Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng của máy trộn thức ăn chăn nuôi kiểu nằm ngang

Việc xác địnhcác thông số của quá trình trộn và quy luật trộn gặp khó khăn, chủ yếu là do nhiềuyếu tố biến đổi ảnh hưởng đến động lực học của máy trộn như: thông số chế tạo, cơ lý tính c

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thức ăn chăn nuôi chiếm phần lớn chi phí chăn nuôi (60 – 80%) Năm 2006, tỷ

lệ sử dụng thức ăn công nghiệp trong ngành chăn nuôi của Việt Nam là 41,6%, thấphơn mức trung bình của thế giới là 48,2% và đặc biệt thấp hơn các nước có ngành chănnuôi phát triển như Thụy Điển, Na Uy, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc với tỷ lệ sử dụngthức ăn công nghiệp trên 80% (Bộ NN & PTNT, 2007)

Ngành chế biến thức ăn chăn nuôi của Việt Nam được kỳ vọng là sẽ giúp tăng tỷtrọng thức ăn công nghiệp được sử dụng trong ngành chăn nuôi lên 55,5% vào năm

2010, 67,3% vào năm 2015 và 70,1% vào 2020 (Chiến lược Phát triển ngành Chănnuôi đến năm 2020, Bộ NN & PTNT, 2007)

Các doanh nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ chiếm hơn 90%

doanh nghiệp sản xuất thức ăn hiện nay, được đánh giá là yếu hơn các doanh nghiệpquy mô lớn về quản lý chất lượng và công nghệ (Dự án 030/06VIE, 2010) Vì thế,

để đạt được kỳ vọng đó, một trong những nhân tố quan trọng là phát triển công

nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là quy mô vừa và nhỏ (2 – 5Tấn/h) vớitrang thiết bị đồng bộ nhằm nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm, trong

đó có khâu cuối cùng- khâu trộn thức ăn là quan trọng

Trên thế giới hiện có rất nhiều các loại máy trộn thức ăn chăn nuôi được nghiêncứu và chế tạo, phần lớn các tác giả tập trung nghiên cứu máy trộn cánh gạt, nằmngang, làm việc gián đoạn hoặc liên tục, nhất là kiểu hai trục cánh trộn; nhưng việcnghiên cứu vẫn chưa toàn diện, chủ yếu mang tính chất thực nghiệm Việc xác địnhcác thông số của quá trình trộn và quy luật trộn gặp khó khăn, chủ yếu là do nhiềuyếu tố biến đổi ảnh hưởng đến động lực học của máy trộn như: thông số chế tạo, cơ

lý tính của các thành phần thức ăn, nguyên lý trộn và các chỉ số công nghệ khác Tại Việt Nam, máy trộn thức ăn chăn nuôi trong các dây chuyền sản xuất

được nhập khẩu từ nước ngoài hoặc chế tạo theo kinh nghiệm với rất nhiều kiểu

dáng, công suất khác nhau; Cho đến nay việc nghiên cứu lý thuyết tính toán cũngnhư thực nghiệm cho máy trộn thức ăn chăn nuôi trục ngang kiểu cánh gạt (loại

máy trộn đang được sử dụng phổ biến trong các cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôiquy mô vừa và nhỏ) vẫn chưa được các nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên

cứu, thiết kế Đặc biệt là chỉ tiêu về độ đồng đều của sản phẩm sau trộn, tiết kiệm chi phí năng lượng Các nghiên cứu cho thấy nếu độ động đều của sản phẩm thức

ăn chăn nuôi sau trộn nhỏ hơn 90 % thì độ tăng trọng của vật nuôi sẽ giảm từ 5 –

10 % [27],[28], tuy nhiên nếu tăng độ đồng đều của sản phẩm sau trộn mà không

quan tâm đến chi phí năng lượng thì giá thành sản phẩm sẽ cao Trong khi đó giáthức ăn chăn nuôi công nghiệp ở Việt Nam hiện nay cao hơn khoảng 10-15% so vớicác nước khác trong khu vực như Thái Lan hay Trung Quốc (www.mard.gov.vn).Chi phí chăn nuôi cao là nguyên nhân quan trọng nhất dẫn tới khả năng cạnh tranhthấp của ngành chăn nuôi Việt Nam (IAE, 2005)

Vì những lý do trên, việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng của máy trộn thức ăn chăn nuôi kiểu nằm ngang” đang là vấn đề cấp bách và có ý nghĩa

- Xác định dãy máy trộn thức ăn chăn nuôi với các công suất khác nhau trên

cơ sở máy trộn mô hình;

- Đánh giá thử nghiệm độ tin cậy của máy thực

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Một số thông số chính của máy trộn bột khô, kiểu nằm ngang: Góc nâng cánhtrộn, đường kính cánh trộn, đường kính thùng trộn, bước vít, tốc độ của vít trộn,thời gian trộn, khối lượng một mẻ trộn, chi phí công suất ;

- Phát triển hướng ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng cho máy trộn thức

ăn chăn nuôi trục ngang trong:

+ Tính toán thiết kế mô hình thí nghiệm;

- Thiết kế máy trộn thức ăn chăn nuôi trục ngang dùng cho thực nghiệm, từ đó

đề xuất dãy máy trộn công suất 25 Tấn/h cho quy mô sản xuất vừa theo hướngtăng độ đồng đều sau trộn và tiết kiệm năng lượng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra, lấy ý kiến chuyên gia, tập hợp thông tin;

- Phương pháp mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên;

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng ngành chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới

Chăn nuôi là một trong hai ngành sản xuất chính của kinh tế nông nghiệp Nó

có vai trò rất quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa đất nước Ngoài việccung cấp thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, ngành chăn nuôi còn là nguồn cungcấp nguyên liệu không thể thiếu cho một số ngành công nghiệp Ở những nước tiêntiến, giá trị sản xuất chăn nuôi chiếm trên 50% tổng giá trị sản xuất nông nghiệp

1.1.2 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam

Việt Nam là nước nông nghiệp, nguồn nguyên liệu phục vụ cho chế biến thức

ăn chăn nuôi đa dạng và phong phú

Nhu cầu tiêu thụ thực phẩm chất lượng cao, thực phẩm an toàn của người dânngày càng tăng Hiện nay, bình quân thịt, trứng, sữa theo đầu người còn thấp, chỉbằng 40% ÷ 50% mức tiêu thụ của các nước khu vực Thức ăn chế biến mới chỉ 50

÷ 60% tổng lượng thức ăn (các nước khu vực bình quân 50 ÷ 70%) Thị trường tiêuthụ thịt, trứng và sữa còn rộng mở

Tuy nhiên, thị trường thịt nội địa không ổn định, chưa có thị trường xuất khẩu,giá sản phẩm cao hơn 15 ÷ 20% so các nước khu vực Việt Nam phải cạnh tranh vớicác nước, đó là thách thức lớn vì:

1 Chăn nuôi nhìn chung còn nhỏ lẻ và phân tán Các mô hình chăn nuôi côngnghiệp còn ít Năng suất, chất lượng các sản phẩm chăn nuôi chưa cao

2 Chậm đổi mới công nghệ, thiết bị phục vụ ngành chăn nuôi

* Hướng phát triển của ngành chăn nuôi Việt Nam thời gian tới

Phấn đấu đưa tỷ trọng ngành chăn nuôi trong tổng giá trị sản xuất nôngnghiệp từ 21÷ 22% hiện nay lên trên 30% vào năm 2010 Đến năm 2020 phấn đấuchế biến thức ăn chăn nuôi: 10 triệu tấn/năm (Báo cáo của Bộ chính trị tại Hội nghị

TW lần thứ 7, khoá X năm 2008)

1.1.3 Tình hình chế biến thức ăn chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam

1.1.3.1 Tình hình chế biến thức ăn chăn nuôi trên thế giới

Sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp trên toàn thế giới năm 2003 đã đạtmức kỷ lục là 612 triệu tấn Dự báo trong năm tới, sản xuất công nghiệp sẽ có mức

Châu Á

Thái Bình Dương 13040 13410 14320 12810 13220 13500 - 14260Cộng đồng chung

tăng trưởng khoảng 1,5%/năm (trong khi đó thời gian vừa qua chỉ có mức tăng

trưởng xấp xỉ 1%/năm); chủ yếu do việc tăng nhanh sản lượng ở một số nước đạigia về lĩnh vực này như: Trung Quốc, Brazin, Mehico và ở một số nước thuộc khuvực Đông Nam Á

Bảng 1.1 Sản lượng thức ăn chăn nuôi được chế biến ở các nước

Đơn vị: 10 6 tấn

Nguồn: Tào Khang, 2003 [17]

Thức ăn gia cầm chiếm tỷ trọng cao nhất: 38%, đạt 233 triệu tấn; tiếp đó làthức ăn cho lợn: 32%; thức ăn cho bò sữa: 17%; cho bò thịt 7%; còn thức ăn cho

thuỷ sản và các đối tượng vật nuôi khác chiếm 6% Hiện nay có khoảng 3.500 nhà máy thức ăn chăn nuôi công suất lớn trên thế giới đảm nhận sản xuất trên 80% sản lượng thức ăn chăn nuôi toàn cầu.

Riêng 50 nước có ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi tiên tiến đã đạt trên 90%sản lượng thức ăn chăn nuôi của cả thế giới, trong đó có 5 nước: Mỹ, Trung Quốc,Brazin, Nhật Bản và Pháp Năm tập đoàn đứng đầu thế giới về sản xuất thức ăn

chăn nuôi là Cargill, Charoen Porkphand, Land O’Lakes, Tyson Food và Zen-nohCooperative hàng năm cung cấp ra thị trường khoảng 8% lượng thức ăn chăn nuôi.Công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi ở các nước phát triển đã trải qua hàngtrăm năm kinh nghiệm và đã đạt đến sự hoàn hảo của khoa học công nghệ với trang

TT Sản phẩm chăn nuôi Thức ăn truyền thống

Zhengchang, Yeong Minh, v.v…Các công ty trên đã đưa ra các dây chuyền chếbiến TACN quy mô 5; 10; 15; 20; 30; 50 tấn/giờ và lớn hơn với dây chuyền thiết bịđồng bộ, điều khiển tự động hoàn toàn hoặc tự động từng công đoạn, đáp ứng nhucầu đa dạng của sản xuất Nhiều tập đoàn như Proconco, CP group, AFC,

Cargill…đã tạo lập được uy tín trên thị trường Việt Nam

Thức ăn công nghiệp tiết kiệm được 40 - 48% nguyên liệu so với thức ăn truyền thống để vật nuôi tăng tặng 1kg (bảng 1.2) Do đó các nước đầu tư khá lớn

trong loại hình chế biến này

Bảng 1.2 Tiêu thụ thức ăn chăn nuôi

Nguồn: Dự án 030/06VIE, 2010 [7]

1.1.3.2 Chế biến thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam

Trong 10 năm trở lại đây, ngành chăn nuôi phát triển nhanh dẫn đến thúc đẩyngành sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp, nhiều doanh nghiệp trong và ngoàinước đầu tư sản xuất thức ăn chăn nuôi với nhiều loại thiết bị, công nghệ hiện đạicông suất từ 30.000 – 200.000 tấn/năm Các dây chuyền có công suất từ 5.000 –10.000 tấn/năm do nhập khẩu, hoặc trong nước chế tạo Các công ty 100% nướcngoài đầu tư dây chuyền đồng bộ thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến, công suất100.000-200.000tấn/năm như Proconco; CP group Các hãng sản xuất thức ăn100% vốn nước ngoài có ưu thế về thiết bị, công nghệ, chất lượng sản phẩm ổnđịnh, đặc biệt kinh nghiệm trong chính sách tiếp thị, quảng cáo linh hoạt, nhạy bén;

tuy nhiên giá thành các dây chuyền sản xuất và phụ tùng thay thế rất cao (Dây chuyềnchế biến TAGS công suất 10 tấn/h của công ty HEEMHORST - Hà Lan chào vớigiá 1,2 triệu USD; Buller – Thụy Sỹ – 2 triệu USD)

Các doanh nghiệp lớn chiếm 65 % thị phần trong ngành sản xuất thức ăn chănnuôi, nhưng có rất nhiều các doanh nghiệp qui mô vừa và nhỏ cũng đang hoạt độngtrong lĩnh vực này Sức ép đè nặng lên các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong nước đểduy trì được khả năng cạnh tranh Việc nghiên cứu hướng phát triển cho các doanhnghiệp vừa và nhỏ có ý nghĩa rất lớn vì:1) Các doanh nghiệp này của Việt Nam; 2)Doanh nghiệp thường được đặt ở các vùng nông thôn nhiều hơn ở thành thị, có xuhướng cung cấp cho các khách hàng ở xa khu vực sản xuất và những khách hàngnày thường là những hộ chăn nuôi nhỏ; 3) Các doanh nghiệp này sử dụng một tỷ lệlớn các nguyên liệu thô được sản xuất ở địa phương

Nguyên nhân dẫn đến năng lực cạnh tranh thấp của các doanh nghiệp sản xuất

thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ trên thị trường là do thiết bị cũ công nghệ lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao.

Về dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi: Do vốn đầu tư nhỏ, tại các doanhnghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ hiện nay, các dây chuyền sản xuấtthức ăn chăn nuôi được nhập lại từ nước ngoài (đã qua sử dụng), hoặc thuê chế tạomáy mới theo mẫu máy có sẵn, thậm chí dùng máy nghiền kết hợp với máy trộn bêtông, cùng với máy đóng bao bì cũng có thể thành một “dây chuyền” sản xuất

Hình 1.1 “Dây chuyền” chế biến thức ăn chăn nuôi tại Hà Tây

Quy mô Miền Bắc Miền Nam

1.2 Công nghệ và thiết bị trộn của dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi 1.2.1 Dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi

Công nghệ chế biến thức ăn có các cải tiến đáng kể trong những năm gần đây.Nếu sáu mươi năm trước, nguyên liệu chỉ được pha trộn trên sàn nhà kho thì giờđây đã có các thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi hiện đại gắn hệ thống điều khiển.Tuy nhiên, các khái niệm cơ bản về pha trộn các thành phần với nhau để có nguồndinh dưỡng cân bằng vẫn không thay đổi [54]

Hình 1.2 Dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi

1.2.2 Thiết bị trộn trong dây chuyền chế

biến thức ăn chăn nuôi

1.2.2.1 Thiết bị trộn trên thế giới

Trong chế biến thức ăn chăn nuôi thì

trộn hỗn hợp là khâu chế biến cuối cùng có vai

trò rất quan trọng đối với chất lượng thức ăn

chăn nuôi

Các nghiên cứu gần đây của ngành chăn

nuôi cho thấy rằng: nếu độ trộn đều hỗn hợp

nhỏ hơn 90% có thể làm giảm mức tăng trọng

của gà và lợn từ 5 - 10% [27],[28].

Công nghệ trộn trong chế biến thức ăn chăn Hình 1.3 Một số loại máy trộnnuôi thường chia làm công nghệ trộn thức ăn a) Máy trộn liên tục ngang dạngchăn nuôi phối hợp, công nghệ trộn bổ sung

thêm liều lượng đã trộn trước và công nghệ trộn

thêm chất lỏng Hình thức trộn chia thành hai

loại: trộn mẻ (gián đoạn) và trộn liên tục

Máy trộn liên tục: Máy trộn liên tục

cánh xẻng xoắn.

b) Máy trộn liên tục ngang cánh xẻng đường kính thay đổi Heemhort.

c) Máy trộn liên tục ngang định dạng DFMA/DPSD Bühler d) Máy trộn liên tục đứng cánh

ngang kiểu cánh xẻng xoắn; Máy trộn liên tục ngang cánh xẻng với đường kính

thay đổi Heemhort; Máy trộn liên tục ngang định dạng DFMA/DPSD Bühler; Máy

trộn liên tục đứng cánh xẻng

Máy trộn gián đoạn : Hiện nay, trên thế giới hình thành nhiều kiểu máy trộn thức ănchăn nuôi, nhưng phổ biến nhất là loại máy trộn gồm bộ phận trộn quay, thùng máy đứngyên như : máy trộn vít, máy trộn cánh gạt, máy trộn hành tinh, máy trộn vít đứng, máy trộncánh xoắn, máy trộn ly tâm, máy trộn nghiền trộn (kiểu va đập) [17],[24],[44]

Về nghiên cứu quá trình trộn đều thức ăn chăn nuôi, hầu hết các tác giả trên

thế giới đều thống nhất đánh giá: hệ số biến thiên độ đồng đều (CV) đảm bảo chấtlượng trộn như sau:

- Thức ăn chăn nuôi hỗn hợp 10%;

- Thức ăn đậm đặc 5%;

Hãng Forberg, Nauy đã nghiên cứu thiết kế loại máy trộn ngang, cánh khuấydạng tấm xẻng (hay còn gọi là tay trộn, lá trộn…) đảm bảo biến thiên độ trộn đều

<5% Kết quả thực nghiệm cho thấy loại máy trộn cánh gạt cho kết quả tốt hơn so

với kiểu máy trộn có bộ phận khuấy đai xoắn (Hình 1.4);

Tác giả Mc.Ellhiney đã nghiên cứu mối quan hệ giữa thời gian trộn t và hệ số

biến thiên độ trộn đều%, cho thấy loại máy trộn kiểu cánh 2 trục đảm bảo độ trộnđều đạt chất lượng với thời gian từ 1-3 giây, loại máy này trộn được nhiều loại thức

ăn, tháo lắp và làm sạch thuận tiện, có khả năng bố trí vào liên hợp máy chế biến liêntục; Máy trộn vít đứng phổ biến cho các loại thức ăn bột khô, mức tiêu thụ điện năngriêng nhỏ, diện tích bố trí máy gọn, giá thành chế tạo và giá thành sản phẩm tương

đối thấp nhưng chất lượng trộn không cao; Máy trộn trống có cấu tạo phức tạp, năngsuất thấp; Máy trộn giải xoắn phổ biến ở Mỹ, Pháp có chất lượng trộn tốt, trộn đượcnhiều loại thức ăn, nhưng cấu tạo phức tạp, tiêu thụ điện năng riêng cao (hình 1.5);

Hình 1.4 Đường đặc tính trộn của máy trộn

1 Máy trộn cánh diệp hai trục Forberg

2 Máy trộn đai xoắn phổ thông

t,min

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa thời gian trộn và độ đồng đều của một số loại máy trộn thức ăn chăn nuôi

1 Máy trộn một vít xoắn kiểu đứng

2 Máy trộn kiểu cánh 2 trục

3 Máy trộn kiểu cánh 1 trục

4 Máy trộn trống quay

5 Máy trộn đai xoắn

1.2.2.2 Thiết bị trộn tại Việt Nam

a.Quy mô phân tán

Quy mô chế biến thức ăn chăn nuôi phân tán thường có năng suất 300 – 1.000kg/giờ sản xuất các loại thức ăn tổng hợp dạng bột phục vụ chính cho cở sở chănnuôi hoặc làm dịch vụ phục vụ tại các thôn xã

Thiết bị trong các mô hình này chủ yếu là máy trộn và máy nghiền Máy trộnthường dùng máy trộn đứng công suất 100 – 300kg/mẻ do trong nước chế tạo Rất ít

cơ sở dùng máy trộn ngang, mặc dù máy trộn ngang cho độ đồng đều cao hơn,

nhưng tiêu tốn nhiều điện năng hơn và giá thành cũng cao hơn

b Quy mô tập trung

 Quy mô sản xuất vừa 2 – 5 tấn/giờ

Các cơ sở có vốn ít, nhất là các cơ sở mới thành lập thường chọn quy mô 2 5tấn/giờ để đầu tư Sản phẩm chủ yếu là thức ăn tổng hợp và đậm đặc dạng bột Cómột số cơ sở đầu tư sản xuất thức ăn viên nhưng chưa nhiều

Tại Việt Nam, máy trộn được sử dụng trong các doanh nghiệp sản xuất thức

ăn chăn nuôi vừa và nhỏ là máy trộn ngang, cánh gạt hoặc dải xoắn, cũng có một số

cơ sở sử dụng máy trộn trục đứng; các máy này được nhập khẩu từ Trung Quốc,Đài Loan (mới hoặc đã qua sử dụng) hoặc chế tạo trong nước nhưng theo mẫu máy

có sẵn Mẫu máy trộn ngang được các công ty như Công ty TNHH Tân Thiên Phú,Công ty TNHH An Nam Máy trộn xuất xứ tại Trung Quốc đang được chào bán và sửdụng trong các cơ sở chế biến thức ăn, nhưng thông tin về đặc tính kỹ thuật về máy rất

ít hoặc không có

Ở dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi dạng bột, ngoài một số thiết bị phụtrợ (gầu tải, vít tải, quạt hút ), thiết bị chủ yếu là máy nghiền và máy trộn đứng Đitiên phong trong quy mô này là Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ Sau thuhoạch Từ năm 2000 đến nay trên 50 dây chuyền đã được chuyển cho sản xuất

Để giảm kinh phí đầu tư, trong dây chuyền này dùng hai máy trộn đứng

500kg/mẻ hoặc 1.000 kg/mẻ Qua khảo sát các máy trộn đứng đang dùng trong sảnxuất thấy nhiều máy chất lượng trộn chưa đảm bảo, thời gian trộn 15 -20 phút

nhưng độ đồng đều cũng chỉ đạt 90 - 93% Ngoài Viện Cơ điện nông nghiệp và

Công nghệ Sau thu hoạch, nhiều cơ sở khác như trường Đại học Nông lâm TP

HCM, Viện nghiên cứu thiết kế máy nông nghiệp v.v… cũng nghiên cứu chế tạothiết bị cho quy mô này

Hình 1.6 Máy trộn ngang Tr70-Tr500

TNHH An Nam

Hình 1.7 Máy trộn ngang HW-100

TT Công ty Năng suất trộn, T/h Địa điểm

TT Loại máy Mã hiệu suất lắp Công

đặt, kW

Năng suất, T/h Nơi lắp đặt

1 Máy trộn trục ngang TN- 500 2,7 ÷ 3,0 2 Quảng Xương, Thanh Hóa

2 Máy trộn trục ngang TN- 500 2,7 ÷ 3,0 2 Rừng thông, Đông Sơn

3 Máy trộn trục ngang TN- 500 2,7 ÷ 3,0 2 Ngọc Hồi, Hà Nội

4 Máy trộn trục ngang TN- 500 2,7 ÷ 3,0 2 Hưng Yên

5 Máy trộn trục đứng TĐ – 500 2,7 ÷ 3,0 2 Văn Điển, Hà Nội

6 Máy trộn trục đứng TĐ – 500 2,7 ÷ 3,0 2 Đồng Văn, Hà Nội

13

Bảng1.4 Đặc điểm kỹ thuật của các loại máy trộn đang được sử dụng trong các doanh nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ tại Việt Nam

Đề tài cũng đã khảo sát, tập hợp thêm thông tin về sản xuất, sử dụng máy trộn qui

mô sản xuất vừa và nhỏ trong nhiều vùng khác nhau

Bảng 1.5 Các công ty có máy trộn trục ngang công suất 210 T/h

(Nguồn: kết quả khảo sát của tác giả, 2009)

Đối với quy mô 5 tấn/giờ, do nhu cầu của sản xuất, Viện Cơ điện nông nghiệp

và Công nghệ Sau thu hoạch, Viện nghiên cứu thiết kế máy nông, Công ty cơ khíđộng lực, Công ty Quang Minh, Cơ sở Bùi Văn Ngọ v.v… đã nghiên cứu thiết kế,chế tạo hoặc chế tạo kết hợp với nhập ngoại dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuấtthức ăn chăn nuôi dạng bột và viên kết hợp với điều khiển tự động từng phần hay tựđộng hoàn toàn

Mặc dù đã thiết kế, chế tạo được tất cả các máy, thiết bị trong dây chuyền, trừmáy ép viên, tuy nhiên chủ yếu là nghiên cứu dựa trên một số mẫu của nước ngoài

và theo kinh nghiệm, thiếu các nghiên cứu cơ bản nên chưa đáp ứng được nhu cầu

đa dạng của sản xuất

 Quy mô 10 – 30 tấn/giờ và lớn hơn

Với quy mô 10 – 30 tấn/giờ, hiện tại ở Việt Nam cũng song song tồn tại haiquy trình công nghệ (Định lượng trước, nghiền sau và Nghiền trước định lượng sau ),theo đó là hệ thống máy móc thiết bị Tuy nhiên ở quy mô này hầu hết các máy vàthiết bị được nhấp khẩu đồng bộ từ nước ngoài, trong nước chưa chế tạo được Thờigian gần đây, giá thành nhập đồng bộ dây chuyền cao, do vậy nhiều cơ sở chỉ nhậpnhững thiết bị chính, còn các thiết bị phụ trợ như gầu tải, vít tải, thứng chứa v.v…chế tạo trong nước để giảm chi phí đầu tư

Nhận xét

Sau khi tìm hiểu về tình hình ứng dụng các loại máy trộn thức ăn chăn nuôi ởViệt Nam hiện nay và xu hướng sử dụng máy trộn thức ăn chăn nuôi trên thế giới,cho thấy các loại máy trộn liên tục được sử dụng trong các dây chuyền công suấtlớn (trên 10Tấn/h); Máy trộn vít đứng được sử dụng nhiều trong các cơ sở chế biếnthức ăn chăn nuôi phân tán (dưới 1Tấn/h) do công suất nhỏ và độ trộn đều thấp.Trong khi đó vấn đề đặt ra là nghiên cứu loại máy trộn phù hợp với quy mô sản suấtthức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ phổ biến tại Việt Nam hiện nay (công suất 25Tấn/h) ; vì thế luận án tập trung nghiên cứu loại máy trộn ngang, làm việc giánđoạn, cụ thể là ba loại: cánh gạt một trục, cánh gạt hai trục và giải xoắn; nhằm thuhẹp được phạm vi nghiên cứu và hướng phát triển tiếp theo

1.2.3 Các dạng máy trộn trục ngang, làm việc gián đoạn.

1.2.3.1 Máy trộn ngang một trục giải xoắn vít

Máy trộn ngang, dải xoắn vít kiểu nằm có hai loại: một trục và hai trục

Qui cách, mã hiệu

của máy trộn*

SLH 0,5

SLH 0,6

SLHY 1

SLHY 2,5

SLHY 5

SLHY 7,5

SLHY 10

SLHY 12,5

SLHY 15

Dung tích hữu hiệu

Nguyên liệu sau khi nạp vào máy trộn,

dưới tác dụng chuyển động của dải xoắn, vật

liệu được tiến hành trộn Vật liệu trộn ở vành

ngoài được chuyển đi dọc theo buồng trộn; ở

vành trong, vật liệu chuyển động theo hướng

ngược lại; vật liệu của lớp bên trong sau khi bị

đẩy về một phía, từ trong lại vận động ra phía Hình 1.8 Trục máy trộn dải xoắnngoài; vật liệu trộn ở lớp ngoài sau khi bị đẩy

về một phía từ ngoài lại chuyển động vào bên trong Trong quá trình đối lưu, haiphần vật liệu này chảy xuyên thấm lẫn nhau, làm thay đổi vị trí tiến hành trộn

Nhược điểm chủ yếu của thiết bị này là thời gian trộn kéo dài (từ 3 – 6 phút)

Bảng 1.6 Đặc điểm kỹ thuật của máy trộn vành xoắn (đai xoắn) kiểu ngang

* Dãy máy SLH và LSHY.

1.2.3.2 Máy trộn ngang một trục kiểu cánh gạt

Máy trộn kiểu cánh một trục nằm ngang do hãng Bühler Thụy Sỹ sản xuất,chủ yếu có hai dạng: kiểu DFMF – P và DFML Kiểu DFML là máy trộn tốc độnhanh mới được sản xuất gần đây Thời gian trộn chỉ cần 1,5 phút, hệ số biến thiêncủa độ đồng đều trộn <5%; thời gian chuyển vật liệu trộn ra ngoài là 10 giây Máytrộn kiểu cánh xẻng một trục dạng nằm ngang được ứng dụng rộng rãi

hiệu

Dung tích

3 hữu hạn, m

Công suất lắp đặt, kW

Tốc độ quay của rôto, vòng/phút

Số cánh

Kích thước buồng trộn, mm

- Kết cấu giản đơn, sử dụng kết cấu kiểu cánh một trục,

góc nghiêng giữa cánh và trục có thể điều chỉnh thuận lợi

- Thời gian trộn khoảng 1,5 phút nhanh hơn so với máy

trộn kiểu đai xoắn vít- Kết cấu hai cửa (hoặc một cửa)

đều đóng kín bằng khí động học nên vật liệu không rò

rỉ và sót rất ít

- Phạm vi ứng dụng rộng, kích thước gọn, thao tác thuận

Hình 1.9 Kết cấu kiểu máy trộn ngang kiểu cánh gạt DFMF – P

tiện, giá thành sửa chữa thấp

Bảng 1.7 Đặc điểm kỹ thuật của máy trộn kiểu cánh dạng DFMF – P*

(* Do Trung Quốc chế tạo)

b Đặc điểm kỹ thuật máy trộn kiểu cánh một trục dạng nằm ngang DFML.

Nguyên lý cơ bản của máy trộn kiểu cánh một trục dạng nằm ngang DFMLcũng giống kiểu DFMF – P Sự khác nhau là chiều dài buồng trộn đựợc rút ngắn,

chiều rộng buồng trộn tương đối lớn (phóng đại đường kính của rôto) Sử dụng hai

cửa để xả thức ăn; thời gian xả liệu chỉ cần 10 giây Tính năng tổng hợp ưu việt

hơn DFMF – P

Đặc điểm kỹ thuật

- Thời gian trộn 1,5 phút; hệ số biến thiên độ trộn

đều5%

- Đường kính rôto lớn, chiều dài ngắn, lắp bốn

hoặc sáu cánh, thao tác sửa chữa thuận tiện

- Có hai cửa lớn với tốc độ xả liệu nhanh khoảng

10 giây

- Kết cấu kín, có thể phòng ngừa được hạt với

mắt sàng 140 hoặc vật liệu có độ hạt rất nhỏ đi qua

Hình 1.10 Máy trộn ngang kiểu cánh gạt DFMF 1.2.3.3 Máy trộn ngang hai trục kiểu cánh gạt

Máy trộn hai trục ngang kiểu cánh gạt là sản phẩm của hãng Forberg – Na-uy Dãymáy trộn này có tốc độ trộn nhanh, độ trộn đều cao (hệ số độ trộn đều biến thiên <5%),phạm vi ứng dụng rộng và có đặc điểm là tiêu hao năng lượng thấp Trong các sơ sở chếbiến thức ăn chăn nuôi qui mô lớn và vừa thường ứng dụng dạng máy trộn này [50]

+ Phạm vi cho thêm lượng chất lỏng (khi cần

thiết) có thể đạt tới 20%; Hình 1.11 Máy trộn ngang hai trục cánh gạt+ Hệ số điền đầy thay đổi phạm vi lớn, từ 40 ÷

100%;

+ Tiêu thụ năng lượng trên đơn vị vật liệu trộn nhỏ, so với máy trộn đai xoắn kiểunằm chỉ bằng khoảng 50%

Tốc độ quay, vòng/ph

Đường kính rôto, mm

Kích thước cánh, mm

Khe hở giữa đáy với cánh, mm

Khe hở đỉnh máy với cánh diệp, mm

Số đầu phun chất lỏng (*)

Tốc độ quay của máy đảo quấy chất lỏng, vòng/phút

Thời gian thoát liệu, giây

18

+ Đơn giản, dễ chế tạo, tốc độ thoát liệu nhanh;

+ Phạm vi ứng dụng rộng rãi, không chỉ cho ngành thức ăn chăn nuôi, mà còndùng cho ngành hoá công nghiệp, y dược, và cho ngành chế biến lương thực, v.v…

* Nguyên lý làm việc của máy trộn ngang hai trục kiểu cánh gạt Forberg

Khi cơ cấu trộn làm việc, hai rôto quay ngược chiều nhau Các cánh trộn đưa vậtliệu qua rãnh của khoang máy, vừa xoay chiều ngược kim đồng hồ, mặt khác đảo vậtliệu, tại nơi rôto giao nhau hình thành vùng mất trọng lượng (phụ thuộc vào độ chặt củavật liệu, kích thước của các nguyên liệu v.v…) Tại rãnh của máy trộn hình thành vùng bịnhào trộn liên tục, tuần hoàn …do đó tốc độ trộn nhanh, hiệu quả trộn đều

Nguyên liệu trong máy trộn dưới tác động của các cánh, vận động vòng tròn vàvừa vận động dọc theo trục Nguyên liệu trộn được tác dụng của lực khuyếch tán trongbuồng trộn

Bảng 1.8 Đặc điểm kỹ thuật của máy trộn kiểu cánh hai trục F- 500

( hãng Forberg)

(*) Trường hợp máy trộn phun chất lỏng dùng cho máy ép viên, làm thức ăn cho tôm, cá.

1.3 Một số nghiên cứu về máy trộn ngang

1.3.1 Sự chuyển động của vật liệu rời trong máy trộn.

Phương pháp khuấy trộn bột rời (và có khi ở dạng nhão) thức ăn chăn nuôi

(gia súc, thức ăn thủy sản) đều xem xét từ việc xác định các dạng với những đặc

trưng cơ bản là tốc độ quay và đặc điểm tạo thành dòng chảy Theo đặc trưng sử

dụng tốc độ, cơ cấu khuấy trộn chia ra dạng: tốc độ thấp (quay chậm) và quay

nhanh Theo đặc điểm tạo thành dòng chảy, cơ cấu khuấy trộn có thể theo hướng

tiếp tuyến, hướng tâm

- Dòng chảy tiếp tuyến: vật liệu rời hay là bột thức ăn chăn nuôi chuyển độngthành vòng tròn đồng tâm với trục quay Dòng này thường sinh ra do cơ cấu khuấy -trộn kiểu mái chèo

Hình 1.12 Chuyển động của vật liệu trong buồng trộn

a Chuyển động theo dạng tiếp tuyến

b Chuyển động hướng kính

c Chuyển động hướng trục

- Dòng chảy hướng kính: Vật liệu rời chảy thành dòng theo phương vuông góc vớitrục quay hướng từ tâm ra thành thiết bị Dòng này thường sinh ra do cơ cấu khuấykiểu tuốc bin

- Dòng chảy hướng trục: Vật liệu rời chảy thành dòng song song với trục quay, dòngnày được sinh ra do cơ cấu khuấy kiểu chong chóng, mái chèo cánh nghiêng

Hình 1.13 Quỹ đạo chuyển động phức tạp của vật liệu trong

máy trộn trục ngang

1.3.2 Chế độ động học khi khuấy - trộn

Tốc độ chuyển động của nguyên liệu trong thiết bị khuấy - trộn phụ thuộc vàotốc độ chuyển động của của cơ cấu khuấy Thường sử dụng chuẩn số Reynold đặctrưng cho quá trình chuyển động của nguyên liệu trong buồng trộn [44]

R ek .n.D k2

Trong đó: Rek – c huẩn số Reynold dùng cho quá trình đảo - trộn;

 - khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3;

n - số vòng quay của cánh khuấy-trộn, s-1 ;

 - độ nhớt động lực của nguyên liệu trong buồng trộn, N.s/m2;

Dk - đường kính cơ cấu khuấy trộnChế độ chảy của nguyên liệu trong thiết bị khuấy - trộn đựơc chia thành bamiền tương ứng với giá trị của chuẩn số Reynold

Các cánh hướng tâm của máy trộn nghiêng một góc đối với trục quay, khicánh quay, nguyên liệu được chuyển dịch hướng tâm và hướng trục Vì vậy côngsuất N cần thiết đối với máy :

các lực cản của nguyên liệu

tác dụng lên cánh nhúng Hình 1.14 Sơ đồ xác định trở lực tác dụng lên cánhchìm trong sản phẩm, m/s;

v0 - tốc độ chiều trục của những điểm đặt hợp lực các lực cản của nguyên liệutác dụng lên cánh nhúng chìm trong sản phẩm, m/s;

z - số cánh đồng thời nhúng chìm trong sản phẩm

Khi cánh chuyển động, nó phải khắc phục trở lực do trọng lực và ma sát trongcủa sản phẩm, vừa do ma sát của sản phẩm với cánh Thành phần hướng tâm vàchiều trục của các lực cản có thể xác định theo sơ đồ hình 1.14

(45

).(cos sin ) 2

).(sin sin ) 2

htb- chiều sâu nhúng chìm của cánh,cm

Đối với cánh hướng tâm htb được xác định: htb = 0,5 h (với h: độ dài cánh)

1.3.4 Thời gian trộn

A.Ia Xokolov [44] khi nghiên cứu máy trộn dạng trục ngang, coi thời giancủa một lần trộn sản phẩm trong máy trộn, thức ăn chăn nuôi được chuyển liên tụcqua vít tải, thùng chứa, thời gian trộn được thể hiện:

df1t df2t

22

m- số lần trộn đảm bảo chất lượngHoặc thời gian trộn tính theo:

Q v.t

Trong đó: V- là thể tích sản phẩm trong thùng chứa của máy trộn, m3;

Qvt – năng suất trộn của máy trộn, m3/s

Thời gian trộn chung sẽ là:

VC - Độ trộn không đều của hỗn hợp;

f1(t)- Hàm đặc trưng cho quá trình trộn thuận;

f2(t)- Hàm đặc trưng cho quá trình trộn ngược

Một số tác giả khác cũng đã có những nhận xét tương tự như vậy, coi quá trìnhtrộn là sự thay đổi mật độ Ci của thành phần hỗn hợp, đã thành lập mối quan hệ

giữa tốc độ quá trình trộn với sự thay đổi mật độ Ci trong một đơn vị thời gian tínhtheo công thức:

 (t, )

 1/ e  e 1/ v (tt0 )  e  (tt0 ) (1 e   (tt0 ) ) (1.12)Trong đó:

t - thời gian trộn;

- bán kính véc tơ từ tâm vị trí ban đầu của phần tử chất phụ gia;

0- mật độ ban đầu của chất phụ gia ở thời điểm to;

- mật độ trung bình của chất đó ở thời điểm t;

,v- các hệ số

1.3.6 Vị trí đặt cánh trộn và biên dạng cánh

Nhiều nghiên cứu về cánh trộn thức ăn chăn nuôi nói riêng (và thực phẩm rờinói chung) được lắp đặt trên trục ngang Vấn đề đặt ra là hình dạng của cánh trộn nhưthế nào để nó chịu một lực cản nhỏ nhất cho phép khi chuyển động trong sản phẩmrời Để thực hiện được điều đó, cánh trộn có hình dạng để áp suất biến thiên dọc theovật, sao cho nơi mà áp suất tăng, sự biến thiên phải xảy ra chậm

Góc nghiêng tạo bởi bề mặt cánh và trục nằm ngang thông thường lấy khoảng

40 ÷ 500 đảm bảo cho lực nâng cánh Fx bằng không; khi đó lực cản chuyển động củatrục vít và bột Fy tỉ lệ với.v2 Trong đó là khối lượng riêng của chất rời (trườnghợp này là bột thức ăn chăn nuôi) Nếu tính đến độ dài của cánh trộn l, ta có thể viết:

TT Góc nghiêng của

cánh

Trường hợp tăng cường thêm cánh

Giá trị, Công suất

1

0

Góc nghiêng = 45

nguyên liệu chuyển

động theo hướng tâm

phụ thuộc vào dạng của profin tiết diện ngang của cánh

Trong cơ học, nhiều tác giả dùng hệ số nâng cánh theo công thức sau:

Bảng 1.9 Quan hệ giữa công suất tiêu hao của cánh trộn với vị trí đặt cánh

(Điều kiện sử dụng công thức:

Re >104 x 4 ; h = D/12; b b1 = D/6; H D; T = D/12; D/dk = 2,3 ÷ 5,2 )

1.3.7 Chuyển động của hạt trên bề mặt cánh

Khi nghiên cứu vật liệu rời (hạt) chuyển động trên cánh trộn, TS Nguyễn ThịHồng [13] đã xét phương chuyển động của hạt trên bề mặt cánh, đồng thời xuất

hiện lực quán tính Coriolit tác động vào hạt vị trí ban đầu của hạt trong pha theo hệ

ra lực ma sát trong gọi là tính nhớt; lực ma sát trong được gọi là lực nhớt.

Để nghiên cứu dòng vật liệu rời, cần xem xét lực tác dụng lên chúng Vật liệurời chịu tác dụng bởi những lực sau:

+ Lực bề mặt, bao gồm: áp lực, lực ma sát, phản lực từ thành tác dụng lêncánh trộn v.v…;

+ Lực khối: trọng lực, lực quán tính

Khi giải một bài toán về dòng chuyển động vật liệu rời, cần áp dụng nguyên lý

cơ bản của cơ học, vật lý học:

+ Nguyên lý bảo toàn khối lượng (hay là bảo toàn liên tục);

+ Nguyên lý bảo toàn động lượng và moment động lượng (nguyên lý cơ bảncủa cơ học);

+ Nguyên lý bảo toàn năng lượng (nguyên lý cơ bản của vật lý học)

Những yếu tố trên được các nhà khoa học nghiên cứu tuy nhiên còn rời rạcthiếu tính hệ thống, chưa đảm bảo yêu cầu về chất lượng trộn và chi phí năng lượngcũng như phù hợp với đặc điểm kinh tế nông nghiệp Việt Nam, do đó cần quan tâmtrong quá trình trộn:

+ Công suất: Cần quan tâm đến cả hai chuyển động: chuyển động dọc trục(công suất vít tải) và chuyển động hướng trục (công suất làm việc của cánh trộnhướng kính); Ngoài ra, việc tính công suất trên máy không chỉ dựa trên thông sốcấu tạo của máy, mà cần phải quan tâm đến các thông số khác: hệ số điền đầy, tínhchất vật lý của hạt, hệ số Râynon…;

+ Góc nghiêng: Các nhà khoa học chỉ quan tâm nhiều đến góc nghiêng giữacánh trộn và trục trộn mà chưa quan tâm đến góc nghiêng giữa bàn tay trộn vàcánh tay trộn, nếu có các góci hợp lý trên bước vít, sẽ chép lại được biên dạngcủa vít tải, nhờ đó chuyển động dọc trục của vật liệu nhanh hơn; tuy nhiên còn phảitính đến tốc độ phù hợp để chuyển động hướng kính được quan tâm đầy đủ;

+ Biên dạng cánh trộn: Lực cản tác động lên cánh phụ thuộc rất nhiều đến biêndạng cánh; trong các máy trộn hiện nay, đa phần sử dụng biên dạng cánh hình vuônghoặc hình chữ nhật; Tác giả nhận thấy rằng, nếu biên dạng cánh có dạng giống nhưcánh trong máy trộn dải xoắn (tiết diện hình vành khăn) thì việc chuyển tiếp vật liệugiữa các cánh kề nhau sẽ linh hoạt, việc thay đổi lực cản sẽ biến thiên chậm;

+ Lực ma sát: Cần quan tâm đến cặp đôi ma sát: vật liệu trộn và vật liệu chếtạo buồng trộn, cánh trộn; GS.TSKH Nguyễn Bin [2] cũng đã đề cập đến mối quan

hệ giữa công suất, thời gian trộn và tốc độ trộn với vật liệu chế tạo thùng trộn, tuynhiên cũng chỉ dừng ở khái niệm “thùng nhẵn” và “thùng không nhẵn”…;

Kết luận chương 1

1 Thức ăn chăn nuôi chiếm phần lớn chi phí chăn nuôi (60 – 80%) Nếu sử thức ănchăn nuôi công nghiệp sẽ tiết kiệm được nguyên liệu trong khâu chế biến, vật nuôităng trọng nhanh so với sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống (Bảng 1.2) Doanhnghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi quy mô vừa và nhỏ ở Việt Nam chiếm 90%

nhưng hiệu quả sản xuất thấp, do dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi lạc hậu,chất lượng thức ăn chăn nuôi thấp; Cần phải đầu tư thiết bị sản xuất cho các doanhnghiệp này, đặc biệt là máy trộn theo hướng giảm vốn đầu tư ban đầu, tiết kiệm chiphí năng lượng trong sản xuất và tăng độ đồng đều của thức ăn chăn nuôi;

2 Các phân tích ở mục 1.2.2.1; 1.2.2.2 cho thấy, loại máy trộn được sử dụng nhiềutrong các doanh nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ hiện nay là máy trộnhai trục ngang, cánh gạt do cho độ trộn đều cao sau trộn, trộn được nhiều loại thức

ăn, dễ chế tạo, dễ lắp đặt, tháo lắp và làm sạch thuận tiện, có khả năng bố trí vào liênhợp máy chế biến liên tục; tuy nhiên việc thiết kế, chế tạo máy được nghiên cứu rấtrời rạc (mục 1.3.11.3.8), nhiều thông số thiết kế chế tạo máy trộn: góc nghiêng,profin cánh, hệ số điền đầy, công suất động cơ… còn chưa đủ cơ sở khoa học để lựachọn; đặc biệt là các nghiên cứu nhằm chế tạo mẫu máy trộn ngang có độ đồng đềucao (trên 90%), giảm tiêu thụ năng lượng chưa được tiến hành;

3 Nét đặc trưng trong quá trình trộn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của cơ cấutrộn, thường sử dụng hệ số Reynold Hệ số Reynold thể hiện khả năng vận động củavật chất, là tỉ lệ giữa lực quán tính với lực cản do độ nhớt của vật liệu (công thức 1.3);

4 Vị trí đặt cánh trộn, góc nghiêng có ảnh hưởng lớn đến chi phí công suất của máy(bảng 1.10), tuy nhiên các tác giả chưa quan tâm đến góc nghiêng giữa bàn tay trộn

và cánh tay trộn với tốc độ phù hợp nhằm đạt chất lượng sản phẩm sau trộn

Từ những nhận xét về tính thực tiễn, tính khoa học nêu trên luận án tập trung

nghiên cứu cải tiến máy trộn ngang hai trục kiểu cánh gạt với những thông số phùhợp tăng được độ đồng đều thức ăn chăn nuôi và tiết kiệm chi phí năng lượng

TT nguyên Loại

liệu

Khối lượng riêng 3 (t/m )

TT nguyên Loại

liệu

Khối lượng riêng 3 (t/m )

nguyên liệu

Khối lượng

3 riêng (t/m )

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu trong máy trộn thức ăn chăn nuôi

Tính chất vật lí của nguyên liệu thức ăn chăn nuôi có ảnh hưởng rất lớn đốivới công nghệ sản xuất thức ăn chọn Đối với thức ăn chăn nuôi thể bột, đặc tínhvật lí quan trọng là: khối lượng riêng, độ chặt, hệ số ma sát, góc ma sát tĩnh và

tính nén chặt…

2.1.1.1 Khối lượng riêng

Để chỉ khối lượng của một đơn vị thể tích hạt rồi sắp thành đống tự nhiên củathể hạt rời; khối lượng riêng của thể hạt rời với kích thước hạt của nó, hàm lượngthuỷ phần là nhân tố liên quan Khối lượng riêng của vật liệu trạng thái bột tùy vàotính nén của vật liệu và độ chặt (xem bảng)

Bảng 2.1 Đặc điểm vật lý của một số nguyên liệu

(Nguồn: Tào Khang, 2003 [17] và kết quả nghiên cứu thực nghiệm của NCS 2009)

Trong các cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi quy mô 2 – 5 tấn/h Nguyên liệu thức ăn chăn nuôi được sử dụng tại Việt Nam được mua từ nội địa, là hỗn hợp

TT Nguyên liệu ma sát Góc

(độ)

Hệ số

ma sát tĩnh

Hệ số

ma sát động

ăn Nam Việt, Sông Công, Thái nguyên).

2.1.1.2 Hệ số ma sát

Bảng 2.2 Hệ số ma sát của một số nguyên liệu chế biến TACN

(Nguồn: Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, 1990)

Nguyên liệu của thức ăn chăn nuôi khác nhau và bề mặt của vật liệu khác nhauthì có góc ma sát và hệ số ma sát thay đổi Tác dụng ma sát giữa bản thân thể hạtcủa thể hạt rời là nội ma sát Độ lớn nhỏ của nó có thể dùng góc ma sát để biểu thị

Hệ số ma sát giữa các bề mặt vật liệu ở thể rắn với thể hạt rời là hệ số ngoại ma sát

Góc ma sát ngoài tương ứng là góc tự chảy, nghĩa là khi thể hạt rời lăn rơi dọc theo

bề mặt vật liệu thể rắn thì bề mặt này với mặt phẳng nằm ngang hình thành góc nhỏnhất Lực ma sát tĩnh là lực cần thiết để vật liệu bắt đầu di động; lực ma sát động làlực cần thiết đảm bảo vật liệu di động dừng lại

N - Lực tác dụng của vật liệu lên mặt tiếp xúc

Theo bảng 2.2, đối với nguyên liệu thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam hiện nay (chủ yếu là Tấm, Bột ngô, đậu nành, gạo lứt), góc ma sát (tĩnh) trên vật liệu thép vào khoảng 30 45 0 ; góc ma sát là gợi ý cho biết cần chế tạo góc nghiêng của bàn tay trộn so với mặt phẳng ngang để tránh hiện tượng tự chảy của vật liệu, nhằm tăng quá trình trộn hướng kính.

2.1.1.3 Mật độ

Mật độ là khối lượng của vật liệu tính trên một đơn vị thể tích: g/m3 Tỉ trọngcủa vật liệu là tỉ số so sánh giữa trọng lượng của vật chất nào đó với trọng lượngchuẩn của nước có cùng thể tích dưới điều kiện chuẩn 1at vật lý ở 40C, là một đạilượng không có thứ nguyên

2.1.1.4 Độ rỗng

Toàn bộ khe hở chiếm số phần trăm trong tổng dung tích của đống vật liệuđược gọi là độ rỗng Từ độ chặt của vật liệu với khối lượng riêng ta có công thứctính độ rỗng như sau:

Trong đó: S - độ rỗng (xốp) của vật liệu, %;

 - khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3);

* - độ chặt của vật liệu (g/cm3)

Độ rỗng của vật liệu lớn, tính lưu động của không khí tốt, khi đó ảnh hưởngcủa điều kiện áp suất không khí bên ngoài lớn, nếu độ hạt của vật liệu không đều,

khe hở càng nhỏ tính lưu động của không khí kém, nhiệt ẩm bên trong khó toả ra,

dễ phát sinh mốc Đồng thời, do tồn tại khe hở vật liệu dễ hấp thụ dẫn đến có mùi

2.1.1.5 Độ hạt của nguyên liệu

Căn cứ vào phạm vi của đường kính thường chia làm 4 loại:

2.1.2 Một số thông số cấu tạo và công nghệ của máy trộn thức ăn chăn nuôi

Nghiên cứu tại chương 1 cho thấy có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến tiêuthụ năng lượng của máy trộn cũng như độ đồng đều của sản phẩm trộn Tuy nhiên,mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này rất khác nhau, để phép đo mức độ ảnh hưởngchính xác, cần phải chọn nhiều thông số và thực nghiệm nhiều lần, điều này gâykhó khăn trong chế tạo mô hình thí nghiệm và thực nghiệm

Ứng dụng phương pháp mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên [19] đểxác định thông số “vào” trong thực nghiêm cho thấy có thể thay thế các thông sốđộc lập bằng các chuẩn số đồng dạng bằng cách: so sánh các thành phần trongchương trình bảo toàn dòng với nhau Nếu chọn một thành phần làm đơn vị so sánhcác thành phần khác với nó thì sẽ có một bộ chuẩn số độc lập đặc trưng cho tínhđồng dạng các quá trình xảy ra trong hệ Như vậy có thể giảm số lần thực nghiệm

mà vẫn khảo sát nhiều thông tin vào độc lập Trên cơ sở đó, luận án đã xây dựngcác chuẩn số đồng dạng và thực nghiệm trên máy mô hình trộn thức ăn chăn nuôitrục ngang Đây là một ứng dụng mới khi vận dụng phương pháp mô hình đồngdạng và phép phân tích thứ nguyên

Thông số đầu ra được xác định trong thực nghiệm trên mô hình máy trộn thức

ăn chăn nuôi trục ngang là tiêu thụ năng lượng riêng N/Q

Năng suất trộn Q phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:

Thứ nguyên: M L T Ký

12 f Hệ số ma sát giữa vật liệu và bề mặt cơ cấu trộn 0 0 0

Bảng 2.3 Các thông số vào liên quan đến quá trình trộn

Trong đó 2 là chuẩn số Frut (Fr) đặc trưng khi nghiên cứu tính chất dịch

chuyển của dòng vật liệu có xét tới ảnh hưởng của trọng lực Chuẩn số Fr là tỉ sốgiữa lực quán tính và lực trọng trường

Theo định lý, phương trình biểu diễn1 được viết dưới dạng:



(2.4)

Để giảm được thông số “vào”, thay thế các thông số độc lập trong bảng 2.3bằng các chuẩn số như phương trình (2.4) Khi tiến hành tiến hành thực nghiệm cácchẩn số đồng dạng trên máy trộn mô hình với cùng một điều kiện, với D, d, l1, Lc,

,, f, W không đổi Các thông số thay đổi là,S,,, lần lượt đặc trưng cho cácchuẩn số: 2 D

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và chấtlượng sản phẩm sau trộn của máy trộn ngang, luận án áp dụng phương pháp quy hoạch

- Chọn x1=4; do thực nghiệm trên 1 máy mô hình, kích thước máy khôngthay đổi, để thay đổi x1 ta thay đổi bước cánh S; hay x1 =4= S (mm) ;

- Chọn x4 = 10  là hệ số điền đầy; hệ số điền đầy được tính gián tiếp thôngqua khối lượng trên một mẻ trộn, vì thế chọn x4 = q (kg);

x i x i  x i 0

 i

Trong đó: x i 0 : Giá trị thực của mức cơ sở;

 i : Khoảng biến thiên;

x

 x id

x it , x id - mức trên và mức dưới;

Như vậy x it , x id , x i 0 có các giá trị mã hoá bằng 1;-1;0

2.2.3.2 Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

* Kế hoạch 3 mức Box-Behnken [20]

Bảng 2.4 Cơ sở xây dựng phần cơ bản của kế hoạch Box-Behnken

Ngoài phần cơ bản, số thí nghiệm ở tâm N0 = 3 khi n = 4; N0 = 6 khi n=5…

Bảng 2.5 Kế hoạch Box-Behnken khi n = 4

Kế hoạch Box-Behnken được xây dựng theo một số ý đồ của phân tích

phương sai, chúng gồm phần cơ bản và một số điểm thí nghiệm trung tâm Phần cơbản là bộ chọn, xác định từ các cột của thực nghiệm toàn phần 2n

Đặc điểm của các kế hoạch này là tại mỗi điểm thí nghiệm ở phần cơ bản chỉ

có một số ít thông số có giá trị khác không Tính chất này có lợi trong một loạt cáctình huống thực tế, giúp ta thay đổi nhanh chóng các phương án kết hợp các mứcthông số, giảm đáng kể thời gian thí nghiệm

b i k3 x iu y u u1 N

b ij k4 x iu x ju y u u1

u1 j1 u1 u1

Các hệ số k1…k6 được lấy theo bảng tính sẵn [20]

Ứng với n=4; N=27, hoặc tính theo công thức các giá trị k như sau:

k6  1

n ( Nk 2k3  k5 ) 12(9.0,5.0,125 0,125) 0,21875Với sự phát triển của máy tính có thể dễ dàng lập được chương trình tổng quát

để tính hệ số hồi quy

Sau khi tính xong các hệ số hồi quy cần phải đánh giá mô hình, trong đóphải kiểm tra tính tương thích của mô hình so với kết quả thực nghiệm, kiểm tramức ý nghĩa của các hệ số đã tính Không thể không kiểm tra tính tương thíchcủa mô hình so với thực nghiệm Chỉ khi khẳng định về mặt thống kê rằng môhình vừa xây dựng cho giá trị hàm y sai khác không đáng kể so với thực nghiệm,

; t bi i

38

chúng ta mới được phép sử dụng mô hình trong các giai đoạn tiếp theo: tìm độ

tối ưu, phân tích và điều khiển quá trình

* Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn student:

Phương sai và sai số của thí nghiệm có thể tính theo các giá trị của thông số ra

y u ở các mức cơ sở x0i của các yếu tố:

 B x x B x

b i

B0  b0  X 0ib ij X 0i X 0 j

b b

 2 ii2 X 0i ij X 0 j

39

So sánh với phương sai thí nghiệm S y2 , tính tỷ số F S tu 2

S 2y

, theo tiêu chuẩn

Fisher tra bảng Fb với 0,05 , số bậc tự do f1  N k '( N 0  1); f 2  N0  1 Nếu

Vào phương trình hồi quy dạng đa thức y với:

Xi: Giá trị thực của các yếu tố;

X0i: Giá trị của các yếu tố ở mức không (0);

I : Khoảng biến thiên của mỗi yếu tố

(ln X ln X id ) 2

 Y 

S max

40

xi – giá trị thực của các yếu tố;

xit và xdi – giá trị thực của mỗi yếu tố ở mức trên và mức dưới

Sau khi bỏ các hệ số tương tác của các yếu tố vào (bij=0, i j) và thay y = ln X*phương trình dạng mũ theo phương án quy hoạch bậc 2 là:

* Phương pháp đánh giá thuần nhất phương sai:

Để đánh giá thuần nhất phương sai của thí nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thínghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu tố, ký hiệu Sj2 theo công thức:

số G giữa phương sai cực đại S2jmax với tổng phương sai  S 2j max có đảm bảo khôngvượt quá tiêu chuẩn Gb theo số liệu tra bảng với 2 bậc tự do là K-1 và K (với độ tincậy 0,95 tức là = 0,05)