Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghệ thực phẩm hiện đại, các dòng sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, giàu chất xơ và hỗ trợ sức khỏe ngày càng nhận được sự quan tâm lớn. Cây Konjac (Amorphophallus konjac, tại Việt Nam còn gọi là khoai nưa, nưa chuông) là nguồn cung cấp hydrocolloid tự nhiên với thành phần chính là glucomannan. Thạch Konjac được ứng dụng rộng rãi trong các chế độ ăn kiêng, hỗ trợ chức năng tiêu hóa, hỗ trợ điều trị bệnh trĩ, táo bón, phòng ngừa đái tháo đường và bổ sung canxi giúp phòng ngừa loãng xương. Sản phẩm này xuất hiện phổ biến trong ngành đồ uống và thực phẩm như trân châu, thạch trong sữa chua, trà sữa, nước ép và các loại mì ăn kiêng.

Tuy nhiên, quy trình chế biến bột Konjac đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt về mặt cơ học và nhiệt động. Khi hòa tan vào nước, bột Konjac có độ nhớt cao, rất dễ xảy ra hiện tượng vón cục ("ốc trâu") nếu không được khuấy trộn đồng đều. Quá trình gia nhiệt đòi hỏi duy trì dải nhiệt độ chính xác (khoảng 80°C - 85°C trong thời gian xác định) để tinh bột trương nở và chuyển hóa hoàn toàn, đồng thời phải tránh hiện tượng đóng cặn hay cháy khét cục bộ tại đáy và thành nồi. Sau khi nấu chín, việc tạo hình và cắt thạch thủ công đòi hỏi nhiều nhân công, năng suất thấp và kích thước hạt không đồng nhất.

Trên thị trường hiện nay, các dòng máy nấu cánh khuấy công nghiệp chủ yếu phục vụ quy mô sản xuất lớn với dung tích từ vài chục đến hàng trăm lít, kết cấu cồng kềnh và chi phí đầu tư cao. Tại các phòng nghiên cứu và phát triển (R&D) của các doanh nghiệp thực phẩm (tiêu biểu như Công ty Liên doanh Orana Việt Nam) cũng như các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, công đoạn thử nghiệm mẫu vẫn phải thực hiện bán thủ công. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp mã số CTM-75 với đề tài "Thiết kế, chế tạo máy khuấy, nấu và cắt thạch Konjac" được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Chế tạo Máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phan Thị Đăng Thư.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đồ án bao gồm:

  1. Xây dựng và phát triển hệ thống cơ khí tự động hóa cho quy trình sản xuất thạch Konjac, tích hợp ba công đoạn liên hoàn: khuấy trộn, nấu gia nhiệt và cắt tạo hình trên cùng một thiết bị nhỏ gọn.
  2. Thiết kế cơ cấu khuấy trộn đảm bảo hòa tan hoàn toàn bột Konjac, triệt tiêu hiện tượng vón cục, tạo dòng chảy ổn định.
  3. Thiết kế hệ thống gia nhiệt có kiểm soát nhiệt độ và thời gian nấu chính xác, bảo đảm dung dịch đạt trạng thái chuyển hóa tối ưu mà không bị khét.
  4. Thiết kế cơ cấu đùn ép và cắt tạo hạt định hình ổn định với tần suất cắt đáp ứng yêu cầu công nghệ.
  5. Chế tạo mô hình thực tế, lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành thực nghiệm kiểm chứng các thông số vận hành.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bột Konjac, quy trình biến tính nhiệt ẩm của thạch Konjac; nguyên lý truyền động khuấy trộn, nguyên lý truyền nhiệt và gia nhiệt cục bộ; cơ cấu cắt và định hình thực phẩm bằng khí nén.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Dung tích bồn chứa tổng thể: 8 lít; thể tích làm việc lý tưởng: 6 lít hỗn hợp/mẻ.
    • Tần suất cắt định mức: 1 hạt/giây.
    • Kích thước hạt thạch đầu ra: dải đường kính từ 6 mm đến 12 mm.
    • Không gian thực hiện: Xưởng Cơ khí Chế tạo máy và Phòng thí nghiệm thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh phối hợp khảo sát tại Công ty Liên doanh Orana Việt Nam trong năm học 2023 - 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Để xây dựng mô hình thiết bị đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ, đồ án đã tổng hợp và ứng dụng các cơ sở lý thuyết chuyên ngành cơ khí và truyền nhiệt:

  • Lý thuyết thủy động lực học và cánh khuấy: Phân tích đặc tính dòng chảy sinh ra bởi các dạng cánh khuấy khác nhau trong môi trường chất lỏng có độ nhớt biến thiên:
    • Cánh khuấy tuabin: Tạo dòng chảy lưỡng tâm hướng tâm, phù hợp với dung dịch có độ nhớt cao lên đến $80\text{ Ns/m}^2$.
    • Cánh khuấy chân vịt: Tạo dòng chảy hướng trục với vector vận tốc song song với trục quay, vận hành hiệu quả ở dung dịch có độ nhớt thấp ($0{,}5 - 2{,}0\text{ Ns/m}^2$).
    • Cánh khuấy dạng cánh/mỏ neo: Tạo dòng chảy tiếp tuyến chuyển động vòng quanh thành bồn, hỗ trợ quét sát thành và đáy bồn, thích ứng tốt với dung dịch đặc có xu hướng bám dính.
  • Lý thuyết truyền nhiệt và phần tử gia nhiệt: Phân tích nguyên lý truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp, tính toán tổn thất nhiệt ra môi trường không khí xung quanh. Ứng dụng điện trở nhiệt đốt nóng (dây mayso hợp kim Cr20Ni80, Cr25Al5, phần tử gia nhiệt dạng vòng nhiệt Inox, vỏ gốm Ceramic Heater hoặc thanh KTP-700) chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng.
  • Nguyên lý đo lường và cảm biến nhiệt: Phân tích các dạng cảm biến nhiệt độ công nghiệp gồm cặp nhiệt điện Thermocouple (loại K, J), nhiệt điện trở kim loại RTD (PT100, PT1000) và nhiệt điện trở bán dẫn Thermistor (NTC) nhằm lựa chọn đầu dò và bộ điều khiển hiển thị số phù hợp.
  • Lý thuyết truyền động khí nén và cơ cấu máy: Ứng dụng tính toán lực đẩy xylanh khí nén, tính toán công suất động cơ dẫn động trục khuấy và độ bền chi tiết máy.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp kế thừa: Thu thập, phân loại và kế thừa có chọn lọc các tài liệu kỹ thuật về thiết bị chế biến thực phẩm, các kết cấu bồn khuấy gia nhiệt 3 lớp hiện hành trên thị trường.
  • Phương pháp tiếp cận thực tế: Khảo sát quy trình công nghệ chế biến thạch Konjac thủ công và bán công nghiệp tại bộ phận R&D của Công ty Liên doanh Orana Việt Nam.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Sử dụng các công thức tính toán sức bền vật liệu, nguyên lý máy, thủy lực khí nén để xác định kích thước kết cấu, lực ép và công suất nhiệt. Mô hình hóa hình học 3D, thiết kế bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết bằng phần mềm Autodesk Inventor.
  • Phương pháp chế tạo và thực nghiệm: Gia công chế tạo các chi tiết cơ khí bằng công nghệ cắt laser, chấn gấp kim loại tấm, phay CNC và tiện CNC; tiến hành đấu nối hệ thống điện điều khiển và chạy thực nghiệm lặp lại 5 lần để thu thập dữ liệu vận hành.

Thiết kế và triển khai

Thiết bị được thiết kế dưới dạng một trạm máy tích hợp đồng bộ ba cụm chức năng chính: Cụm khuấy trộn, Cụm gia nhiệt bồn nấu và Cụm đùn ép - cắt hạt.

                    SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG THIẾT BỊ
+-------------------------------------------------------------------+
|                        BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM                     |
|          (Điều khiển nhiệt độ PID, Timer thời gian, Rơ-le)        |
+------------------+-------------------+--------------------+-------+
                   |                   |                    |
                   v                   v                    v
+----------------------+ +---------------------+ +------------------+
|      CỤM KHUẤY       | |    CỤM GIA NHIỆT    | |     CỤM CẮT      |
| Động cơ giảm tốc     | | Bồn nấu 3 lớp       | | Xylanh ép nén    |
| Cánh khuấy mỏ neo/vét| | Áo gia nhiệt dung môi| | Xylanh cắt       |
| Trục khuấy SUS304    | | Cảm biến nhiệt độ   | | Dao cước định hình|
+----------------------+ +---------------------+ +------------------+

So sánh và lựa chọn phương án thiết kế tổng thể

Trong quá trình phát triển ý tưởng cơ cấu, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và đánh giá 3 phương án thiết kế kết cấu:

Tiêu chí đánh giá Phương án 1: Khuấy nấu riêng, tạo hình cắt bằng cơ cấu Culit Phương án 2: Tích hợp khuấy nấu tầng trên, làm đông và cắt qua băng tải Phương án 3: Tích hợp tổng thể khuấy-nấu-cắt, ép đùn xylanh và dao cước (Được chọn)
Mô tả kết cấu Nấu thạch riêng rồi đổ vào bồn đùn qua khuôn lỗ, đông trong nước canxi rồi cắt bằng cơ cấu Culit. Bồn nấu tích hợp ở trên, nặn thạch vào bồn đông, dùng băng tải lưới đưa lên cắt bằng cơ cấu Culit. Tích hợp cụm khuấy nấu 3 lớp ở trên; xả thạch bằng áp lực xylanh; cắt định hình hạt bằng dao cước và xylanh khí nén.
Ưu điểm Hạt tạo hình tương đối đều đặn. Tích hợp được các công đoạn trên khung máy liên hoàn. Kết cấu nhỏ gọn, diện tích chiếm chỗ nhỏ, hạn chế tối đa bám dính, dễ vệ sinh, tạo hạt có độ vuốt tốt.
Nhược điểm Chiếm diện tích lớn, không tích hợp gọn gàng, vệ sinh khó khăn, hạt dạng trụ thô. Cơ cấu cồng kềnh, chi phí chế tạo cao, hiệu suất vận hành chưa ổn định. Yêu cầu kiểm soát đồng bộ áp lực đùn và chu kỳ cắt của khí nén.

Thông số kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy

  • Kích thước bao máy: $410 \times 320 \times 1100\text{ mm}$.
  • Vật liệu chế tạo: Toàn bộ phần tiếp xúc thực phẩm và khung vỏ sử dụng thép không gỉ SUS304 nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm; các chi tiết làm kín sử dụng đồng hợp kim (CDA) và cao su chịu nhiệt (Rubber).
  • Cơ cấu truyền động và dẫn động:
    • Cụm khuấy: Động cơ điện xoay chiều giảm tốc kết hợp trục khuấy và cánh khuấy biên dạng mỏ neo có cánh quét thành bồn nhằm chống bám cặn.
    • Cụm gia nhiệt: Bồn nấu 3 lớp gồm lòng trong chứa dịch Konjac, lớp áo giữa chứa chất tải nhiệt (nước/dầu) gia nhiệt bằng điện trở, lớp ngoài cùng bọc bảo ôn cách nhiệt để chống thất thoát nhiệt và chống bỏng. Hệ thống đo nhiệt bằng đầu dò kết hợp đồng hồ hiển thị và điều khiển nhiệt độ tự động.
    • Cụm cắt hạt: Sử dụng hệ thống khí nén gồm xylanh tạo áp lực đùn đẩy hỗn hợp thạch qua lưới định hình đáy bồn và xylanh dẫn động dao cắt (sử dụng model xylanh vuông kép TN10 $\times$ 40s) gắn dây cước cắt hạt chuyển động tịnh tiến qua lại.
  • Phương pháp gia công chế tạo:
    • Cắt phôi kim loại tấm bằng máy cắt laser fiber.
    • Tạo hình vỏ bồn và khung giá đỡ bằng máy chấn định hình.
    • Gia công các chi tiết trục, bích liên kết, gối đỡ bằng máy tiện CNC và máy phay CNC.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập nền tảng của đề tài thông qua việc phân tích tính cấp thiết của việc tự động hóa quá trình chế biến thạch Konjac cho các đơn vị vừa và nhỏ. Trình bày rõ ý nghĩa khoa học (cung cấp dữ liệu thiết kế máy chế biến thực phẩm có độ nhớt cao) và ý nghĩa thực tiễn (giảm chi phí lao động, tăng độ đồng đều sản phẩm). Xác định rõ mục tiêu, đối tượng, giới hạn phạm vi nghiên cứu (dung tích bồn 8L, khuấy lý tưởng 6L, năng suất cắt 1 hạt/s, kích thước 6 - 12 mm) và phân loại các phương pháp nghiên cứu áp dụng trong đồ án.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Tập trung khảo cứu nguồn gốc cây Konjac, đặc tính hóa lý của bột nưa chuông và lợi ích y dược học đối với hệ tiêu hóa và chuyển hóa đường huyết. Khảo sát quy trình tạo thạch thủ công bao gồm các bước: nghiền mịn bột $\rightarrow$ hòa tan và khuấy đều trong nước (tỷ lệ pha trộn với 4800g nước) $\rightarrow$ quét thành nồi chống vón $\rightarrow$ đun gia nhiệt đến 85°C trong 10 phút có bổ sung acid citric $\rightarrow$ nặn ép $\rightarrow$ làm đông trong bể nước canxi $\rightarrow$ sàng lọc và đóng gói. Đồng thời, chương này khảo cứu hiện trạng máy móc trong nước (các dòng nồi khuấy 3 lớp dung tích 120L lật nghiêng tại Điện máy BigStar, dây chuyền tại Orana Việt Nam) và công nghệ sản xuất thạch Konjac tại các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Trình bày chi tiết lý thuyết thủy lực về cánh khuấy: so sánh các mô hình dòng chảy (dòng xoáy, dòng lưỡng tâm của cánh tuabin, dòng hướng trục của cánh chân vịt, dòng tiếp tuyến của cánh mỏ neo) và sự phụ thuộc của lực ly tâm vào đường kính và tốc độ quay. Phân tích nguyên lý chuyển hóa năng lượng của dây điện trở nhiệt (dây tròn, dây dẹp các mác hợp kim Cr-Ni, Cr-Al-Mo), cấu trúc các loại thanh gia nhiệt (ống thạch anh, vòng sứ Ceramic Heater, vòng nhiệt Inox). Khảo cứu cấu tạo cảm biến nhiệt độ gồm lõi biến trở RTD (PT100/PT1000), Thermistor (NTC) và cặp nhiệt Thermocouple. Phân tích kết cấu bồn khuấy 3 lớp gián tiếp chống khét dùng nguồn nhiệt cục bộ.

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết bị

Giới thiệu bối cảnh thực tế và yêu cầu kỹ thuật từ Công ty Liên doanh Orana Việt Nam. Phân tích sơ đồ khối chức năng của hệ thống. Đưa ra các phân tích so sánh kỹ thuật giữa cánh khuấy chân vịt và cánh khuấy mỏ neo. Lập luận và so sánh chi tiết 3 phương án thiết kế tổng thể máy, từ đó lựa chọn phương án 3 (tích hợp cụm khuấy, bồn gia nhiệt 3 lớp, ép nén bằng xylanh và cắt bằng dao cước khí nén) với kích thước máy $410 \times 320 \times 1100\text{ mm}$ sử dụng nguồn điện 220V - 50Hz.

Chương 5: Tính toán thiết kế

Thực hiện toàn bộ các bước tính toán động học, động lực học và nhiệt động lực học cho thiết bị:

  • Tính toán chọn xylanh khí nén tạo áp lực đùn hỗn hợp thạch qua khuôn đáy.
  • Tính toán chọn xylanh cắt mã hiệu TN10 $\times$ 40s đảm bảo chu kỳ chuyển động tịnh tiến nhanh, dứt khoát.
  • Tính toán lựa chọn công suất động cơ giảm tốc kéo cánh khuấy dựa trên độ nhớt động của hỗn hợp dịch Konjac.
  • Tính toán nhiệt lượng yêu cầu cho quá trình nấu: tính toán công suất bộ điện trở gia nhiệt, tính toán thời gian nâng nhiệt 1 mẻ 6 lít dung dịch lên 85°C, tính toán lượng nhiệt tổn thất qua vách bồn trụ nhiều lớp ra không khí xung quanh.
  • Xác định thể tích bồn nấu (8 lít tổng thể) và lập quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí.

Chương 6: Chế tạo thử nghiệm

Mô tả quy trình gia công, lắp ráp thực tế các cụm cơ khí (cụm khuấy, cụm nấu, cụm cắt) bằng các thiết bị cắt laser, chấn CNC, tiện và phay CNC. Thiết kế và lắp ráp tủ điện điều khiển gồm mạch động lực đóng ngắt động cơ, mạch điều khiển xylanh khí nén và mạch điều khiển nhiệt độ tự động. Trình bày quy trình thực nghiệm tạo thạch trên máy: chuẩn bị 4800g nước, hòa tan bột Konjac, khuấy trộn 10 - 20 phút, bổ sung dung dịch acid citric, nâng nhiệt lên 85°C duy trì trong 10 phút, kích hoạt ép đùn và cắt vào dung dịch nước canxi. Ghi nhận kết quả qua 5 lần chạy thử nghiệm quy trình khuấy - nấu và 5 lần chạy thử nghiệm quy trình cắt hạt. Đưa ra tài liệu hướng dẫn vận hành, cài đặt thông số tủ điện và quy trình vệ sinh, bảo dưỡng định kỳ máy.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm và thông số đạt được

Quá trình chế tạo và thử nghiệm thiết bị trên thực tế đã hoàn thành và đạt được các kết quả kỹ thuật sau:

  • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy: Máy vận hành ổn định trên nguồn điện dân dụng 1 pha $220\text{V} - 50\text{Hz}$, kết cấu khung vỏ bằng Inox SUS304 chắc chắn, kích thước tổng thể đạt đúng thiết kế ($410 \times 320 \times 1100\text{ mm}$).
  • Hiệu quả khuấy trộn và nấu chín: Khảo sát qua 5 mẻ thực nghiệm độc lập cho thấy cánh khuấy mỏ neo phân tán đều lượng bột Konjac trong 4800g nước, hoàn toàn không xuất hiện hiện tượng vón cục ("ốc trâu") hay tạo bọt khí lớn. Hệ thống gia nhiệt áo bồn kiểm soát tốt nhiệt độ đạt mốc 85°C và duy trì nhiệt ổn định trong 10 phút, bề mặt đáy và thành bồn không bị bám dính cháy khét.
  • Hiệu quả cắt tạo hạt: Kết quả 5 lần thực nghiệm quy trình cắt bằng xylanh khí nén TN10 $\times$ 40s kết hợp dao cước cho thấy hạt thạch được phân tách dứt khoát với tốc độ xấp xỉ 1 hạt/giây, kích thước hạt thạch đồng đều trong dải định mức từ 6 mm đến 12 mm, hạt rơi vào bể nước canxi định hình có độ đàn hồi và độ vuốt tốt.

Đóng góp của đề tài

  • Đóng góp kỹ thuật: Tích hợp thành công ba nguyên công cơ bản của quy trình chế biến thạch Konjac (khuấy phân tán, gia nhiệt nấu chín, cắt định hình) vào trong một cấu trúc máy đơn lẻ, nhỏ gọn, vận hành tự động.
  • Giải quyết bài toán công nghệ thực phẩm: Khắc phục triệt để hiện tượng vón cục của dung dịch bột Konjac nồng độ cao và giải quyết khó khăn trong khâu cắt định hình hạt thạch dẻo dính sau khi nấu.
  • Tính ứng dụng thực tiễn: Cung cấp mẫu thiết bị phù hợp cho các phòng nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D) và các cơ sở sản xuất thực phẩm quy mô nhỏ, giúp rút ngắn thời gian chuẩn bị mẫu, tiết kiệm nhân công và nâng cao độ ổn định chất lượng thành phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù đã chế tạo thành công mô hình hoạt động ổn định và đáp ứng các mục tiêu ban đầu, tác giả cũng chỉ ra các giới hạn của đề tài dựa trên phạm vi nghiên cứu thực tế:

  • Hạn chế:
    • Thiết bị mới chỉ được thử nghiệm và tối ưu hóa cho quy mô mẻ nhỏ (dung tích làm việc lý tưởng 6 lít), chưa đánh giá trên quy mô công nghiệp liên tục.
    • Quá trình vận hành thực tế qua các mẻ chạy thử nghiệm đôi lúc vẫn còn sai lệch nhỏ về độ tròn tuyệt đối của hạt thạch do phụ thuộc vào áp lực khí nén đùn ép và độ đông kết tức thời trong bể nước canxi.
    • Khâu nạp nguyên liệu ban đầu và vệ sinh chi tiết bên trong lòng bồn sau ca làm việc vẫn đòi hỏi thao tác tháo lắp thủ công một số bộ phận.
  • Hướng phát triển tiếp:
    • Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kết cấu dao cắt và điều chỉnh áp lực khí nén thông minh để nâng cao độ tròn đều của hạt thạch.
    • Tích hợp thêm hệ thống rửa và vệ sinh tại chỗ (Clean-In-Place - CIP) tự động để tối ưu hóa quy trình vệ sinh an toàn thực phẩm.
    • Mở rộng nghiên cứu nâng công suất máy và thử nghiệm với các công thức nguyên liệu phối trộn khác (kết hợp thạch Konjac với hương liệu, màu tự nhiên, nước ép trái cây).

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp luận và quy trình tính toán thực tế từ khâu lựa chọn phương án kết cấu, tính toán nhiệt - động lực học, lựa chọn phần tử khí nén đến thiết kế chi tiết máy trên phần mềm Autodesk Inventor và lập quy trình gia công cơ khí (Laser, Chấn, Phay/Tiện CNC).
  • Sinh viên và kỹ sư ngành Công nghệ Thực phẩm: Tham khảo quy trình công nghệ chế biến bột Konjac, thông số nhiệt độ và thời gian phản ứng tạo gel thạch, tỷ lệ phối trộn dung dịch và phương pháp làm đông gel bằng nước canxi.
  • Kỹ sư R&D tại các doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Tham khảo mô hình máy khuấy - nấu - cắt mini để ứng dụng chế tạo các thiết bị thử nghiệm mẫu sản phẩm mới (sữa chua, trà sữa, thạch trần châu) với chi phí thấp và diện tích lắp đặt nhỏ gọn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao máy lại chọn cánh khuấy dạng mỏ neo thay vì cánh khuấy chân vịt hay tuabin?

Dung dịch bột Konjac khi nấu có độ nhớt tăng cao và rất dễ bám dính vào thành và đáy bồn gây cháy khét. Cánh khuấy mỏ neo tạo ra dòng chảy tiếp tuyến chuyển động sát biên dạng lòng bồn, có khả năng vét sạch thành và đáy bồn, ngăn ngừa hiện tượng vón cục ("ốc trâu") và truyền nhiệt đồng đều hơn so với cánh khuấy chân vịt (vốn chỉ thích hợp cho chất lỏng độ nhớt thấp) hoặc cánh tuabin (chủ yếu tạo dòng hướng tâm).

2. Bồn nấu của máy được thiết kế mấy lớp và chất tải nhiệt là gì?

Bồn nấu được thiết kế theo kết cấu bồn 3 lớp bằng Inox SUS304: lớp trong cùng chứa dung dịch thạch Konjac, lớp giữa là lớp áo gia nhiệt chứa môi chất truyền nhiệt (nước hoặc dầu) được nung nóng bằng điện trở nhằm gia nhiệt gián tiếp tránh làm khét thạch, và lớp ngoài cùng bọc vật liệu cách nhiệt để chống tổn thất nhiệt ra môi trường và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

3. Thông số quy trình nấu thạch Konjac tiêu chuẩn được thiết lập trên máy là gì?

Quy trình công nghệ thực nghiệm trên máy gồm: hòa tan bột Konjac trong 4800g nước thường, bật động cơ khuấy đảo đều trong khoảng 10 - 20 phút để bột tan hoàn toàn, bổ sung dung dịch acid citric đã hòa tan, gia nhiệt hỗn hợp lên đến nhiệt độ 85°C và duy trì giữ nhiệt trong vòng 10 phút trước khi tiến hành công đoạn cắt.

4. Cơ cấu cắt hạt thạch của máy hoạt động theo nguyên lý nào?

Sau khi thạch được nấu chín đạt độ sệt yêu cầu, hệ thống khí nén sẽ tạo áp lực đẩy thạch đi qua lưới khuôn ở đáy bồn. Tại đây, một xylanh khí nén vuông dẫn động tịnh tiến (model TN10 $\times$ 40s) kéo hệ thống dao cước chuyển động cắt ngang dòng thạch đùn ra với tần suất 1 hạt/giây, hạt thạch rơi trực tiếp vào bồn chứa nước canxi để làm đông và định hình hạt kích thước từ 6 mm đến 12 mm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo máy khuấy, nấu và cắt thạch Konjac" đã giải quyết thành công bài toán cơ khí hóa và tích hợp đồng bộ ba công đoạn khuấy trộn, nấu gia nhiệt và cắt tạo hạt thạch trên một thiết bị duy nhất. Kết quả tính toán thiết kế và chế tạo mô hình thực tế đã kiểm chứng được tính đúng đắn của phương án công nghệ với các thông số làm việc đạt yêu cầu kỹ thuật (dung tích bồn 8L, kích thước hạt 6 - 12 mm, năng suất 1 hạt/s). Đây là công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng cao, đóng góp một giải pháp thiết bị nhỏ gọn, hiệu quả cho các phòng R&D và cơ sở chế biến thực phẩm có nhu cầu sản xuất thạch Konjac quy mô nhỏ.