Đặt vấn đề Sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung là để phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời. Chính vì năng suất và chất lƣợng mà việc ứng dụng máy móc cho sản xuất là yêu cầu tất yếu. Ngày nay, trong nền kinh tế thị trƣờng với sự đa dạng về ngành nghề luôn tạo ra cơ hội mới cho những doanh nghiệp, cá nhân biết nắm bắt cơ hội và nhạy bén nắm bắt thị trƣờng. Những đòi hỏi mới liên tục tăng về tính chất chất lƣợng và giá cả, để cạnh tranh và có chỗ đứng trong thị trƣờng thì những doanh nghiệp, phân xƣởng không ngừng cải tiến, nâng cao chất lƣợng máy móc thiết bị để đáp ứng cho sản xuất.
Ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, ƣớc tính hàng năm có khoảng gần 2 triệu tấn trấu đƣợc thải ra từ các cơ sở xay xát. Nhiều nhà máy, xí nghiệp mà chủ yếu ở phía Nam đang phải đối mặt với việc xử lý lƣợng trấu thải khổng lồ trên (không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra. Chẳng hạn, một nhà máy xay xát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là 60 tấn và 1 tháng là 1. Với khối lƣợng riêng của trấu là 130 kg/m3 thì phải cần một thể tích kho chứa trên 13.
Mặt khác, do vỏ trấu có khối lƣợng riêng nhỏ mà chiếm thể tích lớn nên chi phí vận chuyển rất tốn kém. Từ những kết quả thực nghiệm cho thấy vỏ trấu sau khi đƣợc ép thành khối dễ dàng sử dụng , bảo quản và vận chuyển hơn nhiều so với ban đầu do một số đặc tính cơ - lý - hóa đƣợc cải thiện nhƣ: tăng đƣợc khối lƣợng riêng lên 5 đến 10 lần, rất dễ dàng cho vận chuyển đi xa với chi phí thấp, dễ dàng cải tiến công nghệ trong quá trình sử dụng, giảm ô nhiễm môi trƣờng. Trƣớc tình hình trên, để giải quyết những thực trạng tồn tại đó việc nghiên cứu, đề xuất công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị ép vỏ trấu thành khối là một vấn đề cấp bách, mở ra triển vọng cho việc phát triển sản phẩm công nghệ này ở Việt Nam. Sau khi công nghệ đƣợc hoàn thiện, ƣớc tính có thể phát triển đƣợc gần 10.000 máy ở khắp các vùng trong cả nƣớc.
Nó sẽ giúp giải quyết tình trạng quá tải khi dự trữ của các nhà máy và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do vỏ trấu gây ra.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về mặt khoa học : Tìm ra giải pháp công nghệ để ép trấu thành khối hộp giúp việc lƣu trữ và vận chuyển đƣợc dễ dàng. Về mặt thực tiễn : Giúp làm tăng giá trị gia tăng của trấu, xử lý tốt việc giảm thiểu nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ đáp ứng nhu cầu sử dụng trấu.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu các cách thức ép trấu khối. - Tính toán, thiết kế, thí nghiệm để xác định các thông số của khuôn ép trấu khối - Đề xuất công nghệ, thiết bị ép trấu khối .4 Đối tƣợng nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tƣợng nghiên cứu: - Vỏ trấu - Các cơ cấu cấp liệu, đóng gói, ép 1.2 Phạm vi nghiên cứu Do phạm vi và khối lƣợng của đề tài rất lớn, trong đề tài này chủ yếu tập trung vào thiế kế khuôn ép, chế tạo và thử nghiệm khuôn ép để xác định các thông số khuôn. Công nghệ và hệ thống thiết bị ép trấu khối cũng đƣợc nghiên cứu và đề xuất thiết kế cụ thể.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
Qua phân tích, xử lý thông tin thu đƣợc đề xuất công nghệ và phát triển thiết bị sản xuất trấu ép khối. - Phƣơng pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo thử nghiệm khuôn ép, ép thử nghiệm lấy thông số và hoàn chỉnh thiết kế.6 Nội dung nghiên cứu - Chƣơng 1: Giới thiệu - Chƣơng 2: Tổng quan - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 4: Phƣơng pháp ép và đề xuất công nghệ - Chƣơng 5: Tính toán thiết kế hệ thong thiết bị - Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị - Phụ lục CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Cây lúa ở Việt Nam 2.1 Nguồn gốc Đa số các tài liệu nghiên cứu về lúa của thế giới đều thống nhất cho rằng nguồn gốc của cây lúa trồng hiện nay là ở Đông Nam Á, dựa trên các cơ sở: - Diện tích trồng lúa của thế giới chủ yếu tập trung ở Đông Nam Á. - Khí hậu Đông Nam Á nóng ẩm, mƣa nhiều, ánh sáng mạnh thích hợp cho cây lúa sinh trƣởng phát triển. - Nhiều giống lúa dại là tổ tiên của giống lúa trồng hiện nay đang có mặt trong các nƣớc Đông Nam Á.
- Các tài liệu lịch sử, di tích khảo cổ học đều có nói về nghề trồng lúa đã xuất hiện ở các nƣớc Đông Nam Á. Phân loại Phân loại khoa học: - Ngành: Angiospermac – thực vật có hoa. - Lớp: Monocotyledones – lớp 1 lá mầm. - Bộ: Poales – hòa thảo có hoa.
- Họ: Poales – hòa thảo. - Họ phụ: Poidae – hòa thảo ƣa nƣớc. - Loài: Oryza sativa – lúa trồng. - Dựa vào đặc tính của đất đai và khí hậu: - Lúa rẫy (lúa đất khô).
- Lúa ruộng nƣớc trời: lúa ruộng cạn (5 – 25 cm), sâu vừa (25 – 50 cm), thƣờng bị hạn hoặc bị ngập nƣớc. - Lúa thủy triều: lúa nƣớc ngọt, mặn, phèn và than bùn. - Lúa nƣớc sâu: lúa ruộng cạn (25 – 50 cm), sâu (50 – 100 cm) và thật sâu (lúa nổi) (>100 cm). - Dựa vào chu trình sinh trƣởng của cây lúa: - Lúa rất sớm: dƣới 100 ngày.
- Lúa sớm: từ 101 đến 120 ngày. - Lúa lỡ: từ 121 đến 140 ngày. - Lúa muộn: trên 140 ngày. Tuy nhiên, sự phân loại nêu trên chỉ có tính cách tƣơng đối mà thôi, vì nếu bị ảnh hƣởng của nhiệt độ, một số giống lúa sớm có thể trở thành lỡ hoặc muộn.2 Tình hình lúa tại Việt Nam Việt Nam đứng thứ đứng thứ 2 về xuất khẩu gạo trên thế giới, với sản lƣợng lúa của Việt Nam năm 2011 đạt kỷ lục 42 triệu tấn (có 4,1 triệu ha diện tích trồng lúa), với 627 giống lúa khác nhau đã phần nào đánh giá đƣợc tính đa dạng về thành phần lúa ở nƣớc ta, bao gồm các giống lúa nếp và lúa tẻ, hầu hết thuộc loài Oryza sativa, ngoại trừ một số giống lúa hoang thuộc các loài khác trong chi Oryza.
Cây Lúa đƣợc trồng hầu hết trên khắp cả nƣớc, nhƣng tập trung chủ yếu tập trung ở Đồng Bằng Sông Hồng và Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), hai vùng trồng lúa lớn nhất của nƣớc ta. Sản lƣợng lúa ở ĐBSCL hằng năm lên đến 20 triệu tấn. Tỷ lệ trấu chiếm 21%. Ngoài một số hạt thóc để làm lúa giống, số lƣợng trấu sau xay xát ở ĐBSCL vào khoảng 4 triệu tấn.
Năng lƣợng trấu: 3.250 Kcalo/ Kg trấu.1: Lúa sau khi thu hoạch 2.1 Lịch sử - nguồn gốc - Lúa (Oryza spp) là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới, cùng với ngô (Zea Máy L. Tên khác: tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta CrantZ, tên khác: khoai mì) và khoai tây ( Solanum tuberosum L. sản phẩm thu đƣợc từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ vỏ lớp ngoài thu đƣợc sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu.
trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và đƣợc tách ra trong quá trình xay xát. - Vỏ trấu do hai lá của gié lúa , vảy lá và mày hoa tạo thành, cả hai phần này đƣợc ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Phần trên của hai mảnh vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc thành một cái râu. Thành phần hóa học của vỏ trấu gồm: - Cellulose: chiếm nhiều nhất khoảng 26-35% là hợp chất cao phân tử có thành phần hóa học (C6H10O5)n.
- Hemi-cellulose: chiếm khoảng 18-22%, là hợp chất hóa học tƣơng tự nhƣ cellulose nhƣng có kích thƣớc phân tử nhỏ hơn và không có cấu trúc chặt chẽ cũng nhƣ độ bền hóa lý thấp hơn cellulose. - Lignin: chiếm khoảng 25-30%, là hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với cellulose. Lignin tồn tại ở ba trạng thái: thủy tinh ( biến dạng là biến dạng đàn hồi), dẻo ( biến dạng không thuận nghịch), lỏng dính. - SiO2: chiếm khoảng 20%.2: Hàm lƣợng vỏ trấu trong hạt lúa 2.3 Hiện trạng vỏ trấu ở nƣớc ta Từ lâu, tình trạng thải vỏ trấu ra sông, kênh rạch đã trở thành nỗi ám ảnh của ngƣời dân cả nƣớc nói chung và vùng đồng bằng sông Cửu Long nói riêng, vựa lúa lớn nhất nƣớc ta.3: Vỏ trấu sau quá trình xay xát Đồng bằng song Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa lớn, chiếm 50% sản lƣợng trong cả nƣớc.
Đây cũng là nơi tập trung nhiều nhà máy và cụm xay xát lúa. Với trên 3,8 triệu tấn trấu/năm tạo ra từ các nhà máy xay xát chƣa có kế hoạch sử dụng, khu vực ĐBSCL đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trƣờng khá nghiêm trọng. Trấu nổi lềnh bềnh trên sông, kênh rạch không chỉ gây ảnh hƣởng đến nguồn nƣớc, mà còn làm ô nhiễm môi trƣờng, tác động xấu đối với hệ sinh thái và đặc biệt gây nguy hại đối với đời sống ngƣời dân và các sinh vật sống trong môi trƣờng nƣớc. Hầu hết các cơ sở xay xát đều đƣợc xây dựng ở những vị trí khá thuận lợi cho việc lƣu thông, nhƣ sông, kênh, rạch, các tuyến lộ và những khu vực đông dân cƣ.
Hàng ngày, ngƣời dân phải gánh chịu độ ô nhiễm khá lớn, nhất là những hộ dân sống gần nhà máy. Phần lớn các nhà máy, ngoài xay lúa gạo còn kết hợp xay cám nên tình trạng ô nhiễm do bụi cám phát tán là rất lớn. Ô nhiễm nguồn nƣớc, không khí, tiếng ồn luôn xảy ra ở các nhà máy xay xát.4: Trấu bị bỏ đi không dùng Trấu sau xay xát ở ĐBSCL phải đối mặt với 2 vấn đề lớn: - Công nghệ đốt trấu lạc hậu ở các lò gạch, lò gốm, lò bánh tráng, lò bún,….gây ô nhiễm môi trƣờng. - Hầu hết các nhà máy xay xát không đủ sân, kho chứa trấu vào mùa chế biến tập trung, trấu không chuyển đi kịp.
Nhiều nơi xả trấu xuống sông rạch, gây lãng phí và ô nhiễm nguồn nƣớc.5: Vỏ trấu đƣợc dùng để làm nung gạch 2.4 Các lợi ích từ trấu 2.