Nghiên cứu bộ thông số máy nghiền muối trong dây chuyền chế biến muối thực phẩm

Tài liệu nghiên cứu xây dựng bộ thông số tối ưu cho máy nghiền muối trong dây chuyền sản xuất. Gồm phân tích lý thuyết, mô phỏng và so sánh thực nghiệm.

• Tác giả: Huỳnh Trung Dũng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Tường Quân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng bộ thông số hoạt động máy nghiền muối trong dây chuyền chế biến muối thực phẩm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tối ưu máy nghiền muối Nền tảng lý thuyết và ứng dụng thực tiễn

Máy nghiền muối đóng vai trò then chốt trong dây chuyền chế biến muối thực phẩm hiện đại. Tại huyện Cần Giờ, công nghệ sản xuất muối tinh đã áp dụng phương pháp nghiền rửa cơ học tự động hóa hoàn toàn, từ xử lý thô đến đóng gói với năng suất 100kg/h. Để đạt tiêu chuẩn TCVN 3974:2015, việc xây dựng bộ thông số hoạt động của máy nghiền là yếu tố quyết định. Bộ thông số này được tính toán dựa trên lý thuyết nghiền vật liệu, đảm bảo hạt muối đạt kích thước yêu cầu trước khi đưa vào các quá trình chế biến tiếp theo. Nghiên cứu này kết hợp mô phỏng CAD/CAE với dữ liệu thực nghiệm từ máy thực tế.

1.1. Phương pháp chế biến muối tinh hiện đại

Phương pháp chế biến muối tinh tại Cần Giờ sử dụng nghiền rửa cơ học tích hợp trong dây chuyền tự động. Quy trình bao gồm xử lý thô, rửa sạch, tối ưu hóa kích thước hạt thông qua máy nghiền, làm khô và đóng gói. Tiêu chuẩn TCVN 3974:2015 yêu cầu độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng nhất.

1.2. Vai trò của bộ thông số hoạt động

Bộ thông số hoạt động bao gồm tốc độ quay, áp lực ép, thời gian xử lý và khe cắt máy. Những thông số này trực tiếp ảnh hưởng đến kích thước, hình dạng và chất lượng hạt muối. Tối ưu hóa bộ thông số giúp nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

II. Quy trình tính toán thông số máy nghiền dựa trên lý thuyết

Quy trình tính toán bộ thông số cho máy nghiền muối dựa trên nền tảng lý thuyết nghiền vật liệu và đặc tính vật lý của muối. Lý thuyết này xem xét các yếu tố như lực kết dính giữa các hạt, độ cứng vật liệu, và động học của quá trình phân tán. Máy nghiền được thiết kế tại Trường Đại học Bách Khoa với các thông số ban đầu dựa trên kinh nghiệm và tính toán kỹ thuật. Tối ưu máy nghiền muối yêu cầu tính toán chi tiết để tìm ra bộ thông số hoạt động tối ưu nhất, cân bằng giữa hiệu suất, chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng.

2.1. Cơ sở lý thuyết nghiền vật liệu

Lý thuyết nghiền vật liệu phân tích quá trình phá vỡ cấu trúc tinh thể muối thông qua tác động cơ học. Áp dụng định luật Bond và các mô hình năng lượng nghiền, có thể dự đoán kích thước hạt đầu ra dựa vào thông số máy nghiền như tốc độ, áp lực và hình dạng bề mặt cắt.

2.2. Các bước tính toán bộ thông số

Quy trình gồm: xác định kích thước đầu vào và đầu ra mong muốn, tính toán áp lực cần thiết, xác định tốc độ quay tối ưu, và thiết kế khe cắt phù hợp. Mỗi bước được xác nhận thông qua công thức kỹ thuật và so sánh với dữ liệu thực nghiệm từ máy tại Cần Giờ.

III. Mô phỏng quá trình nghiền và phân tích kết quả

Mô phỏng quá trình nghiền muối sử dụng phần mềm CAD/CAE cho phép mô hình hóa chi tiết các yếu tố động học, tĩnh học và nhiệt động học trong máy. Tối ưu hóa máy nghiền muối thông qua mô phỏng giúp dự đoán hành vi của hạt dưới các điều kiện hoạt động khác nhau. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm thu được từ máy nghiền tại huyện Cần Giờ. Quá trình này cho phép điều chỉnh bộ thông số hoạt động để đạt hiệu suất cao nhất, đồng thời giảm thiểu sai số giữa kết quả lý thuyết và thực tế.

3.1. Phương pháp mô phỏng CAD CAE

Mô phỏng CAD/CAE xây dựng mô hình 3D của máy nghiền với các thông số hình học chính xác. Phần mềm mô phỏng tính toán quỹ đạo hạt, lực tương tác, và kích thước hạt đầu ra dựa trên bộ thông số được nhập vào. Điều này cho phép thử nghiệm ảo nhiều bộ thông số khác nhau trước khi thực hiện trên máy thực.

3.2. So sánh dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng

Dữ liệu thực nghiệm từ máy tại Cần Giờ bao gồm kích thước hạt, phân bố granule, năng suất và chất lượng muối. So sánh với kết quả mô phỏng giúp xác minh độ chính xác của bộ thông số hoạt động và điều chỉnh các tham số để nâng cao hiệu suất sản xuất.

IV. Kết luận và khuyến nghị tối ưu hóa máy nghiền muối

Nghiên cứu tối ưu máy nghiền muối đã thiết lập quy trình toàn diện để xây dựng bộ thông số hoạt động hiệu quả nhất. Kết hợp lý thuyết kỹ thuật, mô phỏng số và thực nghiệm thực tế, luận văn đã cung cấp hướng dẫn chi tiết cho tối ưu hóa máy nghiền tại Cần Giờ. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh chính xác các thông số như tốc độ, áp lực và khe cắt có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm cuối cùng, đạt tiêu chuẩn TCVN 3974:2015 và nâng cao năng suất sản xuất.

4.1. Các kết luận chính từ nghiên cứu

Nghiên cứu xác nhận rằng bộ thông số hoạt động được tính toán theo lý thuyết và xác nhận qua mô phỏng có khả năng dự đoán chính xác kích thước hạt đầu ra. Máy nghiền muối ở Cần Giờ có thể hoạt động ổn định ở các thông số được xác định, đạt mục tiêu sản xuất muối tinh chất lượng cao với năng suất 100kg/h.

4.2. Khuyến nghị để tối ưu tiếp tục

Để tối ưu hóa tiếp tục, khuyến nghị theo dõi định kỳ hiệu suất máy, điều chỉnh bộ thông số theo mùa vụ và điều kiện nguyên liệu. Nên đầu tư vào hệ thống cảm biến tự động để giám sát thực thời và điều chỉnh động các thông số hoạt động, nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất muối tinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền xử lý muối HVTH: Huỳnh Trung Dũng Thành phần tạp chất ---- Ứng dụng Muối biển Các bước của quy trình Công đoạn Thiết bị 1. Nghiền Nghiền búa ướt 2. Ly tâm Máy ly gián đoạn (Basket centrifuge) 3. Phun trộn inode ---- 3.

Dây chuyền theo công nghệ PHABA [11] Hình 1. Hình minh hoạ dây chuyền theo công nghệ PHABA Dây chuyền hiện đang được sử dụng tại: Công ty TNHH MTV Muối Việt Nam – Chi nhánh Hà Nội; Công ty Muối Hải Phòng; Công ty Muối Nghệ An; Công ty Muối Vĩnh Hảo; Công ty Muối Bạc Liêu. Thông tin tổng quan dây chuyền muối Phương pháp Nghiền rửa cơ học Chất lượng muối 99,5 – 99,8 % Tỉ lệ thu hồi muối Cao do quy trình liên tục và hạn chế tổn thất ở khâu nghiền rửa. Hình dạng tinh thể ---- Thành phần tạp chất ---- Ứng dụng Muối biển Các bước của quy trình Công đoạn Thiết bị 7 Chương 1: Tổng quan về dây chuyền xử lý muối HVTH: Huỳnh Trung Dũng 1.

Rửa thô Thùng rửa, Tháp rửa 2. Nghiền rửa Nghiền búa ướt 3. Rửa thứ cấp Tháp rửa (Elutriation tank) 4. Ly tâm liên tục Máy ly tâm đẩy (Pusher centrifuge) 5.

Sàng phân loại ---- Tham khảo các dây chuyền sản xuất muối theo phương pháp nghiền rửa cơ học, dây chuyền sản xuất muối tinh tại Cần Giờ được nghiên cứu chế tạo với sơ đồ các khâu xử lý theo bảng dưới đây: Hình 1. Lưu đồ dây chuyền xử lý muối hiện tại tại huyện Cần Giờ Những cải tiến của dây chuyền xử lý muối hiện tại ở Cần Giờ: - Tham khảo các hệ thống trong và ngoài nước để lựa chọn các phương án thích hợp ở từng khâu để thiết kế dây chuyền chế biến muối phù hợp với hiện trạng sản xuất muối tại huyện Cần Giờ. - Thiết kế cơ khí hoàn chỉnh các module chính của dây chuyền: máy rửa thô, máy nghiền, máy rửa tinh, máy ly tâm, máy sấy, máy sàng. 8 Chương 1: Tổng quan về dây chuyền xử lý muối HVTH: Huỳnh Trung Dũng - Thiết kế hệ thống điện cho từng module để có thể vận hành độc lập.

- Xây dựng giải thuật và lựa chọn bộ điều khiển thích hợp cho từng máy. - Ở khâu nghiền muối: ● Dây chuyền hiện tại nghiên cứu cải tiến việc cấp liệu hạt muối có điều khiển tốc độ, dễ dàng thay đổi lưu lượng rải hạt muối đầu vào. ● Sử dụng cảm biến để đảm bảo khoảng cách khe hở 02 con lăn nghiền. ● Tốc độ 02 con lăn được xây dựng dựa trên tính toán lý thuyết và mô phỏng trước khi áp dụng thực tế để tối ưu hoá quá trình nghiền.

Thông tin tổng quan dây chuyền muối tại Cần Giờ hiện tại Phương pháp Nghiền rửa cơ học Ứng dụng Muối biển Các bước của Công đoạn Thiết bị quy trình 1. Rửa thô Bể rửa vít tải 2. Nghiền Nghiền con lăn (Roll crusher) 3. Rửa tinh Tháp rửa (Elutriator tank) 4.

Vắt nước Máy ly tâm gián đoạn tháo bã tự động nằm ngang 5. Sấy Máy sấy thùng quay 6. Sàng phân loại Máy sàng rung tròn 7. Đóng gói Định lượng cốc đong Thông số muối đầu vào: Bảng 1.

Thông số cơ lý của muối thô tại huyện Cần Giờ theo khảo sát thực tế Tên chỉ tiêu Mức Cỡ hạt, mm, trung bình 5,00 Hàm lượng natri clorua, % khối lượng chất khô 94,29 Hàm lượng chất không tan trong nước, % khối lượng chất khô 1,20 Hàm lượng ion canxi (𝐶𝑎2+), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 0,79 Hàm lượng ion magie (𝑀𝑔2+), % khối lượng chất khô, không lớn 0,56 hơn Hàm lượng ion sulfat (𝑆𝑂42−), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 1,84 Tiêu chuẩn muối theo TCVN: 9 Chương 1: Tổng quan về dây chuyền xử lý muối HVTH: Huỳnh Trung Dũng Yêu cầu về muối tinh thành phẩm (theo tiêu chuẩn TCVN 9639:2013 về muối tinh và TCVN 3974:2015 về muối thực phẩm): Bảng 1. Yêu cầu cảm quan của muối tinh theo tiêu chuẩn TCVN 9639:2013 Tên chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Màu trắng Mùi Không mùi Vị Dung dịch 5% có vị mặn thuần khiết đặc trưng của muối, không có vị lạ Trạng thái Khô rời Bảng 1. Thông số cơ lý của muối thành phẩm theo TCVN 3974:2015 Tên chỉ tiêu Mức Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn 5 Hàm lượng natri clorua, % khối lượng chất khô, không nhỏ hơn 99 Hàm lượng chất không tan trong nước, % khối lượng chất khô, không lớn 0,2 hơn Hàm lượng ion canxi (𝐶𝑎2+), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 0,2 Hàm lượng ion magie (𝑀𝑔2+), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 0,25 Hàm lượng ion sulfat (𝑆𝑂42−), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 0,8 ● Thông số quan trọng và là mục tiêu của máy nghiền là cỡ hạt đầu ra. Theo TCVN 3974:2015, chọn cỡ hạt mong muốn là 𝑑 = 0,8 ÷ 1 (𝑚𝑚) ● Năng suất dây chuyền hiện tại: 100kg/h Đối với nền kinh tế khái niệm muối chất lượng cao được hiểu theo nghĩa muối có màu đẹp (trắng), muối không bị lẫn các tạp chất không tan (hàm lượng chất không tan là không đáng kể), thành phần NaCl chiếm trên 96% về khối lượng và thành phần phi NaCl không có gì đặc biệt (không có tác dụng xấu đến thiết bị sản xuất, sự có mặt của nó trong sản phẩm không làm ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm cũng như không tạo phản ứng không nằm trong mong muốn của nhà sản xuất với các thành phần khác của sản phẩm).

Nếu trong sản xuất muối mà yếu tố quản lý chất lượng sản phẩm không được chú trọng thì nền kinh tế sẽ không có sản phẩm muối đáp ứng đủ các yêu cầu kỹ thuật của các ngành công nghiệp, khi đó các ngành công nghiệp vì sự tồn tại và phát triển của mình sẽ phải tự bươn trải để tìm nguồn nguyên liệu đầu vào phù hợp với yêu cầu kỹ thuật không kể muối đó được sản xuất tại nơi nào. 10 Chương 1: Tổng quan về dây chuyền xử lý muối HVTH: Huỳnh Trung Dũng Đối với đời sống xã hội khái niệm muối chất lượng cao được hiểu theo nghĩa muối có màu đẹp (trắng), muối không bị lẫn các tạp chất không tan (hàm lượng chất không tan là không đáng kể), thành phần phi NaCl không có gì đặc biệt, thành phần NaCl chiếm trên 90% về khối lượng, trong muối có đầy đủ các chất vi lượng mà thiếu nó thì cơ thể con người sẽ phát triển không được bình thường. Sản xuất muối chất lượng cao là công tác đảm bảo mọi công đoạn của quy trình đáp ứng được đầu ra mong muốn của muối chất lượng cao. Phạm vi đề tài: Trong dây chuyền sản xuất muối hiện tại, khâu nghiền muối đóng một vài trò quan trọng trong việc quyết định kích thước hạt muối cuối cùng ở đầu ra, vì muối sau khi nghiền đi qua các khâu khác gần như không thay đổi kích thước.

Trong phạm vi đề tài này, thực hiện mục tiêu xây dựng bộ thông số cho máy nghiền để đạt được kích thước đầu ra 𝑑 = 0,8 ÷ 1 (𝑚𝑚), theo TCVN 3794:2015 về muối thực phẩm với đầu vào là muối lấy mẫu tại huyện Cần Giờ. Bộ thông số máy nghiền được xây dựng bao gồm: ● Tốc độ con lăn cấp nhanh ● Tốc độ con lăn cấp chậm ● Khoảng cách khe hở giữa 02 con lăn ● Lưu lượng khối rải hạt muối đầu vào trống định lượng Bộ thống số sẽ được tính toán sơ bộ, sau đó kết hợp với mô phỏng và lấy số liệu hoạt động thực tế để so sánh, điều chỉnh. 11 Chương 2: Chi tiết về máy nghiền muối đang sử dụng HVTH: Huỳnh Trung Dũng Chương 2: Chi tiết về máy nghiền muối đang sử dụng 2. Chi tiết về nguyên lý máy nghiền: 2.

Mạch nghiền: mạch nghiền hở Bảng 2. So sánh mạch nghiền kín và nghiền hở Mạch nghiền hở (Hình 2.1 a) Mạch nghiền kín (Hình 2.1 b) Nguyên lý hoạt động Thành phẩm của công đoạn Thành phẩm của công nghiền được phân loại dựa đoạn nghiền được phân trên kích cỡ (thường chia ra loại theo kích cỡ. từng loại cho từng ứng dụng Những hạt lớn hơn kích khác nhau), và không được thước yêu cầu được đưa đưa trở lại công đoạn nghiền trở lại công đoạn nghiền. Ưu điểm - Hệ thống đơn giản.

Đạt được kích thước hạt - Vận hành đơn giản. thống có sản lượng nhỏ. - Hiệu suất cao đối với hệ thống có sản lượng lớn. - Chất lượng thành phẩm cao.

Nhược điểm - Hiệu suất không cao đối Hệ thống phức tạp. với những dây chuyền cỡ - Vận hành phức tạp. - Hiệu suất không cao đối - Thành phẩm có thể bị lẫn với hệ thống sản lượng nguyên liệu thô. Phạm vi ứng dụng - Những dây chuyền không - Những dây chuyền yêu yêu cầu tỉ số giảm kích thước cầu tỉ số giảm kích thước (reduction ratio) lớn.

kích thước hạt không quá cao. Lý do giải pháp mạch nghiền hở được sử dụng: ● Năng suất của hệ thống thử nghiệm là không lớn 100𝑘𝑔/ℎ. ● Tỉ số giảm kích thước từ 5 mm đến 0,8 mm không cao, có giới hạn để được tính là cao là 𝑅 = 8 theo [15] ● Hệ thống cần có cấu trúc đơn giản, dễ vận hành. 12 Chương 2: Chi tiết về máy nghiền muối đang sử dụng HVTH: Huỳnh Trung Dũng 2.

Nguyên lý nghiền: Nghiền con lăn (roll crusher) Do tính chất vật liệu cần nghiền là muối có độ bền nén tối đa thấp (khoảng 15 – 20 MPa), nên ta chỉ quan tâm đến 02 nguyên lý: nghiền búa và nghiền con lăn. Các nguyên lý khác được ứng dụng tuỳ vào trường hợp, tuy nhiên vật liệu cần xử lý thường có độ bền nén nhỏ nhất là 115 Mpa. a) Sơ đồ nguyên lý nghiền con lăn; b) Sơ đồ nguyên lý nghiền búa - [12] Nghiền con lăn cho phép: ● Kích thước hạt muối yêu cầu là khá nhỏ (0,8-1mm) ● Kích thước hạt yêu cầu phải đồng đều (𝑑 = 0,9 ± 0,1𝑚𝑚). ● Tỉ lệ thu hồi muối cần đạt mức cao (ít tạo muối vụn).

Số lượng con lăn: 02 con lăn Có 02 phương án phổ biến trong kết cấu tầng nghiền, nghiền con lăn 01 tầng và nghiền con lăn nhiều tầng từ 02 tầng trở lên 13 Chương 2: Chi tiết về máy nghiền muối đang sử dụng HVTH: Huỳnh Trung Dũng Hình 2. a) Nghiền 02 tầng với 04 con lăn; b) Nghiền 01 tầng với 02 con lăn Máy nghiền 01 tầng với 02 con lăn cho phép: ● Kích thước hạt muối đầu vào nhỏ (chỉ khoảng 5 mm). ● Tỉ số giảm kích thước nhỏ, Hệ thống cần có cấu trúc đơn giản, dễ vận hành. ● Kích thước máy không quá lớn, có thể dễ dàng vận hành trong môi trường nhà máy hiện tại ở Cần Giờ.