bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp I
---------------------------------- nguyễn nam phong

Nghiên cứu nâng cao chất lợng phân loại
hạt giống rau bằng điện trờng

luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Điện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn
Mã số: 60.52.54

Ngời hớng dẫn khoa học: ts. nguyễn đình lục Hà Nội - 2006

2
Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đ đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ
nguồn gốc.

4
Mục lục

Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng v
Danh mục các hình vi
1. Mở đầu 1
1.1 Tính thực tiễn của đề tài 10
1.2. Mục tiêu của đề tài 11
1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiên của đề tài 11
1.3.1. ý nghĩa khoa học 11
1.3.2. ý nghĩa thực tiễn của đề tài 12
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng điện trờng trong
phân loại hạt 13
2.1. Khái quát chung 13
2.2. ứng dụng điện trờng trong phân loại hạt ở nớc ngoài 15
2.3. Tình hình làm sạch và phân loại hạt giống ở nớc ta 35
2.4. ảnh hởng của điện trờng đến chất lợng gieo trồng và tính di
truyền của hạt 41
2.5. Kết luận và những vấn đề nghiên cứu 42
3. Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn quá trình phân loại hạt
bằng điện trờng 44
3.1. Điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình phân ly hạt trong trờng
tĩnh điện 45
3.2. Trạng thái hạt giống trong trờng tĩnh điện 46
3.3. Sự tích điện của hạt trong trờng tĩnh điện 51


Danh mục các bảng

Bảng 2.1. So sánh phơng pháp phân loại bằng cơ khí và điện trờng 39

Bảng 2.2. Phân loại hạt giống bằng điện trờng tăng năng suất cây trồng 40
7
Danh mục các sơ đồ

Hình 2.1. Hình ảnh định hớng hạt lúa mì ở các cờng độ điện trờng 18
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt dạng sàng rung kết hợp
điện trờng. 19
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của máy phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện
dạng trống quay 20
Hình 2.4. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện. 22
Hình 2.5. Máy phân loại điện môi trống quay 24
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt bằng trờng phóng điện coron 27
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống máy làm sạch và phân loại hạt 37
Hình 3.1 Sự phụ thuộc K
h
= f() vào hệ số hình cầu (K) khác nhau và độ
thẩm điện môi tơng đối
h

[13] 50
Hình 3.2 Đồ thị
2


H×nh 4.11. MÉu m¸y ph©n lo¹i h¹t b»ng tÜnh ®iÖn tr−êng 77
69

10
1. Mở đầu

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, ma nhiều là điều kiện rất
thuận tiện cho cây trồng phát triển. Sau nhiều năm đổi mới với sự phát triển đa

hạt thu đợc ở thế hệ sau không thể để làm giống. Vì vậy hạt giống trớc khi
gieo trồng phải cần đợc lựa chọn thật kỹ lỡng. Việc nghiên cứu, chế tạo
thiết bị phân loại hạt nông sản nói chung và hạt rau giống nói riêng bằng
phơng pháp điện trờng áp dụng vào thực tiễn sản xuất ở nớc ta là một
hớng đi mới rất cần thiết có ý nghĩa khoa học, kinh tế và x hội.
Từ yêu cầu thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu nâng cao
chất lợng phân loại hạt giống rau bằng điện trờng với mong muốn đa
ra những kết quả và kết luận góp phần vào việc chủ động nguồn giống và nâng
cao phẩm cấp hạt giống rau cho ngành nông nghiệp nớc nhà.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của của đề tài
Triển khai công nghệ và thiết bị phân loại bằng điện trờng để nâng cao
chất lợng hạt giống rau:
- Phân tích quá trình phân ly của hạt trong điện trờng.
- Chọn, thiết kế và chế tạo mẫu máy phân loại hạt giống rau bằng trờng
tĩnh điện.
- Thực nghiệm quá trình phân loại hạt giống rau (cải củ) và đánh giá chất
lợng phân loại của máy.
1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiên của đề tài
1.3.1. ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình phân loại hạt cải củ
giống trong điện trờng có độ dốc lớn.

- Xác định đợc phơng trình lực tác dụng lên hạt nằm trong tĩnh điện

12
trờng có tấm điện cực cách ly gy khúc.

- Xác lập đợc giới hạn góc nghiêng của hệ điện cực.
- Xác định đợc giá trị điện tích của hạt phụ thuộc vào độ ẩm hạt.
1.3.2. ý nghĩa thực tiễn của đề tài

nh nhau, những hạt giống có chất lợng nông sinh cao sẽ cho năng suất cao
và ổn định. Để có giống tốt, hạt làm giống cần đợc lựa chọn kỹ lỡng theo
đúng các yêu cầu kỹ thuật. Ngoài các chỉ tiêu cơ lý (kích thớc, hình dáng,
trọng lợng...) hạt cần đợc phân loại trên cơ sở các chỉ tiêu hoá sinh nh hàm
lợng tinh bột, đạm, chất béo...Những hạt giống đợc lạ chọn theo phơng
thức cơ lý và hoá sinh này có năng lợng sinh trởng cao, có khả năng chống
chịu sâu bệnh tốt và khi điều kiện ngoại cảnh có biến động xấu.
Phân loại hạt chiếm vị trí quan trọng trong dây chuyền gia công hạt và
đặc biệt là trong công tác chuẩn bị giống. Làm tốt khâu này có thể chọn ra
những hạt giống có chất lợng nông sinh cao, tạo điều kiện khai thác tiềm
năng di truyền của giống, giảm đáng kể khối lợng hạt giống đem gieo, nâng
cao hiệu quả sử dụng cơ khí trong các khâu chăm sóc, thu hoạch [7].
Để nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp một trong những yêu cầu
quan trọng là nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm chi phí lao động trên một đơn
vi sản phẩm thông qua việc tăng cờng hơn nữa cơ khí hoá các khâu trong sản
xuất nông nghiệp nh chọn giống, gieo trồng, làm đất, thuỷ lợi, thu hoạch...
Phơng pháp gieo hạt và thu hoạch sản phẩm bằng máy sẽ góp phần đáng kể
làm giảm chi phí lao động, nhng đòi hỏi khắt khe về chất lợng đối với các
khâu trong quá trình sản xuất đặc biệt với chất lợng hạt giống đem gieo. Một
trong những yêu cầu cơ bản đó là sự đồng đều theo kích thớc của hạt giống

14
và tỷ lệ hạt nảy mầm trên đồng ruộng cao.
Để đảm bảo sự đồng đều của hạt giống đem gieo, sau khi thu hoạch hạt
để làm giống đợc tiến hành phân loại, loại bỏ những hạt cỏ dại và diệt hoặc
kiểm dịch đợc những côn trùng gây bệnh cũng nh các ấu trùng mà chúng
làm tốn hại chất lợng hạt giống. Những nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ
nảy mầm thấp gồm nhiều yếu tố, ngoài những đặc điểm sinh học và các yếu tố
thổ nhỡng, nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ nảy mầm thấp có liên quan
tới mức độ tổn thơng hạt trong quá trình thu hoạch, phân loại và làm sạch hạt

trong hạt giống.
Năm 1880, Tomax Axborn ở bang Newchevec (Mỹ) đ thiết kế chế tạo
ra máy phân loại bằng tĩnh điện để loại bỏ trấu và các tạp chất nhẹ khác làm
giảm chất lợng bột [4]. Máy phân loại này gồm một trống quay êbônít và bộ
phận cọ sát làm trống nhiễm điện. Hỗn hợp vật liệu đợc rải đều trên mặt
trống, những tạp chất bị hút vào trống quay bởi lực ma sát do nhiễm điện và bị
tách ra khỏi bột. Loại máy này có công suất nhỏ, năng suất thấp ít đợc dùng.
Đến năm 1901, nhờ sự phát triển của ngành điện tử các bộ nguồn cao áp
có công suất lớn dễ chế tạo hơn và giá thành rẻ hơn. máy phân loại hạt dùng
tĩnh điện có công suất lớn, điện áp cao dùng để tách vật liệu thể hạt đợc áp
dụng rộng ri chủ yếu dùng trong công nghiệp mỏ để tuyển sa khoáng, vì các
hạt khoáng chất có tính dẫn điện khác biệt rất lớn so với các hạt đất đá và tạp
chất. ở các nớc: Mỹ, Đức Nga, Nhật bản...công nghệ này đợc ứng dụng
mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất kẽm.
Từ những năm 1915 - 1920 riêng ngành công nghiệp kẽm ở các nớc
này đ sử dụng 150 máy phân loại bằng trờng tĩnh điện. Ngoài ra ở Mỹ nhà
máy Feccovill tuyển mỏ sa khoáng dùng máy phân loại Carpco kết hợp tĩnh
điện với dòng phóng điện coron gồm 36 trống, còn nhà máy Treul Ref sử
dụng 100 máy phân loại Carpco. Nhiều nớc khác nh Nigieria (nhà máy

16
JocPlato) tuyển Titan- colymot sử dụng máy carpco 4 trống, tại các Tiểu
vơng quốc ả rập thống nhất (nhà máy Umgabana - Carpco) và tại Anh (nhà
máy Rapid) cũng sử dụng máy Carpco để tuyển khoáng cát, thiếc, wonfram.
Hng Kali Und Zal AG (của Đức) chế tạo và ứng dụng máy phân loại bằng
tĩnh điện năng suất 10-30 T/h và nhà máy Vinterskhal công suất 2,1 triệu
tấn/năm. Hng Xamex (của Pháp) đ thiết kế chế tạo máy phân loại dùng tĩnh
điện năng suất 6 tấn/h dùng để tuyến Photphorat. ở Liên Xô (cũ) máy phân
loại coron tĩnh điện, điện môi đợc sử dụng đại trà trong các ngành tuyển sa
khoáng và làm sạch sản phẩm trong nông nghiệp: phân loại hạt ngũ cốc, hạt

mômen điện trờng làm cho trục dài của nó nằm dọc theo chiều điện trờng
[21]. Mômen quay tác dụng lên hạt đợc xác định theo biểu thức:

2h
2
0
.V.
8
42,0.E.
M


=
(2.1)
Trong đó: V
h
-Thể tích của hạt

2
- Hệ số đặc trng cho sự biến thiên của điện trờng phụ
thuộc vào hình dạng và độ thẩm điện môi.
- Góc nghiêng trục dài của hạt (elíp quay) so với mặt
phẳng điện cực.

0
- Độ thẩm điện môi của không khí.
E - Cờng độ điện trờng.
Mômen quay tác dụng lên hạt càng lớn khi hệ số hình cầu (tỷ số giữa
chiều rộng với chiều dài của hạt) nhỏ và quay hạt sao cho trục dài của nó dọc
theo chiều của điện trờng (Hình 1.1). Những hạt có tỷ trọng nhỏ, độ ẩm lớn

của đờng sức điện trờng làm tăng khả năng vợt qua lỗ sàng của hạt, giảm
sự kẹt lỗ sàng, nâng cao năng suất máy.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt dạng sàng rung
kết hợp điện trờng.
I - Điện cực phẳng.
II - Điện cực nối đất có lỗ sàng.
1- Hạt đợc định hớng trong điện trờng.
2- Hạt không đợc định hớng trong điện trờng.
3- Hạt đ đợc định hớng và lọt qua lỗ sàng với đờng kính gần với
chiều dầy hạt.
Ưu điểm của máy phân loai dạng sàng rung kết hợp điện trờng là cho
năng suất cao hơn so với máy cơ khí cùng loại không két hợp điện trờng,
nâng cao độ sạch đến 98%, tăng trọng lợng 1000 hạt lúa mì từ 31- 34 gam và
năng suất của lúa mì tăng 5-10% [8]. Nhng máy còn tồn tại một vài nhợc
điểm: sử dụng điện áp một chiều cao, khả năng phân ly hạt theo độ ẩm thấp,
khi hạt có độ ẩm 17- 25% thì năng suất của máy giảm 40- 60%, những hạt có
dạng gần hình cầu máy khó phân loại, cần có thêm thiết bị phụ làm sạch sàng

20
khỏi những hạt bị kẹt nhng thiết bị này chế tạo khá phức tạp và làm độ bền
của máy giảm.

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của máy phân loại hạt
bằng trờng tĩnh điện dạng trống quay
Máy phân loại dạng tĩnh điện đơn giản nhất chỉ có một trống quay
(Hình 2.3 a). Hạt từ phễu 1 đợc đa vào trống quay đ đợc tích điện, do
nhiễm điện tiếp xúc nên hạt nhận đợc điện tích cùng dấu với trống. Độ lớn
điện tích hạt nhận đợc phụ thuộc vào các tính chất của hạt. Các hạt có độ dẫn
điện lớn (các hạt ẩm, hạt lép) nhanh chóng đợc nạp điện và bị đẩy ra khỏi

Trong đó:
h

- là độ thẩm điện môi của hạt
b - Độ dài trục ngắn của hạt

)(
1
k

- Hệ số làm giảm sự phân cực của hạt
Hạt nằm trên mặt trống phân ly chịu tác dụng bởi 4 lực (Hình2.4): trọng
lực, lực ly tâm, lực điện trờng, lực xạ ánh gơng và đợc mô tả bằng biểu
thức.

fFFFPF
axdtltms
).(
1
=
(2.3)
Trong đó:
P là Trọng lực của hạt và đợcphân tích thành hai lực thành phần
P
1
- Theo phơng pháp tuyến: P
1
= m.g.cos (2.4)
P
2

F
dt

F
lt

P
1
P
2
P
F
ms
+
Hình 2.4. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện trống quay
F
dt
- Lực điện trờng do tiếp xúc trống với điện cực, hạt tích điện với đại
lợng Q cùng dấu với điện tích trống điện cực

Q.EF

.d
Q
F

=
+
=

=
(2.8)

ở
đó: d - Khoảng cách giữa hai tâm điện của hạt, m.
d
0
- Khoảng cách giữa hai tâm hình học của hạt, m.
r - Bán kính của hạt, m; d
0
=2.r
f - Hệ số ma sát, f = const.
F
ms
- Lực ma sát.

23
Xét các điều kiện để hạt tách ra khỏi trống: Khi lực thành phần P
2
= F
ms











++=
0
2
2
)(
2
..9
.
.
1
.
cos



r
Q
QE
gmRg
v
(2.11)

V.I.Taruskin đ chế tạo và sử dụng thiết bị phân ly điện môi để làm sạch và
phân chia hạt nông sản (Hình 2.5). Máy phân ly điện môi trống quay, sử dụng
trống quay theo chiều nằm ngang có cuộn dây thép cách điện. Trong điện
trờng, các hạt đợc phân cực. Hạt có cấu trúc nhiều lớp và độ thẩm điện môi
của các lớp không giống nhau, các lớp càng vào trong có độ ẩm khác hơn và
độ ẩm điện môi càng lớn. Dới tác dụng của điện trờng trên bề mặt hạt xuất
hiện các điện tích phân cực trái dấu, tạo lực tác động tơng hỗ hút hạt về phía
điện cực, lực điện trờng này phụ thuộc vào hình dạng kích thớc và bản chất

25
bên trong của hạt.
Khi quay, dới tác dụng tổng hợp của bốn lực chính: lực ly tâm, lực
điện trờng ép hạt vào mặt trống, lực ma sát và trọng lực. Hạt bắt đầu tách ra
khỏi bề mặt trống khi tổng các lực tác dụng lên hạt bằng không.
F
dt -F
lt
+Pcos=0 (2.12)
cos=
P
FF
dtlt

(2.13)
ở đó là góc hợp bởi trọng lực P với lực điện trờng F
dt
tại vị trí hạt
bắt đầu tách hạt ra khỏi mặt trống.
Những hạt nặng, to và chắc nhất có lực ly tâm lớn, điện trờng nhỏ sẽ
rơi vào lô I, các hạt chất lợng thấp hơn rơi vào lô II, còn các hạt nhỏ và nhẹ