NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHUÔN VÒNG CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRẦN QUANG PHONG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ
TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BĨN
HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHN VỊNG
CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỒNG NAI, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRẦN QUANG PHONG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ
TỐI ƯU CHO MÁY ÉP VIÊN PHÂN BĨN
HỮU CƠ VI SINH KIỂU KHN VỊNG
CỐ ĐỊNH - CÁNH QUAY

CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60 52 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NHƯ NAM

ĐỒNG NAI, 2014


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu , kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.
Tác giả luận văn

Trần Quang Phong


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến:
- Thầy TS. Nguyễn Như Nam, Giảng viên bộ môn Máy Sau thu hoạch - Chế
biến, khoa Cơ khí – Cơng nghệ, Trường Đại học Nơng Lâm TP. Hồ Chí
Minh là Giáo viên hướng dẫn đề tài .Thầy đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài. Qua thời gian làm

việc cùng thầy, tơi đã có những kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận
định đánh giá một vấn đề ...Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước vững chắc trong
công tác giảng dạy của mình sau này.
- Thầy PGS.TS Nuyễn Phan Thiết : Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học
Trường Đại Học Lâm Nghiệp
- Thầy PGS.TS Dương Văn Tài trưởng khoa sau Đại Học, Chủ nhiệm khoa
cơ điện và công trình,Chủ nhiệm bộ mơn máy chun dùng Trường Đại Học
Lâm Nghiệp.
- Ban Giám Hiệu , Phòng Đào tạo sau Đại Học Trường Đại Học Lâm Nghiệp
và toàn thể giảng viên giãng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương trình
đào tạo sau Đai Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn
- Các Anh học viên lớp cao học khóa K20 năm 2012 – 2014 đã hổ trợ, giúp
đở, động viên chia sẻ kinh nghiệm trong học tập và làm việc.
- Xin cảm ơn quí Thầy, Cô phản biện đề tài cho những lời nhận xét q báu.
Qua những phản hồi đó tơi có thể để hồn thiện hơn q trình nghiên cứu.
Tác giả

Trần Quang Phong


iii

MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Chương 1

1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.2.
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.3.
Chương 2
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.2.
2.2.1
2.2.2
2.3.
2.4.
2.5.
2.5.1.
2.5.2.
2.6.
2.6.1.
2.6.2.
2.6.3.
Chương 3
3.1.

3.1.1.

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng luận các cơng trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu
Tổng luận về công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi
sinh dạng viên
Tổng luận các cơng trình về máy ép viên kiểu khn vịng
Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu
Cơng nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh
Lý thuyết ép viên
Cấu tạo và lý thuyết tính tốn máy ép viên kiểu khn
vịng cố định – cánh quay
Ý kiến thảo luận
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát
Mục tiêu cụ thể
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Cách tiếp cận
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp tối ưu hóa
Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu
Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu
Giải các bài tốn tối ưu hóa

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu máy ép viên kiểu khn vịng – cánh quay
MEVKVCQ – 350 bằng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm
Mơ hình thực nghiệm

Trang
i
ii
iii
vi
viii
ix
1
5
5
5
9
13
13
17
25
32
33
33
33
33
33
33
34

34
34
34
34
35
45
45
46
47
48
48

48


iv

3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
Chương 4
4.1.
4.2.
Phụ lục 1
P.1.1

P.1.2
P.1.2.1
P.1.2.2
P.1.3
P.1.3.1
P.1.3.2
Phụ lục 2
P.2.1
P.2.2
P.2.2.1
P.2.2.2
P.2.2.3
P.2.2.4
P.2.3

P.2.3.1

Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I
Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc II
Ý kiến thảo luận
Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khn vịng –
cánh quay MEVKVCQ – 350
Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu
Kết quả xác định các thơng số tối ưu hóa đơn mục tiêu
Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đa mục tiêu theo
phương pháp trọng số
Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu
KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ
Kết luận
Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Thực nghiệm theo quy hoạch bậc I
Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc I
Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên phân
Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi khơng
có số hạng chéo
Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi có số
hạng chéo (mã hóa)
Kết quả xử lý số liệu hàm mức tiêu thụ điện năng riêng (
mã hóa)
Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng
riêng khi khơng có số hạng chéo (mã hóa)
Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng
riêng khi có số hạng chéo (mã hóa)
Thực nghiệm theo quy hoạch bậc II
Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch bậc II
Kết quả xử lý số liệu cho hàm độ bền viên( mã hóa)
Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần I(mã
hóa)
Kết quả phân tích phương sai hàm độ bền viên lần II (mã
hóa)
Kết quả tính tốn hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng
mã hóa
Kết quả tính tốn hệ số hồi quy hàm độ bền viên ở dạng
thực
Kết quả xử lý số liệu cho hàm mức tiêu thụ điện năng
riêng (mã hóa)

50

55
67
67

Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng
riêng lần I (mã hóa)

93

67
67
70
73
77
77
78
79
83
83
83
84
84
85
86
86
87
89
89
90
90

91
92
92
93


v

P.2.3.2
P.2.3.3
P.2.3.4
Phụ lục 3
P.3.1
P.3.2
Phụ lục 4
P.4.1
P.4.1.1
P.4.1.2
P.4.2
Phụ lục 5

Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng
riêng lần II (mã hóa)
Kết quả tính tốn hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện
năng riêng ở dạng mã hóa
Kết quả tính tốn hệ số hồi quy hàm mức tiêu thụ điện
năng riêng ở dạng thực
Vẽ đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng
Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm độ bền
viên

Các đồ thị biểu diễn các bề mặt đáp ứng của hàm mức tiêu
thụ điện năng riêng
Kết quả tính tốn tối ưu hóa
Kết quả tính tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu
Kết quả tính tốn tối ưu hóa hàm y1 (hay B)
Kết quả tính tốn tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar)
Kết quả tính tốn tối ưu hóa đa mục tiêu
Một số hình ảnh thực hiện đề tài

94
94
95
96
96
100
103
103
103
103
104
109


vi

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Ký hiệu
A
Ar
Ar

B
B
f
Fms
G
h
Η
k
k1
k2
M
n
n
ntn
n0
N
p
q
Q
S1
S2
s
x1
x2
x3
x4
x5
y1
y2


R
Ω


Ý nghĩa
Điện năng tiêu thụ
Mức tiêu thụ điện năng riêng
Mức chi phí điện năng riêng để ép trung bình của mẫu
Độ bền viên phân bón
Độ bền viên phân ép trung bình của mẫu
Hệ số ma sát của vật với thành khuôn
Lực ma sát
Mô đun đàn hồi
Khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn ép
Độ nhớt động lực
Số yếu tố đầu vào
Hệ số cản trở và gián đoạn của vật liệu khi qua các lỗ
Hệ số
Khối lượng vật liệu ép
Số vòng quay
Dung lượng mẫu
Số thí nghiệm
Số thí nghiệm lặp ở tâm
Cơng suất điện sử dụng
Chỉ số rút gọn
LƯợNG cung cấp
Năng suất máy
Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón
được ép của mẫu thí nghiệm
Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện năng

riêng để ép của mẫu thí nghiệm
Chiều dày khn ép
Số vịng quay của trục máy (cánh quay) n ở dạng mã
hóa
Khe hở giữa đầu cánh và bề mặt khn h ở dạng mã
hóa
Bán kính cong cánh gạt Rc ở dạng mã hóa
Năng suất hay lượng cung cấp q ở dạng mã hóa
Bề dày khn s ở dạng mã hóa
Hàm hồi quy độ bền viên phân ép ở dạng mã hóa
Hàm hồi quy mức tiêu thụ điện năng riêng để ép
Hệ số Poisson
Bán kính cánh gạt
Vận tốc góc
Mức độ nén ép

Thứ nguyên
kWh
kWh/t
kWh/t
%
%
N
Pa
mm
pa.S
tấn, kg
vg/ph
kw
kg/ph

tấn/h, kg/ph
%
kWh/t
mm
%
kWh/t
m, mm
1/s
-


vii

Pđ
T
Z2
V
pc

1; 2
T
tp/2
p
τ0

Lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn
Thời gian biến dạng
Số lỗ khuôn
Vận tốc
Áp suất dư cạnh bên

Mức điểm sao
Các trọng số hay thông số điều khiển
Thời gian ép
Chuẩn số theo tiêu chuẩn student
Mức nghĩa
ứng suất ban đầu

N
s
cái
m/s
N/m2
h, ph
Pa


viii

Danh mục các bảng
Số bảng
Bảng 2.1.

Tên bảng
Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc I
(chưa ngẫu nhiên hóa).

Bảng 2.2.

Ma trận thí nghiệm cho phương án thực nghiệm bậc II (chưa
ngẫu nhiên hóa)Box – Hun ter .

43

Bảng 3.1.
Bảng 3.2.
Bảng 3.3.
Bảng 3.4.
Bảng 3.5.
Bảng 3.6.
Bảng 3.7.

Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I.
Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc I.
Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II.
Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm bậc II.
Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y1 (bề mặt đáp ứng).
Kết quả nhận dạng các đồ thị của hàm y2 (bề mặt đáp ứng.)
Kết quả thí nghiệm tại chế độ làm việc tối ưu.

50
51
56
57
63
66
74

Trang
41

ix

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Số hình

Tên hình

Hình 1.1.

Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản
xuất phân hữu cơ vi sinh
Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh
Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng
Sơ đồ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ than bùn
Mơ hình máy ép viên kiểu cối vịng con lăn
Kết cấu của buồng tạo viên
Máy ép viên kiểu khn vịng – con lăn của hãng Bliss (Mĩ)
Máy ép viên kiểu khn vịng – con lăn của hãng Myang
(Trung Quốc)
Sơ đồ tác dụng của phân hữu cơ vi sinh tới cây trồng (theo
Baumann E. 1969)
Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
Các nguyên lý ép viên
Độ bền lý thuyết và đặc tính liên kết phụ thuộc vào kích
thước các phần tử
Sự hình thành hạt theo phương pháp nén ép
Sơ đồ cấu tạo của máy ép viên khn vịng cố định – cánh
quay
Máy ép viên kiểu khn vịng – cánh quay phẳng của khoa

Cơ khí – Cơng nghệ trường đại học Nơng Lâm Thành phố
Hồ Chí Minh
Sơ đồ tạo hình trong rãnh hở của cánh gạt
Sơ đồ lực tác động tại một điểm bắt kì trên khn
Thước mét (dạng thước cuộn)
Thước kẹp
Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238
Đồng hồ bấm giây
Cân đĩa Nhơn Hòa loại 60 kg
Cân điện tử
Đồng hồ đo cường độ dòng điện KYORITSU – 2017
Công tơ điện 3 pha AMSYS OMWH – 345T – 1
Mơ hình bài tốn ‘Hộp đen’
Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm
độ bền viên y1 dạng mã hóa.
Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm
độ bền viên B dạng thực.
Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng không gian 3 chiều.
Đồ thị quan hệ B – n – h ở dạng phẳng.

Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.
Hình 1.8.
Hình 1.9.
Hình 1.10.
Hình 1.11.

Hình 1.12.
Hình 1.13.
Hình 1.14.
Hình 1.15.
Hình 1.16.
Hình 1.17.
Hình 2.1.
Hình 2.2.
Hình 2.3.
Hình 2.4.
Hình 2.5.
Hình 2.6.
Hình 2.7.
Hình 2.8.
Hình 3.1.
Hình 3.2.
Hình 3.3.
Hình 3.4.
Hình 3.5.

Trang
6
6
7
8
9
10
11
11
14

16
19
21
25
26
28

29
29
36
36
37
37
38
38
38
38
49
60
60
62
62


x

Hình 3.6.
Hình 3.7.
Hình 3.8.
Hình 3.9.

Hình P.1
Hình P.2
Hình P.3
Hình P.4
Hình P.5

Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến mức
tiêu thụ điện năng riêng để ép Ar dạng thực.
Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến hàm
mức tiêu thụ điện năng riêng để ép y2 dạng mã hóa.
Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng không gian 3 chiều.
Đồ thị quan hệ Ar – n – h ở dạng phẳng.
Máy ép viên.
Kiểm tra máy ép viên trước khi vận hành.
Vận hành máy ép viên.
Thu sản phẩm.
Viên phân được làm khô.

64
64
66
66
109
109
109
110
110


1

MỞ ĐẦU
Phân bón cung cấp bổ sung cho đất các chất dinh dưỡng để thúc đẩy cây phát
triển, nâng cao năng suất và chất lượng. Phân bón thường được dùng rải trực tiếp
trên đất hay cũng được phun trên lá (dinh dưỡng qua lá). Phân bón được chia thành
phân bón hữu cơ và vô cơ, với sự khác biệt giữa chúng là nguồn gốc chứ không
phải là sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng.
Phân hữu cơ vi sinh bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ
như các loại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng, phụ phế phẩm trong sản
xuất thực phẩm ... Thành phần của phân hữu cơ vi sinh rất phong phú trong đó chứa
hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Đây là nguồn nguyên liệu
phong phú, khơng bao giờ cạn, có mặt khắp nơi, đơi khi nếu không xử lý hết sẽ gây
ô nhiễm môi trường. Phân hữu cơ vi sinh rất thân thiện với cây trồng, con người,
đất. Cung cấp những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, không làm hại cho sức
khỏe con người và làm đất trồng tơi xốp, giúp cây phát triển tốt hơn.
Tuy nhiên khi bón cho cây trồng ở dạng bột thì phân tan nhanh, nếu bón ở
ruộng lúa nước thì phân hồ tan nhanh vào nước, cây khơng kịp hấp thụ hết chất
dinh dưỡng mà ta cung cấp, cịn nếu bón trên cánh đồng khơ thì tưới nước hay trời
mưa thì hầu như lượng phân bón sẽ theo dòng nước tập trung vào những nơi đất
trũng, vùng đất thấp. Chất dinh dưỡng trong phân tan nhanh không phù hợp với nhu
cầu sinh trưởng của cây trồng. Vì vậy, phân bón cần được tạo viên.
Có hai phương pháp tạo viên phân hữu cơ vi sinh chủ yếu là phương pháp vo
viên và phương pháp ép viên. Viên phân được sản xuất bằng phương pháp vo viên
cho độ bền viên kém hơn so với viên phân được sản xuất bằng phương pháp ép
viên, thời gian viên phân tan trong nước hay trong mơi trường có độ ẩm cũng thấp
hơn. Nhưng phương pháp vo viên lại có ưu điểm so với phương pháp ép viên là cấu
tạo thiết bị tạo viên đơn giản, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp hơn.
Mặt khác phân hữu cơ vi sinh là đối tượng gia cơng có tính dính, vón cục và
hệ số ma sát lớn. Đây là những đặc tính ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc
của tất cả các máy tạo viên, kể cả máy ép viên hay máy vo viên.

2

Có nhiều ngun lý ép viên như: ép bằng píttơng, ép bằng vít, ép bằng trục
cán, ép kiểu dập, ép bằng rulo, ép bằng băng tải, ép kiểu trục có khn ép vịng, ép
kiểu trục có khn ép phẳng.
Ngun lý ép viên kiểu pittơng được dùng chủ yếu để đóng bánh thức ăn
chăn nuôi, ép tách pha lỏng, ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số cơng nghệ
sản xuất. Năm 2011, Đỗ Hữu Quyết và Bùi Việt Đức [16, tr.650 – 661] đã áp dụng
nguyên lý ép viên kiểu pittơng để ép viên phân bón kiểu “dúi”. Do cịn những tồn
tại về mặt cơng nghệ bởi chính ngun lý ép pittông là độ cứng, độ chặt viên quá
lớn khơng thích hợp cho đa số cây trồng hiện nay. Mặt khác ép bằng pittông lại cho
năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng cao, nguyên lý làm việc phức tạp,…nên
thiết bị ép viên này mới dừng lại ở thử nghiệm.
Nguyên lý ép vít được dùng chủ yếu để ép viên thức ăn thủy sản (dạng viên
nổi hoặc chìm), ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số cơng nghệ sản xuất như
ép bún tươi, chất dẻo, phân bón hữu cơ hoặc hữu cơ vi sinh,.…Trong giai đoạn từ
năm 1980 – 2000, đã có nhiều cơng ty sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh như cơng ty
Sơng Gianh (Quảng Bình), Thiên Sinh (Thành phố Hồ Chí Minh),…sử dụng máy
ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu vít. Nhưng các loại máy ép viên phân bón này
cũng có nhược điểm là năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng và giá thành sản
xuất cao, nên hầu hết các đơn vị này đều quay về với phương pháp vo viên truyền
thống.
Nguyên lý ép bằng trục cán được dùng nhiều trong sản xuất hóa chất, năng
lượng, dược phẩm như phân bón vơ cơ, viên thanh đốt có nguồn gốc thực vật hay
năng lượng hóa thạch, thuốc chữa bệnh. Nguyên lý ép này có u cầu cơng nghệ
chế tạo cơ khí cao, khó làm sạch trục cán cho đối tượng có độ dính và hệ số ma sát
lớn nên chưa được ứng dụng trong cơng nghệ sản xuất viên phân bón hữu cơ vi sinh
ở trong nước.

Nguyên lý ép kiểu dập chỉ thích hợp cho sản phẩm viên có u cầu độ bền,
độ cứng cao như thuốc chữa bệnh.
Nguyên lý ép bằng rulo chỉ được dùng để đóng bánh rơm, cỏ để bảo quản, dự
trữ làm thức ăn cho đại gia súc.


3

Nguyên lý ép bằng băng tải chỉ được dùng để ép tách nước sơ bộ.
Nguyên lý ép kiểu trục có khn ép vịng và ép kiểu trục có khn ép phẳng
được dùng chủ yếu trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, tạo viên chất đốt. Sử dụng
nguyên lý ép này trong sản xuất phân bón hữu cơ cho năng suất thấp, khi hỗn hợp
ép có độ ẩm, độ dính cao thì khơng thể tạo viên được.
Để khác phục các tồn tại của phương pháp ép viên trong công nghệ sản xuất
phân bón hữu cơ vi sinh kiểu khn vịng, năm 2007 hai tác giả Trần Thị Thanh và
Nguyễn Thị Kiều Hạnh đã đề xuất nguyên lý ép viên mới là ép kiểu khn vịng cố
định – cánh ép quay cải tiến từ ngun lý ép kiểu trục có khn vịng quay. Nhờ
khắc phục được các tồn tại công nghệ của các phương pháp ép trước đó là độ bền,
năng suất và dạng cấu trúc thiết bị nên nguyên lý ép cải tiến này đã được triển khai
ở hầu hết các vùng miền trong nước. Do là nguyên lý ép mới, nên lý thuyết tính
tốn, kết cấu và cơng nghệ máy ép viên chưa được hồn chỉnh, nên khơng thể xác
định được các thông số tối ưu bằng lý thuyết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Vì vậy,
việc xác định các thông số tối ưu cho loại máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh này
để nâng cao hiệu quả sản xuất có tính cấp thiết và tính thời sự cao. Được sự chấp
thuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Cơng trình, Ban Giám hiệu trường
Đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Như Nam, tôi thực
hiện đề tài:
“ Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên phân bón
hửu cơ vi sinh kiểu khn vịng cố định - cánh quay”
* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng
viên bằng máy ép viên kiểu khn vịng cố định – cánh quay.
- Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khn
vịng cố định – cánh quay theo các chỉ tiêu độ bền viên phân cao nhất và chi phí
năng lượng riêng bé nhất.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Máy được nghiên cứu trên mơ hình máy thực, tìm ra một số thơng số tối ưu.
- Góp phần giải quyết vấn đề sản xuất phân bón trong nước hiện nay.


4

* Tính mới của đề tài:
Nguyên lý tạo viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khn vịng cố định, cánh ép
quay là nguyên lý làm việc mới. Nguyên lý này khác biệt với nguyên lý ép viên
kiểu khuôn quay, trục quay dùng tạo viên trong sản xuất thức ăn chăn ni. Vì vậy
các thơng số kết cấu, thơng số kỹ thuật và thông số công nghệ của máy ép viên theo
nguyên lý chưa được nghiên cứu đầy đủ, sẽ là tính mới cho đề tài của luận văn.
Đề tài được nghiên cứu dưới dạng luận văn thạc sĩ nên bị hạn chế về thời
gian, kinh phí. Được tiến hành thực nghiệm trên mơ hình máy thực nên gặp trở ngại
về thời gian tổ chức thực nghiệm, kinh phí thực hiện.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự quan tâm giúp đỡ của q thầy, cơ trong
và ngồi trường, các bạn đồng nghiệp, các cơ quan hữu quan đã động viên, giúp đỡ
tơi trong q trình hồn thành luận văn thạc sĩ .


5

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.

Tổng luận các cơng trình đã cơng bố về vấn đề nghiên cứu

1.1.1. Tổng luận về cơng nghệ sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh dạng viên
Trên thế giới, phân hữu cơ nói chung và phân hữu cơ vi sinh nói riêng đã
được nghiên cứu và ứng dụng trong canh tác cây trồng từ lâu. Với ưu điểm là nguồn
nguyên liệu dồi dào, góp phần tận dụng các nguồn chất thải trong xử lý mơi trường,
tham gia vào q trình cải tạo đất trồng, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành rẻ,
khá thân thiện với môi trường, nên phù hợp cho các nước đang phát triển. Với việc
chủ động bổ sung và tạo môi trường thuận lợi để vi sinh vật có ích cho cây trồng
nên các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển từ phân bón hữu cơ thành phân bón
hữu cơ vi sinh. Cơng nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dần được hồn thiện về
công nghệ, dây chuyền thiết bị sản xuất. Do đơn giản về dây chuyền thiết bị, giá
thành sản phẩm là phân bón hữu cơ vi sinh rẻ, thời gian bảo quản ngắn, u cầu mơi
trường bảo quản mang tính địa phương, nên hầu hết công nghệ, dây chuyền thiết bị
đều do các nước tự nghiên cứu, sản xuất. Vì vậy lợi nhuận chuyển giao công nghệ,
và sản xuất dây chuyền thiết bị thấp, cạnh tranh với sản phẩm và dây chuyền thiết bị
sản xuất phân bón cơng nghiệp (như các loại phân hóa học, vơ cơ,…) nên khơng
được các nhà sản xuất, thương mại quan tâm.
Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định đạm cây họ đậu và phân vi sinh vật
phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trên
nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị
trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật. Các nhà khoa học đã phân lập
được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số vi sinh vật phân giải lân.
Phân hữu cơ vi sinh trong nước được sản xuất dựa trên 3 nguồn nguyên liệu
cơ bản là : rác thải, chất thải trong chăn nuôi, than bùn.


6



Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải
Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn rác thải trình bày

như hình 1.1 (chế biến thành nùn hữu cơ) và hình 1.2 (từ mùn hữu cơ chế biến
thành phân hữu cơ vi sinh) [19, (2006)].
Xúc tác sinh học

Rác tươi 

Ủ hoai  Than bùn


Phân loại kích thước bằng sàng rung
Phế thải nằm trên sàng 20 mm

Phân lọt qua sàng  20 mm


Loại nặng

 Phân loại theo trọng lượng

Loại nhẹ (Mùn hữu cơ)

Hình 1.1: Sơ đồ xử lý rác thải thành mùn hữu cơ làm nguyên liệu sản xuất
phân hữu cơ vi sinh. (Theo [10], [19], [23], [24])
Chủng vi sinh

(Azobacter và PSM)
Nuôi cấy

Mùn hữu cơ
Bổ sung N, P, K, vi lượng
phối trộn

Vo viên

Phân hữu cơ
dạng viên

Hình 1.2: Sơ đồ xử lý mùn hữu cơ thành phân hũu cơ vi sinh.
(Theo [10], [19], [23], [24])
Đặc điểm của dây chuyền chế biến rác thành phân:
Xử lý rác theo phương pháp ủ kỵ khí: trong điều kiện khí hậu nóng và ẩm
ướt ở Việt Nam thì q trình phân hủy các chất hữu cơ được tiến hành nhờ tác đụng
của các vi sinh kỵ khí là thích hợp và tối ưu nhất, nhiệt độ trong đống rác có thể lên


7

tới 50 ÷ 600C. Để thời gian ủ rút ngắn 3 ÷ 4 tuần, nên đưa vào một lượng nhỏ chất
hoạt hóa vi sinh vào trong rác hay vi khuẩn chịu nhiệt.
Sau khi rác thành mùn hữu cơ thì quá trình tách lọc và loại bỏ tạp chất được
thực hiện qua sàng rung. Công đoạn chế biến mùn hữu cơ thành phân bón: tiếp theo
là cơng đoạn phối trộn các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng,
thực vật, cố định Nitơ, phân giải hợp chất chống phốt phát khó tan và tạo viên phân.


Sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân gia súc, gia cầm
Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng trình bày như

Hình 1.3.
Phân chuồng

Chất dinh
dưỡng, chất
khử mùi

Ủ
Phơi nắng
Nghiền

Phân hữu cơ vi sinh

Vi sinh vật phân
giải chất hữu cơ

Sấy khơ

Phối trộn

Vi sinh vật

Vo viên

Hình 1.3: Sơ đồ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chuồng.
(Theo [10], [19], [23], [24])


Sản xuất phân hữu cơ từ than bùn
Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ than bùn trìn s = 6,9 mm.

(3.35)

 Khi trọng số  = 0,92  1:
-

Độ bền viên phân ép B tối ưu hầu như không đổi tại giá trị B = 95,03 % theo
mức tăng giá trị trọng số .

-

Mức tiêu thu điện năng riêng để ép viên tối ưu cũng hầu như không đổi tại
giá trị Ar = 3,111  3,113 kWh/t theo mức tăng giá trị trọng số .

-

Theo chiều tăng trọng số , các thông số tối ưu theo đa mục tiêu là:

+ Số vòng quay của trục cánh ép giữ nguyên giá trị điểm sao trên. Ở dạng mã
hoá x1 = 2= const, hay giá trị thực n = 350 vg/ph = const.

(3.36)

+ Khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn giữ nguyên giá trị ở điểm sao trên. Ở
dạng mã hoá x2 = 2 = const, hay giá trị thực h = 10 mm = const.

(3.37)

+ Bán kính cong cánh gạt biến động ít (hầu như khơng đổi). Ở dạng mã hoá biến
động từ x3 = –1,2778  –1,3521, hay giá trị thực biến động từ Rc = 68,1  66,2
mm.

(3.38)


73

+ Lượng cung cấp giữ nguyên giá trị ở điểm sao trên. Ở dạng mã hoá x4 = 2=
const, hay giá trị thực q = 50 kg/ph = const.

(3.39)

+ Chiều dày khuôn ép giữ nguyên giá trị ở điểm sao trên. Ở dạng mã hoá x5 =
2= const, hay giá trị thực s = 7 mm = const.

(3.40)

 Kết quả lựa chọn tối ưu như sau:
-

Giá trị tối ưu thương lượng chọn với trọng số α = 0,92  1.

-

Chỉ tiêu tối ưu đa mục tiêu về độ bền viên phân ép là:
Btư = 95,03 %.

-

(3.42)

Chỉ tiêu tối ưu đa mục tiêu về mức tiêu thụ điện năng để ép viên là:
3,112  3,113 kWh/t.

-

(3.41)

(3.43)

Các thông số tối ưu theo đa mục tiêu là:

+ số vòng quay của trục cánh ép có giá trị tối ưu ở dạng mã hố x1tư = 2,0000,
hay giá trị thực ntư =2*50+250 = 350 vg/ph.

(3.44)

+ khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn có giá trị tối ưu ở dạng mã hố x2tư =
2,000, hay giá trị thực htư = 2*2+6 = 10 mm.

(3.45)

+ bán kính cong cánh gạt có giá trị tối ưu ở dạng mã hoá x3tư = –1,2778  –
1,3521, hay giá trị thực Rctư = –1,2778 *25 + 100  –1,3521* 25 + 100= 68,1 
66,2 mm.

(3.46)

+ lượng cung cấp có giá trị tối ưu ở dạng mã hố x4tư = 2,0000, hay giá trị thực
q = 2,0 *5+40= 50 kg/ph.

(3.47)

+ chiều dày khn ép có giá trị tối ưu ở dạng mã hoá x5tư = 2,000, hay giá trị
thực stư = 2*1+5= 7 mm.

(3.48)

3.2.4. Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu
3.2.4.1. Bố trí thí nghiệm
Máy tham gia thí nghiệm có các thơng số kỹ thuật và thông số công nghệ là
các thông số tối ưu, thỏa các công thức 3.44, 3.45 , 3.46, 3.47, 3.48. Nghĩa là:
-

số vòng quay của trục cánh ép n = 350 vg/ph;

-

khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn ép h = 10 mm;

-

bán kính cong cánh gạt Rc = 68,1  66,2 mm = 67 mm;

-

lượng cung cấp q = 50 kg/ph ;

74

-

chiều dày khuôn ép s = 7 mm.

Chọn số lần lặp lại là 5.
3.2.4.2. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm cho máy ép viên phân bón MEVKVCQ – 350 làm việc ở
chế độ tối ưu ghi nhận ở bảng 3.7.
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm tại chế độ làm việc tối ưu.
TT

Thơng số đo, đơn vị tính

Kết quả đo đạc trên mẫu
L.1

L.2

L.3

L.4

L.5

TB

1

Độ bền viên phân ép (%)

95,66

95,87

95,41

95,74

95,29 95,594

2

Mức tiêu thụ điện năng
riêng (kWh/t)

3,292

3,130

3,225

3,096

3,262

3,201

3.2.4.3. Xử lý số liệu và phân tích kết quả thí nghiệm
+ Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón được ép tại chế độ làm việc
tối ưu tính theo cơng thức:
5

 (Bi  B) 2

S1 =

i 1

= 0,2388
,
%
;
(3.49)
5 1
Trong đó:
Bi – độ bền viên phân ép ở mẫu đo thứ i, %;
B – độ bền viên phân ép trung bình của mẫu, B = 95,094 %.
+ Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện năng riêng để ép tại chế độ làm
việc tối ưu tính theo cơng thức:
5

 (Ari  Ar)2

S2 =

i 1

= 0,0085
,
kWh/t ;
(3.50)
5 1
Trong đó:
Ari – mức chi phí điện năng riêng để ép ở mẫu đo thứ i, %;

Ar – mức chi phí điện năng riêng để ép trung bình của mẫu,
Ar = 3,201 kWh/t.
+ Khoảng tin cậy (vùng) độ bền viên phân bón được ép tại chế độ làm việc tối ưu
là:

B – t p/2 .
Trong đó:

S1
S
 B  B + t p/2 . 1
n
n

B – độ bền viên phân ép trung bình của mẫu, B = 95,094 %;


75

S1 – độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ bền viên phân bón được ép
của mẫu thí nghiệm,

S1 = 0,2388 %;
p – mức nghĩa, p = 0,05;
n – dung lượng mẫu, n = 5.

tp/2 – chuẩn số theo tiêu chuẩn student tra theo số bậc tự do k = n – 1 = 5 – 1 = 4 và
mức nghĩa p/2 = 0,025, tp/2 = 2,776 ;
95,594 – 2,776.

0,2388
0,2388
, %  B (%)  95,594 + 2,776.
, %,
5
5
95,30 , %  B (%)  95,89,

(3.51)

+ Khoảng tin cậy (vùng) mức chi phí điện năng riêng để ép viên phân bón tại chế độ
làm việc tối ưu là:

Ar – t p/2 .
Trong đó:

S2
S
 Ar (kWh/t)  Ar + t p/2 . 2
n
n

Ar – mức chi phí điện năng riêng để ép trung bình của mẫu,

Ar = 3,201 kWh/t;
S2 – độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm mức chi phí điện năng
riêng để ép của mẫu thí nghiệm, S2 = 0,0085 kWh/t;
p – mức nghĩa, p = 0,05;
n – dung lượng mẫu, n = 5.
tp/2 – chuẩn số theo tiêu chuẩn student tra theo số bậc tự do k =
n – 1 = 5 – 1 = 4 và mức nghĩa p/2 = 0,025, tp/2 = 2,776 ;
3,201 – 2,776.

0,0085
0,0085
, kWh/t  Ar (kWh/t)  3,201 + 2,776.
, kWh/t,
5
5
3,190, kWh/t  Ar (kWh/t)  3,212, kWh/t

(3.52)

+ Đánh giá sai số giữa kết quả thực nghiệm và mơ hình (tối ưu) về độ bền viên phân
bón được ép tại chế độ làm việc tối ưu:

95,594  95,03
.100 = 0,59 ,
95,03

%

;

(3.53)

+ Đánh giá sai số giữa kết quả thực nghiệm và mơ hình (tối ưu) về mức chi phí điện
năng riêng để ép viên phân bón tại chế độ làm việc tối ưu là::


76

3,201  3,112
.100 = 2,86 ,
3,112

%

;

(3.54)


Nhận xét:
Có sự phù hợp giữa giữa lý thuyết (tính tốn tối ưu) với thực nghiệm.


77

Chương 4
KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ

4.1. Kết luận
1) Thông qua mơ hình tốn học dạng đa thức bậc II mơ tả độ bền viên phân B (%)
và mức tiêu thụ điện năng riêng khi ép viên phân bón Ar (kWh/t) cho máy ép viên
phân hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng – cánh quay MEVKVCQ – 350 đã xác định
được các thông số tối ưu cho máy.
2) Độ bền viên phân cao nhất Bmax đạt được của máy ép viên phân hữu cơ vi sinh
kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 là 95,03% với các thông số kết
cấu và cơng nghệ của máy là: số vịng quay của trục cánh ép n = 350 vg/ph, khe hở
giữa cánh gạt và bề mặt khuôn h = 10 mm; bán kính cong cánh gạt Rc = 66,7 mm,
lượng cung cấp q = 50 kg/ph, chiều dày khuôn ép s = 7 mm. Tại chế độ có độ bền
viên phân ép lớn nhất thì mức tiêu thụ điện năng Ar = 3,113 kWh/t.
3) Mức tiêu thụ điện năng riêng thấp nhất Armin đạt được của máy ép viên phân hữu
cơ vi sinh kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 là với các thông số kết
cấu và công nghệ là: số vòng quay của trục cánh ép n = 282 vg/ph, khe hở giữa cánh
gạt và bề mặt khuôn h = 2 mm; bán kính cong cánh gạt Rc = 70,1 mm, lượng cung
cấp q = 42,4 kg/ph, chiều dày khn ép s = 3 mm. Tại chế độ có mức tiêu thụ điện
năng thấp nhất thì độ bền viên phân ép là B = 54,16 %.
4) Đề tài đã xác định được các chỉ tiêu tối ưu của máy ép viên phân hữu cơ vi sinh
kiểu khn vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 là độ bền viên phân ép tối ưu là
Btư = 95,03 %, mức tiêu thụ điện năng riêng để ép viên tối ưu là Artư = 3,112 
3,113 kWh/t. Các thông số tối ưu của máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khn
vịng – cánh quay MEVKVCQ – 350 là số vòng quay của trục cánh ép ntư = 350
vg/ph, khe hở giữa cánh gạt và bề mặt khuôn htư = 10 mm; bán kính cong cánh gạt
Rctư = 68,1  66,2 mm, lượng cung cấp qtư = 50 kg/ph, chiều dày khuôn ép stư = 7
mm. Kiểm định bằng thực nghiệm chế độ làm việc tối ưu đa mục tiêu cho thấy
không có sự phù hợp giữa lý thuyết (tính tốn tối ưu) với thực nghiệm. Sai số giữa


78

lý thuyết (tính tốn tối ưu) với thực nghiệm về độ bền viên phân bón được ép là
0,59 %, về mức tiêu thụ điện năng riêng để ép viên là 2,86 %.
4.2.

Kiến nghị
Triển khai kết quả nghiên cứu phục vụ sản xuất và thông qua thực tế sản xuất

đề kiểm nghiệm và hoàn thiện máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu khn vịng –
cánh quay MEVKVCQ – 350.