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 NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

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 NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

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

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

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

i Lời cam đoan

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

4 Chương 1.

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

4 1.1.1.1. Khái niệm về phân vi sinh 4

1.1.1.2. Ưu, nhược điểm của phân vi sinh 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

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

21 2.4. Phương pháp nghiên cứu

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

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

33 Chương 3

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

35 3.1.2. Ưu, nhược điểm của viên ép

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

41 Chương 4

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 59 4.3.2.3. Phát biểu bài toán hộp đen

60 4.3.3. Thực nghiệm đơn yếu tố

63 4.3.4. Quy hoạch thực nghiệm

4.3.4.1. Xác định tâm và bước biến thiên của các yếu tố

4.3.4.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm

4.3.5. Kết quả quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu

4.3.5.1. Nghiên cứu chất lượng viên phân 63 65 66 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

81 1. Kết luận

81 2. Kiến nghị

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

89 2.2. Kết quả xử lý số liệu hàm Cb

90 2.3. Kết quả xử lý số liệu hàm Se

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

96 3.3. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên Đơn vị

kWh/tấn Chi phí điện năng riêng Se

Điện năng tiêu thụ kWh A

t Thời gian ép trong khuôn giây

m Khối lượng phân ép được tấn

Độ bền viên % Cb

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

Độ nén ép kg/ m3 β1

Khối lượng riêng hỗn hợp trước khi ép kg/ m3 ρ0

Khối lượng riêng của hạt kg/ m3 ρ1

Độ nén ép tương đối ε

mm Chiều dày khuôn h0

Đường kính lỗ khuôn mm d0

Hệ số ma sát của vật liệu với thành khuôn f

Hệ số Poisson μ

Diện tích bề mặt làm việc của khuôn m2 Sk

m/ph V Tốc độ cắt

n Số vòng quay của khuôn ép vòng/phút

kg/h q Lượng cấp liệu

Hệ số đục lỗ khuôn kt

c Hệ số giãn nở của khối ép

Khối lượng riêng kg/ m3 ρ

Đường kính khuôn D mm

mm Bề rộng làm việc của khuôn b

Hệ số áp suất k

P Áp suất nén N

N Lực đẩy Pđ

Pc Áp suất dư cạnh bên N

Năng suất Q kg/h

k1 Hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu

z Số con lăn

Vận tốc góc rad/s ω

Góc kẹp giữa vật liệu khuôn và con lăn Độ β

N Công suất máy ép kW

Fms Lực ma sát giữa bề mặt khuôn và con lăn N

Công suất dẫn động kW Ntt

Hiệu suất bộ truyền η

MSLf Phương sai không tương thích

MSEp Phương sai mẫu hay phương sai lặp

Giá trị tra bảng tiêu chuẩn Fisher Fb

Ft Độ tương thích

R Hệ số tương quan

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

Kết quả khảo nghiệm sơ bộ 4.1 53

4.2 Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi n. 62

63 4.3 Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi h

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Tên hình

Trang 4

6 Hình 1.1 Một số sản phẩm phân vi sinh trên thị trường 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất phân vi sinh

1.3 7 Than bùn để sản xuất phân vi sinh

1.4 7 Ủ than bùn với phế thải chăn nuôi

8 1.5 Máy nghiền phân vi sinh 1.6 Máy trộn phân vi sinh

8 1.7 Máy vo viên phân vi sinh

9 1.8 Máy sấy phân vi sinh

9 Thiết bị đóng gói

1.9 1.10 Các loại viên nén được sản xuất từ nguyên liệu khác nhau 1.11 Các loại hình dạng viên nén 1.12 Máy ép khuôn phẳng 1.13 Máy ép khuôn vành 14

18 1.14 Máy ép viên trục vít 1.15 Máy ép viên trục ngang khuôn vòng con lăn 1.16 Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng

Thước kẹp 2.1 22

Thước căn lá 2.2 23

Đồng hồ đo số vòng quay DT2234C 2.3 23

Đồng hồ bấm giây 23 2.4

Thiết bị đo nhiệt độ 2.5 24

Ampe kìm 24 2.6

Biến tần 2.7 25

Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60kg 2.8 25

xii

Cân điện tử 25

2.9 2.10 Mô hình bài toán “hộp đen” 2.11 Bề mặt đáp ứng và các đường đồng mức 30

Thiết bị đo độ bền viên phân 2.12 31

3.1 39

Ảnh hưởng của tốc độ khuôn đến năng suất, chất lượng viên

Hình dạng và kích thước lỗ khuôn 3.2 40

3.3 40

Ảnh hưởng khe hở giữa khuôn và con lăn đến chất lượng viên

4.1 Mô hình máy ép viên con lăn khuôn phẳng 41

Bản vẽ lắp máy ép viên phân 50

52 4.2 4.3 Máy ép viên phân con lăn khuôn phẳng 4.4 Máy ép viên phân năng suất 1 tấn/h

Biến tần điều chỉnh số vòng quay của khuôn ép 59 4.5

Cơ cấu điều chỉnh khe hỡ giữa con lăn và khuôn ép 4.6 60

Bài toán “hộp đen” mô tả quá trình nghiên cứu 4.7 61

Qúa trình thực nghiệm tại công ty 4.8 67

So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Cb 70

70 4.9 4.10 Quan hệ Cb – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường

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

72 4.13 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n,h và q đến hàm Cb

So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Se 74

4.14 4.15 Quan hệ Se – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 75

đồng mức

76 4.16 Quan hệ Se – n – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường

đồng mức

xiii

4.17 Quan hệ Se – h – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường 77

đồng mức

78 4.18 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n,q và h đến hàm Se

xiv

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

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.

- 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.

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.

- Ít gây nhiễm độc hóa chất trong các loại nông sản thực phẩm so với

sử dụng phân bón hóa học.

- Góp phần quan trọng trong việc cải tạo đất, đáp ứng cho một nền

nông nghiệp hữu cơ bền vững, xanh sạch và an toàn.

- Giá thành phù hợp với sản xuất nông nghiệp.

- Có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết được việc làm cho

một số lao động, ngoài ra cũng giảm được một phần chi phí ngoại tệ nhập

khẩu phân hóa học.

* Nhược điểm:

- Phân hữu cơ vi sinh là loại phân bón được sử dụng chủ yếu để bón lót

với liều lượng thích hợp.

- Việc bón phân thường ở dạng thủ công và lộ thiên tạo sự phản cảm về

mỹ quan và phát tán mùi hôi.

- Điều kiện bảo quản nghiêm ngặt.

1.1.2. Công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên

1.1.2.1.Quá trình sản xuất phân vi sinh:

Quá trình sản xuất phân vi sinh thực chất là quá trình biến đổi sinh hóa

các nguyên liệu dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện hiếm khí. Kết

quả của quá trình này là nguyên liệu ban đầu được chuyển hóa thành mùn hữu

cơ vi sinh.

Phân vi sinh là hỗn hợp than bùn đã qua xử lý và các chế phẩm vi

sinh hay thành phần vô cơ khác. Công nghệ sản xuất phân vi sinh không

phức tạp, nó bao gồm hai quá trình chủ yếu là quá trình sinh học và cơ học.

Các quá trình cơ học trong sản xuất phân vi sinh gồm có nghiền, sàng

phân loại và định lượng tạo hỗn hợp, tạo viên. Trong quá trình sản xuất, để

sản phẩm đạt yêu cầu về thành phần dinh dưỡng cho cây, giá thành thấp cần

phải cơ giới hóa, tự động hóa và lựa chọn chế phẩm vi sinh vật tốt dùng ủ

phân.

Than bùn và các phế thải chăn nuôi được ủ lên men trong vòng từ 6-8

ngày, nghiền mịn, sàng phân loại rồi phối trộn thêm N, P, K; các thành phần

vi lượng, trung lượng. Hỗn hợp này được chuyển qua máy ép viên để tạo

viên có dạng hình trụ. Sản phẩm được sấy khô rồi đóng bao, với trọng

lượng từ (20 – 50) kg.

1.1.2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh

Than bùn, khử mùi

Phơi khô

Ủ lên men phân giải

Nghiền

Phối trộn thành phẩm

Bổ sung vi sinh vật chỉ định, vi lượng sản xuất

Ép viên (vo viên)

Sấy khô

Đóng bao

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất phân vi sinh.

Các công đoạn của quy trình sản xuất phân vi sinh:

Công đoạn 1: Từ than bùn, phế liệu hữu cơ thực vật là các thành

phần chính trong nguyên liệu sản xuất phân vi sinh được xử lý sơ bộ như

phơi, khử mùi (bằng chế phẩm vi sinh vật) nhằm khử bớt bitum (có trong

than bùn), phân loại bỏ đá, thủy tinh, nhựa (có trong bùn cặn) và làm cho

các nguyên liệu có độ mịn tương ứng, phù hợp cho trộn và ủ phân.

Hình 1.3. Than bùn để sản xuất phân vi sinh

Công đoạn 2: Ủ than bùn với phế thải chăn nuôi. Trong quá trình ủ,

hoạt động của các loài vi sinh làm phân huỷ các chất có hại và khoáng hoá

các chất hữu cơ tạo thành chất dinh dưỡng cho cây.

Hình 1.4. Ủ than bùn với phế thải chăn nuôi

Công đoạn 3: Nghiền hỗn hợp để sản phẩm đạt độ mịn

Hình 1.5. Máy nghiền phân vi sinh

Công đoạn 4: Bổ sung vi lượng, phối trộn nguyên liệu thành phẩm

Hình1.6. Máy trộn phân vi sinh

Công đoạn 5: Tùy vào mục đích sử dụng của sản phẩm bón cho từng

loại cây trồng mà phân được vo viên hay sử dụng dạng bột.

Hình 1.7. Máy vo viên phân vi sinh

Công đoạn 6: Sấy phân vi sinh trong thùng quay

Hình 1.8. Máy sấy phân vi sinh

Công đoạn 7: Định lượng với trọng lượng từ 50 kg và đóng gói thành

phẩm

Hình 1.9. Thiết bị đóng gói

1.1.2.3. Các dạng viên nén

- Viên nén được sản xuất từ phế phẩm nông nghiệp và thực phẩm như

trấu, rơm, lõi ngô, bã sắn, vỏ cà phê, bã mía…

- Viên nén được sản xuất từ phụ phế phẩm của ngành chế biến gỗ và

lâm nghiệp như mùn cưa, dăm gỗ, gỗ cành…

- Viên nén được sản xuất từ rác thải khó phân hủy.

Hình 1.10. Các loại viên nén sản xuất từ nguyên liệu khác nhau

Dựa vào hình dạng và kích thước, viên nén có nhiều hình dạng khác nhau,

đường kính từ (4 - 25)mm.

Dạng bánh Dạng viên Dạng thanh

Hình 1.11. Các loại hình dạng của viên nén

1.1.2.4. Thực trạng ép phân vi sinh hiện nay

Hiện nay có một số máy ép viên phân vi sinh đã được nghiên cứu. Mặc

dù, những nghiên cứu đã thu được kết quả bước đầu, nhưng chúng chưa đầy

đủ và có hệ thống, đặc biệt các kết quả nghiên cứu chưa được phổ biến và áp

dụng rộng rãi trong sản xuất, nghiên cứu và sản xuất ở nước ta vẫn chưa được

gắn kết chặt chẽ là những nguyên nhân làm giảm ý nghĩa khoa học, thực tiễn

của các đề tài nghiên cứu.

Ở máy ép viên kiểu cối (khuôn) vòng - con lăn [11], khi hỗn hợp ép có

độ dính cao, hỗn hợp bị trượt nhiều trên bề mặt con lăn ép, nên tạo nên lực ép

nhỏ. Vì vậy trong công nghệ sản xuất phân bón vi sinh dạng viên ít sử dụng

nguyên lý ép viên kiểu cối vòng - con lăn.

Việc thay thế con lăn bằng cánh gạt đã khắc phục cơ bản hiện tượng

trượt hỗn hợp trên bề mặt tạo lực ép viên. Nhược điểm này làm viên phân bón

có độ bền và kích thước viên không đồng đều, làm ảnh hưởng đến chất lượng

viên phân và không thỏa mãn yêu cầu của người tiêu dùng cũng như yêu cầu

kỹ thuật nông học. Do đặc điểm kết cấu, nên không thể bố trí dao cắt viên

theo yêu cầu kích thước.

Hỗn hợp phân bón vi sinh có độ ẩm lớn làm lực liên kết giữa các phần

tử trong cho hỗn hợp phân trong vùng nén ép nhỏ hơn lực ma sát giữa lỗ

khuôn và bề mặt viên trong lỗ khuôn.

Máy ép viên kiểu khuôn vòng cánh quay [10] có cấu tạo đơn giản, lực

ép thấp đòi hỏi bán kính cong của cánh quay phải chính xác nên yêu cầu công

nghệ chế tạo cao.

Với máy ép kiểu lô ép ngoài thì viên phân bị ba via khi khuôn mòn, hay

máy ép kiểu cối chày thì việc nâng cao năng suất vẫn còn nhiều hạn chế.

Từ những vấn đề còn tồn tại trên, việc nghiên cứu máy ép viên kiểu con

lăn khuôn phẳng vừa khắc phục những nhược điểm trên vừa có năng suất cao

đáp ứng nhu cầu sử dụng phân bón dạng viên hiện nay.

1.2. Các công trình về máy ép viên

1.2.1. Máy ép khuôn phẳng:

Máy ép khuôn phẳng được thiết kế khoảng đầu thế kỉ 20 để sản xuất

thức ăn cho gia súc. Kích thước của máy ép khuôn phẳng nói chung khá nhỏ

gọn so với máy ép khuôn vành nhờ kết cấu điều khiển đơn giản. Vì vậy thiết

kế máy ép khuôn phẳng được sử dụng nhiều hơn cho các loại máy ép viên

nhỏ. Bộ phận làm việc của máy ép khuôn phẳng gồm 2 thành phần chính:

khuôn và con lăn. Khi máy làm việc luôn có chuyển động tương đối giữa

khuôn và con lăn ( khuôn quay thì con lăn cố định, hoặc khuôn cố định thì

con lăn quay). Vật liệu ép (được cấp từ trên xuống qua phễu nạp liệu) sẽ được

nén một cách tự nhiên thành dạng viên ép hình trụ thông qua các lỗ trên

khuôn.

* Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, vận hành.

+ Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhỏ nên không chiếm nhiều diện tích

và dễ dàng di chuyển cũng như lau chùi, bảo dưỡng.

* Nhược điểm

+ Con lăn nhanh bị mòn trong quá trình làm việc.

+ Chất lượng sản phẩm không đồng đều.

Hình 1.12: Máy ép khuôn phẳng

1.2.2. Máy ép khuôn vành

Là một trong hai kiểu thiết kế phổ biến của máy ép viên , thiết kế máy

ép khuôn vành bắt đầu phát triển những năm 1950. Khác với máy ép khuôn

phẳng, máy ép khuôn vành luôn được sử dụng để sản xuất viên hàng loạt lớn

hoặc hàng khối. Máy ép khuôn vành không phổ biến như máy ép

khuôn phẳng vì giá cao và kết cấu phức tạp, nhưng nó có lợi thế vượt trội so

với máy ép khuôn phẳng trong sản xuất viên hàng loạt lớn. Bộ phận làm việc

của máy ép khuôn vành bao gồm khuôn ép hình vành khăn được đặt thẳng

đứng và con lăn được đặt phía trong của mặt khuôn. Nói cách khác các con

lăn là một phần của khuôn. Khi làm việc khuôn quay, các con lăn được cố

định sẽ chuyển động theo nhờ ma sat giữa các bề mặt tiếp xúc. Một ống nạp

liệu được sử dụng để cấp vật liệu ép từ bộ phận trộn vào cửa khuôn. Hầu hết

các loại máy ép viên khuôn vành chỉ có 2 con lăn, tuy nhiên cũng có 1 vài

máy có thể thiết kế 3 hoặc 4 con lăn. .

* Ưu điểm: .

+ Hao mòn sinh ra khi làm việc ít hơn so với máy ép khuôn phẳng.

+ Lực ép phân bố đều trên bề mặt làm việc nên đảm bảo chất lượng viên

ép đồng đều. .

+ Chất lượng viên ép tốt hơn. .

* Nhược điểm: .

+ Kết cấu phức tạp so với máy ép khuôn phẳng. Không thích hợp với

dạng sản xuất nhỏ, đơn lẻ. .

+ Giá thành cao. .

+ Cồng kềnh, khối lượng lớn, tính di động. .

Hình 1.13: Máy ép viên khuôn vành

1.2.3. Máy ép trục vít

Nguyên liệu với độ ẩm thích hợp được nạp qua cửa nạp liệu, đồng

thời động cơ điện truyền động cho trục vít ép, các bước vít thay đổi được

tạo ra lực ép, ép nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn theo hình dạng nhất định trên

khuôn. Khi nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn, bị dao cắt tạo thành những viên

có chiều dài cố định nhờ cơ cấu tạo cho dao cắt quay tròn quanh khuôn.

Hình 1.14: Máy ép trục vít

* Ưu điểm:

+ Vật liệu vận chuyển trong máng kín nên không tổn thất do rơi vãi

vật liệu, an toàn khi làm việc và sử dụng.

+ Dễ vận hành và thao tác.

* Nhược điểm:

+ Năng suất không cao.

+ Khối lượng riêng sản phẩm sau khi ép phụ thuộc vào lượng cấp

liệu đã nén.

+ Chi phí bảo dưỡng cao.

+ Máy có áp lực lớn dễ bị hư hỏng vì vít tải có sự ma sát giữa vật

liệu với vít tải rất lớn làm cho mặt vít và vỏ bị mòn nhiều.

1.2.4. Máy ép viên trục ngang khuôn vòng con lăn

Máy ép viên khuôn tròn được thiết kế vào những năm 1930. Nguyên

lý vận hành máy đơn giản, khối lượng nguyên liệu được phân bố trên bề

mặt bên trong của một khuôn có lỗ quay luân phiên cùng với các trục để

nén khối lượng nguyên liệu vào các lỗ khuôn và tạo thành viên nén.

Hình 1.15: Máy ép viên trục ngang khuôn vòng con lăn

Máy nén ép viên trên bề mặt khuôn tròn có cấu trúc vành khuôn

được lắp theo phương thẳng đứng, các con lăn ép tạo lực nén xoay xung

quanh, tiếp xúc nén ép vật liệu qua các lỗ hình trụ trên mặt khuôn. Chiều

dài của viên nén được cắt bởi dao cắt ( có thể điều chỉnh khoảng cách).

* Ưu điểm:

+ Phù hợp với sản xuất công suất lớn.

+ Luôn đảm bảo khoảng cách giữa con lăn ép với bề mặt khuôn.

+ Lực ma sát tác động lên khuôn nhỏ, tiêu hao năng lượng ít.

+ Kiểm soát dễ dàng tốc độ nén ép tạo viên.

+ Chất lượng viên nén tốt.

* Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư cao.

+ Chi phí cho khuôn và con lăn cao.

1.2.5. Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng con lăn

Máy ép viên trục đứng có thiết kế đầu tiên xuất hiện ở đầu thế kỷ 20,

nhìn chung có hai loại máy ép viên hiện đang được sử dụng trên thị trường,

loại khuôn quay và loại con lăn quay. Loại máy ép viên này áp dụng

nguyên lý thẳng đứng, nguyên liệu rơi xuống vào buồng nén do trọng

lượng của nó và được nén giữa co lăn và khuôn để tạo thành viên nén sau

khi đi qua các lỗ khuôn.

Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu rơi xuống vào buồng nén do trọng

lượng của nó và được nén bởi các con lăn và khuôn ép để tạo thành viên,

viên sau khi thoát ra khỏi lỗ khuôn được dao cắt thành viên, kích thước dài

ngắn thùy theo ta điều chỉnh chế độ làm việc của dao.

Hình 1.16: Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng con lăn

* Ưu điểm:

+ Phù hợp với các quy mô sản xuất khác nhau.

+ Dễ dàng vệ sinh làm sạch bề mặt khuôn.

+ Dễ dàng tháo lắp, thay đổi con lăn bộ khuôn.

+ Dễ dàng quan sát bên trong máy trong quá trình máy hoạt động để có thể

điều chỉnh chất lượng của sản phẩm.

* Nhược điểm:

Để có chất lượng viên tốt, chế độ làm việc của máy phải phù hợp.

1.3. Ý kiến thảo luận

Từ kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy phân vi sinh được sử dụng phổ

biến trong nghành nông nghiệp ở nước ta chủ yếu sử dụng dạng viên nén với

cây trồng. Tuy nhiên, hiện nay các thiết bị ép viên trong nước còn tồn tại một

số vấn đề như sau:

- Thiết bị vo viên dạng đĩa quay: mặc dù có năng suất cao, cấu tạo đơn

giản. Tuy nhiên, do đặc thù phải phun ẩm khi làm việc nên tốn thời gian phải

sấy khô do đó độ bền của viên phân không cao do quá trình tạo viên chủ yếu

là lực kết dính chứ không có lực ép.

- Thiết bị ép dạng vít: có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành và thao tác, tuy

nhiên khi ép khối lượng sản phẩm phụ thuộc vào lượng cấp liệu do đó năng

suất không cao, vít mau bị mòn.

- Máy ép khuôn vòng con lăn quay: chất lượng viên tốt nhưng cấu tạo

phức tạp, giá thành cao.

- Máy ép khuôn vòng – cánh quay: nguyên lý này yêu cầu biên dạng

cong của cánh quay phải có độ chính xác cao.

Hiện nay, trong các ngành chế biến phân, thiết bị ép viên chỉ dừng ở

mức có năng suất cao nhưng chất lượng sản phẩm vẫn chưa đạt yêu cầu.

Từ những vấn đề còn tồn tại và hạn chế ở trên, việc nghiên cứu kiểu máy

ép viên mới vừa khắc phục được những nhược điểm trên vừa có năng suất cao

đáp ứng được nhu cầu sản xuất và sử dụng phân bón hiện nay. Phương án đề

xuất nghiên cứu đó là máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn

phẳng có ưu điểm:

- Khuôn và con lăn có cấu tạo đơn giản.

- Chất lượng viên phân đồng đều, độ bền cao.

- Tùy theo yêu cầu của từng loại phân bón mà có thể thay được các

loại khuôn có đường kính lỗ hay bề dày khuôn khác nhau.

- Yêu cầu ẩm độ vật liệu đưa vào ép không cao.

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu 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.

2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu: Máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý

con lăn khuôn phẳng.

2.2.2. Phạm vi nghiên cứu: Một số thông số làm việc của máy ép viên

phân vi sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng.

Do thời gian nghiên cứu có hạn, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội

dung sau: Thiết bị nghiên cứu là máy ép viên phân vi sinh, vật liệu là phân vi

sinh (dạng bột), công nghệ là ép viên, thông số ảnh hưởng được lựa chọn để

nghiên cứu là một số thông số ảnh hưởng chính đến chất lượng sản phẩm và

chi phí điện năng riêng.

2.2.3. Dữ liệu nghiên cứu:

+ Nguyên liệu: phân vi sinh, dạng bột, độ ẩm 30% ±1

+ Năng suất: 1 tấn/h

+ Nguồn động lực: Động cơ điện 3 pha, 380V

+ Đường kính viên phân: (cid:0)8 mm

2.3. Nội dung nghiên cứu:

Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu

của đề tài tập trung giải quyết những nội dung sau:

2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu tổng quan về phân vi sinh, các thiết bị ép viên hiện có trên

thế giới và tại Việt Nam.

- Nghiên cứu tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép viên phân vi

sinh theo nguyên lý con lăn khuôn phẳng .

2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu xác định sự ảnh hưởng của các thông số làm việc của máy

đến chất lượng viên và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

- Xác định các thông số làm việc tối ưu cho máy ép viên kiểu con lăn

khuôn phẳng theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng

lượng riêng bé nhất.

2.4. Phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2.4.1.1. Phương pháp kế thừa

Nghiên cứu và lựa chọn các tài liệu liên quan một cách có hệ thống và

kế thừa có chọn lọc. Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa

trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn được kết

cấu và nguyên tắc hoạt động của thiết bị phù hợp nhất.

2.4.1.2. Phương pháp tiếp cận

Tiếp cận các tài liệu, thông tin: tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu, các

thông tin cần thiết có liên quan trên các tạp chí khoa học, công trình nghiên

cứu, tài liệu chuyên ngành, báo, đài, internet… Quá trình thu thập thông tin,

phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất.

2.4.1.3. Phương pháp giải tích toán học

Phương pháp giải tích toán học được sử dụng để giải quyết các bài toán

giải tích trong quá trình nghiên cứu cũng như giải các bài toán tối ưu hóa đa

mục tiêu.

2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.4.2.1. Vật liệu và thiết bị dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm [5]

- Vật liệu thí nghiệm: Phân vi sinh dạng bột, độ ẩm 30% ±1.

- Thiết bị dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm:

Hệ Mt

+ Thước kẹp của hãng FUJISAN 150mm, độ chính xác 0,01mm

Thân thước

Du Duxích

Hình 2.1. Thước kẹp.

+ Thước căn lá 100B 17, khoảng đo 0,02 – 1.00mm

Hình 2.2. Thước căn lá.

+ Đồng hồ đo số vòng quay DT 2234C – DIGITAL TACHOMETER, dải đo

từ (2,5 – 999,99) vg/ph, độ chính xác ±0,05%; đồng hồ bấm giây đo thời

gian.

Hình 2.3. Đồng hồ đo số vòng quay DT 2234C Hình 2.4. Đồng hồ bấm giây

+ Thiết bị đo nhiệt độ APECH AT- 430L2, khoảng đo –30 - 500oC, sai số 

0,01%.

Hình 2.5. Thiết bị đo nhiệt độ

+ Ampe kìm model 2055, AC/DC/A: 0 - 600 A; AC/DC/V: 0 - 600 V

Hình 2.6. Ampe kìm

+ Biến tần Invt CHF100A, tần số 0 - 120 Hz.

Hình 2.7. Biến tần

+ Đo khối lượng phân bằng cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg hoặc cân điện tử.

Hình 2.8. Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg. Hình 2.9. Cân điện tử.

2.4.2.2. Phương pháp đo đạc thực nghiệm

Các số liệu thí nghiệm cần xác định có hai loại: số liệu đo đạc trực tiếp và

số liệu xác định gián tiếp. Các số liệu đo đạc trực tiếp gồm thời gian thí

nghiệm, khối lượng phân, điện năng tiêu thụ... Còn lại, các số liệu kỹ thuật

đều xác định bằng các công thức tính toán sau khi đã đo đạc trực tiếp.

2.4.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm



Máy ép viên phân

vi sinh

Quá trình nghiên cứu được thực hiện dựa trên mô hình bài toán “hộp đen”.

Hình 2.10. Mô hình bài toán “hộp đen” mô tả quá trình ép viên phân vi sinh

Trong đó:

X1, X2,.. là các thông số nghiên cứu đầu vào của bài toán “hộp đen”.

Y1, Y2,.. là các chỉ tiêu nghiên cứu đầu ra của bài toán “hộp đen”.

Phương trình mô tả quan hệ giữa các yếu tố của bài toán “hộp đen” [1]





xb i

xb ii

2 i

k   1i

k   j,1i

xxb i ij i

(2.1)

có dạng:

Trong đó: bo, bi, bii, bij là các hệ số hồi quy được xác định bằng thực nghiệm.

- Lập kế hoạch thực nghiệm:

Phương án thực nghiệm bậc hai được chọn dạng bất biến quay. Số

lượng thí nghiệm được xác định theo công thức :

N = 2k + 2.k + no (2.2)

Trong đó :

k là số yếu tố nghiên cứu đầu vào của bài toán “hộp đen”

no là số thí nghiệm lặp lại tại tâm phương án.

Bố trí thí nghiệm theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn. Ma trận thí nghiệm

được lập và ngẫu nhiên hóa trật tự bằng chương trình Statgraphic 7.0.

- Kiểm tra mô hình thực nghiệm:

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích

hồi qui, phân tích phương sai để xác định giá trị các hệ số trong mô hình hồi

qui đa thức. Sau khi xây dựng mô hình hồi qui thực nghiệm, kiểm tra mức ý

nghĩa của các hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student, kiểm tra tính tương thích

mô hình theo tiêu chuẩn Fisher [13].

Nếu hệ số hồi quy không đủ mức ý nghĩa, thì phải xác minh rõ tính chất

không ảnh hưởng của thông số tương ứng với hệ số hồi qui vô nghĩa, loại bỏ

hệ số này ra khỏi mô hình. Khi bỏ các hệ số hồi qui vô nghĩa, cần phải tính lại

một số hệ số hồi qui có liên hệ phụ thuộc với các hệ số loại bỏ nhằm giữ cho

mô hình vẫn tương thích.

2.4.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

Các tham số thống kê như giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, khoảng tin

cậy được sử dụng để xử lý các kết quả thực nghiệm. Kiểm tra sự khác biệt của

các số liệu thí nghiệm về mặt thống kê được xử lý bằng phương pháp LSD

(Least Significant Difference - Giới hạn sai khác nhỏ nhất). [15]

Áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích

hồi qui, phân tích phương sai (ANOVA) để xác định giá trị các hệ số trong

mô hình hồi qui đa thức. Sau khi xây dựng mô hình hồi qui thực nghiệm,

kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student, kiểm tra

tính tương thích mô hình theo tiêu chuẩn Fisher. Sử dụng phần mềm

Statgraphis 7.0 trong thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu.

Sử dụng phần mềm Statgraphics Vers 7.0 để tiến hành thiết kế, ngẫu

nhiên hóa thí nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm và phân tích kết quả.

Xử lý số liệu được thực hiện bằng phần mềm Statgraphics Version 7.0

gồm các bước:

Bước 1: Xác định giá trị các hệ số hồi quy ở dạng đầy đủ.

Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo đảm

độ tin cậy với mức ý nghĩa p = 0,05.

Bước 3: Xác định các giá trị hồi quy theo hàm toán mới sau khi đã loại bỏ các

hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy.

Bước 4: Phân tích phương sai trên hàm toán mới. Kiểm tra độ tin cậy của các

hệ số hồi quy mới. Nếu không bảo đảm độ tin cậy, thì cải tiến mô hình.

Bước 5: Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher.

(2.3)

Ft = MSLf/ MSEp  Fb

Trong đó:

MSLf – Phương sai không tương thích (Mean Square Lack-of-fit);

MSEp – Phương sai mẫu hay phương sai lặp(Mean Square Error-pure);

Fb – Giá trị tra bảng tiêu chuẩn Fisher ứng với số bậc tự do của tử và mẫu ,

mức ý nghĩa p = 0,05.

Sau khi xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dùng phần

mềm Statgraphics Version 7.0 để vẽ đồ thị các hàm mục tiêu theo từng cặp

thông số vào làm cơ sở cho tìm cực trị trong miền thực nghiệm.

2.4.2.5. Phương pháp tối ưu hóa, giải các bài toán tối ưu hóa

Bài toán tối ưu hóa được xây dựng trên cơ sở các hàm toán là các

phương trình hồi qui xác định được bằng phương pháp qui hoạch thực

nghiệm. Các phương trình này xác định hàm mục tiêu với các chỉ tiêu tối ưu

đặc trưng cho mục đích nghiên cứu. Hàm điều kiện là các ràng buộc kỹ thuật

và ràng buộc về vùng thực nghiệm nghiên cứu.

Nghiệm của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu được xác định theo phương

pháp thừa số Lagrange [13] ,[15]. Phương pháp này chuyển bài toán tối ưu hóa

đa mục tiêu về bài toán cực trị có điều kiện. Chọn một trong những hàm mục

tiêu cần tối ưu hóa làm hàm cần tìm cực trị f(x1, ..., xn), các hàm mục tiêu còn

lại gi(x1, ..., xn) xem như hàm ràng buộc với các yếu tố nghiên cứu x1, ..., xn

nằm trong vùng thực nghiệm.

Bài toán tối ưu hóa được giải bằng phần mềm Microsoft Excel. Sử

dụng hàm mục tiêu là kết quả mô hình hóa thống kê bằng phương pháp quy

hoạch thực nghiệm làm hàm mục tiêu tối ưu hóa. Điều kiện ràng buộc là giới

hạn vùng thực nghiệm.

Theo tổng hợp của Andre và Siuli (2010), phương pháp bề mặt đáp

ứng được phát triển từ năm 1951. Tối ưu đáp ứng nghĩa là tìm giá trị các yếu

tố Xi để Y đạt giá trị tốt nhất (có thể là tối đa hay tối thiểu). Để làm được

điều này, cần xác lập được phương trình biểu diễn một cách gần đúng mối

tương quan giữa Y và các Xi. Về mặt hình học mối tương quan giữa Y và Xi

được biểu diễn bằng một “bề mặt” được gọi là bề mặt đáp ứng (response

surface), được minh họa như (Hình 2.11). Đây là phương pháp thống kê

được dùng để khảo sát mối quan hệ giữa một hay nhiều biến đáp ứng và một

tập hợp các biến thực nghiệm định lượng hay các yếu tố.

Hình 2.11. Bề mặt đáp ứng và các đường đồng mức

Mối quan hệ ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến các đáp ứng được

thể hiện qua các đường đồng mức. Đường đồng mức là những đường cong,

nơi tập hợp các điểm có cùng giá trị của đáp ứng mà khi cắt mặt cong bằng

các mặt phẳng vuông góc với trục Y (song song với mặt phẳng X1X2).

2.4.3. Phương pháp đo độ bền viên

Thiết bị bao gồm hộp quay inox hai ngăn giúp cho thiết bị có thể kiểm

tra đồng thời 2 mẫu, sử dụng động cơ điện 220 V để tạo ra số vòng quay của

hộp chứa viên phân là 50 vòng/phút. Thời gian đã được cài đặt theo quy định

là 10 phút cho mỗi lần thí nghiệm

Hình 2.12. Thiết bị đo độ bền viên phân

Độ bền viên phân là tỷ lệ giữa khối lượng viên có kích thước nguyên

vẹn (khối lượng viên phân có kích thước lớn hơn 80% kích thước ban đầu sau

khi qua thiết bị kiểm tra) so với khối lượng viên phân đưa vào kiểm tra.

 Rây tròn có đường kính lỗ bằng 80% đường kính viên phân.

 Cân điện tử với mức cân 300 g và độ chính xác ± 0,01g.

Các thiết bị sử dụng cùng với thiết bị đo độ bền viên phân:

 Lấy ngẫu nhiên mẫu cần đo độ bền có khối lượng 500 g, ký hiệu là g1.

 Cho 500 g này vào máy đo độ bền viên và vận hành máy quay trong 10

Cách thực hiện:

phút (máy đã cài thời gian, chỉ cần khởi động công tắc để máy hoạt

 Sau 10 phút, lấy mẫu khỏi thùng quay của máy.

 Sàng lại mẫu bằng rây để lấy phần viên còn nguyên trên rây.

 Cân khối lượng phần viên còn nguyên trên rây này, ký hiệu là g2 (kg).

động).

Độ bền viên phân Cb (%) được xác định theo công thức sau:

100

(%)

b 

g 2 g 1

(2.4)

Trong đó:

g1: khối lượng viên phân đưa vào máy đo độ bền viên, kg.

g2: khối lượng các viên phân sau khi đã qua máy đo độ bền viên và nằm

trên rây, kg.

Chương 3:

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình ép viên

3.1.1. Khái niệm:

Ép viên là quá trình tác động cơ học để làm cho các vật thể dạng rời

làm chúng kết lại thành các phần tử có kích thước lớn hơn.

Khi vật liệu bị nén chặt thì thế năng biến dạng đàn hồi được tích lũy. Vì

vậy khi áp lực thôi tác dụng sẽ xảy ra sự nở đàn hồi theo phương tác dụng của

áp lực.

Quá trình tạo viên bằng phương pháp ép đặc trưng bởi 3 giai đoạn trong

quá trình lèn chặt. Ở giai đoạn 1, không khí được thải khỏi hệ thống và biến

dạng bột xảy ra ở tải rất nhỏ. Khi tải ngưng tác dụng biến dạng vẫn còn tiếp

tục. Giai đoạn 2 đặc trưng bằng sự phát triển mạnh mẽ của biến dạng đàn hồi

dẻo và bằng sự tăng nhanh áp suất ép. Còn ở giai đoạn 3 khối nguyên liệu đã

hoàn thành, được ép lại và trong khối nguyên liệu biến dạng đàn hồi trội hơn

khi áp suất tăng đột ngột. Khi tải ngưng tác dụng biến dạng cũng sẽ ngưng

nhưng trễ hơn một khoảng thời gian, trong khoảng thời gian đó có sự tác động

đàn hồi.

Tóm lại, quá trình tạo viên từ vật liệu rời chia thành 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: các phần tử xích lại gần nhau, phần tử này chèn lên phần tử

kia và biến dạng do sự thay đổi độ hổng giữa các phần tử, giai đoạn này áp

suất thấp.

Giai đoạn 2: quá trình nén chặt xảy ra biến dạng, các phần tử gắn chặt

vào nhau do sự xuất hiện mao quản ở các bề mặt lồi lõm, muốn thế vật thể

phải có độ ẩm cần thiết từ (28 – 30)%. Hơn nữa, quá trình gắn chặt các phần

tử với nhau trong quá trình nén là do sự hiện diện các lực liên kết giữa các

phần tử, lực nén làm các phần tử xích lại gần nhau có sức căng giữa các phần

tử rất lớn làm chúng dính chặt lại tạo thành phần tử có kích thuớc lớn hơn.

Đây là quá trình chính của ép viên.

Giai đoạn 3: Quá trình viên thoát khỏi khuôn ép.

Chỉ số cơ bản đặc trưng cho quá trình nén ép bất kỳ là khối lượng riêng

của khối sản phẩm. Bằng thực nghiệm, hai nhà bác học I.A. Dolgov và V.I.

Oxobov đã xây dựng phương trình ép cơ bản như sau. Coi đạo hàm của áp lực

theo khối lượng riêng là hàm liên tục của áp lực đặt :

dp/d = f(p) (3.1)

Cũng theo thực nghiệm, hàm f(p) là tuyến tính theo p :

 dp/d = ap + b (3.2)

  

  

 o





Giải phương trình trên cho nghiệm :

 ec  

 1  

(3.3)

Trong đó : c = b/a = const

Từ phương trình trên chúng ta nhận thấy mối liên hệ đơn trị giữa áp

suất nén và khối lượng riêng của sản phẩm.

Tuy nhiên, đối với những vật liệu dạng đàn hồi, dẻo, chúng ta cần phải

quan tâm đến tính chất lưu biến của sản phẩm trong quá trình nén ép. Do đó,

cùng với sự phụ thuộc p = f() theo phương trình ép cơ bản, chúng ta cần phải

xét đến mối quan hệ giữa áp suất nén và biến dạng :

P = f ( ) (3.4)

Thông qua khảo nghiệm thực tế, người ta tìm được công thức thực

 oa 1 



e.c

nghiệm :

(3.5)

Từ công thức trên ta thấy để đạt một trị giá biến dạng như nhau, nếu

khối lượng riêng ban đầu o càng lớn thì áp lực cần thiết tác động vào khối

sản phẩm càng cao.

Thể tích của vật thể sau giãn nở đàn hồi toàn phần Vp với thể tích của

K 

nó khi đang chịu áp lực Va được gọi là hệ số giãn nở đàn hồi, ký hiệu là Kđh

V p ñh V

(3.6)

Đối với các sản phẩm được ép với K = 2 2,5 thì viên thức ăn kém bền

rất dễ vỡ vụn. Nếu K = 1,1  1,15 sản phẩm sẽ được tăng bền. Trường hợp

này cần phải tính toán cho vật liệu nằm trong rãnh đủ thời gian để tạo

điềukiện xảy ra hiện tượng tích thoát. Như vậy, để tăng bền cho viên sản

phẩm chúng ta cần phải tính toán thời gian vật liệu tồn tại trong khuôn đảm

bảo chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo.

Trong giai đoạn biến dạng đàn hồi, xảy ra độ giãn ngang của khối thức

ăn làm xuất hiện ứng suất tiếp trượt.

3.1.2. Ưu nhược điểm của viên ép

Đóng bánh, ép viên, tạo hạt là quá trình lèn chặt tạo ra các viên có hình

dạng nhất định từ phân hỗn hợp hoàn chỉnh. Nhờ qúa trình lèn chặt mà khối

lượng riêng tăng lên, tính hút ẩm và khả năng oxy hoá trong không khí giảm.

Khối lượng riêng của phân hỗn hợp dạng bột khoảng 500 kg/m3. Với phân

viên khối lượng riêng có thể đạt 1200  1300 kg/m3, đôi khi gấp 3  4 lần so

với phân rời. Do đó ngày nay phân vi sinh dạng viên đang được sử dụng rộng

rãi

- Ưu điểm:

+ Bảo quản được lâu hơn, thể tích viên giảm từ 2  4 lần so với dạng

bột.

+ Vận chuyển dễ dàng, không bị phân lớp do quá trình vận chuyển.

+ Sử dụng thuận lợi, đặc biệt đáp ứng với nhu cầu của người dân và

tạo điều kiện tốt cho cơ giới hóa.

- Nhược điểm: Phải đầu tư cả một dây chuyền máy nên phải có vốn đầu

tư và giá thành sản phẩm sẽ cao hơn dạng bột.

3.1.3. Một số đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của viên

 Kích thước của viên.

Các viên tạo ra có thể có dạng hình trụ, lăng trụ hoặc viên định hình.

Đường kính từ 2,5  8mm đôi khi tới 14mm.

Độ dài của viên được xác định phụ thuộc vào đường kính của viên.

Thường tỷ lệ giữa độ dài của viên và đường kính của viên là (1,3  1,4): 1.

Theo yêu cầu của nông nghiệp, lâm nghiệp, đường kính của viên cho

- Các loại rau trồng từ 1,5  2,5mm,

- Cho cây lúa từ 3  5mm,

- Cho cây ngô, sắn từ 4  8mm,

- Cho cây thanh long từ 6  8mm,

- Cho cây cao su đến 14mm và có thể lớn hơn.

 Độ cứng của viên: Độ cứng của viên ép có vai trò quan trọng. Nếu viên

quá cứng sẽ không tận dụng được nguồn dinh dưỡng mà ta cung cấp cho

chúng. Nếu không đủ độ cứng viên dễ bị vỡ nát.

Độ cứng của viên phụ thuộc vào áp suất ép, đường kính lỗ, chiều dày lỗ

khuôn, tính chất, đặc điểm của các nguyên liệu chế biến ra nó.

Tùy theo đường kính của viên mà viên có độ cứng được đánh giá qua lực

phá vỡ viên:

(cid:0) Đường kính của viên đến 4mm chịu lực phá vỡ 50(N).

(cid:0) Đường kính của viên đến 8mm chịu lực phá vỡ 60(N).

(cid:0) Đường kính của viên trên 8mm chịu lực phá vỡ 80(N).

 Viên phải có độ bền, chịu được sự rung động.

 Viên đưa vào đóng bao phải có độ ẩm ở chế độ bảo quản (dưới 14%) và

nhiệt độ viên bằng với nhiệt độ của môi trường thường hiện nay khoảng 11%

nên bảo quản khá lâu.

 Viên cần có độ đồng đều cao.

 Năng suất của máy cao. Năng suất của máy phụ thuộc vào đường kính

lỗ khuôn. Ví dụ: đường kính viên 2,5mm năng suất có thể đạt 0,32 kg/s; d =

5mm năng suất đạt 0,9  1kg/s và với đường kính lỗ 14mm năng suất đạt 4,8

 2 kg/s.

 Chi phí năng lượng riêng phải thấp. Chi phí năng lượng riêng cho qúa

trình ép viên khoảng 50 Kwh/tấn cho viên có đường kính d = 2,5mm.; 1,5 

20 Kwh/tấn cho viên có đường kính 6  8mm.

 Máy và dây chuyền ép viên có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa

cao, dễ sử dụng, chăm sóc và an toàn lao động.

3.2. Quá trình tạo phôi kết dính và các phương pháp tạo viên

3.2.1. Cơ sở của quá trình tạo phôi kết dính

Gắn chặt giữa các phân tử với nhau là do xuất hiện các lực liên kết

giữa các phân tử. Trong quá trình nén các phân tử này xích lại gần nhau có

sức căng giữa các phân tử rất lớn do đó nó gắn chặt lại với nhau.

Để tăng lực liên kết thì trong quá trình phải có một lượng chất kết dính

nhất định. Chất kết dính là tinh bột bị biến tính tạo ra, ngoài ra trong qúa trình

ép có thể trộn thêm chất kết dính như nước, mật rỉ, hồ bột keo...

Sự gắn chặt giữa các phân tử là do tác dụng của lực mao quản ở các bề

mặt lồi lõm. Muốn thế vật thể phải có độ ẩm cần thiết (28  30)% để chất đầy

vào các mao quản giữa các bề mặt phân tử. Đối với độ ẩm là chỉ số quan

trọng, độ ẩm cao áp suất ép nhỏ, để tạo hình, bề mặt sản phẩm nhẵn nhưng dễ

đứt. Độ ẩm thấp khó tạo hình.

3.2.2. Các quá trình keo xảy ra khi gia nhiệt và ẩm

Khi gia nhiệt cho nguyên liệu thì các thành phần có trong phân vi sinh

được đông tụ tạo thành chất kết dính, ngoài ra nó làm cho phân vi sinh giàu chất dinh dưỡngvà hồ hóa ở nhiệt độ 500C.

Để hồ hóa hoàn toàn thì cung cấp lượng nước gấp (2  3) lần lượng

nước có trong nguyên liệu. Khi thiếu nước thì quá trình hồ hóa xảy ra chậm.

Quá trình hồ hoá kết thúc khi có nhiệt độ từ (95  97)oC.

Khi nguyên liệu có độ ẩm là (30  32)% đưa vào môi trường có độ ẩm

là (70  80)% và ở nhiệt độ (110  120)0C, kết hợp đảo trộn thì các thành

phần bị hồ hóa. Ở nhiệt độ (50  70)0C sẽ đông tụ lại tạo ra bộ khung các

thành phần hạt trong nguyên liệu bao quanh sẽ kết dính sản phẩm lại.

Để tăng cường thêm độ liên kết, và giảm lực ép khi nguyên liệu có chất

kết dính và có độ ẩm khoảng 30% đưa vào nén ép thì độ nén ép tốt nhất ở áp

suất nén ép (3  4) kg/cm2. Độ ẩm cao dễ tạo hình bề mặt viên nhẵn và bóng

nhưng dễ bị biến dạng viên và quá trình làm nguội viên sẽ phức tạp. Độ ẩm

thấp khó tạo hình, và lực ép đòi hỏi phải lớn - chi phí năng lượng riêng sẽ

tăng cao.

Chế độ làm nguội và làm khô viên cũng sẽ làm thay đổi một số đặc

điểm của viên.

3.2.3. Các phương pháp tạo viên

- Phương pháp ướt.

Nguyên liệu trước khi tạo viên được làm ẩm với nước có nhiệt độ (70 

80)0C, độ ẩm (30  32)%, sau đó được đưa đi tạo viên.

- Phương pháp khô.

Nguyên liệu được trộn với nước có nhiệt độ (70  80)0C, độ ẩm (14 

15)%, sau đó gia nhiệt đến (110  120)0C đem tạo viên.

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của viên

3.3.1. Số vòng quay của khuôn - Tốc độ của khuôn

Năng lượng trên biểu đồ hầu như là một đường thẳng. Năng lượng càng

tăng, sản lượng máy càng tăng theo còn chất lượng viên giảm xuống. Vận tốc

của khuôn quay từ 4,4 - 8,5 m/s (1)

Năng suất, chất lượng viên

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuôn đến năng suất, chất lượng viên

3.3.2. Đường kính, chiều dày và lỗ khuôn

Tuỳ theo từng loại khuôn mà ta có chiều dày và đường kính lỗ

Hình dạng và kích thước lỗ khuôn:

Thường lỗ khuôn có đường kính từ 2 - 20 mm, các dạng lỗ được thể hiện

trên hình...

Trong đó a: chiều dài hoạt động của lỗ. t.: chiều dài của lỗ (khuôn)

Hình 3.2. Hình dạng và kích thước lỗ khuôn

3.3.3. Khe hở trục con lăn và khuôn, góc giữa khuôn và con lăn.

Sự điều chỉnh cho phép ảnh hưởng đến chất lượng viên trong suốt quá trình

hoạt động không có sự thay đổi khuôn khe hở càng lớn chi phí năng lượng

càng cao, độ cứng hạt cao, đồng thời lượng hạt vỡ giảm đi. Khe hở con lăn từ

1 - 8 mm.

Hình 3.3. Ảnh hưởng khe hở giữa khuôn và con lăn đến chất lượng viên.

Chương 4

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1. Mô hình và nguyên lý làm việc máy ép viên con lăn khuôn phẳng

Hình 4.1. Mô hình máy ép viên con lăn khuôn phẳng

1.Động cơ; 2.Hộp điều khiển; 3.Phễu nạp liệu; 4. Buồng ép; 5. Con lăn

6. Khuôn ép; 7. Đĩa quay; 8.Phễu tháo liệu; 9. Trục máy; 10. Bộ truyền puli dây đai; 11. Đế bàn máy

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu (3). Động

cơ điện (1) truyền chuyển động qua bộ truyền puli dây đai (10) tới trục máy

(9) và làm khuôn ép (6) quay. Khi khuôn quay, nguyên liệu được cuốn vào

khe hở giữa bề mặt khuôn và con lăn, do lực ma sát giữa bề mặt khuôn,

nguyên liệu phân và con lăn làm con lăn (5) quay. Nguyên liệu dần dần được

ép chặt và đẩy qua lỗ khuôn tạo thành viên rơi xuống đĩa quay (7) rồi đi ra

phễu tháo liệu (8), dựa vào lực nén ép.

4.2. Khảo nghiệm sơ bộ đánh giá khả năng làm việc của máy

- Mục đích khảo nghiệm:

Đánh giá chất lượng chế tạo máy và kiểm tra sự phù hợp giữa các kết

quả thực nghiệm so với các kết quả tính toán thiết kế.

- Bố trí thí nghiệm:

+ Cho máy chạy không tải trong thời gian 1 giờ để kiểm tra sơ bộ chất

lượng chế tạo.

+ Cho máy chạy có tải trong 15 phút với các thông số hoạt động được điều

chỉnh theo kết quả tính toán thiết kế, năng suất 1.000 kg/h.

+ Các thông số đo đạc là đường kính viên phân, độ bền viên phân sau khi

ép và công suất động cơ.

+ Thí nghiệm được lặp lại 3 lần và tính giá trị trung bình.

Hình 4.2. Máy ép viên phân năng suất 1 tấn/h

- Kết quả khảo nghiệm:

+ Kết quả khảo nghiệm không tải: máy vận hành ổn định, không rung lắc,

không phát ra tiếng động lạ, nhiệt độ của các ổ bi đỡ trong phạm vi cho

phép.

+ Kết quả khảo nghiệm có tải với năng suất 1000 kg/h: trình bày trong

bảng 4.1.

Bảng 4.1. Kết quả khảo nghiệm sơ bộ

Stt Thông số Giá trị

1.000 Năng suất (kg/h) 1

2 Số vòng quay của khuôn ép (vòng/phút) 150

5 3 Khe hở giữa con lăn ép và khuôn ép (mm)

4 Đường kính viên phân (mm) 8,17

89,8 5 Độ bền viên phân (%)

6 Công suất động cơ (kW) 10,76

Nhận xét: với năng suất theo thiết kế là 1.000 kg/h, đường kính trung

bình của viên phân là 8,17 mm, độ bền viên phân 89,8%, công suất động

cơ 10,76 kW. Máy hoạt động ổn định, không rung lắc hay kẹt khuôn. Các

kết quả thực nghiệm cho thấy tương đối phù hợp với các kết quả tính toán

thiết kế.

Tuy nhiên, để xác định ảnh hưởng của các thông số hoạt động của máy

ép đến chất lượng viên phân và lượng điện năng tiêu thụ để có những đánh

giá chính xác về máy ép viên và xác định chế độ hoạt động tối ưu cho máy

cần nghiên cứu thực nghiệm một cách đầy đủ theo phương pháp quy hoạch

thực nghiệm, sử dụng bài toán “hộp đen”.

4.3. Nghiên cứu thực nghiệm

Trong quá trình ép viên, các chỉ tiêu cần đánh giá có liên quan đến tính

kinh tế và hiệu quả kỹ thuật của quá trình ép viên. Do không thể tác động

được khi quá trình ép viên đang xảy ra nên phải xây dựng bằng mô hình

thống kê thực nghiệm. Mô hình này có dạng mô hình bài toán “hộp đen”

với đầu vào của bài toán là các thông số ảnh hưởng đến các chỉ tiêu nghiên

cứu và đầu ra chính là chỉ tiêu này.

4.3.1. Xác định các chỉ tiêu nghiên cứu đầu ra của bài toán hộp đen

Các chỉ tiêu đầu ra của bái toán “hộp đen” được chọn là những thông số

phản ánh được mục tiêu nghiên cứu của máy như đặc trưng cho chất lượng

sản phẩm gia công, chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình ép viên.

Các thông số này bao gồm:

* Chất lượng viên phân: Cb (%)

Đây là thông số công nghệ của máy, trong sản xuất phân bón vi sinh

dạng viên, chất lượng viên phân được đánh giá bằng chỉ tiêu hàm lượng các

chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng có trong viên phân và độ bền của viên

phân. Trong đó hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong viên phân phụ thuộc

vào tỷ lệ thành phần các chất và công thức phối trộn; độ bền viên phân phụ

thuộc vào kết cấu của máy ép, chế độ công nghệ ép và đối tượng gia công. Độ

bền viên phân là chỉ tiêu kỹ thuật của máy ép viên, vì vậy độ bền viên phân

Cb được chọn làm thông số đầu ra.

Đối với máy ép viên theo nguyên lý khuôn phẳng con lăn, độ bền của

viên phân sau khi ép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cơ lý tính của vật liệu

đưa vào ép, đường kính lỗ khuôn, lực ép, thời gian viên nằm trong lỗ khuôn,

khe hở giữa khuôn ép và con lăn,… Theo yêu cầu thực tế sản xuất, độ bền của

viên sau khi ép càng cao càng tốt, đây là thông số phản ánh chất lượng viên

phân sau khi ép. Độ bền của viên phân gián tiếp đặc trưng cho thời gian tan

của phân khi bón vào gốc cây trồng, nó cũng là thông số liên quan đến quá

trình vận chuyển, bảo quản, sử dụng.

Chất lượng viên phân được xác định bằng thiết bị đo độ bền viên đã

được trình bày trong chương 2

Độ bền viên phân Cb (%) được xác định theo công thức sau:

100

(%)

Cb 

g g

(4.1)

Trong đó:

g1: khối lượng viên phân đưa vào máy đo độ bền viên, kg.

g1: khối lượng các viên phân sau khi đã qua máy đo độ bền viên và nằm

trên rây, kg.

* Mức tiêu thụ điện năng riêng Se (kWh/tấn):

Chi phí điện năng riêng để ép ra thành phẩm 1.000 kg viên phân được

Se 

xác định theo công thức:

A m

, kWh/tấn (4.2)

Trong đó:

Se: mức tiêu thụ điện năng riêng (kWh/tấn).

A: điện năng tiêu thụ để ép được khối lượng phân là m (kWh).

m: khối lượng phân ép được (tấn).

Trong thực nghiệm, chi phí điện năng riêng cho quá trình ép (kWh/t) được

xác định trên cơ sở đo lượng điện tiêu thụ của quá trình ép (kWh) bằng

công-tơ điện và chia cho khối lượng phân đã ép (tấn).

Se là thông số đặc trưng cho chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy ép viên

phân. Se cũng phụ thuộc vào kết cấu, chế độ công nghệ và đối tượng gia

công.

Như vậy, với các đặc trưng như trên, chất lượng viên phân (độ bền của

viên phân) và mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép viên phân là hai

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cần xác định.

Như vậy, chỉ tiêu đầu ra của bài toán hộp đen bao gồm 2 yếu tố:

- Độ bền viên phân, Cb (%).

- Chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên, Se (kWh/tấn).

+ Cách xác định năng suất máy q: trong thực nghiệm, để tiết kiệm thời

gian và chi phí, mỗi thí nghiệm được tiến hành trong 15 phút, sau đó cân khối

lượng phân ép được trong 15 phút và tính quy đổi ra năng suất q trong 1 giờ.

Khối lượng phân ép được trong thời gian t có thể xác định bằng cân trước hay

sau khi ép. Nếu cân trước khi đưa vào máy ép rồi tính thời gian thì kết quả đo

đạc sẽ không chính xác khi xác định khối lượng ép theo thời gian vì có thể

còn phân trong buồng ép. Vì vậy chọn cách cân khối lượng sau khi ép trong

q 

khoảng thời gian t. Năng suất máy được xác định như sau:

m t

, kg/h (4.3)

Trong đó:

q: lượng cấp liệu hay năng suất máy (kg/h).

m: khối lượng phân ép được (kg).

t: thời gian ép được m kg (phút)

4.3.2. Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm

Do số lượng các thông số có ảnh hưởng đến chỉ tiêu nghiên cứu là rất

nhiều, do đó trong quá trình nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng bị loại

bỏ vì mức độ ảnh hưởng của chúng quá ít hoặc không thể điều khiển được

trong thực nghiệm. Các thông số bị loại bỏ trở thành một điều kiện của

không gian nghiên cứu hoặc trở thành yếu tố ngẫu nhiên tác động nhiễu

đến quá trình nghiên cứu.

Việc chọn các thông số đầu vào dựa trên cơ sở lấy ý kiến chuyên gia, kết

quả nghiên cứu lý thuyết hoặc tiến hành thí nghiệm thăm dò.

* Các thông số đầu vào ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu

* Nhóm các thông số đặc trưng cho cấu tạo và chế độ động lực học:

- Các thông số hình học đặc trưng cho cấu tạo máy: đường kính và bề

dày khuôn ép; đường kính và chiều dài con lăn ép; khe hở giữa khuôn ép

và con lăn ép, đường kính lỗ khuôn, diện tích sống của khuôn,…

- Các thông số động học: tốc độ quay của khuôn ép.

- Các thông số động lực học: dạng và công suất nguồn động lực; dạng

và kết cấu bộ phận truyền động,...

* Nhóm thông số đặc trưng cho đối tượng ép là tính chất cơ lý của phân

đưa vào ép: độ ẩm, kích thước hạt, tỷ lệ thành phần, hệ số ma sát, khối

lượng riêng, khối lượng thể tích…

* Các thông số đặc trưng cho khả năng sử dụng: lượng cung cấp...

* Cơ sở giới hạn các thông số nghiên cứu đầu vào

Căn cứ vào lý thuyết mô hình hóa, yêu cầu đối với các thông số đầu

vào của bài toán hộp đen như sau:

+ Thông số đầu vào phải thật sự ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu,

nếu sự ảnh hưởng chỉ là ngẫu nhiên thì phải loại bỏ và hạn chế ảnh hưởng

của chúng bằng phép ngẫu nhiên hóa các thí nghiệm.

+ Thông số đầu vào phải có ý nghĩa vật lý và là đại lượng điều khiển

được, đo được.

+ Các thông số đầu vào phải độc lập với nhau, nghĩa là sự thay đổi của

thông số này không có ảnh hưởng đến thông số khác.

* Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào

Dựa vào cơ sở trên, tiến hành loại các thông số sau ra khỏi vùng nghiên

cứu:

- Không nghiên cứu các kích thước hình học của khuôn ép và con lăn

ép. Trong quá trình thực nghiệm, nghiên cứu đã lấy cố định các thông số

hình học của máy ép phân đã được chế tạo theo các kết quả tính toán thiết

kế. Đưởng kính lỗ khuôn ép cũng lấy cố định là 8 mm để đảm bảo yêu cầu

về kích thước viên của nhà máy.

- Không nghiên cứu các thông số động lực học như dạng và công suất

nguồn động lực; dạng và kết cấu bộ phận truyền động,… Truyền động cho

khuôn ép là bộ truyền động đai, nguồn động lực là động cơ điện 3 pha có

công suất 15 kW. Công suất này cho phép thực hiện các chế độ thí nghiệm

mà không bị quá tải.

- Không nghiên cứu các thông số của đối tượng ép là tính chất cơ lý của

phân đưa vào ép như độ ẩm, kích thước hạt,…. Đây là các thông số khó

điều khiển chính xác, chi phí tổ chức thực nghiệm theo các thông số vào

này tốn kém mà kết quả nghiên cứu lại không gắn với thực tế sản xuất vì

không thể áp đặt cho sản xuất các yêu cầu này mà chỉ có sản xuất mới đặt

ra các yêu cầu công nghệ của quá trình ép viên. Sự khác biệt nhau về tính

chất của vật liệu ép chỉ mang tính ngẫu nhiên giữa các thí nghiệm, vì vậy

các thông số này được xem là thông số ngẫu nhiên mang tính nhiễu.

- Số vòng quay của khuôn ép:

Theo lý thuyết, số vòng quay của khuôn ép ảnh hưởng đến các thành

phần lực tác động lên khối vật liệu ép như lực ly tâm, phản lực pháp tuyến,

lực ma sát,… vì vậy sẽ ảnh hưởng đến độ bền viên phân và chi phí điện

năng riêng cho quá trình ép viên phân. Số vòng quay của khuôn ép được

điều khiển bằng biến tần. Đo số vòng quay bằng thiết bị đo số vòng quay

chuyên dụng đã được trình bày trong chương 2.

Hình 4.3. Biến tần điều chỉnh số vòng quay của khuôn ép

- Khe hở giữa con lăn ép và khuôn ép:

Theo các kết quả lý thuyết đã công bố, đây là thông số ảnh hưởng rất

lớn đến quá trình ép viên. Nếu khe hở quá lớn thì lực ép không đạt, không

đủ áp lực để ép viên ra khỏi khuôn dẫn đến năng suất máy sẽ giảm và độ

độ bền viên kém. Nếu khe hở này quá nhỏ sẽ làm tăng công suất tiêu thụ.

Trong nghiên cứu thực nghiệm, khe hở giữa con lăn ép và khuôn ép có thể

điều chỉnh bằng các thanh ren (hình 4.5) và đo đạc chính xác bằng thước

căn lá kết hợp với thước kẹp.

Hình 4.4. Cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa con lăn ép và khuôn ép

- Lượng vật liệu cung cấp:

Đây là thông số đặc trưng của năng suất máy, ảnh hưởng trực tiếp đến

mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép. Ngoài ra, lượng cung cấp

còn ảnh hưởng đến dòng chuyển động vật liệu trong khuôn ép và chuyển

động qua lỗ khuôn. Vì vậy lượng cung cấp còn ảnh hưởng đến độ bền viên

phân.

Hình 4.5. Cơ cấu điều chỉnh lượng cấp liệu

Như vậy, các thông số nghiên cứu đầu vào của bài toán “hộp đen” bao

gồm:

+ Số vòng quay của khuôn ép.

+ Khe hở giữa khuôn ép và con lăn ép.

+ Lượng vật liệu cung cấp.

4.3.3. Phát biểu bài toán hộp đen

Mô hình thống kê cho quá trình nghiên cứu về chất lượng viên phân

sau khi ép Cb (%) và mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép phân

Se (kWh/tấn) phụ thuộc vào số vòng quay của khuôn ép n (vg/ph), khe hở

giữa khuôn ép và con lăn ép h (mm) và lượng vật liệu cung cấp q (kg/h)

n (vg/ph)

Cb (%)

được biểu diễn ở dạng bài toán “hộp đen” như hình 4.6

h (mm)

Se (kWh/tấn)

Máy ép

q (kg/h)

viên phân

Hình 4.6. Bài toán “hộp đen” mô tả quá trình nghiên cứu.

Trong đó:

n: số vòng quay của khuôn ép (vg/ph)

h: khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép (mm).

q: lượng vật liệu cung cấp (kg/h).

Cb: dộ bền viên phân (%)

Se: chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên phân (kWh/tấn).

4.4. Thực nghiệm đơn yếu tố

- Mục đích:

Sau khi xác định các thông số đầu vào bằng lý thuyết mô hình hóa,

tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố lần lượt với các thông số: số vòng quay

của khuôn ép, khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép và lượng vật liệu

cung cấp nhằm khẳng định ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các

chỉ tiêu đầu ra của quá trình nghiên cứu là chất lượng viên phân Cb (%) và

mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép viên Se (kWh/tấn).

- Bố trí thí nghiệm:

Địa điểm khảo nghiệm: Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí

Minh và công ty TNHH Bách Tùng, Long Khánh, Đồng Nai.

Lần lượt tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố với từng thông số, các thông

số còn lại được định ở giá trị cố định là mức cơ sở. Mỗi mức biến thiên

của thông số được thí nghiệm lặp lại ba lần. Miền thực nghiệm của các

thông số đầu vào như sau:

+ Số vòng quay của khuôn ép: n = 120 - 180 vòng/phút.

+ Khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép: h = 3 - 7 mm.

+ Lượng vật liệu cung cấp: q = 900 - 1.100 kg/h.

4.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của số vòng quay của khuôn ép

Kết quả khảo nghiệm:

Cho số vòng quay của khuôn ép thay đổi ở 3 mức, n = 120 - 180

vòng/phút, khe hở giữa khuôn ép - con lăn ép và lượng vật liệu cung cấp

giữ cố định ở mức cơ sở là h = 5 mm và q = 1.000 kg/h. Kết quả được

trình bày trong bảng 4.2.

Bảng 4.2. Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi n.

Stt n (vòng/phút) Cb (%) Se (kWh/tấn)

1 120 87,41 9,32

2 150 90,84 10,16

3 180 83,62 11,29

Kết quả xử lý số liệu theo phương pháp LSD (Least Significant Difference

- Giới hạn sai khác nhỏ nhất) đã cho thấy số vòng quay của khuôn ép thực

sự có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đang nghiên cứu của máy ép viên.

4.4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở giữa khuôn ép và con lăn

ép

Cho khe hở giữa khuôn ép và con lăn ép thay đổi ở 3 mức, h = 3 - 7

mm, số vòng quay của khuôn ép và lượng vật liệu cung cấp giữ cố định ở

mức cơ sở là n = 150 vòng/phút và q = 1.000 kg/h. Kết quả được trình bày

trong bảng 4.3.

Bảng 4.3. Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi h.

Stt h (mm) Cb (%) Se (kWh/tấn)

1 3 89,72 12,67

2 5 90,56 10,26

3 7 84,17 9,21

Kết quả xử lý số liệu theo phương pháp LSD đã cho thấy khe hở giữa

khuôn ép và con lăn ép thực sự có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đang nghiên

cứu của máy ép viên.

4.4.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng vật liệu cung cấp

Cho lượng vật liệu cung cấp thay đổi ở 3 mức, q = 900 - 1.000 kg/h,

số vòng quay của khuôn ép và khe hở giữa khuôn ép - con lăn ép giữ cố

định ở mức cơ sở là n = 150 vòng/phút và h = 5 mm. Kết quả được trình

bày trong bảng 4.4.

Bảng 4.4. Kết quả khảo nghiệm xác định Cb và Se khi thay đổi q.

Stt q (kg/h) Cb (%) Se (kWh/tấn)

1 900 89,12 11,28

91,02 10,19 2 1.000

92,87 12,31 3 1.100

Kết quả xử lý số liệu theo phương pháp LSD đã cho thấy lượng vật liệu

cung cấp thực sự có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đang nghiên cứu của máy

ép viên phân.

Thảo luận:

Từ các kết quả khảo nghiệm và phân tích đã trình bày như trên, có thể rút

ra hai nhận xét sau:

- Các thông số n, h, q là những thông số độc lập thực sự ảnh hưởng đến 2

chỉ tiêu đầu ra của bài toán “hộp đen” là chất lượng viên phân Cb và mức

tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép viên phân Se.

- Hàm chất lượng viên phân Cb và mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá

trình ép Se là các hàm phi tuyến.

4.5. Quy hoạch thực nghiệm

4.5.1. Xác định tâm và bước biến thiên của các yếu tố

Phương án thực nghiệm được tiến hành theo phương án bất biến quay

của Box và Hunter. Khi dùng phương án này, số thí nghiệm sẽ giảm xuống

đáng kể. Ta sẽ nhận được phương án cấu trúc có tâm bằng cách thêm một số điểm vào nhân phương án. Với k = 3 < 5, nhân phương án là 2k và có bậc rút

 pk 4

3 4





682,1

Miền thực nghiệm của các yếu tố đầu vào như sau:

gọn là p = 0. Do vậy, giá trị cánh tay đòn ở mức điểm sao sẽ là:

- Số vòng quay của khuôn ép: n = 120 - 180 vòng/phút

0n

+ Khoảng biến thiên: n = 30 vòng/phút

n

+ Mức cơ sở: 150 vòng/phút

n

+ Mức trên: 200 vòng/phút

n. 

+ Mức dưới: 100 vòng/phút

 

n. 

+ Điểm sao trên: 150 + 1,682.30 = 200 vòng/phút

 

+ Điểm sao dưới: 150 – 1,682.30 = 100 vòng/phút

- Khe hở giữa khuôn ép và con lăn ép: h = 3 - 7 mm.

+ Khoảng biến thiên: h = 2 mm.

+ Mức cơ sở: 0h = 5 mm.

+ Mức trên: h = 7 mm.

+ Mức dưới: h = 3 mm.

h. 

 

h. 

+ Điểm sao trên: 5 + 1,682.2 = 8,4 mm.

 

5 – 1,682.2 = 1,6 mm. + Điểm sao dưới :

- Lượng vật liệu cung cấp: q = 900 - 1.100 kg/h

0q

+ Khoảng biến thiên: q = 100 kg/h.

+ Mức cơ sở: 1.000 kg/h.

+ Mức trên: q = 1.100 kg/h.

q. 

+ Mức dưới: q = 900 kg/h.

 

q. 

+ Điểm sao trên: 1.000 + 1,682.100 = 1.168 kg/h.

 

+ Điểm sao dưới: 1.000 – 1,682.100 = 832 kg/h.

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào như bảng 4.5.

Bảng 4.5. Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào.

Các mức Khoảng

Mức Mức Điểm biến Yếu tố Điểm Mức

thiên sao đầu cơ sở trên sao trên dưới

vào dưới  +α –1 0 +1

–α

100 n, vg/ph 120 150 180 200 30

1,6 3 5 7 8,4 2 h, mm

832 900 1.000 1.100 1.168 100 q, kg/h

4.5.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm

Với số lượng thông số vào là 3 như trên, số thí nghiệm sẽ là 20, bao

gồm:

- Số điểm nhân là 2k = 23 = 8.

- Số thí nghiệm ở các điểm sao là 2.k = 6 và 6 thí nghiệm ở tâm.

Trong đó k là số thông số đầu vào của bài toán hộp đen, k = 3.

Ma trận thực nghiệm được xây dựng bằng phần mềm Statgraphic Ver. 7.0.

Các thí nghiệm được ngẫu nhiên hóa hoàn toàn với tổng số 20 thí nghiệm.

Kết quả xây dựng ma trận thực nghiệm được trình bày trong phụ lục 2.1.

Vật liệu ép là phân vi sinh dạng rời có ẩm độ 30 ± 1%.

Địa điểm khảo nghiệm: Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí

Minh và công ty TNHH Bách Tùng, Long Khánh, Đồng Nai.

4.6. Kết quả quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu

Trên cơ sở ma trận thực nghiệm đã được lập, tiến hành thực nghiệm

theo trình tự đã lập với tổng số 20 thí nghiệm. Kết thúc mỗi thí nghiệm tiến

hành đo độ bền viên phân và chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên.

Hình 4.7. Quá trình thực nghiệm tại công ty

Kết quả quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong bảng 4.6.

Run n h q Cb Se

|---------------------------------------------------------------------|

1 | 200.4537849 5.00000000 1000.000000

87.97 10.387 |

2 | 150.0000000 1.63641434 1000.000000

84.12 12.481 |

3 | 150.0000000 5.00000000 831.820717

91.51 12.558 |

4 | 180.0000000 7.00000000 1100.000000

88.09 9.535 |

5 | 180.0000000 7.00000000 900.000000

87.65 12.016 |

6 | 120.0000000 7.00000000 900.000000

89.50 8.682 |

7 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

92.21 9.070 |

8 | 180.0000000 3.00000000 900.000000

86.50 12.946 |

9 | 180.0000000 3.00000000 1100.000000

83.04 11.163 |

10 | 120.0000000 3.00000000 900.000000

93.21 12.558 |

11 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

91.63 9.612 |

12 | 150.0000000 8.36358566 1000.000000

85.29 8.140 |

13 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

91.71 9.302 |

14 | 120.0000000 7.00000000 1100.000000

86.48 8.760 |

15 | 150.0000000 5.00000000 1168.179283

85.30 11.240 |

16 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

91.84 9.380 |

17 | 99.5462151 5.00000000 1000.000000

91.72 9.845 |

18 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

91.64 9.922 |

19 | 120.0000000 3.00000000 1100.000000

87.15 11.550 |

20 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

91.92 9.535 |

|---------------------------------------------------------------------|

Bảng 4.6. Kết quả quy hoạch thực nghiệm với tổng số 20 thí nghiệm

4.6.1. Nghiên cứu chất lượng viên phân

Các số liệu thực nghiệm được tiến hành phân tích phương sai dạng đa

thức bậc hai. Trong quá trình phân tích phương sai, những hệ số hồi qui

không đảm bảo độ tin cậy sẽ bị loại bỏ khỏi mô hình. Tiến hành phân tích

phương sai để loại bỏ các hệ hồi quy không đảm bảo độ tin cậy với mức ý

nghĩa 0,05. Độ tin cậy của các hệ số hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Student,

tính phù hợp của mô hình được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher.

Kết quả quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu đã xác định được

phương trình hồi quy biểu diễn sự ảnh hưởng của số vòng quay của khuôn ép,

khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép và lượng vật liệu cung cấp đến chất

lượng viên phân Cb.

- Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy:

Kiểm tra theo tiêu chuẩn Student, kết quả tính toán ta có tt = 2,57141

(phụ lục 2.2) lớn hơn giá trị tra trong bảng phân bố Student. Như vậy các hệ

số hồi quy đảm bảo độ tin cậy.

- Kiểm tra tính tương thích của mô hình:

Dựa vào bảng phân tích phương sai được thực hiện trên máy vi tính

(phụ lục 2.2) sự phù hợp của mô hình được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher

như sau: giá trị tính toán Ft = 3,44; giá trị tra bảng của tiêu chuẩn Fisher là Fb

= 5,0. Vậy Ft < Fb. Như vậy mô hình Cb là tương thích với thực nghiệm.

Như vậy, hàm chất lượng viên phân Cb (%) phụ thuộc vào số vòng

quay của khuôn ép n (vg/ph), khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép h

(mm) và lượng vật liệu cung cấp q (kg/h) như sau:

Cb = 44,3515 – 0,193134.n – 1,3722.h + 0,152931.q + 0,0220417.n.h +

2,525.10–4.n.q + 4,3375.10–3.h.q – 7,06541.10–4.n2 – 0,613288.h2 –

1,145.10–4.q2 ; (R2 = 0,986). (4.4)

Kết quả so sánh sai lệch giữa giá trị dự đoán bằng lý thuyết khi sử dụng

mô hình so với giá trị thực nghiệm của hàm Cb biểu diễn trên hình 4.8. Đồ thị

biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số theo từng cặp đến hàm Cb biểu diễn

trên hình 4.9, 4.10 và 4.11.

Diagnostic Plot for Cb

d e v r e s b o

82 84 86 88 90 92 94 predicted

Hình 4.8. So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Cb

Kết quả so sánh sự sai khác giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán trên hình 4.8 đã cho thấy độ chính xác của mô hình dự đoán là

Estimated Response Function

87.838

91.011

89.4245

86.2515 84.665 83.0784 81.4919 79.9054 78.3189

94 91 88 85 82 79 76

90110130150170190210

90 110130150170190210 n

của hàm Cb phù hợp, hệ số tương quan của mô hình R2 = 0,986.

Hình 4.9.Quan hệ Cb – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức.

Kết quả phân tích bằng đồ thị trên hình 4.9 cho thấy khi khe hở giữa

khuôn ép và trục ép nhỏ thì tăng số vòng quay của khuôn ép sẽ làm giảm độ

bền viên phân. Khe hở tăng vượt quá giá trị khoảng 5 mm thì độ bền viên

phân sẽ giảm. Độ bền viên phân tương đối cao tại giá trị khe hở từ 4 - 5 mm

Estimated Response Function

1230

83.998

1130

84.9987

87.0002

1030 q

90.0023

89.0016

88.0009

92.0038

91.003

1230

930

93.0045

1130

1030

95 93 91 89 87 85 83

94.0052

85.9994

930

830

90110130150170190210

90 110130150170190210 n

và số vòng quay 110 - 130 vòng/phút.

Hình 4.10. Quan hệ Cb – n – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức

Hình 4.10 cho thấy tại các giá trị lượng cung cấp vật liệu thấp, số vòng

quay của khuôn ép càng cao thì độ bền viên phân càng giảm. Độ bền viên

phân tương đối cao tại số vòng quay khoảng 110 vòng/phút.

Estimated Response Function

1230

80.8774 79.2322 77.587 75.9418

1130

82.5226 84.1677

1030 q

89.1033

85.8129 87.4581

1230

90.7485

930

1130

1030

93 90 87 84 81 78 75

930

830

0 2 4 6 8 10

Hình 4.11. Quan hệ Cb – h – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức

Kết quả phân tích bằng đồ thị trên hình 4.11 cho thấy tăng hay giảm

quá mức khe hở khuôn ép và con lăn ép hay lượng cung cấp vật liệu cũng sẽ

làm giảm độ bền viên phân. Độ bền viên phân cao nhất khi khe hở trong

Pareto Chart for Cb

-42.25

-27.67

-21.32 -19.72

16.97

11.13 -10.95 9.72

BB C:q A:n CC AB BC AA AC B:h

4.65

0 10 20 30 40 50 standardized effects

khoảng 4 – 6 mm và lượng cung cấp vật liệu khoảng 930 kg/h.

Hình 4.12. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n, h và q đến hàm Cb

Kết quả phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm Cb bằng

đồ thị trên hình 4.12 cho thấy khe hở giữa khuôn ép và con lăn ép là yếu tố có

ảnh hưởng nhiều nhất đến độ bền viên phân sau khi ép và yếu tố này có quan

hệ tỷ lệ nghịch với hàm Cb. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm này là phù hợp với các công bố lý thuyết.

4.6.2. Nghiên cứu mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép viên

Xử lý số liệu tương tự như xử lý cho hàm Cb, từ bảng phân tích

ANOVA (phụ lục 2.3) cho thấy hệ số hồi quy BC (hệ số hq) bị loại bỏ vì

không đủ độ tin cậy. Tiến hành loại bỏ hệ số hồi quy này ra khỏi mô hình và

xử lý lại lần thứ hai. Kết quả xử lý số liệu xác định các hệ số hồi quy có ý

nghĩa của phương trình được được trình bày ở phụ lục 2.3.

- Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy:

Kiểm tra theo tiêu chuẩn Student, kết quả tính toán ta có tt = 2,57141

(phụ lục 2.3) lớn hơn giá trị tra trong bảng phân bố Student. Như vậy các hệ

số hồi quy đảm bảo độ tin cậy.

- Kiểm tra tính thích ứng của mô hình:

Dựa vào bảng phân tích phương sai được thực hiện trên máy vi tính

(phụ lục 2.3) sự phù hợp của mô hình được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher

như sau: giá trị tính toán Ft = 3,44; giá trị tra bảng của tiêu chuẩn Fisher là Fb

= 5,0. Vậy Ft < Fb. Như vậy mô hình Se là tương thích với thực nghiệm.

Như vậy, hàm mức tiêu thụ điện năng riêng Se (kWh/t) phụ thuộc vào

số vòng quay của khuôn ép n (vg/ph), khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn

ép h (mm) và lượng vật liệu cung cấp q (kg/h) như sau:

Se = 96,3998 + 0,0289687.n – 2,65626.h – 0,158314.q + 8,55833.10–3.n.h

– 1,38917.10–4.n.q + 72,64709.10–4.n2 + 0,0767511.h2 + 8,68624.10–5.q2

(R2 = 0,938).

Kết quả so sánh sai lệch giữa giá trị dự đoán bằng lý thuyết khi sử dụng

mô hình so với giá trị thực nghiệm của hàm Se biểu diễn trên hình 4.13. Đồ

thị biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số theo từng cặp đến hàm Se biểu

Diagnostic Plot for Se

13.1

12.1

11.1

10.1

d e v r e s b o

9.1

8.1

8.3 9.3 10.3 11.3 12.3 13.3 predicted

diễn trên hình 4.14, 4.15 và 4.16.

Hình 4.13. So sánh giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Se

Kết quả so sánh sự sai khác giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán của hàm Se trên hình 4.13 đã cho thấy độ chính xác của mô hình dự đoán là phù hợp, hệ số tương quan của mô hình R2 = 0,938.

Estimated Response Function

14.9

12.9

e S

10.9

8.9

6.9

90110130150170190210

Estimated Response Function

6.90517.602578.300048.99751

9.69498

10.3925

11.0899

11.7874

13.1823

12.4849

90 110 130 150 170 190 210 n

Hình 4.14. Quan hệ Se – n – h dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức

Kết quả phân tích bằng đồ thị trên hình 4.14 cho thấy chi phí điện năng

riêng cho quá trình ép viên phân đạt cực đại khi kết hợp 2 thông số là số vòng

quay của khuôn ép khoảng 90 vòng/phút và khe hở giữa khuôn ép và con lăn

ép khoảng 1 mm. Chi phí điện năng riêng đạt thấp nhất khi số vòng quay của

khuôn khoảng 100 vòng/phút và khe hở 8 mm.

Estimated Response Function

17.3

15.3

e S

13.3

1230

11.3

1130

1030

9.3

930

830

90110130150170190210

Estimated Response Function

1230

11.1161

1130

9.91804

1030 q

9.31903

10.517

930

11.7151 12.3141 12.9131 13.5121 14.1111 14.7101

830

90 110 130 150 170 190 210 n

Hình 4.15. Quan hệ Se – n – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức

Đồ thị trên hình 4.15 cho thấy khi tăng hay giảm quá mức lượng cung

cấp vật liệu sẽ làm tăng chi phí điện năng riêng. Chi phí điện năng riêng cho

quá trình ép viên phân đạt nhỏ nhất tại giá trị số vòng quay của khuôn ép

khoảng 130 vòng/phút và lượng cung cấp vật liệu khoảng 1.000 kg/h

Estimated Response Function

16.2

14.2

e S

12.2

1230

10.2

1130

1030

8.2

930

830

0 2 4 6 8 10

Estimated Response Function

1230

1130

1030 q

930

8.9705 9.72282 10.4751 11.2275

830

14.9891 13.4844 12.7321 11.9798 6 8 10

14.2368 4

Hình 4.16. Quan hệ Se – h – q dạng bề mặt đáp ứng và dạng đường đồng mức

Kết quả phân tích bằng đồ thị trên hình 4.16 cho thấy chi phí điện năng

riêng cho quá trình ép viên tăng rất nhanh khi giảm khe hở giữa khuôn ép và

con lăn ép. Lượng cung cấp vật liệu quá thấy hay quá cao cũng làm tăng chi

phí điện năng riêng cho quá trình ép. Chi phí điện năng riêng cho quá trình ép

viên phân nhỏ nhất tại giá trị khe hở khoảng 8 mm và lượng cung cấp vật liệu

1.030 kg/h.

Pareto Chart for Se

-15.34

11.31

-6.88

4.98 4.66 -4.04 4.00

B:h CC C:q AB A:n AC BB AA

3.10

8 standardized effects

Hình 4.17. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố n, q và h đến hàm Se

Kết quả phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm Se bằng

đồ thị trên hình 4.17 cho thấy khe hở giữa khuôn ép và con lăn ép là yếu tố có

ảnh hưởng nhiều đến chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên phân và

yếu tố này có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm Se. Kết quả nghiên cứu thực

nghiệm này là phù hợp với các công bố lý thuyết.

4.7. Xác định các thông số làm việc của máy ép viên phân

- Chỉ tiêu tối ưu về chất lượng viên phân là độ bền viên phân sau khi ép

đạt được giá trị lớn nhất.

- Chỉ tiêu tối ưu về chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên là chi

phí điện năng riêng thấp nhất cho quá trình ép.

- Chỉ tiêu tối ưu chung là độ bền viên phân sau khi ép là lớn nhất và chi

phí điện năng riêng cho quá trình ép đạt thấp nhất.

- Thông số tối ưu là giá trị các thông số đảm bảo trị số chỉ tiêu tối ưu.

4.7.1. Bài toán tối ưu đa mục tiêu

Xuất phát từ mục đích nghiên cứu, bài toán tối ưu được lập trên cơ sở hai

hàm Cb và Se đặc trưng cho chỉ tiêu nghiên cứu.

- Bài toán tối ưu hoá một mục tiêu cho hàm Cb:

+ Hàm mục tiêu: Cb  max.

+ Hàm điều kiện: 1,682 ≥ xi ≥ – 1,682; i = 1,3

- Bài toán tối ưu hoá một mục tiêu cho hàm Se:

+ Hàm mục tiêu: Se  min.

+ Hàm điều kiện: 1,682 ≥ xi ≥ – 1,682; i = 1,3

- Bài toán tối ưu hoá đa mục tiêu:

+ Hàm mục tiêu: Cb  max và Se  min.

+ Hàm điều kiện: 1,682 ≥ xi ≥ – 1,682; i = 1,3

Trong đó xi là số thông số nghiên cứu, i = 1,3 bao gồm: x1 là số vòng

quay của khuôn ép (thông số n); x2 là khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn

ép (thông số h); và x3 là lượng vật liệu cung cấp cho quá trình ép (thông số q).

4.7.2. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa

4.7.2.1. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa cho hàm Cb: (phụ lục 3.1)

- Các thông số tối ưu:

+ Số vòng quay của khuôn ép: n = 100 vòng/phút

+ Khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép: h = 3,7 mm.

+ Lượng vật liệu cung cấp: q = 848 kg/h.

- Các chỉ tiêu tối ưu:

+ Chất lượng viên phân sau khi ép: Cb = 95 %

+ Chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên phân: Se = 12,81 kWh/tấn.

4.7.2.2. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa cho hàm Se: (phụ lục 3.2)

- Các thông số tối ưu:

+ Số vòng quay của khuôn ép: n = 100 vòng/phút.

+ Khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép: h = 8,0 mm.

+ Lượng vật liệu cung cấp: q = 991 kg/h.

- Các chỉ tiêu tối ưu:

+ Chất lượng viên phân sau khi ép: Cb = 83,9 %

+ Chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên phân: Se = 7,10 kWh/tấn.

4.7.2.3. Kết quả giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu

Bài toán tối ưu đa mục tiêu được lập và giải bằng phần mềm Microsoft

Excel. Kết quả giải bài toán tối ưu được trình bày trong phụ lục 3.3. Kết quả

giải bài toán tối ưu đa mục tiêu đã xác định được các thông số tối ưu và các

chỉ tiêu tối ưu như sau:

- Các thông số tối ưu:

+ Số vòng quay của khuôn ép: n = 111 vòng/phút

+ Khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép: h = 4,4 mm.

+ Lượng vật liệu cung cấp: q = 1.000 kg/h.

- Các chỉ tiêu tối ưu:

+ Chất lượng viên phân sau khi ép: Cb = 92,61 %

+ Chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên phân: Se = 9,98 kWh/tấn.

Ý kiến thảo luận

- Nhờ thay đổi kết cấu máy ở dạng khuôn phẳng quay và các con lăn ép

chuyển động tương đối quanh trục cố định so với khuôn ép nên tăng cường

được hiệu quả của quá trình ép.

- Kết quả khảo nghiệm đơn yếu tố đã khẳng định rằng số vòng quay

của khuôn ép, khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép và lượng vật liệu cung

cấp thật sự có ảnh hưởng đến chỉ tiêu đánh giá chất lượng làm việc của máy,

các thông số này có thể điều chỉnh dễ dàng trong thực tế sản xuất. Năng suất

máy hoạt động tại chế độ tối ưu đạt yêu cầu thiết kế là 1.000 kg/h.

- Kết quả khảo nghiệm đã cho thấy máy ép khuôn phẳng con lăn đã

nâng cao được độ bền viên phân sau khi ép so với các phương pháp ép viên

phân hiện đang sử dụng khoảng 7%, viên phân đồng đều về kích thước và

mức tiêu thụ điện năng riêng cho quá trình ép là tương đối thấp, đạt yêu cầu

theo đơn đặt hàng của nhà máy.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Đề tài đã hoàn thành các nội dung và mục tiêu ban đầu. Trên cơ sở mục

tiêu của đề tài đặt ra và nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, đề tài

được thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, kết quả nghiên cứu

đã đạt được như sau:

- Đã tiến hành nghiên cứu tổng quan về phân vi sinh, công nghệ sản xuất

phân vi sinh dạng viên. Đặc biệt đã phân tích đánh giá được ưu nhược điểm

của từng máy và thiết bị ép viên trong và ngoài nước.

- Đã nghiên cứu được một số thông số ảnh hưởng đến chi phí điện năng

riêng và chất lượng của viên phân sau khi ép.

- Đã nghiên cứu được các thông số tối ưu của máy như: vòng quay của

khuôn ép n = 111 (vòng/phút), khe hở giữa giữa khuôn ép và con lăn ép h =

4,4 (mm), lượng vật liệu cung cấp q = 1.000 (kg/h). Thì chất lượng viên

phân sau khi ép Cb = 92,61 %, chi phí điện năng riêng cho quá trình ép viên

phân Se = 9,98 (kWh/tấn).

Do thời gian thực hiện nghiên cứu đề tài có hạn nên chỉ mới nghiên cứu

được một số thông số làm việc của máy ép viên phân như: số vòng quay của

khuôn ép, khe hở giữa khuôn ép và con lăn, lượng cung cấp vật liệu.

2. Kiến nghị

Trên cơ sở lý thuyết và kết quả nghiên cứu được, tiếp tục nghiên cứu

theo dõi quá trình làm việc tại cơ sở sản xuất để có thêm những đánh giá.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Nguyễn Cảnh (1993), Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại học

Bách khoa TP. Hồ Chí Minh.

2. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển ( 2006), Tính toán thiết kế hệ dẫn động

cơ khí, tập I và II, Nhà xuất bản Giáo dục.

3. Đoàn Dụ, Bùi Đức Hợi, Mai Văn Lê, và Nguyễn Như Thung

(1983), Công nghệ và các máy chế biến lương thực, Nhà xuất bản Khoa

học và Kỹ thuật, Hà Nội.

4. Đoàn Văn Điện, Nguyễn Bảng (1987), Lý thuyết và tính toán

máy nông nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.

5. Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà và

Nguyễn Thị Vân (1996), Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý tập I, Nhà

xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

6. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (1979), Thiết kế chi tiết

máy, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp.

7. Nguyễn Hữu Lộc (2009), Chi tiết máy, Nhà xuất bản Đại học

quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

8. Vũ Bá Minh- Hoàng Minh Nam (2004), Quá trình và thiết bị

trong công nghệ hóa học tập 2- Cơ học vật liệu rời, Trường đại học bách

khoa thành phố Hồ Chí Minh.

9. Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh (2000), Máy gia công cơ học

nông sản thực phẩm, Nhà xuất bản Giáo Dục

10. Trần Thị Thanh, Nguyễn Thị Kiều Hạnh (2011), Nghiên cứu

máy ép viên phân khuôn vòng cánh quay bằng phương pháp mô hình hóa,

Tạp chí khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp số 3/2011, trang 77 - 81.

11. Nguyễn Trọng Thắng (2011), Nghiên cứu máy ép viên phân

hữu cơ vi sinh kiểu cánh quay cối vòng đứng yên, Luận văn thạc sĩ kỹ

thuật, Trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.

12. Chu Thị Thơm, Phan Thị Lài (2006), Kỹ thuật sản xuất chế

biến và sử dụng phân bón, Nhà xuất bản Lao Động, Hà Nội.

13. Bùi Minh Trí (2006), Tối ưu hóa, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội.

14. Hồ Lê Viên (2003), Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo tập 1,

Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

15. Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm trong kỹ

thuật. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Tiếng Anh

16. Anyang Gemco Energy Machinery Co., Ltd.: Professional

Biomass Pellet Machine, A Guide to Small Scale Pellet Mill (Nguồn:

http://www.pelletmillequipment.com).

17. Aleksander Abram and D. Lynn Forster (2005). "A Primer on

Ammonia, Nitrogen Fertilizers, and Natural Gas Markets". Department of

Agricultural, Environmental, and Development Economics, Ohio State

University.

18. Cronin, S. J.; Manoharan, V.; Hedley, M. J.; Loganathan, P.

(2000). "Fluoride: A review of its fate, bioavailability, and risks of

fluorosis in grazed‐pasture systems in New Zealand".

19. Dittmar, Heinrich; Drach, Manfred; Vosskamp, Ralf; Trenkel,

Martin E.; Gutser, Reinhold; Steffens, Günter (2009). "Ullmann's

Encyclopedia of Industrial Chemistry".

20. H.A. Mills, J.B. Jones Jr. (1996). Plant Analysis Handbook II: A

practical Sampling, Preparation, Analysis, and Interpretation Guide.

21. Loganathan, P.; Hedley, M.J.; Grace, N.D. (2008). "Pasture soils

contaminated with fertilizer-derived cadmium and fluorine: livestock

effects.".

22. McLaughlin, M. J.; Tiller, K. G.; Naidu, R.; Stevens, D. P.

(1996). "Review: the behaviour and environmental impact of

contaminants in fertilizers".

23. Sharpley, A. N.; Menzel, R. G. (1987). "The impact of soil and

fertilizer phosphorus on the environment".

24. Stewart, W.M.; Dibb, D.W.; Johnston, A.E.; Smyth, T.J. (2005).

to Food "The Contribution of Commercial Fertilizer Nutrients

Production".

PHỤ LỤC 1.

MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Hình 1. Khuôn ép Hình 2. Con lăn

Hình 3: Dây chuyền ép phân vi sinh

Hình 4: Phân vi sinh dạng bột

Hình 5: Bộ phận điều chỉnh lượng cấp liệu Hình 6: Máy ép phân vi sinh

Hình 7: Thực nghiệm ép phân vi sinh

Hình 8: Viên phân vi sinh

PHỤ LỤC 2

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Cursor at Row: 1 Data Editor Maximum Rows: 20

Column: 1 File: STATC Number of Cols: 5

Run n h q Cb Se

|---------------------------------------------------------------------|

1 | 200.4537849 5.00000000 1000.000000

2 | 150.0000000 1.63641434 1000.000000

3 | 150.0000000 5.00000000 831.820717

4 | 180.0000000 7.00000000 1100.000000

5 | 180.0000000 7.00000000 900.000000

6 | 120.0000000 7.00000000 900.000000

7 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

8 | 180.0000000 3.00000000 900.000000

9 | 180.0000000 3.00000000 1100.000000

10 | 120.0000000 3.00000000 900.000000

11 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

12 | 150.0000000 8.36358566 1000.000000

13 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

14 | 120.0000000 7.00000000 1100.000000

15 | 150.0000000 5.00000000 1168.179283

16 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

17 | 99.5462151 5.00000000 1000.000000

18 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

19 | 120.0000000 3.00000000 1100.000000

20 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000

|---------------------------------------------------------------------|

Length 20 20 20 20 20

Typ/Wth N/13 N/13 N/13 N/13 N/13

2.1. Kết quả xây dựng kế hoạch thực nghiệm

2.2. Kết quả xử lý số liệu hàm Cb ANOVA for Cb - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ Effect Sum of Squares DF Mean Sq. F-Ratio P-value ------------------------------------------------------------------ A:n 22.084374 1 22.084374 454.50 .0000 B:h 1.050509 1 1.050509 21.62 .0056 C:q 37.214202 1 37.214202 765.88 .0000 AB 13.992050 1 13.992050 287.96 .0000 AC 4.590450 1 4.590450 94.47 .0002 BC 6.020450 1 6.020450 123.90 .0001 AA 5.827235 1 5.827235 119.93 .0001 BB 86.726443 1 86.726443 1784.86 .0000 CC 18.893685 1 18.893685 388.84 .0000 Lack-of-fit 1.041994 5 .208399 4.29 .0680 Pure error .242950 5 .048590 ------------------------------------------------------------------ Total (corr.) 186.208280 19 R-squared = 0.993099 R-squared (adj. for d.f.) = 0.986889 Estimated effects for Cb - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ average = 91.8152 0.0899026 A:n = -2.5433 0.119297 B:h = 0.554695 0.119297 C:q = -3.30148 0.119297 AB = 2.645 0.155869 AC = 1.515 0.155869 BC = 1.735 0.155869 AA = -1.27177 0.116132 BB = -4.9063 0.116132 CC = -2.29001 0.116132 ------------------------------------------------------------------ Standard error estimated from pure error with 5 d.f. (t = 2.57141) Regression coeffs. for Cb - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ constant = 44.3515 A:n = -0.193134 B:h = -1.3722 C:q = 0.152931 AB = 0.0220417 AC = 2.525E-4 BC = 4.3375E-3 AA = -7.06541E-4 BB = -0.613288 CC = -1.145E-4 ------------------------------------------------------------------

2.3. Kết quả xử lý số liệu hàm Se ANOVA for Se - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ Effect Sum of Squares DF Mean Sq. F-Ratio P-value ------------------------------------------------------------------ A:n 1.846383 1 1.846383 21.72 .0055 B:h 19.994683 1 19.994683 235.22 .0000 C:q 4.021207 1 4.021207 47.31 .0010 AB 2.109458 1 2.109458 24.82 .0042 AC 1.389444 1 1.389444 16.35 .0099 BC .018818 1 .018818 .22 .6626 AA .817948 1 .817948 9.62 .0268 BB 1.358288 1 1.358288 15.98 .0104 CC 10.873426 1 10.873426 127.92 .0001 Lack-of-fit 1.099164 5 .219833 2.59 .1602 Pure error .425017 5 .085003 ------------------------------------------------------------------ Total (corr.) 42.7427738 19 R-squared = 0.964341 R-squared (adj. for d.f.) = 0.932247 ANOVA for Se - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ Effect Sum of Squares DF Mean Sq. F-Ratio P-value ------------------------------------------------------------------ A:n 1.846383 1 1.846383 21.72 .0055 B:h 19.994683 1 19.994683 235.22 .0000 C:q 4.021207 1 4.021207 47.31 .0010 AB 2.109458 1 2.109458 24.82 .0042 AC 1.389444 1 1.389444 16.35 .0099 AA .817948 1 .817948 9.62 .0268 BB 1.358288 1 1.358288 15.98 .0104 CC 10.873426 1 10.873426 127.92 .0001 Lack-of-fit 1.117982 6 .186330 2.19 .2034 Pure error .425017 5 .085003 ------------------------------------------------------------------ Total (corr.) 42.7427738 19 R-squared = 0.9639 R-squared (adj. for d.f.) = 0.937646 Estimated effects for Se - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ average = 9.46865 0.11891 A:n = 0.735386 0.157788 B:h = -2.41998 0.157788 C:q = -1.08526 0.157788 AB = 1.027 0.206159 AC = -0.8335 0.206159 AA = 0.476476 0.153602 BB = 0.614009 0.153602 CC = 1.73725 0.153602 ------------------------------------------------------------------

Standard error estimated from pure error with 5 d.f. (t = 2.57141) Regression coeffs. for Se - 3 factor study ------------------------------------------------------------------ constant = 96.3998 A:n = 0.0289687 B:h = -2.65626 C:q = -0.158314 AB = 8.55833E-3 AC = -1.38917E-4 AA = 2.64709E-4 BB = 0.0767511 CC = 8.68624E-5 ------------------------------------------------------------------

PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU

3.1. Kết quả giải bài toán tối ưu hoá một mục tiêu cho hàm Cb

Microsoft Excel 11.0 Answer Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet1

Target Cell (Max)

Original Value

Cell Name

Final Value

$E$4 Cb

95.0248173

Adjustable Cells

Final Value

Cell Name

Original Value

$A$4 n

100.0

$B$4 h

3.675.64

$C$4 q

847.6

Constraints

Formula

Status

Slack

Cell Name Cell Value

Not Binding

$B$4 h

3.675.64 $B$4>=1.6

2.075.64

$A$4 n

100.0 $A$4<=200 Not Binding

100

Not Binding

$B$4 h

3.675.64 $B$4<=8.4

4.724358455

$A$4 n

100.0 $A$4>=100 Binding

0.0

$C$4 q

847.6 $C$4<=1168 Not Binding

320.3956956

$C$4 q

847.6 $C$4>=832 Not Binding

15.6

Microsoft Excel 11.0 Sensitivity Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet1

Adjustable Cells

Final

Reduced

Cell Name

Value

Gradient

$A$4 n

100.0

0.0

.0.00

$B$4 h

3.675.64

$C$4 q

847.6

0.0

Microsoft Excel 11.0 Limits Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Limits Report 1

Target

Cell

Name

Value

$E$4 Cb

95.0248173

Adjustable

Lower

Target

Upper

Target

Cell

Name

Value

Limit

Result

Limit

Result

$A$4 n

100.0

95.0

200.0

84.0

$B$4 h

3.675.64

1.60.00 92.382.60

8.40.00 81.336.50

$C$4 q

847.6

832.0

95.0

1168.0

83.3

3.2. Kết quả giải bài toán tối ưu hoá một mục tiêu cho hàm Se

Microsoft Excel 11.0 Answer Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet2

Target Cell (Min)

Original Value

Cell Name

Final Value

$F$4 Se

7.102472675 7.102472675

Adjustable Cells

Final Value

Cell Name

Original Value

100.0

$A$4 n

8.0.00

$B$4 h

991.3

$C$4 q

Constraints

Formula

Status

Slack

Cell Name Cell Value

Not Binding

$B$4 h

8.0.00 $B$4>=1.6

6.40.00

$A$4 n

100.0 $A$4<=200 Not Binding

100

$B$4 h

991.3 $C$4>=832 Not Binding

159.3

Binding

$A$4 n

8.0.00 $B$4<=8

$C$4 q

991.3 $C$4<=1168 Not Binding

176.7442898

$C$4 q

100.0 $A$4>=100

Binding

0.0

Microsoft Excel 11.0 Sensitivity Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet2

Report Created: 5/16/2016 8:01:54 PM

Adjustable Cells

Final

Reduced

Cell

Name

Value

Gradient

$A$4

100.0

0.0

$B$4

-.572.41

8.0.00

$C$4

991.3

0.0

Microsoft Excel 11.0 Limits Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Limits Report 2

Report Created: 5/16/2016 8:01:54 PM

Target

Cell

Name

Value

$F$4 Se

7.102472675

Adjustable

Lower

Target

Upper

Target

Cell

Name

Value

Limit

Result

Limit

Result

$A$4 n

100.0

7.1

200.0

11.0

$B$4 h

8.0.00

1.60.00 13.909.62

8.0.00 7.102.47

$C$4 q

991.3

832.0

9.3

1168.0

9.8

3.3. Kết quả giải bài toán tối ưu hoá đa mục tiêu

Microsoft Excel 11.0 Answer Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet3

Target Cell (Max)

Original Value

Cell Name

Final Value

$E$4 Cb

92.60618332 92.60618332

Adjustable Cells

Final Value

Cell Name

Original Value

$A$4 n

110.8

$B$4 h

4.408.10

$C$4 q

1000.0

Constraints

Cell Name Cell Value

Formula

Status

Slack

$F$4 Se

9.978417754 $F$4<=13

Not Binding

3.021582246

$B$4 h

4.408.10 $B$4>=1.6

Not Binding

2.808.10

$A$4 n

110.8 $A$4<=200 Not Binding

89.2294032

$B$4 h

4.408.10 $B$4<=8.4

Not Binding

3.991897927

$A$4 n

110.8 $A$4>=100 Not Binding

10.8

1000.0 $C$4>=1000 Binding

0.0

$C$4 q

1000.0 $C$4<=1168 Not Binding

168

Microsoft Excel 11.0 Sensitivity Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet3

Adjustable Cells

Final

Reduced

Cell Name

Value

Gradient

$A$4 n

110.8

0.0

$B$4 h

4.408.10

.0.00

$C$4 q

1000.0

0.0

Constraints

Final

Lagrange

Cell Name

Value

Multiplier

$F$4 Se

9.978417754

Microsoft Excel 11.0 Limits Report

Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Limits Report 3

Target

Cell

Name

Value

$E$4 Cb

92.60618332

Adjustable

Lower

Target

Upper

Target

Cell

Name

Value

Limit

Result

Limit

Result

$A$4 n

110.8

100.0

92.5

200.0

87.0

$B$4 h

4.408.10

1.934.35 88.853.21

8.40.00 82.833.29

$C$4 q

1000.0

92.6

1168.0

84.5