Báo cáo nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía thiết kế chế tạo thiết bị nghiền bã mía năng suất 500kg trên giờ

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP ************** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH – CN Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LÀM PHÂN VI SINH TỪ Bà MÍA THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NGHIỀN Bà MÍA NĂNG SUẤT 500KG/H TRONG DÂY CHUYỀN LÀM PHÂN VI SINH” Mã số: 174-09 RD/HĐ - KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT MNN Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Minh Tùng 7731 27/02/2010 Hà nội, 12/2009 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Mã số: 174- 09 RD/HĐ - KHCN Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LÀM PHÂN VI SINH TỪ Bà MÍA THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NGHIỀN Bà MÍA NĂNG SUẤT 500KG/H TRONG DÂY CHUYỀN LÀM PHÂN VI SINH” Chủ nhiệm đề tài Đơn vị chủ trì VIỆN NCTKCT MÁY NÔNG NGHIỆP Ks Nguyễn Minh Tùng Hà Nội, tháng 12 /2009 Danh sách người thực TT Họ tên Học hàm, học vị, chuyên môn Chức vụ Cơ quan Nguyễn Tường Vân Tiến sỹ Viện trưởng Viện Đặng Việt Hòa Thạc sỹ Trưởng phòng NCTKCT Đỗ Mai Trang Thạc sỹ Máy Đỗ Văn Mạnh Kỹ sư Nông Vũ Ngọc Tú Cán kỹ thuật nghiệp Nguyễn Thị Hằng Cử Nhân Đinh Văn Thắng Kỹ sư Nguyễn Văn Thành Kỹ sư MỤC LỤC TT Danh mục I LỜI MỞ ĐẦU II NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Khái niệm phân hữu sinh học phân hữu vi sinh 2.2 Các ứng dụng bã mía tình hình sản xuất phân vi sinh từ Tr 8 bã mía 2.2.1 Các ứng dụng bã mía từ nhà máy đường 2.2.2 Tình hình hình sản xuất phân vi sinh từ bã mía dây 10 13 chuyền nước ngồi 2.2.3 Tình hình hình sản xuất phân vi sinh từ bã mía nước 13 2.3 Nghiên cứu, khảo sát quy trình cơng nghệ sản xuất phân vi 15 sinh từ bã mía 2.3.1 Khái qt quy trình cơng nghệ sản xuất phân vi sinh từ bã mía 15 2.3.2 Xây dựng cơng nghệ thiết bị sản xuất phân hữu vi sinh 16 từ nguồn bã mía a Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất phân hữu vi sinh 16 FITOHOOCMON áp dụng b Quy trình cơng nghệ sản xuất phân hữu vi sinh từ bã mía 19 chất thải từ nhà máy mía đường khác c Sơ đồ công nghệ sản thiết bị sản xuất phân hữu vi sinh 26 từ bã mía chất thải từ nhà máy mía đường khác 2.4 Lựa chọn mẫu máy nghiền bã mía a Yêu cầu mặt công nghệ sản phẩm sau nghiền 29 29 b Sơ lược nguyên lý làm việc số máy nghiền nông sản phụ phế liệu nơng nghiệp c Tìm hiểu mẫu máy nghiền nguyên liệu nhiều chất xơ 31 nước d Phân tích lựa chọn mẫu máy nghiền phù hợp 32 2.5 Tính tốn số tham số động học làm sở thiết kế máy máy 29 36 nghiền bã mía 2.5.1 Vận tốc đầu búa 36 2.5.2 Thiết kế thơng số hình học búa, đường kính đĩa treo 37 chiều rộng rơ to nghiền a Đường kính đầu búa b Chiều rộng rơ to nghiền c Các thơng số hình học búa 38 38 38 d Số lượng búa e Khe hở đầu búa sàng (∆R) 40 40 f Đường kính đĩa treo búa 40 g Tính tốn thiết kế lựa chọn quạt Cyclone cho máy nghiền h Tính tốn công suất động i Ứng dụng phần mềm thiết kế truyền động Puli (bánh đai) đai thang 2.5.3 Kết thiết kế thông số kỹ thuật máy nghiền bã mía suất 500 kg/giờ 41 42 43 2.6 Chạy khảo nghiệm máy nghiền bã mía suất 500 kg/giờ a Điều kiện khảo nghiệm b Kết 47 47 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 46 50 51 Phụ lục 1: Quyết định viện trưởng việc thành lập hội đồng khảo nghiệm đề tài cấp Bộ Phụ lục 2: Danh sách hội đồng khảo nghiệm Phụ lục 3: Biên khảo nghiệm Phụ lục 4: Quyết định thành lập hội đồng nghiệm thu cấp sở Phụ lục 5: Danh sách hội đồng nghiệm thu cấp sở Phụ lục 6: Biên nghiệm thu sản phẩm đề tài Phụ lục 7: Bản vẽ máy nghiền Phụ lục 8: Biên Đánh giá cấp sở Phụ lục 9: Quyết định việc thành lập hội đồng khoa học công nghệ để đánh giá, nghiệm thu kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ 2009 Phụ lục 10: Hợp đồng nghiên cứu KH phát triển CN năm 2009 I LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam nước nơng nghiệp, hình thành phát triển từ lâu Những năm gần đây, với xu phát triển chung xã hội, ngành nông nghiệp Việt Nam phát triển khơng ngừng có điều nhờ ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật Trong đó, ngành phân bón ln đóng vai trị vơ quan trọng việc phát triển ngành nơng nghiệp trồng trọt, định chất lượng sản lượng thu hoạch trồng, điều khẳng định từ xưa giữ nguyên giá trị Thấy tầm quan trọng đó, từ ngày đầu lập nước, Đảng Nhà nước ta trọng đến phát triển ngành sản xuất phân bón phục vụ sản xuất nơng nghiệp Trong đó, ngành sản xuất phân bón vơ cơ, phân hỗn hợp NPK Việt Nam đến có thành tựu phát triển quan trọng quy mô chất lượng, bên cạnh lĩnh vực phân bón hữu cơ, phân vi sinh xuất từ lâu quy mô nhỏ lẻ hộ nông dân đa số dạng phân hữu để tận dụng phụ phế liệu nông nghiệp gia đình trấu, vỏ cà phê, chất thải chăn nuôi… Thực tế sản xuất nông nghiệp khẳng định vai trò thiết yếu phân hữu hay phân hữu vi sinh việc trì độ phì nhiêu đất, ổn định suất trồng, góp phần vào sản xuất nông nghiệp bền vững Tuy nhiên, nguồn phân hữu từ chất thải gia súc ngày khan không đủ để đáp ứng cho canh tác nông nghiệp đại, nguồn nguyên liệu từ phụ phế liệu hầu hết nhà máy chế biến lại nhiều, nguồn hữu qúy giá để sản xuất phân hữu vi sinh, có phụ phế liệu nhà máy mía đường lượng bã mía, bã bùn, rỉ mật thải lớn, lại giàu hữu dễ chuyển hóa, khơng thực tế thử nghiệm phân hữu vi sinh sản xuất từ nguồn chất thải nhà máy mía đường cho phù hợp với nhiều loại so với nguồn nguyên liệu khác vỏ cà phê, trấu, bã sắn,… Vì vậy, việc tìm hiểu phương pháp cơng nghệ sản xuất phân vi sinh từ chất thải nhà máy mía đường, đồng thời kết hợp với kiến thức kinh nghiệm chế tạo thiết bị máy chế biến nơng nghiệp vốn có đơn vị để từ đưa sơ đồ thiết bị công nghệ sản xuất phân vi sinh phù hợp thiết bị dây chuyền để đáp ứng yêu cầu vốn đầu tư chất lượng sản phẩm phân vi sinh ổn định, hiệu cần thiết, cấp bách Như vậy, hướng đem lại hiệu cao II NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Khái niệm phân hữu sinh học phân hữu vi sinh Khái niệm phân hữu sinh học: Là sản phẩm phân bón tạo thành thơng qua q trình lên men vi sinh vật hợp chất hữu có nguồn gốc khác nhau, có tác động vi sinh vật hợp chất sinh học chuyển hóa thành mùn Trong lọai phân có đầy đủ thành phần chất hữu cơ, có phối chế thêm chế phẩm sinh học (vi sinh, nấm đối kháng) bổ sung thêm thành phần vô đa lượng (NPK) vi lượng Tuỳ thuộc vào nhu cầu sản xuất mà cân đối phối trộn loại phân nguyên liệu cho trồng phát triển tốt mà khơng cần phải bón loại phân đơn Phân phức hợp hữu sinh học dùng để bón lót bón thúc Loại phân có hàm lượng dinh dưỡng cao nên bón trộn với đất Nếu sản xuất phù hợp cho loại trồng loại phân hữu tốt Khái niệm phân hữu vi sinh: nhóm phân hữu sinh học có bổ sung vi sinh vật trợ giúp làm giàu dinh dưỡng, thường chế biến cách đưa thêm số vi sinh vật có ích khác vào sau nhiệt độ đống ủ ổn định (~30oC ) Như nhóm vi khuẩn cố định nitơ tự (Azotobacter), vi khuẩn nấm sợi phân giải phot phát khó tan (Bacillus polymixa, Bacillus megaterium, Pseudomonas striata; Aspergillus awamori ), xạ khuẩn Streptomyces Rất nhiều loại phân hữu vi sinh (có nguồn gốc từ phụ phế liệu nông nghiệp, chất thải nhà máy chế biến nông lâm thủy sản) chế phẩm sinh học để sử dụng cho chúng sản xuất Việt Nam 2.2 Các ứng dụng bã mía tình hình sản xuất phân vi sinh từ bã mía Theo thống kê, thu hoạch mía sản phẩm mía đường saccaro, lại chiếm tỉ trọng nhỏ (khoảng 10% khối lượng mía), khối lượng phụ phế liệu cịn lại lớn biểu diễn sơ đồ khối (hình 2.1) sau: Cây mía đường Ngọn mía, mía 35-40% Thân thu hoạch 60-65% Đường 9-10% Bã mía 25-30% Bùn lọc váng bọt Mật rỉ 1-4% 3-4% Hình 2.1: Sơ đồ biểu diễn khối lượng thành phần mía đường (theo Z.O Muller) Với lượng thải mía mía người nơng dân sử dụng chủ yếu làm thức ăn gia súc hình thức cho ăn tươi sơ chế Các thành phần lại sau đường (bã mía, bùn lọc, váng bọt mật rỉ) phụ phế liệu nhà máy đường chiếm 29 ÷ 38% khối lượng mía, thành phần bã mía chiếm tỉ khối nhiều (25 ÷ 30% khối lượng mía) Như vậy, với lượng phụ phế liệu đáng kể (nhất lượng bã mía) để giải việc tận dụng nguồn hữu giàu lượng toán nhà máy mía đường Để giải tốn trước hết cần tìm hiểu thành phần bã mía (Bảng 1) Bảng 1: Thành phần bã mía sau ép đường (Theo Gohl) Thành phần Tính theo vật chất Tính theo khối khô (%) lượng tươi (%) Độ ẩm Protein thô 6,9 3,7 Chất béo 1,3 1,2 Chất xơ 37,0 34,5 Tro 3,9 3,6 Nitơ tự chiết xuất 53,8 50,1 2.2.1 Các ứng dụng bã mía từ nhà máy đường Như phân tích trên, thành phần chất thải nhà máy đường lượng bã mía chiếm khối lượng lớn Qua tìm hiểu thực tế nhà máy mía đường nước qua sách báo internet việc sử dụng bã mía nhà máy mía đường giới đa dạng thay đổi theo nhu cầu thị trường Do vậy, nhóm đề tài xin thống kê số phương pháp sử dụng bã mía áp dụng với quy mô công nghiệp nước nước có ngành cơng nghiệp mía đường phát triển ™ Sử dụng bã mía làm nhiên liệu đốt lị Hiện nhiều nhà máy đường nước ta dùng bã mía để đốt lò hơi, nhiên thực tế theo tính tốn (dựa vào nhiệt trị bã mía ≈ 2.340 kCal/kg) với nhà máy sử dụng bã mía để đốt dùng hết 80% lượng bã mía đáp ứng tồn lượng để sản xuất nhà máy Như với nhà máy sử dụng phương án ép khoảng 400 mía cho 100 bã mía sau đốt lị cịn dư khoảng bã mía, số lượng bã mía với nhà máy quy mơ trung bình 4500 tấn/ngày (tương đương nhà máy mía đường Gia Lai) lượng bã mía thừa khoảng 56 bã mía/ngày, lượng bã mía lớn 10 Vvđ – Vận tốc va đập a: độ dài nguyên liệu; a=50 mm x: phần cịn lại (khơng biến dạng) sau va đập; x = mm Theo số liệu thực nghiệm ứng suất phá hủy (ứng suất cắt) bã mía số loại vật liệu gỗ mềm, giịn (nhóm V VI – phân hạng theo độ cứng tĩnh [8]) δpv = (4÷6)MPa ⇒ chọn δpv = MPa = 5.106 Pa (N/m2) [8] Ta có yêu cầu a = 20 ⇒ x ln 10 ≈ 2,99 Qua đo thực tế độ ẩm w = 50% thì: ζ = 800 kg/m3 V pv 1,1.5.10 6.2,99 > ≈ 45,7 8.10 2.9,81 Chọn Vpv = 46 (m/s) Trong máy nghiền kiểu búa, lớp liệu bột 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 trịn) 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 thơng số hình học búa, đường kính đĩa treo chiều rộng rô to nghiền Theo phân tích, số yếu tố ảnh hưởng búa nghiền đến hiệu suất nghiền là: - Cách treo búa - Khoảng cách từ đầu búa đến sàng 37 - Hình dáng búa Tham khảo mẫu máy nghiền nước số đề tài nghiên cứu trước Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nơng nghiệp Với suất thấp, nhóm đề tài sử dụng vận tốc góc rơ tơ nghiền n=2800v/ph, kết hợp với thông số vận tốc dài đầu búa tính trên, từ tính thơng số kích thước rơ to nghiền xác định sau: a Đường kính đầu búa Theo cơng thức Π.n Π.n = D = 83,7 m/s 30 60 Đường kính đầu búa Vb = R D= Vb 60 83,7.60 = ≈ 0,551m 3,14.2900 3,14.2900 Chọn D = 0,56 m b Chiều rộng rô tô nghiền Theo công thức thực nghiệm mối liên hệ đường kính đầu búa chiều rộng rơ tơ (L) D = 2÷4 L Chọn D L = 2,0 ⇒ L = D 0,56 = = 0,28m 2,0 2,0 Chọn L = 0,28 m =280 mm c Các thơng số hình học búa Tương tự mẫu nghiền búa nghiên cứu trước dựa sở tính tốn, khảo sát số mẫu máy trước, nhóm đề tài tính kiểm tra kích thước hình học búa theo phương pháp giải toán giao động riêng búa để đảm bảo phản lực dao động cộng hưởng búa rô to gây vào ổ đỡ nhỏ nghiền hạt 38 Chọn búa hình chữ nhật theo tiêu chuẩn Viện (Hình 2.8a) có kích thước 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 mẫu búa nghiền nước nghiền vật liệu có tính chất xơ, thân cỏ (rơm, thân gơ khơ, cỏ “voi”, cỏ sả,…), nhóm đề tài nhận thấy có loại búa có lưỡi (mẫu máy Trung Quốc ký hiệu SFSP) Qua nghiên cứu phân tích, thành viên đề tài đề xuất phương án chế tạo lại mẫu búa có lưỡi để làm tăng khả cắt nguyên liệu máy nghiền (Hình 2.15b) Đồng thời búa lắp xen kẽ hàng búa để tăng hiệu cắt xé mà không ảnh hưởng đến nhiều va đập búa với nguyên liệu a) b) Hình 2.15 a Kiểu búa thường; b Kiểu búa có lưỡi, 39 d Số lượng búa Tổng số lượng búa Z Z= (L − ∆l).K δ [4] Trong đó: L – Chiều tộng rô tô nghiền, (mm) ∆l – Tổng chiều dầy đĩa lắp chốt (không vết búa bao phủ) Ta chọn đĩa dày 10mm Khi ∆l = 7.10 = 70mm K2 – Số búa vòng quay rơ to; K2 = ÷ Chọn K2 = Z= (250 − 70).1 = 36 Chọn số búa Z = 36 búa e Khe hở đầu búa sàng (∆R) Như biết, khe hở đầu búa sàng có ảnh hưởng nhiều đến suất máy nghiền Khe hở lớn lớp vật liệu dầy lên, búa làm cho vật liệu thoát lỗ sàng hữu hiệu Khe hở nhỏ vật liệu vùng sàng bị đẩy nên chui qua lỗ sàng hữu hiệu Dựa vào công thức kinh nghiệm khe hở chọn để nghiền với máy nghiền ngũ cốc là: ∆R = (1,5 ÷ 2).d [4] d – Đường kính tương đương hạt nguyên liệu Kết hợp tham khảo mẫu máy nghiền khác, đường kính tương đương nguyên liệu lấy d=4mm, nhóm đề tài chọn ∆R = mm f Đường kính đĩa treo búa Đường kính đĩa treo búa đảm bảo điều kiện Dtr = D – 2.(l1 + l2)- 2.∆R 40 Bán kính quán tính búa tính theo cơng thức: a + b2 ζC = 12 [5] ξ2C = l1 l2 a l1 = = 75mm => l = ζ 2c l1 a2 + b2 = ≈ 27,7mm 6.a Lấy l2 = 30mm l1 + l2 = 105 mm Dtr = 0,56 – 2.0,105-2.0,008 = 0,334 m g Tính tốn thiết kế lựa chọn quạt Cyclone cho máy nghiền Lượng gió với áp suất thích hợp có hỗ trợ cho việc thoát liệu nâng cao hiệu suất máy nghiền, giúp cho độ hạt bụi sản phẩm đồng Đối với máy nghiền búa cản trở vành vật liệu phân thành lớp có kích thước hạt khác lượng gió hút (hoặc đẩy) nhỏ áp suất gió chênh với mơi trường q thấp hiệu liệu Nếu lượng gió lớn áp suất gió so với mơi trường q cao tạo bí sàng, vật liệu khơng - Theo thực nghiệm người ta tính 6,45cm2 (1urc2) cần lượng gió 2,12÷2,54m3/h với áp suất 0,5 ÷ 1,27 KPa Với thơng số hình học tính tốn, thiết kế được diện tích liệu (1/2 tiết diện máy nghiền): S= 1 (πD) L = 3,14.56.28 ≈ 2460cm = 24,6.10 −2 m 2 24,6.10 −2 Q= 2,54 ≈ 968m / h −4 6,45.10 Chọn Q = 1000m3/h Và chọn áp suất quạt H = 300mmH2O 41 Công suất tiêu thụ quạt tính theo cơng thức: Ptt = Q.H 102.η Với: Q - Lưu lượng quạt (m3/s) H – Áp suất quạt (mmH2O) η- hiệu suât quạt Theo kinh nghiệm hãng sản xuất quạt với quạt ly tâm trung áp, guồng cánh cong η = 0,6 ÷ 0,75 Chọn η = 0,6 Tuy nhiên thực tế cơng suất tồn phần quạt: P = (1,05÷1,15)Ptt Do quạt phải tải liệu nên chọn P = 1,15 Ptt = 1,15 Thay số: P = 1,15 Q.H 102.η 1000.300 ≈ 1,565kW 3600.102.0,6 Chọn Cyclone: Trên sở kiểu Cyclone có sẵn Anh, Mỹ, Liên Xơ ta chọn kiểu cyclone có cửa vào theo phương tiếp tuyến, kiểu cyclone có hiệu suất thu bụi cao (>99%) Cyclone có đường kính D = 600mm h Tính tốn cơng suất động Cơng suất phần nghiền: 3,6.k1.k δ.D L.n (Kw) Nn = 60 Trong đó: δ - khối lượng riêng nguyên liệu buồng nghiền (kg/m3), sau lấy mẫu đo đạc nhóm đề tài chọn δ = 800kg/m3 D - đường kính rơ to nghiền, (m) Tính phần 0,56 m L – Chiều rộng rơ to nghiền, (m) Tính phần 0,28m n – số vòng quay động 2900v/p k1 – Hệ số thực nghiệm [1] với sàng đường kính lỗ