Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc của máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số làm việc máy ép viên phân vi sinh năng suất 1 tấn/h theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của máy và chất lượng sản phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc của máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN THỊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP VIÊN PHÂN VI SINH THEO NGUYÊN LÝ CON LĂN KHUÔN PHẲNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN THỊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP VIÊN PHÂN VI SINH THEO NGUYÊN LÝ CON LĂN KHUÔN PHẲNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ ANH ĐỨC Đồng Nai, 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học. Đồng Nai, ngày 15 tháng 4 năm 2016 Người cam đoan (Tác giả ký và ghi rõ họ tên) Trần Thị Hồng Liên
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Lê Anh Đức – Phó trưởng phòng đào tạo sau đại học trường Đại Học Nông Lâm T.P Hồ Chí Minh, đã dành rất nhiều thời gian tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Trân trọng cảm ơn BGH nhà trường, phòng sau Đại học, quý thầy, cô giáo trường Đại Học Lâm Nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình. Trân trọng cảm ơn BGH trường, phòng đào tạo sau Đại học, xưởng bộ môn Cơ khí trường Đại Học Nông Lâm T.P Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Trân trọng cảm ơn Ban giám đốc công ty TNHH Bách Tùng, Long Khánh, Đồng Nai. Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình làm và hoàn chỉnh luận văn. Xin chân thành cảm ơn!
iii MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt viii Danh mục các bảng x Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi Mở đầu 1 Chương 1. 4 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về phân vi sinh và công nghệ sản xuất phân vi sinh 4 1.1.1. Tổng quan về phân vi sinh 4 1.1.1.1. Khái niệm về phân vi sinh 4 1.1.1.2. Ưu, nhược điểm của phân vi sinh 4 1.1.2. Công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên 5 1.1.2.1. Quá trình sản xuất phân vi sinh 5 1.1.2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh 6 1.1.2.3. Các dạng viên nén 9 1.1.2.4. Thực trạng ép phân vi sinh hiện nay 11
iv 1.2.Các công trình về máy ép viên 12 1.2.1. Máy ép khuôn phẳng 12 1.2.2. Máy ép khuôn vành 13 1.2.3. Máy ép viên sử dụng trục vít 14 1.2.4. Máy ép viên trục ngang khuôn vòng con lăn 15 1.2.5. Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng con lăn 17 1.3. Ý kiến thảo luận 18 Chương 2 20 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu 20 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu 20 2.2.3. Dữ liệu nghiên cứu 20 2.3. Nội dung nghiên cứu. 21 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết 21 2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm 21 2.4. Phương pháp nghiên cứu 21 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21 2.4.1.1. Phương pháp kế thừa 21 2.4.1.2. Phương pháp tiếp cận 22 2.4.1.3. Phương pháp giải tích toán học 22 22
v 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 22 2.4.2.1. Vật liệu và thiết bị dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm 25 2.4.2.2. Phương pháp đo đạc thực nghiệm 26 2.4.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 27 2.4.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 29 2.4.2.5. Phương pháp tối ưu hóa, giải các bài toán tối ưu hóa 30 2.4.3. Phương pháp đo độ bền viên Chương 3 33 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình ép viên 33 3.1.1. Khái niệm 33 3.1.2. Ưu, nhược điểm của viên ép 35 36 3.1.3. Một số đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của viên 3.2. Quá trình tạo phôi kết dính và các phương pháp tạo viên 37 3.2.1. Cơ sở của quá trình tạo phôi kết dính 37 3.2.2. Các quá trình keo xảy ra khi gia nhiệt và ẩm 38 3.2.3. Các phương pháp tạo viên 39 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của viên 39 3.3.1. Số vòng quay của khuôn – Tốc độ của khuôn 39 3.3.2. Đường kính, chiều dày và lỗ khuôn 39 3.3.3. Khe hở trục con lăn và khuôn, góc giữa khuôn và con lăn 40
vi Chương 4 41 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1. Kết quả tính toán thiết kế 41 4.1.1. Các số liệu thiết kế ban đầu 41 4.1.2. Mô hình và nguyên lý máy ép viên con lăn khuôn phẳng 41 4.1.3. Tính toán thiết kế 42 4.2. Kết quả chế tạo 49 4.3. Kết quả thực nghiệm 50 4.3.1. Khảo nghiệm sơ bộ đánh giá khả năng làm việc của máy 50 4.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm 52 4.3.2.1. Xác định các chỉ tiêu nghiên cứu đầu ra của bài toán hộp 53 4.3.2.2. Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm 56 4.3.2.3. Phát biểu bài toán hộp đen 59 4.3.3. Thực nghiệm đơn yếu tố 60 4.3.4. Quy hoạch thực nghiệm 63 4.3.4.1. Xác định tâm và bước biến thiên của các yếu tố 63 4.3.4.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm 65 4.3.5. Kết quả quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu 66 4.3.5.1. Nghiên cứu chất lượng viên phân 67 4.3.5.2. Nghiên cứu mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép 72 viên 4.3.6. Xác định các thông số làm việc của máy ép viên phân 77 4.3.6.1. Bài toán tối ưu đa mục tiêu 78
vii 4.3.6.2. Kết qủa giải bài toán tối ưu 78 4.4. Ý kiến thảo luận 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 1. Kết luận 81 2. Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 85 Phụ lục 1: Một số hình ảnh thực hiện đề tài 85 Phụ lục 2: Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu 88 2.1. Kết quả xây dựng kế hoạch thực nghiệm 88 2.2. Kết quả xử lý số liệu hàm Cb 89 2.3. Kết quả xử lý số liệu hàm Se 90 92 Phụ lục 3: Kết quả giải bài toán tối ưu 3.1. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa một mục tiêu cho hàm Cb 92 3.2. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa một mục tiêu cho hàm Se 93 3.3. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 96
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Đơn vị Se Chi phí điện năng riêng kWh/tấn A Điện năng tiêu thụ kWh t Thời gian ép trong khuôn giây m Khối lượng phân ép được tấn Cb Độ bền viên % g1 Khối lượng viên phân đưa vào máy đo độ bền viên kg g2 Khối lượng viên phân sau khi đo đo độ bền viên kg β1 Độ nén ép kg/ m3 ρ0 Khối lượng riêng hỗn hợp trước khi ép kg/ m3 ρ1 Khối lượng riêng của hạt kg/ m3 ε Độ nén ép tương đối h0 Chiều dày khuôn mm d0 Đường kính lỗ khuôn mm f Hệ số ma sát của vật liệu với thành khuôn μ Hệ số Poisson Sk Diện tích bề mặt làm việc của khuôn m2 V Tốc độ cắt m/ph n Số vòng quay của khuôn ép vòng/phút q Lượng cấp liệu kg/h kt Hệ số đục lỗ khuôn c Hệ số giãn nở của khối ép ρ Khối lượng riêng kg/ m3
ix D Đường kính khuôn mm b Bề rộng làm việc của khuôn mm k Hệ số áp suất P Áp suất nén N Pđ Lực đẩy N Pc Áp suất dư cạnh bên N Q Năng suất kg/h k1 Hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu z Số con lăn ω Vận tốc góc rad/s β Góc kẹp giữa vật liệu khuôn và con lăn Độ N Công suất máy ép kW Fms Lực ma sát giữa bề mặt khuôn và con lăn N Ntt Công suất dẫn động kW η Hiệu suất bộ truyền MSLf Phương sai không tương thích MSEp Phương sai mẫu hay phương sai lặp Fb Giá trị tra bảng tiêu chuẩn Fisher Ft Độ tương thích R Hệ số tương quan
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 4.1 Kết quả khảo nghiệm sơ bộ 53 4.2 Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi n. 62 4.3 Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi h 63 4.4 Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi q 63 4.5 Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào 66 4.6 Kết quả quy hoạch thực nghiệm với tổng số 20 thí nghiệm 68
xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Tên hình Trang 1.1 Một số sản phẩm phân vi sinh trên thị trường 4 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất phân vi sinh 6 1.3 Than bùn để sản xuất phân vi sinh 7 1.4 Ủ than bùn với phế thải chăn nuôi 7 1.5 Máy nghiền phân vi sinh 8 1.6 Máy trộn phân vi sinh 8 1.7 Máy vo viên phân vi sinh 8 1.8 Máy sấy phân vi sinh 9 1.9 Thiết bị đóng gói 9 1.10 Các loại viên nén được sản xuất từ nguyên liệu khác nhau 10 1.11 Các loại hình dạng viên nén 10 1.12 Máy ép khuôn phẳng 13 1.13 Máy ép khuôn vành 14 1.14 Máy ép viên trục vít 15 1.15 Máy ép viên trục ngang khuôn vòng con lăn 16 1.16 Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng 18 2.1 Thước kẹp 22 2.2 Thước căn lá 23 2.3 Đồng hồ đo số vòng quay DT2234C 23 2.4 Đồng hồ bấm giây 23 2.5 Thiết bị đo nhiệt độ 24 2.6 Ampe kìm 24 2.7 Biến tần 25 2.8 Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60kg 25
xii 2.9 Cân điện tử 25 2.10 Mô hình bài toán “hộp đen” 26 2.11 Bề mặt đáp ứng và các đường đồng mức 30 2.12 Thiết bị đo độ bền viên phân 31 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ khuôn đến năng suất, chất lượng 39 viên 3.2 Hình dạng và kích thước lỗ khuôn 40 3.3 Ảnh hưởng khe hở giữa khuôn và con lăn đến chất lượng 40 viên 4.1 Mô hình máy ép viên con lăn khuôn phẳng 41 4.2 Bản vẽ lắp máy ép viên phân 50 4.3 Máy ép viên phân con lăn khuôn phẳng 51 4.4 Máy ép viên phân năng suất 1 tấn/h 52 4.5 Biến tần điều chỉnh số vòng quay của khuôn ép 59 4.6 Cơ cấu điều chỉnh khe hỡ giữa con lăn và khuôn ép 60 4.7 Bài toán “hộp đen” mô tả quá trình nghiên cứu 61 4.8 Qúa trình thực nghiệm tại công ty 67 4.9 So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Cb 70 4.10 Quan hệ Cb – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 70 đồng mức 4.11 Quan hệ Cb – n – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 71 đồng mức 4.12 Quan hệ Cb – h – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 72 đồng mức 4.13 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n,h và q đến hàm Cb 72 4.14 So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Se 74 4.15 Quan hệ Se – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 75 đồng mức 4.16 Quan hệ Se – n – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 76 đồng mức
xiii 4.17 Quan hệ Se – h – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 77 đồng mức 4.18 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n,q và h đến hàm Se 78
xiv
1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Phân bón cung cấp bổ sung cho đất các chất dinh dưỡng để thúc đẩy cây phát triển, nâng cao năng suất và chất lượng. Phân bón thường được dùng rải trực tiếp trên đất hay được phun trên lá (dinh dưỡng qua lá). Phân bón được chia thành 2 loại: phân bón hữu cơ và phân bón vô cơ. Phân vi sinh bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ như các loại phân chuồng, thân lá cây trồng, phụ phế phẩm trong sản xuất thực phẩm. Thành phần của phân vi sinh rất phong phú trong đó chứa hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Đây là nguồn nguyên liệu phong phú, không bao giờ cạn, có mặt khắp nơi, đôi khi nếu không xử lý hết sẽ gây ô nhiễm môi trường. Phân vi sinh cung cấp những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, không làm hại cho sức khỏe con người và làm đất trồng tơi xốp, giúp cây phát triển tốt hơn. Tuy nhiên khi bón cho cây trồng ở dạng bột thì phân tan nhanh, nếu bón ở ruộng lúa nước thì phân hòa tan nhanh vào nước, cây không kịp hấp thụ hết chất dinh dưỡng mà ta cung cấp, còn nếu bón trên cánh đồng khô thì tưới nước hay trời mưa thì hầu như lượng phân bón sẽ theo dòng nước tập trung vào những nơi đất trũng, vùng đất thấp. Chất dinh dưỡng trong phân tan nhanh không phù hợp với nhu cầu sinh trưởng của cây trồng. Vì vậy, phân bón cần được tạo viên. Có hai phương pháp tạo viên phân vi sinh chủ yếu là phương pháp vo viên và phương pháp ép viên. Viên phân được sản xuất bằng phương pháp vo viên cho độ bền viên kém hơn so với viên phân được sản xuất bằng phương pháp ép viên, thời gian viên phân tan trong nước hay trong môi
2 trường có độ ẩm cũng thấp hơn. Nhưng phương pháp vo viên lại có ưu điểm so với phương pháp ép viên là cấu tạo thiết bị tạo viên đơn giản, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp hơn. Mặt khác phân vi sinh là đối tượng gia công có tính dính, vón cục và hệ số ma sát lớn. Đây là những đặc tính ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của tất cả các máy tạo viên, kể cả máy ép viên hay máy vo viên. Có nhiều nguyên lý ép viên như: ép bằng píttông, ép bằng vít, ép bằng trục cán, ép kiểu dập, ép bằng rulo, ép bằng băng tải, ép kiểu trục có khuôn ép vòng, ép kiểu trục có khuôn ép phẳng. Tuy nhiên, những nguyên lý ép viên này vẫn còn một số tồn tại. Để khắc phục tồn tại của các nguyên lý ép viên trên và được sự chấp thuận của Ban Giám hiệu, phòng Sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của thầy PGS. TS. Lê Anh Đức trường Đại Học Nông Lâm T.P Hồ Chí Minh, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc của máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng”. * Mục đích nghiên cứu + Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số làm việc máy ép viên phân vi sinh năng suất 1 tấn/h theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của máy và chất lượng sản phẩm. + Xác định chế độ làm việc tối ưu của máy ép viên phân vi sinh. * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng.
3 - Phạm vi nghiên cứu: Một số thông số làm việc của máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng. * Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. + Phương pháp kế thừa. + Phương pháp tiếp cận. + Phương pháp giải tích toán học. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. + Phương pháp đo đạc thực nghiệm. + Phương pháp quy hoạch thực nghiệm. + Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm. + Phương pháp tối ưu hóa. + Phương pháp giải các bài toán tối ưu hóa. - Phương pháp đo độ bền viên. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Xác định được ảnh hưởng chế độ làm việc đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chất lượng sản phẩm viên phân sau khi ép. - Xác định được thông số làm việc tối ưu của máy. - Góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
4 Chương I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về phân vi sinh và công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên 1.1.1. Tổng quan về phân vi sinh 1.1.1.1. Khái niệm về phân bón vi sinh: - Phân bón là thức ăn do con người bổ sung cho cây trồng. Trong phân bón chứa nhiều chất dinh dưỡng cho cây như: đạm (N), lân (P), kali (K) và các nguyên tố vi lượng. - Phân bón vi sinh là sản phẩm chứa các vi sinh vật sống tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hay bào tử, các vi sinh vật này đã qua tuyển chọn có mật độ phù hợp thích nghi với môi trường sống. Phân vi sinh không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản. Hình 1.1: Một số sản phẩm phân vi sinh trên thị trường 1.1.1.2. Ưu, nhược điểm của phân vi sinh * Ưu điểm: - Tăng năng suất cây trồng lên rất nhiều.