t) ĐỒ THI Ar - q - h1 ĐỒ THI Ar - q - h1 h1(mm) q(kg/ph) 93 ĐỒ THI Ar - q - h2 ĐỒ THI Ar - q - h2 10 24 80 22.7433 Ar(kWh/t) h2(mm) Ar(kWh/t) 18.73278 21.4064 20.0695 n(vg/ph) ĐỒ THI Ar - q - qn ĐỒ THI Ar - q - qn Ar(kWh/t) 23 21 19 17 15 13 q(kg/ph) 94 ĐỒ THI Ar - h1 - h2 19.2073 18.2006 h2(mm) Ar(kWh/t) 14.1737 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 h1(mm) Ar(kWh/t ) n(vg/ph) ĐỒ THI Ar - h1 - n h1(mm) Ar(kWh/t) ĐỒ THI Ar - h1 - qn ĐỒ THI Ar - h1 - qn 22 20 18 1.4 27.379 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 h1(mm) h1( m m) Ar(kWh/t) n(vg/ph) 95 B(% ) ĐỒ THI Ar - h2 - qn ĐỒ THI Ar - n - qn 96 Phụ lục Kết tính tốn tối ưu hóa PL4.1 Kết tính tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu PL4.1.1 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y1 (hay B) 97 PL4.1.2 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) 98 PL4.2 Kết tính tốn tối ưu hóa đa mục tiêu 99 100 101 Phụ lục Một số hình ảnh thực đề tài Hình PL1 Thực nghiệm nghiền bột gạo nước máy nghiền MNM – TL– Hình PL2 Thực nghiệm nghiền bột gạo nước máy nghiền MNM – TL – với cán hướng dẫn luận văn ... vi nghiên cứu Thực theo nội dung nghiên cứu đề tài cấp Bộ mã số B2012–12–12 23 Nghiên cứu xác định thông số tối ưu cho máy nghiền MNM – TL – nghiền gạo 2 .3 Nội dung nghiên cứu 1) Nghiên cứu. .. chi phí điện riêng để nghiền Ar (kWh/tấn) nghiền bột gạo nước máy nghiền MNM – TL – 3) Xác định tiêu tối ưu thơng số tối ưu cho q trình nghiền bột gạo nước máy nghiền MNM – TL – 4) Kiểm chứng ứng... Thanh, tiến hành đề tài: ? ?Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3? ?? Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu nghiền bột gạo nước công nghệ chế biến