Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng của thiết bị vận chuyển trấu từ thuyền lên kho chứa tại long mỹ hậu giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO LỜI
TẠOCAM ĐOAN
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------------------

Tôi xin cam đoan, đây là công trình của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

ĐOÀN NGỌC TUẤN
Tác giả luận văn

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ
VẬN CHUYỂN TRẤU TỪ THUYỀNTrần
LÊNVăn
KHO
CHỨA
Thịnh
TẠI LONG
– HẬU
LỜIMỸ
CẢM
ƠN GIANG
Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa
học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu
tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn
trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần
Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy

nghiệm tại hiện trường
xử lý
số liệu
đếm
được. Đến nay, Đề tài
LUẬNvàVĂN
THẠC
SỸđo
KỸ
THUẬT
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng
lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi
đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó.
Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và
nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động
LỜI
HàCAM
Nội, ĐOAN
2011
HA


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------

Tác giả luận văn
ĐOÀN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦATrần
MỘTVăn
SỐ Thịnh
YẾU TỐ
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ
VẬN CHUYỂN TRẤU TỪ THUYỀN LÊN KHO CHỨA
TẠI LONG MỸ – HẬU GIANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông - lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TS. Trần Nghĩa
Tuấ n

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG BẮC QUỐC

Hà Nội, 2011


1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sản xuất lúa là một trong những mặt hàng xuất khẩu mũi nhọn của nước
ta đem lại doanh thu hàng tỉ USD cho nền kinh tế. Các sản phẩm tạo ra trong
sản xuất lúa không chỉ gồm gạo mà còn có tấm, cám và đặc biệt là trấu với
khối lượng rất lớn, chiếm 20% sản lượng lúa hàng năm của cả nước. Theo
thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng sản lượng lúa đạt
xấp xỉ 40 triệu tấn, tăng 2,74% so với cùng kỳ năm 2009, [17]. Sản lượng lúa
năm 2010 ước đạt 23 triệu tấn tăng 1 triệu tấn so với năm 2009. Như vậy
lượng vỏ trấu thu được sau xay xát năm 2010 tương đương 8,0 triệu tấn, trong
đó lượng trấu của đồng bằng sông Cửu Long là 4,6 triệu tấn, [18].
Trước đây, do ít quan tâm đến lượng trấu này, nên chỉ có một lượng nhỏ
trấu được sử dụng, chủ yếu để dùng đun nấu trong gia đình và sử dụng vào
các lò ép mía thủ công, đa phần còn lại được xả thẳng xuống kênh mương,
ảnh hưởng rất nghiêm trọng tới môi trường nước và sông ngòi ở Đồng bằng
sông Cửu Long (ĐBSCL). Hiện nay, việc ứng dụng trấu đã khá rộng rãi và đa
dạng, trấu không chỉ được dùng để làm chất đốt mà còn để làm vật liệu xây
dựng, sản xuất điện năng, thiết bị lọc nước, chế biến thành thanh nhiên liệu để
sử dụng vào các mục đích khác nhau...
Yêu cầu đặt ra lúc này là làm thế nào để thu gom và chuyển tải trấu vào
các kho gom tập trung. Việc thu gom đơn giản nhất là xúc đổ trấu vào các vật
đựng như thúng, bao tải… và sử dụng ghe thuyền vận chuyển trấu tới các kho
gom tập trung. Biện pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, đơn giản, phù hợp với
xay xát nhỏ nhưng có khuyết điểm là tốn rất nhiều công lao động vì phải xúc
đổ trấu vào bao, vận chuyển bao xuống ghe và lên khu tập trung. Đặc biệt
phương pháp thủ công này không hiệu quả khi lượng trấu vận chuyển lớn.


Từ đó, đòi hỏi một phương pháp thu gom trấu xuống ghe thuyền và từ

ghe thuyền lên kho chứa, phải đơn giản, hiệu quả hơn và phương pháp vận

2

chuyển khí động đã đáp ứng được yêu cầu này nhờ vào tốc độ làm việc, sự
gọn nhẹ, đơn giản, linh hoạt trong vận hành và sử dụng, có khả năng tự động
hóa hoàn toàn, cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao năng suất và giảm chi
phí sản xuất sẽ góp phần hạ giá thành sản phẩm. Tuy nhiên nó cũng có một số
hạn chế nhất định đó là chi phí năng lượng cao, tốc độ mài mòn lớn khi cần
thu gom vật liệu có tính mài mòn và không thích hợp khi vận chuyển vật liệu
ẩm dính và cục to.


Nhưng nhờ có nhiều ưu điểm nêu trên, nên ngày nay phương pháp vận

chuyển bằng khí động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp
và nông nghiệp khác nhau trên thế giới như dược phẩm, công nghệ thực
phẩm, công nghệ sau thu hoạch…Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng
máy vận chuyển bằng khí động vào nông nghiệp nói chung và vận chuyển vỏ
trấu nói riêng còn rất hạn chế.
Hiện nay, do yêu cầu thực tế, một số cơ sở sản xuất thanh nhiên liệu ở
ĐBSCL đã sử dụng hệ thống thiết bị vận chuyển bằng khí động để đưa trấu
từ thuyền dưới sông lên kho chứa. Tuy nhiên đây là lĩnh vực mới nên máy
móc, thiết bị sản xuất tại các cơ sở đó được thiết kế và chế tạo chủ yếu dựa
theo kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học nên hiệu quả kinh tế thu được còn
hạn chế, đó chính là nguyên nhân kìm hãm sự phát triển sử dụng nguồn năng
lượng mới phục vụ cho công nghiệp và đời sống.


Với lý do trên, đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến

năng suất và chi phí năng lượng của thiết bị vận chuyển trấu từ thuyền lên kho
chứa tại Long Mỹ - Hậu Giang” là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và xã hội.
a) Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ
- Xác định được các thông số thuộc về cấu tạo và chế độ làm việc hợp
lý của thiết bị vận chuyển trấu bằng khí động từ thuyền lên kho chứa, để làm


3

cơ sở cho thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu phục vụ
công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ trấu.
b) Hiệu quả kinh tế - xã hội
- Sử dụng nguồn phế thải từ sản xuất nông nghiệp một cách thích hợp
để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải
thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội.
- Việc áp dụng thiết bị để vận chuyển trấu bằng khí động từ thuyền lên
kho chứa để sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ trấu sẽ góp phần cải thiện điều
kiện làm việc của công nhân, tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm tạo
sức hấp dẫn cho sử dụng nguồn năng lượng mới.
- Tăng khả năng tận dụng được phế thải từ nông nghiệp để làm chất
đốt phục vụ cho nhiều loại lò công nghiệp và đời sống sinh hoạt. Việc làm đó
góp phần cắt giảm việc sử dụng năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản
xuất, tăng chất lượng quá trình cháy và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà
kính để bảo vệ môi trường.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long
Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, theo ranh giới hành chính hiện nay
gồm 13 tỉnh, thành phố là: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh
Long, Trà Vinh, Hậu Giang, Sóc Trăng, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà
Mau và TP Cần Thơ.
Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của châu thổ sông Mê Kông
có diện tích 4.060.200 ha. Có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ, phía
Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là
Biển Đông. Vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam được hình thành
từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực
nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc
theo bờ biển. Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành
những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số
giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng
Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán
đảo Cà Mau.
Năm 2008, ĐBSCL có diện tích tự nhiên hơn 4 triệu ha, diện tích đất
nông nghiệp đang canh tác 2,56 triệu ha, chiếm khoảng 7,73% tổng diện tích
tự nhiên và khoảng 27,2% diện tích đất nông nghiệp cả nước. Đất lâm nghiệp
của vùng hiện có 336,8 ngàn ha, trong đó đất có rừng 319,1 ngàn ha. Đất
chuyên dùng 234,1 ngàn ha (chiếm 15,1% tổng diện tích chuyên dùng của cả
nước), đất ở 110 ngàn ha (chiếm 17,7% diện tích đất ở của cả nước). Cơ cấu
diện tích đất sử dụng của vùng ĐBSCL đến ngày 01 tháng 01 năm 2008: dùng
vào sản xuất nông nghiệp 63,1%; sản xuất lâm nghiệp 8,3%; đất chuyên dùng
5,8%; đất ở 2,7%.


5

Dự kiến năm 2010, diện tích trồng cây hàng năm: 1.925.007 ha (chiếm

66,92 % đất nông nghiệp: 2.876.594 ha); diện tích trồng cây lâu năm: 452.950
ha (chiếm 15,7 % đất nông nghiệp); trồng lúa: 1.803.455 ha (chiếm 62,7 %
đất nông nghiệp, chiếm 93,7 % đất trồng cây hàng năm – 1.925.007 ha); diện
tích mặt nước nuôi trồng thuỷ sản: 482.325 ha ( chiếm 16,8% đất nông
nghiệp); diện tích đồng cỏ chăn nuôi: 1.000 ha chiếm 0,1%. Dự kiến quy
họach diện tích các lọai cây trồng được thể hiện ở bảng 1.1, trong đó lúa vẫn
có diện tích rất lớn: 2015: 3,5464 triệu ha, 2020: 3,4335 triệu ha; còn cây mía
năm 2015 là: 79,328 nghìn ha, 2020: 80,337 nghìn ha.
Bảng 1.1. Dự kiến quy hoạch diện tích các loại cây trồng của ĐBSCL
Đơn vị : nghìn ha
Cây trồng

Năm
2007

2010

2015

2020

Lúa

3683,6

3.615,6

3.546,4

3.433,5

Ngô

36,3

49,517

65,293

100,310

Mía

66,9

74,948

79,328

80,337

Lạc

13,5

3,050

27,464

32,554

Đậu tương

8,4

35,167

50,401

80,331

ĐBSCL là vùng trọng điểm sản xuất lương thực, thực phẩm lớn nhất
của cả nước. Gía trị sản xuất nông-lâm-ngư nghiệp của vùng hàng năm chiếm
khoảng 38-40% tổng gía trị sản xuất nông-lâm-ngư nghiệp cả nước. Sản
lượng lúa của vùng ĐBSCL chiếm trên 50% tổng sản lượng lúa và hàng năm
đóng góp trên 90% sản lượng gạo xuất khẩu của cả nước. Tuy nhiên, không
thể nghĩ rằng vì phải giải quyết vấn đề lương thực mà ĐBSCL phải là vùng
độc canh lúa, mặc dù so với cả nước, đây là vùng sản xuất lúa thuận lợi nhất,
có lợi thế cạnh tranh cao nhất.


6

Cả 3 yếu tố nói trên trong điều kiện đủ nước tưới, phân bón và giống
cây trồng tốt, cho phép sản xuất trồng trọt áp dụng kỹ thuật thâm canh để đạt
năng suất cao; vấn đề là tính toán bố trí cơ cấu mùa vụ sao cho đạt hiệu quả
quang hợp tối ưu nhất. Đặc biệt với cây lúa và cây mía, đồng bằng sông Cửu
Long tận dụng được điều kiện đất - nước - khí hậu, tranh thủ được thời điểm
thị trường rất cần, mà ở nơi sản xuất khác không sản xuất được do lũ lụt.
Điều kiện đất đai bằng phẳng, màu mỡ, độ phì nhiêu cao và thời tiết khí

hậu ôn hoà, lượng nước mặt và nước ngầm phong phú là điều kiện thuận lợi
cho vùng phát triển sản xuất nông nghiệp với các loại cây trồng hết sức phong
phú bao gồm: cây lương thực (lúa, ngô, khoai lang,…); cây thực phẩm bao
gồm đủ các loại rau và cây ăn củ, quả, lá, thân; cây công nghiệp ngắn ngày và
các lọai cây ăn quả nhiệt đới, .v.v.
Lúa trồng nhiều nhất ở các tỉnh An Giang , Kiên Giang, Long An,
Đồng Tháp, Sóc Trăng, Tiền Giang. Diện tích và sản lượng thu hoạch chiếm
hơn 50% so với cả nước. Bình quân lương thực đầu người gấp 2.3 lần so với
lương thực trung bình cả nước. Nhưng trong đó cây lúa là cây có diện tích
trồng lớn nhất, năm 2009 diện tích cả năm 3,8 triệu ha và sản lượng 20,63
triệu tấn. Do vậy nguồn cung cấp trấu phục vụ cho việc phát triển các ngành
hàng khác từ chất phế thải này là rất lớn.
1.2. Tình hình nghiên cứu thiết bị vận chuyển bằng khí động
1.2.1. Phân loại
Hệ thống vận chuyển khí động rất đa dạng về chủng loại và mẫu mã,
nói chung tất cả chúng đều phù hợp cho việc vận chuyển các loại vật liệu
dạng hạt, khô, rời.
a. Phân loại theo cách tác động của dòng khí lên vật liệu
Vận chuyển bằng phương pháp khí động: Không khí chuyển động
trong ống kín theo một phương nào đó ở trạng thái dòng loãng hay dòng đặc
làm hạt bị kéo theo và chuyển động dọc theo tuyến ống vận chuyển.


7

Vận chuyển bằng phương pháp thông khí: Không khí được đưa vào đều
đặn từ dưới lên qua lưới, bản xốp, vải… Vật liệu bão hòa với không khí trở
nên lơ lửng và linh động, nó có thể chảy theo máng nghiêng hoặc chảy ra từ
lỗ tháo của boongke. Phương pháp vận chuyển này tiêu tốn không khí ít
(không khí tiêu tốn chỉ cần đủ để bão hòa vật liệu).

b. Phân loại theo chủng loại hệ thống (hệ thống đóng và hệ thống mở)
c. Phân loại theo cách bố trí quạt, máy nén (hệ thống dạng hút, hệ thống
dạng đẩy và hệ thống hỗn hợp)
d. Phân loại theo tính cơ động của hệ thống (hệ thống cố định và hệ thống di động)
e. Phân loại theo áp suất hoạt động của hệ thống (hệ thống áp suất thấp và
hệ thống áp suất cao)
f. Phân loại theo mức độ cải tiến của hệ thống (hệ thống thông thường và hệ
thống cải tiến)
g. Phân loại theo mức độ liên kết của hệ thống (hệ thống đơn lẻ và hệ thống
phức tạp)
h. Phân loại theo kiểu hoạt động của hệ thống (hệ thống hoạt động theo mẻ
và hệ thống họat động liên tục)
k. Phân loại theo nồng độ tương đối của hỗn hợp (hệ thống dòng đặc hệ
thống dòng loãng)
l. Phân loại theo đường vận chuyển (hệ thống thổi theo đường ống và hệ
thống thổi theo kênh)
1.2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển bằng khí động
a/. Các sơ đồ bố trí đường ống vận chuyển vật liệu bằng khí động
Sự vận chuyển nguyên liệu có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác
nhau. Tuy nhiên, ta cũng có thể qui ra 4 sơ đồ chính sau đây:


8

Hình 1.2 - Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động

Sơ đồ 1: Ống dẫn thẳng đứng. Sơ đồ này kinh tế nhất vì lưu lượng khí
nhỏ nhất và vì vậy tổn thất do ma sát giảm và ít mài mòn thiết bị.
Sơ đồ 2: Ống dẫn thẳng đứng có đoạn cuối nằm ngang, người ta tăng
lượng không khí lớn hơn so với sơ đồ 1 vì thế nồng độ hạt rắn giảm.

Sơ đồ 3: Gồm đoạn ống nằm ngang ngắn, tiếp đến là ống thẳng đứng và
cuối cùng là đoạn ống nằm ngang. Sơ đồ này cần có lượng không khí lớn và
do đó nồng độ hỗn hợp giảm.
Sơ đồ 4: Ống dẫn có đường đi tùy ý. Sơ đồ này thường áp dụng cho hệ
thống dài 100 - 1000m
b/. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển bằng phương pháp
khí động thông dụng
Thực tế từ 4 sơ đồ bố trí đường ống vận chuyển nêu trên, căn cứ vào
cách phân loại máy vận chuyển theo áp suất, người ta đã chọn lựa và thiết kế
ra 3 sơ đồ máy vận chuyển chính và thông dụng trong thực tiễn:
Khi đường vận chuyển ngắn và vật liệu được thu nhận từ nhiều điểm thì hợp
lý là dùng phương pháp hút, nó đảm bảo thiết bị làm việc tốt, cho phép dùng những
bộ phận thu nhận vật liệu cũng như các máy thổi khí đơn giản;
Khi đường vận chuyển dài thì thường dùng phương pháp thổi;


9

Khi đường vận chuyển dài và vận chuyển từ nhiều điểm khác nhau đến
một điểm thì người ta dùng phương pháp hỗn hợp hút thổi kết hơp.
* Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển khí động ở áp
suất thấp và trung bình

3

1

4

5

8
2

6

7

Hình 1.3 Nguyên lý vận chuyển dạng hút (dòng loãng)
1. Vật liệu: Trấu hoặc lúa; 2. Ống hút; 3-5. Ống dẫn;
4. Bộ phận thu liệu (cyclon); 6. Van xả; 7. Bộ lọc và thu bụi;

8. Quạt hút đẩy

- Nguyên lý hoạt động
Người ta làm giảm áp suất ở cuối tuyến vận chuyển bằng cách bố trí
máy hút khí ở cuối tuyến vận chuyển. Khi máy làm việc các phần tử trong
ống hút, bộ phận thu liệu: 2; 4; 5 nằm trong trạng thái chân không. Tổn thất
áp suất trong hệ thống này nhỏ hơn 1 atmotphe. Vật liệu chuyển động trong
hệ thống đó gọi là vận chuyển bằng phương pháp hút.
Miệng hút (2) hút vật liệu cùng với không khí từ đống nguyên liệu. Hạt
vật liệu được trôi trong hệ thống ống dẫn (3) vào bộ phận thu liệu (4). Nguyên
liệu được tách ra khỏi không khí lắng xuống đáy cyclon đi qua cửa van thoát
liệu (6) rồi rơi xuống khu vực thu hồi nguyên liệu. không khí có lẫn bụi từ bộ
phận tách của cyclon (4), theo ống dẫn (5) còn bụi và tạp chất được lắng
xuống đáy cyclon và được đưa ra ngoài qua van xả (6). Không khí sạch sau


10

khi được tách bụi lại tiếp tục đi vào thiết bị tạo chân không (7) và được thổi ra
ngoài nhờ quạt hút đẩy (8).
Thiết bị này thích hợp cho việc vận chuyển ở cự ly ngắn đơn giản. Độ chân
không trong các thiết bị hút đạt từ 0,3 atm đến 0,4 atm và đôi khi đạt đến 0,7 atm.
* Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển vật liệu dạng thổi


Hình 1.4 - Nguyên lý máy vận chuyển dạng thổi
- Nguyên lý hoạt động
Thiết bị tạo áp cung cấp một lượng không khí có áp suất cao, vận tốc
cao vào trong đường ống vận chuyển. Một mặt nguyên liệu được cấp vào
phễu chứa liệu được van xả chuyển xuống đường ống tải. Ngay tại cửa thoát
của van xả, vật liệu nhận được động năng khá lớn từ thiết bị thổi cung cấp bị
đẩy đi trong đường ống vận chuyển và chạy tới bộ phận tách liệu ở cuối tuyến
vận chuyển. Tại cyclon tách, hạt vật liệu từ từ lắng xuống đáy cyclon và được
chuyển ra ngoài rồi rơi xuống khu vực thu hồi. Ống vận chuyển có thể có
nhiều nhánh để có thể cùng một lúc chuyển liệu cho nhiều bộ phận thu hồi ở
nhiều vị trí khác nhau.
So với hệ thống vận chuyển theo kiểu hút thì vận chuyển theo kiểu đẩy
có những ưu điểm: a) Có khả năng vận chuyển vật liệu đi xa hơn. b) Có khả
năng vận chuyển vật liệu với nồng độ hỗn hợp cao hơn.


11

Nhược điểm: máy không thể hút được tại các vị trí nạp liệu.
1.3. Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển bằng khí động

1.3.1. Trên thế giới
a. Các dây chuyền vận chuyển sản phẩm nông nghiệp

So với các dạng máy vận chuyển khác, phương pháp vận chuyển sản
phẩm bằng khí động đã cho thấy nhiều ưu điểm về khả năng bốc dỡ và vận
chuyển sản phẩm nông nghiệp dạng hạt. Máy có kết cấu gọn, đơn giản trong
tháo lắp ống tải hạt, đường ống vận chuyển không chiếm nhiều diện tích và có
thể vận chuyển vật liệu đến nhiều vị trí khác nhau trên mọi địa hình. Sản
phẩm vận chuyển không bị hao hụt trong vận chuyển.
Năm 1867, lần đầu tiên thiết bị vận chuyển bằng khí động được ứng
dụng đề vận chuyển hạt tại Anh quốc. Liên tục cải tiến và thay đổi, ngày nay
thiết bị vận chuyển bằng khí động đã và được ứng dụng và phát triển ở nhiều
ngành nghề sản xuất khác nhau. Ở các nước có nền nông nghiệp phát triển
máy được sử dụng trong rất nhiều công đoạn cả ở nông trại và các cảng biển,
đặc biệt thông dụng trong bốc dỡ nông sản dạng hạt. Hầu hết các khu silô tồn
trữ lương thực đều được trang bị loại thiết bị này. VIGAN ENGINEERING
S.A của Vương Quốc Bỉ, KONGSKILDE của Cộng Hòa Liên Bang Đức,
EUROMAT của Pháp … là một trong các công ty hàng đầu và nổi tiếng trên
thế giới thiết kế và sản suất loại thiết bị vận chuyển hạt dạng khí động, với
năng suất và chiều dài vận chuyển đa dạng.
b. Các dây chuyền vận chuyển phế thải nông nghiệp
Hiện nay trên thế giới cũng đã có một số dây chuyền công nghệ sản
xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp được tiêu chuẩn hoá và xây
dựng thành hệ thống hoàn chỉnh (hình 1.5).


12

Hình 1.5 - Dây chuyền công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải
1.3.2. Ở Việt Nam
a. Các dây chuyền vận chuyển sản phẩm nông nghiệp
Ở nước ta việc ứng dụng máy vận chuyển khí động vào vận chuyển
trong nông nghiệp còn rất hiếm hoi. Ngoại trừ một số Silô tồn trữ lúa được

dụng loại thiết bị nhập ngoại này như: Silô Sóc Trăng, Silô Cao lãnh - Đồng
Tháp sử dụng máy vận chuyển năng suất… Silô Trà Nóc - Cần Thơ. Trong
nông nghiệp việc ứng dụng cũng như chế tạo thiết bị này còn là một vấn đề
mới, thực tế cho đến nay chưa có đơn vị nào trong ngành đầu tư nghiên cứu
và chế tạo loại mẫu máy này.
b. Các dây chuyền vận chuyển phế thải nông nghiệp
Quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ các phế thải nông
nghiệp tiến hành theo sơ đồ hình 1.6:
Trấu chứa trên các
thuyền dưới sông

Làm mát

Vận chuyển lên
kho chứa
Nén tạo thanh
(viên đốt)

Sấy
Nghiền

Hình 1.6 - Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu


13

Sau khi xát gạo tại các nhà máy thì vỏ trấu được tập trung và vận
chuyển bằng các thuyền (hoặc ghe) trên sông đến các công ty sản xuất thanh
nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp. Thuyền đậu tại vị trí thích hợp trên sông,
sát bờ thuận lợi cho việc vận chuyển trấu lên kho chứa, nhờ thiết bị vận

chuyển liên tục vừa hút vừa đẩy trấu từ thuyền lên kho chứa. Trấu từ kho
chứa được các băng tải đưa đến buồng sấy trấu đạt độ ẩm yêu cầu (13 – 15)%.
Sau khi sấy xong, trấu được đưa vào các bunke của máy ép thanh (viên đốt).
Nhờ cấu tạo và hoạt động của các máy ép mà trấu được nén chặt tạo thành
thanh nhiên liệu theo băng tải ra ngoài. Trong quá trình ép trấu tạo thanh (viên
đốt) cần phải gia nhiệt, nhiệt độ gia nhiệt khoảng (250 – 300)0c nên tạo thành
khói. Do vậy cần thiết phải có hệ thống hút khói từ các máy ép đưa thoát ra ngoài.
Một số cơ sở sấy lúa, lò chế biến đường thủ công hay sấy cá tạp hiện
nay cũng có một số thiết bị đẩy trấu lên kho qua một hệ thống kết hợp theo sơ
đồ sau
Trấu chứa trên các
thuyền dưới sông

Kho chứa

Trục cuốn bằng vít
đưa lên băng truyền
Quạt thổi

Băng truyền

Thùng chứa

Hình 1.7 - Sơ đồ hệ thống thiết bị vận chuyển trấu từ thuyền lên kho chứa

Trấu được thu gom từ các nhà máy xay xát về bằng thuyền. trấu từ
thuyền được đưa lên băng truyền bằng các trục vít xoắn, từ băng truyền trấu
được chuyển vào thùng chứa, dưới tác dụng của quạt thổi ly tâm trấu được
thổi vào các kho chứa để dùng dần cho các máy sấy lúa hoặc các lò chế biến
đường thủ công hay sấy cá tạp.

14

Trục cuốn và băng truyền

Thùng chứa và quạt thổi ly tâm

Hình 1.8 Hệ thống thiết bị vận chuyển trấu từ thuyền lên kho chứa
1.4. Kết luận
Qua những số liệu và phân tích trên đây cho thấy tiềm năng sản xuất
lúa ở ĐBSCL cho đến năm 2020 là rất lớn, không những đảm bảo cho an ninh
lương thực của cả nước mà còn cho xuất khẩu. Đây cũng chính là nguồn cung
cấp trấu rất lớn từ sản lượng trên 20 triệu tấn cho lượng trấu trên 4 triệu tấn
hàng năm. Việc sử dụng sản phẩm trấu này để tạo ra các sản phẩm khác như
điện, than trấu, vật liệu xây dựng .v.v. là rất cần thiết, nhằm nâng cao thu
nhập cho người nông dân, đồng thời tránh bị người dân xả bỏ trấu ra sông gây
ô nhiễm mội trường. Nhằm phát triển nhanh việc sử dụng trấu để sản xuất ra
các sản phẩm khác, thì vấn đề đặt ra là phải giảm giá thành, nâng cao lợi
nhuận để thu hút đầu tư. Muốn vậy, cần phải có một hệ thống máy móc phục
vụ cho việc thu gom và vận chuyển trấu từ các nhà máy xay xát về kho chứa
của các cơ sở sản xuất điện, than trấu, v.v.
Trên thế giới và ở Việt Nam, có rất nhiều hệ thống được sử dụng vào
việc thu gom và vận chuyển các phế thải nông nghiệp, trong đó có trấu. Các
hệ thống của nước ngoài rất tốt nhưng đòi hỏi các điều kiện sử dụng khắt khe,
thiết bị cồng kềnh, đặc biệt giá thành rất cao nên khó khăn cho việc chạy vốn
đầu tư ban đầu. Các hệ thống ở Việt Nam nói chung và đồng bằng sông Cửu


15

Long nói riêng, tuy có nhưng mới chỉ là bước đầu, chưa có nghiên cứu
chuyên sâu để lựa chọn các thông số tối ưu cho các thiết bị trong hệ thống. Vì
vậy việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí
năng lượng của thiết bị vận chuyển trấu từ thuyền lên kho chứa là rất cần
thiết, nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản xuất các sản phẩm khác từ trấu ở
đồng bằng sông Cửu Long.


16

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số thuộc về
cấu tạo của thiết bị vận chuyển trấu từ các thuyền (hoặc ghe) đến năng suất và
chi phí năng lượng riêng khi vận chuyển trấu lên kho chứa, từ đó xác định trị
số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến,
hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất thanh nhiên liệu (viên đốt) từ phế thải
nông nghiệp đạt hiệu quả cao.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
2.2.1. Vật liệu trấu - Đối tượng tác động
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy lá và mày hoa tạo thành. Cả hai
phần này được ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào
nhau. Phần trên của hai mảnh của vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu
và cuối cùng kết thúc thành một cái râu.

Hình 2.1 - Vỏ trấu sau xay sát
Tuỳ theo từng loại trấu mà trấu có chiều dài từ 5 - 10mm, chiều ngang

bằng 1/2 -1/3 chiều dài. Góc nghỉ của trấu từ 35 - 50 độ tuỳ theo ẩm độ và
điều kiện nhiệt độ môi trường.


17

Thành phần thực tế của vỏ trấu thay đổi tùy theo giống lúa và có liên
quan tới các điều kiện đất đai mà cây lúa được trồng.
2.2.2. Hệ thống thiết bị vận chuyển trấu
Hệ thống thiết bị vận chuyển trấu từ các thuyền lên kho chứa để sản
xuất thanh nhiên liệu tại Công ty TNHH Long Mỹ - Hậu Giang (hình 2.2).

Hình 2.2 - Hệ thống thiết bị vận chuyển trấu tại Long Mỹ - Hậu Giang
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Do điều kiện và thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu
các thông số cấu tạo của quạt hút đẩy của thiết bị vận chuyển trấu từ các
thuyền lên kho chứa.
2.4. Nội dung nghiên cứu
2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Cơ sở lý thuyết về quạt ly tâm
- Chi phí năng lượng và những yếu tố ảnh hưởng
- Năng suất của thiết bị và những yếu tố ảnh hưởng
2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
a/. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
- Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố ảnh
hưởng thuộc về cấu tạo của thiết bị đến năng suất khi vận chuyển trấu từ
thuyền lên kho chứa.


18

- Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố thuộc
về cấu tạo của thiết bị đến chi phí năng lượng khi vận chuyển trấu từ thuyền
lên kho chứa.
b/. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
- Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố ảnh hưởng
chính đến năng suất của thiết bị khi vận chuyển trấu từ thuyền lên kho chứa.
- Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố ảnh
hưởng chính đến chi phí năng lượng thiết bị khi vận chuyển trấu từ thuyền lên
kho chứa.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là
chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên
cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo phương pháp nghiên
cứu khoa học được chia ra:
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm. Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện
ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên.
Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua
chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực
tế sản xuất.
Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn
trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp
nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng,
các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất.
Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên
cứu ứng dụng.

19

Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào
đó thông qua việc đưa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp
nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia
rõ các hiện tượng và các quá trình có cùng bản chất vật lý.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới,
kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng
cách quan sát đối tượng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống
phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau
thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng.
Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý
thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến các chỉ tiêu quan
tâm là công suất tiêu hao trong quá trình vận chuyển, năng suất của hệ thống
thiết bị vận chuyển thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hưởng và cơ
chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lượng nghiên
cứu sẽ rất lớn. Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc thì việc lựa
chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả. Tuy nhiên,
phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là
thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, lấy lý
thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công
việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng
phương pháp cổ điển. Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi
nghiên cứu không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình, mà khi tìm các
điều kiện tối ưu theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”.
Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà
trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo

20

một kế hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp quy hoạch
thực nghiệm. Với các phân tích ở trên, để đạt được mục tiêu nghiên cứu của
đề tài chúng tôi lựa chọn phương pháp nghiên cứu kết hợp hài hòa giữa lý
thuyết với thực nghiệm.
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Xây dựng các công thức toán học tính toán năng suất, chi phí năng
lượng của thiết bị để vận chuyển trấu từ thuyền (hoặc ghe) lên kho chứa dựa
trên cơ sở tham khảo, phân tích tài liệu liên quan kết hợp với tính toán lý
thuyết cũng như tham khảo ý kiến của các chuyên gia.
2.5.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
a. Thực nghiệm đơn yếu tố
Nguyên tắc chung của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là: Cố
định các yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố
biến thiên đó tới thông số mục tiêu, qua đó thăm dò được khoảng nghiên cứu
cho phép của mỗi yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị của thông số mục tiêu.
Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số
ảnh hưởng đã phân tích ở trên để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến
các chỉ tiêu đánh giá, xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến
chỉ tiêu quan tâm. Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bước sau:
1.Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không
nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của
phép đo giá trị thông số đó. Số thí nghiệm lập lại n = 3, [4].
2. Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng
của mỗi yếu tố tới năng suất, chi phí năng lượng của hệ thống thiết bị vận
chuyển trấu. Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí
nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có
hoặc không đáng kể.

21

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần
nhất [4] như sau:
* Đánh giá tính đồng nhất của phương sai
Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren.
Gtt 

2
s max

(2.1)

N

S
u 1

2
u

Trong đó:
2
- Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm
s max

S u2 =

1 mu
(Yui  Yu ) 2

mu  1 i 1

(2.2)

mu

- Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm

yui

- Giá trị của thông số tại điểm u.

yui

- Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u.
y

1
mu

mu

y
i 1

ui

u=1, 2, 3,…N

(2.3)

Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N
phương sai S u2 .
2
Trong đó luôn có giá trị S max

G tt  Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm.

Trong đó bậc tự do ở tử số   m  1 và ở mẫu số K=N (m-1).
m - Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại.
Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa  , hoặc
tự do  và ký hiệu Gb tra bảng [4].
Nếu Gtt < Gb

(2.4)

Nghĩa là giả thiết không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm.


22

* Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố
Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F). Thực chất là so sánh
phương sai thành phần do thay đổi thông số nào gây nên và phương sai do
nhiễu gây ra. Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra
bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và
các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh

hưởng ngẫu nhiên.
Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:
F=

S y2

(2.5)

S e2

Trong đó:
S y2 - Phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên.
S y2 =

m N
 (Yu  Y0 ) 2
N  1 n1

(2.6)

S e2 - Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra.

S e2 

1
N

N

S

n 1

2
u

(2.7)

y0 - Giá trị trung bình chung của thông số đầu ra tính cho toàn bộ thực nghiệm.

Y0=

1
N

N

y
u 1

u

(2.8)

Bậc tự do của S y2 là  1 =N-1; của S e2 là  2 =N(m-1)
Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa  =0,005,
bậc tự do  1 ,  2 ở phụ lục 3 tài liệu [4].
Nếu giá trị tính toán Fđáng kể trong khuôn khổ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên. Nguyên nhân
gây nên trường hợp này là đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh
hưởng đáng kể hoặc bước biến đổi của thông số quá bé, dẫn đến hiệu ứng ảnh

hưởng của thông số nhỏ so với nhiễu.


23

Nếu:

F > Fb

( 2.9)

Nghĩa là ảnh hưởng của các thông số đầu vào là đáng kể.
b. Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố
Trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp như thiết kế, chế tạo, sử dụng hay
thử nghiệm, phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm đa yếu tố đóng vai trò
hết sức quan trọng. Nhờ có phương pháp này ta giảm bớt được khối lượng thí
nghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng đầy đủ các yếu tố, để từ đó tìm ra
được lời giải tối ưu cho quá trình nghiên cứu.
Quy hoạch thực nghiệm được thực hiện theo nguyên tắc “hộp đen”
nghĩa là đối tượng nghiên cứu là phần đóng kín “hộp đen” trong đó diễn ra
những quá trình mà nghiên cứu khoa học không thể biết được.
X(t)
E

y1
ĐỐI TƯỢNG
NGHIÊN CỨU

Trong đó:

Z

y2
yn

X(t) - Các yếu tố có thể kiểm tra và điểu khiển được
Z - Các yếu tố có thể kiểm tra được nhưng không điều khiển được.
E - Các yếu tố không kiểm tra, điều khiển được (các yếu tố nhiễu)
y1, y2,... yn : Các thông số đầu ra
Do đó xây dựng mô hình toán học diễn tả tương quan giữa các tham số
đầu vào (yếu tố vào) với tham số đầu ra (tham số ra) là nội dung chính của
quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố.
Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố cần có các điều kiện, [4].
+ Kết quả thông số ra phải tập trung cao, nghĩa là khi lập lại nhiều lần
cùng một thí nghiệm thì giá trị thu được không sai lệch quá lớn.
+ Các yếu tố ảnh hưởng phải điều khiển được và chúng phải độc lập
với nhau.