Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN ĐÌNH HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY BĂM ÉP NƯỚC DỨA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành đào tạo : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 62 52 01 03 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN 2. GS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG HÀ NỘI - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 06 tháng 6 năm 2012. Tác giả luận án Trần Đình Hưng ii LỜI CẢM ƠN Với sự kính trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Như Khuyên - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và GS.TS Phạm Xuân Vượng - Hội Cơ khí Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong nhiều năm tháng học tập cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, Ban lãnh đạo khoa Cơ điện, Viện Đào tạo Sau Đại học và Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã luôn quan tâm giúp đỡ và đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo khoa Cơ khí, khoa Công nghệ thực phẩm và các phòng ban trong Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Đặng Thế Huy - Trường Đại học Lương Thế Vinh, PGS.TS Nông Văn Vìn và TS Nguyễn Thanh Hải - Khoa Cơ điện - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã có các ý kiến nhận xét chuyên môn hết sức sâu sắc để tôi hoàn thiện chương trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Công nghiệp thực phẩm Thanh Xuân - Hà Nội, các thầy cô Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao, Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật công trình - LAS Xây dựng 386 - TT Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải đã giúp tôi trong việc làm thực nghiệm và đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, ngày 06 tháng 6 năm 2012 Tác giả luận án Trần Đình Hưng iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục các ký hiệu toán học vii Danh mục bảng x Danh mục hình xii MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 2 3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 6 Những đóng góp mới của luận án 4 7 Cấu trúc nội dung luận án 4 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA 5 1.1 Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng của quả dứa 5 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa 5 1.1.2 Phân loại dứa 6 1.1.3 Thành phần hóa học của quả dứa 8 1.1.4 Công dụng của quả dứa 10 1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa 12 1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới 12 1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trong nước 13 1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa 20 iv 1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa trên thế giới 20 1.3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa ở Việt Nam 29 1.4 Kết luận chương 1 33 Chương 2 NGUYÊN LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 35 2.2 Đối tượng nghiên cứu 35 2.3 Phương pháp nghiên cứu 36 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa 37 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 37 2.3.3 Phương pháp xác định các thông số của quá trình nghiên cứu 40 2.3.4 Phương pháp xử lý gia công số liệu đo đạc 48 Chương 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP NƯỚC DỨA 52 3.1 Mô hình hóa quá trình ép nước dứa 52 Mô hình kết cấu bộ phận ép nước dứa 52 3.1.2 Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép 53 3.1.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép 59 3.2 Mô phỏng quá trình biến đổi vận tốc và áp suất trong bộ phận ép 64 3.2.1 Khảo sát sự biến đổi vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục 64 3.2.2 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong quá trình ép 65 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng  của trục vít xoắn đến áp suất của vật liệu 66 3.3 Lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận ép 67 3.4 Kết luận chương 3 68 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 69 4.1 Thí nghiệm xác định một số tham số của mô hình lý thuyết 69 v 4.1.1 Xác định vận tốc góc của vật liệu trong bộ phận ép 69 4.1.2 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép 71 4.1.3 Mối quan hệ giữa nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả với áp suất ép 74 4.1.4 Xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã 76 4.1.5 Xác định ứng suất cắt giới hạn của vật liệu trong quá trình ép 77 4.1.6 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất trong vùng ép bằng thực nghiệm 79 4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 81 4.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ dao băm n d 82 4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ vít xoắn n 83 4.2.3 Ảnh hưởng của khe hở cửa thoát bã s 84 4.2.4 Ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a 86 4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 88 4.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát 93 4.5 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 94 4.6 Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hoàn thiện thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 96 4.6.1 Hoàn thiện thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 96 4.6.2 Xác định một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A 97 4.6.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A. 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 Kết luận 100 Kiến nghị 101 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 102 Tài liệu tham khảo 103 Phụ lục 110 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải BE-500 Liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A Liên hợp máy băm ép nước dứa sau khi cải tiến BNN và PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CNTP Công nghệ thực phẩm Ctv Cộng tác viên ED-500 Máy ép nước dứa EU Liên minh châu Âu FAO Tổ chức Nông lương, Liên hợp quốc J.S.C. Công ty cổ phần Co.Ltd Công ty trách nhiệm hữu hạn NXB Nhà xuất bản KHCN Khoa học công nghệ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh TTXTTM Trung tâm xúc tiến thương mại USD Đô la Mỹ vg/ph Vòng/phút XK Xuất khẩu vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Đơn vị Giải thích a mm Chiều rộng lỗ sàng A % Nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả  tb  độ Góc nâng cánh vít tại đường kính trung bình của vít xoắn  độ Góc nghiêng của trục vít xoắn so với đường tâm vít xoắn  % Độ sót dịch quả theo bã D - Hàm tối ưu tổng quát D v m Đường kính ngoài của vít xoắn d j - Hàm “mong muốn” thành phần d v m Đường kính trong của vít xoắn d 0 m Đường kính dòng nhân chất lỏng nhớt chảy trong ống d m Đường kính trong của ống dẫn  i - Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i F b - Tiêu chuẩn Fisher F c m 2 Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng cấp liệu F e m 2 Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng ép  độ Góc ma sát giữa nguyên liệu và bề mặt cánh vít  kg /m 3 Khối lượng thể tích của vật liệu G d kg Khối lượng dịch quả thu được khi ép G h kg Khối lượng hỗn hợp bã - dịch quả G r kg Khối lượng pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả  - Hệ số nạp liệu thể tích  ge - Hệ số giảm thể tích nạp liệu vùng ép  nc  - Hệ số thể tích nạp liệu vùng cấp liệu l b mm Chiều dài đường bao của máng vít tại tiết diện thẳng góc với đường trung bình của cánh vít viii Ký hiệu Đơn vị Giải thích L m Chiều dài vít xoắn L c m Chiều dài vít xoắn vùng cấp liệu L e m Chiều dài vít xoắn vùng ép  - Hệ số ma sát của chất lỏng phi Newton  Ns/m 2 Độ nhớt động của hỗn hợp  d  Ns/m 2 Độ nhớt động của dịch quả  r  Ns/m 2 Độ nhớt động của pha rắn n vg/ph Tốc độ quay của vít xoắn N kWh Điện năng tiêu thụ N r kWh/tấn Chi phí điện năng riêng p kG/cm 2 Áp suất ép P  N Lực nén mẫu khi cắt q x % Tỷ lệ chất xơ q kh % Tỷ lệ chất khô q kg Khối lượng nguyên liệu đưa vào ép Q kg/h Năng suất của liên hợp máy Q b kg/h Năng suất của bộ phận băm Q c kg/h Năng suất của bộ phận cấp liệu Q lt kg/h Năng suất lý thuyết Q  N Lực cắt mẫu  N/m 2 Ứng suất cắt giới hạn của vật liệu r c mm Bán kính trục của vít xoắn vùng cấp liệu r e mm Bán kính trục của vít xoắn vùng ép r v mm Bán kính của trục vít xoắn R v mm Bán kính ngoài của vít xoắn R’ e - Chuẩn số Rây nôn s mm Khe hở cửa thoát bã ix Ký hiệu Đơn vị Giải thích S mm Bước vít xoắn t s Thời gian ép v m/s Vận tốc vòng của vít xoắn v nc m/s Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng cấp liệu v ne m/s Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng ép v qc m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít trong vùng cấp liệu v qe m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít trong vùng ép v vl m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với trục vít W % Độ ẩm của vật liệu  s -1 Vận tốc góc của vít xoắn  qc  s -1 Vận tốc góc của vật liệu so với máng vít trong vùng cấp liệu  qe  s -1 Vận tốc góc của vật liệu so với máng vít trong vùng ép  vl  s -1 Vận tốc góc của vật liệu so với trục vít x i - Giá trị mã hóa của yếu tố thứ i Y j - Hàm thành phần z - Số bước của vít xoắn [...]... thiết kế, chế tạo liện hợp máy băm ép nước dứa 3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định một số tính chất cơ lý hóa của nguyên liệu dứa liên quan đến quá trình băm ép nước dứa - Xây dựng mô hình lý thuyết quá trình ép nguyên liệu dứa nhằm định 3 hướng cho việc thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa - Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn... nghệ và thiết kế, cải tiến liên hợp máy băm ép nước dứa - Nghiên cứu ứng dụng liên hợp máy băm ép nước dứa trong sản xuất nhằm xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy để có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất 4 4.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy. .. định một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa, nhằm định hướng cho việc thiết kế, chế tạo liên hợp máy - Đã thiết kế, chế tạo thành công liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ phận băm và bộ phận ép lắp trên cùng một khung bệ máy, do đó đã nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu hồi sản phẩm, giảm chi phí lao động và tiết kiệm điện năng phù hợp. .. của các cơ sở chế biến ở nước ta hiện nay 4 6 Những đóng góp mới của luận án - Kết quả nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đã thiết lập được mô hình toán và mô phỏng được mối quan hệ của một số thông số trong quá trình ép từ đó đã xác định được một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa nhằm định hướng cho việc thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa. .. chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa 2 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Tạo ra thiết bị băm ép nước dứa phục vụ dây chuyền sản xuất nước dứa và nước dứa cô đặc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng điện, giảm chi phí sản xuất, góp phần giảm ô nhiễm môi trường - Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc tối ưu làm cơ sở để... 1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa 1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa trên thế giới 1.3.1.1 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về quá trình ép của một số tác giả nước ngoài a) Nghiên cứu chuyển động của khối nguyên liệu trong quá trình ép Quá trình ép lấy nước dứa là quá trình phá vỡ liên kết của khối nguyên liệu để tách nước ra khỏi hỗn hợp bã - dịch... thích ứng của mô hình toán 90 4.16 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm thành phần Yj 90 4.17 Các hệ số hồi quy dạng thực 91 4.18 Kết quả thí nghiệm với các thông số tối ưu của các yếu tố vào 95 4.19 Một số chỉ tiêu hóa lý của nước dứa ép ở chế độ tối ưu 95 4.20 Đặc tính kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A 96 4.21 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị ép nước dứa 98... hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn: tốc độ dao băm, tốc độ trục vít xoắn, khe hở cửa thoát bã, chiều rộng lỗ sàng 4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mô hình liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn BE- 500 có năng suất 500 kg/h 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Đã ứng dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để biểu diễn mối quan hệ của một số thông số trong quá trình ép nước dứa và ứng... bị chế tạo trong nước rất ít và còn nhiều hạn chế Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị băm ép nước dứa phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất là vấn đề rất cấp thiết Xuất phát từ thực tiễn trên đây, chúng tôi thực hiện đề tài Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm. .. phương pháp nghiên cứu Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 5 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA 1.1 Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng của quả dứa 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa Dứa, một số địa phương gọi là thơm hay khóm, tên khoa học Ananas comosus, là một loại quả nhiệt . được một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa nhằm định hướng cho việc thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa. . đề tài Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa . 2 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Tạo ra