ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CHIẾT RÓT RƯỢU CHAMPAGNE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY CHIẾT RÓT RƯỢU CHAMPAGNE

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ RƯỢU CHAMPAGNE VÀ MÁY CHIẾT RƯỢU

1.1 Tổng quan về rượu vang có gas

1.1.1 Tổng quan về rượu vang

Theo Tổ chức quốc tế về nho và rượu vang (International Orgasnisation of Vine and Wine) thì rượu vang (tiếng Anh: wine, tiếng Pháp: vin) là sản phẩm của quá trình lên men ethanol không qua chưng cất, môi trường lên men có thể là nước nho hoặc hỗn hợp nước nho và vỏ nho.

Rượu vang là một trong số các loại thức uống lên men đã có từ rất lâu, khoảng 4000 năm trước công nguyên. Sử sách ghi lại rằng, vào thời kỳ Hy Lạp và La Mã cổ đại, rượu vang đã là thức uống phổ biến của người dân vùng Địa trung hải. Ngày nay, rượu vang là thức uống quen thuộc và được sản xuất ở tất cả các châu lục trên thế giới.

Các sản phẩm rượu vang có thể được chia thành 3 nhóm:

• Rượu vang không sủi bọt (Still table wine/ Table wine): rượu vang không sủi bọt còn được gọi là “rượu vang phổ thông”, “rượu vang để bàn” hoặc “rượu vang không có gas”. Trong thành phần của sản phẩm không có chứa khí carbon dioxide. Hàm lượng ethanol trong sản phẩm thường dao động trong khoảng 9 – 14% v/v. Dựa vào màu sắc, rượu vang không sủi bọt có thể chia tiếp thành 3 nhóm: rượu vang trắng (white wine), rượu vang đỏ (red wine) và rượu vang hồng (rosé wine/ blush wine/ pink wine).

Hình 1.1 Rượu vang không sủi bọt.

• Rượu vang có gas (Sparkling wine): điểm đặc trưng của rượu vang cp1 gas là sự có mặt của khí carbon dioxide trong thành phần sản phẩm. Tùy theo nguồn gốc của carbon dioxide mà rượu vang có gas được chia trực tiếp thành 2 nhóm: carbon dioxide trong rượu vang có gas có nguồn gốc từ quá trình lên men và carbon dioxide trong rượu vang có gas có nguồn gốc từ quá trình carbonate hóa.

Hình 1.2 Rượu vang có gas.

• Rượu vang tráng miệng và rượu vang khai vị (Dessert wine & Appetizer wine): nhóm sản phẩm này có hàm lượng ethanol cao hơn so với rượu vang không sủi bọt và rượu vang sủi bọt và thường dao động trong khoảng 17 – 24% v/v. Để đạt được nồng độ cồn cao, trong quy trình sản xuất rượu vang tráng miệng và rượu vang khai vị, người ta thường bổ sung cồn thực phẩm vào bán thành phẩm. Do đó, nhóm sản phẩm này còn được gọi là rượu vang có bổ sung thêm ethanol (Fortified wine).

1.1.2 Quy trình sản xuất rượu vang có gas

Quy trình sản xuất rượu vang có gas bao gồm hai công đoạn chủ yếu: chuẩn bị vang nguyên liệu (basic wine) và lên men vang nguyên liệu để tạo ra sản phẩm.

Quy trình sản xuất rượu vang có thể mô tả một cách đơn giản nhất như sau:
Rượu vang được làm từ các loại nho nguyên chất và được lên men một cách tự nhiên. Vì nho vốn có hai đặc tính tự nhiên là đường và men nên nước nho được ép ra, trải qua một quy chình chế biến sẽ trở thành rượu vang. Tuy nhiên các sản phẩm rượu vang mà chúng ta thưởng thức ngày nay thiên nhiên không thể tự làm ra được mà nó chính là nhờ vào bàn tay của con người. Chính con người đã làm cho quy trình sản xuất rượu vang trở nên ngày một hoàn thiện hơn.

Hình 1.3 Quy trình sản xuất rượu vang có gas.

1.2 Tổng quan về các phương pháp chiết rót

1.2.1 Tổng quan về các phương pháp định lượng

Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào chai, bình , lọ… Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác.

Máy định lượng và chiết rót sản phẩm thường được áp dụng cho những trường hợp yêu cầu năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở bộ phận chính, cơ cấu rót. Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng được áp dụng cho nước giải khát, nước trái cây, bia, rượu, nước giải khát có gas, sữa, mứt, các loại dung dịch thực phẩm cô đặc…

Các phương pháp định lượng chủ yếu thường có:

• Định lượng bằng bình định mức:

Chất lỏng được định lượng chính xác bằng bình định mức trước khi vào chai.

Hình 1.4 Định lượng chất lỏng bằng bình định mức.

• Định lượng bằng chiết tới mức cố định:

Chất lỏng được chiết tới mức cố định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng đựoc chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.

Hình 1.5 Cơ cấu định lượng chất lỏng tới mức cố định.

• Định lượng bằng cách chiết theo thời gian:

Cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, không yêu cầu độ chính xác định lượng.

Ngoài ra phương pháp này cơ cấu hỗ trợ cho việc chiết rót rất hiệu quả, định lượng cũng khá chính xác. Đó là dung them một bơm lưu lượng và có Timer đo thời gian quá trình rót.Phương pháp này thường áp dụng cho việc chiết rót trong các dạng bịch, túi nhựa hay các dạng bình có kết cấu phức tạp …

Hình 1.6  Máy định lượng chất lỏng bằng timer

 1.2.2 Các phương pháp chiết sản phẩm

Phương pháp rót áp suất thường:

Phương pháp này chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt. Phương pháp này còn có tên gọi khác là chiết rót đẳng tich.

Hình 1.7 Máy chiết rót chất lỏng bằng phương pháp đẳng tích

Phương pháp chiết chân không:

Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai. Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai.

Trong cơ cấu rót chân không hiện nay dùng van bi hoặc van trượt. Trong thân của cơ cấu rót có hai rãnh. Một trong hai rãnh đó được nối với bơm chân không, rãnh còn lại nối với bình chứa sản phẩm.

Ở vị trí đóng, van trượt (hoặc van bi) đóng cả hai đường thông với bơm chân không và sản phẩm. Khi có chai đưa vào, van được nâng lên và quá trình rót bắt đầu. Không khí trong chai được bơm chân không hút làm áp suất giảm. Khi đó sản phẩm từ bình chứa sẽ chảy vào trong chai. Quá trình diễn ra liên tục đến khi chai được nạp đầy sản phẩm. Khi đó đường ống hút khí sẽ bị ngắt khỏi bơm chân không, bên trong chai được thông áp và sản phẩm ngừng chảy vào trong chai. Tuy nhiên sẽ có một lượng nhỏ sản phẩm bị hút theo không khí, phần sản phẩm nầy sẽ được tách ra ờ bình tách lỏng đặt trước máy hút chân không. Thông thường người ta điều chỉnh lượng sản phẩm trong chai bằng cách sử dụng ống thông áp có thể dịch chuyển được hoặc thay đổi thời gian hút chân không

Cơ cấu rót chân không được dùng để rót các sản phẩm dễ hư hỏng hoặc giảm chất lượng khi tiếp xúc với không khí, hoặc được sử dụng trong các trường hợp các sản phẩm dễ rót và yêu cầu năng suất rót lớn, thời gian rót cho một chai nhanh.

Hình 1.8 Phương pháp chiết  chân không.

Phương pháp chiết đẳng áp:

Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO₂) thoát khỏi chất lỏng. Với phương pháp rót đẳng áp thông thường, người ta nạp khí CO₂ vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao.

Hình 1.9 Nguyên lý chiết rót đẳng áp

1-van CO₂  ;  2- chai rượu;  3- van thông áp;  4-van chiết;  5- thùng rượu   6-van xả khí

Để tránh tổn thất khi rót chất lỏng có nạp khí người ta nạp đầy bằng cơ cấu rót đẳng áp đặc biệt.

1.3 Tổng quan về nút chai

1.3.1 Nút gỗ

Nút gỗ thường được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo rượu vang của Pháp từ thế kỷ 17. Loại gỗ dùng làm nút chai là gỗ sồi.

Hình 1.10 Nút chai bằng gỗ sồi

• Ưu điểm:

Chúng ta biết rằng vang là loại rượu "sống". Đặc điểm của nút chai gỗ sồi là nó cho phép rượu bên trong chai "thở" không khí bên ngoài và qua đó thực hiện quá trình trao đổi chất, hay nói cách khác là quá trình để vang "già đi" đến độ tuổi quy định về mặt chất lượng.

• Khuyết điểm:

Nút gỗ thường bị mốc. Mùi mốc này: 2 - 4 - 6 TCA hoặc trichloroanisole. Phân tử này chỉ xuất hiện khi trichlorophenol (không có mùi) có trong gỗ sồi làm nút chai tiếp xúc với một số nấm mốc. Ngay sau đó, nó sẽ biến thành TCA. Dù gỗ sồi được xử lý kỹ, nhưng TCA vẫn bám vào gỗ và có nguy cơ làm biến chất rượu vang.

1.3.2 Nút chai bằng nhựa plastic

Hình 1.11 Nút chai bằng nhựa plastic.

• Ưu điểm:

Loại nút chai này sẽ “cách ly” hoàn toàn chất lỏng bên trong chai với mội trường bên ngoài, tuổi thọ sử dụng cao. Giảm được chi phí sản xuất

• Khuyết điểm:

Không phù hợp với ngành công nghiệp chế tạo rượu vang vì nó ngăn chặn quá trình lên men rượu.

1.4 Tổng quan về phễu cấp phôi

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa như hiện nay việc cấp phôi phải đảm bảo nhanh chóng, kịp thời, chính xác.

      Một hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau:

Hình1.12 Các thành phần của một hệ thống cấp phôi.

Phễu cấp phôi là thành phần đầu tiên của cơ cấu cấp phôi rung có mục đích để chứa và dự trữ một lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách liên tục và ổn định.

Phễu cấp phôi rung được sử dụng rộng rãi để vận chuyển và định hướng các loại chi tiết khác nhau. Phễu cấp phôi rung được dùng trong nhiều nghành kỹ thuật khác nhau:

• Nghành khai thác : để vận chuyển vật liệu.
• Nghành chế biến lương thực, thực phẩm : dùng để vận chuyện thành phẩm, bán thành phẩm từ nơi này sang nơi khác.
• Nghành dược phẩm : dùng để vận chuyển và định hướng thuốc ở dạng viên trước khi cho vào bao gói thanh vĩ.
• Nghành chế tạo máy : dùng để vận chuyển các loại chi tiết rời rạc và định hướng chung để cấp phôi cho các máy công cụ, máy tự động, bán tự động..

1.5 Tình hình nghiên cứu thị trường ở Việt Nam và thế giới

1.5.1  Tình hình phát triển máy chiết rót và đóng nút trên thế giới

Công nghệ chiết rót chất lỏng trên thế giới ra đời khá lâu và đi kèm theo là những công nghệ chế tạo máy chiết rót cũng rất tiên tiến và phát triển.

Trong đó các dây chuyền chiết rót công nghệ của Đức và Italya rất đa dạng:

Hình 1.11 Máy chiết rót chai nhựa và chai thủy tinh của Vir Mauri Italya

Dây chuyền công nghệ chiết rót đẳng tích sử dụng cho các ngành chiết rót nước ngọt không gas hay nước tinh khuyết …

Ngoài ra chiết rót vô trùng cũng là bước ngoặc trong công nghệ chiết rót trên thế giới sử dụng trong các dây chuyền chiết rót sữa hay thuốc …

Hình 1.12 Dây chuyền chiết rót vô trùng của Procomac Italya

Hiện nay trên thế giới sử dụng nhiều loại máy chiết rót và cách chiết rót khác nhau, phụ thuộc vào  loại sản phẩm và các kiểu bình chứa  nó.  Có thể phân loại các kiểu chiết và các loại máy chiết như sau:

• Máy dùng chiết chất lỏng không chứa CO₂ như  nước  cam, nước khoáng…

• Máy dùng để chiết rót sản phẩm vào ly sau đó đóng nắp.

• Máy dùng để chiết rót và đóng gói các sản phẩm như  bột mì, bánh kẹo… vào  túi, bao…

• Máy dùng để chiết rót các chất lỏng có gaz.

1.5.2. Tình hình phát triển máy chiết rót và đóng nút ở Việt Nam

Hiện nay công nghệ sản xuất và chế tạo máy ở nước ta khá phát triển, trong đó công nghệ chế tạo máy chiết rót cũng rất phát triển.Nhưng nhìn chung cũng chỉ chế tạo được các máy chiết rót đơn giản và công suất nhỏ.Chủ yếu là các dây chuyền chiết rót nước suối ,nước ngọt không gas hay chiết rót nhớt …

1.6 Nhiệm vụ của đề tài

Thiết kế, chế tạo máy chiết và đóng nút rượu có gas:

               Yêu cầu kỹ thuật:

• Năng suất 2000 chai/h.
• Dung tích chai tiêu chuẩn 750 ml.
• Dung sai chiều cao mực chất lỏng trong chai: 10mm.
• Chiều cao chai 290 mm, đường kính miệng chai 17 mm, đường kính thân chai 85mm
• Nút vật liệu PE, cao 30 mm, đường kính phần trên 30 mm, đường kính phần dưới 20 mm.

Hình1.13 Kích thước cơ bản của chai rượu và nút chai.

CHƯƠNG 2.

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

2.1 Nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống chiết và đóng nút

2.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống chiết và đóng nút

• Chai được cấp vào băng tải chai ( có thể tự động hoặc bán tự động ).
• Cơ cấu dẫn hướng chai vào khu vực chiết ( có thể bằng sao hay bằng vis … ).
• Cơ cấu nâng chai lên ( có thể bằng cam ,bằng lò xo cưỡng bức … ).
• Quá trình chiết bắt đầu ( có thể đẳng áp hay đẳng tích … ).
• Kết thúc quá trình chiết chuyển qua giai đoạn ổn định dung dịch.
• Cơ cấu dẫn hướng chai ra khu vực đóng nút.
• Chai được đưa đến vị trí đóng nút.
• Cơ cấu đóng nút đóng nút vào chai.
• Chai được đưa ra ngoài bằng băng tải.

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt hộng chung của một hệ thống chiết và đóng nút.

2.1.2  Nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống chiết đẳng áp

• Chai được cấp vào  băng tải chai ( có thể tự động hoặc bán tự động ).
• Cơ cấu dẫn hướng chai vào khu vực chiết ( có thể bằng sao hay bằng vis … ).
• Cơ cấu nâng chai lên ( có thể bằng cam ,bằng lò xo cưỡng bức … ).
• Khi miệng chai đã kín với bình chứa, van mở quá trình đẳng áp bắt đầu ( thông thường áp suất đẳng áp từ 2 – 3 ).
• Quá trình chiết bắt đầu .
• Kết thúc quá trình chiết và thông áp với khí trời.
• Chuyển qua giai đoạn ổn định dung dịch ( tùy vảo dung dịch rót và quá trình rót mà thời gian này có thể lâu hay mau ).
• Cơ cấu dẫn hướng chai ra khu vực khác.

2.2 Những vấn đề cần lưu ý khi chiết và đóng nút chất lỏng có gas

2.2.1 Hiện tượng trào bọt

• Nguyên nhân:

• Các cơ cấu cơ chạy không ổn định gây rung động máy.
• Do bản chất của dung dịch liên kết với CO₂ kém bền.
• Yếu tố nhiệt độ.
• Tốc độ dòng chảy.
• Thời gian ổn định.

• Giải pháp khắc phục:

• Thiết kế máy đủ bền và bôi trơn tốt các cơ cấu cơ.
• Hạ thấp nhiệt độ trong quá trình rót ( khoản từ 1 – 4 độ ).
• Điều khiển dòng chảy tầng và chảy tựa vào thành chai.
• Thời gian ổn định lâu nhất có thể.

2.2.2  Hiện tượng không đẳng áp

• Các bộ phận ron làm kín không tốt.
• Bộ ổn định áp suất không đạt.
• Vòi dẫn khí bị tắt.
• Tốc độ dòng chảy.

2.2.3 Các hiện tượng ở phần đóng nút

• Nút chai định hướng không tốt, do đó khi đóng nút chai không vào chai.
• Lực đóng không đủ mạnh dẫn đến nút chai đóng không kín, khi áp suất trong chai cao sẽ đẩy nút bay ra.
• Băng tải dẫn chai chạy không êm dẫn tới chai bị xô đẩy, chảy đổ khi di chuyển.

2.3 Phân tích lựa chọn phương án bố trí máy

2.3.1  Bố trí dây chuyền hoạt động theo chu kỳ

Hình 2.2 Dây chuyền hoạt động theo chu kỳ

• Nguyên lý hoạt động:

Bố trí theo dạng này, cụm máy được bố trí dọc theo băng tải, một số lượng chai được chuyển tới vị trí chiết lúc đó băng tải ngưng duy chuyển thì vòi chiết hoạt động và chiết xong số lượng chai đó thì băng tải hoạt động đưa phần chai vừa chiết xong qua phần đóng nút. Khi băng tải đưa chai đến vị trí đóng nút thì sẽ ngừng để đóng nút, cùng lúc đó một số chai khác đang được chiết, khi đóng nút xong thì băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai thành phẩm ra ngoài.

• Ưu điểm:

• Không gian bố trí máy gọn,dễ quan sát các vòi chiết.
• Kết cấu đơn giản.
• Các chi tiết, cơ cấu định vị và kẹp chặt chai được dẫn động bằng khí nén tương đối nhẹ.

• Nhược điểm:

• Năng suất thấp do phải mất thời gian chờ xong một chu kỳ mới bắt đầu chu kỳ mới.
• Không thích hợp cho các kiểu chiết phức tạp như chiết đẳng áp.
• Không bố trí được nhiều đầu chiết.
• Định vị và kẹp chặt chai khó chính xác.
• Lực ma sát trên băng tải cao do dòng chai bị chặn lại khi đóng nút.

2.3.2 Bố trí dây chuyền vận hành liên tục

Hình 2.3 Dây truyền hoạt động liên tục.

• Nguyên lý hoạt động:

Máy dạng mâm xoay, dòng chai chuyển động tròn trong máy. Rượu được chiết rót vào chai khi chai đang di chuyển trên mâm xoay chuyển động liên tục. Nút được đòng vào chai, nhưng chai không chuyển động liên tục mà dịch chuyển theo bước. Mâm xoay chiết rượu được dẫn động  bằng động cơ hộp số 1, thông qua bộ truyền bánh răng côn, hai sao chuyển hướng chai 10 từ băng tải 8 sang mâm xoay và ngược lại được dẫn động từ trục mâm xoay qua bộ truyền bánh răng thẳng 6 (3 bánh răng, 1 bánh trung gian) làm cho chai chuyển động liên tục trên băng tải và mâm xoay chiết rượu. Khi chai đi vào đúng vị trí thì rượu được mở nhờ cam mở rượu 13, rượu được chiết qua vòi chiết 11 chiết đầy vào chai. Sauk hi chiết đầy chai, chai được băng tải chuyển qua bộ phận đóng nút. Mâm xoay 9 chuyển chai từ băng tải quay theo bước đên vị trí đóng nút, xylanh đóng nút 14 thực hiện việc đóng nút với ống dẫn hướng nút 15, nút được cấp vào ống dẫn hướng 15 từ máng rung 17 qua thanh dẫn nút 16. Sau khi đóng nút, chai được chuyển ra ngoài bằng băng tải 8.

• Ưu điểm:

• Dòng chai được di chuyển liên tục, tiết kiệm thời gian.
• Bộ phận dẫn động cho máy dùng động cơ và các cơ cấu truyền động đơn giản, thông thường.
• Dạng bố trí này ta có thể chiết được nhiều pha như trong chiết đẳng áp.
• Đáp ứng được nhịp sản xuất khi sử dụng trong dây chuyền sản xuất liên tục tự động.
• Băng tải và các module chiết và module đóng nút có thể độc lập.
• Do bố trí được nhiều đầu chiết nên năng suất cao.

• Nhược điểm:

• Máy có nhiều cơ cấu, cồng kềnh, chiếm không lớn.
• Tính toán máy phức tạp.
• Giá thành cao.

2.4  Chọn các cơ cấu của phần chiết

2.4.1 Các phương án cấp nguyên liệu vào bồn chứa

 Rượu chuẩn bị cho quá trình chiết được giữ trong các bồn chứa. Các bồn chứa có hệ thống kiểm tra nhiệt độ hoặc được cách nhiệt với môi trường bên ngoài. Trong trường hợp chiết rượu có gas, khí CO₂ sẽ được trộn chung với rượu trong các bồn chứa này.

Rượu được đưa vào bồn chứa theo hai phương án sau:

Phương án 1: Cấp rượu thông qua một ống giữa bồn.

Rượu được dẫn vào bồn chứa thông qua một ống dẫn rượu ở giữa bồn. Sơ đồ của phương án như sau:

Hình 2.4 Cấu tạo của cơ cấu.

Quá trình hoạt động được mô tả như hình dưới đây:

Hình 2.5 Ống dẫn khí mở thực hiện quá trình đẳng áp.

Phần màu vàng tượng trưng cho rượu được dẫn vào bồn chứa, phần màu xanh tượng trưng cho áp suất trong bồn để giữ cho khí CO₂ không thoát ra ngoài. Đầu tiên chai được đưa đến vị trí chiết, ống dẫn khí mở để khí trong bồn vào chai thực hiện quá trình đẳng áp. Để van mở bồn chứa sẽ quay đến vị trí có gờ để mở van. Trong tất cả các trường hợp chiết các sản phẩm có gas phải luôn nén áp vào chai chứa để khi rót sản phẩm vào chai khí CO₂ bị nén lại không trào ra ngoài gây ra hiện tượng trào bọt. Sau khi chai được thông áp rồi  van sẽ mở để rót rượu vào chai như hình dưới.

Hình 2.6 Rượu được chiết vào chai.

Khi van ở ống dẫn rượu mỡ thì đồng thời ta mở van ở ống thoát khí để khí thoát về bồn chứa. Như vậy với phương án này, mỗi đầu rót cần 3 ống dẫn để chiết.

• Ưu điểm:

• Dễ dàng kiểm tra bồn chứa.
• Ít khoảng trống để khí Oxy lọt vào bồn chứa.
• Ít bị chảy rối khi dừng và khới động quá trình chiết.
• Ít hư hỏng sản phẩm trong bồn chứa.
• Có thể sử dụng để nén khí CO₂ trong bồn.

• Nhược điểm:

• Rất khó để khử trùng hoàn toàn các ống.
• Van thoát khí có thể bị ngập rượu nếu máy dừng khi đang có chai trong máy.
• Có thể chiết được tối đa 90 đầu rót.
• Mức rượu trong chai phụ thuộc vào thời gian rót.

Phương án 2: Cấp rượu thông qua cổ góp.

Rượu được dẫn vào bồn chứa thông qua các ống dẫn từ cổ góp trên đầu bồn chứa.

Hình 2.7 Cấp rượu thông qua cổ góp.

Trong hầu hết trường hợp cấp rượu thông qua cổ góp, rượu sẽ chiếm nửa dưới bồn rượu và nửa trên là khí. Van chiết rượu sẽ thông qua bốn chứa để cấp rượu và khí.

• Ưu điểm:

• Kết cấu đơn giản.
• Không bị tràn khi dừng máy.
• Năng suất rót cao hơn. Có thể rót tới 180 đầu.
• Khí CO₂ thoát ra trỡ lại bồn, tiết kiệm khí nén.

• Nhược điểm:

• Dễ hư hại rượu.
• Khi khởi động và khi dừng dễ gây ra hiện tượng rối loạn trong thùng.
• Có nhiều khoảng không nên rượu dễ bị oxy hóa.

Hình 2.8 Cấu tạo của bồn rượu.

2.4.2 Các phương án thiết kế đầu rót

Để chiết rượu từ bồn chứa rượu vao các chai phải thông qua các đầu rót. Thiết kế đầu rót phù hợp sẽ làm tăng năng suất, giảm hiện tượng trào bọt, tăng chất lượng sản phẩm.

Đầu rót được chia làm hai loại phụ thuộc vào chiều dài của ti rót: đầu rót có ti dài và đầu rót ti ngắn.

Hình 2.9 Đầu rót ti dài và đầu rót ti ngắn.

Trong trường hợp đầu rót ti dài, ti rót sẽ gần chạm đến đáy chai, rượu sẽ được rót từ dưới đáy lên. Trong trường hợp ti ngắn, ti thực chất là ồng thoát khí CO₂ về bồn, rượu sẽ chảy ngoài ti loe ra thành chai chảy xuống dưới.

Phương án 1: Đầu rót ti dài (Long tube filling valves).

Đầu tiên van khí sẽ mở để khí CO₂ tràn đầy bình thực hiện quá trình đẳng áp với áp suất 2 bar.

Hình 2.10 Khí CO₂ vào chai thực hiện quá trình đẳng áp.

Khi chai đã đẳng áp, tay quay sẽ quay mở van để rượu tràn vào chai, khí CO₂ trong chai sẽ thoát ra thông qua các lỗ nhỏ ở ti rót.

Hình 2.11 Quá trình chiết rượu.

Hình 2.12 Cấu tạo của ti dài.

Quá trình chiết sẽ kết thúc khi mức rượu trong chai đến các lỗ thoát khí. Khi đó tay điều khiển van rượu sẽ quay đóng van rượu lại, van xả khí sẽ mở để khí CO₂ còn lại trong chai sẽ từ từ đi ra ngoài môi trường.

Hình 2.13 Kết  thúc quá trình chiết rượu.

Phương án 2: Đầu rót ti ngắn (Short tube filling valves).

Đầu rót ti ngắn được chia làm 2 phần: phần trên điều khiển lưu lượng của khí nén và phần dưới điều khiển lưu lượng của rượu chảy vào chai. Đầu rót được chia làm 2 loại: loại điều khiển bằng cơ và loại điều khiển bằng điện. Cả 2 loại này đều có các quá trình rót cơ bản là giống nhau. Quá trình chiết rượu được điều khiển bởi một dãy cam có nhiệm vụ làm quay tay quay để đóng và mở van trong quá trình chiết.

 Quá trình chiết diễn ra như sau:

Đầu tiên tay quay sẽ quay mở van khí, khí CO₂ sẽ tràn vào bình thực hiện quá trình đẳng áp.

Hình 2.14 Khí CO₂ vào chai thực hiện quá trình đẳng áp

Sau khi chai đã đẳng áp, van dưới sẽ mở để rượu chảy vào chai. Khi rượu chảy vào chai, khí CO₂ sẽ quay lại bồn rượu.

Hình 2.15 Quá trình chiết rượu.

Khi rượu chảy đến đầu ti sẽ dừng lại do không có chỗ để khí thoát ra.

2.4.3 Các phương án cơ thiết kế cấu nâng hạ chai

Cơ cấu nâng hạ chai là bộ phận chính quyết định máy chạy êm hay giật vì tại cơ cấu này lực tác dụng lớn nhất làm hãm quá trình quay của trục chính.Nó quyết định sự dao động của dung dịch trong chai khi chiết.Mà điều này là sự tối kỵ trong nguyên lý chiết dung dịch có gas mạnh.

Phương án 1:

Trong cơ cấu nâng hạ chai thiết kế một lò xo lực đủ lớn để khi ở vị trí tự do thì lò xo sẽ đấy chai lên tới mức khép kín miệng chai.Ở vị trí bắt đầu cần hạ chai khi kết thúc quá trình rót thì bộ nâng hạ chai sẽ đi qua một cam cưỡng bức quá trình đi xuống.

Hình 2.16  Cơ cấu nâng hạ chai phương án 1

Ưu điểm: đơn giản, giá thành thấp.

Nhược  điểm:

• Lực nén không lớn nếu lực quá lớn sẽ làm cơ cấu kém bền.
• Không canh chỉnh được nếu chai cao thấp không đều.

Phương án 2:

Ta sử dụng kết hợp giữa lò xo và cam nâng chai lên.Trong cơ cấu nâng hạ kết cấu tháo rời được.Ma sát và phương lực tác dụng tại hai vị trí lên và xuống cam không lớn.Chỉ chiệu lực nén trong quá trình rót.

Hình 2.17 Cơ cấu nâng hạ chai phương án 2

• Ưu điểm:

• Lực khép kín miệng chai đủ lớn.
• Cơ cấu chạy êm.
• Có thể có sai số chiều cao chai.
• Dễ sửa chữa và bảo trì.

• Nhược  điểm:

• Do sử dụng trọng lực trong quá trình hạ nên dễ xảy ra hiện tượng kẹt.
• Chế tạo chính xác và trượt lên xuống nhẹ.

Kết luận chọn phương án:

Do đặt thù quá trình chiết đẳng áp là phải kín giữ áp cùng với sự linh hoạt trong sản phẩm nên sẽ có loại chai khác nhau.Máy chạy phải êm đẻ không xảy ra hiện tượng trào bọt.

Từ những sự phân tích và kết luận trên nên ta chọn phương án 2 là chai nâng lên do cam cưỡng bức, còn hạ xuống do trong lực của kết cấu và chai.

2.4.4 Chọn phương án cuối cùng cho cụm chiết

Tổng hợp tất cả các phương án đã đưa ra ở trên để chọn phương án cuối cùng như sau:

• Phương án bố trí dây chuyền và bố trí đầu chiết theo kiểu liên tục, có cơ cấu đưa chai vào và đưa chai ra.
• Phương án cho cơ cấu và nguyên lý chiết là sử dụng nguyên lý chiết đẳng áp có nạp khí CO₂.
• Phương án cho các cơ cấu cơ chính ta sử dụng cam cưỡng bức để nâng chai lên và sơ đồ truyền động khép kín kết hợp bộ truyền bánh răng,bộ truyền xích.
• Phương án cấp rượu là cấp rượu thông qua cổ góp.
• Phương án đầu rót ta sử dụng đầu rót có ti dài.

2.5 Chọn các cơ cấu của phần đóng nút

2.5.1 Các phương án cấp nút

Phương án 1: Sử dụng phễu chứa phôi có đĩa.

Hình 2.18 Phễu chứa phôi có đĩa.

Nguyên lý: trục vít 1 truyền động qua bánh vít 2 làm đĩa 3 quay, trên đĩa 3 có các rãnh để nút chai 6 trong phễu 4 rơi vào rãnh. Khi đĩa 3 quay đến vị trí có ống dẫn 5 nút chai 6 sẽ rơi vào ống và theo ống đến bộ phận đóng nút.

Đặc điểm của phễu này là có kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và đạt năng suất cao, do vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống cấp phôi tự động nói chung.

Phương 2: Sử dụng phễu cấp phôi có ống.

........................................................................

4.2 Vận hành và bảo trì máy.

4.2.1 Cách vận hành máy.

• Các bước chuẩn bị:

• Vệ sinh máy trước khi chuyển dịch vào.
• Chuẩn bị chai và nút đầy đủ.
• Kiểm tra các công tắc an toàn.
• Kiểm tra khí nén đã đủ áp.
• Kiểm tra nhiệt độ dịch rót.
• Kiểm tra nồng độ CO₂ ngậm trong dịch.
• Chuẩn bị các bình nén CO₂ đầy đủ.

• Các bước vận hành máy:

• Bước 1: bật công tắc cung cấp nguồn điện 3 pha 220 VAC khởi động máy.
• Bước 2: nạp rượu vào thùng đúng mức quy định.
• Bước 3: cấp nguồn khí vào thùng rượu và xem đồng hồ đo áp đạt
• Bước 4: xoay num vặn (EMERGENCY) theo chiều kim đồng hồ rồi buông tay, đèn nguồn sáng lên.
• Bước 5: vào trong PLC để kiểm tra các vị của cảm biến như cảm biến hành trình bảo vệ máy, cảm biến mức rượu…..
• Bước 6: chai đặt sẵn sàng.
• Bước 7: chuyển công tắc chế độ về vị trí Auto.
• Bước 8: nhấn nút bắt đầu (nút Start), chai được di chuyển qua bộ phận chuyển dướng chai, quá trình chiết bắt đầu:

Chai được di chuyển đến vị trí mở vòi khí nhằm mục đích cân bằng áp, sau đó chiết rượu đến lúc thể tích chai đủ thì bộ phận đóng vòi chiết hoạt động, tiếp theo là xả khí ra môi trường ngoài, để chai ổn định một thời gian thì chai được chuyển hướng . Băng tải đưa chai đến vị trí đóng nút

Bộ phận dẫn hướng dẫn chai vào đúng vị trí xylanh đẩy chai lên, piston đi xuống và đóng nắp, chai được di chuyển ra ngoài băng tải đến vị trí lấy chai.

4.2.2 Cách bảo trì máy.

Để đảm bảo máy luôn hoạt động bình thường ổn định, chính xác cũng như phát hiện và xử lý kịp thời ta phải bảo trì máy định kỳ.

Bảng 4.4 Kế hoạch bảo trì máy.

CHƯƠNG 5:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Mục đích thiết kế chế tạo máy chiết rót và đóng nút rượu có gas là áp dụng các kiến thức đã học vào việc giải quyết một bài toán cụ thể trong thực tế. Xuất phát từ nhu cầu thực tế như nâng cao năng suất, tự động hóa quá trình chiết rượu và đóng nút nhựa… ta chuyển thành các thông số yêu cầu kĩ thuật  để từ đó tính toán thiết kế chi tiết máy, kết cấu máy và giải quyết bài toán thiết kế.

Tuy nhiên trong quá trình thiết kế và chế tạo, do thiếu kinh nghiệm, nên khi thiết kế dựa vào suy nghĩ của cá nhân chúng em và một số tài liệu của một số người đi trước do đó sẽ có nhiều sai sót như: kết cấu rườm rà, lựa chọn vật liệu nhiều chi tiết chưa tối ưu, chưa tính toán đầy đủ tất cả các chi tiết máy…Qua quá trình làm và chạy thử máy, chúng em nhận ra hướng phát triển của máy như sau:

• Thiết kế nâng cao độ chính xác, tính bền cho các chi tiết máy.
• Cải thiện độ cững vững của máy.
• Liên hệ thêm thực tế để tối ưu máy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Geoffrey Boothroyd (2005). Assembly Automation and Product Design, Second Edition. CRC Press, Taylor & Francis Group.

[2] Lại Khắc Liễn (1998). Giáo trình cơ học máy. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[3] Lê Hoàng Tuấn (2001). Sức bền vật liệu. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[4] Lê Khánh Điền (2011). Vẽ kỹ thuật cơ khí. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[5] Lê Nhật Vinh (2013). Thiết kế chế tạo máy chiết rót và đóng nút chai rượu có gas (phần chiết rót). Luận văn đại học, Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

[6] Lê Văn Việt Mẫn (2011). Công nghệ sản xuất rượu vang. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[7] Nguyễn Hữu Lộc (2001). Cơ sở thiết kế máy. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[8] Nguyễn Ngọc Cẩn (1995). Kỹ thuật điều khiển tự động. Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

[9] Nguyễn Văn Hữu, Trần Huy Hoàng (2012). Thiết kế và chế tạo máy chiết rót rượu vang. Luận văn đại học, Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

[10] Nguyễn Văn Trung  (2013). Thiết kế chế tạo máy chiết rót và đóng nút chai rượu có gas (phần đóng nút). Luận văn đại học, Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

[11] Trần Văn Địch (2006). Tự động hóa sản xuất. Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật.

[12] Trịnh Chất , Lê Văn Uyển (1997). Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí tập I và tập II. Nhà sản xuất Giáo Dục.

[13] Võ Anh Huy. Bài giảng tự động hóa sản xuất. Bộ môn Cơ Điện Tử, Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

*TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn văn Hữu và Trần huy Hoàng, Luận văn TK và CT MÁY CHIẾT RÓT RƯỢU VANG, 2012.

[2]. Trịnh chất, Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1998.

[3]. Nguyễn Ngọc Cẩn, Trang bị điện trong máy cắt kim loại, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

[4]Nguyễn Ngọc Cẩn, Kỹ thuật điều khiển tự động, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM.

[5]. Trần Văn Địch, Tự động hóa sản xuất.

[6]. Lê Khánh Điền, Vẽ kỹ thuật cơ khí, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM.

[7]. Lại Khắc Liễm, Giáo trình cơ học máy, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM 1998.

[8]. Cơ sở thiết kế máy, Bộ môn thiết kế máy khoa cơ khí.Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.

[9]. Kỹ thuật nâng chuyển, Bộ môn thiết kế máy khoa cơ khí.Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM xuất bản năm 2001.

[10]. Lê Hoàng Tuấn, Sức bền vật liệu tập I và tập II, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.

[11]. Tài liệu tham khảo về công nghệ chế biến rượu vang, Khoa hóa Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.

[12]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí tập I và tập II, Nhà sản xuất giáo dục năm 1997.

Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2004.

2. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, 2 NXB Giáo dục, 1998.

3. Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2003.

4. Nguyễn Hữu Lộc, Độ tin cậy trong thiết kế kỹ thuật , NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2002.