Nghiên cứu thiết kế thiết bị tách gạch tôm và thịt tôm còn lại trong đầu tôm

4.Thành phẩm: Sản phẩm ép được có thể sử dụng để làm thức ăn viên cho gia súc, gia cầm, làm muối tôm, hoặc dùng để làm hương liệu trong các ngành công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ TÁCH GẠCH TÔM

VÀ THỊT TÔM CÒN LẠI TRONG ĐẦU TÔM

MÃ SỐ: T2014-101

S 0 9

S KC0 0 5 5 2 6

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt nam

TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí Chế tạo máy -

Tp HCM, Ngày 7 tháng 11 năm 2014

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1.Thông tin chung:

-Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ TÁCH GẠCH TÔM VÀ THỊT TÔM CÒN LẠI TRONG ĐẦU TÔM

- Mã số: T2014 – 101

- Chủ nhiệm: Hồ Viết Bình

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Thời gian thực hiện: tháng 3/2014 đến tháng 11/2014

2.Mục tiêu:

Nghiên cứu phương pháp và thiết bị tách gạch, thịt trong đầu tôm phục vụ cho

ngành chế biến tôm nhằm nâng cao năng suất chế biến đầu tôm và tiết kiệm nguyên liệu

3.Tính mới và sáng tạo:

Phương pháp ép liên tục để dễ tự động hóa đồng thời ép qua 2 cặp trục và có sàng nhằm lấy hết gạch và thịt trong đầu tôm

4.Kết quả nghiên cứu:

- Nghiên cứu thiết kế máy ép có năng suất khoảng 500 Kg/ngày 8 giờ

- Chế tạo được phần ép của máy để thực nghiệm một vài thông số còn thiếu

5.Sản phẩm:

Tập thuyết minh kèm đĩa CD chứa kết quả nghiên cứu

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Tư vấn thiết kế máy ép đầu tôm cho các công ty có nhu cầu

(ký, họ và tên) (ký, họ và tên)

Hồ Viết Bình

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

- Project title: SHRIMP-SPLITTING EQUIPMENT RESEARCH

- Code number: T2014 – 101

- Coordinator: Ho Viet Binh

- Implementing institution: HCMC University of Technical and Education

- Duration: March 2014 to December 2014

2 Objective(s)

- Research in shrimp-splitting methods and equipment for materials savings and productivity improving in shrimp processing industry

3 Creativeness and innovativeness:

- Automatic forced-continuous method and pressed through two pairs of axes to take off in the shrimp meat

4 Research results:

- Research design presses yield about 500 kg / day 8 hours

- Manufacturing the molding machine to test some missing parameters

5 Products:

- Description notes and a CD including contents and research results

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

- Apply on Machinery Technology training courses

- Consulting on design the shrimp-splitting machine for firms

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1-1 Đặt vấn đề

Hiện nay, phần lớn đầu tôm được bán lại

cho các công ty chế biến thức ăn gia súc, đầu

tôm sẽ được nghiền và xay nhuyễn để trộn vào

thức ăn cho gia súc, gia cầm vì đầu tôm là

nguồn thức ăn giàu đạm thay thế bột cá Hơn

nữa, giá thành thức ăn sản xuất từ nguyên liệu

này thấp hơn so với dùng bột cá

Tuy nhiên trong đầu tôm còn sót lại một

lượng thịt do quá trình cắt, lượng thịt này lấy ra

có thể làm muối tôm, mắm tôm hay thức ăn chế

biến sẵn gạch tôm là phần tạo ra mùi tôm nhiều nhất nên thường sử dụng trong bánh phồng tôm, muối tôm, các loại thực phẩm cần mùi tôm Đồng thời thịt và gạch cũng chứa một lượng đạm khá cao

Theo kết quả khảo sát của Trường ĐH Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh tỷ lệ đầu của tôm chiếm khoảng 35 – 45% trọng lượng cơ thể Tận dụng nguồn phụ phẩm này sẽ mang lại một nguồn thu khá lớn cho các nhà máy chế biến Mới đây, nhóm nghiên cứu gồm PGS.TS Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh, khoa công nghệ thực phẩm trường ĐH Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh phân tích thành phần cho thấy: hàm lượng protein của đầu tôm chiếm tỷ lệ khá cao: 11% Dù vậy, việc tận dụng và chế biến đầu tôm ở nước ta vẫn chưa được chú ý nhiều, các phương pháp chế biến còn thủ công và tốn kém, việc không tiêu thụ hoàn toàn lượng phụ phẩm này có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường

1-2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu và thiết kế thiết bị tách gạch, thịt trong đầu tôm phục vụ cho ngành

chế biến tôm nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm nguyên liệu

1-3 Tình hình nghiên cứu trong & ngoài nước

Hiện nay việc chế biến đầu tôm ở nước ta chưa được chú trọng nhiều, phần lớn

là dùng làm thức ăn cho gia súc gia cầm

Những nước có ngành nuôi tôm phát triển đều có công nghệ chế biến tôm hoàn chỉnh, không bỏ phí bất cứ bộ phận nào

1-4 Tính cấp thiết và hướng thiết kế

Việc tách được phần thịt tôm ra khỏi đầu tôm nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế,

nâng cao chất lượng trong việc sản xuất thức ăn cho gia súc, gia cầm, làm muối tôm và

trong các ngành chế biến thực phẩm khác Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy ép là một đề tài cấp thiết, có tính ứng dụng cao

Hướng thiết kế cho máy này là cấp liệu và lấy sản phẩm ra liên tục

1-5 Phương pháp và trình tự nghiên cứu

 Tham khảo kết quả nghiên cứu về việc chế biến đầu tôm

 Tham khảo các thiết bị ép, nghiền

 Thiết kế máy, chế tạo mô hình

 Thử nghiệm, đo các thông số

 Hiệu chỉnh bản thiết kế

 Chuyển giao sản phẩm

1-6 Quy trình chế biến đầu tôm

1.Phân loại:

Lựa chọn những đầu tôm bị nát, bị ươn, hay bị quá hư hỏng để loại bỏ Để đạt hiệu quả cao, người ta thường phân loại đầu tôm theo kích thước Những đầu tôm có kích thước nên cho vào cùng một mẻ

2.Rửa:

Nguyên liệu sau khi thu về thường lẫn tạp chất như đất, cát…còn bám trên bề mặt vỏ, vì vậy cần rửa sạch để loại bỏ lượng tạp chất này, cùng như để nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra Tuy nhiên, cần chú ý, ko nên rửa quá mạnh hoặc quá kỹ, có thể làm rửa trôi đi phần thịt trong đầu tôm

3.Ép:

 Tách phần thịt tôm ra khỏi vỏ tôm

 Lực ép đủ lớn để tách được lượng thịt tôm ra khỏi đầu tôm là lớn nhất

4.Thành phẩm:

Sản phẩm ép được có thể sử dụng để làm thức ăn viên cho gia súc, gia cầm, làm muối tôm, hoặc dùng để làm hương liệu trong các ngành công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh, snack…

Ngoài ra vỏ đầu tôm còn được sử dụng làm nguyên liệu cho dược phẩm…

Chương 2- CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP

Ép là quá trình tác động lực cơ học vào đầu tôm làm đầu tôm bị biến dạng trên vật cản nhằm phân chia pha lỏng và pha rắn trong đầu tôm, từ đó thu được thịt tôm và xác vỏ tôm Ép có các nguyên lý sau:

đứng Áp suất thủy lực được tác dụng lên các bản này từ một đầu của thiết bị (thường

từ phía dưới lên) Cường độ ép có thể đạt từ 31-62NM/m2, tùy thuộc vào đối tượng nguyên liệu Khi chịu tác dụng của áp lực, chất lỏng từ trong nguyên liệu sẽ thoát ra, khuếch tán qua các túi lọc, theo các rãnh trên bản đi đến các kênh thu hồi chất lỏng Cần chú ý áp lực nên được tăng dần dần và theo từng giai đoạn để tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm, hạn chế hiện tượng nguyên liệu sẽ rò qua các vị trí giữa 2 bản Nhược điểm của thiết bị này là cần nhiều lao động cho quá trình chuẩn bị nguyên liệu, ép, tháo bã và làm sạch

2-Thiết bị ép dạng hình trụ (cake press):

Hình 2.2 Thiết bị ép hình trụ

Thiết bị ép dạng hình trụ là thiết bị bao gồm một ống hình trụ, bên trên có các

lỗ nhỏ Đường kính của các lỗ này phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu và áp lực ép Bên trong ống trụ có một bản cứng có thể di chuyển trong ống Giữa bản di động này

và phía cuối của ống trụ được liên kết với nhau bằng một số sợi dây Khi ép, nguyên liệu sẽ được đặt vào trong ống, áp lực sẽ tác dụng lên bản di động, dần nén khối

nguyên liệu Chất lỏng dần thoát ra qua các lỗ trên thân trụ và đi vào kênh thu hồi Khi nén, các dây sẽ chùng lại và đóng vai trò như các kênh mao dẫn để giúp chất lỏng từ bên trong nguyên liệu đi đến các lỗ thoát được dễ dàng hơn Trong quá trình ép bằng thiết bị này, sau khi tác dụng một lực ban đầu nhất định, sẽ ngưng tác dụng lực, đồng thời sẽ làm quay ống trụ Khi đó, khối bã sẽ bị vỡ ra Quá trình nén lại tiếp tục Thao tác này giúp nâng cao hiệu suất thu hồi dịch ép

3-Thiết bị ép dạng tang:

1 – nạp nguyên liệu vào tang; 2 – áp lực khí làm màng ép lên nguyên liệu; 3 – quá

trình ép tiếp diễn; 4 – làm tơi nguyên liệu; 5 – tháo bã rắn

Hình 2.3 Thiết bị ép dạng tang

Thiết bị này là một tank hình trụ, đặt nằm ngang Bên trong thiết bị được chia thành hai ngăn bằng một màng chất dẻo, lắp dọc theo chiều dài của tank Nguyên liệu được đưa vào một phía của tank (khu vực nén) Khí nén sẽ được đưa vào ở phía còn lại

và tạo lực nén lên khối nguyên liệu, làm chất lòng thoát ra qua các lỗ trên tank ở khu vực nén Sau khi quá trình ép được thực hiện xong, khí được xả ra và tank sẽ quay làm cho bã được đánh tơi ra và thoát ra ngoài qua kênh tháo bã Thiết bị này thường được

áp dụng để ép các loại trái cây Ưu điểm của thiết bị này là có thể làm việc tự động và năng suất cao

2.2 Ép liên tục :

1-Thiết bị ép trục

Cấu tạo của thiết bị bao gốm các trục hình trụ, thường được làm bằng kim loại nặng Trên các trục có rãnh Khi nguyên liệu đi qua khe hẹp giữa 2 trục, sẽ xuất hiện lực ép tác dụng lên nguyên liệu, khối vật liệu bị nén ép, pha lỏng tách ra và chảy theo rãnh dầu, pha rắn được hứng bởi máng dẫn ra ngoài Thông thường, thiết bị loại này được thiết kế bao gồm nhiều trục nối tiếp với nhau để tăng hiệu quả quá trình ép

1 Trục ép 1; 2 Trục ép 2; 3 Nguyên liệu vào; 4 Rãnh chứa dịch ép ;5 Hướng nạp liệu

Hình 2.4 Thiết bị ép dạng trục 2-Thiết bị ép dạng băng tải:

Hình 2.5 Thiết bị ép dạng băng tải

Thiết bị được cấu tạo gồm hai băng tải được lắp song song với nhau, chuyển động cùng chiều với nhau Giữa hai băng tải có khe hẹp nhỏ Trong hai băng tải, một băng tải đóng vai trò nén và nằm phía trên, băng tải còn lại (có các lỗ nhỏ để chất lỏng thoát ra) đóng vai trò chịu lực, lọc và nằm ở dưới Băng tải nén là băng tải đóng vai trò định hướng và điều khiển tốc độ Các băng tải này chuyển động nhờ các trục truyền động Khi hoạt động, nguyên liệu được đưa vào ở một đầu của băng tải, dưới tác dụng của lực ép giữa hai băng tải, chất lỏng sẽ thoát ra và được thu hồi Ở phần cuối của băng tải, bã được tách ra nhờ vào thanh dao cạo Một số thiết bị ép băng tải chỉ gồm một băng tải, được chuyển động qua khe hẹp giữa hai trục hình trụ rỗng Một trục sẽ

có các lỗ nhỏ để chất lỏng đi qua Khi hoạt động, lực ép được tạo ra khi nguyên liệu đi qua khe hẹp giữa hai trục, dịch ép sẽ thoát ra và đi qua các lỗ trên trục hình trụ rồi đi vào kênh thu hồi dịch ép Thiết bị băng tải thường được sử dụng trong quá trình ép các loại trái cây Ưu điểm của thiết bị này là năng suất lớn nhưng khó vệ sinh và bảo trì, chi phí đầu tư thiết bị đắt

3- Thiết bị ép dạng trục vít (screw press):

Hình 2.6 Thiết bị ép dạng trục vít

Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, nhờ tác dụng của trục ép, nguyên liệu

di chuyển dọc theo trục ép, do trục ép có đường kính thay đổi nên áp suất tạo ra trong buồng ép có xu hướng tăng dần, từ đó tạo ra áp lực để tách pha rắn và pha lỏng trong nguyên liệu ra, dịch ép theo màng lưới của buồng ép để ra ngoài và chảy xuống máng,

bã ép được thoát ra qua cửa xả đầu trục và có thể thay đổi áp lực thông qua việc thay đổi kích thước khe hở để tăng hiệu suất ép

2.3 Kết luận:

Từ nguyên lý hoạt động của 6 loại thiết bị trên và dựa trên nguyên liệu đầu vào

là đầu tôm, ta nhận thấy thiết bị ép dạng trục có nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ

chế tạo Đồng thời có thể hoạt động liên tục, nâng cao năng suất của máy ép Ngoài ra

thiết bị dạng trục còn dễ tháo lắp để vệ sinh thay thế Do đó ta chọn thiết kế và chế

tạo máy ép đầu tôm dạng trục cuốn với 2 cặp trục

Chương 3- THỰC NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ÉP

3.1 Cơ sở thiết kế máy ép:

1 Các thông số ban đầu:

- Năng suất : 500 kg/ngày

- Nguyên liệu: Đầu tôm sau khi đã được tách ra khỏi thân tôm

2 Các tiêu chí thiết kế:

- Đạt hiệu suất 50% chất dịch được ép ra khỏi đầu tôm hoặc hơn

- Đạt được hoặc cao hơn năng suất cho trước

- Dễ thay đổi, điều chỉnh tốc độ, khe hở, dễ thay thế phụ tùng

- Đủ công suất, chi phí thấp

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của máy ép

c Nguyên lý làm việc:

Khi máy làm việc, cặp trục đầu tiên có khe hỡ giữa 2 trục lớn, sẽ ép sơ bộ, làm giảm kích thước của đầu tôm, chuẩn bị cho giai đoạn ép tinh ở cặp trục thứ 2 Quá trình này sẽ làm giảm 30–50% kích thước của đầu tôm Sau khi đi qua cặp trục thứ nhất đầu tôm sẽ được hướng vào cặp trục thứ hai để ép tinh Cặp trục thứ 2 có khe hỡ giữa 2 trục nhỏ, sẽ ép tinh để ép lấy hết dịch trong đầu tôm Trên các trục có gắn các tay gạt để gạt sạch hết các bã và dịch còn dính trên trục sau quá trình ép Đầu tôm sau khi ép sẽ được hứng tại một sàng có đục các lỗ nhỏ, trên sàng có cách tay gạt để gạt phần thịt xuống và giữ phần vỏ lại

Trục ép Dao gạt

Phễu hứng dịch lỏng

Phễu hứng vỏ

Nguyên liệu vào

Cánh gạt liệu

Tấm lưới Trục ép

Trên bề mặt trục của cặp trục thứ nhất có các rãnh nhỏ để tăng hệ số ma sát, giúp nguyên liệu vào dễ hơn Bề mặt trục của cặp trục thứ 2 được làm nhẵn, độ nhấp nhô cho phép trong giới hạn 0,025 – 0,05 µm

Trong thực tế thường gặp các trục cuốn các máy ép, đập hạt và máy xay hạt trong giới hạn từ 150 – 350mm

Đường kính của trục có rãnh thường lấy bằng đường kính tính toán của các trục nhẵn để tránh cho thức ăn không dính bết vào mặt trục (vì khi nghiền đầu tôm có độ

ẩm khá lớn)

d Các thông số cần lựa chọn tính toán:

-Đường kính trục: D

-Chiều dài trục: l

-Khối lượng nguyên liệu vào

3.2 Thiết kế sơ bộ và tính toán các thông số:

1- Chế tạo mô hình thực nghiệm:

Vì hiện nay chưa có nghiên cứu nào về máy ép đầu tôm nên phải chế tạo mô hình thực nghiệm dựa trên những tính toán sơ bộ để lấy thông số tính toán

Dùng vật liệu dễ gia công chế tạo cặp trục cán, thân máy và cân đồng hồ đo lực

để xác định lực ép

Hình 3.2 Mô hình trục ép

Hình 3.3 Đo và thu kết quả

Tôm được lựa chọn thực nghiệm có kích thước dài 30mm, đường kính đầu tôm khoảng 5÷ 10mm Trục ép được chế tạo với đường kính D = 85mm, l = 120mm, chiều dài cánh tay đòn = 25mm

Khi thực nghiệm, nhận thấy đầu tôm có độ đàn hồi cao, phần rỗng trong đầu tôm có thể tích tương đối lớn Nguyên liệu đầu tôm sau khi được xử lý cắt bỏ khỏi thân tôm kích thước giảm so với ban đầu khoảng 10 ÷ 20%

Theo thực nghiệm trên mô hình, để ép sơ bộ, chuẩn bị cho quá trình ép tinh, cần chọn khoảng hở giữa 2 trục của cặp trục thức 1 là δ = 5mm Khoảng hở lớn hơn sẽ không làm giảm kích thước đầu tôm xuống mức cần thiết, nếu khoảng hở quá nhỏ đầu tôm sẽ khó đi qua, gây ứ đọng

Tiến hành đo với số tôm trên khe hở của cặp trục lần lượt là 3, 2, 1 con

Thông số đo đạc ở cặp trục thứ 1:

Bảng 1 Trị số đo đạc thử nghiệm trên cặp trục thứ nhất

Lần đo Số tôm trên trục Lực cần thiết để ép

Chọn trị số lớn nhất F = 25N Momen xoắn cần thiết để ép

Mx=25x0,025=0,525Nm

Sau khi qua cặp trục thứ nhất, để gạch tôm có thể tách ra khỏi đầu tôm hoàn toàn, cần ép với khoảng cách trục là δ = 1mm

Thông số đo đạc ở cặp trục thứ 2:

Bảng 2 Trị số đo đạc thử nghiệm trên cặp trục thứ hai

Lần đo Số tôm trên trục Lực cần thiết để ép

Thông số đo đạc ở trên chỉ mang tính tương tối vì số lượng đo đạc ít, chỉ đo trên

1 loại tôm Vì thế cần phải chế tạo thử, sau đó mới điều chỉnh để tìm ra thông số tối

ưu

2- Tính toán đường kính của trục:

là Psinα có tác dụng kéo hạt ra khỏi khe nghiền, còn thành phần thẳng đứng của lực

ma sát Flà Fcosα có tác dụng đẩy hạt vào khe nghiền Vậy điều kiện để đẩy hạt vào khe nghiền là:

Psinα < Fcosα Thay lực ma sát F = f.P và hệ số ma sát giữa hạt và vật liệu chế tạo trục f = tgφ với φ là góc ma sát, ta đƣợc:

Psinα < f.Pcosα

 tanα < f