Bài giảng chương 4: Các máy ép

50 CHƯƠNG 4. CÁC MÁY ÉP 4.1. Khái niệm: Ép là quá trình tác ñộng lực cơ học lên vật liệu làm vật liệu bị biến dạng nhằm mục ñích:. - Phân chia pha lỏng rắn trong vật liệu. - ðịnh hình - Biến dạng vật liệu. Phạm vi sử dụng:
Sản xuất ñường, sản xuất nước quả, sản xuất dầu thực vật, tinh dầu.
Sản xuất ñậu phụ, pho mát, bơ .
Chế biến bánh mì, mì sợi, bánh bích qui.
Tạo hình mì sợi, bánh qui, ép ñường thành viên, ép các sản phẩm khô: Bánh rau, lương khô, viên canh
Ép các loại bánh men, các bánh thức ăn gia súc.
Ép các viên thuốc, các loại kẹo.
Chuẩn bị cho các quá trình chế biến tiếp theo . Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình ép: + Tính chất vật liệu + Áp lực ép + Vận tốc máy ép + Thiết bị ép + Thao tác: ðộ ñều của vật liệu vào ép + Vấn ñề cung cấp năng lượng. 4.2. Phân loại máy ép: Có hai nhóm máy ép là nhóm máy ép ñể tách pha lỏng ra khỏi pha rắnvà nhóm máy ép ñể tạo hình sản phẩm 4.2.1. Máy ép ñể tách pha lỏng ra khỏi pha rắn 4.2.1.1. Máy ép trục vít: Máy ép trục vít là loại máy ép làm việc liên tục, có thể sử dụng cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau. Bộ phận làm việc chính của máy là trục vít có bước vít nhỏ dần hay ñường kính trục lớn dần quay trong xi lanh nằm ngang. Nguyên liệu ép khi di chuyển theo trục ép chịu áp suất tăng dần. Sự ép xảy ra do khe hở giữa xi lanh và bước vít giảm dần. 51 Máy ép kiểu trục vít thường dùng trong các nhà máy tinh dầu, nhà máy ñồ hộp (ép nước cà chua v..v) Hình 4.1. MÁY ÉP TRỤC VÍT Trục vít 1 ñặt trong xi lanh có ñục lỗ 2 cố ñịnh. Trục quay 250 vòng/phút. Nguyên liệu vào phểu 3. Nước ép chảy qua lỗ trên xi lanh vào máng 4 ra ngoài. Bã ép qua cửa 5 ra theo máng 6. Kích thước cửa tháo bả 5 có thể ñiều chỉnh tùy theo ñộ ướt của bả ñi ra bằng cách tịnh tiến trục vít về phía trước hay lui lại về phía sau. Cửa nhỏ nước ép chảy ra nhiều hơn nhưng chất lượng kém hơn. Lúc mới cho máy chạy nên mở to cửa sau ñó giảm dần. Năng suất của máy ép trục vít loại lớn có thể ñạt ñược khoảng 5 tấn/ phút. Áp suất tạo ra khoảng 8-10kg/cm2. Năng suất máy ép trục vít Q = 3600 F0 .v0. φ.γ ( kg/ h) F0 : Diện tích cắt ngang của lớp nguyên liệu trong xi lanh ( m 2) F0 = 4 )( 21 2 0 dd −π d0 : ðường kính trong của xi lanh (chỗ cửa vào ) m d1 : ðường kính cổ trục vít ( ở ñầu) m v0 : Tốc ñộ nguyên liệu chạy dọc theo trục vít m/s 3 1 2 6 4 5 5 4 6 3 2 Máy ép có ñường kính trục vít lớn dần Xi lanh hình trụ Máy ép có ñường kính trục vít nhỏ dần Xi lanh hình nón 1 52 v0 = 60 ns n : Số vòng quay của trục vít (vòng/phút) s : Bước vít ( Ở ñầu ) (m) ϕ : Hệ số chứa ñầy của nguyên liệu ϕ = 0,6 ÷ 0,7 . γ : Khối lượng riêng nguyên liệu (kg/ m3) Nhược ñiểm của máy ép trục vít: Chà xát mạnh trong quá trình ép, do ñó làm cho nước ngọt (hoặc dầu) bị vẫn ñục. 4.2.1.2. Máy ép thủy lực: Là loại máy thường ñược dùng trong các nhà máy chế biến thực phẩm như sản xuất rượu vang. Nó gồm bơm A có nhiều pittông trụ, thùng chứa B, bộ phân phối C và máy ép D, sản phẩm ép ñược nạp vào buồng 14. Hình 4.2. Sơ ñồ thiết bị ép thủy lực ( ñể ép rượu vang) Nguyên tắc làm việc: 53 Khi bắt ñầu làm việc, ñưa tay gạt 18 vào vị trí II và cho bơm chạy. Khi pittông trụ 2 chuyển sang bên trái nâng van hút 3 và chất lỏng làm việc từ thùng chứa B dâng lên ống 4 và nạp ñầy xi lanh của bơm. Khi pit tông trụ chuyển ñộng ngược lại thì van 3 ñóng, van 1 mở. Chất lỏng làm việc theo ống 10, ñi vào bộ phân phối C. Qua van nâng 6, chất lỏng chảy vào xi lanh làm việc của máy ép. Dưới áp suất của chất lỏng làm việc, pittông 15 nâng buồng 14 có sản phẩm ép về phía ñầu ép 13. Trong buồng tạo ra áp suất ở mọi mặt, nên 1 phần chất lỏng của sản phẩm ép ñược tách ra qua bề mặt khoan lỗ của buồng ép . Áp suất của pittông truyền qua sản phẩm ñến thanh giằng 11 và thanh ngang 12. Tuỳ theo việc tách một phần chất lỏng mà áp suất tăng lên trong xilanh làm việc của máy ép và ở trong các ñường ống dẫn. Trong khi thể tích của sản phẩm ép giảm ñi, nên tốc ñộ nâng của trụ trơn cũng phải giảm. Do ñó phải thay ñổi việc bơm chất lỏng làm việc: Chất lỏng từ xi lanh của bơm theo ống 9 ñi vào dưới pittông 7 và ép lực nó ñến một áp suất nhất ñịnh, pittông nâng lên trên ép lò xo 5 và mở van 8. Qua van ñó, chất lỏng chảy về phía van hút 3 của bơm, nhờ ñó lượng chất lỏng ñi vào xi lanh làm việc của máy ép giảm ñi. Khi ép xong thì tắt bơm và chuyển tay gạt 18 về vị trí I, khi ñó van 6 ñóng lại, van 17 mở ra và chất lỏng làm việc từ xi lanh 16 chảy vào phần bên phải của thùng B. Trụ trơn 15 và buồng ép 14 ñược hạ xuống dưới và bã ñược tháo ra. Ở thùng B có ñặt lưới 10, ñể lọc chất lỏng làm việc trước, khi vào xi lanh của bơm . 4.2.1.3. Máy ép trục: 1. Cấu tạo máy ép: Một bộ máy ép gồm các bộ phận chính: - Giá máy. - Các trục ép: Trục ñỉnh, trục trước, trục sau. - Bộ gối ñỡ trục và bộ ñiều chỉnh vị trí lắp trục. - Bộ phận nén trục ñỉnh. - Tấm dẫn mía (lược ñây và các lược khác) 2. Trục ép: Gồm có lõi trục bằng thép, 1 ñầu gắn 1 bánh xe răng cao chân ñể truyền chuyển ñộng, lồng chặt trong áo trục bằng gang ñặc biệt. Thép làm lõi trục có thành phần Ni = 3-4% ; Cr = 0,5 - 1% ; C = 0,2 ÷ 0,45%. Hai cổ trục tròn nhẵn bóng, ñường kính bằng 1/2 ñường kính trục ép. . ÅÍ hai âáöu aïo truûc coï vaình chàõn næåïc mêa khoíi bàõn vaìo 54 cäø truûc. Hçnh daïng vaì vë trê làõp cuía vaình âoï trãn truûc âènh vaì hai truûc træåïc coï khaïc nhau Giá máy có nhiều kiểu: kiểu ñỉnh thẳng (hình 2.31), kiểu ñỉnh nghiêng và kiểu cần nén cong (hình 2.32) Hình 4.3: Máy ép kiểu ñỉnh thẳng Hình 4.4: Máy ép kiểu cần cong. (kiểu Fives Lille- Cail C46). 3. Bộ phận nén trục ñỉnh ( Áp lực trục ñỉnh) . Trong quá trình ép, áp lực trục ñỉnh ñóng vai trò quyết ñịnh. Nó phá vỡ tế bào mía, giải phóng nước mía ra khỏi tế bào. ðể tạo ra áp lực lớn ở trục ñỉnh, có thể sử dụng các thiết bị : - Thiết bị tăng áp lò xo - Thiết bị tăng áp dầu - Thiết bị tăng áp khí nén. Nhược ñiểm của thiết bị tăng áp lò xo là lực tác dụng lên trục ñỉnh không ñều nên hiện nay ít dùng. 55 Hình 4.5: Lực nén lò xo. Hình4.6. Lực nén thủy lực Hình 4.7. Mặt cắt một chóp nón 4. Thiết bị tăng áp dầu: Gồm : Pittông nén dầu A và hộp dầu trên trục ñỉnh B. Nguyên lý hoạt ñộng như sau: Dầu trong xi lanh A ñược pittông nén tới áp suất cao. Dầu có áp suất cao ñược dẫn vào hộp chứa dầu trên trục ñỉnh. Hộp dầu có diện tích nên vào cổ trục lớn. Do vậy áp lực dầu nén xuống trục ñỉnh lớn. Nếu ta gọi: - ðường kính xi lanh dầu bên A là d : fA = 4 2d π - ðường kính hộp dầu trục ñỉnh là D . - Khối lượng trọng vật bên A là p . 56 Ta thấy áp suất dầu là F = 22 4 4 d p d p π π = Theo nguyên lý Pascan, áp suất này chính là áp suất trong hộp dầu. Do vậy áp lực tác dụng lên cổ trục sẽ là : 4 . 2D F π Lực tác dụng lên trục ñỉnh là P = 2 . p d DD d p ..2 4 . 4 2 22 2 = π π So sánh lực tác dụng lên trục ñỉnh với khối lượng gang bên A 2 2 2 2 2.2 d D p P d D p P == Ưu: Tạo ñược áp lực lớn ở trục ñỉnh. Áp lực này không thay ñổi khi lớp mía vào dầy mỏng khác nhau. Nhược: Chiếm nhiều diện tích . Làm việc nặng nề, mức ì lớn. 5. Thiết bị, tăng áp bằng khí nén: Nguyên lý giống thiết bị tăng áp bằng dầu nhưng áp suất cao, ở ñây ñược tạo ra bằng khí nén. 4.2.1.4. Máy ép dùng khí nén: Trong máy ép này lực tác dụng lên nguyên liệu là không khí nén. Máy này ñược dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất nước quả trong cho các nguyên liệu không cứng như dứa, cam, quít (hoặc nho), phương pháp ép này rất tốt vì quá trình ép không phá vỡ những cơ cấu cứng của nguyên liệu vỏ, cuống, xơ, là những chất không có lợi cho thành phần của nước quả. Máy làm việc gián ñoạn, chu kỳ ép 2,5 giờ (các thao tác phụ ñều ñược cơ khí hoá) Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy ép dùng khí nén Thùng ép 1 làm bằng kim loại không rỉ, tấm dày 1mm, trên có ñục lỗ 1,2 x 20mm. Bên ngoài bọc các tấm kim loại chịu lưc. Hai ñầu thùng ép 2 bằng gang, bên trong lót kim loại không rỉ. Dọc thùng ép có cửa ñể nguyên liệu vào ép, có thể ñóng chặt nhờ 1 cánh cửa có vít vặn. Bên trong thùng ép là thùng cao su 3 57 Hình 4.8. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của máy ép dùng khí nén 1. Thùng ép . 2. ðầu thùng ép. 3. Thùng cao su. 4. Ống dẫn không khí nén. 5. Trục rỗng 6. Ổ trục. . Không khí nén từ máy nén khí ñi theo ống 4 vào trục rỗng 5 qua các lỗ ñục trên trục vào trong thùng cao su (trên hình vẽ thùng cao su ở trạng thái không ép). Dưới tác dụng của không khí nén thùng cao su bị căng lên tạo một áp suất cần thiết, tác dụng lên nguyên liệu ñể ép nước quả. Lớp nguyên liệu ép nằm giữa thùng ép và thùng cao su. Nước ép qua lỗ trên thùng ép ra ngoài máng hứng chảy ñi. Bã còn lại trong thùng ép, sau mỗi lần ép mở cửa trên thùng và cho thùng quay, bã sẽ tự rơi ra ngoài máng có trục vít ñẩy ñi. Mỗi máy ép phải dùng tới 3 ñộng cơ ñiện ñể quay thùng ép, trục vít và cho máy nén khí. Vận tốc thùng ép 20 vòng/phút. Năng suất máy 1,5 tấn nguyên liệu/ giờ. Máy ép này lắp trên khung không cần bệ xây kích thước 5180 x 2510 x 2290mm. Quá trình ép: Thùng không quay cho nguyên liệu vào từ từ cho tới khi ñầy, ñóng cửa lại cho thùng quay 5 phút không cho không khí vào. Khi ñó nguyên liệu ñược phân bố ñều trên mặt thùng. Bắt ñầu cho không khí vào thùng cao su. Cho từ từ ñể 5 - 10 phút cho ñạt ñến áp suất 3 ÷ 3,5 atm. Lại xả khí ra cho thùng quay ñể ñảo nguyên liệu. Lại cho không khí nén vào với áp suất cao hơn và giữ thời gian lâu hơn. Làm như vậy 3 lần và áp suất không khí nén lần cuối cùng trong thùng cao su phải ñạt 6 atm. 2 3 1 6 4 5 58 4.2.2. Máy ép ñể tạo hình: 4.2.2.1. Máy ép trục lăn (Máy ép nén) Dùng trong sản xuất mì ống. Hình 4.9 : Nguyên lý làm việc của máy ép nén Máy ép trục lăn làm việc liên tục, gồm có bộ phận nén (2 trục lăn) và bộ phận tạo hình (khuôn ñúc ). Hai trục lăn quay ngược chiều nhau tạo nên áp suất ñẩy bột nhão và khuôn ñúc. Khuôn ñúc là các ñĩa kim loại có gia công lỗ có hoa văn 4.2.2.2. Máy ép cán: a. Những cục bột nhão mì chuyển ñộng nhờ băng tải vận chuyển 1 và tác dụng lên máng cố ñịnh 2 (hình 2.38.a). Khi cục bột nhão ñi dọc theo máng có tiết diện nhỏ dần thì nó ñược giữ chặt tạo nên cơ cấu ñồng nhất và tròn. b. Quá trình dát mỏng những cục bột nhão mì ñều xảy ra khi nó chuyển ñộng dọc theo kẻ hở nhỏ dần tạo nên bởi băng tải vận chuyển 1 và thành cố ñịnh 2 hoặc băng tải vô tận khác 3, chuyển ñộng về phía ngược lại.Lúc này cục bột nhão quay xung quanh trục của nó, chuyển dời ra khỏi khe hở và dần dần ñược tạo thành hình trụ ( hình 2.38b). 59 c. Khi dát bột nhão mì trắng sẽ thực hiện 1 số khâu. ðầu tiên những cục bột nhão ñi qua giữa ñôi trục 1, quay ngược chiều nhau và cán mỏng thành bánh. Sau ñó nhờ trục có rãnh 2 ñược cuộn lại thành cuộn xoắn ốc. Cuộn ñó ñược ñưa ra bởi thùng quay 3, và ñược cán giữa thùng và bề mặt vỏ máy cố ñịnh 4 và sau ñó chuyển sang băng tải 5, kết quả nó tự kéo dài ra ñến kích thước cần thiết (hình 2.38c) . Hình 4.10 : Nguyên lý làm việc của máy ép cán. 4.2.2.3. Máy dập ép: Dùng trong CN bánh kẹo. Hình 4.11. Sơ ñồ máy dập ép tạo hình bánh qui Bộ phận tạo hình( khuôn ñúc 1 của máy ép (hình 2.39) ñược gia công thành hình hoa văn phong phú. Bộ phận tạo hình thực hiện chuyển ñộng qua lại, ñưa khối bột nhào ñã ñược cán 2 nằm trên băng tải 3 và ép xuống. Áp suất dập gần 0,3-0,5 MN/m2( 3-5 kg/cm2) 1 2 3 60 4.2.2.4. Máy ép ñóng bánh : Bộ phận chủ yếu của máy ép có khuôn ñúc kiểu ñứng là các ñĩa hoặc cái bánh quay chậm. ðĩa có những lỗ ở ñó ñặt các khuôn ñúc. Vật liệu ẩm từ bộ phận nạp liệu cho vào các khuôn ñó ñể ñể ñóng bánh. ðáy khuôn là các bàn di ñộng lên xuống. Quá trình ñóng bánh có thể theo dõi ở sơ ñồ hình 2.40. Tạo vị trí I, bàn ñỡ 2 thấp nhất. Sau ñó khuôn ñúc 1 chất ñầy sản phẩm ướt 3 (vị trí II), tiếp ñến ép nguyên liệu bởi bàn ñỡ (ở giai ñoạn này trên khuôn ñúc có ñặt tấm 4 vị trí III) và cuối cùng bàn ñỡ ñầy thành phẩm ñóng bánh và nâng cao hơn mặt bàn khoảng 0,5mm. Trong 1 vòng, bàn sẽ ngừng lại 4 lần với thời gian 1÷1,5 giây, cả 4 khuôn ñúc, làm việc với v = 8 vòng/ phút, tạo 32 bánh/ phút. Áp suất ép gần 150 - 200 kg/ cm2 . Hình 4.12. Sơ ñồ làm việc của máy ép có khuôn ñúc kiểu ñứng 1. Khuôn ñúc 2. Bàn ñỡ 3. sản phẩm 4. Tấm kim loại