LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN GẠO 4 1.1. Tổng quan về tình hình chế biến gạo tại Việt Nam 4 1.1.1. Tình hình sản xuất gạo tại Việt Nam 4 1.1.2. Tổng quan về quy trình chế biến gạo tại Việt Nam 6 1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo trong khu vực và trên thế giới 15 1.2.1. Tình hình nghiên cứu 15 1.2.2. Tình hình ứng dụng 16 1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo ở Việt Nam 23 1.4. Tính cấp thiết của đề tài 23 1.5. Mục tiêu của luận văn 24 1.6. Nội dung thực hiện của luận văn 24 1.7. Phương pháp nghiên cứu 24 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT MỘT SỐ CHỈ TIÊU VÀ THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GẠO 25 2.1. Tính chất của gạo 25 2.1.1. Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt 25 2.1.2. Tính chất vật lý của hạt 26 2.2. Thiết bị đo cho từng công đoạn trong dây chuyền chế biến gạo 29 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 2 2.3. Thiết bị đo đa năng 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỔI TRẤU 33 3.1. Công dụng 33 3.2. Nguyên lý thổi trấu 33 3.3. Nguyên lý hoạt động 33 3.4. Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí 34 3.4.1. Quạt thổi 35 3.4.3. Phễu cấp liệu 43 3.4.4. Bộ phận thu trấu 46 3.4.5. Hộp thu liệu 46 3.4.6. Chân đế 48 3.5. Hệ thống điều khiển 50 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐA NĂNG 54 4.1. Công dụng 54 4.2. Yêu cầu về các chức năng và các đặc tính kỹ thuật 55 4.2.1. Các chức năng 55 4.2.2. Các đặc tính kỹ thuật 55 4.3. Cơ sở lý thuyết 55 4.4. Nguyên lý hoạt động 56 4.5. Quy trình hoạt động 58 4.6. Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí 59 4.6.1. Máng rung 60 4.6.2. Phễu cấp liệu 64 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 3 4.6.3. Động cơ rung 68 4.6.4. Băng tải 75 4.6.5. Bộ phận thu liệu 85 4.6.6. Chân đế 87 4.7. Hệ thống điều khiển 87 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN GẠO Chương này trình bày tổng quan về tình hình chế biến gạo tại Việt Nam; tình hình nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo. 1.1. Tổng quan về tình hình chế biến gạo tại Việt Nam 1.1.1. Tình hình sản xuất gạo tại Việt Nam Lương thực là nhu cầu thiết yếu đối với con người. Các hạt lương thực chính bao gồm lúa mì, lúa gạo, bắp, ngoài ra còn có một số loại khác như cao lương, lúa mạch, kê… Cây lúa đứng vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích trên thế giới. Việt Nam có điều kiện khí hậu rất thích hợp cho việc trồng lúa, đó là khí hậu nóng ẩm mưa nhiều. Đồng thời lúa là cây trồng dễ canh tác, dễ chăm sóc nên cũng thuận lợi cho trình độ kĩ thuật ở nước ta. Do thói quen nên một số vùng gọi “lúa” là “thóc”. Trong phạm vi luận văn này hai thuật ngữ “lúa” và “thóc” là tương đương. Từ chỗ là quốc gia nhập khẩu lương thực, Việt Nam đã trở thành cường quốc lúa gạo sau hai thập niên đổi mới theo hướng kinh tế thị trường có sự điều tiết của Nhà nước. Từ năm 1992 đến năm 1997, mỗi năm nước ta xuất khẩu khoảng 2 triệu tấn gạo. Từ năm 1997 đến năm 2002, xuất khẩu gạo của nước ta đạt trên 3 triệu tấn/năm. Và đến năm 2007 thì lên đến 4,5 triệu tấn/năm. Năm 2008 xuất khẩu gạo đạt 4,7 triệu tấn, kim ngạch đạt 2,9 tỉ đô la Mỹ (tính ra, giá bán bình quân 617,02 đô la Mỹ/tấn). Năm 2009 xuất khẩu đạt 6 triệu tấn, kim ngạch đạt 2.6 tỉ đô la Mỹ (giá bán bình quân 433,33 đô la Mỹ/ tấn). Lượng LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 5 gạo xuất khẩu năm 2010 đạt 6,88 triệu tấn, kim ngạch 3,23 tỉ đô la Mỹ, tăng 15,4% về lượng và 21,2% về giá trị so với năm 2009. Chỉ tiêu xuất khẩu gạo năm 2011 dự kiến 7,14 đến 7,4 triệu tấn. Hiện tại Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới chỉ sau Thái Lan [1]. Theo Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long (Cuu Long Delta Rice Research Institute hay CLRR), tỉ lệ thất thoát sau thu hoạch khoảng 12 – 15%. Các chuyên gia sau thu hoạch của Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI) đưa ra con số thất thoát sau thu hoạch ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á khoảng 15 – 20% sản lượng và làm giảm 10 – 30% giá trị hay thu nhập cho người sản xuất. Với mức thiệt hại 12 – 15%, Đồng Bằng Sông Cửu Long mất từ 2,4 – 3,15 triệu tấn lúa/năm, tương đương 912 – 1260 tỷ đồng. Như vậy tổn thất sau thu hoạch không chỉ làm giảm sản lượng, mà còn ảnh hưởng lớn chất lượng, giá trị hạt gạo, giảm thu nhập của nông dân [2]. Dù được mệnh danh là cường quốc xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới, nhưng giá gạo xuất khẩu Việt Nam vẫn thường thấp hơn gạo cùng loại trên thị trường thế giới so với Thái Lan giá gạo thấp hơn khoảng 160 USD/tấn. Những thị trường nhập khẩu gạo cao cấp trên thế giới vẫn do Thái Lan nắm giữ. Vấn đề này có liên quan không ít đến quá trình áp dụng công nghệ sau thu hoạch ở nước ta, chưa kể công nghệ sau thu hoạch của nước ta còn nhiều mặt hạn chế so với Thái Lan. Điều này gây ra tổn thất và giảm giá trị gạo rất lớn làm giảm khả năng cạnh tranh của gạo Việt Nam trên thị trường quốc tế. Việc này xảy ra do hàng loạt các yếu tố từ sơ chế, tồn trữ đến chế biến chưa hợp lý, thể hiện ở nhiều mặt [3]: • Đầu tư cho công tác nghiên cứu khoa học còn thấp. • Chưa quan tâm nhiều về việc nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu. • Nhận thức của người lao động chưa đúng. • Trang thiết bị còn lạc hậu thiếu thốn. • Áp dụng công nghệ chưa phù hợp. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 6 Để khắc phục được điều này, cần đầu tư nghiên cứu cải tiến từ giai đoạn giống, gieo trồng, quy trình chế biến gạo và bảo quản sau chế biến để có được chất lượng tốt nhất và mang lại giá trị cao cho hạt gạo Việt Nam. Vì thị trường trong nước và trên thế giới ngày càng yêu cầu chất lượng gạo cao hơn. Còn đối với nhà sản xuất, chế biến gạo thì đòi hỏi một dây chuyền chế biến gạo với hiệu suất thu hồi gạo cao, đạt về chất lượng, tiết kiệm năng lượng. Do đó, việc nghiên cứu phát triển, cải tiến các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo để kiểm tra chất lượng gạo đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển ngành chế biến lương thực. 1.1.2. Tổng quan về quy trình chế biến gạo tại Việt Nam Để tiến hành nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo, cần tìm hiểu về quy trình công nghệ chế biến gạo tại Việt Nam hiện nay, chủ yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long. Quy trình công nghệ chế biến gạo được trình bày trong hình 1.1. Hình 1.1: Quy trình công nghệ chế biến gạo. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 7 Nguyên liệu đầu vào của quy trình chế biến là lúa được thu mua trên thị trường và đầu ra là gạo đã được đóng bao. Sau đây là các công đoạn và các thiết bị tương ứng trong quy trình chế biến gạo. a. Công đoạn 1: Cân (Cân định lượng) Cân khối lượng thóc đầu vào. b. Công đoạn 2: Chứa vào thùng (Thùng chứa) Sau khi cân nhập liệu xong, thóc được đưa vào thùng chứa. c. Công đoạn 3: Làm sạch (Máy làm sạch) Đầu vào là thóc từ thùng chứa sẽ được đưa qua máy làm sạch để làm sạch các tạp chất trong thóc như: đá, sạn, dây bao, cát bụi, rơm, … có kích thước khác với kích thước hạt nguyên liệu được phân ly qua lỗ sàng. Đầu ra của công đoạn này là thóc đã được làm sạch thô. d. Công đoạn 4: Bóc vỏ thóc (Máy bóc vỏ) Thóc nguyên liệu sau khi được làm sạch thô sẽ được cho vào máy bóc vỏ nhằm tách đi lớp vỏ (trấu) bên ngoài. Hỗn hợp thu được sau khi bóc vỏ bao gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn. e. Công đoạn 5: Tách trấu (Máy tách trấu) Hỗn hợp gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn bóc vỏ sẽ được đưa qua máy tách trấu nhằm loại bỏ trấu trong hỗn hợp. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra của máy tách trấu bao gồm: gạo, thóc, tấm, sạn. f. Công đoạn 6: Tách sạn (Máy tách sạn) Hỗn hợp gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn tách trấu vẫn còn lẫn sạn và một số tạp chất khác (giai đoạn làm sạch thóc nguyên liệu chỉ làm sạch thô) vì LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 8 vậy cần được tách sạn thêm ở công đọan này. Hỗn hợp thu được ở ngõ ra gồm: gạo và thóc. g. Công đọan 7: Tách thóc thô (Máy tách thóc) Hỗn hợp gồm: gạo và thóc sau khi qua máy tách sạn được đưa qua công đoạn tách thóc để thu được gạo và thóc riêng biệt. Gạo sẽ tiếp tục đi qua công đoạn xát trắng và thóc sẽ được đưa về máy bóc vỏ. h. Công đoạn 8: Xát trắng lần 1 (Máy xát trắng 1) Gạo sau khi được tách thóc ở công đoạn 7 sẽ được cho qua máy xát trắng. Nhiệm vụ của công đoạn này là bóc đi lớp cám trên bề mặt hạt gạo và làm trắng gạo. i. Công đoạn 9: Xát trắng lần 2 (Máy xát trắng 2) Gạo sau khi được xát trắng ở công đoạn 8 sẽ được cho qua máy xát trắng 2. Nhiệm vụ của công đoạn này là tiếp tục bóc đi lớp cám trên bề mặt hạt gạo và làm tăng độ trắng của gạo. Sản phẩm của công đoạn này là gạo được làm trắng. j. Công đoạn 10: Đánh bóng lần 1 (Máy đánh bóng 1) Gạo sau khi được xát trắng được đưa qua máy đánh bóng 1 để làm bóng gạo. k. Công đoạn 11: Đánh bóng lần 2 (Máy đánh bóng 2) Gạo sau khi qua máy đánh bóng 1 được đưa qua máy đánh bóng 2 để làm tăng độ bóng của gạo. Sản phẩm của công đoạn này là gạo đã được đánh bóng. l. Công đoạn 12: Tách thóc tinh (Máy tách thóc) Gạo sau khi qua máy đánh bóng vẫn còn một lượng nhỏ thóc, nên được đưa qua máy tách thóc để tách lượng thóc lẫn này. Thóc thu được sẽ đưa về máy bóc vỏ, còn gạo sẽ đưa qua công đoạn sấy. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 9 m. Công đoạn 13: Sấy (Hệ thống sấy) Trong quá trình đánh bóng gạo có sử dụng hơi nước để tạo một lớp hồ áo qua gạo. Vì vậy gạo ở công đoạn đánh bóng có một lượng ẩm nhất định. Vì vậy cần phải qua quá trình sấy để làm cho gạo có một lượng ẩm nhất định. Sau đó gạo sẽ được làm mát để giảm nhiệt độ gạo trong quá trình sấy. n. Công đoạn 14: Chọn hạt (Máy chọn hạt) Gạo sau khi được làm bóng sẽ được qua máy chọ hạt nhằm phân loại ra các loại hạt có kích thước khác nhau. o. Công đoạn 15: Trộn gạo (Máy trộn gạo) Công đoạn này nhằm trộn các loại hạt với nhau để thu được loại gạo có chất lượng nhất định. p. Công đoạn 16: Cân (Hệ thống cân – đóng bao) Ở công đoạn này gạo sau khi trộn sẽ được cân và đóng bao lại. Các thiết bị sử dụng trong dây chuyền và các thông số ảnh hưởng đến chất lượng gạo Theo quy trình công nghệ chế biến gạo nêu trên cần phân ra các công đoạn chính tương ứng với các thiết bị để tạo ra sản phẩm gạo như sau: Bảng 1.1: Thiết bị dùng trong dây chuyền chế biến gạo. STT Công đoạn Thiết bị 1 Bóc vỏ Máy bóc vỏ 2 Tách trấu Máy tách trấu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 10 3 Tách sạn Máy tách sạn 4 Tách thóc thô Máy tách thóc thô 5 Xát trắng Máy xát trắng 6 Đánh bóng Máy đánh bóng 7 Tách thóc tinh Máy tách thóc tinh - Máy bóc vỏ: + Tỉ lệ bóc vỏ K BV : Tỷ lệ bóc vỏ đặc trưng về mặt số lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ. Nó được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng thóc được bóc vỏ sau mỗi lần bóc vỏ với khối lượng thóc trước khi cho vào máy bóc vỏ. HH G BV m m K = Trong đó: m G : khối lượng gạo sau khi bóc vỏ. m HH : khối lượng hỗn hợp mẫu từ máy bóc vỏ đã được tách trấu. + Tỷ lệ gãy vỡ K GV : Tỷ lệ gãy vỡ đặt trưng về mặt chất lượng cho quá trình làm việc của máy bóc vỏ. Nó được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng tấm với toàn bộ khối lượng nhân được bóc vỏ (gạo lức, tấm, cám). HH T GV m m K = Trong đó: m T : khối lượng tấm. [...]... công đo n trong quy trình 1.6 Nội dung thực hiện của luận văn Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ chế biến gạo và các loại thiết bị đo trong dây chuyền - Tham khảo một số loại thiết bị đo có liên quan trong dây chuyền và xác định các đặc tính kỹ thuật của thiết bị cần thiết kế - Thiết kế thiết bị đo đa năng trong dây chuyền chế biến lúa gạo. .. khả năng phân loại hạt của máy 2.2 Thiết bị đo cho từng công đo n trong dây chuyền chế biến gạo Bảng 2.2: Thống kê các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo 2 Máy sử dụng Thông số cần đo Thiết bị đo Bóc vỏ Máy bóc vỏ Tỉ lệ bóc vỏ Thủ công Máy đo tỉ lệ gãy vỡ Tỉ lệ tấm lẫn Máy đo tỉ lệ tấm lẫn Tỉ lệ gạo lẫn trong thóc lép 1 Công đo n Tỉ lệ gãy vỡ Stt Máy đo tỉ lệ gạo lẫn Tách trấu Máy tách trấu SVTH:... yêu cầu đặt ra là cần một thiết bị có khả năng đo được nhiều thông số chất lượng trong dây chuyền chế biến gạo Thiết bị này được gọi là thiết bị đo đa năng 2.3 Thiết bị đo đa năng Thiết bị đo đa năng đo được các thông số chất lượng được trình bày trong bảng 2.3 Bảng 2.3: Các thông số chất lượng thiết bị đo đa năng đo được Stt Vùng lấy mẫu cho thiết bị đo đa năng Thông số đo - Tỉ lệ bóc vỏ 1 Mẫu lấy... như các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo Thiết bị đo tỉ lệ bóc vỏ và tỉ lệ thóc lẫn Hình 1.2: Quạt B2/PS • Công dụng Dùng để đo tỉ lệ bóc vỏ và tỉ lệ thóc lẫn trong gạo đầu ra của các thiết bị trong dây chuyền chế biến gạo • Nguyên lý hoạt động Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc phân loại dựa và sự khác nhau về trọng lượng riêng của các thành phần trong hỗn hợp Các thành phần trong hỗn... Như trình bày ở trên, các thiết bị đo dùng trong dây chuyền chế biến gạo là rời rạc, đơn chiếc giá thành lại cao Nhu cầu sử dụng chúng trong sản xuất là rất lớn nhưng tình hình nghiên cứu thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo vẫn chưa được chú tâm đến nên việc nghiên cứu thiết kế thiết bị đo đa năng có khả năng kiểm tra nhiều thông số chất lượng gạo là vấn đề hết sức cấp thiết SVTH: NGUYỄN THANH... dụng các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo trên thế giới được ứng dụng rất nhiều, điển hình có một số nhà cung cấp các thiết bị đo các yếu tố đầu ra trong dây chuyền chế biến gạo như hãng Satake (Nhật), hãng Buhler (Đức), Agro – Indus (Malaysia), Zhejiang Zhancheng machinery Co.,LTD (Trung Quốc), … 1.2.2.1 Hãng Satake [4] Hãng Satake là hãng hàng đầu Nhật Bản về máy móc, thiết bị chế biến gạo cũng... THANH TÂN 22 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN Hình 1.12: Thiết bị đo độ trắng WSB-2 của Trung Quốc 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo ở Việt Nam Ở Việt Nam hiện nay việc nghiên cứu các thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo là chưa có, chỉ dừng lại ở mức ứng dụng Các thiết bị kiểm tra, giám sát thông số về chất lượng bán thành phẩm, thành phẩm... các thông số chất lượng Trong hỗn hợp mẫu từ máy bóc vỏ, khối lượng trấu không cần xác định, để dễ dàng cho việc đo thì cần một thiết bị loại bỏ trấu cho mẫu từ máy bóc vỏ, thiết bị này gọi là thiết bị thổi trấu Mẫu sau khi qua thiết bị thổi trấu sẽ là mẫu dùng để đo các thông số chất lượng của máy bóc vỏ Vị trí của thiết bị đo đa năng trong dây chuyền chế biến gạo được trình bày trong hình 2.2 SVTH:... trong gạo mHH: khối lượng hỗn hợp gạo Như vậy, trong dây chuyền chế biến gạo cần nâng cao chất lượng thì cần kiểm tra các thông số đã nêu trên, điều đó dẫn đến việc nghiên cứu thiết kế thiết bị đo sau này chế tạo là cần thiết nhằm phục vụ cho hơn 500 nhà máy chế biến gạo tại Việt Nam SVTH: NGUYỄN THANH TÂN 14 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN 1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị đo. .. gạo, tấm thất thoát Máy đánh bóng 6 Tách thóc Máy tách thóc Máy đo tỉ lệ gãy vỡ Độ trắng Máy đo độ trắng Độ trong suốt Máy đo độ trong suốt Máy đo độ ẩm Tỉ lệ gãy vỡ Đánh bóng Máy xát trắng Máy đo độ trắng Độ ẩm 5 Xát trắng Độ trắng Tỉ lệ gãy vỡ 4 Máy đo tỉ lệ gãy vỡ Tỉ lệ thóc lẫn Máy đo tỉ lệ thóc lẫn Theo tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị đo trong dây chuyền chế biến gạo được trình bày trong