nghiên cứu nâng cao chất lượng phân loại hạt giống rau bằng điện trường

Mở đầu Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới, ma nhiều điều kiện thuận tiện cho trồng phát triển Sau nhiều năm đổi với phát triển đa ngành, đa nghề đa kinh tế đất nớc tiến bớc dài đờng hội nhập kinh tế giới Đến nghề trồng rau, đợc tập trung hoá nhằm nâng cao chất lợng, có hiệu kinh tế cao, đáp ứng tốt nhu cầu nớc xuất rau thị trờng giới Định hớng phát triển nông nghiệp nớc ta giai đoạn 2001 2010 đợc thông qua Đại hội Đảng X rõ Tăng cờng đạo huy động nguồn lực cần thiết để đẩy nhanh công nghiệp hoá, đại hoá nông nghiệp nông thôn Tiếp tục phát triển đa nông nghiệp, lâm nghiệp, ng nghiệp lên trình độ ứng dụng khoa học công nghệnhanh chóng đa vào sản xuất loại hạt giống có chất lợng cao, không ngừng nâng cao chất lợng hạt giống Để giải nhiệm vụ ngành nông nghiệp có nhiều biện pháp nhằm tăng suất, sản lợng trồng: Thuỷ lợi, phân bón, quy trình chăm sóc, lai tạo giống mới, giống có vị trí quan trọng Hạt giống tốt, hạt giống đồng kích thớc, tỷ trọng trọng lợng mà đồng thành phần sinh hoá hạt Khi có hạt giống tốt tỷ lệ nảy mầm gieo trồng cao, trồng phát triển đồng đều, khả chống chịu sâu bệnh cao Chỉ điều kiện đa công nghệ mang tính chất công nghiệp sản xuất nông nghiệp: Cơ giới hoá, khí hoá khâu chăm sóc, gieo trồng thu hoạch chế biến sản phẩm nông nghiệp Hiện nớc ta hạt giống nông sản nói chung hạt rau nói riêng đem gieo chủ yếu đợc tuyển chọn thủ công thiết bị phân loại hạt dạng khí, số hạt rau đợc mua nớc Sau phân loại hạt thờng bị tổn thơng 9% va đập sàng khí động học, có 17 20% hạt chất lợng tạo có khả sinh trởng kém, làm tăng chi phí lợng hạt giống, mặt khác hạt giống gây bệnh làm h hao hạt giống tốt công tác bảo quản Vì hạt giống trớc gieo trồng phải cần đợc lựa chọn thật kỹ lỡng Để nâng cao phẩm cấp hạt giống, cần thiết phải nghiên cứu phơng pháp, chế tạo thiết bị để tuyển chọn phân loại hạt giống phục vụ nông 1 nghiệp Những thiết bị phải đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp dễ thao tác, chúng phải đợc chế tạo từ vật liệu thông dụng có nớc Tại nớc tiên tiến: Nga, Mỹ, Nhật Bản, Canadađã sử dụng hớng công nghệ Công nghệ ion điện tử để làm sạch, phân loại hạt giống công nghiệp tuyển chọn quặng, dùng điện trờng để làm phân loại hạt cho phép nâng cao chất lợng hạt giống, bảo vệ môi trờng góp phần đem lại mùa màng bội thu Bằng nhiều nghiên cứu xác định đợc hạt giống nằm vùng điện trờng đợc phân ly theo tính chất vật lý tính chất điện (độ dẫn điện, độ thẩm điện môi), tính chất có mối quan hệ chặt chẽ với thành phần sinh học hoá học hạt giống Nghiên cứu quỹ đạo hạt chế tạo thiết bị phân loại hạt nông sản mà trớc hết hạt rau giống phơng pháp điện trờng vào thực tiễn sản xuất nớc ta hớng cần thiết có ý nghĩa khoa học, kinh tế xã hội Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên nghành điện khí hoá sản xuất nông nghiệp nông thôn: Nghiên cứu nâng cao chất lợng phân loại hạt giống rau điện trờng nhằm mục đích đa phơng pháp dây truyền gia công hạt giống để nâng cao chất lợng hạt giống rau từ góp phần tăng suất mùa màng, thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển bền vững chơng I tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng điện trờng phân loại hạt 1.1 Khái quát chung Cùng với khâu canh tác đợc trọng nh làm đất, thuỷ lợi, phân bón Giống đóng vai trò quan trọng, định tiềm tăng suất ổn định mùa màng Trong điều kiện gieo trồng, chăm sóc nh nhau, hạt giống có chất lợng nông sinh cao cho suất cao ổn định Để có giống tốt, hạt làm giống cần đợc lựa chọn kỹ lỡng theo yêu cầu kỹ thuật Ngoài tiêu lý (kích thớc, hình dáng, trọng lợng ) hạt cần đợc phân loại sở tiêu hoá sinh nh hàm lợng tinh bột, 2 đạm, chất béo Những hạt giống đợc lạ chọn theo phơng thức lý hoá sinh có lợng sinh trởng cao, có khả chống chịu sâu bệnh tốt điều kiện ngoại cảnh có biến động xấu Phân loại hạt chiếm vị trí quan trọng dây chuyền gia công hạt đặc biệt công tác chuẩn bị giống Làm tốt khâu chọn hạt giống có chất lợng nông sinh cao nhất, tạo điều kiện khai thác tối đa tiềm di truyền giống, giảm đáng kể khối lợng hạt giống đem gieo, nâng cao hiệu sử dụng khí khâu chăm sóc, thu hoạch [40], [46], [47] Để nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp yêu cầu quan trọng nâng cao hiệu kinh tế giảm chi phí lao động đơn vi sản phẩm thông qua việc tăng cờng khí hoá khâu sản xuất nông nghiệp : Chọn giống, gieo trồng, làm đất, thuỷ lợi, thu hoạch Phơng pháp gieo hạt thu hoạch sản phẩm máy góp phần đáng kể làm giảm chi phí lao động, nhng đòi hỏi khắt khe chất lợng khâu trình sản xuất đặc biệt với chất lợng hạt giống đem gieo Một yêu cầu đồng theo kích thớc hạt giống tỷ lệ hạt nảy mầm đồng ruộng cao Để đảm bảo đồng hạt giống đem gieo, sau thu hoạch hạt để làm giống đợc tiến hành phân loại, loại bỏ hạt cỏ dại diệt kiểm dịch đợc côn trùng gây bệnh nh ấu trùng mà chúng làm tốn hại chất lợng hạt giống Những nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ nảy mầm thấp gồm nhiều yếu tố, đặc điểm sinh học yếu tố thổ nhỡng, nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ nảy mầm thấp có liên quan tới mức độ tổn thơng hạt trình thu hoạch, phân loại làm hạt giống Những kết nghiên cứu khẳng định hạt giống nhỏ bé so với hạt trung bình trọng lợng tuyệt đối, lợng làm nảy mầm tỷ lệ nảy mầm chúng thấp nhiêu 23, 26 Viện sĩ H.A Maixurian cho thấy: Đối với loại hạt xác định, việc chọn hạt giống có tỷ trọng tuyệt đối tỷ trọng riêng cao trình sinh trởng trồng nhanh thời kỳ chín sinh học đồng cao 19 Tỷ trọng riêng ảnh hởng tới tỷ lệ nảy mầm hạt, ảnh hởng tới chất lợng số l- 3 ợng trồng Vì để tăng suất mùa màng cần phải sử dụng hạt giống to, nặng đợc lựa chọn kỹ lỡng trình phân loại hạt giống Kết thực nghiệm nhiều năm cho thấy tăng gam trọng lợng tuyệt đối (trọng lợng 1000 hạt) hạt giống cho suất mùa màng trồng tăng thêm 2-5 % 15, 23, 27 Từ công trình nghiên cứu rút kết luận : Phơng pháp phân loại hạt giống theo tỷ trọng trọng lợng tuyệt đối biện pháp làm tăng sản lợng trồng Tuy nhiên việc phân loại hạt giống rau, (với hạt có kích thớc trọng lợng nhỏ) theo tỷ trọng tuyệt đối khó thực đợc thiếu thiết bị phân ly đảm bảo độ xác Sau thu hoạch hỗn hợp hạt giống chiếm tới 35- 40 % tạp chất( cây, cọng cỏ, hạt cỏ dại, bụi ) Để đáp ứng yêu cầu, hạt giống cần đợc làm phân loại để loại bỏ tạp chất hạt chất lợng 1.2 ứng dụng điện trờng phân loại hạt nớc Phơng pháp phân loại vật liệu dạng hạt sử dụng điện trờng đợc nghiên cứu áp dụng thành công công tác tuyển chọn tách tạp chất ngành khai khoáng mỏ, đá quý Hiện phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi nông nghiệp để phân loại tuyển chọn hạt giống nông sản Phơng pháp phân loại điện trờng tuyển chọn hạt dựa tính chất cơ- lý tính chất điện hạt liên quan mật thiết với chất lợng bên hạt giống Năm 1880, Tomax Axborn bang Newchevec (Mỹ) thiết kế chế tạo máy phân loại tĩnh điện để loại bỏ trấu tạp chất nhẹ khác làm giảm chất lợng bột [4] Máy phân loại gồm trống quay êbônít phận cọ sát làm trống nhiễm điện Hỗn hợp vật liệu đợc rải mặt trống, tạp chất bị hút vào trống quay lực ma sát nhiễm điện bị tách khỏi bột Loại máy có công suất nhỏ, suất thấp đợc dùng Đến năm 1901, nhờ phát triển ngành điện tử nguồn cao áp có công suất lớn dễ chế tạo giá thành rẻ máy phân loại hạt dùng tĩnh điện có công suất lớn, điện áp cao dùng để tách vật liệu thể hạt đợc áp dụng rộng rãi chủ yếu dùng công nghiệp mỏ để tuyển sa khoáng, hạt khoáng chất có tính dẫn điện khác biệt lớn so với hạt đất đá tạp chất nớc: Mỹ, Đức Nga, Nhật công nghệ đợc ứng dụng mạnh mẽ ngành công nghiệp sản xuất kẽm 4 Từ năm 1915 - 1920 riêng ngành công nghiệp kẽm nớc sử dụng 150 máy phân loại trờng tĩnh điện Ngoài Mỹ nhà máy Feccovill tuyển mỏ sa khoáng dùng máy phân loại Carpco kết hợp tĩnh điện với dòng phóng điện coron gồm 36 trống, nhà máy Treul Ref sử dụng 100 máy phân loại Carpco Nhiều nớc khác nh Nigieria (nhà máy JocPlato) tuyển Titan- colymot sử dụng máy carpco trống, Tiểu vơng quốc ả rập thống (nhà máy Umgabana - Carpco) Anh (nhà máy Rapid) sử dụng máy Carpco để tuyển khoáng cát, thiếc, wonfram Hãng Kali Und Zal AG (của Đức) ché tạo ừng dụng máy phân loại tĩnh điện suất 10-30 T/h nhà máy Vinterskhal công suất 2,1 triệu tấn/năm Hãng Xamex (của Pháp) thiết kế chế tạo máy phân loại dùng tĩnh điện suất tấn/h dùng để tuyến Photphorat Liên Xô (cũ) máy phân loại coron tĩnh điện, điện môi đợc sử dụng đại trà ngành tuyển sa khoáng làm sản phẩm nông nghiệp: phân loại hạt ngũ cốc, hạt rau Tại nhà máy Vobus Kvebec (Canada) nhà máy lớn giới sử dụng phơng pháp phân loại điện trờng với công suất triệu tấn/năm Đến năm 1930 công nghệ phân loại trờng tĩnh điện đợc áp dụng thành công công nghiệp thực phẩm để làm phân loại sản phẩm nông nghiệp dạng hạt nh hạt cà phê, hạt rau [21], [22], [10] Từ đến nay, công nghệ phân loại làm trờng tĩnh điện coron bắt đầu áp dụng nhiều lĩnh vực khác kể nông nghiệp Nghiên cứu sử dụng điện trờng mạnh với mục đích để phân ly, làm chọn lựa hạt nông sản dợc đa vào áp dụng đợc phát triển theo ba hớng [22], [7], [10] +Trờng tĩnh điện +Trờng phóng điện Corona +Tổng hợp trờng tác động khác (điện môi) Quá trình phân ly hạt giống thành nhóm riêng biệt máy phân loại điện tĩnh điện dựa vào tác động tơng hỗ điện trờng điện cao với hạt giống bị nhiễm điện Các hạt nhận đợc giá trị điện tích khác nhau, lực điện trờng tác động lên hạt không giống Sự khác độ lớn điện tích hạt bị nhiễm điện xuất phát từ tính chất vật lý (thể tích, hình dáng, tỷ trọng ) tính chất điện hạt (độ dẫn điện, hệ số từ thẩm) khác Tính chất điện liên quan mật thiết với thành phần hoá sinh 5 hạt: Hàm lợng tinh bột, chất đạm, chất béo, Vitamin, độ ẩm Điều đảm bảo điều kiện để phân ly khối lợng chung hạt gồm: hạt tốt, hạt trung bình, hạt không tốt tạp chất thành lô, nhóm hạt biệt lập có chất lợng khác [19], [13] Hạt nông sản nói chung có dạng elíp tròn xoay có tính chất điện môi nh phân tử chung tính gồm hai điện tích đối xứng Dới tác động điện trờng hạt bị phân cực, tính đối xứng bị xoay theo chiều tác động mômen điện trờng làm cho trục dài nằm dọc theo chiều điện trờng [26] Mômen quay tác dụng lên hạt đợc xác định theo biểu thức : E 0,42 M= Vh (1.1) Trong đó: Vh-Thể tích hạt 2- Hệ số đặc trng cho biến thiên điện trờng phụ thuộc vào hình dạng độ thẩm điện môi - Góc nghiêng trục dài hạt (elíp quay) so với mặt phẳng điện cực - Độ thẩm điện môi không khí E - Cờng độ điện trờng Mômen quay tác dụng lên hạt lớn hệ số hình cầu (tỷ số chiều rộng với chiều dài hạt) nhỏ quay hạt cho trục dài dọc theo chiều điện trờng (Hình 1.1) Những hạt có tỷ trọng nhỏ, độ ẩm lớn đợc định hớng cờng độ điện trờng nhỏ ( hạt số 1,2,4) Các hạt to, chắc, tỷ trọng lớn độ ẩm nhỏ định hớng cờng độ điện trờng lớn (hạt số 3, 5) [27] Có thể xác định cờng độ điện trờng kích thớc lỗ sàng để phân loại hạt giống theo yêu cầu sản xuất 6 Hình 1.1 Hình ảnh định hớng hạt lúa mì cờng độ điện trờng 5 a, E = V/m ; b, E = 6,5.10 V/m ; c, E = 7.10 V/m; d, E = 8,5.10 V/m Những công trình nghiên cứu thiết bị phân loại hạt dạng sàng rung kết hợp điện trờng cao áp (Hình 1.2) để phân tách hạt đợc chế tạo sử dụng nông trờng Liên xô (cũ) vào năm 1954- 1965 [28], [29] Hạt đa vào phân loại chuyển động theo chiều rung lắc sàng qua điện trờng có cờng độ cao, đờng sức vuông góc với mặt phẳng sàng Dới tác động điện trờng hạt bị phân cực định hớng có trục dài theo phơng đờng sức điện trờng làm tăng khả vợt qua lỗ sàng hạt, giảm kẹt lỗ sàng, nâng cao suất máy 7 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt dạng sàng rung kết hợp điện trờng I - Điện cực phẳng II - Điện cực nối đất có lỗ sàng 1.- Hạt đợc định hớng điện trờng 2.- Hạt không đợc định hớng điện trờng 3.- Hạt đợc định hớng lọt qua lỗ sàng với đờng kính gần với chiều dầy hạt Ưu điểm máy phân loai dạng sàng rung kết hợp điện trờng cho suất cao so với máy khí loại không kết hợp điện trờng, nâng cao độ đến 98%, tăng trọng lợng 1000 hạt lúa mì từ 31- 34 gam suất lúa mì tăng 5-10% [13] Nhng máy tồn vài nhợc điểm: Sử dụng điện áp chiều cao, khả phân ly hạt theo độ ẩm thấp, hạt có độ ẩm 17- 25% suất máy giảm 40- 60%, hạt có dạng gần hình cầu máy khó phân loại, cần có thêm thiết bị phụ làm sàng khỏi hạt bị kẹt nhng thiết bị chế tạo phức tạp làm độ bền máy giảm 8 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt trờng tĩnh điện Máy phân loại dạng tĩnh điện đơn giản có trống quay (Hình1.3 a) Hạt từ phễu đợc đa vào trống quay đợc tích điện, nhiễm điện tiếp xúc nên hạt nhận đợc điện tích dấu với trống Độ lớn điện tích hạt nhận đợc phụ thuộc vào tính chất hạt Các hạt có độ dẫn điện lớn (các hạt ẩm, hạt lép) nhanh chóng đợc nạp điện bị đẩy khỏi trống quay, hạt nặng, độ ẩm thấp có độ dẫn điện nhận đợc điện tích nhỏ rơi máng hứng gần Các hạt bụi nhỏ bị giữ lại trống sau đợc làm bàn trải [28], [10] Máy phân loại dạng tĩnh điện sử dụng lực Cu-lông tác động lên điện tích dấu, độ lớn lực lúc đủ lớn để phân ly hạt cần chọn lựa đặc biệt hạt có trọng lợng kích thớc lớn Loại máy thờng dùng để phân loại hạt có kích thớc tỷ trọng nhỏ [22] Để làm phân loại hạt có kích thớc lớn ngời ta lăp đặt điện cực thứ hai có điện tích trái dấu, làm suất điện trờng với cờng độ điện trờng lớn (Hình 1.3 b) Quỹ đạo chuyển động hạt nhận đợc điện tích phụ thuộc vào độ lớn điện tích chúng mà phụ thuộc vào cờng độ điện trờng điện cực [20], [21], [25] Điện tích hạt nhận đợc trục dài nằm dọc theo điện trờng đợc xác định biếu thức: 9 h E b2 Q = + ( h 1)1 (k ) Trong đó: h - độ thẩm điện môi hạt b - Độ dài trục ngắn hạt (k ) - Hệ số làm giảm phân cực hạt Hạt nằm mặt trống phân ly chịu tác dụng lực (Hình1.4): Trọng lực, lực ly tâm, lực điện trờng, lực xạ ánh gơng đợc mô tả biểu thức Fms = ( P1 Flt Fdt Fax ) f Trong đó: P Trọng lực hạt đợcphân tích thành hai lực thành phần P1- Theo phơng pháp tuyến: P1 = m.g.cos (1.4) P2- Theo phơng tiếp tuyến: P2 = m.g.sin (1.5) đó: - Góc lực thành phần pháp tuyến trọng lực hợp m- Khối lợng hạt, kg g - Gia tốc trọng trờng, m/ s Flt- Lực ly tâm hạt tham gia vào chuyển động quay với trống phân ly với vận tốc (v), kích thớc hạt nhỏ so với đờng kính (D) trống nên lực ly tâm đợc xác định theo công thức: Flt = 10 2.m.v D 10 (1.6) Từ sơ đồ nguyên lý máy (hình2), hạt từ phễu cấp xuống điện cực mặt phẳng rung 9, nhờ lực rung hạt đợc phân bố tích điện toàn điện cực Tích điện tiếp xúc hạt dạng elíp quay hay dạng hình cầu điện cực xảy hạt có trục nhỏ phân bố dọc theo cờng độ điện trờng E đến giá trị giới hạn đợc xác định theo biểu thức [3] qmax = Trong đó: a.b.( 1). E + ( 1).c (1) a b bán trục lớn trung bình hạt elíp - Độ thẩm điện môi tơng đối hạt - Hằng số điện môi c- Hệ số làm giảm phân cực theo hớng trục song song với cờng độ điện trờng E Từ công thức (1) ta thấy, hạt nằm bề mặt điện cực bắt đầu tích điện Tích điện tiếp xúc hạt dạng elíp quay hay dạng hình cầu điện cực phụ thuộc vào cờng độ điện trờng E, hình dạng, chất bên trong, độ ẩm hạt góc nghiêng điện cực Với loai hạt (hạt cải củ) nghiên cứu yếu tố cờng độ điện trờng E, góc nghiêng điện cực đợc xác định theo thực nghiệm với cờng độ điện trờng góc nghiêng khả tích điện tiếp xúc hạt phụ thuộc vào độ ẩm (W) hạt Độ ẩm hạt đợc xác định theo công thức: W = W0 + P1 P0 100 P0 (2) Trong đó: W - Độ ẩm hạt W0 - Độ ẩm ban đầu hạt P0 - Trọng lợng ban đầu hạt P1- Trọng lợng hạt độ ẩm hay đổi * Xác định độ ẩm hạt Độ ẩm ban đầu hạt (W 0) đợc xác định: Đa hạt vào máy phân tích độ ẩm hồng ngoại Để xác định độ ẩm thí nghiệm hạt ta dùng dụng cụ có tên cốc Petri đễ xác định độ ẩm thí nghiệm hạt: Dùng Cân 53 53 tiểu ly phân tích ánh sáng điện cân hạt trớc thí nghiệm (xác định P0) , đặt hạt vào cốc Petri , nhỏ giọt nớc đợc xác định vào cốc, đậy kín, sau 24 giờ, lấy hạt ra, cân lại hạt sau có độ ẩm tăng lên (xác định P 1) theo công thức (2) ta xác định đợc độ ẩm hạt Tiến hành thao tác tơng tự, ta xác định đợc độ ẩm thí nghiệm hạt * Xác định góc ma sát hệ số ma sát hạt lợng điện tích hạt phụ thuộc vào góc ma sát , hệ số ma sát hạt fms hạt góc ma sát hạt góc mà ta thay đổi góc nghiêng điện cực hạt bắt đầu chuyển động, hệ số ma sát hạt fms phụ thuộc vào góc nghiêng điện cực đợc xác định theo công thức: fms = tg (3) Bằng thực nghiệm xác định góc nghiêng , từ (3) ta xác định đợc hệ số ma sát fms hạt cải củ ta xây dựng đợc mối quan hệ góc nghiêng độ ẩm (Wh) hạt (hình 3.3) Hình 3.3 Quan hệ góc ma sát độ ẩm Wh hạt Từ đờng đặc tính hình 3.3 ta thấy tăng độ ẩm hạt góc ma sát hạt tăng theo quy luật hàm bậc Đối với hạt cải củ thí nghiệm có Wh = 9% góc nghiêng ban đầu điện cực khoảng 15,7 o để hạt tự chuyển động 54 54 Cũng từ độ ẩm thí nghiệm Wh hệ số ma sát hạt ta có mối quan hệ độ ẩm hệ số ma sát hạt (hình 3.4) Từ đờng đặc tính ta thấy độ ẩm tăng hệ số ma sát hạt tăng tăng theo quy luật hàm bậc Hình 3.4 Quan hệ hệ số ma sát fms độ ẩm Wh hạt Từ đờng đặc tính hình 3.3 hình 3.4 ta thấy độ ẩm hạt tăng hệ số ma sát góc ma sát hạt tăng theo, nh nhận xét phần khả tích điện hạt tăng tỷ lệ với độ ẩm góc ma sát hạt * xác định điện tích hạt trờng tĩnh điện Quá trình tích điện cho hạt phần lớn phụ thuộc vào công nghệ phân loại hạt điện trờng, cần phải biết đợc đại lợng điện tích thời gian tích điện [1] Hạt - đối tợng sinh học sống cấu trúc không thay đổi điều kiện giới hạn định Tăng điều kiện biên trình thực nghiệm vợt giới hạn dẫn đến phá vỡ cấu trúc bên làm thay đổi tính chất điện hạt Những hạt bị hỏng va đập hạt khả sống (những hạt khô, mọt) thờng không dẫn điện [2] Từ thông qua độ dẫn điện hạt đánh giá cho chất lợng gieo trồng hạt giống, nghiên cứu tính chất điện hạt cần phải thận trọng để không làm thay đổi cấu trúc hoá học tính chất sinh học hạt giống tính chất điện hạt phụ thuộc trực tiếp vào chúng 55 55 Ngoài tính chất điện hạt ảnh hởng lớn đến độ ẩm, hạt giống có độ ẩm cao (W20)% dễ bay trình thí nghiệm cần thiết phải kiểm tra độ ẩm Lý thuyết tích điện hạt trờng tĩnh điện đợc nghiên cứu nhiều công trình, nhiên kết nghiên cứu tính chất điện hạt giống rau hạn chế, đề tài đặt vấn đề nghiên cứu xác định đại lợng điện tích trình tiếp xúc để từ xác định thông số công nghệ máy phân loại hạt tĩnh điện trờng Tích điện tiếp xúc trờng tĩnh điện cho phép tích cho hạt điện môi giá trị điện tích lớn so với phơng pháp tích điện Coron Ngoài tích điện phơng pháp tiếp xúc trờng tĩnh điện làm việc điện thấp (an toàn) Để nghiên cứu tính chất điện hạt đề tài chế tạo thiết bị có sơ đồ nguyên lý cấu tạo (hình) Thiết bị gồm hai cch song song thép, góc nghiêng hệ điện cực so với mặt phẳng nằm ngang thay đổi khoảng (0 40)0 Điện cực nối đất, điện cực dới đợc nối với nắn thiết bị cao áp Đại lợng điện đợc xác định đồng hồ đo tĩnh điện C 96 (kV), khoảng cách điện cực đợc đo thớc cặp Thực nghiệm đợc tiến hành với hạt cải củ có độ ẩm hạt riêng rẽ đợc xác định theo phơng pháp Sosetdov N I Sversova V A [6], khối lợng hạt đợc cân cân Cân tiểu ly phân tích ánh sáng điện có cấp xác 0,1 mg, trọng lợng cân tối đa 200g phòng thí nghiệm LAS 29 Uông bí Quảng ninh Kết quả: với độ ẩm xác định cờng độ điện trờng cho thay đổi từ 5,7 kV/cm xác định đợc Đặc tính (phụ thuộc) đại lợng điện tích riêng hạt vào cờng độ điện trờng (hình 3.5) (phụ lục 2) Từ đồ thị ta thấy cờng độ điện trờng nh khả tích điện (lợng điện tích riêng) hạt phụ thuộc vào độ ẩm tơng đối ban đầu hạt, độ ẩm hạt tăng khả tích điện hạt tăng lên điện trờng khoảng từ 3,5 kV/cm trở xuống khả tích điện hạt tăng tỷ lệ với tăng điện trờng, nhng cờng độ điện trờng tăng từ 3,5kV/cm trở lên khả tích điện hạt tăng theo quy luật hàm mũ Cũng từ đồ thị, điện trờng đặt lên hạt lớn 5,7 kV/cm khả tích điện hạt hầu nh không tăng theo độ ẩm hạt (đờng 1, 2, trùng nhau) Từ thực nghiệm thấy để phân loại hạt cải củ hạt nông sản có kích 56 56 thớc cấu tạo hạt tơng tự điện trờng phân loại máy 5,7 kV/cm máy phân loại đợc Q (C/kg) E (kV/cm) Hình 3.5 Đặc tính (phụ thuộc) đại lợng điện tích riêng hạt vào cờng độ điện trờng - Đờng đặc tính W = kV/cm - Đờng đặc tính W = 11 kV/cm - Đờng đặc tính W = 14 kV/cm 3.3.3 Phân bố trọng lợng hạt sau phân loại đa lô hạt vào máy phân loại hạt tĩnh điện trờng có sơ đồ nguyên lý hình (2.6), sau tiến hành phân loại máy ta thu đợc hai lô hạt riêng biệt Đem cân số hạt thu đợc lô (tiến hành cân lần lô), tổng hợp lấy trung bình số hạt xuất khoảng trọng lợng (0,4 mg) ta xây dựng đợc đờng đặc tính (số hạt máng hứng - hạt lửng), đờng 57 57 đặc tính (số hạt máng hứng 7- hạt chắc) Những hạt số hạt đem làm giống Hình 3.6 Phân bố trọng lợng hạt Đờng phân bổ trọng lợng ban đầu hạt Đờng phân bổ trọng lợng hạt máng hứng (hạt lửng) Đờng phân bổ trọng lợng hạt máng hứng (hạt chắc) Tuy nhiên, qua đồ thị ta thấy đờng đặc tính cắt tạo nên khoảng diện tích chung hai đờng, khoảng diện tích cho thấy lô hạt (máng hứng 7) lẫn lợng hạt lửng lô hạt lửng (ở máng hứng 6) lẫn lợng hạt Nếu bỏ số hạt lửng máng hứng (hạt không để làm giống) lãng phí số hạt giống tốt Để tách đợc lợng hạt lửng lẫn máng hứng cần tăng cờng độ điện trờng (E) đến giới hạn.kV/cm, E tăng lợng hạt máng hứng (6) tăng lên.% phân tích khối lợng hạt phân bố máng hứng (7) cho thấy lợng hạt lửng giảm đáng kể (khoảng 7%), máng (6) lợng hạt chiếm tỷ lệ (2 3)% 58 58 Kết luận: Để thu đợc hạt giống có chất lợng nông sinh cao máy phân loại ta tiến hành tăng cờng độ điện trờng làm việc máy nhng làm lợng hạt giống thu đợc giảm xuống, nhiên ta điều chỉnh cờng độ điện trờng làm việc máy giá trị E =5 kV/cm để lợng hạt giống thu đợc tăng lên vụ mùa tác động ngoai cảnh (thời tiết, sâu bệnh ) Khi vụ mùa điều kiện thuận lợi, hạt để làm giống d thừa ta điều chỉnh cờng độ điện trờng làm việc máy tăng lên tuỳ theo mức độ để lấy đợc lợng hạt giống có chất lợng nông sinh cao tuỳ theo yêu cầu thực tiễn 3.3.4 ảnh hởng cờng độ điện trờng tới phân ly hạt Tăng điện áp đầu vào (220 v) ta giữ nguyên góc nghiêng điện cực cờng độ điện trờng tĩnh điện hai điện cực tăng lên với E = f(U) Với việc tăng lên cờng độ điện trờng tĩnh điện giá trị điện tích hạt giống nằm điện trờng tăng lên vùng tĩnh điện trờng sơ vùng phân loại hạt vùng phân loại hạt tách khỏi bề mặt điện cực (9) lên rãnh phía vào ngăn hứng (chứa hạt lép lửng) Nghiên cứu đợc tiến hành với mục đích xác định số lợng chất lợng phân ly hạt vào cờng độ điện trờng hai cực Để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, chọn hạt giống ban đầu có độ ẩm Wh = 9%, trọng lợng m* 1000 hạt mẫu 6,8 mg với chế độ thiết bị: Góc nghiêng điện cực so với mặt phẳng nằm ngang = 16,50, khoảng cách hai điện cực l = 32 mm, tải trọng trung bình G = 25 kg/h.dm, nhiệt độ môi trờng xung quanh (tại nơi thí nghiệm) Tm = +29,50C cờng độ điện trờng thay đổi khoảng 2,5 5,0 kV/cm (DC) Kết thực nghiệm sau lần thay đổi cờng độ điện trờng ta xây dựng đợc đồ thị phụ thuộc phân ly hạt theo lớp vào cờng độ điện trờng tĩnh điện (hình 3.6) Từ đồ thị ta thấy phân bố định lợng hạt tăng với cờng độ điện trờng Khi E = 2,5 kV/cm (đờng cong 1) trọng lợng 1000 hạt máng hứng khoảng 103% so với nguyên liệu đa vào, điều có nghĩa khả phân ly hạt nhẹ (hạt lửng) không đáng kể Khi cờng độ điện trờng từ 2,5 5kV/cm (đờng cong 2,3,4) trọng lợng 1000 hạt máng hứng khoảng 105 - 108% Khi thay đổi cờng độ điện trờng tĩnh điện thay đổi trọng lợng 1000 hạt không mang tính quy luật Khi E = kV/cm trọng l- 59 59 ợng hạt máng hứng (hạt lửng) tăng lên, máng hứng (hạt chắc) giảm xuống đến 104% Từ phân tích cho thấy với hạt cải củ phân loại điện trờng tĩnh điện với cờng độ điện trờng E = 4- 4,5 kV/cm cho phép tách tối đa hạt lép lửng Hình 3.6 phụ thuộc phân ly hạt theo lớp vào cờng độ điện trờng tĩnh điện 1,2 Khoảng phân chia 1, 2, 3,4- Trọng lợng 1000 hạt ban đầu 1-1- E = 2,5 kV/cm 2-2- E = kV/cm 3-3- E = kV/cm 4-4- E = kV/cm 3.3.5 Sự ảnh hởng cờng độ cấp liệu ban đầu tới chất lợng phân ly hạt Đặc tính phân ly hạt giống trờng tĩnh điện tăng tải trọng riêng hạt bề mặt điện cực đợc tiến hành thực nghiệm với hạtgiống có độ ẩm Wh = 9%, trọng lợng m* 1000 hạt mẫu 6,8 mg với chế độ thiết bị: Góc nghiêng điện cực so với mặt phẳng nằm ngang = 16,50, khoảng cách hai điện cực l = 32 mm, tải trọng trung bình G = 25 - 45 kg/h.dm, nhiệt độ môi trờng xung quanh (tại nơi thí nghiệm) Tm = +29,50C cờng độ điện trờng thay đổi khoảng 2,5 4,5 kV/cm Tổng hợp kêt thí nghiệm cho thấy với cờng độ cấp liệu khác bề mặt điện cực, phân tích đồ thị khẳng định tăng cờng độ cấp tải chất lợng phân loại giảm Từ đờng cong 2, cho thấy đọ chuẩn tách hạt lép, lửng giảm tăng cấp liệu, cụ thể: Khi cấp liệu trung bình G = 35 kg/h.dm đờng cong 1-1 phân bố trọng lợng 1000 hạt máng hứng theo qui luật rõ ràng, điều đợc giải thích mật độ hạt nằm điện cực nh hạt nhận đợc đủ điện tích hạt chuyển động điện trờng bị ảnh hởng lực khác Khi tăng cờng độ cấp liệu mật độ phân bố hạt bề mặt điện cực tăng lên dẫn đén số hạt không nhận đợc đủ lợng điện tích cần thiết, nên lợng hạt bứt lên vào máng hứng đựng hạt lửng giảm Vậy với cờng độ cấp liệu vào bề mặt điện cực G = 35 kg/h.dm hợp lý 60 60 Hình 3.7 Sự phụ thuộc cờng độ cấp liệu bề mặt điện cực 3.3.6 Xác định góc nghiêng hệ điện cực Điện trờng bứt tác động lên hạt trình phân loại tác động tơng hỗ lực điện- chuyển động tịnh tiến Khi hạt tách khỏi bề mặt, lực điện trờng làm thay đổi quỹ đạo chuyển động hạt, lực phụ thuộc vào vị trí hạt điện trờng Nghĩa là, góc nghiêng điện cực so với mặt phẳng nằm ngang nh phân tích làm thay đổi khả tích điện hạt (khi hạt có độ ẩm, cờng độ điện trờng nh nhau) góc nghiêng hệ điện cực làm thay đổi quỹ đạo bứt hạt trờng tĩnh điện Thực nghiên cứu thực nghiệm ảnh hởng góc nghiêng hệ điện cực chế độ thông số lại hạt mẫu thiết bị: độ ẩm hạt Wh = 9%, trọng lợng m* 1000 hạt mẫu 6,8 mg với chế độ thiết bị: Góc nghiêng điện cực so với mặt phẳng nằm ngang = 16,50, khoảng cách hai điện cực l = 32 mm, tải trọng trung bình G = 25 kg/h.dm, nhiệt độ môi trờng xung quanh (tại nơi thí nghiệm) Tm = +29,00C , độ ẩm không khí Wm = 80% cờng độ điện trờng 2,5kV/cm Kết nghiên cứu thực nghiệm phân chia hạt thành hai nhóm biệt lập phụ thuộc vào góc nghiêng mặt phẳng với mặt phẳng điện cực đợc biếu diễn đồ thị hình 3.8 Ta thấy cung cờng độ điện trờng, phân bố lợng hạt giống máng (máng 7) không thay đổi nhiều cho chuyển dịch góc khác Khi thay đổi góc nghiêng từ 16,7 18,5 số hạt nhận đợc từ máng (6)- hạt lửng thay đổi từ 22,5% so với khối lợng chung, thay đổi góc từ 16,7 17,5 phân bố lợng hạt gần nh không thay đổi trọng lợng 1000 hạt tăng từ - 7% Điều đợc giải thích góc = 16,7 18,5 trình chuyển động điện cực hạt nhận đợc lơng điện tích lớn nhất, góc 19 hạt chuyển động nhanh điện cực điện trờng lợng điện tích hạt nhận đợc giảm, phân bố lợng hạt máng (7) giảm từ 8% so với đối chứng trở lên (hình 61 61 3.8) Hình 3.8 Mối quan hệ góc nghiêng điện cực khả phân loại hạt 3.4 Mẫu máy thử nghiệm Từ lý thuyết nghiên cứu trên, kết thực nghiệm phân loại hạt trờng tĩnh điện đợc thực mẫu máy (hình 3.9) Kết luận kiến nghị Kết luận Sau nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình phân loại rau cải củ trờng tĩnh điện kết luận nh sau: Phân tích phơng pháp phân loại hạt giống nông sản sử 62 62 dụng có phơng pháp phân loại hạt rau gần giống với hạt rau cải củ cho phép khẳng định: phơng pháp phân loại hạt sử dụng trờng tĩnh điện hiệu triển vọng, đặc biệt hạt rau nớc ta nớc thiếu phơng pháp thiết bị cho cho ngành Kết nghiên cứu cho phép khẳng định: với phơng pháp tích điện tiếp xúc trờng tĩnh điện tiến hành phân loại hạt có dạng hình elip hạt nhận đợc điện tích lớn nên có hiệu cao phân loại Kết nghiên cứu cho thấy quy luật phân bố tính chất điện hạt phụ thuộc vào hình dạng, kích thớc thành phần bên hạt Tìm đợc quy luật chuyển động hạt trọng trờng tĩnh điện, thiết lập mối liên quan tính chất điện vật lý hạt, cờng độ điện trờng hai điện cực với phân bố quỹ đạo chuyển động hạt theo chất lợng Trên sở cho phép tính toán chọn thông số công nghệ, chế độ trình phân loại hạt theo tiêu kỹ thuật cho phép Từ kết nghiên cứu thực nghiệm xác định đợc hiệu phân loại cao máy với giá trị biên thông số chế độ : khoảng cách hai điện cực l 40 45 mm, góc hai điện cực =15,5 18,50, cờng độ tải trọng cấp hạt lên bề mặt điện cực G = 15 kg/h.dm, cờng độ điện trờng E = 3,5 kV/cm Kết thử nghiệm phòng VILAS 019 Viện điện nông nghiệp công nghệ sau thu hoạch cho thấy: máy phân loại hạt trờng tĩnh điện cho phép chọn đợc hạt rau cải củ giống hạt có kích thớc trọng lợng tơng đơng có chất lợng cao, chi phí lợng máy phân loại hạt trờng tĩnh điện -6 lần so với phơng pháp phân loại khí khí động học có công suất kiến nghị Quá trình phân loại hạt dựa nguyên lý tích điện chuyển động hạt trờng tĩnh điện phụ thuộc vào tính chất điện khí động học hạt phơng pháp giải tích xác định quỹ đạo chuyển động hạt trờng tĩnh điện cần đợc phụ trợ thêm phơng tiện tính toán đo lờng xác định xác thông số, số ảnh hởng đến chất lợng phân loại Từ tìm đợc quy luật xác chuyển động hạt trờng tĩnh điện , sở tính toán thiết kế thông số, chế độ công nghệ máy phân loại hạt điện trờng 63 63 Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử công suất, kỹ thuật đo lờng điều khiển đại Để nâng an toàn, độ tin cậy máy phân loại hạt trờng tĩnh điện cần đợc tự động hoá cách có hệ thống từ công đoạn cấp liệu, điều chỉnh thông số ảnh hởng đến trình phân loại: nhiệt độ môi trờng, kích thớc hạt nông sản để hoàn thiện thiết bị công nghệ phân loại hạt trờng tĩnh điện nhằm nâng cao hiệu kinh tế, xã hội môi trờng 64 64 Tài liệu tham khảo Tiếng việt Trần biểu (1982), Kết nghiên cứu chế tạo khảo nghiệm máy phân loại hạt điện trờng cao áp MPLH Viện điện nông nghiệp Trần Mạnh Hùng, Nguyễn Đình Lục (1995), Nghiên cứu khoa học công nghệ Viện điện nông nghiệp KC- 04-14 Tiêng anh Fraas F (1962), Electrostatic separation of granular material U.S Bureau of Mines Bul 693 Washington pp.34- 42 TRAN MANH HUNG, NGUYEN DINH LUC (1984), Classification of seed by electric field high voltage machine PLH- 10 for selection and conservation of rice seed HOAT DONG KHOA HOC BO KHOA HOCCONG NGHE- MOI TRUONG pp.33-34; pp.40 TRAN MANH HUNG, NGUYEN DINH LUC (1995), Technology and aquipment for grain sorting uder electrical field Mp Vietnam institute of agricultural engineering & processing (VIAEP) AGRICULTURE PUBLIHING HOUSE HANOI (5), pp.73-76 Industrial application of stating electricity (1974), DCHEMA 1379 pp.163-181 Jonson H.B.(1978), Electrostatic separation ENG AND MINING J pp.114- 117 Le Baron L.M (1959), United States Patens offish certificate of correction 2889042 More H.D (1972), Electrostatic SCIENCE AM 226, pp.47- 58 10 Rolman H.Z, (1926), Phys Tiếng nga 11 . (1975), : - - 97 C.62- 65 12 ..(1972), 65 65 - a , .61 C.6-8 13 ., ., . (1975), 121c 14 . (1961), . 368c 15 . (1979), - .- -, T.16. C.36-42 16 . (1980), , - C.32-34 17. . (1950), .. 764c 18. . (1974), ., 37 135 c 19. ., . (1972), . 49 C 107- 111 20 . (1947), o , C.9-14 21 . (1977), Hepa, 519c 22 .., .., . (1959), , 581c 66 66 23 .., . (1972), , 256 c 24. . (1979), x- C.79 C.109-113 25 .., .., . (1979), .- 10 C.28-31 26 .., . (1981), .- C.34 27 . (1965), 22c 28 . (1972) pe : 67 67 [...]... phân loại hạt bằng điện trờng cao áp 1 trống bớc đầu đã đạt 28 28 một số kết quả tốt nhng chất lợng phân loại hạt cha cao Năm 1991- 1995 Viện cơ điện Nông nghiệp đã chủ trì chơng trình nghiên cứu khoa học công nghệ KC- 04- 14 thiết kế, chế tạo máy phân loại bằng điện trờng kiểu điện môi Kết quả nghiên cứu cho thấy máy phân loại hạt bằng điện trờng có thể làm sạch đến 99%, chọn ra đợc những hạt có chất. .. trình phân loại hạt bằng điện trờng mục đích của việc nghiên cứu lý thuyết là xác định quy luật của quá trình phân ly hạt giống trong trờng tĩnh điện và thiết lập những mối quan hệ cơ bản giữa các tham số kết cấu của các máy phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện dạng băng tải và giữa các trạng thái tơng hỗ của hạt với những tính chất vật lý điện khác nhau Quá trình phân ly hạt trên các máy phân loại bằng. .. điện trờng là: Nghiên cứu phơng pháp và thiết bị 30 30 phân loại hạt giống rau quả trong trờng tĩnh điện cho phép tách các hạt có chất lợng nông sinh thấp, lép lửng và các tạp chất khác ra khỏi lô hạt giống đảm bảo tiêu chuẩn hạt giống cao cấp Để đạt đợc mục đích trên cần giải quyết những nhiệm vụ cơ bản sau: - Nghiên cứu tính chất điện- vật lý của hạt lúa giống phụ thuộc vào độ thẩm điện môi và các... học của hạt - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và xác đinh quỹ đạo chuyển động của hạt trong trờng tĩnh điện - Lựa chọn và thiết kế mô hình thiết bị phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện - Xác định các tham số, chế độ làm việc tối u của thiết bị khi phân loại hạt trong trờng tĩnh điện - Xác định các thông số về chất lợng, số lợng của việc phân loại hạt giống rau quả trong trờng tĩnh điện Chơng ii nghiên cứu cơ... lý của hạt Máy có thể làm việc ở độ ẩm của hạt cao 25 40% (Bảng 1.1) [46], [114], [116], [126] Nhờ có khả năng phân ly lớn công nghệ phân loại bằng điện trờng có khả năng tách ra những hạt rất nhỏ 900 2000 hạt/ g nh hạt xà lách, khoai tâyđến những hạt có kích thớc lớn nh hạt lúa, ngô, đậuchỉ có vài hạt/ g Phân loại hạt bằng điện trờng cho phép loại đến 5 10% hạt giống cha chín sinh lý, 5 15% hạt có... lớn điện tích hạt càng giảm, khi đó điện tích hạt phụ thuộc lớn vào cờng độ điện trờng Ngợc lại khi giảm 1(k) điện tích của hạt tăng lên Quỹ đạo chuyển động của hạt trong điện trờng sẽ khác nhau phụ thộc vào độ lớn của điện tích hạt Để đăc trng cho sự phân ly của hạt, ngời ta đa ra khái niệm chuẩn phân loại Trong đó chuẩn phân loại có độ lớn phụ thuộc vào trạng thái vật lý của hạt Chuẩn phân loại hạt. .. trình phân ly đợc xác định bởi đặc tính chuyển động tơng đối của các hạt bị nhiễm điện và mang điện tích trong trờng tĩnh điện Do đó việc nghiên cứu tính quy luật chuyển động của các hạt giống trong quá trình phân loại có giá trị quan trọng để xác định điều kiện làm viếc tối u của máy phân loại hạt giống trong dây chuyền phân loại chung Từ đó tìm ra sự phân ly hạt cực đại để loai bỏ những hạt giống. .. đối của điện hạt Tần số rung của điện cực coi nh không đổi nh vậy các nguyên tắc động học của chất điểm là nền tảng của nghiên cứu lý thuyết về quỹ đạo hạt 2.1 Điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình phân ly hạt trong trờng tĩnh điện Tất cả các phơng pháp phân ly, làm sạch và phân loại hạt nông sản trong trờng tĩnh điện đều dựa trên các tính chất cơ - lý và tính chất điện của hạt Các hạt khác loại. .. giản, chất lợng phân loại ổn định, hiệu suất cao và có khả năng phân loại khi điều kiện môi trờng thay đổi trong phạm vi rông áp dụng giải pháp này để phân loại các hạt nông sản đối với Việt Nam là hớng đi có nhiều triển vọng Kết quả phân tích các phơng pháp và thiết bị phân loại hạt giống đang sử dụng, cho phép xác định mục đích khoa học và thực tiễn của luận văn Phân loại hạt rau, quả bằng điện trờng... hai điện 16 16 cực phóng điện coron [29] Hạt đợc phân ly giống nh trên máy tĩnh điện trống quay Sự khác nhau về nguyên lý của máy phân loại dạng coron là phơng pháp nạp điện cho các hạt nông sản Trong các máy phân loại sử dụng trờng phóng điện dạng coron-trống quay, các hạt nhận đợc điện tích khi chuyển động qua vùng phóng điện coron nên hạt tích điện âm Khi các rơi trên bề mặt dẫn điện của trống điện ... bề mặt trống quay điện cực Các hạt đợc tích điện bề mặt trống nhờ chuyển động điện tử hai điện 16 16 cực phóng điện coron [29] Hạt đợc phân ly giống nh máy tĩnh điện trống quay Sự khác nguyên... thấy lúa mì Istoc tăng 0,57 tấn/ha (12,9%), hạ định mức gieo xuống 40 kg/ha giảm 16% , sản lợng bắp cải tăng 12 16% , da chuột tăng 10%,, cà chua tăng 12 15% áp dụng công nghệ điện trờng phân... =F dt + Fax+ P t (1.15) Trong đó: F dt : Lực điện trờng, lực ép hạt vào mặt trống F dt =Q.E (1 .16) F ax : Lực tạo điện tích cảm ứng mặt cực nối đất (lực ánh xạ gơng), lực ép hạt vào mặt trống