Luận văn NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XÁT TRẮNG DÂY CHUYÊN CHẾ BIẾN LÚA GẠO
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC Luận văn NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XÁT TRẮNG DÂY CHUYÊN CHẾ BIẾN LÚA GẠO
Chương 1: TỔNG QUAN...................................................................................................... 1
1.1 Tình hình chế biến lúa gạo........................................................................................ 1
1.2 Công nghệ và dây chuyền thiết bị chế biến lúa gạo.............................................. 2
1.3 Vai trò của máy xát trắng trong dây chuyền chế biến lúa gạo............................. 4
1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy xát trắng................................................. 5
1.4.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy xát trắng trên thế giới................. 5
1.4.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy xát trắng tại Việt Nam................ 7
1.5 Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................ 8
1.6 Mục tiêu của luận văn............................................................................................... 8
1.7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn............................................................ 9
1.8 Nội dung đề tài............................................................................................................ 9
1.9 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 9
Chương 2: LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XÁT TRẮNG........................................ 10
2.1 Tính chất cơ lý của gạo xát..................................................................................... 10
2.1.1 Cấu tạo của hạt gạo lức................................................................................. 10
2.1.2 Kích thước hạt gạo........................................................................................ 12
2.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong công đoạn xát trắng
của quá trình chế biến lúa gạo............................................................................... 13
2.2 Lý thuyết của quá trình xát trắng........................................................................... 14
2.2.1. Phương pháp xát trắng................................................................................. 14
2.2.2 Nguyên lý cơ học của quá trình xát trắng................................................. 15
2.3 Máy xát trắng trục đá côn..................................................................................... .18
2.3.1 Nguyên lý làm việc của máy xát trắng trục đá côn................................... 18
2.3.2 Lực tác dụng trong buồng xát...................................................................... 20
Chương 3: CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XÁT TRẮNG...... 24
3.1 Nhóm các thông số đặc trưng cho tính chất vật liệu........................................... 24
3.1.1 Độ ẩm của hạt gạo......................................................................................... 24
3.1.2 Thông số vật lý của hạt gạo.......................................................................... 26
3.1.3 Tỉ lệ hạt gãy vỡ ban đầu................................................................................ 28
3.2 Nhóm các thông số đặc trưng cho chế độ vận hành máy xát trắng................... 31
3.2.1 Khe hở giữa trái đá xát và thành lưới xát................................................... 31
3.2.2 Khe hở giữa thanh cao su và đá xát............................................................ 32
3.2.3 Lưu lượng gạo đầu vào.................................................................................. 33
3.2.4 Lưu lượng của quạt hút cám......................................................................... 35
3.2.5 Vận tốc trái đá xát......................................................................................... 36
3.2.6 Thông số vật lý của trái đá xát..................................................................... 37
3.2.7 Thông số vật lý lưới xát................................................................................ 38
3.2.8 Thời gian hạt gạo lưu trong máy.................................................................. 39
Chương4: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG CỦA MÁY XÁT TRẮNG HIỆN NAY....... 40
4.1. Hiện trạng của máy xát trắng hiện nay – LAMICO........................................... 40
4.1.1 Hiện trạng của hệ thống cấp liệu................................................................. 41
4.1.2 Hiện trạng của cụm nâng hạ trái đá............................................................ .42
4.1.3 Hiện trạng cụm điều chỉnh thanh cao su.................................................... 44
4.1.4 Một số hiện trạng khác còn tồn tại ở máy xát trắng................................. 46
4.2. Các vấn đề máy xát trắng ở LAMICO cần cải tiến............................................ 46
Chương 5: CẢI TIẾN MÁY XÁT TRẮNG TRỤC CÔN............................................... 47
5.1 Các phương án cải tiến và lựa chọn phương án hợp lý....................................... 47
5.1.1 Hệ thống cấp liệu tự động............................................................................. 47
5.1.2 Thiết kế cải tiến và điều chỉnh cụm nâng/ hạ trái đá................................ 50
5.1.3 Thiết kế cải tiến và điều chỉnh thanh cao su vào/ra................................ .52
5.2 Sơ đồ nguyên lý máy xát trắng cải tiến................................................................. 53
5.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của máy xát trắng cải tiến.......................................... 53
5.2.2 Nguyên lý làm việc của máy xát trắng cải tiến.................................... .53
5.3 Giải pháp kiểm soát lưu lượng đầu vào............................................................... .57
5.4 Thiết bị đo tỷ lệ gãy vỡ, độ trắng và mức gạo trong buồng xát......................... 58
5.4.1 Thiết bị đo tỷ lệ gãy vỡ................................................................................ .58
5.4.2 Thiết bị đo độ trắng....................................................................................... 59
5.4.3 Thiết bị đo mức gạo trong buồng xát.......................................................... 60
5.5 Thiết kế và điều chỉnh cụm điều chỉnh thanh cao su và nâng hạ trái đá......... 62
5.5.1 Nguyên lý làm việc của cụm điều chỉnh thanh cao su............................ .62
5.5.2 Nguyên lý làm việc của cụm nâng hạ trái đá............................................ .64
5.5.3 Thuật toán điều khiển.................................................................................. .70
Chương 6: THIẾT KẾ QUI HOẠCH THỰC NGHIỆM............................................... 74
6.1 Mục tiêu thí nghiệm................................................................................................ .74
6.2 Phương pháp tiến hành thực nghiệm..................................................................... 74
6.2.1 Vật liệu, máy và các thiết bị đo................................................................... 74
6.2.2 Phương pháp tiến hành thực nghiệm........................................................... 75
6.2.3 Dựa đoán kết quả đạt được........................................................................... 78
6.3 Phương pháp sẽ sử dụng để xử lý kết quả thực nghiệm..................................... .79
KẾT LUẬN............................................................................................................................ 81
PHƯƠNG HƯỚNG PHÁP TRIỂN ĐỀ TÀI.................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 83
PHỤC LỤC............................................................................................................................ 86
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY XÁT TRẮNG
1.1 TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN LÚA GẠO
Lúa là cây lương thực quan trọng, năng suất cao và dễ trồng, các nước Đông Nam Á có diện tích trồng lúa lớn nhất thế giới do khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều thích hợp cho canh tác cây lúa trong đó có Việt Nam.
Việt Nam là nước khí hậu nhiệt đới có diện tích canh tác cây lúa đứng thứ 6 trên thế giới tập trung nhiều ở đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng và duyên hải miền trung. Năng suất lúa ở nước ta tăng liên tục trong nhiều năm qua .
Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện sản lượng lúa gạo tại Việt Nam
từ năm 1990 đến năm 2008 ( ngàn tấn)
(Nguồn: Báo Nông nghiệp Việt Nam)
Từ năm 1992 đến năm 1997, mỗi năm nước ta xuất khẩu khoảng 2 triệu tấn gạo. Từ năm 1997 đến năm 2002, xuất khẩu gạo của nước ta đạt trên 3 triệu tấn/năm và đến năm 2007, 2008 thì lên đến 4,5 triệu tấn/năm. Việt Nam trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới chỉ sau Thái Lan.
Hình 1.2 Biều đồ về lượng và giá trị xuất khẩu gạo 7 tháng năm 2010.
Qua tình hình xuất khẩu, ta thấy lúa gạo Việt Nam ngày càng được khẳng định trên thị trường thế giới đây là những tin vui đối với Nhà nước, đối với các nhà chế biến lúa gạo cũng như đối với người nông dân. Nhưng đó cũng là thách thức lớn đối với chúng ta là làm thế nào để ngày càng nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu cũng như đảm bảo gạo Việt Nam luôn đủ sức cạnh tranh trên thị trường. Bên cạnh các chính sách khuyến nông của Đảng, Nhà nước trong công tác cải tạo giống, cải tạo đất cho nông dân… thì việc đầu tư nghiên cứu về các loại máy chế biến gạo nhằm tăng hiệu quả xay xát và tăng chất lượng hạt gạo khi được chế biến cũng là một nhiệm vụ hàng đầu.
1.2 CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ VỀ CHẾ BIẾN LÚA GẠO.
Chế biến lúa gạo là công đoạn sau thu hoạch lúa nhằm thu được gạo trắng đảm bảo chất dinh dưỡng và đảm bảo tính kinh tế.
Lúa sau khi thu hoạch, được phơi khô và lưu trữ trong kho trước khi được chế biến. Khi tiến hành xay xát, lúa được làm sạch các tạp chất lớn như rơm, rạ,... Sau đó, lúa được cho qua máy bóc vỏ. Tại đây, lớp vỏ trấu được tách ra khỏi hạt gạo, tạo thành một hỗn hợp gồm, gạo nguyên, tấm ( gãy vỡ trong quá trình xay), lúa (chưa được bóc lớp vỏ trấu do hiệu suất quá trình xay không đạt 100%), trấu và tạp chất còn lẫn như sạn. Hỗn hợp này, được đưa qua máy tách trấu. Tại đây, trấu được tách ra khỏi hỗn hợp cùng một lượng nhỏ tấm. Hỗn hợp còn lại bao gồm : gạo nguyên, lúa, tấm, tạp chất ( sạn) và được cho qua máy tách sạn để lọc bỏ lượng sạn có trong hỗn hợp. Hỗn hợp lúc này bao gồm: gạo nguyên, tấm, lúa được cho qua máy tách lúa thô. Tại đây, phần lớn lượng lúa được tách ra khỏi hỗn hợp và được cho hồi lưu trở lại máy bóc vỏ.
Một phần lúa chưa được tách, gạo nguyên và tấm được cho qua máy xát trắng (chi làm hai lần xát liên tiếp nhau ) để bóc cám ra khỏi gạo lức. Hỗn hợp sau khi qua máy xát trắng, được cho qua máy tách lúa tinh để loại bỏ lượng lúa còn lại. Sau đó, được cho qua máy đánh bóng, để lấy đi lượng cám còn đọng lại trên hạt gạo sau quá trình xát trắng và đồng thời lau bóng, tạo độ bóng đồng nhất cho hạt gạo, nhằm tăng giá trị kinh tế.
Sản phẩm sau đó được cho qua hệ thống sấy và làm mát để ổn định độ ẩm hạt gạo nhằm tăng khả năng bảo quản. Hỗn hợp sau đó qua hệ thống chọn hạt để tách tấm ra khỏi gạo nguyên rồi qua hệ thống trộn hạt để có được loại gạo với phần trăm tấm theo yêu cầu sản xuất. Cuối cùng, gạo được đóng bao và lưu kho hoặc xuất ra thị trường.
Hình 1.2 Quá trình công nghệ chế biến lúa gạo tại LAMICO.
Hình 1.3 là qui trình chế biến lúa gạo ở Việt Nam, đây là một dây chuyền sản xuất khá hoàn chỉnh, đảm bảo đầy đủ các công đoạn gia công. Tuy nhiên, các thiết bị thực tế trong dây chuyền có tỉ lệ thu hồi gạo còn thấp, tiêu hao năng lượng còn lớn và chất lượng gạo chưa cao, còn nhiều tấm do gạo bị gãy vỡ, chủ yếu được điều khiển thủ công các t5f9hông số đầu vào và đầu ra. Năng suất và chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào tay nghề và kinh nghiệm của người vận hành.
Bên cạnh đó còn có một số dây chuyền chế biến lúa gạo:
Hinh 1.4 Qui trình công nghệ chế biến lúa gạo của Công ty Bùi Văn Ngọ
Hinh 1.5 Qui trình công nghệ chế biến lúa gạo
của Công ty Satake.
1.3VAI TRÒ CỦA MÁY XÁT TRẮNG TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN LÚA GẠO.
Trong dây chuyền chế biến lúa gạo thì máy xát trắng có nhiệm vụ bóc đi lớp cám xung quanh hạt gạo ra để đạt được gạo trắng theo yêu cầu. Vì vậy máy xát trắng cũng như công đoạn xát trắng gạo trong dây chuyền chế biến lúa gạo là rất quan trọng nhằm bảo đảm chất lượng gạo.Tuy nhiên, máy xát trắng hiện nay vẫn còn điều chỉnh thủ công, chất lượng gạo sau khi xát phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người vận hành máy; lưu lượng đầu vào không ổn đinh; tỉ lệ bóc cám, tỉ lệ gãy vỡ còn cao chưa đáp ứng được nhu cầu của nhà sản xuất.
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY XÁT TRẮNG
1.4.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy xát trắng trên thế giới.
Vào khoảng những năm 1990 trở về trước, Nhật Bản và Trung Quốc là những nước xuất khẩu dây chuyền chế biến lúa gạo nhiều nhất. Trong khoảng thời gian này Việt Nam chưa tự thiết kế, chế tạo các dây chuyền chế biến lúa gạo có năng suất từ 5 tấn trở lên phải nhập từ nước ngoài chủ yếu từ Trung Quốc (giai đoạn những năm 1960 – 1970) và Nhật Bản (giai đoạn những năm 1980 – 1990).
Mặc dù là quốc gia có nền công nghiệp tiên tiến nhất thế giới với sản lượng lúa gạo xuất khẩu đứng trong tốp 3 nước dẫn đầu, nhưng Mỹ vẫn phải nhập từ Nhật Bản các dây chuyền chế biến lúa gạo để trang bị cho ngành chế biến lương thực của mình. Mặc dù giá bán các dây chuyền chế biến lúa gạo rẻ hơn rất nhiều so với các dây chuyền chế biến lúa gạo của Nhật Bản cùng cỡ năng suất, nhưng sản lượng xuất khẩu dây chuyền chế biến lúa gạo của Trung Quốc ngày càng giảm dần, nhường chỗ cho Nhật Bản và các quốc gia khác đang trỗi dậy như Thái Lan và Việt Nam. Đó là do các dây chuyền chế biến lúa gạo của các nước này ngày càng được hoàn thiện hơn về mặt kết cấu, nâng cao được chất lượng sản phẩm chế biến, giảm được chi phí lao động, cường độ lao động, mức độ cơ giới hoá và tự động hoá cao, giảm thiểu được ô nhiễm môi trường sản xuất, giá bán cũng giảm dần theo thời gian.
Cho đến nay đã có một số nghiên cứu trên thế giới liên quan đến các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo, trong đó có máy xát trắng.
Máy xát trắng được nghiên cứu chế tạo, cải tiến nhằm mục tiêu giảm tỉ lệ gãy vỡ, năng suất cao, tiêu thụ năng lượng thấp và chất lượng bề mặt hạt gạo cao như:
Ở Trung Quốc, các tác giả Zhang YongLin, Hu ZhiGang, Wang WangPing, Zhou LiHan của Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Vũ Hán, đã có công trình: “Nghiên cứu và phát triển một loại máy xát trắng gạo với áp suất làm việc thấp và hiệu suất cao” (2007). Máy có các ưu điểm như: tỉ lệ gãy vỡ thấp, năng suất cao, tiêu thụ năng lượng thấp và chất lượng bề mặt hạt gạo cao.
Trên thế giới hiện có một số hãng chế tạo thiết bị xay xát, chẳng hạn như các hãng Re Pietro (Ý); Alvan Blanch (Anh); Zhejiang QiLi Machinery Co., Ltd, Hunan Changde Rice Milling Machinery Co., Ltd (Trung Quốc); Millmore Engineering Private Ltd, Annapurna Foundry Works (Ấn Độ); Rice Engineering Supply Co., Ltd (Thái Lan); Hyundai High Tech Co. Ltd, Bio Resource International Co., Ltd (Hàn Quốc); Agro-Industrial Supplies Sdn. Bhd (Malaysia) và nổi tiếng ở Châu Á là hãng Satake (Nhật Bản). Qui trình công nghệ cũng như các thiết bị của các hãng này không khác nhau nhiều, chủ yếu là khác nhau ở mức độ tự động hóa và công nghệ giám sát quá trình.
Nhìn chung, những bước tiến về trình độ KH – CN & KT trong các máy xát trắng gạo bao gồm:
- Hoàn thiện về máy xát trắng: Cải thiện được tính chất nguyên liệu đầu vào quá trình xay xát nhằm nâng cao hiệu suất bóc bóc cám, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên ở công đoạn xát trắng gạo. Một số giải pháp đã được thực hiện bao gồm: các thiết bị kiểm soát tự động chất lượng lúa nguyên ở đầu vào.
- Hoàn thiện các thiết bị trong máy theo hướng nâng cao năng suất, cơ giới hóa và tự động hóa, nâng cao độ bền của các chi tiết cấu thành đặc biệt là các chi tiết làm việc chính, giảm tiêu hao năng lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo hướng hoàn thiện này gồm có:
+ Hoàn thiện về nguyên lý làm việc và nguyên lý kết cấu của từng loại thiết bị nằm trong máy. Ứng dụng cơ điện tử, công nghệ thông tin để nâng cao chất lượng làm việc, độ tin cậy của máy.
+ Thay thế lao động thủ công nặng nhọc trong các công đoạn vận chuyển bằng các thiết bị vận chuyển được kiểm soát tự động.
+ Áp dụng các thành tựu tiên tiến về khoa học vật liệu, công nghệ chế tạo máy để nâng cao độ bền, độ chính xác trong chế tạo, lắp ráp, giảm giá thành chế tạo,...
+ Quá trình làm việc của các thiết bị được tính toán làm việc ở chế độ tối ưu, kể cả tối ưu cả dây chuyền công nghệ.
- Mức độ tự động hoá ngày càng cao: Máy xát trắng được điều khiển đồng bộ, thống nhất và vi tính hoá cả về điều khiển chế độ công nghệ, tổ chức sản xuất.
- Giảm giá bán máy, nâng cao năng suất của máy.
1.4.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy xát trắng tại Việt Nam.
Trước năm 1975, ở miền Bắc, ngành cơ khí Việt Nam chưa sản xuất được các dây chuyền chế biến lúa gạo kể cả thiết bị đơn lẻ mà phải nhập từ nước ngoài, chủ yếu là của Trung Quốc, và một số nhà máy có sử dụng thiết bị do Nhật Bản chế tạo.
Ngay từ năm 1958, xác định ngành chế biến lúa gạo có vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế của Đất nước, Đảng và Bác Hồ đã cho xây dựng nhà máy chế biến lúa gạo lớn nhất cả nước lúc bấy giờ là nhà máy xay Ninh Giang thuộc tỉnh Hải Dương nằm kề bên dòng Sông Luộc nối hệ thống Sông Hồng và Sông Thái Bình, trở thành trung tâm chế biến lúa gạo lớn. Nhà máy này có năng suất 60 tấn/ca.
Cho đến đầu thập niên 1990, ở các tỉnh miền Bắc nói riêng và cả nước nói chung hầu như ít có công trình nghiên cứu về công nghệ và các thiết bị chế biến lúa gạo. Trong các nhà máy chế biến lúa gạo cán bộ kỹ thuật chủ yếu là các kỹ sư công nghệ, kỹ sư thiết bị đào tạo từ ngành chế biến thực phẩm, còn kỹ sư động lực được đào tạo từ ngành cơ khí, làm việc cùng các cán bộ trung cấp kỹ thuật.
Sau năm 1975, ngành cơ khí sản xuất máy chế biến lúa gạo vẫn có tốc độ phát triển mạnh mẽ để cung cấp cho thị trường cả nước và xuất khẩu sang các nước trong khu vực.
Vào khoảng cuối những năm 1980, Công ty Lương thực Thành phố Hồ Chí Minh nhập khẩu dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng SATAKE (Nhật Bản) lắp đặt tại huyện Bình Chánh Thành phố Hồ Chí Minh có năng suất 5 tấn/h. Từ đây, tình hình sản xuất dây chuyền chế biến lúa gạo và ngành chế biến lúa gạo có một sự thay đổi về chất. Nếu như trước đó, thị trường cần loại gạo đạt 95 % gạo nguyên, 5 % tấm thì ngành chế biến lúa gạo của Việt Nam không thể cung ứng được, thì với dây chuyền này, các yêu cầu khắt khe về chất lượng gạo đều thoả mãn. Đây là dây chuyền có nhiều điểm vượt trội về công nghệ, thiết bị tỏ ra nhiều ưu thế mà không một dây chuyền chế biến lúa gạo của cả nước hiện có lúc bấy giờ có thể so sánh được. Điểm mới này đã thôi thúc nhiều nhà khoa học, các doanh nghiệp, Trường Đại học và Viện nghiên cứu quan tâm tìm hiểu để cải tiến thiết bị lẫn công nghệ chế biến lúa gạo vốn dậm chân tại chỗ hàng chục năm. Những đơn vị đi đầu bao gồm Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Công ty Giống và Cây trồng miền Nam, Nha Nông Cơ (nay là Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch), Công ty SINCO, Công ty Bùi Văn Ngọ. Các nghiên cứu chủ yếu là tìm hiểu, chép mẫu để thiết kế cải tiến các thiết bị dây chuyền chế biến lúa gạo. Tuy nhiên tập trung vẫn chỉ ở các khâu sàng phân loại lúa, gạo còn khâu xát trắng vẫn chưa được quan tâm đến.
Cho đến thời điểm hiện tại, có khá nhiều doanh nghiệp cơ khí trong nước đã chế tạo được các dây chuyền thiết bị chế biến lúa gạo với các qui mô năng suất khác nhau từ 1 – 5 tấn/h. Với dây chuyền chế biến lúa gạo có cỡ năng suất từ 8 – 10 tấn/h chỉ có hai đơn vị là Công ty Bùi Văn Ngọ và Công ty Cổ phần Cơ khí Chế tạo máy Long An (LAMICO) tham gia sản xuất.
1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Qua tình hình nghiên cứu và chế tạo máy xát trắng ở Việt Nam, chúng ta thấy quá trình xát trắng còn phụ thuộc vào kinh nghiệm cũng như sự điều chỉnh máy thường xuyên của người vận hành; tỉ lệ bóc cám còn thấp; tỉ lệ gãy vỡ cao. Vì vậy, việc nghiên cứu và chế tạo máy xát trắng với hệ thống giám sát và điều khiển các hoạt động của thiết bị trong quá trình làm việc cần thiết nhằm tăng tỉ lệ bóc cám, giảm tỉ lệ gãy vỡ, đảm bảo chất lượng gạo theo tiêu chuẩn và giảm năng lượng tiêu hao cho ngành sản xuất lúa gạo. Thông qua đó sẽ nâng cao được khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp Việt Nam trên thị trường thế giới, góp phân nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu.
1.6 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN.
Nghiên cứu cải tiến máy xát trắng gạo với hệ thống giám sát và điều khiển nhằm nâng cao năng suất, chất lượng gạo và góp phần cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.
1.7 GIỚI HẠN LUẬN VĂN.
Hiện nay, các loại máy xát trắng gạo do các công ty trong nước chế tạo và các máy trên thị trường Việt Nam đều được chế tạo theo nguyên lý mài mòn với đá mài hình trụ hoặc hình côn. Trong phạm vi luận văn này, sẽ đi vào thiết kế cải tiến máy xát trắng trục đứng với trái đá dạng côn có năng suất đầu vào là từ 6 – 8 tấn/giờ tại Công ty Cổ phần Cơ khí Long An (LAMICO). Từ phần này của luận văn, thuật ngữ máy xát trắng được dùng để chỉ máy xát trắng trục đứng trái đá côn với kết cấu dựa theo kết cấu máy xát trắng LAMICO.
1.8 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI.
Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về máy xát trắng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của máy xát trắng.
Chương 3: Thông số ảnh hưởng đến quá trình xát trắng.
Chương 4: Phân tích hiện trạng của máy xát trắng hiện nay.
Chương 5: Cải tiến máy xát trắng trục côn.
Chương 6: Thiết kế qui hoạch thực nghiệm.
Kết luận.
Phương hướng phát triển đề tài.
Tài liệu tham khảo.
Phục lục.
1.9 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Phương pháp nghiên cứu được thực hiện trong đề tài này là:
- Phương pháp thiết kế ngược: trên cơ sở tham khảo các máy đã có của nước ngoài, thiết kế cải tiến máy xát trắng phù hợp với thực tiễn sản xuất ở Việt Nam.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mô hình hóa thống kê.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: phương pháp qui hoạch thực nghiệm, máy xát trắng dùng để nghiên cứu thực nghiệm, trang thiết bị và dụng cụ đo.
Chương 2
LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XÁT TRẮNG
2.1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GẠO XÁT.
Quá trình nghiên cứu về xát trắng gạo, trước tiên phải hiểu biết về cơ lý của gạo lức. Những tính chất này sẽ giúp cho ta hiểu được các vấn đề cơ bản trong quá trình xát trắng gạo, đó là:
- Vì sao hạt bị vỡ.
- Quá trình bóc cám như thế nào.
- Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình bóc cám.
- Tầm quan trọng của mức độ làm trắng gạo trong xay xát và tồn trữ.
- Các điểm lợi và bất lợi của các phương pháp xát trắng.
- Các tiêu chuẩn và cấp độ áp dụng cho lúa và gạo xát.
2.1.1 Cấu tạo hạt gạo lức.
Gạo lức (quả thóc) hình thành sau khi hạt lúa đã được bóc đi lớp vỏ cứng bên ngoài. Lúc này, gạo lức được bọc bằng một màng chất xơ gọi là vỏ quả bên ngoài, ở giữa là lớp cám, bên trong là phần nội nhũ và nằm ở dưới góc nội nhũ là phôi.
Vỏ quả: gồm có ba lớp mỏng: vỏ ngoài (1), vỏ lụa (2), lớp nucellus(3). Lúc vỏ quả bị hư hỏng cho phép ôxy xâm nhập vào lớp cám, làm cho hàm lượng acid béo tự do (FFA) của dầu trong cám tăng lên. Sự ôxy hóa làm cho cám trở mùi ôi và cuối cùng đưa đến kết quả là sự mất phẩm chất nghiêm trọng của hạt gạo lức. Đặc biệt là gạo lức được sản xuất để tồn trữ hay chở đến các nước nhập khẩu gạo hay đến các nhà máy xát trắng dưới dạng gạo lức. Nguyên nhân chính làm hư hỏng lớp vỏ quả là do đĩa mài mòn của máy xay đã gây tổn hại đến vỏ quả. Nhưng sẽ không có tổn hại nào nếu gạo lức được chuyển ngay thành gạo xát, bởi vì như vậy thì vỏ quả và lớp cám sẽ được máy xát trắng bóc đi.
Lớp cám: là lớp vỏ mỏng bao bọc lớp nội nhũ có màu trắng đục hoặc màu đỏ cua.Về cấu tạo, từ ngoài vào trong gồm có: lớp vỏ giữa (4) và lớp aleurong (5). Tuỳ theo giống lúa và độ chín của lúa mà lớp vỏ này dày hay mỏng. Trung bình lớp vỏ hạt chiếm 5,6 - 6,1% khối lượng hạt gạo lức. Lớp aleurong có cấu tạo chủ yếu là protein và lipid, khi xay xát lớp vỏ hạt chủ yếu là lớp aleurong bị vụn nát ra thành cám. Nếu còn sót trong hạt thì quá trình bảo quản dễ bị oxy hoá làm cho gạo bị ôi chua và khét
Phần còn lại của quả thóc được gọi là nội nhũ (7). Trong nội nhũ chủ yếu là tinh bột chiếm 90%. Tuỳ theo giống mà nội nhũ có màu trắng trong hay trắng đục. Các vết trắng đục ở giữa hạt hay ở phía bên hạt gọi là bạc bụng khi xay dễ đớn nát và lâu chín, phẩm chất cơm khi nấu không ngon bằng nội nhũ trắng trong.
Phôi (6) nằm ở góc dưới nội nhũ, tuỳ theo giống và điều kiện canh tác mà phôi chiếm khoảng 2,2-3 % so toàn hạt. Phôi có chứa nhiều prôtid, lipid, vitamin, đặc biệt là vitamin B1 chiếm 66% trong phôi. Trong bảo quản, phôi dễ bị vi sinh vật, côn trùng tấn công. Khi xay xát phôi thường bị nát vụn và lẫn trong cám.
Hình 2.1 Cấu tạo của gạo lức.
1, 2, 3 – Các lớp vỏ quả ; 4 – Lớp vỏ giữa ; 5 - Lớp aleurong
6 – Phôi; 7 – Nội nhũ chứa tinh bột
Trong quá trình xát trắng thì các lớp vỏ quả, lớp cám và phôi được bóc đi và khí đó gạo được xem như đã được xát hoàn toàn. Độ xát được xác định bởi khối lượng ngoài của hạt gạo lức được bóc đi, cụ thể:
- Gạo xát sơ là gạo được bóc đi một phần lớn vỏ quả, một phần vỏ lụa và lớp cám, một phần phôi. Trong trường hợp này 3 – 4 % trọng lượng của hạt gạo lức được bóc đi.
- Gạo xát trung bình là gạo đã được bóc đi toàn bộ vỏ quả, hầu hết vỏ lụa, chỉ một phần lớp cám và cuối cùng là phần lớn phôi, với gạo xát trung bình thì 5 – 6% trọng lượng của hạt gạo lức bị bóc đi.
- Với gạo xát hoàn toàn, thì tỉ lệ ấy nằm trong khoảng 7 – 8%.
- Gạo xát quá mức khi có một phần của lớp tế bào ngoài cùng của nội nhũ tinh bột cũng được bóc đi.
Hình 2.2 Gạo lức.
2.1.2 Kích thước hạt.
Kích thước hạt gạo xát có một vai trò quan trọng trong việc xác định các tiêu chuẩn của hạt và quy trình chế biến. Nó liên quan đến loại thóc, thứ loại thóc, loại gạo xát, thứ loại gạo xát, tấm, ứng dụng trong chế biến …
- Loại gạo xát: được phân loại theo chiều dài của toàn bộ hạt.
+ Loại rất dài: có 80% hạt gạo nguyên vẹn có chiều dài ≥ 7.0mm.
+ Loại dài: Gạo xát có 80% hạt nguyên có chiều dài từ 6.0 ÷ 7.0mm.
+ Loại trung bình: Gạo xát có 80% hạt nguyên có chiều dài từ 5.0 ÷ 6.0mm.
+ Loại ngắn: Gạo xát có 80% hạt nguyên có chiều dài < 5.0mm.
- Thứ loại gạo xát: được qui ra bằng tỉ lệ chiều dài trên chiều rộng của hạt gạo lức nguyên.
+ Mảnh: là thóc mà hạt gạo lức có tỉ lệ ≥ 3.0.
+ Đậm: là thóc mà hạt gạo lức có tỉ lệ từ 2.0 đến 3.0.
+ Tròn: là thóc mà hạt gạo lức có tỉ lệ < 2.0.
- Các mảnh gãy trong gạo xát: Định nghĩa của các mảnh gãy trong gạo xát căn cứ vào chiều dài của mảnh gạo và qui về các đơn vị là 1/8 chiều dài của hạt gạo xát nguyên không bị vỡ.
+ Gạo nguyên là mảnh gạo có chiều dài bằng 6/8 hoặc lớn hơn của hạt gạo xát nguyên vẹn.
+ Mảnh to là mảnh gạo có chiều dài từ 3/8 ÷ 6/8 so với hạt gạo xát nguyên.
+ Mảnh nhỏ là mảnh gạo không lọt qua được sang lỗ tròn có đường kính 1.4mm và chiều dài nằm trong khoảng ≥ f 1.4mm và < 3/8.
+ Tấm gồm những mảnh gạo qua được sang có lỗ tròn f1.4mm hay kích thước < f1.4mm.
Hình 2.3 Cách xác định mảnh vỡ trong gạo xát.
2.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong công đoạn xát trắng của quá trình chế biến lúa gạo.
Để đánh giá các thông số ảnh hưởng đến quá trình xát trắng người ta dựa vào các chỉ tiêu như mức bóc cám, tỉ lệ gãy vỡ, tỉ lệ gạo nguyên…
- Mức bóc cám (Ex%)
+ m1 là lượng gạo xay vào máy (kg/h).
+ mc là lượng cám thu được (kg/h).
Trong quá trình xát trắng thì gạo lức càng được bóc cám nhiều thì càng trắng và ngược lại. Vì vậy tỉ lệ bóc cám tương đương với độ trắng của gạo sau khi xát.
- Tỉ lệ gạo trắng (GT%).
- Tỉ lệ gạo gãy (Gx%).
+ g là gạo gãy trong gạo xát (kg/h).
- Tỉ lệ gạo nguyên (Gn%).
+ n là lượng gạo nguyên trong gạo xát (kg/h).
- Hiệu suất xát gạo (h%).
- Năng lượng tiêu thụ S (kW.h/t)
2.2 LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XÁT TRẮNG.
2.2.1. Phương pháp xát trắng.
Xát trắng là hoạt động bóc và tách lớp vỏ cám bao xung quanh hạt gạo. Việc bóc lớp vỏ cám này có thể thực hiện bằng hai phương pháp:
Phương pháp hoá sinh học:Cơ sở của phương pháp này là vận dụng tính đặc hiệu của enzin để phân huỷ các lớp vỏ hạt. Đầu tiên ngâm gạo lật trong dung dịch kiềm yếu 0.1 -1.0% (Nếu là NaOH thì dùng 0.3%) trong một thờì gian nhất định. Sau đó rửa sạch, rồi cho dịch men hemixenlulaza 1.0% ngâm trong 1 giờ (ở pH = 5 là tốt nhất). Gạo sau khi xử lý dịch men được rửa sạch và sấy khô. Tác dụng của dùng dịch kiềm và men hemixenlulaza là phân huỷ các lớp bỏ hạt, giải phóng hạt gạo nguyên. Xát gạo bằng cách này tỉ lệ gạo nguyên rất cao. Nhưng phương pháp này mới chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm, chưa có xí nghiệp nào xát gạo theo kiểu này [6].
Phương pháp cơ học:Phương pháp này sử dụng tác động cơ học để xát gạo và đây là phương pháp chủ yếu hiện nay đang được dùng rất rộng rãi ở các cơ sở và xí nghiệp xay xát. Khi xát, nhờ tác dụng ma sát của hạt gạo với trục xát và thành bầu xát, ma sát và của các hạt gạo với nhau, các lớp vỏ hạt và phần lớn các lớp alơrông được tách ra. Khi tất cả các lớp được tách ra thì phôi cũng được tách theo. [6].
2.2.2 Nguyên lý cơ học của quá trình xát trắng.
Quá trình xát gạo bằng phương pháp cơ học diễn ra theo nguyên lý mài mòn, ma sát.
a. Xát trắng bằng nguyên lý mài mòn.
Lực tách cám được sinh ra do hạt gạo chuyển động va đập nhiều lần lên bề mặt trái đá mài. Bề mặt trái đá mài là những lưỡi dao khi hạt va đập vào sẽ tạo ra những vết cắt trên bề mặt hạt gạo lức tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt nhờ đó lớp vỏ cám được tách ra khỏi nhân.
Hình 2.4 Mô hình cắt của Hình 2.5 Mô hình tác động
quá trình mài của va chạm
Xét quá trình tách cám nhờ vào sự mài mòn giữa trái đá và hạt gạo lức như sau: Khảo sát mô hình đơn giản trong đó một bề mặt mang một dãy các hạt mài nhấp nhô hình nón cứng trượt trên bề mặt hạt gạo như hình 2.6
Hình 2.6 Mô hình các hạt đá mài trượt trên hạt gạo lức.
Trên mô hình 2.6, xét một vị trí mà tại đó hạt mài tác dụng vào hạt gạo lức với tải trọng pháp tuyến DN1, s0 là độ cứng (ứng suất bền) của vật liệu mềm hơn (độ cứng của hạt gạo).
Hình 2.7 Mô hình vị trí hạt mài tác dụng lên hạt gạo lức.
Ta có:
®
Diện tích của hạt mài hình côn được chiếu lên mặt phẳng đứng là ad’ với a là bán kính của hạt mài, d’ là chiều sâu hạt mài ghim vào hạt gạo lức. Thể tích lớp cám được tách ra dv1
với dx là khoảng cách của hai hạt mài (bằng chiều dài của hạt gạo)
Mà ta có . Vậy
Tổng thể tích V1 lớp cám bị dịch chuyển bởi các hạt mài là
với (tanq)tb là giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu tố độ nhám
Phương trình (2.10) được rút ra từ một mô hình rất đơn giản bởi vì sự phân bố về hình dáng, chiều cao nhấp nhô và vật liệu tích tụ ở phía trước của các nhấp nhô đều bỏ qua. Nếu xét hiện tượng mòn dính thoả mãn một dãy rộng của mòn cào xước thì theo phương trình của Archard là:
trong đó kabr là hệ số mài mòn.
Khối lượng mb lớp cám được tách ra là
rb là trọng lượng riêng của cám (kg/m3).
b. Xát trắng bằng nguyên lý ma sát
Lực tách lớp cám là lực ma sát được sinh ra do áp lực ép giữa bộ phận làm việc với hạt hoặc giữa hạt với hạt. Khi các hạt gạo tiếp xúc với nhau dưới tải trọng pháp tuyến và khi sự trượt xảy ra thì sẽ xé lớp cám bao phủ bên ngoài hạt gạo lức.
Hình 2.8Mô hình tác động của sự xé vỏ
Xét quá trình ma sát giữa hạt gạo với hạt gạo ta dùng thuyết ma sát do dinh đơn giản của Bowden và Tabor.
Hình 2.9 Mô hình ma sát giữa hai hạt gạo lức.
A.p0 = N2 (2.13)
Trong đó, A là diện tích tiếp xúc thực.
p0 là giới hạn chảy của gạo (lớp cám).
N2 là tải trọng pháp tuyến giữa hạt gạo lức với hạt gạo lức.
Khi hạt gạo tiếp xúc với hạt gạo thì sự dính xảy ra. Muốn tách được lớp cám ta thì lực tiếp tuyến đơn vị s đủ lớn để cắt sự dính này (hay ứng suất trượt cần thiết để gây ra biến dạng dẻo) và dẫn đến nứt tách ma sát Fms2.
Hệ số ma sát
- Vậy, lực ma sát giữa hạt gạo với hạt gạo độc lập với diện tích tiếp xúc danh nghĩa.
- Lực ma sát tỉ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
Khi hạt gạo tiếp xúc với nhau thì lớp cám được tách ra, vì vậy thể tích cám V2 được tách ra là:
- Thể tích mòn của hạt gạo tỉ lệ thuận với quãng đường hạt gạo trượt với nhau.
- Thể tích mòn của gạo tỉ lệ thuận với lực pháp tuyến.
2.3 MÁY XÁT TRẮNG TRỤC ĐÁ CÔN.
Hiện tại, trên thị trường có nhiều loại máy xát trắng với các nguyên lý hoạt động khác nhau [xem thêm phụ lục 1]. Với mục đích đạt được tỉ lệ bóc cám, độ trắng yêu cầu và hạn chế tối đa tỉ lệ gãy vỡ, hiện tại các máy xát trắng làm việc theo nguyên tắc mài mòn được sử dụng rộng rãi. Phổ biến nhất là máy xát trắng dùng trái đá trụ côn.
2.3.1 Nguyên lý làm việc của máy xát trắng trục đá côn.
Hình 2.7 thể hiện nguyên lý hoạt động của máy xát trắng trục đá côn.
Hình 2.10 Máy xát trắng trái đá côn.
Gạo đi vào máy thông qua cửa cấp liệu được bố trí trên đỉnh máy và được phân bố đều vào buồng xát nhờ chuyển động quay tròn của mặt nón tại đỉnh trái đá xát. Với phương án bố trí buồng xát này, gạo di chuyển trong buồng xát hoàn toàn do trọng lực bản thân mà không cần nhờ đến vít tải để vận chuyển gạo. Buồng xát được giới hạn bởi khe hở giữa trái đá xát và thành lưới xát.
Trên lưới xát có các khe hở để tăng khả năng xát trắng và thuận tiện trong việc tách cám ra khỏi buồng xát. Suốt chiều dài của lưới xát được bố trí các gân dẫn gạo nhằm điều chỉnh hướng và vận tốc di chuyển của gạo trong buồng xát. Khe hở giữa trái đá xát và lưới xát có thể thay đổi được nhờ vào sự điều chỉnh trái đá. Khi nâng hoặc hạ trái đá, nhờ vào góc côn của trái đá, khe hở giữa trái đá và lưới xát sẽ tăng hoặc giảm.
Buồng xát được chia thành nhiều buồng nhỏ và phân cách nhau bởi các thanh dao cao su bố trí cách đều xung quanh buồng xát. Trong quá trình xát, gạo có thể di chuyển qua các thanh dao cao su. Độ lớn khe hở giữa thanh dao cao su và trái đá có ảnh hưởng lớn đến áp lực xát.
2.3.2 Lực tác dụng trong buồng xát.
Khi trái đá quay với vận tốc góc w (rad/s) thì lực ly tâm Nc (N) sẽ làm cho các hạt gạo lức đi vào buồng xát và chuyển động trong buồng xát nhờ vào lực quán tính.
Khi hạt gạo lức chuyển động trong buồng xát các hạt va chạm vào nhau hoặc va chạm vào trái đá sinh ra lực xát làm tách lớp cám khỏi hạt. Bên cạnh đó thì các hạt gạo còn rơi xuống nhờ vào trọng lực.
Vậy lực tác dụng trong quá trình xát ta cần xét là 1) Lực mài mòn giữa trái đá với hạt gạo; 2) lực ma sát giữa thanh cao su và hạt gạo; lực ma sát giữa hạt gạo với hạt gạo 3) lực di trượt trong quá trình xát.
Xét mô hình lực xát tác động trong buồng xát của máy xát trắng được tạo nên bởi khe hở D giữa trái đá và lưới xát. Khi buồng xát bố trí m thanh cao su thì các thanh cao khu này sẽ chia buồng xát thành m ngăn có cùng diện tích và quá trình xát diễn ra tại các ngăn này là như nhau.
Hình 2.11Mô hình bên trong buồng xát
Xét một ngăn gồm lưới xát, thanh cao và trái đá với góc chắn là q; thanh cao su tạo ra một cung tròn với góc a (hình 2.8). Trái đá quay với vận tốc góc w.
q - góc chắn (góc tạo thành một ngăn trong buồng xát) (2.17a)
a - góc cung do thanh cao su tạo ra (2.17b)
- Lực mài mòn giữa trái đá và hạt gạo.
Hình 2.12 Khe hở giữa thanh cao su và trái đá d
Khe hở giữa lưới xát và trái đá D
Khe hở D của lưới xát với trái đá rất nhỏ so với bán kính của trái đá, các hạt gạo sẽ chịu lực ly tâm pháp tuyến N1 (N) khi trái đá có bán kính trung bình r’ và chiều cao h quay với vận tốc góc w.
Gọi S1 là diện tích làm việc của lưới xát và trái đá.
(m2)
Mà r’ = R’ - D.
Vậy
Hình 2.13 Mô hình hạt gạo chịu tác dụng bởi lực ly tâm tiếp tuyến F1 (N) với
áp lực xát N1 (N)khi trái đá quay với vận tốc góc w (rad/s)
Khi trái đá quay với vận tốc biên là wr’ thì khối lượng gạo trong buồng xát di chuyển nhờ vào thành phần tiếp tuyến F1 (N) của lực ly tâm.
Trong đó, áp lực xát N1 (N)
Thay (2.19) vào (2.20)
Khi làm việc ở tốc độ cao, lực ma sát sẽ bị lực mài mòn khắc phục vì vậy công thức (2.21a) có thể được viết như sau:
Với k là hệ số mài mòn.
- Lực ma sát giữa thanh cao su và hạt gạo
Tương tự ta xét tại khu vực trái đá và thanh cao su với diện tích làm việc là S2. Xem trái đá chưa mòn khi thanh cao su mòn. Diện tích làm việc tại khu vực thanh cao su và trái đá thay đổi phụ thuộc vào lượng mòn của thanh cao su.
(m2)
Lực tiếp tuyến F2 làm cho các hạt gạo di chuyển trong khu vực là:
Trong đó, áp lực xát N2 (N)
Thay (2.23) vào (2.24)
Tương tự như phần trên thay hệ số mài mòn k vào (2.25a)
- Lực dịch trượt trong khe hẹp giữa trái đá và lưới xát
Khi gạo trong buồng xát được điền đầy thì có thể coi dòng lưu lượng của hạt có tính chất giống như một dòng chảy của chất lỏng trong giới hạn hệ thống.
Khe hở giữa trái đá và lưới xát là rất nhỏ và vận tốc phân bố tuyến tính, vận tốc chuyển động trung bình của các hạt gạo là 0.5v, với v (m/s)là vận tốc của trái đá.
v2 = 0.5v (2.26)
Bên cạnh đó hạt gạo còn rơi xuống nhờ vào trọng lượng của hạt với vận tốc.
Trong đó, g là gia tốc trọng trường.
h là chiều cao rơi.
Với thời gian xát t (s) lực chà xát được xác định từ biểu thức tính động lượng : P0 = mg(v2 – v1) = N0t (2.28)
Þ
Thay các giá trị v1, v2 vào biểu thức (2.29) ta được :
Þ
Từ các công thức (2.21b), (2,25b) và (2.30) lực xát trong buồng xát phụ thuộc vào:
- Khe hở giữa trái đá và lưới xát, khe hở giữa thanh cao su vào trái đá khi các khe hở tăng thì lực xát giảm và ngược lại;
- Vận tốc của trục chính tăng thì lực xát tăng, khi vận tốc trục chính giảm thì lực xát giảm;
- Và nếu lực xát lớn thì yêu cầu thời gian hạt lưu lại trong buồng xát càng ngắn và ngược lại lực xát nhỏ thì thời gian hạt lưu lại trong buồng xát càng dài.
Chương 3
THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH XÁT TRẮNG
Qua phân tích cơ sở lý thuyết ở chương 2, cho thấy quá trình xát trắng gạo là nhằm mục tiêu thu được gạo sau khi xát có độ trắng theo tiêu chuẩn với tỉ lệ gãy vỡ ở mức thấp nhất. Đồng thời đã phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xát trắng bao gồm các thông số đặc trưng cho tính chất vật liệu và thông số đặc trưng vận hành máy trong quá trình xát.
3.1 NHÓM CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO TÍNH CHẤT VẬT LIỆU.
Trong quá trình xát trắng gạo thì các thông số vật lý cũng như các tính chất của hạt trước khi đưa vào chế biến cũng như xát trắng có ảnh hưởng rất lớn đến tỉ lệ gãy vỡ và độ trắng của hạt.
3.1.1 Độ ẩm của hạt gạo
Một trong các yếu tố ảnh hưởng đầu tiên của gạo trước khi đưa vào sản xuất mà các nhà sản xuất quan tâm là độ ẩm của gạo. Hiện này có rất nhiều báo cáo khoa học của các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm đến vấn đề này. Theo kết quả nghiên cứu của Sadegh Afzalinia., Mohammad Shaker, Ebrahim Zare (2002) đã chỉ ra ẩm độ để lúa đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp sau xay xát là 12 – 14%. I. Bagheri1 và M. H. Payman đưa ra ba mức độ ẩm khác nhau là 9.5 – 11%; 11 – 12.5% và 12.5 – 14% trong thí nghiệm của mình và kết quả cho thấy ở độ ẩm từ 9.5 - 11% gạo đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp nhất. Dilday (1987) đưa ra kết luận trong báo cáo của ông là tỉ lệ gạo gãy trong quá trình xay xát giảm nếu tăng độ ẩm gạo trong khoảng 12 đến 16%. Davis (1944) thì kết luận độ ẩm tối ưu cho hạt lúa sau thu hoạch nằm trong khoảng 20 -24%. Pominski (1961) kết luận hàm lượng độ ẩm trong lúa có ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình xay xát với kết quả thực nghiệm là tỉ lệ gạo gãy giảm 1% nếu độ ẩm của lúa nằm trong khoảng 10 – 14%. Lee – By (1989) chỉ ra tỉ lệ gạo gãy ở đổ ẩm 18% cao hơn ở 14%. Stipe (1972) đưa ra kết luận là gạo lức xát trắng ở độ ẩm 12 -14% có tỉ lệ gãy vỡ ít hơn khi xát trắng ở độ ẩm 16 – 18%. [2], [3], [19], [20]
Trong quá trình xay xát, độ ẩm của lúa cao hay thấp đều ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xay xát. Độ ẩm cao quá hạt sẽ gãy vỡ nhiều, nếu lúa quá khô, trong quá trình tách vỏ cũng làm hạt dễ bị gãy. Lúa có độ ẩm thích hợp cho công đoạn xay xát là 14 -15%. Ngoài ra, việc đưa nguyên liệu vào máy xay với nhiều độ ẩm không đồng nhất cũng làm tăng tỉ lệ gãy do truyền ẩm trong khối hạt. (Dương Công Thái, 2002).
Hàm lượng độ ẩm có thể ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của gạo và kinh tế của gạo sau khi xay xát. Gạo có hàm lượng độ ẩm ở mức thấp thì có xu hướng cứng và không đàn hồi hơn các loại gạo có độ ẩm cao. Quá trính nấu và các tính chất khác cũng bị ảnh hưởng. Hàm lượng độ ẩm thấp thường bắt đầu khi thời tiết nóng, khô của mùa hè hoặc gạo được làm khô.
Bảng 3.1Bảng tổng hợp các giá trị độ ẩm của gạo
ảnh hưởng đến quá trình chế biến.
|
STT |
Độ ẩm |
Mức ảnh hưởng |
Tài liệu tham khảo |
Ghi chú |
|
1 |
11.5 – 15.9% |
|
[9] |
Độ ẩm của gạo hạt dài |
|
2 |
15 -16.5% |
Tỉ lệ gãy vỡ thấp. |
[2] |
Độ ẩm của gạo lức. |
|
3 |
12 – 14%. |
Lúa đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp sau xay xát |
Kết quả nghiên cứu của Sadegh Afzalinia, Mohammad Shaker, Ebrahim Zare (2002) |
|
|
4 |
9.5 – 11% |
Gạo đạt tỉ lệ gãy vỡ thấp nhất |
Thí nghiệm của I. Bagheri1 và M. H. Payman |
|
|
5 |
12 - 16% |
Tỉ lệ gãy vỡ trong quá trình xay xát giảm |
Báo cáo của Dilday (1987) |
|
|
6 |
20 -24% |
|
Tài liệu của Davis (1944) |
Độ ẩm tối ưu cho hạt lúa sau thu hoạch |
|
7 |
10 – 14% |
Tỉ lệ gãy vỡ giảm 1% |
Kết quả thực nghiệm của Pominski (1961) |
|
|
8 |
14 – 15% |
Lúa có độ ẩm thích hợp cho công đoạn xay xát |
(Dương Công Thái, 2002) |
|
|
9 |
14% |
Tỉ lệ thu hồi đạt 68%, trong đó có 52-54% gạo nguyên. |
Hạn chế thất thoát thu hoạch lúa đông xuân - nongnghiep.vn - 26-02-2010) |
|
|
10 |
16-17% |
Tỉ lệ thu hồi chỉ đạt 60-66% trong đó tỉ lệ gạo nguyên chỉ còn ở mức 40-48%. |
(Hạn chế thất thoát thu hoạch lúa đông xuân - nongnghiep.vn - 26-02-2010) |
|
Như vậy căn cứ vào cáo báo cáo khoa học trong nước và nước ngoài, ẩm độ để có tỉ lệ gãy vỡ thấp nhất trong quá trình xay xát cũng như xát trắng là 14 -15%.
3.1.2 Thông số vật lý của hạt gạo.
Trong quá trình chế biến lúa gạo thì thông số về chiều dài, chiều rộng và bề dày là ba kích thước có vai trò quyết định trong việc xác định các tiêu chuẩn thiết kế máy xát trắng[3], [11]. Cụ thể như sau:
- Có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh khe hở giữa trái đá và thanh cao su.
- Chọn đường kính lỗ của lưới xát để cho cám thoát dễ dàng nhưng hạt gạo lức, hạt gạo không lọt theo cám và kẹt ở lỗ lưới xát làm tăng tỉ lệ gãy vỡ và tắc nghẽn lỗ lưới.
Ngoài ra, trong quá trình xát trắng, hạt gạo chịu ảnh hưởng của sự va đập và chà xát để lớp cám bên ngoài bị bóc ra. Vì vậy sức chịu đựng (ứng suất cho phép không làm hạt gạo bị gãy) và kích thước hạt gạo đóng vai trò quan trọng trong quá trình xát trắng. Matthews (1970) đã kết luận trong báo cáo của ông là tỉ lệ gãy vỡ hầu hết là do ứng suất cơ học hơn là ứng suất nhiệt. Matthews và Spadaro (1976) chỉ ra mối quan hệ trực tiếp giữa chiều dày hạt và tỉ lệ gãy vỡ sau khi xát. Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra tỉ lệ gạo gãy trong quá trình xát tăng khi đường kính hạt giảm. Nếu hạt có kích thước hẹp và mảnh (hạt gạo dài mãnh) tỉ lệ gãy tăng trong quá trình xát. Clement và Seguy (1994) đưa ra kết luận sau khi thực nghiệm là những hạt gạo dài và mảnh thì dễ vỡ trong quá trình xát. Kết luận của I. Bagheri và M. H. Payman là tỉ lệ gạo gãy phụ thuộc vào hình dáng của hạt gạo (hệ số của chiều dày).[7], [9], [10], [19]
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp các thông số vật lý của hạt gạo
ảnh hưởng đến quá trình xát trắng.
|
STT |
Thông số vật lý của hạt gạo |
Mức ảnh hưởng |
Tài liệu tham khảo |
Ghi chú |
|
1 |
Chiều dài, chiều rộng, bề dày |
- Điều chỉnh khe hở giữa thanh cao su và trái đá.
- Đường kính lỗ lưới xát |
|
- Hạt dài và mảnh điều chỉnh khe hẹp hơn so với xát hạt gạo tròn - Để cho cám thoát dễ dàng nhưng hạt gạo lức, hạt gạo không lọt theo cám và kẹt ở lỗ lưới xát làm tăng tỉ lệ gãy vỡ và tắc nghẽn lỗ lưới |
|
2 |
Đường kính hạt tăng |
Tỉ lệ gãy vỡ tăng |
Matthews và Spadaro (1976) |
|
|
3 |
Hạt gạo dài, mảnh |
Dễ gãy vỡ trong quá trình xay xát |
Báo cáo của Clement và Seguy (1994) |
|
|
4 |
Hình dáng hạt gạo |
Quiết định tỉ lệ gãy vỡ |
I. Bagheri và M. H. Payman |
|
|
5 |
Hạt gạo tròn |
2.5 - 3mm |
|
|
|
6 |
Hạt gạo dài, mảnh |
1.5 – 2mm |
|
|
Với kết quả thí nghiệm của các nhà khoa học cho thấy gạo có kích thước mảnh dài thì tỉ lệ gãy vỡ cao so với các loại gạo tròn. Như vậy, đối với các hạt gạo kích thước lớn, hạt dài thì dễ bóc cám, tuy nhiên tỉ lệ gãy vỡ cao. Với các hạt gạo tròn, kích thước bé thì khó bóc cám nhưng tỉ lệ gãy vỡ thấp.
Bên cạnh đó với các hạt dài mảnh khe hở có xu hướng điều chỉnh nhỏ hơn khi ta xát trắng các hạt gạo có hình dạng tròn và ngắn. Lỗ lưới xát được chọn sau cho cám được tập trung lại hết thông qua lưới xát mà trong khi đó thì các hạt gạo lức, gạo, gạo gãy không lọt qua được để tránh làm nghẹt lưới xát.
3.1.3 Tỉ lệ hạt gãy vỡ ban đầu.
Trước khi qua máy xát trắng gạo sẽ có một lượng gạo gãy ban đầu, nguyên nhân gây ra tỉ lệ gãy ban đầu là:
- Giống lúa: Độ bạc bụng là một đặc tính phụ thuộc rất nhiều vào giống lúa, các giống lúa khác nhau có độ bạc bụng khác nhau. Các vết bạc bụng xuất hiện ở phôi nhũ ở giữa hạt hay ở một bên hạt. Các hạt lúa bị bạc bụng này khi đem vào xay xát thường bị gãy ở vị trí này do tinh bột ở vùng bạc bụng có cấu trúc kém chặt chẽ tạo ra các khoảng hở chứa không khí nên rất dễ gãy. (Vũ Quốc Trung, T.S. Nguyễn Công Thành, Trung tâm CG TBKT, Viện Lúa ĐBSCL).
- Khả năng chống lại các lực cơ học của các giống loại thóc khác nhau là khác nhau. Nó phụ thuộc vào độ cứng (độ trắng trong) của nhân, hình dáng và đặc điểm cấu trúc của hạt. Hạt trắng trong có khả năng chống bị vỡ nát cao hơn hạt trắng đục.Theo M. Zislin thì độ lớn lực cần thiết để phá vỡ hạt trắng trong là 21.8 – 23.2KG/cm2, còn hạt trắng đục là 19.6 – 20.5 KG/cm2. [3]
- Hạt bị rạn nứt: Xảy ra khâu thu hoạch và phơi sấy. Nguyên nhân hình thành hạt rạn nứt là do sự kết hợp những thay đổi giữa gradient ẩm và nhiệt độ. Tại thời điểm nào đó mỗi hạt đều tồn tại một chuyển tiếp và điểm này phụ thuộc vào hàm lượng ẩm và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng lên trong quá trình sấy, hạt chuyển từ cấu trúc cứng (glassy texture) sang cấu trúc mềm (rubbery texture) và ngược lại khi nhiệt độ giảm. Và sự chuyển trạng thái trên không đều trong hạt giữa bên trong và bên ngoài làm phát sinh các vết nứt. Trong công đoạn xay xát không phải hạt nào cũng bị gãy và thường thì hạt gạo có kích thước trung bình và dài bị rạn nứt dễ gãy trong quá trình xay xát hơn hạt tròn mang vết nứt.
Bảng 2.3 Tỉ lệ hạt rạn nứt ứng với thới gian và độ ẩm khi thu hoạch lúa
|
Thời gian sau khi trổ bông (Ngày) |
Ẩm độ hạt khi thu hoạch (%) |
Hạt rạn nứt(%) |
|||
|
STC |
MTC |
LC |
Tổng |
||
|
24 |
29.2 |
2.1 |
0.9 |
0.0 |
3.0 |
|
29 |
28.6 |
6.2 |
3.1 |
0.0 |
9.3 |
|
33 |
23.4 |
4.8 |
0.9 |
0.0 |
5.7 |
|
39 |
22.4 |
17.2 |
14.2 |
3.0 |
34.4 |
|
45 |
19.1 |
12.8 |
3.6 |
5.1 |
31.5 |
|
51 |
16.9 |
14.1 |
16.6 |
6.0 |
36.7 |
|
64 |
16.9 |
21.8 |
31.9 |
9.9 |
63.6 |
|
72 |
17.6 |
17.8 |
31.2 |
10.8 |
59.8 |
STC: Vết nứt ngang đơn
MTC: Nhiều vết nứt ngang
LC: Vết nứt dọc
(Dương Công Thái, 2004)
- Thiết bị sử dụng khi thu hoạch lúa: Việc sử dụng máy suốt điều chỉnh vận tốc trống đập >550 vòng/phút, làm mức độ gãy vỡ hạt tăng lên; đồng thời khe hở giữa guồng đập và máng đập nhỏ hơn 25mm cũng làm hạt gãy nhiều.
- Trong quá trình chế biến lúa gạo: tỉ lệ gãy vỡ chỉ xuất hiện trong quá trình tách sạn, tách trấu, quá trình xát trắng và đánh bóng. Tỉ lệ gãy vỡ liên quan đến quá trình bóc cám: có nhiều nghiên cứu về mối quan hệ này và đã đưa ra kết luận (kết luận này không thay đổi qua các năm) đó là tỉ lệ bóc cám cao thì tỉ lệ gãy vỡ cao. [4]
Bảng 3.4 Bảng tổng hợp các nguyên nhân gây ra hạt gãy vỡ ban đầu.
|
STT |
Nguyên nhân gây ra tỉ lệ gãy vỡ ban đầu |
Nguyên nhân |
Ghi chú |
|
1 |
Giống lúa |
Giống lúa có độ bạc bụng cao thì dễ gãy vỡ khi chế biến |
|
|
2 |
Hạt bị rạn nứt |
Thu hoạch và phơi sấy |
|
|
3 |
Khả năng chống lại các lực cơ học của các giống lúa |
- Độ lớn lực cần thiết để phá vỡ hạt trắng trong là 21.8 - 23.2KG/cm2, - Đối với hạt trắng đục là 19.6 – 20.5 KG/cm2. |
|
|
|
Thiết bị sử dụng thu hoạch lúa |
- Vận tốc trống đập >550 vòng/ phút thì tỉ lệ hạt bị gãy vỡ tăng. - Khe hở giữa guồng đập và máng đập nhỏ hơn 25mm cũng làm hạt gãy nhiều. |
|
|
4 |
Tách sạn, bóc vỏ |
|
Gạo bị gãy vỡ chỉ xuất hiện trong quá trình chế biến |
Như vậy trong quá trình thu hoạch, phơi sấy sẽ tạo ra các vết nứt hoặc gạo bị gãy bên trong, nguyên nhân này làm cho tỉ lệ gãy vỡ của gạo tăng trong quá trình chế biến và xát trắng. Vì vậy bên cạnh việc cải tiến máy xát trắng để giảm tỉ lệ gãy vỡ, tăng tỉ lệ bóc cám thì có thể cải tiến phương pháp thu hoạch, tính toán thời gian thu hoạch hợp lý, phương pháp phơi sấy....
Trước khi hạt gạo qua máy xát trắng, chúng phải qua quá trình bóc vỏ. Tại đây, các hạt gạo chịu lực tác động cơ học mạnh, khiến lớp vỏ trấu bên ngoài bị tách ra và thu được hạt gạo lức. Tuy nhiên, quá trình này cũng đồng thời làm cho hạt gạo bị gãy vỡ tạo tấm và làm hạt gạo bị nứt trước khi vào máy xát trắng. Việc giảm tỉ lệ gãy vỡ và tỉ lệ hạt gạo bị nứt trong quá trình bóc vỏ cũng làm tăng hiệu quả xát trắng.
3.2 NHÓM CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH MÁY XÁT TRẮNG.
Bên cạnh các nhóm các thông số đặc trưng cho vật liệu thì nhóm các thông số đặc trưng cho chế độ vận hành máy xát trắng ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ lệ gãy vỡ và độ trắng của gạo sau khi xát trắng.
3.2.1 Khe hở giữa trái đá xát và thành lưới xát.
Khe hở giữa trái đá xát và lưới xát tạo ra một diện tích mặt cắt ngang cho hạt gạo di chuyển trong quá trình xát. Việc tăng khe hở làm tăng thể tích buồng xát, khiến máy chứa được nhiều gạo hơn và qua đó tăng năng suất. Tuy nhiên việc tăng khe hở buồng xát khiến cho hệ số điền đầy giảm, làm giảm độ bóc cám. [3], [6], [7], [8].
Bên cạnh đó việc điều chỉnh khe hở giữa trái đá và lưới xát phụ thuộc vào: các loại gạo; điều kiện của gạo; phương pháp xát và độ mòn của trái đá.
Bảng 3.5 Bảng tổng hợp các khe hợp giữa lưới xát và trái đá.
|
STT |
Khe hở giữa lưới xát và trái đá |
Năng suất |
Tài liệu tham khảo |
Ghi chú |
|
1 |
10 mm |
2-3 tấn/h |
[6] [8] |
|
|
2 |
12-13 mm |
4-5 tấn/h |
[7] |
|
|
3 |
12-20 mm |
5-6 tấn/h |
[3] |
Xát lần 1 |
|
4 |
15-20 mm |
5-10 tấn/h |
[3] |
Xát lần 2 |
|
5 |
12-16 mm |
4-5 tấn/h |
[3] |
Xát lần 3 |
|
6 |
19 – 20mm |
|
|
Kết quả kinh nghiệm từ nhà máy LAMICO |
Theo kinh nghiệm thực tế thi khoảng khe hở này từ 15 – 20mm.
3.2.2 Khe hở giữa thanh cao su và đá xát. .
Trong buồng xát nếu không có thanh cao su thì hạt gạo sẽ rơi xuống rất nhanh giữa khe hở của đá mài và lưới xát, và quá trình bóc cám không xảy ra. Vì vậy, các thanh cao su có tác dụng giữ hạt gạo lại, làm hạt gạo bị chà xát vào đá mài và lưới xát.
Khi khe hở này lớn, làm cho hạt gạo dễ dàng di chuyển qua khiến sự chà xát của trái đá và thanh dao cao su vào hạt gạo giảm làm giảm độ bóc cám. Khi khe hở này quá nhỏ, hạt gạo không thể di chuyển qua, khiến hạt gạo tập trung về một phía của thanh dao cao su do tác động quay một chiều của trái đá, làm cho áp lực buồng xát trắng cao, khiến tỉ lệ gãy vỡ tăng. [3], [7], [8], [29].
.................................
6.1.1 Dự đoán kết quả đạt được.
Từ phương trình hồi qui (6.1) hoặc (6.2) tiến hành phân tích kết quả đạt được bằng cách phân tích xem yếu tố mục tiêu nào ảnh hưởng nhiều nhất đến tỉ lệ gãy vỡ, độ trắng và năng lượng tiêu thụ. Loại bỏ yếu tố không gây ra ảnh hưởng lớn để từ đó đưa ra phương pháp điều chỉnh hợp lý.
6.2 PHƯƠNG PHÁP SẼ SỬ DỤNG ĐỂ XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.
Các phương pháp xử lý số liệu được áp dụng ở đây là: Phương pháp khử số liệu thô và phương pháp phân tích phương sai ANOVA (Analysis of Variance)
Trong phần nghiên cứu thực nghiệm có nhiều giai đoạn cần đến các phương pháp xử lý số liệu khác nhau bao gồm:
Áp dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số nghiên cứu đến quá trình nghiên cứu chỉ là ngẫu nhiên hay thực sự có ảnh hưởng. Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng kém đến quá trình nghiên cứu cũng như mức độ tương quan. Ngoài ra, còn giúp kiểm tra các giả thiết đồng nhất phương sai, độ tin cậy của các hệ số hồi qui và mức độ phù hợp của mô hình lựa chọn theo tiêu chuẩn Fisher khi thực nghiệm.
Áp dụng phương pháp khử sai số thô của Aknazarova khi thực hiện thí nghiệm nhận thông tin để loại bỏ sai số thô.
Sử dụng phần mềm STATGRAPHICS – 7.0 để xây dựng và kiểm tra mô hình hồi qui thực nghiệm. Nội dung xử lý số liệu gồm các bước:
- Bước 1: Xác định giá trị các hệ số hồi qui ở dạng đầy đủ.
- Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi qui không bảo đảm độ tin cậy với mức ý nghĩa a = 0.05.
- Bước 3: Xác định lại giá trị các hệ số hồi qui theo hàm toán mới sau khi đã loại bỏ các hệ số hồi qui không đủ độ tin cậy.
- Bước 4: Phân tích phương sai trên hàm toán mới. Kiểm tra lại độ tin cậy của các hệ số hồi qui mới. Nếu vẫn không bảo đảm tin cậy, cần thiết thì cải tiến mô hình
- Bước 5: Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo chuẩn Fisher.
Trong đó,
- MSLf - Phương sai do không tương thích (Mean Square Lack -of-fit)
- MSEp – Phương sai sai số ngẫu nghiên đích thực (Mean Square Error-pure)
- Fb – Giá trị tra bảng phân bố chuẩn F với a= 0.05
Sau khi xây dựng được mô hình hồi qui thực nghiệm, tiếp tục dùng phân mềm STATGRAPHICS – 7.0 để vẽ đồ thị các hàm mục tiêu theo từng cặp hai thống số vào làm cơ sở cho việc tìm cực trị trong miền thực nghiệm.
KẾT LUẬN
Luận văn đã thực hiện được các nội dung sau:
- Đề tài đã xây dựng được mô hình toán thể hiện mối quan hệ giữa lực xát trong quá trình xát với các khe hở: khe hở giữa thanh cao su và trái đá; khe hở giữa lưới xát và trái đá. Và từ đó, đưa ra các thông số ảnh hưởng đến quá trình xát trắng.
- Thiết kế cụm nâng hạ trái đá bằng cơ cấu vít me đai ốc với bộ truyền xích dẫn động qua hai trục vít me để đảm bảo trái đá không bị nghiêng khi hạ xuống.
- Lấy tín hiệu phản hồi từ cảm biến quang được bố trí ở cửa quan sát mức gạo để điều chỉnh tự động cụm nâng/ hạ trái đá nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng gạo đầu ra theo yêu cầu của các nhà sản xuất.
- Đưa ra phương án điều chỉnh tự động thanh cao su vào/ra theo tín hiệu phản hồi từ các thiết bị đo tỉ lệ gãy vỡ và độ trắng nhằm đảm bảo chất lượng và năng suất gạo đầu ra theo yêu cầu của các nhà sản xuất.
- Xây dựng giải thuật điều khiển để tự động điều chỉnh thanh cao su vào/ra và cụm nâng/hạ trái đá theo các tín hiệu phản hồi từ các thiết bị đo tỉ lệ gãy vỡ, độ trắng và mức gạo trong buồng xát.
- Thiết kế kế hoạch qui hoạch thực nghiệm dựa trên cơ cấu máy cải tiến nhằm đưa ra mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng với các yếu tố mục tiêu.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Để hoàn thiện đề tài nhằm ứng dụng máy xát trắng vào thực tế sản xuất, có thể phát triển đề tài theo hướng:
- Tiến hành chế tạo và kiểm nghiệm máy xát trắng sau cải tiến tại Công ty cổ phần cơ khí Long An.
- Tiến hành qui hoạch thực nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm đã đề ra trong luận
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 Các nguyên lý làm việc của máy xát trắng.
- Máy xát trắng trục đứng nhiều đĩa đá dạng trục đứng, cấp liệu từ dưới lên.
Máy xát trắng trục đứng nhiều đĩa đá dạng trục đứng cấp liệu từ dưới lên
1- Cửa cấp liệu
2- Vít tải
3- Trái đá
4- Lưới xát
5- Cửa thoát liệu
6- Đối trọng
7- Cửa thoát cám
Gạo được cấp vào máy thông qua cửa cấp liệu (1). Vít tải (2) nâng gạo lên và chuyển vào buồng xát, được giới hạn bởi trái đá xát (3) và lưới xát (4). Tại đây, dưới tác động quay của trái đá, gạo bị chà xát lên trái đá, lên thành lưới xát và chà xát lẫn nhau khiến cám bị bóc ra. Gió được quát hút hút vào máy thông qua các khe hở phía trên và xung quanh máy giúp làm sạch cám được bóc ra, đồng thời giải nhiệt hạt gạo, giúp quá trình xát diễn ra hiệu quả hơn và tránh hiện tượng gạo bị gãy vỡ.
Nhờ gió từ quạt hút, cám sau khi bóc ra khỏi hạt gạo được đưa ra ngoài buồng xát qua các khe hở trên lưới xát và được đưa ra ngoài qua cửa thoát cám (7)
Tại cửa ra (5) của máy có bố trí bộ phận điều chỉnh áp lực cửa ra. Bộ phần này giúp tăng hay giảm áp lực bên trong buồng xát bằng cách thay đổi khối lượng của đối trọng (6). Khi áp lực buồng xát tăng, hiệu quả bóc cám tăng, tuy nhiên sẻ làm tăng tỉ lệ gạo bị gãy vỡ. Khi giảm áp lực buồng xát sẻ giảm tỉ lệ gạo gãy vỡ nhưng hiệu quả bóc cám cũng giảm theo.
Đây là loại máy hoạt đông chủ yếu dựa trên nguyên tắc ma sát nên hiệu quả bóc cám thấp và tỉ lệ gảy vỡ cao. Tuy nhiên gạo sau khi xát có bề mặt đẹp nên thường dùng trong lần xát tinh
- Máy xát trắng trục đứng nhiều đĩa đá dạng trục đứng, cấp liệu từ trên xuống.
Cấu tạo Máy xát trắng trục đứng nhiều đĩa đá dạng trục đứng,
cấp liệu từ trên xuống.
1 - Ngõ vào
2 - Động cơ chính
3- Vít cấp liệu
4 - Trái đá xát
5 - Đối trọng
6 - Ngỏ ra
7 - Vòng chặn
8 - Cám được bóc ra
Gạo được cấp vào máy thông qua cửa cấp liệu (1). Nhờ trọng lượng bản thân, gạo đi chuyển xuống vít tải (3) và được vít tải dẫn xuống dưới buống xát. Tại buồng xát, dưới tác động quay của trái đá xát, hạt gạo bị chà xát với trái đá, với lưới xát và chà xát lẫn nhau làm cám bị bóc ra khỏi gạo. Không khí được hút từ quạt hút giúp tách cám ra khỏi hạt gạo và đưa ra ngoài buồng xát thông qua các khe hở trên lưới xát đồng thời giải nhiệt sinh ra trong quá trình xát.
Tại ngỏ ra của máy có bố trí bộ phận điều chỉnh áp lực buồng xát. Áp lực buồng xát có thể được thay đổi nhờ vào thay đổi khối lượng của đối trọng.
Do bố trí cửa cấp liệu trên cao nên việc cấp liệu trở nên đơn giản hơn. Đồng thời, trong quá trình xát, gạo di chuyển từ trên xuống dưới, cùng chiều với lực tác dụng của trọng lượng bản thân hạt gạo, giúp cho quá trình xát thực hiện dể dàng hơn.
Phương pháp này xát trắng gạo chủ yếu dựa trên nguyên lý ma sát nên giúp hạt gạo sau khi xát có bề mặt mịn, tuy nhiên hiệu quả xát trắng thấp và tỉ lệ gảy vỡ cao.
- Máy xát trắng dạng trục ngang với nhiều đĩa đá
Cấu tạo của máy xát trắng trục ngang với nhiều đá
Trong thiết kế này, buồng xát được đặt nằm ngang thay vì thẳng đứng. Trái đá xát đượt cấu tạo từ nhiều đĩa đá ghép lại với nhau. Máy tách lớp vỏ cám trên hạt gạo nhờ vào sự cào xước của bề mặt trái đá lên bề mặt hạt gạo khi cọ xát. Máy có van đóng nhanh để ngừng cung cấp gạo khi cần dừng khẩn cấp.
Với phương án thiết kế này, khả năng bóc cám cao tuy nhiên, hạt gạo vẫn bị cưỡng bức di chuyển và lực xát không đều trong buồng xát khiến tỉ lệ gãy vỡ cao.
- Máy xát trắng trục ngang không có trái đá.
Máy xát trắng trục ngang không có trái đá
1 – Động cơ 2 – Puli 3 – Phễu cấp liệu 4 – Vít tải
5 – Béc phun 6 – Lưới xát 7 – Buồng xát 8 – Trục xát
9 – Đối trọng 10 – Cửa xả liệu 11 – Quạt 12 – Máy nén khí
13 – Bơm nước
Hỗn hợp gạo sau khi xát trắng sẽ qua phễu cấp liệu (3) đưa vào vít tải (4) trong máy đánh bóng sau đó được dẫn tới buồng xát (7). Buồng xát là không gian được tạo bởi lưới (6) và trục xát (8). Trục và dao ma sát với gạo để lấy đi một lượng cám cần thiết. Trục và vít tải được dẫn động bằng động cơ (1) thông qua bộ truyền đai (2)
Trong khu vực buồng xát, khí nén (từ máy nén khí (12)) và nước (từ bơm nước (13)) được phối hợp nhau và thông qua béc phun (5) tạo thành chùm tia nước áp lực cao, qua các rãnh trên trục xát (8) tác động vào gạo trong buồng xát để làm sạch gạo và làm mềm lớp áo ngoài của gạo.
Lực đánh bóng trong buồng đánh bóng được điều chỉnh bằng đối trọng (9) ở cửa xả liệu (10). Khi muốn tăng hoặc giảm lực đánh bóng người vận hành tăng hoặc giảm khối lượng đối trọng (9).
Luồng không khí từ ngoài được quạt (11) dẫn ngược chiều chuyển động của hạt gạo để lấy đi lớp cám trên bề mặt gạo và dẫn ra ngoài thông qua hệ thống ống dẫn. Gạo sau khi qua buồng xát sẽ được bóc sạch lớp vỏ ngoài và thoát ở cửa ra gạo (10).
Loại máy này do làm việc với áp suất cao nhưng do vận tốc làm việc thấp nên phần nào hạn chế được tỉ lệ gãy vỡ, đồng thời chất lượng bề mặt hạt gạo sau khi xát cao nên thường được sử dụng trong công đoạn cuối cùng của quá trình xát trắng.
Phụ lục 2 Hình ảnh một số máy xát trắng đang được sử dụng
và chế tạo tại Việt Nam
Bảng 1. Một số loại máy xát trắng
được cung cấp bởi công ty Satake Việt Nam.
|
Công ty Satake |
||
|
Hình ảnh |
Máy VTA5AA-TA |
Máy 10AB-TA |
|
Đặc tính kỹ thuật |
Năng suất đầu vào (tấn/h): Gạo thường: 2 - 3 Công suất động cơ: 22 - 30 kW Lượng khí yêu cầu (m3/phút): 30
|
Năng suất đầu vào (tấn/h): Gạo thường: 5 - 6 Công suất động cơ: 45 - 55 kW Lượng khí yêu cầu (m3/phút): 50
|
|
Thông số kích thước |
Rộng: 1052 mm Dài: 1791 mm Cao: 2309 mm Khối lượng: 900 kg |
Rộng: 1235 mm Dài: 1694 mm Cao: 2148 mm Khối lượng: 1300 kg |
Bảng 1.2Một số loại máy xát trắng
được cung cấp bởi Công ty Bùi Văn Ngọ.
|
Công ty Bùi Văn Ngọ |
|||
|
Máy CDA - 60C |
Máy CDA - 100C |
||
|
Năng suất đầu vào (tấn/h): Gạo dài: 4 - 6 Công suất: 50 - 60 HP RPM: 400 (vòng/phút) |
Năng suất đầu vào (tấn/h): Gạo dài: 7 - 10 Công suất: 75 - 100 HP RPM: 285 (vòng/phút) |
||
|
Kích thước: 1700 x 1210 x2760mm Khối lượng: 1500 kg |
Kích thước: 2420 x 1560 x 2830mm Khối lượng: 2780 kg |
||
|
Máy CDS - 20C |
Máy CDS - 40C |
Máy CDS - 60C |
|
|
Năng suất đầu vào (tấn/h) Gạo dài: 1,5 - 2 Công suất: 25 - 30 HP RPM: 600 (vòng/phút) |
Năng suất đầu vào (tấn/h) Gạo dài: 3 - 4 Công suất: 40 - 50 HP RPM: 500 (vòng/phút) |
Năng suất đầu vào (tấn/h) Gạo dài: 7 - 10 Công suất: 50 - 60 HP RPM: 400 (vòng/phút) |
|
|
Kích thước: 2420x1560 x 2830 mm Khối lượng: 837 kg |
Kích thước: 1600x770x 2330 mm Khối lượng: 1110 kg |
Kích thước: 1700x930 x 2760 mm Khối lượng: 1463 kg |
|
Bảng 1.3 Một số máy xát trắng
được cung cấp bởi Công ty cổ phần chế tạo máy SINCO.
|
Công ty cổ phần chế tạo máy SINCO |
|||
|
Model: XTS40 |
Model: XTS80 |
Model:VTS40 |
|
|
Năng suất đầu vào (tấn/h): 3 - 4 Công suất động cơ chính: 37 kW Công suất quạt cám 5,5 kW Kích thước: 1600 x 800 x 2200 mm |
Năng suất đầu vào (tấn/h): 6 - 8 Công suất động cơ chính: 55 kW Công suất quạt cám: 7,5 kW Kích thước:1760 x 900 x 2400 mm |
Năng suất đầu vào (tấn/h): 3 - 4 Công suất động cơ chính: 37 kW Công suất quạt cám: 5,5 kW
|
|
|
Năng suất: 1,5 - 2 tấn/h Công suất: 22 kW Kích thước:1150 x 770 x 1350 mm |
Năng suất: 3 - 4 tấn/h Công suất: 37 kW Kích thước:1255 x 830 x1640 mm |
||
Phụ lục 3
w - vận tốc góc của trái đá (rad/s)
R’ – bán kính trung bình của thành lưới (m)
r’ – bán kính trung bình của trái đá (m)
h – chiều cao của trái đá (m)
D - khoảng cách giữa lưới xát và trái đá (m)
d - khoảng cách giữa thanh cao su và trái đá (m)
br – bề rộng của thanh cao su (m)
m – số thanh cao su được bố trí trong buồng xát
l – chiều dài của hạt gạo (m)
b – chiều dày của hạt gạo (m)
w – bề rộng của hạt gạo (m)
r” – bán kính tương đối của hạt gạo (m)
rg – khối lượng riêng của gạo (kg/m3)
mg – khối lượng của một hạt gạo (kg)
Mg – tổng khối lượng gạo trong buồng xát (kg)
m - hệ số ma sát
k- hệ số mài mòn
v – vận tốc biên của trái đá (m/s)
v1 – vận tốc hạt rơi tự do (m/s)
v2 - vận tốc trung bình của hạt gạo (m/s)
g – gia tốc trọng trường (m/s)
Nc – lực ly tâm (N)
S1 - diện tích làm việc giữa lưới xát với trái đá (m2)
N1 – áp lực xát trong buồng xát giữa lưới xát và trái đá (N)
F1 – lực xát trong buồng xát giữa lưới xát và trái đá (N)
S2 - diện tích làm việc giữa thanh cao su với trái đá (m2)
N2 – áp lực xát trong buồng xát giữa thanh cao su và trái đá (N)
F2 – lực xát trong buồng xát giữa thanh cao su và trái đá (N)
P0 – lực động lượng (N); N0 - Lực chà xát (N)
Phụ lục 4 Tiêu chuẩn Việt Nam về lúa gạo
Bảng tiêu chuẩn kỹ thuật gạo trắng
