Trang này đi sâu vào công nghệ nghiền bột. Bối cảnh rộng hơn — các nhánh khác, cách chọn giữa chúng — nằm ở trang kiến thức gia công.
Nguyên lý 1 — Va đập
Vật liệu bị đánh vỡ bởi lực va chạm từ búa quay, chốt quay, hoặc bởi chính các hạt va vào nhau ở tốc độ cao.
Đây là nguyên lý phổ biến nhất trong nghiền nông sản và dược liệu khô, vì nó nhanh và không kén hình dạng nguyên liệu đầu vào. Điểm yếu là dải cỡ hạt rộng: một mẻ va đập cho ra hạt to nhỏ lẫn lộn, nên gần như luôn phải kèm hệ rây phân loại phía sau.
Va đập hợp với vật liệu giòn — thứ vỡ ra khi bị đánh. Vật liệu dai hoặc dẻo thì chỉ bị biến dạng chứ không vỡ, và toàn bộ năng lượng chuyển thành nhiệt.
Nguyên lý 2 — Cắt
Vật liệu bị cắt bởi lưỡi dao chuyển động qua lưỡi cố định, giống cách kéo cắt.
Nguyên lý này dùng cho vật liệu dai, xơ hoặc dẻo — lá, thân cây, rễ có sợi — những thứ mà va đập không xử lý được. Nó cũng cho dải cỡ hạt hẹp hơn va đập vì kích thước bị giới hạn bởi khoảng cách giữa hai lưỡi.
Đổi lại, lưỡi dao mòn và cần mài hoặc thay theo chu kỳ. Lưỡi cùn không cắt nữa mà chuyển sang xé và chà, làm sinh nhiệt nhiều hơn hẳn và cho bột không đều.
Nguyên lý 3 — Chà xát và nghiền ép
Vật liệu bị nghiền giữa hai bề mặt chuyển động tương đối với nhau — nguyên lý cối xay cổ điển, và cũng là nguyên lý của nghiền bi.
Đây là cách đạt độ mịn cao nhất, vì hạt bị làm nhỏ dần qua nhiều lần tiếp xúc thay vì vỡ một lần. Nhưng cũng vì nhiều lần tiếp xúc mà nó sinh nhiệt nhiều nhất trong bốn nguyên lý.
Với vật liệu chứa tinh dầu hoặc hoạt chất nhạy nhiệt, đây là nguyên lý phải cân nhắc kỹ nhất. Cách giảm thiểu là chạy mẻ ngắn có nghỉ, hoặc hạ tốc độ và chấp nhận năng suất thấp hơn.
Nguyên lý 4 — Nghiền bằng dòng khí
Các hạt được gia tốc trong luồng khí áp suất cao và làm nhỏ bằng cách va vào nhau, không tiếp xúc với bộ phận cơ khí nào.
Hai ưu điểm nổi bật: nhiệt sinh ra rất thấp vì khí giãn nở lại có tác dụng làm mát, và không có mài mòn cơ khí nên không lẫn tạp chất kim loại từ thiết bị. Đây là lựa chọn cho vật liệu đặc biệt nhạy nhiệt hoặc yêu cầu độ tinh khiết cao.
Nhược điểm là chi phí vận hành cao và năng suất thấp so với các nguyên lý còn lại.
Tính chất vật liệu quyết định chọn công nghệ nghiền bột nào
Bốn tính chất cần biết trước khi chọn phương pháp.
Độ giòn. Vật liệu giòn hợp với va đập. Vật liệu dai cần cắt.
Độ ẩm. Đây là yếu tố bị xem nhẹ nhiều nhất. Trên một ngưỡng nhất định, vật liệu chuyển từ giòn sang dẻo — nó bết vào thành máy, bít lỗ rây, và không đạt cỡ hạt dù chạy bao lâu. Vì thế sấy đạt độ ẩm mục tiêu là điều kiện tiên quyết trước khi nghiền, không phải bước tuỳ chọn.
Hàm lượng dầu và chất béo. Nguyên liệu nhiều dầu có xu hướng vón thành khối khi bị ma sát làm nóng, thay vì tơi ra thành bột. Nhóm này thường cần hạ nhiệt độ hoặc nghiền kèm chất mang.
Độ nhạy nhiệt. Quyết định mức chấp nhận được của nhiệt ma sát, và do đó quyết định cả tốc độ chạy lẫn độ dài mẻ.
Dải phân bố cỡ hạt — thước đo thật của công nghệ nghiền bột
Hai lô bột cùng cỡ hạt trung bình có thể hành xử hoàn toàn khác nhau, nếu một lô có phân bố hẹp và lô kia phân bố rộng.
Bột phân bố rộng chứa cả hạt rất mịn lẫn hạt còn thô. Phần rất mịn làm bột bám thành phễu và tạo vòm khi nạp; phần còn thô gây lợn cợn khi pha uống. Cùng lúc mắc cả hai vấn đề, dù con số trung bình nhìn rất đẹp.
Đây là lý do một chỉ định cỡ hạt dùng được luôn gồm ba phần: cỡ mục tiêu, dải chấp nhận, và tỷ lệ tối đa nằm ngoài dải.
Rây phân loại: phần không tách rời của công nghệ nghiền bột
Hầu như không có thiết bị nghiền nào tự cho ra đúng dải mong muốn. Hệ rây làm hai việc: giữ lại phần chưa đạt để quay lại nghiền tiếp, và tách phần quá mịn nếu sản phẩm không muốn có.
Rây cũng là công cụ đo. Trên sàn sản xuất, cách xác nhận cỡ hạt là rây phân tách rồi cân từng phần — không phải sờ và ước lượng.
Từ nguyên lý tới sàn sản xuất
Cách các nguyên lý này được vận hành trong thực tế, cùng ba sự cố phổ biến nhất với hàng bột, trình bày ở xưởng gia công bột. Ứng dụng cho từng nhóm nguyên liệu xem tại bột nông sản và bột dược liệu.
Công nghệ nghiền bột và bài toán chi phí trên mỗi mức mịn
Độ mịn không phải một thang tuyến tính về chi phí. Càng xuống mịn, chi phí tăng nhanh hơn hẳn phần mịn thu được — và đó là lý do "mịn hơn nữa" nên là một quyết định có cân nhắc chứ không phải mặc định.
- Số lượt nghiền tăng. Đạt mức mịn cao thường cần nhiều lượt, mỗi lượt là một lần chạy máy.
- Hao hụt tăng. Bột càng mịn càng bám thiết bị và bay bụi nhiều hơn.
- Nhiệt sinh ra nhiều hơn. Nhiều lượt nghiền nghĩa là nhiều ma sát, và với nguyên liệu nhạy nhiệt thì phải xen kẽ thời gian làm nguội — kéo dài thời gian chiếm máy.
- Tỷ lệ không lọt sàng. Rây mắt nhỏ giữ lại nhiều hơn, và phần giữ lại phải nghiền lại hoặc bỏ.
Vì vậy câu hỏi đúng không phải "nghiền mịn nhất được bao nhiêu" mà là "sản phẩm cần mịn tới đâu để dùng đúng cách". Bột pha uống cần mịn để tan nhanh; bột đi vào viên nang cần độ chảy hơn cần mịn; bột ướp cần thô để bám bề mặt.
Chốt con số theo mục đích dùng, ghi vào tiêu chuẩn cơ sở, rồi mới đi so giá. Làm ngược lại thì hai báo giá đang nói về hai sản phẩm khác nhau.
Tài liệu đi sâu về công nghệ nghiền bột
Những bài dưới đây đi vào chi tiết kỹ thuật mà trang này chỉ nêu ở mức nguyên tắc. Đọc trước khi gửi yêu cầu sẽ tiết kiệm được một vòng trao đổi.
Câu hỏi thường gặp về công nghệ nghiền bột
"Mịn" là bao nhiêu?
Đây là từ gây tranh chấp nhiều nhất trong ngành, vì nó không có nghĩa cố định. Cách duy nhất tránh được là chốt bằng con số — cỡ hạt qua rây và tỷ lệ lọt sàng — rồi ghi vào tiêu chuẩn cơ sở trước khi chạy lô.
Cỡ hạt ảnh hưởng tới sản phẩm ra sao?
Tới bốn thứ: tốc độ hoà tan, độ lắng khi pha, cảm giác trong miệng, và tốc độ hút ẩm khi nằm trong kho. Bột càng mịn càng hút ẩm nhanh — nên cỡ hạt và bao bì phải quyết cùng lúc chứ không quyết nối tiếp.
Vì sao nguyên liệu chứa dầu phải nghiền khác?
Vì ma sát khi nghiền sinh nhiệt, và nhiệt đó vừa làm mất hương vừa làm bột bết lại thành mảng. Nhóm này cần nghiền có kiểm soát nhiệt, và đó là lý do đơn giá của chúng khác hẳn nguyên liệu khô thông thường.
Nghiền càng mịn có càng tốt không?
Không. Mịn hơn mức cần thiết làm tăng chi phí, tăng hao hụt do bám thiết bị, và làm bột hút ẩm nhanh hơn. Mức mịn đúng là mức vừa đủ cho cách sản phẩm sẽ được dùng — không hơn.