NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG THAN BÙN BẰNG BĂNG TẢI ĐAI TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN VI SINH
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.58 MB, 106 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
******************
PHẠM VĂN TOẢN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỊNH
LƯỢNG THAN BÙN BẰNG BĂNG TẢI ĐAI TRONG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN VI SINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 12 năm 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
******************
PHẠM VĂN TOẢN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỊNH
LƯỢNG THAN BÙN BẰNG BĂNG TẢI ĐAI TRONG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN VI SINH
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số
: 60.52.14
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Hướng dẫn Khoa học:
PGS.TS TRẦN THỊ THANH
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 12 năm 2009
i
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỊNH
LƯỢNG THAN BÙN BẰNG BĂNG TẢI ĐAI TRONG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN VI SINH
PHẠM VĂN TOẢN
Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:
TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
2. Thư ký:
TS. BÙI NGỌC HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM
3. Phản biện 1:
TS. NGUYỄN VĂN HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM
4. Phản biện 2:
TS. LÊ HIẾU GIANG
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
5. Ủy Viên:
PGS. TS. TRẦN THỊ THANH
Đại học Nông Lâm TP. HCM
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
HIỆU TRƯỞNG
ii
LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tên tôi là Phạm Văn Toản, sinh ngày 30 tháng 10 năm 1979 tại huyện Vĩnh Lộc
tỉnh Thanh Hóa. Con ông Phạm Văn Tài và Bà Nguyễn Thị Vần
Năm 1999 tốt nghiệp phổ thông trung học tại Trường Bổ túc dân chính tỉnh
Đồng Nai.
Năm 2004 tốt nghiệp Đại học chuyên ngành Cơ Điện Tử Trường Đại học
Dân Lập Lạc Hồng, niên khóa 1999 – 2004.
Năm 2004 đến nay công tác tại trường Đại học Lạc Hồng, Chức vụ Quản
sinh khoa Cơ Điện.
Học cao học chuyên ngành cơ khí nông nghiệp tại Trường Đại học Nông
Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, niên khóa 2007 – 2010.
Tình trạng gia đình: Vợ là Phạm Thị Hà, sinh năm 1980, là công nhân hiện
đang công tác tại công ty bảo vệ Long Hải. Con trai tên là Phạm Thế Tùng đang còn
nhỏ.
Địa chỉ liên lạc: Số nhà 19/A5 – Tổ 39 khu phố 9 – P. Tân phong – Biên Hòa
– Đồng Nai.
Điện Thoại: 0618.870.561 – 0918.261.562
Email:
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan trên đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu nghiên cứu
trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ trong công trình nào
khác.
Tác giả
Phạm văn Toản
iv
LỜI CẢM TẠ
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến:
Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, trưởng khoa Cơ Khí Công Nghệ, TS. Nguyễn Như
Nam, Trưởng bộ môn Máy Sau thu hoạch – Chế biến trường Đại học Nông Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.
Ban giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ
trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi thực hiện luận văn.
Tập thể giảng viên khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố
Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong
suốt quá trình tôi học Cao Học.
Tập thể học viên lớp cao học Cơ Khí Khóa 2006 đã giúp đỡ tôi trong quá trình học
tập và thực hiện đề tài.
v
TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển tự động định lượng than bùn bằng
băng tải đai trong công nghệ sản xuất phân vi sinh”. được tiến hành tại khoa Cơ khí
– Công nghệ trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng
3 năm 2009 đến tháng 9 năm 2009.
Đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công mô hình băng tải định lượng có kết hợp
định lượng theo phương pháp khối lượng. Việc “cân động” dòng cấu tử trên băng
tải là phương pháp tinh chỉnh định lượng liên tục đã góp phần giảm sai số định
lượng từ 8,52 % xuống chỉ còn 1,09 %. Kết quả này có ý nghĩa cả về khoa học lẫn
thực tiễn.
Đã xác định các thông số làm việc tối ưu của mô hình: chiều cao cửa cung
cấp định lượng h = 53 mm; khoảng cách giữa hai con lăn tựa khoảng đặt cảm biến l
= 49 cm. Chỉ tiêu tối ưu đạt được là sai số định lượng nhỏ nhất hs = 1,09 %.
Đã xác định được được các thông số của bộ điều khiển PID, từ đó xác định
được thời gian ổn định của hệ thống là sau 35s.
vi
SUMMARY
The study entitled “Research on the application of automatic control
system to determine the quantity of peat by means of conveyor belts into the
microbiological fertilizer producing technology” was performed at the
Faculty of Mechanics and Technology in Nong Lam University of Ho Chi Minh
City from March 2009 to September 2009.
The main product of the study is to design and make the model of a peat
quantifying conveyor belt in the microbiological fertilizer producing technology.
The conveyor belt will work on the basis of the co-ordination between volume
quantum and mass quantum. The dynamic weight of the compound on the conveyor
belt helps to reduce the quantum error from 8.52% to 1.09%. This result is both
scientifically and practically significant.
The study has also determined the maximal parameter of the model: the
height of the quantum supply door h = 53 mm; the distance between two rollers
against the sensor l = 49 cm. The reached optimum indicator is the least quantum
error hs = 1.09 %.
Finally, various parameters of the PID control have been determined through
the study, from which, the stable period of the system that is determined is 35s.
vii
MỤC LỤC
CHƯƠNG
TRANG
Trang tựa
Trang chuẩn Y
ii
Lý lịch cá nhân
iii
Lời cam đoan
iv
Lời cảm tạ
v
Tóm tắt
vi
Summary
vii
Mục lục
viii
Danh sách các ký hiệu
xii
Danh sách các hình
xvi
Danh mục các bảng
xviii
viii
MỤC LỤC
Trang.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1
2. TỔNG QUAN
3
2.1. Công nghệ sản xuất phân vi sinh
3
2.1.1 Phân vi sinh
3
2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh
3
2.1.3 Một số tính chất cơ lý của nguyên liệu than bùn
5
2.2. Lý thuyết định lượng
7
2.2.1 Khái niệm định lượng và yêu cầu kỹ thuật định lượng
7
2.2.2 Phân lớp các vật liệu định lượng.
8
2.2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng định lượng
9
2.2.4 Các máy định lượng dùng cho sản phẩm hạt rời
13
2.2.4.1 Thùng định lượng
14
2.2.4.2 Đĩa định lượng
16
2.2.4.3 Vít định lượng
18
2.2.4.4 Băng tải đai định lượng
19
2.2.5 Kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
23
2.2.5.1 Kết quả nghiên cứu trong nước
23
2.2.5.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nước
26
2.3. Tổng quan về lý thuyết điều khiển tự động
27
2.3.1 Kỹ thuật điều khiển
26
2.3.2 Kỹ thuật điều chỉnh
26
2.4 Ý kiến thảo luận
28
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
30
3.1. Nội dung nghiên cứu
30
ix
3.2. Phương pháp nghiên cứu
30
3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
30
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
31
3.2.2.1 Vật liệu
31
3.2.2.2 Dụng cụ đo
31
3.2.2.3 Phương pháp đo
31
3.2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm
32
3.2.2.5 Phương pháp thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm
33
3.2.2.6 Phương pháp khảo sát và nhận dạng bề mặt đáp ứng
34
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
35
4.1. Thiết kế chế tạo mô hình định lượng than bùn trong công nghệ sản
35
xuất phân vi sinh
4.1.1 Cơ sở lựa chọn mô hình định lượng than bùn trong công nghệ sản
35
xuất phân vi sinh
4.1.2. Xác định nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc của mô hình hệ
35
thống định lượng than bùn trong công nghệ sản xuất phân vi sinh
4.1.3. Thiết kế chế tạo mô hình định lượng than bùn
37
4.1.3.1. Các số liệu thiết kế ban đầu
37
4.1.3.2 Kết quả tính toán thiết kế
38
4.1.4. Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình điều khiển hệ
40
thống
4.1.4.1 Xây dựng công thức tính năng suất tức thời trên băng tải
40
4.1.4.2 Xây dựng công thức tính toán tốc độ tức thời của băng tải
41
4.1.5. Thiết kế phần điều khiển.
42
4.1.5.1 Lựa chọn phương án và thiết bị điều khiển
42
4.1.5.2. Chương trình điều khiển hệ thống
44
4.1.5.3 Thiết kế giao diện màn hình OP73
46
4.1.5.4 Tính toán, chọn lựa các thông số của bộ điều khiển PID trong PLC
47
4.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm
49
x
4.2.1 Lựa chọn các thông số nghiên cứu thực nghiệm
49
4.2.1.1 Xác đònh các thông số nghiên cứu đầu ra
49
4.2.1.2 Xác đònh các thông số nghiên cứu đầu vào
49
4.2.2 Phát biểu bài tốn hộp đen
50
4.2.3 Lập mơ hình thống kê thực nghiệm theo phương án bậc I
51
4.2.3.1 Xác định miền nghiên cứu
51
4.2.3.2 Lập ma trận thí nghiệm
52
4.2.3.3 Kết quả thực nghiệm theo phương án bậc I
53
4.2.3.4 Kết quả xử lý với mơ hình khơng có số hạng chéo
53
4.2.3.5 Kết quả xử lý mơ hình có số hạng chéo
53
4.2.4 Lập mơ hình thống kê thực nghiệm bậc II
54
4.2.4.1 Xác định miền nghiên cứu
54
4.2.4.2 Lập ma trận thí nghiệm
55
4.2.4.3 Xử lý kết quả thực nghiệm
56
4.2.4.4 Phân tích mơ hình
56
4.3. Khảo nghiệm so sánh
61
4.3.1 Mục đích khảo nghiệm
61
4.3.2 Khảo nghiệm xác định năng suất định lượng tại chế độ làm việc
61
tối ưu
4.3.3 Điều kiện khảo nghiệm
61
4.3.4 Kết quả khảo nghiệm
62
4.3.5 Kết quả xử lý số liệu và phân tích
62
4.4 Ý kiến thảo luận
63
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
64
5.1 Kết luận
64
5.2 Kiến nghị
64
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
65
7. PHỤ LỤC
67
xi
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
Ý Nghĩa
Thứ Nguyên
kg/m3
γ
Khối lượng thể tích vật liệu
V
Thể tích của phần vật liệu đã định lượng
tβ
Giá trị tiêu chuẩn phụ thuộc vào xác suất tin tưởng β
δmax
Độ lệch lớn nhất
t
Thời gian chạy
Qp
Lưu lượng vật liệu
kg/s
Qv
Lưu lượng thể tích
m3/s
S1
Diện tích mặt cắt của miệng chảy vật liệu
m2
vtb
Vận tốc trung bình của vật liệu chảy qua miệng
m/s
QM
Lưu lượng khối lượng
kg/s
δ
Sai số quan sát
m3
Qt
Lưu lượng thể tích thật sự
n
Số lần đođạc
i
lần đo đạc
Q
Giá trị trung bình lưu lượng quan sát được
S
Diện tích tiết diện của lỗ
m2
v
Tốc độ trung bình của sản phẩm chảy qua lỗ
m/s
k
Hệ số nạp đầy của lỗ ra
σ
Sai số tiêu chuẩn thực nghiệm
hs
Sai số tương đối của máy thực nghiệm
a
Chiều rộng chảy của lỗ
mm
b
Chiều dài lỗ
mm
n’
Tỉ lệ các cạnh của lỗ
k0
Hệ số thực nghiệm
m3
s
m3/s
xii
m3/s
m3/s
%
Q
Năng suất đĩa định lượng
m3 /h
D
Kích thước cục lớn nhất
mm
ϕo
Góc nghiêng tự nhiên của sản phẩm ở trạng thái tĩnh
độ
V0
Thể tích sản phẩm lấy đi ứng với một vòng quay của đĩa
m3
R0
Khoảng cách giữa trọng tâm tiết diện hướng tâm của vành
m
và trục quay
S
Diện tích tiết diện ngang của vành
m2
R
Bán kính của ống tiếp liệu
m
h
Chiều cao nâng của ống tiếp liệu trên đĩa
m
ϕ ,0
Góc nghiêng tự nhiên của sản phẩm khi chuyển động
độ
v
Vận tốc dài của đĩa tại lớp sản phẩm phía ngoài
m/s
R1
Bán kính đáy ngoài của nền sản phẩm
f1
Hệ số ma sát của sản phẩm đối với đĩa khi chuyển động .
m
Khối lượng sản phẩm quay
g
Gia tốc trọng trường
m/s2
Dv
Đường kính vít xoắn
m
S’
Bước vít
m
f
Tần số lưới điện
Hz
pc:
Số đôi cực động cơ
Pl
Tải trọng điểm
Qthuc
Năng suất tức thời
ht
Chiều cao của thành máng
klđ
Hệ số linh động của vật liệu
fms
Hệ số ma sát của vật liệu với thành máng
k1
Hệ số tính trợ lực của tang
P
Lực kéo để khắc phục trở lực ma sát
ptm
Áp suất pháp trên thành máng
N1
Tổn thất năng lượng để cấp sản phẩm
kW
N2
Tổn thất năng lượng để khắc phục ma sát của sản phẩm
kW
m
kg
kg
kg/h
m
xiii
N
N/m2
Lm
Chiều dài của máy định lượng giữa các trục tang
m
H
Chiều cao nâng sản phẩm
m
q
Tải trọng trên băng tải
l
Khoảng cách giữa các con lăn
m
hc
Chiều cao cửa cấp liệu
m
Qb
Năng suất cài đặt của băng tải
kg/h
v
Vận tốc dài của băng tải
m/s
vbt
Vận tốc dài tức thời của băng tải
m/s
S
Sai số tiêu chuẩn thực nghiệm.
%
nt
Tốc độ quay của trục tang
v/p
d
Đường kính băng tải
mm
nđc
Số vòng quay trên trục động cơ.
v/p
iđc
Tỉ số truyền của động cơ
I
Tỉ số truyền của hệ thống
ne
Thông số encoder số xung/quay.
x
Số xung lấy trong khoảng thời gian t.
B
Bề rộng băng tải tính toán
m
B0
Bề rộng băng tải chọn theo tiêu chuẩn
m
Nđc
Công suất cần thiết của động cơ
W
η
Hiệu suất của cơ cấu dẫn động
E
Lực kéo cần thiết trên tang dẫn
k3
Hệ số dự trữ công suất
k2
Hệ số cản khi băng cuốn qua tang, với góc ôm 1800
qb
Trọng lượng 1m chiều dài băng
q1’
Trọng lượng của các con lăn đỡ trên 1m chiều dài của
kg/m
N
N/m
nhánh không tải
q1
Trọng lượng của các con lăn đỡ trên 1 m chiều dài của
N/m
nhánh có tải
q
Trọng lượng 1 m chiều dài của dòng vật liệu vận chuyển
xiv
N/m
trên băng
L
Chiều dài băng tải
m
μ
Hệ số ma sát giữa băng và mặt tang dẫn;
α
Góc ôm của băng lên tang dẫn
ω
Hệ số cản chuyển động của băng trên con lăn
Kp
Độ lợi
Ti
Thời gian lấy tích phân
phút
Td
Thầy gian vi phân
phút
Ts
Thời gian lấy mẫu
giây
X1
Khoảng cách giữa các con lăn dạng mã hóa
X2
Chiều cao cửa cấp liệu ở dạng mã hóa
Y
Độ sai số định lượng ở dạng mã hóa
xv
độ
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1.a Phân vi sinh dạng viên
3
Hình 2.1.b Phân vi sinh thành bao
3
Hình 2.2 Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
4
Hình 2.3 Biểu đồ xác định giá trị sai số định lượng thể tích vật liệu rời
11
Hình 2.4 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng định lượng
12
Hình 2.5. Các thùng định lượng
15
Hình 2.6. a Sơ đồ kết cấu mâm hay đĩa định lượng
16
Hình 2.6. b Sơ đồ tính toán đĩa định lượng
16
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý vít định lượng
18
Hình 2.8.a Sơ đồ nguyên lý băng tải định lượng theo kiểu thể tích
20
Hình 2.8.b Băng tải định lượng theo khối lượng
20
Hình 2.8.c Sơ đồ băng tải định lượng theo khối lượng điều chỉnh
21
bằng điện
Hình 2.9 Băng tải trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng
23
Hình 2.10 Băng tải trong ngành sản xuất than đá
23
Hình 2.11 Băng tải vận chuyển sản phẩm thành bao
23
Hình 2.12 Băng tải vận chuyển sản phẩm hạt rời
23
Hình 2.13 Hệ thống định lượng, phối trộn phân vi sinh tại công ty
23
Bourbon Tây Ninh
Hình 2.14 Hệ thống định lượng các thành phần sản xuất phân vi
25
sinh tại công ty thiên sinh – Bình Dương
Hình 2.15 Hệ thống sản xuất bê tông tươi
26
Hình 2.16 Hệ thống định lượng dùng để sản xuất than đá ở Australia
26
Hình 2.17 Hệ thống định lượng sản xuất thức ăn gia súc do
26
xvi
Trung Quc sn xut
Hỡnh 4.1 S nguyờn lý mụ hỡnh nh lng than bựn bng
36
bng ti ai trong cụng ngh sn xut phõn vi sinh
Hỡnh 4.2 C cu cm bin trng lng
37
Hỡnh 4.3 Mt ct dc ca bng ti
40
Hỡnh 4.4 S khi iu khin h thng nh lng
42
Hỡnh 4.5 S khi biu din mi quan h cỏc thit b trong h thng
43
Hỡnh 4.6 S thut toỏn iu khin
44
Hỡnh 4.7 S kt ni vo ra PLC S7 200 CPU 224
45
Hỡnh 4.8 S kt ni vo ra modul Analog E235
45
Hỡnh 4.9 S kt ni ng c v bin tn
56
Hỡnh 4.10 Giao din hin th thụng s
47
Hỡnh 4.11 Giao din iu khin
47
Hỡnh 4.12 ẹo thũ ủaựp ửựng heọ thoỏng
48
Hỡnh 4.13 Mụ hỡnh bi toỏn hp en
51
Hỡnh 4.14 th mc nh hng ca cỏc h s hi quy n sai
57
s nh lng dng mó húa.
Hỡnh 4.15 th nh hng ca cỏc h s hi quy n sai s
57
nh lng dng thc.
Hỡnh 4.16 th quan h y x1 x2 trong khụng gian
58
phng dng mó húa
Hỡnh 4.17 th quan h y x1 x2 trong khụng gian 3
58
chiu dng mó húa.
Hỡnh 4.18 th quan h hs h l trong khụng gian
58
phng dng thc
Hỡnh 4.1 9 th quan h hs h l trong khụng gian 3
chiu dng thc.
xvii
58
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn ở miền
6
Đông Nam Bộ.
Bảng 2.2 Phân lớp các vật liệu định lượng.
8
Bảng 4.1 Bảng xác lập địa chỉ ngõ vào ra của PLC
44
Bảng 4.2 Bảng xác lập địa chỉ các ô nhớ trên phần mềm Wincc Flexible
46
Bảng 4.3 Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I
52
Bảng 4.4 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm theo
52
phương án bậc I ở dạng mã hóa.
Bảng 4.5 Miền thực nghiệm theo phương án bậc II Box – Hunter
54
Bảng 4.6 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm
55
Bảng 4.7 Kết quả khảo nghiệm xác định năng suất của băng tải định lượng
61
Bảng 4.8 Kết quả khảo nghiệm so sánh.
62
Bảng 4.9 Kết quả phân tích phương sai so sánh sai số định lượng giữa hai
63
loại băng tải định lượng.
xviii
Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Hầu hết các sản phẩm qua chế biến như thực phẩm, hóa chất, dược phẩm,
phân bón, … đều ở dạng hỗn hợp. Trong công nghệ sản xuất hỗn hợp thì định lượng
đóng một vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Tùy theo phương
pháp định lượng mà quá trình trộn hỗn hợp làm việc liên tục hay gián đoạn. Để định
lượng thường sử dụng hai nguyên tắc chính là định lượng theo khối lượng còn gọi
là cân và định lượng theo thể tích còn gọi là đong. Phương pháp định lượng theo
khối lượng cho dung sai định lượng chính xác hơn so với phương pháp định lượng
thể tích. Hầu hết các máy định lượng liên tục làm việc theo nguyên tắc thể tích, còn
máy làm việc theo mẻ thường làm việc theo phương pháp khối lượng. Với những
dây chuyền sản xuất có năng suất cao thì quá trình định lượng thường làm việc theo
nguyên tắc định lượng liên tục như sản xuất phân bón, bê tông,… Trong các dây
chuyền này, thiết bị định lượng thường là các thiết bị vận chuyển liên tục như băng
tải, vít tải, hay trục cuốn làm việc theo nguyên tắc định lượng thể tích có sai số định
lượng lớn làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Ở công nghệ sản xuất phân vi
sinh, mặc dù đã được nghiền nhỏ trước khi vào định luợng, nhưng do có tính dính
cao, nên các phần tử nguyên liệu than bùn thường kết hợp với nhau thành những
cục nhỏ có kích thước khác nhau nên sai số định lượng rất lớn. Không những vậy,
những thiết bị định lượng như vít tải, trục cuốn, đĩa quay rất khó vận chuyển than
bùn, do nguyên liệu dính vào thành thiết bị hay với nhau cản trở quá trình vận
chuyển. Vì vậy hầu hết trong các dây chuyền sản xuất phân vi sinh người ta thường
sử dụng băng tải làm thiết bị định lượng. Do đó, việc nâng cao độ chính xác định
1
lượng than bùn bằng băng tải có tính cấp thiết, mang tính khoa học, tính mới trong
công nghệ sản xuất phân vi sinh hiện nay.
Được sự chấp thuận của Hội đồng khoa học và đào tạo khoa Cơ khí – Công
nghệ và phòng Quản lý Sau đại học trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí
Minh, hướng nghiên cứu này được thực hiện bằng luận văn thạc sĩ mang tên đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng điều khiển tự động định lượng than bùn bằng
băng tải đai trong công nghệ sản xuất phân vi sinh”.
Nội dung thực hiện của đề tài là ứng dụng điều khiển tự động để phối hợp
hai phương pháp định lượng khối lượng và định lượng thể tích làm nguyên lý làm
việc cho băng tải định lượng than bùn. Với việc sử dụng phương pháp cân dòng cấu
tử than bùn, sẽ đảm bảo độ chính xác định lượng cao hơn so với dòng cấu tử than
bùn được định lượng trên băng tải bằng phương pháp thể tích.
Mục đích của đề tài là nâng cao độ chính xác định lượng bằng băng tải đai
trong dây chuyền công nghệ sản xuất phân vi sinh.
Ý nghĩa khoa học của đề tài là ứng dụng kỹ thuật tự động hóa để phối hợp
nguyên lý cân định lượng với nguyên lý định lượng bằng băng tải nhằm nâng cao
độ chính xác của quá trình định lượng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành sản phẩm
phân vi sinh, tăng chất lượng sản phẩm. Kết quả sản phẩm thành công sẽ được lắp
đặt chuyển giao cho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói
riêng.
2
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Công nghệ sản xuất phân vi sinh
2.1.1 Phân vi sinh
Phân vi sinh là một chất nền chứa một hay nhiều loại vi sinh vật sống có khả
năng kích thích sự tăng trưởng của cây trồng bằng cách gia tăng sự hấp thu những
dưỡng chất cần thiết cho cây.
Hình 2.1.a. Phân vi sinh dạng viên
Hình 2.1.b. Phân vi sinh thành bao
2.1.2. Quy Trình công nghệ sản xuất phân vi sinh
Quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh trình bày như hình 2.2.
Bùn cặn hữu cơ, than bùn, phế liệu hữu cơ thực vật là các thành phần chính
trong nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh, được xử lý sơ bộ như phơi, nghiền,
sàng, khử mùi (bằng chế phẩm vi sinh vật) nhằm khử bớt bitum (có trong than bùn),
loại bỏ đá, thủy tinh, nhựa (có trong bùn cặn) và làm cho các nguyên liệu có độ mịn
tương ứng, phù hợp cho trộn và ủ phân. Sau đó chuyển qua công đoạn phối trộn
3
ngun liệu, ở đây các ngun liệu được điều chỉnh để đạt được tỷ lệ : C = 30 − 40 ,
N
độ ẩm đạt được từ 60–70 %, độ pH = 6,8–7,5.
-
- Giống vi sinh vật gốc
- Mơi trường dinh dưỡng
Nứớc thải rửa
Nước xử lý khí, bụi
-
Bùn cặn hữu cơ khử mùi
Than bùn Phơi, nghiền, sàng,
khử bitum
Phế liệu hữu cơ thực vật
Phơi, nghiền sàng
Phối trộn nguyên liệu
Các chất phụ gia,
chất độn và chất
mang
Ủ háo khí (cưỡng bức)
đảo trộn đònh kỳ
Xử lý khí, bụi
Thổi khô (ủ chín)
Phối trộn thành phẩm
(nghiền, sàng, trộn)
Đóng bao
-
Các chất phụ gia
và vi sinh vật gốc
Tạo hạt
Thành phẩm
Phân hữu cơ
Phân hữu cơ vi sinh
Phân phức hợp vô cơ, hữu cơ sinh học
Phân hữu cơ vi sinh – bảo vệ thực vật
Hình 2.2. Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
4
Sau khi trộn xong, phối liệu được đưa vào hầm ủ, kết hợp phun dịch vi sinh
vật hoạt hóa và cấp khí bằng quạt công nghiệp cao tốc. Nhiệt độ đống ủ sau 5 – 7
ngày đạt được từ 55 – 65 0C, có thể lên tới 70 – 75 0C vào ngày thứ 9 và 10, sau đó
giảm dần. Thời gian ủ (háo khí) thường kéo dài từ 15 – 20 ngày. Giai đoạn ủ chín,
thổi khô từ 10 – 15 ngày. Trong suốt quá trình ủ, phân được đảo trộn định kỳ từ 5 –
7 ngày một lần, khi nhiệt độ đống phân xuống bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ hầm ủ,
ẩm độ còn từ 28 – 30 %, không còn mùi khó chịu, không có các loại côn trùng và
xuất hiện màu trắng hay màu xám trắng của các sợi của actinomyces (xạ khuẩn),
phân đã hoại, được đưa đi nghiền, sàng, trộn các chất phụ gia (theo nhu cầu) và tạo
hạt (nếu cần), sau đó đóng bao thành phẩm.
Từ quy trình công nghệ trên cho thấy, phân vi sinh là hỗn hợp than bùn đã
qua xử lý và các chế phẩm vi sinh hay thành phần vô cơ khác. Như vậy công nghệ
sản xuất phân hữu cơ vi sinh không phức tạp, vấn đề chủ yếu ở mức độ cơ giới hóa
(tự động hóa) và chế phẩm vi sinh vật gốc dùng ủ phân.
2.1.3. Một số tính chất cơ lý của nguyên liệu than bùn
Than bùn được tạo thành từ xác các loài thực vật khác nhau. Xác thực vật
được tích tụ lại, được đất vùi lấp và chịu tác động của điều kiện ngập nước trong
nhiều năm. Với điều kiện phân hủy yếm khí các xác thực vật được chuyển thành
than bùn.
Trong than bùn có hàm lượng chất vô cơ là 18 – 24 %, phần còn lại là các
chất hữu cơ. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của than bùn được điều tra tại
một số mỏ tại Việt Nam bao gồm như sau:
-
Độ ẩm (W) 4,5 - 19,11 trung bình 12, 8 %.
-
Độ tro (A) 6,4 - 65,1 trung bình 24,8 %.
-
Chất bốc (V) 21,7 - 74,63 trung bình 51,0 %.
-
Nhiệt năng (Q) 2115 - 5446 trung bình 4300 Kcal/kg.
-
Các bon (C) 9,56 - 55,14 %.
-
Hydro (H) 1,4 - 3,34 %.
-
Oxy (O) 10,2 - 16,29 %.
5
-
Ni tơ (N) 1,0 - 1,52 %.
-
Lưu Huỳnh (S) 0,25 - 1,63 trung bình 0.70 %.
-
Pholpho (P) 0,001 - 0,92 %.
-
P2O5 0,04 - 0,26 trung bình 0,26 %.
-
K2O 0,1 - 0,18 trung bình 0,30 %.
-
Độ pH 3,6 5,56 trung bình 1,5.
-
Tỷ trọng ướt (d) 1,14 - 1,82.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn thay đổi tùy thuộc vào thành
phần các loài thực vật và quá trình phân huỷ các chất hữu cơ. Số liệu phân tích than
bùn ở một số địa điểm có than bùn miền Đông Nam Bộ thu được như sau:
Bảng 2.1 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn ở miền Đông Nam Bộ.
(Đơn vị % )
Địa điểm lấy than bùn
% chất dinh
dưỡng
Tây Ninh
Củ Chi
Mộc Hoá
Duyên Hải
N
0,38
0,09
0,16 – 0,91
0,64
P2O5
0,03
0,1 – 0,3
0,16
0,11
K2O
0,37
0,1 – 0,5
0,31
0,42
pH
3,4
3,5
3,2
2,6
¾ Nguồn: Số liệu theo Phân viện khoa học Việt Nam, TP Hồ Chí Minh, năm 2003
Với thành phần cấu tạo của than bùn đã nêu khi ứng dụng vào sản xuất phân
vi sinh có một số tính chất cơ lý ảnh hưởng đến quá trình định lượng như sau:
+ Khối lượng thể tích: 720 - 850 kg/m3. Khối lượng thể tích phụ thuộc độ ẩm của
nguyên liệu, loại than bùn, vùng khai thác, độ nhỏ sau khi nghiền,…
6
