Đề tài Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từbã mía. thiết kế chế tạo thiết bị nghiền bã mía năng suất 500kg/h trong dây chuyền làm phân vi sinh

ông nghiệp mía đường phát triển. ™ Sử dụng bã mía làm nhiên liệu đốt lò hơi. Hiện tại nhiều nhà máy đường ở nước ta đã dùng bã mía để đốt lò hơi, tuy nhiên trên thực tế cũng như theo tính toán (dựa vào nhiệt trị của bã mía ≈ 2.340 kCal/kg) thì với nhà máy sử dụng bã mía để đốt chỉ dùng hết 80% lượng bã mía là đáp ứng được toàn bộ lượng hơi để sản xuất trong nhà máy. Như vậy với nhà máy sử dụng phương án này thì mỗi khi ép khoảng 400 tấn mía cây thì sẽ cho ra 100 tấn bã mía và sau khi đốt lò hơi sẽ còn dư ra khoảng 5 tấn bã mía, số lượng bã mía này với một nhà máy quy mô trung bình 4500 tấn/ngày (tương đương nhà máy mía đường Gia Lai) thì lượng bã mía thừa sẽ khoảng 56 tấn bã mía/ngày, đây là một lượng bã mía khá lớn. 11 ™ Sử dụng bã mía làm thức ăn gia súc Theo bảng thành phần của bã mía (bảng 1) thì lượng xơ trong bã mía là khá lớn, nếu cứ để như vậy hoặc chỉ xử lý thô thì năng lượng gia súc tiêu hóa bã mía lớn hơn năng lượng mà chúng nhận được từ bã mía, cũng theo Issay Isaias, 1990 thì đối với con non khả năng tiêu hóa chất khô thường 25% và 50 % đối với con trưởng thành. Tuy nhiên ngày này với công nghệ phát triển, người ta đưa bã mía vào ủ và xử lý hóa học nhằm phân hủy một phần chất xơ, tăng vị ngon đồng thời vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng. Hiện thực vấn đề này, đã có nhiều hãng trên thế giới đưa ra các dây chuyền thiết bị chế biến bã mía làm thức ăn gia súc ở quy mô công nghiệp (hãng Desmy - Đan Mạch, công ty BMA - Anh,…) ở trong nước cũng đã có nhà máy áp dụng các công nghệ này để chế biến bã mía, đơn cử Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp cũng đã đưa ra một hệ thống sấy bã mía (Hình 2.2) sau khi đã ủ và xử lý để làm thức ăn cho gia súc với quy mô 3 tấn/giờ. Hình 2.2: Hệ thống sấy bã mía làm thức ăn gia súc 3 tấn/giờ của Viện NCTKCT máy Nông nghiệp Như vậy, hướng đi này cũng đã giải quyết được phần nào lượng chất thải bã mía của nhà máy mía đường. Tuy nhiên chi phí để chế biến lượng bã mía thô 12 thành sản phẩm thức ăn gia súc là khá lớn do phải qua nhiều công đoạn, thời gian ủ lên men khá lâu,… do đó xu hướng tận dụng bã mía cho các lĩnh vực khác vẫn được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện. ™ Sử dụng bã mía trong các lĩnh vực khác Trên đây, nhóm đề tài nêu ra hai lĩnh vực hiện được áp dụng chủ yếu để xử lý bã mía ở quy mô công nghiệp, ngoài ra bã mía còn được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: - Sử dụng bã mía để nuôi trồng nấm ăn - Sử dụng bã mía để sản xuất tấm lợp, ván ép - Sử dụng bã mía để sản xuất giấy - Sử dụng bã mía trong công nghệ sản xuất chất dẻo Như vậy, mặc dù trên thực tế đã và đang có nhiều công nghệ để xử lý lượng bã mía thải “khổng lồ” của nhà máy mía đường, nhưng qua tìm hiểu và phân tích đã cho thấy cần phải nghiên cứu thêm những lĩnh vực khác để xử lý lượng bã mía còn dư này. Như đã đề cập phương án sử dụng bã mía để sản xuất phân hữu cơ vi sinh là rất khả thi vì: - Hiện các phụ phẩm cuối của rỉ mật, bã mía (sau khi làm nấm) cũng như bùn lọc và tro lò đã được phần lớn các nhà máy dùng làm phân hữu cơ vi sinh. Do vậy có thể đưa ra một công nghệ sản xuất phân vi sinh để bổ sung thêm lượng bã mía còn thừa sau khi đốt nồi hơi. Phương án dùng bã mía để sản xuất phân vi sinh không chỉ giúp nhà máy sử dụng triệt để nguồn bã mía mà còn quay lại cải tạo đất như đã phân tích ở trên. - Có thể phát triển ở quy mô công nghiệp nhờ ứng dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến. 13 2.2.2. Tình hình hình sản xuất phân vi sinh từ bã mía và chế tạo thiết bị nghiền bã mía trong dây chuyền ở nước ngoài Trên thế giới hiện nay có trên 60 quốc gia có ngành công nghiệp mía đường, dự kiến niên vụ 2007- 2008 sản lượng đường thế giới đạt khoảng 169 triệu tấn. Bên cạnh đó, lượng chất thải của nhà máy mía đường cũng tăng theo. Hiện nay, những nước có nền công nghiệp mía đường lớn như CuBa, Braxin, Ấn Độ,…thì bã mía được thải ra từ nhà máy vẫn chủ yếu được sử dụng vào hai lĩnh vực chính là: làm nhiên liệu (bằng cách đốt trực tiếp hoặc ép viên nhiên liệu) và sử dụng bã mía, các chất thải cuối khác làm phân hữu cơ vi sinh rất được coi trọng. Về công nghệ sản xuất nói chung bã mía được nghiền nhỏ kết hợp với các nguồn hữu cơ khác trộn đều ủ để vi sinh vật phân giải sau đó phối trộn thêm NPK và cấy men vi lượng sẽ cho ra được phân vi sinh từ bã mía. Trong công đoạn sản xuất trên kích thước bã mía sau khi nghiền co ảnh hưởng rất lớn đến thời gian sản xuất, độ đồng đều cũng như chất lượng của phân vi sinh, do đó việc tính toán thiết kế thiết bị nghiền bã mía là rất quan trọng. 2.2.3. Tình hình hình sản xuất phân vi sinh từ bã mía ở trong nước Để sản xuất đường, hàng năm Việt Nam phải trồng từ 10 đến 12 triệu tấn mía cây, khi biến số lượng mía này để làm đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ: 2,5 triệu tấn bã mía, 250.000 tấn bã bùn (sau khi đã lấy nước đường) và 250.000 tấn mật rỉ. Trước đây 80% lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất đường, sinh ra 50.000 tấn tro và 20% còn lại là 500.000 tấn bã được dùng làm ván ép, còn mật rỉ dùng để sản xuất cồn, mỳ chính hoặc dùng cho các công nghệ vi sinh khác như chế biến thành thức ăn chăn nuôi. Riêng tro và đặc biệt là bã bùn không sử dụng phải đổ ra các bãi đất trống gây ô nhiễm nghiêm trọng. Đứng trước tình hình đó, đã có thêm nhiều giải pháp được đặt ra để sử dụng triệt để nguồn chất thải này đơn cử như làm thức ăn chăn nuôi, với giải pháp này chỉ sử dụng với những loại bã mía sạch, chất lượng tốt mặt khác vẫn chưa giải 14 quyết được thành phần bã bùn (nguyên nhân chính gây hôi thối khi đổ ra ngoài môi trường). Một giải pháp được coi khả quan nhất xét cả về mặt kinh tế đó là làm phân vi sinh. Sở dĩ như vậy vì giải pháp này đã quay lại cải tạo đất trồng mía, đơn cử diện tích canh tác từ 250.000 đến 300.000 ha chủ yếu là đất bạc màu và vùng nhiễm phèn nặng (không trồng được các loại cây khác). Vì thế, để trồng được 250.000 ha mía, ngoài phân hóa học (đạm - lân - kali) tối thiểu phải bón 4 ÷ 5 tấn phân chuồng cho 1 ha tức là phải có 1 triệu tấn phân chuồng bón cho 250.000 ha. Số lượng phân này sẽ được bù đắp bằng lượng phân vi sinh được sản xuất từ bã mía. Nắm được vấn đề này đã có nhiều đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh (phân bón Huđavil, Fitohoocmon) từ nguồn chất thải nhà máy mía đường. Hai công nghệ này đã được áp dụng thử nghiệm ở bảy nhà máy đường, ngoài mía đã được bón thử nghiệm cho lúa, chè, hồ tiêu... ở một số địa phương đạt kết quả tốt: Cho phép thâm canh tăng năng suất lúa lên 25% - 30% ở Tam Điệp (Ninh Bình), tăng năng suất chè lên 70% ở Văn Chấn, Nghĩa Lộ (Yên Bái), tăng năng suất hồ tiêu gần 100% ở Tân Lâm (Quảng Trị); một số loại cây công nghiệp trồng ở Tuyên Quang, Hà Nam, Thanh Hóa, Nghệ An... năng suất tăng gấp ba lần; mía trồng ở Thạch Thành, Nông Cống (Thanh Hóa), Quảng Hà (Cao Bằng)... luôn xanh tốt, chịu được hạn, giữ được đường lâu, ít sâu bệnh... nên được người dân ưa dùng loại phân bón này. Tuy nhiên với công nghệ này nguồn hữu cơ dùng vẫn chủ yếu là bã bùn, tro lò sau khi đốt bã mía, lượng bã mía còn chiếm tỷ lệ nhỏ do thời gian vi sinh vật phân huỷ chất xơ lâu, để rút ngắn thời gian này đòi hỏi bã mía phải nghiền nhỏ và mịn. Như vậy, ta đã khẳng định được tầm quan trọng của công nghệ, thiết bị sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ nguồn chất thải nhà máy mía đường. Khi nghiên cứu công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía, người ta cũng nhận thấy chất lượng, năng suất phân bón phụ thuộc nhiều ở thiết bị nghiền, vì nguồn nguyên liệu này rất nhiều chất xơ. Do đó việc nghiên cứu, chế tạo ra mẫu máy đáp ứng được yêu cầu là rất quan trọng trong dây chuyền công nghệ này. 15 2.3. Nghiên cứu, khảo sát quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh từ bã mía 2.3.1. Khái quát quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh từ bã mía Việc thành lập ra một sơ đồ thiết bị và công nghệ đồng bộ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía phù hợp là một trong những nhiệm vụ của đề tài. Để thực hiện, trước tiên nhóm đề tài tìm hiểu các quy trình công nghệ hiện đã và đang được ứng dụng tại các nhà máy mía đường trong và ngoài nước, từ đó có thể đưa ra sơ đồ thiết bị và công nghệ sản xuất phân vi sinh. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đã có nhiều phương pháp tận dụng được nguồn phế thải của nhà máy mía đường trên và phân hữu cơ vi sinh được coi là sản phẩm cuối cùng. Trong phạm vi của đề tài, nhóm đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu, phân tích quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh từ chất thải nhà máy mía đường với giải pháp nguồn hữu cơ chủ yếu của phân vi sinh là bã mía. Trong chất thải nhà máy mía đường thì bã mía có tỉ trọng lớn nhất, thông thường các nhà máy sẽ sử dụng một phần để làm nhiên liệu đốt lò hơi, lượng tro được lấy ra cũng sẽ được đưa vào làm phân vi sinh, lượng bã mía còn lại sẽ được nghiền nhỏ làm phân vi sinh. Một thành phần của bã thải là bã bùn, váng bọt (chiếm 1÷4% so với cây mía), thành phần này chủ yếu là đất bùn (các Oxit SiO2, CaO, P2O5, MgO,…), chất xơ, đường, prôtein, Lipit,… đây là thành phần được đem đi sản xuất phân vi sinh ngay. Trong chất thải của nhà máy còn một thành phần đáng kể nữa là rỉ đường (chiếm 3÷4% lượng mía đưa vào), đây là thành phần vẫn còn nhiều đường (chiếm 48÷52% đường), ngoài ra rỉ đường rất giàu các chất sinh trưởng (các axit pantotenic, folic, B1, B2, biotin,…). Do đó, rỉ đường là nguồn nguyên liệu rất tốt để lên men sản xuất cồn (etylic), axit axetic, mì chính,… Trong qua trình sản xuất rượu từ rỉ đường thì chất thải là nước thải trong quá trình sản xuất gọi là “hèm rượu”, đây là nước thải chứa chất rắn cao 16 (gần 80%), số còn lại là các chất khoáng và hữu cơ, do đó đây là nguồn nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh rất tốt. 2.3.2. Xây dựng công nghệ và thiết bị sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn bã mía a. Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh của FITOHOOCMON đã được áp dụng Qua tham khảo một số tài liệu [4], [5] và tìm hiểu các nhà máy sản xuất phân vi sinh trong nước như Cty cổ phần Fitohoocmon Hà Nội, xưởng sản xuất phân vi sinh của nhà máy mía đường La Ngà- Đồng Nai,... nhóm đề tài nhận thấy các nhà máy này đều áp dụng công nghệ Fitohoocmon để sản xuất phân vi sinh từ bã, bùn mía, các nguồn hữu cơ, các vi sinh vật hữu ích và các hỗn hợp vi lượng. Quy trình công nghệ Fitohocmon gồm có hai giai đoạn chính: ™ Giai đoạn lên men nguyên liệu: Giai đoạn này chủ yếu là tạo được phân mùn hữu cơ cao cấp. Nguyên liệu bùn lọc trộn với các nguồn hữu cơ khác như than bùn hoặc bã mía, có thể bổ sung một phần phân lân vào giai đoạn này, dưới tác động của vi sinh vật phân giải mùn hỗn hợp được ủ lên men từ 7 ÷ 10 ngày. ™ Giai đoạn phối trộn và cấy vi sinh vật hữu ích: Yêu cầu của giai đoạn này là phải phối trộn đều và đúng công thức đã quy định. Tuỳ theo yêu cầu của cơ sở sản xuất mà có thể đưa ra công thức có chứa toàn phần vô cơ (NPK) hoặc thay thế một phần nào đó; phần phân hữu cơ, vi lượng, axit humic và các chủng vi sinh vật hữu ích thì luôn đầy đủ về số lượng và tỷ lệ cho các cây trồng. Sau đây là quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh theo Fitohoocmon [5] (trang bên) 17 Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ chất thải nhà máy mía đường của Fitohoocmon Theo như các nhà máy áp dụng quy trình này thì lượng bã mía được đem ủ là rất ít, không chỉ vậy bã mía đều đã được chất đống ủ tạm thời tại nhà máy đường, lúc này bã mía đã ngả màu vàng và mềm (Hình 2.4a; 2.4b) từ đây bã mía mới được đem ủ theo quy trình công nghệ trên. Nếu đem bã mía sau khi ép để sản xuất phân vi sinh ngay thì thời gian ủ rất lâu (trên 14 ngày), để rút ngắn thời gian này các cán bộ kỹ thuật nhà máy cũng đã nghiền nhỏ bã mía nhưng hiện tại không hiệu quả về mặt kinh tế do đầu tư máy nghiền ngoại nhập lớn, máy nghiền trong nước chưa đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật, do tổn hao điện lớn, năng suất chưa đáp ứng được và phải làm khô bã mía. Do đó, các nhà máy vẫn tối ưu sử dụng bã mía cho việc đốt lò và ủ để làm nấm sau đó mới dùng các phế liệu này (tro lò, bã mía sau ủ) để sản xuất phân hữu cơ vi sinh. bùn lọc từ nhà máy đường Vi sinh vật phân giải mùn Các nguồn hữu cơ khác phơi khô nghiền nhỏ Ủ,lên men Phối trộn đều Vi sinh vật hữu ích + Cố định đạm + Phân giải lân - Urê, kali, lân Tỷ lệ theo đối tượng cây trồng Axit humic Hỗn hợp vi lượng Đóng bao bì PP+PE 50kg/bao 18 Hình 2.4a Bã mía từ nhà máy được chất đống ủ chờ làm TAGS hoặc làm phân vi sinh Hình 2.4b bã mía sau khi ép và đã được ủ qua Như vậy, nhu cầu sản xuất phân vi sinh từ nguồn hữu cơ là bã mía vẫn rất được quan tâm và mấu chốt ở đây là thiết bị nghiền bã mía để có thể đáp ứng được năng suất và độ mịn của sản phẩm sau nghiền khi đó sẽ giảm thời gian ủ 19 xuống và tận dụng triệt để lượng bã mía thải ra từ nhà máy làm nguồn hữu cơ chính của phân hữu cơ vi sinh. b. Quy trình công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía và các chất thải từ nhà máy mía đường khác Như đã nói ở phần trên, để có thể sản xuất trực tiếp nguồn bã mía từ nhà máy thì nhất thiết cần phải giảm thời gian ủ của bã mía xuống còn từ 7÷10 ngày. Một trong những cách có ý nghĩa về mặt công nghệ thiết bị sản xuất nhất đó là đưa ra mẫu máy nghiền bã mía đáp ứng được yêu cầu công nghệ đã được thừa nhận và đang được ứng dụng sản xuất tại các nhà máy. Để đưa ra được yêu cầu mẫu máy nghiền này và làm cơ sở cho quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh từ nguồn bã mía này, nhóm đề tài đã tiến hành 03 thí nghiệm như sau: Bã mía được nghiền nhỏ bằng máy nghiền kiểu búa dựa trên nguyên lý đập vỡ thể tích với các kích thước lỗ sàng khác nhau, sau đó sản phẩm nghiền sẽ được phân loại bằng tay với 3 nhóm kích thước khác nhau ứng với 3 phương án sau : + Phương án 1: đường kính bã mía d < ∅ 0,5mm, chiều dài l<3 mm + Phương án 2: đường kính bã mía d < ∅ 1 mm (chủ yếu từ 0,5÷1 mm), chiều dài l <5mm + Phương án 3: đường kính bã mía d > ∅ 1 mm, chiều dài 5 - 20 mm Sau khi chuẩn bị nguyên liệu, nhóm đề tài tiến hành ủ 3 phương án trên vào 3 hộp xốp, bã mía được làm ẩm từ từ, với độ ẩm w ≈ 50%, tiếp theo các phương án trên đều được trộn thêm cùng tỷ lệ với các nguồn hữu cơ khác (than bùn 20%, hèm rượu 10%, tro từ bã mía 10%) và phun hỗn hợp chế phẩm PMET (Plants Medicine Environment Treater) đã được pha loãng với tỷ lệ 1:4 và ủ 3 ngày sau đó phun với liều lượng 1lít/m3 (Hình 2.5). Các thùng này hàng ngày được đảo trộn và kiểm tra nhiệt độ, màu sắc. 20 Thành phần chính của chế phẩm PMET: + Độ pH : 3 ÷ 3,5 + Các nhóm vi sinh vật chuyển hóa Xenlulo, Ligno Xenlulo (Aspegillus Niger, Trichoderma reesei, Aspegillus sp,….): 6,9x106 CFU/ml + Nhóm chuyển hóa chất hữu cơ, protein (Lactobacillius spp): 6,8x106 CFU/ml + Nhóm nấm men (Saccharomyces cerevisiae): 2,4x104 CFU/ml + Hàm lượng chất khô tính theo khối lượng: ≤1,5% + Dung môi và các phụ gia : < 65% \ Hình 2.5 – Chế phẩm sinh học PMET Qua thử nghiệm 3 phương án trên, bằng nhận định khi so sánh (màu sắc, độ mùn) với các sản phẩm phân vi sinh trên thị trường, nhóm đề tài thấy khi đạt được, phương án 1 có thời gian ủ là 5 ngày; phương án 3 có thời gian ủ tương đối lâu hơn 14 ngày. Phương án 2 có thời gian ủ là 7 ngày (Hình 2.6). 21 Hình 2.6 – Các phương án thử nghiệm Như vậy, với phương án 2 là có thời gian (7 ngày) ủ phù hợp so với các quy trình công nghệ trước đó nhất. Dựa trên những cơ sở này và công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh của Fitohoocmon, nhóm đề tài đưa ra quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh từ bã mía (Hình 2.7) Nhìn chung sơ đồ công nghệ mà nhóm đề tài đưa ra về cơ bản giống với sơ đồ công nghệ của Fitohoocmon, tuy nhiên ở sơ đồ này nhóm đề tài sử dụng bã mía từ nhà máy mía đường sau khi ép để nghiền nhỏ và làm nguồn hữu cơ chủ yếu (có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ nguồn than bùn). Ngoài ra vẫn sử dụng bùn lọc, từ nhà máy, phế phẩm của rỉ đường (ở đây sử dụng là hèm rượu), tro lò. Phương án 1 Phương án 3 Phương án 2 22 Hình 2.7 - sơ đồ công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía và các phụ phế phẩm nhà máy đường khác Trong quy trình công nghệ này có hai giai đoạn chính như sau: ™ Giai đoạn 1: lên men nguyên liệu Giai đoạn này có hai yêu cầu chủ yếu sau: + Khử được mùi hôi, tạo ra nguồn năng lượng lớn (nhiệt độ cao khi ủ) để kích thích quá trình lên men, diệt các mầm bệnh và các vi sinh vật có hại. + Phải có được hỗn hợp vi sinh vật tạo mùn để phân giải các chất hữu cơ thành phân mùn hữu cơ. Sau khi trộn bã mía nghiền nhỏ với bùn lọc, váng lọc, đất bùn và các phụ phế phẩm từ rỉ đường tiến hành phun chế phẩm sinh học (PMET hoặc BIO-F) đã được pha loãng với tỷ lệ 1:4 và ủ 3 ngày sau đó hỗn hợp được phun với liều lượng 1 lít/m3 và ủ trong vòng 7 ÷ 9 ngày tùy theo điều kiện nhiệt độ môi trường Đóng bao Bã mía nghiền nhỏ (<∅1x5 mm) Đất bùn, các nguồn hữu cơ khác Bùn lọc váng bọt Ủ có đảo trộn (7÷9 ngày) Vi sinh vật phân giải Phối trộn đều Kiểm tra Bổ xung NPK theo cây trồng Phế phẩm của rỉ đường (hèm rượu), tro lò Cấy men vi lượng Vi sinh vật cố định đạm Axit humic 23 ngoài. Độ ẩm cần thiết của cơ chất làm cho vi sinh vật hoạt động tốt là từ 40% ÷ 60% (tốt nhất từ 50% ÷ 55%) đồng thời cung cấp đủ lượng Oxy. Trong những ngày đầu ủ phân, hoạt động của các vi sinh vật hữu ích có trong chế phẩm làm nhiệt độ ủ tăng lên 60o-70oC (tiêu diệt các mầm bệnh) và giảm mùi hôi của nguyên liệu, khi ổn định dần nhiệt độ của hỗn hợp ủ là ~30oC, lúc này các chất xơ, protein có trong mùn bã mía nghiền nhỏ với bùn lọc, váng lọc đã phân hủy tạo thành sản phẩm trung gian (phân mùn), nước và CO2 . Trong giai đoạn này ngoài bã mía còn có một thành phần hữu cơ khá quan trọng khi cho vào đó là than bùn vì đặc điểm của than bùn là: + Có chứa axit humic và fulvic (thường gọi là mùn) là thành phần quan trọng nhất của chất hữu cơ trong đất, thành phần này quyết định độ phì nhiêu của đất, có thể nói không có mùn, không có đất trồng trọt. + Than bùn có chứa nhiều chất hữu cơ khác không phải là mùn của S (mercaptan R-SH), N (amin R-NH2) được hình thành trong quá trình biến đổi yếm khí (điều kiện tạo thành than bùn), là các chất độc đối với cây trồng. + Than bùn có độ pH thấp thường từ 4 đến 5, đôi khi tới 1 đến 2, cây không sống được. Do các đặc điểm trên, nếu đưa than bùn vào chế biến phải chọn một tỷ lệ thích hợp [9]: Với lượng dùng: 200kg than bùn (hàm ẩm ≥ 30%, hữu cơ ≥ 30%, humic ≥ 15% tính theo chất khô) trộn với các thành phần hữu cơ khác để cho 1 tấn sản phẩm mùn hữu cơ. Thành phần hữu cơ là phế phẩm của rỉ đường được sản xuất phân vi sinh thực tế có nhiều loại tùy theo mỗi nhà máy ứng dụng công nghệ nào để tận dụng lượng rỉ đường thải ra. Thật vậy, rỉ đường là nguyên liệu của nhiều sản phẩm 24 như cồn (rượu etylic), axit axetic, mì chính, dấm me, axeton,…Ở đây, nhóm đề tài chỉ xin đưa ra ứng dụng trong sản xuất rượu etylic vì đây là một trong những sản phẩm hữu cơ được sản xuất nhiều và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, được ứng dụng trong các nghành công nghiệp khác nhau: công nghiệp nặng (nhiên liệu để đốt lò, chất tải nhiệt trong hệ thống máy lạnh), công nghiệp hóa chất (dung môi), pha chế xăng nhiên liệu, công nghiệp thực phẩm (rượu màu, rượu mùi). Chất thải của ngành này gọi là hèm rượu, nó là nguồn gây ô nhiễm môi trường rất cao vì BOD của chúng gần 50mg/l. Tuy nhiên thành phần chất dinh dưỡng trong hèm rượu là khá cao: Nitơ tổng số (0,6-1g/l), đường tổng số (9-18g/l), CaO (2-4g/l), MgO (0,5-0,8g/l), K2O (0,4-1,2g/l), P2O5(1,1- 3,2g/l), pH(4-5). Ưu điểm của việc sử dụng hèm để làm phân bón đó là xử lý được ô nhiễm môi trường, vốn đầu tư thấp. Đem lại lợi nhuận do thu được N, K2O và P2O5 trong dịch thải để bổ sung vào hỗn hợp ủ (trong giai đoạn đầu của quá trình công nghệ). Cân đối giảm NPK vô cơ trong quá trình sản xuất phân bón nhưng chất lượng vẫn đảm bảo, đồng thời giá thành hạ nên đáp ứng được nhu cầu của nông dân. Do đó nếu dung hèm rượu làm sản xuất phân bón sẽ rất tốt đồng thời giải quyết lượng phế thải lớn là hèm rượu (chất gây ô nhiễm môi trường). Sau đây là sơ đồ công nghệ xử lý hèm rượu, tro lò nhờ chất trợ lắng và men phân giải nhanh: Hình 2.8 - Quy trình xử lý hèm rượu, tro lò để sản xuất phân vi sinh Hèm rượu Bể lắng Nước thải trong Tro lò đốt từ bã mía Men vi sinh Phần cặn lắng lơ lửng 25 Xét về hiệu quả kinh tế phân bón có bổ sung hèm rượu còn đạt được các chỉ số vi khoáng tăng lên rất nhiều. Riêng phần NPK hữu hiệu được tăng lên như sau [5]: + N hữu hiệu tăng gần 4 kg/tấn + P hữu hiệu tăng gần 6kg/tấn + K hữu hiệu tăng gần 10kg/tấn Như vậy, khi sử dụng nguồn phế phẩm của rỉ đường là hèm rượu không những làm giảm tác động ô nhiễm môi trường mà còn giảm được chi phí đầu vào (lượng NPK thêm vào sẽ giảm) từ đó giá thành phân bón sẽ được giảm xuống. Sau giai đoạn lên men, sẽ có các cục liên kết yếu được hình thành trong quá trình ủ, qua máy đánh tơi sẽ bung hết ra thành bột mịn. Tiếp đó qua máy sàng để loại cành cây, sỏi đá hay các mẩu mía to chưa kịp phân giải. Dưới sàng thu được bột mịn đồng nhất là mùn hữu cơ vi sinh nền, phần trên sàng đổ riêng để dùng lại làm nguyên liệu ủ lần sau ™ Giai đoạn 2: phối trộn và cấy vi sinh vật hữu ích Yêu cầu của giai đoạn này là phải phối trộn đều và đúng công thức đã quy định cho hai loại vi sinh vật sau: + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ tự do, khử mùi hôi ( Azotobacter ). + Nhóm vi khuẩn hoặc nấm sợi phân giải phốt phát khó tan. + Ngoài ra công đoạn này ta còn phối trộn NPK bổ xung theo cây trồng. + Bổ xung các chất tăng trưởng, tăng sức đề kháng cho cây trồng. Để có đầy đủ các vi sinh vật này, có thể dùng các chế phẩm sinh học có chứa các vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm sợi có chức năng tổng hợp nitơ, phân giải phốt phát khó tan, khử mùi như trên. Ở Việt Nam đã có rất nhiều đơn vị đã tổng hợp thành công những chế phẩm như vậy, ví như chế phẩm BIO-F của Viện Sinh học nhiêt đới. Chế phẩm BIO-F gồm hỗn hợp các vi sinh vật không những có 26 khả năng trên mà còn có khả năng đối kháng và cạnh tranh với nấm bệnh cây trồng. Để bổ xung axit Humic, ta dùng các chế phẩm có chứa Axit humic (AH) như chế phẩm Chế phẩm hữu cơ hòa tan MASTER HUM của công ty Vĩnh Lợi – An Giang; với chế phẩm này có chứa 4% axit Humic và 2% K2O. Tùy thuộc vào giai đoạn cây trồng phun với lượng thích hợp. Kết thúc giai đoạn này là kiểm tra đóng bao sản phẩm. c. Sơ đồ công nghệ sản và thiết bị sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía và các chất thải từ nhà máy mía đường khác Từ sơ đồ công nghệ trên, các phân tích tính toán cho sơ đồ và kinh nghiệm trong lĩnh vực chế tạo các thiết bị trong các dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt, nhóm đề tài xin đưa ra một sơ đồ công nghệ và thiết bị đồng bộ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ nguồn bã mĩa và các chất thải hữu cơ khác (Hình 2.9). Lý giải quy trình công nghệ theo sơ đồ như sau: Bã mía, than bùn và các nguồn hữu cơ khác sau khi được nghiền nhỏ bằng các máy nghiền chuyên dụng (A02) được đưa lên sàng phân loại về khích thước (A04) rồi vào các thùng chứa định lượng theo thể tích (A04-1; A04-2). Tại đây, nguyên liệu tiếp tục được đưa vào máy trộn liên tục kiểu trống quay (A06-1) cùng với các thành phần hữu cơ khác (bùn lọc, váng bọt, cặn hèm rượu) được định lượng qua các băng tải (A05), đồng thời lượng chế phẩm chứa các vi sinh vật phân giải cũng được định lượng đưa vào máy trộn. Sau khi trộn, nguyên liệu được đưa vào hệ thống ủ (A06-2.1÷A06-2.8), các buồng trong hệ thống ủ gồm các băng tải sẽ lần lượt chứa đầy nguyên liệu cần ủ, sức chứa của một buồng trong hệ thống ủ thông thường sẽ chứa ít nhất cho một ca sản xuất. Tại đây nguyên liệu sẽ được ủ từ 7÷9 ngày để phân hủy thành phân mùn hữu cơ sinh học. Hỗn hợp này tiếp tục được đưa lên sàng phân loại, lúc này những nguyên liệu vón hòn chưa đảm bảo sẽ được loại ra và chờ để tiếp tục đưa lên ủ lại, còn 27 hỗn hợp mùn sẽ được đưa vào thùng chứa, một trong các thùng chứa này đã được chứa sẵn hỗn hợp NPK bổ xung (nếu cần) tùy theo giai đoạn của cây trồng. Hỗn hợp bán sản phẩm tiếp tục được xả xuống máy trộn theo mẻ và lượng NPK bổ xung được định lượng qua vít tải cũng được đưa xuống, đồng thời dung dịch chế phẩm có chứa các vi sinh vật có ích, vi sinh vật cố định đạm và axit Humic cũng được bơm vào theo định lượng sẵn. Sản phẩm sau trộn đã là thành phẩm và được đưa lên thùng chứa để đóng bao. 28 A 03 A 02 B ïn lä c V ¸n g bä t B · m Ýa § Êt b ïn và n gu ån h ÷u c ¬ kh ¸c c Çn n gh iÒ n A 04 A 05 A 06 -2 .1 ÷A 06 -2 .8 B0 1 B0 3 B0 4 B0 2- 2 B0 2- 1 N PK B æ xu ng C 01 C 03 C 04 C 02 S¬ § å T hi Õt b Þ v µ C «n g N gh Ö ®å ng b é s¶ n xu Êt p h© n h÷ u c¬ v i s in h tõ b · m Ýa vµ c ¸c p hô p hÕ p hÈ m n hµ m ¸y ® −ê ng k h¸ c A 01 - B ¨n g t¶ i n gu yª n liÖ u A 02 - M ¸y n gh iÒ n A 04 - S µn g ph ©n lo ¹i A 04 -1 ; A 04 -2 : C ¸c th ïn g ch øa A 05 - B ¨n g t¶ i A 06 -1 : M ¸y tr én li ªn tô c A 06 -2 .1 ÷A 06 -2 .8 : H Ö th èn g ñ cã ® ¶o li Öu (h Ö th èn g cã 7 b uå ng ñ ) A 03 ; A 07 ; B 01 ; C 01 - G Çu t¶ i B 02 -1 ; B 02 -2 - T hï ng c hø a cã b ¸o h Ö th èn g b¸ o ®Ç y ®Ó ® Þn h l− în g b» ng th Ó tÝc h B 03 - M ¸y p hè i t ré n th eo m Î B 04 - V Ýt t¶ i C 02 - T hï ng c hø a s¶ n ph Èm C 03 - C ©n ® ãn g ba o C 04 - b ¨n g t¶ i b ao V i s in h vË t cè ® Þn h ®¹ m , A xi t H um ic A 07 C hÕ p hÈ m c hø a V i s in h vË t p h© n gi ¶i A 06 -1 C Æn l¾ ng hÌ m r −î u A 04 -2 A 04 -1 29 2.4. Lựa chọn mẫu máy nghiền bã mía a. Yêu cầu về mặt công nghệ của sản phẩm sau nghiền Như đã phân tích, thử nghiệm ở trên, yêu cầu của bã mía được làm nhỏ sau nghiền để có thể đáp ứng công nghệ trên là: d x l < ∅ 1 x 5 (mm) trong đó: d - đường kính (mm) l - chiều dài (mm) Cũng qua tìm hiểu về bã mía sau khi ép tại nhà máy mía đường (Hình 2.4a; 2.4b) thì kích thước đầu vào của nguyên liệu nghiền sẽ có chiều dài L<100 mm; đường kính tương đương của nguyên liệu đầu vào có thể bỏ qua do liên kết giữa các sợi xơ là không bền, dễ dàng tách được. Độ ẩm đầu vào của nguyên liệu bã mía nằm trong khoảng 20 ÷ 24%, đây là độ ẩm của bã mía khi đạt cân bằng với môi trường. Sở dĩ nhóm đề tài chọn độ ẩm này là qua thực tế khi vào vụ ép, lượng bã mía thải ra là rất lớn, kể cả sau khi đã đem đốt nồi hơi lượng bã còn lại thải ra của một nhà máy mía đường (có năng suất trung bình 4500 tấn/ngày) là khoảng 230 tấn/ngày, với lượng lớn này nhà máy phải tập kết thành đống, lúc này độ ẩm của bã mía khoảng 48 ÷ 50%. Do đó, nếu nhà máy không nghiền thì có thể ủ luôn theo quy trình cũ, còn sẽ nghiền thì tiến hành bảo quản khô, độ ẩm bã mía sẽ tiến dần về mức cân bằng với môi trường (từ 20 ÷ 24%) [5]. Theo phương án này không những giảm được lượng nước chảy ra từ đống ủ bã mía gây ô nhiễm môi trường mà còn giúp quá trình nghiền dễ hơn. b. Sơ lược nguyên lý làm việc của một số máy nghiền nông sản và phụ phế liệu nông nghiệp. Trước khi lựa chọn mẫu máy nghiền phù hợp, nhóm đề tài xin nêu sơ lược các nguyên lý nghiền chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực chế biến nông nghiệp (Hình 2.10). 30 A b C d Hình 2.10 a. Nguyên lý nghiền chà xát; b. Nguyên lý cắt nghiến c. Nguyên lý ép dập d. Nguyên lý nghiền va đập Với hình 2.10a nguyên lý nghiền chà xát cấu tạo điển hình gồm 2 đĩa, vật liệu đem nghiền đi qua khe giữa 2 đĩa (có khía rãnh) và được làm nhỏ. Máy nghiền loại này nghiền chủ yếu nghiền hạt, sản phẩm không yêu cầu độ đồng đều lớn, chi phí năng lượng riêng lớn do tỏa nhiệt nhiều. Hình 2.10b nguyên lý cắt nghiền, cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục có khía rãnh quay ngược chiều nhau (kẹp hạt, nghiền vỡ, cũng có ít nhiều tác động chà xát). Nguyên lý này thường tạo ra các sản phẩm thô, khó nghiền, các hạt có độ ẩm cao hoặc nhiều dầu (do bị dính vào trục). Tuy nhiên, loại này ít tốn năng lượng, ít sinh bụi bột. 31 Hình 2.10c nguyên lý ép dập, cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục cuốn (lô) nhẵn, quay ngược chiều nhau cuốn liệu vào (do ma sát giữa nguyên liệu và lô) và ép dập vỡ hạt. Kiểu nghiền này nghiền không nhỏ, chỉ làm hạt vỡ thành tấm, mảnh. Hình 2.10d nguyên lý nghiền va đập, cấu tạo điển hình các loại nghiền búa dạng thanh hoặc răng. Dùng động năng của búa (hoặc răng) đập vỡ nguyên liệu là chủ yếu, ngoài ra còn kết hợp với các lực ma sát (giữa vật liệu và sàng, vật liệu với vật liệu) để làm vỡ nguyên liệu. c. Tìm hiểu các mẫu máy nghiền nguyên liệu nhiều chất xơ ở nước ngoài. Qua tìm hiểu về thiết bị nghiền bã mía của một số nước trên thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ thường sử dụng nguyên lý nghiền va đập, búa được thiết kế dạng dao, có loại có răng và biên dạng buồng nghiền cho những nguyên liệu có nhiều chất xơ (như gỗ, cây thân cỏ, bã mía,…) đều được chế tạo biên dạng hình tròn. Nhóm đề tài xin đưa ra một số mẫu máy của một số nước sau (Hình 2.11a; 1.22b; 2.11c) 2.2b Hình 2.11a. Mẫu máy của Trung Quốc (Kí hiệu: SG40; SG50; SG65) 32 Hình 2.11b - mẫu máy của Đức Hình 2.11c – Mẫu máy PP1000D của Mỹ d. Phân tích và lựa chọn mẫu máy nghiền phù hợp Theo bảng thành phần cơ bản của bã mía (thành phần chủ yếu là chất xơ) là liên kết một khối do đó qua phân tích để nghiền vẫn dựa vào phương án là đập vỡ thể tích. Ngoài ra, nhóm đề tài còn tham khảo các mẫu máy nghiền bã mía trong và ngoài nước đều sử dụng loại máy nghiền dựa vào nguyên lý va 33 đập này. Thật vậy, qua phân tích máy nghiền kiểu búa đã nổi rõ những ưu điểm sau: - Hiệu suất làm nhỏ cao do sử dụng 2 pha làm nhỏ đồng thời: va đập và chà sát. - Kết cấu đơn giản, các bộ phận chi tiết mau mòn (búa, sàng) dễ thay thế, ít tốn kém. Qua tìm hiểu thị trường máy nghiền theo nguyên lý va đập thì vẫn có hai dạng biên dạng là chủ yếu: biên dạng buồng nghiền hình tròn và biên dạng buồng nghiền hình giọt nước. + Lựa chọn biên dạng buồng nghiền: Theo các đề tài trước đã chứng minh với nguyên liệu dạng hạt như ngũ cốc thì với biên dạng buồng nghiền hình giọt nước có tác dụng phá vỡ sự tạo thành vành vật liệu, nâng cao khả năng va đập của búa và vật liệu đem nghiền, cải thiện khả năng thoát ra khỏi sàng của những hạt bột đủ kích thước (Hình 2.12). Hình 2.12: Biên dạng buồng nghiền kiểu giọt nước Tuy nhiên qua thực tế tìm hiểu thì với nguyên liệu nhiều Xen-lu-lo (chất xơ) như bã mía, gỗ và một số nguyên liệu tương tự khác thì nếu chỉ nâng cao khả năng va đập của búa tức là làm tăng quá trình nghiền va đập 34 trong buồng nghiền thì vẫn chưa đạt năng xuất cao do tính chất của nguyên liệu có nhiều chất xơ là dai và bền, do đó nhóm đề tài đã đưa ra phương án chọn biên dạng buồng nghiền là hình tròn và tăng quá trình nghiền chà sát bằng cách nửa trên của buồng nghiền sẽ được gắn các răng (má nghiền) để tăng quá trình chà sát của nguyên liệu nghiền giữa búa và thành má nghiền (Hình2.13). Trên thực tế, qua khảo xát các mẫu máy nghiền gỗ, bã mía của các nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Đức, Mỹ,… cũng có biên dạng buồng nghiền hình tròn (Hình 2.11a; 2.11b và 2.11c) Hình 2.13: Biên dạng buồng nghiền kiểu tròn + Phương pháp cấp liệu: Có rất nhiều yếu tố bảo đảm cho sự làm việc của quá trình nghiền đạt tới hiệu quả cao. Một trong những yếu tố đó phải kể đến việc sử dụng hợp lý và đồng đều khoảng không gian trong buồng nghiền. Kết luận trên dựa vào cơ sở của các kết quả nghiên cứu với mục đích tạo cơ sở cho khả năng ăn vào hợp lý của vật liệu đem nghiền. Những thực nghiệm và các nghiên cứu trước đã chỉ ra được quy luật phân bố và độ không đồng đều của vật liệu nghiền trên bề mặt làm việc của sàng theo chiều rộng của buồng nghiền (hình 2.14). 35 Sự mòn không đều các bộ phận làm việc, do sự phân bố không đều vật liệu nghiền, dẫn tới phá huỷ sự cân bằng của bộ phận làm việc, ảnh hưởng xấu tới độ ổn định và tuổi thọ của máy. a. Cấp liệu tiếp tuyến b. Cấp liệu hướng trục Hình 2.14: Sơ đồ phân bố nguyên liệu lúc vào và ra sản phẩm theo chiều rộng buồng nghiền. Theo sơ đồ trên, việc cấp liệu hướng trục gây ra việc cấp liệu không đều đặc biệt là sự phân bố của sản phẩm ra không đều theo một đường parabol không đối xứng. Chứng tỏ, các búa trên một hàng búa chịu tác động của phản lực khi đập rất khác nhau, dẫn tới bền mòn khác nhau, gây mất cân bằng lớn trên chiều dài rô to. So với cấp liệu hướng trục, cấp liệu tiếp tuyến có những ưu điểm nổi bật, cấp liệu đều trên chiều rộng buồng nghiền, phân bố sản phẩm ra tuy không đều nhưng trên một đường cong parabol đối xứng. Theo một số mẫu thiết kế đang khảo sát, việc cấp liệu từ trên xuống kế thừa sự phân bố đều ở đầu vào. Mặt khác, khi xét tới quá trình đập vỡ hạt ta thấy: - Khi búa đập vào nguyên liệu, vận tốc búa giảm từ vận tốc ban đầu v0 tới vận tốc sau va chạm vc, còn hạt tăng tốc từ vận tốc khi vào máy vn tới vận tốc sau va chạm vk. Sự biến thiên động lượng của búa do xung lượng p.∆t (p: lực va đập, ∆t: thời gian tác dụng lực) được tính bằng: p.∆t = M.(v0 – vc) = m.(vk – vn) M - Khối lượng búa m - Khối lượng hạt 36 Như vậy, ở cấp liệu tiếp tuyến luôn tồn tại vn do nguyên liệu nghiền bị cuốn vào, do đó xung lượng va đập luôn nhỏ hơn xung lượng va đập khi cấp liệu từ trên xuống (theo phương pháp tiếp tuyến), do cấp liệu từ trên xuống vận tốc tương đối giữa búa và nguyên liệu nghiền coi như bằng không. Như vậy, ta thấy cũng như những dạng máy nghiền khác việc cấp liệu từ trên xuống và theo phương tiếp tuyến với đường kính rôto sẽ góp phần làm giảm tiêu hao năng lượng hơn các phương pháp cấp liệu khác. 2.5. Tính toán một số tham số động học làm cơ sở thiết kế máy máy nghiền bã mía. * Các thông số yêu cầu: - Nguyên liệu: bã mía - Độ ẩm của nguyên liệu trước khi nghiền: 20÷23% (độ ẩm của bã mía khi đạt cân bằng với môi trường). - Kích thước chiều dài của nguyên liệu trước khi nghiền: <100 mm - Kích thước của nguyên liệu sau nghiền: < ∅1 x 5 mm 2.5.1. Vận tốc đầu búa.[2], [7] Theo bảng phân tích các thành phần hóa học của bã mía thì chất xơ trong bã mía chiếm khối lượng khá lớn, với độ ẩm < 13% thì chất xơ thô chiếm trên 34,5% (theo Gohl). Chất xơ này lại được chia làm hai loại: một loại sợi nhỏ, mềm, dai và bền, loại này khó nghiền vụn hơn; một loại ngắn có nhiều ruột (bấc của bã), loại này dễ nghiền hơn. Vì vậy, ta phải tính vận tốc đầu búa của máy nghiền cần tính cho nguyên liệu có mức độ nghiền dai hơn (như chất xơ dạng dài). Sử dụng công thức tính của Rakhmatulin theo ứng suất bền động giới hạn. Vpv > Vvđ > ρ δ x aK pvd ln.. Trong đó: Kđ – Hệ số động học, lấy Kđ = 1,1 ζ- mật độ nguyên liệu, (kg/m3). 37 Vvđ – Vận tốc va đập. a: độ dài nguyên liệu; a=50 mm x: phần còn lại (không biến dạng) sau va đập; x = 5 mm Theo số liệu thực nghiệm ứng suất phá hủy (ứng suất cắt) của bã mía và một số loại vật liệu gỗ mềm, giòn (nhóm V và VI – phân hạng theo độ cứng tĩnh [8]). δpv = (4÷6)MPa ⇒ chọn δpv = 5 MPa = 5.106 Pa (N/m2) [8] Ta có yêu cầu ⇒= 20 x a ln 10 ≈ 2,99 Qua đo thực tế ở độ ẩm w = 50% thì: ζ = 800 kg/m3 7,45 81,9.10.8 99,2.10.5.1,1 2 6 ≈>pvV Chọn Vpv = 46 (m/s) Trong các máy nghiền kiểu búa, lớp liệu và bột trong buồng nghiền chuyển động với vận tốc V1 = β.Vb Trong đó: β = 0,4 ÷ 0,5; lấy β = 0,45 (Biên dạng buồng nghiền hình tròn) Vb – Vận tốc đầu búa. Vb = Vpv + V1 Vb = Vpv + 0,45.Vb Vpv = 0,55Vb Thay giá trị Vpv = 46 m/s ta có Vb ≈ 83,7 m/s 2.5.2. Thiết kế thông số hình học của búa, đường kính đĩa treo và chiều rộng rô to nghiền. Theo như phân tích, một số yếu tố ảnh hưởng của búa nghiền đến hiệu suất nghiền là: - Cách treo búa. - Khoảng cách từ đầu búa đến sàng. 38 - Hình dáng của búa. Tham khảo các mẫu máy nghiền của nước ngoài và một số đề tài nghiên cứu trước của Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp. Với năng suất thấp, nhóm đề tài sử dụng vận tốc góc rô tô nghiền là n=2800v/ph, kết hợp với thông số vận tốc dài đầu búa đã tính ở trên, từ đó tính được các thông số kích thước của rô to nghiền được xác định như sau: a. Đường kính đầu búa. Theo công thức m/s7,83 60 Π.nD. 30 Π.nR.Vb === Đường kính đầu búa mVD b 551,0 2900.14,3 60.7,83 2900.14,3 60. ≈== Chọn D = 0,56 m b. Chiều rộng rô tô nghiền. Theo công thức thực nghiệm về mối liên hệ giữa đường kính đầu búa và chiều rộng rô tô (L) 42 ÷= L D Chọn m DL L D 28,0 0,2 56,0 0,2 0,2 ===⇒= Chọn L = 0,28 m =280 mm c. Các thông số hình học của búa. Tương tự như các mẫu nghiền búa đã nghiên cứu trước đó và dựa trên cơ sở đã tính toán, khảo sát của một số mẫu máy trước, nhóm đề tài tính kiểm tra các kích thước hình học của búa theo phương pháp giải bài toán giao động riêng của búa để đảm bảo phản lực do dao động cộng hưởng của búa và rô to gây ra vào ổ đỡ nhỏ nhất khi nghiền hạt. 39 Chọn búa hình chữ nhật theo tiêu chuẩn của Viện (Hình 2.8a) có kích thước như sau: Chiều rộng búa b = 50mm Chiều dài búa a = 150mm Chiều dầy búa δ = 5mm Lỗ chốt nghiền d = ∅25 mm Khi khảo sát các mẫu búa nghiền của nước ngoài được nghiền các vật liệu có tính chất xơ, thân cỏ (rơm, thân gô khô, cỏ “voi”, cỏ sả,…), nhóm đề tài nhận thấy có loại búa có lưỡi và răng (mẫu máy của Trung Quốc ký hiệu SFSP). Qua nghiên cứu và phân tích, các thành viên trong đề tài cũng đề xuất một phương án chế tạo một lại mẫu búa có răng và lưỡi để làm tăng khả năng cắt nguyên liệu của máy nghiền (Hình 2.15b). Đồng thời các búa này đều được lắp xen kẽ nhau trên một hàng búa để tăng hiệu quả cắt xé mà không ảnh hưởng đến nhiều sự va đập của búa với nguyên liệu. a) b) Hình 2.15 a. Kiểu búa thường; b. Kiểu búa có lưỡi, răng 40 d. Số lượng búa. Tổng số lượng búa Z ( ) δ ∆−= 2K.lLZ [4] Trong đó: L – Chiều tộng rô tô nghiền, (mm) ∆l – Tổng chiều dầy các đĩa lắp chốt (không được vết búa bao phủ). Ta chọn 7 đĩa dày 10mm. Khi đó ∆l = 7.10 = 70mm K2 – Số búa trên 1 vòng quay rô to; K2 = 1 ÷ 6 Chọn K2 = 1 ( ) 36 5 1.70250 =−=Z Chọn số búa Z = 36 búa e. Khe hở giữa đầu búa và sàng (∆R). Như đã biết, khe hở giữa đầu búa và sàng có ảnh hưởng nhiều đến năng suất của máy nghiền. Khe hở quá lớn thì lớp vật liệu sẽ dầy lên, búa không thể làm cho vật liệu thoát do lỗ sàng hữu hiệu được. Khe hở quá nhỏ vật liệu vùng sàng bị đẩy ra nên không thể chui qua lỗ của sàng hữu hiệu được. Dựa vào công thức kinh nghiệm khe hở chọn ra để nghiền với máy nghiền ngũ cốc là: ∆R = (1,5 ÷ 2).d [4] d – Đường kính tương đương của hạt nguyên liệu. Kết hợp tham khảo các mẫu máy nghiền khác, đường kính tương đương nguyên liệu có thể lấy d=4mm, nhóm đề tài chọn ∆R = 8 mm f. Đường kính đĩa treo búa. Đường kính đĩa treo búa đảm bảo điều kiện Dtr = D – 2.(l1 + l2)- 2.∆R 41 Bán kính quán tính của búa tính theo công thức: 12 ba 22 C +=ζ [5] ξ2C = l1 . l2 mm al 75 21 == => mma ba l cl 7,27 .6 22 1 2 2 ≈+== ζ Lấy l2 = 30mm và l1 + l2 = 105 mm Dtr = 0,56 – 2.0,105-2.0,008 = 0,334 m g. Tính toán thiết kế lựa chọn quạt và Cyclone cho máy nghiền. Lượng gió với áp suất thích hợp có hỗ trợ cho việc thoát liệu và nâng cao hiệu suất của máy nghiền, giúp cho độ hạt bụi sản phẩm được đồng đều hơn. Đối với máy nghiền búa do sự cản trở của vành vật liệu phân thành lớp có kích thước hạt khác nhau nếu lượng gió hút (hoặc đẩy) quá nhỏ và áp suất gió chênh với môi trường quá thấp thì hiệu quả thoát liệu sẽ kém. Nếu lượng gió quá lớn và áp suất gió so với môi trường quá cao sẽ tạo ra bí sàng, vật liệu không thoát được. - Theo thực nghiệm người ta tính cứ 6,45cm2 (1urc2) thì cần lượng gió là 2,12÷2,54m3/h với áp suất là 0,5 ÷ 1,27 KPa. Với các thông số hình học tính toán, thiết kế được được thì diện tích thoát liệu (1/2 tiết diện máy nghiền): S = 222 10.6,24246028.56.14,3. 2 1)( 2 1 mcmLD −=≈=π hmQ /96854,2. 10.45,6 10.6,24 3 4 2 ≈= − − Chọn Q = 1000m3/h Và chọn áp suất quạt H = 300mmH2O 42 Công suất tiêu thụ của quạt tính theo công thức: η= .102 .HQPtt Với: Q - Lưu lượng quạt (m3/s) H – Áp suất quạt (mmH2O) η- là hiệu suât quạt. Theo kinh nghiệm của các hãng sản xuất quạt thì với quạt ly tâm trung áp, guồng cánh cong thì η = 0,6 ÷ 0,75 Chọn η = 0,6 Tuy nhiên thực tế thì công suất toàn phần của quạt: P = (1,05÷1,15)Ptt Do quạt phải tải liệu nên chọn P = 1,15 Ptt = η.102 .15,1 HQ Thay số: P = kW565,1 6,0.102.3600 300.100015,1 ≈ Chọn Cyclone: Trên cơ sở các kiểu Cyclone có sẵn của Anh, Mỹ, Liên Xô ta chọn kiểu cyclone có cửa vào theo phương tiếp tuyến, đây là kiểu cyclone có hiệu suất thu bụi cao nhất (>99%). Cyclone có đường kính D = 600mm. h. Tính toán công suất động cơ. Công suất phần nghiền: ( )KwnLDkkNn 60 ......6,3 221 δ= Trong đó: δ - khối lượng riêng của nguyên liệu trong buồng nghiền (kg/m3), sau khi lấy mẫu đo đạc nhóm đề tài chọn δ = 800kg/m3. D - đường kính rô to nghiền, (m). Tính ở phần trên là 0,56 m L – Chiều rộng rô to nghiền, (m). Tính ở phần trên là 0,28m n – số vòng quay của động cơ 2900v/p. k1 – Hệ số thực nghiệm [1] với sàng đường kính lỗ <2,5mm thì 43 k1 = (1,3÷1,7).10-4 ở đây ta chọn k1 = 1,7.10-4 . k2 – hệ số thực nghiệm [1], k2 = 6,4÷10,5 (giá trị nhỏ dùng cho nghiền thô, giá trị lớn dùng cho nghiền mịn), ta chọn k2 = 8,5. Thay các giá trị trên vào công thức ta được: 66,17 60 2900.28,0.56,0.10.8,0.5,8.10.7,1.6,3 234 == − nN (kW) Do ta chọn kiểu thiết kế máy nghiền với quạt liền nhau nên công suất động cơ sẽ là: Pđc = Nn+Pq = 17,66 +1,565 = 19,225 kW Trên thực tế so sánh với dải công suất và tốc độ của động cơ của các nhà sản xuất ta chọn công suất động cơ: Pđc = 22 kW. i. Ứng dụng phần mềm thiết kế bộ truyền động Puli (bánh đai) đai thang Từ kết quả tính toán Pđc, số vòng quay rôto... và tham khảo những mẫu thực tế, nhóm đề tài lựa chọn bộ truyền động là đai thang, kiểu B. Như đã nêu, nhóm đề tài đã sử dụng phần mềm thiết kế 3D Inventor để thiết kế máy trộn. Cho đến nay, bộ phần mềm này đã trợ giúp được rất nhiều trong việc vẽ thiết kế làm tăng tốc độ thiết kế, tính chính xác và công nghệ trong thiết kế... Nhân đây, nhóm đề tài cũng giới thiệu một công cụ trợ giúp thiết kế (Design Accelerator) của bộ phần mềm Inventor để giúp người thiết kế có thể tính toán đơn giản và chính xác hơn một số chi tiết máy. Các thông số lựa chọn ban đầu: - Công suất động cơ: Pđc = 22 kW - Bộ truyền đai thang kiểu B - Số lượng bánh đai: 02 - Chiều dài đai: 2500 mm - Vận tốc quay rôto n2 = 2900 v/ph - Vận tốc quay động cơ n1 = 1480 v/ph Ö tỷ số truyền: ε = 1 2 n n 44 Chọn đường kính bánh đai nhỏ (bánh đai rô to): D2 = 130 mm D1 = mmDn n 250130. 1480 2900 2 1 2 ≅= Số lượng đai theo kinh nghiệm (Pđc = 22 kW; góc ôm lớn) chọn n = 5 Để vẽ bộ truyền động Puli đai thang trước hêt vào mục Design Accelerator có trong bộ AutoDesk Inventor (Hình 2.16) Hình 2.16 – Vào mục trợ giúp thiết kế Tiếp theo chọn mục thiết kế bánh đai (V-Belts) Sau đó chương trình sẽ hiện ra hộp thoại cho phép người thiết kế lựa chọn các thông số về bộ truyền bánh đai (Hình 2.17). Sau khi lựa chọn đầy đủ các thông số về từng bánh đai, ta tiếp tục chọn vị trí bánh đai chủ động bằng cách nhấp chuột lên trục động cơ ( lúc này có thể tiến hành xoay, kéo bánh đai để hiệu chỉnh khoảng cách, góc nghiên cho thích hợp (Hình 2.18). Khi đa lựa chọn xong, phía dưới nút bấm “OK” sẽ hiện sáng, người thiết kế bấm vào đó, phầm mềm sẽ tự động vẽ một bộ bánh đai tương đối hoàn chỉnh, lúc này người thiết kế chỉ cần bổ xung về rãnh then (Hình 2.19). 45 Hình 2.17- Bản lựa chọn các thông số về bộ truyền bánh đai Hình 2.18 – Lựa chọn thông số về từng bánh đai, hiệu chỉnh chiều dài, góc nghiên, chiều quay bánh đai 46 Hình 2.19 – Kết quả thiết kế bộ truyền bánh đai 2.5.3. Kết quả thiết kế và các thông số kỹ thuật của máy nghiền bã mía năng suất 500 kg/giờ. Sau khi tổng hợp các phân tích khảo sát, tính kiểm tra. Nhóm đề tài đã thiết kế một mẫu máy nghiền bã mía có năng suất 500 kG/giờ, sản phẩm thiết kế là một bộ bản vẽ kỹ thuật đầy đủ bao gồm: - 01 bản tổng máy (phụ lục 8) - 08 bản vẽ các cụm máy - Và nhiều bản vẽ các chi tết máy khác được đánh số ký hiệu theo các cụm Từ những bản vẽ này, nhóm đề tài tiến hành chế tạo một máy nghiền bã mía năng suất 500 kg/giờ với các thông số kỹ thuật ở bảng sau: 47 Thông số Đơn vị Kích thước Đường kính rô to (mm) 560 Chiều rộng buồng nghiền (mm) 280 Vận tốc trục rô to (v/p) 2900 Số lượng búa (c) 36 Công suất lắp đặt (Kw) 22 Diện tích sàng (m x m) 0,28 x 0,879 Bảng 2: Một số thông số chính của máy nghiền bã mía. Hình 2.16 – máy nghiền bã mía năng suất 500 kg/h 2.6. Chạy khảo nghiệm máy nghiền bã mía năng suất 500 kg/giờ a. Điều kiện khảo nghiệm - Địa điểm khảo nghiệm: Viện NCTKCT máy Nông nghiệp - Thời gian chạy khảo nghiệm: 8h ngày 28 tháng 11 năm 2009 - Nguyên liệu thử: Bã mía, độ ẩm 20-23% Chiều dài bã mía: < 100 mm 48 - Sàng lỗ tròn, kích thước lỗ sàng : ∅2mm; 1,5 x 3,5 mm - Dụng cụ đo công suất: Công tơ 3 pha. - Dụng cụ đo thời gian: Đồng hồ bấm giờ. Hình 2.17 – Nguyên liệu bã mía Như đã phân tích, hội đồng khảo nghiệm sẽ tiến hành 06 mẫu nghiền, nghiền vào 6 đợt khác nhau. Từ các mẫu này đo, tìm các thông số cần thiết b. Kết quả khảo nghiệm Với sàng lỗ ∅2 mm TT Khối lượng nguyên liệu (kg) Thời gian nghiền (giây) Năng suất trung bình (kg/h) Chỉ số dụng cụ đo công suất (kW) 1. 50 352 511 1,89 2. 100 785 459 3,9 3. 100 705 510 3,8 4. 200 1.410 510 7,7 5. 300 2.120 509 11,7 6. 400 2.793 516 15.4 49 Với sàng lỗ chữ nhật 1.5 x 3.5 TT Khối lượng nguyên liệu (kg) Thời gian nghiền (giây) Năng suất trung bình (kg/h) Chỉ số dụng cụ đo công suất (kW) 1. 50 341 527 1,9 2. 100 675 533 4,0 3. 100 692 520 3,6 4. 200 1.335 539 7,7 5. 300 2.024 534 11,6 6. 400 2.740 526 15.2 Hình 2.18 – Sản phẩm bã mía sau khi nghiền Kết luận khảo nghiệm: - Đối với sàng lỗ ∅2 mm Công suất trung bình là 503 kg/h, điện năng tiêu thụ trung bình trong một giờ là P = 19,57 kW/h Độ mịn của sản phẩm sau nghiền < ∅1x 4 mm ứng với sàng lỗ ∅2 mm - Đối với sàng lỗ chữ nhật 1,5 x 3,5 mm 50 Công suất trung bình là 530 kg/h, điện năng tiêu thụ trung bình trong một giờ là P = 20,3 kW/h Độ mịn của sản phẩm sau nghiền < ∅1x 5 mm ứng với sàng lỗ chữ nhật 1,5 x 3,5 mm Như vậy, máy nghiền bã mía đã đáp ứng được yêu cầu của công nghệ cũng như mục tiêu của đề tài đặt ra là công suất 500 kg/giờ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đối chiếu với hai mục tiêu chính của đề tài: - Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía. - Thiết kế chế tạo thiết bị nghiền bã mía năng suất 500kg/h trong dây chuyền làm phân vi sinh. Qua tham khảo các dây chuyền công nghệ sản xuất phân vi sinh khác đã được ứng dụng kết hợp với phân tích nghiên cứu, nhóm đề tài cũng đã đưa ra được sơ đồng công nghệ và thiết bị để sản suất phân hữu cơ vi sinh từ bã mía. Tuy nhiên do phạm vi của đề tài mới chỉ dừng lại ở mức “nghiên cứu” nên vẫn còn cần thiết có những đầu tư ban đầu, Do đó, nhóm đề tài kiến nghị cần có đề tài hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ vi sinh từ nguồn bã mía để lĩnh vực sản xuất phân vi sinh từ nguồn bã mía có thể ứng dụng thực tiễn một cách hoàn thiện hơn. Về mục tiêu thứ hai, nhóm đề tài đã chế tạo được một máy nghiền bã mía như yêu cầu, đã chạy khảo nghiệm và đạt yêu câu đề ra, đồng thời đây cũng là một sản phẩm đặc thù của dây chuyền sản xuất phân vi sinh từ bã mía này. Qua khảo nghiệm thực tế nếu để tăng năng suất của máy nghiền lên cao hơn thì còn rất nhiều vấn đề do chất xơ trong nguyên liệu nhiều rất khó thoát liệu. Do đó rất cần có những đề tài nghiên cứu đưa ra những giải pháp làm tăng năng suất máy nghiền bã mía, từ đó tăng quy mô dây chuyền. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Phạm Minh Vượng, Nguyễn Thị Minh Thuận- Máy phục vụ chăn nuôi– NXB Giáo Dục 1999. 2- A. Ia. XOKOLOV- Cơ sở thiết kế máy thực phẩm- Xí nghiệp Minh Sang 1976 3- Nguyễn Như Thuy, Lê Nguyên Dương, Phan Lê, Nguyễn Văn Khoẻ- máy và thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi- Nxb KHKT 1987. 4- Lê Văn Tri - Phân phức hợp hữu cơ vi sinh – Nxb Nông Nghiệp 2000 5- Lê Văn Tri, Trần Thị Minh, Lại Thị Ngọc Hà, Lê Thị Việt Hà, Nguyễn Thị Thu Phương, Lê Đức Vinh- Sử dụng các phụ phẩm nhà máy đường – Nxb Nông Nghiệp 1999 6- Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang - Giải bài toán cơ kỹ thuật bằng chương trình ANSYS –Nxb KH và KT 2003. 7- Tào Khang - Kỹ thuật gia công thức ăn chăn nuôi hiện đại Nhà xuất bản KHKT Thượng Hải 2003 (Tài liệu dịch). 8- Nguyễn Văn Huyền – Cẩm nang kỹ thuật cơ khí – NXB Xây Dựng 2004 9- Nguyễn Xuân Nguyên, Hoàng Đại Tuấn - Công nghệ xử lý chất thải rắn bằng phương pháp vi sinh và sản xuất phân bón – Nxb Khoa học kỹ thuật 2004. 10- Nguyễn Văn Đạt – Ngô Văn Tá - Phân tích lương thực-thực phẩm – giáo trình ĐH Bách Khoa –HN 2000