Công nghệ sản xuất tinh bột gạo bằng phương pháp ướt

Các sản phẩm lương thực dạng màng và sợi được chế biến từ tinh bột gạo bằng phương pháp ướt.

2.4.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về máy nghiền côn thủy lực

2.4.2.1. Các công trình nghiên cứu về máy nghiền côn thủy lực ở trong nước

Ở trong nước đã có công bố đầu tiên về nghiên lý nghiền thủy lực áp dụng nghiền bùn đỏ của Trần Thị Thanh, Trần Văn Hồng (2007), nghiền hạt lương thực có xử lý ngâm trước khi nghiền của Nguyễn Thị Kiều Hạnh (2009) [16]. Nội dung các nghiên cứu của các công trình công bố này bao gồm tính toán thiết kế, chế tạo mô hình và nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nước trong khi nghiền đã làm giảm nhiệt độ phát sinh trong quá trình nghiền, tăng khr năng phân ly của sàng dạng lưới. Đồng thời nếu ngâm hạt lương thực trước khi nghiền sẽ làm giảm đáng kể năng lượng và đảm bảo độ đồng đều về kích thước sản phẩm nghiền.

2.4.2.2. Các công trình nghiên cứu về máy nghiền côn thủy lực trên thế giới

Máy nghiền côn thủy lực được hai người Mỹ Hansjorg Balmer và Rudolph J.Gasparac sáng chế vào ngày 14 tháng 11 năm 1961 và được văn phàng phát minh Mỹ

30 công bố bản quyền vào ngày 14 tháng 06 năm 1964. Kể từ đó cho đến nay, sáng chế này đã được chuyển quyền và phát triển tại nhiều nước trên thế giới. Đặc biệt là Trung Quốc, với ưu thế giá rẻ (khoảng 1/3 ÷ 1/5 so với các nước phát triển) mà hầu hết các giao dịch thương mại vè loại máy nghiền côn thủy lực đều có xuất xứ từ Trung Quốc. Nhưng loại máy nghiền côn thủy lực này chỉ được áp dụng cho vật liệu rắn, khô và nghiền thô.

Năm 2010, lần đầu tiên Trung Quốc đưa ra thị trường mẫu máy nghiền côn thủy lực theo nguyên lý nghiền bột nước với hai kiểu nghiền côn thủy lực theo nguyên lý nghiền bột nước với hai kiểu nghiền trục đứng và trục nằm ngang ứng dụng trong chế biến thực phẩm . Hình 2.8, 2.9 giới thiệu máy nghiền côn thủy lực do Trung Quốc sản xuất đang được thương mại trên thị trường Việt Nam.

Hình 2.8. Máy nghiền côn thủy lực kiểu Hình 2.9. Máy nghiền côn thủy lực

kiểu trục đứng trục nằm ngang

 Các thông số kỹ thuật cơ bản của các loại máy nghiền côn thủy lực

31 Từ các số liệu của nhà cung cấp đã công bố cho thấy mẫu máy nghiền này có kích thước nguyên liệu đầu vào ≤ 1 mm, nguyên liệu đầu vào của máy nghiền côn thủy lực kiểu trục đứng do Trung Quốc chế tạo đã qua công đoạn nghiền sơ bộ do đó không phù hợp với kích thước nguyên liệu đầu vào của MNCTL – 100 cho trong bảng 2.2

2.4.2.3. Máy nghiền kiểu đĩa

2.4.2.3.1.Cấu tạo

Máy nghiền đĩa là loại máy nghiền chủ yếu dùng trong qui mô sản xuất tinh bột ướt cỡ nhỏ hiện nay. Máy hoạt động theo nguyên lý nghiền bột nước kiểu đĩa chà xát trục đứng.

Cấu tạo của máy được trình bày như hình . Bộ phận làm việc của máy là 2 đĩa nghiền còn gọi là thớt nghiền. Vì cấu tạo của máy giống cối xay lúa thủ công, nên người ta thường gọi là máy xay hay cối xay bột.

Hình 2.10. Cấu tạo máy nghiền đĩa dùng trong sản xuất tinh bột

Bộ phận nghiền chính của máy nghiền đĩa là các đĩa nghiền. Đĩa nghiền thường được làm bằng đá tự nhiên hay nhân tạo (hỗn hợp bê tông), dạng khối trụ tròn xoay. Ở một số máy nghiền hiện đại, đĩa được làm bằng kim loại phù hợp. Máy thường có đĩa dưới đứng yên và đĩa trên quay. Trên bề mặt đĩa tiếp xúc nhau gia công có rãnh hoặc gân tạo lên các cạnh sắc giao nhau và khi làm việc có xu hướng đẩy các phần tử nghiền ra ngoài mép đĩa.

32 Bộ phận nghiền sơ bộ là các gân xoắn (từ 2 ÷ 8 gân xoắn) gia công trên lỗ của đĩa nghiền quay. Các gân xoắn khi chuyển động tạo thành hình nón với góc côn của nón lớn.

2.4.2.3.2.Nguyên tắc làm việc

Nguyên liệu nghiền gồm các vật liệu nghiền (hạt lương thực) và nước được cung cấp vào máy qua máng cấp liệu. Nhờ tác động của bộ phận nghiền sơ bộ dạng côn xoắn, các vật liệu nghiền được nghiền thành những mảnh nhỏ để dưới tác động của trọng lực, nước và lực ly tâm sẽ đẩy vào khe hở giữa 2 đĩa nghiền. Khi vật liệu nghiền nằm ở khoảng giữa hai đĩa nghiền sẽ được các cạnh của gân hay rãnh trên đĩa tác động của các lực ly tâm, ma sát tạo ra chuyển động tương đối giữa vật liệu nghiền với bề mặt đĩa nghiền gân, rãnh với hạt sẽ bị phá hủy.

Sản phẩm nghiền là hỗn hợp nước – bột nghiền thoát ra khỏi khe hở giữ hai đĩa nghiền nhờ lực ly tâm chảy vào máng xung quanh mép ngoài đĩa nghiền cố định đến thùng thu bột nghiền. Nước tham gia vào quá trình nghiền không chỉ làm nhiệm vụ vận chuyển mà còn có tác dụng làm nguội hỗn hợp nghiền.

2.4.2.3.3.Phân tích ưu nhược điểm

 Ưu điểm

Ưu điểm cơ bản của máy nghiền đĩa khi nghiền đĩa khi nghiền nước là làm việc với vận tốc thấp, nên không gây ồn khi làm việc, mức độ hao mòn thấp, dễ chế tạo. Đồng thời vật liệu làm máy không đòi hỏi có độ bền cao. Vì vậy trong dân gian, người ta sử dụng bề mặt làm việc là các thớt làm bằng đá tự nhiên hay nhân tạo. Với loại vật liệu này, khi bề mặt làm việc mòn có thể hồi phục, sửa chữa dễ dàng.

Với kết cấu đơn giản, nên việc sản xuất máy nghiền loại này không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao. Vì thế giá thành máy trên một đơn vị năng suất là thấp. Nên các nhà sản xuất dễ dàng đầu tư.

 Nhược điểm

Nhược điểm của loại máy nghiền bột nước kiểu đĩa chà xát là chất lượng sản phẩm không cao, nghiền một lần không đảm bảo độ nhỏ theo yêu cầu công nghệ sản xuất các sản phẩm dạng màng và sợi từ các hạt lương thực. Quá trình làm việc của máy phức tạp, vỉ phải thêm công đoạn rây để loại các phần tử nghiền có kích thước lớn đưa đi nghiền lại. Đồng thời theo nguyên lý làm việc của các loại máy này khó tăng năng suất thiết bị để đáp ứng các dây chuyền sản xuất có năng suất cao, khả năng tự động hóa quá trình sản xuất gặp nhiều trở ngại. Trong sản xuất phải dừng máy với thời gian lâu để khắc phục khi bề mặt làm việc của các thớt bị mòn.

33

2.4.2.4. Máy nghiền búa cánh

2.4.2.4.1.Xuất xứ

Máy nghiền bột nước kiểu búa cánh được cải tiến ứng dụng từ mẫu máy nghiền búa cánh bột khô. Mẫu máy nghiền này do Mỹ sản xuất, nhập vào Miền Nam vào những năm 1960 để nghiền thức ăn gia súc, vật liệu xây dựng, hóa chất với sản phẩm nghiền dạng bột khô. Công ty Bích Chi (Đồng Tháp) là đơn vị đầu tiên ở nước ta đã sử dụng máy thành công nghiền nước bột gạo, bột đậu xanh để sản xuất bột dinh dưỡng, các loại bánh đặc sản như bánh phồng tôm, hủ tiếu vào những năm 1980. Nhờ sử dụng máy nghiền kiểu búa cánh thay thế cho các loại cối xay bằng thủ công hay động cơ kéo mà Công ty Bích Chi đã nâng cao được năng suất, sản lượng, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm trở thành một trong những đơn vị dẫn đầu cả nước về sản xuất mặt hàng này.

Năm 2007, Nguyễn Thị Kiều Hạnh đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công mô hình máy nghiền bột gạo nước kiểu búa cánh có năng suất 500kg/h từ đề tài cấp cơ sơ « Nghiên cứu thiết kế - chế tạo mô hình máy nghiền gạo ứng dụng trong công nghệ sản xuất bún » mã số CS – CB07 – CK – 02. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy mẫu máy nghiền bột nước năng suất 500 kg/h có nhiều ưu điểm so với các loại máy nghiền bột gạo nước, các sản phẩm lương thực dạng màng và dạng sợi đã chuyển từ sử dụng máy nghiền kiểu đĩa chà xát sang máy nghiền kiểu búa cánh.

2.4.2.4.2.Cấu tạo

Máy nghiền kiểu búa cánh sử dụng trong nghiền bột nước hầu hết là loại máy nghiền kiểu búa trục ngang. Vì nghiền trong môi trường nước, nên việc làm kín buồng nghiền để ngăn chất lỏng lọt ra ngoài được quan tâm hơn so với nghiền thông thường. Cấu tạo của máy được trình bày như hình

34 Vì làm việc trong môi trường nước có tính a xít nhẹ và đảm bảo vệ sinh thực phẩm nên vỏ máy cũng như các chi tiết tiếp xúc với vật liệu nghiền thường làm bằng thép không gỉ. Hàm nghiền còn gọi là tấm đập phụ nhằm tăng cường quá trình nghiền nên có bề mặt tạo nhám bằng cách gia công trên bề mặt là các lỗ hay những rãnh và gân. Mặt xung quanh của tấm đập phụ có chức năng làm gờ để cố định lưới sàng. Lưới sàng có kích thước lỗ nhỏ từ ø (0,1 ÷ 0,2) được thiết kế bao quanh roto nghiền một góc 600. Roto lắp kiểu conson với trục roto và nhận momen quay từ trục qua mối ghép chặt kiểu then. Búa nghiền dạng cách quạt lắp cứng với roto qua các mối ghép bulong. Nhờ lực ép giữ nắp để cố định sàng trong suốt quá trình làm việc cũng như tháo và thay thế thuận tiện.

Máng cấp liệu cung cấp vật liệu nghiền theo nguyên lý trọng lực cấp liệu theo phương dọc trục. Đáy máng có bố trí ống cung cấp nước để thực hiện nghiền bột nước. Lưu lượng nước cung cấp cho quá trình nghiền được điều khiển bởi van nước điều chỉnh bằng độ mở của cánh bướm.

Vì máy nghiền quay với tốc độ lớn, nên truyền động từ động cơ tới trục roto băng bộ truyền động đai thang.

2.4.2.4.3.Nguyên lý làm việc

Nguyên liệu nghiền qua phễu cấp liệu sẽ rơi vào trong buồng nghiền. Do chuyển động quay tròn của roto nghiền, làm cho các phần tử nghiền cùng với nước tạo thành một dòng hỗn hợp chất lỏng – rắn chuyển động tròn xung quanh thành rắn là bề mặt trong của buồng sàng. Sự phá hủy các phần tử nghiền lúc này là do cất là chủ yếu. Sự chuyển động quay mãnh liệt của lớp chất lỏng – rắn bị bề mặt sàng hãm lại do ma sát sẽ làm cho các phần tử nghiền trượt lên nhau và trượt cả lên bề mặt sàng.

Nguyên liệu nghiền gồm các vật liệu (hạt lương thực) và nước được cấp vào máy qua máng cấp liệu. Nhờ tác động của trọng lực và lực hút tạo ra khi roto quay nên vật liệu nghiền dễ dàng chuyển động vào buồng nghiền như mô hình của quạt gió hay bơm nước ly tâm. Vật liệu nghiền bị các bề mặt, đường cạnh của các chi tiết cum roto – búa nghiền quay với vận tốc lớn tác động theo kiểu va đập hay chà xát bị vỡ thành các phần tử nhỏ. Tác động cơ học này tạo ra chuyển động xoay tròn của dòng hỗn hợp gồm nước – phần tử nghiền trong buồng nghiền làm nần cao hiệu quả phân ly sản phẩm nghiền qua lưới sàng như một máy lọc ly tâm.

Sự làm việc của máy nghiền bột nước kiểu búa cánh tương tự như máy nghiền búa thông thường khác là mô hình vật lý 3 khâu. Trong đó cửa cấp liệu là khâu cung cấp, buồng nghiền là khâu thực hiện quá trình nghiền vỡ còn bề mặt sàng là khâu hấp thụ. Ở khâu thứ nhất, qua cửa cấp liệu, vật liệu nghiền và nước được cung cấp vào máy.

35 Ở khâu thứ hai là trong buồng nghiền, các phần tử nghiền mới liên tục tạo ra do va đập, chà xát giữa các chi tiết quay của roto – búa nghiền mà chủ yếu là búa nghiền, do dòng hỗn hợp nước – phần tử nghiền quay tròn tạo thành các lớp trượt lên nhau hay trượt với các bề mặt, các cạn của các chi tiết có mặt trong buồng nghền như lưới sàng, thành buông nghiền, v.v… Ở khâu thứ ba là trên mặt lưới sàng, hỗn hợp chất lỏng gồm nước, các phần tử nghiền đủ nhỏ chảy theo các lỗ của lưới sàng tạo nên sự hấp phụ qua lưới sàng.

Nước và sản phẩm nghiền qua sàng ở dạng dịch sữa. Sản phẩm nghiền được tách nước bằng cách lắng và lọc. Để tiết kiệm, nước sử dụng trở lại máy nghiền sau khi đã lắng tách tinh bột.

Như vậy quá trình nghiền vỡ vật thể trong buồng nghiền phụ thuộc vào các thông số động hình học của buồng nghiền, tỷ lệ nước có trong hỗn hợp nghiền, mật độ vật liệu nghiền trong buồng nghiền.

2.4.2.4.5.Phân tích ưu nhược điểm

 Ưu điểm

Sản phẩm nghiền đạt độ nhỏ theo yêu cầu công nghệ, không phải nghiền đí, nghiền lại nhiều lần như kiểu bột nước kiểu đĩa chà xát.

Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ, đơn giản trong vận hành, bảo dưỡng. Trục máy nghiền quay với vận tốc lớn, trong dải làm việc của động cơ điện, nên thích hợp với truyền động đai là truyền động đơn giản, an toàn trong vận hành.

Giá thành chế tạo thấp hơn sao với máy nghiền kiểu đĩa chà xát do chi phí năng lượng riêng và giá thành máy thấp.

 Nhược điểm

Do hiện tượng ly tâm nên các phần tử nghiền có kích thước lớn nằm sát bề mặt lưới sàng nên làm giảm hiệu quả nghiền của cánh búa và sự phân ly sản phẩm bằng lưới sàng.

2.5.Hệ thống vận chuyển khí động

2.5.1. Lý thuyết vận chuyển khí động

2.5.1.1. Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động

Nguyên lý vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp khí động là lợi dụng khả năng chuyển động của dòng khí trong ống dẫn với tốc độ nhất định để mang vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng. Để cho vật chuyển động từ chỗ nạp liệu đến chỗ thu liệu phải tạo ra được sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu ống, tức là phải tạo

36 được áp lực bằng cách giảm áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng áp suất không khí ở đầu ống đẩy.

Theo lý thuyết thì có thể sử dụng dòng không khí để vận chuyển vật liệu rời có khối lượng riêng và kích thước bất kì, nhưng vì tiêu hao năng lượng vận chuyển tăng nhanh nhiều lần so với trọng lực của vật liệu, do vậy thường chỉ áp dụng để vận chuyển vật liệu ngũ cốc, vật liệu rời có khối lượng bé (Trần Xoa, Hồ Lễ Viên, 1978).

2.5.1.2. Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí

 Điều kiện cơ bản để các phần tử rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên gây ra phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt.



v

S F

G P

Hình 2.12. Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí

 Lực tác dụng lên một phần tử hạt rắn gồm hai phần:

 Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực giao với chiều chuyển động của dòng không khí:

F g v K P  2 2 0 1  , kG (2.57)

 Lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt:

S g v P   2 2 2  , kG (2.58)

 Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì:

S g v F g v K P P P    2 2 2 2 0 2 1    , kG (2.59)  Trong đó:

37

 K0 – Hệ số tỷ lệ kể đến ảnh hưởng của sự chảy bọc quanh các hạt của dòng không khí. Hệ số này phụ thuộc vào chuẩn số Re và kích thước của phần tử lơ lửng.

 Đối với phần tử hình cầu hệ số K0 thay đổi theo chuẩn số Re.

 F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m2.

 v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s.

 : Hệ số ma sát.

 S: Bề mặt xung quanh của hạt, m2.

 ρ: Trọng lượng riêng của không khí, kg/m3.

 Nếu tiết diện trực đối ứng với các trục đối xứng khác nhau của phần tử không