Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa

cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa 1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa trên thế giới 1.3.1.1 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về quá trình ép của một số tác giả nước ngoài a) Nghiên cứu chuyển động của khối nguyên liệu trong quá trình ép Mối quan hệ giữa ứng suất và độ nhớt theo định luật Niutơn:  = dy dv  ; trong đó: dv dy là gradien tốc độ trượt (1.1) Đối với chất lỏng phi Niutơn, theo E.Bingham và Kh.Grin, quan hệ giữa ứng tiếp, độ nhớt, ứng suất tới hạn tuân theo quy luật: Tdy dv   ; Trong đó: T là ứng suất trượt tới hạn, N/m2 (1.2) 6 b) Nghiên cứu về máy ép vít Theo A.IA. Xokolov khi nghiên cứu về máy ép vít dùng để sản xuất thực phẩm, quan hệ giữa lực động Q và lực toàn phần P theo công thức: tbQ P.tg( )    (1.7) Trong đó: Q- lực tác dụng lên trục vít tại đường kính trung bình; P- lực toàn phần do áp suất ép; tb- góc nâng cánh vít tại đường kính trung bình; - góc ma sát giữa nguyên liệu và bề mặt cánh vít. 1.3.1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ sản xuất nước dứa trên thế giới Quy trình chung sản xuất nước dứa (hình 1.2). Hình 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất nước dứa Quy trình sản xuất nước dứa bao gồm nhiều khâu, trong đó băm ép nước dứa là khâu có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chi phí điện năng, chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi dịch quả. 1.3.1.3 Thiết bị ép nước dứa Hầu hết các dây chuyền chế biến nước dứa ở các nước có ngành công nghiệp chế biến dứa phát triển đều có công suất lớn, hiện đại, mức độ cơ khí hóa và tự động hóa cao với vùng nguyên liệu dứa tập trung hàng nghìn ha trở lên. 1.3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa ở Việt Nam 1.3.2.1 Công nghệ sản xuất nước dứa ở Việt Nam Trên cơ sở tiếp thu công nghệ sản xuất nước dứa của các nước phát triển, Bộ NN và PTNT đã ban hành tiêu chuẩn Việt Nam số 10TCVN 612-2005 về quy trình sản xuất nước dứa cô đặc, có điều chỉnh bổ sung cho phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. 1.3.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị ép nước dứa ở Việt Nam 7 Một số nhà máy chế biến dứa quy mô từ 2.0006.000 tấn sản phẩm/1 năm đã được xây dựng, trong đó phần lớn thiết bị nhập ngoại hiện đại, năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt nhưng cần vùng nguyên liệu lớn và vốn đầu tư lớn. Ở những vùng dứa trồng không tập trung, chi phí vận chuyển lớn, giá thành sản phẩm cao không phù hợp với các thiết bị nhập ngoại. Một số cơ sở sản xuất và trường đại học trong nước đã nghiên cứu chế tạo thiết bị ép nước dứa: Máy ép thủy lực PA-15TL (công ty TNHH công nghệ Sài Gòn) kiểu gián đoạn năng suất thấp; máy ép dứa ED-500 (đại học Nông nghiệp Hà Nội) bước đầu đạt kết quả tốt, tuy nhiên cần được nghiên cứu hoàn thiện thêm. Tại nhiều địa phương đang rất cần những thiết bị chế biến dứa chế tạo trong nước phù hợp với điều kiện, quy mô sản xuất và khả năng tài chính của các doanh nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm thiết kế, chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa đáp ứng nhu cầu sản xuất, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất gắn với vùng nguyên liệu là nhu cầu cần thiết hiện nay. 1.4 Kết luận Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về công nghệ và thiết bị chế biến dứa trong và ngoài nước, chúng tôi đề xuất một số nhiệm vụ nghiên cứu: 1. Về công nghệ: Lựa chọn công nghệ ép nước dứa liên tục bằng liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn vì nó có ưu điểm nổi trội so với các phương pháp lấy nước dứa khác là: Thiết bị làm việc liên tục, năng suất cao, tiết kiệm được chi phí nhân công, giảm chi phí điện năng, độ sót dịch quả tương đối thấp, thiết bị đơn giản dễ chế tạo, dễ vận hành có thể triển khai rộng rãi trong thực tế nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. 2. Về thiết bị: Cần nghiên cứu cải tiến về hình dạng và kết cấu bộ phận ép sao cho phù hợp với quá trình thoát dịch quả trong nguyên liệu dứa nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi dịch quả, giảm chi phí điện năng riêng. Đồng thời cần phải thiết kế bộ phận băm và ép trên cùng một khung máy nhằm giảm bớt số lượng nguồn động lực, cơ cấu truyền động tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa dây chuyền sản xuất và giảm lao động thủ công trong sản xuất. 3. Về nghiên cứu lý thuyết: Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của A.Ia Xokolov về quá trình nén ép thực phẩm lỏng nhớt bằng máy ép vít xoắn, xây dựng mô hình toán và khảo sát quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của vật liệu trong bộ phận ép làm cơ sở để xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy. 4. Về nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định một số thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện công nghệ, thiết kế cải tiến liên hợp máy băm ép nước dứa và triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất. 8 Chương 2 NGUYÊN LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu Nguyên liệu nghiên cứu là dứa quả Cayen trồng tại vùng Đồng Giao (Ninh Bình), đường kính trung bình 10 ÷ 12 cm, chiều dài trung bình 12 ÷ 14 cm, khối lượng trung bình 600 ÷ 800g, độ chín ở mức 1, mức 2 và mức 3. 2.2 Đối tượng nghiên cứu Là các thông số về cấu tạo, chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép dứa (ký hiệu BE-500). Sơ đồ cấu tạo của liên hợp máy (hình 2.1). Liên hợp máy gồm bộ phận băm và bộ phận ép được lắp trên một khung máy. Bộ phận băm được cấu tạo bởi hai hàng dao động hàn chặt trên trống băm, một hàng dao tĩnh lắp cố định vào vỏ máy. Bộ phận ép kiểu vít xoắn, mặt ngoài hình trụ tròn, trục của vít xoắn dạng côn có đường kính tăng dần về phía cửa thoát bã. Trục vít xoắn có thể di chuyển dọc trục để thay đổi khe hở cửa thoát bã nhờ bộ phận điều chỉnh khe hở cửa thoát bã. Với kết cấu như trên, liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 có những ưu điểm như sau: - Thực hiện đồng thời hai nguyên công băm và ép trên cùng một thiết bị nên tiết kiệm được lao động, giảm được nguồn động lực và cơ cấu truyền động, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa dây chuyền sản xuất. - Trục trong của vít xoắn có dạng hình côn, đường kính tăng dần và bước xoắn giảm dần phù hợp với việc giảm thể tích hỗn hợp do dịch quả thoát qua lỗ sàng, tạo ra áp suất ép tăng từ từ, nhờ đó bã được ép kiệt, hiệu suất thu hồi dịch quả cao. - Có thể ép một số loại quả khác có tính chất tương tự. Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo liên hợp máy băm ép dứa BE-500 7654 8 9 10 11 12 3 2 1 1- phễu cấp liệu; 2- bộ phận cào liệu; 3- bộ phận băm; 4- vít xoắn; 5- sàng và giá đỡ sàng; 6- cửa thoát bã; 7- bộ phận điều chỉnh khe hở cửa thoát bã; 8, 9, 12 - bộ truyền đai; 10- khung bệ máy; 11- động cơ. 9 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa Áp dụng kết quả nghiên cứu của A.Ia Xokolov về quá trình nén ép thực phẩm lỏng nhớt bằng máy ép vít xoắn, dùng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để xây dựng mô hình toán biểu diễn quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của vật liệu theo chiều dọc trục nhằm xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm định hướng cho việc thiết kế liên hợp máy. 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.3.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng riêng của từng yếu tố vào đến các thông số ra, qua đó xác định mức biến thiên, khoảng biến thiên và miền nghiên cứu của các yếu tố làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố. Các yếu tố vào: tốc độ quay của dao băm nd (vg/ph), tốc độ quay của vít xoắn n (vg/ph), khe hở cửa thoát bã s (mm) và chiều rộng lỗ sàng a (mm). Các thông số ra: độ sót dịch quả theo bã  (%), năng suất máy Q (kg/h) và chi phí điện năng riêng Nr (kWh/tấn). 2.3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố vào nhằm thiết lập phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố vào với các thông số ra làm cơ sở xác định giá trị tối ưu của các thông số. 2.3.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát Áp dụng phương pháp tối ưu tổng quát bằng cách lập “hàm mong muốn” tổng quát của E.C.Harrington để xác định giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào cho tất cả các thông số ra làm cơ sở để hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết kế chế tạo liên hợp máy. 2.3.3 Phương pháp xác định một sô thông số của quá trình nghiên cứu - Năng suất máy Q được xác định bằng cách cân khối lượng nguyên liệu ép được trong thời gian khảo nghiệm. - Chi phí điện năng riêng Nr được xác định bằng thiết bị đo chi phí điện năng kiểu điện tử hiện số. - Lượng dịch quả còn lại trong bã δ được xác định theo phương pháp dựa trên cơ sở xác định hàm lượng chất khô của bã ban đầu và hàm lượng chất khô của bã sau khi đã tách hết lượng dịch quả trong nồi chưng cách thủy. 2.3.4 Phương pháp xử lý gia công số liệu đo đạc Để xử lý và gia công các số liệu thí nghiệm, chúng tôi áp dụng qui tắc của lý thuyết xác xuất và thống kê toán học để đảm bảo độ tin cậy của số liệu thí nghiệm. 10 Chương 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP NƯỚC DỨA Trong liên hợp máy băm ép nước dứa, hai quá trình băm và ép diễn ra liên tục và kế tiếp nhau, trong đó ép là quá trình chính có tính chất quyết định đến năng suất, chất lượng và chi phí năng lượng riêng, băm là quá trình làm nhỏ sơ bộ vật liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép. Vì vậy trong nội dung luận án này chúng tôi chỉ nghiên cứu quá trình ép. 3.1 Mô hình hóa quá trình ép nước dứa 3.1.1 Mô hình kết cấu bộ phận ép nước dứa Bộ phận ép có nhiệm vụ phân chia pha lỏng - rắn của hỗn hợp dứa sau khi băm. Theo đặc điểm về kết cấu, bộ phận ép được phân thành hai vùng: vùng cấp liệu có chiều dài là Lc, vùng ép có chiều dài là Le (hình 3.1). Vùng cấp liệu tiếp nhận nguyên liệu từ bộ phận băm. Trong vùng này không có lưới sàng, không có sự thoát dịch quả, vít xoắn đẩy các lớp vật liệu tiến lại gần nhau, mật độ tăng dần nhưng tạo ra áp suất không đáng kể. Vùng ép thực hiện quá trình phân chia các pha: pha lỏng và khí thoát dần ra ngoài qua lỗ sàng, pha rắn được nén ép chặt lại và đạt được áp suất lớn nhất để ép kiệt trước khi thoát ra ngoài. Để xác định quy luật biến đổi vận tốc và áp suất của vật liệu theo chiều dài vít xoắn, ta lập hệ trục tọa độ pOx, tâm O đặt tại tâm mặt cắt đầu của vít xoắn. Trục x theo chiều chuyển động của vật liệu biểu diễn chiều dài của vít xoắn, trục p vuông góc với trục x biểu diễn áp suất ép. 3.1.2 Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép - Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng cấp liệu (hình 3.2):     nc vlc qc c qc v = v .tg v v tg v r . tg         (3.1) Trong đó: vnc- vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục; vvlc- vận tốc vòng của vật liệu so với trục vít; v- vận tốc vòng Lc Le p  R v rv o x L Hình 3.1 Mô hình kết cấu bộ phận ép Hình 3.2: Đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng cấp liệu 11 của vít xoắn; vqc- vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít; - góc nâng cánh vít. - Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng ép: ne tbc qev [v-(R x.tg ) ].tg .cos      (3.2) Công thức (3.1) và (3.2) cho phép khảo sát mối quan hệ giữa vận tốc của vật liệu theo chiều dài vít xoắn x. 3.1.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép Ứng dụng kết quả nghiên cứu quá trình nén ép vật liệu lỏng nhớt bằng vít xoắn của A.Ia. Xokolov, xây dựng được phương trình vi phân mô tả quá trình biến đổi áp suất của vật liệu trong vùng cấp liệu và vùng ép theo chiều dài vít xoắn x: 2 nc c tbc b 2 2 v v tb b 5 2 2 v v tb . . Rl ( 0,33 ) dp (R r )cos l dx 1,23.10 (R r )sin             , ( c0 x L  ) (3.3) nc ge e tbe2 b 2 2 v v tbe b 5 2 2 v v tbe . . .R l 0,33 [R (r x.tg ) ].cos ldp dx 1,23.10 [R (r x.tg ) ].sin                  , ( c c eL x L L   ) (3.4) 3.2 Mô phỏng quá trình ép nước dứa Để giải các phương trình (3.1÷3.4), chúng tôi dùng phương pháp số bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB. 3.2.1 Khảo sát sự biến đổi vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục Từ phương trình (3.1) và (3.2) vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc dọc trục của vật liệu trong vùng cấp liệu và vùng ép theo chiều dài vít xoắn (hình 3.3). Trong vùng cấp liệu, vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục không đổi. Trong vùng ép, vận tốc giảm dần về phía cửa thoát bã, thời gian vật liệu lưu lại trong buồng ép lâu hơn nên bã được ép kiệt hơn. 3.2.2 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu theo chiều dọc trục Giải phương trình vi phân (3.3) và (3.4), bằng phần mềm MATLAB với thông số đầu vào: x = 0, thì p = 0; x = Lc = z.S = 2.0,102 = 0,204m. Kết quả đã xác định được sự thay đổi áp suất của vật liệu theo chiều dọc trục làm cơ sở để khảo sát một số thông số cơ bản của quá trình ép (hình 3.4). Hình 3.3 Sự biến đổi vận tốc dọc trục của vật liệu vn theo chiều dài vít xoắn x 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 Van toc vat lieu theo chieu dai truc v = f(x) x [m] V an to c [m /s ] Vung cap l ieu Vung ep 0.048 0.23 Chieu dai truc x[m] 12 Trên cơ sở thí nghiệm ép nguyên liệu dứa trên máy ép thủy lực tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã xác định được áp suất ép cần thiết để có thể ép kiệt bã mà áp suất không quá lớn (pe = 50kG/cm2), không ảnh hưởng đến độ bền của các chi tiết máy và làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình ép. Trên đồ thị, áp suất đó tương ứng với chiều dài vít xoắn là L = 0,46m. 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng trục vít xoắn  đến áp suất của vật liệu trong quá trình ép Khảo sát sự thay đổi của áp suất ép theo chiều dọc trục khi thay đổi góc nghiêng  của trục vít xoắn (hình 3.5). Ứng với chiều dài vít xoắn L = 0,46m, các giá trị áp suất ép tương ứng với các góc nghiêng  (bảng 3.1). Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa áp suất ép ứng với góc nghiêng  khác nhau  (độ) 9 10 11 12 13 p (kG/cm2) 41,35 45,43 50,00 61,64 82,38 Khi góc nghiêng β tăng, đường kính trong của trục vít xoắn tăng, làm diện tích mặt cắt ngang của khối bã giảm, thể tích chứa bã giảm nên áp suất tăng. Đặc biệt khi góc  tăng tới 130 thì áp suất ép tăng lên rất lớn có khả năng gây kẹt bã ở cửa thoát. 3.3 Lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận ép Căn cứ mối quan hệ giữa áp suất ép và chiều dài vít xoắn đã xác định được chiều dài cần thiết của vít xoắn L = 0,46m, đồng thời căn cứ vào kết quả khảo sát mối quan hệ giữa áp suất ép với góc nghiêng , để đảm bảo khả năng ép kiệt bã với áp suất ép không quá lớn làm tăng chi phí năng lượng và gây kẹt bã ở cửa Hình 3.4 Sự thay đổi áp suất p của vật liệu theo chiều dọc trục x Hình 3.5 Áp suất của vật liệu theo chiều dọc trục khi thay đổi góc nghiêng  của trục vít xoắn 13 thoát, chúng tôi chọn góc nghiêng  = 110. Căn cứ vào kết quả khảo sát mối quan hệ giữa vận tốc di chuyển theo chiều dọc trục và chiều dài vít xoắn (hình 3.3), để tốc độ chuyển động của nguyên liệu trong bộ phận ép liên tục và chậm dần đều về phía cửa thoát bã, bước xoắn vít S và số vòng vít xoắn z được lựa chọn theo bảng 3.2. Bảng 3.2 Số lượng vòng vít và bước của vít xoắn Vùng cấp liệu Vùng ép Thứ tự vòng vít 1 2 3 4 5 6 7 Bước vít S (mm) 102 102 85 68 51 34 17 Tổng chiều dài vít xoắn là 460mm, gồm 7 vòng xoắn, trong đó vùng cấp liệu có 2 vòng với chiều dài Le= 204mm; vùng ép có 5 vòng, chiều dài Le=256mm. 3.4 Kết luận - Ứng dụng kết quả nghiên cứu quá trình ép thực phẩm lỏng nhớt trong máy ép kiểu vít xoắn của A.Ia Xokolov, đã xây dựng được mô hình toán biểu diễn quy luật biến đổi áp suất trong bộ phận ép. Kết quả tính toán là cơ sở khoa học cho việc khảo sát các tham số ảnh hưởng đến quá trình ép. - Kết quả khảo sát mối quan hệ của một số thông số đến quá trình ép đã xác định được: góc nghiêng của trục vít xoắn  = 110, chiều dài vít xoắn vùng cấp liệu Lc = 204mm, chiều dài vít xoắn ở vùng ép Le = 256mm, số lượng vòng xoắn z = 7 với chiều dài bước vít giảm dần theo chiều trục từ cửa nạp liệu đến cửa thoát bã phù hợp với quá trình ép dịch quả trong nguyên liệu dứa. Các thông số nghiên cứu trên là cơ sở để việc thiết kế bộ phận ép. Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Thí nghiệm xác định một số tham số của mô hình lý thuyết 4.1.1 Xác định vận tốc góc của vật liệu trong bộ phận ép Vận tốc góc của vật liệu được xác định thông qua vận tốc vòng của vật liệu nhờ thiết bị đo vận tốc bằng siêu âm hiển thị số E4DA-LS6, từ đó tính toán ra các giá trị của vận tốc góc q. Hình 4.1 Vị trí cảm biến đo vận tốc vòng của vật liệu trong bộ phận ép 14 Sơ đồ bố trí các cảm biến đo vận tốc của vật liệu (hình 4.1). Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị (hình 4.2). Trong vùng cấp liệu, áp suất của vật liệu gần như không đổi, trong vùng ép, áp suất giảm dần theo chiều dài vít xoắn. Mối quan hệ giữa vận tốc góc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng cấp liệu và trong vùng ép theo phương trình hồi quy: qc 1,01  (s -1) 7,8786xqe 0,9747.e   (s-1) (4.1) 4.1.2 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép Thí nghiệm xác định hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép được thực hiện trên máy ép thủy lực PA-15TL tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội. Hệ số giảm thể tích của vật liệu được tính bằng tỉ số giữa thể tích bã so với thể tích hỗn hợp bã dịch quả trước khi ép. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên đồ thị hình 4.3. Trong khoảng áp suất ép từ 030kG/cm2, thì ηge giảm rất nhanh do dịch quả trong hỗn hợp còn nhiều, tốc độ thoát dịch quả lớn. Khi áp suất lớn hơn 30 kG/cm2 thì ηge giảm chậm dần và khi p 50kG/cm2 thì ηge giảm không đáng kể bởi vì lượng dịch trong bã còn rất ít. Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích và áp suất ép được thể hiện bằng phương trình hồi quy: 0,0491p ge 98,468.e   (4.2) Hình 4.2 Đồ thị vận tốc góc quay của vật liệu trong bộ phận ép Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép 15 4.1.3 Xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã Tiến hành thí nghiệm ép hỗn hợp dứa trên máy ép thủy lực PA-15TL nhằm xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã, kết quả thí nghiệm thể hiện trên đồ thị (hình 4.4). Trong khoảng áp suất từ 30 ÷ 50kG/cm2, độ sót dịch quả theo bã giảm rất nhanh, khi áp suất ép tăng lớn hơn 50÷ 70kG/cm2 thì độ sót dịch quả giảm không đáng kể (từ 2,92% đến 2,58%), trong khi đó công suất điện cho động cơ cần tăng lên rất nhiều. Vì vậy, để đảm bảo độ sót dịch quả theo bã thấp và chi phí năng lượng cho máy ép không quá lớn, ta có thể chọn áp suất ép tối đa 50kG/cm2 là phù hợp đối với quá trình ép nước dứa. 4.1.4 Xác định ứng suất cắt giới hạn của vật liệu trong quá trình ép Tiến hành xác định ứng suất cắt giới hạn của vật liệu khi ép trên thiết bị đo ứng suất cắt EDJ-1. Kết quả thí nghiệm biểu diễn trên đồ thị (hình 4.5). Khi áp suất tăng thì ứng suất cắt giới hạn của vật liệu dứa tăng, vì khi đó dịch quả thoát ra khỏi hỗn hợp, hàm lượng bã rắn trong hỗn hợp tăng lên. Quan hệ giữa ứng suất cắt giới hạn với áp suất ép được thể hiện bởi phương trình hồi quy: 0,0483p408,36.e  (4.3) 4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố để xác định ảnh hưởng riêng của các yếu tố x1x4 đến các thông số ra Y1Y3.  (104N/m2)  = 408,36e0,0483p R2 = 0,9729 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 Áp suất nén p (kG/cm2) Ứ ng s uấ t c ắt g iớ i h ạn ( N /m2 ) Thực nghiệm Đường hồi qui Hình 4.5 Mối quan hệ giữa ứng suất cắt giới hạn với áp suất ép   = -0,0002p3+0,0322p2- 2,0346p+45,446 R2 = 0,9844 0 2 4 6 8 10 30 40 50 60 70 Áp suất ép p(kG/cm2) Đ ộ só t d ịc h qu ả  (% ) Hình 4.4 Ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã 16 Theo các kết quả trên đồ thị 4.6 ÷ 4.9, sau khi kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán theo tiêu chuẩn Fisher cho thấy: ba yếu tố vào n, s, a đều có ảnh hưởng lớn đến các thông số ra, riêng yếu tố nd ảnh hưởng không rõ rệt đến hàm chi phí năng lượng riêng Nr (F = 3,32<Fb = 3,5) nên không được chọn làm biến trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố. 4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Sau khi loại bỏ yếu tố tốc độ dao băm nd, các yếu tố vào và ra được ký hiệu lại như sau (bảng 4.1): Bảng 4.1 Ký hiệu và mã hóa các yếu tố vào và các thông số ra Các yếu tố vào Các thông số ra x1, n- tốc độ quay của vít xoắn,vg/ph, Y1, - độ sót dịch quả theo bã, %, x2, s- khe hở cửa thoát bã, mm, Y2, Q- năng suất máy, kg/h, x3, a- Chiều rộng lỗ sàng, mm. Y3, Nr- chi phí điện năng riêng, kWh/tấn. Kết quả nghiên cứu đơn yếu tố cho thấy mối quan hệ của yếu tố x1 x3 đối với các hàm Y1  Y3 không hoàn toàn là tuyến tính, vì vậy có thể bỏ qua phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 1 chuyển sang phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2. Ma trận thí nghiệm bậc 2 của Box - Willson với 3 yếu tố (m=3), tổng số Hình 4.8 Ảnh hưởng của khe hở cửa thoát bã s (mm) 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 440 400 480 520 560 600 4.5 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 5 10 15 20 25 S (mm) Q Nr q (kg/h) Nr (kWh/t)(%)  Hình 4.9 Ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a (mm) 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 440 400 480 520 560 600 4.5 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 a (mm) Q Nr q (kg/h) Nr (kWh/t)(%)  Hình 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ quay của dao băm nd (v/ph) 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 440 400 480 520 560 600 4.5 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 300 400 500 600 700 Nd (v/ph) Q Nr q (kg/h) Nr (kWh/t)(%)  Hình 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ quay của vít xoắn n (vg/ph) 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 440 400 480 520 560 600 4.5 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 100 150 200 250 300 q (kg/h) Nr (kWh/t)(%) n (v/ph)  Q Nr 17 thí nghiệm N=20 . Mức biến thiên, khoảng biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố vào (bảng 4.2). Bảng 4.2 Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố xi Các yếu tố ảnh hưởng Các mức biến thiên Giá trị mã hoá x1 ( vg/ph) x2 (mm) x3 (mm) Mức sao dưới Mức dưới Mức cơ sở Mức trên Mức sao trên -1,68 -1,00 0,00 1,00 1,68 116 150 200 250 284 11,6 10 15 20 23,4 0,73 1,0 1,4 1,8 2,07 Khoảng biến thiên iε 1,00 50 5 0,4 Kết quả thí nghiệm được xử lý trên máy tính, ta xác định được mô hình toán của các hàm Yj với các hệ số hồi quy có nghĩa (bảng 4.3). Bảng 4.3 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Yj Các hệ số hồi quy Y1 Y2 Y3 b0 2,1887495 520,8316549 4,2005463 b 1 -0,2577739 20,4833885 -0,3141164 b 2 0,2365018 15,7247987 -0,3198756 b 3 0,2494844 6,1693857 -0,1952988 b12 -0,0075000 -4,1375000 -0,0225000 b13 -0,0100000 -2,1125000 -0,0225000 b23 -0,0075000 0,3875000 -0,0225000 b 11 0,1711192 -7,4340143 0,2386020 b 22 0,1940945 -6,6210418 0,2545080 b 33 0,1410746 -5,0127701 0,2279980 Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán theo tiêu chuẩn Fisher, các giá trị tính toán F của các hàm Y1, ÷Y3 đều nhỏ hơn giá trị tra bảng Fb. Vì vậy, các mô hình toán trên đều đảm bảo tính thích ứng. Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực, phương trình hồi quy dạng thực có dạng như sau:  = 7,85006505 - 0,03253455n - 0,18561304s - 1,84509361a + 0,00006845n2 + 0,00776378s2 + 0,88171595a2 (4.4) Q = 50,96581675 + 1,99523505n + 14,40020987s + 124,27194106a - 0,01655ns – 0,105625na - 0,00297361n2 - 0,26484167s2 -31,32981314a2 (4.5) Nr = 16,00136529 - 0,04445865n - 0,36938473s - 4,47821280a + 0,00009544n2 + 0,01018032s2 + 1,42498775a2 (4.6) 18 Để phân tích mô hình toán, từ các phương trình hồi quy dạng thực (4.4  4.6) ta vẽ đồ thị 3D biểu diển ảnh hưởng của từng cặp 2 yếu tố còn các yếu tố khác được giữ ở mức cơ sở. Đã tiến hành xét ba cặp hai yếu tố ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu Y1  Y3. Đồ thị (hình 4.10  4.12) biểu diễn ảnh hưởng của cặp hai yếu tố khe hở cửa thoát bã s và tốc độ quay của vít xoắn n đến các hàm độ sót dịch quả  (Y1), hàm năng suất máy Q (Y2) và hàm chi phí điện năng riêng Nr (Y3). Qua các đồ thị (hình 4.10  4.12) cho thấy hàm độ sót dịch quả  và hàm chi phí điện năng riêng Nr là các hàm cực tiểu, hàm năng suất máy Q là hàm cực đại, các đồ thị trên cho thấy giá trị tối ưu của các thông số ra nằm trong miền nghiên cứu của các yếu tố ảnh hưởng. 4.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát Đã tiến hành giải