NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO LỰA CHỌN 01 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN GIA CẦM NĂNG SUẤT 1000 KGH

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ -CÔNG NGHỆ
- - o0o - -

NGHIÊN CỨU- THIẾT KẾ - CHẾ TẠO- LỰA CHỌN 01
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN GIA CẦM NĂNG
SUẤT 1000 KG/H

GVHD:

SVTH:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM

NGUYỄN THÀNH TRUNG
NGUYỄN MINH TRÍ

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2007


ii

LỜI CẢM TẠ

Xin tỏ lòng thành kính tới Ông Bà, Cha mẹ đã nuôi dưỡng và dạy dỗ chúng
con nên ngừơi.
Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Như Nam, PGS.TS

Trần Thị Thanh, Kĩ sư Nguyễn Thị Kiều Hạnh giảng viên khoa Cơ Khí – Công
Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP. HCM.
Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm cùng quí Thầy cô khoa Cơ Khí - Công
Nghê Trường ĐH Nông Lâm TP HCM đã dạy dỗ chúng em trong suốt những năm
học qua.
Xin chân thành cảm ơn tập thể lớp Cơ Khí 29B cùng toàn thể bạn bè thân hữu
đã động viên và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian vừa qua.


iii

Đề tài:

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ - CHẾ TẠO – LỰA CHỌN 01
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN GIA CẦM NĂNG
SUẤT 1000 KG/H
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM

NGUYỄN THÀNH TRUNG

KĨ SƯ. NGUYỄN THỊ KIỀU HẠNH

NGUYỄN MINH TRÍ

TÓM TẮT
1. Giới thiệu mục đích đề tài

Trong chế biến thực phẩm, men là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất
các loại bánh để gia tăng kích thước và tạo mùi vị cho sản phẩm. Để đảm bảo các phản
ứng sinh hóa xảy ra tốt trong quá trình chế biến từ một lượng men nguyên thủy ban
đầu, ở dạng men khô, nhà sản xuất phải tạo ra môi trường thích hợp để bảo đảm quá
trình trộn hỗn hợp sau này cũng như môi trường bảo quản chúng. Vì vậy men được sản
xuất dưới dạng hỗn hợp.
Trong chế biến thực phẩm thì sản phẩm các loại bánh như bánh mỳ, bánh
quy,…được sản xuất và tiêu thụ khối lượng lớn. Vì vậu nhu cầu tiêu thụ men để làm
các loại bánh rất nhiều. Từ yêu cầu đầu ra của thị trường về sản phẩm gia công, nhiều
công ty sản xuất đã đặt hàng khoa Cơ khí – Công nghệ chế tạo, lắp đặt nhiều máy trộn
men thực phẩm. Trong số này có các công ty như APACEM (Cộng hòa Liên Bang
Đức), NEW POND TECH Co Ltd. (Đa quốc gia),..
Theo đặt hàng của công ty NEW POND TECH Co Ltd. (Chi nhánh Singapor)
là chế tạo 01 máy trộn theo Bằng Sáng chế số 1120 của TS. Nguyễn Như Nam (trường
đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh) để làm thiết bị sản xuất men vi sinh làm bánh
mỳ.


iv

Mục đích của đề tài là chế tạo máy trộn MTSĐ – 50 theo đơn đặt hàng đã nêu.
2. Nội dung thực hiện
9 Nghiên cứu đối tượng trộn.
9 Nghiên cứu lựa chọn mô hình thiết kế.
9 Tính toán thiết kế bộ phận trộn (gồm thùng trộn và dải băng).
9 Tính toán truyền động.
9 Chọn công nghệ chế tạo.
9 Khảo nghiệm và điều chỉnh.
3. Kết quả tính toán
™ Thùng trộn:

− Đường kính thùng trộn: D = 640 (mm).
− Chiều dài thùng trộn: Ltrụ = 400 (mm); Lcôn = 140 (mm)..
− Bề dày thùng: b = 3 (mm).
™ Dải băng:
− Đường kính dải băng: Db = 610 (mm).
− Bước xoắn dải băng: S = 550 (mm).
− Bề dày dải băng: b = 50 (mm).
− Số dải băng: zb = 2
4. Kết quả khảo nghiệm
Máy làm việc êm dịu, không phát nhiệt ở các ổ đỡ.
5. Kết luận
¾ Máy làm việc êm dịu.
¾ Đạt được các chỉ tiêu của thiết kế đã đề ra.
¾ Máy thỏa mãn các yêu cầu của khách hàng (công ty NEW POND TECH Co
Ltd. (Chi nhánh Singapor).
¾ Giá thành thấp.


v

CALCULATING – DESIGNING - FABRINCATING TESTING FOOD YEST MIXER WITH
CAPACITY 50KG/BATCH
Avisors:

Students:

DR NGUYEN NHU NAM

BUI VAN AI

ENG. NGUYEN THI KIEU HANH

LE MINH CUONG

SUMMARY
1. Purposes
Yeast is the most important materials in food processing field to increase its
size and its taste for product. To ensure bio - chemistry reactions happen completly in
process from a initial primitive level of enamel, In dried yeast form, maker must create
compound mixing process likely environment in order to assure later on as well as
their preservative environment. Therefore, enamel is produced in terms of compound
In food processing field, product kinds as bread, biscuits,… are produced and
consumed with bulk. from market place's output request about processing product,
many companies order Faculty of Agriculture engineering and Technology to
manufacture and install a large amount of food yeast mixing machine. In these
companies there are corporations such as APACEM (Germany), NEW POND TECH
Co Ltd (Multinational).
According to who place an order with NEW POND TECH Co., Ltd (Singapore
branch office) manufacture a food yeast mixing machine (according to patent is No.
1120 of Dr Nguyen Nhu Nam (Nông Lâm University) which use to produce bread
microorganism yeast.


vi

Topic's sake be machine mixer MTSĐ- 50 according to standing order is
pointed.


vii

2. The contents of thesis are
- Researching mixing material.
- Researching and selecting design model.
- Calculating and designing the part of mixing.
- Calculating the transimission.
- Selecting manufacturing technology.
- Testing and appreciating.
4. The results had done in calculation
¾ Mixing tank:
- Tank diameter :

D = 640 [mm];

- Mixing tank length : LT = 400 [mm]; LC = 140 [mm];
- Tank width :

b = 3 [mm];

¾ Supporting wings:
- Tank diameter :

Db = 610 [mm];

- Wings width :

b = 50 [mm];

- Wings pitch:

S = 550 [mm];

- Amount of wings :

zb = 2

6. Conclusion
- Machine works softly.
- Achieving the design standard.
- Achieving the costomers’s request (POND TECH Co., Ltd; Singapore
branch office).
- Price of machine low cost.


viii

MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ---------------------------------------------------------------------------------------------i
TÓM TẮT ----------------------------------------------------------------------------------------------- iii
MỤC LỤCDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. ---------------------------------------------- viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. --------------------------------------------------------------- x
DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN ------------------------------------------------ xii
Chương 1. MỞ ĐẦU -------------------------------------------------------------------------------- - 1 Chương 2. TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI ------ - 3 2.1. Đối tương gia công -------------------------------------------------------------------------- - 3 2.1.1. Sơ lược về men trong công nghệ sản xuất thực phẩm ------------------------- - 3 2.1.1.1. Lớp nấm men thật ---------------------------------------------------------------- - 3 2.1.1.2. Lớp nấm men giả ----------------------------------------------------------------- - 4 2.1.2. Kĩ thuật sản xuất men thực phẩm -------------------------------------------------- - 4 2.1.2.1. Thiết kế môi trường -------------------------------------------------------------- - 4 2.1.2.2 Kĩ thuật lên men ------------------------------------------------------------------- - 5 2.1.2.3. Phương pháp vận hành quá trình lên men ---------------------------------- - 6 2.1.3. Một số tính chất cơ lí của nguyên liệu sản xuất thực phẩm ------------------- - 6 2.1.3.1 Khối lượng thể tích ---------------------------------------------------------------- - 6 2.1.3.2. Góc dốc tự nhiên : ---------------------------------------------------------------- - 7 2.1.3.3. Góc lắc trượt : --------------------------------------------------------------------- - 7 2.1.3.4. Hệ số ma sát : ---------------------------------------------------------------------- - 8 2.2. Lý thuyết trộn hỗn hợp vật liệu rời ------------------------------------------------------ - 8 2.2.1. Cơ sở của quá trình trộn: ------------------------------------------------------------ - 8 2.2.1.1 Khái niệm: -------------------------------------------------------------------------- - 8 2.2.1.2. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn -------------------------------- - 9 2.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá quá trình trộn hỗn hợp ----------------------------------- - 14 2.2.3. Cơ chế quá trình trộn ---------------------------------------------------------------- - 16 2.3. Lí thuyết tính toán máy trộn vật liệu rời : -------------------------------------------- - 17 2.3.1. Lí thuyết tính toán máy trộn thùng quay ---------------------------------------- - 17 2.3.1.1. Xác định thông số hình học và động học của máy trộn ------------------ - 17 2.3.1.2 Xác định thời gian trộn:--------------------------------------------------------- - 19 2.3.1.3. Xác định năng suất của máy trộn thùng quay ----------------------------- - 20 2.3.1.3. Công suất cần thiết cho máy trộn thùng quay ----------------------------- - 20 2.3.2. Lí thuyết tính toán máy trộn dải băng nằm ngang ----------------------------- - 23 2.3.2.1. Xác định năng suất của máy trộn dải băng--------------------------------- - 23 2.3.2.2. Công suất của máy trộn dải băng nằm ngang ----------------------------- - 23 2.4. Giới thiệu một số loại máy trộn: -------------------------------------------------------- - 25 2.4.1. Máy trộn thùng côn đứng: ---------------------------------------------------------- - 25 2.4.2. Máy trộn cánh quay: ----------------------------------------------------------------- - 26 2.4.3. Máy trộn phối hợp -------------------------------------------------------------------- - 26 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ------------------------------------------ - 28 3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ----------------------------------------------------- - 28 3.1.1. Phương pháp thiết kế ---------------------------------------------------------------- - 28 3.1.2. Phương pháp xác định thông số thiết kế ----------------------------------------- - 29 3.2. Phương pháp chế tạo ---------------------------------------------------------------------- - 29 3.3. Phương pháp khảo nghiệm máy -------------------------------------------------------- - 29 3.4. Phương pháp xử lý số liệu ---------------------------------------------------------------- - 29 -


ix
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ------------------------------------------------------ - 30 4.1. Cơ sở thiết kế 4.1.1. Dữ liệu thiết kế ------------------------------------------------- - 30 4.1.2.
Lựa chọn mô hình máy thiết kế ----------------------------------------------- - 31 4. 2 Tính toán thiết kế thùng trộn: ----------------------------------------------------------- - 33 4. 2. 1 Tính toán thể tích chứa của thùng: ---------------------------------------------- - 33 4.2.2 Xác định các kích thước thùng trộn: ---------------------------------------------- - 33 4.2.3 Tính toán động học thùng trộn: ---------------------------------------------------- - 35 4.2.4 Tính toán thời gian trộn: ------------------------------------------------------------- - 35 4.2.5 Tính toán năng suất thùng quay: -------------------------------------------------- - 35 4.2.6 Xác định tọa độ trọng tâm khối lượng sản phẩm: ------------------------------ - 36 4.2.3.2. Công suất cần thiết để khắc phục ma sát trong các ổ trục N1 ---------- - 37 4.2.3.3. Công suất nâng sản phẩm trong thùng đến góc rơi tự nhiên ----------- - 37 4.2.3.4. Công suất đảo trộn, N3---------------------------------------------------------- - 38 4. 3 Tính toán thiết kế bộ phận trộn dải băng --------------------------------------------- - 38 4. 3 .1 Tính toán các kích thước hình học của dải băng------------------------------- - 38 4.3.1.1. Chiều xoắn của dải băng ------------------------------------------------------- - 38 4.3.2 Tính toán động học bộ phận truyền động của dải băng: ---------------------- - 39 4.3.3 Tính toán động lực học dải băng: -------------------------------------------------- - 39 4.4 Chọn động cơ điện và thiết kế khung máy --------------------------------------------- - 42 4.4.1 Chọn động cơ cho thùng trộn và dải băng ---------------------------------------- - 42 4.4.2 Thiết kế khung máy ------------------------------------------------------------------- - 43 4.6 Chọn ổ cho trục dải băng và thùng trộn: ---------------------------------------------- - 46 4.6.1 Chọn ổ cho trục dải bắng: ----------------------------------------------------------- - 46 4.6.2 Chọn ổ cho thùng trộn ---------------------------------------------------------------- - 47 4.7 Thiết kế mạch điện: ------------------------------------------------------------------------ - 48 4.8 Công nghệ chế tạo: ------------------------------------------------------------------------- - 50 4.8.1 Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng hộp: ----------------------------------------- - 50 4.8.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng trục: ----------------------------------------- - 50 4.8.3 Công nghệ chế tạo dải băng: -------------------------------------------------------- - 51 4.9 Khảo nghiệm --------------------------------------------------------------------------------- - 51 4.9.1 Khảo nghiệm sơ bộ ------------------------------------------------------------------- - 51 4.9.1.1. Mục đích --------------------------------------------------------------------------- - 51 4.9.1.2. Địa điểm và thời gian khảo nghiệm ------------------------------------------ - 51 4.9.1.3. Kết quả khảo nghiệm ----------------------------------------------------------- - 52 4.1.9.4. Nhận xét --------------------------------------------------------------------------- - 52 4.9.2. Khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật ------------------------- - 53 4.9.2.1. Mục đích --------------------------------------------------------------------------- - 53 4.9.2.2. Địa điểm và thời gian khảo nghiệm ------------------------------------------ - 53 4.9.2.3. Kết quả khảo nghiệm ----------------------------------------------------------- - 53 4.9.2.4. Kết quả xử lý số liệu ------------------------------------------------------------- - 53 4.9.2.5 Nhận xét --------------------------------------------------------------------------- - 55 4.10 Ý kiến thảo luận -------------------------------------------------------------------------- - 55 Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ --------------------------------------------------------- - 56 5.1 Kết Luận -------------------------------------------------------------------------------------- - 56 5.2 Đề Nghị---------------------------------------------------------------------------------------- - 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------------ - 57 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MÁY TRỘN MEN THỰC PHẨM MTSD – 50 ------------- - 58 -

x

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.
ρ

Khối lượng riêng của hạt.

γ

Khối lượng thể tích của vật liệu.

d

Đường kính của hạt.

dtđ

Đường kính tương đương của hạt.

q

Hàm phân

Qr

Hàm phân bố tổng.

F

Diện tích bề mặt.

V

Thể tích.

Om,

Bề mặt riêng khối lượng.

Ov,

Bề mặt riêng thể tích.

τ

Ứng suất tiếp.

τ0

Ứng suất tách.

σ

Ứng suất pháp.

f

Hệ số ma sát.

α

Sức căng bề mặt của chất lỏng ở điều kiện trộn.

ε

Độ rỗng của khối hạt.

θ

Mức độ trộn.

σT

Độ lệch bình phương trung bình lý thuyết.

p

Tỷ lệ cấu tử nghiên cứu trong toàn bộ hỗn hợp.

v

Cường độ của quá trình tạo hỗn hợp.

f n , f0

Cường độ của quá trình thuận nghịch.

t

Thời gian trộn.

Ci

Tỷ lệ phần cấu tử kiểm tra.

P

Tham số trạng thái.

D

Đường kính thùng trộn.

Db

Đường kính ngoài của dải băng.

R

Bán kính thùng trộn.


xi

b

Bề rộng dải băng.

S

Bước xoắn dải băng.

n

Số vòn quay.

ω

Vận tốc góc.

g

Gia tốc trọng trường.

K

Hằng số thực nghiệm.

Q

Năng suất trộn.

ϕd

Hệ số nạp đầy của thùng.

τt

Thời gian trộn.

τp

Thời gian phụ.

τn

Thời gian nạp liệu.

N

Công suất.

rng

Bán kính ngỗng trục.

ftr

Hệ số ma sát trong giữa ngỗng trục và ổ.

ϕtn

Góc nghiêng tự nhiên của vât liệu.

Vvl

Thể tích chiếm chỗ của vật liệu chứa trong thùng.

q

Khối lượng một mẻ trộn.

Vc

Thể tích phần hình côn.

ngh

Số vòng quay giới hạn.

dt

Đường kính đầu mút của thùng.

M

Mô men.

μ

Hệ số ma sát lăn.

mth

Khối lượng thùng.

mb

Khối lượng dải băng.

msp

Khối lượng sản phẩm.


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Hình 2.1. Sơ đồ nấm men thực phẩm do W.Carol Frazie xây dựng.
Hình 2.2. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử.
Hình 2.3. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d).
Hình 2.4. Các đường cong động học quá trình trộn.
Hình 2.5. Sơ đồ tính toán công suất cần thiết cho máy trộn thùng quay.
Hình 2.6. Sơ đồ xác định các thông số hình học của vít tải.
Hình 2.7 Cấu tạo máy trộn thùng côn đứng.
Hình 2.8 Cấu tạo máy trộn cánh quay.
Hình 2.9. Cấu tạo máy trộn phối hợp.
Hình 4.1. Mô hình máy thiết kế.
Hình 4.2. Các kích thước hình học của thùng.
Hình 4.3 Sơ đồ tính toán để xác định vị trí trọng tâm của sản phẩm trong thùng trộn.
Hình 4.4 Các kích thước hình học của dải băng.
Hình 4.5 Kích thước hình học của khung máy
Hình 4.6 Biểu đồ momen.
Hình 4.7 Sơ đồ mạch điện
Ảnh 1. Bố trí dải băng trong thùng trộn.
Ảnh 2. MTSD-50 nhìn từ động cơ thùng trộn.
Ảnh 3. MTSD-50 nhìn từ động cơ dải băng.
Ảnh 4. Máy trộn MTSD-50 lắp ráp tại khoa Cơ Khí-Công Nghệ.
Ảnh 5. MTSD-50 chuản bị xuất xưởng.

xiii

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 2.1. Khối lượng thể tích của một số nguyên liệu.
Bảng 2.2. Góc dốc tự nhiên đối với các nguyên liệu dạng bột.
Bảng 2.3. Góc lắc trượt của một số nguyên liệu.
Bảng 2.4. Hệ số ma sát của một số nguyên liệu.
Bảng 2.5. Các thông số hình học và động học của máy trộn.
Bảng 4.1 Kết qủa đo đạc khảo nghiệm sơ bộ.
Bảng 4.2 Kết quả khảo nghiệm xác định các thông số kinh tế - kĩ thuật.


-1-

Chương 1. MỞ ĐẦU
Trộn là công đoạn chế biến quan trong trong sản xuất hỗn hợp. Chỉ tiêu đầu tiên
để đánh giá chất lượng trộn là độ trộn đều. Mức độ trộn phụ thuộc vào công nghệ trộn,
tính chất hỗn hợp và loại thiết bị dùng để trộn. Trong đó, thiết bị là điều kiện cần để
đảm bảo độ trộn đều hỗn hợp. Tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà độ trộn đều hỗn hợp
yêu cầu quá trình sản xuất phải đạt được. Đặc biệt là với các loại hỗn hợp có yêu cầu
sử dụng khối lượng nhỏ như thuốc chữa bệnh cho người và gia súc, men thực phẩm,
thuốc phòng trừ sâu bệnh, … yêu cầu độ trộn đều hỗn hợp rất cao, gần với trạng thái
hỗn hợp lý tưởng. Các đối tượng gia công này, không thể sử dụng các loại máy trộn
thông thường như máy trộn thùng quay, máy trộn cánh quay, máy trộn tầng sôi để tiến
hành trộn hỗn hợp. Vì độ trộn đều đạt được khi trộn các loại hỗn hợp thường không
quá 95%. Một đặc điểm về công nghệ trộn các loại hỗn hợp này là tiến hành trộn thành
từng mẻ trộn, và thường chỉ trộn với một khối lượng nhỏ.
Trong chế biến thực phẩm, men là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất

các loại bánh để gia tăng kích thước và tạo mùi vị cho sản phẩm. Để đảm bảo các phản
ứng sinh hóa xảy ra tốt trong quá trình chế biến từ một lượng men nguyên thủy ban
đầu, ở dạng men khô, nhà sản xuất phải tạo ra môi trường thích hợp để bảo đảm quá
trình trộn hỗn hợp sau này cũng như môi trường bảo quản chúng. Vì vậy men được sản
xuất dưới dạng hỗn hợp.
Trong chế biến thực phẩm thì sản phẩm các loại bánh như bánh mỳ, bánh
quy,…được sản xuất và tiêu thụ khối lượng lớn. Vì vậu nhu cầu tiêu thụ men để làm
các loại bánh rất nhiều. Từ yêu cầu đầu ra của thị trường về sản phẩm gia công, nhiều
công ty sản xuất đã đặt hàng khoa Cơ khí – Công nghệ chế tạo, lắp đặt nhiều máy trộn
men thực phẩm. Trong số này có các công ty như APACEM (Cộng hòa Liên Bang
Đức), NEW POND TECH Co Ltd. (Đa quốc gia),..
Vì vậy việc thiết kế, chế tạo và ứng dụng vào sản xuất loại máy trộn hỗn hợp
các vật liệu rời có yêu cầu độ trộn đều cao có tính cấp thiết và mang ý nghĩa thực tiễn
cao.


-2-

Theo đặt hàng của công ty NEW POND TECH Co Ltd. (Chi nhánh Singapor)
là chế tạo 01 máy trộn theo Bằng Sáng chế số 1120 của TS. Nguyễn Như Nam (trường
đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh) để làm thiết bị sản xuất men vi sinh làm bánh
mỳ.
Mục đích của đề tài là chế tạo máy trộn MTSĐ – 50 theo đơn đặt hàng đã nêu.
Yêu cầu của máy chế tạo như sau:
+ Nguồn động lực là động cơ điện 3 pha có gắn giảm tốc.
+ Vật liệu chế tạo các bộ phận chứa và tiếp xúc với hỗn hợp trộn, khung máy
bằng INOX SS – 304.
+ Năng suất trộn: 50 kg/mẻ.
+ Độ trộn đều: Thỏa mãn yêu cầu về hỗn hợp men vi sinh.
+ Nạp và tháo sản phẩm bằng tay.

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế, chế tạo máy trộn MTSĐ – 50 có năng suất 50
kg/mẻ, làm việc theo nguyên lý máy trộn hỗn hợp vật liệu rời đã được công bố theo
Bằng Sáng chế số 1120. Máy được đưa vào ứng dụng sản xuất theo hợp đồng kinh tế.
Đề tài kết hợp nghiên cứu triển khai ứng dụng vào sản xuất là kết quả đánh giá
khóa luận tốt nghiệp nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em xin chân
thành cám ơn quí Thầy – Cô, các bạn sinh viên, các nhà khoa học, các nhà sản xuất về
các đóng góp để luận văn được hoàn chỉnh hơn.


-3-

Chương 2. TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ
TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI

2.1. Đối tương gia công
2.1.1. Sơ lược về men trong công nghệ sản xuất thực phẩm
Chủ yếu có hai lớp, lớp nấm men thật ( ascomycetes) và lớp nấm men giả
(Fungi imperfecti).
2.1.1.1. Lớp nấm men thật
Phần lớn nấm men dùng trong công nghiệp thuộc lớp Ascomycestes, đa số
thuộc giống Saccharomyces.
Giống Endomces: E.vernail là một nấm men dùng trong thời chiến tranh để tổ
hợp mỡ.
Giống Schizo Saccharomyces: những loại này sinh sản vô tính bằng cách tách
đôi, có trong quả nhiệt đới, đất và côn trùng.
Giống Saccharomyces: quan trọng nhất là loài S.cerevisiae được dùng trong
công nghiệp thực phẩm, một số chủng loại đặc biệt dùng làm bánh mì, sản xuất bia,
rượu vang, chế Glixerol hoặc men Invertaza.S.cerevisiae, S.vini được dùng trong công
nghiệp rượu cồn, rượu vang và lên men không chưng cất như rượu Sake.
S.carlsbergensis là một loài men bia và S.fragilis do khả năng lên men lactoza, đóng

vai trò quan trọng trong sản xuất sữa và sản phẩm sữa.
Giống Zygrosaccharomyces được xem như là giống phụ của Saccharomyces,
những nấm men này có khả năng phát triển trong nồng độ đường cao và làm hư hỏng
mật xiro, làm lên men một số rượu vang và nước đậu tương.


-4-

2.1.1.2. Lớp nấm men giả
Giống Cryptococcus trong giống nấm men quan trọng này có C.utilis là một
loại nấm men thực phẩm.
Giống Candida: loài C.krusei phát triển trong sữa và kéo dài đời sống của vi
khuẩn Lactic, một số loài được tập hợp vài giống Brettanomyces đóng vai trò quan
trọng trong sự lên men rượu.
Giống Geotrichum: giống này được xếp vào lớp nấm mốc G.candidum mọc
trong các sản phẩm thức ăn và mỡ, đóng vai trò quan trọng trong sản phẩm sữa.
Giống Khodotorula: những nấm men có sắc tố này nhuộm màu thực phẩm, ví
dụ làm thành những chấm màu trên thịt.
2.1.2. Kĩ thuật sản xuất men thực phẩm
Nhiệm vụ quan trọng của công nghệ sản xuất men là làm sao cung cấp đủ nhu
cầu môi trường để tiến hành các quá trình sinh học. Nhu cầu môi trường trong sự phát
triển của sinh vật phải mang tính kinh tế, để cuối cùng ta thu đựơc hiệu quả kinh tế
cao.
2.1.2.1. Thiết kế môi trường
Thiết kế môi trường là sự phát triển điều kiện phản ứng cần thiết để tạo ra
những sản phẩm theo yêu cầu có chất lượng tốt.
Điều kiện phản ứng bao gồm nồng độ pH, nhiệt độ, oxy hòa tan, hoạt tính nước
thành phần dinh dưỡng để tạo ra sản phẩm cùng với thời gian, các yếu tố môi trường
trên có ảnh hưởng rất lớn đến số lượng, chất lượng cuối cùng. Các sản phẩm tạo ra từ
quá trình lên men vi sinh vật thường qua hai giai đoạn:

+ Sự phát triển vi sinh vật.
+ Quá trình tạo thành sinh khối.


-5-

Sơ đồ nấm men trong thực phẩm (Theo W. Carol Frazie)
Eumycopyta (nấm thật)

LỚP
A.Scomycetes

Fungi Imperfecti
BỘ

Endomycetales

Moniliales
HỌ

Endomyces

Sacharomyceta

- taceae

Cryptococ

- ceae

- caceae

Khodoto
- rulaceae

GIỐNG

Endomyces
Schirosacha
- romyses

Zygosaccharo – myce

Crytocoocus

Toruiaspora

Mycoderma1

Pichia1
Hansenula1
Dabaryomzes

Khadotorula

Candida1
Georichum3
Trichosporom

Chú thích: 1. Nấm men hình thành màn.

2. Nấm men hình quả chùy.
3. Khuẩn ty thật hoặc giả.
Hình 2.1. Sơ đồ nấm men thực phẩm do W.Carol Frazie xây dựng.
2.1.2.2 Kĩ thuật lên men
Kĩ thuật lên men bao gồm thiết kế, triển khai và điều hành hoạt động quá trình
theo kế hoạch đã định về môi trừơng, theo đúng dung tích thiết bị lên men (ta hiểu


-6-

thiết bị lên men như thùng chứa có khả năng kiểm soát các điều kiện lên men và sinh
khối vi sinh vật).
Sự vận hành quá trình lên men thực phẩm có một số đặc điểm khác biệt với các
quá trình lên men được vận hành ở phòng thí nghiệm. Khi ta tiến hành quá trình lên
men với dung tích lớn hơn các dung tích ở phòng thí nghiệm có sự thay đổi rất lớn
trong quá trình chuyển dịch nhiệt lên men, chuyển dịch vật chất sau lên men, sự khác
biệt rất lớn về áp suất giữa bề mặt và đáy thiết bị lên men. Tất cả những điều đó phải
được tính toán và định hướng để khi điều hành quá trình sẽ không có sự sai biệt nhiều.
2.1.2.3. Phương pháp vận hành quá trình lên men
Việc lựa chọn phương pháp vận hành quá trình lên men dựa theo kiểu hình lên
men (lên men kín hay lên men hở), phương pháp lên men (lên men chu kì hay lên men
liên tục).
Lên men trong thiết bị lên men chính:
Yêu cầu quan trọng nhất của việc vận hành thiết bị lên men kín là môi trường
len men phải được vô trùng tuyệt đối khi kết thúc quá trình lên men. Mặt khác ta cũng
phải quan tâm đến sự thay đổi của pH trong khi lên men, sự thổi khí (nếu cần thiết) và
sự tạo thành khí do quá trình lên men, các yếu tố này đòi hỏi cũng phải được vô trùng.
Trong khi lên men liên tục, việc cho nguyên liệu vào và lấy sản phẩm ra liên tục đòi
hỏi sự hạn chế sự nhiễm vi sinh vật rất cao, như vậy sản phẩm thu được có chất lượng
cao.

2.1.3. Một số tính chất cơ lí của nguyên liệu sản xuất thực phẩm
2.1.3.1 Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích γ của nguyên liệu sản xuất men thực phẩm dạng bột là khối
lượng của một đơn vị thể tích nguyên liệu đó được trình bày như Bảng 2.1. Đại lượng
này có thứ nguyên là T/m3 và kg/m3.


-7-

Bảng 2.1. Khối lượng thể tích của một số nguyên liệu.
Nguyên liệu

Khối lượng thể tích (kg/m3)

Bột

420

Bột nấm men

700

Nguyên tố vi lượng

1450

Với tỉ lệ hỗn hợp: 75% bột, 23% bột nấm men và 2% nguyên tố vi lượng ta có
khối lượng thể tích của hỗn hợp trộn:
ρ hh =

420.75 + 700.23 + 1450.2
= 505
100

kg/m3

2.1.3.2. Góc dốc tự nhiên :
Góc dốc tự nhiên của sản phẩm là góc giữa mặt phẳng nằm ngang và bề mặt tự
nhiên của sản phẩm. Giá trị góc dốc tự nhiên của một số loại nguyên liệu trình bày như
Bảng 2.2.
Trong điều kiện có sự rung động thì góc dốc tự nhiên có thể giảm đi. Theo
thông số của nhiều tài liệu thực nghiệm, mối liên hệ giữa góc dốc tự nhiên tĩnh và góc
dốc tự nhiên động.
ϕtnđ = (0,35 ÷ 0,7)ϕtnt
Bảng 2.2. Góc dốc tự nhiên đối với các nguyên liệu dạng bột.
ϕtnt [độ]

ϕtnđ [độ]

Bột

39

13,65 ÷ 27,3

Bột nấm men

40

14 ÷ 28

Nguyên liệu

2.1.3.3. Góc lắc trượt :
Góc lắc trượt là góc hỗn hợp giữa phương chuyển động của hạt và mặt phẳng
nằm ngang khi hạt bắt đầu chuyển động trượt theo bề mặt. Giá trị góc lắc trượt của
một số loại nguyên liệu trình bày như Bảng 2.3.


-8-

Thông thường góc lắc trượt nhỏ hơn góc dốc tự nhiên và góc ma sát động.
Bảng 2.3. Góc lắc trượt của một số nguyên liệu.
Nguyên liệu

Góc lắc trượt với inox, [độ]

Bột

17

Bột nấm men

21

2.1.3.4. Hệ số ma sát :
Hệ số ma sát phụ thuộc không chỉ vào tính chất của bản thân tải trọng mà còn
vào tính chất của vật liệu như: độ ẩm, của nó. Tương tự như góc dốc tự nhiên, người
ta cũng phân bố hệ số ma sát thành hệ số ma sát tĩnh ft và hệ số ma sát động fđ. Bảng
2.4 trình bày giá trị hệ số ma sát của một số nguyên liệu với vật liệu inox.

Hệ số ma sát ảnh hưởng đến quá trình đảo trộn được một hỗn hợp đồng nhất.
Mặt khác nó còn ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển.
Bảng 2.4. Hệ số ma sát của một số nguyên liệu.
Nguyên liệu

Hệ số ma sát với inox

Bột

0,29 ÷ 0,51

Bột nấm men

0,38 ÷ 0,67

2.2. Lý thuyết trộn hỗn hợp vật liệu rời
2.2.1. Cơ sở của quá trình trộn:
2.2.1.1 Khái niệm:
Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục
đích nhận được hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các
cấu tử ở mỗi cấu tử trong tất cả khối lượng hỗn hợp, bằng cánh sắp xếp lại chúng dưới


-9-

tác dụng của ngoại lực. Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
và trao đổi khối lượng.
Người ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc dạng sợi bằng các hệ
thống cơ học của nó. Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng thái tột
cùng của hỗn hợp. Trường hợp lý tưởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp gồm hai cấu tử

(xem Hình 2.2). Trong tất cả các mẫu mà chúng ta lấy ra từ hỗn hợp đều đặn đều có
thành phần đồng nhất như nhau. Tuy nhiên trạng thái như vậy không bao giờ có thể đạt
được trong quá trình trộn cơ học, mà chỉ có thể đạt được trạng thái kế cận với trạng
thái lý tưởng.

Hình 2.2. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử
a) Trạng thái có trật tự; b) Trạng thái không có trật tự.
2.2.1.2. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn
a) Đường kính tương đương của hạt
Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên
kích thước dài của chúng theo nhiều chiều khác nhau rất khác nhau. Vì vậy người ta
dùng đường kính tương đương dtđ để đặt trưng cho kích thước hạt. Yếu tố ảnh hưởng
lớn đến hiệu suất của quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính
hạt cần có cùng khối lượng.
d td = 3

Trong đó :

6m

πρ

,

(mm);

m - khối lượng hạt, [g];
ρ - khối lượng riêng của hạt, [g/mm3].

(2.1)

- 10 -

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thươc a1, và a2 thì đường kính
tương đương xác định theo công thức :
(mm);

d td = a1.a2 ,

(2.2)

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đưòng kính tương đương dtd1
và dtd2 ,v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1,x2,……..xn. Như vậy
đường kính tương đương của cả tập hợp hạt này có thể xác định gần đúng theo công
thức :
N

Dtd =

∑ x .d
i

i =1

N

∑ xi

tdi

,

(mm).

(2.3)

i =1

b) Phân bố của lớp hạt :
Các lớp hạt là những tập hợp hạt bao gồm các hạt có kích thước không đều
nhau rải trong khoảng rộng từ dmin = dtd1 tới dmax = dtdN và có các phần khối lượng
tương ứng cũng không bằng nhau x1, x2, x3

….. xN, nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa

phân tán. Để mô tả cấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố tổng Qr (d) biểu thị phần hạt
có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d = dmin có Qr (dmin) = 0, còn khi d = dmax có
Qr (dmax) = 1. Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị
của qr (d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích thướt d càng lớn. Quan hệ giữa Qr (d) và qr
(d) được xác định theo công thức :
qt (d ) =

dQr ( d )
d (d )

d

hoặc Qr (d ) =

∫q

r (d )

d (d )

(2.4)

d min

Đồ thị được trình bày như Hình 2.3.
Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc theo những qui luật phân bố khác
nhau. Tập trung lại có thể qui làm ba loại : phân bố chuẩn, phân bố lôgarit dùng để mô
tả các vật liệu hữu cơ (thực vật) được nghiền dùng làm thức ăn gia súc. Hàm phân bố
mật độ và hàm phân bố tổng theo khối lượng của phân bố này có dạng :


- 11 -

⎧ lg d − lg d z ⎫
⎨−
⎬
2σ 2 ⎭

1

qr(d)lg =

σ . 2π

. e⎩

1

Qr(d)lg =

σ . 2π

lg d

.

∫

e

(2.5)

⎧ lg d − lg d z ⎫
⎨−
⎬
2σ 2 ⎭
⎩

lg d min

(%)

1

1

d(mm)

2

2

3

d(mm)

b

a

m=1,5
n=1,0

lgd
1

1

1

d(mm) 0,01 0,02 0,03

c

lgd(lgmm)

d

1 2 3 4 5 d(mm)
e

Hình 2.3. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d)
a) Hàm phân bố mật độ qr(d) ;
b) Hàm phân bố tổng Qr(d) ;
c) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố chuẩn;
d) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố lôgarit;
e) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố RRS.
c) Hình dạng hạt
Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng là tỷ số giữa bề mặt F của bề
mặt hạt dạng cầu có cùng thể tích V:
ϕ = 0,205.

F
3

V2

,

(2.6)

Hệ số hình dạng của mặt cầu bằng một, của các hạt khác lớn hơn một. Hệ số
hình dạng giảm thì kích thước tương đương giảm.

- 12 -

d) Bề mặt riêng của hạt
Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích của lớp hạt gọi là bề
mặt riêng và kí hiệu là O’m hoặc O’v .
Bề mặt riêng của khối lượng được tính theo công thức:
O’m =

6.ρ
,
γ .d td

O’v =

6ϕ .ρ
,
d td ρ r

Trong đó :

(m2/kg);

(2.7)

(m2/m3).

ρ - khối lượng riêng xốp của vật liệu, [kg/m3];
ρr - khối lượng riêng của hạt rắn, [kg/m3].

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương khác nhau xác định
theo công thức :
O’m =
Trong đó :

6

∑
ρ

ϕ i .xi
d tdi

,

(2.8)

xi - là phần khối lượng của lớp hạt thứ i.

e) Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong
Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:
τ = f. σ + τ 0 ,

Trong đó :

(2.9)

τ - ứng suất tiếp, [N/m2] ;
τ0 - ứng suất tách, [N/m2] ;
σ - ứng suất pháp, [N/m2];

F - hệ số ma sát trong.

Ứng suất tách τ0 chính là độ bền cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó là
kết quả tác dụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong lớp hạt. Khi kích thước của
hạt rất nhỏ, ứng suất tách có thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên. Lớp hạt ẩm của ứng