Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ sản xuất thức ăn gia súc dạng bột

Luận văn

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học nông nghiệp I

Mã số: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: PGS.ts phan xuân minh

Hà Nội - 2006

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đ1 đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Phan Duy H−ng

Lời cảm ơn

Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tôi đ1 nhận

được sự giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể và cá nhân các thầy cô giáo trường

đại học Nông nghiệp I, trường đại học Bách khoa Hà Nội, của các đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn phó giáo sư tiến sĩ Phan Xuân Minh, thạc

sĩ Ngô Trí Dương, cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Điện nông nghiệp, khoa Cơ điện, khoa Sau đại học trường đại học Nông nghiệp I, công ty cổ phần AP- Hà Tây, bạn bè và đồng nghiệp đ1 tận tình giúp đỡ tôi nghiên cứu hoàn thành luận văn này

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và hiểu biết có hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến

đóng góp chân thành của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp

Tác giả luận văn

Phan Duy Hưng

3 Ph−¬ng ¸n c¶i tiÕn d©y chuyÒn s¶n xuÊt thøc ¨n gia sóc c«ng ty cæ

3.2 Gi¶i ph¸p c¶i tiÕn d©y chuyÒn s¶n xuÊt 43

3.2.2 Mét sè gi¶i ph¸p kü thuËt phÇn ®iÒu khiÓn 51

3.3.1 Gi¶i ph¸p kü thuËt phÇn cøng hÖ SIMATIC PLC- S7 200 61

3.4.2 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trong STEP 7

3.6 Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho tr¹m cÊp nguyªn liÖu PLC1 95

Phô lôc 1 : Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cÊp nguyªn liÖu cho nhãm thïng tõ A11.1

Phô lôc 2 : Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cÊp nguyªn liÖu cho nhãm thïng tõ A11.1

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Các loại thức ăn và kỹ thuật chế biến [9] 7Bảng 3.1 Thành phần thức ăn hỗn hợp và thức ăn đậm đặc cho lợn có khối

lượng cơ thể 30- 60 kg (tính cho một mẻ trộn) 28Bảng 3.2 Thành phần thức ăn hỗn hợp và thức ăn đậm đặc cho lợn có khối

lượng cơ thể 15- 30 kg (tính cho một mẻ trộn) 29Bảng 3.3 Thức ăn hỗn hợp và thức ăn đậm đặc cho gà, vịt giai đoạn trưởng

Bảng 3.4 Cảm biến và thiết bị chấp hành của khâu nghiền và cấp liệu 54Bảng 3.5 Cảm biến và thiết bị chấp hành của khâu cân và trộn 57Bảng 3.6 Cảm biến và thiết bị chấp hành của khâu ép viên và sàng 60Bảng 3.7 Các thông số kỹ thuật cơ bản họ CPU 221 và CPU 222 66Bảng 3.8 Các thông số cơ bản của họ CPU 224 và CPU226 67Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của Modul đầu vào số EM 221 68Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật của Modul đầu ra số EM 222 69Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật của Modul đầu vào/ra số EM 223 69

Danh mục các hình vẽ Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến thức ăn tổng hợp khô (nuôi lợn) 7Hình 2.2 Các khâu cơ bản trong công nghệ chế biến thức ăn tổng hợp 8Hình 2.3 Đồ thị động học của quá trình trộn[10] 10Hình 2.4 Dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc tổng hựp 20 tấn/h của Mỹ 12Hình 2.5 Dây chuyền sản xuất thức ăn dạng viên do Mỹ chế tạo [12] 14Hình 2.6 Sơ đồ liên hợp máy chế biến thức ăn chăn nuôi 1t/h

Hình 2.7 Dây chuyền thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi của Viện nghiên cứu

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất thức ăn gia súc HKJ 35D 25Hình 3.2 Các khâu cơ bản của quy trình sản xuất thức ăn dạng viên của công

Hình 3.5 Sơ đồ thiết bị khâu nghiền và cấp nguyên liệu 37

Hình 3.7 Sơ đồ thiết bị công nghệ khâu ép viên và sàng phân loại 40Hình 3.8 Các khâu cơ bản của quy trình sản xuất thức ăn gia súc công ty AP

Hình 3.9 Dây chuyền công nghệ của công ty AP sau khi cải tiến 44Hình 3.10 Khâu nghiền và cấp nguyên liệu tới thùng chứa 47

H×nh 3.16 CPU 224- 1BD23- OXBO 71H×nh 3.17 Module më réng 6ES7- 223- 1BL22- OXAO 71

H×nh 3 25 Giao diÖn cña mét Project trong Micro/Win 32[14] 84H×nh 3 26 Ch−¬ng tr×nh chÝnh ®iÒu khiÓn c¸c b−íc c«ng nghÖ 88H×nh 3.27 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn cÊp nguyªn liÖu th« 89H×nh 3.28 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn cÊp nguyªn liÖu bét 90

H×nh 3.32 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn sµng ph©n lo¹i 94

1 Mở đầu

1.1 Đặt vấn đề Việt Nam là một nước tiến hành xây dựng Chủ Nghĩa X1 Hội từ một nền kinh tế nông nghiệp lạc hậu, sản xuất nhỏ là chủ yếu, năng suất lao động thấp

Để đưa đất nước thoát khỏi nghèo nàn và lạc hậu, tại Đại hội toàn quốc lần thứ

VI năm 1986, Đảng Cộng sản Việt Nam đ1 đề ra đường lối đổi mới và phát triển đất nước, thông qua “Chiến lược phát triển kinh tế - x1 hội trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước”

Những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đ1 đạt được nhiều thành tựu

về mọi mặt: Tốc độ tăng trưởng kinh tế hàng năm đạt từ 6% đến 8%, công nghiệp, nông nghiệp, thương mại dịch vụ, xuất nhập khẩu đều phát triển, đời sống kinh tế x1 hội của đất nước thay đổi rõ rệt Trong nông nghiệp, nhờ thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp kết hợp với việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật về công nghệ sinh học, kĩ thuật canh tác, chuyển dịch cơ cấu kinh tế trong nông nghiệp mà tốc độ tăng trưởng kinh tế trong khu vực nông nghiệp đạt được khá cao Trong lĩnh vực chăn nuôi, nhờ ứng dụng công nghệ mới về giống, kĩ thuật chăn nuôi và chính sách khuyến khích các thành phần kinh tế phát triển, vì vậy các trang trại chăn nuôi ngày càng nhiều và đa dạng về vật nuôi Do vậy nhu cầu các sản phẩm về thức ăn chăn nuôi ngày càng lớn, với chất lượng ngày càng cao, để đáp ứng đủ cho ngành chăn nuôi trong nước Đặc điểm của sản xuất thức ăn chăn nuôi là sản phẩm theo vật nuôi, theo giai đoạn sinh trưởng của vật nuôi, vì vậy các thành phần trong mỗi sản phẩm là khác nhau, trong khi đó công nghiệp chế biến trong nước còn nhỏ bé và khá lạc hậu, chưa đáp ứng kịp thời của sản xuất Nhận thức tầm quan trọng của vấn đề này, Đảng và Nhà nước ta đ1 quan tâm

đầu tư cho các đề tài nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực sản xuất thức ăn

chăn nuôi, và đ1 đạt được những kết quả nhất định, một số công ty đ1 xây dựng cơ sở sản xuất chế biến thức ăn gia súc với công suất vừa và nhỏ để phục

vụ nhu cầu trong nước

Dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc có điều khiển tự động nhập của nước ngoài thường rất đắt, quy mô lớn không phù hợp với khả năng tài chính

và quy mô của các cơ sở chế biến trong nước Gần đây, một số công ty cổ phần trong nước đ1 mua những dây truyền sản xuất chế biến thức ăn gia súc của nước ngoài có công suất 3 tấn đến 6tấn/giờ, mức độ điều khiển tự động còn thấp, chủ yếu là cơ giới hoá nên năng suất chưa cao, chất lượng chưa ổn

định, hiệu suất thiết bị thấp, sản phẩm không cạnh tranh được với các sản phẩm của các nước trong khu vực và trên thế giới Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng kỹ thuật tự động hoá vào quá trình sản xuất thức ăn gia súc để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là cần thiết Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất, được sự hướng dẫn của cô giáo: PGS TS Phan Xuân Minh trường Đại học Bách khoa Hà nội và các thầy cô trong bộ môn Sử dụng điện, trường Đại học Nông nghiệp I, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống

tự động hoá quá trình công nghệ sản xuất thức ăn gia súc dạng bột ”

1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Mục đích

Nghiên cứu quy trình sản xuất thức ăn gia súc dạng bột, từ đó làm cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát qui trình sản xuất thức ăn gia súc dạng bột phù hợp với điều kiện thực tế sản xuất của cơ sở hiện tại và của Việt Nam hiện nay

1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

• Nghiên cứu quy trình sản xuất thức ăn gia súc dạng bột hiện có Nghiên cứu quy trình sản xuất thức ăn gia súc của Trung Quốc HKJ 35D

• Nghiªn cøu thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh

Nghiªn cøu thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC- S7-200 cña h1ng Siemen

• Nghiªn cøu thùc nghiÖm:

ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thøc ¨n gia sóc d¹ng bét trªn nÒn hÖ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC- S7-200

2 Tổng quan

2.1 Tình hình chế biến thức ăn gia súc gia cầm ở

Việt Nam

2.1.1 Nhu cầu thức ăn gia súc gia cầm trên thị trường

Việt Nam là một nước nông nghiệp và có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho ngành chăn nuôi gia súc và gia cầm Những năm gần đây phương thức chăn nuôi ở nước ta đ1 chuyển dần từ chăn nuôi nhỏ, lẻ thành bán quảng canh Bắt đầu đầu có những mô hình công nghệ theo phương thức thâm canh Hình thức chăn nuôi tập trung và tổng đàn gia súc, gia cầm ngày càng phát triển Theo dự báo trong mỗi năm cần tới 10 triệu tấn thức ăn gia súc, như vậy nhu cầu này là rất lớn và ngày càng tăng Không chỉ tăng về số lượng mà x1 hội hiện nay còn yêu cầu cả về chất lượng phải tốt, sản phẩm phải đảm bảo nghiêm khắc về vệ sinh thực phẩm Vì thế vấn đề chế biến thức ăn gia súc, gia cầm ở nước ta đ1 đang và sẽ là vấn đề cần thiết vừa mang tính thời sự, vừa mang tính x1 hội rất lớn.[4]

2.1.2 Tình hình chế biến thức ăn gia súc gia cầm ở Việt Nam

Công nghiệp chế biến thức ăn gia súc tính đến năm 2002 có hơn 100 nhà máy xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc vừa và nhỏ, tổng công suất thiết kế 3 triệu tấn/năm Năm 2000 đ1 sản xuất được 2,2 triệu tấn/năm đạt xấp xỉ 75% công suất thiết kế, và chỉ đạt khoảng 25% so với nhu cầu của ngành chăn nuôi (10 triệu tấn)

Trong các nhà máy xí nghiệp ở trên thì các xí nghiệp có quy mô nhỏ (sản lượng nhỏ hơn 5000tấn/năm ) chiếm tỉ lệ 44.5% tổng số các nhà máy xí nghiệp, ở các cơ sở này thiết bị chế biến đơn giản do trong nước chế tạo với

mức độ cơ giới hoá thấp, chất lượng chưa cao Vì vậy dù số lượng các xí nghiệp nhiều (gần 1/2 tổng số nhà máy), nhưng tổng sản phẩm lại không cao

và chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu về mặt dinh dưỡng, vệ sinh an toàn thực phẩm cho nên các cơ sở này hầu hết là cơ sở tự cung, tự cấp Sản phẩm không trở thành hàng hoá được.[4]

2.2 Quy trình công nghệ chế biến thức ăn gia súc

tổng hợp

2.2.1 Thức ăn gia súc gia cầm và kỹ thuật chế biến

Việc cung cấp thức ăn chăn nuôi có ý nghĩa rất qua trọng, có tính chất quyết định đến số lượng và chất lượng sản phẩm chăn nuôi Cho súc vật ăn đủ chất dinh dưỡng và đúng chế độ, tức là thích ứng với yêu cầu của cơ thể con vật, tăng được sản phẩm chăn nuôi lớn nhất với mức thức ăn tốn ít nhất Thức

ăn phải đủ chất bổ cần thiết cho từng loại và lứa tuổi vật nuôi, dễ tiêu hoá, ngon, sạch, không lẫn những tạp chất có hại đến sức khoẻ con vật hoặc hại cho chất lượng sản phẩm Đa số thức ăn chăn nuôi đòi hỏi phải chế biến, nhất

là đối với thức ăn tổng hợp, chỉ trừ một phần nhỏ thức ăn có thể cho súc vật ăn tươi nguyên

Các dạng sản phẩm thức ăn cho chăn nuôi gia súc, gia cầm gồm: thức ăn không qua chế biến (cỏ, cây, lá,sinh vật nhỏ,…); thức ăn sơ chế (rơm và cỏ phơi khô, bột ngũ cốc…); thức ăn đ1 chế biến(thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên ) Trong đó sản phẩm thức ăn đ1 chế biến phù hợp với hình thức chăn nuôi tập trung Hiện nay thức ăn dạng này đ1 và đang tiêu thụ một sản lượng khá lớn Để sản xuất loại thức ăn này, người ta sử dụng các nguyên liệu

đ1 được phơi khô, sau đó nghiền thành bột và cho phối trộn với nhau theo những thành phần và tỉ lệ nhất định cùng với các chế phẩm sinh học khác Đối với sản phẩm dạng viên sau khi phối trộn hỗn hợp được hấp nóng và cho vào

máy ép viên để tạo viên theo kích thước yêu cầu

Việc chế biến thức ăn phải tiến hành theo quy trình công nghệ đ1 định gồm một hay nhiều khâu công việc liên tục (hình 2.1) Dựa trên cơ sở nghiên cứu lựa chọn các khâu đó sao cho đáp ứng tốt nhu cầu cư thể vật nuôi ở mỗi lứa tuổi Quy trình công nghệ chế biến chỉ tương đối ổn định, nghĩa là có thể thêm bớt một vài khâu tuỳ theo trình độ khoa học phát triển Ví dụ, trước kia còn phổ biến khâu nấu thức ăn ở nhiều trại chăn nuôi, nhưng hiện nay hầu như

đ1 bỏ khâu nấu mà chuyển sang cho ăn sống, ủ men Nhưng khi thức ăn tổng hợp hoàn chỉnh được chế biến đầy đủ thì có thể bỏ khâu ủ men sẽ kinh tế hơn khi đó lại có thể đòi hỏi áp dụng khâu tạo hạt, ép viên thức ăn cho lợn, gà, vịt, cá, tôm ăn tốt hơn Trên cơ sở tương đối ổn định đó, các nhà chăn nuôi sẽ nghiên cứu một số máy chế biến thức ăn thông dụng ở nước ta đ1 đáp ứng các yêu cầu chăn nuôi Một số loại thức ăn và kỹ thuật chế biến (bảng 2.1) [10]

Vận chuyển

Trộn (khô)

ủ men (trộn ẩm)

Cân (chính xác cao)

Định mức cân

Nghiền

Sấy

Tạo viên

Đóng bao

Vận chuyển,

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến thức ăn tổng hợp khô (nuôi lợn)

Bảng 2.1 Các loại thức ăn và kỹ thuật chế biến [10]

Loại thức ăn

Kiểu quy trình

vật nuôi Thức ăn tinh

Sấy - nghiền - trộn Làm sạch - nghiền - định mức - trộn

Trâu, bò, ngựa Lợn, gà, vịt Cho các loại vật nuôi Thức ăn thô

a, Tươi: rau, cỏ xanh

Cho các loại Lợn, gà, vịt

Cho các loại Lợn, bê, gia cầm

Cho các loại

- Các khâu cơ bản trong quy trình công nghệ sản xuất thức ăn gia súc tổng hợp

Thức ăn gia súc tổng hợp được sản xuất ở dạng hỗn hợp bột khô hoặc ép viên Đây là loại thức ăn dễ sử dụng, bảo quản và vận chuyển hơn các loại thức ăn khác, khi dùng có thể không cần chế biến thêm Thức ăn tổng hợp thông thường được chế biến bằng việc trộn nhiều thành phần các thức ăn dạng bột, có bổ xung thêm những vi chất, thuốc kháng sinh tạo thành hỗn hợp thức

ăn Cách chế biến như vậy rất thuận tiện cho việc sản xuất hàng loạt, khối lượng lớn vì vậy ngày nay đang được sử dụng rất phổ biến Quy trình công nghệ chế biến thức ăn gia súc tổng hợp hiện nay đang được áp dụng cho các dây chuyền chế biến cơ bản gồm các khâu sau:

Hình 2.2 Các khâu cơ bản trong công nghệ chế biến thức ăn tổng hợp

2.2.2 Một số nguyên công trong sản xuất thức ăn gia súc tổng hợp

- Khâu nghiền: có nhiệm vụ làm nhỏ tất cả các loại thức ăn khô thành dạng bột có độ nhỏ mịn theo yêu cầu Trong chế biến thức ăn tổng hợp khâu nghiền chủ yếu dùng để nghiền một số loại như: sắn miếng, thóc, đậu rang,

Thức ăn

bổ xung

Tạo viên

Đóng bao Cân (chính

xác cao)

ngô, khô lạc còn các loại thức ăn khác như: chất khoáng, chất xơ, bột cá, bột thịt đ1 được nghiền sẵn Trong dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc thường dùng máy nghiền búa Muốn thay đổi kích thước hạt bột người ta thay đổi kích thước của lỗ sàng trong máy nghiền.[1], [8]

- Khâu định lượng: có nhiệm vụ cân định lượng các loại thành phần thức

ăn, các loại chất khoáng, các chất vi lượng khác theo một tỷ lệ nhất định Tuỳ theo loại thức ăn cho vật nuôi mà tỷ lệ giữa các thành phần thức ăn trong hỗn hợp thay đổi Độ chính xác của tỷ lệ các thành phần quyết định đến chất lượng của sản phẩm Có nhiều cách định lượng khác nhau, nhưng hiện nay khâu định lượng trong dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc, thường dùng hệ thống cân định lượng tự động kiểu cộng dồn, có độ chính xác 0,07 đến 0,01%

- Khâu trộn: có nhiệm vụ trộn đều các thành phần trong hỗn hợp thức ăn.Hiện nay, các quy trình công nghệ chế biến hỗn hợp thức ăn chăn nuôi đều dùng cách trộn cơ khí với nguyên lý chung là khuấy trộn các thành phần thức

ăn bằng các công cụ trộn có cơ cấu quay.Trong thực tế, với nguyên lý trộn kiểu cơ khí không thể đạt đến trạng thái lý tưởng được, vì đó là một trạng thái ngẫu nhiên, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Một số tác giả đ1 phân tích như sau: trong máy trộn khi làm việc đều diễn ra hai quá trình thuận nghịch Quá trình thuận làm tăng độ trộn đều; quá trình nghịch gây lên hiện tượng phân lớp làm giảm độ trộn đều Hai quá trình đó diễn biến theo thời gian trộn, tới lúc hỗn hợp đạt trạng thái “cân bằng động lực” thì tỉ lệ thành phần trong mẫu đo sẽ không thay đổi nữa nếu tiếp tục trộn thêm Nhưng sau trạng thái cân bằng động lực học này, nếu tiếp tục trộn nữa thì độ trộn đều có thể bị giảm đi (hình 2.3)

Hình 2.3 Đồ thị động học của quá trình trộn[10]

a, độ trộn đều phụ thuộc thời gian trộn

b, quá trình thuận nghịch (M: trạng thái cân bằng)

Căn cứ vào yêu cầu về độ đồng đều cho sản phẩm thức ăn gia súc phải đạt

≥ 90% Từ đồ thị thấy, thời gian cho một mẻ trộn đối với máy trộn thông thường là 6 đến 10 phút Nếu thời gian trộn ít hơn sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm Nếu thời gian trộn lớn hơn thì chất lượng cũng không tăng nhiều Như vậy thời gian cho một mẻ trộn nằm trong khoảng 6 tới 12 phút

- Khâu ép viên: có nhiệm vụ định hình hỗn hợp thức ăn thành dạng viên Mục đích là làm chặt các khối hỗn hợp, tăng khối lượng riêng và khối lượng thể tích (tới 1000 ữ 1300 kg/m3), làm giảm khả năng hút ẩm và oxy hoá trong không khí, giữ chất lượng dinh dưỡng nhờ đó hỗn hợp thức ăn được bảo quản lâu hơn, gọn hơn, vận chuyển dễ dàng hơn, giảm được chi phí và bảo quản loại thức ăn này đặc biệt phù hợp với chăn nuôi gia cầm và cá, tôm Khâu ép viên được thực hiện bằng các máy ép, đùn, cán, vê chủ yếu hiện nay dùng nguyên lý ép (trong buồng kín có đáy cố định), hoặc đùn (ép và đẩy theo buồng hở có đáy di động qua các lỗ khuôn) [8], [10]

- Khâu cân, đóng bao sản phẩm: đây là khâu cuối trong dây chuyền sản

xuất thức ăn gia súc Khâu này có nhiệm vụ cân đủ và đóng gói sản phẩm, giúp cho việc bảo quản và phân phối sản phẩm dễ dàng hơn Hiện nay khâu cân và đóng được thực hiện tự động bằng hệ thống cân định lượng tự động có

độ chính xác và năng suất cao, qua đó cũng giúp cho việc tăng công suất chung của dây chuyền và tăng hiệu quả của sản xuất

Ngoài ra trong dây chuyền sản xuất thức ăn tổng hợp còn một số các công

đoạn khác như: phân phối nguyên liệu, trộn thức ăn vi lượng, lọc sắt, bổ xung thức ăn dạng lỏng, nấu chín, bẻ viên, làm mát, sàng phân loại [8]

2.3 Tình hình nghiên cứu và chế tạo dây chuyền

chế biến thức ăn gia súc

2.3.1 Nghiên cứu và chế tạo thiết bị chế biến thức ăn gia súc trên thế giới Trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất chế biến thức ăn gia súc gia cầm phát triển từ rất sớm; đầu thế kỷ 19 Trong thế kỷ 20, vào những năm cuối của thập kỷ 60 và những năm đầu của thập kỷ 70 đ1 xuất hiện những nhà máy

áp dụng điều khiển tự động vào quá trình sản xuất Việc này đ1 mang lại hiệu quả to lớn cho công nghệ sản xuất thức ăn gia súc gia cầm, nhất là khi người

ta đưa nhiều thành phần thức ăn khác nhau, các chất vi lượng, các chất khoáng tạo thành hỗn hợp thức ăn tổng hợp Những dây chuyền áp dụng sản xuất tự

động đ1 tăng năng suất đáng kể, không những thế còn giúp cho việc quản lý giám sát quá trình sản xuất được thuận lợi và chính xác Sau đó đ1 xuất hiện những dây chuyền sản xuất tự động có công suất lớn 20tấn/h đến trên100tấn/h Những năm gần đây, khi thiết bị điều khiển tự động đ1 trở lên phổ biến thì các dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc gia cầm ở những nước phát triển hầu như được tự động đồng bộ các khâu trong quá trình sản xuất (hình 2.4 và 2.5) [12, tr 46 - 438]

Hình 2.5 Dây chuyền sản xuất thức ăn dạng viên do Mỹ chế tạo [12]

13- Quạt gió 14- Cửa cấp liệu 15- Bộ chia 16- Thùng đựng các thành phần vi lượng 17- Vít tải

18- Cân 19- Máy nghiền búa 20- Quạt gió

21- Thùng chứa sau trộn

22- Vít tải 23- Thùng chứa của máy đùn

24- Cửa tiết liệu 25- Bộ phận làm đều 26- Máy đùn

27- Bộ thu 28- Bộ phận làm mát 29- Sàng

30- Thùng chứa 31- Vít tải 32- Cân băng tải

33- Thùng chứa chất béo 34- Thiết bị thấm chất béo 35- Băng chuyền làm mát 36- Thùng chứa chờ đóng bao

1A- Máy xay thịt 2AB- Thùng chứa và bơm 3AB- Thùng chứa thịt xay 4A/4AB- Thùng chứa thức

ăn dạng lỏng và nước bổ xung

5A./6A- phần mở rộng không bắt buộc

- Đặc điểm của dây chuyền:

+ Nguyên liệu thô cần nghiền được chứa vào các thùng chứa riêng, trước và sau máy nghiền Nguyên liệu dạng bột được cung cấp bằng đường riêng biệt tới các thùng chứa riêng cho mỗi nguyên liệu

ở nước ta hiện nay, các xí nghiệp có quy mô từ 5000 tấn đến 10.000 tấn/năm chiếm tỉ lệ 17 đến 20% được trang bị những thiết bị tương đối đồng

bộ Các thiết bị này được mua của nước ngoài hoặc là công ty liên doanh 100% vốn nước ngoài Sản phẩm của các cơ sở này đ1 được x1 hội chấp nhận, tuy vậy cũng đ1 bộc lộ một số tồn tại

Các xí nghiệp có quy mô từ 5000 tấn đến 10.000 tấn/năm được trang bị

đồng bộ, một số công ty có áp dụng điều khiển tự động Hiện nay nước ta có

40 dến 50 nhà máy như vậy Các thiết bị này được nhập hoàn toàn từ các nước

Mỹ, Thái Lan, Hàn Quốc, Trung Quốc, Nga, Pháp, Đài Loan …Các công ty này là công ty cổ phần hoặc liên doanh 100% vốn nước ngoài Trong số những dây chuyền sản xuất nhập của nước ngoài kể trên, có những dây chuyền thiết

bị đồng bộ nhưng chưa áp dụng tự động hoá, được nhập từ những năm cuối của thế kỷ 20, nên hiện nay đ1 bắt đầu bộc lộ những hạn chế.[4]

Dây truyền sản xuất thức ăn gia súc đồng bộ hiện nay đ1 bắt đầu được

nghiên cứu và sản xuất ở trong nước Tiêu biểu là hai dự án cấp nhà nước:

- KC- 05- DA- 01 do Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông

nghiệp làm chủ dự án, với dây chuyền có công suất từ 2tấn tới 4tấn/giờ có

điều khiển tự động (hình 2.7)

- KC-03- 03 do Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch

nghiên cứu chế tạo với dây chuyền có công suất 5 tấn/giờ có điều khiển tự

động

a. Dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi - 1tấn/h

Liên hợp máy chế biến thức ăn chăn nuôi 1t/h do Việt Nam hợp tác

với Bungari nghiên cứu chế tạo.[10]

Hình 2.6 Sơ đồ liên hợp máy chế biến thức ăn chăn nuôi 1t/h

(Việt Nam – Bungari)

1, 4, 8 – Gầu chuyền; 2 – thùng chứa nguyên liệu; 3 – máy nghiền

5 – thùng chứa bột; 6 – máy trộn thức ăn vi lượng; 7 – thùng chứa

bột thức ăn bổ xung; 9 – máy trộn hỗn hợp chính; 10 – vít chuyền;

- Đặc điểm của dây chuyền:

+ Mạch điều khiển đơn giản, các máy được điều khiển độc lập hoặc liên

động với nhau trong nhóm, không điều khiển tự động

+ Không tự động định lượng các thành phần hỗn hợp,

+ Dùng hai máy nghiền và hai thùng chứa trung gian cho sản phẩm sau nghiền để chờ trộn Như vậy cho phép tăng tốc độ của khâu nghiền và nguyên liệu luôn được chuẩn bị đủ cho khâu trộn

+ Sản phẩm chỉ là thức ăn chăn nuôi dạng bột

b Dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi - 4tấn/h

Dây chuyền sản xuất loại 2tấn đến 4 tấn/h do Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp nghiên cứu và chế tạo Hiện nay các dây chuyền này đ1 chế tạo với loạt nhỏ, được lắp đặt ở một số tỉnh thành như Tam Đảo, Phú Thọ, Hưng Yên, Thanh Hoá, Tây Ninh, Đắc Lăk bước đầu đ1 thu được kết quả khả quan (hình 2.7).[4]

2.3.3 Nhận xét ưu nhược điểm các dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc

a, Đặc điểm dây chuyền sản xuất đồng bộ của nước ngoài:

- Ưu điểm:

+ Các bước trong quy trình sản xuất được tự động hoá và có sự trợ giúp

điều khiển, giám sát, kiểm tra bằng máy tính Do vậy giúp cho người vận hành, quản lý tốt hơn trong quá trình làm việc

+ Nguyên liệu dạng thô (cần nghiền) được phân phối vào các thùng chứa riêng biệt Việc này giúp cho quá trình cấp nguyên liệu cho máy nghiền

được nhanh chóng kịp thời, quá trình sản xuất được liên tục

+ Thức ăn dạng bột cũng được cấp vào các thùng chứa riêng biệt bằng gầu tải

+ Quá trình nghiền độc lập với các khâu còn lại trong dây chuyền sản xuất, nguyên liệu sau nghiền được chứa vào các thùng chứa riêng

+ Quá trình cân định lượng được thực hiện bằng cân tự động kiểu cộng dồn, cân từng mẻ trộn Do vậy các thành phần thức ăn trong hỗn hợp được

định lượng chính xác và không thể thiếu thành phần nào

+ Trọng lượng mỗi mẻ trộn thường bằng 1/10 công suất dây chuyền trong 1 giờ Như vậy thời gian trộn một mẻ sẽ là 6 phút, đây cũng là thời gian cần thiết để tỉ lệ trộn đều đạt 90% (hình 2.3)

- Nhược điểm:

+ Số lượng thùng chứa nhiều (dây chuyền công suất lớn lên tới trên 40 thùng chứa), vì vậy cần mặt bằng nhà xưởng có diện tích lớn, bộ chia nguyên liệu tới các thùng chứa sẽ phức tạp và thiết bị đi kèm sẽ tăng lên, chương trình

điều khiển sẽ phức tạp hơn

+ Đối với dây chuyền có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 20 tấn/h, thường dùng một cân tự động để cân các thành phần hỗn hợp, do đó khi thức ăn có nhiều thành phần thì thời gian cân sẽ tăng, làm tăng thời gian sản xuất

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn nên giá thành một đơn vị sản phẩm cao so với mặt bằng tiêu dùng hiện nay ở nước ta, do vậy hiệu quả chăn nuôi giảm

+ Một số thiết bị chưa tương thích với điều kiện khí hậu và nguyên liệu

có ở Việt Nam, vì vậy trong thực tế đẫ phát sinh một số hạn chế

+ Điều kiện bảo hành, sửa chữa chưa kịp thời, thiết bị thay thế khó làm

ảnh hưởng tới sản xuất kinh doanh

Bên cạnh những dây chuyền đồng bộ hiện đại, một số những dây chuyền có công suất nhỏ (≤ 10 tấn /giờ) của Trung quốc sản xuất, không áp dụng điều khiển tự động quá trình sản xuất, vì vậy hiệu suất của dây chuyền cũng không cao và hay xảy ra sự cố, ảnh hưởng tới sản xuất

b, Đặc điểm những dây chuyền sản xuất trong nước:

Những dây chuyền sản xuất trong nước hiện nay, có công suất nhỏ (≤ 5 tấn/h) Các chuyền này được nghiên cứu dựa trên những đặc điểm của một số dây chuyền nhập từ nước ngoài Do đó đ1 kế thừa được một số ưu điểm và đ1 phần nào khắc phục được một số hạn chế cho phù hợp với điều kiện của nước

ta Nhưng số lượng dây chuyền sản xuất trong nước có điều khiển tự động còn

ít, bên cạnh đó còn không ít những dây chuyền chỉ ở mức độ cơ giới hoá như dây chuyền Việt Nam- Bungari

- Ưu điểm:

+ Quy mô sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít hơn, phù hợp với khả năng kinh

tế và thị trường tiêu thụ trong nước ở thời điểm hiện nay

+ Số cân tự động sử dụng trong dây chuyền thường là hai cân, giúp cho quá trình cân được rút ngắn Thời gian cho phần trộn sẽ tăng lên chất, lượng sản phẩm được cải thiện

+ Sử dụng gầu tải cho thức ăn dạng thô và dạng bột riêng biệt, nhờ đó giảm thời gian nhập nguyên liệu cho các thùng chứa

+ Thiết bị điều khiển dùng trong dây chuyền là những thiết bị thông dụng ở thị trường nước ta Quá trình điều khiển tự động không quá phức

tạp, đ1 giúp đỡ nhiều cho người vận hành, sửa chữa và quản lý

- Nhược điểm:

+ Quá trình tự động chưa hoàn toàn khép kín từ khi nhập nguyên liệu cho tới khi đóng bao sản phẩm Do vậy số lượng công nhân trong dây chuyền vẫn nhiều

+ ở những dây chuyền chọn giải pháp cân định lượng các thành phần trước khi nghiền, thì thời gian nghiền sẽ phải tính đến trong tổng thời gian sản xuất của sản phẩm Do vậy tổng thời gian sản xuất của sản phẩm sẽ tăng lên, nếu không thời gian cho các công đoạn khác phải giảm đi hoặc công suất máy nghiền sẽ tăng lên

+ Những dây chuyền không tự động hoá, công nhân vận hành phải thao tác nhiều Dễ nhầm lẫn quy trình, hay gặp sự cố dẫn tới hiệu suất chung của dây chuyền không cao

3 Phương án cải tiến dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc công ty cổ phần AP - Hà Tây 3.1 Thực trạng công nghệ, thiết bị chế biến và

điều khiển

3.1.1 Mô tả công nghệ và thiết bị chế biến

Công ty cổ phần AP Hà Tây được thành lập năm 2000, với chức năng sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm Dây chuyền sản xuất của công ty

cổ phần AP Hà Tây là dây chuyền nhập của Trung Quốc năm 2000, m1 hiệu: HKJ 35D (Hình 3.1) Dây chuyền sản xuất được tích hợp để sản xuất 2 sản phẩm chính: thức ăn gia súc tổng hợp dạng bột và dạng viên cốm Đặc điểm cơ bản như sau:

• Tổng công suất điện của dây chuyền : 145 Kw

• Công suất suất máy nghiền : 4 tấn/h

• Công suất thiết kế thức ăn dạng bột (tấn/giờ) : thiết kế: 6 tấn/h

• Số thành phần phối trộn trong một lần : từ 9 đến 14 thành phần

• Khối lượng trộn một lần : 500 kg

• Thời gian trộn một lần : thiết kế 5 phút (thực tế 3 -> 5phút)

• Năng suất máy ép viên (tấn/giờ) : viên nhỏ 2,5 tấn/h; viên lớn 5tấn/h

• Số lượng công nhân vận hành : 10 người/ca

• Cấp nguyên liệu ở các khâu trong dây chuyền : thực hiện thủ công

• Cách phối trộn thức ăn vi lượng: cùng thức ăn thô khi nghiền

• Cách phối trộn thức ăn bổ xung dạng dạng lỏng: bơm vào thùng trộn

• Bộ lọc sắt : dùng các nam châm vĩnh cửu

• Sản phẩm dạng viên: trước khi ép viên được nấu chín khoảng 70%

• Hơi nước cung cấp có áp suất là 4,5 đến 5 kG/cm2(khoảng 5,17 atm)

• Khi đóng bao nhiệt độ của sản phẩm cho phép lớn hơn nhiệt độ môi trường khoảng 2 0C [3]

Qua thời gian sử dụng là 6 năm, chất lượng thiết bị còn tốt Tuy vậy cũng

tỉ lệ thời gian máy chạy Vì thế hiệu quả sản xuất vẫn không cao Công ty đ1

đưa ra một số phương án để tăng hiệu quả sản xuất là:

- Thay mới dây chuyền sản xuất có công suất lớn hơn

- Cải tạo nâng cấp dây chuyền cũ

Phương án thay dây chuyền sản xuất khác thì cần lượng vốn khá lớn, và kéo theo đó là một loạt các vấn đề như mặt bằng nhà xưởng, thời gian nghỉ sản xuất do vậy tại thời điểm này, phương án cải tạo sử dụng hiệu quả dây chuyền cũ là phương án khả thi hơn

a, Quy trình công nghệ sản xuất

Quy trình công nghệ sản xuất của công ty AP (hình 3.2)

Hình 3.2 Các khâu cơ bản của quy trình sản xuất thức ăn

dạng viên của công ty AP – Hà Tây

(Nguồn điều tra thực tế công ty AP - Hà Tây)

Nguyên liệu thô (khô)

Phá mảnh

Lọc sắt

Nghiền Cân định l−ợng

Cân, đóng bao Sàng

Cân định l−ợng

Nguyên liệu dạng bột

Cân đóng bao

Thành phẩm thức ăn dạng bột

Thành phẩm thức ăn dạng viên

Thức ăn bổ xung dạng lỏng và vi l−ợng

Lọc sắt

Từ hình 3.2 thấy rằng quy trình sản xuất thức ăn gia súc ở công ty AP,

đ1 có đủ các khâu cơ bản của dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc tổng hợp

Khi thùng trộn đ1 sẵn sàng, cửa 11 mở cho hỗn hợp vào thùng trộn 12 Tại thùng trộn hỗn hợp thức ăn được trộn đều Sau thời gian trộn (thời gian đặt

tự động hoặc do công nhân vận hành điều khiển) sản phẩm dạng bột được xả xuống vít tải 13 cấp vào gầu tải 14 qua cơ cấu phân phối 18 đưa vào thùng chứa 16 chờ đóng bao Thành phẩm được vào bao và cân thủ công, sau đó

được đưa lên băng tải và đưa tới thiết bị khâu bao kết thúc quá trình sản xuất

- Quy trình sản xuất thức ăn dạng viên

Quá trình sản xuất thức ăn dạng viên được tiếp nối vào quá trình sản xuất thức ăn dạng bột

Khi sản xuất thức ăn dạng viên; hỗn hợp bột tới gầu tải 15, được cơ cấu phân phối đưa tới thùng chứa 19, được cơ cấu điều tiết 20 cấp vào bộ trộn ẩm

21 và đi xuống máy ép viên 22 Hỗn hợp thức ăn khi đi qua bộ trộn ẩm được nấu chín phần nào đó, đồng thời làm tan chảy chất kết dính và độ ẩm tăng khoảng 14% đến 17% chuẩn bị cho quá trình ép tạo viên Sản phẩm sau ép viên có nhiệt độ cao được đưa vào thùng chứa 24 Tại đây sản phẩm được sấy khô và làm nguội cho tới khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 20c đến

30c Khi thùng chứa 29 đ1 sẵn sàng, sản phẩm được cửa xả 25 và bộ cấp liệu

26 xả vào gầu tải 27 đưa tới sàng phân loại 28 Tại đây sản phẩm viên được

chia ra làm 3 kích cỡ khác nhau: loại to, loại chính phẩm và loại nhỏ Loại chính phẩm được đưa vào thùng 29 chờ đóng bao Những viên có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ được chuyển trở lại gầu tải 15 để làm lại

b, Một số loại thức ăn gia súc gia cầm do công ty sản xuất

Sản phẩm thức ăn chăn nuôi do công ty cổ phần AP sản xuất rất đa dạng và phong phú bao gồm thức ăn cho lợn, gà, vịt, ngan Có nhiều công thức thức ăn cho mỗi vật nuôi, theo các giai đoạn sinh trưởng Công thức thành phần một số loại thức ăn chăn nuôi lợn thống kê trong bảng (3.1), (3.2) và (3.3)

Bảng 3.3 Thức ăn hỗn hợp và thức ăn đậm đặc cho gà, vịt giai đoạn

Các bảng ví dụ trên cho thấy: cùng một đối t−ợng vật nuôi, một sản phẩm

có thể có nhiều công thức, có các thành phần hỗn hợp thức ăn khác nhau tạo thành Nh− vậy, sản phẩm thức ăn dạng bột và dạng viên có số l−ợng công thức sản phẩm rất đa dạng

c, Các thiết bị phục vụ cho quy trình sản xuất:

+ Gầu tải 1: dùng để chuyển các nguyên liệu thô cần nghiền lên máy phá mảnh 2 Thực tế các nguyên liệu dạng lỏng đ−ợc cấp vào cùng với nguyên

liệu thô sau khi được cân định lượng bằng thủ công

+ Máy phá mảnh 2: dùng để làm nhỏ sơ bộ những nguyên liệu có kích thước quá lớn Nguyên liệu sau khi qua máy phá mảnh sẽ không gây cản trở ở

bộ cấp liệu

+ Thùng chứa 3: Tại thùng chứa có lắp bộ lọc sắt bằng nam châm vĩnh cửu, phần tạp chất là sắt lẫn trong nguyên liệu được giữ lại ở bộ lọc sắt này Thùng 3 còn có chức năng chứa nguyên liệu cấp cho máy nghiền luôn có đều trong quá trình làm việc

+ Bộ cấp liệu 4: có chức năng điều tiết nguyên liệu chảy đều và có hạn mức xuống máy nghiền để tránh quá tải cho máy

+ Máy nghiền 5: là loại máy ngiền búa; có chức năng nghiền nhỏ nguyên liệu theo kích thước yêu cầu Kích thước này phụ thuộc vào loại thức

ăn và phụ thuộc vào kích thước lỗ của sàng trong máy nghiền

+ Vít tải 6: được dùng để chuyển hỗn hợp bột sau nghiền tới gầu tải + Gầu tải 9: dùng để chuyển hỗn hợp bột sau nghiền và một số thức ăn

bổ xung dạng bột tới thùng chứa 10 để chờ trộn

+ Thùng chứa 10: Dùng để chứa các thành phần hỗn hợp thức ăn chuẩn

bị cho khâu trộn Trên thùng trộn có lắp bộ lọc sắt bằng nam châm vĩnh cửu dùng để lọc sắt sinh ra trong quá trình sản xuất và sắt trong thức ăn bổ xung + Cửa xả đáy 11: dùng để xả hỗn hợp bột từ thùng chứa 10 xuống thùng trộn khi thùng trộn đ1 sẵn sàng làm việc Cửa xả đáy là thiết bị khí nén được

điều khiển bằng điện

+ Thùng trộn 12: là thùng trộn kiểu ngang có cánh xoắn kép đối nghịch Thùng trộn có nhiệm vụ trộn đều các thành phần hỗn hợp theo yêu cầu Khi đ1 đủ thời gian trộn hỗn hợp được xả xuống vít tải thông qua cửa xả ở đáy thùng trộn

+ Gầu tải 14: có chức năng chuyển hỗn hợp cám thành phẩm tới thùng chứa + Bộ chia 18: là bộ chia có hai ngả; có tác dụng phân chia hỗn hợp tới một trong hai thùng chứa theo yêu cầu công nghệ Nếu là thức ăn dạng bột thì chuyển tới thùng chứa 16 để chờ cân đóng bao, nếu là sản phẩm dạng viên thì chuyển tới thùng 18 để chờ ép viên

+ Cân 17: dùng để cân định lượng thành phẩm theo khối lượng yêu cầu

Đây là khâu cuối cùng của loại thức ăn hỗn hợp dạng bột

+ Thùng chứa trung gian 19: dùng để chứa hỗn hợp thức ăn sau khi trộn đủ các thành phần

+ Bộ cấp liệu 20: dùng để điều tiết hỗn hợp bột vào bộ trộn ẩm

+ Thiết bị nấu 21: tại đây hơi nước có áp suất 4,5 đến 5 kG/cm2 đưa thẳng vào hỗn hợp thức ăn và được trộn liên tục trong qu1ng đường đi tới máy

+ Bộ cấp liệut 26: dùng để điều tiết lượng viên thức ăn xuống gầu tải + Gầu tải 27: dùng để chuyển viên thức ăn lên sàng phân loại

+ Sàng phân loại 28: dùng để phân loại, chọn lọc những viên thức ăn

đúng kích thước yêu cầu