Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:102

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm phân tích mô hình thống kê thực nghiệm về sự ảnh hường hay tác động của các thông số nghiên cứu đến các chỉ tiêu về tỷ lệ sản phẩm nghiền nằm trên sàng Mesh 400 (%) và chi phí điện năng riêng để nghiền (kWh/tấn). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN CHÍ THIỆN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY NGHIỀN BỘT GẠO NƯỚC MNM – TL – 3 CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ NGÀNH : 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS. TRẦN THỊ THANH ĐỒNG NAI, 2014
1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài 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 dưỡng 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 dạng màng và sợi thì yêu cầu về độ nhỏ phải dưới 70 µm 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 100 µm được gọi là công nghệ maicro, còn độ nhỏ dưới 0,1 µm được gọi là công nghệ nano. Công nghệ maicro, nano là những 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 công nghệ maicro thường rất phức tạp về kỹ thuật và công nghệ, cho năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao. Các loại bột được sản xuất từ các hạt lương thực, hay củ quả để làm thực phẩm cho người hầu hết đều 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 cũnh như cấu trúc vật liệu bền hơn so với củ quả. Để nghiền nhỏ hạt lương thực có thể tiến hành nghiền khô và nghiền ướt. Việc nghiền khô thường áp dụng cho sản phẩm 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 mỳ. 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
2 sử dụng ngay cho các khâu chế biến tiếp theo 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. Đại đa số các loại hạt ngũ cốc ở các nước Nam Á và Đông Nam Á hoặc sử dụng ở dạng hạt hoặc chế biến thành sản phẩm dạng màng, sợi nên người ta thường chọn phương pháp nghiền ướt. Thiết bị nghiền ướt trước đây bằng máy nghiền kiểu thớt (cối đá hay xay đĩa), sau khi nghiền sản phẩm phải lọc bằng lắng gạn hay rây ướt. Hiện nay trên thị trường đã bắt đầu sử dụng một số thiết bị nghiền ướt kiểu công nghiệp như máy nghiền búa cánh, máy nghiền côn thủy lực. Đặc biệt là máy nghiền côn thủy lực là mẫu máy ra đời vào những năm đầu 2000 do Trung Quốc là nước duy nhất công bố sản xuất dạng sản phẩm thương mại. Do máy nghiền côn thủy lực là một nguyên lý nghiền mới lại là sản phẩm thương mại, nên lý thuyết tính toán loại máy nghiền này chưa được hệ thống hóa hoàn chỉnh và công bố. Máy nghiền côn thủy lực là loại máy nghiền không dùng sàng để phân ly mà dùng khe hở giữa rô to với buồng nghiền để giới hạn kích thước lớn nhất của sản phẩm nghiền. Nên sản phẩm nghiền chưa đảm bảo yêu cầu về kích thước theo yêu cầu công nghệ. Vì vậy, máy nghiền côn thủy lực chưa được sản xuất ở nước ta tiếp nhận. Trước nhu cầu của sản xuất về mẫu máy nghiền bột nước siêu mịn, nằm 2012 Bộ Giáo dục và Đào tạo đã xét duyệt cho trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và chuyển giao máy nghiền kiểu búa – thủy lực dùng trong công nghiệp chế biến”, mã số B 2012 – 12 – 12 do PGS.TS. Trần Thị Thanh làm chủ nhiệm. Trên cơ sở kế thừa các nguyên lý nghiền bột nước là kiểu côn thủy lực, kiểu xay đĩa và búa cánh, PGS.TS. Trần Thị Thanh cùng các cộng sự đã đề xuất và kiểm chứng bằng thực nghiệm mẫu máy nghiền mới MNM – TL – 3 phối hợp cả 3 nguyên lý nghiền để phát huy ưu thế của mỗi nguyên lý. Máy mô hình thực nghiệm MNM – TL – 3 được thiết kế có năng suất 100 kg/h đạt độ nhỏ sản phẩm nghiền lọt qua lỗ sàng Mesh 230 (kích thước lỗ 63 m). Một trong nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài đã đăng ký là xác định các thông số tối ưu cho mô hình máy nghiền thực nghiệm. Kết quả tính toán tối ưu sẽ làm cơ
3 sở cho việc thiết kế, xây dựng dãy cỡ máy nghiền có các cỡ năng suất khác nhau đồng dạng với mô hình máy nghiền thực nghiệm MNM – TL – 3 nghiên cứu. Đồng thời còn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật quá trình nghiền bột nước phục vụ sản xuất và đời sống khi triển khai kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Vì vậy việc xác định các thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3 có tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học sâu sắc. Được sự chấp thuận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí, phòng Đào tạo sau đại học và Ban giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Thị Thanh, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3” Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả nghiền bột gạo nước trong công nghệ chế biến các sản phẩm lương thực dạng màng và sợi truyền thống của Việt Nam.. Mục tiêu cụ thể: 1) Xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm mô tả sự phụ thuộc của tỷ lệ sản phẩm nghiền nằm trên sàng Mesh 400 (%) và chi phí điện năng riêng để nghiền (kWh/tấn) vào các thông số kết cấu và công nghệ là lượng cung cấp hay năng suất q (kg/ph) khe hở hai đĩa nghiền h1 (mm), khe hở theo phương hướng kính giữa đầu cánh búa và bề mặt lưới sàng h2 (mm), số vòng quay của trục nghiền n (vg/ph) và chi phí nước (thủy lực) qnước (l/ph). 2) Phân tích mô hình thống kê thực nghiệm về sự ảnh hường hay tác động của các thông số nghiên cứu đến các chỉ tiêu về tỷ lệ sản phẩm nghiền nằm trên sàng Mesh 400 (%) và chi phí điện năng riêng để nghiền (kWh/tấn). 3) Xác định các thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu đạt được. 4) Kiểm chứng chế độ làm việc tối ưu của máy nghiền bột gạo nước MNM – TL – 3 năng suất 500 kg/h trong sản xuất.
4 Ý nghĩa đề tài: Ý nghĩa khoa học của đề tài là: Kiểm chứng và nghiên cứu các thông số kết cấu và công nghệ cho mẫu máy nghiền bột gạo nước mới bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là: Kết quả nghiên cứu được tổ chức ứng dụng trực tiếp vào sản xuất. Do đề tài thực hiện là một giải pháp kỹ thuật mới, thời gian thực hiện ngắn, cơ sở vật chất – kỹ thuật, kinh phí, trình độ và kinh nghiệm còn bị hạn chế nên đề tài không tránh những thiếu sót. Tôi xin chân thành cảm ơn sự xây dựng, đóng góp của Quí Thầy – Cô, các Nhà khoa học, kỹ thuật ở các chuyên ngành liên quan cùng các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về máy nghiền bột nước 1.1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về máy nghiền bột nước ở trong nước Bún tươi, bánh tráng, bánh phở, bánh cuốn,… là những thực phẩm truyền thống của dân tộc ta, có mặt ở hầu hết các địa phương trên cả nước. Đây là những sản phẩm được chế biền từ bột gạo sản xuất theo công nghệ nghiền ướt. Trong đó thiết bị chủ yếu để sản xuất là các cối đá làm việc theo nguyên lý nghiền kiểu đĩa trục đứng. Cối đá có thể dùng sức sức người, động cơ, v.v…Đây là loại thiết bị dùng chủ yếu để nghiền bột gạo theo phương pháp ướt ở nước ta từ trước những năm 2.000. Theo nhu cầu xã hội, yêu cầu chuyên môn hóa sản xuất, loại thiết bị này ngày càng tỏ ra làm việc kém hiệu quả do cho năng suất thấp, chất lượng sản phẩm nghiền khó kiểm soát do quy trình nghiền phức tạp vì phải nghiền đi, nghiền lại nhiều lần. Do đó loại thiết bị nghiền cối đá theo nguyên lý nghiền đĩa ngày càng ít sử dụng. Hiện chỉ còn thấy ở một số gia đình nông dân các tỉnh Phía Bắc, hay một số rất ít hộ kính doanh cá thể nhỏ lẻ. Hình 1.1. Máy xay gạo kiểu cối đá (kiểu nghiền đĩa).
6 Theo sự phát triển xã hội, thói quen tự chế biến tại các gia đình và các cơ sở sản xuất bột gạo theo nguyên lý nghiền ướt cũng dần mất đi, để hình thành lên những cơ sở sản xuất chuyên môn hóa với năng suất, hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy đã đặt ra nhu cầu thiết bị nghiền bột ướt mới nhằm khác phục các nhược điểm của các thiết bị nghiền dạng cối đá. Năm 2007, PGS. TS. Trần Thị Thanh và các cộng sự có những công bố đầu tiên về máy nghiền búa-thuỷ lực dùng trong công nghệ nghiền ướt. Một ưu điểm của nguyên lý nghiền này là cho năng suất cao, độ nhỏ bột nghiền có thể đạt công nghệ micro, phù hợp cho các đối tượng dễ nghiền như bùn đỏ là chất thải trong khai thác quặng nhôm. Sản phẩm sau khi nghiền được dùng dùng làm chất keo tụ trong xử lý nước thải. Cấp liệu vào máy nghiền Hình 1.2. Máy nghiền bùn đỏ kiểu búa – thủy lực. Năm 2009, ThS. Nguyễn Thị Kiều Hạnh cùng các cộng sự thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, mã số CS – CB07 – CK – 02 là “Nghiên cứu thiết kế - chế tạo mô hình máy nghiền gạo ứng dụng trong công nghệ sản xuất bún”. Đề tài đã phát triển và ứng dụng nguyên lý nghiền búa – thủy lực vào nghiền gạo là kết quả nghiên cứu của PGS.TS. Trần Thị Thanh vào sản xuất bún tươi. Kết quả nghiên cứu cho thấy máy đạt năng suất 500 kg/h, công suất động cơ truyền động 10 HP, độ
7 nhỏ bột nghiền dưới 70 m. Hiện nay loại máy nghiền này đã được áp dụng khá rộng rãi ở hầu hết các cơ sở sản xuất bún tươi của các tỉnh Phía Nam. Hình 1.3. Lưới sàng máy nghiền gạo ướt. Hình 1.4. Cấu tạo máy nghiền gạo ướt. Tuy nhiên máy nghiền búa – thủy lực kiểu búa dạng cánh cũng còn một số tồn tại như hiệu quả nghiền chưa cao, do quá trình nghiền chủ yếu là do trượt ma sát giữa cánh búa lên lớp vật liệu nghiền và giữa lớp vật liệu nghiền với bề mặt lưới sàng. 1.1.2. Tổng luận các công trình đã công bố về máy nghiền bột nước ở ngoài nước Các kết quả nghiên cứu về nghiền bao gồm việc hoàn thiện lý thuyết, công nghệ và thiết bị nghiền. Về lý thuyết nghiền đã được nhiều nhà bác học quan tâm và giải quyết để xác định cơ chế nghiền vỡ. Năm 1867 nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingơ đã phát minh ra thuyết bề mặt “Công dùng cho quá trń h nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của vật liệu đem nghiền”. Công thức biểu diễn thuyết bề mặt trình bày: As = f (  S) , (J) ; (1.1) Trong đó: As - công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới , [J]; S - diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tích riêng bề mặt). Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều để đánh giá quá trń h nghiền mịn, vì khi đó sản phẩm nhận được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao. Thuyết thể tích được nhà cơ học người Nga V.L. Kirpitrev (1874) đề xuất và
8 được Giáo sư người Đức Ph.Kik(1885) kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa. Nội dung cơ bản của thuyết thể tích là : “Công cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến đổi thể tích của vật liệu” Av = f( V) , (J) ; (1.2) Trong đó: Av - công chi phí để nghiền vỡ vật thể ,[J]; V - phần thể tích vật thể bị biến dạng. Nhưng phần thể tích bị biến dạng V lại tỷ lệ thuận với thể tích ban đầu V của tất cả các cục vật liệu, nghĩa là V = k1. V . Cho nên : Av = k .k1.V = k2.V = kv.D3 Hay : Av = k2.V = k2 .  m = kv/ .m ; (1.3) Trong đó: kv, k, k1, k2 - các hệ số tỷ lệ trong các công thức theo thuyết thể tích. m - khối lượng cục vật liệu nghiền, [kg]. Thuyết thể tích của Kirpitrer -Kik cho kết quả chính xác hơn trong tính toán quá trń h nghiền thô. Bởi vì khi nghiền thô, phần năng lượng chi phí cho biến dạng đàn hồi vật thể là chủ yếu, còn năng lượng chi phí cho việc gia tăng diện tích riêng bề mặt thì không đáng kể. Những người ủng hộ thuyết bề mặt và thuyết diện tích đă tranh luận gay gắt với nhau hơn nửa thế kỷ, nhưng họ không thành công kể cả thuyết thứ nhất lẫn thuyết thứ hai. Bởi vì họ mắc sai lầm, chỉ đứng về một phía và không chú ý đến ảnh hưởng của các điều kiện cụ thể của quá trń h nghiền và dung tích năng lượng của nó (như mức độ phân tán vật liệu, cấu tạo và chế độ nghiền v.v...). Hai thuyết diện tích và thể tích có nhược điểm như đă nêu cho nên Ph.C. Bon(1952) đă đề xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung h ̣a hai thuyết trên. Nội dung của thuyết dung hòa cho rằng: “Công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích (V) và bề mặt (F) của vật liệu đem nghiền”. Adh = k V.F  k k v D3 . k s .D2 Adh = kdh .D2,5 ; (1.4)
9 Sau khi biến đổi chúng ta nhận được : Adh = kdh.  1  1  ; (1.5)  d D Sau này còn có công trń h nghiên cứu của nhà bác học Nga A.K. Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958). Các nhà bác học này đă giới thiệu phương trình: d dA = -c.d ; (1.6) z Trong đó : A - công biến dạng ,[J];  - kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phần tử bột nghiền là d ) , [mm]; c và z - các hệ số. Lấy tích phân phương trń h (1.6) và sau khi cho các giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2, bằng sự tính toán đến giá trị cuối cùng của các kích thước chúng ta sẽ nhận được giá trị gần đúng tích phân có dạng: A = k. Dq ; (1.7) Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3 ; 2 và 2,5. Tương ứng với các biểu thức sau: A v = k v . D3 - Thuyết thể tích của Kirpitrev - Kik. As = k s . D2 - Thuyết diện tích của Ritingo. Adh = kdh . D2,5 - Thuyết dung h ̣a của Bon. Rõ ràng là cả hai thuyết diện tích và thể tích không mâu thuẫn nhau mà chúng bổ sung cho nhau. Nếu nghiền tương đối to (nghiền thô) thì phần diện tích riêng được tạo ra nhỏ, có thể bỏ qua nghĩa là áp dụng thuyết thể tích. Đồng thời qua nghiên cứu cho chúng ta thấy quá trń h nghiền là quá trń h phức tạp bao gồm nhiều biến đổi cơ lý của vật liệu trong khi nghiền. Như vậy các thuyết nghiền nêu trên chỉ là gần đúng để nghiên cứu và được hiệu chỉnh về mặt thực nghiệm. Do chỗ thiếu sót của cả hai thuyết diện tích và thể tích khi dựa vào các tính chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng, Viện sĩ người Nga P.A.Rebinder
10 (1928) đă đưa ra thuyết nghiền tổng hợp còn gọi là thuyết nghiền cơ bản với nội dung như sau: “Công nghiền vật liệu bao gồm công tiêu hao để tạo ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu” và được thể hiện dưới dạng biểu thức sau: Ath = f (V) + f (S) ; (1.8) Trong đó : V- phần thể tích bị biến dạng của vật nghiền S - diện tích riêng bề mặt được gia tăng. Ath = Av + As = k . V + S ; (1.9) Trong đó: Av - công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu ; As - công chi phí cho sự tạo thành các bề mặt mới; k - hệ số tỷ lệ;  - hệ số tỷ lệ có tính toán đến năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng. Từ phương trń h (1.8) cho thấy công đầy đủ để nghiền vỡ vật thể bằng tổng các công chi phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới. Về lý thuyết máy nghiền búa: Theo C.A Steven (1936) thì vận tốc dài của búa nghiền và kích thước lỗ sàng ảnh hưởng rõ ràng tới độ mịn của bột nghiền, vận tốc búa nghiền càng lớn thì nghiền các hạt càng nhỏ. Theo G.F Thomas (1956) cho biết độ mịn của sản phẩm tỷ lệ với khe hở giữa đầu búa tấm đập cũng như tấm sàng. Khe hở thay đổi trong khoảng từ 3 – 9 mm tuỳ theo loại hạt cần nghiền. Còn theo Ing. Friedrich (1958), đối với đa số các loại hạt, kích thước tối ưu khe hở là 8 mm. Theo R.J Baker (1972), tỷ lệ diện tích sàng trong buồng nghiền và kích thước lỗ sàng ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất cũng như hiệu suất của máy. Ông cũng cho rằng nếu diện tích sàng chiếm toàn bộ buồng nghiền thì sản phẩm hơi thô so với khi diện tích sàng có diện tích sàng tỷ lệ thấp hơn. Các nghiên cứu này đều được nghiên cứu và khảo nghiệm trên máy nghiền búa thông thường ( nghiền khô).
11 Các loại máy nghiền thường chỉ được nêu là máy nghiền khô. Trước năm 2.000, việc nghiền ướt chỉ được dùng trong giới hạn một số công nghệ như nghiền ca cao, nghiền sơn hay ở một số rất ít đối tượng nghiền khác. Năm 2011, bắt đầu thấy khái niệm thiết bị nghiền thủy lực, nghiền ướt được công bố trên Internet, mà chủ yếu là của Trung Quốc. Hình 1.5 và hình 1.6 giới thiệu các máy nghiền ướt có nguyên lý làm việc kiểu máy nghiền côn – thủy lực do Trung Quốc sản xuất và chuyển giao thương mại. Các thông số kỹ thuật cơ bản của các loại máy này được nhà cung cấp giới thiệu như bảng 1.1. Hình 1.5. Máy nghiền ướt kiểu trục Hình 1.6. Máy nghiền ướt kiểu trục đứng. ngang. Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản máy nghiền bột ướt.
12 Từ các số liệu của nhà cung cấp công bố cho thấy các mẫu máy nghiền này không phù hợp để nghiền các hạt nông sản trong công nghiệp chế biến, vì yêu cầu đầu vào nguyên liệu phải ≤ 1 mm. 1.2. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 1.2.1. Công nghệ sản xuất bột gạo 1.2.1.1. Giới thiệu chung về gạo Gạo (hình 1.7) là một loại lương thực chính của một số nước trên thế giới như Trung Quốc, Nhật, Philippin, Việt Nam, Thái Lan, Mỹ,… được chế biến từ thóc. Gạo còn là nguyên liệu chế biến thành bột gạo. Từ bột gạo, người ta chế biến ra rất nhiều mặt hàng thực phẩm rất hấp dẫn, gắn liền với đời sống hằng ngày như phở, hủ tiếu, bún, các loại bánh, các sản phẩm ăn liền. Hình 1.7. Hạt gạo. Sản phẩm bột gạo được chế biến theo hai hướng công nghệ là chế biến khô và chế biến ướt (hình 1.8). Hình 1.8. Bột gạo khô và ướt.
13 Theo công nghệ chế biến ướt, sản phẩm bột gạo có thể ở dạng khô hay dạng ướt. Để có sản phẩm ở dạng khô phải qua khâu sấy hoặc phơi. Sản phẩm bột gạo nghiền ở dạng ướt là nguyên liệu dùng để chế biến các sản phẩm thực phẩm dạng màng như bánh tráng, bánh phở, bánh ướt,…hay dạng sợi như bún tươi. Sản phẩm bột gạo nghiền từ công nghệ chế biến ướt được sấy khô dùng làm nguyên liệu dự trữ trong chế biến. Bột gạo theo công nghệ chế biến khô thường chỉ dùng để làm bột ăn hàng ngày, phạm vi sử dụng ít. Hàm lượng dinh dưỡng của bột gạo trình bày như bảng 1.2. Bảng 1.2. Hàm lượng dinh dưỡng của bột gạo. Thành phần Hàm lượng (%) Nước 12.8 Tinh bột 79.5 Protein 5.9 Lipid 2.05 Tro 0.4 Canxi 28 (mg/100g) Photpho 104 (mg/100g) Nguồn: www.khoahoc@.doisong/hatgaovang/ Một số tính chất cơ tính của gạo dùng trong sản xuất tinh bột gạo được cho ở bảng 1.3. Bảng 1.3. Tính chất cơ tính của gạo. TT Nguyên liệu Tính chất cơ lý Kích Độ bền Độ ẩm Hệ số Khối Khối thước (MN/m2) (%) ma sát lượng lượng (mm) với thép riêng thể tích (kg/m3) (kg/m3) 1 Gạo nguyên 35 8,512,4 14 0,30,5 1.150 550 Gạo ngâm 46 1,21,6 4046 0,41,5 1.250 500
14 1.2.1.2. Quy trình chế biến bột gạo Quy trình chế biến bột gạo theo phương pháp ướt trình bày như hình 1.9. Giải thích quy trình: + Ngâm: Mục đích quá trình ngâm là giúp hạt gạo mềm dễ xay mịn. Trong khi ngâm, nước sẽ ngấm vào hạt gạo (hydrat hóa) làm mềm hạt gạo, lớp màng của tế bào, giúp quá trình xay gạo và tinh bột được giải phóng được dễ dàng khi xay. Thời gian ngâm 1-2 giờ ở nhiệt độ thường. + Nghiền : Quá trình nghiền sẽ phá vỡ cấu trúc hạt gạo và lớp màng bao tế bào, giúp giải phóng tinh bột chứa trong bột lạp của tế bào hạt gạo. Ngoài ra quá trình xay còn giúp đồng nhất khối hạt hình thành dạng bột cho bột gạo. Để quá trình xay được dễ dàng, gạo khi xay sẽ được bổ sung với nước. Gạo  Nước  Ngâm  Nước  Xay  Khuấy  Lắng gạn  Chia bột  Phơi khô  Bao gói Hình 1.9. Quy trình chế biến bột gạo theo phương pháp ướt. + Khuấy: Mục đích của quá trình khuấy sẽ giúp các các phân tử tinh bột thoát ra hoàn toàn khỏi các túi bột lạp giúp tăng hiệu suất thu hồi tinh bột. Ngoài ra khi
15 khuấy một số tạp chất nhẹ còn lẫn trong gạo sẽ nổi lên và được loại bỏ dễ dàng. Quá trình khuấy còn giúp lipit (chất béo trong gạo) thoát ra và nổi lên và sẽ được loại bỏ. Nếu không khuấy kỹ thành phần lipit còn lẫn trong bột gạo sẽ tạo mùi khó chịu khi bảo quản. + Lắng gạn: Để tách bột ra khỏi nước có thể dùng 2 cách lọc, lắng gạn hoặc ly tâm. Do các hạt tinh bột có khuynh hướng kết thành khối và rất mịn vì vậy rất dễ làm nghẹt lọc nên làm cho thời gian lọc lâu và như vậy sẽ dễ gây chua bột. Phương pháp lắng gạn có hiệu suất khá tốt và dụng cụ đơn giản, có thể làm với số lượng lớn tuy nhiên thời gian lắng gạn lại kéo dài hơn so với phương pháp ly tâm. Thời gian lắng thường diễn ra trong 3 đến 4 giờ cho một mẽ. Tuy nhiên, phương pháp ly tâm đòi hỏi đầu tư thiết bị tốn kém nên ít được áp dụng. + Chia bột ướt: Sau khi lắng gạn sẽ thu được bột sẽ có dạng bột nhão. Khối bột này sẽ được chia ra trên mâm tre được bọc vải. Khối lượng chia cần đồng đều trên các vĩ nhằm đảm bảo bột khô đều. Lớp vải sẽ giúp việc lấy bột lên dễ dàng khi bột khô. + Phơi hoặc sấy: Bột sau khi chia sẽ được phơi hoặc sấy khô đến dưới 14% ẩm. Thời gian phơi khoảng 4 - 6 giờ. Sau khi bột khô có thể đóng gói và bảo quản bột hoặc có thể nghiền mịn rồi bao gói nhằm tăng giá trị cảm quan và thuận tiện trong chế biến sản phẩm thực phẩm. 1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc các loại máy nghiền gạo theo nguyên lý nghiền ướt 1.2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nghiền thủy lực kiểu búa cánh cố định a) Cấu tạo Máy nghiền thuỷ lực kiểu búa cánh cố định có cấu tạo như hình 1.10. Cấu tạo của máy gồm có rô to 3 trên có gắn các cánh búa 7. Lưới sàng 4 lắp theo chu vi rô to. Ở hai thành buồng nghiền còn lắp các tấm nhám dạng đĩa để tăng hiệu quả quá trình nghiền. Rô to 3 nhận truyền động từ động cơ thông qua bộ truyền
16 động đai 5. Nguyên liệu được chứa và cung cấp từ máng cấp liệu 9 theo kiểu tự chảy. Nước được cung cấp trực tiếp vào quá trình nghiền. Hình 1.10. Sơ đồ máy nghiền thuỷ lực kiểu búa cánh cố định. 1.Vỏ máy; 2.Tấm nhám; 3.Rô to; 4.Lưới sàng; 5.Bánh đai; 6.Trục rô to; 7.Búa nghiền; 8.Nước vào máy; 9.Máng cấp liệu. Nguyên lý làm việc của máy nghiền kiếu búa cánh cố định Nguyên liệu nghiền là gạo đã được ngâm ủ. Nhờ quá trình ngâm nước mà gia tăng độ ẩm và giảm độ bền cơ học của hạt. Các hạt gạo rơi vào trong buồng nghiền sẽ được các búa 7 và đập và quét chuyển động xung quanh buồng nghiền. Dòng nguyên liệu nghiền này sẽ tự va đập, chà xát lên nhau hay bị chà xát với cánh búa, với bề mặt lưới sàng, bề mặt tấm nhám để tạo ra sự phá hủy cơ học. Các phần tử nghiền đủ nhỏ với sự hỗ trợ của chất lỏng để dễ ràng chui qua lỗ sàng. Quá trình nghiền chỉ chấm dứt sau khi các phần tử nghiên thoát ra khỏi buồng nghiền. Như vậy nước đưa vào quá trình nghiền với mục đích nhằm giảm nhiệt độ phát sinh trong quá nghiền và hiện tượng tắc nghẽn lỗ lưới sàng. Sản phẩm nghiền là hỗn hợp nước – bột gạo nghiền. Sản phẩm nghiền sau khi điều chỉnh ẩm độ có thể chuyển đi chế biến trực tiếp hoặc đưa đi làm khô thành dạng bột khô cho phù hợp với yêu cầu công nghệ chế biến hay bảo quản. Với kết cấu đơn giản, thuận tiện sử dụng, làm việc có độ tin cậy cao nên hầu hết các máy nghiền bột gạo ướt trong nước hiện nay dùng nguyên lý làm việc này. Nguyên lý này còn được sử dụng làm nguyên lý nghiền khô các loại hạt lương thực.
17 1.2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc các loại máy nghiền thủy lực kiểu đĩa a) Cấu tạo Máy nghiền đĩa có thể dùng trong công nghệ nghiền khô lẫn nghiền ướt bột vừa và mịn. Máy có 4 dạng máy nghiền như sau: - Máy có trục đứng làm quay đĩa trên. - Máy có trục thẳng đứng làm quay đĩa dưới. - Máy có trục nằm ngang làm quay 1 đĩa. - Máy có trục nằm ngang làm quay cả 2 đĩa. Càc đĩa nghiền thường được chế tạo bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp bột vô cơ cứng. Do lực liên kết của đĩa đá kém hơn đĩa kim loại nên phải làm thêm đai thép và thường cho đĩa đá làm việc với vận tốc tiếp tuyến là 10 m/s đối với trục quay thẳng đứng, tới 18 m/s đối với trục quay nằm ngang. Đĩa gang đúc thì vận tốc tiếp tuyến có thể lên tới 28 m/s, còn đĩa thép đúc đạt tới 68 m/s. Chế tạo đĩa nghiền đảm bảo các yêu cầu : bề mặt nghiền cần có độ cứng cao, độ nhám lớn, cơ tính đồng đều trên toàn bộ bề mặt đĩa nghiền để khi làm việc thì mòn đều, không bị sứt mẻ. Loại đĩa nghiền bằng đá thường được chế tạo từ hỗn hợp các loại bột (bảng 1.4) Bảng 1.4. Thành phần đĩa nghiền bằng đá. Loại mặt đá Thành phần bột nhám Silic Thạch anh manhêdit Magiê clorua Bột nhám 70 - - 15 15 Bột ít nhám 40 30 - 15 15 Silic - 70 - 15 15 Thạch anh - - 70 15 15 Để tăng khả năng nghiền của đĩa, tăng khả năng vận chuyển bột ra khỏi khe nghiền và tăng điều kiện thông gió (khi nghiền khô) hay thoát sản phẩm nghiền khi nghiền ướt,... người ta thường gia công mặt đĩa thành các vành, các rãnh chìm có prôphin hình tam giác trên 2 mặt đĩa (hình 1.11 và hình 1.12). Các rãnh có hai loại hình dạng: cong và thẳng. Rãnh cong có khả năng đẩy hạt đã nghiền ra ngoài mạnh hơn rãnh thẳng. Vì vậy bột sẽ được nghiền to hơn, ít có bụi bột. Cấu tạo chung của máy nghiền thuỷ lực kiểu đĩa chà xát với trục thẳng đứng có sơ đồ cấu tạo như hình 1.13 và với trục nằm ngang có sơ đồ cấu tạo như hình 1.14.
18 Ñóa treân 5-8 35 - 40 Ñóa döôùi R'' 2 R' 2 Hình 1.11. Các vành trên mặt đĩa nghiền. Hình 1.12. Các rãnh trên mặt đĩa nghiền. Hình 1.13. Sơ đồ máy nghiền thuỷ lực kiểu đĩa trục thẳng đứng. 1. Đĩa trên; 2. Thân máy; 3. Cửa nạp liệu; 4. Ổ đỡ; Hình 1.14. Sơ đồ máy nghiền thuỷ lực kiểu đĩa 5,6. Cụm trục quay và đĩa dưới. trục nằm ngang. 1. Hộp cấp liệu; 2. Nam châm; 3. Cửa quan sát; 4. Vít xoắn; 5. Cân điều chỉnh khe hở nghiền; 6. Đĩa đứng yên; 7. Đĩa quay; 8. Cần gạt; 9. Bánh đai dẫn động; 10. Đai truyền động; 11. Cơ cấu tháo.
19 b) Nguyên lý làm việc. Cấu tạo của máy nghiền đĩa loại trục quay nằm ngang được mô tả ở hình 1.15. Hạt nghiền từ hộp cấp liệu 1 chảy qua nam châm tách vụn sắt 2 rồi chảy xuống vít xoắn 4. Vít xoắn này có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền của cặp đĩa nghiền 6 và 7. Đĩa nghiền 6 cố định còn đĩa nghiền 7 được lắp với trục quay do bánh đai 9 dẫn động. Bột nghiền được cần gạt 8 đẩy vào cửa tháo liệu. Điều chỉnh khe nghiền bằng cần 5. Từ trục quay còn truyền động bằng đai 10 lên cơ cấu tháo liệu 11 của hộp chứa liệu 1. Cửa quan sát 3 vừa để theo dõi lớp hạt chảy xuống cặp đĩa nghiền, vừa để lấy vụn sắt bám trên nam châm 2 ra, đảm bảo an toàn cho cặp đĩa nghiền. Máy nghiền đĩa có trục quay thẳng đứng, sau khi chế tạo phải đảm bảo điều kiện: trọng tâm của đĩa quay nằm trên trục quay và trục này cũng là trục quán tính chính của đĩa quay. Có như vậy mới đảm bảo đĩa làm việc cân bằng, không tạo nên tải trọng động tác dụng lên trục và gối trục gây phá hỏng máy. Ngoài khả năng nghiền khô, máy nghiền đĩa còn dùng để nghiền ướt rất thích hợp khi cần sản xuất dịch bột để tách tinh bột, dịch bào của các loại hạt đậu trong chế biến đậu phụ, nước chấm,... 1.2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc các loại máy nghiền thuỷ lực kiểu côn a) Cấu tạo Đây là mẫu máy nghiền mới chưa được sản xuất tại Việt Nam. Máy thường được áp dụng trong quá trình nghiền khô ở dạng nghiền thô phục vụ nghiền đá cho các ngành công nghiệp xây dựng, hóa chất. Máy nghiền thuỷ lực kiểu côn có cấu tạo như hình 1.15. Rô to nghiền 2 có cấu tạo dạng bánh răng côn xoắn nhưng với góc côn của đỉnh rất nhỏ từ 5  150. Các răng và rãnh xoắn trên bề mặt rô to có dạng hình thang cân. Góc xoắn của răng từ 75  850. Bề mặt buồng nghiền có dạng hình côn cũng được gia công thành các răng và rãnh xoắn, với góc côn xấp xỉ góc côn của rô to, còn góc xoắn của răng bằng với góc xoắn của rô to nhưng theo chiều ngược lại. Với cấu tạo như vậy sẽ tăng khả năng nghiền cắt vật nghiền. Khe hở giữa các răng rô to và răng bề mặt