a) Bộ phận nghiền
Trục nghiền đ−ợc làm bằng gang đặc biệt (C - 3,2 - 3,7% ; Si - 0,4 - 0,7 % ; Mn - 0,2 - 0,8% ; P - 0,5 ; S - 0,14% ; Ni - 0,25%) đúc trong khuôn kim loại. Lớp bề mặt gang biến trắng có độ sâu 20ữ 25mm và độ rắn HB là 370 ữ 450.
Hình 4-2 Sơ đồ tính toán để xác định đ−ờng kính cho phép nhỏ nhất của trục nghiền
Trục nghiền quay với tốc độ khác nhau, xuất phát từ điều kiện đảm bảo kẹp đ−ợc sản phẩm nghiền.
Góc kẹp hạt α đ−ợc coi là góc tạo thành bởi bán kính OA và đ−ờng nối liền tâm của hai trục nghiền. Tr−ớc khi biến dạng hạt tiếp xúc với bề mặt các trục nghiền tại các điểm A và A1 một lực P nào đó. Bản thân hạt về phía trục cán cũng chịu 1 lực P nh− thế. Thành phần thẳng đứng của những lực ấy là 2Psinα có khuynh h−ớng kéo hạt ra khỏi dốc hình cầu do bề mặt hình trụ của trục cán tạo nên, thành phần thẳng đứng của lực ma sát 2fPcosα kéo hạt vào khe hở giữa hai trục. Ph−ơng trình cân bằng lực tác dụng lên hạt ở thời điểm bắt đầu tiếp xúc của nó với bề mặt trục nghiền có dạng:
2 P sinα = 2fPcosα (4-1) Để kéo hạt vào trục nghiền, cần phải tuân theo bất đẳng thức sau:
2 P sinα < 2fPcosα (4-2) Từ đó f Sin < α α cos hay tgα < tgϕ (4-3) Trong đó: ϕ = 150 - là góc ma sát của hạt với bề mặt trục nghiền.
α = 150 - góc kẹp hạt.
Vì D + b = Dcosα + dcosα
Trị số giới hạn của góc kẹp phải bằng góc ma sát ϕ, vì vậy đ−ờng kính trục nghiền cho phép nhỏ nhất:
Dmin = = 70,29mm (4-4) Trong đó: d = 3mm – kích th−ớc hạt malt.
b = 0,5mm – khe hở giữa hai trục.
Để hạt cuốn vào vùng nghiền thì góc ôm α phải < góc ma sát ϕ
Trong các máy nghiền trục đ−ờng kính trục nghiền th−ờng bằng 2,5ữ3 đ−ờng kính nhận đ−ợc theo tính toán. Chọn đ−ờng kính trục nghiền Dmin = 200mm.
Tăng đ−ờng kính trục nghiền lên nh− thế so với đ−ờng kính cho phép nhỏ nhất Dmin đòi hỏi trục nghiền có độ cứng cao và nhận đ−ợc mô men quay đủ để đảm bảo hành trình của chúng đ−ợc đồng đều.
Hình 4-3 Cấu tạo trục
Theo yêu cầu công nghệ nghiền hạt, độ võng lớn nhất của trục nghiền không đ−ợc v−ợt quá 0,01mm (ymax≤ 0,01mm), còn đại l−ợng lực đẩy ngang
α α cos 1 cos − −b d
trên trục nghiền do trở lực phá huỷ hạt trong tr−ờng hợp đó có thể đạt 300N (30kg) trên mỗi một centimét chiều dài của trục. Sự phá huỷ các hạt riêng biệt của vật liệu nghiền ở trong những máy nghiền trục xảy ra trong một khoảng thời gian rất nhỏ đo bằng một phần chục nghìn giây, vì vậy lực đẩy ngang và mômen xoắn là tổng của xung tức thời có tần số cao.Yêu cầu đó làm cho mômen quay của trục cán đủ lớn GD2 để đảm bảo cho hành trình của trục cán đ−ợc đồng đều; ở đây G là trọng lực của trục nghiền.
Bảng 4-3 Các thông số cơ bản của máy nghiền
Kích th−ớc trục nghiền, mm Tốc độ vòng của trục nghiền m/s đ−ờng kính dài nhanh chậm Công suất tính toán kW để dẫn động cặp trục nghiền áp xuất tính toán giữa các trục nghiền 200 800 3,14 2,1 12 19600
Bộ phận làm việc chính của máy nghiền kiểu trục là hai trục cuốn khía rnh, song song với nhau và quay ng−ợc chiều nhau với vận tốc khác nhau. Các răng khía đ−ợc đặc tr−ng bằng hình dạng, độ nghiêng, góc cắt, số l−ợng trên 1 đơn vị chu vi trục, góc nghiêng δ của răng so với đ−ờng sinh của trục ở hai trục nhanh và chậm khi gặp nhau tạo thành góc kẹp χ.
Nếu χ = 2δ = 250 ≤ 2ϕ
ϕ − góc ma sát giữa hạt với cạnh răng ϕ = 150) sẽ tránh đ−ợc hiện t−ợng không đều tải và rung các trục. Có thể thiết kế theo 4 vị trí t−ơng đối của các răng: mặt tr−ớc đối với mặt tr−ớc, mặt sau (l−ng) đối với mặt sau, mặt tr−ớc đối với mặt sau và mặt sau đối với mặt tr−ớc.
Loại trục nhẵn có cùng đ−ờng kính và quay cùng vận tốc dài, chủ yếu chỉ nêm ép hạt để nghiền vỡ, còn loại trục khía rnh cùng có đ−ờng kính bằng nhau nh−ng quay với tốc độ khác nhau, khiến hạt vừa bị ép vừa bị nghiền cắt.
Hình 4-4 Cấu tạo răng khía của trục
a, b - dạng răng; α - góc tr−ớc(200); β - góc sau(700) ;γ - góc mài= α+β (900) ; h - chiều cao răng; t - b−ớc răng; s - bề rộng đỉnh răng; δ - góc nghiêng; Ψ - góc cắt = α+900; c - góc nghiêng của răng ở trục nhanh và trục chậm hợp thành góc kẹp 2δ
Gọi k là tỉ số giữa vận tốc Vn của trục quay nhanh, Vc của trục quay chậm. k = Vc Vn = 1,5 (4-5) Vn = nR 30 π =3,14m/s; trong đó: n = 300v/p; R = 0,1m Vc = R 30 n π =2,1m/s; trong đó: n = 200v/p; R = 0,1m
Vận tốc trung bình Vh của hạt chuyển động trong vùng nghiền tính theo. Vh = 2 c n V V + = 2,26 m/s (4-6)
Ta có thể tính đ−ợc đoạn đ−ờng nghiền l từ khi hạt bắt đầu tiếp xúc với hai trục ở điểm A và A1 chịu tác dụng nghiền tới khi qua khe b, nghĩa là
l = AB = A1B1
Suy từ tam giác đồng dạng ABC và ABE ta có: AB2 = 2 ) (d b D − = l2 l = 2 ) (d b D − = 2 ) 5 , 0 3 ( 200 − = 15,8mm (4-7)
Hình 4-5 Sơ đồ tác động của cặp trục nghiền hạt Ta tính đ−ợc thời gian t của hạt nằm trong vùng nghiền
t = Vh l = 1000 . 26 , 2 8 , 15 = 0,007s (4-8)
Số lần tác động Zt của răng ở trục nhanh
Zt = 100(Vn – Vc)t. nr = 100(3,14-2,1).0,007. 12 = 9 (4-9) nr = 12 – số răng trên 1cm chu vi trục nhanh
Năng suất lý thuyết của máy nghiền trục
Q = 3600.b.L.Vh.ρΨ kg/h (4-10) Q = 3600.0,5.10-3.0,8.2,26.1,30.103.0,4 = 1584kg/h
Trong đó: ρ - khối l−ợng riêng của hạt: ρ = 1,30.103kg/m3
Ψ - hệ số chứa hạt trong vùng nghiền Ψ = 0,3 ữ 0,4
Bảng 4-4 là các kích th−ớc, b−ớc và số l−ợng rnh răng khía của trục. Độ võng cho phép của trục có thể tính bằng 0,01mm vì nếu độ võng lớn thì hiệu quả nghiền sẽ chỉ ở mép trục.
Bảng 4-4 Kích th−ớc của rãnh
Kích th−ớc rnh B−ớc rnh
(t) Chiều rộng Chiều cao Số rnh trên 25mm
chu vi trục
Tính bằng micromet
12 - 15 1563 100 470
b) Cơ cấu để điều chỉnh khe hở giữa cặp trục
Để điều chỉnh đại l−ợng khe hở giữa cặp trục làm việc phải có khả năng dịch chuyển một trong những ổ trục của chúng. Hình 4-6 là sơ đồ cơ cấu hiện đại để điều chỉnh khe hở giữa các trục. Cả hai ổ trục của trục di động một bên treo vào giá máy tại điểm 1, còn bên kia tựa trên thanh kéo 3 nhờ các lò xo hình trụ 2. Thanh kéo 3 cắt đôi và có cơ cấu 4 dùng để thay đổi chiều dài của chúng; điều đó đảm bảo nâng hay hạ riêng mỗi một điểm tựa của trục di động, nghĩa là cho phép hiệu chỉnh độ song song của trục này đối với trục khác, có các ổ trục ghép cứng trên giá máy.
ở những điểm bên trên, nhờ chốt có tiện rnh lệch tâm, các thanh kéo 3 đ−ợc treo trên trục ly hợp 5 đi qua các lỗ ở cạnh bên của giá máy. Do đó khi quay trục ly hợp 5 thì đồng thời xảy ra việc nâng hoặc hạ trục di động, nghĩa là thay đổi khe hở giữa các trục mà không phá hoại sự song song t−ơng quan của chúng. Trục lui tới có thể đ−ợc quay với giá trị lớn nhờ có tay gạt 6 hoặc với giá trị rất nhỏ (0,005 - 0,01mm bằng bánh lái 7; bánh lái này đ−ợc lắp vào 1 vít đo vi l−ợng 8 liên kết với đòn bẩy 9 ghép cứng trên trục 5 cứng với tay gạt 6. Tay gạt 6 và bánh lái 7 có thể dịch chuyển bằng tay hay tự động nhờ 1
cơ cấu thừa hành. Nếu có một vật rắn khác loại và kích th−ớc của nó lớn hơn khe hở giữa các trục rơi vào trong máy thì nhờ có lò xo nén 2 chốt di động sẽ rút ra khỏi chốt cố định.
Hình 4-6 Sơ đồ của cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa các trục
1- giá đỡ; 2 - lò xo hình trụ; 3 - thanh kéo; 4 - cơ cấu dùng để thay đổi chiều dài thanh kéo; 5- trục; 6 - tay gạt; 7 - bánh lái; 8 - vít đo vi l−ợng; 9 - đòn bẩy.
c) Cơ cấu để làm sạch trục
Trong một vài tr−ờng hợp trên trục có bám dính sản phẩm nghiền, để làm sạch các bám rnh của trục, ng−ời ta dùng bàn chải. Bàn chải tỳ lên bề mặt trục nhờ các lò xo hình trụ, còn dao thì bằng tải trọng hoặc cũng bằng lò xo. Ng−ời ta chế tạo dao bằng thép cacbon cao có nhiệt luyện.
d) Cơ cấu cấp liệu
Để cho máy nghiền làm việc với năng suất tối −u, sản phẩm nghiền phải đ−a vào trong vùng nghiền không chạm đến bề mặt trục nhanh với tốc độ trục chậm.
Hình 4-7: khảo sát sự bay của một hạt nằm ở điểm tiếp xúc với bề mặt nhẵn của trục nạp liệu, không kể đến sức cản của môi tr−ờng không khí và trong những trờng hợp khi điểm tách rời của hạt ra khỏi trục nạp liệu không xa đối với đ−ờng kính thẳng đứng của nó. Hạt tách ra từ bề mặt trục nạp liệu trong điều kiện khi lực quán tính ly tâm bằng thành phần h−ớng tâm của trọng lực sản phẩm, nghĩa là:
Hình 4-7 Sơ đồ để dựng quỹ đạo bay của hạt sản phẩm có trục cán cấp liệu
mω2r = G sinα (4-10) vì sinα = A/r
nên mω2r = mg (A/r) (4-11) và toạ độ A của điểm M tách rời hạt từ bề mặt trục nạp liệu đ−ợc xác định theo ph−ơng trình: g v g r A 2 2 2 = =ω (4-12)
x = vt và y = gt2/2 (4-13) Giải phối hợp cả hai ph−ơng trình đó và tính rằng v2/g = A ta sẽ tìm đ−ợc các toạ độ tức thời y,y1,y2...yn để dựng đ−ờng bay parabon của hạt.
Tốc độ cuối cùng của hạt sản phẩm vc tức là tốc độ của nó ở thời điểm đạt tới vùng nghiền có thể xác định gần đúng theo ph- −ơng trình:
gB v
vc = o + 2 (4-14) Trong đó: vo - tốc độ của trục cấp liệu, m/s.
B - chiều cao rơi của hạt, m.
Trong những điều kiện thực tế, lớp vật liệu trên trục phân phối không phải chỉ bao gồm một hạt mà là một số hạt, vì vậy vo có thể tăng lên. Để cho sự ăn khớp của hạt nghiền với trục nạp liệu đ−ợc tốt ng−ời ta làm răng khía trên các trục đó.
Để điều chỉnh số l−ợng sản phẩm đ−a vào trục nạp liệu thì phía trên trục lắp van tiết l−u điều chỉnh số l−ợng sản phẩm đ−a vào là van tiết l−u hình quạt (hình 4-8) nó điều chỉnh đ−ợc khe hở giữa đ−ờng sinh của trục nạp liệu và mép của van tiết l−u.
Tuỳ theo mức độ tăng l−ợng sản phẩm đ−a vào gầu 1 mà tăng áp lực trên van 2, van này có trục quay 3. áp lực đó đ−ợc cân bằng bởi lò xo 4 tạo ra mômen đặt tại trục 3 qua cánh tay đòn 5, thanh chống 6, con lăn 8, tay đòn 9 lắp chặt trên trục 3. Nh− vậy thì thay đổi áp lực của sản phẩm trên van dẫn đến việc kéo căng lò xo một ít (khi tăng việc nạp sản phẩm vào gầu). Trong khi đó van tiết l−u hình quạt 7 quay xung quanh những điểm của thanh treo 10 của chúng, nghĩa là tự động thay đổi khe hở nạp liệu.
Hình 4-8 Van tiết l−u kiểu hình quạt để điều chỉnh số l−ợng sản phẩm đ−a vào trong máy
1 - gầu; 2 - van; 3 - trục quay; 4 - lò xo; 5 - tay đòn; 6 - thanh chống; 7 - van tiết l−u hình quạt; 8 - con lăn; 9 - tay đòn; 10 - thanh treo 4.1.4. Kết luận
Để đảm bảo mức độ nghiền đồng thời tạo ra đ−ợc tỷ lệ thích hợp giữa các pha cơ học của bột nghiền tôi xin đề xuất thay thế thiết bị nghiền là máy nghiền trục có 2 cặp trục nghiền. Trục nghiền chế tạo bằng gang có khía rnh, chiều dài trục 800mm, trục nghiền đ−ợc sắp xếp theo từng cặp, hai trục trong một cặp chuyển động ng−ợc chiều nhau và quay với tốc độ khác nhau(để tạo lực xé) với vận tốc 250ữ300v/p, khoảng cách giữa hai trục nghiền 0,01ữ2,5mm
4.2. Đề xuất ph−ơng án hoàn thiện thiết bị Lên men phụ và tàng trữ bia
4.2.1. Yêu cầu công nghệ của quá trình lên men và tàng trữ bia
ở công đoạn lên men phụ và tàng trữ bia thời gian dao động từ 3 tuần đến 6 tháng thậm chí đến 9 tháng. Nh−ng do nhu cầu tiêu thụ của thị tr−ờng lớn
công ty không đáp ứng kịp nhu cầu của thị tr−ờng vì vậy thời gian lên men phụ và tàng trữ ch−a đủ bia đ đ−ợc đ−a ra thị tr−ờng để tiêu thụ chính vì vậy quá trinh khử diaxetyl, làm giảm hàm l−ợng aldehid, hàm l−ợng r−ợu bậc cao phản ứng tạo este ch−a đ−ợc thực hiện và trong thời gian này trong bia non vẫn còn lại một l−ợng chất hoà tan có khả năng lên men, chúng sẽ đ−ợc lên men tiếp tục trong quá trình lên men phụ và tàng trữ trong những thùng lên men kín. Quá trình lên men phụ đ−ợc tiến hành ở nhiệt độ từ 0ữ20C tức là nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ lên men chính. Đặc tr−ng của quá trình lên men phụ là lên men rất chậm với một l−ợng đ−ờng không đáng kể, cùng một lúc quá trình lên men các chất đ−ờng có thể kết thúc, song quá trình chín của bia vẫn tiếp tục. Mặt khác khi bia non từ thùng lên men chính đ−ợc bơm sang thùng lên men phụ thì hỗn dịch bị đảo trộn quá trình lắng trong ch−a đ−ợc xảy ra một mặt do sự chênh lệch nhiệt độ giữa phòng lên men chính và phụ nên CO2 bay lên do vậy sự ổn định của các lớp trong bia vẫn ch−a đ−ợc sắp xếp lại, do vậy bia non còn mang nặng mùi của nấm men và vị đắng của hoa houblon. Qúa trình lên men phụ và tàng trữ bia là sự hoà tan CO2 vào trong bia, CO2 là một thành phần chính của bia gây cho bia có khả năng tạo bọt tốt, đồng thời đây cũng là chất bảo quản ức chế sự phát triển của các vi sinh vật trong bia vì vậy quá trình tàng trữ và lên men phụ có ý nghĩa rất lớn đối với việc hình thành vị, bọt và quyết định độ bền vững của bia.
4.2.1. Đề xuất
Trong công đoạn lên men phu và tàng trữ bia Công ty do nhu cầu của thị tr−ờng vì vậy thời gian tàng trữ ch−a đủ bia đ đ−ợc đ−a ra thị tr−ờng để tiêu thụ chính vì vậy quá trinh khử diaxetyl, làm giảm hàm l−ợng aldehid, hàm l−ợng r−ợu bậc cao phản ứng tạo este ch−a đ−ợc thực hiện và trong thời gian này trong bia non vẫn còn lại một l−ợng chất hoà tan có khả năng lên men, chúng sẽ đ−ợc lên men tiếp tục trong quá trình lên men phụ và tàng trữ trong những thùng lên men kín.
Nhà máy nên tăng số l−ợng tank để tàng trữ bia để đáp ứng về năng xuất và chất l−ợng.
kết luận và đề nghị 1.1. Kết luận
Luận văn: “Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất l−ợng của Công ty Cổ phần bia Ninh Bình”.
- Đ tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của thiết bị đang sử dụng trong dây chuyền của Công ty có một số thiết bị đảm bảo yêu cầu bên cạnh đó còn một số thiết bị ch−a đạt yêu cầu.