Điều khiển tự động hệ thống máy ly tâm tách tinh dầu bơ bằng PLC

CONTENTS

Phần 1:
1.1

Tổng quan về hệ thống chiết xuất tinh dầu bơ...................................................5
Trái Bơ ở Việt Nam...............................................................................................5

1.1.1

Lợi ích của trái bơ..........................................................................................5

1.1.2

Nhu cầu sử dụng tinh dầu bơ..........................................................................6

1.1.3

Đặc điểm và thành phần cơ bản của trái bơ....................................................6

1.2

Một số phương pháp chiết xuất tinh dầu...............................................................7

1.2.1

Chưng cất hơi nước........................................................................................7

1.2.2

Trích ly...........................................................................................................8

1.2.3

Phương pháp ép lạnh....................................................................................10

1.2.4

Phương pháp ép li tâm.................................................................................10

1.2.5

Lựa chọn phương pháp chiết xuất tinh dầu Bơ.............................................11

1.3

Một số loại máy ly tâm.......................................................................................11

1.3.1

Máy ly tâm ba chân......................................................................................12

1.3.2

Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao.....................................................13

1.3.3

Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông...................13

1.3.4

Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn..............................................15

1.3.5 Máy phân ly siêu tốc loại dĩa....................................................................16
1.3.6

Lựa chọn loại máy ly tâm.............................................................................17

1.4

Quy trình sản xuất tinh dầu bằng hệ thống máy ly tâm.......................................19

1.5

Sự cần thiết của hệ thống máy ly tâm.................................................................20

1.6

Mục tiêu đề tài....................................................................................................21
1


1.7

Nội dung đề tài...................................................................................................21

1.8

Giới hạn của đề tài..............................................................................................21

Phần 2:

Lựa chọn và thiết kế mô hình 3d cho máy ly tâm đứng và máy ly tâm nằm....22

2.1

Chọn số pha cho máy ly tâm...............................................................................22

2.2

Máy ly tâm dạng nằm 3 pha Decanter................................................................23

2.2.1

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động...................................................................23

2.2.2

Lựa chọn các thông số vận hành..................................................................24

2.2.3

Chọn máy ly tâm Decanter...........................................................................27

2.2.4

Thiết kế máy ly tâm Decater........................................................................29

2.3

Máy ly tâm dạng đứng 3 pha (Separator)............................................................36

2.3.1

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động....................................................................36

2.3.2

Lựa chọn thông số vận hành........................................................................37

2.3.3

Chọn máy ly tâm Separator..........................................................................38

2.3.1

Thiết kế máy ly tâm Separator.....................................................................40

2.4

Kết luận..............................................................................................................51

Phần 3:
3.1

Phân tích và lựa chọn hệ thống điện................................................................52
Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển......................................................52

3.1.1

Mạch điều khiển dùng Rơle.........................................................................52

3.1.2

Mạch dùng vi điều khiển ( Micro Controller)..............................................53

3.1.3

Điều khiển bằng PLC ( Programable Logic Control)...................................53

3.1.4

Lựa chọn phương án điều khiển...................................................................54

3.2

Lựa chọn các thiết bị điện phù hợp cho hệ thống điều khiển..............................55

3.2.1

Biến tần........................................................................................................55
2


3.2.2

HMI.............................................................................................................. 57

3.2.3

Cảm biến nhiệt độ........................................................................................58

3.2.4

Đồng hồ đo nhiệt độ.....................................................................................59

3.2.5

Cảm biến đo độ rung....................................................................................59

3.2.6

Cảm biến vận tốc.........................................................................................60

3.2.7

Van điện từ...................................................................................................61

3.2.8

Bơm tích áp..................................................................................................62

3.2.9

Bơm trục vít.................................................................................................63

3.2.10
3.3

Các thiết bị khác.......................................................................................63

Chọn PLC và một số module mở rộng................................................................67

3.3.1

Chọn PLC Seimens s7 1200 DC/DC/DC.....................................................67

3.3.2

Module giao tiếp Modbus............................................................................68

3.3.3

Module Analog.............................................................................................69

3.3.4

Kết nối các module trên PLC.......................................................................69

Phần 4:

Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống máy ly tâm...................................70

4.1

Giới thiệu phần mềm mô phỏng lập trình PLC TIA PORTAL V13.....................70

4.2

Giới thiệu truyền thông Modbus – giao tiếp RS485............................................74

4.2.1

Giới thiệu truyền thông Modbus..................................................................74

4.2.2

Truyền tính hiệu thông qua giao tiếp RS485................................................76

4.3

Cấu hình điều khiển hệ thống máy ly tâm...........................................................77

4.4

Thiết kế sơ đồ P&ID (sơ đồ bố trí các thiết bị)...................................................78

4.5

Thiết kế sơ đồ kết nối mạch điện........................................................................80

4.6

Lưu đồ giải thuật.................................................................................................83
3


4.7

Tìm hiểu cách đọc tín hiệu cảm biến về PLC.....................................................84

4.8

Tìm hiểu cách đếm xung tần số cao HSC trong PLC..........................................85

4.9

Cách thức giao tiếp giữa Module Modbus với biến tần và đồng hồ nhiệt thông

qua cổng giao tiếp RS485.............................................................................................88
4.10

Thiết kế màn hình điều khiển HMI..................................................................91

4


PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT XUẤT TINH DẦU BƠ
1.1 Trái Bơ ở Việt Nam
1.1.1

Lợi ích của trái bơ

Cây Bơ có tên khoa học là Persea americana và tên tiếng Anh là Avocado – là
một loại cây ăn quả nhiệt đới và cận nhiệt đới. Ở nước ta, cây bơ được trồng rộng rãi
tại các tỉnh Đồng Nai, Lâm Đồng, Đăc Lăk, Gia Lai. ĐăkLăk là nơi trồng bơ phổ biến
nhất, hiện nay đã có diện tích bơ 7000ha, sản lượng quả bơ đạt trên 300.000 tấn / năm.
Ở nước ta quả bơ thường được dùng để ăn tươi và việc bán quả tươi mang lại
hiệu quả kinh tế chưa cao cho người trồng. Bơ có rất nhiều loại và ngon nhất là bơ Sáp
và bơ Tứ Quý, chúng có giá trị dinh dưỡng rất lớn phần lớn tập trung trong tinh dầu

của chúng, mặt khác quả bơ là loại quả có tỉ lệ dầu khá cao (15-30%). Dầu bơ cung
cấp các vitamin A, E, K, cùng với các khoáng chất kali, phốtpho, lưu huỳnh và clo, rất
tốt cho da và bảo vệ cơ thể chống lại bệnh tim cũng như các dạng ung thư phổ biến.
Mặt khác, dầu bơ được đánh giá là một trong những loại dầu có giá trị dinh dưỡng cao,
tốt cho sức khoẻ hơn dầu hướng dương và dầu ô liu.

Hình 1.1 Hình ảnh trực quan về trái bơ
Bơ khi chín sẽ cho vị thơm dễ chịu, có vị béo và thanh, con người thường dùng
chúng để chế tạo ra nhiều món ăn, làm nước ép hay sinh tố để thanh lọc cơ thể, tuy
nhiên ăn bơ nhiều sẽ ngán và thời gian bảo quản bơ chín là không lâu nên bơ dung để
ăn chín là khá ít, người ta thường thu hoạch bơ để dùng cho nhiều mục đích khác nhau.
5


1.1.2

Nhu cầu sử dụng tinh dầu bơ

Như đã nêu, thời gian bảo quản bơ chín là không lâu (khoản 1 tuần) do đó muốn
vận chuyển bơ đi xa để bán cho những nơi khác thì bơ phải hái khi chưa chín (bơ non
sẽ có vị chát và ít béo) điều này làm ảnh hưởng đến chất lượng của bơ. Thị trường tiêu
thụ bơ trái trong nước cũng khá cao tuy nhiên cũng khá bất ổn định nhất là khi đang
trong mùa bơ chín rộ làm cho giá cả bơ trái bất ổn và hay bị tụt giá. Nhu cầu xuất khẩu
bơ trái ra nước ngoài như: Trung Quốc, Lào, Campuchia, Nhật, Mỹ cũng khá cao đem
lại hiệu quả kinh tế vô cùng cao, tuy nhiên sự bất ổn định khi xuất khẩu thường xuyên
hay xảy ra ( nhất là ở thị trường Trung Quốc ) làm cho bơ bị ứ đọng gây ra hư hại
không bán được làm thiệt hại kinh tế cũng khá cao.
Nhược điểm khi dùng bơ trái là bảo quản không được lâu, do đó một trong những
phương pháp để đem lại hiệu quả kinh tế cao từ quả bơ là người ta đem đi chiết xuất
dầu bơ để bán, hàm lượng chất dinh dưỡng của bơ thường tập trung ở dạng nhủ dầu

nên việc dùng dầu bơ thay vì trái bơ cũng mang lại lợi ích cho sức khỏe, mặt khác dầu
bơ có thể bảo quản được lâu mà không bị hư hại.
Dầu bơ là loại dầu được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam do chúng có nhiều
công dụng rất tốt cho sức khỏe, tuy nhiên sản xuất dầu bơ ở Việt Nam còn hạn chế do
chủ yếu là sản xuất theo phương pháp thủ công đem lại năng xuất thấp. Việc sản xuất
tinh dầu bơ với năng suất cao là một nhu cầu khá cấp thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng
của người Việt cũng như là một biện pháp đem lại hiệu quả kinh tế cao.
1.1.3

Đặc điểm và thành phần cơ bản của trái bơ

Tùy vào giống bơ mà bơ có những hình thù và kích thước khác nhau, thường thì
bơ có dạng như trái bầu, vỏ có màu xanh xẩm khi chín. Bơ có 3 thành phần chính là:
vỏ, thịt và hạt bơ.
Trong quả bơ, thịt bơ chứa hàm lượng dầu cao nhất, trong hạt và vỏ đều có dầu
nhưng hàm lượng rất ít và vì có độc tố nên người ta thường loại bỏ chúng. Về lí tưởng,

6


trong 100 gam thịt bơ có: nước (73%), dầu (15%), chất xơ (12%)[ CITATION Thà \l
1033 ].

Hình 1.2 Thành phần trái bơ
1.2 Một số phương pháp chiết xuất tinh dầu
1.2.1

Chưng cất hơi nước

Nguyên tắc: Hơi nước thấm qua màng tế bào của bộ phận chứa tinh dầu, làm

trương và phá vỡ bộ phận này rồi kéo tinh dầu (hợp chất không tan lẫn trong nước, dễ
bay hơi) ra khỏi nguyên liệu.

Hình 1.3 Sơ đồ chân cất tinh dầu

7


Quy trình: Người ta đun nước hóa hơi đi qua nguyên liệu chứa tinh dầu để lôi
kéo tinh dầu qua bộ phận tách nước để lấy đi hơi nước rồi đi qua bình làm lạnh để
ngưng tụ tinh dầu.
 Ưu điểm: Quy trình đơn giản, thiết bị gọn, dễ chế tạo, thời gian tách nhanh, có
thể tách nhiều loại tinh dầu
 Nhược điểm:
 Chỉ tách được tinh dầu trong những nguồn chứa tinh dầu có hàm lượng tương đối
cao.
 Hạn chế cho sản phẩm dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt (nhiệt phân, polymer hóa…) do
tinh dầu có chứa những hợp chất dễ bị tác dụng nhiệt.
 Tốn nhiều nhiên liệu và nước giải nhiệt; nên cần có một số biện pháp khắc phục.
 Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
1.2.2

Trích ly

Trích ly là quá trình tách hoàn toàn hay một phần chất hòa tan trong hổn hợp chất
lỏng hay chất rắn đồng nhất bằng chất lỏng khác gọi là dung môi. Được ứng dụng rộng
rãi trong công nghiệp nhất là ngành hóa chất và thực phẩm.
Dung môi thường dùng: Ether dầu hỏa, hexan,ethylic ether, chloroform,
dichlorometane, ethanol…
Dung môi thường dùng phải đạt một số yêu cầu sau:

 Có nhiệt độ sôi thấp, dễ chưng tách.
 Không ảnh hưởng mùi hương của tinh dầu.
 Không phản ứng với các cấu tử trong tinh dầu.
 Có khả năng hòa tan tốt tinh dầu nhưng tan ít tạp chất.
 Không ăn mòn thiết bị, không độc, rẻ, dễ tìm.
8


Nguyên tắc: Dung môi thấm qua màng tế bào, hòa tan tinh dầu, hiện tượng thẩm
thấu xảy ra đến khi đạt cân bằng, như vậy quá trình trích ly là quá trình khuếch tán cấu
tử của tinh dầu từ nguyên liệu vào dung môi.
Quy trình: Thể hiện rõ qua hình 1.4

Hình 1.4 Quy trình trích ly tinh dầu
 Ưu điểm: Sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm tự
nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác.
9


 Nhược điểm:
Yêu cầu cao về thiết bị.



 Thất thoát dung môi.
 Quy trình tương đối phức tạp.
1.2.3

Phương pháp ép lạnh

Nguyên tắc: Nguyên liệu được tách nước trước khi đi vào máy ép để ép ra tinh
dầu.
Quy trình: Nguyên liệu được đem đi xay nhuyển sau đó được đem qua thiết bị
sấy lạnh để hút hết nước, phần nguyên liệu khô sẽ đem đi ép để lấy tinh dầu.
 Ưu điểm:
 Sản phẩm được xử lý với nhiệt độ thấp nhất so với tất cả phương pháp hiện có, vì
vậy mùi hương, tính chất hoàn toàn được lưu giữ.
 Quy trình tương đối đơn giản.
 Nhược điểm:
 Hiệu suất ép chưa lấy hết lượng dầu có trong nguyên liệu.
 Dầu có thể bị nhiểm tạp chất lại sau quá trình ép.
1.2.4

Phương pháp ép li tâm

Nguyên tắc: Sử dụng máy ép để ép lấy dịch của nguyên liệu, sau đó đưa vào máy
li tâm để phân tách nước, cặn và dầu riêng ra dựa trên nguyên lí khác biệt về khối
lượng riêng của các chất.
Quy trình: Phương pháp này diễn ra tương đối đơn giản nhờ hiệu quả làm việc
của máy li tâm. Dịch liệu sau khi lấy ra từ máy ép sẽ đưa vào máy ly tâm, với lực quay
lớn đã làm các thành phần có trong dịch liệu phân tách ra, phân tử có khối lượng riêng
càng lớn thì càng văng xa do có lực quán tính lớn. Qúa trình ly tâm sẽ tách dầu, nước
10


và cặn riêng ra với nhau, như vậy dầu được lấy một cách khá dễ dàng mà không phải
dùng thêm bất cứ một phương pháp nào.
 Ưu điểm:
 Giữ được nguyên vẹn các tính chất, mùi hương tự nhiên của dầu.
 Quá trình thực hiện diễn ra tương đối nhanh và đơn giản, không tốn nhiều công

đoạn
 Thích hợp cho sản xuất công nghiệp với số lượng lớn. Công nghệ này được áp
dụng khá phổ biến trong chiết xuất dầu thực vật.
 Nhược điểm:
 Tốn chi phí đầu tư thiết bị là mua máy ly tâm. Chỉ thích hợp trong sản xuất công
nghiệp.
1.2.5

Lựa chọn phương pháp chiết xuất tinh dầu Bơ

Phân tích ưu điểm và nhược điểm của một số phương pháp chiết xuất tinh dầu, ta
nhận thấy nếu sản xuất với năng xuất nhỏ thì các phương pháp thủ công mang lại hiệu
quả hơn, nhưng vì năng xuất đặt ra ở đề bài là khá lớn nên ta phải ưu tiên áp dụng
phương pháp sản xuất trong công nghiệp để hoàn thành yêu cầu đặt ra.
Nhận thấy phương pháp chiết xuất ép ly tâm đem lại hiệu quả vô cùng cao,
không những tiết kiệm được thời gian sản xuất mà chất lượng dầu nhận được cũng cực
kì cao, do đó dùng hệ thống máy ly tâm để chiết xuất dầu bơ là một lựa chọn hợp lí
nhất.
1.3 Một số loại máy ly tâm.
Máy ly tâm là một loại máy được sử dụng khá phổ biến, dựa trên nguyên lí lực
quán tính để phân tách cấu tử của nguyên liệu, do đó chúng được sử dụng với nhiều
ứng dụng thiết thực như sản xuất nước trái cây, tách men bia, dầu thực vật, xử lí nước
thải…
11


Có rất nhiều loại máy ly tâm được sản xuất ra với nhiều kiểu dáng khác nhau, tùy
theo nhu cầu sử dụng mà người ta phân loại theo nhiều kiểu khác nhau như phân loại
theo tốc độ, theo chức năng, theo kiểu dáng và phổ biến nhất vẫn là phân loại theo kiểu
dáng. Theo kiểu dáng người ta phân ly tâm thành 2 loại là máy ly tâm đứng (centrifuge

Separator) và máy ly tâm nằm (centrifuge Decanter).
Dưới đây là một số loại máy ly tâm phổ biến thường dùng trong đời sống:
1.3.1

Máy ly tâm ba chân

Ðây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bã bằng tay, bằng dao hoặc bằng
khí động, thường dùng để ly tâm huyền phù chứa các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm
khô bã lọc.
Máy gồm có rôto được bao bọc bởi vỏ. Thân máy gắn với vỏ được đặt trên 3 lò
xo cánh nhau 120°. Ðộng cơ lắp trân thân máy nối với bánh đai ở phía dưới rồi truyền
sang trục máy làm quay rôto. Ưu điểm của máy là có thể làm việc với tải trọng lệch
tâm tương đối lớn nhờ có các lò xo giảm chấn. Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng
tâm phần treo nên khi làm việc máy rất ổn định. Trục máy ngắn nên máy gọn, chắc
chắn, tiện lợi cho việc tháo bã bằng tay. Nhược diểm của máy là ổ trục và bộ phận
truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mòn hoá học.

Hình 1.5 Máy ly tâm kiểu 3 chân
12


1.3.2

Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao

Các loại máy ly tâm trên đây, lúc tháo bã đều phải hãm máy, do đó mất thời gian
và tiêu hao năng lượng vô ích. Loại máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao cũng làm
việc gián đoạn nhưng tất cả các giai đoạn đều được tự động hoá nên thời gian của một
chu kỳ ngắn hơn loại tháo bã bằng tay.

Hình 1.6 Máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháo ở đáy
Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù vào rôtô theo ống tiếp liệu (trên
ống có lắp một van đặc biệt). Sau khi huyền phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng
lại và xảy ra quá trình ly tâm. Lớp bã trong rôto ngày càng dày lên và khi đảm bảo
chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pittông xuống kéo theo dao cạo bã, cạo thành lớp
mỏng rơi xuồng máng hứng phía dưới. Như vậy dao lấy bã ra một cách gián đoạn và
chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông.
1.3.3

Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pittông

Ưu điểm chủ yếu của loại máy này là làm việc liên tục nên năng suất cao. So với
máy ly tâm tháo bằng dao thì có kết cấu gọn, chắc hơn, năng lượng tiêu thụ trên một
13


đơn vị sản phẩm nhỏ hơn. Tuy nhiên máy còn có một số nhược điểm như kết cấu phức
tạp, tiêu tốn năng lượng không đều theo thời gian, lưới lọc chóng mòn do bị ma sát với
pittông đẩy bã.
Loại máy ly tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha rắn trở lên), kích
thước hạt khoảng 0,04-0,12mm. Thường dùng để ly tâm các huyền phù mà pha rắn ở
dạng tinh thể như (NH4)2SO4, NaCl, CaSO4 ,v.v..
Máy gồm có một pittông chính lắp chặt lên một đầu của cần đẩy, còn đầu kia của
cần đẩy thì lắp pittông của xylanh lực điều khiển bằng dầu hoặc khí nén. Cần đẩy nằm
trong trục rỗng, một đầu trục rỗng lắp chặt rôto, đầu kia lắp bánh đai chuyển động.
Cần đẩy cùng quay với trục rỗng để phân phối đều huyền phù, đồng thời chuyển động
tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để đẩy bã ra khỏi roto.

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý máy ly tâm lọc làm việc liên tục có piston đẩy
pha rắn.

14


1.3.4

Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn

Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn. Trong
công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi nước quả, trong các
ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn và pha lỏng.
Máy gồm có hai rôto. Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc trụ-nón, rôto trong có
dạng hình trụ mà mặt ngoài của nó có gắn vít tải. Rôto trong và rôto ngoài quay cùng
chiều nhưng rôto trong quay chậm hơn rôto ngoài 1,5-2 % (khoảng 20-100vg/ph) nhờ
hộp giảm tốc vi sai. Rôto trong có đục các lỗ để dẫn huyền phù nhập liệu. Góc nghiêng
phần hình nón của rôto khoảng 9-10O . Quá trình lắng xảy ra trong khoảng không gian
giữa hai rôto, bã bám vào mặt trong của rôto ngoài và được vít tải đẩy về phía cửa tháo
bã. Nước trong đi về phía ngược lại, chảy qua các cửa ở trên đáy rồi đi ra ngoài. Trong
phần rôto không bị ngập nước, bã vừa được đưa ra khỏi rôto vừa được làm khô.

Hình 1.8 Máy ly tâm liên tục tháo bã bằng vít xoắn
Có thể điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách thay đổ số vòng quay hoặc
thay đổ chiều dài lắng khi ta xoay các cửa chảy tràn. Lỗ chảy tràn càng gần trục quay
thì lớp nước càng sâu, chiều dài lắng càng dài, lắng được các hạt có kích thước nhỏ.
 Ưu điểm của máy này là phân ly được huyền phù mịn, năng suất lớn.

15


 Nhược điểm là tốn nhiều năng lượng để tháo bã, tổn thất trong hộp giảm tốc vi

sai lớn, bã bị vụn nát. Thường dùng cho tách thô cho dung dịch trước khi đưa
vào công đoạn tách tinh.
1.3.5 Máy phân ly siêu tốc loại dĩa
Máy phân ly siêu tốc loại dĩa có nhiều loại: loại hở, loại kín, loại nửa kín, loại
tháo bã bằng tay và bằng ly tâm. Ðây là nhóm có nhiều máy nhất trong các loại máy ly
tâm siêu tốc. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để phân li huyền phù có hàm lượng pha
rắn nhỏ hoặc phân ly nhũ tương khó phân ly. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để tách
bơ trong sữa, tinh luyện dầu thực vật và lắng trong các chất béo.
Bộ phận chủ yếu của máy là rôto gồm các dĩa chồng lên nhau với một khoảng
cách thích hợp. Nếu phân li nhũ tương trên các dĩa đều có khoan lỗ, ở dĩa giữa các lỗ
phải nằm trên đường thông thẳng đứng, qua đó sản phẩm ban đầu đi vào khe hở giữa
các dĩa. Khoảng cách giữa các dĩa 0,4-1,5mm. Dĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt
ngoài của dĩa dưới. Ðộ nghiêng của dĩa nón cần đủ đảm bảo để hạt vật liệu trượt xuống
tự do (thường góc nửa đỉnh nón từ 30-500).

Hình 1.8 Máy ly tâm lắng phân ly nhũ tương kiểu dĩa.
16


Máy có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Máy làm việc gián đoạn trong
trường hợp tháo bã bằng tay. Do dung tích khoảng không gian của lớp bùn phân li
không lớn nên máy ly tâm tháo bã bằng tay sử dụng hiệu quả khi thành phần hạt lơ
lửng đến 0,05% thể tích.
 Ưu điểm của loại này là mức độ phân ly cao, thể tích roto lớn, tách được các
hạt có kích thước siêu nhỏ.
 Nhược điểm là cấu tạo và lắp ráp khó, nhất là với môi trường ăn mòn. Vận tốc
quay lớn nên khi hoạt động thường gây ra tiếng ồn và rung động.
1.3.6

Lựa chọn loại máy ly tâm

Từ các đặc điểm của các loại máy ly tâm trên, lập bảng so sánh đánh giá các ưu
nhược điểm trong từng loại máy ly tâm. Từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử
dụng trong công nghiệp.
STT Loại máy ly tâm
Ly tâm 3 chân
1

Ưu điểm

Nhược điểm

- Giảm chấn tốt.

-Tháo bã bằng tay nên công

- Nhỏ gọn.

suất thấp.
-Dễ bị ăn mòn hóa học.

2

Máy ly tâm nằm - Điều khiển tự động.

-Cồng kềnh.

ngang tháo bã bằng - Năng suất trung bình.
dao

-Tốn nhiều năng lượng.
-Làm việc ko liên tục.

Máy ly tâm ngang, -Làm việc liên tục, năng -Dễ mòn do cơ cấu pittong
3

tháo bã bằng piston suất cao.

tháo bã.
-Kết cấu phức tạp.

Máy ly tâm ngang, - Điều khiển tự động.
4

-Kết cấu phức tạp cồng kềnh.

tháo bã bằng vít - Máy tháo bã liên tục -Làm việc nặng nề ồn ào.
xoắn
trong quá trình ly tâm.

17


Máy ly tâm siêu - Điều khiển tự động, năng -Cấu tạo, lắp ráp khó.
tốc loại đĩa
5

suất cao
- Khả năng phân li các cấu
tử kích thước siêu nhỏ rất

cao

Bảng 1.1 Ưu nhược điểm của một số loại máy ly tâm
Nhận thấy, trong quá trình chiết xuất tinh dầu bơ, nguyên liệu đầu vào là nước
cốt bơ có dạng huyền phù loãng, ở đấy cặn bơ (chất xơ) có kích thước lớn vẫn còn
nhiều do đó cần phải lựa chọn dạng máy li tâm phù hợp để có thể loại bỏ những cặn bã
này. Điều ta cần là chọn ra loại máy có khả năng tách được cặn bã hoàn toàn để thu
được dầu bơ có độ tinh khiết cao. Dựa trên chức năng và ưu nhược điểm của từng máy
ta có thể thấy có 2 loại máy phù hợp nhất đó là: Máy ly tâm ngang tháo bã bằng vít
xoắn và Máy ly tâm siêu tốc loại đĩa.
Đối với máy ly tâm ngang, tháo bã bằng vít xoắn, máy này đặc biệt hữu hiệu để
tách bã cặn có kích thước lớn và nước vì dịch bơ khi ép xong phần lớn là nước và cặn.
Do đó để đạt được hiệu quả cao cho quá trình chiết xuất dầu tinh, ta cần phải qua công
đoạn tách thô (tách bã có kích thước lớn).
Đối máy ly tâm siêu tốc loại dĩa, loại này đặc biệt hữu hiệu khi phân tách các hạt
có kích thước siêu nhỏ ra khỏi dầu bơ thô, ngoài ra còn loại bỏ đi lượng nước trong
quá trình ly tâm nằm tách còn xót để đem đến lượng dầu tinh khiết.
Tóm lại, máy ly tâm ngang tháo bã bằng vít xoắn (centrifuge Decanter) và Máy
ly tâm siêu tốc loại đĩa (centrifuge Separator) là 2 máy được chọn.
1.4 Quy trình sản xuất tinh dầu bằng hệ thống máy ly tâm
Về cơ bản quá trình sản xuất tinh dầu bơ trãi qua 4 công đoạn chính:

18


Trong 4 công đoạn, công đoạn thứ 3 đóng vai trò quan trọng nhất, bởi nó là công
đoạn quyết định sự thành bại và hiệu quả sản xuất của tinh dầu bơ. Để đảm bảo được
nguồn dầu bơ thật sự tinh khiết mà vẫn giữ được hương vị tự nhiên của chúng và lợi
nhuận sản xuất đạt giá trị cao nhất, thì yếu tố công nghệ đóng vai trò quyết định, với
những phương pháp truyền thống không đáp ứng được những yêu cầu đó, như vậy hệ

thống máy ly tâm là một trong những công nghệ rất phù hợp để có thể đáp ứng được
những yêu cầu thiết thực này, chính vì thế ta cần phải thiết lập quy trình sản xuất để
tiến hành điều khiển máy ly tâm một cách hiệu quả nhất.
Quy trình sản xuất tinh dầu bơ bằng hệ thống máy ly tâm thể hiện rõ qua hình
1.9.

19


Hình 1.9 Quy trình sử dụng các loại máy ly tâm
1.5 Sự cần thiết của hệ thống máy ly tâm
Để đem lại năng suất cao và tiết kiệm thời gian sản xuất, ta không thể làm việc
riêng lẽ với từng máy, do đó nhu cầu sử dụng hệ thống máy ly tâm là vô cùng quan
trọng. Hệ thống máy ly tâm bao gồm nhiều máy ly tâm được thiết kế bộ điều khiển

20


riêng để dễ dàng điều khiển cùng lúc nhiều máy mà đở mất công thời gian điều khiển
từng máy.
1.6 Mục tiêu đề tài
 Điều khiển tự động hệ thống máy ly tâm bằng PLC.
 Thực hiện giám sát quá trình hoạt động của máy thông qua màn hình HMI.
1.7 Nội dung đề tài
Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:
 Tổng quan về máy ly tâm.
 Lựa chọn kết cấu cơ khí máy ly tâm nằm (Decanter) và máy ly tâm đứng
(Separator).
 Phân tích và lựa chọn hệ thống điện.
 Thiết kế phần điều khiển cho hệ thống máy ly tâm.

 Tổng kết và hướng phát triển đề tài.
1.8 Giới hạn của đề tài
 Chỉ thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát quá trình hoạt động máy ly tâm đứng
và nằm.
 Giới thiệu, tính toán và lựa chọn kết cấu cơ khí của 2 máy li tâm đứng và nằm.

21


PHẦN 2: LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D CHO MÁY LY TÂM ĐỨNG
VÀ MÁY LY TÂM NẰM
Trong chương này, dựa trên số liệu năng suất ta sẽ đi lựa chọn loại máy ly tâm có
sẵn với công suất phù hợp phục vụ đúng với nhu cầu sản xuất, mô hình hóa 3D cho
máy ly tâm để hiểu rõ nguyên lý và chức năng của một số cụm chi tiết trong máy ly
tâm.
2.1 Chọn số pha cho máy ly tâm
Trên thực tế, thịt bơ sau khi qua máy ép sẽ thu được dịch bơ, trong dịch bơ có
chứa rất nhiều thành phần nhưng được chia tổng quát làm 3 loại: nước, chất xơ (cặn)
và tinh dầu. Trên cơ sở trên, ta bắt đầu tiến hành chọn loại máy ly tâm phù hợp. Trên
thị trường, máy ly tâm được chia làm 2 loại đó là 2 pha và 3 pha, máy 2 pha có chức
năng tách rắn-lỏng hoặc lỏng-lỏng, máy 3 pha có thể tách hổn hợp: rắn – lỏng – lỏng.
Như vậy để tách được dầu bơ từ dịch bơ ta phải chọn loại máy ly tâm 3 pha vì máy
này sẽ tách được chất cặn và nước có trong dầu bơ để ta thu được dầu bơ như mong
muốn.
Phân tích trong chương 1, ta đã chọn 2 loại máy : máy ly tâm nằm dạng trục vít
(Decanter) và máy ly tâm đứng dạng dĩa (Separator), dựa trên chức năng của từng máy
ta sẽ thiết lập quy trình để nhằm hướng đến mục tiêu cuối cùng là thu được dầu bơ tinh
khiết.
Máy ly tâm 3 pha dạng nằm có bộ phận trục vít nên có khả năng đánh bã và tách
bã hiệu quả cao, ngoài ra cũng có đường ống dẫn nước và dầu trong dung dịch nướcdầu nên cũng tách được nước và dầu. Tuy nhiên, vì vận tốc của máy Decanter chưa

thật sự lớn nên nếu chỉ sử dụng máy này ta chỉ thu được dầu bơ ở dạng thô vì những
hạt cặn có kích thước siêu nhỏ và một ít nước còn lẫn trong dầu chưa tách được vì lực
phân ly chưa cao do đó nếu muốn thu được dầu bơ chất lượng tốt ta phải sử dụng thêm
máy ly tâm đứng.

22


Máy ly tâm đứng 3 pha có những lớp dĩa cực kì mỏng được quay với tốc độ rất
cao làm cho các hạt có cấu tử nhỏ phải bị phân li văng ra xa nhờ đó ta có thể tách được
những hạt cặn có kích thước siêu nhỏ và kể cả lượng nước còn lẫn trong dầu, từ đó ta
sẽ thu được dầu bơ có chất lượng tốt.
Như vậy, quy trình sản xuất dầu bơ sẽ lần lược đi qua máy ly tâm nằm 3 pha rồi
mới tới máy ly tâm đứng 3 pha.
2.2 Máy ly tâm dạng nằm 3 pha Decanter
2.2.1

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Từ hình 2.1 ta thấy cấu tạo chính của máy ly tâm Decanter bao gồm trống, trục
vít, hộp số vi sai, ổ trục chính, khung và hệ thống động cơ…Thông thường khi máy
chạy, một động cơ dẫn động lồng quay thông qua bộ truyền đai và một động cơ dẫn
động trục vít thông qua hộp số chạy các tốc độ khác biệt n 1 và n2 . Vì vậy, trục vít tạo
ra sai số vận tốc ∆n là số không đổi so với vận tốc lồng quay khi đang vận chuyển chất
rắn đã được tách.

Hình 2.1 Cấu tạo máy ly tâm nằm 3 pha
Nguyên lí: Hợp chất lỏng khi đi vào máy li tâm sẽ chuyển động quay cùng với
roto của máy (trục vít), lực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau
phân lớp theo hướng của gia tốc trường lực. Thành phần có khối lượng riêng lớn nhất

sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất còn thành phần có khối lượng riêng nhỏ nhất sẽ tập
trung ở gần sát tâm của roto, người ta sẽ dẫn đường ống để lấy đi các chất lỏng dựa
23


trên hiện tượng phân lớp chất lỏng, còn chất rắn sẽ bị tống trực tiếp ra ngoài bằng lực
đẩy của trục vít.

Hình 2.2 Sự phân tách các pha trong máy Decanter
2.2.2

Lựa chọn các thông số vận hành

Để có được quá trình tách hiệu quả, ta nên chọn các thông số vận hành của máy
ly tâm Decanter dựa trên đặc tính của nước cần xử lý, yêu cầu về hàm lượng tách chất
rắn và nước, công suất xử lý và các yếu tố khác như lưu lượng cần xử lý Q, tốc độ lồng
quay n, chênh lệch tốc độ ∆n giữa lồng quay và trục vít, v.v…
2.2.2.1 Hàm lượng, kích thước chất tách
Mỗi máy ly tâm Decanter đều quy định về giới hạn hàm lượng chất rắn có trong
chất lỏng, bởi khi hàm lượng chất rắn có trong chất lỏng vượt ngưỡng quy định thì tốc
độ phân ly của máy ly tâm không đủ để phân tách hoàn toàn hàm lượng rắn có trong
lỏng, trong mỗi máy ly tâm đều có giới hạn về hàm lượng chất tách.
Decanter cũng quy định về giới hạn kích thước hạt được tách, với kích thước hạt
rất nhỏ thì máy ly tâm ko thể tách được do lực quay chưa đủ lớn còn với kích thước
hạt quá lớn dễ nãy sinh tình trạng tắt nghẽn trong quá trình trục vít tiến hành xả bã.

24


2.2.2.2 Tốc độ lồng quay n

Khi roto quay, mỗi cấu tử có trong nguyên liệu được bơm vào Decanter chịu tác
dụng của lực ly tâm trung bình:

m.(.n) 2 .Rtb
F  m. .Rtb 
(N )
900
2

(2.1)

Ngoài ra chúng còn chịu tác dụng của trọng lực nhưng không đáng kể:

G  m.g ( N )

Hình 2.3 Lực ly tâm
Với việc tăng tốc độ lồng quay làm hiệu suất tách được nâng cao nhưng độ rung
ồn của máy ngày càng lớn, kết quả là tuổi thọ của máy ngắn hơn. Đặc biệt trong các
25