Tính toán thiết kế máy trộn băng xoắn dược liệu

Với đề tài tính toán và thiết kế Máy Trộn Băng Xoắn dùng để trộn trong sản xuất dược liệu năng suất 250kgmẻ với mục đích chế biến và bảo quản các sản phẩm dược liêu đã phần nào giải quyết những vấn đề đó Giới thiệu về các quá trình và thiết bị sản xuất và chế biến dược liệu, Tính toán, thiết kế máy trộn dạng băng xoắn,TÍNH TOÁN, CHỌN CÁC CHI TIẾT PHỤ

Mục Lục

CHƯƠNG 1 Giới thiệu về các quá trình và thiết bị sản xuất và chế biến dược liệu 1

1.1 Tổng quan về dược liệu 1

1.2 Các máy trộn vật liệu rời: 1

1.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu rời: 1

1.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn: 2

1.2.3 Cơ chế quá trình trộn 5

1.2.4 Phân loại máy trộn vật liệu rời: 6

1.3 Cấu tạo máy trộn thùng quay 7

1.3.1 Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay 9

1.4 Máy trộn băng soắn nằm ngang 12

1.4.1 Tổng quan 12

1.4.2 Nguyên lý làm việc 13

1.4.3 Ứng dụng trong các lĩnh vực 13

1.4.4 Đặc điểm cấu trúc 13

CHƯƠNG 2 Tính toán, thiết kế máy trộn dạng băng xoắn 15

2.1 Thể tích thùng trộn và kích thước thùng trộn: 15

2.1.1 Thể tích thùng trộn: 15

2.1.2 Kích thước thùng trộn: 16

2.2 Công suất tiêu hao của máy 17

2.2.1 Công suất đo cánh lớn của máy trộn: 17

2.3 Công suất do cánh nhỏ của máy trộn: 20

2.4 Tính bền các chi tiết chủ yếu 23

2.4.1 Tính bền của cánh lớn: 23

2.4.2 Tính bền cho cánh nhỏ: 23

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, CHỌN CÁC CHI TIẾT PHỤ 24

3.1 Chọn cửa nạp và cửa tháo nguyên liệu 24

3.2 Chọn động cơ, hộp giảm tốc 24

3.3 Chọn cửa nhìn 25

3.4 Chọn bulong 25

3.5 Chọn gá đỡ 26

CHƯƠNG 4 Kết luận 28

Lời nói đầu

Trong công cuộc hiện đại hoá đất nước thì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sảnxuất do đó của cải làm ra ngày càng nhiều hơn nên tình trạng sản xuất tự cung tự cấp hầunhư không còn tồn tại Nhiều sản phẩm không những đủ mà còn dư thừa để xuất khẩuđặc biệt là các mặt hàng nông sản thực phẩm Vấn đề được đặt ra là sản lượng để tăng thìlàm thế nào đêt tăng giá trị chất lượng mà điều này phụ thuộc rất nhiều vào khâu chế biến

và bảo quản Do đó chế biến và bảo quản là rất quan trọng

Với đề tài tính toán và thiết kế Máy Trộn Băng Xoắn dùng để trộn trong sản xuất dược liệu năng suất 250kg/mẻ với mục đích chế biến và bảo quản các sản phẩm dược

liêu đã phần nào giải quyết những vấn đề đó

Qua quá trình tính toán và thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo cùng với sự giúp

đỡ của các thầy trong bộ môn Quá trình thiết bị cộng thêm sự giúp đỡ tận tình của các

bạn đã giúp em hoàn thành bài tập lớn này đúng thời gian cũng như yêu cầu mà đề tàiquy định

Trong quá trình làm bài tập lớn do kiến thức cũng như kinh nghiệm trong thực tế chưavững vàng nên không tránh khỏi những sai xót vì vậy em rất mong đựơc sự góp ý của cácthầy và các bạn

CHƯƠNG 1 Giới thiệu về các quá trình và thiết bị sản

xuất và chế biến dược liệu

1.1 Tổng quan về dược liệu

Dược liệu bao gồm các nguyên liệu thô hay qua chế biến được dùng làm thuốc/ vị thuốc có nguồn gốc từ tự nhiên từ thực vật, động vật, khoáng vật và đạt tiêu chuẩn làm thuốc Chúng có thể được sử dụng theo lý luận của Y học cổ truyền để tạo thành các phương thuốc, bài thuốc có công dụng chữa trị, phòng ngừa bệnh Hiện đại hơn, dược liệu được nghiên cứu, đánh giá để bào chế thành thuốc hay thực phẩm chức năng với dạng bào chế mới như viên nén, viên nang, thuốc tiêm…

Như vậy, thuốc từ dược liệu là thuốc được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên

từ thực vật, động vật hoặc khoáng chất Những thuốc có hoạt chất tinh khiết chiết xuất từ dược liệu hay kết hợp dược liệu với các hoạt chất hóa chất tổng hợp thì không được gọi làthuốc từ dược liệu Các thuốc này có dạng bào chế hiện đại và được sử dụng bên cạnh cácthuốc tân dược (thuốc Tây) trong điều trị, phòng ngừa bệnh

1.2 Các máy trộn vật liệu rời:

1.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu rời:

1 Khái niệm:

Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục đích nhậnđược một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phần tử ởmỗi cấu tử trong tất cả khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp lại chúng dưới tác dụng

của ngoại lực Hỗn hợp tạo ra để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi khốilượng.

Người ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc sợi bằng các hệ thống cơ họccủa nó Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng thái tột cùng của hỗnhợp Trường hợp lý tưởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp gồm hai cấu tử được trình bày

ở hình dưới đây trong tát cả các mẫu mà chúng ta lấy ra từ hỗn hợp đều đặn đều có thànhphần đồng chất như nhau Tuy nhiên trạng thái như vậy không bao giờ đạt được trong quátrình trộn cơ học, mà chỉ có thể đạt được trạng thái kế cận với trạng thái lý tưởng

1.1a 1.1b

Trạng thái hỗn hợp đều đặn được xác định bằng thống kê là trạng thái không trật tự(1.1b) trong trạng thái này xác suất tính toán các phần tử cấu tử kiểm tra trong bất kỳmẫu nào cũng bằng tỷ lệ của nó trong toàn bộ hỗn hợp Trạng thái không trật tự có thể đạtđược trong công đoạn trộn hỗn hợp

1.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn:

a Đường kính tương đương của hạt:

Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên kíchthước dài của chúng theo những chiều khác nhau là rất khác nhau Vì vậy người ta dùngđường kính tương đương dtd để đặc trưng cho kích thước hạt Yếu tố ảnh hưởng lớn đếnhiệu suất của quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần cócùng khối lượng

dtd =, (mm);

Trong đó: m- khối lượng hạt [kg]

ρ - khối lượng riêng của hạt [g/mm3].

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính tương đươngxác định theo công thức:

dtd= ; Nhờ phân loại bằng cách sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương dtd1

và dtd2, vv…cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1, x2,…,xn Như vậy đường kínhtương đương của cả tập hợp hạt này có thể xác định gần đúng theo công thức:

d(d)

c Hình dạng hạt

Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng φ -tỷ số bề mặt F của bề mặt hạt códạng cầu có cùng thể tích V:

Hệ số hình dạng của hạt cầu bằng một, của các hạt khác lớn hơn một Hệ số hình dạnggiảm thì kích thước tương đương của hạt giảm

Trong đó:

γ: khối lượng thể tích của vật liệu [kg/m3]

ρ: khối lượng riêng của hạt [kg/m3]

Bề mặt riêng của hỗn hợp các líp hạt có đường kính tương đương khác nhau xác địnhtheo công thức:

Trong đó: xi là phần khối lượng của líp hạt i

e Hệ số ma sát và góc ma sát trong:

Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:

τ =ƒ.σ + τoTrong đó: τ: ứng suất tiếp

τo: ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ =0)

σ: ứng suất pháp

f: hệ số ma sát trong

ứng suất tách τo chính là độ bền cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó là kết quả tácdụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong líp hạt Khi kích thước của các hạt rất nhỏ,ứng suất tách có thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên Líp hạt có ứng suất tách rất lớn vàgiá trị cức đại của nó có thể xác định theo công thức (khi không để ý đến ảnh hưởng củatrọng lực):

trong đã: α: sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn [mN/m].

σ: góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn [độ].

ε: độ rỗng khối hạt, 2,4: hệ số lấy ở điều kiện trung bình.

Đối với líp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì:

τ =ƒ.σRót ra: ƒ = τ σ -1

Như vậy có nghĩa là hệ số ma sát trong bằng tỷ số giữa ứng suất tiếp gây ra sự chuyểndịch (trượt) trong líp hạt khô và ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt líp hạt

Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số ma sáttrong theo công thức:

tgφ =ƒ

Đối với líp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng với góc nghiêng Góc này rất

dễ đo và thường có giá trị khoảng 300-400

f Độ khuếch tán

Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước trong phần tử của hỗn hợp Nếu hỗnhợp mà các phần tử có kích thước như nhau, thì được gọi là hệ thống “đơn khuếch tán”.Các công trình nghiên cứu của X.V Melnhikov đã chứng tỏ rằng: nếu hỗn hợp gồm cáccấu tử có phần tử mà kích thước càng bé và đồng đều về kích thước thì càng dễ dàngnhận được hỗn hợp đồng nhất và ngược lại

1.2.3 Cơ chế quá trình trộn

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau vàchuyển động của hạt chính là hệ quả tác động tổng hợp của các lực đó Ngoài ra cơ chếtrộn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình, nên rất khó mô

tả bằng toán học P.M Latxei (nguời Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máytrộn như sau:

a Tạo các líp trượt với nhau theo các mặt phẳng – trộn cắt

b Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này sang vị trí khác - trộn tối ưu

c Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ – trộn khuếch tán

d Phân tán từng phần tử do va đập vào thành thiết bị - trộn va đập

e Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận líp - trộn nghiền

Tuỳ theo kiểu máy trộn mà có thể xuất hiện chỉ một hoặc một số trong 5 quá trình trênkhi trộn vật liệu rời

1.2.4 Phân loại máy trộn vật liệu rời:

1.1.1.1 phân loại theo phương pháp làm việc

Theo phương pháp làm việc, các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3 phương pháp

cơ học sau:

a sự chuyển động của các quá trình cánh trộn

b Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn

c Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun

1.1.1.2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc:

Theo nguyên tắc làm việc, người ta chia máy trộn ra làm 2 loại: liên tục và gián đoạn.

Máy trộn làm việc gián đoạn gồm những loại sau:

a máy trộn thùng quay

b Máy trộn cánh nằm ngang, thẳng đứng

c Máy trộn vít tải đứng

d Máy trộn líp sôi có cánh đảo

Máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau:

a máy trộn vít tải ngang

b Máy trộn ly tâm

1.1.1.3 Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo:

Về cấu tạo trộn gồm hai loại chính sau đây:

a máy trộn có bộ phận trộn quay:

Loại này được dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiều: vít tải, cánh gạt, cánhquạt…; ưu điểm chủ yếu của loại này là chất lượng cao dễ nạp và xả liệu, dễ sử dụng,làm việc liên tục được, có thể trộn vật liệu ở trạng khô, mềm, lỏng Nhược điểm là khólàm sạch nhất là khi trộn mềm, mức tiêu thụ điện năng cao

1.3 Cấu tạo máy trộn thùng quay

Máy trộn thùng quay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Trong côngnghiệp hóa học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp thực phẩm để trộn cácloại hạt liệu rời, vv…

Yêu cầu của vật liệu đưa vào trộn phảI rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép làm dậpnát Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại thùng nằm ngang

cũng có thể làm việc liên tục Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn động và bộphận đỡ.

Thùng quay có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo ra dòng vật liệu.Chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ Thông thường là hình trụ nằm ngang (hình10-4.1) hoặc thẳng đứng (hình 10-4.2) Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh Đểtrộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lụcgiác nằm ngang (hinh 10-4.3) Loại thùng quay hình trụ chéo (hình 10-4.6) bảo đảm trộnnhanh chóng và chất lượng cao, vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộnhướng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền

Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ như trục quay thường điqua theo đường kính ống (hình tròn), hay trong những trường hợp riêng có thể cùng vớiđường tâm của hình trụ Trong những máy trộn hình nón, hiệu quả trộn tăng lên nhờ trộnđược vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón Khi trộn những vật liệu có khuynhhướng vón cục, trong một vài trường hợp ở các máy trộn hình nón có nạp những viên bi cầubằng kim loại hay bằng sứ, song sự tiết kiệm của phương pháp đó không cao, vì rằng cứ mỗimột mẻ trộn phải nạp và tháo bi cũng như lấy chúng ra khi tháo thành phẩm Trên hình 10-4.4 và 10-4.5 trình bày cấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hình côn ngang.

Máy trộn dạng nồi quay (hình 10-4.8) gồm chủ yếu có bình chứa dạng lập phương quaytrên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa trùng với đường chéo chính của nó

Sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ giải thích rằng ở trong những hình trụdài, khó đảm bảo việc trộn đều và tháo sản phẩm nhanh chóng Trộn trong nồi quay rất cóhiệu quả và có thể còn tăng hiệu quả của quá trình quay hơn nhờ có lắp thêm những cánh đảoquay theo hướng ngược chiều quay của nồi

1.3.1 Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay

Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn quay bao gồm các cơcấu trộn, thùng trộn và bộ phận dẫn động

Máy trộn dải băng xoắn hình 10-5.1,2,3 thuộc loại máy trộn vận chuyển Việc trộn đượctiến hành bằng băng xoắn Vì vậy, ngoài trộn vật liệu, băng xoắn còn có tác dụng làm dịchchuyển vật liệu trộn Thùng trộn ở máy trộn dải băng xoắn có tác dụng làm dịch chuyển vậtliệu trộn Thùng trộn ở mày trộn dải băng xoắn có dạng máng hay bình kín khi thích ứng làmvịêc với chân không Để chuyển chỗ sản phẩm khi trộn ở hai hướng ngược chiều nhau, trongmột vài cấu tạo của máy trộn dùng băng xoắn người ta lắp hai dải băng có đường vít trái vàbăng xoắn để trộn sản phẩm rời rắn và đồng thời làm mềm vật liệu thì trục máy trộn phải cónhững cấu tạo đặc biệt Để làm sạch thành máng, khi đó băng phải quay với khe hở thành

thùng chỉ vài milimet Loại máy trộn này được sử dụng ở Nhà máy Thức ăn Gia súc, nhàmáy sản xuất dược liệu…

Máy trộn dạng cánh đảo cũng thuộc loại máy trộn vận chuyển (hình 20-5.4,5) Việckhuấy trộn đựơc tiến hành bằng cánh đảo, thông thường thì các cánh này được lắp chặt trêntrục nằm ngang Các máy trộn loại này có thể làm việc liên tục hay gián đoạn

Ở những máy làm việc liên tục, các cánh đảo được lắp chặt trên trục theo đường ren vít,nhằm đảm bảo đồng thời khuấy trộn và chuyển rời sản phẩm dọc trục Chất lượng của loạimáy trộn này phụ thuộc vào thời gian trộn và được xác định bằng thực nghiệm Thời giantrộn phải phù hợp với thời gian chuyển dời sản phẩm trong máy trộn từ cửa nạp đến cửatháo Thời gian đó có thể thay đổi bằng cách thay đổi số vòng quay của trục cánh đảo cũngnhư góc xoay của cánh đảo đối với trục Trong máy trộn dùng cánh đảo làm việc gián đoạn,sản phẩm thường được trộn bằng các cánh đảo hướng tâm, hơi nghiêng một chút đối với trụcthùng quay Cách bố trí như vậy của những bộ phận làm việc đảm bảo quá trình trộn và đồngthời tuần hoàn sản phẩm ở trong máy trộn

Máy trộn kiểu vít có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, ở máy trộn vít tải cánh đứt 5,6) thực hiện trộn vật liệu bằng cả 5 quá trình trộn Nó được sử dụng khi vừa trộn vừavận chuyển vật liệu Vật liệu được đảo trộn mãnh liệt hơn nếu trộn ở máy trộn vít tải haitrục (10-5,7) Các bộ phận của loại máy này tương tự như ở máy trộn có cánh đảo, nhưngtrục trộn ở đây dày hơn và cánh phải nằm trên bề mặt vít hoặc cánh liền thành bề mặt mặtvít Như vậy máy trộn vít tải cánh đứt là trường hợp riêng của máy trộn cánh Máy trộnvít tải thẳng đứng làm việc gián đoạn gồm có cơ cấu trộn dạng vít tải 1 nằm trong ốngkhuếch tán 2 Ở máy trộn này, vật liệu được tuần hoàn nhiều lần và đảo trộn khá mạnh,nên được dùng để trộn những sản phẩm dạng bột Hầu hết các cơ sở chế biến thức ăn giasúc và các xí nghiệp chăn nuôi phía Nam dùng loại máy trộn này.

Cùng thuộc loại máy trộn vít tải làm việc gián đoán còn có máy trộn vít xoắnnghiêng, còn gọi là máy trộn hành tinh Loại máy trộn này được mô tả như hình (10-5.9),gồm thùng trộn hình nón 5 bên trong đặt vít xoắn nghiêng 8 Vít xoắn đặt nghiêng theo

độ nghiêng của đường sinh của vỏ thùng Ngoài ra ở trên vít còn được nối với cơ cấuquay vít 7 do động cơ 6 quay để quay vít 8 theo trục thẳng đứng của thùng Vít xoắn 8được chuyển động từ động cơ 1 qua hộp giảm tốc 3 tới khớp 9 Sau thời gian đảo trộn đạtyêu cầu, mở van chắn của ống tháo sản phẩm 4 để thu hồi sản phẩm bột hỗn hợp Máytrộn loại này được công ty liên doanh Proconco sử dụng để chế biến thức ăn gia súc từnăm 1993

Để trộn vật liệu dạng bột khô, người ta còn dùng máy trộn ly tâm (10-5.10) Cấutạo của máy gồm vỏ 1 cố định rô to hình nón cụt có gắn các cánh trộn 3 và có các lỗ vàocủa thùng 5 Quá trình cứ tiếp tục như thế cho tới khi đạt yêu cầu

1.4 Máy trộn băng soắn nằm ngang

1.4.1 Tổng quan

Máy trộng băng xoắn ốc kiểu nằm ngang được hợp thành từ thùng trộn khối U, phiến

lá khối băng xoắn ốc và các thành phần truyền tải; phiến lá dạng băng xoắn ốc thông thường làm thành tầng đôi, khi làm việc bằng xoắn ốc tầm ngoài đem vật liệu từ hai bên đến trung ương tụ tập, băng xoắn ốc tâm trong đem vật liệu từ trung tâm đến hai bên vận chuyển, hình thằng trộm đối lưu Thành phần khuấy con có thể làm thành kiểu cánh khuấy hoặc tăng phi đao, thích ứng với các loại vật liệu khác nhau Nắp xi lanh có thể làm thành dạng vòm hoặc kiểu mở hoàn toàn, dạ vòng có thể chịu áp còn kiểu mỡ hoàn toàn tiện tẩy rửa bộ phận bên trong của thiết bị Máy này có những ưu điểm sau: phạm vi

sử dụng rộng rãi, độ pha trộn đồng đều cao, thời gian pha trộn ngắn hệ số tài lớn