Đề tài : Quá trình nghiền xay xát

Chia sẻ: Bảo Phúc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

534
lượt xem 110
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiền đập là quá trình cơ học nhằm làm nhỏ vật liệu rắn để tăng diện tích bề mặt riêng, tạo điều kiện tốt cho quá trình hoà tan, quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và các yêu cầu công nghệ khác trong các ngành sản xuất lương thực, thực phẩm, chế biến thức ăn chăn nuôi,.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài : Quá trình nghiền xay xát

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ …..   ….. CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM Tên chuyên đề Hãy nêu cơ sở vật lý của quá trình nghiền, các thuyết nghi ền, các nguyên tắc nghiền và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghi ền ? Vì sao có thể nói máy cắt thái, máy xay xát là những tr ường hợp đặc biệt của máy nghiền ? Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Vương Hùng Sinh viên thực hiện: Trương Quốc Hân Lớp: Công Thôn 39A HUẾ, 12/2007 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ. Nghiền đập là quá trình cơ học nhằm làm nhỏ vật liệu rắn để tăng diện tích bề mặt riêng, tạo điều kiện tốt cho quá trình hoà tan, quá trình truy ền nhiệt, chuyển khối và các yêu cầu công nghệ khác trong các ngành sản xuất lương thực, thực phẩm, chế biến thức ăn chăn nuôi,... Ngày nay, khoa học và kỹ thuật không ngừng phát triển tạo điều kiện việc sản xuất ngày càng được cơ giới hoá ở mức cao. Từ đó nhiều loại máy nghiền được ra đời với những đặc tính ưu việt, ứng dụng vào sản xuất đem lại hiệu quả cao. Do đó yêu cầu nắm vững nguyên lý, hiểu rõ bản chất của quá trình làm việc và đặc điểm của quá trình nghiền. Để sử dụng thật thành thạo và có hiệu quả các loại máy nghiền là điều không thể thiếu được đối với các chuyên viên kỹ thuật, ngươi điều khiển máy và công nhân sửa chữa, hiệu chỉnh. Đặc biệt quan trọng hơn nữa là người trực tiếp sử dụng máy. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng các thiết bị nghiền thường có hiện tượng người sử dụng chỉ biết sử dụng một cách thuần tuý, ít người quan tâm đến nguyên lý hoạt động, các yếu tố ảnh hưởng của máy,... Nên nhiều khi gây nên những hậu quả như: làm tiêu tốn nhiều năng lượng cho máy, giảm tuổi thọ của các máy và thậm chí còn gây nên hậu quả đáng tiếc đối với tính mạng con người. Trước những yêu cầu của thực tế như vậy nên tôi th ực hiện chuyên đ ề “Nêu cơ sở vật lý của quá trình nghiền, các thuyết nghi ền, các nguyên tắc nghiền và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghi ền. T ừ đó liên hệ giải thích vì sao có thể nói máy cắt thái, máy xay xát là nh ững trường hợp đặc biệt của máy nghiền”. Nhằm góp phần tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm trong các ngành sản xuất liên quan. Đồng th ời giúp người sử dụng các loại máy nghiền một cách dễ dàng và an toàn trong sản xuất. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. 2.1.Cơ sở vật lý của quá trình nghiền Nghiền là quá trình phân chia vật thể thành các m ảnh vụn b ằng các l ực cơ học trong đó các bộ phận làm việc của máy phải khắc phục được lực liên kết phân tử của các phần tử vật thể kết quả là tạo ra b ề m ặt mới. Bằng kết quả nhiều công trình nghiên cứu của nhà khoa học kết hợp với phương tiện đo đạc tiên tiến đã đi đến kết luận. - Muốn phá vỡ vật thể phải dùng ngoại lực tác dụng sao cho thắng được ứng suất bền của vật thể (ứng suất nén). Khi đó vật th ể chịu biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo (có th ể từ từ hay đ ột ng ột ) và cu ối cùng b ị phá vỡ. Mặc dù ứng suất phá vỡ có thể theo một h ướng nhưng lại gây cho vật thể hiện tượng nén ở nhiều hướng. 2
- Khi có ngoại lực tác dụng gây nên sóng chấn động làm rạn n ứt vật thể. Để vật thể vỡ phải tạo cho sóng chấn động truyền qua h ết vật th ể theo chiều tác động của lực và tốc độ truyền sóng bằng tốc độ âm thanh. - Khi vật thể không phá vỡ mà chỉ bị nứt thì do l ực hút phân t ử, các vét nứt khép lại. Muốn tiếp tục phá vỡ phải tốn thêm năng l ượng đ ể kh ắc phục lực hút phân tử giữa chúng. 2.2.Các thuyết nghiền Nghiền là quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng, vì vậy việc xây dựng các thuyết nghiền nhằm xác định các mối quan hệ giữa năng lượng nghiền với các đặc tính nghiền nhỏ vật thể như: độ nghiền hay độ nhỏ, th ể tích riêng hay thể tích chịu biến dạng sẽ có ý nghĩa rất lớn: - Cho phép ta tìm ra phương hướng để hoàn thành các máy nghi ền, l ựa chọn đúng các kiểu máy đúng với vật liệu đã cho. - Thực hiện quá trình nghiền với mức tiêu thụ năng lượng riêng th ấp nhất, thu được hiệu quả kinh tế cao nhất. Qua thực tế sử dụng máy nghiền cho thấy về mặt tiêu th ụ năng lượng và hao mòn các chi tiết máy thì quá trình nghiền là khá tốn kém. Vì v ậy, yêu cầu đặt ra là chỉ nghiền theo đúng yêu cầu kỹ thuật đặt ra, không nghiền thừa quá mức cần thiết. Có như vậy mới đảm bảo giảm tiêu thụ năng lượng giảm hao mòn và tăng năng suất máy. a) Thuyết diện tích Thuyết diện tích do P.R. Rittinger, (Đức,1867) đề xuất: “Công cần thiết để nghiền vỡ vật thể tỷ lệ thuận với diện tích mới tạo thành”. Bảng 1. Tỷ Độ nghiền Z =Ġ Số phần tử hình lập Số mặt phẳng nghiền số phương đã nghiền vỡ vỡ m l/L n 1/2 2 8 3 1/3 3 27 6 1/4 4 64 9 Giả sử ta có một vật hình lập phương (hình 1) mỗi cạnh bằng L được lần lượt nghiền vỡ thành các hình lập phương mỗi cạnh bằng l: Do đó, ta sẽ suy ra các hệ thức giữa m, n và Z như sau: n − 1) n = Z3 và m = 3(Z-1) = 3( 3 (2.1) Nội dung của thuyết diện tích là: giả thiết muốn làm vỡ vật th ể l ập phương đó bằng một mặt phẳng (vỡ đôi) thì phải tiêu thụ m ột công A. L Nếu nghiền vỡ vật đó thành những vật thể lập phương với mỗi cạnh l = 2 thì phải dùng ba mặt phẳng, khi đó công tiêu thụ sẽ bằng 3A (số phần tử lập phương sẽ được 23 = 8). 3
Hình 1. Sơ đồ các mặt phẳng nghiền L Vậy muốn nghiền thành các phần tử lập phương với mỗi cạnh l = 2 thì phải dùng tới m = 3(Z - 1) mặt phẳng, số phần tử lập phương nghiền là n = Z3. Khi đó công tiêu thụ để nghiền sẽ là: mA = 3A(Z - 1). N ếu g ọi A 1 và A2 là công cần thiết để nghiền vỡ cùng một vật thể hình lập phương với số mặt phẳng nghiền m1 và m2, với độ nghiền tương ứng Z 1 và Z2 thì ta có thể viết tỷ số công nghiền vỡ như sau : A1 m1 A 3 A( Z1 − 1) Z -1 = = =1 (2.2) A 2 m2 A 3 A( Z 2 − 1) Z 2 − 1 Trường hợp Z1 và Z2 lớn, có thể bỏ qua số 1 ở tử số và mẫu số, thì ta có : A1 Z =1 (2.3) A2 Z2 Điều đó chứng tỏ rằng nếu nghiền nhỏ (với các độ nghiền lớn) thì công nghiền tỷ lệ thuận với độ nghiền Z. Nếu coi công A không đổi thì có thể viết: Ar = Kr (Z-1) (2.4) Trong đó: Ar - công tiêu thụ toàn phần; Kr - hệ số tỷ lệ. Ví dụ: Công để nghiền từ độ nghiền Z1 = 4 tới độ nghiền Z2 = 100 sẽ tăng lên như sau: A1 m1 A 3 A( Z1 − 1) 100 − 1 = = = 33 lần = A 2 m2 A 3 A( Z 2 − 1) 4 −1 Để nghiên cứu các hạt có đường kính D = 2cm thành hạt nhỏ có đ ường kính d1 = 0,5cm phải cần tiêu thụ một công là A1 = 13kWh. Vậy muốn nghiền nhỏ hơn nữa tới d2 = 0,1cm thì công cần thiết là: 4
  D  2,0  −1  −1  d2   0,1    Z2 −1      D 2,0   Z −1  −1  −1     d1 0,5 A2 = A1  1  = A1   = 13.   = 82 kWh Từ công thức (2.4) ta lại có: L6 6 − 6  l L  = K’R(sr –Sr) AR = KR (2.5) Từ đó thể hiện rõ công tiêu thụ tỷ lệ thuận với độ tăng diện tích riêng từ lúc đầu của vật thể là Sr = 6/L ứng với kích thước L hoặc D tới khi vỡ thành bột là sr = 6/l ứng với kích thước l hay d. Thuyết diện tích chỉ đúng với trường hợp độ nghiền lớn nghĩa là v ật thể được nghiền nhỏ. Khi độ nghiền nhỏ thì sự sai lệch khi tính càng l ớn. Nguyên nhân do quá trình nghiền các phần tử khi nghiền không hoàn toàn là hình lập phương nên diện tích tổng cộng của nó th ường l ớn h ơn các mảnh vụn hình lập phương có cùng thể tích khoảng 1,2-1,7 lần. Khi tác dụng ngoại lực có những phần tử chưa tách hẳn mà ch ỉ bị nứt, nghĩa là có chi phí công làm biến dạng nhưng chưa được tính đến. b) Thuyết thể tích Thuyết thể tích do V.L. Kiêcpitrôv (Nga, 1874), sau đó F. Kick (Đ ức, 1885) đề xuất: “Công tiêu thụ để nghiền tỷ lệ thuận với thể tích (hay khối lượng) của phần vật thể biến dạng”. Cơ sở của thuyết thể tích là tính công biến dạng của v ật th ể khi nghiền. Liên hệ với công thức lý thuyết bền dựa trên định luật Húc (Hook) để xác định công biến dạng nén, ta thấy có nhiều mặt tương ứng để có thể dùng công thức đó giải thích lý thuyết thể tích khi nghiền. Mặc dù khi nghiền thì vật thể bị phá vỡ ngoài giới hạn bền, mà theo định luật Húc, khi nén ép vật liệu mà tính công thì không để vượt quá giới hạn bền. Hình 2. chỉ sự phụ thuộc giữa lực tác dụng P và độ bi ến d ạng ( c ủa v ật thể. Công tiêu thụ do lực P gây ra biến dạng ( tính như sau: λ A = ∫ Pdλ (2.6) 0 5
Hình 2. Đồ thị phụ thuộc của lực P với độ biến dạng λ Vật thể bị biến dạng chịu lực tác dụng trên chiều dài l, theo định luật Húc ta có: Pl λ= (2.7) EF E - môđun đàn hồi; F - diện tích bị biến dạng. Ta suy ra: p Pl lF 2 2 dP = P l = P2 . A= ∫ EF F 2E 2EF 0 σ2 Hay: A= V (2.8) 2E σ - ứng suất nén khi biến dạng, σ = P/V. V - thể tích của vật biến dạng, V = l.F. Vậy ta có: (2.9) AK = KKV = KKL3 = K’KD3 = KKρm = K”Km Hệ số Kk chính là công riêng, tức là công biến dạng trên m ột đ ơn vị th ể tích: σ2 Kk = Ar = (2.10) 2E . Hệ số Kk là hằng số với những điều kiện định sẵn, phụ thuộc vào vật nghiền và máy nghiền, điều kiện nghiền và được xác định bằng thực nghiệm. Thuyết thể tích nghiên cứu đầy đủ về phần biến dạng của v ật th ể. Nó chỉ phù hợp trong giai đoạn vật thể chưa bị phá huỷ trong khi đó vật th ể nghiền đã bị phá huỷ. Đối với những vật thể có độ nghiền nh ỏ khi bi ến dạng có vết nứt bên trong thì công này được tính đến (kh ắc ph ục đ ược nhược điểm của thuyết diện tích). Tuy nhiên đối với những vật th ể có đ ộ nghiền lớn thì độ biến dạng coi như rất nhỏ dùng thuyết thể tích để tính thì không chính xác. c) Thuyết dung hoà Thuyết dung hoà do Bond F. (1952) đề xuất, phối hợp cả hai thuyết trên như sau: "Công nghiền tỷ lệ với số trung bình nhân của diện tích mới tạo thành S và thể tích chịu biến dạng V ". AB = K VS = K K K D 3 . K R D 2 = KBD2,5 (2.11) Sau khi biến đổi ta lại có: ( ) 1 1 − AB = KB   = K’B D-0,5 Z −1 (2.12)   d D 6
So sánh ba thuyết nghiền trên, ta có thể thấy chúng xuất phát t ừ một dạng tổng quát mà Rundquit A.K. (Liên Xô cũ, 1956) và Charles R. (M ỹ, 1958) đã đề xuất thành một phương trình vi phân như sau: dD dA = - K (2.13) Dm Lấy tích phân phương trình đó, đồng thời cho h ệ số mũ m các giá tr ị: 1; 2 và 3/2, ta sẽ được: d dD D - Với m = 1, A = - K1 ∫ = KK ln = KKlnZ, đó là phương trình theo D d D thuyết thể tích của Kiếcpitrôv - Kích. d 1 1  dD - Với m = 2, A = - K2 ∫  −  = KRD-1(Z - 1) đó là phương 2 = KR d D D D trình theo thuyết diện tích của Rittingher. 1 1 d dD - Với m = 3/2, A = - K 3 ∫ −   đó là phương trình theo 3/2 = KB   D d D D thuyết dung hoà của Bond. Hình thức vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể có thể phân làm bốn giai đoạn liên tiếp: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, sắp bị phá vỡ và giai đoạn phá vỡ. Biểu thức của thuyết thể tích dựa vào quá trình trước lúc nghiền vỡ vật thể, chỉ xét đến dạng năng lượng cho phần th ể tích b ị bi ến dạng của vật thể. Còn biểu thức của thuy ết diện tích dựa vào quá trình đã tạo ra các bề mặt mới sau khi nghiền vỡ vật thể, nghĩa là xét đ ến năng lượng tiêu thụ để tạo ra các diện tích mới. Thực chất năng lượng nghiền vỡ ΣA phải là tổng năng lượng thể tích (biến dạng) và năng lượng diện (phá vỡ). Nếu gọi AV là năng lượng tiêu thụ cho mỗi đơn vị thể tích và A s là năng lượng tiêu thụ cho mỗi đơn vị diện tích, thì ta có thể viết: ΣA = VAV + S AS (2.14) ΣA S Hay: = AV + .AS = AV + SrAS (2.15) V V Trong đó: Sr - diện tích riêng. S Sr = V Ta thấy rằng nếu nghiền to thì diện tích riêng S r nhỏ và số hạng thứ hai có thể bỏ qua được, nghĩa là thuyết thể tích áp dụng phù h ợp cho quá trình nghiền to. Nếu nghiền nhỏ, Sr rất lớn đến mức số hạng thứ nhất có thể bỏ qua được vì tượng đối nhỏ, nghĩa là thuyết diện tích áp dụng cho quá trình nghiền nhỏ sẽ đúng hơn. d) Công thức tổng hợp của P.A Rebinde 7
Do chỗ thiếu sót của thuyết thể tích và diện tích V.S. Rebinde (Liên Xô cũ, 1928) đã đề ra công thức tính công tổng hợp nghiền vỡ v ật th ể nh ư sau: A = f1(V) + f2(S) = AV + AS = kV + αS (2.16) AV - công tiêu thụ cho phần thể tích biến dạng (đàn hồi) ∆ V của vật thể; As - công tiêu thụ cho các diện tích ∆ S mới tạo thành của vật thể; k và α - các hệ số tỷ lệ, trong đó hệ số α có tính đến năng lượng khắc phục sức căng bề mặt của vật thể. V.S. Rebinde giải thích rằng, năng lượng tính theo thuy ết th ể tích s ở dĩ ít sát với kết quả thực nghiệm là vì khi nghiền, trên m ặt v ật th ể tho ạt tiên tạo nhiều vết nứt rạn nhỏ gọi là "miền sắp bị nghiền vỡ". Khi lực bên ngoài không tác động nữa thì các vết rạn nứt thuộc miền đó có thể khép lại do tác dụng của lực hút liên kết phân tử của vật thể. Do đó, số hạng αS là công tiêu thụ để tạo ra diện tích tổng h ợp bởi di ện tích m ới t ạo thành Sm và diện tích của các khe rạn nứt bị khép lại Sk, nghĩa là: αS = α(Sm +Sk) (2.17) Ta có thể nhận xét rằng công AS tạo nên những diện tích mới là hữu ích, còn công AV biến dạng đàn hồi là vô ích. Vì vậy có thể coi hiệu suất AS của quá trình nghiền nhỏ là rất thấp và bằng (A S + A V ) (2.18) Để nâng cao hiệu suất nghiền nhỏ, V.S. Rebinde đề nghị dùng cách giảm độ cứng của vật thể bằng chất lỏng tác động lên bề mặt v ật th ể (hiệu ứng Rebinde) sẽ giảm được công biến dạng đàn hồi. Chất lỏng này khi được ngấm vào vật thể sẽ lấp các khe rạn nứt, ngăn cản không cho các khe đó khép lại làm mất năng lượng khi nghiền vỡ tiếp hoặc dùng cách tăng công AS bằng việc dùng vận tốc nghiền cao để tạo điều kiện "vượt ứng suất " nhiều nhất, nhanh nhất, tạo ra các diện tích mới. e) Công thức thực dụng của Melnhikôv X.V. (Liên Xô cũ, 1952) Các biểu thức xác định năng lượng nghiền nêu trên th ực tế không thể định lượng khi ta cần tìm trị số tuyệt đối cụ thể của nó, các hệ số tỷ lệ chưa biết được cụ thể. Các biểu thức đó chỉ dùng để định tính và tính toán so sánh. Vì vậy, dựa vào công thức Rêbinđer, Melnhikôv đã đề xu ất công thức thực dụng để xác định năng lượng nghiền với mức độ gần đúng, có thể dùng để tính toán cho quá trình nghiền thức ăn chăn nuôi: An = Cn [C v lgZ3 + C s (Z - 1)] , J/kg (2.19) An - năng lượng riêng để nghiền vỡ, có tính đến ảnh hưởng của phương pháp nghiền và cấu tạo của máy nghiền thông qua hệ số thực nghiệm Cn; CV- hệ số tỷ lệ, có thứ nguyên như công riêng (J/kg) và tương ứng với hệ số ở thuyết thể tích; 8
Cs- hệ số tỷ lệ, có thứ nguyên J/kG và tương ứng với hệ số ở thuy ết diện tích (CS=KR/D.ρ). Bảng 2. Trị số của các hệ số Cn, CV, CS của một số loại hạt (theo thực nghiệm của Melnhikôv) Loại Mật độ Đường kính Các hệ số ρ , kg/m3 hạt tương Cn Cv, kJ/kg Cs, đương D, kJ/kG mm Đại 1,30. 103 4,2 8,5 7,5 1,20,3 mạch 1,36. 103 3,8 4,6 8,15 - Mạch 1,36. 103 6,3 10,7 3,66 - Đậu Công thức thực dụng này, cũng như công thức Rêbinđer, có th ể ứng dụng để tính toán quá trình làm nhỏ thức ăn rau cỏ bằng dao thái ở các máy thái rau cỏ rơm. Ta sẽ có: A = AV + AS = Ane + Act (2.20) Ane - công nén ép vật thái, J/kg; Act - công cắt thái, J/kg. Công thức (2.19) cũng có thể được viết ở dạng gọn hơn như sau: An = [C1lgZ 3 + C 2 (Z - 1)] (2.21) Bằng các kết quả khảo nghiệm các loại máy nghiền, thái, ta sẽ xác định các hệ số C1 và C2. Dùng phương pháp bình phương bé nhất, từ các kết quả thực nghiệm cho ta các trị số C1 và C2 như sau: + Đối với hạt đại mạch: C1 = (10(13).103 J/kg và C2 = (6(9).103 J/kg. + Đối với rau cỏ rơm: C1 = (7,5(8,5).103 J/kg và C2 = (0,6(0,9).103 J/kg. Cần nói thêm đối với quá trình làm nhỏ rau cỏ rơm, độ nghiền thái Z=Lc/ Lđ thường rất lớn. Vì vậy, số hạng thứ nhất vế phải của công th ức (2.21) có thể bỏ qua, vì nó nhỏ hơn số hạng thứ hai nhiều lần. Khi đó A n ( Act = C2(Z - 1). Bảng 3. Trị số các hệ số Cn, Cv, Cs của một số rau cỏ rơm Rau cỏ rơm Các hệ số 9
Cn Cv, kJ/kg Cs, kJ/kg Cỏ tươi: + linh 0,20 2,0 0,70,9 lăng 0,10 1,1 -”- + ba 0,23 2,3 -”- lá 0,11 1,1 -”- Cỏ khô: + linh 0,12 1,3 -”- lăng + ba lá Rơm (đại mạch Các nguyên tắc nghiền và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền Các nguyên tắc nghiền Để nghiền nhỏ vật thể các máy nghiền thường làm việc theo các nguyên tắc sau: Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong các máy nghiền được thực hiện nhờ các lực cơ học. Các dụng tác dụng các lực cơ học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiền như trên Hình 3. Tuỳ theo kết cấu của từng loại máy nghiền mà lực phá vỡ vật liệu đem nghiền có th ể là l ực nén ép, c ắt b ổ, va đập, chà xát hoặc do một vài tác dụng trên tác dụng đồng thời. Hình 3. Các dạng lực tác dụng vào vật liệu nghiền a) ép; b) bổ; c) va đập; d) chà xát - Nguyên tắc ép dập: vật thể bị phá vỡ nhờ lực nén ép và d ịch tr ượt khi chúng đi qua khe hở giữa 2 trục trơn đặt song song và chuyển động quay ngược chiều nhau với vận tốc vòng như nhau. Loại này áp dụng cho các máy nghiền hạt kiểu trục, máy cán (hình 3 a). - Nguyên tắc cắt nghiến: vật thể bị phá vỡ bởi lực cắt khi chúng đi vào khe hở giữa 2 trục, bề mặt trục có các rãnh khía ngược chiều nhau với vận tốc vòng khác nhau đặt song song, chuyển động quay (hình 3b). Nguyên tắc này áp dụng trong các máy nghiền hạt kiểu trục cuốn. 10
- Nguyên tắc va đập: vật thể bị phá vỡ nhờ động năng va đập cần thiết (35-80)m/s tuỳ theo tính chất của vật nghiền và kết cấu bộ phận nghi ền (hình 3c). Nguyên tắc này được ứng dụng trong các máy nghiền kiểu búa, máy nghiền răng. - Nguyên tắc chà xát: vật thể bị phá vỡ nhờ lực nén ép và chà sát bởi hai bề mặt nhám của đĩa trong đó có một đĩa chuyển động quay (hình 3d). Nguyên tắc này được áp dụng trong các máy xay kiểu đĩa, máy nghiền chậu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền Có rất nhiều yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình nghi ền xu ất phát từ tính chất của vật nghiền và của máy nghiền. - Tính chất của vật nghiền: độ bền, độ cứng, độ nhớt, độ ẩm, kích thước hình dạng, trạng thái và dạng bề mặt, hệ số ma sát, độ đồng đều. -Tính chất của máy nghiền: cấu tạo bộ phận nghiền; số lượng, kích thước và khối lượng của bộ phận; hình dạng và trạng thái c ủa b ề m ặt nghiền; hệ số ma sát giữa bề mặt nghiền và vật nghiền; vận tốc của bộ phận nghiền; lượng tải cung cấp; điều khiển khí động,.. Riêng đối với máy nghiền búa, có thể nêu tới 30 yếu tố ảnh h ưởng quá trình nghiền đập bằng búa. Hiện nay việc nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố này còn chưa toàn diện, đầy đủ. Hơn nữa, có các yếu tố còn mang tính ch ất ng ẫu nhiên phức tạp. Nói chung, các nghiên cứu về quá trình nghiền hiện nay th ường tập trung vào vấn đề nâng cao chất lượng sản ph ẩm nghiền và gi ảm m ức chi phí năng lượng riêng. Dưới đây trình bày một số yếu tố chính đã được nhiều nhà khao h ọc nghiên cứu. a) Cơ lý tính của vật nghiền (hạt và rau cỏ khô) + Hạt: - Đặc tính bền tĩnh σb® thường được xác định bằng dụng cụ đo ứng suất kéo nén vật liệu - Đặc tính bền động σbt của hạt được xác định bằng phương pháptương tự như phương pháp vật lý Hôpkinxơn (1914): dùng một tấm chắn cứng có dán cảm biến để đo lực va đập và dụng cụ quang điện để đo vận tốc va đập. + Rau cỏ: - Đặc tính bền tĩnh: đối với rau cỏ, dạng chế biến cơ học chủ yếu là cắt thái, do đó đặc tính bền tĩnh được đánh giá bằng lực cản cắt riêng q o (kN/m), ứng suất cắt τ (MPa), công cắt thái riêng Act (kJ/m2) như đã nêu ở mục cắt thái. 11
- Đặc tính bền động: khi chế biển rau cỏ bằng cách nghiền đập (ở các máy nghiền kiểu búa) thì biến dạng chủ yếu của rau c ỏ có th ể xem là biến dạng uốn. Hiện nay ta chưa trực tiếp xác định được đặc tính b ền động khi rau cỏ bị uốn và phá vỡ. Do đó, người ta đã tìm cách xác định gián tiếp theo GS. Kraghelxki I.V. b) Vận tốc nghiền đập cần thiết để phá vỡ vật thể Đối với những máy nghiền búa theo ngyên lý va đập tự do, vận tốc nghiền đập v cần thiết để phá vỡ hạt phải đạt bằng hay lớn hơn một trị số tối thiểu. Cách xác định vận tốc tối thiểu này dựa trên lý thuy ết truy ền sóng chấn động trong vật thể khi va đập (Cơ sở vật lý của quá trình nghiền) và lý thuyết bền của vật thể. c) Búa nghiền với hiện tượng va đập lệch tâm Cấu tạo, hình dạng và số búa là những yếu tố ảnh h ưởng chính. Đặc biệt đối với các búa ở máy nghền thức ăn chăn nuôi, người ta thiết kế theo kiểu bản lề, áp dụng hiện tượng lệch tâm. Trước hết, ta c ần phân tích tính toán để thấy được những tác dụng của cách thi ết k ế này. Khi búa được lắp kiểu bản lề làm việc, nếu gặp một số vật rắn bị vướng lại trong máy, giữa khe đầu búa - sàng, thì búa có thể xoay ngược l ại và trôi qua v ật đó, tránh được gạy vỡ. Đặc biệt là búa được lắp theo bản l ề t ại lỗ có tâm quay, gọi là tâm vận tốc tức thời, sẽ phát huy được hiện tượng “va đ ập lệch tâm”, khiến lực va đâp không dội vào chỗ lắp búa, không gây gãy vỡ chốt lắp búa, không gây những tải đột ngột cho trục máy, tạo điều ki ện cho búa chuyển động ổn định e) Sàng và khe hở giữa đầu búa - sàng Sàng lắp trong máy nghiền bao quanh các đầu búa nghiền có nhiệm vụ lọc cho các bột đủ độ nhỏ lọt và thu ra ngoài, giữ l ại các h ạt bột còn to trong buồng nghiền để tiếp tục được nghiền nữa. Như vậy, kích th ước l ỗ sàng ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhỏ của bột. Tuy nhiên một v ấn đ ề c ần quan tâm là kích thước lỗ sàng cần bao nhiêu để đủ và kịp th ời cho các b ột với độ nhỏ M đạt yêu cầu theo quy định (ví dụ M = 0,5 ÷ 0,8mm) lọt qua mà không gây quá nhiều bụi bột (lượng bụi bột B < 20%). Người ta chưa thể dùng lý thuyết tính toán mà ph ải dựa vào th ực nghiệm để xác định kích thước lỗ sàng cần thiết sao cho đạt yêu cầu về độ nhỏ của bột và các mức tiêu thụ năng lượng riêng th ấp. Để đạt đ ộ nh ỏ M = 0,5 ÷ 0,8mm, kích thước lỗ sàng nên lấy bằng d = 2mm. Mặt khác, cách bố trí lỗ sàng và hệ số rơi của sàng ảnh hưởng đến năng suất của máy. Thường thường, người ta bố trí lỗ sàng tròn bố trí theo hình 6 cạnh và hệ số rơi = 0,10 ÷ 0,35, tuỳ theo độ bền của vật liệu làm sàng. Có những máy nghiền được thiết kế kèm theo một bộ sàng với kích thước lỗ thay đổi, ví dụ, có các lỗ 2; 3; 6; 8mm, để điều chỉnh độ nhỏ của bột theo yêu cầu cho từng loại vật nuôi. Góc bao của sàng quanh rôto (đĩa, trống) nghiền từ 120 o đến 360o. Phần góc không lắp sàng sẽ được thay bằng các tấm đập có cạnh nhám 12
với các gân sắc để tăng cường tác dụng va đập cho vật nghi ền sau khi búa đập bắn vào mặt nhám đó. Mặt sàng với các cạnh sắc của các lỗ cũng có tác dụng như của tấm đập, nhưng hạn chế hơn. Khe hở đầu búa - sàng cũng là yếu tố ảnh h ưởng rõ rệt đến năng lượng và chất lượng. Qua thực nghiệm ta có thể th ấy khe hở này càng l ớn thì nói chung mức tiêu thụ năng lượng riêng càng giảm, độ nhỏ c ủa b ột kém đi. Khe hở này thường thiết kế bằng 520mm. Tuy nhiên, ta cũng cần chú ý đến xu h ướng thiết kế ch ế t ạo máy nghiền sàng ngoài và không sàng để hoặc là không phải ch ế tạo sàng hoặc là đỡ hư hại sàng, đỡ phải thay sàng. f) Vận tốc gió và khí động học trong máy nghiền kiểu búa Khi máy nghiền kiểu búa làm việc, trong buồng nghiền không khí cùng với khối hạt bột chuyển động vòng quanh trên mặt sàng, do tác động của bộ búa hoặc còn do tác động của quạt thu bột nữa. Hiện t ượng l ưu chuyển của khối hạt bột và gió như vậy là bất lợi cho tác dụng va đập của búa. 2.4. Vì sao có thể nói máy cắt thái, máy xay xát là những tr ường hợp đặc biệt của máy nghiền ? Sở dĩ nói như vậy vì máy cắt thái, máy xay xát có c ơ s ở v ật lý và nguyên tắc làm việc dựa trên cơ sở vật lý và nguyên tắc làm vi ệc c ủa máy nghiền. Nguyên lý làm việc của máy cắt thái Thay vì sử dụng búa như ở máy nghiền thì máy cắt thái sử dụng các lưỡi dao gắn vào các trống quay. a) Máy thái rau cỏ Máy thái rau cỏ thướng có nguyên lý làm việc của “dao cầu thái thuốc”, nghĩa là quá trình cắt thái được thực hiện bằng một lưỡi dao chuyển động quay và một lưỡi dao cố định (tấm kê) đồng th ời vật thái được đưa vào cho dao thái Hình 4. Sơ đồ các bộ phận thái rau cỏ a) Sơ đồ máy; b) Bộ phận thái kiểu đĩa, c) Bộ phận thái kiểu trống 13
1- Dao thái; 2- Tấm kê thái; 3-Đĩa bắt dao; 4- Trục cuốn 5- Băng chuyền 6- Vành trống b) Máy thái củ quả Các máy thái củ quả thường theo nguyên lý làm việc của dao “bào gỗ” nghĩa là lưỡi dao được lắp ở khe thủng của thân đĩa hay trống lắp dao sẽ cắt nạo vật thái đang tự vào mặt thân đĩa hay trống lắp dao đó thành những lát thái (dày mỏng tuỳ theo độ nhô của lưỡi dao so với mặt đĩa hay trống lắp dao). Lát thái sẽ trượt trên mặt dao chui qua khe th ủng mà thoát ra phía mặt kia của thân đĩa hay trống lắp dao (hình 5). Nh ư vậy, v ề nguên lý c ấu tạo, máy thái củ quả thường có các bộ phận chính như sau: Bộ phận thái gồm một số lưỡi dao 1 được lắp trên đĩa 2 hay trống 4 ở những khe thủng (để lát thái chui qua). a) b) Hình 5. Sơ đồ cấu tạo bộ phận thái củ quả a) bộ phận thái kiểu đĩa; b) bộ phận thái kiểu trống Nguyên lý làm việc của máy xay xát: Như ta thấy dưới đây là nguyên lý làm việc của máy xay xát và nó d ựa trên nguyên lý ép dập, va đập, chà xát của nguyên lý nghiền đã nói trên. Để phá vỡ lớp vỏ hạt người ta dùng các nguyên lý sau : - Phá vỡ vỏ hạt do ma sát với bề mặt nhám. Theo phương pháp này, cho hạt di chuyển vào máy với vận tốc nhất định. Khi bề mặt h ạt ti ếp xúc v ới bề mặt nhám của máy sẽ hình thành lực hãm chuyển động của hạt, do đó vỏ tróc ra khỏi nhân - Phá vỡ vỏ hạt do kết quả sự va đập nhiều lần của hạt lên b ề m ặt cứng. Phương pháp này dựa trên cơ sở là khi hạt chuy ển động v ới v ận t ốc nào đó do bị va đập nhiều lần lên bề mặt cứng, vỏ h ạt bị vỡ và tách ra khỏi nhân (máy xay kiểu ly tâm hay máy xay kiểu thanh đập, cánh búa). 14
- Phá vỡ vỏ hạt bằng cơ cấu dao. Phương pháp này dựa trên cơ s ở là khi hạt rơi vào khe hở giữa dao tĩnh và dao chuyển động, các lưỡi dao bố trí trên các đĩa quay sẽ xát vỏ, giải phóng nhân (máy xay dao). - Phá vỡ vỏ hạt bằng phương pháp nén và ma sát. Phương pháp này dựa trên kết quả tác dụng của hai bề mặt làm việc, trong đó một mặt chuy ển động còn mặt kia cố định đàn hồi hoặc nhám (máy trục xát, cối xay). - Phá vỡ vỏ hạt bằng phương pháp nén và dịch trượt. Nguyên lý c ơ b ản ở đây là khi hạt rơi vào khe hở giữa các trục quay h ạt b ị nén và d ịch tr ượt, vỏ hạt bị nứt và tách ra khỏi nhân (máy xay có trục bằng cao su hay bằng kim loại) hoặc dòng khí có tốc độ siêu âm (máy xay bằng khí). 3. KẾT LUẬN. Quá trình tìm hiểu các vấn đề của quá trình nghiền, tôi đã nêu lên đ ược: c ơ sở vật lý của quá trình nghiền, các thuyết nghiền, các nguyên tắc nghiền và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền. Đồng th ời gi ải thích được vì sao có thể nói máy cắt thái, máy xay xát là nh ững trường h ợp đặc bi ệt của máy nghiền. Từ đó giúp người sản xuất ứng dụng hợp lý các các lo ại máy nghiền trong quá trình sản xuất ngày càng hiện đại. H ạn ch ế t ới m ức thấp nhất sự hỏng hóc, tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ cho máy đ ồng thời an toàn trong sử dụng. 15
MỤC LỤC 1. ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................1 NỘI 2. DUNG...........................................................................................1 2.1.Cơ sở vật của nghiền lý quá trình .................................................1 thuyết 2.2.Các nghiền..........................................................................2 2.3.Các nguyên tắc nghiền và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền..................................................................................................9 tắc 2.3.1.Các nguyên nghiền...........................................................9 yếu tố ảnh hưởng đến 2.3.2.Các quá trình nghiền........................10 2.4.Vì sao có thể nói máy cắt thái, máy xay xát là nh ững tr ường hợp đặc biệt của máy nghiền ?..................................................................12 3.KẾT LUẬN..........................................................................................14 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 16
- Các thiết bị cơ bản trong công nghệ thực phẩm 5-07 _ TS.Đinh Vương Hùng. - Giáo trình thiết bị bảo quản chế biến nông sản thực phẩm_TS. Đinh Vương Hùng. - Tài liệu từ mạng internet. 17