Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón hửu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định cánh quay

Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng viên bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay. Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng lượng riêng bé nhất.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN NHƯ NAM

ĐỒNG NAI, 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu , kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Tác giả luận văn

Trần Quang Phong

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến:

- Thầy TS Nguyễn Như Nam, Giảng viên bộ môn Máy Sau thu hoạch - Chế biến, khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh là Giáo viên hướng dẫn đề tài Thầy đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài Qua thời gian làm việc cùng thầy, tôi đã có những kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận định đánh giá một vấn đề Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước vững chắc trong công tác giảng dạy của mình sau này.

- Thầy PGS.TS Nuyễn Phan Thiết : Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học Trường Đại Học Lâm Nghiệp

- Thầy PGS.TS Dương Văn Tài trưởng khoa sau Đại Học, Chủ nhiệm khoa

cơ điện và công trình,Chủ nhiệm bộ môn máy chuyên dùng Trường Đại Học Lâm Nghiệp.

- Ban Giám Hiệu , Phòng Đào tạo sau Đại Học Trường Đại Học Lâm Nghiệp

và toàn thể giảng viên giãng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương trình đào tạo sau Đai Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn

- Các Anh học viên lớp cao học khóa K20 năm 2012 – 2014 đã hổ trợ, giúp

đở, động viên chia sẻ kinh nghiệm trong học tập và làm việc.

- Xin cảm ơn quí Thầy, Cô phản biện đề tài cho những lời nhận xét quí báu Qua những phản hồi đó tôi có thể để hoàn thiện hơn quá trình nghiên cứu Tác giả

Trần Quang Phong

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi

1.1 Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu 5

1.1.2 Tổng luận các công trình về máy ép viên kiểu khuôn vòng 9

1.2.3 Cấu tạo và lý thuyết tính toán máy ép viên kiểu khuôn

vòng cố định – cánh quay

25

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

33

MEVKVCQ – 350 bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

48

3.1.2 Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I 50

3.2 Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khuôn vòng –

3.2.3 Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đa mục tiêu theo

P.1.2.1 Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi không

P.1.3.1 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

P.1.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

P.2.2.1 Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần I(mã

P.2.3.2 Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng

P.2.3.3 Kết quả tính toán hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện

năng riêng ở dạng mã hóa

P.3.2 Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm mức tiêu

thụ điện năng riêng

100

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

r

 Hệ số Poisson

Danh mục các bảng

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc II (chưa

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản

Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Thành phố

Hồ Chí Minh

28

Hình 3.3 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm

độ bền viên B dạng thực

60

tiêu thụ điện năng riêng để ép Ar dạng thực

64

MỞ ĐẦU

Phân bón cung cấp bổ sung cho đất các chất dinh dưỡng để thúc đẩy cây pháttriển, nâng cao năng suất và chất lượng Phân bón thường được dùng rải trực tiếptrên đất hay cũng được phun trên lá (dinh dưỡng qua lá) Phân bón được chia thànhphân bón hữu cơ và vô cơ, với sự khác biệt giữa chúng là nguồn gốc chứ khôngphải là sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng

Phân hữu cơ vi sinh bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơnhư các loại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng, phụ phế phẩm trong sảnxuất thực phẩm Thành phần của phân hữu cơ vi sinh rất phong phú trong đó chứahầu hết các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng Đây là nguồn nguyên liệuphong phú, không bao giờ cạn, có mặt khắp nơi, đôi khi nếu không xử lý hết sẽ gây

ô nhiễm môi trường Phân hữu cơ vi sinh rất thân thiện với cây trồng, con người,đất Cung cấp những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, không làm hại cho sứckhỏe 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 ởruộng lúa nước thì phân hoà tan nhanh vào nước, cây không kịp hấp thụ hết chấtdinh dưỡng mà ta cung cấp, còn nếu bón trên cánh đồng khô thì tưới nước hay trờimưa thì hầu như lượng phân bón sẽ theo dòng nước tập trung vào những nơi đấttrũng, vùng đất thấp Chất dinh dưỡng trong phân tan nhanh không phù hợp với nhucầu sinh trưởng của cây trồng Vì vậy, phân bón cần được tạo viên

Có hai phương pháp tạo viên phân hữu cơ vi sinh chủ yếu là phương pháp voviên và phương pháp ép viên Viên phân được sản xuất bằng phương pháp vo viêncho độ bền viên kém hơn so với viên phân được sản xuất bằng phương pháp épviên, thời gian viên phân tan trong nước hay trong môi trường có độ ẩm cũng thấphơn Nhưng phương pháp vo viên lại có ưu điểm so với phương pháp ép viên là cấutạo thiết bị tạo viên đơn giản, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp hơn

Mặt khác phân hữu cơ vi sinh là đối tượng gia công có tính dính, vón cục và

hệ số ma sát lớn Đây là những đặc tính ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việccủa 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 trụccán, ép kiểu dập, ép bằng rulo, ép bằng băng tải, ép kiểu trục có khuôn ép vòng, épkiểu trục có khuôn ép phẳng

Nguyên lý ép viên kiểu pittông được dùng chủ yếu để đóng bánh thức ănchăn nuôi, ép tách pha lỏng, ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số công nghệsản xuất Năm 2011, Đỗ Hữu Quyết và Bùi Việt Đức [16, tr.650 – 661] đã áp dụngnguyên lý ép viên kiểu pittông để ép viên phân bón kiểu “dúi” Do còn những tồntại về mặt công nghệ bởi chính nguyên lý ép pittông là độ cứng, độ chặt viên quálớn không thích hợp cho đa số cây trồng hiện nay Mặt khác ép bằng pittông lại chonăng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao, nguyên lý làm việc phức tạp,…nênthiết bị ép viên này mới dừng lại ở thử nghiệm

Nguyên lý ép vít được dùng chủ yếu để ép viên thức ăn thủy sản (dạng viênnổi hoặc chìm), ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số công nghệ sản xuất như

ép bún tươi, chất dẻo, phân bón hữu cơ hoặc hữu cơ vi sinh,.…Trong giai đoạn từnăm 1980 – 2000, đã có nhiều công ty sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh như công tySông Gianh (Quảng Bình), Thiên Sinh (Thành phố Hồ Chí Minh),…sử dụng máy

ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu vít Nhưng các loại máy ép viên phân bón nàycũng có nhược điểm là năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng và giá thành sảnxuất cao, nên hầu hết các đơn vị này đều quay về với phương pháp vo viên truyềnthống

Nguyên lý ép bằng trục cán được dùng nhiều trong sản xuất hóa chất, nănglượng, dược phẩm như phân bón vô cơ, viên thanh đốt có nguồn gốc thực vật haynăng lượng hóa thạch, thuốc chữa bệnh Nguyên lý ép này có yêu cầu công nghệchế tạo cơ khí cao, khó làm sạch trục cán cho đối tượng có độ dính và hệ số ma sátlớn nên chưa được ứng dụng trong công nghệ sản xuất viên phân bón hữu cơ vi sinh

ở trong nước

Nguyên lý ép kiểu dập chỉ thích hợp cho sản phẩm viên có yêu cầu độ bền,

độ cứng cao như thuốc chữa bệnh

Nguyên lý ép bằng rulo chỉ được dùng để đóng bánh rơm, cỏ để bảo quản, dựtrữ làm thức ăn cho đại gia súc

Nguyên lý ép bằng băng tải chỉ được dùng để ép tách nước sơ bộ

Nguyên lý ép kiểu trục có khuôn ép vòng và ép kiểu trục có khuôn ép phẳngđược dùng chủ yếu trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, tạo viên chất đốt Sử dụngnguyên lý ép này trong sản xuất phân bón hữu cơ cho năng suất thấp, khi hỗn hợp

ép có độ ẩm, độ dính cao thì không thể tạo viên được

Để khác phục các tồn tại của phương pháp ép viên trong công nghệ sản xuấtphân bón hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng, năm 2007 hai tác giả Trần Thị Thanh vàNguyễn Thị Kiều Hạnh đã đề xuất nguyên lý ép viên mới là ép kiểu khuôn vòng cốđịnh – cánh ép quay cải tiến từ nguyên lý ép kiểu trục có khuôn vòng quay Nhờkhắc phục được các tồn tại công nghệ của các phương pháp ép trước đó là độ bền,năng suất và dạng cấu trúc thiết bị nên nguyên lý ép cải tiến này đã được triển khai

ở hầu hết các vùng miền trong nước Do là nguyên lý ép mới, nên lý thuyết tínhtoán, kết cấu và công nghệ máy ép viên chưa được hoàn chỉnh, nên không thể xácđịnh được các thông số tối ưu bằng lý thuyết để nâng cao hiệu quả sản xuất Vì vậy,việc xác định các thông số tối ưu cho loại máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh này

để nâng cao hiệu quả sản xuất có tính cấp thiết và tính thời sự cao Được sự chấpthuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Công trình, Ban Giám hiệu trường

Đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Như Nam, tôi thực hiện đề tài:

“ Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón hửu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay”

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng

viên bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay

- Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn

vòng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phínăng lượng riêng bé nhất

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Máy được nghiên cứu trên mô hình máy thực, tìm ra một số thông số tối ưu

- Góp phần giải quyết vấn đề sản xuất phân bón trong nước hiện nay

* Tính mới của đề tài:

Nguyên lý tạo viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng cố định, cánh épquay là nguyên lý làm việc mới Nguyên lý này khác biệt với nguyên lý ép viênkiểu khuôn quay, trục quay dùng tạo viên trong sản xuất thức ăn chăn nuôi Vì vậycác thông số kết cấu, thông số kỹ thuật và thông số công nghệ của máy ép viên theonguyên lý chưa được nghiên cứu đầy đủ, sẽ là tính mới cho đề tài của luận văn

Đề tài được nghiên cứu dưới dạng luận văn thạc sĩ nên bị hạn chế về thờigian, kinh phí Được tiến hành thực nghiệm trên mô hình máy thực nên gặp trở ngại

về thời gian tổ chức thực nghiệm, kinh phí thực hiện

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy, cô trong

và ngoài trường, các bạn đồng nghiệp, các cơ quan hữu quan đã động viên, giúp đỡtôi trong quá trình hoàn thành luận văn thạc sĩ

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh dạng viên

Trên thế giới, phân hữu cơ nói chung và phân hữu cơ vi sinh nói riêng đãđược nghiên cứu và ứng dụng trong canh tác cây trồng từ lâu Với ưu điểm là nguồnnguyên liệu dồi dào, góp phần tận dụng các nguồn chất thải trong xử lý môi trường,tham gia vào quá trình cải tạo đất trồng, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành rẻ,khá thân thiện với môi trường, nên phù hợp cho các nước đang phát triển Với việcchủ động bổ sung và tạo môi trường thuận lợi để vi sinh vật có ích cho cây trồngnên các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển từ phân bón hữu cơ thành phân bónhữu cơ vi sinh Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dần được hoàn thiện vềcông nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất Do đơn giản về dây chuyền thiết bị, giáthành sản phẩm là phân bón hữu cơ vi sinh rẻ, thời gian bảo quản ngắn, yêu cầu môitrường bảo quản mang tính địa phương, nên hầu hết công nghệ, dây chuyền thiết bịđều do các nước tự nghiên cứu, sản xuất Vì vậy lợi nhuận chuyển giao công nghệ,

và sản xuất dây chuyền thiết bị thấp, cạnh tranh với sản phẩm và dây chuyền thiết bịsản xuất phân bón công nghiệp (như các loại phân hóa học, vô cơ,…) nên khôngđược các nhà sản xuất, thương mại quan tâm

Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định đạm cây họ đậu và phân vi sinh vậtphân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trênnền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vịtrong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật Các nhà khoa học đã phân lậpđược nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số vi sinh vật phân giải lân

Phân hữu cơ vi sinh trong nước được sản xuất dựa trên 3 nguồn nguyên liệu

cơ bản là : rác thải, chất thải trong chăn nuôi, than bùn

 Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải

Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn rác thải trình bàynhư hình 1.1 (chế biến thành nùn hữu cơ) và hình 1.2 (từ mùn hữu cơ chế biếnthành phân hữu cơ vi sinh) [19, (2006)]

Xúc tác sinh học



Rác tươi  Ủ hoai  Than bùn



Phân loại kích thước bằng sàng rung

Phế thải nằm trên sàng 20 mm Phân lọt qua sàng  20 mm



Loại nặng  Phân loại theo trọng lượng

 Loại nhẹ (Mùn hữu cơ)

Hình 1.1: Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản xuất

phân hữu cơ vi sinh (Theo [10], [19], [23], [24])

Hình 1.2: Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh

(Theo [10], [19], [23], [24])

Đặc điểm của dây chuyền chế biến rác thành phân:

Xử lý rác theo phương pháp ủ kỵ khí: trong điều kiện khí hậu nóng và ẩmướt ở Việt Nam thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ được tiến hành nhờ tác đụngcủa các vi sinh kỵ khí là thích hợp và tối ưu nhất, nhiệt độ trong đống rác có thể lêntới 50 ÷ 600C Để thời gian ủ rút ngắn 3 ÷ 4 tuần, nên đưa vào một lượng nhỏ chấthoạt hóa vi sinh vào trong rác hay vi khuẩn chịu nhiệt

Mùn hữu cơChủng vi sinh

(Azobacter và PSM)

phối trộn

Vo viên

Bổ sung N, P, K, vi lượngNuôi cấy

Phân hữu cơ dạng viên

Sau khi rác thành mùn hữu cơ thì quá trình tách lọc và loại bỏ tạp chất đượcthực hiện qua sàng rung Công đoạn chế biến mùn hữu cơ thành phân bón: tiếp theo

là công đoạn phối trộn các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng,thực vật, cố định Nitơ, phân giải hợp chất chống phốt phát khó tan và tạo viên phân

 Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân gia súc, gia cầm

Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng trình bày như Hình 1.3

Hình 1.3: Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng.

(Theo [10], [19], [23], [24])

 Sản xuất phân hữu cơ từ than bùn

Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ than bùn trình bày nhưHình 1.4

Đặc điểm công nghệ : nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ là than bùn vàmùn rác thải, trong đó chủ yếu là than bùn, mùn cưa, mùn rác thải, bã thải (như mùncưa, bã mía, vỏ cà phê,…) tất cả các nguyên liệu này lần lượt được xử lý qua cácbước lý hóa, sinh hóa Trước hết là phương pháp vật lý bao gồm phối tải và nghiềnnhỏ Tiếp theo là xử lý về môi trường để có độ pH thích hợp Tác nhân hóa họcgồm photphoric, lân nung chảy, đạm , kali, hoặc vôi bột Cuối cùng là xử lý vi sinhnguồn nguyên liệu vi sinh bằng vi khuẩn phân hủy xenlulo hoặc phân giải lân ủ vớithời gian nhất định

Than bùn, mùn hữu cơ

Phối trộn Vi sinh vật

Vo viênPhân hữu cơ vi sinh

Phân loại Đóng bao

Hình 1.4: Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn.

(Theo [10], [20], [23], [24])

Theo Cục Trồng trọt [23], chỉ trong thời gian từ năm 2004 ÷ 2007, Bộ Nôngnghiệp và Phát triển Nông Thôn đã công nhận 74 sản phẩm phân hữu cơ vi sinh.Trong số sản phẩm này có một số loại phân hữu cơ vi sinh thông dụng là:

Phân hữu cơ sinh học Sông Gianh: hàm luợng hữu cơ > 12%; P2O5 > 3%; visinh vật cố định nitơ, phân giải xenluloza, vi sinh vật phân giải các hợp chấtphotpho khó tan; vi sinh vật tổng số 5 10 6 con/gam; ngoài ra còn có các nguyên tố

vi lượng Phân hữu cơ vi sinh Thiên Sinh (KOMIX); hữu cơ >15%; vi sinh phângiải hợp chất photpho khó tan>6 10 6 con/gam Loại này sử dụng nhiều ở các vùngmía Tây Ninh

1.1.2 Tổng luận các công trình về máy ép viên kiểu khuôn vòng

Máy ép viên kiểu khuôn vòng ép có cơ chế ép kiểu trục trên khuôn ép vòngchuyển động quay gồm 4 dạng chính (theo [10], [16]) là : cối vòng – con lăn, 2 cốivòng tiếp xúc ngoài, 2 cối vòng tiếp xúc trong và cối vòng – cam ép Trong đó máy

ép viên kiểu cối vòng – con lăn là loại máy ép viên phổ biến hơn cả, được sử dụng

phổ biến trong công nghiệp sản xuất thức ăn gia súc, thức ăn thủy sản Máy ép viênkiểu khuôn vòng – con lăn có sơ đồ cấu tạo như hình 1.5 và kết cấu của buồng ép,được thể hiện rõ trên hình 1.6.

Hình 1.5: Mô hình máy ép viên kiểu cối vòng con lăn

(Theo [10], [11], [12], [16], [41])

1 Thân máy; 2 Động cơ chính; 3 Ổ trục; 4 Đai ốc cố định trục;

5 Giá đỡ động cơ điện; 6 Động cơ điện; 7.Bộ truyền động đai; 8 Bạc đạn;

9 Cánh trộn; 10.Giá đỡ; 11 Động cơ điều tốc; 12 Hộp giảm tốc; 13 Khớp nối;

14 Bích ; 15 Cửa nạp liệu; 16 Vỏ vít tải;17 Cánh vít; 18 Trục vít tải;

19 Bạc đạn; 20 Cánh trộn; 21, 22 Vỏ vít trộn; 23.Nắp đầu;

24 Máng xuống liệu; 25 Buồng tạo viên; 26 Cửa quan sát;

27 Cửa phòng quá tải; 28 Cơ cấu điều chỉnh cửa quá tải; 29 Cửa ra sản phẩm;

30 Bộ truyền động đai.

Hình 1.6: Kết cấu của

buồng tạo viên (Theo [10], [11], [12], [16], [41])

1 Khuôn; 2,13 Dao gạt liệu vào; 3 Nguyên liệu; 4 Đai ốc khóa;

5 Bích chỉnh con lăn;6, 7, 8, 9, 16, 17, 18, 19 Bulông kẹp chặt; 10, 20 Con lăn;

11, 12, 22, 23 Bulông cố định dao gạt; 14 Dao cắt viên; 15 Viên thức ăn;

21 Bích đỡ con lăn.

Đây là loại máy ép viên hình trụ theo dạng lỗ khuôn từ hỗn hợp dạng bột ứngdụng trong các công nghệ sản xuất thức ăn gia súc, thức ăn chìm cho một số thủysản, viên thực phẩm chức năng như viên cốm can xi cho người, Trong vài nămgần đây nguyên lý này dùng tạo viên chất đốt từ các nguyên liệu có nguồn gốc từthực vật như trấu, mùn cưa,

Máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn (pellet mill) được nghiên cứu hoànchỉnh cả về lý thuyết tính toán, thiết kế, chế tạo và là sản phẩm thương mại hóa từlâu ở các nước phương tây với những tên tuổi lớn như các công ty: Bliss (Mĩ), LaMeccanica (ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan)… Dựa vào các thiết kế củacác nước Châu Âu, một số nước ở Châu Á như: Trung Quốc ( Chính Xương,Mynhang…), Thái Lan (CPM), Việt Nam,…đã thiết kế, chế tạo chép mẫu Máy épviên kiểu khuôn vòng – con lăn được sử dụng cho rất nhiều các sản phẩm nôngnghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súc đến ép viên phế thảinông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải… ở mỗi một đối tượng khácnhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp Hình 1.7 giới thiệu máy ép viên củahãng Bliss (Mĩ) và hình 1.8 giới thiệu máy ép viên của hãng Myang ( Trung Quốc)

Hình 1.7: Máy ép viên kiểu khuôn

vòng – con lăn của hãng Bliss (Mĩ).

(Theo [10], [11], [12], [16])

Hình 1.8: Máy ép viên kiểu khuôn vòng –

con lăn của hãng Myang ( Trung Quốc) (Theo [10], [11], [12], [16])

Tất cả các máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn đều giống nhau về cấu tạo, nguyên lý làm việc Sự khác biệt chủ yếu là về chất lượng chế tạo, độ tin cậy,

hệ thống đảm bảo an toàn và trình độ tự động hóa

Nguyên tắc làm việc của máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn như sau:Dưới tác động của lực ly tâm và trọng lực lên hỗn hợp làm hỗn hợp ép chuyển độngquay cùng với bề mặt khuôn Khi đi qua khe hở hình nêm cong giữa con lăn và bềmặt khuôn trong khối hỗn hợp sẽ hình thành lên buồng ép do thay đổi tiết diện củakhối hỗn hợp chuyển động vào khe hở này và tác động của lực ma sát giữa bề mặtkhuôn và bề mặt con lăn lên khối hỗn hợp Lực ép sinh ra trong buồng ép sẽ tạo ra

sự phun trào qua các lỗ của khuôn để tạo viên Khả năng phun trào tùy thuộc áp lựcsinh ra lớn hay bé để thắng lực ma sát giữa khối thức ăn nằm trong lỗ khuôn với bềmặt lỗ khuôn Kích thước viên bị quyết định bởi đường kính lỗ khuôn Độ bền củaviên khi gia công ép bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn phu thuộc vàocác thông số công nghệ và đặc tính kỹ thuật của bộ phận ép

Các thông số công nghệ gồm có các đặc tính cơ lý của hỗn hợp ép như thànhphần, kích thước, độ ẩm, các tính chất về nhiệt của hỗn hợp ép, nhiệt độ ép, kíchthước viên sản phẩm, phương pháp gia công trước và sau khi ép, lượng cung cấp,…Thí dụ kích thước các phần tử của hỗn hợp ép càng nhỏ thì độ bền viên càng nângcao

Đặc tính kỹ thuật của bộ phận ép gồm có kích thước khuôn vòng (gồmđường kính, bề dày khuôn, kích thước lỗ khuôn), mật độ lỗ (hay diện tích tiết diệnsống của khuôn), đường kính con lăn, trạng thái bề mặt của khuôn vòng và con lăn,

số lượng con lăn, số vòng quay của khuôn vòng, công suất động cơ và công suấttruyền động,

Đối với hỗn hợp ép là thức ăn chăn nuôi với thành phần hỗn hợp ép chủ yếu

là các hạt lương thực, hỗn hợp trước khi đưa vào ép được gia nhiệt trực tiếp bằnghơi nước để tạo ra sự hồ hóa nhằm nâng cao sự kết dính hay độ bền viên Ở một sốhỗn hợp, khi ép không gia nhiệt cần thiết phải bổ sung chất kết dính là các polymer.Trong một số trường hợp như ép viên củi đốt, nhờ ma sát và hỗn hợp ép trước khiđưa vào ép được nghiền nhỏ sẽ tạo ra sự dính kết do hắc ín được tạo ra trong quátrình ép

Khi hỗn hợp ép là thức ăn chăn nuôi có độ ẩm cao hay hệ số ma sát ngoài với

bề mặt khuôn và bề mặt con lăn quá nhỏ thì áp lực lên khối nguyên liệu ép trongbuồng ép bé không đủ tạo lên áp lực ép cần thiết để đẩy hỗn hợp ép qua lỗ khuôncủa khuôn vòng Đồng thời hình thành quanh bề mặt khuôn vòng một lớp hỗn hợp

ép dẻo như một màng ngăn chặn hỗn hợp ép chui vào lỗ khuôn Chiều dày củamàng, nếu không tính đàn hồi bằng đúng khe hở giữa bề mặt khuôn vòng và conlăn Nếu không ngừng tiếp liệu sẽ gây nên hiện tượng quá tải động cơ hoặc bộ phậntruyền động cho khuôn vòng Ngược lại, nếu độ ẩm của hỗn hợp ép quá thấp, sẽ tạo

ra ma sát giữa viên trong lỗ khuôn với bề mặt lỗ khuôn lớn ngăn cản sự chuyểnđộng của viên trong lỗ khuôn Nếu việc cấp liệu vượt quá khả năng lưu thông qua lỗkhuôn (lúc này lưu thông qua lỗ khuôn rất thấp) sẽ gây quá tải cho động cơ và bộphận truyền động và tạo lên một lớp màng rất cứng do sự phát nhiệt làm hỗn hợp bịcháy

Ở máy ép viên kiểu khuôn vòng – con lăn, chiều dài viên ép được điều chỉnh bằng khe hở của dao cắt 14 (hình 1.6)

Mặc dù được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất như thức ăn chăn nuôi,hay sản xuất viên đốt từ phế thải thực vật, nhưng cho đến thời điểm hiện tại nguyên

lý ép viên kiểu kiểu khuôn vòng – con lăn chưa được ứng dụng để ép viên phân bónhữu cơ vi sinh Nguyên nhân chính là:

1) Hỗn hợp phân bón hữu cơ vi sinh có độ nhớt cao, độ ẩm lớn làm hệ số ma sátngoài (với bề mặt khuôn và con lăn) nhỏ Vì vậy khi khuôn quay, ma sát giữanguyên liệu ép (là hỗn hợp phân bón) với con lăn không đủ lớn để kéo nguyên liệuvào vùng ép (vùng nêm ép), giống như hiện tượng trượt lăn (còn gọi là patine) củabánh xe quay Trong ép viên hỗn hợp thức ăn chăn nuôi cũng xẩy ra hiện tượng nàykhi độ ẩm nguyên liệu ép quá cao

2) Để khắc phục hiện tượng trượt lăn, cần tăng đường kính con lăn nhằm làm tănglực ma sát kéo nguyên liệu ép vào vùng ép Tuy nhiên hướng khắc phục này khôngkhả thi vì bị giới hạn bởi không gian (hay đường kính) khuôn vòng

Năm 2007, PGS.TS Trần Thị Thanh (trường đại học Nông Lâm Thành phố

Hồ Chí Minh) đưa ra ý tưởng máy ép viên theo nguyên lý máy ép viên kiểu khuônvòng cố định – cánh quay dạng phẳng Năm 2009 ThS.Nguyễn Thị Kiều Hạnh đãthực nghiệm chế tạo thử thành công mẫu máy ép viên này và đưa vào ứng dụng Kếtquả công trình công bố trong hội nghị khoa học sinh viên và giáo viên trẻ tháng4/2010 Bước đầu cho thấy máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quay dạngphẳng có năng suất cao hơn hẳn so với các nguyên lý ép vít hay ép kiểu khuôn vòng– con lăn, độ bền viên cao hơn nhiều so với vo viên Với những ưu điểm này, máy

đã được sản xuất chấp nhận và đưa vào triển khai ứng dụng Nhưng máy ép viênkiểu khuôn vòng cố định – cánh quay dạng phẳng hãy còn những tồn tại cần phảikhắc phục là:

1) Nguyên lý làm việc mới nhưng chưa có lý thuyết tính toán Vì vậy các tính toánthiết kế mang tính mò mẫm

2) Các thông số làm việc của máy bao gồm các thông số kết cấu và công nghệ chưađược kiểm định xác định chế độ tối ưu

1.2 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh

1.2.1.1 Phân hữu cơ vi sinh

a) Khái niệm phân hữu cơ vi sinh [19, (2006)]

Phân vi sinh là tập hợp một nhóm vi sinh vật, hoặc nhiều nhóm vi sinh vật,chúng được nhân lên từ các chế phẩm vi sinh và tồn tại trong các chất mang không

vô trùng

magie, natri,…, các nguyên tố vi lượng ( đồng, kẽm, mangan, coban, bo,môlipden, ) nhưng ở hàm lượng không cao Phân hữu cơ được sản xuất nhờ quátrình lên men phân giải các nguyên liệu hữu cơ

Phân hữu cơ vi sinh là phân trộn cơ học giữa phân hữu cơ và phân vi sinh.Tác dụng của phân hữu cơ đối với cây trồng trình bày như hình 1.9

Hình 1.9: Sơ đồ tác dụng của phân hữu cơ vi sinh tới cây trồng

(Theo [10], [11], [12], [19])

b) Yêu cầu chất lượng của phân hữu cơ vi sinh dạng viên

Không có tạp chất (các thành phần không có khả năng phân hủy và các tạpchất hóa học); đảm bảo các chất dinh dưỡng trong phân; không có các sinh vật; cótính ổn định và tan ra khi gặp nước

1.2.1.2 Công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh

Công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh (hình 1.10) qua các công đoạn sau:

Tăng dung tích hấp thụ của đất

Kích thích sinh trưởng của cây

Tăng hoạt tính sinh vật đất

cải thiện chế

độ nước và không khí, tăng độ xốp

Tăng nhiệt

Công phá chất dinh

dưỡng khó tiêu Tăng cấu tạo đất

Cây mọc tốt hơn

+ Bước 1: Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật.

+ Bước 2: Xác định đặc tính sinh ly, sinh hóa, xác định xem chủng vi sinh vật phânlập được có an toàn với người, động thực vật và môi trường sinh thái không

+ Bước 3: Lên men thu sinh khối vi sinh vật

+ Bước 4: Chuẩn bị chất mang Chất mang ở đây có thể là than bùn hoặc là mùnhữu cơ của nhà máy xử lý rác thải Chất mang được đóng bao, có thể thanh trùnghoặc không

+ Bước 5: Phối trộn các vi sinh vật sau đó tiêm vi sinh vật vào các bao chất mang.+ Bước 6: Ủ sinh trưởng: tùy thuộc vào đặc điểm của các chủng vi sinh vật mà cóchế độ ủ khác nhau, nhưng thường là trong từ 3-5 ngày ở nhiệt độ xác định khoảng

40, độ ẩm đạt được từ 60 ÷ 70%, độ pH = 6,8 ÷ 7,5

Sau khi trộn xong, phối liệu được đưa vào hầm ủ , kết hợp phun dịch vi sinhvật hoạt hóa và cấp khí bằng quạt công nghiệp cao tốc Nhiệt độ đống ủ sau 5 ÷ 7ngày đạt được từ 55 ÷ 650C, có thể lên tới 70 ÷ 750C vào ngày thứ 9 và 10, sau đógiảm dần Thời gian ủ (háo khí) thường kéo dài từ 15 ÷ 20 ngày Giai đoạn ủ chín,thổi khô từ 10 ÷ 15 ngày

Trong suốt quá trình ủ, phân được đảo trộn định kỳ từ 5 – 7 ngày một lần,khi nhiệt độ đống phân xuống bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ hầm ủ, ẩm độ còn từ 28– 30%, không còn mùi khó chịu, không có các loại côn trùng và xuất hiện màu trắnghay màu xám trắng của các sợi của actinomyces (xạ khuẩn), phân đã hoại, được đưa

đi nghiền, sàng, trộn các chất phụ gia (theo nhu cầu) và tạo hạt (nếu cần), sau đóđóng bao thành phẩm.

Thành phẩm:

+ Phân hữu cơ

+ Phân hữu cơ vi sinh

+ Phân phức hợp vô cơ, hữu cơ vi sinh

+ Phân hữu cơ vi sinh – bảo vệ thực vật

+ Bùn cặn hữu cơ khử mùi

+ Than bùn, hữu cơ: ủ (kỵ khí), sấy (phơi), nghiền, sàng khử bitum

+ Phế liệu hữu cơ ủ (kỵ khí), ủ (kỵ khí), sấy (phơi), nghiền, sàng

Phối trộn nguyên liệu

Ủ hiếu khí và đảo trộn (cưỡng bức)

Các chất phụ gia, chất độn

Nước thải rửa

Nước xử lý khí, bụi

nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh không phức tạp, vấn đề chủ yếu ở mức độ cơ giớihóa (tự động hóa) và chế phẩm vi sinh vật gốc dùng ủ phân.

Mục đích của quá trình nén ép là ngoài công việc tách pha lỏng, lèn chặt sảnphẩm nhằm cải tiến điều kiện vận chuyển, nó còn làm cho sản phẩm có hình dạngnhất định

Đối tượng ép viên rất đa dạng và phong phú : rời, lỏng ít nhớt, lỏng nhớt,đậm đặc, dẻo, nhão, quánh Do đó tùy theo yêu cầu mức độ chính xác của máy ép

mà chọn phương pháp làm việc cho máy ép viên phù hợp

Ép viên, đóng bánh, tạo hạt là quá trình lèn chặt tạo ra các viên có hình dạngnhất định Nhờ quá trình lèn chặt mà khối lượng riêng tăng lên, tính hút ẩm và khảnăng oxy hóa trong không khí giảm Ở dạng viên sản phẩm phân bón bảo quảnđược lâu, thể tích chiếm chỗ giảm từ 2-4 lần dạng bột Vận chuyền dễ dàng không

bị phân lớp do quá trình vận chuyển

Việc lựa chọn phương pháp ép viên, dạng máy ép viên thuộc vào các tínhchất cơ lý và cỡ hạt của sản phẩm ép viên bao gồm :

- Kích thước cấu tử, khối lượng thể tích, độ linh động (độ xốp), độ ẩm, sựdính kết

- Khối lượng riêng, độ nhớt, độ dính, sự có mặt các hạt huyền phù đối vớisản phẩm lỏng

- Khối lượng thể tích, độ đặc, độ dính, độ linh động, tính đàn hồi đối vớidạng sản phẩm bột nhão và bột nhào

b) Yêu cầu kỹ thuật ép viên

Kích thước viên: các viên tạo ra có thể có dạng hình trụ, lăng trụ hoặc viênđịnh hình đường kính từ 1.5-8 mm hoặc lớn hơn Độ dài của viên được xác địnhphụ thuộc vào đường kính của viên

Độ cứng của viên: đóng vai trò quan trọng, không quá cứng, không quámềm Nếu cứng quá khó tan, không đủ độ cứng viên dễ bị vỡ nát

Viên cần có độ đồng đều cao

Viên đưa vào đóng gói phải có độ ẩm ở chế độ bảo quản, nhiệt độ của viênbằng với nhiệt độ môi trường

Yêu cầu kỹ thuật đối với một máy ép viên là : năng suất máy cao; chi phínăng lượng riêng thấp; có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

1.2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép vật thể [16, (2000)]

a) Các tính chất cơ lý của nguyên liệu ép

Các tính chất cơ lý của nguyên liệu ép ảnh hưởng đến quá trình nén ép là:

- Kích thước các phần tử;

- Ẩm độ;

- Hình dạng (cầu tính);

- Khối lượng riêng và khối lượng thể tích;

- Góc nội ma sát của nguyên liệu;

- Hệ số ma sát của vật liệu và kim loại

Các nguyên liệu khác nhau có các tính chất cơ lý khác nhau và được xác địnhbằng thực nghiệm

b) Các phương pháp nén – ép

Các phương pháp nén – ép được trình bày ở Hình 1.11

1, 2 Ép bằng píttông; 3,4 Ép kiểu dập; 5, 6, 7 Ép bằng rulo;

8 Ép bằng băng tải;9 Ép bằng vít; 10 Ép bằng vít với áp suất cao;

11,12 Ép bằng trục cán; 13, 14, 15, 16 Ép kiểu trục có khuôn ép vòng;

17, 18 Ép kiểu trục có khuôn ép phẳng.

Quá trình nén – ép tạo nguyên liệu có các phương pháp sau : nén, xoắn, rung,

ép trào, cán lăn Nếu quá trình nén – ép thể tích kín được gọi là ép Theo trị số ápsuất nén ép mà người ta phân chia thành:

- Ép không có chất phụ gia dính kết ở áp suất nhỏ (150  200 kG/cm2)

- Ép dưới áp suất cao (300  350 kG/cm2)

- Ép dưới áp suất nhỏ (50  100 kG/cm2) có chất phụ gia dính kết

c) Các hình thái liên kết ẩm với vật rắn

Sự hiện hữu các chất keo, các chất dẻo polyme, độ xốp cao trong cácnguyên liệu có nguồn gốc thực vật làm chúng rất nhạy với sự có mặt của nước trong

hệ thống Ở đây ý nghĩa quan trọng nhất không chỉ là số lượng tuyệt đối (độ ẩm) mà

là trạng thái của nó Công trình nghiên cứu phân loại các hìn thái liên kết nước vớicác chất trong nguyên liệu có nguồn gốc thực vật đầu tiên là của P.A.Rebinder [13],[29] Công trình đã xác định được năng lượng cần thiết dể khử nước trong sảnphẩm

Các hình thái liên kết cơ bản nước trong các hạt và vật liệu hữu cơ khác cónguồn gốc thực vật là: liên kết hóa học, liên kết lý hóa và liên kết cơ học.

Liên kết cơ học của nước là liên kết kém bền nhất Nó được đặc trưng bởi

tỷ lệ số lượng không xác định bao gồm: lượng ẩm mao dẫn và lượng ẩm thấm cótính chất của nước bình thường

Khả năng các vật xốp có ống mao dẫn thu gom lượng ẩm được đặc trưngbằng độ ẩm háo nước cực đại Độ ẩm háo nước cực đại là khối lượng nước mànguyên liệu hút trong khí quyển đã bão hòa ẩm

d) Quá trình tạo phôi kết dính

Hiện nay có một số thuyết (mao dẫn, keo, phân tử và các thuyết khác) [16],[41] được sử dụng để mô tả kết cấu bên trong sản phẩm ép và làm rõ các nguyênnhân tạo ra hiệu lực liên kết giữa các phân tử trong khối sản phẩm đã được nén chặt.Trong các thuyết ấy, thuyết phân tử dựa trên cơ sở nhiệt động lực học do V.MNaumovich phát minh được sử dụng rộng rãi hơn cả Theo thuyết phân tử thìnguyên nhân cơ bản tạo ra liên kết các phân tử rắn lại với nhau là sự bám dính.Cũng theo thuyết này thì sự hiện diện của lực hút phân tử giữa các phân tử sẽ dẫnđến sự xuất hiện lực hút tương tự như sự bám dính

Để tăng lực liên kết thì trong quá trình phải có một lượng chất kết dính nhấtđịnh Sự gắn chặt giữa các phân tử là do tác dụng của lực mao quản ở các bề mặt lồilõm Muốn thế vật thể phải có độ ẩm cần thiết (28–30) % để chất đầy vào các maoquản giữa các bề mặt phân tử Độ ẩm là chỉ số quan trọng, độ ẩm cao áp suất épnhỏ, dễ tạo hình, bề mặt sản phẩm nhẵn nhưng dễ đứt Độ ẩm thấp khó tạo hình

Sự nâng cao áp suất góp phần làm chắc thêm khối sản phẩm do đã san lấpđược các rỗ khí, các hốc rỗng và tăng thêm diện tích tiếp xúc giữa các phần tử.Chính những nguyên nhân này đã làm cho lực dính kết các phần tăng lên Khi khốisản phẩm đạt đến trạng thái không xốp (bên trong không có lỗ rỗng) thì việc tăngthêm áp suất sẽ mất ý nghĩa

Hình 1.12: Độ bền lý thuyết và đặc tính liên kết phụ thuộc vào kích thước

các phần tử (Theo [16], [35], [41])

Theo hình 1.12 giới thiệu sơ đồ của G Rumppho [16], [41] mô tả đặc trưngtác dụng các kiểu liên kết khác nhau giữa các phần tử phụ thuộc và kích thước củachúng Miền I biểu thị điều kiện ép khi đóng bánh và tạo viên Miền này giới thiệucác liên kết xuất hiện khi các bề mặt tiếp xúc hoặc khi có sự hiện hữu của các chấtdính kết Độ bền của vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào áp suất mà không phụ thuộcvào kích thước các phần tử

Ở miền II biểu thị các liên kết yếu hơn giữa các phần tử rắn trong sự liênkết tinh muối từ dung dịch Độ bền liên kết sẽ tăng với một trị số nào đó, khi kíchthước các phần tử giảm Phần này của biểu đồ còn biểu thị điều kiện quan trọng quátrình tạo viên bằng phương pháp cán lăn Tại đây sau khi sấy khô trong khối sảnphẩm xuất hiện bền vững bởi có sự kết tinh muối xảy ra trong đó

Với các phần tử có đường kính nhỏ hơn 1 μm, trên đoạn A độ bền các liênm, trên đoạn A độ bền các liênkết được xác định bởi lực Vandeval Khoảng hẹp B có tác dụng của lực Vandeval

và liên kết từ các màng hút ẩm Khoảng hẹp B đặc trưng cho độ bền liên kết từ cáclực mao dẫn tác dụng trong các siêu ống mao dẫn có bán kính 10-3μm, trên đoạn A độ bền các liênm hoặc nhỏ hơn

Trên khoảng C và cao hơn nó là các liên kết có thể có xuất hiện từ sự liên kết hay từtác dụng của các chất kết dính có độ nhớt (ví dụ: mỡ, chất béo…).

Nếu buồng ép có tiết diện S không đổi thì:

1

0 1

0 1

0

ρ

ρ h

h S.h

S.h

Trong đó: ho và h1 – chiều cao lớp hỗn hợp trước và sau khi ép

ρ0 và ρ1 – khối lượng thể tích của hỗn hợp trước và sau khi ép, kg/m3

f) Độ hổng (rỗng) P

Độ hổng (rỗng) P của khối hỗn hợp được xác định bằng:

V

V V

V0 – thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử;

Vr – thể tích phần chất rắn trong hỗn hợp

Độ hổng P’ của các viên đã được ép cũng được tính tương tự như sau:

'

' 1 '

'

V

V V

Trong đó: V’ – thể tích của cả khối đã nén ép;

V’0 – thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử;

Hệ số dãn nở đàn hồi k là tỷ số giữa thể tích Vd sau khi nén nở ra với thể tích Vndưới áp lực nén:

n

d V





(1.6)Trong đó: ρ – khối lượng riêng của phân vi sinh, kg/m3

Từ đó cũng có thể đánh giá chất lượng tạo viên bằng “độ vụn”, V = 100 – B

i) Tính chất nới, rão của nguyên liệu

Tính chất nới của nguyên liệu nghĩa là ứng suất tác động giảm dần tới một trị

số nào đó khi biến dạng không đổi theo thời gian và tính chất rão của nguyên liệunghĩa là biến dạng nén tăng dần theo thời gian trong khi giữ nguyên ứng suất nén

Đối với tính chất nới, theo Măcxuel [13], [29] ứng suất sẽ giảm dần theocông thức sau đây:





 0.eG t/

Trong đó: τ0 – ứng suất ban đầu (khi t = 0), [Pa];

G – mô đun đàn hồi, [Pa];

Hiện nay có một số thuyết (mao dẫn, keo, phân tử và các thuyết khác) được

sử dụng để mô tả kết cấu bên trong sản phẩm ép và làm rõ nguyên nhân tạo ra hiệulực liên kết giữa các phần tử trong khối sản phẩm đã được nén chặt Trong cácthuyết ấy, thuyết phân tử dựa trên cơ sở nhiệt động lực học do V.M Naumovich

phát minh được sử dụng rộng rãi hơn cả Theo thuyết phân tử thì nguyên nhân cơbản tạo ra liên kết các phân tử rắn lại với nhau là sự bám dính Cũng theo thuyết nàythì sự hiện diện của lực hút phân tử giữa các phân tử sẽ dẫn đến sự xuất hiện lực húttương tự như lực bám dính.

Sự nâng cao áp suất góp phần làm chắc them khối sản phẩm do đã san lấpđược các rỗ khí, các hốc rỗng và tăng thêm diện tích tiếp xúc giữa các phần tử.Chính những nguyên nhân này đã làm cho lực dính phân tử tăng lên Khi khối sảnphẩm đạt đến trạng thái không xốp (bên trong không có lỗ rỗng) thì việc tăng thêm

áp suất sẽ mất ý nghĩa

k) Phương trình ép cơ bản

Chỉ số cơ bản đặc trưng cho quá trình nén ép bắt kỳ là khối lượng riêng củasản phẩm Bằng thực nghiệm, hai nhà bác học I.A Polgov và V.I Oxobov xây dựngphương trình ép cơ bản trên cơ sở 4 tiên đề sau:

- Khối lượng riêng ban đầu của vật liệu như nhau trong toàn bộ buồng ép

- Khối lượng riêng của vật liệu trong quá trình nén tăng liên tục

- Ứng lực khi nén tĩnh không phụ thuộc vào vận tốc biến dạng

- Ứng suất pháp trên mặt cắt ngang bất kì của buồng nén được phân bố đều.Dựa vào những tiên đề trên cho phép coi đạo hàm của áp lực theo khối lượngriêng là hàm liên tục của áp lực đặt:

)

( p

f d

Đối với trạng thái vật thể đàn hồi, nhớt dẻo, ta cần quan tâm tính lưu biếncủa sản phẩm trong quá trình nén ép Do đó, cùng với sự phụ thuộc p = f(p) biểudiễn theo phương trình ép cơ bản, ta xét mối quan hệ giữa áp suất nén và biến dạng.

a

e c

Từ công thức (1.12) ta thấy, để đạt một trị số biến dạng như nhau, nếu khối lượng riêng ban đầu ρ0 càng lớn thì áp lực cần thiết tác dụng vào khối sản phẩm càng cao

1.2.2.3 Dạng cấu trúc hạt

Cấu trúc hạt bằng phương pháp nén ép cho cấu trúc hạt xít chặt (hình 1.13)

Nén thành sợi dài cắt đứt dạng khối cầu vo viên

Hình 1.13: Sự hình thành hạt theo phương pháp nén ép (Theo [10], [19]).

1.2.3 Cấu tạo và lý thuyết tính toán máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định –

Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo của máy ép viên khuôn vòng cố định – cánh quay.

1.Động cơ điện; 2.Truyền động đai; 3 Puli; 4 Trục trung gian;

5 Truyền động xích; 6 Đĩa xích;7, 16 Ổ bi; 8 Máng cấp liệu; 9 Vít tải;

10 Bu lon; 11 Đai ốc; 12.Vòng đệm; 13.Cánh gạt; 14 Khuôn vòng;

15 Vỏ buồng ép; 17 Trục cánh ép; 18 Máng tháo sản phẩm;19 Khung máy.

Máng cấp liệu:

Tùy theo vị trí và kết cấu mà máng cấp liệu có dung tích khác nhau Đểđảm bảo cho nguyên liệu không bị ứ đọng trong máng và chảy liên tục góc nghiêngcủa máng lớn hơn góc ma sát giữa nguyên liệu ép viên và vật liệu làm máng

 Vít cấp liệu:

Vít được thiết kế chế tạo dựa theo năng suất của máy ép viên Vít đượctruyền động từ động cơ điện qua trục trung gian nhờ truyền động đai và truyền độngxích

 Bộ phận ép viên:

+ Buồng ép: Buồng ép được tạo thành bộ khuôn với các đường kính khác nhau khi cần ép các loại viên khác nhau Trong nó có bốn cánh gạt, khe hở giữa cánh gạt và khuôn lấy

bằng 2  10 mm Khe hở lớn là điều không mong muốn, vì như vậy sẽ làm cho haophí năng lượng một cách vô ích nén lặp lại lớp vật liệu ở các chu trình nén kế tiếp.+ Cánh gạt:

Cánh gạt được ghép từ hai miếng thép hình chữ nhật có độ nghiêng nhấtđịnh Nhờ vậy mà nguyên liệu được nén ép dễ dàng Để tăng độ cứng vững chocánh gạt khi làm việc người ta gắn thêm gân tăng cứng

+ Khuôn:

Khuôn được làm bằng thép vừa chịu mài mòn vừa cứng Tùy từng loạikhuôn mà ta có độ dày khuôn và đường kính lỗ khác nhau Khuôn được giữ cố định.Việc chọn đúng chiều dài rãnh ép đóng vai trò rất quan trọng nhằm thu được khốisản phẩm có khối lượng riêng yêu cầu ρ (kg/m3)

 Bộ phận truyền động:

Cánh ép được lắp chặt với trục máy bằng mối ghép then hoặc chốt Trụcmáy nhận truyền động từ động cơ điện qua bộ truyền động đai đến trục trung gian

và tiếp tục giảm cấp bằng bộ truyền động xích Động cơ điện được dùng cho máy

ép viên có số vòng quay 1460 vòng/phút, công suất động cơ 7,5 kW

Nguyên lý làm việc của máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng – cánh quay được trình bày như sau:

Nguyên liệu là phân hữu cơ vi sinh đã được ủ, lên men, đạt yêu cầu Hỗn hợpnguyên liệu sau khi vào máng cấp liệu được vít tải đưa đến buồng ép Khi cánhquay sẽ gạt và lùa vật liệu xung quanh khuôn cố định Do cánh quay đặt nghiêngmột góc so với phương hướng kính, nên tạo ra áp lực đẩy vật liệu qua lỗ khuôn Vậtliệu qua khuôn được định hình thành viên có đường kính theo đường kính lỗ khuôn,sau đó sẽ rơi xuống dưới tạo thành viên theo yêu cầu Tùy theo đường kính lỗkhuôn mà có kích thước viên khác nhau

Hiện máy này đã được ứng dụng ở nhiều cơ sở sản xuất phân bón hữu cơ ởnước ta Hình 1.15 giới thiệu máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định – cánh quayphẳng do khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minhsản xuất

Hình 1.15: Máy ép viên kiểu khuôn

vòng – cánh quay phẳng của khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh (Theo

bị nén ép trong rãnh 2 rồi bị đẩy lọt qua nó

Như vậy giai đoạn đẩy nguyên liệu từ diện tích các vách xảy ra trước giaiđoạn nén.Trong buồng ép phần vật liệu ABCD nằm trên rãnh ngẫu nhiên trở thành

“chày” Khi ứng lực tác dụng từ phần vật liệu này lớn hơn phần áp lực của khối vậtliệu nằm trong rãnh thì khối vật liệu trong rãnh dời chỗ - bắt đầu giai đoạn dồn đẩy

và khối nguyên liệu abcd từ buồng nén chuyển xuống rãnh Ở đây khi phản áp lựcgiảm xuống (ma sát tĩnh được thay thế bằng ma sát động), ứng suất trong buồng néncũng giảm xuống và vật liệu từ khe (từ đường sinh F) “chảy tự do” xuống rãnh nén.Việc ấn nguyên liệu xuống rãnh và sự dồn đẩy nó theo rãnh được tiếp diễn cho đếnkhi khe hở giữa cánh gạt và mặt trong của khuôn chưa đạt tới trị số cho phép cựctiểu