QUY TRÌNH sản XUẤT vật LIỆU GIỮ ẩm mới GIÚP cây TRỒNG vượt QUA mùa hạn ở tây NGUYÊN QUI mô PILOT 150 kg TRÊN NGÀY

HỒ SƠ ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMQUY TRÌNH SẢN XUẤT VẬT LIỆU GIỮ ẨM MỚI GIÚP CÂY TRỒNG VƯỢT QUA MÙA HẠN Ở TÂY NGUYÊN QUI MÔ PILOT 150 Kg/ NGÀY Tên

HỒ SƠ ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

QUY TRÌNH SẢN XUẤT VẬT LIỆU GIỮ ẨM MỚI GIÚP CÂY TRỒNG VƯỢT QUA MÙA HẠN

Ở TÂY NGUYÊN QUI MÔ PILOT 150 Kg/ NGÀY

Tên đề tài

Đơn vị chủ trì: Viện Công nghệ Hóa học

Đồng chủ nhiệm đề tài: PGS TSKH LƯU CẨM LỘC

TS NGUYỄN CỬU KHOA

THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀITên đề tài:

Quy trình sản xuất vật liệu giữ ẩm mới giúp cây trồng vượt qua mùa hạn ở Tây Nguyên qui mô pilot 150 kg/ ngày.

 Thuộc chương trình : Vật liệu mới

 Thời gian thực hiện : Từ tháng 2/2005 đến tháng 2/2006

 Cấp quản lý : Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

 Kinh phí : Tổng số 600 triệu đồng

(Trong đó, từ ngân sách SNKH: 600 triệu đồng)

1.Lưu Cẩm Lộc,

Học hàm, học vị: PGS.TSKH, Chức vụ: Viện trưởng

 Đồng chủ nhiệm đề tài:

2 Nguyễn Cửu Khoa,

Học vị: TS, Chức vụ:Trưởng phòng

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1- Sản xuất vật liệu giữ ẩm mới có thời gian sử dụng dài (2-3 năm) giúp cây trồng vượt qua mùa hạn ở Tây Nguyên Qui mô sản xuất

4- Nâng cao năng suất cho cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế

cho người nông dân

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

 Hầu hết các nghiên cứu của các tập đoàn trên thế giới như ở Nhật Bản, Pháp, Mỹ, Anh, Đức, Canada…đều xuất phát từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ: polymer acrylic, polymer acrylamid, polymer có các nối đôi ethylenic, polyvinyl alcohol hoặc các copolymer của chúng

 Sản phẩm có khả năng hấp thụ nước rất cao (80-600 lần đối với nước cất và 60-80 lần đối với nước muối sinh lý) và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: y tế, dược phẩm, sản phẩm tã lót, trong ngành nông lâm

nghiệp

 Ở Trung Quốc năm 1999 cũng công bố chế phẩm “KHOA DU 98”

là vật liệu polymer có sức hút nước rất cao (1000 lần), đã được sử dụng cho cây trồng và đã tiết kiệm được 50% lượng nước tưới và giúp tăng sản lượng cây 15-20%

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

 Ở Việt Nam trong những năm gần đây (1999-2000) dựa trên nền tảng tinh bột ghép acrylic, Viện Hóa học Hà Nội (Viện KHCNVN) cũng đã

thành công trong việc nghiên cứu chế tạo được chế phẩm AMS-1 với

khả năng hút nước cao (300-350 lần) với giá thành hạ (40.000đ/kg)

 Tuy nhiên nhược điểm của chế phẩm AMS-1 là chỉ giữ nước được với

thời gian ngắn (5-7 ngày) vì cấu trúc hấp thụ nước bị phá vỡ và sau đó không thể tái sử dụng được nên ít có ý nghĩa sử dụng trong nông nghiệp

 Năm 2003-2004 Viện Công Nghệ Hóa Học thực hiện thành công đề tài: “Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu giữ nước, giữ ẩm mới có khả năng sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp”, do Sở KH & CN Tp.HCM cấp kinh phí Đề tài trên đã được nghiệm thu vào tháng 10-

2004

VẬT LIỆU VHHC-8 TỪ BÃ MÍA VỚI 3 SẢN PHẨM

1- VHHC-801:

Độ hấp thụ nước: nước cất 450 lần, nước thường 400 lần,

nước muối 120 lần Thời gian phân hủy cấu trúc khoảng 2-3 năm Giá thành sản phẩm 35.000đ/kg

VẬT LIỆU VHHC-9 TỪ MÙN CƯA VỚI 3 SẢN PHẨM

1- VHHC-901

Độ hấp thụ nước: nước cất 430 lần, nước thường 370 lần,

nước muối 120 lần Thời gian phân hủy cấu trúc khoảng 3 năm

Giá thành sản phẩm 34.000đ/kg

2- VHHC-902:

Độ hấp thụ nước: nước cất 270 lần, nước thường khoảng 250 lần,

nước muối 100 lần.Thời gian phân hủy cấu trúc khoảng 6 tháng

Giá thành sản phẩm 27.000đ/kg

3- VHHC-903:

Độ hấp thụ nước: nước cất 150 lần, nước thường khoảng 120 lần,

nước muối 70 lần Thời gian phân hủy cấu trúc khoảng 3 tháng

Giá thành sản phẩm 21.000đ/kg

CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT SỬ DỤNG

 Dùng các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại để tạo liên kết không gian của bã mía, mùn cưa (đã qua sơ chế) bằng các tác nhân tạo liên kết ngang (monomer acrylic hoặc monomer acrylamid) ở những điều kiện nhiệt độ, thời gian khác nhau

 Dùng các phổ hiện đại: IR, UV, cộng hưởng từ hạt nhân, diện tích bề

mặt BET để xác định các liên kết tạo thành và cấu trúc không gian của vật liệu

Thiết kế hệ thống xử lý sơ bộ bã mía, mùn cưa

Thiết kế hệ thống tổng hợp vật liệu ở qui mô pilot, công suất 150kg/ ngày

Thiết kế hệ thống nghiền, sấy, vô bao sản phẩm

- Chuyển mô hình sản xuất từ phòng thí nghiệm sang dạng pilot

- Hệ thống xử lý mùn cưa, bã mía với công suất 200kg/ngày

- Thiết kế, chế tạo hệ thống tổng hợp vật liệu mới

- Hệ thống công nghệ xử lý vật liệu tạo thành nhằm tăng khả năng hấp thụ nước

- Hệ thống sấy, nghiền, vô bao sản phẩm

- Lắp đặt sơ đồ công nghệ

- Mua hoá chất, vật tư, nguyên liệu

NHỮNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Năm 2005: Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

- Vận hành sơ đồ và hoàn chỉnh công nghệ

- Sản xuất thử với công suất 150 kg/ngày

- Xác định một số tính chất đặc trưng của vật liệu, thử nghiệm vật liệu trong điều kiện tự nhiên

- Sản xuất 3 tấn sản phẩm

- Tính toán giá thành và hiệu quả kinh tế của chế phẩm

NHỮNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Năm 2006: Thử nghiệm và sản xuất vật liệu

CÁN BỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc

TS Nguyễn Cửu Khoa

TS Phan Thanh Thảo

TS Hoàng Quốc Khánh

TS Lê Xuân Thuyên Ths Hoàng Thị Kim Dung Ths Hoàng Tiến Cường Ths Phạm Cao Thanh Tùng

CN Trần Ngọc Quyển

CN Đặng Thị Ngọc Yến

KS Nguyễn Phúc Hoàng Duy

KS Nguyễn Công Trực KTV Nguyễn Hoàng Tuấn Dũng

KTV Nguyễn Minh Hải

Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện sinh học Nhiệt Đới Phân Viện Địa Lý

Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hoá học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hóa học Viện Công nghệ Hoá học

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Nội dung công việc Thời gian Sản phẩm Người thực hiện chính

- Chuyển mô hình sản xuất từ

phòng thí nghiệm sang dạng

pilot.

Tháng 02-06 /2005

- Mô hình toàn bộ hệ thống sản xuất

ở dạng pilot.

Nguyễn Cửu Khoa Lưu Cẩm Lộc Phạm Cao Thanh Tùng Trần Ngọc Quyển

- Thiết kế hệ thống xử lý mùn

cưa, bã mía với công suất

200kg/ngày 06-08 /2005Tháng - Hệ thống xử lý mùn cưa, bã mía

Nguyễn Cửu Khoa Hoàng Quốc Khánh Trần Ngọc Quyển Nguyễn Công Trực

- Chế tạo hệ thống tổng hợp vật

liệu mới 07- 10 /2005Tháng - Hệ thống tổng hợp vật liệu Nguyễn Cửu Khoa Hoàng Thị kim Dung

Lê Xuân Thuyên

- Thiết kế hệ thống xử lý vật

liệu tạo thành nhằm tăng khả

năng hấp thụ nước.

- Thiết kế hệ thống sấy,

nghiền, vô bao sản phẩm.

Tháng 11/2005

-Hệ thống xư lý vật liệu.

-Hệ thống nghiền, sấy, vô bao

Lưu Cẩm Lộc Nguyễn Cửu Khoa Phạm Cao Thanh Tùng Trần Ngọc Quyển Nguyễn Công Trực

- Mua hoá chất, nguyên liệu Tháng -Hoá chất, nguyên Hoàng Thị kim Dung

Lắp đặt sơ đồ công nghệ Tháng

1-2/2006 Bảng đánh giá Phạm Cao Thanh Tùng

Trần Ngọc Quyển Nguyễn Công Trực Hoàn thiện công nghệ Tháng

3-6/2006 Bảng đánh giá Phạm Cao Thanh Tùng

Trần Ngọc Quyển Sản xuất thử với công suất

150 kg/ngày.

- Xác định một số tính

chất đặc trưng của vật liệu

Tháng 7-9/2006 150 Kg sản phẩmBảng kết quả xét

10-11 / 2006

3 tấn sản phẩm Nguyễn Cửu Khoa

Trần Ngọc Quyển Phan Thanh Thảo Tính toán giá thành sản

phẩm, đánh giá hiệu quả

kinh tế và Viết báo cáo

nghiệm thu

Tháng 12-2006 Bảng báo cáo Nguyễn Cửu KhoaLưu Cẩm Lộc

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

 Dạng kết quả dự kiến của đề tài: 3 tấn vật liệu và qui trình sản xuất.

 Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra

Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học

 Sản phẩm giữ nước

Độ hấp thụ nước của từng loại sản phẩm.

Thời gian phân hủy cấu trúc, kết quả thử nghiệm trong điều kiện tự nhiên.

 Bài báo khoa học 1-3 bài, đăng tải trong tạp chí khoa học chuyên

ngành

 Đào tạo 02 HVCH bảo vệ xong luận văn Thạc sĩ

 Yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm của đề tài thuộc hướng phát triển công nghệ

Tên sản

phẩm

Độ hấp thụ (g/g)

Thời gian phân hủy cấu trúc

Giá thành

Nước cất

Nước thường

Nước muối

 Khả năng và phương thức ứng dụng kết quả đề tài:

 Nhằm giải quyết vấn đề hạn hán cấp bách hiện nay ở Tây Nguyên,

sản phẩm của đề tài sẽ được triển khai trên các nông trường cà phê,

ngô, bông ở Gia lai

 Kết hợp cùng các sở KHCN các tỉnh ở Tây Nguyên triển khai

ứng dụngrộng rãi vật liệu giữ ẩm vào mùa khô cho các cây Cà phê, Bông, Ngô

 Phổ biến công dụng và phương pháp sử dụng vật liệu

 Các tác động khác của kết quả đề tài:

Là cơ sở dữ liệu chủ yếu cho 2 luận văn Thạc sĩ

KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

 Sơ đồ hệ thống thiết bị

Hóa chất

Hệ thống phản ứng Thiết bị cắt lát Hệ thống sấy Thiết bị nghiền

Hệ thống đóng gói Thành phẩm

DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CHẤT GIỮ ẨM

Công dụng: dùng để sản xuất chất

giữ ẩm phục vụ cho trồng trọt

Đặc tính kỹ thuật:

- Điện thế : 380V – 50 Hz – 3 pha

- Dòng lắp đặt : 40 A

- Công suất : 150 kg/ngày

-Mặt bằng sản xuất:

dài 8m x rông 6m x cao 3m

HỆ THỐNG PHẢN ỨNG

1- Công dụng:

Dùng để tiến hành phản ứng và đóng rắn chất giữ ẩm

2- Đặc tính kỹ thuật:

Điện thế : 380V – 50 Hz – 3 pha; Dòng lắp đặt: 15 A Công suất : 100 kg/mẻ

Công suất điện trở : 9 kW

Nhiệt độ : điều chỉnh tự động trong khoảng 30-100oC

Gia nhiệt : gián tiếp qua vòi nước

Kích thước buồng phản ứng: đường kính 600cm x cao 500cm Vật liệu : Inox SUS 304 dày 1.5mm

Tủ điều khiển : 200mm x 300mm x 400mm; vật liệu Inox 304

dày 0.8mm; Linh kiện chính: Hàn Quốc

Mặt bằng sử dụng : dài 1m x rộng 1m x cao 2m

THIẾT BỊ CẮT LÁT

2- Đặc tính kỹ thuật:

Kích thước bàn : dài 2.000cm x rộng 1.000cm x cao 800cm

Mặt bằng sử dụng : dài 2m x rộng 1m x cao 2m

1- Công dụng:

Dùng để cắt lát chất giữ ẩm và chuẩn bị cho công đoạn sấy

HỆ THỐNG SẤY

1- Công dụng: Dùng để sấy chất giữ ẩm sau khi cắt lát

2- Đặc tính kỹ thuật:

Điện thế : 380V – 50 Hz – 3 pha;

Dòng lắp đặt : 20 A

Năng suất tách ẩm : max 20 kg/h

Nguyên lý sấy : kết hợp Đối lưu và Bức xạ

Phương pháp sấy : Đối lưu: tách ẩm không khí bằng bơm gia nhiệt- gia

nhiệt không khí bằng bơm nhiệt và điện trở

Bức xạ: đèn hồng ngoại

Chế độ làm việc : gia nhiệt- sấy đẳng tốc- sấy giảm tốc- làm nguội

Chế độ điều khiển : sử dụng bộ điều khiển lập trình logic điều chỉnh các

thời gian tách ẩm, gia nhiệt, bức xạ cho phù hợp với độ ẩm nguyên liệu.

HỆ THỐNG SẤY

Đặc tính kỹ thuật

Công suất bơm nhiệt : 5kW

Công suất điện trở : 6 kW

Công suất nguồn hồng ngoại : 6 kW

Kích thước buồng sấy : dài 3m x rộng 1m x cao 1.5m

Tủ điều khiển : hoạt động theo 2 chế độ: tự động và chạy tay

kích thước 800mm x 500mm x 800mm;

vật liệu Inox 304 dày 1.2mm; Linh kiện chính: Hàn Quốc, PLC (Siemen-Đức)

Mặt bằng sử dụng : dài 4m x rộng 2m x cao 2m

Tiêu hao năng lượng : 90kWh / 100 kg nước bốc hơi

THIẾT BỊ NGHIỀN

2- Đặc tính kỹ thuật:

Kích thước hạt sản phẩm : điều chỉnh trong khoảng 0.1-2mm

Vật liệu phần tiếp xúc sản phẩm: Inox SUS 304

Mặt bằng sử dụng : dài 1m x rộng 0.6m x cao 1.5m

Tiêu hao năng lượng : 10kWh / 100 kg

1- Công dụng:

Dùng để nghiền mịn chất giữ ẩm sau khi sấy

THIẾT ĐÓNG GÓI

2- Đặc tính kỹ thuật:

Mặt bằng sử dụng : dài 1m x rộng 0.6m x cao 0.8m Tiêu hao năng lượng : 1 kWh/100 bao

1- Công dụng:

Dùng để đóng gói chất giữ ẩm sau khi nghiền

Các tổ chức và cá nhân tham gia thực hiện đề tài

 Đơn vị phối hợp thực hiện đề tài

- Sở KH& CN TP HCM

- Sở KH& CN tỉnh Gia Lai

- Sở NN& PT-NT tỉnh Gia Lai

 Liên kết với sản xuất, đời sống hoặc địa chỉ ứng dụng của các kết quả đề tài:

- Xưởng thực nghiệm Viện Công nghệ Hoá học

Thủ Đức, Tp HCM

- Các nông trường Cà phê, Bông, Ngô ở Tây Nguyên

KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

 Tổng kinh phí thực hiện đề tài : 600 triệu

 Trong đó:

- Thuê khoán chuyên môn : 150 triệu

 Kinh phí đề tài phân theo các khoản chi:

Trong đó bao gồm thuê khoán chuyên môn, nguyên vật liệu thiết bị máy móc chuyên dùng, xây dựng-sửa chữa nhỏ, chi khác

Dự toán kinh phí từng năm theo mục lục ngân sách

2005

Năm 2006

Tổng cộng

Tỷ lệ, %

Địa điểm đi công tác: Hà Nội

Số người đi: 02

Thời gian tổng cộng: 10 ngày

Thuê chuyên gia:

Thuê lao động trong nước

150

30 120

25

119 Vật tư, hoá chất, nguyên vật liệu: 70 80 150 25

145 Mua sắm thiết bị máy móc 120 160 280 46.7

134 Chi khác (quản lý phí, hội thảo, hội

nghị, in ấn, tài liệu,…)

XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN

Vật liệu DEGDAAPAA- PAA-PVA- DEGDAA tinh bột-

PAA-DEGDAA

bã mía- DEGDAA Chất tạo liên kết

So sánh các tính chất và giá thành dự kiến

của từng loại vật liệu

Chi tiết giá thành sản phẩm vật liệu

 Tổng sản phẩm thu được : 1.7 kg

=> Giá thành cho 1 kg sản phẩm : 23.000 đồng

Khảo sát thời gian giữ ẩm của vật liệu

khi trộn với đất

 Thí nghiệm được thực hiện trên loại đất thịt nhẹ với hàm lượng sỏi có cấp hạt > 0.01mm chiếm 80-85%

 Tỷ lệ đất / vật liệu = 200 / 1

 Thí nghiệm tiến hành ở 45oC, sau mỗi ngày lấy ra cân, tính % lượng nước còn lại

TN 1 : 273g đất + 1.35g PAA-bã mía-DEGDAA + 100g nước

TN 2 : 273g đất + 1.35g PAA-tinh bột-DEGDAA + 100g nước

TN 3 : 273g đất + 1.35g PAA-PVA-DEGDAA + 100g nước

TN 4 : 273g đất + 1.35g PAA-DEGDAA + 100g nước

TN 5 : 273g đất + 100g nước (đối chứng).

Nhận xét

Thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất

 Mẫu đối chứng không có vật liệu giữ ẩm: lượng nước bốc hơi rất nhanh, nước bốc hơi hoàn toàn sau 19 ngày

 Thí nghiệm với PAA-bã mía-DEGDAA còn giữ được khoảng 50% lượng nước

 Đối chứng : sau 19 ngày lượng nước còn lại 0.0%

 PAA -DEGDAA : sau 19 ngày lượng nước còn lại 8.8%

 PAA-PVA-DEGDAA : sau 19 ngày lượng nước còn lại 9.0%

 PAA-tinh bột-DEGDAA : sau 19 ngày lượng nước còn lại 14.8%

 PAA-bãmía-DEGDAA : sau 19 ngày lượng nước còn lại 41.2%