Giáo trình Công nghệ xử lý hạt giống - Phần 1: Kỹ thuật sản xuất chất bao phủ

hiện hơn. Tuy nhiên chất HĐBM cũng là một yếu tố không thuận lợi đối với sự nẩy mầm và sức sống của hạt giống nhất là một số chất HĐBM có phân tử lượng thấp. Ngày nay nhiều loại chất HĐBM có khối lượng phân tử lớn và có các đặc tính ít gây độc cho hạt giống, khả năng dàn trãi tốt đã đươc nghiên cưú và ứng dụng trong thành phần dung dịch bao phủ. Chất hoạt động bề mặt là chất có sức căng bề mặt nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung môi và trong dung dịch, nồng độ của nó ở bề mặt cao hơn bên trong dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch. Những CHĐBM quan trọng thường là những hợp chất hữu cơ gồm hai phần: phần phân cực (phần ưa nước) và phần không phân cực (phần kị nước). Axit béo là CHĐBM gồm gốc hiđrocabon là phần không phân cực và nhóm cacboxyl là phần phân cực. Tuỳ theo tính chất mà chất hoạt động bề mặt được phân theo các loại khác nhau bao gồm: - Chất hoạt hoá ion (ionic): khi bị phân cực bi ion hoá. - Chất hoạt hóa dương: khi phân cực thì đầu phân cực mang điện dương. - Chất hoạt hoá âm: khi phân cực thì đầu phân cực mang điện tích âm. - Chất hoạt hoá phi ion: đầu phân cực không bị ion hóa - Chất hoạt hóa lưỡng cực: khi phân cực thì đầu phân cực có thể mang điện âm hoặc dương tuỳ theo pH dung môi. 7 Hình 1: Công thức phân tử của chất HĐBM TriSiloxane Ethoxylate (TSE) Chất hoạt động bề mặt thường sử dụng trong dung dịch bao film gồm có: Lecitine, lignosulphonate hoặc este của một axít béo hay polyol, monoglycerides, diglycerides hoặc các nhóm axít béo alkoxylated sorbitan, Ankyl phenol ethoxylatevv. Trong hỗn hợp chất hoạt động bề mặt thường chiếm khoảng từ 0.1 – 15% trọng lượng hỗn hợp tuỳ theo thành phần chất nền. Nói chung chất hoạt động bề mặt là tác nhân không thể thiếu trong thành phần của hỗn hợp polymer dùng cho bao film hạt giống, mặt dù ngày nay với các thiết bị bao film hiện đại việc đưa hỗn hợp polymer đến các vị trí lõm và khuyết trên bề mặt đã được cải thiện rất nhiều. Hình 2: Một số chất HĐBM thường dùng 2.3. Chất làm khô (Dry charge) 8 Hạt giống sau khi thu hoạch phải trãi qua rất nhiều công đoạn trong quá trình chế biến tại nhà máy bao gồm sấy khô, phân loại chế biến, xử lý thuốc và cuối cùng là đóng gói thành phẩm, đó là quy trình chung được áp dụng cho tất cả các loại hạt giống, trong đó ở công đoạn xử lý thuốc hiện nay đối với hạt giống ngô các công ty giống thường chọn phương pháp xử lý thuốc ướt. Việc xử lý thuốc ướt làm nảy sinh vấn đề phải xử lý ẩm cho hạt giống sau xử lý thuốc việc này làm gia tăng đáng kể chi phí sấy lại và đồng thời cũng làm mất khá nhiều thời gian, có thể làm chậm tiến độ cung cấp giống cho thị trường. Chất làm khô là tác nhân đặc biệt trong dung dịch bao film hạt giống, sự có mặt của chất làm khô đã làm cho dung dịch trở nên hiệu quả hơn trong việc chống lại sự tăng ẩm cục bộ khi hạt giống được bao film, yếu tố này có tác động rất lớn đến việc giảm chi phí sấy lại để cân bằng ẩm cho hạt sau xử lý bao film. Các chất thường sử dụng cho mục đính này gồm có: các chất thuộc nhóm rượu như methalnol, ethanol, các chất thuộc nhóm hydrocarbons và các nhóm khác. Đa số các chất này đều có nhiệt độ sôi không quá cao hoặc quá thấp và có khả năng làm bay hơi đáng kể lượng nước dùng pha loãng dung dịch, các đặc tính này giúp hạt sau xử lý ít tăng ẩm hoặc tăng không nhiều do phần lớn lượng nước pha loãng để xử lý bị bóc hơi nhanh do các chất trên tạo ra. Chất làm khô thường chiếm khoảng từ 5 – 10% trọng lượng dung dịch. 2.4. Chất tạo màu (Chromogen) Chất tạo màu thường được sử dụng trong quá trình xử lý hạt giống với mục đích chỉ thị rằng hạt giống đã được xử lý với các hoá chất BVTV, nhằm phân biệt với các loại hạt giống không được xử lý, ngày nay ngoài mục đích trên người ta còn sử dụng chất tạo màu cho mục đích làm tăng vẽ mỹ quan của hạt giống đồng thời che lấp bớt một số khuyết tật của các hạt có màu sắc không đẹp lẫn trong lô hạt giống. Cũng không ngoài hai mục đích nêu trên chất tao màu có trong dung dịch với mục đích gia tăng mỹ quan của hạt giống nhất là các loại hạt giống có giá trị cao. sự có mặt của chất tạo màu đã làm cho giá trị hạt giống được gia tăng đáng kể nhất là khi được kết hợp với các chất nền phù hợp. Các chất tạo màu thường sử dụng thuận lợi với chất nền có thể kể là các chất tạo màu có nguồn gốc hữu cơ, loại này không gây độc cho hạt giống lẫn môi trường, dễ phân huỷ. Tuy nhiên chất tạo màu hữu cơ lại có nhiều nhược điểm trong việc duy trì màu trên bề mặt hạt. Chất tạo màu gốc vô cơ, loại này được dùng phổ biến hiện nay ở các công ty giống, màu vô cơ có nhiều ưu điểm trong việc lưu giữ màu sắc trên bề mặt hạt giống, đồng thời màu vô cơ cũng có giá thành khá thấp, tuy nhiên màu vô cơ lại có nhiều nhược điểm như có thể gây ngộ độc cho hạt giống và có thể tác động xấu cho môi trường cũng như công nhân trực tiếp sản xuất và nông dân trực tiếp tiêu thụ. Do đó việc sử dụng chất tạo màu nào để phù hợp với chất nền nhằm gia tăng khả năng lưu giữ màu sắc trên bề mặt hạt giống mà không gây ngộ độ cho hạt và không ảnh hưởng môi trường là việc phải cân nhắc kỹ của nhà sản xuất. Nồng độ màu sử dụng trong dung dịch thuờng trong khoảng từ 0.05 – 5% trọng lượng dung dịch. 9 Hình 3: So sánh các đặc tính của màu vô cơ và hữu cơ 2.5. Chất pha loãng (Diluted liquid) Chất pha loãng đóng vai trò như một tác nhân nhằm làm giảm mật độ phân tử có trong chất nền, do các chất nền thường có đặc tính rất dễ pha loãng, đều này giúp cho hoạt động xử lý hạt giống được thuận lợi do hỗn hợp có thể dễ dàng pha loãng với các chất khác với nhiều nồng độ khác nhau. Việc dễ dàng pha loãng hỗn hợp polymer có ý nghĩa rất lớn trong quá trình xử lý hạt giống do dung dịch loãng nên nó có thể dễ dàng len vào các chỗ khiếm khuyết trên bề mặt hạt, giúp gia tăng khả năng bao phủ lên trên bề mặt hạt đáng kể. Các chất pha loãng thường dùng trong hỗn hợp đó là: ethanol, methanol, nước, glycerin, nitrocellulosevv, chiếm tỷ lệ khoảng từ 20 – 50% trọng lượng dung dịch. 2.6. Chất điền đầy (Thickeners) Chất điền đầy cũng là chất không thể thiếu trong hỗn hợp polymer dùng trong công nghệ bao film hạt giống, sự xuất hiện của chất điền đầy trong hỗn hợp giúp cho bề mặt hạt trơn nhẵn hơn, đẹp hơn do các vị trí bị khuyết tật trên bề mặt hạt được che lắp, việc trám kín các khuyết tật trên bề mặt hạt đã làm cho khả năng tồn trữ của hạt gia tăng đáng kể do hơi ẩm và nấm móc có thể thâm nhập vào bên trong hạt bị chặn lại. Ngoài ra chất điền đầy còn đóng vai trò như một tác nhân làm tăng dòng chảy của hạt trong ống dẫn của các thiết bị chuyển tải giúp cho việc chuyển tải hạt rời được thuận lợi hơn. Các chất điền đầy thường dùng là Magesium stearic, alumium stearic, axít stearic, talcum, cacbonatcalci, cao lanh, thạch cao, bentonite, titanum dioxidevv, với tỷ lệ chiếm trong hỗn hợp từ 1 – 20 % trọng lượng dung dịch. 2.7. Chất điều chỉnh pH (pH regulating agent) Chất điều chỉnh pH thường có trong dung dịch với vai trò hỗ trợ điều chỉnh pH cho hỗn hợp nhằm giúp cho hỗn hợp dễ thích ứng với các loại thuốc BVTV, ngoài ra nó còn gớp phần nhỏ trong việc cải tạo pH của đất trồngvv. sự có mặt của chất điều 10 chỉnh pH sẽ giúp cho hỗn hợp trở nên linh hoạt hơn do gia tăng khả năng dung nạp của hỗn hợp với các chất khác. Các chất điều chỉnh pH thường dùng gồm các axít vô cơ như nitrogen hoặc phosphoric axít cũng có thể là các axít hưu cơ như monocarboxylic axít, hydroxy-carboxylic axít hoặc dicarboxylic axít, các chất có gốc bazờ có thể sử dùng là natri hydroxide hoặc kali hydroxide. 2.8 Chất khử bọt (Defoamer) Chất khử bọt thường được bổ sung vào thành phần của hỗn hợp với mục đích chống lại sự phát sinh bọt khí xảy ra trong quá trình sản xuất dung dịch bao phủ. Những hạt bọt khí li ti phát sinh trong quá trình khuấy trộn hỗn hợp sẽ ngăn cản sự kết hợp của các chất thành phần có trong hỗn hợp, ngoài ra bọt khí cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng của hạt sau bao phủ do màng bao bị thủng nhiều vị trí của bọt khí để lại. Từ các nguyên nhân trên chất khử bọt được bổ sung vào hỗn hợp dung dịch với liều lượng thích hợp từ 0.5 – 5% trọng lượng dung dịch. Về nguyên tắc, muốn khử bọt thì làm giảm sức căng bề mặt là được, thường dùng các hợp chất HĐBM (Surfactant) có chỉ số HLB<4 (hàng thương mại có sẵn dễ tìm kiếm là SPAN 80). Ngoài ra ngày nay thế giới có sản xuất ra nhiều loại hợp chất siloxan và nhũ tương poly siloxan dùng khử bọt rất hiệu quả và lượng sử dụng ít (5-10ppm) Tóm lại thành phần của các chất tham gia trong hỗn hợp để tạo thành dung dịch bao phủ hạt giống hoàn chỉnh không thể thiếu một trong các nhóm chất nêu trên nhưng nồng độ của từng loại dung dịch để bao phủ cho từng chủng loại hạt giống thì khác nhau và đặc biệt trong từng loại chất nền khác nhau thì nồng độ của các chất tham gia có thể khác nhau rất lớn. ngoài ra để hiệu quả của việc bao phủ hạt giống đuợc hoàn thiện thì toàn bộ thành phần của các chất nêu trên tham gia trong hỗn hợp vẫn chưa mang lại kết quả như mong muốn nếu không có sự đóng góp lớn của thiết bị bao film chuyên dùng cho hạt giống 3. Ứng dụng 3.1. Công nghệ bao film hạt giống Công nghệ bao film đã giúp cho thời gian bảo quản hạt giống gia tăng đáng kể do khả năng chống thấm khí khá tốt của các loại chất nền. Màng film hòa tan tốt thuốc bảo 11 vệ thực vật kèm theo và tạo màng bền vững bao quanh hạt nên thuốc bảo vệ thực vật sẽ được hạt hấp thu ngay từ khi tạo màng, phần còn lại luôn hiện hữu trong màng bao. Khi tiếp xúc với ẩm trong đất, lớp màng phân hủy chậm có tác động duy trì thuốc ở vùng rể trong giai đoạn cây con, giúp cây con có khả năng chống lại sự tấn công của sâu bệnh, làm tăng mật độ cây trồng. Ngoài ra, lớp màng có khả năng phòng chống lại sâu bệnh trong bảo quản không làm giảm chất lượng, kéo dài tuổi thọ hạt giống. Hạt sau bao film có khả năng chống chịu rất tốt trước các điều kiện bất lợi của thời tiết nhất là hạt sau gieo gặp hạn hán, giá rét hoặc mưa dầm do khả năng hoạt hoá ẩm của các loại chất nền giúp điều tiết lượng ẩm hút vào nhân hạt để kích thích quá trình mọc mầm. Hình 3: Đặc tính ưu việt của màng bao có polymer Hạt sau bao film trở nên an toàn hơn cho người sử dụng khi tiếp xúc trực tiếp trong quá trình vận chuyển và gieo trồng do các loại thuốc xử lý bị giữ chặt trên bề mặt hạt bởi một màng film mỏng bao kín bên ngoài, nhờ đó cải thiện đáng kể tình trạng ô nhiễm của hoạt động chế biến đóng gói giống trong các nhà máy. Một trong các ứng dụng quan trọng nhất của việc bao film là có thể điều chỉnh thời gian nẩy mầm của hạt giống do sử dụng các loại chất nền khác nhau với các nồng độ khác nhau và chiều dày màng film khác nhau, đặc tính này sẽ giúp tăng khả năng cơ giới hoá công tác sản xuất hạt giống lai. Cụ thể là đối với hạt giống ngô lai người ta bao film các lô hạt giống bố mẹ bằng hai loại dung dịch bao film khác nhau với thành phần và nồng độ khác nhau và do đó thời gian nẩy mầm của hai lô sẽ khác nhau như mong muốn dù hai lô giống được gieo cùng ngày. Công nghệ bao film cũng sẽ gia tăng mỹ quan của hạt giống rất nhiều và do đó giá trị thương mại của hạt giống cũng sẽ gia tăng đáng kể. Gia tăng khả năng giữ nước của đất do sử dụng một số loại chất nền có khả năng giữ nước tự nhiên như polyacrilic axít, polyglutamic axít, polyvinyl acetatevv. Khi nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ cao 12 Hình 4: Cơ chế hoạt động của màng bao 3.2. Công nghệ bọc phủ dày 3.2.1. Phủ theo biên dạng hạt: Hạt giống của nhiều loài tự nhiên rất nhỏ, không đều hoặc có nhiều góc cạnh, làm cản trở và gây khó khăn trong quá trình gieo hạt bằng máy. Để khắc phục các nhược điểm này người ta thường sử dụng một số vật liệu phụ để bổ sung vào hạt giống thông qua công nghệ bao phủ dày theo biên dạng hạt. Quá trình bao phủ dày theo biên dạng hạt vẫn áp dụng các thành phần cơ bản của công nghệ bao film nhưng có bổ sung khá nhiều phụ gia khác để điền đầy vào hình dạng bất thường và bề mặt hạt, tạo thuận lợi cho quá trình gieo trồng. Nó cũng có thể được sử dụng để tăng kích thước và trọng lượng của hạt. Hình 5: Hạt giống được điền đầy, các góc cạnh đã được làm trơn nhẵn - Công nghệ bao phủ dày đòi hỏi phải có các thiết bị phù hợp như máy bao phủ chuyên dùng, máy sấy giảm ẩm sâu và kỹ thuật xử lý thích hợp. 13 3.2.2. Bao viên hạt giống - Công nghệ bao viên hạt giống cho phép thay đổi hoàn toàn hình dạng hạt giống. Trong quá trình tạo viên, hạt giống được chuyển đổi thành viên thống nhất, tròn hoặc hình bầu dục, tăng kích thước và trọng lượng của từng đơn vị, do đó cho phép hạt giống được gieo trồng với độ chính xác cao, bảo đảm mật độ cây trên ruộng. Các lớp vật liệu được sử dụng bao gồm các hạt không ngăn cản sự thẩm thấu tự do của khí oxy do đó quá trình nảy mầm không bị ngăn cấm. - Quá trình bao viên hạt cũng có thể áp dụng phương pháp xử lý bổ sung cho các viên hạt giống bao gồm các loại thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm và các chất phụ gia sinh học cho các lớp bên ngoài của viên. Những sản phẩm bổ sung không ảnh hưởng đến quá trình tự nhiên của hạt giống như hô hấp, nảy mầm và được kích hoạt chỉ ở thời gian hạt được gieo trồng. Quá trình này làm giảm đáng kể việc sử dụng các hóa chất, cung cấp các lợi ích về môi trường đáng kể và giảm nguy cơ lây lan của các mầm bệnh bên ngoài trong cây trồng. - Các viên hạt giống được bao phủ bởi các chất nền với cấu tạo và thành phần khác nhau có thể làm cho lớp phủ tự "tan rã" hoặc "tách" theo kiểu phân mảnh tùy theo đặt tính nẩy mầm của từng loài cây trồng. Hình 6: Hạt giống được bao viên hoàn toàn gồm nhiều lớp 4. Quy trình và thiết bị sản xuất 4.1 Quy trình sản xuất Để sản xuất thành công dung dịch bao phủ cần có các trang thiết bị và tuân thủ quy trình công nghệ sau: 14 4.1.1. Chuẩn bị Tuỳ theo thành phần hoá học của các chất nền (binder) mà quy trình có thể dừng lại ở giai đoạn chuẩn bị nhanh hay chậm. Ở giai đoạn này đối với các loại polymer gốc nước (water soluble) tồn tại ở dạng hạt kết tinh hay dạng bột khô phải được chuyển sang dạng dung dịch trước khi tiến hành phối chế hoặc thực hiện công đoạn tiếp theo. Việc chuyển sang dạng dung dịch phụ thuộc rất lớn vào chủng loại polymer được dùng ví dụ: đối với chất nền thuộc nhóm Polyvinyl Acetate thì việc chuyển sang dạng dung dịch khá đơn giản do hình thái ban đầu của nó tồn tại ở dạng paste mềm (dạng hồ đặc) và đặt tính của loại này là rất dễ hoà tan với dung môi do đó giai đoạn chuẩn bị không đòi hỏi phải có thiết bị hay quy trình thực hiện phức tạp. Tuy nhiên đối với chất nền cũng thuộc gốc vinyl mà đại diện là Polyvinyl Ancohol thì việc chuyển sang dạng dung dịch không hề đơn giản nó đòi hỏi phải có thiết bị đun, khuấy và quy trình kiểm soát nhiệt độ đun khá nghiêm ngặt. Ngoài ra một số chất nền có giai đoạn chuẩn bị phức tạp như các loại polymer hoặc copolymer biến tính với mục đích kiểm soát hoặc thay đổi cơ chế hoạt hóa ẩm nhằm kiểm soát sự nẩy mầm của hạt giống ở các giai đoạn thích hợp. Giai đoạn chuẩn bị cũng được thực hiện với một số chất phụ gia như bột màu, chất điền đầy, chất chống lắng, phải được sàng tinh hoặc lọc bỏ các tạp chất khó tan, việc loại bỏ tạp chất sẽ giúp cho quá trình phối trộn phía sau thuận lợi hơn. Nhìn chung giai đoạn chuẩn bị đóng vai trò khá quan trọng nó quyết định sự thành công cho cả quy trình phía sau. 4.1.2. Phối trộn Ở giai đoạn này các chất thành phần như chất nền (binder) gồm các polymer gốc nước, chất chống lắng, chất điền đầy, chất phân tán, chất thắm ướt, chất dẽo hoá, chất pha loãng và dung môi được phối trộn chung với nhau trong buồng trộn và khuấy đều với máy khuấy có vận tốc chậm. Giai đoạn phối trộn thường diễn ra trong thời gian khoảng vài giờ đủ để các chất thành phần kết hợp với nhau tạo thành một hỗn hợp đồng nhất có dạng paste (hồ mềm), hỗn hợp này sau đó được chuyển đến giai đoạn tiếp theo. Trong công đoạn náy tốc độ khuấy đóng vai trò quyết định, ở các mốc thời giai thích hợp hỗn hợp cần có tốc độ khuấy khác nhau, tuy nhiên tốc độ khuấy trong giai đoạn này thường không được quá cao vì nếu không hỗn hợp sẽ phát sinh rất nhiều bọt khí, bọt khí phát sinh nhiều có thể bị trộn lẫn vào trong hỗn hợp gây khó khăn cho việc kết hợp của các chất thành phần. Tốc độ khuấy ở giai đoạn này thường được duy trì ở mức từ 50 đến 300 vòng/phút là thích hợp. Chuẩn bị Phối trộn Nghiền Phối chế Đóng gói 15 4.1.3. Nghiền Hỗn hợp dạng paste đồng nhất của các thành phần nêu trên sau phối trộn được chuyển đến giai đoạn nghiền. Quá trình nghiền sẽ giúp biến hỗn hợp dạng paste thành dạng dung dịch loãng mịn, có khả năng phân tán tốt trên bề mặt hạt cần bao phủ. Hiện tại có nhiều loại máy nghiền đang dùng trong công nghệ sơn có thể sử dụng tốt cho việc sản xuất dung dịch bao phủ hạt giống đó là các loại máy nghiền bi, máy nghiền trục rulo dạng nằm ngang hay dạng trục đứng, đặc điểm của các loại máy nghiền này là có thể nghiền được hỗn hợp dạng paste mềm hoặc dạng dung dịch loãng. Tuỳ theo yêu cầu về độ mịn và độ nhớt của dạng paste mà có thể chọn máy nghiền phù hợp. Thời gian nghiền nhanh hay chậm hoàn toàn tuỳ thuộc thành phần các chất đưa vào trong hỗn hợp paste như chất tạo màu, chất điền đầy, chất chống lắng và yêu cầu về độ mịn của dung dịch sau nghiền. Kích thước hạt sau nghiền thường ở mức từ 0.01 – 0.5 µm. Nhìn chung công đoạn nghiền có vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phân tán hay khả năng dàn trãi của dung dịch bao phủ lên bền mặt hạt giống quyết định trực tiếp đến sự thành công của dung dịch bao phủ được sản xuất. 4.1.4. Phối chế Hỗn hợp dung dịch sau nghiền đến độ mịn đạt yêu cầu được chuyển đến công đoạn phối chế. Công đoạn này sẽ tạo thành dung dịch bao phủ hoàn thiện. Ở công đoạn này việc phối chế có thể được thực hiện từ 2 dung dịch đã được nghiền mịn trở lên, cũng ở công đoạn các chất dẽo hoá, chất điều chỉnh pH, chất thấm ướt, chất phân tán, chất khữ bọt... và dung môi được bổ sung vào hỗn hợp và được khuấy đều bằng máy khuấy có tốc độ cao. Sau khi các chất đã đạt được độ đồng nhất thì quá trình sản xuất dung dịch bao phủ kết thúc. Công đoạn phối chế giúp cho dung dịch hoàn thiện trước khi đóng góp thành phẩm, thiết bị trong công đoạn này gồm buồng trộn, máy khuấy tốc độ cao. Tốc độ khuấy trong công đoạn này thường đạt từ 1500 vòng/phút trở lên. 4.1.5. Đóng gói Đây là công đoạn cuối cùng trong quá trình sản xuất, dung dịch đồng nhất được chuyển vào các thùng quy cách sau đó đóng nắp và làm kín trước khi chuyển đến lưu kho hoặc xuất xưởng. Sản phẩm phải được lưu trữ trong kho thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp chiếu vào sản phẩm. 4.2.Thiết bị sản xuất 4.2.1.Thiết bị sản xuất 16 Thiết bị sản xuất chính gồm máy khuấy, máy nghiền, máy trộn. - Máy khuấy dùng trong công nghệ này thường là các máy khuấy có tốc độ khuấy thay đổi được. Tuỳ theo công đoạn sản xuất trong quy trình mà máy khuấy được trang bị có các dạng cách khuấy và tốc độ khác nhau. Thể tích buồng khuấy trộn thường được tính toán tuỳ theo quy mô sản xuất, thông thường thể tích buồng khuấy trộn được thiết kế ở mức vừa phải để phù hợp với chiều dài và diện tích cánh khuấy, nếu quy mô sản xuất lớn thường phải trang bị nhiều máy khuấy để phục vụ cho một công đoạn. - Máy nghiền: như đã nói trên máy nghiền dùng trong công nghệ này thường là các máy nghiền trục rulo có dạng nằm ngang hay dạng trục đứng hoặc máy nghiền bi. Tùy theo độ nhớt của paste đưa vào, độ mịn yêu cầu của thành phẩm đầu ra và quy mô sản xuất mà đặc tính và công suất của máy nghiền có thể thay đổi từ vài lít trên phút đến vài trăm lít phút. - Các máy móc phụ trợ khác: có thể kể đến như các máy chiết rót đóng chai, máy bơm định lượng hoá chất, các máy này đóng vai trò hỗ trợ cho các máy móc chính giúp chúng hoạt động hiệu quả. 4.2.2.Thiết bị kiểm tra 1. Máy đo độ nhớt: Độ nhớt là yếu tố quan trọng hàng đầu quyết sự thành công của hỗn hợp dung dịch sau này. Đơn vị đo độ nhớt cho dung dịch thường sử dụng là Centipoise. Sau đây xin giới thiệu thiết bị đo độ nhớt KREB. Máy đo độ nhớt KREB Hãng: BROOKFIELD – MỸ, Model: KU 2 - Đặc điểm - Máy đo độ nhớt KU 2 đáp ứng theo tiêu chuẩn ASTM D562 - Được ứng dụng trong các ngành sơn, vật liệu phủ, mực in - Màn hình hiển thị số - Hiển thị thông số độ nhớt theo: Krebs Units, Gram Units, Centipoise - Thao tác vận hành bằng núm xoay. có thể kết nối máy in - Thang đo: 40 – 141 KU/32 – 1099 gm/27 – 5274 cP - Độ chính xác: ± 1% - Độ ổn định: ± 0.5% 2. Máy đo độ mịn Như đã nói trên độ mịn là yếu tố quan trọng không kém, nó quyết định mỹ quan của hạt giống sau xử lý. Độ mịn của dung dịch càng cao, hạt giống sau xử lý càng sáng 17 đẹp, khả năng che lấp khuyết tật tốt hơn và độ bao phủ cũng tốt hơn rất nhiều. Sau đây xin giới thiệu một số thiết bị kiểm tra độ mịn gồm: 2.1. Thước đo Gồm một khối thép rắn dài khoảng 175 mm, rộng 65 mm và dày 13 mm và phải đảm bảo ít nhất là không bị gỉ khi thử nghiệm với sơn nước. Bề mặt phía trên khối thép phải phẳng, nhẵn, có một hoặc hai rãnh dài khoảng 140 mm, rộng 12,5 mm, dọc theo chiều dài của khối thép. Độ sau của mỗi rãnh phải tăng dần từ 0 đến 100 mm (hoặc 50 mm, 25 mm, 15 mm) và được chia độ như qui định trong bảng 1. Độ sâu của mỗi điểm ngang qua rãnh và dọc rãnh không được lệch với giá trị danh định của nó quá 2,5 mm.Mặt trên của khối thép phải được mài tinh hay mài bóng phẳng đến mức tất cả các điểm trên nó nằm ở giữa hai mặt phẳng song song cách nhau 12 mm và tại mỗi điểm dọc theo chiều dài, mọi điểm ngang qua thước phải nằm giữa hai đường thẳng song song cách nhau 1 mm. Bề mặt trên và dưới của khối thép phải song song với độ chênh lệch cho phép không vượt quá 25 mm. Chia độ và phạm vi sử dụng của các thước. 2.2. Dao gạt Gồm một con dao thép một hạơc hai lưỡi, dài khoảng 90 mm, rộng 40 mm, dày 6 mm. Lưỡi dao gạt phải thẳng và tròn với bán kính khoảng 0,25 mm. Loại thước với độ sâu lớn nhất của rãnh, mm Khoảng chia độ, mm Phạm vi sử dụng, mm 100 10 40 – 90 50 5 15 – 40 25 2,5 5 – 15 15 1,5 1,5 – 12 Dao gạt phải được kiểm tra định kỳ độ mòn, sự phá huỷ hay độ cong bằng cách đặt lưỡi dao lên mặt phẳng và kiểm tra sự tiếp xúc của lưỡi với mặt phẳng đối diện với ánh sáng mạnh. 3. Máy đo tỷ trọng 3.1 Nguyên lý Máy đo tỷ trọng cầm tay DMA 35 là máy đo tỷ trọng cầm tay thế hệ mới của Anton Paar, sử dụng công nghệ ống dao động chữ U. DMA 35 đo tỷ trọng và nồng độ của mẫu và hiển thị kết quả đo trong vòng vài giây lên một màn hình rộng, có sẵn các chắc năng lưu kết quả, in ra hoặc xuất ra máy tính PC. Thiết kế nhẹ và chắc chắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng và hoạt động tại chỗ trong các lĩnh vực môi trường làm việc rộng khắp. Đây là model cơ bản có thể lựa chọn bằng tay phương pháp đo và các ID mẫu cũng như chuyển đổi dữ liệu wireless với một máy in hoặc PC thông qua giao diện IrDA đã tích hợp sẵn. Phiên bản sản phẩm DMA 35 Tag&Log được trang 18 bị bổ sung với giao diện RFID để nhận dạng mẫu nhanh và tiện thay đổi phương pháp đo bằng việc đọc các RFID tags. 3.2 Phương pháp kiểm tra tỷ trọng của dung dịch. (nguyên tắc lấy mẫu, bảo quản và thực hiện kiểm tra theo TCVN 2090-1993). - Nguyên tắc: Mẫu cần kiểm tra được nạp đầy vào cốc có thể tích chuẩn (100ml) và thực hiện cân; tỷ trọng D = m/ V, đơn vị gam/lít. Các thiết bị dùng thí nghiệm, trình tự thực hiện theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM D 1475-90. 3.3 Phương pháp kiểm tra độ nhớt cho nguyên liệu. (nguyên tắc và trình tự thực hiện tuân theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM D 1200). - Nguyên tắc : Nạp nguyên liệu cần kiểm tra vào phễu và tính thời gian chảy của lượng hỗn hợp trên phễu tới thời điểm chảy bị ngắt quãng và đơn vị của độ nhớt được tính bằng giây(s). 3.4 Phương pháp kiểm tra hàm lượng rắn. (Nguyên tắc và trình tự thực hiện theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM D 2369-1993). - Nguyên tắc: Lấy 1 ± 0,2 gam mẫu cần kiểm tra vào dụng cụ chuẩn, đem sấy ở 160 0C trong thời gian 30phút. Xác định khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy; Độ chênh lệch khối lượng chính là phần trăm chất bay hơi, phần còn lại được là hàm lượng rắn không bay hơi. PHẦN 2: QUY TRÌNH VÀ KỸ THUẬT BAO PHỦ HẠT GIỐNG 1. Tổng quan Xử lý thuốc cho hạt giống là công đoạn không thể thiếu trong quy trình sản xuất giống. Ở giai đoạn này hạt giống được trộn đều với các loại thuốc BVTV và các loại hoá chất khác theo phương pháp xử lý ướt. Nhược điểm của cách xử lý theo dạng này là thuốc xử lý không bám tốt trên bề mặt hạt nên rất dễ bong tróc làm mất hoặc giảm rất nhiều hiệu lực của các loại thuốc xử lý kèm theo. Ngoài ra, khả năng lưu giữ kém của các loại thuốc xử lý trên bề mặt hạt sẽ gây nên các hệ luỵ như ô nhiểm và gây độc cho công nhân sản xuất trong nhà máy và nông dân trực tiếp gieo trồng, đồng thời cũng làm giảm khả năng chống chịu của hạt giống trong kho lưu trữ và cây con được gieo trên đồng do sâu mọt tấn công. Trước thực trạng đó ở các nước có công nghiệp hạt giống phát triển người ta đã bổ sung vào thành phần thuốc xử lý các loại polymer với mục đích bảo lưu thuốc BVTV trên bề mặt hạt nhằm hạn chế các nhược điểm nêu trên. Ngày nay công nghệ này đã được một số công ty Giống ở Việt Nam áp dụng. Việc hạt giống được bảo vệ bằng một lớp màng polymer khác xa so với cách truyền thống của các công ty giống đang sử dụng, đó là dùng các chất thấm dính để gia tăng gắn kết thuốc BVTV trên bề mặt hạt, bởi vì lớp màng polymer không chỉ đơn thuần giúp gia tăng sự kết dính của các loại thuốc BVTV như các chất thấm dính thực hiện được, mà nó còn có tính năng của một lớp “áo” để bảo vệ hạt giống thực thụ trước các điều kiện bất lợi của thời tiết. 19 Để ứng dụng tốt công nghệ bao phủ hạt giống với các loại polymer cần thực hiện đúng quy trình và cần có thiết bị chuyên dùng mới phát huy hết khả năng bảo vệ của các loại polymer đối với hạt giống được bao phủ. Hình 7: Minh họa hai phương pháp xử lý hạt giống, theo dạng bùn nhão và dạng bao film 2. Quy trình bao phủ hạt giống 2.1 Xác định công thức sử dụng Công thức sử dụng thường được các doanh nghiệp sản xuất giống quyết định. Tuy nhiên công thức chung vẫn đang được áp dụng rộng rãi ở các quốc gia có công nghiệp hạt giống phát triển thường gồm có các nhóm chất như: Hình 8: Một số loại hạt giống có trên thị trường VN được xử lý thuốc 20 - Thuốc kháng nấm: Hạt giống trong quá trình tồn trữ hoặc khi đem đi gieo trồng thường bị nhiều loại nấm tấn công. Do đó thuốc kháng nấm thường loại lựa chọn đầu tiên cho công thức xử lý hạt, các loại thuốc kháng nấm thường dùng phổ biến đó là Metalaxyl, Thiram, Dithane, Captan, Benomyl, Carbedazim, Mancozeb, Maneb, Difenoconazole, Dimethomorphvv, đa số các loại hoá chất này đều có dạng bột thấm ướt và thường không tan hết trong nước nếu không được khuấy trộn kỹ. Liều lưọng sử dụng thường ở mức 100 – 500 gr/100 kg hạt giống, có thể sử dụng phối hợp nhiều loại thuốc kháng nấm trong cùng một công thức. - Thuốc phòng sâu mọt, côn trùng: Không ngoài mục đích bảo vệ hạt giống trong quá trình tồn trữ và bảo vệ cây con trước sâu bọ, côn trùng. Thuốc phòng sâu bọ thường có trong công thức xử lý với các loại như: Actellic, Malathion, Deltamethrin, Gaucho, Poncho, Triadimnol, Vitavax, Thiamethoxam Đa số các loại thuốc này thường có dạng dung dịch lỏng hoặc bột khô. Liều lượng dụng trong công thức thường từ 0.1 ml đến 80 ml/100 kg hạt giống, có thể dùng riêng hoặc phối hợp nhiều loại trong cùng công thức. - Thuốc diệt cỏ: Đa số các công ty sản xuất giống tại Việt Nam thường không tích hợp thuốc diệt cỏ vào trong các công thức xử lý hạt giống như một số công ty giống hàng đầu trên thế giới thường làm. Các loại thuốc diệt cỏ có thể tích hợp trong công thức thường dùng là: Atrazine, Pretilachlor, 2,4-D, Carbamates, Thiocarbamates, với liều dùng thường từ 1 -2 kg/ tấn hạt giống tùy theo loại. - Các chất bao phủ: Các chất này thường là các polymer có thể hoà tan tốt trong hỗn hợp và có khả năng hoạt hoá ẩm để hạt được bảo quản tốt và không gây cản trở khi hạt nẩy mầm, các chất bao phủ sẽ là tác nhân chính để bảo lưu các loại thuốc BVTV có trong công thức. Liều lượng dùng tuỳ theo đặc tính bề mặt của hạt giống cần bao phủ, mức độ bao phủ và yêu cầu về mỹ quan của hạt sau bao phủ có thể dùng từ 30 gr – 120 gr/100 kg hạt giống tuỳ loại. - Các chất màu bổ sung: Thông thường hạt giống sau xử lý thường được biểu thị bằng một màu sắc riêng để phân biệc với hạt chưa xử lý. Màu thường sử dụng trong công thức là các loại màu hữu cơ hoặc vô cơ, nhưng do màu hữu cơ có các nhược điểm như khả năng lưu giữ màu kém, giá thành cao nên đa số các công ty giống thường dùng màu vô cơ như màu hồng cánh sen có gốc Rhodamine B, màu đỏ của oxide sắt, màu trắng của Titanium dioxidevv. Đa số màu sử dụng điều có thể hoà tan tốt trong nước, liều dùng thường từ 5 – 20 gr/100 kg hạt giống. - Các chất pha loãng: chất pha loãng chính thường dùng trong công thức đó là nước, ngoài ra một số chất khác cũng có thể có trong trong công thức với vai trò chất pha loãng như Methanol, EthanolLiều dùng của chất pha loãng trong công thức phụ thuộc vào đặc tính bề mặt hạt và thiết bị xử lý, lượng thường dùng từ 0.5 – 2 lít/ 100 kg hạt giống. 21 Hình 9: Mẫu hạt giống được xử lý và bao film Việc xác định công thức xử lý phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như: chủng loại hạt cần xử lý, khả năng dung nạp các loại thuốc xử lý đối với từng loại hạt, khả năng tương tác của các loại thuốc xử lý trong hỗn hợpnói chung việc xác định công thức xử lý là yếu tố cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của cây con trong giai đoạn đầu đời. 2.2 Chuẩn bị Sau khi xác định công thức xử lý, giai đoạn tiếp theo trong quy trình đó là giai đoạn chuẩn bị xử lý. Ở giai đoạn này các loại thuốc BVTV được pha loãng sơ bộ và khuấy trộn với nhau thật kỹ, tương tự như đối với các loại thuốc BVTV các chất bao phủ cũng được chuẩn bị cẩn trọng, khuấy trộn thật kỹ là yếu tố không thể bỏ qua đối với các chất bao phủ và các chất tạo màu. Kết thúc giai đoạn khuấy trộn sơ bộ tất cả các thành phần có trong công thức được đưa vào thùng khuấy trộn chính, thùng trộn chính sẽ liên tục khuấy trộn hỗn hợp suốt thời gian xử lý để bảo đảm rằng các chất có trong công thức không bị lắng đọng vào không được trộn đều. 2.3 Xử lý thuốc Sau khi hỗn hợp thuốc xử lý đã chuẩn bị sẵn sàng, hạt giống đã được chế biến sạch tạp chất và hạt sâu sẵn sàng cho công đoạn xử lý thuốc. Việc xử lý thuốc có thể được thực hiện bằng thủ công như trộn tay hoặc bằng các thiết bị đơn giản như thùng 22 trộn, máy trộn bê tông hay cao cấp hơn là trên các thiết bị chuyên dùng trong công nghệ xử lý thuốc hạt giống như máy xử lý dạng trống quay, máy xử lý dạng vít xoắn và cao cấp nhất đó là máy xử lý bao film dạng liên tục theo mẻ. Nhìn chung ở công đoạn này thiết bị đóng vai trò rất quan trọng quyết định đến chất lượng của hạt sau xử lý. 2.4 Sấy lại hạt sau xử lý Hạt sau xử lý có thể tăng ẩm từ 0.5 – 2.5 % ẩm, do đó buộc phải sấy bổ sung trước khi đóng gói thành phẩm hay lưu kho bảo quản để tránh hạt hư hỏng do tăng ẩm cục bộ. Thiết bị sử dụng trong công đoạn này có thể là có máy sấy truyền thống hay máy tháp giảm ẩm trong dây chuyền chế biến, tuy nhiên ngày này công nghê bao phủ hạt giống rất phát triển nên người ta đã chế tạo thành công thiết bị giảm ẩm dành riêng cho công nghệ bao phủ hạt bằng polymer, thiết bị này là một dạng kết hợp giữa máy sấy tầng sôi và máy sấy trống quay, rất hiệu quả trong việc tách ẩm bề mặt của hạt sau xử lý. Ngoài ra, với các loại hạt giống cao cấp như hạt giống rau ngừoi ta thường dùng công nghệ sấy lạnh để tách ẩm nhanh và an toàn cho hạt giống. 3. Thiết bị bao film hạt giống (Coating machine) Thiết bị bao film đóng vai trò quan trọng trong công nghệ bao film hạt giống, việc sử dụng không đúng thiết bị chuyên dùng cho bao film có thể ảnh hưởng rất lớn đến sức sống của hạt sau này do sự phân bố không đều của dung dịch bao film lên bề mặt hạt giống làm cho trong cùng một lô giống nhưng độ dày màng bao không đều, việc này làm cho khả năng hút ẩm của cùng một lô giống được gieo cùng ngày lại không giống nhau dẫn đến sự nẩy mầm của lô giống sẽ không đều nhau góp phần ảnh hưởng đến chất lượng của lô giống. Với nhiệm vụ phân tán hỗn hợp polymer đến đều khắp trên bề mặt toàn bộ hạt giống được đưa vào bao film nhất là các vị trí lõm trên bề mặt hạt. Do đặc tính bề mặt của các loại giống rất đa dạng từ trơn nhẵn đến xù xì và có nhiều lông, từ tròn đều đến các loại có nhiều góc cạnh và nhiều vị trí lõm trên bề mặt, từ đó việc thiết kế các hệ thống bao film hạt phải có các tính năng để có thể bao film một cách hoàn thiện các loại hạt giống nêu trên. Hiện nay có hai loại thiết bị bao film chính, làm việc theo hai nguyên lý làm việc khác nhau đó là hệ thống bao film liên tục và hệ thống bao film liên tục theo mẻ. cả hai đều là các hệ thống bao film hạt giống hiện đại nhất hiện nay với các tính năng ưu việt kết hợp với hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động và thông minh. 3.1 Hệ thống bao film liên tục theo mẻ (batch continue). 3.1.1 Nguyên lý làm việc Hạt giống cần bao film được nạp vào thùng chứa sau đó đi qua hệ thống cân định lượng, cân định lượng được lập trình trước nhằm cố định khối lượng của từng mẻ trộn tương ứng với từng loại hạt giống khác nhau, tuỳ theo năng suất thiết kế của buồng trộn 23 và tỷ trọng của từng loại hạt giống mà khối lượng của các mẻ trộn sẽ khác nhau, sau đó hạt giống tiếp tục được nạp vào buồng trộn hay còn gọi stator. Buồng trộn được thiết kế để có thể đảo trộn hạt giống theo chiều thẳng đứng, dưới tác dụng của lực ly tâm khi buồng trộn quay hạt giống liên tục được đảo trộn, khi hạt đã được dàn mỏng sau một thời gian cài đặt trước thuốc xử lý được đĩa phun phun trực tiếp vào khối hạt thông qua đĩa phun thuốc lắp ở tâm buồng trộn và được trộn đều với khối hạt, cuối cùng hạt thoát ra ngoài qua cửa lắp trên thân buồng trộn theo lực ly tâm. toàn bộ quá trình diễn ra chưa đầy một phút và cứ thế các mẻ liên tục nối tiếp nhau. 3.1.2 Đặc tính kỹ thuật thiết bị a. Cấu tạo Hệ thống gồm bốn cụm thiết bị chính và các thiết bị phụ trợ khác: (i) cụm cân định lượng; (ii) cụm trống trộn; (iii) cụm cấp thuốc; (iv) cụm điều khiển và các thiết bị phụ trợ. - Cụm cân định lượng gồm các thiết bị như cảm biến trọng lượng, bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành. Cụm cân định lượng có nhiệm vụ xác định chính xác khối lượng của từng mẻ hạt giống trước khi đưa vào buồng trộn, thông tin về khối lượng được PLC xử lý và điều khiển bơm cấp thuốc với lưu lượng tương ứng. - Cụm trống trộn có cấu tạo gồm hai phần chính là cụm trống quay (rotor) và thân máy tĩnh (stator). Rotor có cấu tạo dạng đĩa hình parabol và quay quanh trục thẳng đứng, stator có cấu tạo là một hình trụ tròn rỏng được chế tạo bằng thép không rỉ và được lắp đồng trục với rotor, tuỳ theo công nghệ chế tạo mà khe hở giữ rotor và stator lớn hay bé sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống nhiều hay ít. - Cụm cấp thuốc gồm các thiết bị như đĩa phun thuốc, thùng chứa thuốc, máy khuấy thuốc và bơm định lượng. Thùng chứa thuốc được thiết kế bằng thép không rỉ, bên trên có gắn động cơ khuấy trộn thuốc, bơm định lượng thuốc là một dạng bơm đặc biệt có thể làm việc tốt trong môi trường hoá chất, bơm định lượng có thể dễ dàng điều chỉnh lưu lượng hoàn toàn tự động theo chương trình hoặc cài đặt trước bằng tay một cách linh hoạt. Đĩa phun thuốc có hình dáng của một hình parabol được lắp đồng tâm với rotor nhưng có chiều quay ngược lại. Có thể nói đây là cụm thiết bị khá quan trọng vì có thể quyết định khả năng phủ đều của thuốc xử lý trên bề mặt hạt giống. - Cụm điều khiển đóng vai trò như một não bộ của hệ thống nó kiểm soát toàn bộ hoạt động của hệ thống một cách linh hoạt và thông minh, cụm điều khiển gồm các cảm biến để dò đo hoạt động của hệ thống, bộ xử lý trung tâm PLC (Programming Logic Controller) để xử lý thông tin từ các cảm biến và đưa tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành gồm các van điện từ và van khí nén...vv. 24 - Các thiết bị phụ trợ cho hệ thống có thể kể đến đó là cụm quạt làm kín rotor với chức năng trám kín khe hở giữa rotor và stator bằng một luồng khí liên tục với áp suất cao, ngoài ra còn có các thiết bị như bộ lọc khí sử dụng than hoạt tính, bơm khí nén..vv. b. Hoạt động của hệ thống Hình 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống Quá trình hoạt động của hệ thống có thể chia ra làm 4 pha gồm Nap liệu, cấp thuốc, trộn thuốc và xả liệu - Nạp liệu: Hạt được sấy khô chế biến sạch theo tiêu chuẩn hạt giống sau đó được đưa vào hệ thống cân để xác định khối lượng, việc xác định khối lượng trước với mục đích cố định khối lượng của một mẻ trộn nhằm bảo đảm cho việc bao film đạt hiệu quả cao nhất, ngoài ra thông tin về khối lượng của mẻ trộn còn được chuyển đến PLC để điều khiển bơm cấp thuốc theo tỷ lệ tương ứng được lập trình trước đối với từng chủng loại giống. hạt giống sau cân được cấp vào buồng trộn qua cửa nạp liệu lắp phía trên stator, lúc này rotor đang chuyển động với tốc độ cao (trên 300 v/ph). - Cấp thuốc: Khi nguyên liêu đã nạp vào buồng trộn, khối hạt nhanh chóng được rotor dàn mỏng đều khắp 360o quanh stator lúc này khối hạt đã sẵn sàng cho việc cấp thuốc. thuốc xử lý đã được bơm định lượng chuẩn bị trước đó và nhanh chóng được cấp vào đĩa phun khi có tín hiệu từ PLC. Đĩa phun lúc này đang chuyển động với tốc độ rất lớn (hơn 5000v/ph) và nhanh chóng phát tán thuốc xử lý đều khắp không gian xung quanh stator nơi khối hạt chờ sẵn khi tín hiệu của PLC được thực thi. Ưu điểm của phương pháp này là góc phun rất lớn lên đến 360o do đó khả thuốc xử lý đến với từng hạt là rất lớn. 25 Hình 2: Các pha trong quá trình xử lý - Trộn thuốc: Sau khi đã được cấp thuốc, khối hạt trong buồng trộn liên tục chuyển động theo hướng tác động của lực ly tâm, dưới tác động này khối hạt nhanh chóng được dàn mỏng theo chiều thẳng đứng so với rotor, tuy nhiên lực này nhanh chóng bị triệt tiêu khi khối hạt được đẩy lên thành stator và do stator đứng yên nên chuyển động của khối hạt nhanh chóng giảm dần và cuối cùng rơi lai bề mặt rotor đang chuyển động theo lực trong trường và cứ thế quá trình liên tục diễn ra. Do tác động của rotor làm cho từng hạt trong khối hạt liên tục bị xáo trộn, chính tác động này đã làm cho hạt tiếp xúc với thuốc xử lý nhiều nhất và có thể nói với phương pháp này hạt chủ động tiếp xúc với thuốc xử lý, việc này đã làm cho hiệu quả của việc bao film tăng lên rất nhiều so với các phương pháp bao film khác. - Xả liệu: Sau khi hạt đã được trộn đều với thuốc xử lý và quá trình bao film hoàn tất cuối cùng hạt được đẩy ra ngoài qua cửa xả trên stator theo lực ly tâm dưới sự điều khiển của PLC. Toàn bộ quá trình diễn ra rất nhanh, tuỳ theo yêu cần cũng như chủng loại hạt cần bao film mà thời gian của một mẻ có thể giao động từ 25 – 45 giây, cũng tuỳ theo khối lượng của một mẻ trộn mà năng suất bao film của hệ thống có thể là lớn và rất lớn. 3.1.3 Ưu nhược điểm của hệ thống a. Ưu điểm: Hệ thống hoạt động chính xác, tiết kiệm nhiều thuốc xử lý, hoạt động nhanh và rất ổn định, có thể xử lý theo dạng bao film nhiều loại hạt giống khác nhau, dễ dàng vệ sinh, gọn nhẹ, chiếm ít không gian, năng suất cao, có thể bao viên nếu trang bị module cấp thuốc khô. b. Nhược điểm 1. Nap liệu 3.Trộn thuốc 4. Xả liệu Σtg xử lý ≤ 40 giây/mẻ 26 Hệ thống khá phức tạp đòi hỏi người vận hành cần có chuyên môn nhất định trong lĩnh vực tự động điều khiển. Giá thành của hệ thống rất cao do sử dụng thiết bị điều khiển hiện đại. Hình 3: Mô phỏng quá trình bao film 3.2. Hệ thống bao film liên tục (Rotary coating machine) 3.2.1 Nguyên lý hoạt động Hạt giống cần bao film được nạp trực tiếp và buồng trộn thông qua bộ định lượng xoay (counter wight), bộ định lượng xoay có chức năng như một cân định lượng thể tích, khối hạt khi đi qua cân được định lượng và thông số về khối lượng hạt được chuyển đến bộ cấp thuốc bằng liên kết cơ khí hoặc tín hiệu điện tuỳ theo thiết kế của hệ thống, thuốc xử lý được tính toán và cấp vào buồng cấp thuốc tương ứng với khối lượng hạt đã được xác định, buồng cấp thuốc được thiết kế để có thể đưa thuốc xử lý đến bề mặt hạt nhiều nhất, nó được lắp nối tiếp sau bộ định lượng xoay, đến đây bề mặt hạt đã được phủ một lớp thuốc xử lý, tuy nhiên thuốc xử lý vẫn có thể chưa phủ đều khắp bề mặt hạt do đó hạt giống tiếp tục được đưa vào buồng trộn chính nằm phía dưới bộ cấp thuốc, buồng trộn chính có thể có kết cấu như một xi lanh tròn xoay bên trong có bố trí các cánh trộn, hạt giống sau khi qua buồng trộn phải bao đảm rằng bề mặt hạt đã được bao phủ toàn bộ. 3.2.2 Đặc tính kỹ thuật thiết bị a. Cấu tạo 27 Hệ thống gồm ba cụm thiết bị chính gồm: Cụm định lượng xoay, cụm cấp thuốc và buồng trộn chính. - Cụm định lượng xoay (counter weight): có cấu tạo theo dạng tròn xoay (rotary valve) gồm một ống hình trụ tròn được bít kín hai đầu, trên tâm của 2 mặt bít có lắp một trục, trên trục có lắp nhiều cánh với mục đích chia đều không gian bên trong hình trụ, trên thân hình trụ có lắp hai cửa đối xứng nhau để nạp và xả nguyên liệu hoặc dạng cân bằng (weigh pan), dạng này gồm hai gàu có thể tích và khối lượng bằng nhau được lắp đối xứng nhau thông qua trục ở tâm, phía ngoài đầu trục có lắp một đối trọng, đối trọng này giúp cho cân luôn ở lệch về một phía khi không các nguyên liệu vào. cả hai dạng điều có liên hệ với bộ cấp thuốc thông qua trục ở tâm. Hình 4: Bộ định lượng xoay - Cụm cấp thuốc: cụm cấp thuốc gồm thùng chứa thuốc, bơm định lượng và bộ nạp thuốc. Thùng chứa thuốc được chế tạo bằng thép không rỉ để có thể chống chịu được sự ăn mòn của các loại hoá chất, thùng chứa thuốc phải có thể tích để hệ thống có thể làm việc trong một ca, trên thùng chứa thuốc có gắn cụm khuấy thuốc. Bơm định lượng là dạng bơm ly tâm hoặc bơm màng với đầu bơm được thiết kế bằng vật liệu chống ăn mòn hoá học và có thể điều chỉnh lưu lượng bơm bằng tay hoặc tín hiệu điện. bộ nạp thuốc cũng được chế tạo bằng thép không rỉ, có thiết kế theo dạng hai hình nón cụt ghép vào nhau với hai chóp cụt là hai đầu vào và ra của nguyên liêu, bên trong có lắp các bộ phận như đĩa phun thuốc và cụm phân tán hạt hai bộ phần này được truyền động bằng động cơ điện với hai vận tốc khác nhau rất lớn. - Buồng trộn hạt: buồng trộn chính có thể có kết cấu như một xi lanh tròn xoay bên trong có bố trí các cánh trộn, buồng trộn có đường kính và chiều dài thích hợp hạt có thể được trộn đều thuốc xử lý trước khi thoát ra ngoài. 28 Hình 5: Nguyên lý của cụm phun thuốc b. Hoạt động Hoạt động của hệ thống chủ yếu diễn ra ở hai bộ phận chính là cụm cấp thuốc và buồng trộn hạt, hạt giống sau chế biến sạch được đưa vào bao film, khi cụm cân xoay hoạt động, nguyên liệu được đo đếm và chuyển tín hiệu đến bộ cấp thuốc, tuỳ theo lưu lượng hạt đi qua bộ cân xoay mà lượng thuốc sẽ được cấp vào khối hạt theo một tỷ lệ do người sử dụng ấn định, tỷ lệ này có thể thay đổi tuỳ theo yêu cầu xử lý bao film của từng chủng loại hạt giống khác nhau. Sau khi đi qua bộ cân xoay, khối hạt đi vào cụm cấp thuốc, có cấu tạo gồm hai bộ phận chính là đĩa trải liệu và đĩa cấp thuốc, đĩa trải liệu có nhiệu vụ phân tán mỏng khối hạt trong buồng trộn, đĩa cấp thuốc có nhiệm vụ phun đều dung dịch bao film khắp 360o quanh không gian bên dưới đĩa trải liệu. khối hạt sau khi đi qua bộ cấp thuốc tiếp tục đi vào buồng trộn, dưới tác dụng của lực ly tâm do buồng trộn tại ra làm cho các hạt bên trong liên tục chuyển động giúp cho dung dịch bao film lan toả đều khắp bề mặt hạt, sau khi đi hết chiều dài buồng trộn khối hạt được thoát ra ngoài kết thúc quá trình bao film. Hình 6: Máy bao film liên tục 29 3.2.3 Ưu nhược điểm của hệ thống a. Ưu điểm: Hệ thống dễ sử dụng, cấu tạo đơn giản, giá thành thấp hơn cụm bao film liên tục theo mẻ. hoạt động rất ổn định. b. Nhược điểm: khà năng bao phủ không cao, tốn nhiều thuốc xử lý, thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều không gian . 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả sau bao phủ 4.1. Ảnh hưởng từ dung dịch bao phủ 4.1.1. Thử nghiệm cố định công thức thay đổi liều lượng dùng/1 tấn hạt. Xét Công thức thực tế để xử lý cho một tấn ngô giống như sau: 3 Kg Polymer + 1 Kg kháng nấm + 80 gr màu + 20 cc Ngừa bệnh + 10 lít nước = 14 lít dung dịch, trích sử dụng theo các liều lượng trong bảng sau. S tt Liều lượng sử dụng Tên giống Kết quả Ẩm độ gia tăng (%) Ghi chú Độ bao phủ (%) Mỹ quan SP Khả năng bám dính 1 15 l/tấn Bắp nếp 80 TB T.Bình 0.5 – 0.8 2 20 l/tấn Bắp nếp 85 TB T.Bình 0.6 – 1.1 3 25 l/tấn Bắp nếp 90 Xấu Kém 1.1 – 1.6 4 30 l/tấn Bắp nếp 95 Xấu Kém 1.1 – 1.8 Phương pháp này đã được thực hiện chủ yếu trên cả hai loại bắp nếp và bắp vàng bằng cả hai loại polymer khác nhau. Kết quả bằng cảm quan cho thấy không có khác biệt nhiều về các chỉ tiêu đánh giá của cả hai loại polymer trong phương pháp này, riêng đối với các loại bắp vàng thì độ bao phù có thể đạt đến 99% ở mức 30 lít/tấn nhưng ẩm độ cũng tăng lên mức trên 1,5%. 4.1.2. Thử nghiệm thay đổi công thức và cố định lượng dùng Phương pháp này sử dụng liều lượng mặc định cho các công thức là 14 lít dung dịch/tấn hạt giống theo các công thức sau S tt Công thức Tên giống Kết quả Ẩm độ gia tăng (%) Ghi chú Độ bao phủ (%) Mỹ quan SP Khả năng bám dính 1 3P+1Me+10H+80Ma+20Ac Bắp nếp 80 Khá T. bình 0.5 – 0.8 2 5P+1Me+8H+80Ma+20Ac Bắp nếp 85 Tốt Khá 0.5 - 0.8 Trong đó:3P = 3 Kg Polymer, 5P= 5 Kg Polymer, Me: Thuốc trừ nấm; H: Nước, Ma: Màu, Ac: Thuốc ngừa bệnh. 30 Trong phương pháp này ưu thế về mỹ quan của polymer thể hiện rất rõ khi tăng lượng dùng. Như vậy khi thay đổi thành phần bao phủ có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả. Đối với mục 1.1 việc thay đổi thành phần dung dịch bằng cách gia tăng liều lượng sử dụng sẽ không mang lại kết quả mong muốn, cụ thể nếu ta dùng một hàm tuyến tính y = ax – b để mô tả các thành phần có trong dung dịch với: x: Khối lượng polymer được dùng trong hỗn hợp. a: Lượng nước có trong hỗn hợp. b: Khối lượng thuốc kháng nấm được dùng. y: Tổng khối lượng (thể tích) dung dịch. Các thành phần còn lại (màu và thuốc phòng bệnh) ít tác động đến kết quả nên ta tạm bỏ qua. Từ phương trình trên ta thấy độ dốc của đường thẳng tuỳ thuộc nhiều vào a và x cũng có nghĩa là a và x sẽ quyết định mỹ quan sản phẩm và tỷ lệ bao phủ, còn b là thành phần không có lợi cho 2 yếu tố trên nhưng buộc phải có do yêu cầu kỹ thuật, qua đó cũng cho thấy khi tăng y không có nghĩa là tăng độ bóng (mỹ quan) của hạt mà chỉ có thể làm tăng chiều dày lớp phủ do các thành phần trong hàm y đều tăng và nếu b tăng đến một tỷ lệ nào đó sẽ gây bất lợi cho hạt giống. Hàm tuyến tính trên cũng đúng cho trường hợp 1.2 và nó lý giải vì sao ở phương pháp này mỹ quan sản phẩm tăng lên nhưng độ bao phủ tăng ích, đó là do ta không tăng lượng nước dùng trong dung dịch vì ngại tăng ẩm. Phân tích trên cho ta thấy có 3 yếu tố chính trong thành phần dung dịch sẽ tác động đến kết quả đó là: (1)Khối lượng polymer được dùng, (2)Lượng nước trong dung dịch, (3)khối lượng thuốc kháng nấm cần có nhưng thuốc nấm có thể xem là một hằng số nên còn lại 2 yếu tố chính đó là lượng polymer và nước trong dung dịch. 4.2. Ảnh hưởng của thiết bị Phương pháp này chủ yếu thay đổi các thông số mặc định trong chương trình điều khiển của thiết bị nhằm tìm được các thông số tối ưu. Stt Hạng mục ĐVT Thông số mặc định Thông số thay đổi Kết quả khi thay đổi 1 T0: Thời gian nạp Giây 10 13 Khối lượng tăng 2 T1: Thời gian trễ Giây 2 2 - 3 T2: Thời gian cấp thuốc Giây 8 11 Thay đổi tỷ lệ phủ 4 T3: Thời gian trộn Giây 12 19 Ảnh hưởng mỹ quan sp 5 T4: Thời gian đệm Giây 0.02 0.02 - 6 T5: Thời gian xả Giây 8 8 - 7 T6: Chuyển chu kỳ Giây 1 2 Tăng thời gian chờ Như vậy có 3 thông số có thể ảnh hường đến đặc tính của hạt sau bao phủ, tuy nhiên số liệu cụ thể cho từng chủng loại hạt khác nhau để đạt được kết quả tối ưu vẫn chưa đạt được do mối quan hệ giữa chương trình điều khiển của thiết bị với sự thay đổi 31 trong thành phần của dung dịch bao phủ là rất nhiều. Ngoài ra về mặt thiết bị còn rất nhiều thông số khác có thể ảnh hưởng rất lớn sản phẩm sau xử lý cụ thể như: - Đĩa phun thuốc: Hình dạng, kích thước, chiều cao và tốc độ quay. - Rotor (mâm quay trong buồng trộn): Hình dạng, đặc tính bề mặt và tốc độ quay. - Cánh chia liệu: Hình dáng, kích thước, số lượng và ví trí lắp đặt. - Bơm định lượng thuốc: lưu lượng, áp lực và kết cấu đầu bơm. - Hệ thống điều khiển: Tính đồng bộ và sự ổn định của thiết bị. 4.3. Nhận xét Khi áp dụng công nghệ bao film hạt giống đều quan tâm hàng đầu của doanh nghiệp là làm sao nâng tầm công nghệ hạt giống với hai mong muốn đầu tiên là mỹ quan sản phẩm thu được sau xử lý và tỷ lệ bao phủ đạt được trên bề mặt hạt. Như đã nêu trên các yếu tố chính ảnh hưởng đến hai mong muốn trên có thể cụ thể hoá theo thứ tự ưu tiên từ 1 đến 4 như sau: Stt Các yếu tố ảnh hưởng Mỹ quan sản phẩm Tỷ lệ bao phủ Ghi chú 1 Đặc tính của polymer X O 2 Thay đổi thành phần bao phủ X X 3 Đặc tính phần mềm thiết bị O X 4 Kết cấu phần cứng thiết bị X X Hết phần 1 Thông tin tác giả: KS Hồ Việt Cường email: acuongssc@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Seed technology 2. Film-coating materials and their properties 3. Công nghệ gia công hiện đại thuốc bảo vệ thực vật. 4. United States Patent 3698133 5. Seed coating compositions for low temperature applications