Với máy tách nước bã sắn cải tiến, sau chỉ tiêu cơ bản có tính mục đích là độ ẩm bã sau ép Ws thì năng suất máy là chỉ tiêu quan trọng đứng thứ hai. Hai chỉ tiêu này thường mâu thuẫn với nhau, muốn giảm độ ẩm bã vắt Ws thì phải
giảm tốc độ băng tải v và giảm độ dày lớp bã vào ép ho, trong khi đó muốn tăng năng suất máy thì phải tăng vận tốc băng tải và tăng độ dày lớp bã cung cấp vào ép. Tuy nhiên, tăng vận tốc và tăng độ dày lớp bã ép sẽ làm tăng độ dãn ngang của bã sang hai bên mép băng tỉa làm giảm bề rộng làm việc hiệu dụng của băng tải do đó làm giảm năng suất máy. Tóm lại việc tăng năng suất máy bị giới hạn bởi độ ẩm sau ép và độ dãn ngang của bã ép. Vì vậy xác định các thông số tối ưu cho máy tách nước bã sắn ở đây là xác định chế độ làm việc sao cho năng suất máy đạt tối đa trong giới hạn hợp lý bởi độ ẩm và độ dãn ngang của bã ép.
Cụ thể nội dụng của bài toán là tìm Xi sao cho hàm năng suất q đạt lớn nhất, đồng thời thỏa mãn hai điều kiện là độ ẩm bã sau ép Ws 60% và độ dãn ngang Z 30mm.
Từ (4.26) và ( 4.30), dạng thực chuyển sang dạng mã hóa ta được công thức: Hàm năng suất là: q = 1,1. (20+5X2).(0,1+0,025X1).10-3 m3/s.
Trong đó:
X1 là vận tốc băng tải lọc v X2 là độ dày lớp bã vào vắt ho
X3 là lực ép của dàn con lăn ép sơ bộ Fo
q là năng suất tính theo thể tích bã nguyên liệu trên một đơn vị bề rộng phễu cấp liệu, q = B.ho.v
B là bề rộng phễu cấp liệu (B = 1,1m)
Việc giải bài toán này được thực hiện trên chương trình OPT của Viện cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch theo phương pháp hàm hợp [5].
Kết quả bài toán tối ưu trên cho thấy trong hai giới hạn trên, hàm năng suất đạt cực đại qmax = 1,96.10-3 m3/s tại:
Giá trị mã Giá trị thực
X1 = -0.228 v = 0,094 m/s X2 = -0.219 h = 19,9 mm X3 = 0.730 Fo = 5,365 kN Giá trị của các hàm mục tiêu tại điểm tối ưu:
Độ ẩm Yw = 60 (%) Độ dãn ngang Y = 30 (mm)
Với mô hình thí nghiệm có bề rộng băng tải 1200mm và bề rộng lớp bã cấp bo = 1100mm thì độ dãn ngang của bã cho phép nằm trong khoảng nhỏ hơn 100mm. Giá trị độ dãn ngang như đã trình bày ở trên độ dãn ngang sang mỗi bên là 30mm là phù hợp, đảm bảo hệ số an toàn khi vận hành cho máy.
Với mô hình thí nghiệm trên, thì giá trị năng suất trên trong một giờ (công thức 4.1) là:
Q = 1,96.10-3.3600 = 7,06 m3/h
Với khối lượng riêng bã sắn ướt 80% là 1.045 kg/m3 (1,045 tấn/m3) thì năng suất theo khối lượng bã nguyên liệu vào ép là:
Q = 7,06 m3/h x 1,045 tấn/m3 = 7,378 tấn/h
KẾT LUẬN PHẦN 4
Đề tài đã xác định được các quá trình tách nước của bã sắn làm cơ sở cho quá việc lựa chọn nguyên lý cho máy tách nước bã sắn.
Qua phân tích, thử nghiệm đã xác định được nguyên lý hợp lý cho máy tách nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý băng tải ép là bổ sung dàn con lăn ép sơ bộ, từ đó đề tài đã tiến hành thiết kế, chế tạo mô hình mẫu máy tách nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý băng tải ép.
Đã xác định được các các thông số vào trong nghiên cứu thực nghiệm là: +Vận tốc băng tải lọc v, kí hiệu là X1
+ Độ dày lớp bã vào vắt ho, kí hiệu là X2,
+ Lực ép của dàn con lăn ép sơ bộ Fo, kí hiệu là X3.
Qua đó đã thí nghiệm đưa ra các số liệu và phân tích sự ảnh hưởng của các thông số vào tới các chỉ tiêu nghiên cứu, làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm.
+ Phương trình hồi quy dạng mã độ ẩm bã ép phụ thuộc các thông số vào là: Yw = 63,66 + 4.288X1 + 0,63X12 + 4,165X2 – 0,7X1X2 + 1,34X22 -3,17X3 + 0,6X1X3 + 1,2X2X3 + 1,45X32.
+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ ẩm là:
Yw = 155,7 – 1166,08v + 1008v2 – 3,151h0 -5,6vh0 + 0,0536h02 – 78,74F + 48vF +0,48h0F + 5,8F2
+ Phương trình hồi quy dạng mã độ dãn ngang phụ thuộc các thông số vào là: Yz = 32,8 + 8,13X1 – 0,57X12 + 11,93X2 +1,8X1X2 + 1,6X22 – 1,08X3 + 2,7X1X3 – 1,38X2X3 + 4,77X33.
+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ dãn ngang là:
YZ = 543,2 – 1177,47v + 216vF – 912v2 + 1,146h0 + 14,4vh0 + 0,064h02 – 203,52F – 0,552h0F +19,08h02
Từ các mô hình thống kê mô hình thống kê mô tả hai quá trình cơ bản của việc tách nước bã sắn là quá trình giảm ẩm và quá trình dãn ngang của bã ép, qua giải tối ưu thương lượng có điều kiện đã xác định các giá trị tối ưu của các thông số vào của mô hình thí nghiệm máy tách nước bã sắn cải tiến là:
Vận tốc v = 0,094 m/s;
Chiều cao lớp bã vào ép là ho = 19,9 mm; Lực ép của dàn con lăn Fo = 5,365 kN.
Giá trị của các hàm mục tiêu tại điểm tối ưu: Độ ẩm Yw = 60 (%)
Độ dãn ngang Yz = 30 (mm)
Với khối lượng riêng bã sắn ướt 80% thì năng suất theo khối lượng bã nguyên liệu vào ép là: Q = 7,378 tấn/h
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN
1. Máy tách nước bã sắn theo nguyên lý ép băng tải cải tiến bằng cách bổ sung dàn con lăn ép sơ bộ nhằm giảm độ ẩm trước khi vào các lô ép là phù hợp, đảm bảo được độ ẩm 60% sau khi ép, độ dãn ngang 30mm, năng suất đạt 7,378 tấn/h. Qua đó ta thấy ưu điểm của máy tách nước bã sắn cải tiến so với máy tách nước bã sắn trước đây như độ ẩm thấp hơn (với máy trước đây là 63%), năng suất tăng (với máy trước là 3,009 tấn), dẫn đến hiệu quả sử dụng của máy tách nước bã sắn cải tiến tốt hơn, đáp ứng được việc ứng dụng cho các công ty cỡ vừa và lớn hiện nay.
3. Đề tài đã xây dựng được mô hình toán mô tả quá trình tách nước bã sắn theo nguyên lý ép băng tải, qua khảo sát các mô hình trên đã xác định được các thông số cơ bản ảnh hưởng tới quá trình ép lọc bã sắn, đồng thời xác định được mức cơ sở của các thông số đó cho nghiên cứu thực nghiệm.
4. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết đã quy hoạch thực nghiệm xác định được các mô hình thống kê mô tả hai quá trình cơ bản của của việc ép lọc bã sắn là quá trình giảm ẩm và quá trình dãn ngang của bã ép.
+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ ẩm là:
Yw = 155,7 – 1166,08v + 1008v2 – 3,151h0 -5,6vh0 + 0,0536h02 – 78,74F + 48vF +0,48h0F + 5,8F2
+ Phương trình hồi quy dạng thực của độ dãn ngang là:
YZ = 543,2 – 1177,47v + 216vF – 912v2 + 1,146h0 + 14,4vh0 + 0,064h02 – 203,52F – 0,552h0F +19,08h02
Từ các mô hình trên, qua giải tối ưu thương lượng có điều kiện đã xác định được các giá trị tối ưu của các thông số vào của máy tách nước bã sắn cải tiến: v = 0,094 m/s; ho = 19,9 mm; Fo = 5,365 kN.
Giá trị của các hàm mục tiêu tại điểm tối ưu: Độ ẩm Yw = 60 (%)
Với khối lượng riêng bã sắn ướt 80% thì năng suất theo khối lượng bã nguyên liệu vào ép là: Q = 7,378 tấn/h
5.2. KIẾN NGHỊ
1. Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá hiệu quả kinh tế của máy băm tách nước bã sắn cải tiến;
2. Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố với một số thông số ảnh hưởng tới quá trình tách nước khác để tìm các thông số tối ưu nhằm giảm độ ẩm hơn nữa, giảm chi phí vận hành máy móc, tăng hiệu quả kinh tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (2014). Số liệu thống kê sắn. Website: http://www.mard.gov.vn.
2. Bộ Công thương Việt Nam (2015). Tình hình xuất khẩu tinh bột sắn sang thị trường Châu Phi, Tây Á, Nam Á. Website: http://www.moit.gov.vn.
3. Đào Quang Triệu (1991). Phương pháp giải bài toán tối ưu tổng quát kho nghiên cứu quá trình phức tạp với sự ứng dụng quy hoạch thực nghiệm vì vi tính. Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học trương Đại học Nông nghiệp I.
4. Đậu Thế Nhu, Lâm Trần Vũ, Nguyễn Minh Tuyển (2002). Xây dựng mô hình vật lý cho quá trình ép vắt bã sắn trên máy ép trục – băng tải lọc. Hội thảo quốc tế, Cơ giới hóa nông nghiệp những vấn đề ưu tiên trong giai đoạn phát triển mới. NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
5. Đậu Thế Nhu (1996). Chương trình xử lý thực nghiệm ứng dụng trong cơ giới hóa nông nghiệp. Báo cáo khoa học Viện Cơ điện Nông nghiệp và Chế biến Nông sản. 6. Đậu Thế Nhu (2012). Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tách nước bã sắn theo
nguyên lý ép xilanh. Đề tài cấp Bộ, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn. 7. Lâm Trần Vũ (2001). Dự án: Nghiên cứu chế tạo máy vắt bã sắn VBS-3 thuộc
chương trình 04 Thành phố HCM.
8. Lâm Trần Vũ (2003). Nghiên cứu cơ sở khoa học thiết kế máy vắt bã sắn dạng ép trục băng tải lọc. Báo cáo luận án tiến sĩ kỹ thuật.
9. Lâm Trần Vũ (2000), Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy vắt bã sắn làm thức ăn gia súc và bảo vệ môi trường. Báo cáo khoa học Đề tài cấp Bộ NN PTNT.
10. Niên giám thống kê (2014). Nhà xuất bản thống kê.
11. Nguyễn Bin (2004). Các quá trình thiết bị trong hoá chất và thực phẩm. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
12. Nguyễn Minh Thao (2000), Nghiên cứu công nghệ và thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung. Báo cáo khoa học Đề tài cấp Bộ NN PTNT.
13. Nguyễn Minh Tuyển (2004). Quy hoạch thực nghiệm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
14. Nguyễn Trọng Thể (1976). Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
15. Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998). Cở sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. 16. Tô Xuân Giáp, Vũ Hào, Nguyễn Đắc Tam, Vũ Công Tuấn, Hà Văn Vui (1980).
Sổ tay thiết kế cơ khí tập 3. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
17. Viện khoa học kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam (2014). Sản xuất sắn trên thế giới và Việt Nam. Website: http://www.iasvn.org.
18. Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam (2004). Cơ học vật liệu rời. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM.
19. Wang J.J. (2000). Tác động của các ngành chế biến tinh bột và công nghệ sinh học đến sự phát triển công nghiệp hóa nông thôn Việt Nam. Kết quả nghiên cứu khuyến nông sản Việt Nam, thành phố Hồ Chí Minh.
Tiếng Anh:
20. Kazuo Kawano, Hoang Kim, Pham Van Bien (2001). Cassava Breding and varietatal Dissemination in Vietnam. X Cassava worshop, Ho Chi Minh city Vietnam.
21. Nguyen Minh Tuyen, Lam Tran Vu, Dau The Nhu (2000). Determining the rule of gradual increment of pressing force on roller in cassava wringing machine by using mothod of similitude modeling. Proceeding of the national conference fudamental research project on physical and theoritical chemistry, Hanoi.
22. Pham Van Bien, B.H. Howeler, J.Wang, Hoang Kim (2000). Cassava production and its development straytegy in Vietnam. VI Asian cassava research worshop 21 – 25 Feb, Ho Chi Minh city Vietnam.
PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1
MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MÁY TÁCH NƯỚC BÃ SẮN THÍ NGHIỆM
Máy tách nước bã sắn thí nghiệm tại xưởng
Máy tách nước bã sắn cải tiến được thí nghiệm tại Viện Cơ điện Nông nghiệp
Máy tách nước bã sắn cải tiến được thí nghiệm tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và CNSTH
Máy tách nước bã sắn cải tiến được thí nghiệm tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và CNSTH
PHỤ LỤC 2
BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ VÀO TỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA
BẢNG 1 Thí nghiệm 1
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của chiều dày lớp bã cấp tới độ dãn ngang Z
N ho (mm) Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) 1 5 16,06 18,20 18,11 2 10 37,25 36,55 38,11 3 15 49,30 49,80 47,70 4 20 58,20 57,15 59,02 5 25 71,03 71,20 72,47
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của chiều dày lớp bã cấp tới độ ẩm W
N ho (mm) W1 (%) W2 (%) W3 (%) 1 5 53,70 52,22 53,51 2 10 59,17 58,31 58,74 3 15 64,57 65,21 64,12 4 20 67,41 67,19 67,34 5 25 71,05 72,62 72,2 BẢNG 2 Thí nghiệm 2
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của chiều dày lớp bã cấp tới độ dãn ngang Z
N ho (mm) Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) 1 5 13,06 14,20 12,11 2 10 32,20 31,05 33,07 3 15 45,20 43,15 43,02 4 20 50,20 50,15 50,02 5 25 65,05 67,15 67,55
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của chiều dày lớp bã cấp tới độ ẩm W.
N ho (mm) W1 (%) W2 (%) W3 (%) 1 5 51,70 50,79 53,32 2 10 57,17 56,06 55,74 3 15 61,57 59,22 57,12 4 20 63,41 62,19 63,34 5 25 67,77 68,56 68,58
PHỤ LỤC 3
BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ VÀO TỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA
BẢNG 3
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của vận tốc băng tải v tới độ dãn ngang Z
N V (m/s) Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) 1 0,05 11 12,21 10,8 2 0,075 22,5 22,3 21,15 3 0,1 32 33,8 32,69 4 0,125 38,2 38,94 37,6 5 0,15 41,4 42,2 40,7
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của vận tốc v băng tải tới độ ẩm W.
N V (m/s) W1 (%) W2 (%) W3 (%) 1 0,05 53,8 52,32 53,15 2 0,075 59,17 58,3 58,74 3 0,1 63,57 63,21 64,2 4 0,125 67,41 67,19 67,34 5 0,15 69,05 68,62 69,2 BẢNG 4
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng chiều cao lớp bã ho vào ép tới độ dãn ngang Z của bã sau ép N ho (mm) Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) 1 10 8 9,2 11,5 2 15 16,7 17,4 19,1 3 20 29,4 27,1 27,7 4 25 41,3 39,8 43,7 5 30 59 57,2 62
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của chiều cao lớp bã ho vào ép tới độ ẩm Ws của bã sau ép. N ho (mm) W1 (%) W2 (%) W3 (%) 1 10 52,82 51,4 52,25 2 15 57,76 57,17 57,78 3 20 62,63 63,3 62,97 4 25 65,96 65,49 66,25 5 30 67,92 66,72 67,15
BẢNG 5
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của lực ép của dàn con lăn Fo tới độ dãn ngang Z của bã sau ép. N Fo (mm) Z1 (mm) Z2 (mm) Z3 (mm) 1 4 45,2 44,1 46,6 2 4,5 36,1 34,6 37,1 3 5 30,05 30,6 29,6 4 5,5 35 32,4 33,9 5 6 43,6 42,8 41,2
Số liệu thí nghiệm sự ảnh hưởng của lực ép của dàn con lăn Fo tới độ ẩm Ws của bã sau ép. N Fo (mm) W1 (%) W2 (%) W3 (%) 1 10 75 75,48 74,25 2 15 67,67 68 67,1 3 20 61,18 61,4 60,1 4 25 56,5 58 57,23 5 30 55 56,66 56
PHỤC LỤC 4
KET QUA XY LY QHHTN CHO MA TRAN DO AM DANH GIA DONG NHAT PHUONG SAI
tieu chuan kohren G = 0.2414 he so tu do m = 15
he so tu do n-1= 2
tieu chuan tra bangk ( 5%) G = 0.4069 KET QUA XU LY SO LIEU
Y = 32.800+ 8.130X1+ -0.570X1X1+ 11.930X2+ 1.800X2X1+ 1.600X2X2+ -1.080X3+ 2.700X3X1+ -1.380X3X2+ 4.770X3X3+ he so
He so Gia tri He so Chuan Student
b0,0 32.8000 T0,0 23.1570 b1,0 8.1300 T1,0 12.6709 b1,1 -0.5700 T1,1 -0.5586 b2,0 11.9300 T2,0 18.5847 b2,1 1.8000 T2,1 2.4414 b2,2 1.6000 T2,2 1.6653 b3,0 -1.0800 T3,0 -1.8635 b3,1 2.7000 T3,1 3.5512 b3,2 -1.3800 T3,2 -1.7756 b3,3 4.7700 T3,3 4.7786
Phuong sai do luong (lap) Sb = 4.51111 So bac tu do kb = 30
Phuong sai tuong thich Sa = 6.17201 So bac tu do ka = 12
Tieu chuan FISHER F = 1.3682 Chuan Ro Ro = 0.9730
Tam cua mat quy hoach X = ( -0.046 , -3.891 , -0.437 , ) Ytam = 9.64182
cac he so chinh tac 5.1552
-1.2699 1.9147
vec to rieng U ( A=UWUt)
0.2071 0.9077 -0.3650 -0.1356 -0.3428 -0.9296 0.9689 -0.2420 -0.0521
KET QUA XY LY QHHTN VE DO AM No Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ Yost Si 1 60.000 59.000 61.000 60.000 60.700 0.700 1.00000