Nghiên Cứu Thiết Kế và Chế Tạo Máy Nghiền Bột Ướt MNBU-400

Khóa luận tốt nghiệp cơ khí công nghệ nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền bột ướt MNB 400, ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.

• Tác giả: Nguyen Thi Kieu Hanh
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyen Van Xuan
• Trường học: Nong Lam University
• Chuyên ngành: Mechanics for Agricultural Product Processing and Conservation
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế và Chế Tạo Máy Nghiền Bột Ướt MNBU-400
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tra cứu tài liệu sách báo phục vụ trực tiếp chủ đề tài
• 1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột từ hạt lương thực
• 1.3. Một số tính chất cơ lý của hạt lương thực
• 1.4. Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIỀN SƠ BỘ VÀ TÁCH PHÔI
• 2.1. Tách tinh bột từ cháo và tinh chế sữa tinh bột
• 3. CHƯƠNG 3: MÁY NGHIỀN TRONG SẢN XUẤT TINH BỘ
• 3.1. Nguyên lý làm việc
• 3.2. Phân tích ưu nhược điểm
• 3.3. Ý kiến thảo luận và nhiệm vụ của đề tài
• 3.3.1. Ý kiến thảo luận
• 3.3.2. Nhiệm vụ của đề tài
• 3.4. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp thiết kế
• 3.4.2. Phương pháp khảo nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KHẢO NGHIỆM TRONG GIAI ĐOẠN CHẠY RÀ
• 4.1. Khảo nghiệm bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm
• 4.2. Thực hiện đề tài — kết quả và thảo luận
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CƠ SỞ THIẾT KẾ
• 5.1. Các dữ liệu về đối tượng gia công
• 5.2. Các dữ liệu về nguồn động lực
• 5.3. Các dữ liệu về vật liệu chế tạo máy
• 6. CHƯƠNG 6: YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 6.1. Lựa chọn mô hình máy thiết kế
• 6.2. Tính toán thiết kế bộ phận nghiền và lưới sàng
• 6.2.1. Tính toán thiết kế bộ phận nghiền
• 6.2.2. Tính toán thiết kế lưới sàng
• 6.2.3. Tính toán thiết kế bộ phận truyền động
• 6.2.4. Tính toán thiết kế trục rô to
• 6.2.5. Vẽ sơ đồ và chọn vật liệu
• 6.2.6. Xác định các lực tác dụng lên trục rô to
• 6.2.7. Vẽ biểu đồ nội lực
• 6.2.8. Kiểm tra bền trục tại mặt cắt nguy hiểm
• 6.2.9. Thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm nghiền
• 6.2.10. Thiết lập bản vẽ lắp
• 6.3. Khảo nghiệm theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm
• 6.3.1. Xác định chỉ tiêu tối ưu và các thông số tối ưu hóa
• 6.3.2. Ý kiến thảo luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Thiết Kế Máy Nghiền Bột Ướt MNBU 400

Máy nghiền bột ướt MNBU-400 là một thiết bị quan trọng trong công nghệ sản xuất tinh bột từ hạt lương thực. Nghiên cứu này nhằm mục đích thiết kế và chế tạo một mẫu máy nghiền bột ướt, giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng nước trong quá trình nghiền không chỉ giúp giảm nhiệt độ mà còn làm tăng hiệu quả nghiền, khắc phục các nhược điểm của máy nghiền búa truyền thống.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Máy Nghiền Bột Ướt

Máy nghiền bột ướt đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Từ những thiết bị đơn giản, ngày nay, máy nghiền bột ướt MNBU-400 được thiết kế với công nghệ tiên tiến, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Máy Nghiền Bột Trong Ngành Thực Phẩm

Máy nghiền bột ướt đóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong việc chế biến bún, phở và các sản phẩm từ tinh bột. Việc cải tiến công nghệ nghiền giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Máy Nghiền Bột Ướt

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế máy nghiền bột ướt MNBU-400, nhiều thách thức đã được đặt ra. Các vấn đề như nghẹt sàng, nhiệt độ bột tăng cao và hiệu suất nghiền thấp cần được giải quyết. Những thách thức này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn đến hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất.

2.1. Các Vấn Đề Kỹ Thuật Trong Quá Trình Nghiền

Máy nghiền bột ướt thường gặp phải các vấn đề như nghẹt sàng và tăng nhiệt độ bột. Những vấn đề này làm giảm hiệu suất và chất lượng sản phẩm, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật hiệu quả.

2.2. Tác Động Của Nhiệt Độ Đến Chất Lượng Bột

Nhiệt độ cao trong quá trình nghiền có thể làm giảm chất lượng bột. Việc sử dụng nước trong nghiền giúp giảm nhiệt độ, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng hiệu suất.

III. Phương Pháp Thiết Kế Máy Nghiền Bột Ướt MNBU 400

Phương pháp thiết kế máy nghiền bột ướt MNBU-400 dựa trên nguyên lý nghiền búa va đập và chà xát. Các thông số kỹ thuật được xác định dựa trên đặc tính cơ lý của nguyên liệu và lý thuyết máy nghiền. Việc tính toán thiết kế bộ phận truyền động và gối đỡ cũng được thực hiện theo lý thuyết cơ khí.

3.1. Nguyên Tắc Thiết Kế Máy Nghiền

Nguyên tắc thiết kế máy nghiền bột ướt MNBU-400 dựa trên việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật như tốc độ búa, khe hở giữa búa và lưới sàng, và lưu lượng nước cung cấp.

3.2. Tính Toán Các Thông Số Kỹ Thuật

Các thông số kỹ thuật như công suất động cơ, kích thước lưới sàng và tốc độ búa được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và đạt tiêu chuẩn chất lượng.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn Của Máy Nghiền Bột Ướt

Kết quả nghiên cứu cho thấy máy nghiền bột ướt MNBU-400 có hiệu suất nghiền cao với mức tiêu thụ điện năng thấp. Các thông số tối ưu được xác định giúp máy hoạt động hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sản xuất tinh bột hiện nay.

4.1. Hiệu Suất Nghiền Của Máy MNBU 400

Máy nghiền bột ướt MNBU-400 đạt hiệu suất nghiền cao với mức tiêu thụ điện năng chỉ 12,189 kWh/tấn. Điều này cho thấy sự cải tiến đáng kể so với các máy nghiền truyền thống.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Sản Xuất Thực Phẩm

Máy nghiền bột ướt MNBU-400 có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong chế biến bún, phở và các sản phẩm từ tinh bột, giúp nâng cao chất lượng và giảm chi phí sản xuất.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Máy Nghiền Bột Ướt

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền bột ướt MNBU-400 đã mở ra hướng đi mới cho công nghệ sản xuất tinh bột. Với những kết quả đạt được, máy không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Đánh Giá Tổng Quan Về Máy Nghiền Bột Ướt

Máy nghiền bột ướt MNBU-400 đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện quy trình sản xuất tinh bột, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện hơn nữa hiệu suất và chất lượng của máy nghiền bột ướt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành thực phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hàng năm tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm chế biến từ tinh bột ướt như bún, bánh phở, bánh cuốn và các loại bánh tráng lên tới hàng trăm ngàn tấn. Tuy nhiên, công đoạn nghiền bột ướt truyền thống ở quy mô vừa và nhỏ hiện nay chủ yếu vẫn dựa vào cối đá thủ công hoặc máy nghiền đĩa ma sát. Các dòng máy này tồn tại nhiều nhược điểm nghiêm trọng như tiêu tốn mức năng lượng riêng cao từ 18 đến 22 kWh/tấn, năng suất thấp và không có cơ chế phân ly tự động, buộc quy trình sản xuất phải trải qua nhiều công đoạn rây lọc tách bã phức tạp làm tăng chi phí vận hành. Ngược lại, việc ứng dụng máy nghiền búa thông thường đối với nguyên liệu hạt ẩm lại thường xuyên gây ra hiện tượng bít nghẹt lưới sàng và làm nóng dịch bột, dẫn đến nguy cơ thoái hóa tinh bột.

Nhằm giải quyết triệt để các trở ngại kỹ thuật trên, đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mẫu máy nghiền bột ướt MNBU-400 sử dụng nguồn động lực là động cơ điện 3 pha công suất 7,5 kW. Nghiên cứu được triển khai tại Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, với trọng tâm là tối ưu hóa quá trình nghiền hạt gạo ngâm trong môi trường cấp nước liên tục kết hợp lưới sàng lỗ hình côn.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu được khẳng định qua các chỉ tiêu định lượng vượt trội: máy đạt năng suất vận hành thực tế trên 400 kg/h, hạ mức tiêu thụ điện năng riêng xuống còn 12,189 kWh/tấn (giảm hơn 35% so với máy nghiền đĩa), duy trì nhiệt độ dịch bột trong buồng nghiền luôn dưới 36 độ C và đảm bảo độ mịn của sản phẩm tinh bột đạt kích thước đồng đều dưới 50 micromet.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành: lý thuyết phá hủy vật liệu hạt bằng va đập kết hợp chà xát, lý thuyết cơ lý tính của nông sản hạt sau ngâm ủ, và lý thuyết tính toán thiết kế chi tiết máy truyền động cơ khí. Khi hạt gạo được ngâm ủ trong thời gian từ 48 đến 72 giờ, nước tự do thẩm thấu vào các mao quản làm phá vỡ liên kết cấu trúc protein nội nhũ. Quá trình này làm độ ẩm của hạt tăng lên 40% đến 46%, hệ số ma sát với thép tăng lên 0,3, trong khi độ bền phá vỡ cơ học giảm mạnh từ 8,5 - 12,4 MN/m2 xuống chỉ còn khoảng 1,4 MN/m2.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng nguyên lý động lực học dòng hỗn hợp rắn - lỏng trong buồng nghiền búa. Việc đưa nước liên tục vào buồng nghiền tạo ra môi trường phân ly thủy lực hai pha, giúp bôi trơn bề mặt, giải nhiệt ma sát và cuốn trôi các hạt tinh bột đạt kích thước tiêu chuẩn qua lưới sàng. Kết cấu sàng được thiết kế lỗ hình côn với đường kính mặt trong 0,1 mm (100 micromet) và mặt ngoài 0,5 mm nhằm tạo hiệu ứng giảm trở lực dòng chảy, triệt tiêu nguy cơ nghẹt sàng. Các thông số kết cấu buồng nghiền được tính toán dựa trên chỉ tiêu năng suất riêng đạt từ 6,0 đến 7,2 tấn/m2 diện tích hướng kính.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 27 mẻ khảo nghiệm độc lập trên mô hình máy MNBU-400 chế tạo thực tế bằng vật liệu thép không gỉ Inox SS-304 và trục hợp kim 40X. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên đồng nhất từ nguồn gạo thương phẩm ngâm tiêu chuẩn trong 48 giờ ở nhiệt độ nước từ 30 đến 32 độ C, mỗi mẻ thử nghiệm cố định khối lượng 5 kg nguyên liệu.

Về phương pháp phân tích, nghiên cứu áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức Box - Behnken với 4 thông số đầu vào gồm: vận tốc đầu búa nghiền (53,0 đến 72,2 m/s), lượng cung cấp nguyên liệu (300 đến 500 kg/h), khe hở giữa đầu búa và mặt sàng (3 đến 9 mm), và lưu lượng nước cấp (600 đến 1.000 lít/h). Thông số đầu ra là mức tiêu thụ điện năng riêng để nghiền. Lý do lựa chọn phương pháp Box - Behnken là vì công suất tiêu thụ của máy nghiền có mối quan hệ phi tuyến bậc cao với vận tốc búa; mô hình này cho phép giảm số lượng thí nghiệm từ 81 mẻ (theo phương án toàn phần) xuống còn 27 mẻ (bao gồm 3 mẻ lặp tại tâm) mà vẫn đảm bảo độ tin cậy thống kê cao khi phân tích bề mặt đáp ứng bằng phần mềm Statgraphics phiên bản 7.0. Toàn bộ quá trình tính toán, chế tạo phôi, chạy rà và phân tích dữ liệu được hoàn thành trong vòng 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm thực nghiệm trên máy nghiền bột ướt MNBU-400 đã mang lại các phát hiện kỹ thuật cốt lõi:

Thứ nhất, giải pháp tích hợp cấp nước trực tiếp vào buồng nghiền kết hợp sàng lỗ côn đã giải quyết triệt để sự cố nghẹt sàng. Ở dải lưu lượng nước 775 lít/h, nhiệt độ buồng nghiền luôn duy trì ổn định dưới 36 độ C, ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng thoái hóa tinh bột cục bộ do quá nhiệt.

Thứ hai, việc giải bài toán tối ưu hóa đa biến bằng thuật toán chuyên dụng đã xác định được chế độ vận hành tối ưu của máy: vận tốc đầu búa đạt 67,0 m/s, lượng cung cấp nguyên liệu đạt 419,5 kg/h, khe hở đầu búa - lưới sàng là 5,2 mm, và lưu lượng nước cung cấp là 775 lít/h. Tại điểm tối ưu này, mức tiêu thụ điện năng riêng đạt giá trị nhỏ nhất là 12,189 kWh/tấn, tiết kiệm 35,8% năng lượng so với mức tiêu hao trung bình 19,0 kWh/tấn của các dòng máy nghiền truyền thống.

Thứ ba, toàn bộ sản phẩm dịch sữa tinh bột sau khi qua lưới sàng 0,1 mm đều đạt kích thước đồng nhất với độ mịn 100% hạt nhỏ hơn 50 micromet, đáp ứng trọn vẹn yêu cầu công nghệ sản xuất bún, bánh phở mà không cần qua công đoạn nghiền mịn lần hai.

Thứ tư, trong suốt giai đoạn chạy rà không tải và có tải từ 100 kg/h đến 400 kg/h, nhiệt độ hai gối đỡ trục rôto chỉ dao động trong mức an toàn từ 47,2 độ C đến 54,3 độ C, chứng minh hệ thống truyền động đai và kết cấu cân bằng động rôto 4 búa dày 12 mm đạt độ bền và độ tin cậy cơ học cao.

Thảo luận kết quả

Mối tương quan giữa các yếu tố công nghệ và mức tiêu hao năng lượng riêng có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ bề mặt đáp ứng 3D và các bảng ma trận phân tích phương sai ANOVA. Kết quả kiểm tra độ tương thích của mô hình hồi quy bậc hai cho thấy hệ số xác định R2 đạt trên 95%, khẳng định mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập lên hàm mục tiêu là hoàn toàn có ý nghĩa thống kê.

Cơ chế giảm tiêu hao năng lượng của máy MNBU-400 đến từ việc dòng nước áp lực cuốn trôi tức thời các phần tử bột đã đủ nhỏ ra khỏi buồng nghiền qua lỗ sàng côn, triệt tiêu hiện tượng nghiền lại quá mức. So với các công bố khoa học trước đây về máy nghiền đĩa ma sát ghi nhận mức tiêu tốn từ 18 đến 22 kWh/tấn và độ gia nhiệt sản phẩm tăng từ 5 đến 6 độ C, mô hình máy MNBU-400 thể hiện tính ưu việt rõ rệt cả về hiệu suất cơ khí lẫn bảo toàn tính chất hóa lý của tinh bột.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, các giải pháp và khuyến nghị công nghệ được đề xuất nhằm đưa thiết bị vào ứng dụng thực tế:

Một là, tiến hành thương mại hóa và chuyển giao mẫu máy MNBU-400 cho các hợp tác xã, làng nghề sản xuất bún, phở quy mô vừa và nhỏ nhằm thay thế các cối xay đĩa thủ công. Mục tiêu đặt ra là nâng năng suất dây chuyền lên 400 - 500 kg/h và cắt giảm ít nhất 30% chi phí điện năng sản xuất, do Trung tâm Khuyến nông - Khuyến công địa phương chủ trì phối hợp với các cơ sở chế tạo trong vòng 6 đến 12 tháng tới.

Hai là, tự động hóa hệ thống nạp liệu và cấp nước bằng cách tích hợp cảm biến lưu lượng cùng bộ biến tần điều khiển tốc độ trục vít cấp liệu, duy trì tỷ lệ nước trên gạo ổn định ở mức 1,85 lít/kg, do các kỹ sư cơ điện tử triển khai hoàn thiện trong quý 1 năm sau.

Ba là, nâng cấp công nghệ gia công lưới sàng bằng phương pháp cắt vi lỗ laser fiber hiện đại thay cho phương pháp đột dập cơ khí truyền thống, nhằm tăng mật độ lỗ sàng côn 0,1 mm lên thêm 25%, giúp tăng độ thông thoáng của buồng sàng và kéo dài tuổi thọ chi tiết lên trên 2.000 giờ làm việc liên tục.

Bốn là, xây dựng cụm thiết bị lắng xoáy ly tâm hai cấp kết hợp màng vi lọc để thu hồi và tái tuần hoàn 80% lượng nước thải sau quá trình tách tinh bột trong vòng 3 tháng tới, do các doanh nghiệp chế biến phối hợp cùng viện nghiên cứu môi trường thực hiện nhằm tiết kiệm tài nguyên nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của đề tài mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, kỹ sư và chuyên gia thiết kế máy chế biến thực phẩm có thể sử dụng toàn bộ quy trình tính toán động học, động lực học trục rôto chịu mômen xoắn 26.170 Nmm, bộ truyền đai và phương pháp thiết kế búa nghiền Inox SS-304 để áp dụng vào các dòng máy chế biến nông sản công suất từ 5 kW đến 15 kW.

Thứ hai, chủ các cơ sở sản xuất bún, phở, bánh tráng và tinh bột gạo quy mô công nghiệp có thể tham khảo trực tiếp bộ thông số vận hành chuẩn (vận tốc búa 67 m/s, khe hở 5,2 mm, cấp nước 775 lít/h) nhằm cải tiến dây chuyền hiện hữu, hạ giá thành điện năng xuống 12,189 kWh/tấn và nâng cao chất lượng bột mịn.

Thứ ba, giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Cơ khí nông nghiệp - Sau thu hoạch có thể khai thác luận văn như một tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình ứng dụng quy hoạch thực nghiệm Box - Behnken 3 mức và phần mềm Statgraphics trong tối ưu hóa máy nông nghiệp.

Thứ tư, sinh viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm và Chế biến nông sản có thể sử dụng các số liệu thực nghiệm về biến đổi cơ lý hạt gạo ngâm (độ bền 1,4 MN/m2, độ ẩm 46%) để phát triển các nghiên cứu chuyên sâu về phân ly và tinh chế tinh bột ướt.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến máy nghiền búa thông thường bị nghẹt sàng khi nghiền hạt gạo ẩm là gì? Khi gạo được ngâm 48 giờ đạt độ ẩm 40% đến 46%, hạt gạo trở nên mềm dẻo. Trong buồng nghiền khô, ma sát cơ học làm tăng nhiệt độ trên 60 độ C gây hồ hóa bề mặt tinh bột, tạo thành khối dẻo bết dính bịt kín các lỗ sàng, làm động cơ quá tải.

Giải pháp kỹ thuật cốt lõi nào giúp máy MNBU-400 khắc phục hiện tượng nghẹt sàng? Máy MNBU-400 kết hợp đồng thời hai giải pháp: cấp nước liên tục 775 lít/h để làm trơn bề mặt, giải nhiệt và sử dụng tấm sàng lỗ hình côn với đường kính trong 0,1 mm và mặt ngoài 0,5 mm, tạo điều kiện cho các hạt tinh bột dưới 50 micromet thoát nhanh ra ngoài.

Các thông số vận hành tối ưu của máy nghiền bột ướt MNBU-400 được xác định như thế nào? Qua 27 mẻ thực nghiệm tối ưu hóa, máy đạt hiệu suất cao nhất tại: vận tốc búa 67,0 m/s, lượng nạp liệu 419,5 kg/h, khe hở búa - sàng 5,2 mm và lưu lượng nước 775 lít/h, giúp tiêu hao năng lượng thấp nhất ở mức 12,189 kWh/tấn.

Vật liệu Inox SS-304 và thép hợp kim 40X mang lại lợi ích gì cho kết cấu máy? Toàn bộ buồng nghiền, máng cấp liệu và 4 cánh búa dày 12 mm làm bằng Inox SS-304 giúp chống ăn mòn trong môi trường nước ngâm chua có pH từ 3,8 đến 4,2, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm; trục rôto làm bằng thép 40X tôi cải thiện giúp chịu mômen xoắn cực đại 26.170 Nmm an toàn.

Sản phẩm bột sau khi nghiền bằng máy MNBU-400 có cần qua công đoạn rây tách bã thô không? Không cần qua rây tách bã thô. Lưới sàng 0,1 mm giữ toàn bộ bã lớn lại trong buồng nghiền để cánh búa va đập liên tục ở tốc độ 67 m/s cho đến khi đạt độ mịn dưới 50 micromet, giúp đưa dịch tinh bột trực tiếp sang khâu lắng tách, rút ngắn 50% thời gian chế biến.

Kết luận

• Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy nghiền bột ướt MNBU-400 sử dụng động cơ 7,5 kW với vật liệu Inox SS-304, giải quyết triệt để vấn đề nghẹt sàng và nóng bột của công nghệ truyền thống.
• Xác định chính xác bộ thông số vận hành tối ưu: vận tốc búa 67,0 m/s, năng suất nạp liệu 419,5 kg/h, khe hở đầu búa 5,2 mm và lưu lượng nước cấp 775 lít/h.
• Đạt mức tiêu thụ điện năng riêng tối ưu chỉ 12,189 kWh/tấn, giúp tiết kiệm hơn 35% điện năng so với máy nghiền đĩa ma sát thông thường.
• Đảm bảo chất lượng sản phẩm dịch tinh bột đạt độ mịn đồng đều dưới 50 micromet, đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe trong sản xuất bún, bánh phở và bánh tráng.
• Chứng minh tính hiệu quả của phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box - Behnken 3 mức trong việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật ngành cơ khí chế biến.

Đóng góp chính của luận văn là cung cấp một giải pháp công nghệ nghiền ướt hiện đại, mở ra hướng đi mới cho việc cơ giới hóa ngành chế biến lương thực tại Việt Nam. Trong lộ trình từ 12 đến 24 tháng tới, các cơ sở sản xuất nên phối hợp cùng nhóm nghiên cứu để lắp đặt hệ thống tự động hóa điều khiển tỷ lệ cấp liệu và thu hồi nước tuần hoàn, nhằm tối ưu hóa toàn diện hiệu quả kinh tế và môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

21a BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HÒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ ==:ÍLÏs== NGUYEN THỊ KIEU HANH DE TAI: NGHIÊN CỨU THIET KE - CHE TẠO - KHẢO NGHIEM MAY NGHIÊN BOT UOT MNBU - 400 TP. HO CHi MINH 07 - 2006 2. BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC NONG LAM TP.

HO CHi MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ ==:ÍLÏs== NGHIÊN CỨU THIET KE - CHE TẠO - KHẢO NGHIỆM MAY NGHIÊN BOT ƯỚT MNBU - 400 Giáo Viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS. NGUYEN VĂN XUAN NGUYEN THỊ KIEU HẠNH Khóa: 2002 - 2006 TP. HÒ CHÍ MINH 07 - 2006 MINISTRY OF TRAINING AND EDUCATION HCMC NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF AGRICULTURAL ENGINEERING - TECHNOLOGY I G0 THESIS: DESIGNING - MANUFACTURING — TESTING A WET HAMMER MILL MNBU - 400 SPECIALITY : MECHANICS FOR AGRICULTULAL PRODUCT PROCESSING AND CONSERVATION ADVISER: STUDENT: M. ENG NGUYEN VAN XUAN NGUYEN THI KIEU HANH COURSE: 2002 - 2006 HO CHI MINH CITY 07 - 2006 TÓM TAT Nghiền bột ướt là công đoạn quan trọng nằm trong công nghệ sản xuất tinh bột, bún, và một số loại bánh tráng khác ở dạng khô hoặc ướt từ một số hạt lương thực, Mục tiêu của đề tài nhằm đưa ra một mẫu máy nghiền bột bằng phương pháp ướt hoạt động theo nguyên tắc búa va đập — chà xát, Dé khắc phục hiện tượng làm nóng bột, nghẹt sàng đối với máy nghiền búa, đề tài đã sử dụng hai giải pháp kỹ thuật chính là dùng nguyên lý nghiền có nước và lỗ sàng côn.

Nội dung thực hiện đề tài bao gồm thiết kế , chế tạo và khảo nghiệm máy nghiền bột ướt MNBU - 400 sử dụng nguồn động lực có công suất 7,5 kW. Phương pháp thiết kế máy nghiền bột ướt MNBU - 400 là dựa vào đặc tính cơ lý của đối tượng gia công đã được ngâm nước và lý thuyết máy nghiền búa để xác định các thông số kết cấu và làm việc của máy. Bộ phận truyền động đai, gối đỡ được tính toán thiết kế theo lý thuyết tính toán truyền động cơ khí. Máy nghiền bột ướt MNBU - 400 được chế tạo đơn chiếc với vật liệu sử dụng là Inox.

Sau khí chế tạo, máy được chạy rà và khảo nghiệm bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Thiết kế thí nghiệm thực hiện theo phương pháp Box — Behnken cho 1 thông số ra là mức tiêu thụ điện năng riêng để nghiền, và 4 thông số nghiên cứu vào là vận tốc búa nghiền, lượng cung cấp q, khe hở giữa đầu búa và lưới sàng, lưu lượng nước chung cấp cho quá trình nghiền. Thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu thực hiện bằng phần mềm Statgraphics Vers 7. Bài toán tối ưu hoá được xây dựng với hàm mục tiêu là mô hình thống kê thu nhận và điều kiện ràng buộc là vùng thì nghiệm.

Kết quả giải bài toán tối ưu hoá bằng phầm mềm tối ưu hoá của TS. Nguyễn Như Nam và KS. Nguyễn Tri Tan đã xác định chỉ tiêu tối ưu 5. của may nghiền bột ướt MNBU — 400 có mức tiêu thụ điện năng nghiền bột ướt thấp nhất bằng 12,189 kWh/tan.

Các thông sé tối ưu của máy là vận tốc búa nghiền là 67,0 m/s, lượng cung cap (năng suất) là 419,5 kg/h, khe hở giữa đầu búa và lưới sàng là 5,2 mm, lưu lượng nước cung cap là 775 W/h. Độ nhỏ sản phẩm nhỏ hơn 50 um, đảm bảo thoả mãn yêu cau sản xuất tinh bột ướt về độ nhỏ. Máy nghiền bột ướt MNBU — 400 đã góp phan hoàn thiện công nghệ sản xuất tinh bột hiện nay. Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Kiều Hạnh ThS.

Nguyễn Văn Xuân SUMMARY Wet flour grinding is an important stage of processing to produce starch, rice noodle and some kind of dried or wet rice sheets from grains. The objectives of this research topic are to design a flour-mill using wet method based on hammer colliding — rubbing principle. To solve the problem — powder being heated and making screen obstructed — we have innovated 2 solutions: using wet processing and tapered screen holes. The contents of the thesis includes: designing, manufacturing and testing the wet hammer-mill MNBU-400 using a 7.5 kW electric motor.

The designing method of MNBU-400 is, based on mechanical and physical properties of processed objects which has been firstly wetted, and based on hammer grinding principle, to determine its working and structural properties. Belt transmission and bearings are designed in accordance with mechanical theory. One MNBU-400 unit is manufactured and made from stainless steel. After manufactured, the machine was run in and tested using experimental planning method.

The experiment designing was based on Box — Behnken method with 1 response variable parameter of electricity consumption for grinding, and 4 input factors which are: the velocity of the hammers, the quantity supplying index “q”, the clearance between the hammers and the screen, the volume of water flow providing for grinding process. The experimental design and data treatment was done by Statgraphics Vers 7. Optimum problem was built with the object function - Statistical model and tied condition is experimental field. The result op optimum problem solved with a optimize software by Ph.D Nguyễn Như Nam and B.Eng Nguyén Tri Tan has determined optimum parameters of MNBU-400: the least energy consumption was 12,89 kWh/ton.

The T= optimum parameters of the machine are: the velocity of the hammers at 670 m/s; the quantity supplying index (productivity) q = 419.5kg/h; the clearance between the hammers and the screen at 5,2 mm; the volume of water flow providing for grinding processing at 775 l/h. The fineness of product is below 50 um _ which meets the demand for producing powder. The MNBU — 400 has contributed to improve flour producing technique. Student Adviser Nguyen Thi Kieu Hanh M.Eng Nguyen Van Xuan 2.

MỤC LỤC Trang Km.1 Ax MUG ICE LUA VAN woe ccnoncscins ccaniosins sewinneicsvisnoacs siomwcatwentmadaanneentinemvicnias 3 5. Tra cứu tài liệu sách báo phục vụ trực tiếp chủ dé đề tài. Công nghệ sản xuất tinh bột từ hạt lương thuc. Một số tinh chat cơ lý của hạt lương thực.

Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột .---- 4 “lui, DI eeae 2 4. Nghién sơ bộ va tách phôi. Tach tinh bột từ cháo và tinh chế sữa tinh bội. H4 HH HT Le 13 4.

Máy nghiền trong sản xuất tinh bột. Nguyên lý làm việc. Phân tích ưu nhược điểm. Ý kiến thảo luận và nhiệm vụ của dé tài.

Ý kiến thảo luận. Nhiệm vụ của đề tài. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu. Phương pháp thiết kế .2, Phương phãp chỗ ND seceeeesobbndandoodoirndnsdeihduossasgl lĩ 5.

Phương pháp khảo nghiệm. Dụng cụ ởo. Phương phap do dae s¿--c-cxoniiieeioeiobieioeivdindssbsmose 19 -9- 5. Khảo nghiệm trong giai đọan chạy rà.

Khảo nghiệm bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Thực hiện đề tài — kết quả và thảo luận. Xây dựng cơ sỡ thiết kế. Các dữ liệu về đối tượng gia công.

Các dữ liệu về nguồn động lực. Các dữ liệu về vật liệu chế tạo máy về May Gia công GƠ KH seseaaaeenaindiiabibdbibdiosad 22 6. Yêu cầu kỹ thuật. Lựa chọn mô hình máy thiết kế.TÍnh toán BÉ phân cấp lIỆUcsueseaseeanaaseoainaaassaa 24 6.

Tính toán thiết kế bộ phận nghiền và lưới sàng. Tinh toán thiết kế bộ phận nghiền. Tính toán thiết kế lưới sàng. Tính toán thiết kế bộ phận truyền động.

Tính tóan thiết kế trục rô fo. Vẽ sơ đồ và chọn vật liệu. Xác định các lực tác dụng lên trục rô to. Vẽ biểu đồ nội lực.

Kiểm tra bền trục tại mặt cắt nguy hiểm. Thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm nghién. Thiết lập bản vẽ lắp.9; KAO: HH seeueesadiiirnttigitidtaossliufosiotrsvoseslisilosgfiobigirpnortrlstx 35 6. XHáoØ:TigHICf:CGHAf Fồtcaseknsnaainnuasnikinnasssntozgoibgssssse 35 6.

Khảo nghiệm theo phương pháp qui họach thực nghiệm. Xác định chỉ tiêu tối ưu và gác thông số tôi WU hóa. Ý kiến thảo luận .--:--2-7227+2222222zzzxzrxerrerra 45 Ê, EHifin= lối TH | eee 46 7.- ---- -c c1 Ss x11 1k2 151 11 E1 5111111 Ty ng 46 50): 46 9. Tài liệu thamKhao.

e cece ccceeeeeeeceeeeeeeeeeeeseeeeeeeeeseeeeeeeeeees 47 Tse PAYG: cxscwncessnienvensmnanrocaaaennaennesanaioctenriaie nn antennienceniaimnuntannenantes 49 <T1- 2. MỞ ĐÀU Nghiền là công đoạn gia công quan trọng trong công nghệ sản xuất bột, chế biến hỗn hop. Đây là công đoạn chế biến có mức chi phí năng lượng riêng cao, lại thường hay gặp ở hầu hết các công nghệ sản xuất thực phẩm cho người và gia súc. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm của công đoạn này là độ nhỏ bột nghiền phải thoả mãn yêu cầu qui định theo công nghệ.

Đây là mục tiêu chất lượng rất cao khi tiến hành nghiền các sản phẩm có yêu cầu độ nhỏ bột nghiền cao ở trạng thái bột mịn hay siêu mịn, nhất là sản phẩm nghiền ở dạng bột khô, hay có độ am cao. Bởi vì với quá trình nghiền này gặp trở ngại về mặt kinh tế, kỹ thuật là năng suất giảm đáng kể, sản phẩm bị nóng va that thoát nhiều, hao mòn máy móc tăng cao. Ở máy nghiền dùng lưới sàng để phân ly sản phẩm nghiền thường hay bị nghẹt sàng, nên không những làm giảm công suất do khả năng phân ly của sàng kém đi mà còn làm tăng chỉ phí và thời gian khắc phục kỹ thuật. Ở các máy nghiền tinh bột ướt từ hạt lương thực hiện nay, người ta dùng chủ yếu là máy nghiền theo nguyên lý chà xát (còn gọi là máy xay bột kiểu thớt).

Ở máy nghiền này không dùng lưới sàng phân ly nên công nghệ sản xuất tinh bột từ hạt lương thực cần có công đoạn tách bã, làm tăng mức độ phức tạp của công nghệ cũng như chi phí sản xuất. Việc dùng máy nghiền búa để nghiền hạt lương thực có ẩm độ cao như công nghệ sản xuất tinh bột không có khả năng thực hiện được, còn nghiền hạt ở trạng thái khô thì có mức chi phi năng lượng riêng cao, nghiền sản phẩm có độ mịn cao lại không nghiền được. Quá trình nghiền hạt khô còn làm gia tăng nhiệt độ sản phẩm nghiền. Vì vậy việc cải tiến ST 2a máy nghiền búa trên cơ sở các giải pháp khắc phục những nhược điểm như nghẹt sàng, nâng cao khả năng chui qua sàng, giảm nhiệt độ bột nghiền là hướng nghiên cứu hiện nay.

Đây là yêu cầu công nghệ trong sản xuất tinh bột mang tính thời sự và cấp thiết. Ở nhiều công nghệ sản xuất lương thực — thực phẩm, sản phẩm bột nghiền có dạng bột ướt như công nghệ sản xuất bánh phở, bún (kể cả sản phẩm khô lẫn ướt), bánh cuốn,.Hiện tại, các mặt hàng lương thực — thực phẩm này được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp truyền thống, trong đó có quá trình xay bột ướt. Hàng năm, lượng sản phẩm này lên đến hàng trăm ngàn tấn, mà việc nghiền ướt chủ yếu bằng các cối đá được dẫn động bằng tay hay động cơ điện. Vì vậy, năng suất không những thấp mà còn tiêu hao nhiều năng lượng, chi phí lao động, sản phẩm nghiền lại không đồng nhát về kích thước, giá thành sản phẩm cao.