ĐỒ ÁN Tính toán thiết kế máy nghiền búa cho lúa năng suất 1,075 tấn trên giờ (Full)

1.1. Đặt vấn đề 1.1.1 Nguyên liệu trong chế biến thức ăn hiện nay Lúa là một trong những loại cây lương thực quan trọng của nước ta và thế giới, lúa gạo có giá trị dinh dưỡng cao, chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của người dân. Bên cạnh vai trò cung cấp lương thực cho con người, lúa còn là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc và vật nuôi, cây lúa còn là nguồn xuất khẩu dồi dào, cung cấp lương thực cho các nước khác. Nếu năm 2005, tổng diện tích lúa là 7329 nghìn ha, đến năm 2008 đã tăng lên 7400 nghìn ha và năm 2013 diện tích lúa cả nước là 7899 nghìn ha, năng suất 558 tấnha, sản lượng đạt trên 44706 nghìn tấn. Đất nước ta với nền nông nghiệp vững mạnh luôn đảm bảo nguồn cung lương thực cho quốc gia và cho xuất khẩu. Ở Việt Nam, hiện nay giá một kg lúa khô giao động từ 4.900 – 5.300 đồng. Theo Cục Chăn nuôi thì chỉ riêng trong năm 2011, chúng ta đã nhập khẩu xấp xỉ 8,9 triệu tấn nguyên liệu TĂCN gồm: 3,86 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu năng lượng (ngô, lúa mì, bột mì), 4,76 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu đạm (đậu tương, khô dầu các loại, bột cá, bột thịt xương…) và 0,9 triệu tấn nguyên liệu thức ăn bổ sung (premix, khoáng, axit amin…). Dự kiến năm 2020 nhu cầu sử dụng TĂCN cả nước sẽ lên đến con số 27,4 triệu tấn. Có ai ngờ rằng, Việt Nam, một cường quốc xuất khẩu gạo vào loại nhất nhì thế giới nhưng lại nhập khẩu một lượng ngô, đậu tương… khổng lồ về để chế biến TĂCN (trên dưới 3 tỉ USDnăm). Người ta tính tiền thu về từ gạo bán đi rồi mua lại nguyên liệu chế biến TĂCN gần như tương đương nhau. Đây thực sự là một nghịch lý cần có sự thay đổi, càng sớm càng tốt. Muốn vậy chúng ta phải từng bước có kế hoạch chủ động tổ chức và hình thành các vùng sản xuất nguyên liệu TĂCN. Nguyên liệu TĂCN không nhất thiết hoàn toàn phải là ngô, lúa mì mà thay vào đó là lúa gạo cũng rất tốt. Từ suy nghĩ trên, chúng tôi đề nghị Bộ NNPTNT cùng các nhà khoa học sớm có chủ trương và khuyến cáo bà con nông dân sử dụng lúa gạo dư thừa trong sản xuất để phát triển chăn nuôi thay vì bán lúa gạo giá rẻ cho nước ngoài rồi lại mua ngô, lúa mì… về sản xuất TĂCN trong nước. Làm như vậy thì bao giờ nông dân ta mới khấm khá lên được? 1.1.2. Vai trò của nghiền thức ăn trong chăn nuôi Với vật nuôi được ăn các loại thức ăn được nghiền nát và nấu chín sẽ được bổ sung thêm chất xơ và vitamin. Các chất này giúp vật nuôi tiêu hóa và hấp thụ thức ăn tốt hơn, tăng khả năng miễn dịch. Đặc biệt vật nuôi sẽ lớn nhanh và chất lượng thịt tốt hơn so với vật nuôi chỉ dùng thức ăn khô tổng hợp. Qua nghiên cứu thực tế cho thấy rằng thức ăn được nghiền nhỏ sẽ giúp vật nuôi dễ tiêu hóa hơn, thì mức độ tăng trọng hàng ngày sẽ tăng từ 15% 19% so với thức ăn nghiền to. 1.1.3. Tầm quan trọng của máy nghiền Trong chế biến thức ăn hay nhiều lĩnh vực chế biến khác thì việc nghiền nhỏ vật liệu là khâu rất quan trọng quyết định đến quy trình công nghệ. Vì vậy việc trang bị máy nghiền trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng. Việc nghiền nhỏ vật liệu giúp giảm thể tích vật liệu dễ dự trữ vận chuyển và bảo quản giảm được chi phí năng lượng trong các quy trình chế biến đòi hỏi phải nghiền nhỏ trước khi đưa vào sản xuất. 1.2. Cách giải quyết vấn đề trong xã hội 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong nước Ở nước ta, máy nghiền chủ yếu được nhập từ Liên Xô và Trung Quốc trang bị cho các nông trường quốc doanh dùng để nghiền nông sản chế biến thức ăn chăn nuôi. Trên cơ sở những mẫu máy này chúng ta đã cải tiến, cải tạo lại phù hợp với điều kiện sản xuất đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng trong các ngành khác. Hiện nay, máy nghiền nước ta được nhập về từ nhiều hãng nhiều nước khác nhau, chúng khá đa dạng về chủng loại và mẫu mã nhưng giá rất cao. Cũng có máy nghiền do chúng ta tự chế tạo nhìn chung làm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụi nhiều ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động, chi phí năng lượng riêng cao hơn so với máy nhập ngoại. Năm 1976, Uỷ ban Nông nghiệp Trung ương đã tổ chức khảo nghiệm bình chọn các mẫu máy nghiền tốt để giới thiệu, phổ biến áp dụng vào trong sản xuất và qua đó tập trung chế tạo hàng loạt, đó là: Máy nghiền búa NB60 (Nhà máy cơ khí 15 Ninh Bình): Năng suất nghiền 500 600 kgh, công suất động cơ 14 kW. Máy nghiền đá ND500 (nhà máy cơ khí 29 Thái Bình): Năng suất nghiền 400 500 kgh. Máy nghiền NG72 hay NDQ02 (Tổng cục hậu cần, sau khi bình tuyển giao cho Cơ khí Hà Tây chế tạo): Năng suất nghiền 200 300 kgh, công suất động cơ 7,5 kW. Từ đó cho đến nay các mẫu máy liên tục được nghiên cứu, cải tiến, chế tạo nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy nghiền, giảm chi phí năng lượng riêng, đó là:

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Nguyên liệu trong chế biến thức ăn hiện nay

Lúa là một trong những loại cây lương thực quan trọng của nước ta và thếgiới, lúa gạo có giá trị dinh dưỡng cao, chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn hàngngày của người dân Bên cạnh vai trò cung cấp lương thực cho con người, lúa còn lànguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc và vật nuôi, cây lúacòn là nguồn xuất khẩu dồi dào, cung cấp lương thực cho các nước khác Nếu năm

2005, tổng diện tích lúa là 7329 nghìn ha, đến năm 2008 đã tăng lên 7400 nghìn ha

và năm 2013 diện tích lúa cả nước là 7899 nghìn ha, năng suất 558 tấn/ha, sản lượngđạt trên 44706 nghìn tấn Đất nước ta với nền nông nghiệp vững mạnh luôn đảm bảonguồn cung lương thực cho quốc gia và cho xuất khẩu

Ở Việt Nam, hiện nay giá một kg lúa khô giao động từ 4.900 – 5.300 đồng.Theo Cục Chăn nuôi thì chỉ riêng trong năm 2011, chúng ta đã nhập khẩu xấp xỉ 8,9triệu tấn nguyên liệu TĂCN gồm: 3,86 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu năng lượng(ngô, lúa mì, bột mì), 4,76 triệu tấn nguyên liệu thức ăn giàu đạm (đậu tương, khôdầu các loại, bột cá, bột thịt xương…) và 0,9 triệu tấn nguyên liệu thức ăn bổ sung(premix, khoáng, axit amin…) Dự kiến năm 2020 nhu cầu sử dụng TĂCN cả nước

sẽ lên đến con số 27,4 triệu tấn Có ai ngờ rằng, Việt Nam, một cường quốc xuấtkhẩu gạo vào loại nhất nhì thế giới nhưng lại nhập khẩu một lượng ngô, đậu tương…khổng lồ về để chế biến TĂCN (trên dưới 3 tỉ USD/năm) Người ta tính tiền thu về từgạo bán đi rồi mua lại nguyên liệu chế biến TĂCN gần như tương đương nhau Đâythực sự là một nghịch lý cần có sự thay đổi, càng sớm càng tốt Muốn vậy chúng taphải từng bước có kế hoạch chủ động tổ chức và hình thành các vùng sản xuấtnguyên liệu TĂCN

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

Nguyên liệu TĂCN không nhất thiết hoàn toàn phải là ngô, lúa mì mà thayvào đó là lúa gạo cũng rất tốt Từ suy nghĩ trên, chúng tôi đề nghị Bộ NN-PTNTcùng các nhà khoa học sớm có chủ trương và khuyến cáo bà con nông dân sử dụnglúa gạo dư thừa trong sản xuất để phát triển chăn nuôi thay vì bán lúa gạo giá rẻ chonước ngoài rồi lại mua ngô, lúa mì… về sản xuất TĂCN trong nước Làm như vậy thìbao giờ nông dân ta mới khấm khá lên được?

1.1.2 Vai trò của nghiền thức ăn trong chăn nuôi

Với vật nuôi được ăn các loại thức ăn được nghiền nát và nấu chín sẽ được bổsung thêm chất xơ và vitamin Các chất này giúp vật nuôi tiêu hóa và hấp thụ thức ăntốt hơn, tăng khả năng miễn dịch Đặc biệt vật nuôi sẽ lớn nhanh và chất lượng thịttốt hơn so với vật nuôi chỉ dùng thức ăn khô tổng hợp Qua nghiên cứu thực tế chothấy rằng thức ăn được nghiền nhỏ sẽ giúp vật nuôi dễ tiêu hóa hơn, thì mức độ tăngtrọng hàng ngày sẽ tăng từ 15% - 19% so với thức ăn nghiền to

1.1.3 Tầm quan trọng của máy nghiền

Trong chế biến thức ăn hay nhiều lĩnh vực chế biến khác thì việc nghiền nhỏvật liệu là khâu rất quan trọng quyết định đến quy trình công nghệ Vì vậy việc trang

bị máy nghiền trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng Việc nghiền nhỏ vật liệugiúp giảm thể tích vật liệu dễ dự trữ vận chuyển và bảo quản giảm được chi phí nănglượng trong các quy trình chế biến đòi hỏi phải nghiền nhỏ trước khi đưa vào sảnxuất

1.2 Cách giải quyết vấn đề trong xã hội

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

Ở nước ta, máy nghiền chủ yếu được nhập từ Liên Xô và Trung Quốc trang bịcho các nông trường quốc doanh dùng để nghiền nông sản chế biến thức ăn chăn

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K392

nuôi Trên cơ sở những mẫu máy này chúng ta đã cải tiến, cải tạo lại phù hợp vớiđiều kiện sản xuất đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng trong các ngành khác.

Hiện nay, máy nghiền nước ta được nhập về từ nhiều hãng nhiều nước khácnhau, chúng khá đa dạng về chủng loại và mẫu mã nhưng giá rất cao Cũng có máynghiền do chúng ta tự chế tạo nhìn chung làm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụinhiều ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động, chi phí năng lượng riêng cao hơn sovới máy nhập ngoại Năm 1976, Uỷ ban Nông nghiệp Trung ương đã tổ chức khảonghiệm bình chọn các mẫu máy nghiền tốt để giới thiệu, phổ biến áp dụng vào trongsản xuất và qua đó tập trung chế tạo hàng loạt, đó là:

- Máy nghiền búa NB-60 (Nhà máy cơ khí 15 Ninh Bình): Năng suất nghiền

500 -600 kg/h, công suất động cơ 14 kW

- Máy nghiền đá ND-500 (nhà máy cơ khí 29 Thái Bình): Năng suất nghiền

400 - 500 kg/h

- Máy nghiền NG-72 hay ND-Q02 (Tổng cục hậu cần, sau khi bình tuyển giaocho 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 lượng riêng, đólà:

- Viện Thiết kế máy Nông nghiệp (Bộ Cơ khí và Luyện kim): đã nghiên cứucải tiến máy nghiền ND-500A và ND-500B đưa năng suất lên cao để lắp đặt vào dâychuyền chế biến thực phẩm 0,5 - 1 tấn/h

- Viện Cơ điện nông nghiệp: Thiết kế cải tạo máy nghiền NB-60 đi với cyclonlắng bột ứng dụng vào dây chuyền chế biến thực phẩm 1 tấn/h Thiết kế chế tạo máynghiền NT - 02 với tấm đập đứng để hạn chế hiện tượng lưu chuyển và phân ly củanguyên liệu trong buồng nghiền giảm chi phí năng lượng riêng; năng suất 250 – 300kg/h; công suất động cơ 7 kW

Các mẫu máy nghiền từ đó được phổ biến, tham gia vào mạng lưới chế biếnthực phẩm, đáp ứng được nhu cầu sản xuất Vì được nghiên cứu kỹ về lý thuyết kếthợp với thực tế ứng dụng trong sản xuất ở Việt Nam được tham khảo các mẫu máy

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

rộng hơn, các thông số thiết kế được lựa chọn phù hợp hạn chế một phần nào nhượcđiểm của máy nghiền cũ, giảm được 5 - 10% chi phí năng lượng riêng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trên thế giới

Trên thế giới, máy nghiền đã được nghiên cứu chế tạo từ rất sớm Đầu tiên nóđược dùng trong ngành địa chất để nghiền quặng, sau đó là chế biến nông sản và ứng

dụng trong các ngành khác Năm 1830 lần đầu tiên trên thế giới, Schitkojozef giáo

sư viện hàng lâm địa chất Budapest đã đề xuất lý thuyết nghiền phương pháp kiểmtra, công làm vỡ hạt và chi phí năng lượng riêng

Trên thế giới máy nghiền được sử dụng rộng rãi trong chế biến nông sản vàchế biến thực phẩm tiêu dùng Ở các nước phát triển, với trình độ khoa họa kỹ thuậtcao, để đáp ứng nhu cầu chế biến thực phẩm phục vụ cho xã hội, máy nghiền đượcnghiên cứu kỹ cả phần lý thuyết và các mẫu đem ứng dụng vào trong sản xuất, được

cơ khí hóa tự động hóa để nâng cao hiệu quả công việc và hiệu quả cho người sửdụng.Ví dụ như:

- Máy nghiền bột 9FH-1000 wood crusher, năng suất 2000 - 4000 kg/h, côngsuất 45 kW, xuất xứ Trung Quốc

- Máy nghiền búa Hammer Crusher M-4, năng suất 9 tấn/h, công suất 15 kW,xuất xứ Nga

1.3 Cách gi i quy t v n đ đ t ra ải quyết vấn đề đặt ra ết vấn đề đặt ra ấn đề đặt ra ề đặt ra ặt ra

Từ những công dụng của việc nghiền nhỏ thức ăn để phục vụ chăn nuôi đã trình bài

ở trên, thì ở nước ta cũng có một số trường Đại học kỹ thuật và các công ty trong nước cũngnhư ngoài nước đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều loại máy nghiền khác nhau cũng đã đápứng được một phần của nhu cầu này Nói chung máy nghiền ở nước ta và các máy nghiềnđược nhập ở nhiều nước có rất nhiều chủng loại và mẩu mã khác nhau, nhưng nhìn chunglàm việc chưa ổn định, tiếng ồn lớn, bụi nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, chiphí năng lượng cao so với các máy nhập ngoại Ngoài ra vấn đề giá cả, khả năng bảo dưỡng,bảo trì, chế độ làm việc, quy trình công nghệ khép kín là vấn đề rất quan trọng khi ta quyếtđịnh sử dụng và lắp đặt mấy nghiền

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K394

Từ những vấn đề trên chúng ta cần hướng đến tính toán thiết kế một sản phẩmmáy nghiền ưu Việt hơn để cung cấp thức ăn cho ngành chăn nuôi và cụ thể là tínhtoán thiết kế máy nghiền búa cho lúa năng suất 1075 kg/h.

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Khái niệm nghiền

Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử nhỏhơn, nghĩa là ngoại lực tác động đễ phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử của nó.Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như tạo thành nhiều bềmặt mới

2.2 Lý thuyết nghiền

2.2.1 Các phương pháp đập nghiền cơ bản

Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu

- Va đập: Vật liệu chuyển động va chạm với nhau hoặc vật liệu nằm trên một

bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm nó vỡ ra

- Mài: Là do tác dụng của lực ma sát với tác dụng của lực làm vật liệu bịnghiền nhỏ (Thường là chuyển động ngược chiều)

- Trượt: Có 2 hình thức là cắt và bổ, vật liệu bị đập và bị cắt đứt (thường theophương ngang hoặc thẳng đứng)

- Ép: Vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng dần cho đến khi nó bị vỡ ra

2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật của máy nghiền

Máy nghiền có các yêu cầu kỹ thuật như sau:

- Ít tạo ra bụi bột (vì khi con vật ăn sống sẽ kém đồng hóa dịch vị, kém tiêuhóa, bụi bột dễ bay gây lãng phí và mất vệ sinh cho người phục vụ )

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

- Không làm bột quá nóng, nhiệt độ bột sau khi nghiền không quá 400C

- Nghiền được nhiều loại thức ăn

- Điều chỉnh được độ nghiền to, nhỏ, phù hợp với từng loại vật nuôi

- Có thể nghiền với độ ẩm tới 19 – 20%, ít ảnh hưởng tới năng suất và chấtlượng nghiền, đỡ khâu phơi sấy lại nguyên liệu để lâu trong kho

- Có năng suất cao (hiện nay nước ta cần tới mức 1 – 2 t/h) và mức tiêu thụnăng lượng riêng thấp (trong các khâu chế biến, việc nghiền thức ăn tốn năng lượngnhất, mức thiêu thụ năng lượng riêng hiện nay tốn khoảng trên 12 kWh/t)

- Cần có bộ phận thu tạp chất rắn (kim loại, đá sỏi)

- Phải bền vững, dễ sử dụng và châm sóc, ổn định, ít run, ít bụi bậm

2.2.3 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền

Nghiền là quá trình phân chia vật thể thành các mảnh vụn bằng các lực cơ họctrong đó các bộ phận làm việc của máy phải khắc phục được lực liên kết phân tử củacác phân tử vật thể kết quả là tạo ra trên bề mặt mới Bằng kết quả nhiều công trìnhnghiên cứu của các nhà khoa học kết hợp với phương tiện đo đạc tiên tiến đã đi đếnkết luận

Muốn phá vỡ vật thể phải dùng ngoại lực tác dụng sao cho thắng được ứngsuất bền của vật thể (ứng suất nén) Khi đó vật thể chịu biến dạng đàn hồi, biến dạngdẻo (có thể từ từ hay đột ngột) và cuối cùng bị phá vỡ Mặc dù ứng suất phá vỡ có thểtheo một hướng nhưng lại gây cho vật thể hiện tượng nén ở nhiều hướng

Khi đó ngoại lực tác dụng gây nên sóng chấn động làm rạn nứt vật thể Để vậtthể vỡ phải tạo cho sóng chấn động truyền qua hết vật thể theo chiều tác động của lực

và tốc độ truyền sóng bằng tốc độ âm thanh

Khi vật thể không phá vỡ mà bị nứt thì do lực hút phân tử, các vết nứt khéplại Muốn tiếp tục phá vỡ thì phải tốn thêm năng lượng để khắc phục lực hút phân tửgiữa chúng

2.2.4 Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền vỡ vật thể

Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc và nhiều ngành công nghiệpkhác thường tiến hành quá trình nghiền nhỏ vật liệu từ các khối lớn, và các hạt thànhdạng bột thô, vừa hoặc bột mịn Nếu ta gọi kích thước trung bình của các khối vật

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K396

liệu, các loại hạt trước khi đem nghiền là D và kích thước trung bình của bột thànhphẩm sau khi nghiền là d thì có thể phân loại các mức nghiền theo bảng 1.1.

và các cơ cấu truyền động mà còn phụ thuộc vào cơ lý tính của vật liệu đem nghiềnnhư: độ cứng, độ ẩm, tính chất của vỏ hạt Công nghiền dùng để khắc phục các lựcliên kết giữa các phần tử của vật liệu đem nghiền, các lực ma sát giữa vật liệu vớinhau, giữa vật liệu với các cơ cấu nghiền và ma sát của các bộ phận chuyển độngtrong máy

2.2.4.1 Các thuyết về nghiền

Thuyết bề mặt của P Rv Ritingơ nêu ra với nội dung: công dùng cho quátrình nghiền tỉ lệ thuận với bề mặt mới hình thành của vật liệu đem nghiền

Giả thiết rằng cục vật liệu đem nghiền có hình lập phương, kích thước ban đầu

là D, sau khi được nghiền nhỏ vẫn có hình dạng lập phương với kích thước d và trongquá trình nghiền không có hao tổn vật liệu ở dạng bụi nhỏ Nếu gọi tỉ số D/d = i làmức độ nghiền (theo kích thước dài) thì số cục sản phẩm Z thu được sau khi nghiền

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

Zd3 = D3 (187 – [3]) Vậy = 33 =

F2 = 6(

d

D

)D2 = 6iD2 Vậy tổng bề mặt mới được tạo ra sau quá trình nghiền đập là:

F = F2 – F1 = 6iD2 – 6D2 = 6D2(i – 1)

Thuyết thể tích: Do V N Kirpitrev đề ra và được kiểm tra bằng thực nghiệm

với nội dung như sau: Công cần thiết để phá vỡ vật liệu tỉ lệ thuận với độ biến đổi thểtích của vật liệu

Nó được xác định như công làm biến dạng vật liệu khi bị nén (hoặc kéo) theođịnh luật Hook trong sức bền vật liệu, nghĩa là:

E - Modun đàn hồi của vật liệu, N/cm2

- Hiệu số thể tích của vật liêu trước và sau khi nghiền

= D3 – d3, (cm3)

Cả hai thuyết trên chưa thật hoàn toàn phù hợp với thực tế Thuyết bề mặt thích hợp với nghiền nhỏ và mịn còn thuyết thể tích còn thuyết thể tích phù hợp với nghiền thô và vừa

Thuyết thể tích và bề mặt: Theo viện sĩ P A Rebinđe công nghiền gồm

công làm biến dạng vật liệu và công tạo ra bề măt mới:

A = A2 + A1 = + 6ArD2(i – 1), (N.cm) (189 – [3])Các công thức tính công của ba thuyết nghiền nêu trên điều được áp dụngtrong thực tế sản xuất vì nó mang tính chất lý thuyết và sẽ được hiệu chỉnh qua thực

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K398

nghiệm Điều đó chứng tỏ quá trình nghiền thực chất rất phức tạp bao gồm nhiều quátrình biến đổi xử lý của vật liệu trong khi nghiền.

2.2.4.2 Các chu trình nghiền

Tùy theo tính chất của vật liệu đem nghiền như kích thước, độ cứng, độ dẻoquánh và yêu cầu công nghệ của sản phẩm sau nghiền như cỡ hạt sản phẩm, mức độđồng đều, năng suất, chi phí năng lượng, mà người ta có thể tiến hành quá trìnhnghiền theo một trong các chu trình nghiển sau đây:

Chu trình hở: Ở chu trình này, nguyên liệu gồm nhiều cỡ kích thước khác

nhau được đưa qua sàng phân loại để thu được cỡ nguyên liệu khá đồng đều nhằmtăng hiệu suất của máy nghiền Sau khi nghiền ở máy người ta thu ngay sản phẩm màkhông yêu cầu tiếp tục phân loại nữa Do vậy, độ đồng đều của sản phẩm không caonhưng năng lượng tiêu hao nhỏ

Hình 2.1 Chu trình nghiền hở

Chu trình kín: Nguyên liệu được đưa trực tiếp vào máy nghiền Bột sản

phẩm ra khỏi máy được đưa qua thiết bị phân loại như máy sàng, máy rây, để phânloại sản phẩm theo cỡ hạt yêu cầu Số hạt to được thiết bị phân loại tách riêng và tiếptục đưa qua máy nghiền cùng nguyên liệu mới Ở chu trình kín thì cỡ sản phẩm đồng

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

Hình 2.2 Chu trình nghiền kín

Chu trình kép: Với chu trình kép, sản phẩm ra khỏi máy nghiền được đưa trở

lại bộ phận nạp liệu rồi cùng nguyên liệu mới qua thiết bị phân loại Bột sản phẩmđạt kích thước theo yêu cầu được lấy ra, phần còn to được đưa nghiền lại Chu trìnhkép thường dùng khi yêu cầu mức độ nghiền lớn như nghiền bột, đòi hỏi năng lượngtiêu hao lớn và thường lắp hai máy nghiền nối tiếp để thực hiện chu trình này

Tùy theo quy trình công nghệ mà có thể dùng quy trình nghiền khô hay nghiềnướt Với mõi quy trình đều có ưu và nhược điểm riêng, ưu điểm chính của quy trìnhnghiền khô là lượng vật liệu của các cơ cấu nghiền được mày mòn chỉ vào khoảng1/5 so với nghiền ướt

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K3910

Hình 2.3 Chu trình nghiền kép

2.2.5 Máy nghiền búa

Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa là do sự va đập của cácbúa vào vật liệu, sự chà xát của vật liệu với búa và với thành trong của vỏ máy Cáchạt vật liệu nhỏ lọt qua tấm lưới phân loại được quạt hút ra khỏi máy, còn các hạt vậtliệu to chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ Để nghiền được, độngnăng của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu Do vậy,khi nghiền vật liệu cỡ to cần có trọng lượng búa lớn, còn khi nghiền vật liệu nhỏ cầnbúa nhẹ hơn sao cho phù hợp với từng loại vật liệu

2.2.6 Các thông số cơ bản

Các máy nghiền búa có số búa ít, trọng lượng mỗi búa G = 200 700 N, rotoquay chậm với vận tốc vòng khoảng 15 25 m/s thì thường dùng để nghiền thô vàvừa để được hạt sản phẩm có kích thước d 20 mm Các máy nghiền búa có trọnglượng mỗi búa G = 30 50 N, vận tốc vòng khoảng 25 60 m/s dùng nghiền nhỏ để

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

lượng mỗi búa G = 5 10 N và vận tốc vòng lớn rất lớn tới 100 m/s dùng để nghiềnmịn hạt sản phẩm đạt kích thước d = 10 100 µm

2.3 Lý thuyết tính toán máy nghiền búa

2.3.1 Xác định vận tốc vòng của búa

Búa nghiền cần được quay với tốc độ vòng tương đối lớn để có động năng khálớn để chuyển thành công đập vỡ vật liệu trong thời gian búa chạm vô cùng ngắn vàovật liệu Dựa vào định luật cân bằng về năng lượng ta có biểu thức:

m.(v2 – v1) = p.τ (213 – [3])Trong đó: m - khối lượng vật liệu đem nghiền, kg

v1 - vận tốc của hạt khi tiếp xúc búa nghiền, m/s

v2 - vận tốc của hạt sau khi bị búa đập, m/s

p - lực đập trung bình tức thời, N

τ - thời gian va đập, sNếu chấp nhận v1 = 0 (vì thực tế hạt nạp vào máy nghiền búa với vận tốc v1

xác định nhưng nhỏ không đáng kể) thì v2 của hạt sau khi va đập cũng phải bằng vậntốc của búa cần có để đập vở được hạt Vận tốc vòng nhỏ nhất của búa nghiền đượcxác định:

m.vMin = p.τ suy ra vmin = m/s

2.3.2 Xác định năng suất và công suất của máy nghiền búa

Năng suất: Năng suất của máy nghiền búa khi nghiền hạt làm thức ăn chănnuôi có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:

q c = ( 2 ÷ 8 ) 10 5 ρ D2 L ω (kg/s) (156 – [1]) Trong đó:

Ρ - là khối lượng riêng của hạt, [kg/m3]

D - đường kính rôto

L – chiều dài rôto

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K3912

Công suất: Tác dụng nghiền trong máy nghiền búa là do sự biến đổi độngnăng thành công đập vỡ vật liệu Động năng của búa được tính:

A = (Nm) (214 – [3])Trong đó:

i - số búa treo trên rôto

m - khối lượng của búa, kg

v - vận tốc vòng của búa, m/s

Công nghiền thực chất chỉ chiếm một phần trong toàn bộ công tiêu hao khichạy máy, có nghĩa là chỉ có một phần động năng chuyển thành công nghiền và đượcxác định:

2.4 Một số máy nghiền búa hiện nay

Máy nghiền búa Tân Thiên Phú, xuất

xứ Viêt Nam, máy nghiền dành cho trang trại model TTP10.000, năng suất: 10.000 kg/h, công suất 60 kW -3pha Ngoài ra còn các mẫu model như: TTP300, TTP500, TTP600…

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

Máy nghiền bột, xuất xứ Trung Quốc, năng suất 24 kg/h,

công suất 1.1 kW

Máy nghiền bột công nghiệp của hãng

Cơ Khí Ayz Việt Nam,năng suất 200 - 300 kg/h, công suất 5.5 -7.5 kW

Máy nghiền búa Hammer Crusher M-4, năng suất 5 - 9 tấn/h, công suất 15 kW,

xuất xứ Nga

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K3914

CHƯƠNG III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liệu nghiền

Lúa có tên khoa học là Oryza sativa, thuộc họ Poaceae Đối với hạt lúa ta cócác thông số sau:

Ứng suất phá vỡ: σpv = 690,2 N/cm2 (do không tìm thấy ứng suất phá vỡ củalúa nên ta lấy ứng suất phá vỡ của gạo qua quá trình thí nghiệm ta lấy ứng suất bềnlớn nhất của hạt gạo là 690,2 N/cm2) Mođun đàn hồi: E = 105 kG/cm2 (do không tìmthấy mođun đàn hồi của lúa, mà ngô và lúa nằm trong nhóm ngũ cốc nên lấy tươngđương của ngô) Trọng lượng riêng của gạo: γ = 1,2 g/cm3 (do không tìm thấy trọnglượng riêng của lúa mà ngô và lúa nằm trong nhóm ngũ cốc nên lấy tương đương củangô)

3.1.1 Nguồn gốc

Trên thế giới có hai loài lúa trồng được xác định từ thời cổ đại cho đến ngàynay Đó là loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa) và loài lúa trồng Châu Phi (Oryzaglaberrima).Loài lúa trồng Châu Phi đã được xác định nguồn gốc ở vùng thung lũngthượng nguồn sông Niger (ngày nay thuộc Mali) Loài lúa trồng Châu Á có nguồngốc phát xuất đầu tiên ở đâu vẫn là đề tài tranh luận của các nhà khoa học thế giới vàngày càng sáng tỏ với những khai quật khảo cổ học có tính đột phá và những phươngpháp phân tích hiện đại dựa trên cơ sở phân tích phóng xạ và AND Trước đây có 4giả thuyết về nơi phát xuất đầu tiên của cây lúa trồng Châu Á, đó là: nguồn gốc

ĐỒ ÁN MÁY VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN CBHD: ThS Trương Văn Thảo

Trung Quốc, nguồn gốc Ấn Độ, nguồn gốc Đông Nam Á và giả thuyết Đa trung tâmphát sinh

Theo nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%BAa

3.1.2 Thành phần hóa học

Hạt lúa gồm 2 phần chính: vỏ lúa và hạt gạo Vỏ lúa gồm 2 vỏ trấu ghép lại(trấu lớn và trấu nhỏ) Ở gốc 2 vỏ trấu chổ gắn vào đế hoa có mang hai tiểu dĩnh.Phần vỏ chiếm khoảng 20% trọng lượng hạt lúa Bên trong vỏ lúa là hạt gạo Hạt gạogồm 2 phần:

- Phần phôi hay mầm (embryo): nằm ở góc dưới hạt gạo, chổ đính vào đế hoa, ở

Bảng 3.1 Tỉ lệ từng phần hạt lương thực (theo % khối lượng hạt)

Thành phần hóa học của hạt lương thực phụ thuộc vào loài giống, điều kiệncanh tác, khí hậu và độ màu mỡ của đất nơi trồng Tỉ lệ những chất chủ yếu có trongthành phần hóa học của một số loại hạt lương thực thể hiện trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Thành phần hóa học hạt lương thực (theo % chất khô)

SVTH: Nguyễn Hồng Phúc Lớp: CKCB K3916

Có rất nhiều giống lúa tại nước ta hiện nay hầu hết chúng đều có lượng tinh bộtcao, là nguồn cung cấp hơn 20% tổng năng lượng hấp thụ hằng ngày của nhân loại,cùng với nguồn giá trị dinh dưỡng cao được thống kê theo bảng 3.3

Bảng 3.3 Giá tri dinh dưỡng của lúa (theo % khối lượng)

Loại hạt Protit Tinh bột Chất béo Xenluloza Tro

Chất tinh bột chứa trong hạt gạo dưới hình thức carbohydrate (carb) và trong con người

dưới dạng glucogen, gồm loại carb đơn giản như chất đường glucose, fructuose, lactose và

sucrose

- Chất protein: Gạo là loại thức ăn dễ tiêu hóa và cung cấp loại protein tốt cho con người.

Chất protein cung cấp các phân tử amino acid để thành lập mô bì, tạo ra enzym, kích thích

tố và chất kháng sinh

- Vitamin: Cũng giống như các loại ngũ cốc khác, lúa gạo không chứa các loại vitamin A,

C hay D, nhưng có vitamin B-1, vitamin B-2, niacin, vitamin E, ít chất sắt và kẽm và nhiềuchất khoáng Mg, P, K, Ca

- Thiamin là vitamin B1 giúp tiêu hóa chất đường glucose để cho năng lượng, vì thế hỗ trợcho các tế bào thần kinh, hoạt động của tim và khẩu vị Vitamin B1 không thể dự trữ trong

cơ thể nên phải cung cấp hàng ngày Gạo trắng cung cấp 0,07 mg B1/100 gram

- Riboflavin: Gạo chứa ít chất riboflavin hay vitamin B2, rất cần thiết cho sản xuất nănglượng và nuôi dưỡng bì mô của mắt và da Gạo trắng chứa 0,02 mg B2/100 gram

- Niacin là yếu tố cần thiết để phân tách chất glucose cho năng lượng và cho da và hoạtđộng bình thường của hệ thần kinh Gạo trắng chứa 1,8 mg Niacin/100 gram

- Vitamin E là một loại sinh tố tan trong mỡ, giúp cho vitamin A và các chất béo chốngoxyd hóa trong tế bào và bảo vệ hủy hoại của bì mô của cơ thể

3.1.3 Tính chất vật lý

Đặc điểm hình học của hạt lương thực bảng 3.4 là chỉ số vật lý cần được lưu ý khi thiếtlập quy trình chế biến Biết kích thước của hạt cho phép chọn kích thước lỗ sàng, điều chỉnhmáy nghiền và máy xoay thích hợp, ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến độ chặt của lô hạt khibảo quản và chuyên chở

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu, đã sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp lượt khảo tài liệu, tìm kiếm thông tin qua sách, báo, internet

- Phương pháp thu thập và xử lý các thông tin, số liệu

- Phương pháp tính toán, thiết kế các chi tiết, các bộ phận chính của máy

Chiềudày

Lúa 5 - 2 2,5

-4,3

1,2 2,8 12 - 35 30 - 55 8,84 0,35 - 0,6

-Lúa mì 4,2

-8,6

1,6 4

1,5 3,8 19 - 42 40 - 75

0,82 0,85

0,49 0,64

-Đại mạch 7

-4,6 2 - 5

1,4 4,5 20 - 40 35 - 60 0,8 0,7 - 0,9

-3,5

5 11,5

2,5

-8 140 - 260 80 - 145

0,55 0,8

0,25 0,85

-Cao lương 2,6

-5,8

2,4 5,6 2 - 5 50 - 85 60 - 95 0,95 0,5 - 0,7

-Mạch hoa 4,4

-8

3 5,2

3,5

-10 114 - 320 150 - 270 0,96

0,85 0,95

Phương pháp đánh giá khả năng làm việc của từng bộ phận, chi tiết và toàn bộ máy.

3.3 Lựa chọn phương án thiết kế máy nghiền

Từ cơ sở lý thuyết, đặc tính vật liệu là lúa, yêu cầu sản phẩm phải có độ mịn cao, đề tài

đã lựa chọn phương án thiết kế máy nghiền búa với sự kết hợp nguyên lý động hoc của hạt

để phân loại sản phẩm nghiền

- Máy nghiền thiết kế làm việc tuân thủ theo chu trình khép kín Nguyên liệu sẽđược nghiền đến kích thước đủ nhỏ và nhẹ để bay lên nhờ cánh quạt và búa nghiềntrong roto, khi nguyên liệu nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới nghiền sẽ lọt qua,những hạt không qua lỗ sàng sẽ đưa về buồng nghiền để nghiền tiếp

- Các thông số thiết kế chủ yếu của máy nghiền được trình bày ở chương 4

- Năng suất máy thiết kế là 1075 kg/h

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

4.1 Xây dựng cơ sở thiết kế máy.

4.1.1 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của máy nghiền búa.

4.1.1.1 Ưu điểm.

- Có thể nghiền nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lúa mì…

- Khả năng điều chỉnh độ nhỏ bột nghiền dễ dàng

- Cấu tạo đơn giản, khối lượng máy không lớn

- Dể thay thế các chi tiết bị mòn hay hư hỏng

- So với máy đập má và máy nghiền trục giá thành giảm hơn 1,5÷2 lần

4.1.1.2 Nhược điểm.

- Máy sinh nhiều bụi bột, gây tổn thất và khó khăn trong xử lý bụi về sau

- Máy quay với vận tốc lớn nên gây ra tiếng ồn và chấn động

4.1.1.3 Phạm vi sử dụng.

Máy nghiền búa là loại máy nghiền được sử dụng phổ biến và chủ yếu trong chế biếnthức ăn gia súc Ngoài nhiệm vụ nghiền các hạt lương thực, chúng còn được sử dụng đểnghiền các sản phẩm khác như cá khô, bánh dầu, cỏ khô, các thành phần khoáng vi lượng.Trong công nghệ sản xuất thức ăn gia súc hiện đại, máy nghiền búa trục ngang là thiết bịduy nhất của công đoạn làm nhỏ vật liệu thành bột

Máy nghiền búa đáp ứng cho mọi quy mô sản xuất Có những máy có công suất nhỏ chỉvài chục kg/h phù hợp cho chế biến hộ gia đình, song cũng có những máy có năng suất lớnvài chục tấn/h phù hợp cho quy mô ở các nhà máy sản xuất thức ăn gia súc cỡ lớn

4.1.2 Phân loại.

Hình 3.1 Phân loại máy nghiền kiểu búa

4.1.3 Sơ đồ bố trí và nguyên lý hoạt động.

4.1.3.2 Nguyên lý hoạt động.

Vật liệu được nạp vào máy nghiền qua phễu nạp từ phía trên của máy, nhờ trọng lượngbản thân mà vật liệu rơi vào vùng va đập của búa đang quay với tốc độ cao Sau khi bị vađập, vật liệu vỡ thành nhiều mảnh, đồng thời vật liệu còn chịu lực ly tâm do roto quay gây

ra, tạo thành một vùng đập nghiền Khi bay, các mảnh vỡ đập vào các mấu nhám trên thành

vỏ máy, bật ngược trở lại đầu búa để nghiền tiếp, cứ như vậy cho đến khi đủ nhỏ lọt qua lỗsàng rồi được quạt hút ra ngoài

4.2 Tính toán và thiết kế

4.2.1 Vận tốc cần thiết để phá vỡ vật thể

Đối với những máy nghiền kiểu búa, theo nguyên lý va đập tự do, thì vận tốc nghiềnđập v cần thiết để phá vỡ hạt phải đạt bằng hay lớn hơn một trị số tối thiểu Cách xác địnhnày được xác định dựa trên lý thuyết truyền sóng chấn động vật thể khi va đập và lý thuyếtbềnh của vật thể

Theo thuyết thứ nhất, khi có một lực P va đập vào vật thể sẽ gây ra những sóng chấnđộng ở mỗi phần tử truyền đi theo chiểu va đập với vận tốc bằng vận tốc truyền âm:

σ : ứng suất phá vỡ của vật thể

Để tính vận tốc phá vỡ vật liệu của búa ta chọn vật liệu để tính toán là lúa Đối

với hạt lúa ta có các thông số sau:

0012 , 0 10

2 , 690

Chọn vận tốc đầu búa Vb là:

Vb = (2÷3).Vpv = (39 ÷ 59) m/s

Ta chọn Vb = 2Vpv = 39 (m/s) Có nghĩa là vận tốc đầu búa phải bằng (2÷3) lần Vpv

mới vỡ được hạt với mỗi lần đập Trong thực tế có thể lấy nhỏ hơn một chút vì vật liệu đượcnghiền trong buồng nghiền nhiều lần

q : Năng suất giây (kg/s) Với năng suất yêu cầu Q = 1075 (kg/h)

4.2.3 Xác định công suất và chọn động cơ.

Ta có công suất tính máy nghiền:

N = N + N + N W (155 – [1])

Trong đó: Nn: công suất chi phí cho quá trình nghiền vỡ

Nth: công suất chi phí cho sự tuần hoàn của nguyên liệu

Nck: công suất chi phí cho máy nghiền chạy không

Tuy nhiên công suất chi phí chạy không Nck xác định khó khăn Vì vậy người ta tínhcông suất cho máy nghiền như sau:

f

v q

= 58,5 (152 – [1]) => N = 58,5.39 = 2281.5 W

2738 η

=N W ≈ 3 kW (27 – [4]) Trong đó: µ hiệu suất truyền động đai µ = 0,95

µ hiệu suất truyền ổ bi µ = 0,99

Ta có: công thức tính công suất đặt lên trục quạt:

+ Xác định lưu lượng Q

Q = v.s = 10.0,283 = 2,86 m3/s

Với:

v: vận tốc dòng khí có thể thổi bay được phần tử bột cuối cùng thì phải đạt tới

10 ÷ 15 m/s (Trang 115 Máy phục vụ chăn nuôi , Nhà xuất bản Hà Nội:giáo dục – 1999)

2 , 1 2 , 1 10 04 , 0

2

γ

tb t

d

l v

Trong đó:

Ht2: Áp suất để thắng lực ma sát theo chiều dài đường ống

L: Chiều dài đoạn ống: l = 1,2 m

λ: Hệ số ma sát đường ống:

- Tra trong sổ tay kỹ thuật λ= 0,04

γ: Khối lượng riêng không khí ở ĐKTC, γ =1,2 (kg/m3)

Với dtb: đường kính ống dẫn Ta chọn dtb= drôto=0,6 m

2

2 , 1 10 63 , 0 2

γ