BỘ CÔNG THƯƠNG
Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2010

ĐỀ TÀI:

“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền
sản xuất viên nhiên liệu”

Mã số: 196.10RD/HĐ-KHCN
Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG
Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy nông nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: Ths. Đặng Việt Hoà

8497Hà Nội, 12/2010



DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH STT Họ và tên
Học vị, học hàm
chuyên môn
Cơ quan
1 Đặng Việt Hoà Thạc sĩ Viện TK máy NN
2 Đỗ Văn Mạnh Kỹ sư Viện TK máy NN
3 Nguyễn Minh Tùng Kỹ sư Viện TK máy NN
4 Phạm Thị Dung Kỹ sư Viện TK máy NN


3.3.1.
Sơ lược về một số loại máy nghiền………………………… 12

3.3.2. Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu và thiết kế máy nghiền
rơm………………………
15

3.3.3.
Tính toán thiết kế máy nghiền rơm………………………… 19

3.3.4.
Qui trình công nghệ chế tạo máy nghiề
n rơm……………… 25

3.3.5.
Kết quả thử nghiệm máy nghiền rơm……………………… 27
CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………… 30
3.1. Kết luận………………… ……………………………………… 30
3.2. Kiến nghị……………………………………………………………. 31


nghiệp ngày càng tăng thay thế dần nguyên liệu truyền thống như dầu mỏ khí
đốt ngày càng cạn kiệt do sự tăng dân số. Việc sử dụng hữu ích nguồn rơm rạ
sau khi thu hoạch lúa sẽ mở ra cơ hội cải thiện cuộc sống của người nông dân
trên một đất nước có 80% dân số bằ
ng nông nghiệp và rơm rạ cũng không còn
là gánh nặng đối với môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng.
Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phục vụ cho công nghệ ép viên
nhiên liệu từ rơm rạ là việc làm cần thiết với môi trường xã hội góp phần
nhằm nâng cao hiệu suất xử lý rơm thành nhiên liệu sạch đồng thời giả
i quyết
được tình trạng ô nhiễm môi trường do khói sau mỗi vụ thu hoạch và đem lại
lợi nhuận cho bà con nông dân sản xuất nông nghiệp.

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ RƠM

1.1.Vấn đề rơm ở ngoài nước
Mỗi năm trên toàn thế giới có khoảng 600 triệu tấn [3]
rơm rạ từ cây
lúa sản xuất ra. Nguồn nguyên liệu này được dùng vào nhiều mục đích khác
nhau như dùng để sản xuất điện ở một số nước châu Á. Ở Thái Lan, Indonesia
cũng như nhiều nước sản xuất gạo khác, rơm rạ là mặt hàng phế phẩm sau khi
thu hoạch giờ đây đã đem lại một số tiền nhất định cho nông dân. Rơm rạ đốt
lên sẽ sản sinh ra một lượng hơi nóng dùng để sản xuất điện. Tro rơm rạ sau
khi đốt cũng được bán cho các nhà máy xi măng, các nhà máy này dùng tro
để làm chất trộn lẫn với xi măng không gây hại cho môi trường (hay còn gọi
là sản phẩm thân thiện với môi trường) với giá rẻ hơn. Gọi là sản phẩm thân
thiện với môi trường vì việc sản xuất xi măng ngày nay đang góp 4% vào việc
gây ra hiệu ứng nhà kính nên việc s
ản xuất xi măng giảm đi là giảm được một

Theo nhà nghiên cứu vải sợi Yiqi Yang tại Đại học Lincoln, bang
Nebraska, Mỹ thì rơm và lông gà sẽ xuất hiện phổ biến trong các loại trang
phục của tương lai. Không phải kết thành bộ lông chim hay tấm vải gai, mà
lông gà và sợi rơm sẽ được dệt thành vải giống như len, vải lanh hay cotton.
Trong một quy trình xử lý đang được xem xét cấp bằng sáng chế, Yang và
cộng sự đã tách các sợi rơm bằng một hỗn hợp enzyme và alkaki. Các máy
dệt sau đó sẽ dệt sợi thành vải. Chi phí sản xuất khoảng 50 cent mỗi pound,
trong khi vải cotton hiện được bán với giá khoảng 60 cent một pound [3] .
1.2. Vấn đề rơm ở trong nước
Ở Việt Nam rơm là phụ phẩm của ngành trồng lúa, 20% rơm được làm
chất đốt cho các hộ gia đình, nhiều nơi dùng cách đốt trên đồng ruộng gây
mất an toàn giao thông và ô nhiễm môi trường.
Nông dân các tỉnh sau khi gặt xong lại thường đốt hết rơm rạ để lấy tro
làm phân, cách sử dụng rơm như vậy quá lãng phí. Sử dụng rơm về ép khô để
dành làm thức ăn cho bò quả là có lợi, làm tăng thu nhập cho cả người trồng
lúa và người nuôi bò. HTX Xuân Lộc - Quận 12 - TP Hồ Chí Minh đã hợp
đồng với chủ xe tải xuống tận các vùng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long chở

rơm, rơm khô quá cồng kềnh nên chở về không thể cung ứng đủ cho người
mua. Rơm không chỉ có các hộ nuôi bò mà còn mở rộng ra những bạn hàng
trái cây, gốm sứ có rơm để lót hàng, vận chuyển thật tiện dụng [3] .
Để sản xuất rơm thành khối hình vuông cho dễ chuyên chở, cất giữ
HTX Xuân Lộc đã liên kết với xí nghiệp Z751 để sản xuất ra máy ép rơm đặt
tại ruộng lúa vùng Đồng Tháp Mười để ép rơm tại chỗ. Rơm khô ép xong xếp
trong kho có thể giữ được 6 tháng nhưng gặp mùa mưa, cọng rơm nhiễm ẩm
vẫn dễ bị mốc, dễ bị phân hủy.
Hình 1: Sản phẩm rơm sau khi đã đóng kiện làm thức ăn cho bò

Công ty TNHH Ý Việt đã giới thiệu quy trình chế biến rơm rạ thành
thức ăn gia súc, có thể bảo quản lâu. Đó là pha trộn rơm với mật rỉ mía và

đã có phân từ rơm, rạ của mình làm cho đất đai thêm phì nhiêu và môi trường
an toàn, nâng cao giá trị kinh tế, xã hội.
Ngày nay với nhiều công nghệ mới có thể xem rơm như một nguồn tài
nguyên. Tại TP.HCM, Siêu thị công nghệ (Vinatech) cùng tập đoàn Taise và
Ohhara (Nhật Bản) ký kết hợp tác chuyển giao công nghệ sản xuất bột giấy
phi gỗ của Nhật Bản trị giá 50 tỷ đồng. Với công suất từ 15-30 tấn/ngày, dây
chuyền nói trên cho phép sản xuất bột giấy từ nguyên liệu phi gỗ như các
lo
ại nhánh keo lai hom, nhánh cây tràm, nhánh bạch đàn, rơm rạ hay bã mía.
Nếu đem so sánh với việc sản xuất bột giấy từ gỗ thì phương pháp phi gỗ
được đánh giá khá cao bởi nó cho phép tận dụng được thế mạnh nguyên liệu
sẵn có của Việt Nam. Nguyên liệu này một phần là do có sẵn, một phần có thể
nhờ trồng canh tác ngắn ngày. Do không phải phá rừng lấy nguyên liệu nên
công nghệ sản xuất bột giấy t
ừ nguyên liệu phi gỗ là giải pháp tận dụng

nguyên liệu, giúp hạn chế gây ô nhiễm môi trường. Bởi khi đốt sản phẩm từ
cây trồng, hoặc sản phẩm mọc lên từ việc hấp thụ khí cacbonnic và thải ra
oxi, chúng sẽ sinh ra một lượng carbonnic tương đương với khí hấp thụ, khiến
cho tổng lượng khí cacbonnic trong môi trường không thay đổi. Bên cạnh đó,
việc sử dụng dây chuyền sản xuất bột giấy cao cấp từ nguyên liệu phi gỗ ở

quy mô công suất nhỏ vẫn cho phép lắp đặt rải rác theo địa phương, tùy theo
các vùng nguyên liệu. Đầu ra sản phẩm là bột giấy chất lượng cao, cung cấp
cho thị trường trong nước và Nhật Bản.
Một dự án được ngân hàng thế giới (WB) hợp tác với công ty tài chính
quốc tế (IFC) và một số nhà tài trợ quốc tế khác tổ chức đã tài trợ
200.000USD vào tháng 9/2008 và là dự án đầu tiên của người Việt Nam nhận
được tài tr
ợ sau gần 10 năm ngân hàng thế giới tổ chức hoạt động thường niên

công đó là công nghệ xử lý rơm, rạ hoặc trấu thành Ethanol - nguồn nhiên liệu
thay thế xăng dầu đã được công bố tại TP.HCM [3]. Công nghệ này nằm
trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý một số loại phụ phẩm nông nghiệp
bằng nước áp suất cao để thu dung dịch đường có khả năng lên men tạo thành
Ethanol” của TS. Nguy
ễn Hoàng Dũng (ĐHBK, TP.HCM). Để “biến” thành
Ethanol, rơm, rạ, trấu được xử lý bằng thiết bị phản ứng thủy nhiệt ở quy mô
phòng thí nghiệm. Sau đó được tiếp tục nghiên cứu ở quy mô pilot trên thiết
bị cấp hơi nước áp suất cao. Thiết bị thủy nhiệt này do Trường ĐH Tokyo
(Nhật Bản) cung cấp. Nghiên cứu sử dụng nguồn rơm, rạ, trấu tại ruộ
ng thí
nghiệm của Trường ĐHBK - TP.HCM (tại xã Thái Mỹ - Củ Chi). Cả 3 loại
phụ phẩm trên được xử lý hơi nước ở nhiều chế độ thí nghiệm khác nhau, sau
đó chúng được phân tích bằng acid để xác lập chế độ tối ưu cho quá trình xử
lý hơi nước. Trên cơ sở đó, nghiên cứu quá trình thủy phân Enzym và lên men
để chứng minh khả năng chuyển hóa rơm rạ, trấu là các nguồn phế phụ phẩ
m
nông nghiệp chủ yếu hiện nay thành cồn nhiên liệu. Trên cơ sở các thử
nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thu được cồn nhiên liệu trên 90°C.
1.3. Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu
1.3.1. Khái niệm
Nhiên liệu sinh khối là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con
người sử dụng ngay từ khi biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Củi là nguồn
năng lượng chính cho tới đầ
u thế kỷ XX khi con người tìm ra nhiên liệu hoá
thạch: than đá, dầu mỏ… và sử dụng nó thay thế củi. Kể từ đó hầu như con

người lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn năng lượng này. Theo dự tính, dầu mỏ sẽ
cạn kiệt trong vòng 40 năm nữa, khi đó nguồn năng lượng nào sẽ thay thế nó
để tránh xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng. Điều đó đòi hỏi con người phải


- Thuận lợi cho việc bảo quản, vận chuyển và cơ giới hoá, tự động hoá
cho việc cấp nhiên liệu cho các lò đốt.
- Có thành phần giống như năng lượng truyền thống.
- Có nhiệt trị ép khá cao từ 3500 ÷ 4500 kcal/kg [3] .
- Giá thành chỉ bằng 50% so với than.
Phụ phế thải nông nghiệp gồm vỏ trấu, mùn cưa, vỏ lạc, vỏ hạt điều, bã
mía, rơm, gỗ vụn…,trong sả
n xuất nông nghiệp rơm là sản phẩm phụ có số
lượng lớn nhất, bằng 1,1 ÷ 1,2 lần tổng sản lượng lương thực đạt được.
Sử dụng viên rơm nhiên liệu phụ phế thải nông nghiệp là vấn đề mới, ở
đồng bằng sông Cửu Long đã xây dựng 05 nhà máy điện chạy bằng trấu công
suất 55 MW rải rác ở Tiền Giang, An Giang và Cần Thơ, 02 nhà máy đ
iện
được phép xây dựng với công suất 13 MW chạy bằng phụ phẩm nông nghiệp
là trấu. Vấn đề nghiên cứu viên nhiên liệu phụ phế phẩm nông nghiệp cũng
được đề cập đến trong công trình “Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ
Biomass” của đại hội Đà Nẵng năm 2008 nhưng nghiên cứu chỉ dừng lại ở
dạng ép viên mùn cưa kiểu ép piston năng suất thấp, không ứng dụ
ng rộng rãi.
Về thiết bị có tập đoàn Minh Quang ở Yên Bái đã nhập 01 dây chuyền
thiết bị của Đức ép viên từ gỗ cành, gỗ ngọn, mùn cưa và một số đơn vị nhập
thiết bị lẻ nhưng chưa đưa vào hoạt động.
Về nghiên cứu, duy nhất có Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông
nghiệp đã tiến hành nghiên cứu sâu về phụ phế
liệu nông nghiệp làm viên
nhiên liệu. Năm 2007 Viện đã phối hợp với công ty Seraphin xây dựng “ Mô
hình xử lý rác thải khó phân huỷ trong nhà máy xử lý rác tái chế thành nhiên
liệu rắn thay thế nhiên liệu hoá thạch”. Năm 2008 Viện đã thực hiện đề tài
cấp Bộ “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp

+ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền rơm phù hợp với dây chuyền
sản xuất viên nhiên liệu.
+ Nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tận dụng tối đa nguồn nguyên
liệu từ rơm để thay thế dần nhiên liệu than dầu đang ngày càng cạn kiệt.

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RƠM
TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU

3.1.Cơ lý tính của rơm
a/ Thành phần hóa học của rơm
- Các thành phần chính của rơm rạ là những Hydratcacbon gồm:
Licnoxenlulozo: 37,4%; Hemixenlulozo: 44,9%; Linin: 4,9% và hàm lượng
tro (oxit silic) cao từ 9 ÷ 14% đó là điều gây cản trở việc sử dụng rơm rạ một
cách kinh tế, thành phần Licnoxenlulozo trong rơm rạ khó phân hủy sinh học
[3]
.
- Về cơ học rơm có khối lượng riêng thấp, từ 0,09 ÷ 0,11tấn/m
3
với độ
ẩm 10 ÷ 15%, rơm khô dai và xốp nhẹ [6]
.
b/Qui trình sản xuất viên nhiên liệu từ rơm:
Việt Nam là một nước nông nghiệp với gần 80% dân số sống bằng

3.3.1. Sơ lược về một số loại máy nghiền
- Nguyên lý chà xát (hình 2) [8]
Cấu tạo điển hình gồm 2 đĩa, vật
liệu đem nghiền đi qua khe giữa 2 đĩa
(có khía rãnh) và được làm nhỏ.
Hình2: Máy nghiền kiểu chà xát
Máy nghiền loại này đượ
c nghiền nhiều loại hạt nhưng làm nóng bột,
tạo nhiều bụi, kích thước hạt sản phẩm không đều, chi phí năng lượng riêng
lớn.
- Nguyên lý cắt nghiến (hình 3) [8]
Cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục có
khía rãnh quay ngược chiều nhau ( kẹp hạt,
nghiền vỡ, cũng có ít nhiều tác động chà sát).

Hình 3: Máy nghi
ề
n ki
ể
u c
ắ
t nghi
ế
n Nguyên lý này thường tạo ra các sản phẩm thô, khó nghiền, các hạt có
độ ẩm cao hoặc nhiều dầu (do bị dính vào trục). Tuy nhiên loại này ít tốn
năng lượng, ít sinh bụi.
- Nguyên lý ép dập (hình 4) [8]

3.3.2. Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu và thiết kế máy nghiền rơm
3.3.2.1.Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy nghiền rơm.
Về nguyên lý để đảm bảo vấn đề về năng suất nhóm đề tài lựa chọn
nguyên lý máy nghiền búa theo nguyên lý va đập và dựa vào các kết quả thực
nghiệm khi đưa rơm qua máy nghiền hạt ngũ cốc ta thu được sản phẩm
đạt
yêu cầu để ép viên nhiên liệu đó là l = 1 ÷ 1,8mm, độ đồng đều đạt yêu cầu
theo cảm quan.
3.3.2.2.Vấn đề cần giải quyết khi thiết kế máy nghiền rơm
Trên cơ sở so sánh với máy nghiền hạt ngũ cốc, dựa vào đặc tính của
rơm và qua kết quả thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế:
+ Yêu cầu nguyên liệu rơm sau nghiền để ép viên nhiên liệu là:
Độ ẩ
m W = 10 ÷ 11%
Kích thước: l = 1,2 ÷ 1,8mm
Nguyên liệu phải đồng đều để đạt được chất lượng cao cho viên giảm
chi phí năng lượng khi ép.
+ Rơm thu hoạch về sau khi phơi khô do thành phần của rơm nhiều
xenlulozo nên dai, nhẹ và độ ẩm thường thấp từ W = 7 ÷ 15% nên lựa chọn độ
ẩm thích hợp cho nguyên liệu rơm để đạt hiệu suất nghiền cao là vấn đề cần
thiết. Trên cơ s
ở đặc tính của rơm và dựa vào cơ sở thực nghiệm để lựa chọn
độ ẩm cho nguyên liệu là rơm đầu vào của máy nghiền.
Đặc tính của rơm có khối lượng riêng thấp 0,09 ÷ 0,11 tấn/m
3
so với
hạt ngũ cốc như ngô có khối lượng riêng 0,75 ÷ 0,78 tấn/m
3
nên rơm bông và
xốp nhẹ hơn hạt ngô nhiều [6]

nghiền của rơm nguyên liệu đầu vào là W = 10 ÷ 11%.
Trong quá trình thí nghiệm với
động cơ nghiền P = 30kw, I
đm
= 55A thì
dòng nghiền không tăng khi ta tăng lượng rơm đưa vào máy nghiền do rơm
nhẹ, xốp chiếm thể tích lớn trong buồng nghiền so với ngô mà năng lượng
cho quá trình nghiền không tăng (I không tăng). Khi tăng nguyên liệu đầu vào
nếu tăng quá máy nghiền sẽ bị bết kín và tắc kẹt trong buồng nghiền. Qua thí
nghiệm nhận thấy chi phí năng lượng cho nghiền rơm thấp hơn so với nghiền
ngũ cốc nên k
ết cấu buồng nghiền rơm sẽ phải rộng hơn và thoáng để đảm
bảo tăng khả năng nghiền cho rơm so với máy nghiền khi nghiền ngô trên
cùng một công suất máy.
Chi phí năng lượng trong quá trình nghiền rơm: Ngoài chi phí năng
lượng để đập còn phải chi phí năng lượng cho cắt, xé rơm để tăng thêm khả
năng cắt thái khi nghiền rơm nhóm đề tài đã tiến hành thí nghiệm đưa thêm
má nghiề
n phụ (hình 6) có biên dạng như tấm kê đặt dọc theo phương quay
của búa nghiền và nhận thấy năng suất của máy tăng lên từ 5 ÷ 7% so với

máy nghiền không lắp má nghiền phụ thông thường vuông góc với phương
quay của búa.
Kích thước lỗ sàng: do yêu cầu sản phẩm rơm sau nghiền phải có độ
đồng đều cao thì chi phí năng lượng cho quá trình ép viên giảm và kích thước
rơm theo yêu cầu sau nghiền 1,4 ÷ 1,8 mm nếu dùng lỗ sàng tròn thì sản phẩm
rơm sau khi nghiền là bột nhiều lẫn với sợi, độ đồng đều không cao nên nhóm
đề tài đã tiến hành đưa lỗ sàng dài kích thước 2 x 10mm (hình 7), kế
t quả thu
được như bảng 2:

400
lẫn nhiều bột
Lỗ sàng dài
2 x 10
30 10 240 25
450
ít bột
Lỗ sàng dài
2,5 x 10
30 10 240 25
450
rất ít bột

Nhận xét khi nghiền rơm ở lỗ sàng tròn: lượng rơm dạng bột thoát qua
lỗ sàng nghiền nhiều và lượng rơm sản phẩm có kích thước sợi ≤ 1,8mm dễ bị
vướng bám vào lỗ sàng gây bịt kín lỗ dẫn đến khó thoát, bí sàng, sản phẩm
không đều, năng suất thấp. Nếu sử dụng lỗ sàng dài thì sản phẩm khi đập và
cắt chỉ cần ở dạng sợi ≤ 1,8mm đ
ã thoát qua sàng nên không phải đập thành
bột do đó không bám vào mặt sàng, sàng thoáng năng suất cao hơn, bột ít, độ
đồng đều của sản phẩm rơm dạng sợi ≤ 1,8mm nhiều hơn.
Kết luận qua thí nghiệm: Để sử dụng máy nghiền búa nghiền rơm có
hiệu suất cao thì:
- Độ ẩm thích hợp để nghiền rơm W = 10 ÷ 11%.
- Buồng nghiền rơm rộng và thoáng hơn so với buồng của máy nghiề
n
ngũ cốc có cùng công suất.
- Má nghiền phụ kết cấu dọc theo phương quay của búa tạo cho búa và
má nghiền phụ có thể cắt xé rơm tốt hơn.
- Để đạt năng suất và độ đồng đều sản phẩm sau khi nghiền cao góp

V
pv
> V
vđ
>
ζ
δ
x
y
ln K
pvd
[8]
Trong đó:
K
d
– Hệ số động học.
ζ - Mật độ, (kg/m
3
).
V
vđ
– Vận tốc va đập.
y và x là độ dài hạt nguyên và phần còn lại (không biến dạng) sau va đập.

Do rơm khô nhiều xenlulozo trong thành phần vừa bị cắt xé nên ứng
suất phá vỡ rất yếu vì vậy ta chọn δ
pv
= 35.10
4
N/m

b
[7]
Trong đó:
β = 0,4 ÷ 0,5
V
b
– Vận tốc đầu búa.
V
b
= V
pv
+ V
1

Do nghiền rơm vừa đập và cắt xé nên hiệu suất nghiền cao hơn nên để
tính toán thiết kế chọn β = 0,4. Khi đó:

V
b
= V
pv
+ 0,4.V
b

V
pv
= 0,6.V
b

Thay giá trị

.D
30
Π.n
.RV
b
b
b
bb
===
[7]
Đường kính đầu búa
m994,0
1460.14,3
60.76
1460.14,3
60.V
D
b
b
===

Chọn D
b
= 1000 mm
b, Chiều rộng rô to nghiền.

Theo công thức thực nghiệm về mối liên hệ giữa đường kính đầu búa
và chiều rộng rô to (L
b
) [6]