Thiết kế - chế tạo và khảo nghiệm máy trộn phân vi sinh kiểu băng chuyền liên tục năng suất 2 ÷ 10 Th

Trong đó trộn là một công đoạn rất quan trọng, trộn để làm đều các thành phần có trong phân vi sinh.. Máy được chế tạo theo yêu cầu của công ty TNHH – TM – DV HÓA NÔNG.Công ty cần trang

Chương 1.

MỞ ĐẦU.

Trong sản xuất nông nghiệp phân bón giữ vai trò rất quan trọng, người dân tathường có câu: “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống” Tuy Việt Nam là nước nôngnghiệp nhưng lượng phân bón chủ yếu là dựa vào nhập khẩu Hiện nay, người dân chủyếu sử dụng phân hóa học để bón cho cây trồng, việc này vừa tốn rất nhiều tiền, còn gây

ra ô nhiễm môi trường và làm cho đất nhanh bị thoái hóa

Ở nước ta cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, thì công nghệ sảnxuất phân hữu cơ rất phát triển Đặc biệt là ngành sản suất phân vi sinh Loại phân nàyđược chế biến từ nhiều chất hữu cơ khác nhau như: bả bùn, rác thải sinh hoạt, men vi sinh

từ các nhà máy đường…

Trong công nghiệp việc xử lí bả bùn và rác thải sinh hoạt… tạo thành phân vi sinhphục vụ nông nghiệp, ngày càng trở nên phổ biến Nó mang lại nhiều lợi ích kinh tế, đồngthời giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí cho sản xuất nông nghiệp…

Để tạo ra một sản phẩm vi sinh hoàn chỉnh phải trải qua nhiều công đoạn, nhiềuquá trình Trong đó trộn là một công đoạn rất quan trọng, trộn để làm đều các thành phần

có trong phân vi sinh Bả bùn và rác thải sau khi phân loại được mang đi ủ và đượcnghiền nhỏ, rồi sàng lọc để chọn những hạt có kích thước đạt yêu cầu Sau đó trộn với cácthành phần hỗn hợp khác và men vi sinh để tạo ra phân vi sinh

Xuất phát từ các yêu cầu trên và theo đơn đặt hàng của công ty TNHH – DV – TMHóa Nông, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ, bộ môn máysau thu hoạch và chế biến, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Nguyễn Như Nam –trưởng bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, chúng tôi thực hiện đề tài: “Thiết kế -

chế tạo và khảo nghiệm máy trộn phân vi sinh kiểu băng chuyền liên tục năng suất 2 ÷ 10 T/h”.

Chương 2.

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI.

Máy được chế tạo theo yêu cầu của công ty TNHH – TM – DV HÓA NÔNG.Công ty cần trang bị một máy trộn để trộn các thành phần của phân vi sinh trước khi đưaqua máy vo viên tạo ra sản phẩm phân vi sinh hoàn chỉnh

Máy có các bộ phận làm việc dạng dải băng xoắn nằm nghiêng, năng suất 10Tấn/giờ Yêu cầu máy thiết kế phải đạt được năng suất trên và phù hợp với thực tế sảnxuất của công ty, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp ráp và vận hành Ngoài ra máy phảiđảm bảo các yêu cầu sau:

• Sản phẩm trộn phải đều, đảm bảo được chất lượng sản phẩm

• Dễ vận hành và bảo dưỡng, sửa chữa

• Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động

• Không gây bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

Để thực hiện được những yêu cầu trên thì nhiệm vụ phải thực hiện trong luận vănlà:

• Lựa chọn nguyên tắc làm việc và chọn mô hình máy phù hợp với yêu cầuđặt ra

• Tính toán, thiết kế theo mô hình máy đã chọn

• Chế tạo máy

• Khảo nghiệm và đánh giá kết quả

Chương 3.

TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP

ĐỀ TÀI

3.1 Tìm hiểu về phân vi sinh:

Phân vi sinh là một chất nền chứa một hay nhiều vi sinh vật sống có khả năng kích thích sự tăng trưởng của cây trồng bằng cách tăng sự hấp thụ những dưỡng chất cần thiết cho cây trồng

Tác dụng của phân hữu cơ vi sinh là: một mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho câytrồng, mặt khác (quan trọng hơn nhiều) cải thiện đặc tính vật lý của đất, làm tơi xốp,thông thoáng, giữ ẩm tốt, nhờ vậy cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất được tốthơn, cho năng suất cao hơn

Phân hữu cơ hay hữu cơ vi sinh có thể chia thành 3 nhóm như sau:

 Nhóm vi sinh vật có: chế phẩm vi sinh vật, phân vi sinh

 Nhóm hữu cơ có: phân hữu cơ, phân sinh học

 Nhóm hỗn hợp có: phân hữu cơ – vi sinh, phân phức hợp hữu cơ vi sinh

3.1.1 Một số tính chất cơ lý của nguyên liệu:

- Kích thước hạt: 1 ÷ 1,5 mm

- Ẩm độ: 15 ÷ 20%

- Hình dạng hạt: hạt có dạng hình cầu

- Khối lượng riêng: 550 ÷ 650 tấn/m3

3.1.2 Công nghệ sản xuất phân vi sinh:

Quá trình chế biến phân hữu cơ vi sinh thực chất là quá trình biến đổi sinh hóa các nguyên liệu hữu cơ 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 Quá trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ được giới thiệu theo sơ đồ sau:

3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn:

3.2.1 Máy trộn kiểu vít nằm ngang:

a/ Cấu tạo:

1 2

3 4

5 6

1: Cửa nạp liệu; 2: Thùng trộn; 3: Vít trộn;

4: Đường kính trong của vít; 5: Cửa tháo liệu; 6: Puli

Hình 3.1: Cấu tạo máy trộn kiểu vít nằm ngang.

b/ Nguyên lý làm việc:

Hỗn hợp vật liệu được đưa vào cửa (1) sẽ được vít trộn (3) đẩy dọc theo thùng trộn(2) và thùng trộn có tác dụng như ống khuếch tán nên trong quá trình trộn vật liệuđược di chuyển và đưa đến cửa tháo liệu (5) để đưa ra ngoài Máy được truyền độngqua puly (6)

Phân hủy

CO2, H2O

Tổng hợp mùn hữu cơ vi sinh

2

3 4

5

6 7

8

1: Cửa nạp liệu; 2: Ống bao; 3: Vít; 4: Thùng trộn; 5: Động cơ

6:Cánh gạt; 7: Buly; 8: Cửa ra liệu

Hình 3.2: Cấu tạo máy trộn vít đứng.

b/ Nguyên lý làm việc:

Vật liệu được đưa vào máng cấp liệu (1), nhờ vít (3) vật liệu được đưa lên trên.Khi đến đầu ống bao (2) chúng sẽ được cánh gạt (6) gạt tung ra xung quanh và rơixuống phần thân hình nón Từ đó vật liệu được tiếp tục đưa lên để lặp lại chu trình.Vòng tuần hoàn của vật liệu trong máy sẽ được đi lặp lại nhiều lần cho đến khi hỗnhợp vật liệu đều Vật liệu sau khi trộn sẽ được đưa ra ngoài theo cửa thoát liệu (8)

3.3 Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu:

3.3.1 Khái niệm:

Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục đíchnhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phân

tử ở mỗi cấu tử trong tất cả các khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp lại chúng dưới tácdụng của ngoại lực Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và traođổi khối lượng

3.3.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn:

a Đường kính tương đương của hạt:

Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nênkích thước dài của chúng theo những chiều khác nhau rất khác nhau Vì vậy người tadùng đường kính tương đương dtđ để đặc trưng cho kích thước hạt Yếu tố ảnh hưởng lớnđến hiệu suất quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần cókhối lượng

dtđ = 3

6

ρπ

m

Trong đó: m – khối lượng hạt, [g];

ρ – khối lượng riêng của hạt, [g/mm3]

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính tươngđương được xác định theo công thức:

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương dtđ1 và

dtđ2, v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1, x2, …, xn Như vậy đường kínhtương đương của cả tập hợp này có thể xác định gần đúng theo công thức:

d x

cũng không bằng nhau x1 ≠ x2 ≠ …≠ xN, nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán Để mô tảcấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mạt độ qr(d) (hình 2-2a) và hàm phân bố tổng Qr(d)(hình 2-2b) Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường kính nhỏ hơnhoặc bằng d, khi d = dmin có Qr(d) = 0, còn khi d = dmax có Qr(d) = 1 Hàm phân bố mật độ

qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị của qr(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kíchthước d càng lớn Quan hệ giưa Qr(d) và qr(d) được xác định theo công thức:

qr(d) =

)(

) (

d d

hoặc Qr(d) = ∫d

d d

q

min

)(

d) Hàm phân bố mật độ qr (d) của phân bố loogarit;

e) Hàm phân bố mật độ qr (d) của phân bố RRS

Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc tuân theo những qui luật phân bố khácnhau Tập trung lại có thể quy về ba loại: phân bố chuẩn, phân bố loogarit, phân bố RRS

(hình 2-1) Trong đó phân bố chuẩn, phân bố loogarit dùng để mô tả các vật liệu hữu cơ(thực vật) được nghiền dùng làm thức ăn gia súc Hàm phân bố mật độ và phân bố tổngtheo khối lượng của phân bố này có dạng:

.2

πσ

Z

d d

2 lg lg

min

2

2

Trong đó: Vr – tổng thể tích của các hạt rắn trong lớp

Độ rỗng của lớp hạt phụ thuộc vào cấu trúc lớp hạt và có thể thay đổi trong khoảngrộng Thí dụ độ rỗng của lớp hạt cầu có cùng đường kính và cấu trúc đơn vị được xácđịnh theo công thức:

ββ

πε

cos21)cos1(6

Trong đó: k – số tọa độ, nghĩa là số hạt gần kề một hạt bất kỳ

Trong tập hợp các hạt có cấu trúc ngẫu nhiên bao giờ cũng tồn tại một khoảng cáchtrung bình giữa các hạt ở cạnh nhau và được xác định bằng công thức:

)1(3

3

/ ( 5

++

+

B A

B A K

ηη

ηη

(3-13)

ηi = Voi/Vri = (Vi/Vri) – 1 (3-14).Trong đó: ηA, ηB – chỉ số độ rỗng của cấu tử A và B trong hỗn hợp;

xA, xB – phần thể tích của cấu tử A và B trong hỗn hợp xi = Vri/Vr

K/, K//, K/// - các hệ số thực nghiệm và có giá trị:

K/ = (1 2 ) (1 )2

)21(

ψψ

ψ

ψ

ψ

−++

)3(

ψψ

ψ

ψ

ψ

−++

)1(

ψψ

ψ

ψ

−++

−

(3-17)

Ở đây: ψ – tỉ số đường kính tương đương của hạt và có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 1

Từ công thức (2-14) có thể tìm ra mối quan hệ giữa độ rỗng và chỉ số độ rỗng:

ρ – khối lượng riêng của hạt, (kg/m3).

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau xácđịnh theo công thức:

O/

m = ∑

tđ

i i d

Trong đó: τ - ứng suất tiếp;

τo - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ = 0);

1(4,2

σ

αε

ε

, (N/m2) (3-24)

Trong đó: α – sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, (mN/m);

σ – góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);

ε – độ rỗng khối hạt; 2,4 – hệ số lấy ở điều kiện trung bình

Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì τo = 0, khi đó:

Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số ma

Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng vói góc nghiêng φtđ.Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 ÷ 400

Đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất của hỗnhợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn.

V.V Kapharov đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:

θk1 = ∑

=

1

1 1

1 n

i B

i B

B

θk =

2 1

2 2 1 1

n n

n

+

+ θθ

(3-27).Trong đó: n1 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi < B0;

n2 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi > B0;

Bi – nồng độ của muối kiểm tra ở mẫu I;

B0 – nồng độ của muối kiểm tra trong toàn bộ hỗn hợp;

θk1, θk2, θk – mức độ trộn

Nếu B1 = B0, ta có thể tính theo trường hợp nào cũng được

A.A Lapsin đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:

θL1 = ∑

=

1 1 1

1 n

i B

2

1 n i

i B

B B

θL =

2 1

2 2 1 1

n n

n

+

+ θθ

(3-28).Trong đó: θL1, θL2, θL – mức độ trộn

X.V Melnhikov đã dùng hệ số biến động trong thống kê để dánh giá mức độ đồngnhất của hỗn hợp trộn

Trong đó: θM – mức độ trộn;

σ – sai số tiêu chuẩn thực nghiệm

)(

1

2 0

trong thống kê gọi là hệ số biến động

Bắt đầu quá trình trộn thì hệ số biến động bằng 1, còn mức độ trộn bằng 0 về cuốiquá trình trộn thì θM → 1

3.3.4 Cơ chế quá trình trộn:

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau vàchuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó Ngoài ra cơ chếtrộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình P.M.Latxei(người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau:

- Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt

- Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí nay đến vị trí khác – Trộn đối lưu

- Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ - Trộn khuếch tán

- Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị - Trộn va đập

- Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền

3.4 Lý thuyết tính toán máy trộn dải băng:

3.4.1 Năng suất dải băng: dải băng đóng vai trò như vít tải, năng suất được xác định:

Q = 47,1 D2 S n ρ φ C (3-31).Trong đó: D – đường kính ngoài của dải băng, (m);

S – bước xoắn, (m);

n – số vòng quay của dải băng, (vg/ph);

ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3);

φ – hệ số chứa;

C – hệ số tính đến góc nghiêng đặt dải băng

Bảng 4.1: Bảng hệ số chứa φ phụ thuộc vào loại vật liệu.

3.4.3 Số vòng quay trục dải băng:

Số vòng quay của trục vít được xác định theo công thức thực nghiệm

Đường kính trong của vít

d (mm).

Khe hở hướng tâm với máng vít

1000 2

ϕρ

Trong đó: ρ – khối lượng riêng, (tấn/m3);

q – trọng lượng vít trên 1m chiều dài;

K1 = 0,15

qT – khối lượng các bộ phận quay băng xoắn trên 1 mét dài,

qT = 80.D

Q – năng suất của vít trộn;

L – chiều dài vận chuyển;

3.4.9 Xác định tổng mô men trên trục dải băng:

Trong đó: M1 – mô men trên bề mặt vít, N.m;

M2 – mô men do sức cản ở trong các ổ đỡ trục vít, N.m

a Xác định mô men trên bề mặt dải băng tải:

M1 = P 0,5 Dtb = A tg(α + ρ0) 0,5 Dtb (3-41).Trong đó: P – lực vòng đặt ở cánh dải băng;

Dtb – đường kính tưởng tượng đặt P, Dtb = 0,8D;

A – lực dọc trục, (N);

ρ0 – góc ma sát giữa vật liệu với dải băng;

α – góc nâng của dải băng theo đường kính Dtb

α = actg

tb D

S

Lực dọc trục được xác định theo công thức:

Trong đó: q – trọng lượng vật liệu trộn trên 1m chiều dài vận chuyển;

L – chiều dài dãi băng;

f – hệ số ma sát giữa vật liệu với vỏ máy;

β – góc nghiêng đặt dải băng

b Xác định mô men cản trong các gối đỡ:

M2 = (A + Gvsinβ).f2

2

d f R

R = (G v.cosβ)2 +P2 (3-46).

3.4.10 Tính bền:

- Trọng lượng xem như phân bố đều trên dải băng với trọng lượng qv

- Trọng lượng vật liệu qp phân bố đều trên dải băng

Trong đó: q – tải trọng chung phân bố đều;

qv – tải trọng 1m dải băng;

qp – trọng lượng vật liệu đè lên dải băng

l q

384

5 4

(3-53)

Khe hở giữa dải băng với máng phải lớn hơn f

Bảng 4.6: Tỷ lệ thích hợp giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn.

Các máy trộn Hệ số đầy φ.

Tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính

L/D.

Số vòng quay n trong một phút (D,dt tính bằng m).

Máy trộn kiểu một vít nằm nghiêng, cấp liệu tự chảy bằng băng tải Máy được thiết

kế theo nguyên tắc làm việc trộn khuếch tán, ngoài ra còn có các quá trình trộn phụ như:trộn va đập, trộn cắt, trộn nghiền và trộn đối lưu

Để tiến hành thiết kế chúng tôi dựa theo yêu cầu về năng suất và các yêu cầu đặt racho máy

Như vậy nội dung thiết kế máy trộn bao gồm:

• Xác định cơ sở thiết kế

• Lựa chọn mô hình máy hợp lý nhất

• Tính toán các thông số cơ bản như: các kích thước hình học, các thông sốđộng học của thùng và bộ phận trộn, công suất truyền động

• Chọn và tính hệ thống truyền động cho máy

• Kiểm tra lại các kết quả và kiểm tra bền

4.2 Phương pháp chế tạo:

Máy được chế tạo đơn lẻ theo đơn đặt hàng

Để tiến hành chế tạo chúng tôi chia máy thành các chi tiết cơ bản và phân thànhcác công nghệ chế tạo điển hình sau:

• Chế tạo chi tiết và cụm chi tiết dạng hộp: vỏ thùng trộn, máng xả liệu…

- Để đo các thông số động học ta dùng đồng hồ đo số vòng quay

- Để đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ta dùng Ampe kiềm

- Để đo khối lượng ta dùng cân đĩa hoặc cân bàn loại 100 kg

- Để đo thời gian ta dùng đồng hồ điện tử

- Đo các thông số hình học ta dùng thước kẹp, thước cuộn, ê ke…

4.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn

Chương 5.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

5.1 Các dữ liệu thiết kế:

5.1.1 Yêu cầu của máy thiết kế:

- Đảm bảo năng suất thiết kế.

- Máy phải phù hợp với nhu cầu sản xuất đặt ra, đồng thời kết cấu phải đơn giản,

dễ chế tạo, dễ vận hành và bảo dưỡng

- Máy làm việc theo kiểu liên tục.

- Đảm bảo độ trộn đều cao.

- Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động.

- Không gây bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

- Máy phải làm việc êm dịu, vững chắc, không ồn.

5.1.2 Các số liệu thiết kế ban đầu:

- Năng suất: 10 tấn/giờ.

- Nguồn động lực: động cơ điện 3 pha.

- Hệ số ma sát của vật liệu trộn với thép: f = 0,7.

- Ẩm độ đưa vào trộn: 15 ÷ 20 %.

5 2 Lựa chọn mô hình máy thiết kế và giải thích nguyên lý làm việc:

5.2.1 Lựa chọn mô hình máy:

Điểm khác nhau cơ bản về kết cấu và nguyên lý làm việc của máy thiết kế với cácmáy khác là máy làm việc liên tục, bộ phận trộn có dải băng nằm nghiêng, với thiết kếnày máy sẽ được nâng cao năng suất nhưng chất lượng sản phẩm không đổi Để đảm bảomáy làm việc hiệu quả và nâng cao khả năng trộn đều ta bố trí dải băng và cánh trộn xen

kẻ nhau Đồng thời với thiết kế này máy được nộp liệu từ các băng tải nên năng suất caohơn đảm bảo máy làm việc liên tục, việc thao tác và sử dụng máy cũng được thuận tiệnhơn

Từ yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho máy thiết kế, chúng tôi lựa chọn mô hình máy thiết

kế như sau:

1 2 3

4

4 4

4 5

6 7

8 9 10

Hình 5.1: Mô hình máy trộn.

1: Vít trộn; 2: Trục vít; 3: Thùng trộn; 4: Các băng tải cấp liệu;

5: Máng cấp liệu; 6: Khung máy; 7: Cửa ra liệu; 8: Bộ truyền xích;9: Động cơ; 10: Cánh trộn

5.2.2 Nguyên lý làm việc của máy:

Vật liệu trộn được đưa vào máng cấp liệu (5) của băng tải và được các băng tảiđịnh lượng đưa lên đổ vào thùng trộn (3), ở đây vật liệu được dải băng trộn (1) trộn đều

và đẩy dọc theo thùng trộn Khi vật liệu được trộn đều và được đưa đến cửa ra liệu (7), tạiđây sản phẩm của máy trộn sẽ được đưa ra ngoài Máy được kéo bởi động cơ điện (9)thông qua bộ phận truyền xích (8)

Số vòng quay của dải băng trong một phút, tra bảng (4.3), n = 60 (vòng/phút)

5.3.2 Xác định đường kính ngoài của dải băng:

D = 3

8,0 1,

*65,0

*3,0

*55,0

*60

*,47

10

= 0,35 (m)

Theo tiêu chuẩn chọn D = 0,35 (m)

5.3.3 Tính lại bước xoắn của dải băng: