tóm tắt luận án tiến sĩ nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài
Dứa là loại trái cây quí, có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao, được
coi là “nữ hoàng” (Queen) của các loài quả. Diện tích trồng dứa ở nước ta hiện
nay khoảng 39.900ha, sản lượng 502.700 tấn, kim ngạch xuất khẩu các sản
phẩm dứa đạt 41,4 triệu USD/ 1 năm, đứng đầu trong xuất khẩu rau quả. Cây
dứa đã góp phần quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo cho hàng triệu nông
dân ở nhiều địa phương trong cả nước.
Trong các sản phẩm chế biến từ dứa, nước dứa được tiêu thụ nhiều nhất vì
nó có giá trị kinh tế cao, thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản lâu dài.
Trong quy trình sản xuất nước dứa thì băm ép nước dứa là những khâu quan
trọng quyết định đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm.
Hiện nay, các nhà máy chế biến dứa quy mô công nghiệp mới chỉ đáp ứng
được một phần nhu cầu chế biến dứa nguyên liệu. Tại nhiều địa phương đang rất
thiếu những thiết bị ép nước dứa phù hợp với quy mô vùng nguyên liệu và khả
năng đầu tư của các doanh nghiệp chế biến. Các thiết bị chế biến dứa hiện đại
nhập khẩu của nước ngoài tuy năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt nhưng cần
vốn đầu tư rất lớn, không phù hợp với quy mô và khả năng tài chính của các cơ
sở sản xuất trong nước. Một số cơ sở sản xuất, Viện, trường Đại học đã nghiên
cứu thiết kế, chế tạo một số máy băm, ép nước dứa. Tuy nhiên, do còn nhiều hạn
chế như: chất lượng sản phẩm không ổn định, chi phí năng lượng lớn, chi phí
đầu tư thiết bị, bảo trì và sửa chữa lớn nên các cơ sở sản xuất khó chấp nhận.
Ở Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị băm ép nước
dứa, thiết bị chế tạo trong nước rất ít và còn nhiều hạn chế. Vì vậy, việc nghiên
cứu thiết kế, chế tạo thiết bị băm ép nước dứa phù hợp với điều kiện sản xuất
trong nước nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, có thể
triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất là vấn đề rất cấp thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên đây, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu một

số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa”.
2 Mục tiêu nghiên cứu
- Tạo ra thiết bị băm ép nước dứa phục vụ sản xuất nước dứa và nước dứa cô
đặc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng điện,
giảm chi phí sản xuất, góp phần giảm ô nhiễm môi trường.
- Xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc tối ưu làm cơ sở để
hoàn thiện thiết kế, chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa.
2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định tính chất cơ lý, hóa của dứa liên quan đến quá trình băm ép dứa.
- Xây dựng mô hình lý thuyết quá trình ép nguyên liệu dứa nhằm định
hướng cho việc thiết kế liên hợp máy băm ép dứa.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số thông số về cấu tạo và chế
độ làm việc tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ và
thiết kế, cải tiến liên hợp máy băm ép dứa.
- Ứng dụng liên hợp máy băm ép nước dứa trong sản xuất nhằm xác định hiệu
quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy để có thể áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
Là các thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước
dứa: tốc độ dao băm, tốc độ vít xoắn, khe hở cửa thoát bã và chiều rộng lỗ sàng.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu mô hình liên hợp máy băm ép dứa kiểu vít xoắn BE-500 có năng
suất 500 kg/h.
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đã ứng dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để biểu diễn mối
quan hệ của một số thông số trong quá trình ép nước dứa và ứng dụng để xác định
một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép
nước dứa, nhằm định hướng cho việc thiết kế, chế tạo liên hợp máy.

- Đã thiết kế, chế tạo thành công liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ phận
băm và bộ phận ép lắp trên cùng một khung bệ máy, góp phần nâng cao năng suất,
chất lượng sản phẩm, giảm chi phí lao động và tiết kiệm điện năng phù hợp với quy
mô của các cơ sở chế biến ở nước ta hiện nay.
6 Những đóng góp mới của luận án
- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm đã thiết lập được mô hình toán
và mô phỏng được mối quan hệ của một số thông số trong quá trình ép từ đó xác
định được các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy
băm ép nước dứa nhằm định hướng cho việc thiết kế liên hợp máy.
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn, đa yếu tố và nghiên cứu tối ưu tổng
quát đã xác định được giá trị tối ưu của các yếu tố vào: tốc độ quay của vít xoắn,
khe hở cửa thoát bã, chiều rộng lỗ sàng và giá trị tối ưu của các thông số ra: độ sót
dịch quả, năng suất máy và chi phí điện năng riêng. Đó là cơ sở để hoàn thiện thiết
kế và chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa phục vụ sản xuất.
- Đã thiết kế chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ phận băm được kết
3

cấu bởi các hàng dao động và dao tĩnh bố trí xen kẽ nhau, bộ phận ép kiểu vít xoắn
hình côn với bước xoắn giảm dần, nhờ đó giảm được lượng dịch quả sót theo bã,
nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và thuận lợi cho việc tự động hóa dây
chuyền sản xuất. Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, hoàn toàn có thể chế tạo
trong nước thay thế cho các thiết bị nhập ngoại đắt tiền, vì thế có thể áp dụng rộng
rãi cho các cơ sở sản xuất.
7 Cấu trúc nội dung luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị các phụ lục, luận án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về công nghệ và thiết bị băm ép dứa.
Chương 2: Nguyên liệu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
VÀ THIẾT BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA
1.1 Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng của quả
dứa
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa
Quả dứa thuộc loại quả kép, bao gồm nhiều quả gắn trên một trục hoa. Kích
thước, màu sắc, hình dạng quả thay đổi tuỳ theo giống và điều kiện trồng. Về cấu
tạo quả dứa có 3 phần: vỏ quả, thịt quả và lõi (hình 1.1).


Hình 1.1 Quả dứa
1.1.2 Phân loại dứa
a) Phân loại theo giống
Dứa được phân thành ba nhóm chính:
Nhóm Queen (Hoàng hậu): Quả nhỏ, mắt lồi, vỏ cứng, thịt quả vàng đậm,
giòn, hương thơm, vị ngọt đậm, có chất lượng cao, nhưng năng suất thấp.
Nhóm Cayen (Cayenne): Quả to, mắt to và nông, vỏ mỏng, nhiều nước, thịt
ít vàng, ít ngọt hơn dứa Queen, năng suất cao, phù hợp để chế biến công nghiệp.
Nhóm Tây Ban Nha (Spanish): Chịu bóng rợp tốt, quả to, mắt sâu, thịt quả
vàng nhạt có chỗ trắng, vị chua, ít thơm nhưng nhiều nước.
Ch
ồi (hoa)

V
ỏ

Th
ị
t

Lõi

4

Các giống dứa khác nhau có nhiều đặc điểm công nghệ khác nhau nên khi
chế biến cần phải điều chỉnh thiết bị và công nghệ cho phù hợp với mỗi loại dứa.
b) Phân loại theo độ chín
Đặc điểm và tính chất công nghệ của dứa phụ thuộc vào độ chín (bảng 1.1).
Bảng 1.1 Đặc điểm phân loại quả dứa theo độ chín.
Phân loại Đặc điểm nhận dạng Đặc điểm khác
Độ 0
(dứa xanh)

Vỏ có màu xanh, chưa có
hàng mắt nào màu vàng.
Độ cứng >4 kG/cm
2
, thịt quả màu trắng, rất ít
nước, vị nhạt, chưa có mùi thơm.
Độ 1
(dứa ương)

Vỏ xanh, có 12 hàng
mắt gần cuống màu vàng.

Độ cứng từ 34kG/cm
2
, thịt quả hơi vàng, ít
nước, hàm lượng đường thấp, ít mùi thơm.
Độ 2

(dứa chín)
Vỏ màu xanh - vàng, có
từ 34 hàng mắt màu
vàng.
Độ cứng từ 23kG/cm
2
, thịt quả màu vàng
nhạt, nhiều nước, hàm lượng đường cao, mùi
thơm mạnh.
Độ 3
(dứa quá
chín)
Vỏ dứa vàng gần như
hoàn toàn, có chỗ chuyển
màu thâm.
Vỏ mềm, bấm ngón tay ra nước, độ cứng
<2kG/cm
2
, thịt quả màu vàng sẫm, dễ bị lên
men, mùi thơm mạnh có thể có mùi chua.
1.1.3 Thành phần hóa học của quả dứa
Quả dứa có hàm lượng nước, hàm lượng đường cao, giàu axit hữu cơ,
vitamin C, B
1
, B
2
, B
3
, nhiều khoáng chất ka li, can xi, ma giê, phốt pho, sắt và
enzim promelin.

Các thành phần chủ yếu gồm: Nước chiếm 72 - 88%; chất khô: 15 - 24%;
đường 8 - 19%; trong đó saccaro chiếm 70%; axit hữu cơ từ 0,3 - 0,8%, phần lớn
là axit xitric, còn lại là axit malic, axit tartaric, axit sunxinic. Hàm lượng protit
khoảng 0,5%, chất khoáng 0,25%; vitamin C 40%mg; vitamin B
1
, B
2
, B
3

khoảng 0,04 đến 0,09 %mg.
Thành phần hóa học của dứa biến động theo giống, độ chín, thời vụ thu
hoạch, điều kiện canh tác và địa bàn trồng trọt.
1.1.4 Công dụng của quả dứa
a) Trong lĩnh vực thực phẩm và công nghiệp
- Dứa để ăn tươi hoặc chế biến các món ăn được nhiều người ưa thích.
- Chế biến các sản phẩm thực phẩm: đồ hộp, đông lạnh, sấy khô, nước dứa
tươi và nước dứa cô đặc phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
- Sản xuất rượu quả, cồn, dấm, xitrat, thức ăn chăn nuôi và phân bón.
- Chiết xuất ra chế phẩm bromelin dùng trong công nghiệp sản xuất nước
chấm, thuộc da, vật liệu làm phim,
b) Trong y học và mỹ phẩm
Các sản phẩm chế biến từ dứa có thể dùng để phòng và chữa bệnh huyết áp
cao, giảm cholesterol, làm bền thành mạch máu, chống loãng xương, giảm ho, tiêu
đờm, tẩy giun kim và làm tan sỏi thận,
5

Dứa còn dùng để sản xuất một số thực phẩm chức năng để bồi bổ sức khỏe,
sản xuất mỹ phẩm làm đẹp rất có giá trị.
1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa

1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới
Dứa là một trong những cây ăn quả quan trọng trên thế giới, đứng thứ 3 sau
chuối và cây có múi, là loại cây có nguồn gốc ở Nam Mỹ, hiện nay được trồng
nhiều ở Nam Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc,… trong đó các nước châu Á chiếm trên
60% sản lượng dứa của thế giới. Sản lượng dứa quả trên thế giới hàng năm đạt gần
20 triệu tấn. Philippin và Braxin là hai nước sản xuất dứa lớn nhất thế giới, tiếp
đến là Thái Lan, Costa Rica, Trung Quốc, Ấn độ, Indonexia, Việt Nam xếp thứ
10 trong số các nước sản xuất dứa nhiều nhất thế giới
1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trong nước
a) Diện tích và sản lượng dứa trong nước
Ở nước ta, dứa được trồng tập trung nhiều ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu
Long, Trung bộ và bắc Trung bộ. Diện tích trồng dứa hiện nay đạt 39,9 nghìn
ha, sản lượng dứa quả đạt 477,4 nghìn tấn, xếp thứ 10 trong số các nước sản
xuất dứa nhiều nhất thế giới, tuy nhiên xuất khẩu dứa của Việt nam mới chiếm
2% sản lượng của thế giới, chưa tương xứng với tiềm năng sản xuất.
b) Tình hình chế biến và tiêu thụ dứa trong nước
Công nghiệp chế biến dứa tập trung tại một số tỉnh: Tiền Giang, Kiên Giang,
Nghệ An, Ninh Bình, các nhà máy có quy mô từ 2.000 đến 6.000 tấn sản phẩm/1
năm. Các sản phẩm nước dứa và dứa cô đặc một phần nhỏ tiêu thụ trong nước,
phần lớn để xuất khẩu. Năm 2012, xuất khẩu các sản phẩm dứa đạt 41 triệu USD,
góp phần đưa Việt Nam vào Top 5 nước xuất khẩu rau quả lớn nhất thế giới. Tại
một số địa phương, chưa có công nghiệp chế biến dứa, các cơ sở chế biến nhỏ
thiếu vốn, thiết bị, công nghệ lạc hậu chưa đáp ứng được nhu cầu chế biến dứa.
1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa
1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa trên thế giới
1.3.1.1 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về quá trình ép của một số tác giả
nước ngoài
a) Nghiên cứu chuyển động của khối nguyên liệu trong quá trình ép
Mối quan hệ giữa ứng suất và độ nhớt theo định luật Niutơn:
 =

dy
dv

; trong đó:
dv
dy
là gradien tốc độ trượt (1.1)
Đối với chất lỏng phi Niutơn, theo E.Bingham và Kh.Grin, quan hệ giữa
ứng tiếp, độ nhớt, ứng suất tới hạn tuân theo quy luật:

T
dy
dv

 ; Trong đó: 
T
là ứng suất trượt tới hạn, N/m
2
(1.2)
6

b) Nghiên cứu về máy ép vít
Theo A.IA. Xokolov khi nghiên cứu về máy ép vít dùng để sản xuất thực
phẩm, quan hệ giữa lực động Q và lực toàn phần P theo công thức:
tb
Q P.tg( )
   
(1.7)
Trong đó: Q- lực tác dụng lên trục vít tại đường kính trung bình; P- lực toàn
phần do áp suất ép; 

tb
- góc nâng cánh vít tại đường kính trung bình; - góc ma sát
giữa nguyên liệu và bề mặt cánh vít.
1.3.1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ sản xuất nước dứa trên thế giới
Quy trình chung sản xuất nước dứa (hình 1.2).

Hình 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất nước dứa
Quy trình sản xuất nước dứa bao gồm nhiều khâu, trong đó băm ép nước
dứa là khâu có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chi phí điện năng, chất lượng sản
phẩm và hiệu suất thu hồi dịch quả.
1.3.1.3 Thiết bị ép nước dứa
Hầu hết các dây chuyền chế biến nước dứa ở các nước có ngành công
nghiệp chế biến dứa phát triển đều có công suất lớn, hiện đại, mức độ cơ khí hóa
và tự động hóa cao với vùng nguyên liệu dứa tập trung hàng nghìn ha trở lên.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa ở Việt Nam
1.3.2.1 Công nghệ sản xuất nước dứa ở Việt Nam
Trên cơ sở tiếp thu công nghệ sản xuất nước dứa của các nước phát triển,
Bộ NN và PTNT đã ban hành tiêu chuẩn Việt Nam số 10TCVN 612-2005 về quy
trình sản xuất nước dứa cô đặc, có điều chỉnh bổ sung cho phù hợp với điều kiện
sản xuất trong nước.
1.3.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị ép nước dứa ở Việt Nam
7

Một số nhà máy chế biến dứa quy mô từ 2.0006.000 tấn sản phẩm/1 năm
đã được xây dựng, trong đó phần lớn thiết bị nhập ngoại hiện đại, năng suất cao,
chất lượng sản phẩm tốt nhưng cần vùng nguyên liệu lớn và vốn đầu tư lớn.
Ở những vùng dứa trồng không tập trung, chi phí vận chuyển lớn, giá thành
sản phẩm cao không phù hợp với các thiết bị nhập ngoại. Một số cơ sở sản xuất và
trường đại học trong nước đã nghiên cứu chế tạo thiết bị ép nước dứa: Máy ép
thủy lực PA-15TL (công ty TNHH công nghệ Sài Gòn) kiểu gián đoạn năng suất

thấp; máy ép dứa ED-500 (đại học Nông nghiệp Hà Nội) bước đầu đạt kết quả tốt,
tuy nhiên cần được nghiên cứu hoàn thiện thêm.
Tại nhiều địa phương đang rất cần những thiết bị chế biến dứa chế tạo trong
nước phù hợp với điều kiện, quy mô sản xuất và khả năng tài chính của các doanh
nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc
nhằm thiết kế, chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa đáp ứng nhu cầu sản xuất,
góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất gắn với
vùng nguyên liệu là nhu cầu cần thiết hiện nay.
1.4 Kết luận
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về công nghệ và thiết bị chế biến dứa
trong và ngoài nước, chúng tôi đề xuất một số nhiệm vụ nghiên cứu:
1. Về công nghệ: Lựa chọn công nghệ ép nước dứa liên tục bằng liên hợp
máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn vì nó có ưu điểm nổi trội so với các phương
pháp lấy nước dứa khác là: Thiết bị làm việc liên tục, năng suất cao, tiết kiệm
được chi phí nhân công, giảm chi phí điện năng, độ sót dịch quả tương đối thấp,
thiết bị đơn giản dễ chế tạo, dễ vận hành có thể triển khai rộng rãi trong thực tế
nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.
2. Về thiết bị: Cần nghiên cứu cải tiến về hình dạng và kết cấu bộ phận ép
sao cho phù hợp với quá trình thoát dịch quả trong nguyên liệu dứa nhằm nâng cao
hiệu suất thu hồi dịch quả, giảm chi phí điện năng riêng. Đồng thời cần phải thiết
kế bộ phận băm và ép trên cùng một khung máy nhằm giảm bớt số lượng nguồn
động lực, cơ cấu truyền động tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa dây
chuyền sản xuất và giảm lao động thủ công trong sản xuất.
3. Về nghiên cứu lý thuyết: Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của A.Ia
Xokolov về quá trình nén ép thực phẩm lỏng nhớt bằng máy ép vít xoắn, xây
dựng mô hình toán và khảo sát quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của vật liệu
trong bộ phận ép làm cơ sở để xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ
làm việc của liên hợp máy.
4. Về nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác
định một số thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện công nghệ, thiết kế cải

tiến liên hợp máy băm ép nước dứa và triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
8

Chương 2
NGUYÊN LIỆU, ĐỐI TƯỢNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu nghiên cứu
Nguyên liệu nghiên cứu là dứa quả Cayen trồng tại vùng Đồng Giao (Ninh
Bình), đường kính trung bình 10 ÷ 12 cm, chiều dài trung bình 12 ÷ 14 cm, khối
lượng trung bình 600 ÷ 800g, độ chín ở mức 1, mức 2 và mức 3.
2.2 Đối tượng nghiên cứu
Là các thông số về cấu tạo, chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép dứa
(ký hiệu BE-500). Sơ đồ cấu tạo của liên hợp máy (hình 2.1).













Liên hợp máy gồm bộ phận băm và bộ phận ép được lắp trên một khung máy.
Bộ phận băm được cấu tạo bởi hai hàng dao động hàn chặt trên trống băm, một
hàng dao tĩnh lắp cố định vào vỏ máy.

Bộ phận ép kiểu vít xoắn, mặt ngoài hình trụ tròn, trục của vít xoắn dạng côn
có đường kính tăng dần về phía cửa thoát bã. Trục vít xoắn có thể di chuyển dọc
trục để thay đổi khe hở cửa thoát bã nhờ bộ phận điều chỉnh khe hở cửa thoát bã.
Với kết cấu như trên, liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 có những ưu
điểm như sau:
- Thực hiện đồng thời hai nguyên công băm và ép trên cùng một thiết bị nên
tiết kiệm được lao động, giảm được nguồn động lực và cơ cấu truyền động, tạo
điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa dây chuyền sản xuất.
- Trục trong của vít xoắn có dạng hình côn, đường kính tăng dần và bước xoắn
giảm dần phù hợp với việc giảm thể tích hỗn hợp do dịch quả thoát qua lỗ sàng,
tạo ra áp suất ép tăng từ từ, nhờ đó bã được ép kiệt, hiệu suất thu hồi dịch quả cao.
- Có thể ép một số loại quả khác có tính chất tương tự.
Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo liên h
ợp
máy băm ép dứa BE-500
7654
8
9
10
11
12
3
2 1
1- phễu cấp liệu;
2- bộ phận cào liệu;
3- bộ phận băm;
4- vít xoắn;
5- sàng và giá đỡ sàng;
6- cửa thoát bã;
7- bộ phận điều chỉnh khe hở cửa thoát

bã;
8, 9, 12 - bộ truyền đai;
10- khung bệ máy;
11- động cơ.
9

2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô hình hóa và mô phỏng
quá trình ép nước dứa
Áp dụng kết quả nghiên cứu của A.Ia Xokolov về quá trình nén ép thực
phẩm lỏng nhớt bằng máy ép vít xoắn, dùng phương pháp mô hình hóa và mô
phỏng để xây dựng mô hình toán biểu diễn quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của
vật liệu theo chiều dọc trục nhằm xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ
làm việc nhằm định hướng cho việc thiết kế liên hợp máy.
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
2.3.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố nhằm nghiên
cứu ảnh hưởng riêng của từng yếu tố vào đến các thông số ra, qua đó xác định
mức biến thiên, khoảng biến thiên và miền nghiên cứu của các yếu tố làm cơ sở
cho nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố.
Các yếu tố vào: tốc độ quay của dao băm n
d
(vg/ph), tốc độ quay của vít
xoắn n (vg/ph), khe hở cửa thoát bã s (mm) và chiều rộng lỗ sàng a (mm).
Các thông số ra: độ sót dịch quả theo bã  (%), năng suất máy Q (kg/h) và
chi phí điện năng riêng N
r
(kWh/tấn).
2.3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố để nghiên cứu

ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố vào nhằm thiết lập phương trình hồi quy
biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố vào với các thông số ra làm cơ sở xác
định giá trị tối ưu của các thông số.
2.3.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát
Áp dụng phương pháp tối ưu tổng quát bằng cách lập “hàm mong muốn”
tổng quát của E.C.Harrington để xác định giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào
cho tất cả các thông số ra làm cơ sở để hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết kế
chế tạo liên hợp máy.
2.3.3 Phương pháp xác định một sô thông số của quá trình nghiên cứu
- Năng suất máy Q được xác định bằng cách cân khối lượng nguyên liệu ép
được trong thời gian khảo nghiệm.
- Chi phí điện năng riêng N
r
được xác định bằng thiết bị đo chi phí điện năng
kiểu điện tử hiện số.
- Lượng dịch quả còn lại trong bã δ được xác định theo phương pháp dựa trên
cơ sở xác định hàm lượng chất khô của bã ban đầu và hàm lượng chất khô của bã
sau khi đã tách hết lượng dịch quả trong nồi chưng cách thủy.
2.3.4 Phương pháp xử lý gia công số liệu đo đạc
Để xử lý và gia công các số liệu thí nghiệm, chúng tôi áp dụng qui tắc của lý
thuyết xác xuất và thống kê toán học để đảm bảo độ tin cậy của số liệu thí nghiệm.
10

Chương 3
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP NƯỚC DỨA

Trong liên hợp máy băm ép nước dứa, hai quá trình băm và ép diễn ra liên tục
và kế tiếp nhau, trong đó ép là quá trình chính có tính chất quyết định đến năng
suất, chất lượng và chi phí năng lượng riêng, băm là quá trình làm nhỏ sơ bộ vật
liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép. Vì vậy trong nội dung luận án này

chúng tôi chỉ nghiên cứu quá trình ép.
3.1 Mô hình hóa quá trình ép nước dứa
3.1.1 Mô hình kết cấu bộ phận ép nước dứa
Bộ phận ép có nhiệm vụ
phân chia pha lỏng - rắn của
hỗn hợp dứa sau khi băm.
Theo đặc điểm về kết cấu, bộ
phận ép được phân thành hai
vùng: vùng cấp liệu có chiều
dài là L
c
, vùng ép có chiều dài
là L
e
(hình 3.1).
Vùng cấp liệu tiếp nhận nguyên liệu từ bộ phận băm. Trong vùng này không
có lưới sàng, không có sự thoát dịch quả, vít xoắn đẩy các lớp vật liệu tiến lại gần
nhau, mật độ tăng dần nhưng tạo ra áp suất không đáng kể.
Vùng ép thực hiện quá trình phân chia các pha: pha lỏng và khí thoát dần ra
ngoài qua lỗ sàng, pha rắn được nén ép chặt lại và đạt được áp suất lớn nhất để ép
kiệt trước khi thoát ra ngoài.
Để xác định quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của vật liệu theo chiều dài vít
xoắn, ta lập hệ trục tọa độ pOx, tâm O đặt tại tâm mặt cắt đầu của vít xoắn. Trục x
theo chiều chuyển động của vật liệu biểu diễn chiều dài của vít xoắn, trục p vuông
góc với trục x biểu diễn áp suất ép.
3.1.2 Quy luật chuyển động của vật liệu
trong bộ phận ép
- Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục
trong vùng cấp liệu (hình 3.2):



 
nc vlc qc
c qc
v = v .tg v v tg
v r . tg
   
   
(3.1)
Trong đó: v
nc
- vận tốc của vật liệu
theo chiều dọc trục; v
vlc
- vận tốc vòng của vật liệu so với trục vít; v- vận tốc vòng
Lc Le
p

Rv
rv
o
x
L
Hình 3.1 Mô hình kết cấu bộ phận ép
Hình 3.2: Đa giác vận tốc biểu diễn
sự dịch chuyển của vật liệu trong
vùng cấp liệu
11

của vít xoắn; v

qc
- vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít; - góc nâng cánh vít.
- Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng ép:
ne tbc qe
v [v-(R x.tg ) ].tg .cos
     
(3.2)
Công thức (3.1) và (3.2) cho phép khảo sát mối quan hệ giữa vận tốc của vật
liệu theo chiều dài vít xoắn x.
3.1.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép
Ứng dụng kết quả nghiên cứu quá trình nén ép vật liệu lỏng nhớt bằng vít
xoắn của A.Ia. Xokolov, xây dựng được phương trình vi phân mô tả quá trình biến
đổi áp suất của vật liệu trong vùng cấp liệu và vùng ép theo chiều dài vít xoắn x:
2
nc c tbc
b
2 2
v v tb b
5 2 2
v v tb
. . R
l ( 0,33 )
dp (R r )cos l
dx 1,23.10 (R r )sin
   

  

  
, (

c
0 x L
 
) (3.3)
nc ge e tbe
2
b
2 2
v v tbe b
5 2 2
v v tbe
. . .R
l 0,33
[R (r x.tg ) ].cos l
dp
dx 1,23.10 [R (r x.tg ) ].sin
   
 


 
    
 

    
, (
c c e
L x L L
  
) (3.4)

3.2 Mô phỏng quá trình ép nước dứa
Để giải các phương trình
(3.1÷3.4), chúng tôi dùng phương pháp
số bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB.
3.2.1 Khảo sát sự biến đổi vận tốc của
vật liệu theo chiều dọc trục
Từ phương trình (3.1) và (3.2) vẽ
đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc
dọc trục của vật liệu trong vùng cấp liệu
và vùng ép theo chiều dài vít xoắn (hình 3.3).
Trong vùng cấp liệu, vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục không đổi.
Trong vùng ép, vận tốc giảm dần về phía cửa thoát bã, thời gian vật liệu lưu lại
trong buồng ép lâu hơn nên bã được ép kiệt hơn.
3.2.2 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu theo chiều dọc trục

Giải phương trình vi phân (3.3) và (3.4), bằng phần mềm MATLAB với
thông số đầu vào: x = 0, thì p = 0; x = L
c
= z.S = 2.0,102 = 0,204m.
Kết quả đã xác định được sự thay đổi áp suất của vật liệu theo chiều dọc
trục làm cơ sở để khảo sát một số thông số cơ bản của quá trình ép (hình 3.4).
Hình 3.3 Sự biến đổi vận tốc dọc trục
của vật liệu v
n
theo chiều dài vít xoắn x

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
0.04
0.06

0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
Van toc vat lieu theo chieu dai truc v = f(x)
x [m]
Van toc [m/s]
Vung cap lieu
Vung ep
0.048
0.23
Chieu dai truc x[m]
12

Trên cơ sở thí nghiệm ép nguyên
liệu dứa trên máy ép thủy lực tại trường
Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực
phẩm Hà Nội đã xác định được áp suất ép
cần thiết để có thể ép kiệt bã mà áp suất
không quá lớn (p
e
= 50kG/cm
2
), không ảnh
hưởng đến độ bền của các chi tiết máy và

làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình
ép. Trên đồ thị, áp suất đó tương ứng với
chiều dài vít xoắn là L = 0,46m.
3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc
nghiêng trục vít xoắn

đến áp suất của
vật liệu trong quá trình ép
Khảo sát sự thay đổi của áp suất ép
theo chiều dọc trục khi thay đổi góc
nghiêng  của trục vít xoắn (hình 3.5).
Ứng với chiều dài vít xoắn L =
0,46m, các giá trị áp suất ép tương ứng
với các góc nghiêng  (bảng 3.1).


Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa áp suất ép ứng với góc nghiêng

khác nhau
 (độ)
9 10 11 12 13
p (kG/cm
2
) 41,35 45,43 50,00 61,64 82,38

Khi góc nghiêng β tăng, đường kính trong của trục vít xoắn tăng, làm diện
tích mặt cắt ngang của khối bã giảm, thể tích chứa bã giảm nên áp suất tăng. Đặc
biệt khi góc  tăng tới 13
0
thì áp suất ép tăng lên rất lớn có khả năng gây kẹt bã ở

cửa thoát.
3.3 Lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận ép
Căn cứ mối quan hệ giữa áp suất ép và chiều dài vít xoắn đã xác định được
chiều dài cần thiết của vít xoắn L = 0,46m, đồng thời căn cứ vào kết quả khảo sát
mối quan hệ giữa áp suất ép với góc nghiêng , để đảm bảo khả năng ép kiệt bã
với áp suất ép không quá lớn làm tăng chi phí năng lượng và gây kẹt bã ở cửa
Hình 3.4 Sự thay đổi áp suất p của
v
ật liệu theo chiều dọc trục
x

Hình 3.5 Áp suất của vật liệu theo
chiều dọc trục khi thay đổi góc nghi
êng

của trục vít xoắn
13

thoát, chúng tôi chọn góc nghiêng  = 11
0
.
Căn cứ vào kết quả khảo sát mối quan hệ giữa vận tốc di chuyển theo chiều
dọc trục và chiều dài vít xoắn (hình 3.3), để tốc độ chuyển động của nguyên liệu
trong bộ phận ép liên tục và chậm dần đều về phía cửa thoát bã, bước xoắn vít S và
số vòng vít xoắn z được lựa chọn theo bảng 3.2.
Bảng 3.2 Số lượng vòng vít và bước của vít xoắn
Vùng cấp liệu Vùng ép
Thứ tự vòng vít 1 2 3 4 5 6 7
Bước vít S (mm) 102 102 85 68 51 34 17

Tổng chiều dài vít xoắn là 460mm, gồm 7 vòng xoắn, trong đó vùng cấp
liệu có 2 vòng với chiều dài L
e
= 204mm; vùng ép có 5 vòng, chiều dài L
e
=256mm.
3.4 Kết luận
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu quá trình ép thực phẩm lỏng nhớt trong máy
ép kiểu vít xoắn của A.Ia Xokolov, đã xây dựng được mô hình toán biểu diễn quy
luật biến đổi áp suất trong bộ phận ép. Kết quả tính toán là cơ sở khoa học cho
việc khảo sát các tham số ảnh hưởng đến quá trình ép.
- Kết quả khảo sát mối quan hệ của một số thông số đến quá trình ép đã xác
định được: góc nghiêng của trục vít xoắn  = 11
0
, chiều dài vít xoắn vùng cấp liệu
L
c
= 204mm, chiều dài vít xoắn ở vùng ép L
e
= 256mm, số lượng vòng xoắn z = 7
với chiều dài bước vít giảm dần theo chiều trục từ cửa nạp liệu đến cửa thoát bã
phù hợp với quá trình ép dịch quả trong nguyên liệu dứa. Các thông số nghiên cứu
trên là cơ sở để việc thiết kế bộ phận ép.

Chương 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1 Thí nghiệm xác định một số tham số của mô hình lý thuyết
4.1.1 Xác định vận tốc góc của vật
liệu trong bộ phận ép

Vận tốc góc của vật liệu được xác
định thông qua vận tốc vòng của vật
liệu nhờ thiết bị đo vận tốc bằng siêu
âm hiển thị số E4DA-LS6, từ đó tính
toán ra các giá trị của vận tốc góc 
q
.
Hình 4.1 Vị trí cảm biến đo vận tốc vòng
c
ủa vật liệu trong bộ phận ép

14

Sơ đồ bố trí các cảm biến đo vận tốc của vật liệu (hình 4.1).
Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị (hình 4.2).
Trong vùng cấp liệu, áp
suất của vật liệu gần như không
đổi, trong vùng ép, áp suất giảm
dần theo chiều dài vít xoắn. Mối
quan hệ giữa vận tốc góc của vật
liệu theo chiều dọc trục trong
vùng cấp liệu và trong vùng ép
theo phương trình hồi quy:

qc
1,01
 
(s
-1
)

7,8786x
qe
0,9747.e

  (s
-1
) (4.1)
4.1.2 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép
Thí nghiệm xác định hệ số
giảm thể tích của vật liệu với áp suất
ép được thực hiện trên máy ép thủy
lực PA-15TL tại trường Cao đẳng
nghề Cơ điện và Công nghệ thực
phẩm Hà Nội. Hệ số giảm thể tích của
vật liệu được tính bằng tỉ số giữa thể
tích bã so với thể tích hỗn hợp bã dịch
quả trước khi ép. Kết quả thí nghiệm
được thể hiện trên đồ thị hình 4.3.
Trong khoảng áp suất ép từ 0

30kG/cm
2
, thì η
ge
giảm rất nhanh do dịch
quả trong hỗn hợp còn nhiều, tốc độ thoát dịch quả lớn. Khi áp suất lớn hơn 30
kG/cm
2
thì η

ge
giảm chậm dần và khi p 50kG/cm
2
thì η
ge
giảm không đáng kể
bởi vì lượng dịch trong bã còn rất ít. Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích và áp
suất ép được thể hiện bằng phương trình hồi quy:
0,0491p
ge
98,468.e

  (4.2)
Hình 4.2 Đồ thị vận tốc góc quay của vật
liệu trong bộ phận ép
Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể
tích của vật liệu với áp suất ép

15

4.1.3 Xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã
Tiến hành thí nghiệm ép hỗn hợp dứa trên máy ép thủy lực PA-15TL nhằm
xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã, kết quả thí nghiệm
thể hiện trên đồ thị (hình 4.4).
Trong khoảng áp suất từ 30 ÷
50kG/cm
2
, độ sót dịch quả theo bã
giảm rất nhanh, khi áp suất ép tăng
lớn hơn 50÷ 70kG/cm

2
thì độ sót dịch
quả giảm không đáng kể (từ 2,92%
đến 2,58%), trong khi đó công suất
điện cho động cơ cần tăng lên rất
nhiều. Vì vậy, để đảm bảo độ sót dịch
quả theo bã thấp và chi phí năng
lượng cho máy ép không quá lớn, ta
có thể chọn áp suất ép tối đa
50kG/cm
2
là phù hợp đối với quá trình ép nước dứa.
4.1.4 Xác định ứng suất cắt giới hạn của vật liệu trong quá trình ép
Tiến hành xác định ứng suất
cắt giới hạn của vật liệu khi ép trên
thiết bị đo ứng suất cắt EDJ-1. Kết
quả thí nghiệm biểu diễn trên đồ thị
(hình 4.5).
Khi áp suất tăng thì ứng suất
cắt giới hạn của vật liệu dứa tăng, vì
khi đó dịch quả thoát ra khỏi hỗn
hợp, hàm lượng bã rắn trong hỗn
hợp tăng lên. Quan hệ giữa ứng suất
cắt giới hạn với áp suất ép được thể
hiện bởi phương trình hồi quy:
0,0483p
408,36.e 
(4.3)
4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố để xác định ảnh hưởng riêng của

các yếu tố x
1
x
4
đến các thông số ra Y
1
Y
3
.

(10
4
N/m
2
)

= 408,36e
0,0483p
R
2
= 0,9729
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8

0,9
1,0
1,1
1,2
0 10 20 30 40 50 60 70
Áp suất nén p (kG/cm
2
)
Ứng suất cắt giới hạn (N/m
2
)
Thực nghiệm Đường hồi qui
Hình 4.5 Mối quan hệ giữa ứng suất cắt
giới hạn với áp suất ép


 = -0,0002p
3
+0,0322p
2
-
2,0346p+45,446
R
2
= 0,9844
0


2

4


6


8


10

30

40

50

60

70

Áp suất ép p(kG/cm2)

Độ sót dịch quả

(%)
Hình 4.4 Ảnh hưởng của áp suất ép đến
độ sót dịch quả
theo bã

16





Theo các kết quả trên đồ thị 4.6 ÷ 4.9, sau khi kiểm tra tính thích ứng của
mô hình toán theo tiêu chuẩn Fisher cho thấy: ba yếu tố vào n, s, a đều có ảnh
hưởng lớn đến các thông số ra, riêng yếu tố n
d
ảnh hưởng không rõ rệt đến hàm
chi phí năng lượng riêng N
r
(F = 3,32<F
b
= 3,5) nên không được chọn làm biến
trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố.
4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
Sau khi loại bỏ yếu tố tốc độ dao băm n
d
, các yếu tố vào và ra được ký hiệu
lại như sau (bảng 4.1):
Bảng 4.1 Ký hiệu và mã hóa các yếu tố vào và các thông số ra

Các yếu tố vào Các thông số ra
x
1
, n- tốc độ quay của vít xoắn,vg/ph,
Y

1
, - độ sót dịch quả theo bã, %,
x
2
, s- khe hở cửa thoát bã, mm,
Y
2
, Q- năng suất máy, kg/h,
x
3
, a- Chiều rộng lỗ sàng, mm.
Y
3
, N
r
- chi phí điện năng riêng, kWh/tấn.

Kết quả nghiên cứu đơn yếu tố cho thấy mối quan hệ của yếu tố x
1
 x
3
đối
với các hàm Y
1
 Y
3
không hoàn toàn là tuyến tính, vì vậy có thể bỏ qua phương
án quy hoạch thực nghiệm bậc 1 chuyển sang phương án quy hoạch thực nghiệm
bậc 2. Ma trận thí nghiệm bậc 2 của Box - Willson với 3 yếu tố (m=3), tổng số
Hình 4.8 Ảnh hưởng của khe hở

cửa thoát bã s (mm)
2.5
2.0
3.0
3.5
4.0
4.5
440
400
480
520
560
600
4.5
4.0
5.0
5.5
6.0
6.5
5 10 15 20 25
S
(mm)
Q
Nr

q
(kg/h)
Nr
(kWh/t)
(%)


Hình 4.9 Ảnh hưởng của chiều rộng
lỗ sàng a (mm)
2.5
2.0
3.0
3.5
4.0
4.5
440
400
480
520
560
600
4.5
4.0
5.0
5.5
6.0
6.5
0.6 1.0 1.4 1.8 2.2
a
(mm)
Q
Nr

q
(kg/h)
Nr

(kWh/t)
(%)

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ
quay của dao băm n
d
(v/ph)
2.5
2.0
3.0
3.5
4.0
4.5
440
400
480
520
560
600
4.5
4.0
5.0
5.5
6.0
6.5
300 400 500 600 700
Nd
(v/ph)
Q
Nr


q
(kg/h)
Nr
(kWh/t)
(%)

Hình 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ qu
ay
của vít xoắn n (vg/ph)

2.5
2.0
3.0
3.5
4.0
4.5
440
400
480
520
560
600
4.5
4.0
5.0
5.5
6.0
6.5
100 150 200 250 300

q
(kg/h)
Nr
(kWh/t)
(%)
n
(v/ph)

Q
Nr

17

thí nghiệm N=20 . Mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các
yếu tố vào (bảng 4.2).
Bảng 4.2 Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố x
i
Các yếu tố ảnh hưởng

Các mức biến thiên
Giá trị mã
hoá
x
1
( vg/ph) x
2
(mm) x
3
(mm)
Mức sao dưới

Mức dưới
Mức cơ sở
Mức trên
Mức sao trên
-1,68
-1,00
0,00
1,00
1,68
116
150
200
250
284
11,6
10
15
20
23,4
0,73
1,0
1,4
1,8
2,07
Khoảng biến thiên
i
ε

1,00 50 5 0,4
Kết quả thí nghiệm được xử lý trên máy tính, ta xác định được mô hình

toán của các hàm Y
j
với các hệ số hồi quy có nghĩa (bảng 4.3).
Bảng 4.3 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y
j

Các hệ số hồi quy Y
1
Y
2
Y
3

b
0
2,1887495 520,8316549 4,2005463
b
1
-0,2577739 20,4833885 -0,3141164
b
2
0,2365018 15,7247987 -0,3198756
b
3
0,2494844 6,1693857 -0,1952988
b
12
-0,0075000 -4,1375000 -0,0225000
b
13

-0,0100000 -2,1125000 -0,0225000
b
23
-0,0075000 0,3875000 -0,0225000
b
11
0,1711192 -7,4340143 0,2386020
b
22
0,1940945 -6,6210418 0,2545080
b
33
0,1410746 -5,0127701 0,2279980

Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán theo tiêu chuẩn Fisher, các giá trị
tính toán F của các hàm Y
1
, ÷Y
3

đều nhỏ hơn giá trị tra bảng F
b
. Vì vậy, các mô
hình toán trên đều đảm bảo tính thích ứng.
Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực, phương trình hồi
quy dạng thực có dạng như sau:


= 7,85006505 - 0,03253455n - 0,18561304s - 1,84509361a + 0,00006845n
2

+
0,00776378s
2
+ 0,88171595a
2
(4.4)
Q

= 50,96581675 + 1,99523505n + 14,40020987s + 124,27194106a - 0,01655ns –
0,105625na - 0,00297361n
2
- 0,26484167s
2
-31,32981314a
2
(4.5)
N
r
= 16,00136529 - 0,04445865n - 0,36938473s - 4,47821280a + 0,00009544n
2
+
0,01018032s
2
+ 1,42498775a
2
(4.6)
18

Để phân tích mô hình toán, từ các phương trình hồi quy dạng thực (4.4  4.6)
ta vẽ đồ thị 3D biểu diển ảnh hưởng của từng cặp 2 yếu tố còn các yếu tố khác

được giữ ở mức cơ sở. Đã tiến hành xét ba cặp hai yếu tố ảnh hưởng đến các hàm
mục tiêu Y
1
 Y
3
. Đồ thị (hình 4.10  4.12) biểu diễn ảnh hưởng của cặp hai yếu
tố khe hở cửa thoát bã s và tốc độ quay của vít xoắn n đến các hàm độ sót dịch quả
 (Y
1
), hàm năng suất máy Q (Y
2
) và hàm chi phí điện năng riêng Nr (Y
3
).




Qua các đồ thị (hình 4.10 
4.12) cho thấy hàm độ sót dịch quả 
và hàm chi phí điện năng riêng Nr là
các hàm cực tiểu, hàm năng suất máy
Q là hàm cực đại, các đồ thị trên cho
thấy giá trị tối ưu của các thông số ra
nằm trong miền nghiên cứu của các
yếu tố ảnh hưởng.

4.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu
tổng quát
Đã tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của E.C Harrington

100
150
200
250
300
5
10
15
20
25
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Toc do vit xoan n (v/ph)
Khe ho cua thoat ba s (mm)

Do sot dich qua trong ba (%)
Hình 4.10 Ảnh hưởng của c
ặp yếu tố khe
hở cửa thoát bã s(mm) và t
ốc độ vít xoắn
n(vg/ph) đến độ sót dịch quả δ
δ (%)

s(mm)
n(vg/ph)

100
150
200
250
300
5
10
15
20
25
350
400
450
500
550
Toc do vit xoan n(v/ph)
Khe ho cua thoat ba s(mm)
Nang suat may Q (kg/h)
Q (kg/h)

s(mm)
n(vg/ph)
Hình 4.11 Ảnh hưởng của cặp yếu tố khe
hở cửa thoát bã s(mm) và tốc độ vít xoắn
n(vg/ph) đến năng suất máy Q
100
150
200
250
300

5
10
15
20
25
4
5
6
7
8
Toc do vit xoan n(v/ph)
Khe ho cua thoat ba s(mm)
Hình 4.12 Ảnh hư
ởng của cặp yếu tố khe
hở cửa thoát bã s(mm) và t
ốc độ vít xoắn
n(vg/ph) đến chi phí điện năng riêng Nr

s (mm)
Nr (kWh/t)

n(vg/ph)
19

bằng cách lập “hàm mong muốn” tối ưu tổng quát cho 3 hàm Y
1
; Y
2
; Y
3

.
Mô hình toán của hàm tối ưu tổng quát D có dạng như sau:
D = 0,8554745 + 0,0985749x
1
+ 0,0404240x
2
+ 0,0042361x
3
–
0,0206065x
1
x
2
– 0,0085303x
1
x
3
– 0,0069373x
2
x
3
– 0,0514644x
1
2
–
0,0603807x
2
2
– 0,0352044x
3

2
(4.7)
Kết quả giải bài toán tối ưu tổng quát đã xác định được giá trị tối ưu chung
của các yếu tố vào và các thông số ra (bảng 4.4).
Bảng 4.4 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào và các thông số ra
Giá trị tối ưu tổng quát của các yếu tố vào
Giá trị mã hóa Giá trị thực
Giá trị tối ưu tổng quát của
các thông số ra
x
1
*
= 0,92735905 n = 246,3 vg/ph
 = 2,13 %
x
2
*
= 0,18051928 s = 15,9 mm Q = 535,05 kg/h
x
3
*
= -0,06997476 a = 1,37 mm Nr = 4,08 kWh/t

4.5 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào
Trên cơ sở các thông số tối ưu tìm được (bảng 4.4), chúng tôi tiến hành thí
nghiệm với các thông số vào tối ưu: n = 246vg/ph; s = 15,9mm; a = 1,4mm. Kết
quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của liên hợp máy với các
thông số vào tối ưu (bảng 4.5).
Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ứng với
các thông số vào tối ưu

Thí nghi
ệm
Tốc độ vít
xoắn
n (vg/ph)
Khe hở
cửa thoát
bã
s (mm)
Chiều
rộng lỗ
sàng
a (mm)
Đ
ộ sót dịch
quả theo
bã
 (%)
Năng
suất
máy
Q (kg/h)

Chi phí năng
lượng riêng
N
r
(kWh/t)
TN1 246 16 1,40 2,07 570,5 4,01
TN2 246 16 1,40 2,31 521,2 4,25

TN3 246 16 1,40 2,21 552,7 4,17
Giá trị trung bình 2,18 539,1 4,03

So sánh số liệu trong bảng 4.5 và bảng 4.4 cho thấy, sai số giữa tính toán và
thực nghiệm đối với hàm độ sót dịch theo bã  là 2,3%, năng suất máy Q là 0,75%
20

và chi phí năng lượng riêng N
r
là 1,2 % đều nhỏ hơn 3%.
Kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý của nước dứa ép ở chế độ tối ưu của
liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 (bảng 4.6).
Bảng 4.6 Một số chỉ tiêu hóa lý của nước dứa ép ở chế độ tối ưu
Mẫu thí
nghiệm

Màu sắc,
mùi vị
Chất khô
hòa tan
(
0
Brix)
Chất xơ

(%)
Thịt
quả
(%)
Protein

(%)
Đư
ờng
tổng số

(%)
Axits
hữu cơ

(%)
Vitamin C

(%mg)
Mẫu 1 17,98 0,546 5,205 0,615 11,45

0,519 36,34
Mẫu 2 18,27 0,559 5,107 0,636 11,32

0,547 37,94
Mẫu 3
Màu
vàng,
thơm đ
ặc
trưng
18,47 0,554 5,06 0,618 11,37

0,551 37,89
Giá trị trung bình

18,24 0,553 5,124 0,623 11,38

0,539 37,39


Ở chế độ tối ưu, nước dứa ép có màu sắc, mùi vị đặc trưng, các chỉ tiêu hóa
lý khác đảm bảo trong mức cho phép, có thể dùng để sản xuất nước dứa tươi hoặc
nước dứa cô đặc.
4.6 Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hoàn thiện thiết kế liên hợp máy
băm ép nước dứa BE-500
4.6.1 Hoàn thiện thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500
Dựa vào kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát của liên hợp máy băm ép nước
dứa BE-500. Chúng tôi đã thiết kế chế tạo và chọn chế độ làm việc của liên hợp
máy băm ép nước dứa BE-500A với các thông số cơ bản (bảng 4.7).
Bảng 4.7 Đặc tính kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A

TT

Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
1 Năng suất thiết kế liên hợp máy kg/h 500
2 Công suất động cơ điện kW 4.0
Bộ phận băm
1 Tốc độ quay của dao băm vg/ph 500
21

TT

Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
2 Đường kính đầu dao băm mm 195

3 Đường kính/ chiều dài trống lắp dao băm mm 91/136
4 Số hàng dao băm hàng 2
5 Số lượng dao băm trên một hàng cái 8
6 Chiều dài/ chiều dầy dao băm mm 52/4
7 Khe hở giữa dao tĩnh và dao động mm 4
Bộ phận ép
1 Tốc độ quay của vít xoắn vg/ph 246
2 Khe hở trung bình cửa thoát bã mm 16
3 Chiều rộng lỗ sàng mm 1.4
4 Chiều dài vít xoắn:
- Chiều dài vít xoắn vùng cấp liệu
- Chiều dài vít xoắn vùng ép
mm
mm
mm
460
204
256
5 Đường kính ngoài vít xoắn mm 128
6 Đường kính trục vít xoắn đoạn hình trụ mm 64
7 Góc nghiêng trục vít xoắn độ 5,5
8 Bước vít xoắn (mm) 102; 102; 86; 68; 51; 34; 17

4.6.2 Xác định một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước
dứa BE-500A
Chúng tôi tiến hành khảo nghiệm liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A tại
trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội và so sánh với các
tổ hợp máy băm - ép nước dứa thông dụng trong sản xuất tại các cơ sở sản xuất
nước dứa: Nhà máy SannamFood - Hòa Bình (Kỳ Sơn, Hòa Bình), Nhà máy
Sannamfood - Ba Vì (Ba Vì, Hà Nội) và Nhà máy Chế biến thực phẩm xuất khẩu

Như Thanh (Như Thanh, Thanh Hóa). Kết quả khảo nghiệm xác định một số chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật của các tổ hợp máy ép nước dứa (bảng 4.8).
22


Bảng 4.8 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các tổ hợp máy ép nước dứa
Thiết bị

Các chỉ
tiêu KT-KT
Liên hợp
máy băm ép
BE-500A
Tổ hợp máy:
M-221A
MY-255
(LB Nga)
Tổ hợp máy:
ZJ-500LZ
UDA-202F
(Trung Quốc)

Tổ hợp máy:
AMS-1SZ
AMC-3A
(Trung Quốc)

Đặc điểm kết cấu

Băm - ép

kết hợp
Băm - ép
riêng
Băm - ép
riêng
Băm - ép
riêng
Kiểu bộ phận ép Vít xoắn Thủy lực Vít xoắn Vít xoắn
Công suất động cơ điện (kW)
- Công suất động cơ băm
- Công suất động cơ ép
4,0
-
-
4,4
2,2
2,2
5,7
2,2
3,5
7,5
3,0
4,5
Năng suất (kg/h) 525 315 492 939
Độ sót dịch quả theo bã (%) 2,22 1,52 2,43 2,56
Chi phí điện năng riêng
(kWh/tấn)
4,9 9,3 7,1 5,3
Chi phí nhân công (công/tấn) 0,48 1,19 0,76 0,53
Thành phần hóa học của nước

dứa ép:
- Chất xơ (%)
- Thịt quả (%)
- Đường tổng số (%)
- Axít hữu cơ (%)
- Vitamin C (%mg)


0,553
5,124
11,38
0,539
37,39


0,217
4,964
11,41
0,536
37,41


0,551
5,119
11,40
0,541
37,38


0,555

5,127
11,36
0,539
37,35



So với các loại máy băm ép nước dứa khác thì liên hợp máy băm ép nước
dứa BE-500A có ưu nhược điểm như sau: Chi phí nhân công cho một tấn sản
phẩm là 0,48 công, chỉ bằng 40,0% so với tổ hợp máy ép M-221A, bằng 62,5% so
với tổ hợp máy ép ZJ-500LZ, bằng 89,4% so với tổ hợp AMS-1SZ; Chi phí điện
năng riêng là 4,9kWh/tấn, chỉ bằng 52,4% so với tổ hợp máy ép M-221A, bằng
23

68,7% so với tổ hợp máy ép ZJ-500LZ, bằng 91,6% so với tổ hợp AMS-1SZ; Độ
sót dịch quả theo bã là 2,22% thấp hơn 0,21% so với tổ hợp máy ép ZJ-500LZ, thấp
hơn 0,34% so với tổ hợp máy AMS-1SZ nhưng lại cao hơn 0,7% so với tổ hợp
máy ép M-221A. Thành phẩn hóa học của nước dứa ép đối với bốn tổ hợp máy
khảo nghiệm về cơ bản là giống nhau, riêng tỷ lệ xơ và thịt quả của tổ hợp máy ép
thủy lực M-221A thấp nhất do nguyên liệu ít bị xáo trộn trong quá trình ép.
Như vậy liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A có ưu điểm nổi bật:
Chi phí nhân công và chi phí điện năng riêng thấp nhất, độ sót dịch quả chấp
nhận được, đặc biệt liên hợp máy có kết cấu gọn, giảm được số lượng động cơ
điện và cơ cấu truyền động, tạo điều kiện thuận lợi để cơ khí hóa và tự động hóa
dây chuyền sản xuất.
4.6.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa
BE-500A.
Việc ứng dụng liên hợp băm ép nước dứa BE-500A trong thực tiễn sản xuất
sẽ mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội như sau:
- Giảm được giá thành sản phẩm do giảm được độ sót dịch quả theo bã, giảm

chi phí điện năng và nhân công phục vụ cho việc vận hành thiết bị.
- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoàn toàn chế tạo được ở trong nước nên giá
thành hạ, dễ triển khai áp dụng rộng rãi cho các cơ sở sản xuất ở trong nước.
- Có thể dùng để ép nhiều loại rau quả khác có tính chất cơ lý tương tự, vì thế
có thể nâng cao hiệu quả sử dụng liên hợp máy.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận
1. Đã xây dựng được mô hình toán biểu diễn quy luật biến đổi áp suất trong
bộ phận ép. Kết quả tính toán là cơ sở khoa học cho việc khảo sát các tham số ảnh
hưởng đến quá trình ép.
2. Kết quả khảo sát mối quan hệ của một số thông số đến quá trình ép đã
xác định được: góc nghiêng của trục vít xoắn  = 11
0
, chiều dài vít xoắn vùng cấp
liệu L
c
= 204mm, chiều dài vít xoắn ở vùng ép L
e
= 256mm, số lượng vòng xoắn
24

z = 7 với chiều dài bước vít giảm dần theo chiều trục từ cửa nạp liệu đến cửa thoát
bã phù hợp với quá trình ép dịch quả trong nguyên liệu dứa. Các thông số nghiên
cứu trên là cơ sở để việc thiết kế bộ phận ép.
3. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố đã xác định được ảnh hưởng riêng của
từng yếu tố vào: tốc độ dao băm n
v
(vg/ph), tốc độ vít xoắn n (vg/ph), khe hở của

thoát bã s(mm) và chiều rộng lỗ sàng a (mm) đến các thông số ra: độ sót dịch quả
theo bã  (%), năng suất máy Q(kg/h) và chi phí điện năng riêng N
r
(kWh/tấn),
trong đó khe hở cửa thoát bã là yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất. Vì vậy để đảm
bảo độ sót dịch quả theo bã thấp nhất việc điều chỉnh khe hở cửa thoát bã sẽ mang
lại hiệu quả cao nhất.
4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và phương pháp tối ưu tổng
quát của E.C. Harrington đã xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào:
tốc độ quay của vít xoắn n = 246vg/ph, khe hở cửa thoát bã s = 16mm, chiều rộng
lỗ sàng a = 1,4mm và giá trị tối ưu của các thông số ra: 

= 2,13%, năng suất máy
Q = 535,1kg/h, chi phí điện năng riêng N
r
= 4,08kWh/t. Kết quả nghiên cứu trên là
cơ sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế và chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa
phục vụ cho các cơ sở sản xuất.
5. Đã thiết kế chế tạo hoàn chỉnh liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A,
có bộ phận băm và ép được lắp chung trên cùng một khung máy với bộ phận băm
được kết cấu bởi các hai hàng dao động bố trí xen kẽ với dao tĩnh, bộ phận ép kiểu
vít xoắn có dạng hình côn và bước xoắn giảm dần nhờ đó đã nâng cao được hiệu
suất thu hồi dịch quả, tiết kiệm được nhân công lao động, tạo điều kiện thuận lợi
cho tự động hóa dây chuyền sản xuất.
Kiến nghị
1. Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng liên hợp máy băm ép dứa BE-500A để ép
các loại rau quả khác nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng liên hợp máy trong thực
tiễn sản xuất.
2. Ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng để thiết kế chế tạo các cỡ liên hợp
máy băm ép nước dứa có năng suất khác nhau phù hợp với quy mô của các cơ sở

sản xuất.