Nghiên cứumột số thông số của máy nghiền xương động vật dạng răng trong dâychuyền sản xuất bột khoáng làm thức ăn chăn nuôi

Được sự giúp đỡ củaPGS.TS Trần Như Khuyên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số thông số của máy nghiền xương động vật dạng răng trong dây chuyền sản xuất bột khoáng là

Đặt vấn đề

Ngành chăn nuôi nước ta những năm gần đây đã có những bước phát triểnvượt bậc Năm 1994 cả nước có khoảng 15 triệu con lợn 3,2 triệu con bò, trên

100 triệu con gia cầm, giá trị sản xuất ngành chăn nuôi đạt khoảng 10.283,2

tỷ đồng Đến năm 2005 tăng lên khoảng 26 triệu con lợn, 4,9 triệu con bò,trên 220 triệu con gia cầm Hiện nay cả nước có khoảng trên 16708 trang trạichăn nuôi và 34202 trang trại nuôi trồng thuỷ sản, dự kiến đến năm 2010tiêu thụ khoảng 11,7 triệu tấn thức ăn chăn nuôi/năm Trong thức ăn chănnuôi thành phần các chất khoáng tuy không cao song hết sức quan trọng vàkhông thể thiếu được Có rất nhiều cách bổ sung các chất khoáng vào thức ăntrong chăn nuôi, trong đó cách dùng bột xương tỏ ra rất hiệu quả Bột chếbiến từ xương ở các xí nghiệp giết mổ động vật có giá trị dinh dưỡng rất cao,khoảng 18÷ 25% Protein, 5% Canxi, 25% Photpho Bột xương có thể bổ sungvào thức ăn hỗn hợp cho chăn nuôi gia cầm khoảng 7,5% và cho chăn nuôilợn khoảng 5÷ 10% chủ yếu nhằm cân đối Canxi và Photpho Dự kiến đếnkhoảng năm 2010 nước ta cần khoảng 878.000 tấn thức ăn khoáng cho chănnuôi mỗi năm Hiện nay đã có các nhà máy chuyên sản xuất thức ăn khoángcho chăn nuôi Trong dây chuyền sản xuất thức ăn khoáng thì khâu nghiền làkhâu quan trọng nhất Để nghiền nguyên liệu xương (dạng cục) thì các máynghiền búa va đập mềm làm việc kém hiệu quả trong khi đó các máy nghiền

va đập cứng tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn Như vậy việc nghiên cứu máynghiền xương động vật trong dây chuyền sản xuất bột khoáng làm thức ănchăn nuôi là việc làm cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn cao Được sự giúp đỡ củaPGS.TS Trần Như Khuyên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số thông số của máy nghiền xương động vật dạng răng trong dây chuyền sản xuất bột khoáng làm thức ăn chăn nuôi”.

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bột xương động vật

Chăn nuôi nước ta trong những năm gần đây đạt mức tăng trưởng khá,bình quân trên 8%/năm Trong những năm tới ngành chăn nuôi Việt Namchắc chắn sẽ còn phát triển mạnh vì: GDP của nước ta hàng năm tăng khoảng7-8% năm, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm chất lượng cao, thực phẩm an toànngày càng tăng Tiêu thụ thịt, trứng bình quân theo đầu người của nước tahiện nay còn thấp, chỉ bằng khoảng 40-60% so với các nước trong khu vực.Thức ăn công nghiệp dùng trong chăn nuôi mới chỉ đạt khoảng 30% tổnglượng thức ăn của chăn nuôi (các nước trong khu vực bình quân khoảng 50-70%) Thức ăn là điều kiện quan trọng để phát triển chăn nuôi 65-75% giáthành của sản phẩm chăn nuôi là chi phí cho thức ăn, như vậy giá thức ănchăn nuôi cao hay thấp đều ảnh hưởng trực tiếp đến đầu ra của sản phẩm chănnuôi Nguyên liệu chính để sản xuất thức ăn chăn nuôi là ngô, đậu tương, cámgạo, sắn lát khô, khô dầu lạc, bột cá, xương động vật và các chất vi lượngkhác Các nguyên liệu này ở Việt Nam tương đối phong phú Nhưng để chếbiến nó thành các loại thức ăn chăn nuôi công nghiệp có chất lượng và hiệuquả cao vẫn đang là vấn đề cần quan tâm giải quyết

Sử dụng thức ăn công nghiệp sẽ tiết kiệm được một lượng thức ăn rất lớn.Theo số liệu nghiên cứu của Trung Quốc việc sử dụng thức ăn truyền thống

so với thức ăn công nghiệp như sau:

Bảng 1.1: So sánh lượng thức ăn truyền thống với thức ăn công nghiệp

TT Sản phẩm chăn nuôi Lượng thức ăn

truyền thống (kg)

Lượng thức ăn công nghiệp (kg)

chăn nuôi cũng cần phải có những chuyển biến kịp thời để đáp ứng nhu cầu,đòi hỏi của sản xuất So với một số quốc gia khác ở châu á cũng như trên thếgiới thì sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp của nước ta còn quá ít, nănglực sản xuất thức ăn chăn nuôi ở nước ta còn rất khiêm tốn, việc sản xuất bộtkhoáng để bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi chưa được quan tâm đúng mức Đểphát triển mạnh được ngành chăn nuôi, có được khối lượng hàng hóa lớn, chấtlượng sản phẩm cao và có khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới cầnphải đẩy nhanh công nghiệp sản xuất chế biến thức ăn chăn nuôi Trên cơ sở

số lượng vật nuôi hiện có và dự kiến đến năm 2010 thì lượng thức ăn chănnuôi dự tính để đáp ứng được nhu cầu của ngành chăn nuôi thể hiện qua bảngsau:

Bảng 1.3 Dự tính nhu cầu thức ăn cho một số vật nuôi 2000-2010

Sản lượng thức ăn chăn nuôi (triệu

tấn)

Nhu cầu thức ăn chăn nuôi ngày càng lớn, yêu cầu máy móc chế biến màtrong đó có máy nghiền cũng ngày càng tăng lên Các máy nghiền đang sửdụng hiện nay ở nước ta có chi phí năng lượng riêng cao (khoảng 20-30kWh/tấn), do đó việc nghiên cứu tạo ra các mẫu máy mới có chi phí năng

lượng riêng thấp có một ý nghĩa thiết thực, đem lại hiệu quả kinh tế cao luônluôn là mục tiêu phấn đấu của các nhà nghiên cứu.

1.2 Đặc điểm về cấu tạo và tính chất của xương động vật

1.2.1 Đặc điểm về cấu tạo của xương động vật

Trong cơ thể động vật, xương đóng vai trò quan trọng, chúng làm nhiệm

vụ chống đỡ, bảo vệ cơ thể, ngoài ra xương còn đóng vai trò quan trọng trong

sự chuyển hoá một số chất, đặc biệt là muối, vôi Cấu tạo của tổ chức xươngcũng rất đặc biệt nhằm thích nghi với chức phận chống đỡ của tổ chức liênkết Từ lâu đã có nhiều công trình nghiên cứu về xương Các tác giả đã khámphá ra trong bộ xương có khoảng 200 xương riêng biệt Căn cứ vào hìnhdạng của xương mà người ta chia xương ra làm các loại như sau:

Xương dài: Là loại xương hình trụ có ống, xương này chia làm 3 phần:Giữa là cán xương (dyaphysis) và hai đầu là xương (epyphysis) Xương dài cótác dụng làm cán vận động, đồng thời có tác dụng chống đỡ toàn thân Chính

vì vậy nên xương chắc và dầy, nó vừa chống đỡ lực ép và lực căng Chínhnhững lực tác dụng trên vào xương nên xương tròn, bên trong có tuỷ và phầngần khớp là nơi bám của cơ Ngoài ra có loại xương dài hình cung, Xươngnày rất dài, hơi hình bán nguyệt và không có ống tuỷ như xương dài, loạixương này thường gặp là xương sườn

Xương ngắn (Ossabreia): Không lớn lắm, thường là khối hơi vuông, cónhiều cạnh, mặt ngoài của xương ngắn gần giống cổ của xương dài Xươngcũng có tác dụng làm cán vận động, chống đỡ, ngoài ra còn có tác dụng tăngthêm tính đàn hồi của xương

Xương có hình dạng phức tạp: Như xương đốt sống, xương hàm trên, xươngsàng, xương bướm, ngoài ra còn có một số xương nhỏ hình đĩa, hình hạt đỗnhư xương bánh chè, xương đậu, xương vừng

1.2.2 Tính chất của xương động vật

Thành phần hoá học đảm bảo cho xương một độ bền vững đặc biệt với haitính chất là rắn và đàn hồi Tính rắn do chất vô cơ tạo nên, tính đàn hồi dochất hữu cơ tạo nên Ở xương của gia xúc, các chất vô cơ chứa rất nhiều:Khoảng 48 – 74% vật chất khô, trong đó bao gồm khoảng 28 – 53% là chấtkhoáng, 32% - 32,8% colagen, 1,3 – 26,9% mỡ Ở xương chiếm 83% toàn bộchất khoáng trong cơ thể động vật Chất vô cơ trong xương chủ yếu là muốicanxi: Phosphat caxi 51,64%; Cacbonat canxi 11,30%; Fluorua canxi 2%;Clorua canxi: 1,20% và Phosphat magie 1,16% Thành phần hoá học củaxương thay đổi theo lứa tuổi Ở gia xúc non, chất vô cơ ít, chất hữu cơ nhiềunên xương mềm và dẻo, ở gia xúc già chất hữu cơ giảm nhiều và chất vô cơtăng nên xương dòn, dễ gãy Bột xương có thành phần chủ yếu là khoáng, sovới các loại thức ăn gia xúc khác thì khoáng tổng số của bột xương cao hơnrất nhiều: gấp 2,45 lần bột cá loại I; gấp 12,17 lần hạt đậu tương và gấp 41,25lần ngô Vì thành phần chủ yếu là khoáng nên bột xương có giá trị năng lượngthấp: 1100 – 1300 Kcal ME/kg VCK, hàm lượng Protein: 23 – 25% nên bộtxương được coi là một loại thức ăn bổ sung khoáng chủ yếu là canxi vàphospho cho gia súc Bột xương không những có hàm lượng canxi vàphospho cao hơn so với các loại thức ăn khác mà giá trị sinh học của canxi vàphospho trong dinh dưỡng động vật rất cao Vì vậy việc tận dụng tối đa sảnphẩm ở các lò giết mổ và chế biến để làm nguồn thức ăn bổ sung khoáng chochăn nuôi là cần thiết, nó vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa mang lại hiệuquả kinh tế cao

Bảng 1.4 Hàm lượng phospho tổng số và phospho dễ hấp thu

trong một số loại thức ăn gia súc(%)

Phospho tổng số (%) Phospho dễ hấp thu (%)

1.3 Các phương pháp thu gom và chế biến xương động vật

1.3.1 Nguồn xương nguyên liệu và phương pháp thu gom

Trung bình xương chiếm khoảng 15% trọng lượng cơ thể động vật Tuynhiên tỷ lệ xương so với các phần khác của cơ thể còn phụ thuộc vào nhiềuyếu tố như: Giống, tuổi, trạng thái dinh dưỡng Tuỳ thuộc vào mức độ đã sửdụng của con người mà xương nguyên liệu được chia làm 3 loại: Xương tươi,xương hoang và xương bàn ăn

Xương tươi (green bone): Đó là loại xương còn tươi, chưa qua bất kỳ khâuchế biến nào, được thu gom từ các lò mổ ngay sau khi gia súc bị giết mổ vàlọc hết thịt và mỡ.

Xương hoang (desert bone): Đó là tất cả các xương động vật để hoang hoámột thời gian dài, các chất hữu cơ của xương đã bị phân huỷ

Xương bàn ăn: Là toàn bộ xương thu được từ các nhà hàng ăn uống hoặccác khách sạn, nếu loại xương này không được thu gom, chế biến ngay mà lại

để hoang hoá một thời gian dài thì lại được liệt vào nhóm xương hoang

Ngoài ra trong công nghệ chế biến xương người ta còn phân chia xươnggia súc ra làm hai loại theo tính chất vật lý của chúng, đó là:

Xương cứng: (hard bone) Gồm xương ống, xương đòn, xương bả vai,xương chậu, xương bàn, xương ngón và xương sống

Xương mềm: (Spongy bone) Gồm xương sọ, xương sườn, xương hàm,xương ức và lõi sừng

Ở các nước có ngành chăn nuôi và chế biến thịt phát triển, nguồn xương thugom chủ yếu là xương tươi lấy từ các nhà máy giết mổ và chế biến súc sảnsau công đoạn lọc xương, tất cả các loại xương này được thu gom bằng tayhoặc theo hệ thống băng chuyền rồi chuyển đến xưởng chế biến hoặc khu vực

sơ chế xương làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến Gelatin hoặc keodính hoặc được đưa vào cùng với xác súc vật chết, súc vật bệnh không đủ tiêuchuẩn giết mổ để biến thành bột xương thịt hoặc bột thịt xương

Sơ đồ thu gom xương ở các xí nghiệp giết mổ hiện đại như sau:

Sơ đồ thu gom xương ở các xí nghiệp giết mổ hiện đại

Xác súc vật nguyên con không đủ tiêu chuẩn giết mổ

Nhà máy giết mổ và chế

biến thịt

Xương tươi Đầu và chân

Ở hầu hết các nước đang phát triển, do điều kiện kinh tế, xã hội, phong tục,tập quán và hệ thống lò mổ nhỏ, phân tán, công suất nhỏ, nguồn xương tươirất hiếm do xương sau công đoạn lọc thịt được con người sử dụng làm thựcphẩm chủ yếu là làm nước dùng (súp) hoặc chế biến thành gia vị cho dịch vụ

ăn uống nên xương tồn tại chủ yếu ở hai dạng là xương bàn ăn và xươnghoang Sơ đồ thu gom xương ở các nước đang phát triển được thể hiện trên sơ

Bếp ăn tập thể

Xương bàn ăn Thịt

Hình 1.1 Xương thu gom từ các quán ăn

1.3.2 Kỹ thuật sản xuất bột xương

1.3.2.1 Phương pháp sản xuất bột xương

- Bột xương là nguồn cung cấp khoáng trong thức ăn chăn nuôi Có 3 cách chếbiến bột xương chủ yếu là: đốt xương, sấy khô, ninh hầm dưới áp suất cao Tuỳphương pháp chế biến mà có thể cho ra 3 loại sản phẩm tương ứng: Tro xương(bone ash); bột xương thô (rawbone meal), bột xương hấp hơi (steam med bonemeal)

+ Tro xương (bone ash): Chỉ còn chất khoáng, chủ yếu là canxi (khoảng30%) và 15% phos pho, năng suất của tro xương khoảng 60% trọng lượngxương khô

+ Bột xương thô (rawbone meal): Xương nghiền lọt qua mắt sàngthường là: 19mm, 16mm và 10mm, các xương có kích thước này được dùng

để chiết cao xương và bột xương thô Bột xương thô cần phải khử trùng trướckhi bổ xung vào thức ăn chăn nuôi

+ Bột xương hấp hơi (Stean med bone meal): Do sử lý nhiệt (121-1260C)

và áp suất 2,8kg/cm2, trong thời gian 3h nên đã khử trùng gần như tuyệt đối

1.3.2.2 Qui trình công nghệ chế biến bột xương

Qui trình công nghệ chế biến các loại xương được tiến hành theo các bướcnhư sau:

THU GOM XƯƠNG NGUYÊN LIỆU

XỬ LÝ NHIỆT

XỬ LÝ BẰNG LÒ SẤY THAN

ĐẬP NHỎ SƠ BỘ

NGHIỀN MẢNH HOẶC BỘT

KIỂM TRA

Cách tiến hành của mỗi bước như sau:

- Xương nguyên liệu: Là xương các loại động vật (trâu, bò, lợn, gà ), xương

có thể tươi đã lọc thịt hoặc xương tận dụng, xương hoang thu gom từ các cửahàng ăn hoặc lò giết mổ

- Vệ sinh sơ bộ xương nguyên liệu: Các loại xương nguyên liệu thu gom về

cơ sở chế biến được ngâm trong nước vôi 5% tối thiểu trong 7 ngày sau đórửa sạch các chất bẩn trên bề mặt bằng vòi nước phun mạnh hoặc thùng rửachuyên dùng sau đó để khô hết nước trước khi đưa vào xử lý nhiệt

- Xử lý nhiệt bằng đốt xương: Xương được xếp trên lưới sắt dày khoảng50cm được đốt bằng củi hoặc than phía dưới (hình 1) thời gian đốt 2 giờ sau

đó xương được nghiền nhỏ

Hình 2 Đốt xương

- Xử lý nhiệt bằng hầm xương (xử lý ướt -Wet rendering)

Phương pháp này đòi hòi có thiết bị hầm xương (hình 2) Xếp xương vào nồi

và đổ nước ngập xương, chỉ xếp đầy 3/4 nồi hầm, phần còn lại là để chứa hơigây áp suất Đặt chế độ gia nhiệt khoảng 121-126oC và áp suất 2,8kg/cm2,hầm trong 6 giờ, sau đó ngừng cung cấp nhiệt, mở van áp suất và mở vantháo nước dưới đáy, lấy xương đem sấy khô

Hình 3 Thiết bị xử lý ướt

- Xử lý khô (dry rendering)

Dùng nồi chịu áp suất 2 vỏ để xử lý Xếp xương vào nồi, đưa hơi nước vàogiữa hai lớp vỏ với áp suất là 4,2kg/cm2 từ 45 phút đến 90 phút Hạ áp suất vànhiệt độ Lấy xương mang đi sấy khô.

Hình 4 Thiết bị xử lý khô

- Xử lý bằng sấy than: Xương sạch, khô được sấy bằng lò sấy than Lò sấyđược xây bằng gạch có hệ thống dẫn hơi nóng tiếp xúc với xương (không đốtxương trực tiếp) Xương được xếp trên dàn sắt có bánh xe trên đường ray để

dễ dàng đưa vào sấy và lấy ra khi kết thúc Nhiệt độ trong lò 150 đến 200oC.Thời gian sấy 6-8 giờ, xương có màu vàng và mùi đặc trưng

- Làm nhỏ sơ bộ: Dùng búa đập nhỏ những xương to, đặc biệt là xương ống

phải đập vỡ, xương sườn chặt ngắn khoảng 80-100mm, xương khớp chặt nhỏhơn 50-60mm

- Nghiền: Nghiền xương thành bột hoặc mảnh xương Xương đã đập nhỏ sơ

bộ được nghiền bằng máy nghiền búa hoặc máy nghiền răng với mắt sàng 19mm (thành xương mảnh) hoặc 2,5mm (thành bột xương)

- Kiểm tra chất lượng: Kiểm tra độ mịn, độ ẩm, hàm lượng phospho, protein,

vi khuẩn Các sản phẩm sau khi nghiền phải đảm bảo vệ sinh an toàn thựcphẩm theo quy định hiện hành

- Đóng gói: Bột xương được đóng gói vào các bao bì có khả năng chống ẩmnhư: Đóng gói trong bao giấy dày có tráng lớp chống ẩm hoặc túiPolyProtylen (PP) Trọng lượng mỗi túi tuỳ thuộc vào yêu cầu ngưới sử dụng.

- Bảo quản: Bột xương được bảo quản trong kho khô, sạch; để nơi cao ráo,thoáng mát, không có chất độc hại và không mang mầm bệnh

Quy trình chế biến bột xương được trình bày tóm tắt bằng sơ đồ sau:

1.4 Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy nghiền xương động vật trong nước và trên thế giới

1.4.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong nước

Ở nước ta trước kia, máy nghiền chủ yếu được nhập từ Liên Xô và TrungQuốc trang bị cho các nông trường quốc doanh dùng để nghiền nông sản, chếbiến thức ăn chăn nuôi Trên cơ sở các mẫu máy này chúng ta đã cải tiến, chếtạo lại cho phù hợp với điều kiện sản xuất đồng thời mở rộng phạm vi ứngdụng sang các ngành khác Hiện nay máy nghiền nước ta được nhập về từnhiều hãng, nhiều nước khác nhau, chúng khá đa dạng về mẫu mã và chủngloại nhưng giá rất cao Còn các máy nghiền do nước ta tự chế tạo nhìn chunglàm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụi nhiều ảnh hưởng trực tiếp tới sứckhỏe người lao động, chi phí năng lượng riêng cao hơn so với máy nhậpngoại Năm 1967 Uỷ ban Nông nghiệp Trung Ương đã tổ chức khảo nghiệmbình chọn các mẫu máy nghiền tốt để giới thiệu, phổ biến áp dụng vào trong sảnxuất và qua đó tập trung chế tạo hàng loạt, đó là:

- Máy nghiền NB-60 (Nhà máy Cơ khí 1-5 Ninh Bình) : Năng suất nghiền

500-600kg/h, công suất động cơ 14kWh;

- Máy nghiền ND-500 (Nhà máy Cơ khí 2-9 Thái Bình) Năng suất nghiền

400-500kg/h;

- Máy nghiền NG-72 hay là NDQ-02 (Tổng cục Hậu cần, sau bình tuyển

giao cho Cơ khí Hà Tây chế tạo) Năng suất nghiền 200-300 kg/h; Công suất

động cơ 7,5kW

Từ đó cho đến nay các mẫu máy liên tục được nghiên cứu, cải tiến, chế tạonhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy nghiền giảm chi phí năng lượngriêng, đó là:

- Viện Thiết kế máy Nông nghiệp (Bộ Cơ khí và Luyện kim):đã nghiên cứu

cải tiến máy nghiền ND-500A và ND-500B đưa năng suất lên cao để lắp đặtvào dây chuyền chế biến thức ăn gia súc 0,5-1,0 Tấn/h;

- Viện Cơ điện Nông nghiệp: Thiết kế cải tạo máy nghiền NB-60 đi vớicyclon lắng bột ứng dụng vào dây chuyền chế biến thức ăn gia súc 1Tấn/h.Thiết kế chế tạo máy nghiền NT-02 với tấm đập đứng để hạn chế hiện tượnglưu chuyển và phân ly của nguyên liệu trong buồng nghiền giảm chi phí nănglượng riêng; Năng suất 250-300kg/h; Công suất động cơ 7,0 kW

Các mẫu máy nghiền trên đã được phổ biến, tham gia vào mạng lưới chếbiến thức ăn gia súc, đáp ứng được nhu cầu sản xuất Vì được nghiên cứu kỹ

về lý thuyết, kết hợp với thực tế ứng dụng trong sản xuất ở Việt Nam đượctham khảo các mẫu máy nhập ngoại đang sử dụng trong nước nên các mẫumáy mới có khả năng làm việc rộng hơn, các thông số thiết kế được lựa chọnphù hợp, hạn chế một phần nào nhược điểm của máy nghiền cũ, giảm được 5-10% chi phí năng lượng riêng Nhưng cũng như các máy nghiền búa của nước

ta và nước ngoài đang sử dụng trong sản xuất hiện nay hoạt động với nguyên

lý, búa quay tốc độ cao va đập vào nguyên liệu trong buồng nghiền có mộtphần lắp tấm đập, một phần lắp sàng hoặc lắp sàng hoàn toàn, nhìn chung vềnguyên lý cấu tạo, các máy nghiền trên vẫn còn các nhược điểm sau:

- Hiện tượng lưu chuyển của nguyên liệu: Lớp hạt và bột chuyển động trong

tốc và số lần va đập của búa vào hạt, làm tiêu tốn năng lượng vô ích để chuyểnđộng khối nguyên liệu với tốc độ cao và giảm chất lượng sản phẩm

- Hiện tượng phân ly của nguyên liệu (hạt bột) chuyển động trong buồng

nghiền với vận tốc cao nên sinh ra lực ly tâm, các hạt có kích thước lớn hơnchuyển động ra phía ngoài sát với sàng, còn các hạt nhỏ chuyển động ở phíabên trong làm cho khả năng lọc bị hạn chế, các hạt to chuyển động bên ngoàilàm cho các hạt nhỏ khó thoát qua sàng ra ngoài đồng thời các hạt to lại ít bị

va đập nên khả năng đập bị hạn chế, hạt nhỏ lại bị va đập nhiều hơn nên khi

đã đạt kích thước yêu cầu không thoát ra ngoài được bị va đập nhiều hơn làmhạt quá nhỏ không cần thiết gây lãng phí năng lượng, tăng nhiệt độ, làm giảmchất lượng sản phẩm nghiền Đây là những nguyên nhân chính làm cho chiphí năng lượng riêng cao và chất lượng sản phẩm thấp

Các máy nghiền của nước ngoài được nhập vào Việt Nam đã tham gia vàomạng lưới chế biến thức ăn gia súc dưới dạng các dây chuyền đồng bộ trongcác xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc hoặc được trang bị đơn lẻ cho các cơ sởchế biến, chăn nuôi và được sử dụng chủ yếu là loại máy nghiền búa treo Cácmáy của nước ngoài được nhập vào Việt Nam do trình độ chế tạo cao và chấtlượng kim loại tốt hơn hẳn nên máy làm việc ổn định, chi phí năng lượngriêng thấp hơn các máy nghiền trong nước Ta có bảng số liệu một số máynghiền đang sử dụng qua bảng (1.5)

Bảng 1.5 Đặc tính của một số máy nghiền đang dùng phổ biến ở Việt Nam

Tên máy

Năng suất (kg/h)

Công suất (kW)

Đường kính buồng nghiền (mm)

Bề rộng buồng nghiền (mm)

Vận tốc đầu búa (m/s)

1.4.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền ở nước ngoài

Trên thế giới máy nghiền đã được nghiên cứu, chế tạo và sử dụng từrất sớm Đầu tiên nó được dùng trong ngành địa chất để nghiền quặng, sau đó

là chế biến nông sản và ứng dụng sang các ngành khác Năm 1830 lần đầutiên trên thế giới SchitkoJozef giáo sư Viện Hàn Lâm địa chất Budapest đã đềxuất lý thuyết nghiền, phương pháp kiểm tra: Công làm vỡ hạt và chi phí nănglượng riêng Năm 1867 tại Belin Rittinger đã hệ thống, nâng cao các phươngpháp này làm cơ sở cho việc nghiên cứu đánh giá máy nghiền Đến nay lýthuyết “Diện tích bề mặt mới tạo thành” của Rittinger rất quen thuộc và đượcứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đánh giá máynghiền Từ lý thuyết này năm 1874 Kirpicsov và năm 1885 Kick đã xây dựng

thuyết nghiền “Thể tích” P.A Rebinde xây dựng lý thuyết nghiền “Thể tích

về bề mặt” Ngày nay, cùng với việc phát triển khoa học kỹ thuật, với các

trang thiết bị hiện đại, nghiên cứu lý thuyết, thiết kế chế tạo các mẫu máynghiền luôn được cải tiến và hoạt động không ngừng để đáp ứng nhu cầungày một tăng của sản xuất

Trên thế giới, máy nghiền được ứng dụng rộng rãi trong chế biến nôngsản và thức ăn gia súc, đó là các máy nghiền kiểu búa có bộ phận lọc sảnphẩm bằng sàng đặt trong buồng nghiền để đảm bảo kích thước, độ nhỏ sảnphẩm theo yêu cầu ở các nước phát triển, với trình độ khoa học kỹ thuật cao,

để đáp ứng nhu cầu chế biến thức ăn gia súc phục vụ cho ngành chăn nuôi,máy nghiền được nghiên cứu kỹ cả về lý thuyết và các mẫu đem ứng dụng

việc và thuận tiện cho người sử dụng.

1.4.2.1 Máy nghiền kiểu hở

Máy nghiền kiểu hở là loại máy nghiền không có bộ phận lọc sản phẩmnằm trong buồng nghiền (hình 1.4)

Hình 1.4 Máy nghiền hở kiểu 1 trống nghiền

1- Phễu nạp liệu; 2- Cửa vào nguyên liệu; 3- Tấm đập;

4- Cửa thoát sản phẩm; 5- Thân máy; 6- Búa nghiền.

Nguyên liệu đi qua trong buồng nghiền với một quãng đường và được búa

va đập trong một thời gian nhất định rồi đưa ra ngoài Nguyên lý này có chiphí năng lượng riêng thấp, được sử dụng đối với các sản phẩm khi yêu cầu vềchất lượng không cao, sản phẩm thô kích thước không đồng đều

1.4.2.2 Máy nghiền búa kiểu

Máy nghiền búa kiểu kín là loại máy nghiền có bộ phận lọc được đặt trongbuồng nghiền để đảm bảo kích thước sản phẩm Hiện nay máy nghiền đượcứng dụng trong chế biến nông sản, thức ăn chăn nuôi chủ yếu là máy nghiền

kín Máy nghiền kín có hai dạng cấu tạo (Máy nạp liệu hướng đầu búa và

máy nạp liệu bên hông), tùy theo nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm mà người

ta sử dụng kiểu máy cho phù hợp

- Máy nghiền búa kiểu trục đứng:

Hạt nguyên liệu được cấp vào trong buồng nghiền được các búa nghiền vađập bắn vào sàng nảy ra lại bị va đập hạt sản phẩm đạt kích thước qua sàng(2) được quạt hút (5) thu hồi thổi qua ống dẫn bột (6) ra ngoài, động cơ điện(7) được gắn trên thân máy(4)

Hình 1.5 Máy nghiền búa kiểu trục đứng

1- Phễu nạp liệu; 2- Sàng; 3- Búa nghiền và đĩa;

4- Quạt thu sản phẩm; 5- Thân máy; 6- Ống dẫn bộ;t 7- Động cơ điện.

1.4.2.3 Máy nghiền không sàng

Máy nghiền không sàng là loại máy nghiền kiểu kín mà không có sàng lắpbên trong buồng nghiền, các bộ phận lọc sản phẩm được lắp ở bên ngoàibuồng nghiền

- Máy nghiền không sàng dạng quả trứng

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu được đưa vào trong buồng nghiền từphễu nạp liệu, do góc nghiêng của phễu và phần không khí do Roto (1) hútvào trong buồng nghiền theo hướng tâm máy Búa nghiền (3) quay với vậntốc cao va đập với nguyên liệu làm chúng bị vỡ ra và bắn vào các tấm đập (5)nảy ra và tiếp tục bị va đập khi đến buồng lọc (8) hạt có kích thước đạt yêu

cầu qua sàng (7) ra cửa thoát sản phẩm (6) hạt có kích thước chưa đạt yêu cầuđược đưa trở lại buồng nghiền tiếp tục quá trình va đập.

Hình 1.6 Máy nghiền búa dạng quả trứng

1- Roto; 3- Búa nghiền; 4- Thân máy;

5- Tấm đập; 6- Cửa ra sản phẩm; 7- Sàng; 8- Buồng lọc.

- Máy nghiền ĐKY-2 cải tiến:

+ Nguyên lý làm việc: Để tăng khả năng lọc sản phẩm người ta tăng diện

tích sàng bằng cách làm hai bộ phận lọc sản phẩm liên tiếp.Nguyên liệuđược đưa vào trong buồng nghiền từ phễu nạp liệu (1) nhờ góc nghiêng củaphễu và dòng khí quạt hút ở cửa (3) nguyên liệu chảy theo hướng tiếp tuyếnvòng tròn đầu búa, búa nghiền (6) quay với vận tốc cao va đập với nguyênliệu làm chúng bị vỡ ra và bắn vào các tấm đập (5) nảy ra và tiếp tục bị vađập, khi nguyên liệu đến cửa buồng lọc bị đẩy vào và đi qua sàng (4) Cáchạt đạt kích thước lọt qua sàng ra ngoài cửa hút của quạt (3) còn các hạt cókích thước chưa đạt yêu cầu không lọt qua sàng được đưa trở lại buồngnghiền tiếp tục quá trình va đập

+ Cấu tạo: (Hình 1.7)

Hình 1.7 Máy nghiền ĐKY-2

1- Cửa cấp liệu; 2- Ống hút khí; 3- Cửa hút của quạt;

4- Sàng; 5- Tấm đập; 6- Búa nghiền; 7- Cửa vào liệu.

1.4.2.4 Máy nghiền bột đá kiểu búa mềm ERZ

Cấu tạo: Gồm một số đĩa lắp đồng tâm trên trục, trên mỗi đĩa có lắp 4 búanghiền, búa nghiền quay trên chốt búa và quay cùng với đĩa nghiền

Hình 1.8 Máy nghiền bột đá kiểu búa mềm ERZ

Khi lắp các đĩa lên trục thì các đĩa được bố trí tạo thành 12 hàng trên trục để

sau mỗi vòng quay của búa xác suất gặp các cục vật liệu là lớn nhất.

Để tập trung khối lượng đầu búa thì ở đầu các tay lắp búa kết cấu búanghiền có kích thước đầu búa lớn hơn, được liên kết với các tay búa thôngqua khớp bản lề và đồng thời cũng để tiện cho quá trình thay thế khi đầu búa

bị mòn Để tăng khả năng đập vỡ thì mặt trong của buồng nghiền có kết cấutấm nhám dạng răng khía nhằm tăng lực chà sát Khe hở mặt trong của vỏbuồng nghiền và đầu búa có thể điều chỉnh được bằng cơ cấu xi lanh thuỷ lựcnhờ đó có thể điều chỉnh được độ to nhỏ của sản phẩm nghiền Trục lắp búađặt lệch tâm so với trục vỏ buồng nghiền nhằm tạo ra sản phẩm nghiền mịnhơn trước khi qua cửa thoát ra ngoài

- Đặc tình kĩ thuật: Máy do hãng AUBEMA của Đức sản xuất Năng suất máy2000m3/h; công suất máy 1500 Kw

1.4.2.5 Máy nghiền búa mềm MAHLE

- Cấu tạo: Gồm trống trên đó có lắp 8 hàng búa, mỗi búa được cấu tạo bởi cáctay lắp búa có thể xoay tự do trên chốt lắp để tập trung khối lượng đầu búa vàtiện lợi trong việc thay thế đầu búa khi bị mòn

Hình 1.9 Máy nghiền búa mềm MAHLE

Các búa được lắp lỏng trên các tay lắp búa Buồng nghiền do hai đầu vỏ có

dạng răng cưa hợp thành Khe hở mặt trong của vỏ buồng nghiền và đầu búa

có thể điều chỉnh được bằng cơ cấu xi lanh thuỷ lực nhờ đó có thể điều chỉnhđược độ to nhỏ của sản phẩm nghiền

- Đặc tính kĩ thuật: Máy do hãng AUBEMA của Đức sản xuất có năng suất4000m3/h và công suất là 1800 Kw

1.4.2.6 Máy nghiền kiểu trục cuốn

Hình 1.10 Máy nghiền kiểu trục cuốn

-Cấu tạo: Gồm 2 trục cuốn dạng hình trụ trên đó có xẻ rãnh khía, hai trụcquay ngược chiều nhau Vật liệu nghiền sau khi đi qua khe hở giữa 2 trục sẽđược bẻ nhỏ thành dạng các hạt có kích thước từ 15-300 mm Máy này cónhược điểm là độ mịn thấp nhưng khả năng bẻ nhỏ vật liêu cao

- Đặc tính kĩ thuật: Máy nghiền đá BRECHER do hãng AUBEMA của Đứcsản xuất có năng suất 2500 m3/h

1.4.2.7 Máy nghiền răng

Quá trình nghiền trong máy nghiền răng cũng là do va đập của răng với vậtliệu nghiền giống như ở máy nghiền kiểu búa, vì vậy nó được xếp cùng loạivới máy nghiền búa Loại này bột nghiền mịn hoặc rất mịn Nó được áp dụngphổ biến trong ngành chế biến lương thực, thực phẩm, thức ăn chăn nuôi;

dùng để nghiền xương, vỏ xò, muối khoáng và dùng trong cả ngành hoáchất luyện kim (nghiền quặng).

Trong sản xuất người ta dùng hai loại máy nghiền răng: loại có 1 rôto quay

và loại 2 rôto quay Ở cả 2 loại máy này đều có thể lắp sàng hoặc không lắpsàng Trên hình 1.11 là sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy nghiền răng loại có hairoto quay ngược chiều nhau

Hình 1.11 Máy nghiền răng

1- thân máy; 2- giá lắp gối đỡ; 3- bánh đai; 4- trục;

5- moay-ơ; 6- phễu cấp liệu; 7- vỏ máy; 8- đĩa; 9- răng.

Rô to gồm có đĩa 8 trên đó có các răng 9 đợc bố trí thành các dãy trònđồng tâm Một đầu răng tán chặt vào đĩa 8, còn đầu kia tán chặt vào một vòngvành khăn Răng có tiết diện vuông hoặc tròn Các dãy răng của hai rô to nằmxen kẽ nhau Hai rôto đợc dẫn động bằng hai bộ truyền động riêng Tốc độvòng của dãy răng ngoài cùng khoảng 22-37 m/s Các đĩa của ro to lắp chặtvới moay-ơ 5 và moay-ơ này đợc lắp chặt với trục 4 bằng then

Vật liệu nghiền từ phễu 6 rơi vào phần trung tâm của ro to đợc hàng răngtrong cùng đập vỡ ra, vật liệu đã được đập vỡ cùng quay theo roto và chuyểnđến vòng răng tiếp theo rồi bị đập vỡ, cứ như thế đến vòng răng ngoài cùngthì nó đạt được độ nhỏ theo yêu cầu

*Đánh giá và nhận xét: Qua nghiên cứu, phân tích và tìm hiểu tổng quan

máy nghiền búa và đặc tính của nguyên liệu đặc biệt là những kết quả nghiêncứu mới nhằm khắc phục nhược điểm cơ bản của máy nghiền ta có thể đánhgiá, nhận xét như sau:

-Với các phương pháp cải tiến thì việc tạo ra các hốc trong buồng nghiền đểgiảm bớt hiện tượng lưu chuyển và hiện tượng phân ly của nguyên liệu, cùngvới việc nghiên cứu các thông số hợp lý nhằm tăng khả năng đập nhỏ và lọcsản phẩm đã giảm được một phần năng lượng riêng tiêu hao Tuy nhiên vớinguyên lý nghiền không sàng có bộ phận lọc bằng khí động lưới lọc khắcphục được nhược điểm của nguyên lý cũ, lọc bằng khí để tách sản phẩmnghiền thì độ nhỏ sản phẩm không đồng đều, máy có kết cấu cồng kềnh, phứctạp không phù hợp với điều kiện chế tạo và sản xuất ở nước ta hiện nay, nóchỉ phù hợp với các máy có công suất lớn

- Với nguyên lý nghiền búa kiểu hở, máy có kết cấu đơn giản dễ chế tạo,vốn đầu tư ít, chi phí năng lượng riêng thấp song sản phẩm có kích thướckhông đồng đều dẫn đến chất lượng khi chế biến thức ăn chăn nuôi giảm

- Với nguyên lý nghiền búa kiểu kín khắc phục được nhược điểm của nguyên

lý nghiền búa kiểu hở vì có bộ phận lọc sản phẩm nắm trong buồng nghiềnsong với nguyên liệu đem nghiên cứu thì làm việc kém hiệu quả, chi phí nănglượng riêng cao, thể tích vùng làm việc bị hạn chế

1.5 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.5.1 Mục đích nghiên cứu: Xác định một số thông số chính về cấu tạo và

chế độ làm việc của máy nghiền xương động vật dạng răng làm cơ sở để thiết

kế, chế tạo máy nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu đặc điểm, tính chất cơ - lý của xương động vật

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền

- Xác định một số thông số cơ bản của máy nghiền răng

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố cơ bản đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng của máy nghiền răng.

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Căn cứ vào kết quả nghiên cứu tổng quan về tình hình nghiên cứu và sử

dụng máy nghiền trong và ngoài nước, căn cứ vào nhu cầu sản xuất bột xươnglàm thức ăn chăn nuôi, chúng tôi thống nhất chọn máy nghiền xương độngvật dạng răng trong dây chuyền sản xuất bột khoáng làm thức ăn chăn nuôi cónăng suất 1tấn/h làm đối tượng nghiên cứu Tập trung nghiên cứu các thông

số chính của máy như: Vận tốc răng, số hàng răng, số lượng răng, lượng cấpliệu, kích thước lỗ sàng

Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy được thể hiện trên hình 2.1

Cấu tạo máy gồm có rôto lắp trên trục quay 11 Trên rôto có lắp các răngnghiền tạo thành các vòng tròn đồng tâm Các răng này càng xa tâm quay thìbước răng càng giảm Đối diện với rôto là đĩa răng cố định, đĩa răng cố địnhlắp chặt với vỏ máy Trên đĩa răng cố định cũng lắp các răng nghiền tạothành các vòng tròn đồng tâm Các răng này càng xa tâm quay bước răngcàng giảm dần Các vòng răng trên đĩa cố định nằm xen giữa các vòng răngtrên rôto quay

Nguyên lý hoạt động của máy như sau: Nguyên liệu được đưa vào buồngnghiền từ phễu nạp liệu 1 qua cửa nạp liệu 3 để ổn định lưu lượng; nhờ gócnghiêng của phễu và luồng không khí do các cánh trên roto quay tạo nên,nguyên liệu rơi vào trong buồng nghiền theo hướng tâm máy, răng nghiềnquay với tốc độ cao va đập với nguyên liệu làm chúng bị vỡ ra, bắn vào cácrăng lắp tĩnh trên nắp máy nảy ra tiếp tục bị răng lắp trên roto va đập,nguyên liệu bị đập vỡ, những hạt có kích thước phù hợp sẽ lọt dần qua cáchàng răng, cứ như thế cho đến khi nguyên liệu có độ nhỏ nhất định sẽ thoát

qua sàng 6 ra ngoài qua cửa ra sản phẩm 7.

Hình 2.1 Sơ đồ máy nghiền xương động vật dạng răng

1-Phễu cấp liệu; 2-Nắp máy; 3-Cửa nạp; 4-Đĩa răng cố định;

5-Răng nghiền; 6-Sàng; 7-Cửa thoát sản phẩm; 8-Động cơ; 9- Bộ truyền đai;

10-Khung máy; 11-Trục quay; 12-Gối đỡ trục; 13-Thân máy.

Hạt nguyên liệu có kích thước chưa đạt yêu cầu tiếp tục bị các răng vađập, chà sát tiếp cho đến khi đạt độ nhỏ theo yêu cầu kích thước sản phẩm.Với kết cấu như trên máy có ưu điểm:

- Sử dụng toàn bộ thể tích làm việc trong buồng nghiền nhờ các răng đượclắp trên các vòng răng của roto và nắp máy Do các răng tĩnh lắp trên nắp máykhông quay theo chiều quay của roto nên có tác dụng như các tấm đập cản trở

dòng nguyên liệu lưu chuyển tức là khắc phục được hiện tượng lưu chuyểncủa nguyên liệu làm tăng vận tốc va đập thực.

- Việc bố trí khe hở giữa các răng trên một hàng có tác dụng như là một cấpsàng sơ bộ (phân loại nguyên liệu vì khe hở giữa các răng càng tiến ra cácvòng răng ngoài thì càng nhỏ) và khi ra tới vòng ngoài cùng thì độ nhỏ củasản phẩm đã đạt yêu cầu

- Khe hở giữa hàng răng động lắp trên roto ở vòng ngoài cùng với sàng rấtnhỏ (khoảng 5-10mm) để nó vừa có tác dụng va đập, chà sát và đảo trộn

nguyên liệu, chống hiện tượng phân ly (hạt bột), tăng khả năng lọc thoát sản

phẩm

- Các cánh được hàn trên roto nên khi roto quay sẽ tạo ra một lưu lượng gió

có tác dụng hút nguyên liệu từ cửa nạp liệu vào trong buồng nghiền, vừa đẩynguyên liệu và sản phẩm qua các vòng răng và qua sàng ra ngoài, tăng khảnăng phân ly và lọc sản phẩm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Ấp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định được ảnhhưởng của từng thông số đến chất lượng sản phẩm, năng suất máy và chi phíđiện năng riêng, xác định giá trị tối ưu của các thông số làm cơ sở cho việchoàn thiện thiết kế và chế tạo máy

Để lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng trong nghiên cứu thực nghiệm, cóthể dùng phương pháp thu thập các thông tin qua các tài liệu tham khảo vàtìm hiểu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm về vấn đề đang nghiêncứu, nhờ đó có thể loại bớt những yếu tố không cần thiết Đối với máy nghiềnnghiên cứu, chúng tôi đã lựa chọn được các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đếnquá trình nghiền, bao gồm:

- Lượng cung cấp nguyên liệu, (kg/h)

- Góc nghiêng của răng nghiền, α (độ)

Trong phạm vi của đề tài, bước đầu chúng tôi tiến hành phương phápthí nghiệm đơn yếu tố để xác định mức độ ảnh hưởng riêng của các yếu tốđến độ độ nhỏ M(%) và chi phí điện năng riêng Nr (kWh/tấn)

Các thông số đầu vào được ký hiệu như sau:

x1- Tốc độ quay của rô to, n (v/p);

x2- Lượng cung cấp nguyên liệu , (kg/h)

x3- Đường kính các lỗ sàng

Các thông số đầu ra được ký hiệu như sau:

Y1- Độ nhỏ của bột nghiền, (mm);

Y2- Chi phí điện năng riêng, (kWh/tấn)

Mô hình nghiên cứu như sau:

Các thí nghiệm đơn yếu tố sẽ xác định được ảnh hưởng của từng yếu tốđến các thông số Y1 và Y2, đồng thời cũng xác định được mức cơ sở, khoảngbiến thiên và khoảng nghiên cứu của các yếu tố làm cơ sở cho nghiên cứuthực nghiệm đa yếu tố sau này

Trong quá trình thực hiện phương pháp đơn yếu tố phải tuân theo cácquy tắc bố trí thí nghiệm và gia công số liệu Quy tắc bố trí thí nghiệm phảiđảm bảo tính chất ngẫu nhiên, xác định thứ tự thí nghiệm có thể áp dụng cách

rút thăm hoặc đánh số theo "bảng số ngẫu nhiên" mà xác định thứ tự Trongnội dung nghiên cứu này, chúng tôi dùng cách rút thăm.

2.2.2 Phương pháp xác định một số thông số của máy nghiền răng

a) Phương pháp định độ nhỏ của bột nghiền

Độ nghiền Z là tỷ số kích thước trung bình của vật thể trước và sau khinghiền Nếu coi cục nguyên và hạt bột là những vật hình cầu có đường kính là

D, d hoặc hình lập phương có cạnh L, l thì độ nghiền Z được xác định theocông thức:

Độ nhỏ M của hạt bột là kích thước trung bình của chúng, đó là đườngkính trung bình của hạt bột nếu coi chúng tương đương với những hình cầuhoặc coi là đường kính trung bình của các lỗ mà các hạt bột lọt qua theo mặtcắt ngang

Để xác định độ nhỏ của bột nghiền người ta thường dùng sàng phân tích Dùng một bộ sàng gồm nhiều sàng (do bộ môn Máy Nông nghiệp ĐHNN

Hà Nội thiết kế và chế tạo) có kích thước lỗ khác nhau xếp chồng lên nhaulần lượt sàng lỗ to ở trên, sàng lỗ nhỏ ở dưới (hình 2.2) Dưới cùng là tấm kíntrên cùng là nắp đậy Cho lượng bột P =100g lên sàng trên cùng Tạo cho bộsàng rung, lắc nhờ bộ phận rung của dụng cụ (chạy bằng động cơ điện) với sốvòng quay 270 v/p trong thời gian 5 ÷ 10phút Sau đó đem cân để xác địnhlượng bột có ở đáy và trên từng sàng (độ chính xác 0,1g )

Hình 2.2 Dụng cụ đo độ nhỏ của bột nghiền

Độ nhỏ của bột nghiền được xác định theo công thức:

d d P

n i i

n i

i i i

P o

2 2

2 2

4 3 3 3 2 2 2 1 1 1

M =

100

5 , 3 5 , 2 5 , 1 5 ,

Sau khi tính ra M để đánh giá một cách tương đối chính xác và khách quanmức độ nghiền người ta qui định như sau:

M= 0,2 ÷ 1,0mm nghiền nhỏM= 1,0 ÷ 1,8mm nghiền trung bìnhM= 1,8 ÷ 2,6mm nghiền to

b Phương pháp xác định mức tiêu thụ điện năng riêng

Mức tiêu thụ điện năng riêng Nr được xác định bằng phương pháp đođiện thông dụng Dùng công tơ điện để đo điện năng trong mỗi lần thínghiệm Oát kế để xác định công suất cần thiết, các đồng hồ điện: Vôn kế,Ampe kế, Cosϕ kế để xác định điện áp U và dòng điện I Các chỉ số này chophép kiểm tra điện áp, tính toán công suất và mức tiêu thụ điện năng, kiểm trađối chiếu với chỉ số của Oát kế và công tơ điện

Sau khi mỗi lần thí nghiệm, chúng ta sẽ ghi được chỉ số điện năng trêncông tơ là: a(kWh), khối lượng mỗi mẻ nghiền là: q(kg), từ đó sẽ tính đượcmức tiêu thụ điện năng riêng như sau:

q

a

2.2.3 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm đo đạc của máy, các kết quả đo đạcthường là các đại lượng ngẫu nhiên Trong kỹ thuật nông nghiệp và côngnghiệp thực phẩm, xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 ÷ 0,9, xácsuất của dụng cụ đo trong khoảng 0,95÷ 0,99 Vì vậy để đảm bảo độ tin cậy,các thí nghiệm phải được lặp lại ít nhất 3 lần Để xử lý và gia công các số liệuthí nghiệm, chúng tôi áp dụng qui tắc của lý thuyết xác xuất và thống kê toánhọc

Giá trị độ tin cậy được tính theo tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa

α = 0,05; bậc tự do f = n – 1, khi đó độ tin cậy sẽ là:

X=X±tασtb

Đối với các số liệu nghi ngờ, cần được kiểm tra lại theo qui tắc3 σ.Nếu:

Xnghi ngờ - X >3σ thì loại bỏ

b) Phương pháp gia công số liệu

Sau khi thí nghiệm cần phải tiến hành gia công số liệu theo phươngpháp phân tích phương sai để xác định độ tin cậy về mức độ ảnh hưởng củamỗi yếu tố tới các thông số mục tiêu và tính đồng nhất của phương sai Thuậttoán của phân tích phương sai như sau:

- Để xác định độ tin cậy về mức độ ảnh hưởng của các yếu tố cần phảitính phương sai yếu tố và phương sai thí nghiệm:

Phương sai yếu tố là tổng bình phương sai lệch của từng thí nghiệm,giữa các giá trị trung bình của tổng thể (Y ) với các giá trị trung bình của Y j

ứng với mỗi mức yếu tố xi :

k

2 j

j 1 2 yt

(Y Y ) S

).YY(S

n 1 i

k 1 j

2 j ij 2

S

S

để kiểm nghiệm “ giả

định không” xem hai phương sai đó khác nhau ít hay nhiều Đối chiếu với trị

số Fαbf 1 f 2 tra theo bảng tiêu chuẩn Fisher (với mức ý nghĩa α = 0,05 và bậc tự

do f1= k – 1, f2 = N –k) Nếu F>Fαbf 1 f 2 thì yếu tố đó có ảnh hưởng đến thông

số mục tiêu và sẽ không ảnh hưởng đến thông số mục tiêu trong trường hợpngược lại

- Để đánh giá tính đồng nhất của phương sai ta phải tính phương sai thínghiệm ngẫu nhiên 2

j

S đối với mỗi thí nghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu

tố xi:

1n

).YY(S

n 1 i

2 j ij 2

Gα tra theo bảng tiêu

chuẩn Coocren (với mức ý nghĩa α = 0,05 và bậc tự do f1= k – 1, f2 = N –k).

2 jmax k 2 j

j 1

S G

Với các số liệu thí nghiệm đo được của đề tài này chúng tôi đều giacông theo phương pháp trên

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN RĂNG 3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền trong máy nghiền răng

3.1.1 Quá trình đập nhỏ nguyên liệu

Quá trình đập nhỏ nguyên liệu trong buồng nghiền bao gồm các va đậpchính sau:

- Va đập của răng nghiền vào nguyên liệu;

- Va đập của nguyên liệu vào răng nghiền;

- Va đập giữa nguyên liệu với nguyên liệu

Sơ đồ quá trình vật liệu bị đập nhỏ được thể hiện trên hình 3.1

Hình 3.1 Quá trình đập nhỏ vật liệu trong máy nghiền răng

Ngoài ra trong quá trình chuyển động, lớp nguyên chà sát vào thànhmáy và chà sát vào nhau cũng gây vỡ một phần nhưng không đáng kể mà chủyếu làm tăng nhiệt độ, làm giảm chất lượng sản phẩm và tiêu hao năng lượng

vô ích

3.1.1.1 Quá trình va đập của răng nghiền vào vật liệu

a) Ứng suất va đập cực đại để phá vỡ vật thể

Theo lý thuyết nghiền của Rampt và được Friedrich kiểm tra bằng thựcnghiệm đối với va đập trong quá trình nghiền các nguyên liệu để chế biếnthức ăn gia súc cho kết quả ứng suất cực đại max khi hai vật va đập vào nhau

5 1

2 1

2 1 5 2 5 3

2 1

5 4

2 1

5 1 max

.

1 1 1 1

2 089

=

m m

m m R

R E

E

υ σ

Trong đó: m-là khối lượng, kg;

E-Mô đun đàn hồi;

V- Vận tốc va đập, m/s;

R- Bán kính, mm;

1,2- Chỉ số của hai vật

Khi xét trường hợp m, E, R, là không đổi (hạt nguyên liệu, răng

nghiền, sàng) và C là hệ số ảnh hưởng của chúng sẽ không đổi.

Ta có: =  5 

2 max f C V

σ

Khi đó ứng suất gây ra do va đập là một hàm của vận tốc va đập Chínhứng suất này là nguyên nhân chính làm phá vỡ nguyên liệu, cho nên đối với mỗiloại nguyên liệu có cơ lý tính riêng biệt khi đem nghiền cần có một tốc độ va đậphợp lý và phải đạt được độ nhỏ sản phẩm cần thiết với số lần va đập nhất định

Quá trình đập nhỏ nguyên liệu trong buồng nghiền là quá trình va đậpnhiều lần, để đạt được hiệu quả cao cần tìm được vận tốc va đập hợp lý Bằngmáy quay phim cực nhanh Surobatka đã quan sát quá trình va đập trongbuồng nghiền với tốc độ đầu búa khác nhau

- Với tốc độ va đập 18m/s hạt không vỡ;

- Với tốc độ va đập 40m/s hạt vỡ ít;

- Với tốc độ va đập 57m/s hạt vỡ nhiều;

Quá trình va đập trong buồng nghiền với tốc độ đầu búa khác nhau được thểhiện qua hình 3.2

Hình 3.2 Va đập của búa vào vật liệu nghiền ở các tốc độ khác nhau

Cũng bằng máy quay phim cực nhanh (7500 ảnh/giây) Fridrich cũng quan sát quá trình va đập trong buồng nghiền (với tốc độ đầu búa 90m/s), kết

quả được thể hiện ở hình 3.3