Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định một số thông số làm việc của máy ép viên phân vi sinh theo nguyên lý con lăn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN THỊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP VIÊN PHÂN VI SINH THEO NGUYÊN LÝ CON LĂN KHUÔN PHẲNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN THỊ HỒNG LIÊN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP VIÊN PHÂN VI SINH THEO NGUYÊN LÝ CON LĂN KHUÔN PHẲNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ ANH ĐỨC Đồng Nai, 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác Nếu nội dung nghiên cứu tơi trùng lặp với cơng trình nghiên cứu cơng bố, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm tuân thủ kết luận đánh giá luận văn Hội đồng khoa học Đồng Nai, ngày 15 tháng năm 2016 Người cam đoan (Tác giả ký ghi rõ họ tên) Trần Thị Hồng Liên ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Anh Đức – Phó trưởng phịng đào tạo sau đại học trường Đại Học Nơng Lâm T.P Hồ Chí Minh, dành nhiều thời gian tận tình bảo giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình làm luận văn Trân trọng cảm ơn BGH nhà trường, phòng sau Đại học, quý thầy, cô giáo trường Đại Học Lâm Nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Trân trọng cảm ơn BGH trường, phòng đào tạo sau Đại học, xưởng mơn Cơ khí trường Đại Học Nơng Lâm T.P Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Trân trọng cảm ơn Ban giám đốc công ty TNHH Bách Tùng, Long Khánh, Đồng Nai Trân trọng cảm ơn Nhà khoa học, bạn đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến q báu suốt q trình làm hoàn chỉnh luận văn Xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt viii Danh mục bảng x Danh mục hình vẽ, đồ thị xi Mở đầu Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phân vi sinh công nghệ sản xuất phân vi sinh 1.1.1 Tổng quan phân vi sinh 1.1.1.1 Khái niệm phân vi sinh 1.1.1.2 Ưu, nhược điểm phân vi sinh 1.1.2 Công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên 1.1.2.1 Quá trình sản xuất phân vi sinh 1.1.2.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất phân vi sinh 1.1.2.3 Các dạng viên nén 1.1.2.4 Thực trạng ép phân vi sinh 11 iv 1.2.Các cơng trình máy ép viên 12 1.2.1 Máy ép khuôn phẳng 12 1.2.2 Máy ép khuôn vành 13 1.2.3 Máy ép viên sử dụng trục vít 14 1.2.4 Máy ép viên trục ngang khn vòng lăn 15 1.2.5 Máy ép viên trục đứng khuôn phẳng lăn 17 1.3 Ý kiến thảo luận 18 Chương 20 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 20 2.2.3 Dữ liệu nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 21 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 21 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21 21 2.4.1.1 Phương pháp kế thừa 21 2.4.1.2 Phương pháp tiếp cận 22 2.4.1.3 Phương pháp giải tích tốn học 22 22 v 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 22 2.4.2.1 Vật liệu thiết bị dụng cụ đo dùng thực nghiệm 25 2.4.2.2 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 26 2.4.2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 27 2.4.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 29 2.4.2.5 Phương pháp tối ưu hóa, giải tốn tối ưu hóa 30 2.4.3 Phương pháp đo độ bền viên Chương 33 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Cơ sở lý thuyết trình ép viên 33 3.1.1 Khái niệm 33 3.1.2 Ưu, nhược điểm viên ép 35 3.1.3 Một số đặc điểm yêu cầu kỹ thuật viên 3.2 Quá trình tạo phơi kết dính phương pháp tạo viên 36 37 3.2.1 Cơ sở trình tạo phơi kết dính 37 3.2.2 Các q trình keo xảy gia nhiệt ẩm 38 3.2.3 Các phương pháp tạo viên 39 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng viên 39 3.3.1 Số vòng quay khuôn – Tốc độ khuôn 39 3.3.2 Đường kính, chiều dày lỗ khn 39 3.3.3 Khe hở trục lăn khn, góc khn lăn 40 vi Chương 41 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Kết tính tốn thiết kế 41 4.1.1 Các số liệu thiết kế ban đầu 41 4.1.2 Mơ hình nguyên lý máy ép viên lăn khuôn phẳng 41 4.1.3 Tính tốn thiết kế 42 4.2 Kết chế tạo 49 4.3 Kết thực nghiệm 50 4.3.1 Khảo nghiệm sơ đánh giá khả làm việc máy 50 4.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 52 4.3.2.1 Xác định tiêu nghiên cứu đầu tốn hộp 53 4.3.2.2 Giới hạn thơng số nghiên cứu thực nghiệm 56 59 4.3.2.3 Phát biểu toán hộp đen 4.3.3 Thực nghiệm đơn yếu tố 60 4.3.4 Quy hoạch thực nghiệm 63 4.3.4.1 Xác định tâm bước biến thiên yếu tố 63 4.3.4.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm 65 66 4.3.5 Kết quy hoạch thực nghiệm xử lý số liệu 4.3.5.1 Nghiên cứu chất lượng viên phân 4.3.5.2 Nghiên cứu mức tiêu thụ điện riêng cho trình ép 67 72 viên 4.3.6 Xác định thông số làm việc máy ép viên phân 4.3.6.1 Bài toán tối ưu đa mục tiêu 77 78 vii 4.3.6.2 Kết qủa giải toán tối ưu 4.4 Ý kiến thảo luận 78 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 Kết luận 81 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 85 Phụ lục 1: Một số hình ảnh thực đề tài 85 Phụ lục 2: Kết thực nghiệm xử lý số liệu 88 2.1 Kết xây dựng kế hoạch thực nghiệm 88 2.2 Kết xử lý số liệu hàm Cb 89 2.3 Kết xử lý số liệu hàm Se 90 Phụ lục 3: Kết giải toán tối ưu 92 3.1 Kết giải tốn tối ưu hóa mục tiêu cho hàm Cb 92 3.2 Kết giải tốn tối ưu hóa mục tiêu cho hàm Se 93 3.3 Kết giải toán tối ưu hóa đa mục tiêu 96 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Đơn vị Se Chi phí điện riêng kWh/tấn A Điện tiêu thụ kWh t Thời gian ép khuôn giây m Khối lượng phân ép Cb Độ bền viên % g1 Khối lượng viên phân đưa vào máy đo độ bền viên kg g2 Khối lượng viên phân sau đo đo độ bền viên kg β1 Độ nén ép kg/ m3 ρ0 Khối lượng riêng hỗn hợp trước ép kg/ m3 ρ1 Khối lượng riêng hạt kg/ m3 ε Độ nén ép tương đối h0 Chiều dày khn mm d0 Đường kính lỗ khn mm f Hệ số ma sát vật liệu với thành khn μ Hệ số Poisson Sk Diện tích bề mặt làm việc khuôn V Tốc độ cắt n Số vịng quay khn ép q Lượng cấp liệu kt Hệ số đục lỗ khuôn c Hệ số giãn nở khối ép ρ Khối lượng riêng m2 m/ph vòng/phút kg/h kg/ m3 75 19 Dittmar, Heinrich; Drach, Manfred; Vosskamp, Ralf; Trenkel, Martin E.; Gutser, Reinhold; Steffens, Günter (2009) "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry" 20 H.A Mills, J.B Jones Jr (1996) Plant Analysis Handbook II: A practical Sampling, Preparation, Analysis, and Interpretation Guide 21 Loganathan, P.; Hedley, M.J.; Grace, N.D (2008) "Pasture soils contaminated with fertilizer-derived cadmium and fluorine: livestock effects." 22 McLaughlin, M J.; Tiller, K G.; Naidu, R.; Stevens, D P (1996) "Review: the behaviour and environmental impact of contaminants in fertilizers" 23 Sharpley, A N.; Menzel, R G (1987) "The impact of soil and fertilizer phosphorus on the environment" 24 Stewart, W.M.; Dibb, D.W.; Johnston, A.E.; Smyth, T.J (2005) "The Contribution of Commercial Fertilizer Nutrients to Food Production" 76 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hình Khn ép Hình Con lăn Hình 3: Dây chuyền ép phân vi sinh 77 Hình 4: Phân vi sinh dạng bột Hình 5: Bộ phận điều chỉnh lượng cấp liệu Hình 6: Máy ép phân vi sinh 78 Hình 7: Thực nghiệm ép phân vi sinh Hình 8: Viên phân vi sinh 79 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 2.1 Kết xây dựng kế hoạch thực nghiệm Cursor at Row: Data Editor Maximum Rows: 20 Column: File: STATC Number of Cols: Run n h q Cb Se | -| | 200.4537849 5.00000000 1000.000000 | | 150.0000000 1.63641434 1000.000000 | | 150.0000000 5.00000000 831.820717 | | 180.0000000 7.00000000 1100.000000 | | 180.0000000 7.00000000 900.000000 | | 120.0000000 7.00000000 900.000000 | | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | | 180.0000000 3.00000000 900.000000 | | 180.0000000 3.00000000 1100.000000 | 10 | 120.0000000 3.00000000 900.000000 | 11 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | 12 | 150.0000000 8.36358566 1000.000000 | 13 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | 14 | 120.0000000 7.00000000 1100.000000 | 15 | 150.0000000 5.00000000 1168.179283 | 16 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | 17 | 99.5462151 5.00000000 1000.000000 | 18 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | 19 | 120.0000000 3.00000000 1100.000000 | 20 | 150.0000000 5.00000000 1000.000000 | | -| Length 20 20 20 20 20 Typ/Wth N/13 N/13 N/13 N/13 N/13 80 2.2 Kết xử lý số liệu hàm Cb ANOVA for Cb - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:n 22.084374 22.084374 454.50 0000 B:h 1.050509 1.050509 21.62 0056 C:q 37.214202 37.214202 765.88 0000 AB 13.992050 13.992050 287.96 0000 AC 4.590450 4.590450 94.47 0002 BC 6.020450 6.020450 123.90 0001 AA 5.827235 5.827235 119.93 0001 BB 86.726443 86.726443 1784.86 0000 CC 18.893685 18.893685 388.84 0000 Lack-of-fit 1.041994 208399 4.29 0680 Pure error 242950 048590 -Total (corr.) 186.208280 19 R-squared = 0.993099 R-squared (adj for d.f.) = 0.986889 Estimated effects for Cb - factor study -average = 91.8152 0.0899026 A:n = -2.5433 0.119297 B:h = 0.554695 0.119297 C:q = -3.30148 0.119297 AB = 2.645 0.155869 AC = 1.515 0.155869 BC = 1.735 0.155869 AA = -1.27177 0.116132 BB = -4.9063 0.116132 CC = -2.29001 0.116132 -Standard error estimated from pure error with d.f (t = 2.57141) Regression coeffs for Cb - factor study -constant = 44.3515 = -0.193134 A:n = -1.3722 B:h = 0.152931 C:q = 0.0220417 AB = 2.525E-4 AC BC = 4.3375E-3 AA = -7.06541E-4 BB = -0.613288 CC = -1.145E-4 81 2.3 Kết xử lý số liệu hàm Se ANOVA for Se - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:n 1.846383 1.846383 21.72 0055 B:h 19.994683 19.994683 235.22 0000 C:q 4.021207 4.021207 47.31 0010 AB 2.109458 2.109458 24.82 0042 AC 1.389444 1.389444 16.35 0099 BC 018818 018818 22 6626 AA 817948 817948 9.62 0268 BB 1.358288 1.358288 15.98 0104 CC 10.873426 10.873426 127.92 0001 Lack-of-fit 1.099164 219833 2.59 1602 Pure error 425017 085003 -Total (corr.) 42.7427738 19 R-squared = 0.964341 R-squared (adj for d.f.) = 0.932247 ANOVA for Se - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:n 1.846383 1.846383 21.72 0055 B:h 19.994683 19.994683 235.22 0000 C:q 4.021207 4.021207 47.31 0010 AB 2.109458 2.109458 24.82 0042 AC 1.389444 1.389444 16.35 0099 AA 817948 817948 9.62 0268 BB 1.358288 1.358288 15.98 0104 CC 10.873426 10.873426 127.92 0001 Lack-of-fit 1.117982 186330 2.19 2034 Pure error 425017 085003 -Total (corr.) 42.7427738 19 R-squared = 0.9639 R-squared (adj for d.f.) = 0.937646 Estimated effects for Se - factor study -average = 9.46865 0.11891 A:n = 0.735386 0.157788 B:h = -2.41998 0.157788 C:q = -1.08526 0.157788 AB = 1.027 0.206159 AC = -0.8335 0.206159 AA = 0.476476 0.153602 BB = 0.614009 0.153602 CC = 1.73725 0.153602 82 Standard error estimated from pure error with d.f (t = 2.57141) Regression coeffs for Se - factor study -constant = 96.3998 A:n = 0.0289687 B:h = -2.65626 C:q = -0.158314 AB = 8.55833E-3 AC = -1.38917E-4 AA = 2.64709E-4 BB = 0.0767511 = 8.68624E-5 CC 83 PHỤ LỤC KẾT QUẢ GIẢI BÀI TỐN TỐI ƯU 3.1 Kết giải tốn tối ưu hoá mục tiêu cho hàm Cb Microsoft Excel 11.0 Answer Report Worksheet: [Toi uu - may ep vien phan.xls]Sheet1 Target Cell (Max) Cell Name $E$4 Cb Original Value 95.0248173 Final Value 95.0248173 Adjustable Cells Original Value Cell Name Final Value $A$4 n 100.0 100.0 $B$4 h 3.675.64 3.675.64 $C$4 q 847.6 847.6 Constraints Cell Name Cell Value Formula Status $B$4 h 3.675.64 $B$4>=1.6 Not Binding 2.075.64 $A$4 n 100.0 $A$4=1.6 Not Binding 6.40.00 $A$4 n 100.0 $A$4=832 Not Binding 159.3 $A$4 n 8.0.00 $B$4