I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tối Ưu Máy Ép Viên Phân Bón Hữu Cơ
Phân bón đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, thúc đẩy sự phát triển và nâng cao năng suất. Phân bón hữu cơ vi sinh, với nguồn gốc từ các sản phẩm hữu cơ như phân chuồng, phân xanh, và phụ phẩm nông nghiệp, mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng, đất đai và môi trường. Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh ở dạng bột có thể dẫn đến tình trạng thất thoát dinh dưỡng do hòa tan nhanh. Do đó, việc tạo viên phân bón hữu cơ vi sinh là cần thiết. Có hai phương pháp chính để tạo viên: vo viên và ép viên. Ép viên tạo ra sản phẩm có độ bền cao hơn so với vo viên. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình ép viên để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh.
1.1. Lịch Sử Phát Triển Phân Bón Hữu Cơ Vi Sinh Dạng Viên
Trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng phân hữu cơ nói chung và phân hữu cơ vi sinh nói riêng đã có từ lâu. Ưu điểm của nó là nguồn nguyên liệu dồi dào, góp phần tận dụng các nguồn chất thải trong xử lý môi trường, tham gia vào quá trình cải tạo đất trồng, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành rẻ, khá thân thiện với môi trường, nên phù hợp cho các nước đang phát triển. Với việc chủ động bổ sung và tạo môi trường thuận lợi để vi sinh vật có ích cho cây trồng nên các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển từ phân bón hữu cơ thành phân bón hữu cơ vi sinh.
1.2. Tình Hình Sản Xuất Phân Bón Hữu Cơ Vi Sinh Tại Việt Nam
Ở Việt Nam, phân vi sinh vật cố định đạm cây họ đậu và phân vi sinh vật phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 và đến năm 1987 phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện và đến năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật. Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số vi sinh vật phân giải lân. Phân hữu cơ vi sinh trong nước được sản xuất dựa trên 3 nguồn nguyên liệu cơ bản là : rác thải, chất thải trong chăn nuôi, than bùn.
II. Thách Thức Trong Ép Viên Phân Bón Hữu Cơ Vi Sinh Hiện Nay
Mặc dù có nhiều ưu điểm, quá trình ép viên phân bón hữu cơ vi sinh vẫn đối mặt với một số thách thức. Phân bón hữu cơ vi sinh thường có tính dính, vón cục và hệ số ma sát lớn, gây khó khăn cho quá trình ép viên. Các phương pháp ép viên truyền thống như ép bằng vít, ép bằng trục cán, hoặc ép kiểu dập có những hạn chế nhất định về năng suất, chi phí năng lượng, và khả năng xử lý nguyên liệu có độ ẩm cao. Do đó, cần có những nghiên cứu để cải tiến công nghệ ép viên, nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
2.1. Nhược Điểm Của Các Phương Pháp Ép Viên Truyền Thống
Nguyên lý ép vít được dùng chủ yếu để ép viên thức ăn thủy sản (dạng viên nổi hoặc chìm), ép tạo hình sản phẩm dạng sợi trong một số công nghệ sản xuất như ép bún tươi, chất dẻo, phân bón hữu cơ hoặc hữu cơ vi sinh,.…Trong giai đoạn từ năm 1980 – 2000, đã có nhiều công ty sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh như công ty Sông Gianh (Quảng Bình), Thiên Sinh (Thành phố Hồ Chí Minh),…sử dụng máy ép viên phân hữu cơ vi sinh kiểu vít. Nhưng các loại máy ép viên phân bón này cũng có nhược điểm là năng suất thấp, chi phí năng lượng riêng và giá thành sản xuất cao, nên hầu hết các đơn vị này đều quay về với phương pháp vo viên truyền thống.
2.2. Yêu Cầu Về Độ Bền Viên Phân Bón Hữu Cơ Vi Sinh
Viên phân được sản xuất bằng phương pháp vo viên cho độ bền viên kém hơn so với viên phân được sản xuất bằng phương pháp ép viên, thời gian viên phân tan trong nước hay trong môi trường có độ ẩm cũng thấp hơn. Nhưng phương pháp vo viên lại có ưu điểm so với phương pháp ép viên là cấu tạo thiết bị tạo viên đơn giản, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp hơn.
III. Phương Pháp Ép Khuôn Vòng Cố Định Cánh Quay Giải Pháp
Để khắc phục những hạn chế của các phương pháp ép viên truyền thống, phương pháp ép khuôn vòng cố định - cánh quay đã được đề xuất. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như cấu trúc thiết bị đơn giản, dễ vận hành, và khả năng xử lý nguyên liệu có độ ẩm cao. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả ép viên tối ưu, cần phải xác định các thông số kỹ thuật phù hợp như tốc độ quay của cánh ép, khe hở giữa cánh ép và khuôn, và áp suất ép. Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ ép viên này để xác định các thông số tối ưu.
3.1. Ưu Điểm Của Máy Ép Viên Kiểu Khuôn Vòng Cố Định
Để khác phục các tồn tại của phương pháp ép viên trong công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh kiểu khuôn vòng, năm 2007 hai tác giả Trần Thị Thanh và Nguyễn Thị Kiều Hạnh đã đề xuất nguyên lý ép viên mới là ép kiểu khuôn vòng cố định – cánh ép quay cải tiến từ nguyên lý ép kiểu trục có khuôn vòng quay. Nhờ khắc phục được các tồn tại công nghệ của các phương pháp ép trước đó là độ bền, năng suất và dạng cấu trúc thiết bị nên nguyên lý ép cải tiến này đã được triển khai ở hầu hết các vùng miền trong nước.
3.2. Các Thông Số Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Ép Viên
Do là nguyên lý ép mới, nên lý thuyết tính toán, kết cấu và công nghệ máy ép viên chưa được hoàn chỉnh, nên không thể xác định được các thông số tối ưu bằng lý thuyết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Vì vậy, việc xác định các thông số tối ưu cho loại máy ép viên phân bón hữu cơ vi sinh này để nâng cao hiệu quả sản xuất có tính cấp thiết và tính thời sự cao.
3.3. Nghiên cứu công nghệ ép viên phân bón hữu cơ vi sinh
Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ ép viên này để xác định các thông số tối ưu.
IV. Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Thông Số Máy Ép Viên Phương Pháp
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay. Các thông số được nghiên cứu bao gồm tốc độ quay của cánh ép, khe hở giữa cánh ép và khuôn, và năng suất máy. Mục tiêu là tìm ra sự kết hợp các thông số này để đạt được độ bền viên phân cao nhất và chi phí năng lượng riêng thấp nhất. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và vận hành máy ép viên hiệu quả.
4.1. Quy Hoạch Thực Nghiệm Bậc I và Bậc II
Nghiên cứu máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay MEVKVCQ – 350 bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Mô hình thực nghiệm. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc I. Quy hoạch thực nghiệm theo phương án bậc II.
4.2. Xác Định Thông Số Tối Ưu Đơn Mục Tiêu và Đa Mục Tiêu
Nghiên cứu tối ưu hóa máy ép viên kiểu khuôn vòng – cánh quay MEVKVCQ – 350. Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đơn mục tiêu. Kết quả xác định các thông số tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương pháp trọng số.
V. Kết Quả Nghiên Cứu Thông Số Tối Ưu và Kiểm Định Thực Tế
Nghiên cứu đã xác định được các thông số tối ưu cho máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay, bao gồm tốc độ quay của cánh ép, khe hở giữa cánh ép và khuôn, và năng suất máy. Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu cho thấy rằng việc áp dụng các thông số này giúp tăng độ bền viên phân và giảm chi phí năng lượng riêng. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng viên.
5.1. Độ Bền Viên Phân Bón Tối Ưu
Kết quả thực nghiệm kiểm định tại miền tối ưu. Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi không có số hạng chéo. Kết quả phân tích phương sai độ bền viên phân khi có số hạng chéo (mã hóa).
5.2. Mức Tiêu Thụ Điện Năng Riêng Tối Thiểu
Kết quả xử lý số liệu hàm mức tiêu thụ điện năng riêng ( mã hóa). Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng riêng khi không có số hạng chéo (mã hóa). Kết quả phân tích phương sai hàm mức tiêu thụ điện năng riêng khi có số hạng chéo (mã hóa).
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Máy Ép Viên
Nghiên cứu này đã góp phần vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh dạng viên bằng máy ép viên kiểu khuôn vòng cố định - cánh quay. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để thiết kế và vận hành máy ép viên hiệu quả hơn. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa các thông số khác của máy ép viên, cũng như nghiên cứu các phương pháp ép viên mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sản xuất nông nghiệp bền vững.
6.1. Kiến Nghị Về Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu
Chương 4 đưa ra các kiến nghị để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Máy Ép Viên
Cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa các thông số khác của máy ép viên, cũng như nghiên cứu các phương pháp ép viên mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sản xuất nông nghiệp bền vững.
