Đặt vấn đề nêu tính cấp thiết thực hiện đề tài (tính cấp thiết của đề tài) Sản phẩm nông nghiệp là nguồn cung cấp dinh dưỡng đáng kể cho người, vật nuôi… Nâng cao chất dinh dưỡng trong thực phẩm đã được nghiên cứu bởi nhiều ngành như y học, hóa thực phẩm… Cơ khí cũng là ngành quan tâm đến việc nâng cao dinh dưỡng cho thực phẩm. Như nghiền sản phẩm là hạt thành những phần tử nhỏ mịn để giúp con người dễ bảo quản, sử dụng, dễ tiêu hóa và để trộn với các thành phần khác tạo thành hỗn hợp giàu chất dinh dưỡng hơn. Nghiền nhằm đảm bảo chất lượng theo yêu cầu độ nhỏ tăng giá trị tiêu hóa, cải thiện quá trình trộn… Nhưng đồng thời cũng là quá trình tạo ra bụi bột mà không thu lại được, bay ra môi trường làm ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng đến sức khỏe những người xung quanh, gây lãng phí, dẫn đến tăng giá thành chế biến. Do vậy việc nghiên cứu máy nghiền hoàn thiện về tính năng kỹ thuật như: độ nhỏ, chi phí năng lượng riêng… cũng như giảm lao động thủ công cho công nhân vận hành, tránh ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp bách và có cơ sở thực tế.
Độ nhỏ sản phẩm nghiền đặc trưng bởi kích thước sản phẩm. Yêu cầu về kích thước sản phẩm là một trong những yêu cầu kỹ thuật quan trọng trong quá trình nghiền. Tùy theo công nghệ sản xuất, yêu cầu về độ nhỏ sản phẩm nghiền khác nhau. Ví dụ đối với công nghệ sản xuất thức ăn thủy sản yêu cầu độ nhỏ sản phẩm nghiền phải đạt kích thước dưới 250µm để đảm bảo độ bền viên thức ăn sau khi ép.
Đối với công nghệ sản xuất bánh đậu xanh, hỗn hợp bột dinh dương ngũ cốc lại yêu cầu kích thước sản phẩm nghiền phải dưới 90µm. Nhưng với nguyên liệu bột lương thực trong công nghệ sản xuất các loại sản phẩm thực phẩm màng và sợi thì yêu cầu về độ nhỏ phải dưới 70µm để đảm bảo độ dính, độ mỏng cho quá trình tạo hình sản phẩm sau này. Công nghệ nghiền và sử dụng các nguyên liệu có độ nhỏ dưới 100µm được gọi là công nghệ maicro, còn độ nhỏ dưới 0,1µm được gọi là cong nghệ nano. Công nghệ maicro, nano là công nghệ phức tạp, có nhiều sự biến đổi đi theo về các quá trình lý, hóa, cơ học và sinh học.
Việc nghiền nhỏ để đảm bảo ông nghệ maicro thường rất phức tạo về kỹ thuật và công nghệ, cho năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao. Các loại bột được sản xuất từ các loại lương thực, hay củ quả để làm thực phẩm cho người hầu hết đêù thuộc công nghệ maicro, nên khó nghiền. So sánh giữa nghiền hạt lương thực và nghiền củ quả để đạt sản phẩm thuộc công nghệ nghiền maicro thì nghiền hạt lương thực khó khăn hơn, vì hạt lương thực có độ bền cơ học cũng như cấu trúc vật liệu bền hơn so với củ quả. Theo nguyên tắc nghiền cơ học có hai công nghệ nghiền chính là nghiền khô và nghiền nước (còn gọi là nghiền ướt).
Việc nghiền khô thường áp dụng cho sản phẩm 1 do an nghiền với mục đích lưu trữ và chỉ áp dụng cho một vài loại hạt dễ nghiền, tạo keo tốt khi trộn với nước như bột mì. Thiết bị nghiền thường là các loại cối xay đá (trước đây) hay hệ thống máy nghiền trục hiện đại (hiện nay) kết hợp với quá trình phân loại bằng rây. Nghiền ướt thường chỉ áp dụng cho sản phẩm nghiền được sử dụng ngay cho các khâu chế biến tiếp hoặc nước là một thành phần tham gia vào quá trình chế biến. Nếu muốn lưu trữ thì sản phẩm sau khi nghiền ướt phải đưa đi sấy khô.
Hiện nay có rất nhiều máy nghiền hoạt động theo nguyên tắc khác nhau như: va đập tự do, cắt nghiền vỡ, chá xác vỡ và ép đập vỡ. Trong đó, đối với máy nghiền khô, đặc biệt đối với máy nghiền búa trục ngang với nguyên tắc làm việc kiểu va đập vỡ, được sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm. Với tính chất đa năng, kết cấu gọn gang phù hợp với nhiều qui mô và loại hình sản xuất khác nhau. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật vốn có thì máy búa trục ngang vẫn còn một số hạn chế như: chi phí năng lượng riêng cao, hoạt động sinh nhiều bụi nhất là trong các nhà máy chế biến thức ăn quy mô lớn.
Mặc dù đã có nhiều công trình nghiên cứu cải tiến máy nghiền búa nhưng các máy nghiền kiểu búa thông thường hiện nay vẫn còn tồn tạ những nhược điểm liên quan đến chất lượng sản phẩm (chủ yếu độ mịn và độ đồng đều của bột nghiền). Hầu hết các máy nghiền búa được sử dụng phổ biến chỉ có thể nghiền đạt độ mịn tốt nhất là 0,4÷0,5mm, độ đồng đều của sản phẩm đạt 50% nhưng khi yêu cầu độ mịn nhỏ hơn 0,2mm thì chi phí năng lượng riêng rất lớn và lượng bụi thoát ra ngoài nhiều. Còn đối với máy nghiền ướt, từ yêu cầu thực tế của sản xuất cho thấy, một trong các hướng nghiên cứu là xác định một nguyên lí nghiền mới nhằm đạt hiệu quả cao trong quá trình nghiền bột nước phục vụ công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi. Trước yêu cầu này, vào năm 2011 trên thị trường thương mại quốc tế đã sản xuất hiện mẫu máy nghiền bột nước theo nguyên lý nghiền côn thủy lực do Trung Quốc sản xuất dung nghiền các loại hạt lương thực trong môi trường nước cho sản phẩm dạng bột nước.
Các công bố thương mại của loại máy nghiền này là sản phẩm nghiền đạt độ nhỏ thỏa mãn yêu cầu công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi ở nước ta. Tuy nhiên một tồn tại của loại máy nghiền này chính là yêu cầu kích thước nguyên liệu nghiền không được vượt quá 1 mm. Những thông tin ban đầu về loại máy nghiền này, cho thấy đây là loại máy nghiền chưa được công bố khoa học trong cả nước về kết cấu, lý thuyết tính toán hay ứng dụng. Thông tin về mặt thương mại cho thấy, nguyên lý nghiền côn thủy lực có thể ứng dụng để nghiền bột nước các loại hạt lương thực trong công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi.
Như vậy để kiểm định các giả thiết khoa học này việc nghiên cứu thiết kế, khảo nghiệm máy nghiền côn thủy lực sử dụng trong nghiền bột nước có tính cấp thiết và tính thời sự. Kết quả nghiên cứu góp phần làm 2 do an rõ nguyên lý nghiền côn thủy lực ứng dụng trong các máy nghiền bột nước các loại hạt lương thực trong công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng màng và sợi. Như vậy từ yêu cầu thực tế của sản xuất cho thấy, một trong các hướng nghiên cứu là xác định một nguyên lí nghiền mới và khắc phục những nhược điểm còn tồn tại của các loại máy nghiền hiện nay nhằm đạt hiệu quả cao trong quá trình nghiền bột phục vụ công nghệ sản xuất các sản phẩm từ lương thực, thực phẩm. Được sự đồng ý của Nhà trường Bộ môn công nghệ chế tạo máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM cùng với sự hướng dẫn tận tình của Th.S Trần Văn Trọn nhóm chúng em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị nghiền tinh bột từ ngũ cốc” 1.
Mục đích, nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền kiểu búa trục đứng và máy nghiền côn thủy lực để tìm hiểu nguyên lý nghiền mới về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm đành giá khả năng ứng dụng của các loại máy nghiền này vào trong các ngành công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm trong nước. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về máy nghiền búa và máy nghiền côn thủy lực. Nghiên cứu tính chất cơ lý của một số loại lương thực dùng làm cơ sở dữ liệu trong việc thiết kế máy nghiền. Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền hạt dạng máy nghiền kiểu búa trục đứng năng suất 80 kg/h.
Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền hạt dạng côn thủy lực MNCTL-100 năng suất 100 kg/h. Ý nghĩa khoa học của đề tài Tiếp cận nguyên lý nghiền bằng cả lý thuyết lẫn thực nghiệm để kiểm định khả năng ứng dụng nguyên lý nghiền này vào các máy nghiền ngũ cốc phục vụ công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng bột đặt ra trong công đoạn nghiền. Nghiên cứu, đề xuất công nghệ nghiền hạt. Đề xuất, cải tiến kết cấu thiết bị của máy nghiền kiểu búa và máy nghiền côn thủy lực.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Nội dung nguyên cứu của đề tài phải gắn với yêu cầu cấp thiết của công nghệ sản xuất bột từ ngũ cốc. 3 do an Từ đó nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền hạt để nâng cao năng suất cũng như chất lượng của sản phẩm nghiền. Do đề tài thực hiện là một giải pháp kỹ thuật tương đối mới, thời gian thực hiện ngắn, các tài liệu thông tin còn ít, trình độ và kinh nghiệm hạn chế nên đề tài không tránh những thiếu sót. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, đóng góp của Quí Thầy – Cô, các Nhà khoa học, kỹ thuật ở các chuyên ngành liên quan cùng các đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
4 do an CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGUYÊN CỨU 2. Đối tượng nghiên cứu 2. Đối tượng nghiền 2. Vật liệu nghiền Các hạt lương thực dùng nghiền ướt để chế biến các sản phẩm thực phẩm dạng sợi và màng, hay bột khô gồm có ngô hạt, gạo và đậu xanh.
Còn các loại hạt lương thực khác ít dùng trong chế biến các sản phẩm đã nêu. Một số tính chất của ngô hạt, gạo và đậu xanh Hệ số ma sát Độ ẩm Tên Khối Trọng Trọng lượng hạt trước nguyên lượng thể lượng Nội ma Với 1000 hạt (g) khi chế liệu tích riêng(g/cm3) sát thép biến (%) Ngô hạt 600 ÷ 800 1,25 ÷ 1,35 240,1 ÷ 260,5 0,4 ÷ 0,6 – 13 – 14 Gạo 750 ÷ 850 1,41 ÷ 1,49 18,1 ÷ 22,8 36 ÷ 37 – 13 – 14 Đậu xanh – 1,36 ÷ 1,45 65,1 ÷ 78,2 – – 13 – 14 Ghi chú: Theo Bùi Đức Hợi, 2006. Cấu tạo của hạt gạo và một số tính chất cơ lý tính của hạt gạo trước và sau khi ngâm Cấu tạo hạt gạo Hạt gạo là nội nhũ của hạt lúa (hình 2.