Chương IV

ÐỊNH LƯỢNG VẬT LIỆU RỜI

Trong sản xuất thực phẩm, quá trình đo lường lượng nguyên liệu xác định, định lượng những vật liệu bổ sung và thành phẩm có ý nghĩa lớn. Ðịnh lượng phải đảm bảo tiến hành đúng các quá trình công nghệ, cách pha trộn đã qui định, phân lượng đúng và chính xác thành phẩm...

Quá trình định lượng vật liệu rời thường được tiến hành theo 2 cách:

−             Ðịnh lượng liên tục: vật liệu rời được cung cấp liên tục và không đổi theo thời gian. Có

thể xác định lượng cung cấp bằng cách xác định thể tích hoặc khối lượng vật liệu qua máy trong

một đơn vị thời gian.

−             Ðịnh lượng từng mẻ: phần lớn là quá trình cân tự động, khi đã nạp đủ lượng đã định, hệ

thống tự động sẽ đóng đường nạp liệu và tháo lượng sản phẩm trong máy ra. Lượng cung cấp

được xác định bằng thể tích hoặc khối lượng vật liệu trong một mẻ cân.

VÍT ÐỊNH LƯỢNG

Vít định lượng là thiết bị định lượng vật liệu rời với độ chính xác trung bình. Cấu tạo của vít

định lượng tương tự như một vít tải, tuy nhiên thường có kích thước tương đối nhỏ và không quá dài. Khi vít định lượng quay với số vòng quay không đổi, lượng cung cấp cũng không thay đổi theo thời gian. Ðể thay đổi lượng cung cấp, tốc độ quay của vít định lượng được điều chỉnh nhờ một bộ biến tốc vô cấp.

Năng suất của vít cấp liệu được xác định theo công thức :

D:  đường kính ngoài vít xoắn, m d : đường kính trong vít xoắn, m

S: bước vít, m, thường thường S = (0,8÷1) D

ψ: hệ số nạp đầy ψ = 0,6÷0,8

n: số vòng quay của vít xoắn, v/phút

thông thường n = 40-80 v/ph, khi độ linh động của sản phẩm giảm xuống thì n= 20-40 v/ph. Ðể tránh vật liệu tích tụ trong vít định lượng cần phải đảm bảo tỉ lệ :

D ≥ [4 - 5]dC

dC : kích thước lớn nhất của sản phẩm.

ρ*: khối lượng riêng xốp của vật liệu, kg/m3

Hình IV- 1. Vít định lượng

Lượng cung cấp của vít định lượng không hoàn toàn đồng đều theo thời gian do cấu tạo của vít và tính chất khó chảy thành dòng liên tục của vật liệu rời. Trong thực tế, lượng cung cấp thường xác định bằng đo đạc tại chỗ.

BĂNG ÐỊNH LƯỢNG

Cấu tạo giống băng tải vận chuyển nhưng ngắn hơn do chỉ dùng để định lượng hơn là vận chuyển. Phễu chứa nguyên liệu được lắp phía trên băng giúp cho việc cung cấp được đồng đều. Cửa ra của phễu nạp liệu có tấm chắn điều chỉnh diện tích cửa ra để thay đổi lượng cung cấp. Dọc theo hai bên băng có lắp thêm tấm chắn khi đó mặt cắt của lớp sản phẩm trên băng là một hình chữ nhật, giúp cho quá trình định lượng được chính xác. Lượng cung cấp có thể xác định theo công thức:

Q = v ⋅ b ⋅ h ⋅ k ⋅ ρ* = πD ⋅ n ⋅ b ⋅ k ⋅ h ⋅ ρ *

trong đó n: số vòng quay puli, v/phút

, kg/phút

b, h: bề rộng và chiếu dầy lớp vật liệu trên băng, m

v: vận tốc chuyển động của băng, m/s

D: đường kính puli chủ động, m

ρ∗: khối lượng riêng xốp của vật liệu, kg/m3

k: hệ số trượt giữa puli và băng

Ðể có thể tự động hoá quá trình định lượng, một hệ thống cảm biến thường được lắp để nhận biết sự thay đổi trọng lượng hoặc thể tích vật liệu trên băng. Khi trọng lượng vật liệu trên băng thay đổi, hệ thống cảm biến sẽ làm thay đổi tần số rung của một máy rung cấp liệu đặt ở cửa ra của phễu nạp liệu làm thay đổi tương ứng lượng cung cấp hoặc làm thay đổi số vòng quay của puli băng tải.

Hình 3 mô tả một hệ thống cảm biến nhận biết sự thay đổi chiều rộng lớp vật liệu nhờ một chùm tia gamma hẹp chiếu từ bên dưới. Cảm biến lắp phía trên nhận biết do dự thay đổi cường độ bức xạ gamma khi di xuyên ngang lớp vật liệu, từ đó có thể tính được khối lượng vật liệu cung cấp.

Hình IV- 2. Băng định lượng

Hình IV- 3. Băng định lượng có máng rung

Hình IV- 4. Đo lượng cung cấp bằng tia gamma

DĨA ÐỊNH LƯỢNG

Dĩa hay mâm định lượng là một dĩa quay nằm ngang, bên trên là phễu chứa vật liệu. Trên mặt dĩa có thanh gạt cố định, động cơ điện và bộ giảm tốc được bố trí bên dưới. Sản phẩm từ phễu chảy xuống dĩa quay, và phần vật liệu tiếp xúc với thanh gạt được lấy ra rơi xuống phía dưới. Lương vật liệu định lượng được điều chỉnh bằng cách dịch chuyển ống tiếp liệu di động phủ bên ngoài đoạn ống tháo của phễu chứa hoặc thay đổi vị trí thanh gạt vào sâu hay lùi ra khỏi dĩa quay. Ðộng cơ điện làm quay trục thẳng đứng qua cơ cấu truyền động. Năng suất của máy định lượng phụ thuộc vào thể tích sản phẩm trên dĩa, vào chiều cao và vị trí đặt ống điều chỉnh và số vòng quay của dĩa. Số vòng quay của dĩa trong khoảng vài vòng/phút nhằm tránh không để vật liệu bị văng ra do lực ly tâm.

Hình IV- 5. Dĩa định lượng             Hình IV- 6. Trống định lượng

TRỐNG ÐỊNH LƯỢNG

Là một thiết bị định lượng theo thể tích. Cấu tạo gồm một trống hình trụ đặt nằm ngang, trên bề mặt trống có hốc hoặc các ngăn. Trống được truyền động quay với số vòng quay thấp và có thể thay đổi được. Phía trên trống là phễu chứa nguyên liệu cần định lượng, phía dưới là ống dẫn nguyên liệu ra.

Khi trống quay, vật liệu trong phễu rơi vào hốc và được mang xuống tháo ra ở phía dưới. Do kích thước các hốc là bằng nhau và số vòng quay của trống là cố định nên lượng nguyên liệu tháo ra ở phía dưới là không thay đổi. Tùy thuộc vào số vòng quay của trống, nguyên liệu được định lượng khác nhau.

Ngoài ra còn có loại trống định lượng đặc biệt:

-Trống trơn: Sử dụng để định lượng nguyên liệu lượng nhỏ, nguyên liệu có kích thước hạt

nhỏ.

- Trống có hốc lớn: định lượng nguyên liệu có số lượng lớn (vài trăm kg/giờ)

Tốc độ vòng của trống từ 0,025 đến 1m/s. Thông thường các trống định lượng thay đổi lượng cung cấp bằng cách thay đổi số vòng quay trống nhờ các biến tốc vô cấp hoặc thay đổi số vòng quay động cơ bằng bộ biến tần.

Năng suất trống định lượng có thể tính theo

Q = n ⋅ m ⋅ V ⋅ ρ *

, kg/phút

trong đó               D: đường kính trống, m n: số vòng quay trống, v/phút m: số hốc trên trống

V: thể tích 1 hốc, m3

ρ∗: khối lượng riêng xốp của vật liệu, kg/m3

Ngoài ra còn có thể tính năng suất định lượng của trống bằng công thức

Q = v ⋅ F ⋅ k ⋅ ρ *

, kg/phút

trong đó               F : diện tích tiết diện lỗ, m2

v : tốc độ trung bình của sản phẩm chảy ra qua lỗ, m/s

k : hệ số nạp đầy của lỗ ra

ρ : khối lượng riêng xốp của sản phẩm, kg/m3

Ðể tính toán tốc độ trung bình của sản phẩm chảy ra có thể lấy bằng tốc độ vòng của thùng. Hệ

số nạp đầy của lỗ ra k phụ thuộc vào trọng lượng thể tích và thành phần cỡ hạt của vật liệu, trung bình lấy k = 0,7. Khối lượng riêng của sản phẩm càng lớn và thành phần của nó đồng đều thì đại lượng k càng lớn.

ĐỊNH LƯỢNG TỪNG PHẦN

Định lượng từng phần là lấy từng phần vật liệu rời từ khối vật liệu ban đầu, với thể tích hoặc trọng lượng của từng phần bằng nhau. Thiết bị định lượng từng phần làm việc gián đoạn theo chu kỳ, có thể điểu khiển bằng tay kết hợp với các cơ khí hoặc điều khiển tự động nhờ các hệ thống vi xử lý. Hình IV-7 mô tả chu trình làm viêc của một máy định lượng từng phần có bộ phần vi xử lý. Giai đoạn đầu là giai đoạn xả nhanh, đến khi đạt 97% trong lượng yêu cầu thi cửa

xả sẽ đóng bớt lại, dòng vật liệu chảy xuống chậm hơn. Khi vừa đủ trọng lượng, cửa xả đóng lại, sau đó cửa tháo vật liệu mở ra đổ toàn bộ lượng vật liệu vào bao bì.

Hình IV- 7. Qui trình định lượng từng phần có điều khiển