THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN PHÂN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN QUAY – CÁNH GẠT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN PHÂN HỮU CƠ VI SINH
KIỂU KHUÔN QUAY – CÁNH GẠT

Họ và tên sinh viên: DƯƠNG THỊ DIỄM
Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6/2013


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN PHÂN HỮU CƠ VI SINH KIỂU
KHUÔN QUAY – CÁNH GẠT

Tác giả

DƯƠNG THỊ DIỄM

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng ngành
Cơ Khí Chế Biến Nông Sản Thực Phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
KS. Lê Văn Tuấn

Tháng 6 năm 2013
i

CẢM TẠ
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố
Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ và tất cả các thầy cô trong
khoa đã trang bị, truyền đạt những kiến thức mới, những kinh nghiệm quý báu về cách
sống, phương pháp làm việc và nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và phấn đấu tại
trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Lê Văn Tuấn đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn
em trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em trong suốt thời
gian thực hiện đề tài.

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn
quay – cánh gạt” được tiến hành tại xưởng Thực Tập Máy Sau Thu Hoạch, khoa Cơ Khí –
Công Nghệ, trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian thực hiện từ
tháng 3 năm 2013.
Nội dung nghiên cứu:
 Tìm hiểu về phân hữu cơ vi sinh
 Xác định cơ sở thiết kế
 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc
 Tính toán thiết kế bộ phận đảo trộn vật liệu và bộ phận ép viên, lựa chọn động cơ
dẫn động.
 Công nghệ chế tạo
 Chế tạo khuôn ép
 Chế tạo cánh gạt
Kết quả thu được:

Đã hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo được máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu
khuôn quay - cánh gạt.
 Bộ phận trộn
Đường kính thùng trộn: D = 250 mm
Chiều cao thùng trôn: H = 320 mm
Chiều dài thùng trộn: L = 685 mm
Đường kính trục của dải băng: d = 45 mm
iii


Số vòng quay: n = 170 vòng/phút
 Dải băng lớn
Đường kính ngoài: D1 = 225 mm
Bề rộng dải băng: b1 = 15 mm
Đường kính trong: d1 = 195 mm
Bước xoắn: s1 = 264 mm
 Dải băng nhỏ
Đường kính ngoài: D2 = 165 mm
Bề rộng dải băng: b2 = 25 mm
Đường kính trong: d2 = 115 mm
Bước xoắn: s2 = 132 mm
 Động cơ giảm tốc
Công suất động cơ: 0,75 kW
Số vòng quay: 170 vòng/phút
 Bộ phận ép viên
Chiều dày khuôn: ho = 5 mm
Đường kính lỗ khuôn: do = 6 mm
Số lỗ khuôn: no = 1827
 Động cơ
Công suất động cơ: 22 kW

Số vòng quay: 1470 vòng/phút
Tỷ số truyền: ut = uh = 5
 Bộ truyền bánh răng hộp giảm tốc:
Môđun của cặp bánh răng: m = 3,5
Khoảng cách trục: aw = 180 mm
Số răng bánh nhỏ: z1 = 17 răng
Số răng bánh lớn: z2 = 85 răng

iv


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
 

Hình 2.1. Phân hữu cơ vi sinh .............................................................................................. 3 
Hình 2.2. Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh ................................................................ 7 
Hình 2.3. Nguyên lý làm việc các loại máy tạo viên............................................................ 9 
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn ........................................... 14 
Hình 2.5. Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt ......................................................... 19 
Hình 2.6. Cấu tạo máy vo viên 2 tầng ................................................................................ 21 
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý ép kiểu vít ................................................................................ 21 
Hình 2.8. Máy ép viên OΓM .............................................................................................. 23 
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý ép lô trong................................................................................ 24 
Hình 2.10. Máy ép lô ép ngoài ........................................................................................... 25 
Hình 4.1. Mô hình máy ép viên .......................................................................................... 30 
Hình 4.2. Khoảng cách giữa các gối đỡ ............................................................................. 48 
Hình 4.3. Biểu đồ mômen trục I ......................................................................................... 51 
Hình 4.4. Biểu đồ mômen trục II ........................................................................................ 52 
Hình 4.5. Khai triển lưới..................................................................................................... 64 
Hình 4.6. Vành khăn ........................................................................................................... 65 

Hình 4.7. Bích lớn .............................................................................................................. 66 
Hình 4.8. Bích nhỏ.............................................................................................................. 66 
Hình 4.9. Khuôn ép ............................................................................................................ 67 
Hình 4.10. Hình ảnh về khuôn ép ....................................................................................... 67 
Hình 4.11. Cánh gạt ............................................................................................................ 68 
v


MỤC LỤC

Tác giả. .................................................................................................................................. i 
CẢM TẠ ...............................................................................................................................ii 
TÓM TẮT........................................................................................................................... iii 
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................ v 
MỤC LỤC ...........................................................................................................................vi 
Chương 1: MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 
1.1. 

Tính cấp thiết .......................................................................................................... 1 

1.2. 

Mục đích đề tài........................................................................................................ 2 

Chương 2: TỔNG QUAN .................................................................................................. 3 
2.1. 

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 3 

2.1.1.  Phân hữu cơ vi sinh ................................................................................................. 3 

2.1.2.  Ưu và nhược điểm của phân hữu cơ vi sinh ........................................................... 4 
2.1.3.  Nguyên liệu để sản xuất phân vi sinh ..................................................................... 5 
2.1.4.  Công nghệ sản xuất phân vi sinh ............................................................................ 5 
2.2. 

Cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép vật thể ........................................................... 7 

2.2.1.  Khái niệm ................................................................................................................ 8 
2.2.2.  Các phương pháp nén ép ......................................................................................... 8 
2.3. 

Lý thuyết tính toán máy ép viên ........................................................................... 10 

2.3.1.  Độ nén (ép) λ......................................................................................................... 10 
2.3.2.  Độ hổng (rỗng) P .................................................................................................. 10 
2.3.3.  Hệ số dãn nở đàn hồi k.......................................................................................... 11 
vi


2.3.4.  Độ bền B của viên ................................................................................................. 11 
2.3.5.  Tính chất nới, rão của nguyên liệu........................................................................ 12 
2.3.6.  Lý thuyết phân tử .................................................................................................. 12 
2.3.7.  Phương trình ép cơ bản ......................................................................................... 13 
2.3.8.  Điều kiện để vật liệu duy chuyển theo khuôn ....................................................... 14 
2.3.9.  Chiều dài khuôn .................................................................................................... 15 
2.3.10.  Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn .......................................................................... 16 
2.3.11.  Năng suất máy ép viên .......................................................................................... 16 
2.3.12.  Công suất của máy ép viên ................................................................................... 17 
2.4. 

Quá trình hình thành sản phẩm trong rãnh hở ...................................................... 18 

2.5. 

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng khi ép sản phẩm .................... 19 

2.5.1.  Những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm ................................... 19 
2.5.2.  Những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép ............................................................. 19 
2.6. 

Các phương pháp tạo viên .................................................................................... 20 

2.7. 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các máy tạo viên ......................................... 20 

2.7.1.  Máy vo viên .......................................................................................................... 20 
2.7.2.  Máy ép kiểu vít ..................................................................................................... 21 
2.7.3.  Máy ép viên trục cán – cối vòng OΓM ................................................................. 22 
2.7.4.  Máy ép kiểu lô ép trong ........................................................................................ 24 
2.7.5.  Máy ép kiểu lô ép ngoài ........................................................................................ 25 
2.7.6.  Ý kiến thảo luận .................................................................................................... 26 
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................... 27 
3.1. 

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ....................................................................... 27 

3.2. 

Phương pháp thiết kế ............................................................................................ 27 

vii


3.3. 

Phương pháp chế tạo ............................................................................................. 28 

3.4. 

Phương pháp gia công chế tạo chi tiết .................................................................. 28 

3.5. 

Phương pháp kiểm tra máy ép viên ...................................................................... 29 

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................... 30 
4.1. 

Dữ liệu thiết kế ...................................................................................................... 30 

4.2. 

Lựa chọn mô hình máy ......................................................................................... 30 

4.3. 

Tính toán bộ phận đảo trộn vật liệu ...................................................................... 31 

4.3.1.  Các kích thước hình học của dải băng .................................................................. 31 
4.3.2.  Các kích thước khai triển của dải băng ................................................................. 32 

4.3.3.  Tính toán các thông số động học .......................................................................... 34 
4.3.4.  Chiều xoắn của dải băng ....................................................................................... 34 
4.3.5.  Công suất dải băng ................................................................................................ 34 
4.3.5.1.  Công suất dải băng lớn.......................................................................................... 35 
4.3.5.2.  Công suất dải băng nhỏ ......................................................................................... 36 
4.3.6.  Chọn động cơ ........................................................................................................ 37 
4.4. 

Tính toán bộ phận ép viên ..................................................................................... 38 

4.4.1.  Chiều dày của khuôn ............................................................................................. 38 
4.4.2.  Tính toán công suất của máy ép viên .................................................................... 38 
4.4.3.  Tính đường kính trục làm việc .............................................................................. 40 
4.4.3.1.  Phân phối tỷ số truyền........................................................................................... 40 
4.4.3.2.  Tính bộ truyền bánh răng ...................................................................................... 41 
4.4.3.3.  Thiết kế trục .......................................................................................................... 48 
4.4.3.4.  Công nghệ chế tạo ................................................................................................. 63 
4.5. 

Nhận xét kết quả thực hiện đề tài.......................................................................... 68 
viii


4.6. 

Ý kiến thảo luận .................................................................................................... 69 

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 71 
5.1. 

Kết luận ................................................................................................................. 71 

5.2. 

Đề nghị .................................................................................................................. 71 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết
Việt nam là một trong những nước xuất khẩu nông sản trên thế giới, năm 2012 đã

vượt qua Thái Lan trở thành nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu gạo. Vì vậy, nông
nghiệp có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Tại Đại hội Đảng lần thứ IX năm
2001 đã nêu ra mục tiêu từ 2001 đến 2010 cho ngành nông nghiệp là đẩy nhanh công
nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, mở rộng thị trường tiêu thụ nông sản
trong và ngoài nước, điều chỉnh quy hoạch sản xuất lương thực phù hợp với nhu cầu và
khả năng tiêu thụ, tăng năng suất đi đôi với nâng cấp chất lượng, bảo đảm an ninh lương
thực.
Trong sản xuất nông nghiệp, năng suất cây trồng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố
như độ màu mỡ của đất trồng, thời tiết, khí hậu, giống cây trồng thích hợp, công nghệ
canh tác. Việc lạm dụng các loại phân bón và thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa học
đã làm đất bạc màu nhanh chóng và ô nhiễm môi trường.

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp thì hiện nay công nghệ sản xuất
phân vi sinh cũng rất phát triển. Dây chuyền sản xuất phân vi sinh gồm nhiều công đoạn.
Trong đó tạo viên là công đoạn sản xuất quan trọng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh
dạng viên. Có hai phương pháp chính để tạo viên phân vi sinh là phương pháp vo viên và
phương pháp ép viên. Phương pháp ép viên tạo độ bền viên cao hơn so với phương pháp
vo viên. Phân vi sinh là loại phân được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ khác nhau như: Bả
bùn, rác thải sinh hoạt, các dư thừa thực vật, phân chuồng, phân rác, phân xanh…Đây là
1


những nguyên liệu đưa vào tạo viên ẩm, có độ dính cao nên phương pháp vo viên không
thực hiện được. Với viên phân bón tạo hình bằng cách vo viên có độ bền thấp, gặp nước
hay ẩm độ cao thì tan nhanh, viên phân bón tạo hình bằng cách ép viên có độ bền cao
hơn, thời gian tan lâu hơn, phù hợp với nhu cầu phát triển của cây trồng. Phương pháp ép
tạo viên có những ưu điểm vượt trội như: Sản phẩm viên có chất lượng cao. Chi phí thấp
hơn vo viên, quá trình sản xuất thân thiện với môi trường do ít tạo ra bụi, chi phí đầu tư
thấp. Do đó phương pháp ép viên được đưa vào sử dụng rộng rãi trong công nghê sản
xuất phân bón vi sinh. Cho nên, việc chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh có ý nghĩa
quan trọng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên.
Được sự cho phép của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ và dưới sự hướng
dẫn của thầy Lê Văn Tuấn, em thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu
cơ vi sinh kiểu khuôn quay – cánh gạt”.
Đây là lần đầu tiên em thực hiện đề tài nghiên cứu dưới dạng khóa luận tốt nghiệp,
với thời gian và trình độ có hạn, khóa luận sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em xin
chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa, thầy Lê Văn Tuấn, quý thầy – cô trong khoa và
các bạn sinh viên đã giúp đỡ em thực hiện đề tài này.
1.2.

Mục đích đề tài
Mục đích của đề tài là thiết kế, chế tạo máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu

khuôn quay – cánh gạt, đưa vào sản xuất năng cao hiệu quả sản xuất phân hữu cơ vi sinh,
giảm giá thành sản phẩm.
Do đó nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
 Tra cứu tài liệu phục vụ đề tài
 Lựa chọn nguyên tắc làm việc và đề ra mô hình máy
 Tính toán, thiết kế theo mô hình máy đã chọn
 Xây dựng bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết
 Tham gia chế tạo
2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.

Đối tượng nghiên cứu

2.1.1. Phân hữu cơ vi sinh /6/, /10/

Hình 2.1. Phân hữu cơ vi sinh
Phân bón hữu cơ vi sinh vật ( tên thường gọi: Phân hữu cơ vi sinh ) là sản phẩm
được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau, nhằm cung cấp chất dinh
dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển
chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn qui định, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông
sản. Phân hữu cơ vi sinh vật không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường
sinh thái và chất lượng nông sản.
3

Phân vi sinh là tập hợp một nhóm vi sinh vật, hoặc nhiều nhóm vi sinh vật, chúng
được nhân lên từ các chế phẩm vi sinh và tồn tại trong các chất mang không vô trùng.
Tác dụng của phân hữu cơ vi sinh là: một mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho cây
trồng, mặt khác cải thiện đặc tính vật lý của đất, làm tơi xốp, thông thoáng, giữ ẩm tốt,
nhờ vậy cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất được tốt hơn, cho năng suất cao hơn.
Phân hữu cơ hay hữu cơ – vi sinh có thể chia thành ba nhóm như sau:
 Nhóm vi sinh có: chế phẩm vi sinh vật, phân vi sinh
 Nhóm hữu cơ có: phân hữu cơ, phân sinh học
 Nhóm hỗn hợp có: phân hữu cơ – vi sinh, phân phức hợp hữu cơ vi sinh
2.1.2. Ưu và nhược điểm của phân hữu cơ vi sinh /10/
Ưu điểm:
-

Sử dụng phân bón có thể tăng năng suất cây trồng lên rất nhiều

-

Sử dụng phân bón vi sinh giúp trả lại độ phì nhiêu cho đất bằng cách làm tăng hàm
lượng photpho va kali dễ tan trong đất canh tác. Các nhà khoa học đã kết luận: Sử
dụng phân hữu cơ vi sinh làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng sản phẩm tốt
hơn, giảm ô nhiễm của hàm lượng NO3. Điều này cũng có nghĩa phân hữu cơ vi
sinh đã góp phần quan trọng trong việc cải tạo đất, đáp ứng cho một nền nông
nghiệp hữu cơ bền vững, xanh sạch và an toàn.

-

Góp phần làm giảm các vấn đề ô nhiễm môi trường, ít gây nhiễm độc hóa chất
trong các loại nông sản thực phẩm so với sử dụng phân bón hóa học.

-

Hiệu quả của vi sinh vật trong việc làm tăng khả năng sinh trưởng và phát triển cây
trồng, tiết kiệm phân bón hóa học cũng như tăng năng suất, chất lượng nông sản.

-

Các sản phẩm vi sinh như phân bón vi sinh vật cố định Nitơ, phân giải photphat
khó tan, chế phẩm vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật.

-

Bón được cho nhiều loại cây trồng.

-

Có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết việc làm cho một số lao động,
ngoài ra giảm một phần chi phí ngoại tệ nhập khẩu phân hóa học.
4


Nhược điểm:
-

Phân vi sinh gồm các vi sinh vật sống hoạt động nên thời gian bảo quản ngắn,
không quá 6 tháng, không được đóng gói kín, để không khí có thể lọt vào được.

-

Khi bón cần luôn giữ đủ độ ẩm đất cần thiết thì vi sinh vật trong phân vi sinh mới
hoạt động tốt.

-

Chế phẩm vi sinh vật là một vật liệu sống, vì vậy nếu cất giữ trong điều kiện nhiệt
độ cao hơn 30oC hoặc ở nơi có ánh nắng trực tiếp chiếu vào, thì một số vi sinh vật
bị chết. Do đó hiệu quả của chế phẩm bị giảm sút. Cần cất giữ phân vi sinh vật ở
nơi mát và không bị ánh nắng chiếu vào.

2.1.3. Nguyên liệu để sản xuất phân vi sinh /6/, /8/, /10/
Bả bùn, rác thải sinh hoạt, các dư thừa thực vật: Bả cà phê, xơ dừa, chất thải trong
chăn nuôi, phân rác, phân xanh và một số chất vô cơ cần thiết cho sự sinh trưởng và phát
triển cây trồng.
2.1.4. Yêu cầu kỹ thuật của viên:
Kích thước viên: Các viên tạo ra có thể có dạng hình trụ, lăng trụ hoặc viên định
hình, đường kính từ 2,5 – 8 mm hoặc lớn hơn. Độ dài của viên được xác định phụ
thuộc vào đường kính của viên.
Độ cứng của viên: Đóng vai trò quan trọng, không quá cứng, không quá mềm. nếu
cứng quá khó tan, không đủ độ cứng viên dễ bị vỡ nát.
Viên cần có độ đồng đều cao.
Viên đưa vào đóng gói phải có độ ẩm ở chế độ bảo quản, nhiệt độ của viên bằng
với nhiệt độ môi trường.
Độ chặt của viên hình thành đạt 1,2 ÷ 1,4 g/cm3.
2.1.5. Công nghệ sản xuất phân vi sinh
Để sản xuất phân bón vi sinh cần thực hiện các bước sau:
5


-

Bước 1: Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật.

-

Bước 2: Xác định đặc tính sinh lý, sinh hóa, xác định xem chủng vi sinh vật phân
lập được có an toàn với người, động thực vật và môi trường sinh thái không.

-

Bước 3: Lên men thu sinh khối vi sinh vật.

-

Bước 4: Chuẩn bị chất mang: Chất mang ở đây có thể là than bùn hoặc là mùn hữu
cơ của nhà máy xử lý rác thải. Chất mang được đóng bao, có thể thanh trùng hoặc
không.

-

Bước 5: Phối trộn các vi sinh vật sau đó tiêm vi sinh vật vào các bao chất mang.

-

Bước 6: Ủ sinh trưởng: Tùy thuộc vào đặc điểm của các chủng vi sinh vật mà có
chế độ ủ khác nhau, nhưng thường là trong từ 3-5 ngày ở nhiệt độ xác định khoảng
300 C.

-

Bước 7: Kiểm tra mật độ vi sinh vật xem có đạt yêu cầu không rồi bán ra ngoài thị
trường.

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 nguyên liệu, ở đây các
nguyên 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.
Từ quy trình công nghệ ta 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 nó bao gồm hai quá trình chủ yểu là quá trình sinh học và cơ
học. Các quá trình cơ học trong sản xuất phân vi sinh gồm có định lượng tạo hỗn hợp, tạo
viên. Vấn đề chủ yếu ở mức độ cơ giới hóa (tự động hóa) và chế phẩm vi sinh vật gốc
dùng ủ phân.

6


-

Giống vi sinh vật gốc
Môi trường dinh
dưỡng

NPK, vi lượng, chất
kích thích sinh trưởng

Nước thải rửa,
nước xử lý khí,
bụi

Xử lý khí, bụi

Bùn cặn hữu cơ, than bùn
đem khử mùi, phế liệu hữu
cơ thực vật, phơi khô,
nghiền, sàng tách tạp chất.

Phối trộn nguyên liệu

Ủ hảo khí (cưỡng bức) đảo trộn
định kỳ

Thổi khô (ủ chín)

Các chất phụ gia
(đa, trung vi
lượng) và vi sinh
vật gốc

Nghiền, sàng, phân loại

Phối trộn thành phẩm

Phân bột

Ép viên, vo viên

Đóng bao

Đóng bao, phân
viên
Hình 2.2. Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh

2.2.

Cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép vật thể /4/, /5/
7


2.2.1. Khái niệm
Nén ép là quá trình xích lại gần của các phân tử nguyên liệu dưới tác dụng của
ngoại lực, kết quả là khối lượng riêng được tăng lên.
Nhìn từ góc độ sản phẩm thì quá trình nén – ép là quá trình tạo ra khối sản phẩm
phụ thuộc vào khối lượng riêng và độ sệt của nó. Khối sản phẩm tại ra có thể giữ được
hình dạng dưới ảnh hưởng của nội lực liên kết hay phản lực ngoài từ các vật giới hạn ( bởi
các bộ phận làm việc của máy như thanh viền, thành bình, thành máng…).
Mục đích của quá trình nén ép là ngoài công việc tách pha lỏng, lèn chặt sản phẩm
nhằm cải tiến điều kiện vận chuyển, nó còn làm cho sản phẩm có hình dạng nhất định.
Máy tạo hình sản phẩm bằng phương pháp nén ép được ứng dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp:
-

Công nghiệp hóa học: Dùng để gia công vật liệu dẻo thành sản phẩm bằng phương

pháp đúc dưới áp lực.

-

Công nghiệp thực phẩm: Dùng để sản xuất các loại bánh kẹo và các hình dạng phù
hợp thị hiếu người tiêu dùng. Sản xuất các loại thức ăn viên trong chăn nuôi gia
súc, thủy cầm,…

2.2.2. Các phương pháp nén ép
Quá trình nén – ép tạo hình có các phương pháp sau: Nén, xoắn, rung, ép trào, cán
lăn.
Nếu quá trình nén – ép trong thể tích kín được gọi là ép.
Theo trị số áp suất nén ép mà người ta phân chia thành:
-

Ép không có chất phụ gia dính kết ở áp suất nhỏ (150 ÷ 200 kG/cm2)

-

Ép dưới áp suất cao (300 ÷ 350 kG/cm2)

-

Ép dưới áp suất nhỏ (50 ÷ 100 kG/cm2)

8


Phương pháp tạo thành viên nhỏ cho phép thu được sản phẩm có chỉ số ép cao
nhất.

Hình 2.3. Nguyên lý làm việc các loại máy tạo viên

1,2. Các nguyên lý pittông; 3,4. Các nguyên lý dập (đóng dấu hay cối – khuôn)
5,6,7. Các nguyên lý rulô; 8. Băng tải; 9. Các nguyên lý ép vít
10. Các nguyên lý đúc ép (ép bằng vít với áp suất cao); 11,12. Các nguyên lý trục cán
13,14,15,16. Các nguyên lý kiểu các trục có khuôn ép vòng
17,18. Các nguyên lý kiểu các trục có khuôn ép phẳng
9


2.3.

Lý thuyết tính toán máy ép viên

2.3.1. Độ nén (ép) λ


V
V1

(2.1)

V và V1 – thể tích của hỗn hợp trước và sau khi nén ép
Nếu buồng ép có tiết diện S không đổi thì:


S .h0 h0

S .h1 h1

(2.2)

ho và h1 – chiều cao lớp hỗn hợp trước và sau khi ép.
Ta cũng có thể tính:


1
0

(2.3)

ρ0 và ρ1 – khối lượng thể tích của hỗn hợp trước và sau khi ép, kg/m3
2.3.2. Độ hổng (rỗng) P của khối hỗn hợp được xác định bằng:
P

V0
V
 1 r
V
V

(2.4)

Trong đó:
V – thể tích của toàn bộ khối hỗn hợp
V0 – thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử
Vr – thể tích phần chất rắn trong hỗn hợp
Độ hổng P’ của các viên đã được ép cũng được tính tương tự như sau:

10


P' 

V '0
V'
 1 r
V'
V'

(2.5)

Trong đó:
V’ – thể tích của cả khối đã nén ép
V’0 – thể tích của các khoảng trống giữa các phần tử
V’r – thể tích phần chất rắn trong khối đã ép
Độ hổng liên quan chặt chẽ với khối lượng thể tích ρ của nguyên liệu tơi, giảm
theo tuyến tính khi tăng ρ. Đối với các viên hay bánh có ρ = 600 ÷ 800kg/m3 thì độ hổng
P = 45 ÷ 60%.
2.3.3. Hệ số dãn nở đàn hồi k
Hệ số dãn nở đàn hồi k là tỷ số giữa thể tích Vd sau khi nén nở ra với thể tích Vn
dưới áp lực nén:
k

Vd
Vn

(2.6)

Để đảm bảo cho viên ép được chắc, không bị vỡ hoặc nứt thì k = 1,1 ÷ 1,15.
2.3.4. Độ bền B của viên
Theo Pôđkôlzin I.V. có thể tính độ bền B theo công thức:
B  98,5  44.10 3.e 0.001

(2.7)

ρ – khối lượng riêng của phân vi sinh, kg/m3
Từ đó cũng có thể đánh giá chất lượng tạo viên bằng “độ vụn”, V = 100 – B

11


2.3.5. Tính chất nới, rão của nguyên liệu
Tính chất nới của nguyên liệu nghĩa là ứng suất tác động giảm dần tới một trị số
nào đó khi biến dạng không đổi theo thời gian và tính chất rão của nguyên liệu nghĩa là
biến dạng nén tăng dần theo thời gian trong khi giữ nguyên ứng suất nén.
Đối với tính chất nới, theo Măcxuel, ứng suất sẽ giảm dần theo công thức sau đây:
   0 .e  G .t / 

(2.8)

Trong đó:
τ0 - ứng suất ban đầu (khi t = 0), Pa
G – mô đun đàn hồi, (Pa)
η – độ nhớt, (Pa.s)
t – thời gian diễn biến (s)
Đại lượng



G

 Tn gọi là chu kỳ nới, nghĩa là trong số thời gian đó, ứng suất sẽ

giảm e = 2,72 lần.
2.3.6. Lý thuyết phân tử
Hiện nay có một số thuyết (mao dẫn, keo, phân tử và các thuyết khác) được sử
dụng để mô tả kết cấu bên trong sản phẩm ép và làm rõ nguyên nhân tạo ra hiệu lực liên
kết giữa các phần tử trong khối sản phẩm đã được nén chặt. Trong các thuyết ấy, thuyết
phân tử dựa trên cơ sở nhiệt động lực học do V.M. Naumovich phát minh được sử dụng
rộng rãi hơn cả. Theo thuyết phân tử thì nguyên nhân cơ bản tạo ra liên kết các phân tử
rắn lại với nhau là sự bám dính. Cũng theo thuyết này thì sự hiện diện của lực hút phân tử
giữa các phân tử sẽ dẫn đến sự xuất hiện lực hút tương tự như lực bám dính.
Sự nâng cao áp suất góp phần làm chắc them khối sản phẩm do đã san lấp được
các rỗ khí, các hốc rỗng và tăng thêm diện tích tiếp xúc giữa các phần tử. Chính những
12


nguyên nhân này đã làm cho lực dính phân tử tăng lên. Khi khối sản phẩm đạt đến trạng
thái không xốp (bên trong không có lỗ rỗng) thì việc tăng thêm áp suất sẽ mất ý nghĩa.
2.3.7. Phương trình ép cơ bản
Chỉ số cơ bản đặc trưng cho quá trình nén ép bắt kỳ là khối lượng riêng của sản
phẩm.
Bằng thực nghiệm, hai nhà bác học I.A.P olgov và V.I.Oxobov xây dựng phương
trình ép cơ bản, phương trình này được xây dựng trên 4 tiên đề sau:
-

Khối lượng riêng ban đầu của vật liệu như nhau trong toàn bộ buồng ép.

-

Khối lượng riêng của vật liệu trong quá trình nén tăng liên tục.

-

Ứng lực khi nén tĩnh không phụ thuộc vào vận tốc biến dạng.

-

Ứng suất pháp trên mặt cắt ngang bất kì của buồng nén được phân bố đều.
Dựa vào những tiên đề trên cho phép coi đạo hàm của áp lực theo khối lượng riêng

là hàm liên tục của áp lực đặt:
dp
 f ( p)
d

(2.9)

Kết quả nghiên cứu quá trình ép chứng tỏ hàm f(p) là hàm tuyến tính. Nghĩa là:
dp
 ap  b
d

(2.10)

Như vậy ta sẽ suy ra:





p  C. e a (   ol )  1

(2.11)

Trong đó: C – là thông số không đổi, c = b/a
Đối với trạng thái vật thể đàn hồi, nhớt dẻo, ta cần quan tâm tính lưu biến của sản
phẩm trong quá trình nén ép. Do đó, cùng với sự phụ thuộc p = f(p) biểu diễn theo
phương trình ép cơ bản, ta xét mối quan hệ giữa áp suất nén và biến dạng.
13


p= f(ε)

(2.12)

Thông qua khảo nghiệm ta tìm ra công thức thực nghiệm:
a.0

p  c.e 1

(2.13)

Từ công thức (2.13) ta thấy, để đạt một trị số biến dạng như nhau, nếu khối lượng
riêng ban đầu ρ0 càng lớn thì áp lực cần thiết tác dụng vào khối sản phẩm càng cao.
2.3.8. Điều kiện để vật liệu di chuyển theo khuôn

Hình 2.4. Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khuôn
Xét một chất điểm vật liệu M có khối lượng M di chuyển theo khuôn đến vị trí M

có góc quay ωt.
Để vật liệu di chuyển theo khuôn:


Khi cosωt = 1 => ω >

g. cos t
f .R

(2.14)

g
f .R

Với: ω – vận tốc góc của khuôn, 1/s
14


R – bán kính của khuôn, m
f – hệ số ma sát
g – gia tốc trọng trường, m/s2
m – khối lượng vật liệu, g
Ta chỉ xét ở góc phần tư thứ I và IV, còn ở góc phần tư thứ II, III thì mg cùng
chiều với chiều quay của khuôn. Khi đó vật liệu chuyển động theo khuôn dưới tác dụng
của trọng lực.
2.3.9. Chiều dài khuôn
Để nén áp suất P cần thiết cho sản phẩm thì ma sát lỗ khuôn phải giữ khối vật liệu
lại để tiếp tục dồn nén khi đạt P thì vật liệu mới dịch chuyển khỏi lỗ.
h0 

d 0 .1   
4. . f

(2.15)

Với:


1
1  k 0 . f ..1 .(ab  a1  1)

ko 

kb
.H .1 .
kt

;

f 

(2.16)
Pt
Ph

Trong đó:
h0 – chiều dày của lỗ hay chiều dài của khuôn, mm
d0 – đường kính của lỗ khuôn, m
f – hệ số ma sát của vật liệu với thành lỗ khuôn, f = 0,29 ÷ 0,3
μ – hệ số Poisson

15