Thiết kế máy trộn băng xoắn 3 tấn 1giờ

CÌc mÌy trờn vật liệu rởi:I/ CÈ sỡ lý thuyết quÌ trỨnh trờn vật liệu rởi:1/ KhÌi niệm: Trờn lẾ quÌ trỨnh kết hùp cÌc khội lùng cũa cÌc vật liệu khÌc nhau vợi mừcẼÝch nhận Ẽùc mờt hốn hùp

VCNSH-CNTP Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội

em trong suốt những kỳ học vừa qua, cũng nh thời gian làm đồ án môn để em hoàn thành đợc đề tài này.

Sinh viên: Triệu Ngọc Quân

Triệu Ngọc Quân_K5_MTP

VCNSH-CNTP Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội

Lời nói đầu

Trong công cuộc hiện đại hoá đất nớc thì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất do đó của cải làm ra ngày càng nhiều hơn nên tình trạng sản xuất tự cung tự cấp hầu nh không còn tồn tại Nhiều sản phẩm không

những đủ mà còn d thừa để xuất khẩu đặc biệt là các mặt hàng nông sản thực phẩm Vấn đề đợc đặt ra là sản lợng để tăng thì làm thế nào đêt tăng giá trị chất lợng mà điều này phụ thuộc rất nhiều vào khâu chế biến và bảo quản Do đó chế biến và bảo quản là rất quan trọng.

Với đề tài thiết kế Máy Trộn Băng Xoắn 3 Tấn/Giờ với mục đích chế

biến và bảo quản các sản phẩm củ quả nói riêng và chế biến bảo quản các sản phẩm nông sản nói chung đã phần nào giảI quyết những vấn đề đó.

Qua quá trình tính toán và thiết kế dới sự hớng dẫn của thầy giáo Tôn

Anh Minh cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn Máy Và Tự

Động Hoá CNSH-CNTP cộng thêm sự giúp đỡ tận tình của các bạn đã

giúp em hoàn thành đồ án này đúng thời gian cũng nh yêu cầu mà đề tài quy định.

Trong quá trình làm đồ án do kiến thức cũng nh kinh nghiệm trong thực

tế cha vững vàng nên không tránh khỏi những sai xót vì vậy em rất mong

đựơc sự góp ý của các thầy và các bạn.

Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy và các bạn trong bộ môn

cũng nh trong lớp đặc biệt là thầy giáo Giáo s Tíên sĩ Tôn Anh Minh đã

nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án.

Triệu Ngọc Quân_K5_MTP

Chơng 1 Giới thiệu về các quá trình và thiết bị trong đây sản xuất và

chế biến thức ăn gia súc:

A.Giới thiệu quá trình:

Trớc khi sáng lập ra nên Công nghiệp thực phẩm hiện đại thì kỹ thuật sản xuấtthực phẩm và sản xuất thức ăn gia súc đã trải qua con đờng phát triển lâu dài.PhảI cần đến hàng nghìn năm để từ những công cụ thô sơ con ngời mới tiến đếntong xí nghiệp cơ khí hoá hiện đại, trang bị bằng những máy móc phức tạp,những máy tự động và dây chuyền sản xuất tự động

Công nghiệp thực phẩm Liên xô là một khâu quan trọng của nền kinh tế quốcdân gồm có khoảng 30 000 xí nghiệp chế biến các nguyên liệu nông nghiệp cócác tính chất cơ lý, hoá học và sinh học khác nhau và snr phẩm của ngành chănnuôi thành ra thực phẩm và thức ăn gia súc Yêu cầu hàng năm của ngành côngnghiệp trong các thiết bị công nghệ chiếm hàng trăm triệu rúp

Kế hoạch 5 năm phát triển kinh tế quốc dân của Liên xô 1966-1970 đã sựkiến chế tạo một soó lợng lớn máy móc có năng suất cao để sản xuất thực phẩm ,những máy này có thể chế biến một khối lợng nguyên liệu tăng liên tục nhận đợc

từ nông nghiệp thành ra thực phẩm và thức ăn gia súc có chất lợng cao

Muốn thực hiện những nhiệm vụ ấy, đứng trớc nền công nghiệp thực phẩm vànghành chế tạo máy thực phẩm, trong những năm gần đây, các trờng đại học kỹthật phải đào tạo những đội ngũ cần thiết gồm các kỹ s cơ khí loại hình rộng đểkhi ra thực tế công tác họ hoạt động nh sau:

1 thiết kế thiết bị công nghệ mới của các ngành sản xuất thực phẩm khácnhau

2 sử dụng, sửa chữa, láp ráp và hiện đại hoá thiết bị đang ding trong các xínghiệp công nghiệp thực phẩm

3 thiết kế những xí nghiệp mới của các ngành công nghiệp thực phẩm khácnhau

4 nghiên cứu máy, thiết bị tự động và dây chuyền sản xuất

Để đáp úng những đòi hỏi về nhiều mặt của nền công nghiệp và chế tạp máythực phẩm, những kỹ s cơ khí thực phẩm phảI có những kiến thức quan trọngtrong lĩnh vực thiết kế máy, thiết bị tự động và dây chuyền tự động của các ngànhcông nghiệp thực phẩm khác nhau

Trong những điều kiện của ngành công nghiệp hiện đại, phảI có những chuyêngia có kiến thức sâu không chỉ trong khuôn khổ ngành chuyên môn chính mà còncả trong những lĩnh vực khoa học kỹ thuật có liên hệ trực tiếp với nó, bởi vì sựtiến bộ kỹ thuật đợc xác định không chỉ bằng sự phát triển nh thế này hay thếkhác của các ngành khoa học và kỹ thuật, mà chính chúng cũng còn làm phongphú lẫn nhau

để có thể hiểu chi tiết hơn về các máy và thiết bị trong dây chuyền chế biếnthức ăn gia súc thì chúng ta đi vào nghiên cứu cụ thể một số chi tiết chính trongdây chuyền

B Các máy trộn vật liệu rời:

I/ Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu rời:

1/ Khái niệm:

Trộn là quá trình kết hợp các khối lợng của các vật liệu khác nhau với mục

đích nhận đợc một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhấtcủa các phần tử ở mỗi cấu tử trong tất cả khối lợng hỗn hợp, bằng cách sắp xếplại chúng dới tác dụng của ngoại lực Hỗn hợp tạo ra nh thế để tăng cờng quátrình trao đổi nhiệt và trao đổi khối lợng

Ngời ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc sợi bằng các hệ thống cơhọc của nó Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng tháI tột cùngcủa hỗn hợp Trờng hợp lý tởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp gồm hai cấu tử đ-

ợc trình bày ở hình dới đây trong tát cả các mẫu mà chúng ta lấy ra từ hỗn hợp

đều đặn đều có thành phần đồng chất nh nhau Tuy nhiên trạng tháI nh vậy khôngbao giờ đạt đợc trong quá trình trộn cơ học, mà chỉ có thể đạt đợc trạng thái kếcận với trạng thái lý tởng

Trạng thái hốn hợp đều đặn đợc xác định bằng thống kê là trạng thái khôngtrật tự (1.1b) trong trạng thái này xác suất tính toán các phần tử cấu tử kiểm tratrong bất kỳ mẫu nào cũng bằng tỷ lệ của nó trong toàn bộ hỗn hợp Trạng tháikhông trật tự có thể đạt đợc trong công đoạn trộn hỗn hợp.

dtd = √ π ρ 6 m , (mm);

Trong đó: m- khối lợng hạt [kg].

ρ - khối lợng riêng của hạt [g/mm3]

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thớc a1 và a2 thì đờng kính tơng đơngxác định theo công thức:

dtd= √ a1+ a2 ;

Nhờ phân loại bằng cách sàng mà nhận đợc N phần có đờng kính tơng đơng

dtd1 và dtd2, vv…cùng với các phần có khối lcùng với các phần có khối lợng tơng ứng x1, x2,…cùng với các phần có khối l,xn Nh vậy ờng kính tơng đơng của cả tập hợp hạt này có thể xác định gần đúng theo côngthức:

ứng cũng không bằng nhau x1 ≠ x2≠ …cùng với các phần có khối l ≠ Xn, nghĩa là lớp hạt có cáu trúc đaphân tán để mộ tả cáu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mật độ qr(d) (hình10.2a) và hàm phân bố tổng Qr(d) (hình 10.2b) Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d)biểu thị phần hạt có đờng kính nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d=dmin có qr(dmin)=0,còn khi d=dmax có qr(dmax)=1 hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kíchthớc d và giá trị của qr(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích thớc d càng lớn Quan

(hình 10.6)

c.Hình dạng hạt

Hình dạng hạt đợc xác định bằng hệ số hình dạng φ -tỷ số bề mặt F của bề mặthạt có dạng cầu có cùng thể tích V:

Bề mặt riêng của một đơn vị khối lợng hoặc một đơn vị thể tích của lơp hạt gọi

là bề mặt riêng và ký hiệu là O’m hoặc O’v

Bề mặt riêng khối lợng đợc tính theo công thức:

γ :khối lợng thể tích của vật liệu [kg/m3]

ρ:khối lợng riêng của hạt [kg/m3]

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đờng kính tơng đơng khác nhau xác địnhtheo công thức:

Trong đó: τ: ứng suất tiếp

τo: ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ =0)

σ: ứng suất pháp

f:hệ số ma sát trong

ứng suất tách τo chính là độ bền cắt ban đầu của môi trờng vật liệu rời, nó là kết

quả tác dụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong lớp hạt Khi kích thớc củacác hạt rất nhỏ, ứng suất táchcó thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên Lớp hạt ẩm

có ứng suất tách rất lớn và giá trị cức đại của nó có thể xác định theo công thức(khi không đẻ ý đến ảnh hởng của trọng lực):

trong đó: α : sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn [mN/m].

σ:góc thấm ớt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn [độ].

ε:độ rỗng khối hạt, 2,4: hệ số lấy ở điều kiện trung bình.

Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tơng đối nhỏ thì =0 lúc đó:

τ =ƒ.σ + τƒ.σ + τσ

Rút ra: ƒ =ƒ.σ + τ τ.σ + τ σ -1

Nh vậy có nghĩa là hệ số ma sát trong bằng tỷ số giữa ứng suất tiếp gây ra sựchuyển dịch (trợt) trong lớp hạt khô và ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt lớp hạt Trong thực tế ngời ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số

3.Cơ chế quá trình trộn

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tắc dụng của những lực có hớng khác nmhau

và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động tổng hợp của các lực đó Ngoài

ra cơ chế trộn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phơng pháp tiến hành quá trình,nên rất khó mô tả bằng toán học P.M.Latxei (nguời Anh) đã đa ra 5 quá trình cơbản trong các máy trộn nh sau:

a Tạo các lớp trợt với nhau theo các mặt phẳng –trộn cắt

b Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này sang vị trí khác-trộn tối u

c Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ –trộn khuếch tán

d Phân tán từng phần tử do va đập vào thành thiết bị-trộn va đập

e Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp- trộn nghiền

Tuỳ theo kiểu máy trộn mà có thể xuất hiện chỉ một hoặc một số trong 5 quátrình trên khi trộn vật liệu rời

Khi nghiên cứu quá trình trộn thứ ăn gia súc dạng rời khô và ẩm, ngời tanghiên cứu động học quá trình thay đổi phần khối lợng của các cấu tử hoạt động

Từ đó cho they rằng, hỗn hợp đều đặn chỉ có thể đạt đợc trong hệ lý tởng Trong

hệ lý tởng ngời ta phát triển ra hai quá trình tráI ngợc nhau: L sự tạo hỗn hợp và

sự thiên tích ( sự phân chia ngợc lại hỗn hợp đén các cấu tử thành phần) Vì vậutheo các số liệu V.A.Raxkatavoi và P.K.Gievlakov đã dẫn ra rằng, sau mộtkhoảng thời gian trộn các cấu tử thức ăn gia súc hỗn hợp thì hỗn hợp tiến tói trạngthái này, mặc dù vẫn tiếp tục có sự phân bố lại thì một bộ phận nào đó của cáccấu tử lại tách ra khỏi các liên kết cân bằngđó Mặc dù hỗn hợp vẫn tiếp tục có sựphân bố lại, nhng thực ra sự phân bố lại này xảy ra bất lợi Nếu các phần tử củacác cấu tử khác biệt nhau về mặtk kích thớc, hình dạng hoặc tỷ trọng, thì trong hệthống xuất hiện các hiện tợng tự điều chỉnh lại gây nên hỗn hợp cuối cùng không

đồng nhất Sau khi đã đạt tới “trạng tháI cân bằng động học” trong các hỗn hợpkhông lý tởng, nếu tiếp tục quá trình trộn hỗn hợp, mức độ đồng nhất của hỗn hợpgiảm xuống và hỗn hợp chung không đạt đợc trạng tháI hỗn hợp đều đặn (hình10.3b , đờng cong 1 và 2)

Đánh giá tốc độ gia tăng của phần khối lợng cấu tử kiểm tra, thì phơng trình

động học của quá trình trộn trong trờng hợp chung sẽ có dạng”

dt =f n (t )−f0(t )

Trong đó: V : cờng độ của quá trình tạo hỗn hợp [1/s]

Ci : tỉ lệ phần tử kiểm tra [g/g]

t : khoảng thời gian của quá trình trôn [s]

Fn và fo: cờng độ của các quá trình thuận nghịch [1/s]

Từ phơng trình (10.7), hiển nhiên rằng cờng độ trộn hỗn hợp có thể đợc nângcao bằng cách tính toán làm giảm tốc độ quá trình ngợc (sự thiên tích) fo(t) điềunày có thể cố gắng đạt đợc bằng cách làm đều thành phần cỡ hạt của các cấu tử,

ví nh bằng sàng phân lại hoặc nghiền bổ sung để nhận đợc sự nghiền mịn

đối với trộn vật liệu rời và bột nhão, giáo s A.I.Peleiev đã giới thiệu thời gian trộn

t của quá trình trộn đợc xác định theo công thức :

II Phân loại máy trộn vật liệu rời:

1.phân loại theo phơng pháp làm việc

Theo phơng pháp làm việc, các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3 phơngpháp cơ học sau:

a sự chuyển động của các quá trình cánh trộn

b Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn

c Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun.

2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc:

Theo nguyên tắc làm việc, ngời ta chia máy trộn ra làm 2 loại: liên tục và gián đoạn.

Thuộc về máy trộn làm việc gián đoạn gồm những loại sau:

a máy trộn thùng quay

b Máy trộn cánh nằm ngang, thẳng đứng

c Máy trộn vít tải đứng

d Máy trộn lớp sôi có cánh đảo

Thuộc về máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau:

a máy trộn vít tải ngang

b Máy trộn ly tâm

3 Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo:

Về cấu tạo trộn gồm hai loại chính sau đây:

a máy trộn có bộ phận trộn quay:

Loại này đợc dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiều: vít tảI, cánh gạt,hành tinh, cánh quạt…cùng với các phần có khối l u điểm chủ yếu của loại này là chất lợng cao dễ nạp và xả; liệu, dễ sử dụng, làm việc liên tục đợc, có thể trộn vật liệu ở trạng tháI khô, ẩm,lỏng Nhợc điểm là khó làm sạch nhất là khi trộn ẩm , mức tiêu thụ điện năngcao

III Cấu tạo máy trộn thùng quay

Máy trộn thùng quay đợc dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Trongcông nghiệp hóa học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp thực phẩm

để trộn các loại hạt liệu rời, vv…cùng với các phần có khối l

Yêu cầu của vật liệu đa vào trộn phảI rời xốp, dộ kết dính nhỏ và cho phé làmdập nát máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhng đối với loại thùngnằm ngang cũng có thể làm việc liên tục Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộphận dẫn đông và bộ phận đữ

Thùng quay có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo ra dòngvật liệu

Chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ Thông thờng là hình tụ nằm ngang(hình 10-4.1) hoặc thẳng đứng (hình 10-4.2) Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ

điều chỉnh Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền, ngời tadùng thùng quay lục giác nằm ngang (hinh 10-4.3) Loại thùng quay hình trụchéo (hình 10-4.6) bảo đảm trộn nhanh chóng và chất lợng cao, vì ở đây thực hiện

đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộn hớng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lu,

va đập và nghiền

Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ nh trục quay thơng

đI qua theo đờng kính ống (hình trụ), hay trong những trờng hợp riêng có thể cùngvới đờng tâm của hình trụ Trong những máy trộn hình nón, hiệu quả trộn tăng lênnhờ trộn đợc vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón Khi trộn những vậtliệu có khuynh hớng vón cục và khi cần làm ẩm chúng, trong một vài trờng hợp ở cácmáy trộn hình nón có nạp những viên bi cầu bằng kim loại hay bằng sứ, song sự tiếtkiệm của phơng pháp đó không cao, vì rằng cứ mỗi một mẻ trộn phải nạp và tháo bicũng nh lấy riên chúng ra khi tháo thành phẩm Trên hình 10-4.4 và 10-4.5 trình bàycấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hinh côn ngang

Máy trộn dạng nồi quay (hình 10-4.8) gồm chủ yếu có bình chứa dạng lập phơngquay trên trục nằm ngang với đờng tâm quay của bình chứa trùng với đờng chéochính của nó Sử dụng hình dạng lập phơng thay cho dạng hình trụ giảI thích rằng ởtrong những hình trụ dài, khó đảm bảo việc trộn đều và tháo sản phẩm nhanh chóng.Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và có thể còn tăng hiệu quả của nó mạnh hơnnhờ có lắp thêm những cánh đảo quay theo hớng ngợc chiều quay của nồi

IV Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay

Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn quay bao gồmcác cơ cấu trộn, thung trộn và bộ phận dẫn động

Máy trộn dải bng xoắn hình 10-5.1,2,3 thuộc loại máy trộn vận chuyển Việctrộn đợc tiến hành bằng băng xoắn vì vậy, ngoài trộn vật liệu, băng xoắn cong có tácdụng làm dịch chuyển vật liệu trộn Thùng trộn ở máy trộn dải băng xoắn có tácdụng làm dịch chuyển vật liệu trộn Thùng trộn ở mày trộn dải băng xoắn có dạngmáng hay bình kín khi thích ứng làm vịêc với chân không để chuyển chỗ snả phẩmkhi trộn ở hai hớng ngợc chiều nhau, trong một vài cấu tạo của máy trộn dùng băngxoắn ngời ta lắp hai dảI băng có đờng vít trái và băng xoắn dể trộn sản phẩm rời rắn

và đồng thời làm ẩm vật liệu thì trục máy trộn phải có những cào đặc biệt để làmsạch thành máng, khi đó băng phải quay với khe hở thành thùng chỉ vài milimet.Loại máy trộn này đợc sử dụng ở Nhà máy Thức ăn Gia súc An Phúc, Viphaco…cùng với các phần có khối l Máy trộn dạng cánh đảo cũng thuộc loại máy trộn vận chuyển ( hình 20-5.4,5).Việc khuấy trộn đựơc tiến hành bằng cánh đảo, thông thờng thì các cánh này đợc lắpchặt trên trục nằm ngang Các máy trộn loại này có thể làm việc liên tục hay gián

đoạn

ở những máy làm việc liên tục, các cánh đảo đợc lắp chặt trên trục theo đờngren vít, nhằm đảm bảo đồng thời khuấy trộn và chuyển rời sản phẩm dọc trục Chất l-ợng của loại máy trộn này phụ thuộc vào thời gian trộn và đợc xác định bằng thựcnghiêm thời gian trộn phảI phù hợp với thời gian chuyển ròi sản phẩm trong máytrộn từ cửa nạp đến cửa tháo thời gian đó có thể thay đổi bằng cách thay đổi số vòngquay của trục cánh đảo cũng nh góc xoay của cánh đảo đối với trục Trong máy trộndùng cánh đảo làm việc gián đoạn, sản phẩm thờng đợc trộn bong các cánh đảo hớngtâm, hơi nghiêng một chút đối với trục thùng quay Cách bố trí nh vậy của những bộphận làm việc đảm bảo quá trình trộn và đồng thời tuần hoàn sản phẩm ở trong máytrộn