BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------

VŨ HUY MAI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY NGHIỀN
XƯƠNG ĐỘNG VẬT DẠNG RĂNG TRONG DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT BỘT KHOÁNG LÀM THỨC ĂN CHĂN NUÔI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ
CƠ GIỚI HOÁ NÔNG LÂM NGHIỆP
Mã số

: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI – 2008

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………….. ………………………1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ bất kỳ một
công trình nghiên cứu khoa học hay một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn này
đều đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã được


Vũ Huy Mai

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các bảng

vi

Danh mục các hình

vii

MỞ ĐẦU

1


CÁC PHƯƠNG PHÁP THU GOM VÀ CHẾ BIẾN XƯƠNG
ĐỘNG VẬT

9

1.3.1.

Nguồn xương nguyên liệu và phương pháp thu gom

9

1.3.2.

Kỹ thuật sản xuất bột xương

1.4.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG MÁY NGHIỀN

11

TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

17

1.4.1.

Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy nghiền trong nước



29

2.1.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

29

2.2.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

31

2.2.1.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

31

2.2.2.

Phương pháp xác định một số thông số nghiên cứu của máy

2.2.3.

nghiền răng

32


45

3.2.

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NGHIỀN TRONG
MÁY NGHIỀN BÚA

46

3.2.1.

Vận tốc va đập cần thiết để phá vỡ vật thể

46

3.2.2.

Sàng và khe hở giữa đầu búa - sàng

48

3.2.3.

Vận tốc gió và khí động học trong máy nghiền kiểu búa

50

3.2.4.



72

4.2.1.

Cơ sở lý thuyết xác định năng lượng nghiền

72

iv


4.2.2.

Công suất tiêu hao để đập vỡ nguyên liệu

75

4.3.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN RĂNG NR-1

76

4.3.1.

Xác định các thông số cơ bản của máy nghiền răng NR-1

76


KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

86

5.2.1.

Ảnh hưởng của tốc độ quay của rôto x1

87

5.2.2.

Ảnh hưởng của lượng cung cấp nguyên liệu x2

90

5.2.3.

Ảnh hưởng của đường kính lỗ sàng x3

94

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

98

1.KẾT LUẬN

98


8

1.5. Hàm lượng khoáng trong thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh cho gia cầm.

8

1.6. Hàm lượng khoáng trong thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh cho lợn.

9

1.7. Đặc tính của một số máy nghiền đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam

19

3.1. Quá trình phân chia vật liệu nghiền

39

4.1. Các thông số cơ bản của bộ phận nghiền

81

5.1. Ảnh hưởng của yếu tố x1 tới hàm Y1

87

5.2. Ảnh hưởng của tốc độ quay rôto x1 tới hàm Y2

89


thịt phát triển.

11

1.2.

Sơ đồ thu gom xương ở các nước đang phát triển

12

1.3.

Xương thu gom từ các nhà hàng

12

1.4.

Qui trình công nghệ chế biến các loại xương

14

1.5.

Đốt xương

15

1.6a.


24

1.11. Máy nghiền răng loại 2 rôto

25

2.1.

Sơ đồ cấu tạo máy nghiền xương động vật dạng răng NR-1

29

2.2.

Dụng cụ xác định độ nhỏ M của bột nghiền

33

3.1.

Sơ đồ các mặt phẳng nghiền

38

3.2.

Đồ thị phụ thuộc của lực P với độ biến dạng λ

41


3.8.

Sự phân bố vận tốc v và áp suất tĩnh p trong trường xoáy lốc
phẳng của buồng nghiền

53

Phân tích vận tốc trước và sau va đập

56

3.10. Phân tích vận tốc trước và sau va đập

57

3.9.

vii


3.11. Sơ đồ xác định hệ số phục hồi k.

58

3.12. Sơ đồ hạt va đập vào tấm nhám

60

3.13. Sơ đồ tấm nhám có răng khía



80

4.6.

Mô hình đĩa răng tĩnh máy nghiền răng

80

4.7.

Cấu tạo răng nghiền của máy nghiền răng

82

4.8.

Sơ đồ tính toán sàng

83

4.9.

Sơ đồ bố trí lỗ sàng

84

5.1.

Đồ thị ảnh hưởng của số vòng quay rôto x1 đến các hàm Y1, Y2

năm. Hiện nay thức ăn khoáng được sản xuất chủ yếu là từ bột đá vôi, thành
phần chủ yếu là Cacbonat Canxi, ngoài ra còn một số thành phần tạp chất
khác không phải là Cacbonat Canxi lẫn vào, những tạp chất này có hại cho
vật nuôi nhưng rất khó tách lọc trong quá trình chế biến, do đó chất lượng của
bột khoáng sản xuất từ đá vôi không đảm bảo. Trong khi đó, bột chế biến từ
xương tươi có giá trị dinh dưỡng rất cao, khoảng 18÷ 25% Protein, 5% Canxi,
25% Phospho nên được sử dụng rất có hiệu quả để thay thế thức ăn khoáng
được sản xuất từ bột đá. Chính vì vậy ở các nước phát triển người ta đã sử
dụng bột khoáng chế biến từ xương làm thức ăn chăn nuôi từ những năm 80
của thế kỷ trước với công nghệ và hệ thống thiết bị khá hiện đại. Ở nước ta,
xương động vật hầu như chưa được tận dụng để làm thức ăn chăn nuôi nên
phần lớn lượng xương này được coi là rác thải phải mang đi chôn lấp, vừa gây
lãng phí, vừa gây ô nhiễm môi trường. Trong khoảng 5-7 năm gần đây, đã
hình thành các cơ sở thu gom, chế biến, tiêu thụ bột xương trong nước hoặc

1


xuất khẩu xương động vật dạng thô ra nước ngoài, (chủ yếu xuất sang Trung
Quốc). Năm 2006 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành Quy
trình công nghệ chế biến thức ăn khoáng từ xương động vật làm thức ăn chăn
nuôi. Trong dây chuyền sản xuất thức ăn khoáng thì khâu nghiền là khâu quan
trọng nhất, quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm. Hầu hết các cơ
sở chế biến bột xương ở nước ta hiện nay đều sử dụng máy nghiền kiểu búa.
Do xương động vật có độ cứng và độ bền lớn hơn rất nhiều so với các nguyên
liệu có nguồn gốc thực vật khác, nên việc sử dụng các máy nghiền búa va đập
mềm tỏ ra kém hiệu quả, trong khi đó các máy nghiền răng va đập cứng tỏ ra
có nhiều ưu điểm hơn. Vì vậy việc nghiên cứu máy nghiền xương động vật
trong dây chuyền sản xuất bột khoáng làm thức ăn chăn nuôi là một việc làm
cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn cao. Được sự giúp đỡ của PGS.TS. Trần Như

thống so với thức ăn công nghiệp được thể hiện trên bảng 1.1. Theo số liệu
thống kê, dự báo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn thì số lượng
vật nuôi từ năm 1995 đến năm 2010 thể hiện qua bảng 1.2. Với tình hình

3


chăn nuôi đang phát triển mạnh mẽ như hiện nay thì nhu cầu thức ăn chăn
nuôi trong những năm tới sẽ là rất lớn.
Bảng 1.1: So sánh lượng thức ăn truyền thống với thức ăn công nghiệp
TT

Sản phẩm chăn nuôi

Lượng thức ăn

Lượng thức ăn

truyền thống (kg)

công nghiệp (kg)

1

1kg thịt gà

4,0

2,1



17,1

20

Gia cầm

Triệu con

142

160

Đàn bò

Triệu con

3,6

Đàn trâu

Triệu con

3,0

Dự
báo
2010

Tốc độ tăng

3,2

3,3

0,7

Như vậy ngành chế biến thức ăn chăn nuôi trong những năm tới cũng cần
phải có những chuyển biến tích cực, kịp thời để đáp ứng nhu cầu ngày càng
tăng của sản xuất và đời sống xã hội.
So với một số quốc gia khác ở châu á cũng như trên thế giới thì sản lượng
thức ăn chăn nuôi công nghiệp của nước ta còn quá thấp, việc sản xuất bột
khoáng để bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi hầu như chưa được quan tâm đúng
mức. Để phát triển mạnh ngành chăn nuôi, có được khối lượng hàng hóa lớn,
chất lượng sản phẩm cao và có khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới

4


cần phải đẩy nhanh công nghiệp sản xuất, chế biến thức ăn chăn nuôi. Trên cơ
sở số lượng vật nuôi hiện có và dự kiến đến năm 2010 thì lượng thức ăn chăn
nuôi dự tính để đáp ứng được nhu cầu của ngành chăn nuôi thể hiện qua
bảng 1.3.
Bảng 1.3. Dự tính nhu cầu thức ăn cho một số vật nuôi
từ năm 2000 đến năm 2010
Nhu cầu thức ăn chăn nuôi (triệu tấn)
TT

Chỉ tiêu

Năm 2000


0,18

0,31

5

Thức ăn tinh bột cho bò

0,05

0,15

6

Thức ăn cho tôm, cá

0,10

0,30

∑

Tổng

7,62

11,7

Nhu cầu thức ăn chăn nuôi ngày càng lớn, yêu cầu máy móc chế biến mà

thêm tính đàn hồi của xương.
-Xương có hình dạng phức tạp: như xương đốt sống, xương hàm trên,
xương sàng…, ngoài ra còn có một số xương nhỏ hình đĩa, hình hạt đỗ như
xương bánh chè, xương đậu, xương vừng.
1.2.2. Tính chất của xương động vật[10]
Thành phần hoá học đảm bảo cho xương một độ bền vững đặc biệt với hai
tính chất là rắn và đàn hồi. Khối lượng riêng của xương khoảng
1700÷2000kg/m3. Tính rắn của xương do chất vô cơ tạo nên, tính đàn hồi do
chất hữu cơ tạo nên. Ở xương của gia xúc, các chất vô cơ chứa rất nhiều:
Khoảng 48÷74% khối lượng vật chất khô, trong đó bao gồm khoảng 28÷53%
là chất khoáng, 32%÷32,8% là Colagen và 1,3÷26,9% mỡ. Ở xương chiếm

6


83% toàn bộ chất khoáng trong cơ thể động vật. Chất vô cơ trong xương chủ
yếu là muối Canxi như: Phosphat Canxi 51,64%; Cacbonat Canxi 11,30%;
Fluorua Canxi 2%; Clorua Canxi: 1,20% và Phosphat Magie 1,16%. Thành
phần hoá học của xương không phải là cố định mà chúng thay đổi theo lứa
tuổi. Ở gia xúc non, chất vô cơ ít, chất hữu cơ nhiều nên xương mềm và dẻo
hơn, ở gia xúc già chất hữu cơ giảm nhiều và chất vô cơ tăng do đó xương
cứng, dòn và dễ gãy hơn.
Xương sau khi làm sạch và xử lý nhiệt được nghiền nhỏ thành các hạt kích
thước khoảng 0,2÷1mm được gọi là bột xương, bột xương dùng làm thức ăn
bổ sung trong chăn nuôi. Bột xương có thành phần chủ yếu là các chất
khoáng; so với một số loại thức ăn chăn nuôi khác thì khoáng tổng số của bột
xương cao hơn rất nhiều: gấp 2,45 lần bột cá loại I; gấp 12,17 lần hạt đậu
tương và gấp 41,25 lần ngô... Vì thành phần chủ yếu là các chất khoáng nên
bột xương có giá trị năng lượng thấp, do đó bột xương được coi là một loại
thức ăn bổ sung các chất khoáng, mà chủ yếu là Canxi và Phospho cho vật


5,25

4,87

Bột thịt xương 50% protein

4,96

4,61

Bột thịt xương 55% protein

4,29

3,99

Ở nước ta Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quy định hàm
lượng Canxi và Photpho trong thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh cho gia cầm và
cho lợn được thể hiện trên bảng 1.5 và bảng 1.6.
Bảng 1.5. Hàm lượng khoáng
trong thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh cho gia cầm. (10 TCN 838:2006)

Số
TT

Tên nguyên tố

Gà
thịt


0,8 1,2
0,50

Cho vịt
Vịt
Vịt
sinh
sinh
sản
sản
hướng hướng
thịt
trứng
0,8 - 4,0
0,60


Bảng 1.6. Hàm lượng khoáng trong thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh cho lợn.
Lợn con tập

Số
TT

Tên nguyên tố

1

Can xi (%)


0,6

(%), min

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THU GOM VÀ CHẾ BIẾN XƯƠNG ĐỘNG VẬT
1.3.1. Nguồn xương nguyên liệu và phương pháp thu gom[10]
Trung bình xương chiếm khoảng 15% trọng lượng cơ thể động vật. Tuy
nhiên tỷ lệ xương so với các phần khác của cơ thể còn phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như: Giống, tuổi, trạng thái dinh dưỡng... Tuỳ thuộc vào mức độ đã sử
dụng của con người mà xương nguyên liệu được chia làm 3 loại: xương tươi,
xương hoang và xương bàn ăn.
- Xương tươi (green bone): đó là loại xương còn tươi, chưa qua bất kỳ khâu
chế biến nào, chúng được thu gom từ các lò mổ ngay sau khi gia súc bị giết
mổ và lọc hết thịt và mỡ.
-Xương hoang (desert bone): đó là tất cả các xương động vật để hoang hoá
một thời gian dài, các chất hữu cơ của xương đã bị phân huỷ.
- Xương bàn ăn: là toàn bộ xương thu gom được từ các nhà hàng ăn uống,
các khách sạn hoặc các hộ gia đình; nếu loại xương này không được thu gom,
chế biến ngay mà lại để hoang hoá một thời gian dài thì lại được xếp vào
nhóm xương hoang.

9


Ngoài ra trong công nghệ chế biến xương người ta còn phân chia xương
gia súc ra làm hai loại theo tính chất vật lý của chúng, đó là:
-Xương cứng: (hard bone) gồm xương ống, xương đòn, xương bả vai,
xương chậu, xương bàn, xương ngón và xương sống.
-Xương mềm: (Spongy bone) gồm xương sọ, xương sườn, xương hàm,
xương ức và lõi sừng.

xương

Đầu và
chân

Xương
tươi

Chế biến
thịt

Xác súc vật nguyên
con không đủ tiêu
chuẩn giết mổ

Chế biến bột thịt
xương,bột xương

Sơ chế

Chế biến keo dính

Chế biến Gelatin

Hình 1.1. Sơ đồ thu gom xương
ở các nước có ngành chăn nuôi và chế biến thịt phát triển.
1.3.2. Kỹ thuật sản xuất bột xương [10]
1.3.2.1. Các dạng sản phẩm từ xương động vật
Bột xương là nguồn cung cấp các chất khoáng trong thức ăn chăn nuôi. Có
3 cách chế biến bột xương chủ yếu, đó là: đốt xương; sấy khô và ninh hầm

xương

Hình 1.2. Sơ đồ thu gom xương ở các nước đang phát triển

Hình 1.3. Xương thu gom từ các nhà hàng

12


- Tro xương: tro xương chỉ còn các chất khoáng; chủ yếu là Canxi
(khoảng 30%) và Phospho (khoảng15%); năng suất của tro xương khoảng
60% trọng lượng xương khô.
- Bột xương thô: bột xương thô là các cục xương đã được nghiền sơ bộ,
chúng có thể lọt qua mắt sàng có đường kính thường là: 19mm; 16mm hoặc
10mm, các hạt xương có kích thước trên được dùng để chiết cao xương hoặc
làm bột xương. Bột xương thô cần phải được khử trùng và nghiền nhỏ trước khi
bổ xung vào thức ăn chăn nuôi.
- Bột xương hấp hơi (Stean med bone meal): bột xương hấp hơi là
bột xương đã qua công đoạn xử lý nhiệt. Do sử lý nhiệt ở nhiệt độ khoảng
121÷1260C dưới áp suất khoảng 2,8kg/cm2, trong thời gian khoảng 3h nên bột
xương đã được khử trùng gần như tuyệt đối.
1.3.2.2. Qui trình công nghệ chế biến bột xương[18]
Qui trình công nghệ chế biến các loại bột xương được tiến hành theo
các bước như trên sơ đồ hình 1.4.
Cách tiến hành của mỗi bước như sau:
- Xương nguyên liệu: xương nguyên liệu là xương các loại động vật
(trâu, bò, lợn, ...), xương có thể tươi đã lọc thịt hoặc xương tận dụng, xương
hoang thu gom từ các cửa hàng ăn hoặc các lò giết mổ.
- Vệ sinh sơ bộ xương nguyên liệu: các loại xương nguyên liệu thu gom
về cơ sở chế biến được ngâm trong nước vôi 5% tối thiểu trong 7 ngày sau đó

XỬ LÝ VỚI ÁP
SUẤT KHÔ
HOẶC ƯỚT

ĐẬP NHỎ SƠ BỘ

NGHIỀN MẢNH
HOẶC BỘT

KIỂM TRA
CHẤT LƯỢNG

ĐÓNG GÓI, GHI
NHÃN, BẢO QUẢN

Hình 1.4. Qui trình công nghệ chế biến các loại xương

14


Hình 1.5. Đốt xương
-Xử lý khô (dry rendering): dùng nồi chịu áp suất cao (Hình 1.6b) cấu
tạo nồi gồm 2 vỏ để xử lý. Xếp xương vào nồi, đưa hơi nước vào giữa hai lớp
vỏ với áp suất khoảng 4,2kg/cm2, thời gian từ 45 phút đến 90 phút sau đó hạ
áp suất và nhiệt độ rồi lấy xương mang đi sấy khô.
- Xử lý bằng sấy than: xương sạch, khô được sấy bằng lò sấy than. Lò
sấy được xây bằng gạch có hệ thống dẫn hơi nóng tiếp xúc với xương (không
đốt xương trực tiếp). Xương được xếp trên dàn sắt có bánh xe trên đường ray
để dễ dàng đưa vào sấy và lấy ra khi kết thúc. Nhiệt độ trong lò khoảng 150
đến 200oC. Thời gian sấy khoảng 6÷8 giờ, xương có màu vàng và mùi đặc