(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu một số thông số của máy tách nước bã sắn cải tiến

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ

CỦA MÁY TÁCH NƯỚC BÃ SẮN CẢI TIẾN
Chuyên ngành :
Mã số:

Người hướng dẫn khoa học:

Kỹ thuật cơ khí

60.52.01.03

1. TS. Tống Ngọc Tuấn

2. PGS. TS. Đỗ Hữu Quyết

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

download by :


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả

trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.

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

cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Tuấn

i

download by :


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, tơi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi được bày tỏ lịng kính trọng và biết

ơn sâu sắc tới TS. Tống Ngọc Tuấn - Bộ môn Công nghệ cơ khí – Khoa cơ điện - Học

viện Nơng nghiệp Việt Nam và PGS. TS. Đỗ Hữu Quyết – Viện Khoa học Cơng nghệ

cơ khí, Tự động hóa và Mơi trường đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều cơng sức, thời
gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ

mơn Cơng nghệ cơ khí – Khoa cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình
giúp đỡ tơi trong q trình học tập, thực hiện đề tài và hồn thành luận văn.

Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Cơ điện Nông

nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình
thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi và giúp đỡ tơi về mọi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn./.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Tuấn

ii

download by :

MỤC LỤC
Lời cam đoan ..................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii

Mục lục ........................................................................................................................... iii
Danh mục các chữ viết tắt................................................................................................. v
Danh mục bảng ............................................................................................................... vii

Danh mục hình ............................................................................................................... viii
Trích yếu luận văn ............................................................................................................ x

Thesis abstract................................................................................................................. xii
Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1

1.3.

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 3

1.2.
1.4.

Giả thuyết khoa học ............................................................................................ 2
Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 3

1.5.

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học hoặc thực tiễn.......................................... 3

2.1.

Khái quát tình hình sản xuất tinh bột sắn trong nước và thế giới ....................... 4

Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 4
2.2.

2.2.1.
2.2.2.

Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tách nước bã sắn trong nước và

trên thế giới ................................................................................................................... 9
Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tách nước bã sắn trên thế giới ..................... 9
Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tách nước bã sắn trong nước ..................... 14

Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 23
3.1.

Địa điểm nghiên cứu......................................................................................... 23

3.3.

Đối tượng, vật liệu nghiên cứu ......................................................................... 23

3.2.

Thời gian nghiên cứu ........................................................................................ 23

3.3.1.

Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................ 23

3.4.

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 23

3.3.2.
3.5.

3.5.1.

Vật liệu nghiên cứu .................................................................................................... 23
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 23

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................................... 23

iii

download by :


3.5.2.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .................................................................... 23

3.5.4.

Dụng cụ thiết bị đo đạc dùng trong thực nghiệm. .................................................... 34

3.5.3.

Phương pháp đo đạc, cách xác định các thông số, chỉ tiêu nghiên cứu .................. 31

Phần 4. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 35
4.1.

Xây dựng mơ hình máy tách nước bã sắn cải tiến ............................................ 35

4.1.1.

Cơ sở lý thuyết quá trình tách nước .......................................................................... 35

4.2.

Nghiên cứu thực nghiệm .................................................................................. 51

4.1.2.

Xác định mô hình nguyên lý máy ............................................................................. 45

4.2.1.

Các chỉ tiêu và các thông số đầu vào trong nghiên cứu thực nghiệm ..................... 51

4.2.3.

Thực nghiệm đa yếu tố theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm ....................... 58

4.2.2.
4.2.4.

Thực nghiệm đơn yếu tố. ........................................................................................... 53
Giải bài tốn tối ưu bằng phương pháp thương lượng có điều kiện ....................... 63

Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 67
5.1.
5.2.

Kết luận............................................................................................................. 67

Kiến nghị .......................................................................................................... 68

Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 69

Phụ lục .......................................................................................................................... 71

iv

download by :


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa Tiếng Việt

b

Bề rộng lớp bã trên băng tải trong mơ hình thí nghiệm

bs

Bề rộng lớp bã sau ép

bo

Bề rộng lớp bã cung cấp vào ép

B

Bề rộng băng tải

eo

Độ rỗng ban đầu của sản phẩm ép

G

Khối lượng sản phẩm ép

e
f

m

m

m

m

Độ rỗng sản phẩm ép

Hệ số ma sát

Ga

Khối lượng nước trong bã sắn

h

Độ dày lớp bã ép

Gk

Đơn vị

kg

kg

Khối lượng bã sắn khô

kg

ho

Độ dày lớp bã của bã vào ép

m

n

Số vịng quay

N

Cơng suất

m

kW

Vg/ph

ptb

Áp suất trung bình

po

Áp suất ép ban đầu

kG/cm2

Áp suất thủy tĩnh của nước trong khối bã ép

kG/cm2

Áp suất tổng tác dụng lên phân tố bã

kG/cm2

p

kG/cm2

Áp suất ép

kG/cm2

pt

Tuyến áp

pb

Áp suất tác dụng lên bã trong khối bã

pa

p
P

Lực ép

q

Năng suất tính theo thể tích

Fo
Q

P

S



Lực ép của dàn con lăn

N/m

kG/cm2
N

kN

Năng suất tính theo khối lượng

Tổn thất áp suất qua lớp hạt trong q trình lọc

Diện tích bề mặt lọc
Hệ số lèn chặt

v

download by :

m3/h

Tấn/h
N/m2
m2


o

Hệ số lèn chặt ban đầu

u

Vận tốc lọc

m/s

Hệ số trở lục lọc của bã

1/m2

v

Vận tốc băng tải

m/s



Hiệu suất sử dụng công suất

v

Hệ số trở lực lọc của băng tải

b


n
b
u
l

o



b
o

p


W

Độ nhớt nước

Ns/m2

Khối lượng riêng của bã

kg/m3

Khối lượng riêng của chất lỏng

kg/m3

Khối lượng riêng của nước

kg/m3

Khối lượng riêng của bã ướt

Khối lượng riêng của môi trường lỏng khi lọc
Biến dạng tương đối

Mức độ nén ép
Mô đun ép
Độ ẩm

%

Độ ẩm bã sau khi ép

%

Độ dãn ngang của bã

mm

Wtb

Độ ẩm trung bình của bã ép

z

kg/m3

Độ xốp của lớp hạt

Độ ẩm ban đầu

Z

kg/m3

Biến dạng tương đối theo bề rộng băng tải

Wo
Ws

1/m2

%

Độ dầy lớp bã biến thiên trong quá trình ép

vi

download by :

%

mm


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn thế giới từ 2000 – 2012 ..................... 5
Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam giai đoạn 2002 - 2014 ........... 7
Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng của các vùng trồng sắn chủ yếu của

Việt Nam, năm 2014 ..................................................................................... 8

Bảng 2.4. Các nhà máy chế biến tinh bột sắn có cơng nghệ và thiết bị hiện đại ở

Việt Nam đến năm 2015 ................................................................................ 8

Bảng 4.1. Mức và khoảng biến thiên của các thơng số ................................................ 58
Bảng 4.2. Ma trận thí nghiệm ....................................................................................... 59

vii

download by :


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ phổ biến về chế biến tinh bột và bã sắn ................................................ 1

Hình 2.1. Biểu đồ diện tích và sản lượng sắn năm 2014 tại một số quốc gia ................. 5
Hình 2.2. Biểu đồ diễn biến diện tích và sản lượng sắn tại Việt Nam giai đoạn
2001-2011 ....................................................................................................... 7
Hình 2.3. Biểu đồ cơ cấu sử dụng sắn Việt nam ............................................................ 9
Hình 2.4. Máy ly tâm hình cơn tháo vật lắng bằng sức ly tâm (Máy ly tâm liên tục) ........ 10
Hình 2.5. Hệ thống máy ép bã sắn kiểu trục vít lưới lọc cơn của Thái Lan tại An Giang...... 11

Hình 2.6. Máy vắt bã sắn kiểu ép trục vít lưới lọc trụ .................................................. 11

Hình 2.7. Máy ép lọc băng tải BFP hiệu DYPR-06-EC ............................................... 13
Hình 2.8. Kết cấu tổng thể thiết bị ép bã sắn theo nguyên lý ép xy lanh...................... 15
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý máy ép bã sắn theo nguyên lý ép xy lanh .......................... 16

Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo máy vắt bã sắn dạng ép trục băng tải lọc VBS-3 ................... 18

Hình 2.11. Máy vắt bã sắn VBS-14 ................................................................................ 19
Hình 2.12. Quá trình ép của vật liệu khi vào trống ép .................................................... 20

Hình 3.1. Sơ đồ xác định độ dày lớp bã ho ................................................................... 32
Hình 4.1. Sơ đồ các pha của sản phẩm ép .................................................................... 35

Hình 4.2. Sơ đồ bã lọc .................................................................................................. 37

Hình 4.3. Mơ hình q trình ép bã ................................................................................ 39
Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc ép cực đại tới áp suất ép ở thời điểm cuối ........... 43

Hình 4.5. Đồ thị ảnh hưởng của hệ số ép ở thời điểm cuối (độ ẩm) tới áp suất ép ...... 44
Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng của chiều cao ban đầu lớp bã tới áp suất ép ở thời
điểm cuối....................................................................................................... 44
Hình 4.7. Sơ đồ mơ hình thí nghiệm ngun lý ép ....................................................... 46

Hình 4.8. Sơ đồ mơ hình thí nghiệm ngun lý ép có dàn con lăn ............................... 47
Hình 4.9. Sơ đồ nguyên lý máy tách nước bã sắn cải tiến ............................................ 48

Hình 4.10. Tổng thể máy tách nước bã sắn cải tiến ........................................................ 50
Hình 4.11. Đồ thị sự ảnh hưởng của vận tốc băng tải lọc v tới độ dãn ngang Z của
bã sau ép........................................................................................................ 54
Hình 4.12. Đồ thị sự ảnh hưởng của vận tốc băng tải lọc v tới độ ẩm Ws của bã
sau ép. ........................................................................................................... 54

Hình 4.13. Đồ thị sự ảnh hưởng chiều cao lớp bã ho vào ép tới độ dãn ngang Z của
bã sau ép........................................................................................................ 55

viii

download by :


Hình 4.14. Đồ thị sự ảnh hưởng chiều cao lớp bã ho vào ép tới độ ẩm Ws của bã
sau ép. ........................................................................................................... 56

Hình 4.15. Đồ thị sự ảnh hưởng của lực ép của dàn con lăn Fo tới độ dãn ngang Z
của bã sau ép. ................................................................................................ 57
Hình 4.16. Đồ thị sự ảnh hưởng của lực ép của dàn con lăn Fo tới độ ẩm Ws của bã
sau ép. ........................................................................................................... 57

ix

download by :

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Mục đích nghiên cứu

- Xác định mơ hình máy tách nước bã sắn cải tiến có dàn con lăn ép sơ bộ;

- Xác định một số thông số ảnh hưởng tới quá trình ép của máy tách nước bã sắn
cải tiến;
- Xác định các thông số tối ưu của máy tách nước bã sắn cải tiến.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.

- Phương pháp nghiên cứu thực ngiệm.

+ Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm;

+ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố;
+ Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố.

- Phương pháp đo đạc, cách xác định các thông số, chỉ tiêu nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu

- Đề tài đã xây dựng được mơ hình máy tách nước bã sắn cải tiến có dàn con lăn
ép sơ bộ, theo nguyên lý băng tải ép.
- Đã xác định được các thông số và chỉ tiêu nghiên cứu của đề tài, từ đó xác định
được sự ảnh hưởng của của các thông số đầu vào tới các chỉ tiêu nghiên cứu.
- Đã xác định được các thông số tối ưu của máy tách nước bã sắn cải tiến.

Kết luận

- Máy tách nước bã sắn cải tiến, theo nguyên lý ép băng tải đáp ứng được các
yêu cầu của việc tách nước bã sắn bằng máy gọn nhẹ, chi phí đầu tư phù hợp, đáp ứng
được việc ứng dụng cho các công ty cỡ vừa và lớn hiện nay.
- Đã xây dựng được mơ hình tốn mơ tả q trình tách nước bã sắn của máy tách
nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý băng tải ép, qua khảo sát các mơ hình trên đã xác
định được các thơng số cơ bản ảnh hưởng tới quá trình ép lọc bã sắn, đồng thời xác định
được mức cơ sở của các thơng số đó cho nghiên cứu thực nghiệm.

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết đã quy hoạch thực nghiệm xác định
được các mơ hình thống kê mơ tả hai quá trình cơ bản của của việc ép lọc bã sắn là quá
trình giảm ẩm và quá trình dãn ngang của bã ép.

x

download by :


+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ ẩm là:

Yw = 155,7 – 1166,08v + 1008v2 – 3,151h0 -5,6vh0 + 0,0536h02 – 78,74F + 48vF
+0,48h0F + 5,8F2
+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ dãn ngang là:

YZ = 543,2 – 1177,47v + 216vF – 912v2 + 1,146h0 + 14,4vh0 + 0,064h02 – 203,52F –
0,552h0F +19,08h02

Từ các mơ hình trên, qua giải tối ưu thương lượng có điều kiện đã xác định được
các giá trị tối ưu của các thông số vào của máy tách nước bã sắn cải tiến: v = 0,094 m/s;

ho = 19,9 mm; Fo = 5,365 kN. Giá trị của các chỉ tiêu nghiên cứu tại điểm tối ưu: Ws =
60 %; Z = 30 mm. Năng suất theo khối lượng bã nguyên liệu vào ép (với độ ẩm 80%): Q
= 7,378 tấn/h.

xi

download by :


THESIS ABSTRACT
Objective

- To determine model of improvement cassava pulp’s dehydration machine with
preliminary pressing roller rig.
- To identify some parameters effecting on the pressing process improving cassava
pulp’s dehydration machine.
- To identify the optimal parameters improving cassava’s dehydration machine.

Methodology

- Theoretical research methods.

- Experimental research methods.

+ Methods of collecting and processing experimental data.
+ Experimental research methodology of single element.
+ Experimental project methodology of multi-element

- Methods of measurement, the determination of parameters and research targets.

Results

- Determination of model improvement cassava pulp’s dehydration machine
with preliminary pressing roller rig, followed by forced conveyor principle.
- Identify the parameters and indicators of research theme, thereby determining
the impact of the input parameters to the research targets.

- Identify the optimal parameters of improvement cassava pulp’s dehydration
machine.
Conclusion

- Improvement Cassava pulp’s dehydration machine with force conveyor principle
responded requirement of compactness, suitable investment and the application for
medium or large companies.

- Developing mathematical model describing the process of improvement cassava
pulp’s dehydration machine with force conveyor principle, the survey on the model has
identified basic parameters, which effected to process filter and pressing of cassava
pulp, simultaneously determine the basis of the parameters for empirical research.

- On the basis of the theoretical research results were planning empirically, that
identified the statistical model describes two basic processes of filter and pressing

xii

download by :


cassava pulp filter press. Which are the process of reducing moisture and the horizontal
stretch of pressing cassava pulp.

+ The moisture’s equation of regression:

Yw = 155,7 – 1166,08v + 1008v2 – 3,151h0 -5,6vh0 + 0,0536h02 – 78,74F + 48vF
+0,48h0F + 5,8F2
+ The horizontal stretch’s equation of regression

YZ = 543,2 – 1177,47v + 216vF – 912v2 + 1,146h0 + 14,4vh0 + 0,064h02 –
203,52F – 0,552h0F +19,08h02
From the above models, through the negotiation of the optimal conditions were
determined to be the optimal values of the parameters in the cassava pulp dewatering
machine enhancements: v = 0.094 m/s; ho = 19.9 mm; Fo = 5,365 kN. The value of the
research targets at the optimal point: Ws = 60%; Z = 30 mm. The yield by weight of the
ingredients in the pressed pulp (80% moisture): Q = 7.378 t/h.

xiii

download by :


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới có khí hậu nhiệt đới, sắn là cây

lương thực quan trọng. Là cây dễ trồng, ít cần chăm sóc, chịu hạn tốt, năng suất

ổn định và ít bị sâu bệnh nên sắn thường được trồng ở những nơi mà các cây

lương thực khác khó phát triển tốt được. Sản lượng sắn nước ta vài năm gần đây
dao động từ 8,5 đến 9 triệu tấn.

Bã sắn tươi thải ra trong chế biến tinh bột sắn chứa trên 80% - 85% nước,

và tương đương khoảng 85% khối lượng củ đưa vào chế biến nên ở những nơi

chế biến tập trung mỗi ngày chế biến hàng trăm tấn sắn củ tươi đồng thời thải ra
gần trăm tấn bã sắn ướt. Bã thải ra nhiều và tập trung không thể phơi khô, sử
dụng tươi hết đã sinh ra chua, mốc bốc mùi hôi không những gây ơ nhiễm mơi

trường nghiêm trọng mà cịn lãng phí một nguồn thức ăn dồi dào và khá tốt cho

gia súc. Quy trình chế biến tinh bột sắn và xử lí bã sắn ở các nhà máy hiện nay
như Hình 1.1.
Sắn củ

Xóc bỏ vỏ gỗ
Mài nghiền
Lọc ly tâm cơn liên tục
lần
Nước bột
Ly tâm vắt
Sấy khô

Rửa nước
Băm nhỏ
Bã 80-85% ẩm
Phơi khô thủ cơng
Bã sắn 15% ẩm

Thành phẩm bột 13% ẩm

Hình 1.1. Sơ đồ phổ biến về chế biến tinh bột và bã sắn

Trong bã sắn khơ có một lượng lớn tinh bột và xenlulo (có khoảng 61- 63%
tinh bột; 13- 15% xenlulo; 1,5- 2,0% protein thô), nên việc tận dụng nguồn nguyên
liệu này sẽ cung cấp một nguồn thức ăn dồi dào và khá tốt cho gia súc. Bên cạnh
đó, nguồn nguyên liệu này còn được ứng dụng nhiều trong các ngành như Vi sinh,
1

download by :


Hóa học kỹ thuật trong việc lên men thu enzyme để nuôi trồng nấm ăn và nấm
dược liệu, hay trong sản xuất cồn sinh học…

Hiện nay ngành chăn nuôi đang trong tình trạng thiếu nguyên liệu đầu
vào, phải nhập khẩu với lượng lớn. Song việc sử dụng bã sắn làm thức ăn chăn
ni vẫn cịn hạn chế. Thực tế hiện nay đã có cơng ty nước ngồi đến mua bã sắn.
Do vậy bã sắn được làm khô không chỉ đáp ứng được yêu cầu của sản xuất tại các
nhà máy chế biến trong nước mà còn là sản phẩm hướng tới xuất khẩu ra nước
ngoài. Do vậy việc tận chế biến bã sắn đồng thời giải quyết được vấn đề về mơi
trường cũng như tạo thêm lợi nhuận góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế.

Ở nước ta hiện nay, các thiết bị tách nước bã sắn chủ yếu được nhập từ

nước ngoài, các máy này hoạt động đều được thực hiện theo nguyên lý vắt ly tâm
liên tục tháo liệu bằng sức ly tâm và sau đó là máy ép trục vít lưới lọc cơn hoặc
trụ, máy có năng suất cao nhưng độ ẩm sau khi ép còn cao (khoảng 70%), chi phí

năng lượng cao. Bên cạnh đó, nước ta cũng đã sản xuất được một số thiết bị tách
nước bã sắn chủ yếu theo nguyên lý băng tải ép, chi phí đầu tư thấp, chi phí năng

lượng riêng thấp, nhưng năng suất chưa cao, độ ẩm của bã sau khi ép còn cao
(lớn hơn 60%).

Để giải quyết các vấn đề còn tồn tại của thiết bị tách nước bã sắn trước

đây, cụ thể là các máy tách nước bã sắn theo nguyên lý băng tải ép, chúng tôi đã
nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình máy tách nước bã sắn theo nguyên lý băng

tải ép, có bổ sung dàn con lăn ép trước khi vào các lô ép nhằm làm giảm độ ẩm

sơ bộ và hạn chế việc dãn ngang của bã hai bên mép băng tải, tăng năng suất máy
và giảm chi phí năng lượng riêng.

Trên cơ sở đó, tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu một số thông số của máy

tách nước bã sắn cải tiến” nhằm xây dựng cơ sở thiết kế, chế tạo mơ hình máy,

xác định một số thơng số của máy tách nước bã sắn cải tiến, góp phần ứng dụng
vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay.
1.2. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Dựa trên những cơng trình đã nghiên cứu và các tài liệu đã công bố, đề tài

tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình máy tách nước bã sắn có cải tiến
nhằm giảm độ ẩm của bã sắn, tăng năng suất máy và giảm chi phí năng lượng
riêng phù hợp với nhu cầu hiện nay của thị trường trong nước.
2

download by :

Để xác định sự ảnh hưởng của các thông số cơ bản ảnh hưởng tới quá

trình tách nước, đề tài tiến hành thí nghiệm trên mơ hình máy tách nước bã sắn
cải tiến, xác định các thông số ảnh hưởng, xây dựng mơ hình tốn mơ tả q trình
tách nước, đồng thời xác định được mức cơ sở của các thơng số đó cho nghiên
cứu thực nghiệm.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết, quy hoạch thực nghiệm xác định

các mơ hình thống kê mơ tả hai q trình cơ bản của của việc ép lọc bã sắn là quá

trình giảm ẩm và quá trình dãn ngang của bã ép. Từ các mơ hình trên, qua giải tối

ưu thương lượng có điều kiện xác định các giá trị tối ưu của các thông số vào của
máy tách nước bã sắn cải tiến.

1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Để góp phần xây dựng cơ sơ thiết kế, chế tạo máy tách nước bã sắn cải tiến

theo nguyên lý ép băng tải, đề tài tiến hành:

- Xác định mơ hình máy tách nước bã sắn cải tiến có dàn con lăn ép sơ bộ;

- Xác định một số thông số ảnh hưởng tới quá trình ép của máy tách nước bã

sắn cải tiến;

- Xác định các thông số tối ưu của máy tách nước bã sắn cải tiến.

1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng của máy tách

nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý băng tải ép.

- Địa điểm tiến hành: tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.
- Thời gian tiến hành nghiên cứu: từ tháng 6/2015 đến tháng 6 năm 2016.

1.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC HOẶC THỰC TIỄN

Xây dựng mơ hình tốn mơ tả quá trình tách nước, đồng thời xác định

được mức cơ sở của các thơng số đó cho nghiên cứu thực nghiệm.

Xác định các mơ hình thống kê mơ tả hai quá trình cơ bản của của việc ép
lọc bã sắn là quá trình giảm ẩm và quá trình dãn ngang của bã ép của máy tách
nước bã sắn cải tiến. Từ các mơ hình trên, qua giải tối ưu thương lượng có điều
kiện đã xác định được các giá trị tối ưu của các thông số vào của máy tách nước
bã sắn cải tiến, góp phần xây dựng cơ sơ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy tách
nước bã sắn cải tiến, ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.
3

download by :


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TRONG
NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

Hiện nay, sắn được trồng tại trên dưới 100 quốc gia trên tồn thế giới với

các quy mơ canh tác rất khác nhau. Sản lượng sắn toàn thế giới trong nhiều năm
trở lại đây duy trì tương đối ổn định ở mức sản lượng 230 triệu tấn sắn.

Năm 2014 [1], tổng sản lượng sắn thế giới đạt 250,2 triệu tấn củ tươi,

tăng 6% so với năm trước. Sự gia tăng sản lượng mạnh mẽ này bởi ngành chế
biến công nghiệp nhiên liệu sinh học ethanol sử dụng sắn làm nguyên liệu đầu

vào tại các quốc gia Đông Nam Á cùng với nhu cầu lương thực tăng tại châu Phi.
Trong đó, Nigeria là quốc gia sản xuất sắn hàng đầu thế giới với sản lượng hai

năm gần đây (2013-2014) có xu hướng giảm xuống đạt khoảng 37 triệu tấn so

với giai đoạn 2006-2008 liên tục đạt trên dưới 45 triệu tấn. Năm 2014 sản lượng

sắn của Nigeria cũng đã hồi phục lên xấp xỉ 40 triệu tấn, tăng 4% so với năm
trước. Quốc gia có sản lượng sắn lớn thứ hai thế giới là Brazil với sản lượng

thường niên trong giai đoạn 2013-2014 vào khoảng 24 triệu tấn sắn củ tươi, giảm
khoảng 8% so với giai đoạn 2 năm trước đó. Năm 2011, sản lượng sắn của quốc

gia này cũng đã hồi phục trở lại lên mức trên 26 triệu tấn, tăng 8% so với năm
trước đó. Indonesia, Cộng hịa Cơng gơ và Thái Lan là ba quốc gia có sản lượng

sắn lớn tiếp theo trên thế giới, với sản lượng hàng năm trong giai đoạn 2013-

2014 vào khoảng 22 triệu tấn củ. Các nước cịn lại trong nhóm 10 quốc gia có

sản lượng sắn hàng đầu thế giới bao gồm Angola, Ghana, Việt Nam, Ấn Độ,
Mozambic. 10 quốc gia sản xuất sắn hàng đầu chiếm 75% tổng sảnlượng sắn

toàn thế giới. Tại Thái Lan, Việt Nam và Indonesia, sắn trở thành một loại cây
công nghiệp hàng năm quan trọng và được thu mua để chế biến thành các sản
phẩm xuất khẩu (Hình 2.1).

4

download by :


Hình 2.1. Biểu đồ diện tích và sản lượng sắn năm 2014 tại một số quốc gia

Diện tích, năng suất và sản lượng sắn trên thế giới có chiều hướng gia tăng
từ năm 2002 đến nay (xem Bảng 2.1). Năm 2014, sản lượng sắn thế giới đạt
269,12 triệu tấn củ tươi, tăng 51% so với năm 2000. Diện tích trồng sắn trong cùng
thời gian cũng tăng 20%. Nước sản xuất sắn nhiều nhất hiện nay là Nigeria (54
triệu tấn), kế đến là Thái Lan (29,94 triệu tấn) và Indonesia (24,17 triệu tấn). Nước
có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09
tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,92 tấn/ha (FAO, 2012).
Việt Nam đứng thứ 9 về sản lượng sắn trên thế giới với 9,74 triệu tấn năm 2014.
Bảng 2.1. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn thế giới từ 2000 – 2012

Năm
2002
2003
2004
2005

2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014

Diện tích
(triệu ha)
16,86
17,17
17,31
17,59
18,51
18,69
20,50
18,39
21,94
19,32
19,55
20,46
20,82

Năng suất
(tấn/ha)
10,70
10,73

10,61
10,79
10,94
10,87
10,90
11,94
12,22
12,29
12,43
12,79
12,92

Sản lượng
(triệu tấn)

5

download by :

177,89
184,36
183,82
189,99
202,64
203,34
223,20
227,79
233,50
237,43
243,05

261,77
269,12


Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính tốn

nhiều mặt và dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn tồn cầu với tầm nhìn đến

năm 2020. Năm 2020, sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn, trong đó

sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước đã
phát triển khoảng 0,40 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các nước đang phát triển dự

báo đạt 254,60 triệu tấn so với các nước đã phát triển là 20,5 triệu tấn. Cây sắn
tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các nước

vùng Đơng Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tích đứng thứ ba sau lúa và ngơ và
tổng sản lượng đứng thứ ba sau lúa và mía.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn ở Việt Nam

Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực quan trọng đứng hàng thứ ba sau lúa

và ngô. Cây sắn hiện nay đã chuyển đổi vai trò từ cây lương, thực thực phẩm

thành cây cơng nghiệp hàng hóa có lợi thế cạnh tranh cao. Sản xuất sắn là nguồn

thu nhập quan trọng của các hộ nơng dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn
đầu tư, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ.

Giai đoạn từ năm 2001-2011, tốc độ tăng trưởng diện tích bình qn hàng

năm là 6% và tốc độ tăng trưởng sản lượng bình quân hàng năm đạt 10% (Hình

2.2) (FAOSTAT). Năng suất sắn của Việt Nam hiện nay đứng khoảng thứ 10
trong số các quốc gia năng suất cao. Tuy nhiên, năng suất 17,6 tấn/ha chỉ tương

đương 50% so với năng suất sắn tại Ấn Độ, thấp hơn năng suất sắn tại
Campuchia khoảng 18%, thấp hơn Indonesia 15% và thấp hơn Thái Lan là 9%
[2]. Như vậy, nếu như diện tích sắn của Việt Nam khó có khả năng gia tăng trong
những năm tới do sự cạnh tranh của các loại cây khác cũng như do quy hoạch sử

dụng đất thì chúng ta vẫn còn triển vọng tăng trưởng sản lượng nhờ gia tăng năng

suất nếu được đầu tư đúng hướng về công tác chọn tạo giống và kỹ thuật canh tác
sắn bền vững.

6

download by :


Hình 2.2. Biểu đồ diễn biến diện tích và sản lượng sắn tại Việt Nam
giai đoạn 2001-2011

Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam giai đoạn 2002 - 2014
Năm

2002
2003

2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014

Diện tích
(nghìn ha)

Năng suất
(tấn/ha)

234,90
250,00
329,90
371,70
370,00
425,50
474,80
496,80
557,40
508,80
496,20
558,40

550,60

8,66
8,30
12,6
14,06
14,49
15,78
16,25
16,07
16,85
16,81
17,17
17,73
17,70

Sản lượng
(triệu tấn)
2,03
2,07
4,15
5,23
5,36
6,72
7,77
7,98
9,30
8,56
8,52
9,89

9,74

Cây sắn gần như trồng khắp cả 7 vùng sinh thái nông nghiệp của cả nước
từ Đồng bằng sông Hồng, Trung du và Miền núi phía Bắc, Duyên hải Bắc Trung
Bộ, Duyên hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông
Cửu Long (Bảng 2.3).

7

download by :


Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng của các vùng trồng sắn chủ yếu
của Việt Nam, năm 2014 [10]
TT
1
2
3
4
5
6

Diện tích
(1000 ha)

Vùng sinh thái
Cả nước

550,6

Đồng bằng sơng Hồng

Trung du và miền núi phía Bắc
Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung
Tây Nguyên
Đông Nam Bộ

Đồng bằng sông Cửu Long

6,7

Năng suất
(tấn/ha)
17,7

15,7

Sản lượng
(1000 tấn)
9.745,5
105,1

117,0
174,9
149,5

12,7
17,6
17,0

1.486,5
3.027,5
2.542,0

6,5

15,3

99,3

96,0

25,9

2.485,1

Tồn quốc hiện có 8 nhà máy chế biến tinh bột sắn và sản xuất cồn với
tổng công suất ước khoảng 7 triệu tấn củ tươi/năm, và 6 nhà máy chế biến nhiên
liệu sinh học (ethanol) đang được triển khai, tạo thuận lợi cho sản xuất sắn. Các
nhà máy này có địa điểm xây dựng trải rộng trên tồn quốc, thuận lợi cho việc
thu mua nguyên liệu và giảm chi phí vận chuyển (Bảng 2.4). Ngịai ra, cịn có
trên 4000 cơ sở chế biến sắn lát, tinh bột sắn thủ cơng có cơng suất dưới 10 tấn
củ tươi/ngày nằm rải rác ở hầu hết các tỉnh trồng sắn, chủ yếu ở các tỉnh phía
Nam như Tây Ninh, Đồng Nai. [10].

Bảng 2.4. Các nhà máy chế biến tinh bột sắn có cơng nghệ và thiết bị hiện
đại ở Việt Nam đến năm 2015

TT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tên nhà máy

Ve Đan II (Đồng Nai)
Ve Đan II (Bình Phước)
Liên doanh Singapor-Tân Châu (Tây Ninh)
Liên doanh WAH (Tây Ninh)
AFIEX Tri Tôn (An Giang)
Liên doanh Việt-Thái (Gia Lai)
Liên doanh Singapor -Bình Dương
Nhà máy Quảng Ngãi
Quế Sơn – Quảng Nam
Sông Hinh – Phú Yên

Năm hoạt
động
2015
2015
2012
2014

2012
2014
2013
2011
2014
2015

Công suất
Tấn bột/năm
50.000
120.000
30.000
50.000
25.000
25.000
30.000
50.000
25.000
30.000

Nước chế
tạo

Thái Lan
Đài Loan
Thái Lan
Thái Lan
Thái Lan
Thái Lan
Thái Lan

Đài Loan
Thái Lan
TrungQuốc

Sản phẩm sắn Việt Nam có nhu cầu cao đối với thị trường xuất khẩu và tiêu
thụ nội địa. Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm gần 10 triệu sắn củ tươi, trong đó

8

download by :


khoảng 70% dành cho xuất khẩu và 30% cho tiêu thụ trong nước. Việt Nam hiện
đã trở thành nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan.

Hình 2.3. Biểu đồ cơ cấu sử dụng sắn Việt nam [9]

Cơ cấu sử dụng sắn Việt nam hàng năm được chia thành 03 nhóm chính
gồm: 37% cho sản xuất tinh bột; 33% cho xuất khẩu và 30% cho sản xuất thức ăn
chăn ni (Hình 2.3).

2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG MÁY TÁCH NƯỚC BÃ
SẮN TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.2.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tách nước bã sắn trên thế giới

Trên thế giới, việc chế biến tinh bột sắn của các nước như Thái Lan, Ấn Độ,
Inđônêsia hiện thường ở quy mô lớn, khối lượng bã sắn thải ra nhiều và tập
trung, nên việc ép vắt bã sắn ở các dây truyền trên đều được thực hiện trước tiên
bằng vắt ly tâm liên tục tháo liệu bằng sức ly tâm và sau đó là máy ép trục vít
lưới lọc cơn hoặc trụ.

2.2.1.1. Máy ly tâm liên tục tháo liệu bằng sức ly tâm (Hình 2.4) [8]
Máy gồm rơ to lọc hình cơn 1 và bình chứa hình cơn 2 có thành đặc. Rô to
lắp công xôn trên các ổ bi, gối đỡ 3 được đặt trên các bộ giảm chấn 4 và 5. Rô to
quay nhờ động cơ không đồng bộ qua bộ truyền đai.

Hoạt động: Bã lỏng đươc bơm liên tục thành dịng vào bộ phận chứa 2 với
góc mở nhỏ hình cơn, ở đấy nó được tăng tốc đến tốc độ quay vòng của máy và
đi lên lưới lọc của rô to. Khi vật liệu chuyển động dọc theo bề mặt rơ to thì chất
lỏng trong bã được tách ra làm giảm nước trong bã, bã sau đó trượt qua miệng
cơn ra ngồi.
9

download by :


Hình 2.4. Máy ly tâm hình cơn tháo vật lắng bằng sức ly tâm
(Máy ly tâm liên tục)
Cấu tạo:1- rô to lọc; 2- bình chứa hình cơn; 3- ổ đỡ; 4 và 5- bộ giảm chấn; 6- vỏ dạng hình vành khăn; 7thùng chứa nước vắt; 8- thùng chứa bã vắt.

Đây là máy ly tâm có cơng dụng chung, nó được dùng nhiều trong cơng
nghiệp mía đường. Với máy này dịch sắn sau mài được vắt liên tục xuống còn
80-85% ẩm. Năng suất của máy này khá cao do máy làm việc liên tục, và việc
tháo liệu tự động nhờ sức ly tâm. Đây thực chất là một máy lọc liên tục nhờ lực ly
tâm, nó chỉ làm giảm sơ bộ được nước trong bã sắn tới độ ẩm 80%.

2.2.1.2. Máy ép trục vít lưới lọc hình cơn (Hình 2.5) [8]
Máy gồm trục vít ép dạng xoắn ruột gà 2 có đường kính thay đổi giảm dần
từ 150 xuống 80 mm; phần lưới lọc 3 bao ngồi quanh trục vít 2 thường được

làm bằng lưới đột lỗ kích thước 1 x 5 mm. Dẫn động cho máy là động cơ điện
qua hộp giảm tốc, số vịng quay trục vít ép là 60 vg/ph. Thông thường máy này
được lắp thành tổ hợp từ 5 đến 20 cái song song với nhau (hình 2.5). Năng suất
mỗi máy khoảng 300 kg bã /giờ (động cơ 4,0 kW). Tổ hợp trên được lắp sau
máy vắt ly tâm liên tục nên bã trước khi vào ép khoảng 80 - 85% ẩm; bã sau ép
còn khoảng 74-76% ẩm.

10

download by :


Hình 2.5. Hệ thống máy ép bã sắn kiểu trục vít lưới lọc cơn
của Thái Lan tại An Giang
1- van xả liệu; 2- trục vít cơn; 3- lưới lọc; 4-phễu cấp liệu; 5-bánh răng dẫn động.

Hình 2.5 là hệ thống ép bã sắn kiểu ép trục vít lưới lọc tại nhà máy chế biến
tinh bột sắn Tri Tôn, An Giang. Hệ thống gồm 1 máy vắt ly tâm liên tục tháo liệu
bằng sức ly tâm và 12 máy ép kiểu trục vít lưới lọc cơn. Tổng cơng suất của cả
hệ thống này là 54 kW, năng suất ép bã ướt 3,5 tấn/giờ; ép bã từ trên 80-85% ẩm
xuống còn 76% ẩm.

2.2.1.3. Máy ép dạng trục vít lưới lọc trụ (Hình 2.6)
Loại máy này về cơ bản giống như máy ép trục vít lưới lọc cơn, chỉ khác
là trục vít và lưới lọc hình trụ, có đường kính như nhau từ đầu đến cuối máy
(360 mm). Trục vít dài 2m, có bước vít giảm dần từ 200 mm xuống 100 mm,
số vịng quay trục vít là 20 vg/ph. Năng suất ép bã nguyên liệu từ 80% ẩm xuống
75% ẩm là 10 tấn/giờ với công suất động cơ dẫn động là 11 kW.

Hình 2.6. Máy vắt bã sắn kiểu ép trục vít lưới lọc trụ

1- phễu cấp liệu; 2- trục vít xoắn; 3- lưới lọc trụ; 4- cửa xả bã;
5- hộp giảm tốc; 6- động cơ điện giảm tốc 11 kW.

11

download by :