Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng lượng riêng bé nhất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

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 tối ưu cho máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN QUANG PHONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN VÒNG CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỒNG NAI, 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN QUANG PHONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN VÒNG CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NHƯ NAM ĐỒNG NAI, 2014
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu , kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tác giả luận văn Trần Quang Phong
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến: - Thầy TS. Nguyễn Như Nam, Giảng viên bộ môn Máy Sau thu hoạch - Chế biến, khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh là Giáo viên hướng dẫn đề tài .Thầy đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài. Qua thời gian làm việc cùng thầy, tôi đã có những kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận định đánh giá một vấn đề ...Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước vững chắc trong công tác giảng dạy của mình sau này. - Thầy PGS.TS Nuyễn Phan Thiết : Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học Trường Đại Học Lâm Nghiệp - Thầy PGS.TS Dương Văn Tài trưởng khoa sau Đại Học, Chủ nhiệm khoa cơ điện và công trình,Chủ nhiệm bộ môn máy chuyên dùng Trường Đại Học Lâm Nghiệp. - Ban Giám Hiệu , Phòng Đào tạo sau Đại Học Trường Đại Học Lâm Nghiệp và toàn thể giảng viên giãng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương trình đào tạo sau Đai Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn - Các Anh học viên lớp cao học khóa K20 năm 2012 – 2014 đã hổ trợ, giúp đở, động viên chia sẻ kinh nghiệm trong học tập và làm việc. - Xin cảm ơn quí Thầy, Cô phản biện đề tài cho những lời nhận xét quí báu. Qua những phản hồi đó tôi có thể để hoàn thiện hơn quá trình nghiên cứu. Tác giả Trần Quang Phong
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 vi Danh mục các bảng viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị ix MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu 5 1.1.1. Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi 5 sinh dạng viên 1.1.2. Tổng luận các công trình về máy ép viên kiểu khuôn vòng 9 1.2. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 13 1.2.1. Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh 13 1.2.2. Lý thuyết ép viên 17 1.2.3. Cấu tạo và lý thuyết tính toán máy ép viên kiểu khuôn 25 vòng cố định – cánh quay 1.3. Ý kiến thảo luận 32 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG 33 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 33 2.1.1. Mục tiêu tổng quát 33 2.1.2. Mục tiêu cụ thể 33 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 33 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 34 2.3. Nội dung nghiên cứu 34 2.4. Cách tiếp cận 34 2.5. Phương pháp nghiên cứu 34 2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 34 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 35 2.6. Phương pháp tối ưu hóa 45 2.6.1. Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu 45 2.6.2. Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 46 2.6.3. Giải các bài toán tối ưu hóa 47 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48 3.1. Nghiên cứu máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay 48 MEVKVCQ – 350 bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm 3.1.1. Mô hình thực nghiệm 48
iv 3.1.2. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I 50 3.1.3. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc II 55 3.1.4. Ý kiến thảo luận 67 3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khuôn vòng – 67 cánh quay MEVKVCQ – 350 3.2.1. Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu 67 3.2.2. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đơn mục tiêu 67 3.2.3. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đa mục tiêu theo 70 phương pháp trọng số 3.2.4. Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu 73 Chương 4 KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ 77 4.1. Kết luận 77 4.2. Kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 83 Phụ lục 1 Thực nghiệm theo quy hoạch bậc I 83 P.1.1 Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc I 83 P.1.2 Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên phân 84 P.1.2.1 Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi không 84 có số hạng chéo P.1.2.2 Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi có số 85 hạng chéo (mã hóa) P.1.3 Kết quả xử lý số liệu hàm mức tiêu thụ điện năng riêng ( 86 mã hóa) P.1.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng 86 riêng khi không có số hạng chéo (mã hóa) P.1.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng 87 riêng khi có số hạng chéo (mã hóa) Phụ lục 2 Thực nghiệm theo quy hoạch bậc II 89 P.2.1 Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc II 89 P.2.2 Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên( mã hóa) 90 P.2.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần I(mã 90 hóa) P.2.2.2 Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần II (mã 91 hóa) P.2.2.3 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng 92 mã hóa P.2.2.4 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng 92 thực P.2.3 Kết quả xử lý số liệu cho hàm mức tiêu thụ điện năng 93 riêng (mã hóa) P.2.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng 93 riêng lần I (mã hóa)
v P.2.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng 94 riêng lần II (mã hóa) P.2.3.3 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện 94 năng riêng ở dạng mã hóa P.2.3.4 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện 95 năng riêng ở dạng thực Phụ lục 3 Vẽ đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng 96 P.3.1 Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm độ bền 96 viên P.3.2 Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm mức tiêu 100 thụ điện năng riêng Phụ lục 4 Kết quả tính toán tối ưu hóa 103 P.4.1 Kết quả tính toán tối ưu hóa đơn mục tiêu 103 P.4.1.1 Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm y1 (hay B) 103 P.4.1.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) 103 P.4.2 Kết quả tính toán tối ưu hóa đa mục tiêu 104 Phụ lục 5 Một số hình ảnh thực hiện đề tài 109
vi Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Ký hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên A Điện năng tiêu thụ kWh Ar Mức tiêu thụ điện năng riêng kWh/t Ar Mức chi phí điện năng riêng để ép trung bình của mẫu kWh/t B Độ bền viên phân bón % B Độ bền viên phân ép trung bình của mẫu % f Hệ số ma sát của vật với thành khuôn - Fms Lực ma sát N G Mô đun đàn hồi Pa h Khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn ép mm Η Độ nhớt động lực pa.S k Số yếu tố đầu vào - k1 Hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu khi qua các lỗ - k2 Hệ số - M Khối lượng vật liệu ép tấn, kg n Số vòng quay vg/ph n Dung lượng mẫu - ntn Số thí nghiệm - n0 Số thí nghiệm lặp ở tâm - N Công suất điện sử dụng kw p Chỉ số rút gọn - q LƯợNG cung cấp kg/ph Q Năng suất máy tấn/h, kg/ph S1 Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón % được ép của mẫu thí nghiệm S2 Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện năng kWh/t riêng để ép của mẫu thí nghiệm s Chiều dày khuôn ép mm x1 Số vòng quay của trục máy (cánh quay) n ở dạng mã - hóa x2 Khe hở giữa đầu cánh và bề mặt khuôn h ở dạng mã - hóa x3 Bán kính cong cánh gạt Rc ở dạng mã hóa - x4 Năng suất hay lượng cung cấp q ở dạng mã hóa - x5 Bề dày khuôn s ở dạng mã hóa - y1 Hàm hồi quy độ bền viên phân ép ở dạng mã hóa % y2 Hàm hồi quy mức tiêu thụ điện năng riêng để ép kWh/t  Hệ số Poisson - R Bán kính cánh gạt m, mm Ω Vận tốc góc 1/s  Mức độ nén ép -
vii Pđ Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn N T Thời gian biến dạng s Z2 Số lỗ khuôn cái V Vận tốc m/s pc Áp suất dư cạnh bên N/m2  Mức điểm sao - 1; 2 Các trọng số hay thông số điều khiển - T Thời gian ép h, ph tp/2 Chuẩn số theo tiêu chuẩn student - p Mức nghĩa - τ0 ứng suất ban đầu Pa
viii Danh mục các bảng Số bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1. Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc I 41 (chưa ngẫu nhiên hóa). Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc II (chưa 43 ngẫu nhiên hóa)Box – Hun ter . Bảng 3.1. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I. 50 Bảng 3.2. Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc I. 51 Bảng 3.3. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II. 56 Bảng 3.4. Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc II. 57 Bảng 3.5. Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y1 (bề mặt đáp ứng). 63 Bảng 3.6. Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y2 (bề mặt đáp ứng.) 66 Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm tại chế độ làm việc tối ưu. 74
ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị Số hình Tên hình Trang Hình 1.1. Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản 6 xuất phân hữu cơ vi sinh Hình 1.2. Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh 6 Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng 7 Hình 1.4. Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn 8 Hình 1.5. Mô hình máy ép viên kiểu cối vòng con lăn 9 Hình 1.6. Kết cấu của buồng tạo viên 10 Hình 1.7. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn của hãng Bliss (Mĩ) 11 Hình 1.8. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn của hãng Myang 11 (Trung Quốc) Hình 1.9. Sơ đồ tác dụng của phân hữu cơ vi sinh tới cây trồng (theo 14 Baumann E. 1969) Hình 1.10. Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh 16 Hình 1.11. Các nguyên lý ép viên 19 Hình 1.12. Độ bền lý thuyết và đặc tính liên kết phụ thuộc vào kích 21 thước các phần tử Hình 1.13. Sự hình thành hạt theo phương pháp nén ép 25 Hình 1.14. Sơ đồ cấu tạo của máy ép viên khuôn vòng cố định – cánh 26 quay Hình 1.15. Máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay phẳng của khoa 28 Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh Hình 1.16. Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt 29 Hình 1.17. Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn 29 Hình 2.1. Thước mét (dạng thước cuộn) 36 Hình 2.2. Thước kẹp 36 Hình 2.3. Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238 37 Hình 2.4. Đồng hồ bấm giây 37 Hình 2.5. Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg 38 Hình 2.6. Cân điện tử 38 Hình 2.7. Đồng hồ đo cường độ dòng điện KYORITSU – 2017 38 Hình 2.8. Công tơ điện 3 pha AMSYS OMWH – 345T – 1 38 Hình 3.1. Mô hình bài toán ‘Hộp đen’ 49 Hình 3.2. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm 60 độ bền viên y1 dạng mã hóa. Hình 3.3. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm 60 độ bền viên B dạng thực. Hình 3.4. Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng không gian 3 chiều. 62 Hình 3.5. Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng phẳng. 62
x Hình 3.6. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến mức 64 tiêu thụ điện năng riêng để ép Ar dạng thực. Hình 3.7. Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm 64 mức tiêu thụ điện năng riêng để ép y2 dạng mã hóa. Hình 3.8. Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng không gian 3 chiều. 66 Hình 3.9. Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng phẳng. 66 Hình P.1 Máy ép viên. 109 Hình P.2 Kiểm tra máy ép viên trước khi vận hành. 109 Hình P.3 Vận hành máy ép viên. 109 Hình P.4 Thu sản phẩm. 110 Hình P.5 Viên phân được làm khô. 110
1 MỞ ĐẦU 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 cũng được phun trên lá (dinh dưỡng qua lá). Phân bón được chia thành phân bón hữu cơ và vô cơ, với sự khác biệt giữa chúng là nguồn gốc chứ không phải là sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng. Phân hữu cơ vi sinh bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ như các loại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng, phụ phế phẩm trong sản xuất thực phẩm ... Thành phần của phân hữu cơ 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 hữu cơ vi sinh rất thân thiện với cây trồng, con người, đất. 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 hoà 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 hữu cơ 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 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 hữu cơ 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.
2 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. Nguyên lý ép viên kiểu pittông được dùng chủ yếu để đóng bánh thức ăn chăn nuôi, ép tách pha lỏng, ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số công nghệ sản xuất. Năm 2011, Đỗ Hữu Quyết và Bùi Việt Đức [16, tr.650 – 661] đã áp dụng nguyên lý ép viên kiểu pittông để ép viên phân bón kiểu “dúi”. Do còn những tồn tại về mặt công nghệ bởi chính nguyên lý ép pittông là độ cứng, độ chặt viên quá lớn không thích hợp cho đa số cây trồng hiện nay. Mặt khác ép bằng pittông lại cho năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao, nguyên lý làm việc phức tạp,…nên thiết bị ép viên này mới dừng lại ở thử nghiệm. Nguyên lý ép vít được dùng chủ yếu để ép viên thức ăn thủy sản (dạng viên nổi hoặc chìm), ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số công nghệ sản xuất như ép bún tươi, chất dẻo, phân bón hữu cơ hoặc hữu cơ vi sinh,.…Trong giai đoạn từ năm 1980 – 2000, đã có nhiều công ty sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh như công ty Sông Gianh (Quảng Bình), Thiên Sinh (Thành phố Hồ Chí Minh),…sử dụng máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu vít. Nhưng các loại máy ép viên phân bón này cũng có nhược điểm là năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng và giá thành sản xuất cao, nên hầu hết các đơn vị này đều quay về với phương pháp vo viên truyền thống. Nguyên lý ép bằng trục cán được dùng nhiều trong sản xuất hóa chất, năng lượng, dược phẩm như phân bón vô cơ, viên thanh đốt có nguồn gốc thực vật hay năng lượng hóa thạch, thuốc chữa bệnh. Nguyên lý ép này có yêu cầu công nghệ chế tạo cơ khí cao, khó làm sạch trục cán cho đối tượng có độ dính và hệ số ma sát lớn nên chưa được ứng dụng trong công nghệ sản xuất viên phân bón hữu cơ vi sinh ở trong nước. Nguyên lý ép kiểu dập chỉ thích hợp cho sản phẩm viên có yêu cầu độ bền, độ cứng cao như thuốc chữa bệnh. Nguyên lý ép bằng rulo chỉ được dùng để đóng bánh rơm, cỏ để bảo quản, dự trữ làm thức ăn cho đại gia súc.
3 Nguyên lý ép bằng băng tải chỉ được dùng để ép tách nước sơ bộ. Nguyên lý ép kiểu trục có khuôn ép vòng và ép kiểu trục có khuôn ép phẳng được dùng chủ yếu trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, tạo viên chất đốt. Sử dụng nguyên lý ép này trong sản xuất phân bón hữu cơ cho năng suất thấp, khi hỗn hợp ép có độ ẩm, độ dính cao thì không thể tạo viên được. Để khác phục các tồn tại của phương pháp ép viên trong công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng, năm 2007 hai tác giả Trần Thị Thanh và Nguyễn Thị Kiều Hạnh đã đề xuất nguyên lý ép viên mới là ép kiểu khuôn vòng cố định – cánh ép quay cải tiến từ nguyên lý ép kiểu trục có khuôn vòng quay. Nhờ khắc phục được các tồn tại công nghệ của các phương pháp ép trước đó là độ bền, năng suất và dạng cấu trúc thiết bị nên nguyên lý ép cải tiến này đã được triển khai ở hầu hết các vùng miền trong nước. Do là nguyên lý ép mới, nên lý thuyết tính toán, kết cấu và công nghệ máy ép viên chưa được hoàn chỉnh, nên không thể xác định được các thông số tối ưu bằng lý thuyết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Vì vậy, việc xác định các thông số tối ưu cho loại máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh này để nâng cao hiệu quả sản xuất có tính cấp thiết và tính thời sự cao. Được sự chấp thuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Công trình, Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Như Nam, tôi thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón hửu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay” * Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng viên bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay. - Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng lượng riêng bé nhất. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Máy được nghiên cứu trên mô hình máy thực, tìm ra một số thông số tối ưu. - Góp phần giải quyết vấn đề sản xuất phân bón trong nước hiện nay.
4 * Tính mới của đề tài: Nguyên lý tạo viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định, cánh ép quay là nguyên lý làm việc mới. Nguyên lý này khác biệt với nguyên lý ép viên kiểu khuôn quay, trục quay dùng tạo viên trong sản xuất thức ăn chăn nuôi. Vì vậy các thông số kết cấu, thông số kỹ thuật và thông số công nghệ của máy ép viên theo nguyên lý chưa được nghiên cứu đầy đủ, sẽ là tính mới cho đề tài của luận văn. Đề tài được nghiên cứu dưới dạng luận văn thạc sĩ nên bị hạn chế về thời gian, kinh phí. Được tiến hành thực nghiệm trên mô hình máy thực nên gặp trở ngại về thời gian tổ chức thực nghiệm, kinh phí thực hiện. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy, cô trong và ngoài trường, các bạn đồng nghiệp, các cơ quan hữu quan đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn thạc sĩ .
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh dạng viên Trên thế giới, phân hữu cơ nói chung và phân hữu cơ vi sinh nói riêng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong canh tác cây trồng từ lâu. Với ưu điểm là nguồn nguyên liệu dồi dào, góp phần tận dụng các nguồn chất thải trong xử lý môi trường, tham gia vào quá trình cải tạo đất trồng, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành rẻ, khá thân thiện với môi trường, nên phù hợp cho các nước đang phát triển. Với việc chủ động bổ sung và tạo môi trường thuận lợi để vi sinh vật có ích cho cây trồng nên các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển từ phân bón hữu cơ thành phân bón hữu cơ vi sinh. Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dần được hoàn thiện về công nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất. Do đơn giản về dây chuyền thiết bị, giá thành sản phẩm là phân bón hữu cơ vi sinh rẻ, thời gian bảo quản ngắn, yêu cầu môi trường bảo quản mang tính địa phương, nên hầu hết công nghệ, dây chuyền thiết bị đều do các nước tự nghiên cứu, sản xuất. Vì vậy lợi nhuận chuyển giao công nghệ, và sản xuất dây chuyền thiết bị thấp, cạnh tranh với sản phẩm và dây chuyền thiết bị sản xuất phân bón công nghiệp (như các loại phân hóa học, vô cơ,…) nên không được các nhà sản xuất, thương mại quan tâm. Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định đạm cây họ đậu và phân vi sinh vật phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật. Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số vi sinh vật phân giải lân. Phân hữu cơ vi sinh trong nước được sản xuất dựa trên 3 nguồn nguyên liệu cơ bản là : rác thải, chất thải trong chăn nuôi, than bùn.
6  Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn rác thải trình bày như hình 1.1 (chế biến thành nùn hữu cơ) và hình 1.2 (từ mùn hữu cơ chế biến thành phân hữu cơ vi sinh) [19, (2006)]. Xúc tác sinh học  Rác tươi  Ủ hoai  Than bùn  Phân loại kích thước bằng sàng rung Phế thải nằm trên sàng 20 mm Phân lọt qua sàng  20 mm  Loại nặng  Phân loại theo trọng lượng  Loại nhẹ (Mùn hữu cơ) Hình 1.1: Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh. (Theo [10], [19], [23], [24]) Chủng vi sinh Mùn hữu cơ (Azobacter và PSM) Bổ sung N, P, K, vi lượng Nuôi cấy phối trộn Phân hữu cơ Vo viên dạng viên Hình 1.2: Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh. (Theo [10], [19], [23], [24]) Đặc điểm của dây chuyền chế biến rác thành phân: Xử lý rác theo phương pháp ủ kỵ khí: trong điều kiện khí hậu nóng và ẩm ướt ở Việt Nam thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ được tiến hành nhờ tác đụng của các vi sinh kỵ khí là thích hợp và tối ưu nhất, nhiệt độ trong đống rác có thể lên
7 tới 50 ÷ 600C. Để thời gian ủ rút ngắn 3 ÷ 4 tuần, nên đưa vào một lượng nhỏ chất hoạt hóa vi sinh vào trong rác hay vi khuẩn chịu nhiệt. Sau khi rác thành mùn hữu cơ thì quá trình tách lọc và loại bỏ tạp chất được thực hiện qua sàng rung. Công đoạn chế biến mùn hữu cơ thành phân bón: tiếp theo là công đoạn phối trộn các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng, thực vật, cố định Nitơ, phân giải hợp chất chống phốt phát khó tan và tạo viên phân.  Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân gia súc, gia cầm Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng trình bày như Hình 1.3. Phân chuồng Chất dinh Ủ Vi sinh vật phân dưỡng, chất giải chất hữu cơ khử mùi Phơi nắng Nghiền Phối trộn Vi sinh vật Phân hữu cơ vi sinh Sấy khô Vo viên Hình 1.3: Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng. (Theo [10], [19], [23], [24])  Sản xuất phân hữu cơ từ than bùn Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ than bùn trình bày như Hình 1.4. Đặc điểm công nghệ : nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ là than bùn và mùn rác thải, trong đó chủ yếu là than bùn, mùn cưa, mùn rác thải, bã thải (như mùn cưa, bã mía, vỏ cà phê,…). tất cả các nguyên liệu này lần lượt được xử lý qua các bước lý hóa, sinh hóa. Trước hết là phương pháp vật lý bao gồm phối tải và nghiền nhỏ. Tiếp theo là xử lý về môi trường để có độ pH thích hợp. Tác nhân hóa học gồm photphoric, lân nung chảy, đạm , kali, hoặc vôi bột. Cuối cùng là xử lý vi sinh
8 nguồn nguyên liệu vi sinh bằng vi khuẩn phân hủy xenlulo hoặc phân giải lân ủ với thời gian nhất định. Than bùn, mùn hữu cơ  Xử lý nhiệt  Men vi sinh 3 loại Xử lý cơ học   Nhân giống C1 Xử lý hóa học Đa lượng    Nhân giống C2 Ủ vi sinh Dung dịch N, P, K  Nghiền, đập  Dịch men vi sinh Phối trộn Vi lượng  Đóng bao Phân hữu cơ vi sinh dạng bột  Tạo viên  Sấy hạt  Phân loại Đóng bao Hình 1.4: Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn. (Theo [10], [20], [23], [24]) Theo Cục Trồng trọt [23], chỉ trong thời gian từ năm 2004 ÷ 2007, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn đã công nhận 74 sản phẩm phân hữu cơ vi sinh. Trong số sản phẩm này có một số loại phân hữu cơ vi sinh thông dụng là: Phân hữu cơ sinh học Sông Gianh: hàm luợng hữu cơ > 12%; P2O5 > 3%; vi sinh vật cố định nitơ, phân giải xenluloza, vi sinh vật phân giải các hợp chất photpho khó tan; vi sinh vật tổng số 5.106 con/gam; ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng. Phân hữu cơ vi sinh Thiên Sinh (KOMIX); hữu cơ >15%; vi sinh phân giải hợp chất photpho khó tan> 6.106 con/gam. Loại này sử dụng nhiều ở các vùng mía Tây Ninh.