Kiểm tra thiết kế máy ép viên nén lá cây công suất 50kg h đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu viên nén sinh khối 1.2 Tổng quan nghiên cứu viên nén sinh khối .4 1.3 Giới thiệu hệ thống máy ép viên nén 1.3.1 Nguyên lí hoạt động máy cắt 1.3.2 Nguyên lí hoạt động máy nén viên 11 1.4 Tính cấp thiết đề tài 13 1.5 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 14 1.6.1 Đối tượng nghiên cứu .14 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 14 1.7 Nội dung phương pháp nghiên cứu 14 1.7.1 Nội dung nghiên cứu 14 1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Cơ sở cơng thức tính toán, thiết kế máy cắt 15 2.1.1 Cơ sở tính tốn, lựa chọn động dẫn động 15 2.1.2 Cơ sở tính tốn, thiết kế truyền bánh 19 2.1.3 Cơ sở tính tốn, thiết kế trục 24 2.2 Cơ sở cơng thức tính tốn, thiết kế máy nén viên 28 2.2.1 Cơ sở tính tốn, lựa chọn động dẫn động 28 2.2.2 Cơ sở tính tốn, thiết kế truyền bánh 31 2.2.3 Cơ sở tính tốn thiết kế trục 36 CHƯƠNG TÍNH TỐN, KIỂM TRA THIẾT KẾ MÁY CẮT LÁ CÂY VÀ MÁY ÉP VIÊN NÉN 39 iii 3.1 Tính tốn, thiết kế máy cắt suất 50 kg/h 39 3.1.1 Tính tốn, lựa chọn động dẫn động 39 3.1.2 Tính tốn, thiết kế truyền bánh 41 3.1.3 Tính tốn, thiết kế trục 45 3.2 Tính tốn, thiết kế máy tạo viên suất 50 kg/h 50 3.2.1 Phương trình trình tạo viên 50 3.2.2 Điều kiện để xảy trình nén .53 3.2.3 Tính tốn, lựa chọn động .55 3.2.4 Tính tốn, thiết kế hệ thống bánh dẫn động 62 3.2.5 Tính tốn, thiết kế trục 68 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ CÁC ĐÁNH GIÁ 75 4.1 Máy cắt 75 4.1.1 Động cơ, cụm dao cắt 76 4.1.2 Cặp bánh ăn khớp .77 4.1.3 Trục làm việc 78 4.2 Máy nén viên 78 4.2.1 Động cơ, cụm nén viên .79 4.2.2 Cặp bánh ăn khớp .80 4.2.3 Trục làm việc 81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .82 5.1 Kết luận 82 5.2 Kiến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 87 iv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị Q Năng suất máy kg/h nlv Số vòng quay cần thiết cho trục công tác vg/ph Tc Momen trục cắt N.m Fc Lực cắt cần thiết lưỡi dao cắt Dc Đường kính đĩa dao mm Rc Bán kính đĩa dao mm Pct Cơng suất cần thiết động kW Pđc Công suất động kW nsb Số vòng quay sơ động vg/ph n1 Số vòng quay trục I vg/ph n2 Số vòng quay trục II vg/ph uc Tỷ số truyền cho truyền bánh Tđc Momen trục động N.mm TI Momen trục I N.mm Tct Momen trục cơng tác N.mm NHO Số chu kì làm việc sở chu kỳ NHE Số chu kỳ làm việc tương đương chu kỳ N - σOH lim Giới hạn mỏi tiếp xúc bánh MPa σOF lim Giới hạn uốn bánh MPa [σH] Ứng suất tiếp xúc cho phép MPa [σF] Ứng suất uốn cho phép MPa aw Khoảng cách trục truyền bánh mm m Môđun bánh trụ thẳng mm Z1 Số bánh dẫn - Z2 Số bánh bị dẫn - d Đường kính vịng chia bánh mm da Đường kính vịng đỉnh bánh mm bw Chiều rộng vành mm v Ψba Hệ số chiều rộng vành vành - x Hệ số dịch chỉnh - v Vận tốc vòng bánh m/s σH Ứng suất tiếp xúc MPa YF Hệ số dạng - σF Ứng suất uốn Ft Lực vòng tác dụng lên bánh N Fr Lực hướng tâm tác dụng lên bánh N Fa Lực dọc trục bánh N Fc Lực tác dụng lên cụm dao cắt N FD Lực tác dụng lên khuôn nén N σ Ứng suất uốn MPa τ Ứng suất xoắn MPa M Momen uốn tiết diện nguy hiểm N.mm Mtd Momen tiết diện nguy hiểm N.mm d Đường kính trục MPa mm [Sσ] Hệ số an toàn cho phép - [σql] Ứng suất cho phép tải - Sσ Hệ số an toàn - σtd Ứng suất tải F Lực ma sát vật liệu với bề mặt lô ép N T Lực ma sát vật liệu với bề mặt khuôn N qx Ứng suất cạnh - Lk Chiều dày khuôn mm So Tiếp diện lỗ khuôn mm C Chu vi lỗ khuôn mm pd Áp suất tác động lên đáy khuôn N/m2 m Số lỗ khuôn Lk Chiều dài khn nén mm d Đường kính lỗ khn m MPa - vi k’ Hệ số cản chuyển động ρ Khối lượng riêng viên nén Φk Đường kính khuôn nén Z Số lô nén v Vận tốc nguyên liệu nén qua lỗ khn m/s Dln Đường kính lơ nén mm ϕlt Đường kính lỗ trục lắp khn mm mn Bề rộng vành mm mt Bề rộng vành mm Be Bề rộng phần làm việc khuôn mm N Lực nén từ lô nén mv Độ nhớt nguyên liệu kg/m3 mm - N N.s/m2  Hiệu suất dẫn động τ’ Áp suất nén cần A Tiết diện bề mặt khuôn nén m2 Re Chiều dài côn ngồi mm de Đường kính chia ngồi bánh mm dm Đường kính trung bình bánh mm b Bề rộng mm βm Góc nghiên ° δ Góc chia bánh ° a0 Góc Profin ° mtm Modun trung bình - mnm Modun tiêu chuẩn - Trang - tr % N/m2 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ngun liệu sản xuất viên nén sinh khối, [1] Hình 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất viên nén Hình 1.3 Viên nén sinh khối, [18] Hình 1.4 Cấu tạo máy cắt Hình 1.5 Các cụm dao làm việc máy cắt .10 Hình 1.6 Hình ảnh thực tế máy cắt nguyên liệu nhựa, [16] 11 Hình 1.7 Cấu tạo máy nén viên 11 Hình 1.8 Cụm tạo viên nén 12 Hình 1.9 Hình ảnh thực tế máy nén viên, [19] 13 Hình 2.1 Lưu đồ tính tốn, lựa chọn động dẫn động 16 Hình 2.2 Lưu đồ tính tốn truyền bánh 20 Hình 2.3 Lưu đồ tính tốn, thiết kế trục 25 Hình 2.4 Lưu đồ tính tốn, lựa chọn động dẫn động 29 Hình 2.5 Lưu đồ tính tốn truyền bánh 32 Hình 2.6 Lưu đồ tính tốn, thiết kế trục 37 Hình 3.1 Biểu đồ Momen trục cắt 47 Hình 3.2 Sơ đồ biển diễn trình nén phân tích lực, [16] 53 Hình 3.3 Hình ảnh mơ khn nén thiết kế 58 Hình 3.4 Biểu đồ Momen trục .71 Hình 4.1 Bản vẽ mơ máy cắt thiết kế lý thuyết 75 Hình 4.2 Bản vẽ mơ máy nén viên thiết kế lý thuyết .78 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh nhiệt trị viên nhiên liệu có thị trường [2, 3] .3 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp thơng số động 41 Bảng 3.2 Bảng thông số cặp bánh trụ thẳng 45 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp thơng số động 62 Bảng 3.4 Bảng thông số cặp bánh dẫn động 68 Bảng 4.1 Bảng thông số thiết kế máy cắt 76 Bảng 4.2 So sánh kết thiết kế máy băm nghiền với [17] 76 Bảng 4.3 Bảng thông số cặp bánh dẫn động máy băm nghiền cây, [17] 77 Bảng 4.4 Bảng thông số thiết kế máy nén viên .79 Bảng 4.5 So sánh kết thiết kế máy nén viên với [17] 79 Bảng 4.6 Bảng thông số cặp bánh dẫn động máy ép viên, [17] 80 ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu viên nén sinh khối Năng lượng sinh khối thuật ngữ rộng dùng để mô tả vật chất có nguồn gốc sinh học, tích trữ giải phóng lượng thơng qua q trình hóa, lí khác xem nguồn lượng tái tạo Hiểu đơn giản, ta nói lượng sinh khối hợp chất hữu cơ, sinh nhiệt (trừ nhiên liệu hóa thạch) bao gồm: rơm, bã cây, khô, mùn cưa, giấy vụn,… Hiện thị trường, lượng sinh khối sản xuất đa dạng ba trạng thái rắn, lỏng, khí như: củi, viên nén, Ethanol sinh học, dầu Diesel sinh học, loại khí hóa,… Trong đó, viên nén sinh khối sản phẩn lượng sử dụng phổ biến tính linh hoạt vận chuyển, mật độ lượng cao đặc tính dễ sản xuất, bảo quản từ nhiều nguồn sinh khối khác Nguồn nguyên liệu để sản xuất viên nén sinh khối nói đa dạng (Hình 1.1) phân loại thành nhóm như: • Phế thải nông nghiệp: thân cây, rơm rạ, trấu, vỏ cà phê, bã mía, loại cỏ,… • Phế thải lâm nghiệp: gỗ, tre vụn, mùn cưa, cành, vỏ, cây,… • Chất thải rắn: giấy vụn, bìa cứng, nhựa phế thải,… Hình 1.1 Nguyên liệu sản xuất viên nén sinh khối, [1] Ngày nay, viên nén sinh khối dùng để thay cho loại nhiên liệu đốt truyền thống than, dầu,… lĩnh vực bao gồm dân dụng cơng nghiệp: • Dân dụng: sưởi ấm cho người, cung cấp nhiệt nấu ăn,… • Cơng nghiệp: nhiên liệu cho lị hơi, sản suất điện, khí hóa sinh khối,… Theo Dự thảo tiêu chuẩn viên nén gỗ (2021) Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam dựa tiêu chuẩn Châu âu EN 14961-1, viên nén nhiên liệu đạt chuẩn có hàm lượng độ ẩm thấp 10%, khối lượng riêng có tính đồng cao lớn 600 kg/m3 Viên nén nhiên liệu phải có độ cứng tốt, hàm lượng tro bụi thấp Đường kính phổ biến viên nén khoảng mm với chiều dài tương ứng 3,15 – 40 mm Nhiệt trị số loại viên nén thể Bảng 1.1 Bảng 1.1 So sánh nhiệt trị viên nhiên liệu có thị trường [2, 3] Loại viên nén Nhiệt trị (kCal/kg) (kJ/kg) Trấu 4108 17195 Cỏ dại 3873 16212 Rơm rạ 4215 17643 Thân ngô 4241 17752 Lúa mì 4429 18539 Vỏ lạc 5119 21427 Ưu điểm viên nén nhiên liệu: • Khả tái tạo: khơng bị ảnh hưởng nhiều trữ lượng, nguồn sinh khối đa dạng như: thực vật, rác thải… có sẵn với số lượng lớn tái tạo thời gian ngắn • Giảm nhiễm mơi trường: việc sử dụng nguồn nhiên liệu sinh khối thay cho nhiên liệu hóa thạch làm giảm thiểu khí thải độc hại cho môi trường như: CO2, NOx, CH4, SOx, CO, nguồn nhiên liệu hóa thạch gây • Hiệu lượng cao: viên nén nhiên liệu đánh giá có khả giải phóng lượng tương đối cao Với kg viên nén từ nguồn nguyên liệu gần gũi loại thực vật, ta thu lượng nhiệt trị khoảng 4000 – 5000 kcal • Chi phí nhiên liệu sản xuất hợp lí: nguồn nguyên liệu đầu vào phong phú dễ khai thác tự nhiên, đời sống,… dẫn đến lượng chi phí nguồn nguyên liệu cung cấp rẻ, phù hợp với điều kiện nhiều đơn vị sản xuất • Vận chuyển dễ dàng: kích thước hình dạng viên nén thường đồng nhất, nhỏ gọn Đồng thời quy trình bảo quản, đóng gói thành phẩm đơn giản, gọn gàng, nên vận chuyển sản phẩm dễ dàng rộng rãi quy mô lớn • Do đồ án có tính chun ngành khí cao cịn tài liệu chế tạo tham khảo nên việc tính tốn, thiết kế có số hạn chế cần làm rõ • Vì nội dung nghiên cứu phần lớn nhấn mạnh vào thiết bị hệ thống mà đề cập đến việc phân tích thành phẩm nên chưa đánh giá thông số nhiệt động học trình cháy sản phẩm hệ thống sản xuất lượng sử dụng nhiên liệu đốt, tiêu biểu lò Với hạn chế nêu trên, nhóm nghiên cứu xin đưa số kiến nghị để tiếp tục phát triển hồn thiện đề tài hơn: • Kế thừa kết tính tốn nhóm để tiến hành chế tạo mơ hình thực tế đánh giá chất lượng vận hành hệ thống • Cần xây dựng quy trình phân tích, đánh giá thơng số nhiệt động; trình cháy chất lượng sản phẩm 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.alibaba.com/product-detail/50KW-Animal-Manure-Waste-Biomass Gasification_60800620575.html [2] http://www.pellet-making.com/blog/wood-pellets-calorific-value.html [3] https://www.biopelletmachine.com/biopellet-making-guidance/rice-husk-pelletmaking.html [4] Pradhan cộng sự, “Production and utilization of fuel pellets from biomass: A review”, Fuel Processing Technology, Vol 181, 2018, pp 215-232 [5] Harun cộng sự, “Abundant nipa palm waste as Bio-pellet fuel”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 40, 2014, pp 153-160 [6] Sirous cộng sự, “Mixed biomass pelleting potential for Portugal, step forward to circular use of biomass residues”, Energy Reports, Vol 6, 2020, pp 940-945 [7] Gu cộng sự, “The pollutant discharge improvement by introducing HHO gas into biomass boiler”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol 46, 2021, pp 23292-23300 [8] Kougioumtzis cộng sự, “Combustion of olive tree pruning pellets versus sunflower husk pellets at industrial boiler Monitoring of emissions and combustion efficiency”, Renewable Energy, Vol 171, 2021, pp 516-525 [9] Pua cộng sự, “Characterization of biomass fuel pellets made from Malaysia tea waste and oil palm empty fruit bunch”, materialstoday: PROCEEDINGS, Vol 31, 2020, pp 187-190 [10] Hudakorn Sritrakul, “Biogas and biomass pellet production from water hyacinth”, Energy Reports, Vol 6, 2020, pp 532-538 [11] Badrán cộng sự, “Production and characterization of fuel pellets from rice husk and wheat straw”, Renewable Energy, Vol 145, 2020, pp 500-507 [12] Wattana cộng sự, “Characterization of Mixed Biomass Pellet Made from Oil Palm and Para-rubber Tree Residues”, Energy Procedia, Vol 138, 2017, pp 1128-1133 84 [13] Hosseinizand cộng sự, “Co-pelletization of microalgae Chlorella vulgaris and pine sawdust to produce solid fuels”, Fuel Processing Technology, Vol 177, 2018, pp 129-139 [14] Tippayawong cộng sự, “Biomass pellets from densification of tree leaf waste with algae”, Agricultural Engineering International: CIGR Journal, Vol 20, 2018, pp 119-125 [15] Souza cộng sự, “Pelletization of eucalyptus wood and coffee growing wastes: Strategies for biomass valorization and sustainable bioenergy production”, Renewable Energy, Vol 149, 2020, pp 128-140 [16] PGS.TS Bùi Trung Thành, “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khí hóa để xử lý rác thải rắn sản xuất công nghiệp - chế biến tạo lượng phục vụ cho trình sấy bảo quản nông sản, thực phẩm”, Báo cáo Tổng kết Đề tài NCKH&PTCN cấp Bộ năm 2019, TP HCM, 2020 [17] Đặng Văn Quốc Bảo cộng sự, “Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống máy ép viên nén từ công suất 400kg/ngày”, Báo cáo đồ án tốt nghiệp, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, 2021 [18] https://www.wallpaperflare.com/feed-animal-nutrition-pellets-full-framebackgrounds-food-and-drink-wallpaper-gudrp [19] https://www.alibaba.com/product-detail/mini-pellet-mill-mini-pelletmill_1600165109407.html [20] Vatskicheva Grigorova, “STUDY OF TWO-SHAFT SHREDDER FOR CRUSHING OF CONCRETE, RUBBER, PLASTIC AND WOOD”, Materials, Methods & Technologies, Vol 11, 2017, pp 238-253 [21] Trịnh Chất Lê Văn Uyển, TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ TẬP MỘT, NXB Giáo Dục, 2006 [22] Nguyễn Hữu Lộc, CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2013 85 [23] Mushiri, “Design of a sawdust pelleting machine”, Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations Management Rabat, Morocco, 2017 [24] Phạm Thị Băng Hải, “Nghiên cứu thiết kế máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp làm nhiên liệu”, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2012 [25] https://www.equipmentimes.com/product/details/Tree-Leaves-CuttingMachine_12424.html [26] Nguyễn Bin, CÁC QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA CHẤT VÀ THỰC PHẨM TẬP HAI, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2003 [27] Xokolov, CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT THỰC PHẨM, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1976 [28] Maraver Carpio, “Chapter - Biomass Pelletization Process”, WIT Transactions on State of the Art in Science & Engineering, Vol 85, 2015, ISSN 17558336 [29] Abubakre cộng sự, “Design and Fabrication of Model Feed Pelletizer”, Applied Mechanics and Materials, Vol 533, 2014, pp 64-67 [30] Chopra Jain, “A Review of Fixed Bed Gasification Systems for Biomass”, Agricultural Engineering International : the CIGR Ejournal, Vol 9, 2007, pp 1-23 86 PHỤ LỤC Bao gồm vẽ chi tiết thiết kế đính kèm Máy cắt bao gồm bảng vẽ: • Bảng vẽ máy cắt • Bảng vẽ bánh chủ động máy cắt • Bảng vẽ bánh bị động máy cắt • Bảng vẽ trục dao cắt Máy nén viên bao gồm bảng vẽ: • Bảng vẽ máy nén viên • Bảng vẽ bánh chủ động máy nén viên • Bảng vẽ bánh bị động máy nén viên • Bảng vẽ lơ nén • Bảng vẽ khn nén • Bảng vẽ trục máy nén viên 87 MÁY CẮT LÁ CÂY BÁNH RĂNG CHỦ ĐỘNG MÁY CẮT BÁNH RĂNG BỊĐỘNG MÁY CẮT TRỤC DAO CẮT BÁNH RĂNG BỊĐỘNG MÁY NÉN VIÊN BÁNH RĂNG CHỦ ĐỘNG MÁY NÉN VIÊN BÁNH RĂNG BỊĐỘNG MÁY NÉN VIÊN LƠ NÉN KHN NÉN TRỤC CHÍNH MÁY NÉN VIÊN ... nghiên cứu Tính kiểm tra thiết kế h? ?? thống sản xuất viên nén bao gồm: máy cắt máy nén viên công suất 50 kg /h Đưa thông số thiết kế máy cắt máy nén viên có tính khả thi 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên... h? ?? thống máy ép viên nén từ cơng suất 400kg/ngày Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu tính tốn, thiết kế máy băm nghiền nhựa công suất 10 kg /h, máy băm, nghiền công suất 50 kg /h máy tạo viên nén công. .. công suất 50 kg /h Tuy nhiên, kết tính tốn, thiết kế cịn số h? ??n chế chưa đưa thi công thực tế nên cần phải tính tốn, kiểm tra lại 1.3 Giới thiệu h? ?? thống máy ép viên nén Thông thường, quy trình cơng