TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY LÀM SẠCH HẠT LÚA TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY LÀM SẠCH HẠT LÚA TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM
Chuyên ngành: Cơ Khí Nông Lâm

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. Trần Văn Khanh

Phạm Thiên Ân

Ks. Nguyễn Đức Cảnh

TP. Hồ Chí Minh
8 – 2007


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY


CALCULATION, DESIGN, FABRICATION
AND TEST OF GRAIN CLEANER

USED IN LABORATORY
Speciality: Agricultural Engineering

Supervisor:

Student:

Ms. Tran Van Khanh

Pham Thien An

B.Eng. Tran Duc Canh

Ho Chi Minh, city
August, 2007


CẢM TẠ

Chân thành cảm tạ:
Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TPHCM.
Ban chủ nhiệm cùng quay thầy cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học
Nông Lâm TPHCM.
Thành tâm biết ơn thầy Ths. Trần Văn Khanh và kỹ sư Trần Đức Cảnh đã hết
lòng giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Toàn thể cán bộ, công nhân viên Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông Nghiệp
đã tạo điều kiện, phương tiện giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này, cùng gởi lời cảm ơn cụ
thể tới lớp cơ khí 29 A, bạn bè thân thiết gần xa đã giúp đỡ tôi thực hiện đề tài.

Đề tài:

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY LÀM SẠCH HẠT LÚA TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM
Thời gian thực hiện đề tài: từ ngày 01/5/2007 đến ngày 30/8/2007
Địa điểm: Trung Tâm Năng Lượng và Máy Nông Nghiệp

TÓM TẮT
Việc làm sạch hạt trong phòng thí nghiệm nhằm xác định chính xác tính chất của
hỗn hợp hạt, thông qua đó xác định giá trị thông số đầu vào của các quá trình thí
nghiệm, chế biến kế tiếp.
Mặt khác, việc xử lý và làm sạch mẫu cần tiến hành nhanh gọn để giảm chi phí
làm sạch, một số trường hợp không thể để quá lâu, có thể làm hư hỏng hạt do hạt có độ
ẩm cao.
Vì vậy trong phòng thí nghiệm cần có một máy làm sạch để giải quyết được vấn
đề trên. Nhưng các phòng thí nghiệm hiện nay thường trang bị các loại máy ngoại
nhập, giá thành cao mà các cơ sở, phòng thí nghiệm nhỏ không đủ khả năng trang bị.
Do đó cần có một máy làm sạch hạt chất lượng cao, năng suất, giá thành thấp hợp lý
để dễ dàng trang bị cho các phòng thí nghiệm, phòng kiểm nghiệm tại các cơ sở kinh
doanh, chế biến gạo.
3.1 Đặc tính kỹ thuất máy đã chế tạo:
 Năng suất: 0,4 kg/phút
 Độ sạch  99,5%
 Năng lượng tiêu thụ: 0,07 kW
 Trọng lượng máy: 7 kg
 Máy đã được chế tạo, khảo nghiệm, đạt kết quả tốt.


Subject:

CALCULATION, DESIGN, FABRICATION
AND TEST OF GRAIN CLEANER
USED IN LABORATORY
DURATION:
PLACE:

May - August, 2007
Energy and Agricultural Machine Center.
ABSTRACT

Paddy grains should be cleaned in laboratories in order to determine the
nature of the grain mixture exactly, which helps define the value of input parameter
for the process of the experiments and treatments that follow.
On the other hand, the cleaning and treatment of sample paddy grains should
be carried out in a fast way in order to reduce expenses in some cases, where paddy
grains which have moisture rate can be spoilt or damaged due to long storage.
As a result, a grain cleaner is a good solution. But all of the paddy grain cleaners in
laboratories are exported from foreign countries and so expensive that small
labaratories and business cannot afford. Therefore, it is necessary to create a paddy
grain cleaner with high quality, productivity and reasonable price which can easily
be afforded by small laboratories, testing section of rice trading and processing
businesses.
3.2 The features:
 Productivity: 0.4 kg/min
 Cleaning rate:  99.5%
 Consumed power: 0,07 kW
 Weigh: 7 kg
 The machine was well tested

MUÏC LUÏC

Trang
Chương 1 ......................................................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9
Chương 2 ....................................................................................................................... 10
TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ ........................................................... 10
TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI ..................................................................................................... 10
2.1 Tình hình sản xuất lương thực trên thế giới và trong nước ............................10
2.1.1
Trên thế giới ............................................................................................10
(Nguồn: FAO, 2006. Aricultural and food trade)..................................................10
2.1.2
Trong nước ..............................................................................................10
(Nguồn: FAO, 2006. Aricultural and food trade)..................................................11
2.2 Cấu tạo hạt thóc: /9/ ........................................................................................11
2.3.1
Mày hoa ...................................................................................................11
2.3.2
Vỏ trấu .....................................................................................................11
2.3 Tính chất cơ lý hạt thóc: /7/, /9/, /11/ .............................................................12
2.3.1
Hình dáng, kích thước hạt .......................................................................12
2.3.2
Đặc tính bề mặt........................................................................................12
2.3.3
Khối lượng của hạt ..................................................................................12
2.3.4
Trọng lượng riêng của hạt .......................................................................12

2.4 Tính chất khí động của hạt: /1/ .......................................................................12
2.4.1
Vận tốc tới hạn ........................................................................................12
2.5 Ẩm độ hạt .......................................................................................................13
2.6 Độ sạch ...........................................................................................................14
2.7 Độ rời ..............................................................................................................14
2.8 Các phương pháp phân loại hạt: /2/, /6/, /9/ ...................................................15
2.8.1
Phương pháp phân loại bằng sàng ...........................................................15
2.8.2
Phương pháp phân loại bằng khí động ....................................................16
2.8.3
Phương pháp phân loại trọng lượng riêng ..............................................19
2.8.4
Phương pháp phân loại dựa vào độ bền cơ học.......................................19
2.9 Chọn phương án thiết kế:................................................................................19
2.10 Sự làm việc của luồng không khí ...................................................................20
2.10.1 Luồng không khí trong ống dẫn:/1/ .........................................................20
2.10.2 Đặc tính luồng không khí ........................................................................21
2.11 Lý thuyết quạt .................................................................................................22
2.11.1 Giới thiệu quạt:/3/, /12/ ...........................................................................22
2.11.2 Công thức tính toán thiết kế quạt:/13/ .....................................................24
Chương 3 ....................................................................................................................... 26
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ........................................................................ 26
3.1 Phương pháp ...................................................................................................26
3.1.1
Phương pháp nghiên cứu .........................................................................26


Phương pháp khảo nghiệm ......................................................................26

3.1.2
3.1.3
Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu............................................27
3.2 Phương tiện .....................................................................................................27
Chương 4 ....................................................................................................................... 29
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................... 29
4.1 Tính toán xác định vận tốc tới hạn hạt lúa:/1/ ................................................29
4.2 Tính toán quạt .................................................................................................30
4.2.1
Chọn kiểu quạt........................................................................................30
4.2.2
Xác định lưu lượng của máy: /1/ .............................................................30
4.2.3
Áp suất luồng không khí làm sạch /10/, /14/ ..........................................31
4.2.4
Tính các hệ số:.........................................................................................31
4.2.5
Các thông số của quạt..............................................................................32
4.2.6
Tính toán vỏ quạt: ...................................................................................34
4.3 Khảo nghiệm quạt: /15/ ..................................................................................34
4.3.1
Chế tạo dụng cụ khảo nghiệm .................................................................34
4.3.2
Khảo nghiệm quạt: /15/ ...........................................................................38
4.3.3
Khảo nghiệm............................................................................................41
4.4 Tính toán trục cuốn: ........................................................................................41
4.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................................42
4.6 Kết quả thí nghiệm độ sạch ứng với các góc nghiêng của luồng không khí (so

với phương thẳng đứng) ............................................................................................43
4.6.1
Thời gian, địa điểm, đặc tính lúa thí nghiệm ..........................................43
4.6.2
Kết quả thí nghiệm: ...................................................................................43
4.7 Cơ sở thiết kế: .................................................................................................45
4.8 Thiết kế: ..........................................................................................................45
4.8.1
Bộ phận tạo luồng không khí: .................................................................45
4.8.2
Bộ phận cấp liệu: .....................................................................................46
4.8.3
Ống dẫn luồng không khí ........................................................................47
4.8.4
Vách.........................................................................................................48
4.8.5
Bộ phận hứng hạt: ...................................................................................48
4.9 Chế tạo ống làm sạch: .....................................................................................49
4.9.1
Chuẩn bị vật liệu: ....................................................................................49
4.9.2
Chế tạo:....................................................................................................50
4.10 Chế tạo bộ phận cấp liệu:................................................................................50
4.10.1 Chế tạo thùng cấp liệu: ............................................................................50
4.10.2 Chế tạo trục cuốn: ...................................................................................51
4.10.3 Chế tạo bộ phận gá đặt chi tiết: ...............................................................51
4.10.4 Chế tạo bộ phận hứng hạt ........................................................................51
4.11 Chế tạo dụng cụ khảo nghiệm quạt: ...............................................................52
4.12 Khảo nghiệm máy làm sạch sau khi chế tạo ...................................................52
4.12.1 Mục đích khảo nghiệ ...............................................................................52

4.12.2 Các chỉ tiêu cần xác định khi khảo nghiệm ...............................................52
4.12.3 Khảo nghiệm lần 1: ..................................................................................53
a. Thời gian, địa điểm tiến hành khảo nghiệm: ..................................................53
b. Phương pháp khảo nghiệm: ............................................................................53
c. Nhận xét kết quả khảo nghiệm .......................................................................54


4.12.4 Khảo nghiệm lần 2: .................................................................................54
Chương 5 ....................................................................................................................... 56
KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ............................................................................................... 56
5.1 Kết luận:..........................................................................................................56
5.2 Đề nghị:...........................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
TẬP BẢN VẼ


Chương 1
MỞ ĐẦU
Trong phòng thí nghiệm xác định độ sạch là công việc cần thiết và quan trọng.
Dựa vào độ sạch mà máy đạt được có thể kết luận và đánh giá chất lượng làm việc của
máy sau khi chế tạo: đánh giá chất lượng làm việc bộ phận làm sạch của máy thu
hoạch, hay chất lượng làm sạch của máy làm sạch,… Độ sạch còn là thông số đầu vào
để đánh giá đúng khả năng chế biến của máy chế biến lúa gạo. Vì vậy trong phòng thí
nghiệm cần có những mẫu thí nghiệm với độ sạch rất cao  99,5%.
Những mẫu thí nghiệm là hỗn hợp hạt sau khi thu hoạch, làm khô, được làm sạch
sơ bộ để loại các tạp chất lớn (rơm, rạ,…), phần còn lại chủ yếu là hạt chắc và hạt
lửng, có thể còn một số tạp chất nặng như: sạn, hạt đất lớn. Quá trình làm sạch hạt loại
bỏ tất cả các tạp chất cần có nhiều thiết bị khác nhau.
Việc làm sạch hạt trong đề tài này giới hạn trong việc phân loại giữa hạt chắc và

hạt lửng, các tạp chất khác (đá, kim loại, tạp chất lớn) đã được phân ly trước khi đưa
vào máy làm sạch.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và sau khi tìm hiểu thành phần tạp chất có
trong hỗn hợp mẫu thí nghiệm, chúng tôi thực hiện đề tài nhằm mục đích nghiên cứu
các phương pháp làm sạch để chọn phương án thiết kế máy làm sạch hạt lúa cỡ nhỏ để
xác định độ sạch hạt trước khi đưa vào bảo quản, chế biến.
Công việc bao gồm một số việc chính sau:
 Tìm hiểu các nguyên tắc làm sạch hạt, đối tượng vật liệu cần làm sạch để chọn

phương án thiết kế.
 Tính toán, thiết kế và chế tạo mẫu máy.
 Khảo nghiệm, đánh giá khả năng làm việc của máy.


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

2.1

Tình hình sản xuất lương thực trên thế giới và trong nước

2.1.1

Trên thế giới
Lúa nước là cây lương thực quan trọng thứ hai trên thế giới. Sản lượng lúa nước

thế giới hàng năm trong thập niên 70 của thế kỷ XX đạt 310 triệu tấn (lúa mì 350 triệu
tấn, ngô 300 triệu tấn). Trong thập niên 90, sản lượng lúa nước đạt 530 triệu tấn. Bảng
1 trình bày sản lượng lúa năm 2005 tại một số quốc gia.

Bảng 2.1: Sản lượng lúa tại một số nước trên thế giới
Tên nước

Diện tích

Năng suất

Sản lượng

(1000ha)

(tấn/ha)

(1000 tấn)

Mỹ

28050

8

210730

Trung Quốc

21450

5

97196

Brazil

12644

2

25235

Mêhicô

7212

2

14630

Ấn Độ

5981

2

9171

(Nguồn: FAO, 2006. Aricultural and food trade).

2.1.2

Trong nước

Sản xuất lúa ở nước ta trong những năm gần đây tuy diện tích đất canh tác lúa
không tăng nhưng sản lượng hàng năm vẫn tăng do năng suất tăng như trên Bảng 2.


Bảng 2.2: Sản lượng lúa Việt Nam trong những năm gần đây
Năm

Diện tích

Năng suất

Sản lượng

(1000 ha)

(tấn/ha)

(1000 tấn)

2001

7.493

4,3

32.105

2002

7.504

4,6

34.447

2003

7.452

4,6

34.569

2004

7.444

4,9

35.868

2005

7.340

5

36.341

(Nguồn: FAO, 2006. Aricultural and food trade).

2.2

Cấu tạo hạt thóc: /9/

2.3.1 Mày hoa
Mày hoa do hai lá bắc ở phía ngoài tạo thành. Mày hoa không có hoặc có màu, dính liền
vào vỏ trấu. Mày hoa sắp xếp một cái trên, một cái dưới nên được gọi là mày trên và mày dưới.
2.3.2 Vỏ trấu
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy lá và mày hoa tạo thành. Cả hai phần này được
ghép liền với nhau theo chiều dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Trên bề mặt vỏ trấu có
gai rất nhỏ và rất cứng gọi là lớp lông.

Hình 2. 1: Cấu tạo hạt lúa


2.3

Tính chất cơ lý hạt thóc: /7/, /9/, /11/
Những tính chất cơ lý quan trọng có ảnh hưởng đến quá trình làm sạch và phân

loại hạt là: kích thước hạt, dạng hạt, đặc tính bề mặt, trọng lượng riêng, độ ẩm.

2.3.1

Hình dáng, kích thước hạt
Chiều dài của hạt lúa không nhất định, ngay cả trong cùng một giống lúa, vì có sự

biến động trong chiều dài của râu và hoa.
Kích thước hạt được biểu diễn bởi chiều dài, rộng và dày, nó đặc trưng cho độ

lớn của hạt. Ba kích thước này có vai trò quyết định trong việc xác định các tiêu chuẩn
thiết kế thiết bị làm sạch. Ví dụ một máy phân loại theo kích thước hạt thì kích thước
hạt ảnh hưởng đến việc chọn lỗ sàng, chọn kích thước hốc trên trống phân loại…

2.3.2

Đặc tính bề mặt
Bề mặt hạt có thể nhẵn, nhám, có gân, nhăn nheo…

Bề mặt trấu khá ráp dẫn đến sự hình thành ma sát giữa hạt thóc với các vật liệu
khác. Trong việc làm sạch thì hạt thóc sẽ tiếp xúc với không khí, làm tăng sức cản.

2.3.3

Khối lượng của hạt
Trong thực tế sản xuất, trọng lượng 1000 hạt được qui ước dùng để biểu hiện

khối lượng của hạt. Khối lượng hạt khô tuyệt đối (không có ẩm) gọi là khối lượng
tuyệt đối của hạt. Khối lượng hạt càng lớn thì hạt càng mẩy. Ngược lại, khối lượng
càng bé thì thường là hạt lép, hạt lửng càng nhiều.

2.3.4

Trọng lượng riêng của hạt
Trọng lượng riêng của hạt là trọng lượng của một đơn vị thể tích. Nó đặc trưng

cho độ chắc, độ mẩy và mức độ chín của hạt. Trọng lượng riêng của các loại hạt đều
khác nhau và chênh lệch trong khoảng khá lớn. Xác định trọng lượng riêng bằng cách:
cân khoảng 100 gam hạt (độ chính xác 0,01 gam) cho vào xylanh chia độ chứa nước.
Biết thể tích nước trước và sau khi cho hạt vào ta biết được thể tích của hạt.

2.4

Tính chất khí động của hạt: /1/

2.4.1

Vận tốc tới hạn
Hệ số thổi bay đặc trưng cho tính chất khí động của hạt. Nhưng trong thực tế ta

thường sử dụng một chỉ số khác là vận tốc tới hạn (hoặc vận tốc vitanhia), tại đây vận


tốc của luồng khí tạo cho phần tử ở trạng thái treo. Nó được xác định khi R cân bằng
trọng lượng G = mg của vật thể:
G  R  k . .F .vth2

Từ đó:
G

k . .F

vth 

g
; m/s
kn

Nếu hạt có dạng hình cầu :
G  g . h .

 .d 3
6

và F 

 .d 2
4

 h : khối lượng riêng của hạt

d: đường kính hạt.
Trong trường hợp đó vận tốc tới hạn có dạng:
2 h .g
d ; m/s
3 .k

vth 

Hệ số thổi bay:
kn 

3  k
.
2 h d

Nếu hạt không phải dạng hình cầu và có ba kích thước bề dài, bề rộng và bề dày a, b, c
thì vận tốc tới hạn được xác định bởi biểu thức:
vth 

 h .g
l ; m/s
 .k

Hệ số thổi bay:
 k
kn  .
h l
3
l  abc ; m

(2.1)

(2.2)

Từ các công thức trên ta nhận thấy vận tốc tới hạn và hệ số thổi bay phụ thuộc vào
kích thước của phần tử (hạt) khối lượng riêng  h , hệ số lực cản k.

2.5

Ẩm độ hạt
Độ ẩm thường được biểu diễn là phần trăm của tổng trọng lượng nước trong thóc


Ẩm độ hạt là yếu tố quan trọng nhất quyết định thời gian bảo quản hạt, đồng thời
cũng là yếu tố ảnh hưởng lớn tới việc làm sạch. Do ẩm độ của khối hạt sẽ quyết định
vận tốc làm sạch.

Khối lượng nước

Ẩm độ hạt, (%) =

Khối lượng hạt (chất khô và hơi nước)

2.6

*100

Độ sạch
Độ sạch là thành phần phần trăm của tạp chất có trong khối hạt.
Các loại tạp chất:

 Tạp chất rác: Tạp chất hữu cơ (lá cây, cuống hạt, râu thóc); tạp chất khoáng (đất,

cát. Các phần tử lọt qua sàng có kích thước lỗ nhỏ, vỏ, nấm mốc.
 Loại tạp chất hạt: Hạt gãy nhỏ hơn nửa hạt nguyên; hạt nảy mầm; hạt lép.

Công thức:
D

A
*100%
B

Trong đó:
A: khối lượng hạt sạch (g)
B: khối lượng mẫu (g)

2.7

Độ rời
Khối lượng gồm những phần tử rắn chúng khác nhau về hình dạng, kích thước,

khối lượng riêng, khối lượng 1000 hạt, trạng thái bề mặt,… Do đó khối hạt dễ dàng
chuyển dịch ta gọi tính chuyển dịch này là độ rời.
Độ rời được đặc trưng bởi góc nghiêng tự nhiên và góc trượt.
 Góc nghiêng tự nhiên: Khi ta đổ khối hạt từ trên cao xuống mặt phẳng nằm ngang

thì khối hạt có dạng hình chóp nón. Góc tạo bởi đường sinh với mặt phẳng đáy
nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghiêng tự nhiên của khối hạt
 Góc trượt: Nếu ta để hạt trên mặt phẳng ngang, mặt phẳng này làm bằng một vật

liệu bất kỳ, ví dụ: thép, gỗ, bê tông,… Nâng dần một đầu của mặt phẳng cho tới
khi hạt bắt đầu trượt. Góc giới hạn bởi mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt
gọi là góc trượt.
Loại hạt
Lúa

Góc nghiêng tự nhiên
0

0

32 – 44

Góc trượt
200 - 250


2.8

Các phương pháp phân loại hạt: /2/, /6/, /9/
Quá trình tách cơ lý một hỗn hợp thành những thành phần chứa các loại đồng nhất

được gọi là quá trình phân loại hỗn hợp.
Bản chất của quá trình làm sạch là loại bỏ các tạp chất lẫn trong hỗn hợp để thu được
khối nguyên liệu có cùng tính chất sử dụng.
Bản chất của quá trình phân loại theo cỡ hạt là tách hỗn hợp hạt hoặc bán thành
phẩm của nó thành những phần chứa các hạt có cùng kích thước và chất lượng.
Quá trình phân loại hỗn hợp chủ yếu dựa vào sự khác nhau về các tính chất cơ lý
của các cấu tử trong hỗn hợp. Sau đây là một số phương pháp chính được dùng trong
việc phân loại hạt và một số mẫu máy tham khảo.

2.8.1

Phương pháp phân loại bằng sàng
Phân loại hạt bằng sàng là phân loại theo kích thước của hạt. Trong các máy

sàng, vật liệu rời được tách thành nhiều thành phần theo chiều rộng và chiều dày. Phần
hỗn hợp lọt qua lỗ lưới gọi là phần lọt sàng, phần còn lại nằm trên bề mặt lưới và đi ra
ngoài gọi là phần không lọt sàng.
Lưới có lỗ tròn giữ lại những tạp chất có chiều dày lớn hơn chiều rộng của lỗ.
Lưới có lỗ dài thuôn giữ được trên bề mặt của nó những cấu tử có chiều dày lớn hơn
chiều rộng của lỗ. Những lưới này dùng để tách những sản phẩm ban đầu theo chiều
dày và để làm sạch khối hạt khỏi các tạp chất khác hạt chính về chiều dày.
Ví dụ một loại máy làm sạch bằng sàng đó là sàng kép mở. Đây là một phương
pháp làm sạch sơ đơn giản bằng một máy sàng hai tầng dao động. Sàng dao động nhờ
một cơ cấu sai tâm lắp trên trục chuyển động chính.
Tuy đây là một phương pháp đơn giản nhưng nó có rất nhiều điểm bất lợi:
 Là một sàng mở nên môi trường chung quanh bị nhiễm bẩn nặng.

 Các loại máy này không tự trang bị sàng tự làm sạch, do đó phần lớn sàng dưới có

lỗ bé đều bị tắc lỗ làm hiệu quả phân ly giảm.
 Các tạp chất cùng cỡ kích thước với hạt thóc không được phân ly.


Hình 2. 2: Máy làm sạch sơ kiểu sàng kép mở
A –Máng cấp liệu; B – Cửa ra tạp chất; C – Cửa ra hạt chính; D – Cửa ra tạp chất nhỏ
1. Sàng thứ nhất có lỗ lớn; 2. Sàng thứ hai có lỗ nhỏ; 3. Cơ cấu cam lệch tâm

2.8.2

Phương pháp phân loại bằng khí động
Đây là phương pháp phân loại theo nguyên tắc dùng luồng không khí để thổi

hoặc hút tạp chất ra khỏi hỗn hợp hạt, phương pháp này chủ yếu phân loại hỗn hợp hạt
có cùng kích thước nhưng khác nhau về khối lượng riêng (hạt chắc, hạt lửng,…).
Vì mỗi loại hạt hay tạp chất đều có vận tốc tới hạn khác nhau. Do đó, khi cùng ở
trong một dòng không khí có tốc độ Vx, chúng sẽ có trạng thái và chuyển động khác
nhau. Nếu không khí thổi từ dưới lên sẽ có 3 trường hợp quan trọng:
 Những hạt hay tạp chất có Vth  Những hạt hay tạp chất có Vth = Vx, sẽ ở trạng thái lơ lửng.
 Những hạt hay tạp chất có Vth >Vx, sẽ rơi xuống dưới.

Như vậy, bằng cách điều chỉnh những tốc độ Vx của dòng không khí thích hợp,
có thể phân chia và tách ra các thành phần tạp chất hay loại hạt khác nhau.
2.8.2.1 Máy phân loại bằng không khí không tuần hoàn
Máy này sử dụng nguyên lý dùng không khí để hút các tạp chất cho ra ngoài. Do
nguyên liệu gặp không khí hai lần nên hiệu suất làm sạch của thiết bị tương đối cao.

Hình 2. 3: Thiết bị phân loại bằng không khí không tuần hoàn
1. Cửa nạp liệu; 2, 3. Các kênh gió; 4. Buồng lắng tạp chất;
5,6. Các van tự động tháo tạp chất.
 Ưu nhược điểm

Thiết bị làm sạch này tuy có độ sạch tương đối cao nhưng cấu tạo khá phức tạp
và kích thước máy tương đối lớn. Mặt khác, do khối hạt qua luồng không khí hai lần
dẫn đến năng suất làm sạch không cao.
2.8.2.2 Máy phân loại bằng không khí tuần hoàn
Luồng không khí được quạt hút xuyên qua dòng nguyên liệu ban đầu mang theo
các tạp chất nhẹ và bụi vào buồng lắng. Không khí vào quạt đã được làm sạch lại bắt
đầu trở về buồng làm việc tạo thành một chu trình kín trong thiết bị.

Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị phân loại
bằng không khí tuần hoàn
1. Kênh phân loại ; 2. Quạt gió ; 3. Buồng lắng tạp chất.


 Ưu nhược điểm

Thiết bị này có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo nhưng do dùng nguyên lý hút nên tính
năng làm sạch không cao, chỉ làm sạch được những tạp chất nhẹ và bụi. Không thể
làm sạch được hạt lửng. Hơn nữa, do dùng nguyên lý hút nên trong quá trình làm sạch
các khí bụi sẽ theo luồng không khí vào trong quạt làm tăng sức cản không khí giảm
khả năng làm sạch.
2.8.2.3 Máy làm sạch Testo 440
Máy hoạt động dựa vào nguyên lý luồng không khí thổi thẳng đứng. Nguyên liệu
được đưa vào qua máng cấp liệu gặp luồng không khí. Những thành phần nặng thắng
được sức cản của không khí sẽ được rơi xuống tấm hứng nguyên liệu ra ngoài theo cửa

B. Những thành phần khác nhẹ hơn sẽ bị luồng khí thổi ra ngoài theo cửa C.
Máy có kết cấu nhỏ gọn, chế tạo đơn giản, dễ dàng di chuyển, khả năng làm sạch
tương đối cao.

Hình 2. 5: Nguyên lý hoạt động máy làm sạch Testo 440
A – Cửa cấp liệu; B – Cửa ra nguyên liệu; C – Cửa ra tạp chất
1. Máng cấp liệu; 2. Ống dẫn luồng không khí; 3. Tấm hứng nguyên liệu; 4. vỏ
quạt; 5. Cánh quạt; 6. Tấm hứng tạp chất; 7. Hướng chuyển động luồng không khí.


2.8.3

Phương pháp phân loại trọng lượng riêng
Trong một số trương hợp giữa tạp chất và hạt hoặc giữa các hạt khác nhau, chúng

có sự khác nhau về khối lượng riêng.
Phương pháp hay dùng trong thực tế là cho hỗn hợp vào một chất lỏng thứ ba có
khối lượng riêng nằm giữa 2 khối lượng riêng của 2 thành phần cần tách. Kết quả: thành
phần có khối lượng riêng lớn nhất chìm xuống, thành phần có khối lượng riêng bé nổi lên.
Ngày nay phương pháp này ít được sử dụng vì có nhiều nhược điểm: làm ướt hạt,
phải sấy lại, chất lượng làm sạch hay phân loại cũng không cao.

2.8.4

Phương pháp phân loại dựa vào độ bền cơ học
Trong nhiều trường hợp, các tạp chất vô cơ như đất, cát có kích thước đồng đều

với hạt hoặc dính chặt vào hạt. Do đó, không thể tách triệt để chúng ra khỏi hạt bằng
quá trình sàng đơn thuần.
Giữa các tạp chất này và hạt thường có đặc điểm rất thuận lợi cho việc làm sạch

là sự khác nhau về độ bền cơ học.
Lợi dụng tính chất này, cho hạt qua các máy đập, máy chà xát với lực cơ học vừa
đủ làm tạp chất vỡ vụn, hoặc long ra khỏi vỏ hạt. Sau đó, tạp chất sẽ được tách ra bằng
sàng hoặc quạt.
Phân loại bằng phương pháp này làm cho vật liệu tổn thương do quá trình chà xát
và va đập.

2.9

Chọn phương án thiết kế:
Đối tượng nghiên cứu của chúng tôi đó là những vật liệu đã được làm sạch sơ bộ,

được đem vào bảo quản và chỉ còn 5%  10% tạp chất. Các tạp chất trong hỗn hợp hạt
hiện nay thông thường chỉ là rơm vụn, hạt lép, hạt lửng. Bình thường với hạt chắc
trọng lượng trấu chiếm 22% – 23% trọng lượng hạt thóc nhưng với hạt thóc lửng trọng
lượng trấu chiếm 30% – 40% trọng lượng hạt. Do đó sự có mặt của hạt thóc lửng làm
thay đổi tỷ lệ trấu/gạo lức trong một hạt, làm cho trọng lượng hạt thóc lửng nhẹ hơn
hạt chắc. Mặt khác, kích thước và hình dạng hạt lửng lại gần giống với hạt chắc do đó
việc phân loại bằng sàng sẽ không loại bỏ được hạt thóc lửng, do hạt lửng nhẹ hơn nên
dễ bị luồng gió từ quạt thổi ra ngoài.


Căn cứ các đại lượng hỗn hợp hạt như trên, thông qua tìm hiểu các phương pháp
làm sạch hạt, tôi chọn phương án thiết kế hệ thống làm sạch hạt trong phòng thí
nghiệm bằng khí động. Vì vậy trong phần kế tiếp, chúng tôi tham khảo tài liệu liên
quan đến phương pháp làm sạch hạt bằng khí động.

2.10 Sự làm việc của luồng không khí
2.10.1 Luồng không khí trong ống dẫn:/1/
Trong phương pháp làm sạch bằng khí động có 2 dạng luồng không khí phổ biến

và đạt hiệu suất làm sạch cao: luồng không khí thẳng đứng và luồng không khí xiên.
2.10.1.1 Luồng không khí thẳng đứng
Luồng không khí thẳng đứng có thể thu được do hút hay thổi. Vận tốc không khí
trong luồng thay đổi tùy theo luồng rộng ra hay hẹp lại.
Có hai loại luồng: luồng một rãnh, luồng hai rãnh. Luồng một rãnh tác dụng kém hơn
luồng hai rãnh.
Luồng có hai rãnh thì ở rãnh I thổi đi 40% tạp chất, ở rãnh hai thổi đi 60%
Người ta tính toán luồng không khí đứng trên cơ sở:
 Chọn đúng vận tốc làm việc của luồng không khí dựa theo tính chất hạt.
 Xác định không khí cần thiết V m3/s để làm việc với lượng cung cấp q kg/s
 Xác định tổn thất áp suất tĩnh.

Hình 2. 6: Luồng không khí thẳng đứng
2.10.1.2 Luồng không khí xiên
Giả thiết rằng luồng không khí có vận tốc c, xiên một góc  so với đường nằm ngang,
vật rơi vào luồng với vận tốc ban đầu uo làm với vận tốc luồng một góc  . Vật trong
luồng chịu tác dụng các lực sau:


Trọng lượng G = mg
Lực cản R của luồng không khí xác định bởi vận tốc tương đối, công thức Newton:
R  k . .F .W 2

Dưới tác dụng các lực trên, vật thể sẽ chuyển động trong luồng theo một quỹ đạo.

Hình 2. 7: Sơ đồ luồng không khí xiên và quỹ đạo chuyển động của hạt
trong không khí xiên

2.10.2 Đặc tính luồng không khí
2.10.2.1 Áp suất của luồng không khí trong ống dẫn:/1/

Luồng không khí chuyển động trong ống dẫn có thể là do hút hoặc thổi. Luồng hút có
áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển, luồng thổi thì có áp suất lớn hơn áp khí quyển.
 Áp suất được biểu thị bằng độ cao cột không khí:
H

h
 .g

 = 1,225: Khối lượng riêng không khí (kg/m3)
 Áp suất luồng không khí được chia làm hai dạng:

- Áp suất tĩnh: là áp suất cần thiết để nâng vật liệu lên độ cao H
H t   *  * g * H ; N/m2

(2.3)

Với  = 10 : hệ số nồng độ kg/kg không khí. Được chọn tuỳ dạng vật liệu.
- Áp suất động: là áp suất cần thiết để tạo ra vận tốc cho khí vật liệu.
2

H đ  ( *Vth ) / 2 ; N/m

(2.4)


2.10.2.2 Tổn thất áp suất trong đường ống:/ 14/
a Tổn thất áp suất do ma sát:

Pms   *

L *V 2
2* D* g

; N/m2

(2.5)

L: Chiều dài ống dẫn (m)
V: Vận tốc dòng chảy (m/s)
D: Đường kính ống dẫn (m)
 K 68 


 D Re 

0.25

  0.11 * 
Re 

V *D



: Hệ số ma sát trong ống

: Hệ số Reynol

b Tổn thất chỗ cấp liệu:
Pcl   *

V2 *
* 9.81 ; N/m2
2g

(2.6)

 = 0,15: Hệ số cản
c

Tổn thất chỗ hạt chắc ra:
V2 *
PE   *
* 9.81
2g

; (N/m2)

(2.7)

 = 0,05: Hệ số cản
d Tổng áp suất trong đường ống:

H = Hđ + Ht + P ;(N/m2)

(2.8)

2.11 Lý thuyết quạt
2.11.1 Giới thiệu quạt:/3/, /12/
2.11.1.1 Quạt hướng trục

a Cấu tạo

Gồm 2 phần cơ bản: vỏ quạt và roto
- Vỏ quạt: vỏ quạt có đường kính D và các thanh chống tăng cường độ cứng quạt.
Vỏ có tác dụng hướng các dòng khí chuyển động dọc theo trục.


- Roto: là một hình trụ trên có hàn các cánh theo một góc nghiêng cho trước. cánh
quạt có thể dập bằng thép tấm, trong một số trường hợp roto và cánh được đúc liền với
nhau. Khi roto quay với tốc độ cao thì phải tiến hành cân bằng động cho roto.
b Đặc điểm

Quạt hướng trục thuộc về quạt đẩy chạy nhanh (n >1000 v/ph) và được ứng dụng
để truyền một thể tích khí tương đối lớn. Nhưng áp suất nhỏ so với quạt ly tâm.
Ví dụ: để thông gió các ngôi nhà, các hầm và các đường hầm,…
Ở quạt hướng trục luồng khí chuyển động song song trục, vì vậy vận tốc vòng
thực tế không biến đổi. Nghĩa là vận tốc vòng của guồng ở đầu vào bằng vận tốc vòng
của guồng ở đầu ra.
1

3
2
Vkk

Hình 2. 8: Cấu tạo quạt hướng trục
1. Vỏ quạt; 2. Roto; 3. Cánh quạt
2.11.1.2 Quạt ly tâm
Những bộ phận chủ yếu của quạt ly tâm gồm có:
a Guồng động:

Đây là bộ phận quan trọng nhất của quạt. Guồng động sẽ làm cho dòng không khí
đi qua có chuyển động quay và làm tăng cơ năng cho dòng không khí.


2

3

1

Hình 2. 9: Cấu tạo quạt ly tâm
1. Vỏ quạt; 2. Bộ khuếch tán; 3. Guồng động
b Vỏ quạt:

Là một rãnh có tiết diện tăng dần theo dạng xoắn ốc, nhằm đảm bảo sự chuyển
động của guồng động. Vỏ quạt còn có nhiệm vụ dẫn dòng không khí đi ra khỏi guồng
động nhằm biến động năng của không khí thành áp năng.

2.11.2 Công thức tính toán thiết kế quạt:/13/
 Chi phí không khí:
Q = Vth*F ; m3/s

(2.9)

Vth: vận tốc tới hạn
F: tiết diện ngang ống làm sạch
 Hệ số vận tốc:
  2*n*  *4

Q2

2 gH 3

(3.0)

H: chiều cao cột áp.
H

htp



;m

 Hệ số đường kính:
Tra bảng 49 theo (TL 16)

(3.1)


 Hệ số áp suất:
1
 * 2



(3.2)

2

 Hệ số lưu lượng:



1
 * 3

(3.3)

 Đường kính ngoài của quạt:
d2  3

Q.240
 2 * * n

;m

(3.4)

 Đường kính trong của quạt:
d1  d 2 .

;m

(3.5)

Với  : Tỷ số đường kính quạt (tra bảng 69 (TL 16)).
 Hệ số thể tích:


Cm
u

(3.6)

Cm: vận tốc pháp tuyến
Cm 

4.Q
 (d 22  d12 )

; m/s

(3.7)

u: vận tốc tiếp tuyến
u

 .d 2 .n
60

; m/s

(3.8)

; kW

(3.9)

 Công suất quạt:
N

Q.H tp
102.

 : hiệu suất quạt