Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm máy ép viên đa nguyên liệu 2

25 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2 1 Quy trình công nghệ sản xuất viên nén và các yêu tố ảnh hưởng đến chất lượng Quy trình công nghệ sản xuất viên nén đa nguyên liệu từ sinh khối như gỗ, mùn cưa, rơm, cỏ hiện đang thịnh hành trên thế giới theo sơ đồ hình 2 1 Tùy theo phụ, phế liệu mà quy trình này có thể thay đổi theo hướng tăng và giảm các nguyên công và chế độ làm việc của các thiết bị 2 1 1 Công đoạn sấy Sau khi được định lượng nguyên liệu được đưa đến buồng sấy và được sấy đến độ ẩm thích h.

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất viên nén yêu tố ảnh hưởng đến chất lượng Quy trình cơng nghệ sản x́t viên nén đa nguyên liệu từ sinh khối gỗ, mùn cưa, rơm, cỏ … thịnh hành giới theo sơ đồ hình 2.1 Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ sản x́t viên nhiên liệu Tùy theo phụ, phế liệu mà quy trình thay đổi theo hướng tăng giảm nguyên công chế độ làm việc thiết bị 2.1.1 Công đoạn sấy Sau định lượng nguyên liệu đưa đến buồng sấy sấy đến độ ẩm thích hợp khoảng 15% Đối với sấy nguyên liệu thường sử dụng máy sấy dạng băng tải nguyên công 2.1.2 Công đoạn nghiền Đối với một số nguyên liệu rơm, rạ sau băm cắt xuống kích thước 1÷3 cm đưa vào máy nghiền Kích thước sau nghiền từ (1,2 ÷ 1,8)mm dạng sợi nhỏ Ở ta lựa chọn nguyên lý máy nghiền búa 2.1.3 Công đoạn xử lý vật lý Nguyên liệu sau nghiền để tăng khả kết dính, tăng độ bền viên giảm bụi ép cần bổ sung chất phụ gia dầu nhớt thải, rỉ mật,…để sau ép thành viên nén có chất lượng viên nén tốt tăng tỷ lệ thu hồi viên nén cho suất viên nén cao 25 2.1.4 Công đoạn ép viên Sau nguồn ngun liệu có kích thước đợ ẩm thích hợp bắt đầu thực cơng đoạn ép viên Ngun liệu đưa vào miệng nạp nguyên liệu máy ép viên hệ thống băng tải, vít tải, nhờ hệ thống để cung cấp nguyên liệu một cách đặn vào miệng nạp nguyên liệu máy nén viên Nguyên liệu sau đưa vào nén lại thành dạng viên nén đưa ngồi Cơng đoạn ép viên cơng đoạn trình tạo viên nhiên liệu Việc lựa chọn kiểu thiết bị ép phù hợp với loại vật liệu, điều kiện quy trình ép hợp lý cho ta tính śt sản phẩm có chất lượng cao Ngược lại, yếu tố khơng đáp ứng chất lượng sản phẩm bị ảnh hưởng 2.1.5 Công đoạn làm nguội Viên nén sau tạo có nhiệt đợ cao đưa vào hệ thống làm mát băng tải, Cyclone máy làm mát làm giảm nhiệt đợ viên nén mang đóng gói đem tiêu thụ 2.1.6 Công đoạn sàng Tại công đoạn phần vụn viên sàng lọc phân loại hồi trở lại máy ép thông qua hệ thống băng tải 2.2 Nguyên lý làm việc máy ép viên nhiên liệu 2.2.1 Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên Ép viên cơng đoạn q trình tạo viên nhiên liệu Việc lựa chọn kiểu thiết bị ép phù hợp với loại vật liệu, điều kiện quy trình ép hợp lý nâng cao suất chất lượng sản phẩm, giảm chi phí lượng riêng, giảm giá thành chế tạo máy Vì việc phân tích lựa chọn nguyên lý thiết kế máy ép viên vấn đề rất cần thiết Để ép viên nhiên liệu, nước thường áp dụng nguyên lý sau [3,5,19,35,36] a Máy ép viên kiểu piton máy ép viên kiểu vít xoắn Có ưu điểm kết cấu đơn giản chế tạo rất đơn giản lại có nhược điểm mài mịn vỏ ṛt vít diễn rất nhanh lực ma sát phát sinh rất lớn trình ép 26 Tuổi thọ chi tiết tồn (làm việc được) khoảng vài chục tiếng đồng hồ cho ruột vài chục ngày cho vỏ vít Như ṛt vỏ vít thường xun phải thay thế, nhược điểm lớn nhất cho thiết bị ép kiểu trục vít b Máy ép viên khuôn vành Là loại máy ép viên kiểu khuôn quay ứng dụng rộng rãi ngành chế biến thức ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành chia làm thành loại hình 2.2 [3] Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy ép viên kiểu khuôn vành khuôn phẳng a Ép viên khuôn vành lô; b Ép viên khuôn vành lô côn; c Ép viên khuôn vành lô (1 to + nhỏ); d Ép viên khuôn phẳng lô trụ; e Ép viên khuôn phẳng lô côn Máy ép viên khn vành có lơ ép nằm bên khn Cả khn lơ quay, q trình làm việc lô đẩy nguyên liệu xuyên qua lỗ khuôn Hình 2.3 Khn lơ ép máy ép viên kiểu khuôn vành [3] 27 Ưu điểm: Năng suất cao Chi phí lượng riêng thấp Nhược điểm: Khn ép khó chế tạo so với khn phẳng nên giá thành cao hơn, tháo lắp phức tạp Chỉ áp dụng cho ngun liệu dạng bợt có tính đồng cao góc chèn ép nguyên liệu vào lỗ khuôn lô khuôn ép nhỏ Nguyên liệu đưa vào không khô để tạo một lực ma sát để vùng lên nguyên liệu tạo thành một lớp mỏng bám thành khuôn đảm bảo cho lô đểu ăn nhiên liệu đồng đều, tránh tượng có lơ không làm việc làm giảm suất gây hư hỏng nhanh Điều chỉnh khe hở lô với khn ép địi hỏi đợ xác đồng cao Viên ép sau cắt rơi xuống theo quán tính quay trịn khn ép bị văng vào thành vỏ máy nên dễ bị vỡ c Máy ép khn phẳng Máy ép khn phẳng gồm có hai loại: kiểu khuôn quay kiểu lô ép quay Loại khn quay thường dùng với máy có cơng śt nhỏ sử dụng Loại lơ ép quay sử dụng phổ biến so với loại khuôn quay kết cấu bộ phận truyền động đơn giản suất cao Loại lô ép quay thường có kết cấu theo hai dạng: Lơ hình trụ lơ hình Hình 2.4 Bợ phận ép khuôn phẳng dạng lô trụ lô côn [3] Máy ép viên khuôn phẳng khắc phục hạn chế máy ép viên khuôn vành như: Dễ chế tạo thay khuôn bị hư hỏng Khe hở khn lơ ép điều chỉnh dễ dàng, thao tác đơn giản Góc ăn nguyên liệu lô khuôn phẳng lớn so với khn vành nên ứng dụng cho nguyên liệu dạng thô, sợi Khi bề 28 mặt làm việc khn bị mịn lật mặt trái để sử dụng, nâng cao tuổi thọ khuôn Do nguyên liệu vào buồng ép từ xuống, đồng thời có tấm gạt bề mặt khuôn nguyên liệu phân bố đồng bề mặt khn, dù vị trí khn ép viên Viên ép cứng hơn, bụi bợt Viên ép sau cắt rơi thẳng xuống theo trọng lượng thân đưa dễ dàng nhờ đĩa dao gạt, viên không bị va chạm với vỏ máy nên tỉ lệ viên vỡ Máy ép viên kiểu khuôn vành sử dụng phương pháp ép nửa khô, ép nhiệt lượng sinh tương đối lớn, đạt tới 700C lớn nữa, dễ làm hư hỏng bợ phận ngun liệu có tính nhạy cảm với nhiệt Thông thường người ta dùng phương pháp giảm chiều dài lỗ khuôn để giảm thấp tăng nhiệt Nhưng phương diện khác giảm ngắn chiều dài hữu hiệu khn dẫn tới làm tăng lượng bụi bột sinh ép, tỉ lệ thành phẩm giảm thấp xuống kéo theo giảm độ cứng viên Khắc phục tình trạng người ta dùng khn phẳng, không cần giảm độ dài hữu hiệu khuôn mà giảm thấp nhiệt đợ viên cách thiết kế ống nước làm nguội trực tiếp vừa giữ độ cứng viên vừa giảm nhiệt độ viên Truyền động sử dụng dây đai hình thang, bánh vít - trục vít cặp bánh côn, truyền động ổn định tiếng ồn thấp 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ép viên Để đạt suất sản xuất viên nén chất lượng viên nén tốt đáp ứng yêu cầu người sử dụng, cần phải quan tâm nhiều có cách xử lý tối ưu nhất tới yếu tố ảnh hưởng đến trình làm việc máy ép viên như: 2.3.1 Độ ẩm nguyên liệu đưa vào ép Đây thông số quan trọng q trình ép viên, đợ ẩm q khơ làm ma sát thành lỗ với nguyên liệu tăng cao dẫn đến làm tăng lượng bụi bột, tăng phản lực ép dẫn đến vỡ khn Đợ ẩm cao làm cho liên kết viên yếu làm viên dễ vỡ Qua tham khảo một số tài liệu thấy độ ẩm nguyên liệu phù hợp cho ép viên (12 ÷ 22)% [5] 29 2.3.2 Vận tốc tương đối lô ép với khuôn ép Vận tốc tương đối lơ với khn ép có ảnh hưởng tới suất chất lượng tạo viên Tuy nhiên vận tốc tăng một phạm vi nhất định suất tăng theo, vận tốc tăng (vận tốc cao) khả ép lại Ngoài vận tốc lên cao ảnh hưởng tới trình chạy ổn định máy, vận tốc tương đối lô với khuôn nên lấy khoảng (2÷5)m/s [6] 2.3.3 Khe hở lô khuôn ép Khe hở lô với khn có ảnh hưởng rất lớn tới áp lực ép dẫn đến ảnh hưởng tới chất lượng viên ép Thông thường khe hở ép thường nằm khoảng (0,3÷1,2)mm loại nguyên liệu khác Khoảng cách nhỏ viên chặt 2.3.4 Kết cấu chất lượng chế tạo khuôn ép lô ép Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép lơ ép tốt góp phần tăng śt, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất Trong q trình làm việc, khn lơ ép hai bợ phận chịu ảnh hưởng lớn nhất q trình ép, chịu ảnh hưởng phản lực nén ép có hướng vng góc với mặt khn, lực ma sát song song với mặt khn lơ ép cịn đồng thời chịu ảnh hưởng lực li tâm Vì q trình tính tốn, thiết kế cần lưu ý tới yếu tố để lựa chọn vật liệu kết cấu cho phù hợp 2.3.5 Áp lực ép Để ép viên có hình dạng đợ bền nhất định khn ép lô ép buộc phải chịu một áp lực rất lớn để tạo sức ép làm cho vật liệu thoát khỏi lỗ khn Áp lực dẫn tới vỡ tức thời khuôn, thời gian làm việc vượt tạo tổn thương mỏi khuôn làm ảnh hưởng tới chất lượng viên ép thành phẩm Bởi vậy, việc chọn vật liệu phương pháp chế tạo khuôn nhân tố rất quan trọng định tính bền khn 30 2.3.6 Nhiệt độ Trong q trình tạo viên, khn chịu sức ép co dãn vật liệu ép lô nén ép vật liệu vào lỗ khuôn gây ma sát vật liệu với vật liệu ma sát vật liệu với khuôn lô ép làm phát sinh nhiệt buồng ép viên Nhiệt phát sinh lớn làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi thành phần nguyên liệu ảnh hưởng đến tỷ lệ viên thành phẩm xuất máy ép 2.4 Cơ sở lý thuyết đánh giá viên nén 2.4.1 Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất viên nén Trong trình sản xuất viên nén yếu tố trình sản xuất ảnh hưởng đến chất lượng viên nén là: Q trình nghiền vật liệu, trình sấy vật liệu, trình nén tạo viên trình làm mát viên nén 2.4.1.1 Ảnh hưởng trình nghiền vật liệu đến chất lượng viên nén Vật liệu ban đầu bao gồm vật liệu gỗ mùn cưa, vỏ trấu hay dăm gỗ có kích thước, hình dạng đợ ẩm khác Để đảm bảo cho trình sấy vật liệu trình nén tạo viên vật liệu phải làm nhỏ đến kích thước thích hợp đồng Các dạng ngun kiệu thường có kích thước lớn khơng đồng (> 25mm) Kích thước thích hợp cho q trình sản x́t viên nén vật liệu (< 1mm), với kích thước đảm bảo q trình sấy đợ ẩm vật liệu đồng trình nén vật liệu tạo viên nén có đợ bền học cao Q trình nghiền đặc trưng tỉ số nghiền: 𝑖= 𝐷0 𝐷 Trong đó: i tỉ số nghiền (m/m) D0 kích thước vật liệu trước nghiền (m) D kích thước vật liệu sau nghiền (m) Tỉ số nghiền kích thước hạt liên quan đến trình lựa chọn thiết bị nghiền 31 (2.1) 2.4.1.2 Ảnh hưởng trình sấy đến chất lượng viên nén Sấy mợt q trình quan trọng nhất trình sản xuất viên nén gỗ lượng Quá trình sấy đảm bảo đợ ẩm vật liệu đạt thích hợp nhất cho q trình nén tạo viên Đợ ẩm thích hợp nhất cho q trình nén (12÷15)%, với đợ ẩm q trình nén tạo kết dính vật liệu tạo nên đợ bền học sản phẩm Hiện phương pháp sản xuất công nghiệp lựa chọn phương thức sấy thùng quay tính tiện lợi Sấy thùng quay phù hợp với vật liệu hạt tơi vừa đảm bảo suất ổn định trình thao tác vận hành dễ dàng Ngồi sấy thùng quay cịn sử dụng phương thức khác q trình sấy thổi khí Hàm ẩm vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến trình hình thành viên nén trình nén tạo viên gián tiếp ảnh hưởng đến đợ bền học viên nén trình vận chuyển Trong trình sấy vật liệu gỗ mùn cưa vật liệu dễ cháy việc lựa chọn tác nhân sấy cho hệ thống sấy quan trọng, nhiệt độ sấy ảnh hưởng đến trình sấy Tác nhân sấy phù hợp cho trình sấy mùn cưa tác nhân sấy khói lị với nhiệt độ sấy khoảng 350ºC 2.4.1.3 Ảnh hưởng trình nén đến chất lượng viên nén Quá trình nén cơng đoạn cuối q trình sản x́t viên nén Hiện có mợt số phương pháp nén tạo viên sử dụng nén piton khí, nén piton thủy lực, nén trục vít nén hệ thống Rolling Lực nén trình nén vô quan trọng, với lực nén lớn tạo cho sản phẩm có đợ bền học cao khối lượng riêng lớn Hiện trình nén sử dụng phương thức nén Rolling sử dụng chủ yếu khả tạo áp suất nén thiết bị lớn cấu tạo đơn giản Q trình nén tạo viên ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu chuẩn chất lượng viên nén là: khối lượng riêng viên nén đợ Fine viên nén q trình bảo quản, tồn chứa vận chuyển 32 Trong trình nén có yếu tố ảnh hưởng đến q trình gồm: (i) Tính chất kết dính vật liệu; (ii) khả nén máy; (iii) Tính chất ma sát lỗ thoát viên nén; (iv) Chiều dài đường kính lỗ khn; (v) Khoảng cách từ Rolling nén đến lỗ thoát viên; (vi) Tần số nén, tốc đợ Rolling q trình viên sau khỏi lỗ Với khoảng cách từ lỗ nén đến bi nén khoảng cách từ 0÷1 giúp giảm lượng nén xuống lượng nén giảm xuống 30% 2.4.1.4 Ảnh hưởng trình làm mát tới chất lượng viên nén gỗ [37] Sau trình nén tạo viên nhiệt đợ viên nén tăng rất cao lên đến 100ºC, lúc cần làm mát viên nén nhanh để thành phần Lignin vật liệu co lại tạo nên đợ kết dính viên Để đảm bảo việc làm mát nhanh viên nén, có phương pháp làm mát trực tiếp khơng khí thiết bị làm mát Quá trình làm mát trực tiếp khơng khí đảm bảo làm mát viên nén xuống nhiệt đợ gần với nhiệt đợ phịng 2.5 Các tiêu đánh giá chất lượng viên nén [20] 2.5.1 Độ ẩm Nguyên lý phương pháp: Mẫu than sấy (105 ÷ 110)oC dịng khí nitơ khơ ẩm hấp thụ ống hấp thụ chứa chất làm khô Sự tăng khối lượng ống hấp thụ hàm lượng ẩm than Phần ẩm than bao gồm phần ẩm sau đây: - Phần ẩm hấp thụ bề mặt hạt than - Phần ẩm ngưng tụ mao quản hạt than - Phần ẩm trộn lẫn học với than - Phần ẩm nước kết tinh mợt số muối vơ phần khống - Phần ẩm liên kết 2.5.2 Hàm lượng tro Nguyên lý phương pháp : Tro phần lại than sau đốt cháy hoàn toàn phần hữu than Tro than chủ yếu bao gồm oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2,… 33 Mẫu đốt lị nung khơng khí nhiệt đợ (815± 15)oC trì nhiệt đợ tới khối lượng không đổi Phần trăm tro tính từ khối lượng phần trăm cịn lại sau đốt mẫu 2.5.3 Hàm lượng chất bốc Chất bốc thành phần hữu dễ bay nguyên liệu Khi nung nóng ngun liệu điều kiện khơng có khơng khí nhiệt đợ cao thành phần khơng bền vững bị phân hủy ngồi dạng khí 2.5.4 Xác định nhiệt trị Nhiệt trị thông số quan trọng nhất nguyên liệu, dựa vào nhiệt trị phân tích ta tính toán HHV LHV nguyên liệu, phối hợp với hàm ẩm nhiên liệu ta xác định lượng nhiệt cần thiết thực tế để chuyển nguyên liệu từ dạng khô sang dạng ướt lượng nhiệt thực hữu ích nhiên liệu (điều kiện làm việc vật liệu đốt) 34 ... trở lại máy ép thông qua hệ thống băng tải 2. 2 Nguyên lý làm việc máy ép viên nhiên liệu 2. 2.1 Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên Ép viên công đoạn q trình tạo viên nhiên liệu Việc... ngành chế biến thức ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành chia làm thành loại hình 2. 2 [3] Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy ép viên kiểu khuôn vành khuôn phẳng a Ép viên khuôn vành lô; b Ép viên. . .2. 1.4 Công đoạn ép viên Sau nguồn nguyên liệu có kích thước đợ ẩm thích hợp bắt đầu thực công đoạn ép viên Nguyên liệu đưa vào miệng nạp nguyên liệu máy ép viên hệ thống băng