CHUYÊN ĐỀ : CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM doc

- Hiểu được nguyên lý hoạt động và nguyên tắc cấu tạo để chọn thiết bị chà đơn giản, rẻ tiền nhưng cho năng suất, chất lượng cao nhằm giảm giá thành sản phẩm - Xác định yêu cầu kỹ thuật

ĐẶT VẤN DỀ

Nông sản là sản phẩm từ nông nghiệp tuy nhiên để phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội thì nông sản được chế biến thông qua công nghệ hiện đại tạo ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu người dân

Trong đó công nghệ chà ép đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các loại dầu chiết xuất từ các sản phẩm nông sản

Trong bối cảnh hội nhập kinh tế thế giới, để có thể cạnh tranh cùng với các thị trường nước ngoài thì vấn đề năng suất và chất lượng sản phẩm phải được đặt lên hàng đầu

Để giải quyết điều thực tế đó thì công nghệ chà ép đã nối tiếp nhau ra đời ngày càng hiện đại và cho năng suất cao, phù hợp với từng loại nông sản và đã phần nào đáp ứng nhu cầu cho xã hội

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Các loại thiếp bị chà ép, tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo, yêu cầu

kỹ thuật của các thiết bị chà ép

2.2 Mục đích nghiên cứu

- Nhằm góp phần sử dụng các thiết bị sấy phù hợp với các loại nông sản ở Việt Nam

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý thiết bị chà ép hợp lý với điều kiện người dân Việt Nam

- Hiểu được nguyên lý hoạt động và nguyên tắc cấu tạo để chọn thiết bị chà đơn giản, rẻ tiền nhưng cho năng suất, chất lượng cao nhằm giảm giá thành sản phẩm

- Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy chà ép để từng bước hoàn thiện công nghệ thiếp bị chà ép ngày càng phù hợp góp phần tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xác định các thông số cơ bản của các bộ phận làm việc chính của thiết bị chà ép

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tìm kiếm thông tin trên mạng và sách bài giảng “Công nghệ và thiết

bị bảo quản nông sản thực phẩm”

4 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Để tách chất lỏng ra khỏi nguyên liệu rắn - lỏng người ta thường dùng các máy chà và máy ép

- Nguyên tắc chà là tạo ra cho nguyên liệu một lực cơ học cần thiết làm cho nó văng ra rồi ép mạnh vào mặt sàng có đục lỗ nhỏ Phần qua sàng là bột chà, phần trên sàng là bã thải ra Nguyên tắc này được dùng trong sản xuất cà chua cô đặc và nhiều loại nước quả có thịt quả Theo nguyên lý này thì bộ phận chà được cấu tạo bởi các cánh đập hoặc roi thép lắp trên trục quay, bao quanh cánh đập hoặc roi thép là sàng có kích thước lỗ phù hợp

- Nguyên tắc ép là tạo ra cho nguyên liệu một lực cơ học cần thiết để phá vỡ màng nguyên sinh chất làm cho dịch bào tiết ra Nguyên tắc này được ứng dụng để sản xuất nước quả không dịch quả hoặc ép dầu trong hạt

có dầu Như vậy, về cấu tạo máy ép gồm có: bộ phận ép kiểu bàn ép với vít

ép quay, bàn ép với truyền động thuỷ lực hoặc khí nén, pít tông với cơ cấu tay quay thanh truyền hoặc bánh lệch tâm,

Do dịch bào trong không bào bị bao bọc bởi nguyên sinh chất Đối với rau quả chất nguyên sinh có tính bán thấm, ngăn cản sự tiết dịch bào Muốn nâng cao hiệu suất ép phải làm giảm tính bán thấm của nguyên sinh chất bằng cách làm biến tính chất nguyên sinh hay làm chết tế bào bằng các phương pháp phá vỡ cấu trúc tế bào, đun nóng, sử dụng nấm men chứa hỗn hợp pectinaza, proteaza, dùng tác dụng của dòng điện Ngoài ra trong khối nguyên liệu ép, các thành tế bào tạo ra bộ khung là những ống mao dẫn chứa đầy dịch bào Khi ép, dịch bào sẽ theo các ống mao dẫn mà chảy

ra Nếu nguyên liệu quá mềm, khi ép nó sẽ thành một khối đặc, các ống mao dẫn bị phá huỷ và dịch bào không chảy ra được Chiều dày lớp nguyên liệu ép lớn thì ống mao dẫn cũng bị tắc Khi ép, cần phải tiêu hao năng lượng để phá vỡ các tế bào, thắng lực liên kết giữa dịch bào và bã, khắc phục sức cản thuỷ lực của các ống mao dẫn và của vật liệu ép Muốn thu được nhiều nước ép, người ta tăng áp suất ép từ từ, vì nếu tăng đột ngột thì ống mao dẫn bị thắt lại và bịt kín Người ta chỉ dùng áp suất cao ở giai đoạn cuối để ép kiệt

Khi ép lấy pha lỏng áp lực ép phải đạt tới trị số giới hạn nhất định tùy theo từng loại vật liệu để phá rách màng tế bào làm cho chất lỏng chảy ra

Ví dụ khi ép các loại quả, do màng tế bào chứa chất lỏng không dai nên lực

ép chỉ cần 7 - 10 at, nhưng khi ép mía áp lực cần đạt 300 - 400 at

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÁY CHÀ ÉP

1 Tính toán công nghệ

a Hiệu suất thu hồi dịch quả

Lượng dịch bào thu được phụ thuộc vào đặc tính, tính chất sinh lý, hoá

lý của các mô được ép và phương pháp sơ chế nguyên liệu

Khi ép nguyên liệu quả có cấu tạo tế bào chứa nguyên sinh chất thấm ướt làm ngăn cản sự tách dịch bào từ các tế bào Như vậy, khả năng thấm ướt của tế bào là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng tách dịch khi ép

Để cho nguyên sinh chất mất hẳn khả năng giữ nước, người ta sơ chế nguyên liệu bằng các phương pháp như nghiền nhỏ (phá vỡ kết cấu tế bào), chần hấp (làm cho các protit của tế bào bị thuỷ phân), làm đông lạnh (bắt đầu làm chết các tế bào do nồng độ muối và axit trong tế bào bị khử nước), bằng dòng điện (làm nguyên sinh chất chết nhanh), Khi ép, tính thấm ướt của tế bào càng cao và sự phá huỷ của màng nguyên sinh chất càng lớn trong quá trình sơ chế thì lượng dịch bào chảy ra càng nhiều

Trong công nghiệp, ép là phương pháp cơ bản để lấy dịch bào từ quả Người ta thực hiện phương pháp đó bằng cách nghiền nhỏ hoặc xé vụn nguyên liệu và tăng áp suất lên từ từ trong quá trình ép Lượng dịch bào chảy ra khi ép phụ thuộc vào độ chặt, kết cấu và chiều dày của lớp thịt quả dưới vỏ trong máy ép, cũng như phụ thuộc vào tốc độ nâng cao áp suất Cần tránh dùng phương pháp tăng nhanh áp suất để không làm giảm tiết diện và bịt kín các mao quản mà dịch bào phải chảy qua Khi ép chỉ dùng

áp lực cao ở giai đoạn cuối cùng để lấy ra hết dịch bào còn nằm trong phần dịch bào dưới vỏ trong của máy ép

Khi độ chặt bình thường thì lớp thịt quả dưới vỏ có những xơ xốp cấu tạo thành tế bào Dịch bào nằm trong các mao quản của cơ cấu màng xốp khi nén nhẹ thì dễ tách ra khỏi lớp xơ xốp và chảy theo các mao quản Trong khi đó những xơ xốp bị biến dạng nhưng không bị phân huỷ

Lượng dịch bào chảy ra được xác định theo công thức:

B = abk(1+ 2)) (3.11) a- hệ số tính tới tổn thất dịch bào do các tế bào bị bịt kín , a= 0,850,95 b- hàm lượng dịch bào trong nguyên liệu, %

k- hệ số đặc trưng cho sự bảo toàn cơ cấu

1- mức độ biến tính của nguyên sinh chất khi sơ chế, 1= 01

2)- mức độ phá vỡ màng nguyên sinh khi ép, 2)= 0,10,2)

1+ 2) < 1

b Hiệu suất thu hồi dầu

Trong sản xuất dầu có hai sản phẩm chính là dầu ép và khô dầu Sản phẩm phụ còn có vỏ hạt Dưới đây trình bày phương pháp tính sản phẩm chính Các ký hiệu tính toán:

Do- hàm lượng dầu của hạt ở điều kiện sản xuất, %

Wo- độ ẩm của hạt trước khi làm sạch, %

Ro- hàm lượng tạp chất của hạt đưa vào sản xuất, %

Rs- hàm lượng tạp chất của hạt sau khi làm sạch, %

Dk- hàm lượng dầu của khô dầu, %

Wk- độ ẩm của khô dầu, %

Wd- độ ẩm của dầu ép, %

Cd - hàm lượng cặn trong dầu ép sau khi lọc, %

Wr- độ ẩm của tạp chất tách ra từ hạt, %

Các công thức tính:

- Tạp chất tách được sau khi làm sạch:

s

s o

w

w w

R







100

100

(3.2))

- Hiệu suất khô dầu lý thuyết:

 k k

s r o o

R w w D R

K















100

100 100

000

.

(3.3)

- Tổn thất dầu theo khô dầu:

100

k lt

dk

D

K

T 

(3.4)

- Hiệu suất dầu lý thuyết:

dk o

- Hiệu suất dầu thực tế:

 d d

lt t

w C

D D







100

100

(3.6)

- Hiệu suất khô dầu thực tế (đã kể tổn thất theo dầu):

100

d t lt

tt

C D K

(3.7)

- Tổn thất ẩm trong sản xuất:

100

d i r lt k o

sx

w D Rw K

w w

(3.8)

Ví dụ: Khi ép dầu lạc nhân có Do = 48%; wo = 8%; Ro = 1%; Rs = 1%; Dk = 5,5%; wk = 5,5%; wd = 0,2)%; Cd = 0,15%; wr = 8%, ta tính được: Klt = 49,438%; Tdk = 2),719%; Dlt = 45,2)81%; Di = 45,44%; Ktt = 49,37%; wsx = 5,194%

2 Tính toán lý thuyết

a Máy chà

- Năng suất máy:



 n tg

DL

Q 0 , 07 2)

D- đường kính của sàng, m

L- chiều dài cánh đập, m

- góc nghiêng của cánh so với trục quay, độ

n- số vòng quay của trục lắp cánh đập, vg/ph

- tổng diện tích lỗ sàng so với diện tích sàng

- Tốc độ dịch chuyển của nguyên liệu:





tg

Dn v

60

 (3.10)

- Thời gian nguyên liệu nằm trong máy:



Dntg

L v

L

t   60 (3.11)

b Máy ép

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép

Hiệu suất của quá trình ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: phẩm chất nguyên liệu, phương pháp sơ chế; cấu tạo, độ dày và độ chắc của nguyên liệu, áp suất ép,

Do dịch bào trong không bào bị bao bọc bởi nguyên sinh chất Đối với rau quả chất nguyên sinh có tính bán thấm, ngăn cản sự tiết dịch bào Muốn nâng cao hiệu suất ép phải làm giảm tính bán thấm của nguyên sinh chất bằng cách làm biến tính chất nguyên sinh hay làm chết tế bào bằng các phương pháp phá vỡ cấu trúc tế bào, đun nóng, sử dụng nấm men chứa

hỗn hợp pectinaza, proteaza, dùng tác dụng của dòng điện Ngoài ra trong khối nguyên liệu ép, các thành tế bào tạo ra bộ khung là những ống mao dẫn chứa đầy dịch bào Khi ép, dịch bào sẽ theo các ống mao dẫn mà chảy

ra Nếu nguyên liệu quá mềm, khi ép nó sẽ thành một khối đặc, các ống mao dẫn bị phá huỷ và dịch bào không chảy ra được Chiều dày lớp nguyên liệu ép lớn thì ống mao dẫn cũng bị tắc

Khi ép, cần phải tiêu hao năng lượng để phá vỡ các tế bào, thắng lực liên kết giữa dịch bào và bã, khắc phục sức cản thuỷ lực của các ống mao dẫn và của vật liệu ép Muốn thu được nhiều nước ép, người ta tăng áp suất

ép từ từ, vì nếu tăng đột ngột thì ống mao dẫn bị thắt lại và bịt kín Người

ta chỉ dùng áp suất cao ở giai đoạn cuối để ép kiệt

Khi ép lấy pha lỏng áp lực ép phải đạt tới trị số giới hạn nhất định tùy theo từng loại vật liệu để phá rách màng tế bào làm cho chất lỏng chảy ra

Ví dụ khi ép các loại quả, do màng tế bào chứa chất lỏng không dai nên lực

ép chỉ cần 710 at, nhưng khi ép mía áp lực cần đạt 300 400 at

- Năng suất máy

Năng suất ép tác động chu kỳ trong trường hợp chung:

Q = m  



K

T H

D K

4

2)

tấn/ca (3.12)) Trong đó:

m - số ngăn chứa vật liệu của máy ép

DK - đường kính trong ngăn chứa

H - Chiều cao ngăn chứa, m

 - Khối lượng thể tích sản phẩm ép, tấn/m3

 - Hệ số tính tới mức độ nạp đầy ngăn chứa (đối với sản phẩm  = 0,75; bã  = 0,85)

T - Số chu kỳ ép

K - Hệ số tính tới sự không tránh được của máy ép đơn giản khi nó có tải và thoát tải và sự dịch chuyển của ngăn (máy ép 1 ngăn m = 1; K = 1;

ép 2) ngăn m = 2); K = 1,2); ép 3 ngăn m = 3; K = 1,3)

 - Thời gian thực hiện một chu kỳ ép, phút

 = 1 + 2) + 3

1 - Thời gian nạp nguyên liệu

2) - Thời gian ép

3 - Thời gian thoát tải

- Chi phí năng lượng cho máy ép

Năng lượng chi phí để máy ép làm việc: truyền động, ép, tách sản phẩm, di chuyển sản phẩm và thắng lực ma sát

Trên cơ sở tính toán giải tích công suất xác định qua mômen xoắn trên trục máy ép để tìm công suất động cơ

Mômen xoắn trên vít cuối cùng:

M1 ; M2) ; M3 ; M4 - mômen lực ma sát của bã với bề mặt buồng ép, với trục và bề mặt trục xoắn

M1 = qFtg( + ) 2)

DC

(3.14)

Q - áp lực riêng cực đại ép bã

F - Diện tích hình chiếu cánh vít lên mặt phẳng vuông góc trục xoắn (bằng diện tích tiết diện ngang buồng ép)

 - Góc nghiêng cánh xoắn

 - Góc ma sát bã với cánh vít

DC - đường kính trung bình của vít trục xoắn

M2) = qnf 2) .L

D 2)



(3.15)

Qr - áp lực hướng tâm cực đại lên bã

f - Hệ số ma sát giữa bã với thành trục (Buồng ép)

D - đường kính ngoài hình trụ (Buồng ép)

L - Chiều dài buồng ép

M3 = qrf1 2) .L

D 2)



(3.16) f1 - Hệ số ma sát giữa bã và trục

D - đường kính trục vít ép

M4 = qf2)S 2)

D

(3.17) f2) - Hệ số ma sát giữa bã và vít của trục xoắn

S - Bước vít

Công suất hữu ích của trục xoắn (không tính hiệu xuất bộ giảm tốc và động cơ) nên dùng công thức:

N = 0,813.10-4qD3, kW (3.18)

 - tốc độ góc trục xoắn, 1/s

q - áp lực ở vòng vít cuối cùng, N/m2)

D - đường kính ngoài trục vít, m

II.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ TỶ LỆ THU HỒI DẦU TRONG CÁC LOẠI MÁY ÉP DẦU VÀ PHƯƠNG

PHÁP LÀM TĂNG HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH ÉP.

Máy ép dầu EP

Máy ép dầu EP (hình 3.3) là loại máy ép kiểu vít, dùng để ép dầu lạc,

đỗ tương, hướng dương,

Nguyên liệu (dạng bột) trước khi đưa vào máy ép được gia nhiệt trong thùng hấp 1 Thùng này có 3 tầng, đáy của mỗi tầng được đốt nóng bằng hơi, có các cửa 5 để lưu thông nguyên liệu từ tầng trên xuống tầng dưới Tầng trên cùng được đốt nóng bổ xung nhờ lắp thêm buồng đốt phụ 2)

Hình 3.3 Máy ép dầu EP

1- thùng hấp; 2)- buồng đốt phụ; 3- trục khuấy; 4- dao khuấy; 5-cửa thông bột tự động; 6- 5-cửa ra bột hấp; 7- puli thùng hấp; 8- bánh răng côn; 9- puli trục khuấy; 10- puli trục vít xoắn cấp liệu; 11- con lăn căng; 12)- tải trọng căng; 13- trục vít xoắn cấp liệu; 14- vít xoắn cấp liệu; 15- van quay; 16- thùng chứa liệu; 17- bệ máy ép; 18- thân hộp giảm tốc; 19- puli dẫn động của thùng hấp; 2)0- puli dẫn động

máy ép; 2)1- trục vào hộp giảm tốc; 2)2)- cặp bánh răng côn; 2)3- cặp bánh răng trụ; 2)4- trục ra của hộp giảm tốc; 2)5- nối trục; 2)6- trục ép; 2)7- vít xoắn ép; 2)8- đai ốc xiết chặt; 2)9- ổ bi đũa chặn; 30- lòng ép; 31- giá đỡ lòng ép; 32)- bạc lót có ren; 33- đai ốc đặc biệt; 34, 35, 36-bánh răng của cơ cấu bạc côn; 37- tay gạt của cơ cấu dịch chuyển bạc côn; 38- khớp vấu; 39- nửa khớp vấu quay; 40- nửa khớp vấu cố định; 41- bạc côn; 42)- dao cắt; 43- ống dẫn nước làm nguội; 44- dụng cụ để tháo lòng ép

Dao khuấy 4 dược lắp trên trục khuấy 3 quay trong thùng hấp có tác dụng làm tơi bột và gạt bột thoát qua các cửa 5 để đưa xuống gia nhiệt ở tầng dưới Sau khi gia nhiệt ở tầng dưới cùng, nguyên liệu được dao khuấy gạt qua cửa 6 vào thùng chứa 16 và được vít xoắn 14 cung cấp vào cho trục ép 2)6 Lượng cung cấp được điều chỉnh nhờ van quay hình cầu 15 Trục ép 2)6 dạng vít, quay trong lòng ép có khe 30 sẽ tiếp nhận nguyên liệu

do vít xoắn 14 cung cấp vào và tiếp tục đẩy chúng di chuyển theo trục ngang Do ma sát giữa nguyên liệu với mặt trong của lòng ép và gân vít, đồng thời ở cửa ra khô dầu phía cuối trục ép có tiết diện thu hẹp nhất so với tiết diện của lòng ép nên nguyên liệu bị nén ép và dầu được thoát ra

Bã (khô dầu) chui qua khe vòng của bạc côn di động 41 ra ngoài và được nghiền vụn nhờ dao 42) gắn trên trục ép Dầu ép chảy qua các khe của lòng

ép vào tấm đáy rồi chảy vào thùng chứa dầu chung

Trên hình 3.4 là sơ đồ cấu tạo trục ép Nó được cấu tạo bởi một trục 1, trên đó lồng nhiều đoạn vít xoắn Đoạn vít xoắn nhận liệu 2) lắp ở phía thùng cấp liệu có gân vít kép và bước vít lớn nhất, tiếp theo đó là các đoạn vít xoắn 3, 4, 5, 6, 7, 8 có gân vít đơn và bước vít ngắn dần để tăng dần áp lực ép ở giai đoạn cuối Giữa các đoạn vít xoắn được lồng thêm các bạc lót trung gian hình côn 9, 10, 11, 12), 13 và các bạc lót phụ hình trụ 14, 15, 16,

17, 18 làm cho đường kính trục thay đổi, tạo cho bột có chuyển động rối để tăng khả năng đảo trộn khi ép Các đai ốc 19, 2)0 dùng để xiết chặt và ép toàn bộ các đoạn vít xoắn và ống lót vào gờ đặc biệt trên trục 1

Hình 3.4 Cấu tạo trục ép Trên hình 3.5 là sơ đồ cấu tạo lòng ép Lòng ép 1 gồm hai nửa giống nhau đặt úp vào nhau, trên ranh giới giữa hai nửa người ta đặt hai dao gạt 4 nhô ra khỏi mặt trong của lòng ép tạo thành hai đường gân góp phần làm cho nguyên liệu chuyển động tịnh tiến dọc trục mà không chuyển động quay tròn tại chỗ Theo chiều dài, lòng ép được chia thành 4 đoạn có đường kính khác nhau Mỗi đoạn lòng ép được tạo nên do nhiều thanh ghi hay tấm có rãnh 5 xếp sát nhau, sao cho giữa chúng có khe hở thích hợp để thoát dầu Lòng ép được đặt trong một giá đỡ, được kết cấu bởi những đai thép 2) và thanh suốt giằng lại với nhau Nửa trên và dưới của lòng ép được ghép chặt với nhau nhờ các bu lông và đai ốc 3 Trục vít được đặt vào trong lòng ép, khi máy làm việc thì trục vít quay còn lòng ép cố định

Khả năng ép kiệt dầu và chất lượng dầu ép phụ thuộc vào áp lực ép,

độ ẩm của nguyên liệu và nhiệt độ trong buồng ép.

- áp lực ép là thông số quan trọng nhất của quá trình ép, nó được tạo nên do sự nén và sự phản kháng của nguyên liệu Trị số của áp lực phụ thuộc chủ yếu vào các thông số về cấu tạo của lòng ép, trục ép và đặc tính

cơ lý của nguyên liệu Thông thường người ta kết cấu trục ép có bước vít

và đường kính thay đổi, sao cho bước vít giảm dần từ cửa vào đến cửa ra còn đường kính thì ở đoạn đầu và cuối lớn hơn ở những đoạn giữa Như vậy, ở đoạn đầu sẽ có bước vít và đường kính lớn để nguyên liệu vào nhanh còn ở đoạn cuối sẽ có bước vít nhỏ và đường kính lớn để nguyên liệu ra chậm, nhờ đó mà áp lực trong buồng ép được tăng dần lên Đặc biệt

là tại cửa ra khô dầu có tiết diện nhỏ hơn tất cả các điểm trên lòng ép đã tạo nên sự tăng đột ngột áp lực đảm bảo cho việc ép kiệt dầu trước khi đẩy

bã ra ngoài