Hiện nay, tình hình sử dụng bã sắn sau khi được thải ra từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn chủ yếu được cung cấp cho các đầu mối, từ các đầu mối, bã sắn tươi được phân tán đi các nơi để phơi khô và cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn gia súc. Một phần bã sắn tươi từ các đầu mối cung cấp cho các hộ nông dân làm thức ăn tươi cho gia súc.
Hình 2.8 là sơ đồ xử lý bã sắn tươi được thải ra từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam. Việc xử lý bã sắn hiện nay chủ yếu vẫn là phơi nắng từ các nhà dân. Khi trời mưa hoặc không kịp khô, lượng bã sắn này bị lên men, bốc mùi gây ô nhiễm trên diện rộng.
Hình 2.9. Sơ đồ xử lý bã sắn tươi
Tại nhà máy, do vận chuyển không kịp lượng bã thải ra, gây ứ đọng, thối rữa, lên men gây ô nhiễm môi trường. Như vậy, vấn đề ô nhiễm môi trường tại các nhà máy chế biến tinh bột sắn hiện nay là vấn đề cần được giải quyết khẩn trương. Trước thực trạng đó, nhiều nơi đã nghiên cứu tìm cách xử lý bã sắn để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Để không phụ thuộc vào thời tiết và tăng năng suất khi xử lý bã sắn, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thiết bị tách nước bã sắn, phục vụ cho công đoạn sấy phía sau bằng cách giảm được độ ẩm bã (xuống 60%) để giảm chi phí năng lượng của quá trình sấy.
Bã 80-85 % ẩm Phơi nắng Tách nước Thức ăn gia súc Vi sinh Sấy khô (13% ẩm) Phân bón
Để giải quyết vấn đề trên, đề tài tiền hành phân tích hình nghiên cứu và sử dụng máy tách nước bã sắn trong nước hiện nay như sau:
2.2.2.1. Máy tách nước bã sắn theo nguyên lý ép xy lanh (Hình 2.10) [6]
* Các thông số cơ bản:
- Áp suất ép cực đại P=4 MPa; - Bề rộng giữa 2 tấm lọc b= 60 mm. - Thể tích thùng ép: 0.12 m3;
- Tổng diện tích tấm lọc: 4,0 m2;
Hình 2.10. Kết cấu tổng thể thiết bị ép bã sắn theo nguyên lý ép xy lanh 1- Hệ thống khung bệ; 2- Bơm; 3- Van; 4- Ống nạp liệu; 5- Thùng lọc; 6- Cụm ống trong; 7- Bộ phận tháo liệu
- Lưu lượng bơm cấp liệu cấp: 70 dm3/phút; - Thời gian ép 1 mẻ: 5 phút;
- Độ ẩm trung bình bã sau khi ép: 55 %; - Chi phí công suất cực đại: 7,5 kW; - Chi phí năng lượng riêng: 3 kWh/tấn.
* Cấu tạo: Máy bao gồm những bộ phận chính như sau: + Bộ phận buồng ép;
+ Bộ phận nạp liệu; + Bộ phận lấy liệu;
+ Hệ thống khung bệ và các bộ phận phụ trợ.
Máy được thiết kế gồm 2 buồng ép thực hiện nhiệm vụ ép và tháo liệu luôn phiên nhau (Hình 2.9).
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý máy ép bã sắn theo nguyên lý ép xy lanh 1, 2,4- Xilanh; 3, 15- Van phân phối; 5- Pitton; 6- Bể chứa bã;
7, 8, 9, 10, 11, 12- Van; 13- Buồng ép; 16- Bộ phận tháo liệu.
* Nguyên lý hoạt động: (Hình 2.8)
Bã sắn ướt được bộ phận nạp liệu bơm liên tục nhờ bơm (2) theo đường ống dẫn liệu (4) qua van đóng mở (3) vào theo ống trong ống của buồng ép (5). Khi buồng ép thứ nhất làm nhiệm vụ ép bã sắn thì buồng còn lại sẽ thực hiện
nhiệm vụ tháo liệu đã được ép trước đó và ngược lại. Mỗi buồng ép gồm nhiều khoang ép. Khi được bơm liệu, bã sắn ướt trong ống cấp liệu trong lòng buồng ép được đưa vào qua các đường ống dẫn từng khoang một. Dưới áp lực bơm liệu, bã sắn được ép trong mỗi khoang và nước được tách khỏi bã sẽ chảy dọc qua các tấm lọc của cụm ống trong (6) vào các lỗ thông với rãnh nhỏ được cách ly với thùng lọc thoát ra ngoài. Sau khi việc ép bã tại buồng ép thứ nhất kết thúc, cụm thùng ép được chuyển ngay tới buồng ép thứ hai thực hiện quá trình ép tiếp theo. Trong khi buồng ép thứ hai thực hiện quá trình ép thì công tác tháo liệu được thực hiện cho buồng ép thứ nhất. Trong quá trình làm việc cụm ống trong quay và bã sắn đã được ép được tháo ra nhờ bộ phận tháo liệu gồm các dao cạo (7) tách bã ra. Đồng thời ở buồng ép bên cạnh, nhờ vào áp của các vòi phun gắn trên thùng ép phun vào buồng ép trong mà các tấm lọc trong buồng ép được làm sạch, nước được dẫn xuống thiết bị thoát nước phía dưới. Các quá trình cấp ép và tháo liệu ra được thực hiện tuần hoàn.
* Ưu điểm:
- Máy có thể giảm ẩm xuống còn 55%, nếu ép lần 2 có thể giảm xuống 48% * Nhược điểm:
- Năng suất thấp
- Máy làm việc theo mẻ; - Chi phí năng lượng riêng cao - Độ khô không đồng đều; - Khó vệ sinh các tấm lọc.
2.2.2.2. Máy ép bã sắn VBS-3, Viện Cơ điện nông nghiệp và CNSTH (Hình 2.12) Máy ép bã sắn VBS-3, Viện Cơ điện nông nghiệp và CNSTH là sản phẩm của Dự án Nghiên cứu chế tạo máy vắt bã sắn VBS-3 thuộc chương trình 04 Thành phố HCM năm 2001 do TS. Lâm Trần Vũ chủ trì [7].
* Cấu tạo máy:
Phễu 1 để chứa và cung cấp bã ướt vào ép, lô cung cấp 2 để cung cấp và điều chỉnh độ dày lớp bã vào ép; trống ép 4 được bọc cao su có modul đàn hồi 90 So; bốn lô ép 6 trên bề mặt có tiện các rãnh thoát nước sâu 1 mm, rộng 1 mm cách nhau 3 mm, các lô này được ép vào trống ép nhờ các lò xo ép tạo áp lực tăng dần; máng hứng 7 có nhiệm vụ hứng và gom nước dẫn ra ngoài; băng tải lọc
là vải nỉ dầy 2 mm là loại chịu nén ép (bị xẹp thay đổi độ dày khi bị ép); dao gạt 5 để gạt bã đã ép ra khỏi mặt băng tải lọc 8 và trống ép 4; ống phun nước 3 để rửa sạch băng tải sau mỗi chu kỳ ép; các lô 9 để căng và chỉnh băng tải không cho lệch ra ngoài lô ép. Động cơ và bộ truyền xích 10 lắp bên hông máy.
Hình 2.12. Sơ đồ cấu tạo máy vắt bã sắn dạng ép trục băng tải lọc VBS-3 1 - Phễu nạp liệu;
2- lô cung cấp;
3- ống nước rửa băng tải; 4- trống ép; 5- các dao gạt bã; 6- các lô ép với lò xo ép; 7- máng hứng nước vắt; 8- băng tải lọc; 9- động cơ và bộ truyền xích; 10- các lô căng băng tải lọc.
* Nguyên tắc làm việc:
Bã sắn ướt được đổ vào phễu cấp liệu 1, nhờ chuyển động quay của trống ép 4 và băng tải lọc 8, bã được kéo vào khe hở cung cấp giữa lô cung cấp 2 và trống ép 4 và được kẹp giữ bởi băng tải lọc 8 và trống ép 4. Khi qua các lô ép 6, bã được ép từ từ với áp lực tăng dần, bã sau ép dính vào băng tải và trống ép được các dao cạo 5 cạo ra, nước lọt qua băng tải rơi xuống máng hứng 7, băng tải sau mỗi chu kỳ ép bị bẩn, tắc do bã dính vào được vòi nước 3 rửa sạch trước khi vào chu kỳ ép sau.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
*Các thông số cơ bản của máy ép bã sắn VBS-3:
Trống ép đường kính 500mm, 4 lô ép đường kính 150mm chịu lực ép theo thứ tự là 120; 256; 658 và 1124 kG (tức tuyến áp là 240; 512; 1316 và 2248 kG/m). Vận tốc băng tải 0,4 m/s; kích thước D-R-C = 1,5-1,3-1,4m; Khối lượng 200 kg; ép bã sắn 80% ẩm xuống 63% ẩm, năng suất theo bã vào ép 3 tấn/h; Công suất động cơ là 1HP.
2.2.2.3. Máy vắt bã sắn VBS-14 – Viện Cơ điện nông nghiệp và CNSTH (Hình 2.13) Trên cơ sở mẫu máy ép bã sắn VBS-3, TS. Lâm Trần Vũ nghiên cứu, thiết kế và chế tạo và ứng dụng thành công Máy ép bã sắn VBS-14 trên một số địa bàn tỉnh Tây Ninh. Hình 2.13. Máy vắt bã sắn VBS-14 * Các thông số cơ bản: - Đường kính trống ép: 500mm - Đường kính các lô ép: 150mm - Vận tốc băng tải 0,4 m/s - Năng suất: 5 tấn/giờ - Độ ẩm sau khi ép: 63% - Công suất động cơ: 75kW
* Nguyên lý hoạt động:
Tương tự như máy ép bã sắn VSB-3, nguyên liệu được cấp vào phễu chứa liệu, đi qua trống ép sơ bộ nhờ áp suất gây ra giữa trống và sức căng của băng tải, sau đó bã được đi qua các lô ép, cuối cùng bã đi ra máng hứng phía ngoài máy. Lực ép qua các lô ép được thay đổi nhờ bộ điều khiển của hệ thống khí nén. Băng tải cũng được làm sạch bằng hệ thống vòi phun sau mỗi chu trình ép.
* Ưu điểm:
- Có thể điều khiển lực ép của các lô ép một cách dễ dàng. - Năng suất của máy tăng
* Nhược điểm:
- Khi bã đi vào các lô ép xảy ra hiện tượng oè của bã, do đó lớp bã khô được ép mỏng, dẫn đến hiệu quả của máy chưa được cao.
Nguyên nhân: Khi nguyên liệu từ phễu chứa đi vào trống ép (Hình 2.13), gia tốc của nguyên liệu lớn, thời gian ép ngắn dẫn đến độ ẩm sau khi ra khỏi trống ép còn cao.
Với bã sắn là một loại vật liệu mà hệ số nở hông (đùn ngang) của nó rất lớn nên nếu không tạo ra trở cản mặt hông thì hoàn toàn không thể thực hiện được quá trình gia áp. Đây chính là sự khác biệt của quá trình ép băng tải so với quá trình ép bã trong lòng xi lanh.
Hình 2.14. Quá trình ép của vật liệu khi vào trống ép
Trong quá trình ép bằng xi lanh, không gian bã được kép kín nhờ thành xi lanh còn trong quá trình ép bằng sức căng băng tải lọc, áp suất thành bên tạo ra hoàn toàn nhờ vào ma sát theo phương ngang giữa băng tải và vật liệu.
A
B B’ A’
2.2.2.5. Máy tách nước bã sắn BCLD-1N – LIDA – Trung Quốc (Hình 2.15)
Hình 2.15. Máy tách nước bã sắn BCLD-1N – LIDA – Trung Quốc
Máy tách nước bã sắn BCLD-1N – LIDA đang được chào bán trên thị trường Việt Nam. Máy sử dụng nguyên lý băng tải ép, thực chất loại máy này chủ yếu dùng trong lĩnh vực ép hoa quả. Khi ép bã sắn ướt, máy có năng suất khá cao, khoảng 5-8 tấn/h nhưng độ ẩm sau khi ép còn cao 75% độ ẩm cuối sau khi ép. Máy chỉ tách nước sơ bộ của bã do không có bộ phận ép sơ bộ nên bề rộng của lớp bã vào ép hẹp hơn rất nhiều so với bề rộng băng tải (chiếm 40% bề rộng băng tải). Loại máy này chưa phù hợp để tách nước bã sắn đảm bảo hiệu quả cho quá trính sấy.
Nhận xét:
Hiện nay, các máy ép bã sắn phổ biến trên thị trường chủ yếu là nguyên lý vắt ly tâm và ép băng tải. Như đã phân tích ở trên, với nguyên lý vắt ly tâm, độ ẩm sau khi ép còn cao (trên 70% độ ẩm), chỉ phù hợp cho công đoạn tách nước sơ bộ và sử dụng trực tiếp trong chăn nuôi. Nhưng khi ứng dụng vào việc tách nước trước công đoạn sấy phục vụ cho quá trình sản xuất cám viên thì đòi hỏi phải giảm được lượng nước tối đa để giảm thiểu chi phí năng lượng của quá trình sấy tiếp theo. Còn với nguyên lý ép băng tải, máy hoạt động ổn định, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp, với độ ẩm đạt được khoảng 60 – 63%.
Vì vậy, chúng tôi lựa chọn nguyên lý ép băng tải để tiến hành nghiên cứu cải tiến để giảm độ đùn ngang của bã. Trên cơ sở đó, xây dựng mô hình máy tách nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý ép băng tải, đưa ra các thông số tối ưu nhằm tăng năng suất máy với độ ẩm thấp (60%), phù hợp với nhu cầu thị trường, đạt hiệu quả kinh tế cao.
KẾT LUẬN PHẦN 2
Từ tổng quan tình hình nghiên cứu trên đây có thể kết luận các vấn đề như sau: Hiện nay tại các nhà máy sản xuất tinh bột sắn tập trung thải ra một lượng bã sắn rất lớn. Bã sắn tươi sau sản xuất dễ thối rữa, bốc mùi, và bản thân nó có nhiều độc tố. Nếu không xử lí kịp thời sẽ trở thành nguồn ô nhiễm trầm trọng, theo đánh giá của ngành chức năng về quản lí môi trường thì bã sắn khi thối rữa sẽ trở thành chất thải nguy hại. Trong khi đó bã sắn khô là một loại thức ăn khá tốt cho gia súc. Do vậy việc tận chế biến bã sắn đồng thời giải quyết được vấn đề về môi trường cũng như tạo thêm lợi nhuận.
Các máy ép theo nguyên lý băng tải ép như trên trình bày đã được ứng dụng nhiều trên thị trường trong việc ép bùn, tách nước bã sắn... Việc ứng dụng nguyên lý này để tách nước bã sắn còn xảy ra hiện tượng đùn ngang của bã nên khó có thể tăng được tốc độ ép, dẫn đến làm giảm năng suất cũng như hiệu quả của máy.
Đề tài đã lựa chọn được nguyên lý ép theo nguyên lý ép băng tải, trên cơ sở đó, xây dựng mô hình máy tách nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý ép băng tải, có dàn con lăn ép sơ bộ, đưa ra các thông số tối ưu nhằm tăng năng suất máy với độ ẩm thấp, phù hợp với nhu cầu thị trường, đạt hiệu quả kinh tế cao.
Do vậy, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu một số thông số của máy tách nước bã sắn cải tiến” sẽ góp phần xây dựng cơ sơ thiết kế, chế tạo máy tách nước bã sắn cải tiến theo nguyên lý ép băng tải, góp phần ứng dụng vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay.
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Đề tài được nghiên cứu tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Thời gian tiến hành nghiên cứu: từ tháng 6 năm 2015 đến tháng 6 năm 2016.
3.3. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 3.3.1. Đối tượng nghiên cứu 3.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là: Máy tách nước bã sắn có dàn con lăn ép sơ bộ theo nguyên lý băng tải ép.
3.3.2. Vật liệu nghiên cứu
Vật liệu nghiên cứu dùng trong đề tài là: bã sắn được thu mua từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn.
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu tổng quan;
- Cơ sở lý thuyết quá trình tách nước; - Xác định mô hình nguyên lý máy;
- Xác định các thông số ảnh hưởng tới quá trình ép của máy tách nước bã sắn cải tiến;
- Xác định các thông số tối ưu của máy tách nước bã sắn cải tiến.
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 3.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Dựa vào các nguyên lý cơ học, các kết quả nghiên cứu lý thuyết trước, các mối quan hệ toán học, với những giả thiết có thể để thiết lập các phương trình vi phân mô tả quá trình ép lọc. Xây dựng thuật toán, sơ đồ khối và chương trình giải trên ngôn ngữ Matlab.
3.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm [15]
3.5.2.1. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm
Kết quả đo đạc các số liệu thí nghiệm được xử lý theo phương pháp thống kê toán học, nhằm xác định độ tin cậy của ước lượng quan hệ giữa các yếu tố vào và
các thông số ra, đánh giá độ thuần nhất của phương sai thí nghiệm để chỉ ra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số ra, đồng thời đánh giá sự tồn tại đáng kể hay không của các nhân tố ngẫu nhiên.
Khi đo lường cần lặp lại một số lần để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo, đồng thời cần đánh giá sơ bộ giá trị đo được và tiến hành loại bỏ hoặc hiệu chỉnh