mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với lưu lượng nước và lực xát

mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với lưu lượng nước và lực xát

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Quan hệ giữa độ ẩm và tỷ lệ gãy vỡ 7

Bảng 2: Bảng tổng hợp các thông số vật lý của hạt gạo ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng 8

Bảng 3: Bảng thống kê lưu lượng nước sử dụng trong quá trình đánh bóng

12

Bảng 4: Bảng tổng hợp thông số áp lực trong buồng xát 14

Bảng 5: Các thông số ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng 14

Bảng 6: Bảng xác định miền nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm bậc I 19

Bảng 7: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa của qui hoạch thực nghiệm bậc I

20

Bảng 8: Bảng xác định miền nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm bậc II 22

Bảng 9: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa của qui hoạch thực nghiệm bậc II

23

DANH MỤC CÁC HÌNH V

Hình 1: Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc và tỷ lệ gãy vỡ 11 Hình 2: Đặc điểm máy đánh bóng dùng nước 12 Hình 3: Bài toán hộp đen 19

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 2

MỤC LỤC 3

NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO 5

1.Mở đầu 5

2.Nội dung khoa học của chuyên đề 6

2.1.Bản chất của quá trình đánh bóng 6

2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng 6

Bảng 1: Quan h giữa đ ẩm và tỷ l gãy vỡ ệ giữa độ ẩm và tỷ lệ gãy vỡ ộ ẩm và tỷ lệ gãy vỡ ệ giữa độ ẩm và tỷ lệ gãy vỡ .7

Bảng 2: Bảng tổng hợp các thông số vật lý của hạt gạo ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng 8 Hình 1: Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc và tỷ lệ gãy vỡ 11

Hình 2: Đặc điểm máy đánh bóng dùng nước 12

Bảng 3: Bảng thống kê lưu lượng nước sử dụng trong quá trình đánh bóng 12

Bảng 4: Bảng tổng hợp thông số áp lực trong buồng xát 14

Bảng 5: Các thông số ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng 14

2.3.Các yếu tố mục tiêu của quá trình đánh bóng 15

2.4.Thiết kế thí nghiệm để xác định mối quan hệ của cường độ dòng điện với lưu lượng nước và áp lực xát 16

Hình 3: Bài toán hộp đen 19

Bảng 6: Bảng xác định miền nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm bậc I 19

Bảng 7: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa của qui hoạch thực nghiệm bậc I 20

Bảng 8: Bảng xác định miền nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm bậc II 22

Bảng 9: Ma trận thí nghiệm dạng mã hóa của qui hoạch thực nghiệm bậc II 23

2.5.Phương pháp xử lý số liệu và xác định mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với lưu lượng nước và áp lực xát 24

2.6.Các kết quả đạt được 25

4.Danh mục tài liệu tham khảo 26

NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO 1.Mở đầu

Trong quy trình chế biến lúa gạo thì công đoạn đánh bóng gạo ở ngay saucông đoạn xát trắng gạo và trước công đoạn tách thóc tinh Như vậy công đoạnlau bóng gạo là công đoạn cuối của việc xay xát từ lúa ra gạo trắng, do đó côngđoạn này quyết định chất lượng cũng như giá thành của gạo Quá trình này ápdụng công nghệ phun sương tạo ẩm kết hợp ma sát giữa các hạt gạo với nhau vàvới dao máy lau bóng, bằng lực ly tâm gạo được làm sạch và đánh bóng bề mặt

Lưu lượng nước cấp vào trong buồng xát ảnh hưởng rất lớn đến đến độbóng cũng như tỷ lệ gãy vỡ của gạo thành phẩm Hiện nay lưu lượng nước đượcđiều chỉnh bởi van cơ Quá trình điều chỉnh tùy thuộc vào kĩ năng của người vậnhành máy, vì vậy quá trình điều chỉnh có sai lệch sẽ ảnh hưởng đến chất lượnggạo thành phẩm cũng như năng suất của máy

Áp lực trong buồng xát máy đánh bóng được tạo nên bởi lực dọc trục vít tảigạo và lực ép tại cửa xả liệu của buồng xát Áp lực buồng xát thay đổi khi lựcdọc trục vít và lực ép tại cửa xả liệu thay đổi

Trong quá trình đánh bóng, nếu áp lực xát quá lớn hay lưu lượng nước điềuchỉnh quá nhiều, các hạt gạo có xu hướng kết dính lại với nhau, cản trở chuyểnđộng của trục chính Khi đó, cường độ dòng điện sẽ tăng cao Và ngược lại, nếu

áp lực xát giảm hay lưu lượng nước điều chỉnh giảm thì cường độ dòng điệncũng giảm theo Do đó, việc theo dõi và giám sát cường độ dòng điện trong quátrình đánh bóng là quan trọng

Báo cáo trình bày mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với lưu lượng nước

2.1.Bản chất của quá trình đánh bóng

Quá trình đánh bóng gạo có thể được xem là quá trình phá hủy bề mặt bênngoài bao bọc hạt gạo và tách nó ra khỏi phần nhân Đồng thời quá trình đánhbóng cũng mài mòn các rãnh trên bề mặt hạt gạo do quá trình xát trắng để lại.Cấu trúc hạt gạo bao gồm phần lõi cứng của lõi (nội nhũ) và lớp cám mềm baophủ bên ngoài hạt nhân vì vậy quá trình đánh bóng ảnh hưởng lớn đến độ vữngchắc của hạt Mục tiêu đạt được là phải tác động lực đủ lớn để thắng được lựcbám của lớp với hạt nhân để tách lớp cám bên ngoài và tránh tác động những lựcquá mạnh làm gãy vỡ cấu trúc hạt bên trong Quá trình bóc tách lớp cám bao bọcbên ngoài hạt gạo dựa trên nguyên lý mài mòn và ma sát giữa các hạt gạo, giữagạo và lưới xát và giữa gạo và dao đánh bóng

Để bóc tách lớp cám bao bọc xung quanh hạt gạo, lớp cám được làm ẩmtrước khi đưa vào máy đánh bóng Do được làm ẩm đã tạo ra một lớp hồ áomỏng bao quanh hạt gạo Trong quá trình đánh bóng, lớp hồ áo này được tách rakhỏi hạt gạo do lực ma sát giữa các hạt gạo với nhau và do tương tác giữa bộphận xát của máy đánh bóng và gạo Do được mài mòn và ma sát với ẩm độ caonên sau khi đánh bóng bề mặt hạt gạo trơn nhẵn và bóng tạo độ trắng và độ bóngcho hạt gạo Vì vậy bản chất của quá trình đánh bóng gạo là quá trình mài mònvà quá trình ma sát diễn ra trong buồng xát

2.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng

- Độ ẩm hạt gạo

Hàm lượng độ ẩm có thể ảnh hưởng quan trọng đến tính chất và giá trị củagạo sau khi xay xát Gạo có hàm lượng độ ẩm ở mức thấp thì có xu hướng cứngvà không đàn hồi hơn các loại gạo có độ ẩm cao Quá trình nấu và các tính chấtkhác cũng bị ảnh hưởng Hàm lượng độ ẩm thấp thường bắt đầu khi thời tiếtnóng, khô của mùa hè hoặc gạo được làm khô Độ ẩm cao thì tỷ lệ gãy vỡ caohơn [19]

Bảng 1: Quan hệ giữa độ ẩm và tỷ lệ gãy vỡ

Tỷ lệ gãy vỡ trung bình của hệ thống xay xát tại những thành phần độ ẩmkhác nhau

Kết luận:

Căn cứ vào cáo báo cáo khoa học trong nước và nước ngoài trên, ẩm độ để

có tỷ lệ gãy vỡ thấp nhất trong quá trình xay xát cũng như xát trắng là 14 -15%

- Thông số vật lý hạt gạo

Trong quá trình chế biến lúa gạo thì thông số về chiều dài, chiều rộng và bề dày là ba kích thước có vai trò quyết định trong việc xác định các tiêu chuẩn thiết kế máy đánh bóng [3, 11] Cụ thể như sau:

Bảng 2: Bảng tổng hợp các thông số vật lý của hạt gạo ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng.

Tài liệu tham

Với kết quả thí nghiệm của các nhà khoa học cho thấy gạo có kích thướcmảnh dài thì tỷ lệ gãy vỡ cao so với các loại gạo tròn Như vậy, đối với các hạtgạo kích thước lớn, hạt dài thì dễ bóc cám, tuy nhiên tỷ lệ gãy vỡ cao Với cáchạt gạo tròn, kích thước bé thì khó bóc cám nhưng tỷ lệ gãy vỡ thấp

- Tỷ lệ gãy vỡ ban đầu

Trước khi qua máy đánh bóng gạo sẽ có một lượng gạo gãy ban đầu,

nguyên nhân gây ra tỷ lệ gãy ban đầu là:

Giống lúa: Độ bạc bụng là một đặc tính phụ thuộc rất nhiều vào giống lúa,

các giống lúa khác nhau có độ bạc bụng khác nhau Các vết bạc bụng xuất hiện ở

phôi nhũ ở giữa hạt hay ở một bên hạt Các hạt lúa bị bạc bụng này khi đem vàoxay xát thường bị gãy ở vị trí này do tinh bột ở vùng bạc bụng có cấu trúc kémchặt chẽ tạo ra các khoảng hở chứa không khí nên rất dễ gãy (Vũ Quốc Trung)Khả năng chống lại các lực cơ học của các giống loại thóc khác nhau làkhác nhau Nó phụ thuộc vào độ cứng (độ trong suốt trong) của nhân, hình dángvà đặc điểm cấu trúc của hạt Hạt trắng trong có khả năng chống bị vỡ nát caohơn hạt trắng đục.Theo M Zislin thì độ lớn lực cần thiết để phá vỡ hạt trắngtrong là 21,8 – 23,2KG/cm2, còn hạt trắng đục là 19,6 – 20,5 KG/cm2.

Hạt bị rạn nứt: Xảy ra khâu thu hoạch và phơi sấy Nguyên nhân hình

thành hạt rạn nứt là do sự kết hợp những thay đổi giữa gradient ẩm và nhiệt độ.Tại thời điểm nào đó mỗi hạt đều tồn tại một chuyển tiếp và điểm này phụ thuộcvào hàm lượng ẩm và nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng lên trong quá trình sấy, hạtchuyển từ cấu trúc cứng (glassy texture) sang cấu trúc mềm (rubbery texture) vàngược lại khi nhiệt độ giảm Và sự chuyển trạng thái trên không đều trong hạtgiữa bên trong và bên ngoài làm phát sinh các vết nứt Trong công đoạn xay xátkhông phải hạt nào cũng bị gãy và thường thì hạt gạo có kích thước trung bìnhvà dài bị rạn nứt dễ gãy trong quá trình xay xát hơn hạt tròn mang vết nứt

Thiết bị sử dụng khi thu hoạch lúa: Việc sử dụng máy suốt điều chỉnh vậntốc trống đập >550 vòng/phút, làm mức độ gãy vỡ hạt tăng lên; đồng thời khe hởgiữa guồng đập và máng đập nhỏ hơn 25mm cũng làm hạt gãy nhiều

Trong quá trình chế biến lúa gạo: tỷ lệ gãy vỡ chỉ xuất hiện trong quá trìnhtách sạn, tách trấu, quá trình xát trắng và đánh bóng Tỷ lệ gãy vỡ liên quan đếnquá trình bóc cám: có nhiều nghiên cứu về mối quan hệ này và đã đưa ra kết luận(kết luận này không thay đổi qua các năm) đó là tỷ lệ bóc cám cao thì tỷ lệ gãyvỡ cao

Như vậy trong quá trình thu hoạch, phơi sấy sẽ tạo ra các vết nứt hoặc gạo

bị gãy bên trong, nguyên nhân này làm cho tỷ lệ gãy vỡ của gạo tăng trong quátrình chế biến và xát trắng Vì vậy bên cạnh việc cải tiến máy xát trắng để giảmtỷ lệ gãy vỡ, tăng tỷ lệ bóc cám thì có thể cải tiến phương pháp thu hoạch, tínhtoán thời gian thu hoạch hợp lý, phương pháp phơi sấy

- Vận tốc trục đánh bóng

Tác giả Nitat Tangpinijkul (2002) đã đưa ra ảnh hưởng giữa tốc độ quay vàtỷ lệ gãy vỡ theo biểu đồ 3.1 Theo biểu đồ này gạo đạt tỷ lệ gãy vỡ thấp nhất tạitốc độ quay của trục là 300 m/phút Vận tốc càng tăng thì tỷ lệ gãy vỡ càng giảm

vì vận tốc tăng thì tốc dộ dịch chuyển của gạo trong bầu xát tăng, thời gian lưulại của gạo trong buồng xát giảm đi, năng suất thiết bị tăng lên Nhưng nếu vậntốc trục xát tăng quá một giới hạn nào đó thì mức bóc cám sẽ giảm và nếu gạovào có độ ẩm cao thì lỗ rây cám dễ bị tắc, chất lượng gạo không đồng đều đồngthời sẽ gây lực ly tâm lớn, lực va đập lớn làm cho gạo bị gãy vỡ nhiều [22]

Hình 1: Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc và tỷ lệ gãy vỡ.

Với các kết quả trên ta nhận thấy vận tốc trục đánh bóng ảnh hưởng đến tỷlệ gãy vỡ gạo trong quá trình đánh bóng Tỷ lệ gãy vỡ đạt giá trị thấp nhất khivận tốc trục đạt ở mức 300 m/phút và khi tăng vận tốc trục đến một giá trị nhấtđịnh thì không ảnh hưởng đến tỷ lệ gãy vỡ vì vậy đây là thông số có thể cài đặtngay từ lúc vận hành máy Hiện nay máy đánh bóng với năng suất 6-7 tấn/giờđang hoạt động với vận tốc trục đánh bóng 298 m/phút tương ứng với vận tốc tối

ưu để đạt được tỷ lệ gãy vỡ thấp nhất vì vậy thông số này không thay đổi trongnghiên cứu cải tiến và thực nghiệm sau này

- Lưu lượng nước

Trong quá trình đánh bóng, việc ngăn ngừa gãy vỡ gạo phụ thuộc vào hai yếu tố, thời gian gạo tiếp xúc với nước và lượng nước chứa trong gạo đánh bóng (trọng lượng của nước chia cho trọng lượng của gạo) Thực nghiệm đã chứng minh thời gian gạo hấp thụ nước ngắn hơn khoảng thời gian mà gạo được làm ẩm là điều kiện an toàn để ngăn ngừa hạt gãy vỡ nhưng cần phải đủ lượng nước

để làm mềm bề mặt để bóc tách dễ dàng lớp aleurone trên bề mặt hạt gạo Vì lý

do này lượng nước cần được giảm thiểu thấp nhất theo điều kiện mà làm cho bề mặt hạt mềm đủ để bóc tách lớp aleurone [15]

Hình 2: Đặc điểm máy đánh bóng dùng nước.

Qua hình 2 (Countersy Satake 1990) ta nhận thấy máy đánh bóng ma sát dùng nước có nhiều ưu điểm hơn đối với máy đánh bóng ma sát chỉ dùng gió Độtrong suốt tăng so với máy đánh bóng ma sát dùng gió đồng thời năng lượng tiêuthụ cũng giảm theo [15]

Từ những nghiên cứu và kết quả trên ta nhận thấy lưu lượng nước cần thiết cho quá trình đánh bóng ảnh hưởng chất lượng gạo tại đầu ra của máy đánh bóng Đây là yếu tố chiếm 45% nghiên cứu trong số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng gạo

- Áp lực trong buồng xát

Áp lực trong buồng xát máy đánh bóng được tạo nên bởi lực dọc trục vít tải gạo và lực ép tại cửa xả liệu của buồng xát Áp lực buồng xát thay đổi khi lực dọc trục vít và lực ép tại cửa xả liệu thay đổi

Áp lực lực dọc trục vít thay đổi khi diện tích lực tác dụng thay đổi và áp lựctại cửa xả liệu thay đổi khi diện tích cửa xả liệu thay đổi Vì vậy thông số ảnh hưởng đến áp lực xát trong buồng xát gồm diện tích trong buồng xát cụ thể là khe hở giữa trục đánh bóng và lưới xát và diện tích cửa xả liệu

Hiện nay khoảng khe hở giữa trục đánh bóng và lưới xát của máy đánh bóng tại Lamico với năng suất 6-7 tấn/giờ được cài đặt là 16 mm Khe hở này vẫn chưa là tối ưu vì người người công nhân sẽ điều chỉnh lại khi tỷ lệ gãy vỡ gạo không đạt theo yêu cầu Điều chỉnh chỉ thực hiện khi máy ngưng hoạt động và quá trình điều chỉnh ảnh hưởng đến toàn bộ kết cấu cụm trục chính Vì vậy cần tiến hành quy hoạch thực nghiệm để tìm ra khoảng khe hở tối ưu trong quá trình vận hành và thông số này không thay đổi trong quá trình vận hành máy Khoảng khe hở tiến hành thực nghiệm từ 12 mm đến 16 mm dựa vào các nghiên cứu và thực tiễn đã phân tích trên

Bảng 4: Bảng tổng hợp thông số áp lực trong buồng xát.

(1987)

Vậy áp lực trong buồng xát biến thiên trong khoảng từ 0, 1 bar đến 0, 5 bar

thước lớn, hạt dài thì dễ bóc cám, tuy nhiên tỷ lệ gãy vỡ cao Với các hạt gạotròn, kích thước bé thì khó bóc cám nhưng tỷ lệ gãy vỡ thấp

để phá vỡ hạt trắng trong là 21,8 – 23,2KG/cm2, còn hạttrắng đục là 19,6 – 20,5 KG/cm2

2.3.Các yếu tố mục tiêu của quá trình đánh bóng

Độ trong suốt là một thuộc tính vật lý cho phép truyền ánh sáng qua một vậtliệu

Độ trong suốt của gạo được xác định bằng lượng ánh sáng xuyên qua gạo sau khi gạo được đánh bóng

 Tỉ lệ gãy vỡ (%)

Tỉ lệ gãy vỡ được xác định bằng tỉ số giữa tổng khối lượng tấm ở đầu ra chia cho tổng khối lượng gạo và tấm ở đầu ra của máy

Mức tiêu thụ năng lượng được xác định bằng lượng tiêu hao năng lượng khiđánh bóng một tấn gạo nguyên liệu đầu vào

2.4.Thiết kế thí nghiệm để xác định mối quan hệ của cường độ dòng điện với lưu lượng nước và áp lực xát

a Mục tiêu thực nghiệm.

Phương pháp qui hoạch thực nghiệm là phương pháp tiến hành thực nghiệmmột cách chủ động để có thể tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết trong quá trìnhnghiên cứu mà vẫn đảm bảo mức độ tin cậy để nhận được mô hình toán học thựcnghiệm phù hợp

Hàm toán được xác định bằng các phương trình hồi qui nghiên cứu ảnhhưởng của các yếu tố đến điều kiện tối ưu của đối tượng nghiên cứu

Phương pháp qui hoạch thực nghiệm cho phép chọn chiến lược nghiên cứuthích hợp trong điều kiện mà người nghiên cứu chưa hiểu biết đối tượng mộtcách toàn diện Đối tượng nghiên cứu càng phức tạp thì hiệu quả của phươngpháp càng cao Sau khi các số liệu thu được trong các thí nghiệm, xử lý và thuđược hàm toán mô tả ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến mục tiêu cầnnghiên cứu và thu được kết quả là tối ưu nhất để ứng dụng vào thực tế sản xuất.Trong đề tài này sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để xác địnhmối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến yếu tố mục tiêu mà cụ thể ở đây làlưu lượng nước, áp lực trong buồng xát, khe hở giữa trục đánh bóng và lưới xátcác yếu tố mục tiêu là tỷ lệ gãy vỡ ,độ trắng, độ bóng Xét xem yếu tố ảnh hưởngnào tác động trực tiếp lên các yếu tố mục tiêu đó Để từ đó đưa ra được mô hìnhtoán điều khiển các yếu tố ảnh hưởng hợp lí nhằm đảm bảo chất lượng gạo đầu

ra theo yêu cầu của nhà sản xuất

b Phương pháp tiến hành thực nghiệm:

 Vật liệu , máy và các thiết bị đo.

- Vật liệu thí nghiệm