THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾNTIÊU

Các kết quả đã đạt được như sau:  Đối với máy làm sạch - Làm sạch nguyên liệu trước khi mang đi phân loại sàng và phân loại được ở hai dạng: tách đá, sạn ra khỏi khối tiêu; và tách tiêu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI

TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾNTIÊU

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TIẾN QUYẾT

Tháng 6/2013

i

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN TIÊU

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Quyết Phan Nguyễn Vương Hoàng

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành

Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:

ThS Trương Quang Trường

KS Đào Duy Vinh

Tháng 6 năm 2013

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và các anh em công nhân trong xưởng đã giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực tập để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2013 NGUYỄN TIẾN QUYẾT

PHAN NGUYỄN VƯƠNG HOÀNG

iii

TÓM TẮT

Đề tài “Thiết kế và chế tạo máy phân loại trong dây chuyền chế biến tiêu” được thực hiện tại xưởng thực tập Cơ Điện Tử, khoa Cơ Khí – Công Nghệ, trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh và lắp đặt tại nhà ông Nguyễn Văn Hạ, thôn 3, xã Bình Trung, huyện Châu Đức, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Thời gian từ ngày 10 tháng 01 năm

2013 đến ngày 30 tháng 03 năm 2013

Mục đích chính của đề tài nhằm thiết kế và chế tạo máy phân loại tiêu nhằm góp phần:

- Giải phóng sức lao động chân tay của con người

- Tiết kiệm thời gian làm sạch và phân loại sản phẩm

- Nâng cao chất lượng của sản phẩm

Các kết quả đã đạt được như sau:

 Đối với máy làm sạch

- Làm sạch nguyên liệu trước khi mang đi phân loại (sàng) và phân loại được ở hai dạng: tách đá, sạn ra khỏi khối tiêu; và tách tiêu lép, tạp chất ra khỏi tiêu chắc nhờ vào việc điều chỉnh lượng không khí vào quạt ly tâm

- Các thông số thiết kế:

+ Năng suất thiết kế: 1 tấn/giờ;

+ Nguyên liệu đầu vào: tiêu khô hoặc tiêu tươi đã tuốt;

+ Sản phầm đầu ra: tiêu chắc, tiêu lép, đá sạn

+ Công suất quạt động cơ thổi: 0,75 kW (1 pha – 220 V); tốc độ 3500 vòng/phút; + Công suất động cơ cấp liệu: 0,09 kW (1 pha – 220 V); tốc độ 30 vòng/phút; + Kích thước máy: 1970 x 1880 x 2290 mm (dài x rộng x cao)

ii

 Đối với máy sàng trống thùng quay

- Máy làm việc ổn định, không gây tiếng ồn Tránh được tình trạng kẹt lỗ sàng do

hạt tiêu tạo ra nhờ vào hệ thống chổi quét, loại bỏ được tạp chất sắt, thép ra

khỏi tiêu

- Các thông số thiết kế:

+ Năng suất thiết kế: 1 tấn /giờ;

+ Nguyên liệu đầu vào: tiêu khô đã được làm sạch;

+ Sản phầm đầu ra: phân làm 2 loại, tiêu có Ø > 4.5 mm và tiêu có Ø < 4.5 mm

- Sàng trống Ø 400 mm, dài 1,2 m; sử dụng lưới sàng Ø 6 mm;

- Công suất động cơ: 0,55 kW (1 pha -220 V); tốc độ 20 vòng/phút;

- Kích thước máy: 2040 x 920 x 1740 mm (dài x rộng x cao)

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii  

TÓM TẮT iii  

MỤC LỤC v  

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii  

DANH SÁCH CÁC BẢNG viiviii  

Chương 1: MỞ ĐẦU 1  

Chương 2: TỔNG QUAN 3  

 2.1 Tình hình sản xuất hồ tiêu ở nước ta 3 

 2.2 Một số sản phẩm từ hồ tiêu 3 

 2.3 Chế biến và bảo quản tiêu đen 4 

2.3.1 Chế biến và bảo quản tiêu đen quy mô nông hộ ở nước ta 4 

2.3.2 Chế biến và bảo quản tiêu đen suất khẩu 4 

 2.4 Tìm hiểu và nghiên cứu về lý thuyết sàng 8 

2.4.1 Giới thiệu về sàng 8 

2.4.2 Sơ đồ sàng 8 

2.4.3 Mặt sàng 10 

2.4.4  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng 11 

2.4.5 Các nguyên lý cơ bản của sàng 13 

2.4.6 Hiệu suất sàng 13 

 2.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc một số loại máy sàng 13 

2.5.1 Máy sàng thùng quay 13 

2.5.2 Máy sàng lắc 14 

 2.6 Máy Phân loại khí động 15 

2.6.1 Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động 15 

2.6.2 Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí 15 

vi

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19  

 3.1 Quy trình thực hiện đề tài 19 

 3.2 Phương pháp nghiên cứu 19 

3.2.1 Phương pháp thu thập thông tin 19 

3.2.3 Phương pháp thực nghiệm 20 

 3.3 Phương tiện phục vụ khảo nghiệm 20 

Chương 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 21  

 4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc máy phân loại tiêu 21 

4.1.1 Máy làm sạch 21 

4.1.1 Máy sàng thùng quay 22 

 4.2 Thiết kế máy làm sạch 23 

4.2.1 Yêu cầu thiết kế 23 

4.2.2 Lựa chọn mô hình thiết kế 23 

4.2.3 Tính toán các bộ phận chính của máy 23 

 4.3 Thiết kế Máy sàng 30 

4.3.1 Yêu cầu thiết kế 30 

4.3.2 Lựa chọn mô hình thiết kế 30 

4.3.3 Tính toán các bộ phận chính của máy 30 

 4.4 Chế tạo 34 

4.4.1 Máy làm sạch 35 

4.4.2 Máy phân loại 36 

 4.5 Khảo nghiệm 37 

4.5.1 Mục đích khảo nghiệm 37 

4.5.2 Kết quả khảo nghiệm 37 

Chương 5:KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41  

PHỤ LỤC 42  

vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình chế biến tiêu đen ở quy mô nông hộ 4 

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ chế biến tiêu đen suất khẩu 5 

Hình 2.3 Sơ đồ sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn 9 

Hình 2.4 Sơ đồ sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ 9 

Hình 2.5 Sơ đồ sàng liên hợp 10 

Hình 2.6 Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí 16 

Hình 2.7 Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang 17 

Hình 3.1 Quy trình thực hiện đề tài 19 

Hình 4.1 Sơ đồ máy làm sạch 21 

hình 4.2 Sơ đồ máy sàng thùng quay 22 

Hình 4.3 Máng cấp liệu 24 

Hình 4.4 Trống cuốn liệu kiểu roto với cánh được dán cao su 25 

Hình 4.5 Bản thiết kế máy làm sạch 29 

Hình 4.6 Máng cấp liệu có khay chứa nam châm 33 

Hình 4.7 Bản thiết kế máy sàng thùng quay 34 

Hình 4.8 Chế tạo máy làm sạch tiêu 35 

Hình 4.9 Máy sàng trống lắp ráp hoàn chỉnh 36 

Hình 6.1 Chế tạo máy tại xưởng 45 

Hình 6.2 Chạy khảo nghiệm tại nơi lắp đặt 45 

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả khảo nghiệm máy làm sạch 37 

Bảng 4.2: Kết quả đo đạc 38 

Bảng 4.3: Kết quả khảo nghiệm máy phân loại 39 

Bảng 6.1: Chỉ tiêu lý học và hóa học của tiêu đen 42 

Bảng 6.2: Tiêu chuẩn ASTA (American Standards Trade Association) 42 

Bảng 6.3: Hệ số nồng độ khối lượng tương đối đối với một số dạng vật liệu 43 

Bảng 6.4: Hệ số nồng độ khối lượng tương đối đối với một số hệ thống khí động 43  Bảng 6.5: Hệ số phụ thuộc vận tốc không khí k’ 43 

Bảng 6.6: Vận tốc không khí cần thiết để vận chuyển vật liệu với khối lượng riêng khác nhau 44 

Bảng 6.7: Hệ số ma sát cặp vật liệu bánh ma sát f 44 

sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cùng với sự hướng dẫn của Th.S Trương Quang Trường và KS Đào Duy Vinh chúng tôi thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo máy phân loại trong dây chuyền chế biến tiêu” nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm và khẳng định vị thế của hồ tiêu của nước ta trên thế giới

Phân loại và loại bỏ tạp chất là công đoạn quan trọng trong dây chuyền chế biến tiêu sạch Đây là công đoạn cuối trong dây chuyền chế biến Được thực hiện ngay sau khi tiêu được sấy hay phơi khô Đề tài chọn quá trình phân loại và loại bỏ tạp chất khỏi tiêu làm đối tượng nghiên cứu

Phân loại khí động và sàng là hai phương pháp được thực hiện nhằm tách các tạp chất có khối lượng nặng hơn, nhẹ hơn hạt tiêu, có kích cỡ lớn hơn hoặc nhỏ hơn hạt tiêu, tách sắt thép lẫn trong nguyên liệu, tách tiêu lép và phân loại tiêu ra nhiều loại có kích cỡ khác nhau Vì thế việc nghiên cứu và chế tạo máy phân loại khí động, máy sàng là mục tiêu mà đề tài hướng tới

Ý nghĩa khoa học: kết quả của việc thiết kế và chế tạo máy phân loại tiêu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu, mở rộng sau này Từ những kết quả thu được trong đề tài sẽ giúp ta tính toán, lựa chọn được những phương pháp phân loại tối ưu hơn, tiết kiệm hơn và năng suất hơn

Ý nghĩa thực tiễn: Từ kết quả thiết kế và chế tạo máy phân loại tiêu ta có thể nâng cao chất lượng sản phẩm hồ tiêu, góp phần nâng cao giá thành, củng cố vị trí nước xuất khẩu tiêu hàng đầu của nước ta trên thị trường thế giới Đồng thời từ những

3

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình sản xuất hồ tiêu ở nước ta

Năng suất và sản lượng hồ tiêu của Việt Nam có những bước tiến nhảy vọt

kể từ năm 1975 Năm 1975, Việt Nam chỉ mới có 500 ha tiêu đạt sản lượng là 460 tấn, gần như chưa được biết đến trên thị trường xuất khẩu hồ tiêu Năm 1996 chúng ta sản xuất được khoảng 7.000 tấn Năm 2001 đã sản xuất và xuất khẩu đạt 60.000 tấn Năm 2002 sản lượng và xuất khẩu đạt 70.000 tấn và đã đứng thứ hai sau Ấn

Độ (Ấn Độ sản xuất khoảng 80.000 tấn vào năm này) Bắt đầu từ năm 2003 thì Việt Nam vượt qua Ấn Độ và trở thành nước số một về sản xuất và xuất khẩu hồ tiêu (Tôn Nữ Tuấn Nam, 2008)

2.2 Một số sản phẩm từ hồ tiêu

Sản phẩm hồ tiêu thông dụng trên thị trường là tiêu đen và tiêu trắng Ngày nay nhiều loại sản phẩm có giá trị đã được phát triển thêm từ hồ tiêu Có loại sản phẩm không cần dùng nguyên liệu hồ tiêu tốt để chế biến, ví dụ như tiêu lép, là loại tiêu có phẩm cấp rất kém được dùng để sản xuất ra dầu tiêu

- Tiêu đen: toàn trái tiêu bao gồm vỏ trái và hạt được phơi khô đến độ ẩm 13% Tiêu đen thành phẩm có màu đen với lớp vỏ hạt nhăn nheo bọc bên ngoài

- Tiêu trắng: tiêu trắng hay còn gọi là tiêu sọ Quả tiêu chín già được tách lớp

vỏ bên ngoài rồi phơi khô Tiêu trắng thành phẩm hạt tròn nhẵn có màu trắng ngà

- Dầu tiêu: là tinh dầu bay hơi, đuợc chiết xuất từ quả tiêu bằng phương pháp chưng cất hơi nước Đó là một hỗn hợp lỏng tự nhiên, trong suốt, có màu xanh vàng đến hơi xanh lá cây

- Tiêu bột: hạt tiêu khô được nghiền ở các kích cỡ khác nhau tùy theo yêu cầu của người tiêu thụ Gần đây công nghệ xay tiêu bột ở nhiệt độ thấp đã được giới thiệu để tránh sự mất mát các chất thơm bay hơi khi nghiền hạt tiêu Nghiền tiêu ở nhiệt độ thấp cũng loại bỏ được vi khuẩn và nấm mốc

Hiện nay tiêu đen vẫn là mặt hàng buôn bán thông dụng nhất trên thị trường

hồ tiêu thế giới Theo số liệu của Hiệp hội hồ tiêu, năm 2004 tổng sản lượng tiêu buôn bán trên thị trường thế giới và tiêu thụ nội địa là 351.000 tấn thì tiêu đen chiếm tới 271.000 tấn (Tôn Nữ Tuấn Nam, 2008)

2.3 Chế biến và bảo quản tiêu đen

2.3.1 Chế biến và bảo quản tiêu đen quy mô nông hộ ở nước ta

Để chế biến tiêu đen, tiêu được hái cả chùm quả khi trên chùm có lác đác quả chín hoặc quả đã chuyển sang vàng Dùng máy tách quả để tách quả ra khỏi chùm ngay hay có thể để dồn lại 2 - 3 ngày mới tách quả tùy theo khối lượng tiêu thu hái được Để việc tách quả được dễ dàng người ta thường ủ quả trong bao, hay dồn đống lại rồi tủ bạt kín trong vòng 12 - 24 giờ, sau đó mới đem tách quả Hạt tiêu được phơi trên sân xi măng có trải bạt để giữ vệ sinh và tránh lẫn cát,

đá Làm hàng rào lưới cản cao 2 m chung quanh sân phơi trong thời gian phơi, ngăn không cho súc vật đi qua để lại chất thải trong sản phẩm Không mang giày dép dính đất bẩn vào sân phơi tiêu

Tiêu phơi lớp dày 2 - 3cm, đảo đều 4 - 5 lần/ngày, 3 - 4 ngày nắng thì khô Hạt nhăn đều, đen, đạt độ ẩm từ 12 - 13% mới đem bảo quản

Dùng quạt loại bỏ tạp chất, hạt lép, hạt lửng rồi đóng vào bao để cất giữ trước khi bán Chú ý chỉ đóng bao khi hạt tiêu đã nguội Đóng bao 2 lớp, lớp ni lông bên trong và bao gai, sợi bên ngoài Lớp ni lông giúp tiêu chống hút ẩm trở lại tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển làm giảm chất lượng tiêu đen Các bao tiêu khoảng 50kg, được tồn trữ ở kho mát, thoáng, khô ráo

Tóm tắt quy trình chế biến tiêu đen nông hộ:

Nguyên liệu Tách hạt Phơi Tiêu đen Loại bỏ tạp chất Đóng bao

Bảo quản

Hình 2.1 Quy trình chế biến tiêu đen ở quy mô nông hộ

(Tôn Nữ Tuấn Nam, 2008)

2.3.2 Chế biến và bảo quản tiêu đen suất khẩu

Nguyên liệu để chế biến tiêu đen xuất khẩu là tiêu đen được thu mua trong sản xuất Mục tiêu của công nghệ chế biến là hoàn thiện sản phẩm, nâng cao giá trị chất lượng sản phẩm, an toàn về chất lượng khi kéo dài thời gian tồn trữ và sử dụng

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT TIÊU ĐEN SUẤT KHẨU

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ chế biến tiêu đen suất khẩu

Phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Hạt nhẹ

Thùng làm nguội

Phân loại khí động học

Hạt nhẹ

Hạt nhẹ

Phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Hạt nhẹ Bộ tách từ Thùng chứa

Cân tự động Đóng bao

Đóng bao

Đóng bao

Công đoạn 1: làm sạch

Hạt tiêu nguyên liệu được đưa vào một hộc nạp liệu xây chìm dưới đất và được chuyển vào sàng tạp chất thông qua một gầu tải Sàng tạp chất hoạt động dựa trên nguyên lý phân cách về thể tích Do vậy, sàng tạp chất có thể tách được khoảng 90% lượng tạp chất lẫn trong hạt tiêu gồm: tạp chất nhỏ hơn hạt tiêu, tạp chất lớn hơn hạt tiêu và tạp chất nhẹ hơn hạt tiêu (bao gồm cả bụi) Ngoài ra, do có gắn một bộ phận từ tính nên còn có tác dụng tách sắt thép lẫn trong nguyên liệu

Hạt tiêu nguyên liệu sau khi rời khỏi sàng tạp chất có kích thước trong khoảng từ 2,5 mm đến 6.5 mm

Công đoạn 2: phân loại theo kích cỡ

Sau khi được tách tạp chất, hạt tiêu được một gầu tải chuyển vào sàng đảo phân loại Sàng đảo phân loại bao gồm 3 lưới sàng có các kích cỡ: 4,5mm , 4,9mm và 5.5mm hạt tiêu sau khi làm sạch phân ra làm 4 dòng sản phẩm:

- Hạt có kích thước từ Ø 2,5 – Ø 4,5 mm

- Hạt có kích thước từ Ø 4,5 – Ø 4,9 mm

- Hạt có kích thước từ Ø 4,9 – Ø 5,5 mm

- Và hạt có kích cỡ lớn hơn Ø 5,5 mm

Hạt tiêu đã phân loại kích cỡ được đưa vào 4 thùng chứa Từ 4 thùng chứa này, ta

có thể phối trộn các loại hạt theo yêu cầu thành phẩm để xuất khẩu hoặc tiếp tục đưa vào chế biến

Công đoạn 3: tách đá sạn

Hạt tiêu trước khi vào máy tách đá sạn vẫn còn lẫn những hạt sạn cùng kích cỡ với hạt tiêu Máy tách đá sạn hoạt động dựa trên nguyên lý khác biệt về tỷ trọng của các hạt có cùng kích cỡ Hạt tiêu nhẹ hơn sẽ được một luồng khí nâng lên tạo thành một dòng chảy song song với lưới sàng để chảy ra ngoài Trong khi đó hạt đá sạn nặng hơn sẽ rơi xuống va đập với các cạch của rãnh lưới và chảy ngược về sau để thoát ra ngoài

Công đoạn 4: phân loại bằng khí động học

Hạt tiêu sau khi rời máy tách đá sạn vẫn còn những hạt tiêu chắc và xốp không bị loại ra do cùng kích cỡ Hạt tiêu được đưa vào một thiết bị phân loại khí động học gọi

là Catador Trong thiết bị này có một dòng khí thổi từ dưới lên trên theo chiều thẳng

đứng Do vậy, các hạt tiêu xốp và nhẹ sẽ được nâng lên và thoát ra ngoài còn các hạt chắc thì lơ lửng và được tách ra theo một đường khác Dòng khí trong catador được điều chỉnh lưu lượng tùy theo chất lượng hạt tiêu

Công đoạn 5: phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Hạt tiêu sau quá trình làm sạch, phân loại theo kích cỡ, tách đá sạn và phân loại bằng khí động hoặc vẫn còn khác nhau về hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn lẫn những cọng tiêu

Máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc được cấu tạo bởi những vách ngăn xoắn

ốc quanh trục thẳng đứng Hỗn hợp hạt tiêu gồm hạt tiêu biến dạng và hạt tiêu tròn được nạp vào miệng trên của máy phân loại Bởi vì hạt tiêu chảy xuống theo chiều xoắn ốc dưới tác dụng của trọng lực Các hạt tròn xoay tròn nên gia tốc tăng dần đến một điểm mà chúng quay tròn theo độ ngiêng vách ngăn nằm rìa ngoài và được tách

ra Còn những hạt biến dạng khi rơi tự do trên máng xoắn ốc bị lực ma sát cao hơn tốc

độ dòng chảy không bằng hạt tròn Do đó các hạt biến dạng chảy gần hơn trục của máy xoắn ốc và được đưa ra ngoài

Công đoạn 6: rửa và xử lý vi sinh bằng hơi nước

Để khử các vi sinh vật có hại nhất là khuẩn Salmonella, người ta sử dụng hơi

nước với áp suất từ 2 ÷ 3 kg/cm2 có nhiệt độ từ 1200 OC – 1400 OC để phun vào hạt tiêu trong thời gian ngắn nhất (khoảng 20 – 40 giây) Trong quá trình hấp thụ hơi nước nóng hạt tiêu được chuyển tải qua trống trích ly nước trước khi qua hệ thống sấy

Công đoạn 7: sấy

Hệ thống sấy sử dụng hai cấp liên tục gồm hai tháp sấy tầng: tầng nhập liệu và tầng sấy Năng suất sấy hạt tiêu được điều chỉnh phù hợp với ẩm độ nguyên liệu để đạt hiệu suất cao nhờ hệ thống van xả trái khế Để bảo đảm mùi hương của hạt tiêu, hệ thống gia nhiệt được sử dụng đầu đốt gas với béc phun đốt gas tự động bảo đảm hệ thống an toàn lao động và cháy nổ

Công đoạn 8: làm nguội sau sấy và phân loại

Sau khí sấy, hạt tiêu được đưa vào thùng làm nguội và một lần nữa hạt tiêu được đưa qua Catador để tách tạp chất bao gồm cả bụi và vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình sấy Sau đó hạt tiêu được đưa vào máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2)

Công đoạn 9: cân định lượng tự động

Hạt tiêu thành phẩm được đưa vào thùng chứa để trữ hoặc được đưa vào hệ thống cân tự động định lượng theo yêu cầu Cân định lượng được tự động hóa điều khiển bằng hệ thống điện tử có hiển thị số với giai bậc từ 30 – 60 kg mà sai số cho phép là

±45g/50 kg năng suất 200 bao/giờ

+ Sản phẩm thu được: tiêu đen sạch đạt tiêu chuẩn ASTA

+ Công suất: 4.000 tấn/năm

(Tôn Nữ Tuấn Nam, 2008)

2.4 Tìm hiểu và nghiên cứu về lý thuyết sàng

2.4.1 Giới thiệu về sàng

Sàng là một quá trình phân loại một hỗn hợp vật liệu rời thành các lớp, các nhóm

có kích thước khác nhau do tác dụng của lực cơ học Số nhóm hạt nhận được phụ thuộc vào số lưới sàng mà vật liệu đi qua Nếu số lưới sàng là n thì số nhóm hạt nhận được là n+1

Sàng được dùng rộng rãi trong nhiều ngành nông nghiệp và công nghiệp như:

mỏ, xây dựng, luyện kim, hóa chất, sau thu hoạch và các sản phẩm nông nghiệp Khi dùng độc lập thì mục đích của sàng là phân chia vật liệu thành các sản phẩm cuối cùng

có giới hạn độ hạt khác nhau, để phù hợp với từng yêu cầu của tiêu thụ và các khâu chế biến tiếp theo Khi dùng với chức năng hỗ trợ cho quá trình đập thì mục đích của sàng là lấy những hạt có kích thước hợp quy cách, loại tạp chất và thành phần có kích thước khác yêu cầu

Trong nông nghiệp, người ta sử dụng sàng để phân chia thành các cấp hạt có chất lượng khác nhau để lấy ra những hạt có chất lượng cao, loại thải những hạt không đủ chất lượng và tạp chất

Ф60 Ф30Ф15

nhất nằm trên sàng đi ra ngoài

Ưu điểm:

- Đơn giản, sửa chữa dễ dàng

- Các nhóm hạt rơi dễ dàng vào các phễu chứa tương ứng yêu cầu

Khuyết điểm:

- Khối vật liệu ban đầu, trong đó có những hạt vật liệu lớn lại rơi ngay vào sàng

có kích thước nhỏ nhất, có cấu tạo mảnh nhất, nên dễ dàng làm cho sàng mau hỏng

- Khi khối vật liệu rơi vào sàng nhỏ trước, những hạt có kích thước lớn hơn lỗ sàng sẽ che phủ một phần lớn lỗ, gây khó khăn cho các hạt nhỏ rơi qua sàng, do đó hiệu suất sàng kém.

b) Sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ

Theo sơ đồ sàng này (hình 2.4) sàng trên cùng có kích thước lớn nhất, sàng dưới cùng có kích thước nhỏ nhất

Ưu điểm:

- Khối vật liệu được rơi ngay vào sàng có

kích thước lỗ lớn, do đó bảo đảm độ bền của sàng

- Những hạt vật liệu lớn và trung bình không

Ф0-15

c) Sàng liên hợp

Vật liệu trước tiên rơi trên sàng

có kích thước trung bình, tiếp theo mặt

sàng trên những hạt có kích thước lớn

rơi qua sàng có lỗ lớn, còn những hạt

nhỏ rơi qua sàng nhỏ Sơ đồ này nằm ở

vị trí trung gian, dung hòa ưu khuyết

điểm của 2 sơ đồ sàng trên

2.4.3 Mặt sàng

Mặt sàng là bộ phận chính để phân loại các vật liệu rời Người ta thường dùng ba

loại mặt sàng có kết cấu khác nhau là loại lưới đan, loại tấm đục lỗ và thanh ghi

a) Lưới đan

Lưới đan có các lỗ dạng hình vuông, hình chữ nhật, hình sáu cạnh, loại này

được dùng để sàng mịn và sàng nhỏ các vật liệu khô, xốp

Loại lưới đan có diện tích tiết diện tự do lớn hơn so với các loại mặt sàng khác

Mật độ lưới có lỗ hình vuông được xác định theo công thức (mật độ lưới là tỉ số

diện tích do các sợi chiếm so với diện tích toàn bộ lưới sàng):

Trong đó K: mật độ lưới, %;

B: diện tích tiết diện tự do của lưới, % được xác định theo quan hệ sau đây:

Trong đó d: đường kính sợi đan lưới, mm;

a: kích thước lỗ lưới, mm

Đối với lỗ hình chữ nhật thì xác định tiết diện tự do của lưới như sau:

Trong đó và d là chiều dài và chiều rộng của lỗ, mm

100

Ф60 Ф30

b) Tấm đục lỗ

Tấm làm bằng kim loại trên mặt có đúc các lỗ có dạng hình vuông, hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình bầu dục Các lỗ có thể bố trí thẳng hàng hoặc xen kẽ nhau Lỗ

ở trên tấm được làm dạng côn, phần có kích thước lớn hướng về phía sản phẩm đi ra

Ưu điểm của tấm đục lỗ là vật liệu chuyển động dễ dàng trên mặt sàng, tuổi thọ của tấm cao hơn lưới đan Nhưng nó có nhược điểm là diện tích bề mặt tự do nhỏ

Diện tích tiết diện tự do của tấm có lỗ tròn bố trí theo đỉnh tam giác đều được xác định theo:

Còn nếu bố trí lỗ theo đỉnh hình vuông thì:

b) Bề dày lớp vật liệu trên sàng

Chiều dày lớp vật liệu trên sàng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân loại Nếu lớp vật liệu quá dày thì những cục vật liệu nằm ở trên mặt khó lọt qua dù kích thước

đủ nhỏ Vì vậy lớp vật liệu càng mỏng thì hiệu quả quá trình trình sàng càng cao, nhưng năng suất sàng lại giảm đi Trong thực tế thường sủa dụng như sau:

- Khi kích thước của vật liệu d > 5 mm, thì bề dày lớp vật liệu h = (10 ÷ 15)d

0,905

0,785

- Khi kích thước của vật liệu d = 5 ÷ 50 mm, bề dày lớp vật liệu h = (5 ÷ 10)d

- Khi kích thước của vật liệu d > 50 mm, bề dày lớp vật liệu h = (3 ÷ 5)d

( Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, 2000)

c) Kích thước của vật liệu trên sàng

Kích thước hạt của vật liệu ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sàng, những hạt có kích thước tương đương với lỗ sàng thì khó lọt sàng, những hạt có kích thước nhỏ dễ lọt qua lỗ sàng Thực tế cho thấy những hạt có kích thước nhỏ hơn 3/4 kích thước lỗ sàng rất dễ lọt qua sàng, còn những hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ sàng thì gây trở ngại cho sự lọt sàng

e) Độ dốc mặt sàng

Độ dốc mặt sàng quá lớn thì vật liệu qua mặt sàng rất nhanh dẫn đến làm giảm hiệu suất sàng Độ dốc tối ưu của mặt sàng phải qua thực nghiệm mới xác định được

f) Biên độ và tần số chấn động của khung

Khi các điều kiện khác nhau, nếu tăng biên độ chấn động có thể nâng cao được năng suất lao động đến mức độ nhất định, tăng tần số chấn động có tác dụng tăng năng suất và hiệu suất của sàng

g) Chiều dài của sàng

Ảnh hưởng lớn đến hiều quả quá trình sàng Chiều dài sàng lớn hơn, khối hạt có nhiều điều kiện lọt qua lỗ sàng và ngược lại Nhưng chiều dài sàng càng dài thì càng tốn hao công suất máy

h) Lượng vật liệu cấp vào sàng

Lượng vật liệu cấp vào sàng tăng thì hiệu suất sàng giảm càng nhanh Khi vật liệu cấp vào sàng ít, hiệu suất sàng cũng giảm Khi tăng vật liệu cấp vào sàng mà muốn hiệu suất không thay đổi thì phải tăng chiều dài của lưới sàng để chiều dài lớp vật liệu trên mặt sàng không thay đổi

2.4.5 Các nguyên lý cơ bản của sàng

Muốn cho sàng có năng suất cao thì phải đảm bảo sàng làm việc liên tục Các yếu tố xác định sự liên tục của các quá trình sàng gồm có:

- Sự nạp nhiên liệu liên tục

- Sự chuyển động tương đối của nguyên liệu theo sàng (không tắc nghẽn)

- Sự tách ra liên tục của cấu tử

- Quá trình chuyển động của vật liệu dọc theo sàng

- Sự làm việc thường xuyên của lỗ sàng

Để đánh giá chất lượng máy sàng và quá trình sàng người ta dùng hệ số hiệu suất sàng:

A: lượng hạt dưới sàng có kích thước yêu cầu thu được khi sàng

B: lượng hạt có kích thước yêu cầu thực tế nằm trong vật liệu ban đầu

2.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc một số loại máy sàng

2.5.1 Máy sàng thùng quay

Thân thùng quay chính là mặt sàng, làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc bằng lưới đan

Thân thùng có dạng hình trụ hoặc hình lăng trụ

Khi thùng quay, hỗn hợp vật liệu được nâng lên đến một độ cao nào đó rồi tụt xuống, trong quá trình được nâng lên và tụt xuống đó, hạt vật liệu nào có kích thước

bé hơn lỗ lưới thì chui xuống gọi là sản phẩm dưới lưới, còn hạt vật liệu lớn hơn lỗ lưới thì tụt dần theo mặt sàng và đi ra ngoài, bởi vì thông thường máy sàng thùng được đặt ngiêng một góc nào đó với mặt phẳng ngang, thường từ 4 – 10 độ

Thùng sàng có nhiều mặt thì làm việc có hiệu quả hơn thùng trụ, bởi vì có sự

va chạm của vật liệu từ mặt sàng này sang mặt sàng khác, nên nó dễ chui qua lỗ hơn

Khi dùng máy sàng thùng để phân loại một hỗn hợp vật liệu có nhiều kích thước thì người ta bố trí lưới sàng theo vòng tròn đồng tâm hoặc đặt lưới có đường kính lỗ khác nhau nối tiếp nhau

Mặt sàng thùng quay có ưu điểm là làm việc ổn định, khi làm việc không bị rung động, do đó có thể đặt máy ở trên gác cao, nhưng nhược điểm của máy là hệ số

sử dụng bề mặt sàng nhỏ, tối đa khoảng 20% và vật liệu dễ sinh bụi vì va đập với nhau nhiều ( Hồ Lê Viên 2003)

đỡ mà sàng lắc phẳng theo đường tròn (gọi là lắc tròn) hoặc chuyển động lắc phức tạp, lắc phẳng tới lui

Quá trình sàng xảy ra khi vật liệu nằm ở trên lưới sàng được chuyển động theo một dòng liên tục

Khi lưới sàng lắc qua – lại thì cục vật liệu nằm trên lưới sàng chịu tác dụng của lực quán tính và lực ma sát của nó với mặt lưới sàng

Khoảng dịch chuyển của lưới sàng có thể từ 10 đến 100 mm

Để cho hỗn hợp vật liệu di chuyển thành dòng liên tục thì khi sàng tiến về phía trước lực quán tính nhỏ hơn lực ma sát, còn khi sàng lùi về phía sau thì lực quán tính lớn hơn lực ma sát, nghĩa là:

(2-08)

Còn nếu như sàng được truyền động từ cơ cấu đối xứng thì bắt buộc phải đặt lưới sàng nghiêng một góc nào đó so với mặt phẳng ngang Góc nghiêng thường được chọn 14 độ

2.6 Máy Phân loại khí động

2.6.1 Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động

Nguyên lý vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp khí động là lợi dụng khả năng chuyển động của dòng khí trong ống dẫn với tốc độ nhất định để mang vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng Để cho vật chuyển động từ chỗ nạp liệu đến chỗ thu liệu phải tạo ra được sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu ống, tức là phải tạo được áp lực bằng cách giảm áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng áp suất không khí ở đầu ống đẩy

Theo lý thuyết thì có thể sử dụng dòng không khí để vận chuyển vật liệu rời có khối lượng riêng và kích thước bất kì, nhưng vì tiêu hao năng lượng vận chuyển tăng nhanh nhiều lần so với trọng lực của vật liệu, do vậy thường chỉ áp dụng để vận chuyển vật liệu ngũ cốc, vật liệu rời có khối lượng bé

2.6.2 Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí

a) Chuyển động của phần tử rắn theo phương thẳng đứng và phương ngang

Điều kiện cơ bản để các phần tử rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên gây ra phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt

(2-09)(2-10)

G P

Hình 2.6 Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí

 Lực tác dụng lên một phần tử hạt rắn gồm hai phần:

 Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực giao với chiều chuyển động của dòng không khí:

 Lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt:

 Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì:

trong đó:

 K0 – Hệ số tỷ lệ kể đến ảnh hưởng của sự chảy bọc quanh các hạt của dòng không khí Hệ số này phụ thuộc vào chuẩn số Re và kích thước của phần tử lơ lửng Đối với phần tử hình cầu hệ số K0 thay đổi theo chuẩn số Re

 F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m2

 v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s

 : Hệ số ma sát

 S: Diện tích xung quanh của hạt, m2

 kk: Khối lượng riêng của không khí, kg/m3

 Nếu tiết diện trực đối ứng với các trục đối xứng khác nhau của phần tử không

giống nhau thì lực tác dụng lên hạt sẽ phụ thuộc vào trục đối xứng nào trùng với chiều

chuyển động của dòng không khí

 Điều kiện làm cho hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong không khí là:

 G: Trọng lượng của hạt, kg

 Từ phương trình trên ta rút ra được trị số v và đó chính là vận tốc treo, tức vận

tốc giúp hạt phần tử rắn lơ lửng trên không

 Đối với hạt hình cầu có đường kính d, m và trọng lượng riêng h , kg/m3:

h kk

kk

d G S g

v F g

v K

62

2

3 2

 Trường hợp ống dẫn nằm ngang thì lực P sẽ tác dụng trực giao với phương của

lực G, do đó hạt sẽ rơi xuống và lăn theo thành ống Phần không khí bị cuốn theo các

hạt sẽ gây ra một sức đẩy P’ nào đó làm cho hạt lại được bốc trở lên, rồi lại rơi xuống,

cứ thế hạt bị tải đi theo dòng không khí



P G v

Hình 2.7 Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang

 Để xác định vận tốc lơ lửng trong trường hợp ống ngang, giáo sư V.N Lêvinxơn đã đưa ra công thức sau đây dùng cho hạt rắn có hình lăng trụ

 : Tỷ số vận tốc tịnh tiến của hạt và vận tốc của dòng không khí

 Trong thực tế, vận tốc làm việc của hệ thống vận chuyển khí động phải lớn hơn vận tốc treo để dòng không khí có khả năng lôi cuốn được những hạt vật liệu đọng lại dưới lòng ống nằm ngang khi hệ thống làm việc trở lại sau một thời gian ngừng hoạt động

b) Chuyển động của phần tử rắn theo phương nằm nghiêng

Vận tốc treo v treo không biến đổi đáng kể nếu ống được bố trí nghiêng 100 so với mặt phẳng nằm ngang hoặc 80 so với mặt phẳng đứng Và bằng thực nghiệm người ta

đã xác định được ở vị trí 220 đến 450 so với phương ngang, vận tốc treo phải có giá trị lớn hơn từ 1,5 đến 3 lần so với khi ở dòng chảy phương nằm ngang

(2-19)