thiết kế máy ép chất thải trong chăn nuôi

Lượng chất thải chăn nuôi ước tính Nguồn: quantracmoitruong.gov.vn nuôi Tổng số đầu con năm 2008 Chất thải rắn bình quân kg/con/ngày Tổng chất thải rắn/ năm tr tấn Thành phần các chất t

Trang 1

SVTH: Phan Văn Hải ii

LỜI CẢM ƠN

Khi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này cũng là lúc em gần kết thúc thời gian học tập tại trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường đã giúp cho em hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn Nhà trường và Thầy

Cô không những truyền đạt cho em những kiến thức chuyên môn mà còn giáo dục cho

em về lý tưởng, đạo đức trong cuộc sống Đây là những hành trang không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp của em sau này Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt em đến ngày hôm nay để có thể vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này

Luận văn tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài học tập của em Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học tập của em Qua đây em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa học

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Bùi Trọng Hiếu với

sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn và kịp thời của Thầy đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Đồng thời do trình độ cũng như những kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ Quý Thầy Cô

Em xin được chân thành cám ơn !

Sinh viên

Phan Văn Hải

Trang 2

SVTH: Phan Văn Hải iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nội dung luận văn tốt nghiệp gồm 6 phần:

Chương I : Hiện trạng chăn nuôi heo và tổng quan về chất thải chăn nuôi lợn Chương II : Cơ sở lý thuyết và lựa chọn phương án thiết kế

Chương III : Tính toán và thiết kế cơ khí

Chương IV : Tính toán chọn bơm và cơ cấu khuấy

Chương V : Thiết kế hệ thống điện cho máy ép

Chương VI : Vận hành, bảo trì và kết luận

Trang 3

SVTH: Phan Văn Hải iv

MỤC LỤC ĐỀ MỤC Trang bìa……… ……… i

Nhiệm vụ luận văn Lời cám ơn……….……… ……… …ii

Tóm tắt……….……… … iii

Mục lục……….… … iv

Danh sách hình vẽ……….……… vi

Danh sách bảng biểu……… viii

CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI LỢN VÀ TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI TRONG CHĂN NUÔI LỢN 1

1.1 Hiện trạng chăn nuôi lợn 1

1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi 5

1.3 Quy trình xử lý nước thải và phân heo trong chăn nuôi 12

1.4 Đặt vấn đề 14

1.5 Nhu cầu về tách ép phân heo 15

1.6 Tình hình nghiên cứu 16

1.7 Một số máy ép trên thị trường 17

1.8 Tình hình cấp thiết của đề tài 20

1.9 Kết luận 20

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 21

2.1 Nguyên lý tách vật liệu rời bằng phương pháp ép 21

2.2 Đặc điểm của chất thải phân heo 21

2.3 Xác định yêu cầu kỹ thuật 22

2.4 Phương án thiết kế và ưu nhược điểm của các phương pháp 23

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 29

3.1 Cơ sở thiết kế 29

3.2 Tính toán thông số trục vít ép 30

3.3 Xác định cơ suất động cơ 34

Trang 4

SVTH: Phan Văn Hải v

3.4 Khảo sát tải trọng tác dụng lên trục vít 37

3.5 Kiểm tra độ bền trục vít 42

3.6 Tính toán sức bền trục vít 48

3.7 Tính toán sức bền cánh vít 49

3.8 Tính toán và chọn nối trục 53

3.9 Tính toán và chọn ổ lăn 56

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CHỌN BƠM VÀ CƠ CẤU KHUẤY 60

4.1 Tính toán bộ khuấy 60

4.2 Chọn bơm 62

4.3 Chọn lưới lọc 64

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO MÁY ÉP 65

5.1 Lựa chọn thiết bị điện 65

5.2 Mạch điều khiển 67

5.3 Mạch động lực 69

CHƯƠNG VI: VẬN HÀNH, BẢO TRÌ, KẾT LUẬN 70

6.1 Vận hành máy 70

6.2 Bảo dưỡng máy 71

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN 73

PHỤ LỤC 1 74

PHỤ LỤC 2 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Trang 5

SVTH: Phan Văn Hải vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Chăn nuôi lợn thương phẩm ở Hưng Thành 2

Hình 1.2: Tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm về số đầu con 5

Hình 1.3: Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng 11

Hình 1.4: Xử lý phân heo quy mô vừa và lớn 12

Hình 1.5: Hầm biogas xử lý phân heo 13

Hình 1.6: Nguyên lý ép bằng trục vít 16

Hình 1.7: Máy ép phân heo SM260 BASIC của hãng Criman 17

Hình 1.8: Máy tách phân của công ty Âu Lạc – Việt Nam 18

Hình 2.1: Quy trình ép 21

Hình 2.2: Phương pháp ép bằng băng tải 23

Hình 2.3: Máy ép khung bản 24

Hình 2.4: Nguyên lý của máy ép khung bản 25

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của máy ép khung bản 26

Hình 2.6: Phương pháp ép phân bằng trục vít 27

Hình 2.7: Kết cấu của một máy ép trục vít 27

Hình 3.1: Cấu tạo và nguyên lý của trục vít 29

Hình 3.2: Động cơ giảm tốc 37

Hình 3.3: Sơ đồ tính toán sự thay đổi áp suất pháp tuyến theo chiều dài trục vít 37

Hình 3.4: Tải trọng tác dụng lên trục vít 38

Hình 3.5: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục vít 41

Hình 3.6: Sơ đồ gần đúng để tính toán vòng vít ép 50

Trang 6

SVTH: Phan Văn Hải vii

Hình 3.7: Nối trục chốt đàn hồi 54

Hình 3.8: Sơ đồ tính toán trục vít 56

Hình 3.9: Sơ đồ tính toán ổ lăn 57

Hình 3.10: Ổ đỡ hãng SKF 59

Hình 4.1: Động cơ giảm tốc 61

Hình 4.2: Hình dạng cánh khuấy 62

Hình 4.3: Hình dạng cánh chèo 62

Hình 4.4: Bơm chìm chuyên dụng 63

Hình 4.5: Lưới lọc 64

Hình 5.1: Sơ đồ mạch điều khiển 68

Hình 5.2: Sơ đồ mạch động lực 69

Trang 7

SVTH: Phan Văn Hải viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến hết năm 2006 4

Bảng 1.2: Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm 4

Bảng 1.3: Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm 6

Bảng 1.4: Lượng chất thải chăn nuôi ước tính năm 2008 7

Bảng 1.5: Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm 7

Bảng 1.6: Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn 8

Bảng 1.7: Thành phần trung bình của nước tiểu các lọai gia súc 9

Bảng 1.8: Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung 10

Bảng 1.9: So sánh hiệu quả sử dụng phân hữu cơ và vô cơ 11

Bảng 1.10: Thông số máy tách phân của công ty Âu Lạc 18

Bảng 3.1: Bảng thông số động cơ Dolin 37

Bảng 3.2: Thông số nối trục đàn hồi 54

Bảng 3.3: Thông số ổ đỡ 59

Bảng 4.1: Bảng thông số động cơ khuấy 61

Bảng 4.2: Bảng thông số bơm chìm 63

Bảng 4.3: Bảng thông số lưới lọc 64

Bảng 5.1: Bảng liệt kê thiết bị điện sử dụng trong máy ép phân 65

Bảng 5.2: Bảng tóm tắt kí hiệu sử dụng trong mạch điều khiển 67

Trang 8

SVTH: Phan Văn Hải 1

CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI LỢN VÀ TỔNG QUAN VỀ

CHẤT THẢI TRONG CHĂN NUÔI LỢN 1.1 Hiện trạng chăn nuôi lợn

Từ ngàn năm nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với cây lúa và chăn nuôi gia súc Chăn nuôi heo không chỉ cung cấp phần lớn thịt tiêu thụ hằng ngày, là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho cây trồng, mà chăn nuôi heo còn tận dụng thức ăn và thu hút lao động dư thừa trong nông nghiệp Với những đặc tính riêng của nó như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi heo luôn được quan tâm và nó trở thành con vật không thể thiếu được của cuộc sống hằng ngày trong hầu hết các gia đình nông dân Trong những năm gần đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện và nâng cao, nhu cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt heo ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi heo bước sang bước phát triển mới Bên cạnh những mặt tích cực, vấn đề môi trường do ngành chăn nuôi gây ra đang được dư luận và các nhà làm công tác môi trường quan tâm Ở các nước có nền chăn nuôi công nghiệp phát triển mạnh như Hà Lan, Anh, Mỹ, Hàn Quốc, thì đây là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất Ở Việt Nam, khía cạnh môi trường của ngành chăn nuôi chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi tốc độ phát triển chăn nuôi ngày càng tăng, lượng chất thải

do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng nhiều, đe dọa đến môi trường đất, nước, không khí xung quanh một cách nghiêm trọng Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán Nguồn nước này

có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani, nếu không xử lý kịp thời Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật như NH3, CO2, CH4, H2S, Các loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởg đến đời sống con người và hệ sinh thái

Trang 9

Hình 1.1 Chăn nuôi lợn thương phẩm ở Hưng Thành ( Nguồn danviet.vn)

Hoạt động sản xuất nông nghiệp là những tác động của con người lên các đối tượng

tự nhiên (cây trồng, đất đai ) để tạo ra các sản phẩm (nông sản) nhằm thỏa mãn các nhu cầu của mình Những tác động đó nếu phù hợp với các quy luật khách quan sẽ thúc đẩy sự phát triển và tạo ra nhiều sản phẩm có ích cho con người Ngược lại, nếu những tác động trong nông nghiệp cũng như các tác động khác của con người trong các hoạt động sản xuất và đời sống không phù hợp với các quy luật khách quan của tự nhiên thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng Nền nông nghiệp nước ta sau một giai đoạn phát triển, chú trọng đến năng suất, đã góp phần nâng cao mọi mặt của đời sống người nông dân nói riêng và nông thôn nói chung, đảm bảo an ninh lương thực trong nước, thậm chí đã trở thành một trong những quốc gia xuất khẩu nông sản hàng đầu thế giới Tuy nhiên, bên cạnh sự phát triển đó nền nông nghiệp đang dần bộc lộ những hệ lụy yếu kém về mặt chất lượng, môi trường nông nghiệp nông thôn đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Một số sản phẩm không đảm bảo yêu cầu VSATTP, chưa tạo được niềm tin của người tiêu dùng, đặc biệt chưa đảm bảo các yêu cầu khắt khe về chất lượng trong xuất khẩu các sản phẩm nông sản Nguyên nhân chính là do chúng ta đang lạm dụng quá mức phân bón, thuốc BVTV

Trang 10

hóa học trong nông nghiệp Theo FAO (2012), năng suất lúa Việt Nam đang cao hơn so với các quốc gia lân cận (55 tạ/ha so với 38 tạ/ha,) nhưng mật độ sử dụng phân bón của Việt Nam lên đến 297 kg/ha so với mức 156 kg/ha của các quốc gia lân cận Chính vì vậy, việc sản xuất nông nghiệp nước ta đang phải đối mặt với những vấn đề khó khăn như: Chất lượng nông sản ngày càng giảm sút, nhiều loại nông sản không đảm bảo tiêu chuẩn xuất khẩu, nhiều loại rau quả bị dư thừa nitrat, gây độc và không bảo quản chế biến được Giá các loại phân vô cơ, nhất là phân đạm ngay càng tăng, nông dân đầu tư trồng cây, song không có thị trường tiêu thụ hoặc giá bán rẻ, họ phải chặt phá cây trồng hoặc bỏ hóa

vụ trồng trọt, không có thu nhập, đời sống khó khăn Đất trồng không có phân hữu cơ ngày càng bị bạc màu hóa, khô cằn, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng sản phẩm cây trồng Nhiều vùng cây ăn quả quý

do đất đai cằn cỗi đã bị mất giống hoặc bị giảm chất lượng nghiêm trọng, như các loại quả cam, quýt, bưởi, chuối, nhãn, xoài, mơ, mận Trước thực trạng đáng lo ngại đó, ý kiến các nhà khoa học cho rằng, muốn xây dựng một nền sản xuất nông nghiệp Việt Nam an toàn, phát triển ổn định bền vững, vừa đáp ứng yêu cầu tăng năng suất, sản lượng, vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm ATVSTP, bảo

vệ môi trường, giảm thiểu tối đa tác động biến đổi khí hậu (BĐKH), đó chính là con đường xây dựng nền nông nghiệp hữu cơ

Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO): Châu Á sẽ trở thành khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất Chăn nuôi Việt Nam, giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh (Bình quân giai đoạn 2001-2006 đạt 8,9%)

Trang 11

Bảng 11 Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến hết năm 2006

( Nguồn: Tổng Cục Thống Kê gso.gov.vn)

trại lợn

Số trang trại gia cầm

Số trang trại bò

Số trang trại trâu

Số trang trại dê

Tổng số

Bảng 1.2 Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm

( Nguồn: Tổng Cục Thống Kê gso.gov.vn)

Trong những năm gần đây xu hướng chăn nuôi nhỏ lẻ đã giảm đi đáng kể Tỷ lệ số

hộ nuôi 1 con lợn giảm đi rõ rệt từ 45% năm 1994 xuống dưới 30% năm 2001 tuy nhiên,

tỷ lệ số hộ nuôi 2 con lợn năm 2001 vẫn chiếm 67% tổng số hộ (so với 82% năm 1994) Quy mô phát triển chăn nuôi của các hộ đã lớn hơn nhưng vẫn còn nhỏ, tính chuyên môn hoá chưa cao

Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trung ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới Hiện nay, số lượng trại chăn nuôi quy

mô lớn ngày càng tăng Các trại chăn nuôi lợn tập trung có trên 400 - 500 đầu lợn có mặt

Trang 12

thường xuyên trong chuồng nuôi Tính đến năm 2006 cả nước có: 17.721 trang trại, chưa

kể các trang trại chăn nuôi các loại vật nuôi khác như thỏ, lợn rừng, nhím và các loại động vật sống trong nước (cá sấu, ) Trong đó: có 7.475 trang trại chăn nuôi lợn, (miền Bắc: 3.069, miền Nam: 4.406); với 2.990 trang trại nuôi lợn nái Số trang trại chăn nuôi gia cầm là 2.837, miền Bắc: 1.274, miền Nam: 1.564); Số trang trại chăn nuôi bò là 6.405, trong đó có 2.011 trang trại chăn nuôi bò sữa (miền Bắc: 3.069 miền Nam: 4.406); Số trang trại chăn nuôi trâu là: 247 miền Bắc: 222, miền Nam: 27); Số trang trại chăn nuôi dê là: 757 miền Bắc: 201, miền Nam: 556)

Hình 1.2 Tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm về số đầu con

(Nguồn: Nhandan.com.vn)

1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi

Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm:

+ Chất thải rắn: Phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ

+ Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ, các dụng cụ…

Trang 13

Chất thải rắn và nước thải Chất thải rắn chủ yếu là phân, rác, thức ăn thừa của vật nuôi Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56-83%, tỷ lệ N, P, K cao, chứa nhiều hợp chất hữa cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh trùng có thể gây bệnh cho người và vật nuôi Tùy theo đặc điểm chuồng nuôi và hình thức thu gom chất thải, chất thải chăn nuôi lợn bao gồm: chất thải rắn, nước tiểu, nước thải chăn nuôi (hỗn hợp phân, nước tiểu, nước rửa chuồng )

1.2.1 Chất thải rắn – Phân

Là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể Phân gồm những thành phần:

- Những dưỡng chất không tiêu hóa được của quá trình tiêu hóa vi sinh

- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa (trypsin, pepsin …), các mô tróc ra từ các niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài

- Các loại vi sinh vật trong thức ăn, ruột bị thải ra ngoài theo phân

a Lượng phân:

Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi và khẩu phần

ăn Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6-8% trọng lượng của vật nuôi Lượng phân thải trung bình của lợn trong 24 giờ được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 1.3 Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm

Trang 14

Bảng 1.4 Lượng chất thải chăn nuôi ước tính ( Nguồn: quantracmoitruong.gov.vn)

nuôi

Tổng số đầu con năm 2008

Chất thải rắn bình quân (kg/con/ngày)

Tổng chất thải rắn/ năm (tr tấn)

Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống;

- Độ tuổi của lợn (mỗi độ tuổi sẽ có khả năng tiêu hóa khác nhau);

- Tình trạng sức khỏe vật nuôi và nhu cầu cá thể: nếu nhu cầu cá thể cao thì sử dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải sẽ ít và ngược lại

Bảng 1.5 Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm ( Nguồn: Academia.edu.vn)

Trang 15

Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký sinh trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với các giống điển hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella Trong 1 kg phân có chứa 2000-

5000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại: Ascaris suum, Oesophagostomum, Trichocephalus (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004)

Bảng 1.6 Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn

đó chuyển thành amoni carbonat

Trang 16

Bảng 1.7 Thành phần trung bình của nước tiểu các lọai gia súc

( Nguồn: Academia.edu.vn)

súc, gia cầm

Thành phần trong nước tiểu (%)

Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi

 Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…

 N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N-tổng = 200 –

350 mg/l trong đó N-NH4 chiếm khoảng 80-90%; P_tổng = 60-100mg/l

 Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

Trang 17

Bảng 1.8 Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung

TTNC Lợn Thụy Phương

Trại lợn Tam Điệp

Trại Cty Gia Nam

Trại Hồng Điệp

Trang 18

Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ, ) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3

/năm

1.2.4 Khí thải

Chất thải khí: Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4, H2S, thuộc các loại khí nhà kính chính ) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, do ủ phân, chế biến thức ăn, ước khoảng vài trăm triệu tấn/ năm

So sánh hiệu quả sử dụng phân hữu cơ và vô cơ trong sản xuất nông nghiệp

Bảng 1.9 So sánh hiệu quả sử dụng phân hữu cơ và vô cơ

Trang 19

1.3 Quy trình xử lí nước thải và phân heo trong chăn nuôi

Theo thống kế của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn về chăn nuôi [1], cả nước hiện có khoảng 12 triệu hộ gia đình có hoạt động chăn nuôi và 23.500 trang trại chăn nuôi khác, mỗi năm khối lượng nguồn thải ra từ chăn nuôi ra môi trường là một con

số khổng lồ - khoảng 84,5 triệu tấn/năm, trong đó chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả ( làm khí sinh học, ủ phân, nuôi trùn, cho cá ăn,….), còn lại 80% lượng chất thải chăn nuôi đã bị lảng phí và phần lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm

Chăn nuôi heo là ngành sử dụng rất nhiều nước và do đó, chất thải dạng lỏng của nó

là một trong những nguồn chính làm ô nhiễm môi trường hiện nay Nước thải ngành chăn nuôi heo là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao

do chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lững, vi sinh gây bệnh

Một số quy trình xử lí chất thải chăn nuôi phổ biến:

Hình 1.4 Xử lý phân heo ở quy mô vừa và lớn (Nguồn: tapchimoitruong.vn)

Trang 20

Hiện nay, nhu cầu cao góp phần có các thiết bị góp phần vào quá trình xử lí chất thải, nhất là trong chăn nuôi hiện nay đang tăng cao Một số phương pháp, thiết bị cũ không còn phù hợp hoặc còn nhiều hạn chế chưa khắc phục được Sau đây là một số phương pháp xử lý thông dụng:

Biện pháp khí sinh học:

Biện pháp khí sinh học được người dân và các cấp chính quyền ưu tiên sử dụng và

sử dụng rất phổ biến trong những năm qua Nước thải từ chuồng trại được thu gom về hố phân và từ đó được bơm vào hầm sinh học, tại đây hỗn hợp phân và nước thải chăn nuôi được phân hủy kỵ khí sinh ra khí biogas, hệ thống ống thu khí được lắp quanh hầm

Song vẫn còn nhiều bất cập:

- Thời gian phân hủy của phân heo chưa được lọc bỏ chất thải rắn quá lâu

- Các hầm khí sinh học bị quá tải

- Chất thải rắn còn quá nhiều gây khó khăn cho việc bảo trì, sửa chữa

Hình 1.5 Hầm biogas xử lý phân heo (Nguồn: tapchimoitruong.vn)

Trang 21

Một số hạn chế:

- Bể lắng chỉ lọc được các loại chất thải rắn trong phân heo với kích thước lớn

- Qúa trình xử lý chậm

- Cần đầu tư hệ thống bể chứa

- Chiếm diện tích quá nhiều

Biện pháp hóa, lí:

Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,…kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Nguyên tắc của phương pháp này là: cho vào trong nước thải các hạt keo mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và

dễ dàng xử lý

1.4 Đặt vấn đề

Quy trình xử lý phân heo hiện nay đa phần các hộ gia đình và cơ sở chăn nuôi đều

xử lý thông qua việc lắng bớt cặn bã rồi đưa vào hầm khí sinh học, sau đó qua các bước

Trang 22

Một số trang trại quy mô lớn đã và đang ứng dụng thêm các loại máy ép để tách bỏ chất thải rắn trong phân để tăng hiệu quả của quá trình xử lý, song các loại máy ép phải mua từ nước ngoài, chi phí rất cao

Bởi vì lý do đó, việc đòi hỏi hiện nay là cần có một thiết bị với thiết kế phù hợp, giảm chi phí và có thể hỗ trợ tốt trong quá trình xử lý chất thải, tham gia vào khâu loại bỏ chất thải rắn có trong nước thải để tiết kiệm tối đa thời gian, không gian và cải thiện chất lượng

Chính vì vậy mà việc thiết kế hệ thống máy xử lý nước thải cho các trại chăn nuôi heo là một hoạt động hết sức cần thiết

1.5 Nhu cầu về tách ép phân heo

1.5.1 Nhu cầu về tách ép phân heo

Tách ép phân heo là công nghệ hiện đại được nhập vào nước ta chưa lâu nhưng rất hiệu quả và đang được nhiều hộ chăn nuôi quan tâm đến Dựa trên nguyên tắc “ lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất thải rắn mà có lưới lọc phù hợp Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất rắn được giữ lại, ép khô và đưa ra ngoài để xử lý riêng còn lượng nước theo đường khác chảy ra ngoài hoặc xuống bể sinh khí học xử lý tiếp Độ

ẩm của sản phẩm có thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng Qúa trình xử lý này tuy đầu tư ban đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi heo, trâu, bò theo hướng công nghiệp hiện nay

1.5.2 Quy trình xử lý nước thải sau khi ép

Sau khi phân heo qua hệ thống tách ép, nó được phân ra làm hai thành phần là phân khô và nước thải

Thành phần thứ nhất là phân khô, thành phần này được sử dụng làm phân bón hữu

cơ, phục vụ quá trình chế tác các loại phân vi sinh cho các doanh nghiệp sản xuất phân hữu cơ, hoặc trong thực tế các nhà vườn trồng cây bón trực tiếp phân khô sau khi ép cho các loại cây trồng phù hợp Với hình thức này, các chủ trang trại chăn nuôi có thể thu lại một phần chi phí từ việc bán phân khô cho khách hàng

Thành phần thứ hai là nước thải, sau khi ép, nước thải theo hệ thông ống dẫn đưa đến hầm biogas, tại đây nó được lưu trữ và ủ để tạo khí đốt Ở các trang trại chăn nuôi quy

mô lớn, lượng khí đốt sinh ra rất nhiều, khi đó có thể bán để thu lại lợi nhuận Đồng thời, việc tách ép phân ra khỏi nước sẽ giúp hầm biogas tăng tuổi thọ hơn, thời gian nạo vét, tu sửa sẽ giảm Đồng thời, nước thải sau khi ủ trong hầm biogas dễ dàng xử lí hơn rất nhiều

so với nước thải không qua tách ép chất thải rắn, lượng bể lắng để xử lí nước sẽ giảm hơn nên hiệu quả của quy trình xử lí sẽ tăng lên, giảm chi phí, góp phần trong việc hạn chế ô nhiễm môi trường

Trang 23

1.6 Tình hình nghiên cứu

1.6.1 Trên thế giới

Hiện nay các doanh nghiệp của các nước trên thế giới cũng đang phát triển các loại máy ép phân heo phục vụ cho nền nông nghiệp chăn nuôi hiện đại nhưng phải thỏa mãn được yêu cầu khắt khe về môi trường

Một số sản phẩm của hãng sản xuất máy ép phân heo:

Nguyên lý ép bằng trục vít theo bằng sáng chế của Mỹ năm 1996:

Hình 1.6 Nguyên lý ép bằng trục vít ( Nguồn: Yoshikawa, "Screw type dewatering

machine" United States Patent 5489383, 6 Feb 1996)

1.6.2 Trong nước

Hiện nay ở nước ta đã có một số trang trại chăn nuôi áp dụng loại máy này nhưng chưa phổ biến Việc nghiên cứu và phát triển các dự án về đề tài này còn hạn chế và chưa rộng rãi, chỉ một số nơi và khu vực có phân phối máy của các hãng trên thế giới và bước đầu chế tạo loại máy ép bằng trục vít

Hiện tại ở một số tỉnh và khu vực cũng đã áp dụng công nghệ ép phân trong quy trình xử lí nước thải chăn nuôi để góp phần tăng hiệu quả xử lí như ở Biên Hòa, Bình Dương, Củ Chi,…

Trang 24

1.7 Một số máy ép trên thị trường

Máy ép của hãng CRIMAN:

Hình 1.7 Máy ép phân SM260 BASIC của hãng CRIMAN (Nguồn: Cri-man.com) Thông số máy ép SM260 BASIC:

 Màng lọc thép không rỉ 316 chịu ăn mòn

 Hộp giảm tốc vi sai hành tinh

 Phớt cơ khí ba lớp

 Khe hở lưới: 0,25 - 1 mm

Trang 25

Máy ép phân của công ty Âu LẠC – Việt Nam

Hình 1.8 Máy tách phân của công ty Âu Lạc – Việt Nam ( Nguồn: aulac.com.vn)

Bảng 1.10 Thông số máy tách phân của công ty Âu Lạc ( Nguồn: aulac.com.vn)

Trang 26

Bảng 1.11 Thông số máy tách phân của công ty Âu Lạc ( Nguồn: aulac.com.vn)

Trang 27

1.8 Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu thiế kế máy ép phân để tham gia vào quá trình xử lý nước thải

trong chăn nuôi mang ý nghĩa vô cùng to lớn trong xã hội hiện nay Trong khi ngành chăn

nuôi đang phát triển mạnh, đồng thời sự đòi hỏi về bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe

Trong khi đó, các phương pháp xử lí nước thải hiện nay chưa hoàn toàn mang lại hiệu quả

cao Trong giai đoạn vấn đề môi trường đang được quan tâm cao độ như hiện nay, thì nhu

caafu về ép phân trong quy trình xử lí sẽ ngày một được áp dụng cao hơn có tính chất bắt

buộc hơn

Hiện nay, vấn đề nghiên cứu phát triển các loại máy trong lĩnh vực này cũng chưa

được phổ biến rộng, hầu như chỉ mua sản phẩm của các nước như Đài Loan, Nhật,…Mục

tiêu của đề tài là tìm hiểu, thiết kế máy ép phân heo có thể tham gia vào quy trình xử lí

nước thải để mang lại hiệu quả cao hơn trong việc xử lí chất thải bảo vệ môi trường

1.9 Kết luận

Vì những lý do trên, nhiệm vụ của luận văn là thiết kế máy ép phân heo với mong

muốn nó tham gia vào quy trình xử lí chất thải chăn nuôi, góp phần hạn chế ô nhiễm môi

trường và tối ưu hóa quy trình xử lí chất thải Mang niềm hi vọng rằng, với những kiến thức

đã được trang bị tại trường và những kiến thức thực tế cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình

từ Quý Thầy Cô em có thể hoàn thành luận văn theo đúng tiến độ và kế hoạch đã đề ra

trong giới hạn khả năng của mình

Trang 28

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Nguyên lý tách vật liệu rời bằng phương pháp ép

Trong phương pháp này, người ta sử dụng áp lực tác động lên thể tích huyền phù cần tách giữa chất bã rắn và nước Dưới áp lực đó, đồng thời có sử dụng màng ngăn để lọc chất bã, sau khi nước được lọc bỏ, chất rắn bã sẽ được đem đi xử lí:

Hình 2.1 Quy trình ép

Để tạo ra áp lực, người ta có thể sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau như sử dụng trục vít ép, sử dụng băng tải lưới xích, sử dụng máy ép li tâm, máy ép dạng trục… Các loại máy khác nhau đều có chung nguyên lí là tạo ra áp lực ép loại bỏ nước Tùy thuộc vào từng loại vật liệu mà người ta chọn ra phương pháp phù hợp để áp dụng

Trong khâu cung cấp vật liệu và xả vật liệu đã ép, vật liệu cấp và xả có thể được thực hiện liên tục bằng các máy vận chuyển liên tục Hoạc có thể thực hiện gián đoạn từng chu trình Sau khi ép một thời gian nhất định( bã ép đã đầy buồng) thì người ta tiến hành tháo bỏ vật liệu, nếu là xả liệu liên tục thì người ta sẽ sử dụng các cơ cấu để vật liệu được xã một cách liên tục dưới áp lực đã cài trước

Trước quá trình cấp cần có cơ cấu khuấy tơi và đều vật liệu để có thể thực hiện việc bơm và hút liệu vào ống dẫn

2.2 Đặc điểm của chất thải phân heo

Trong các khu trang trại chăn nuôi heo việc dọn dẹp phân chuồng bằng nước được

sử dụng rộng rãi tạo ra một khối lượng nước thải khác lớn Do đó, chất thải của phân heo thuộc dạng huyền phù, có các hạt vật liệu rời có kích thước khác nhau hòa trộn với nước

Do đặc thù của các trang trại chăn nuôi hiện nay là việc rửa chuồng trại bằng nước Việc thu gom phân khô rất hạn chế do nhu cầu dùng phân này để bón ruộng, trồng cây là rất thấp Do đó hầu hết các trang trại đều phải thu gom chung phân và nước thải để xử lý

Trang 29

Chính vì vậy xử lý nước thải của trang trại chăn nuôi không thể tách rời giữa xử lý phân( chất thải rắn) và nước thải được, do trong nước thải có chứa phân

Trong phân chứa một phần rất nhỏ rác, chất độn và thức ăn dư thừa Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống., loài, tuổi, khẩu phần ăn và trọng lượng gia súc Việc ép loại bỏ các chất thải rắn trong nước thải từ việc chăn nuôi heo giúp cho việc xử lí nước thải ở các giai đoạn sau đó được dễ dàng và thuận tiện

Do đó, phân heo tồn tại trong dạng huyền phù, là hỗn hợp của các chất rắn với nước thải Kích thước các bã rắn có nhiều kích cỡ khác nhau

Theo thực tế, tại các trang trại chăn nuôi, chất thải từ việc chăn nuôi heo có khối lượng riêng khoảng 1010 kg/m3

2.3 Xác định yêu cầu kĩ thuật

2.3.1 Yêu cầu của phân heo đầu vào

 Phân, nước rửa chuồng trại từ các khu chăn nuôi heo được hệ thống dẫn đưa xuống hầm chứa phân Tại hầm chứa, chất thải được khuấy trộn để đánh tơi phân

và nước rồi mới được bơm vào hệ thống ép

dàng

2.3.2 Bộ phận vận chuyển phân heo

 Sau khi phân heo đã được khuấy đều ở hầm, thì cần tạo một áp suất đủ lớn để đưa vật liệu lên bộ phận ép

 Áp suất trong ống dẫn phải được kiểm soát để tránh việc hỏng hoặc ùn tắc trong ống

được sạch các chất rắn trong phân lỏng

 Sau khi lọc, nước thải không bị tràn bừa bãi mà cần có hệ thống đưa nước thải đến trạm xử lý tiếp theo

 Tốc độ cấp liệu cho bộ phận lọc cũng cần được kiểm soát tránh tình trạng quá tải cho bộ phận lọc

2.3.3 Bộ phận ép

phận ép tạo ra

Trang 30

2.3.4 Yêu cầu cho máy ép phân heo

Sau khi đưa ra các yếu tố cần thiết cho từng giai đoạn của quá trình ép phân tác giả đưa ra các yêu tố kĩ thuật tổng quát về máy ép phân, sau đó sử dụng phương pháp phân tích chất lượng để đưa ra các yếu tố kĩ thuật cốt lõi nhất để đề xuất các phương án phù hợp:

 Có thể ép được phân với năng suất yêu cầu

 Đảm bảo hoạt động tốt, tuổi thọ cao, hoạt động êm, ít gây tiếng ồn, ít va đập, có nhiều bộ phận, chi tiết máy tiêu chuẩn, dễ dàng thay thế, bảo trì

 Kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, gọn nhẹ, chiếm không gian ít và an toàn cho môi trường

 Quá trình chế tạo dễ dàng và tiết kiệm, giá thành sản phẩm phù hợp

Sau khi phân tích các mối quan hệ, đưa ra một số yêu cầu kĩ thuật đáng quan

tâm nhất của máy:

 Công suất

 Tốc độ trục chính

 Lực ép

 Tốc độ cấp phân

2.4 Phương án thiết kế và ưu nhược điểm của các phương áp

2.4.1 Thiết bị ép băng tải

Hình 2.2 Phương pháp ép bằng băng tải

Trang 31

Băng tải được làm bằng lưới lọc, sử dụng đồng thời hai băng tải đặt nghiêng Dưới lực kéo của băng tải thông qua các hệ thống con lăn dẫn, vật liệu được kéo ép loại bỏ nước, sau đó vật liệu được đưa đến cửa xả

- Lực ép có thể được thay đổi nhờ thay đổi lực căng của băng tải

- Băng tải dễ dàng được làm sạch sau khi ép, lưới lọc không bị bịt kín bởi phân

- Cơ cấu, hệ thống băng tải phức tạp, khó điều chỉnh

- Không biết được chính xác lực ép

- Chi phí cho việc sửa chửa, chế tạo tốn kém

- Độ võng, va đập của băng tải xích lớn

- Phải được điều chỉnh thường xuyên cho việc căng bánh xích, lệch so với tang dẫn động

2.4.2 Thiết bị ép khung bản

Hình 2.3 Máy ép khung bản

Trang 32

Nguyên lý hoạt động:

Hình Hình 2.4 Nguyên lý của máy ép khung bản

Đây là thiết bị lôc áp lực làm việc gián đoạn nghĩa là nhập liệu vào liên tục, nước lọc tháo ra liên tục nhưng bã được tháo ra chu kì

Nó được cấu tạo chủ yếu là khung và bản Khung giữ vai trò chứa bã lọc và

là nơi nhập huyền phù vào Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc hoặc

là các lỗ lọc

Khung và bản thường được chế tạo dạng hình vuông và phải có sự bịt kín tốt

khi gh ép khung và bản

Khung và bản được xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ Giữa khung và bản có

vách ngăn lọc ép chặt khung và bản là vách ngăn lọc Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu

của khung và bản được nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để gh ép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy ra từ bản qua hệ thống đường ống và láy ra ngoài.Bã được giử

lại trên bề mạch vách ngăn lọc và được chứa trong khung Khi bã trong khung đầy

thì dừng quá trình loc để tiến hành rửa và tháo bã

Trong quá trình lọc, chất rắn trong huyền phù được giữ lại nhờ một lớp vật

liệu lọc (giấy lọc hoặc màn bán thấm) Chiều cao lớp chất rắn này tăng theo thởi

gian và tạo thành một lớp bánh lọc có tác dụng như một lớp màng lọc mới làm tăng

chất lượng của quá trình lọc Độ lọc hiệu dụng phụ thuộc vào kích cỡ hạt rắn và chiều cao của lớp bánh lọc Vật liệu lọc ban đầu có tác dụng giữ và tạo thành bánh

Trang 33

lọc Bên trong vật liệu lọc không xảy ra quá trình tách giữ, có nghĩa là các tiểu phan nhỏ hoặc đươc lưu trên lớp bánh lọc hoặc được chui qua

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của máy ép khung bản Dịch lọc ban đầu không trong suốt vì các tiểu phân nhõ đã chui qua vật liệu lọc Chỉ khi nào các hạt chất rắn kết tụ lại thành các lỗ rất nhỏ trên vật liệu lọc thì chất lượng lọc mới tốt được Song ở đây các hạt giữ lại cũng tạo ra một sự cản trở của dòng chảy khi lọc Độ cản trở tăng theo chiều cao của lớp bánh lọc

Muốn đảm bảo tốc độ lọc nhanh, người ta phải tăng sự trên lệch về áp suất qua màng và đến một chiều cao bánh loc nhất định nào đó phải ngưng quá trình lọc lại để lấy chất rắn ra

Phương pháp này ứng dụng cho hỗn hợp lọc có chứa ít nhất 35% chất rắn và các chất rắn tạo ra các lớp có lỗ hổng

- Chi phí thiết bị và nhân công vận hành cao

- Chiếm diện tích lớn, đòi hỏi công nhân vận hành và bảo trì kỹ thuật cao

- Tiêu tốn hóa chất

Trang 34

2.4.3 Thiết bị ép trục vít

Hình 2.6 Phương pháp ép phân bằng trục vít Nguyên lý hoạt động máy ép trục vít:

Máy ép trục vít được thiết kế dựa trên nguyên lý ép xoắn, được vận hành liên tục bên trong lồng lưới hình trụ Khi nguyên liệu được nạp vào, trục vít tải có nhiệm vụ nâng chuyển nguyên liệu về phía trước, và trục vít vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vừa miết, ép nguyên liệu lại với nhau để vắt nước cho đến khi nguyên liệu kết dính thành bã và khô hẳn, trục vít sẽ đẩy bã nguyên liệu này lần lượt chui qua khe vít tải để rơi ra ngoài theo máng hứng được lắp ở đầu miệng ra của máy Phần nước sau khi được ép sẽ chui qua khe lưới và được thu về bởi một phểu côn lắp đặt bên dưới thân máy

Máy được thiết kế đơn giản, kết cấu gọn nhẹ, dễ vận hành, dễ bảo trì, sửa chữa, tiêu tốn điện năng thấp

Cấu tạo máy ép trục vít:

Hình 2.7 Kết cấu của một máy ép trục vít

Trang 35

- Bộ điều khiển tích hợp trên máy : Dễ dàng vận hành

- Lượng chất thải sau ép đạt độ khô 30%

nghề

- Không cần cô đặc bùn, như các loại máy ép bùn khác

- Tốc độ xoay trục vít rất thấp (2-4rpm), vì vậy chi phí điện năng thấp (0,8kW/h)

và ít tiêu thụ nước hơn với các máy ly tâm Đặc biệt độ ồn rất thấp chỉ 63dB sau

02 năm hoạt động

Trang 36

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

3.1 Cơ sở thiết kế

3.1.1 Sự chuyển động của nguyên liệu trong buồng ép

Khi máy làm việc, trục vít quay làm cho bề mặt các gân vít tác động lên nguyên liệu, đẩy chúng dịch chuyển dọc theo một bên là bề mặt gân vít, một bên là phía trong lòng ép nghĩa là đi theo quanh trục Vậy quĩ đạo chuyển động của chúng là hình xoáy trôn ốc Nhưng cuối trục có bố trí bộ phận điều chỉnh ra khô nên nguyên liệu không thể dịch chuyển tự do mà bị ép nén lại Lực ma sát lớn giữa nguyên liệu với mặt trong của lòng ép

và gân vít xuất hiện Mặt khác nguyên liệu còn bị giữ lại bởi các lực cản của các bulong lắp trên các thanh đỡ Chính nhờ những trở lực này làm cho nguyên liệu vừa tiến về phía trước, vừa xoay tròn Tại chỗ gân vít bắt đầu hai đầu mối nguyên liệu chuyển động rối loạn, nhưng khi vượt qua những đoạn này, đường chuyển động lại ổn định trở lại Như vậy, nguyên liệu nằm giữa thành lòng ép với bề mặt gân vít chuyển động liên tục kể từ khi vào cho đến khi ra Trên đường chuyển động nguyên liệu luôn được xáo trộn Khi qua cửa ra khô, bột bị nén thêm làm cho khối bột sít hơn

Cũng do sự nén ép thêm của cửa ra khô, trong quá trình di chuyển một phần bột ép lọt trở lại theo khe hở giữa các mút gân vít và mặt trong lòng ép Lượng nguyên liệu đi ngược lại này gọi là lượng hồi lưu Sự hồi lưu càng lớn khi mà cửa ra khô càng hẹp và các chi tiết máy trong lòng ép (gân vít, thân trục vít, bề mặt gân vít, cạnh sắc của các căn) bị mòn nhiều Nếu lượng hồi lưu càng nhiều thì năng suất máy càng giảm

Hình 3.1 Cấu tạo và nguyên lý của trục vít

1 Trục vít; 2 Khung đỡ lưới lọc; 3 Phếu vào liệu; 4 Khe hở thoát bã; 5 Gỗi đỡ đầu trục vít; 6 Cửa thoát bã; 7 Phếu hứng nước dứa; 8 Lưới lọc

Trang 37

a) chiều quay của vít; b) cấp liệu; c) hướng dẫn liệu; d) thoát bã ra khỏi vùng ép;

e) thoát nước dứa; f)thoát bã ra khỏi máy

Khi nguyên liệu bị đẩy về trước, trong lòng ép xảy ra sự nén nguyên liệu và lực nén càng tăng lên khi vào vùng hai bước vít, đường kính các vít càng tăng Do đường kính vít tăng dần về phía ra khô, nên áp lực ép cũng tăng dần về phía ấy Đoạn vít đầu

có đường kính vít nhỏ và tiết diện của cánh vít hướng về phía trước nên tại đây chủ yếu xảy ra sự dồn xít và cuộn nguyên liệu vào, nước dứa hầu như không được tách ra Sang đoạn trục vít có hai đầu mối, góc nghiêng của tiết diện cánh vít càng hướng về phía sau nên áp lực ép lên khung lưới cao hơn, do đó nước dứa được tách ra nhiều hơn Đoạn vít cuối cùng mặc dù có hai đầu mối, tạo ra áp lực cao nhất nhưng vì nước dứa còn lại ít nên thoát ra ít hoặc ngừng chảy Như vậy khi máy ép làm việc bình thường, nước dứa chảy ra nhiều ở đoạn giữa lòng ép

3.1.2 Sự tạo thành áp lực trong buồng ép

Áp lực trong buồng ép được tạo thành do sự nén nguyên liệu và sức phản kháng của nguyên liệu Áp lực này lớn hay bé phụ thuộc vào cấu tạo của lòng ép, trục vít và đặc tính

cơ lý của bột ép Do tiết diện vành khăn ở cửa ra khô bé hơn tất cả các điểm trong lòng

ép, lại do trục vít có sự thay đổi số đầu mối vít, đường kính và sự thay đổi đường kính lòng ép, nghĩa là dung tích của bước vít trước bé hơn dung tích của bước vít sau theo chiều chuyển động của nguyên liệu, cho nên muốn tiếp nhận nguyên liệu của đoạn sau chuyển tới phải xảy ra sự nén do đó áp lực được hình thành

Sự tăng áp lực tiến dần về phía ra khô, nhưng không phải là tăng dần đều Đặc biệt

là ở đoạn khe côn áp lực tạo thành thấp hơn ở đoạn vít cuối nhưng vẫn cao hơn ở đoạn vít đầu Thực tế khi cho vào máy bột nhão hoặc nước đặc máy làm việc mà không tạo ra một

áp lực nào Hoặc cho vào bột rất khô trục vít không quay được dù mô tơ có công suất lớn, nghĩa là trở lực ở đây rất lớn gây hỏng máy Điều này chứng tỏ đặc tính nguyên liệu tạo thành áp lực trong máy Do đó ứng với mỗi loại máy, bột ép phải có đặc tính cơ lý thích hợp để khi máy làm việc tạo ra áp lực thích hợp, đủ sức làm kiệt nước dứa mà không làm hỏng máy

3.2 Tính toán các thông số trục vít ép

- Năng suất máy: Q = 10 m3/h = 10,1 tấn/h Với khối lượng riêng của phân là 1,01 tấn/m3

- Vận tốc quay: n = 37,5 vòng/phút

Trang 38

Bước xoắn vít của trục vít: Sau khi phân rơi từ lưới xuống đoạn trục vít có bước không đổi nó sẽ đi vào đoạn vít ép Do thực hiện quá trình ép, để tăng áp suất ép qua mỗi bước vít nên chọn bước vít giảm dần từ cửa vào đến khi phân được ép ra ngoài Khi trục vít làm việc, phân sẽ được đẩy dọc trục, tạo nên áp suất trên phân heo Gía trị áp suất tăng dần được xác định bằng công thức, theo [6]

Trong đó:

- : là áp đầu ra của bước vít thứ z kể từ cửa tiếp liệu của máy (kg/cm2)

- z: Số bước vít Ta chọn ztổng = 5

Để thuận tiện, ta sẽ chọn hệ số tăng áp ở mỗi bước vít là như nhau Khi đó công thức (3.1) được viết lại như sau:

Trong thực tế, người ta đã xác định được hệ số k theo điền đầy vật liệu

Chọn k = 1,5 Khi đó giá trị áp suất cực đại tại cửa ép phân là: ( ) Đây là giá trị áp suất lớn nhất trong buồng ép kính Trong quá trình ép phân thì buồng ép thông với ngoài lưới lọc, do đó giá trị này là điều kiện để kiểm tra bền cho trục vít và cũng là giới hạn tối đa khi phân được nén lại thoát ra ngoài

Chọn hệ số giảm thể tích từ cửa vào vật liệu đến cửa ra vật liệu qua mỗi bước vít

Đường kính trục vít được xác định theo công thức sau, theo tài liệu [8] trang 289:

Trang 39

- K = 1: Ứng với bước vít lớn nhất S = D

-

- : Khối lượng riêng của phân heo

- C = 1: Hệ số phụ thuộc góc nghiêng đặt trục vít, đặt ngang

Thay các thông số vào (3.3), ta được:

Trang 40

Chiều sâu cánh vít được xác định theo công thức:

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	2,86 MB