nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100 kg-h, chế tạo máy ép rơm

Xuất phát từ vấn đề trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu” nhằm biến rơm rạ từ một loại phế phẩm nông nghiệp thành nguồn năng lượng thân thi

Bộ công thương Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài KHCN

M số: 121.11RD/HĐ-KHCN

Tên đề tài:

“Nghiờn cứu thiết kế dõy chuyền ộp rơm làm nhiờn liệu, năng suất 100 kg/h, chế tạo mỏy ộp rơm “

Cơ quan chủ quản: Bộ cụng thương

Cơ quan chủ trỡ: Viện NCTKCT mỏy nụng nghiệp

Chủ nhiệm đề tài: KS Mai Thanh Huyền

Hà Nội , 2011

Bộ công thương Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài KHCN

Viện NCTKCT mỏy nụng nghiệp

KS Mai Thanh Huyền

Hà Nội, 2011

DANH SÁCH NH ỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT H ọ và tên H ọc vị, học hàm

chuyên môn

C ơ quan

1 Mai Thanh Huyền Kỹ sư Viện NCTKCT máy nông nghiệp

2 Nguyễn Tường Vân Tiến sỹ Viện NCTKCT máy nông nghiệp

3 Nguyễn Tuấn Anh Thạc sỹ Viện NCTKCT máy nông nghiệp

1

Năng lượng và ô nhiễm môi trường hiện đang là hai vấn đề quan tâm hàng đầu của nhân loại Một nghịch lý đang diễn ra trong thế giới của chúng ta, đó là: khoa học công nghệ ngày càng phát triển, đời sống con người ngày một nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều và ô nhiễm môi trường cũng gia tăng Nguyên nhân là do không khí bị ô nhiễm bởi các loại khí độc hại như NOx,

CO2, HC … những hợp chất có trong thành phần khí thải công nghiệp và khí xả

do các loại động cơ thải ra Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa gia tăng và rừng bị chặt phá dẫn đến nồng độ các khí thải trong không khí ngày càng cao, gây ra hiệu ứng nhà kính và tăng nhiệt độ trái đất Kết quả là băng tan ở Bắc cực và Nam cực, mực nước biển dâng cao, nhiều vùng đất ven biển và các quốc gia hay vùng lãnh thổ thấp hơn mực nước biển có nguy cơ biến mất

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng củi để nấu chín thức ăn và sưởi ấm Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỉ XX khi con người tìm ra nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ… và sử dụng nó thay thế củi Kể từ đó, hầu như con người bị lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch: từ động cơ hơi nước được thay thế bởi động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, từ khí đốt giúp sưởi ấm trong mùa đông giá lạnh cho đến sử dụng dầu mỏ, khí đốt vào nấu ăn, chế biến thực phẩm … Tuy nhiên, nhiên liệu hóa thạch không phải là vô hạn và đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt do sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế Yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lượng mới thay thế dần cho nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch Một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay là phát triển nhiên liệu có nguồn gốc sinh học, vừa cung cấp năng lượng vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Việt Nam là nước Nông nghiệp với diện tích trồng lúa rất lớn Do đó Việt Nam có tiềm năng về năng lượng từ nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp rất lớn Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp rơm rạ còn rất hạn chế do nhiều nguyên nhân

2

như: giá trị sử dụng thấp, tỷ trọng thấp, vận chuyển khó khăn, chi phí vận chuyển lớn… nên mới chỉ có một phần rất nhỏ rơm rạ được sử dụng vào trồng nấm hay làm phân hữu cơ còn phần lớn rơm rạ sau khi thu hoạch lúa được đốt trực tiếp ngay trên cánh đồng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Xuất phát từ vấn đề trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế dây

chuyền ép rơm làm nhiên liệu” nhằm biến rơm rạ từ một loại phế phẩm nông

nghiệp thành nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, có giá trị sử dụng cao, và an toàn là một hướng đi đúng có ý nghĩa về kinh tế, môi trường và an ninh năng lượng

xi măng, các nhà máy này dùng tro để làm chất trộn lẫn với xi măng với giá rẻ, không gây hại cho môi trường Nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ ở Thái Lan dự tính sẽ

là tiết kiệm được 88.000 tấn than đá hay 59 triệu lít chất đốt là dầu Chủ thầu xây dựng Nhà máy sản xuất điện năng này - AT Biopower đã xây dựng 4 nhà máy sản xuất điện từ rơm rạ trị giá 27 triệu đô-la ở miền Trung Thái Lan Nhà máy sản xuất điện đặt tại tỉnh Pichit sẽ tiêu thụ 150.000 tấn rơm rạ mỗi năm đưa lại nhiều việc làm cho người dân địa phương, từ công việc thu mua rơm rạ, đóng thành kiện, chuyên chở về nhà máy và trực tiếp tham gia sản xuất… Sản phẩm điện sẽ được bán cho công ty điện lực quốc gia Indonesia, với doanh thu 9 triệu 300 ngàn đô-la mỗi năm, rơm rạ bán cho các công ty xi măng với trị giá 500 nghìn đô-la mỗi năm Trong khi

đó nhà máy ở Bali có công suất khoảng 22 megawat được vận hành vào cuối năm

2006 đã cung cấp điện cho 60.000 hộ gia đình ở Bali

Theo tổ chức năng lượng quốc tế (IEA) cho thấy, ước tính rằng nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 13% trong tổng số nguồn năng lượng cơ bản toàn thế giới Khoảng 80% trong số này là dưới dạng sinh khối đốt cháy được -

đa phần là gỗ, than hầm, phụ phẩm trong trồng trọt: rơm rạ hoặc những chất thải khác dùng để đốt cho nấu ăn, sưởi ấm và những hoạt động khác

Một sản phẩm từ rơm mang lại hiệu quả kinh tế cao, được thị trường thế giới ngày càng ưa chuộng đó là trồng nấm, phần còn lại chúng ta có thể sử dụng vào mục

4

đích khác như chuyển đổi thành năng lượng để sử dụng ngay trong lĩnh vực nông nghiệp (tạo ra nguồn năng lượng tạo ra nguồn chế biến nông lâm hải sản)

1.2 Tình hình sử dụng rơm trong nước

Mấy năm gần đây, rơm rạ không còn là chất đốt chủ yếu ở nông thôn do các nhiên liệu khác thay thế như: điện, khí gas, than…thay thế; máy cày được thay thế cho con trâu, con bò trên đồng ruộng Vì vậy, sau mùa gặt rơm rạ không còn được thu gom vận chuyển về nhà như trước đây mà được đốt ngay tại ruộng, hiện tượng này ngày càng phổ biến trên toàn quốc

Hình 1.1 Một số hình ảnh đốt rơm rạ trên cánh đồng [12]

5

Đốt rơm, rạ chẳng những lãng phí nguồn nhiên nguyên liệu mà còn gây ô nhiễm môi trường, mất an toàn giao thông (do khói làm cho tầm quan sát bị hạn chế) Theo các nhà khoa học, khói bụi khi đốt rơm, rạ làm ô nhiễm không khí, gây tác hại lớn đối với sức khỏe con người Trẻ em, người già, và người có bệnh

hô hấp, bệnh mạn tính, dễ bị ảnh hưởng nhất

Theo các nhà khoa học cho biết, thành phần các chất gây ô nhiễm không khí do đốt rơm, rạ, tác động đến sức khỏe con người là các dẫn xuất của đioxin rất độc hại, có thể là tiềm ẩn gây ung thư Các thành phần chính của rơm, rạ là những hydratcacbon gồm: licnoxenlulozơ, 37,4%; hemixenlulozơ (44,9%); licnin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9, đến 14% Đó là điều gây cản trở việc sử dụng rơm, rạ một cách kinh tế Thành phần licnoxenlulozơ trong rơm,

rạ khó phân hủy sinh học

Đốt rơm, rạ trực tiếp ngay trên đồng ruộng gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng Các chất hữu cơ trong rơm

rạ và trong đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao Đồng ruộng bị khô, chai cứng, một lượng lớn nước bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm, rạ Quá trình đốt rơm, rạ ngoài trời không kiểm soát được lượng đioxit cacbon CO2, phát thải vào khí quyển cùng với cacbon monoxit CO; khí metan

CH4; các oxit nitơ NOx; và một ít đioxit sunfua SO2

Vấn đề đặt ra là nên giải quyết rơm, rạ như thế nào?

Qua phân tích trên đây cho thấy, ở nước ta, từ lâu đời đã biết trồng nấm rơm ngay ngoài trời tận dụng diện tích trống Ngoài ra người ta có thể sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rơm, rạ như ở Bình Giang, Hải Dương cũng là một cách giải quyết rơm rạ sau thu hoạch Mặt khác một phần nhỏ rơm rạ người ta có thể, đệm lót vận chuyển hàng hóa dễ vỡ, vận chuyển hoa quả …

Tuy nhiên trong bối cảnh năng lượng ngày từ nguồn nguyên liệu hóa thạch

ngày một khan hiếm thì việc sử dụng rơm rạ để tạo ra “viên nhiên liệu” là một

6

hướng nghiên cứu mang lại tính kinh tế hơn cả so với các mục đích sử dụng khác

1.3 Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu

I.3.1 Khái niệm về viên nhiên liệu

Viên nhiên liệu là một sản phẩm nhiên liệu sinh học được sản xuất trực tiếp hoặc gián tiếp từ chất thải nông nghiệp (biomass) hoặc lâm nghiệp

I.3.2 Phân loại viên nhiên liệu

Có rất nhiều phương pháp phân loại viên nhiên liệu:

Dựa vào nguồn gốc phát sinh của nguyên liệu, viên nhiên liệu chia thành các loại sau:

- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thực phẩm như trấu, rơm, lõi ngô, bã sắn, vỏ cà phê, bã mía …

- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm của ngành chế biến gỗ và lâm nghiệp như mùn cưa, dăm gỗ, gỗ cành …

- Viên nhiên liệu làm từ rác thải khó phân hủy – RDF (refuse derived fuel)

Hình 1.2 – Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau

7

Dựa vào hình dạng và kích thước, viên nhiên liệu chia thành 2 loại:

- Pellet: viên nén hình trụ có đường kính D = 6 ÷ 25 mm, chiều dài L ≤ (4 ÷ 5)D

- Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có đường kính D > 25mm

Viên nhiên li ệu

Ép viên Làm nguội

Đóng gói

8

1.3.4 Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu

1.3.4.1 Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu trên thế giới

1.3.4.1.1 Tình hình sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất viên nhiên liệu ra đời sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ thế giới cuối những năm 70 của thế kỷ XX (năm 1973 ở Châu Âu, 1979

ở Bắc Mỹ và 1982 ở Nhật Bản), nhưng phát triển mạnh từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX khi thế giới đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng và sự ô nhiễm môi trường do khí thải sinh ra từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch Hàng năm lượng nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong công nghiệp và đời sống thải ra khoảng

25 tỷ tấn khí độc hại và khí nhà kính làm cho trái đất ấm dần lên và khí hậu biến động bất thường Các báo cáo công bố gần đây của IPCC và của nhiều trung tâm nghiên cứu về biến đổi khí hậu cho thấy: nhiệt độ trái đất tăng lên 2 ÷ 3oC và mực nước biển tăng 0,8m trong vòng 100 năm gần đây; nồng độ khí cacbon dioxyt (CO2) tăng 30% (từ 280 ppm lên đến 360 ppm) và khí mêtan (CH4) tăng 90% so với thời kỳ tiền công nghiệp [13]

Viên nhiên liệu đầu tiên trên thế giới được sản xuất từ mùn cưa và phế thải ngành sản xuất gỗ; sau đó mới chuyển sang các loại nguyên liệu có nguồn gốc thực vật khác như vỏ trấu, thân cây, rơm, cỏ các loại v.v Dựa vào năng lực sản xuất và khả năng cung ứng viên cho thị trường, các nước sản xuất viên nhiên liệu được chia thành ba nhóm:

- Nhóm dẫn đầu bao gồm Thụy Điển, Mỹ và Canada với tổng công suất sản xuất hàng năm là 3,5 triệu tấn

- Nhóm thứ hai bao gồm các nước ở Châu Âu với công suất sản xuất hàng năm là 200 ÷ 600 nghìn tấn như Áo, Đức, Đan Mạch, Latvia, Ba Lan…

- Nhóm thứ ba bao gồm các nước có công suất sản xuất nhỏ hơn 200 tấn/năm Nhóm này chủ yếu là các thị trường mới nổi ở Châu Á và

9

Châu Mỹ Latinh như Trung Quốc, Braxin, Nhật Bản …

Sản lượng viên nhiên liệu của một số nước được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 – Sản lượng viên nhiên liệu của thế giới và một số quốc gia

Đơn vị: Nghìn tấn Quốc gia 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Châu Á và Châu Mỹ Latinh là những thị trường mới nổi trong ngành sản xuất viên nhiên liệu (trừ Nhật Bản), sản lượng viên gỗ sản xuất tại các châu lục này còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ nội địa Vì thế, các nước ở

Châu Á và Nam Mỹ vẫn phải nhập viên gỗ Tuy nhiên, Châu Á lại là nơi có tiềm

năng rất lớn trong việc sản xuất viên nhiên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ trấu, bã sắn …, đặc biệt là vỏ trấu vì nơi đây cung cấp 95% sản lượng

vỏ trấu toàn thế giới

10

1.2.4.1.2 Tình hình sử dụng viên nhiên liệu trên thế giới

Viên nhiên liệu được sử dụng làm nhiên liệu cung cấp cho hệ thống lò sưởi gia đình và các lò đốt công nghiệp, thay thế một phần hoặc hoàn toàn các loại nhiên liệu truyền thống như than, dầu, xăng … Hiện nay nhu cầu sử dụng

và tiêu thụ viên nhiên liệu của thế giới ngày càng tăng, cầu đang vượt cung

Năm 2009, thế giới tiêu thụ khoảng 10 triệu tấn viên nhiên liệu, trong đó Châu Âu là 8 triệu tấn và Canada là 100 nghìn tấn; số còn lại phân bố cho Mỹ và các nước khác (hình 1.5)

Các nước tiêu thụ viên nhiên liệu lớn nhất Châu Âu là Thụy Điển, Đan Mạch, Italy, Hà Lan, Đức, Áo và Bỉ, chiếm khoảng 95% tổng lượng viên nhiên liệu của toàn Châu Âu, trong đó gần một nửa lượng viên nhiên liệu sử dụng với mục đích sưởi ấm và đun nấu trong gia đình; nửa còn lại dùng để làm nhiên liệu cung cấp nhiệt cho các nhà máy quy mô vừa và lớn hoặc hệ thống lò sưởi trung tâm [12]

Mới đây, tập đoàn Submachine ở Châu Âu vừa cho ra đời máy phát điện

chạy bằng viên nhiên liệu sản xuất từ phế liệu nông nghiệp có tên là Pellet

Submachine Viên nhiên liệu có đường kính 6 mm và dài khoảng 30 mm được sử

dụng rất hiệu quả cho loại máy này Qua so sánh người ta thấy rằng: điện năng

11

thu được từ việc đốt 2 kg viên nhiên liệu tương đương với lượng điện năng thu được khi đốt 1 lít dầu diesel Trong khi đó giá thành 1 lít dầu diesel đắt gấp 4 lần giá thành của 2 kg viên nhiên liệu Mặt khác sử dụng dầu diesel còn thải ra khí thải độc hại như bụi chì và lưu huỳnh, khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính; trong khi

đó khí CO2 thải ra từ quá trình đốt viên nhiên liệu được tuần hoàn luân chuyển theo chu kỳ năng lượng sinh học nên không gây khí nhà kính [12]

Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada), viên nhiên liệu được sử dụng trong các lò sưởi gia đình Từ năm 1998 lò sưởi sử dụng viên nhiên liệu bắt đầu được xuất khẩu và nhanh chóng trở thành mặt hàng xuất khẩu tiềm năng: trong vòng 10 năm, Bắc Mỹ đã xuất khẩu 735 nghìn chiếc lò sưởi dùng viên nhiên liệu Ngoài

ra, viên nhiên liệu còn được sử dụng như là nguồn nhiên liệu phát điện Đây là vừa là cơ hội vừa là thách thức đối với ngành sản xuất viên nhiên liệu

1.3.4.2 Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu ở Việt Nam

1.3.4.2.1 Tình hình sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam

Ngành sản xuất viên nhiên liệu của Việt Nam bắt đầu từ năm 1990 khi một nhà sản xuất tư nhân đã nhập khẩu máy sản xuất viên nhiên liệu từ vỏ trấu (củi trấu) của Đài Loan Hơn 10 máy ép củi trấu được đưa vào sản xuất thử nghiệm tại 4 nhà máy xay xát gạo ở Đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, do thiếu sự hỗ trợ của chính phủ và cán bộ kỹ thuật, những nỗ lực về công nghệ và thương mại hóa sản phẩm củi trấu bị thất bại

Tháng 08 năm 2008, Công ty TNHH Hoàng Huynh thành lập nhà máy sản xuất củi trấu của tại Cai Lậy – Tiền Giang với công suất 6000 tấn củi trấu/tháng Quy trình sản xuất củi trấu như sau: trấu nguyên liệu được đưa vào một nhà kho riêng, rộng khoảng 100 m2 Máy hút tự động đưa trấu vào những chiếc ống dài bằng gỗ, phân phối cho năm máy ép củi trấu bằng công nghệ ép với lực xoáy theo trục ngang, kết hợp với sức nóng gần 800oC, tán vỏ trấu thành bột trước khi cho ra củi trấu Những thanh củi trấu sau khi ép được cắt thành từng đoạn

12

khoảng 35cm, nặng chừng 2 kg, theo băng chuyền ra khu vực đóng gói bên ngoài (theo Sài Gòn Times – 05/09/2009)

1.3.4.2.1 Tình hình sử dụng viên nhiên liệu ở Việt Nam

Đối với Việt Nam nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là từ phụ phế phẩm nông nghiệp vẫn chưa được quan tâm đúng mức Hiện nay mới chỉ xuất hiện một vài đơn vị (Công ty, Viện nghiên cứu trong đó có Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp - RIAM) là quan tâm nghiên cứu và sản xuất viên nhiên liệu từ các nguồn sinh khối: mùn cưa, bã mía Riêng đối với RIAM đây là một chủ đề đã được quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm gần đây dựa trên nền tảng

đó Viện đã nghiên cứu và phát triển hầu hết các loại viên nhiên liệu từ phụ phế phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, lõi ngô, vỏ cà phê, mùn cưa…, đặc biệt đối với viên nhiên liệu từ rơm rạ thuộc nội dung nghiên cứu trong đề tài này cũng nằm trong kế hoạch nghiên cứu tổng thể về việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ phụ phế phẩm nông nghiệp Còn tình hình chung của Việt Nam viên nhiên liệu hiện vẫn chưa được sản xuất và sử dụng rộng rãi

Xuất phát từ các phân tích trên đây nhóm đề tài đã lựa chọn chủ đề nghiên

cứu: “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất

100kg/h, chế tạo máy ép rơm”

13

2.1.Quy trình công nghệ ép rơm làm nhiên liệu và lựa chọn thiết bị

Dựa vào hình dạng và kích thước thì viên nhiên liệu chia thành 02 loại:

* Pellet: viên nén hình trụ có đường kính φ = 6 ÷ 25 mm

* Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có đường kính lớn hơn 25mm

a Quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Pellet

Hoặc

b Quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Briquette

Trong phạm vi của đề tài nhóm tác giả chủ yếu đi sâu tìm hiểu nghiên cứu quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng Pellet làm mục tiêu nghiên cứu của đề tài này

Rơm sau khi thu gom nguyên liệu sẽ được cắt (băm) ngắn sơ bộ nhờ máy băm Nguyên liệu sau khi băm người ta có thể làm nhỏ hơn nữa nhờ máy nghiền hoặc có thể không cần qua nghiền đưa trực tiếp sang công đoạn ép viên

Băm, cắt

Nghiền Ép viên

Nguyên

liệu

Làm nguội

Băm, cắt Ép viên

Nguyên

liệu

Làm nguội

14

2.1.1.Công đoạn băm

Đối với trường hợp cần phải băm thiết bị dùng để thái băm người ta có thể lựa chọn 02 nguyên lý sau đây:

+Loại thái băm kiểu trống

Trong máy băm kiểu này, trên trục máy được lắp 01 trống Trên mặt trống được lắp các lưỡi dao băm Liệu cấp vào trống nhờ 02 cụm con lăn, trong

đó 01 cụm có thể tự điều chỉnh theo chiều dày của lớp vật liệu

Hình2.1: Sơ đồ kết cấu máy băm kiểu trống

1 Trống lắp dao 5 Dao kê

2 Dao 6 Sàng 3.Cụm lô dưới 7 Băng tải

4 Cụm lô trên (lô điều chỉnh)

Ưu nhược điểm của loại máy này được tóm tắt như sau:

Máy băm kiểu trống có thể cho ta năng suất cao nhờ có thể mở rộng cửa cấp liệu theo chiều rộng của trống Tuy nhiên lực cắt của máy này lớn hơn do quá trình cắt kiểu bổ (không có trượt) Vì vậy công suất tiêu thụ năng lượng cho

01 đơn vị sản phẩm cao hơn

+Loại thái băm kiểu đĩa

Nguyên lý làm việc của máy thái băm kiểu đĩa: Trên đĩa của máy được gia công các lỗ vuông, trên đó được lắp các lưỡi dao Ta có thể phân biệt máy băm kiểu đĩa đứng hay đĩa nghiêng là so với mặt đất

15

Với máy băm kiểu đĩa đứng cửa cấp liệu thường có chiều vát xuống để tạo góc nêm khi cho liệu vào Trường hợp này không cần cơ cấu kẹp và đẩy liệu vào Còn máy băm đĩa kiểu nghiêng thường áp dụng cơ cấu kẹp và đẩy liệu bằng

lô và băng tải xích

Máy băm đĩa nghiêng có năng suất cao nhờ cơ cấu cấp liệu bằng cơ khí, Còn máy băm kiểu đĩa đứng cấp liệu theo chiều vát của phễu thường có đường kính đĩa nhỏ hơn và năng suất cũng thấp hơn

Hình 2.2.:Nguyên lý cấu tạo và kết cấu máy băm kiểu đĩa nghiêng

1 Đĩa lắp dao 5 cụm con lăn dưới

2 Dao 6 Cụm con lăn trên

3 Dao kê 7 Điều chỉnh khe hở cấp liệu

4 Cánh vẩy 8 Băng tải cấp liệu

Máy băm kiểu này có cơ cấu đơn giản hơn so với loại trống, cấp liệu theo nguyên lý lô cuốn Giá thành đầu tư thấp Đây là loại máy rất phù hợp cho quy

mô sản xuất nhỏ Chính vì vậy mà nhóm tác giả đã lựa chọn loại thiết bị này làm đối tượng nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo trong khuôn khổ đề tài này

2.1.2.Công đoạn nghiền

Rơm sau khi được băm cắt xuống kích thước 1 ÷ 2cm sẽ được đưa vào máy nghiền Kích thước sau nghiền từ 1,2 ÷ 1,8mm dạng sợi nhỏ

16

Đối với nghiền rơm chọn nguyên lý máy nghiền búa Năm 2010 Viện đã nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu (mã số 196.10RD/HD-

KHCN)”

2.1.3.Công đoạn ép viên

Công đoạn ép viên là công đoạn chính trong quá trình tạo ra viên nhiên liệu.Việc lựa chọn kiểu thiết bị ép phù hợp với từng loại vật liệu, điều kiện và quy trình ép hợp lý sẽ cho ta định được năng suất và sản phẩm có chất lượng cao Ngược lại, nếu các yếu tố trên không được đáp ứng thì chất lượng sản phẩm

sẽ bị ảnh hưởng

Muốn đạt được năng suất cao và chất lượng của viên ép tốt đáp ứng yêu cầu của người sử dụng, cần phải quan tâm nhiều và có cách xử lý tối ưu nhất tới các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép viên như:

a.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên

+ Độ ẩm nguyên liệu đưa vào ép viên

Độ ẩm nguyên liệu là một thông số hết sức quan trọng trong quá trình ép viên, độ ẩm nguyên liệu quá khô sẽ làm cho ma sát giữa thành lỗ với nguyên liệu tăng cao dẫn đến làm tăng lượng bụi bột, tăng phản lực ép có thể dẫn đến vỡ khuôn Độ ẩm quá cao làm cho liên kết viên trở lên yếu làm viên dễ vỡ Qua tham khảo một số tài liệu [9], thấy rằng độ ẩm nguyên liệu phù hợp cho ép viên

từ 12-22%

+ Vận tốc tương đối của quả lô ép với khuôn ép

Vận tốc tương đối của quả lô với khuôn ép có ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng tạo viên Tuy nhiên khi vận tốc tăng trong một phạm vi nhất định thì năng suất cũng sẽ tăng theo, nhưng khi vận tốc tăng quá (vận tốc cao) thì khả năng ép lại kém Ngoài ra khi vận tốc lên cao sẽ ảnh hưởng tới quá trình chạy ổn định của máy, vận tốc tương đối của quả lô với khuôn nên lấy trong khoảng 2-5m/s [6]

17

+ Khe hở giữa quả lô và khuôn ép

Khe hở giữa quả lô với khuôn có ảnh hưởng rất lớn tới áp lực ép vì vậy dẫn đến ảnh hưởng tới chất lượng viên ép Thông thường khe hở ép thường nằm trong khoảng 0,3-1,2mm đối với từng loại nguyên liệu khác nhau Khoảng cách càng nhỏ viên càng chặt

+ Kết cấu và chất lượng chế tạo khuôn ép và quả lô ép

Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép và quả lô ép tốt sẽ góp phần tăng năng suất, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất

Trong quá trình làm việc, khuôn và lô ép là hai bộ phận chịu ảnh hưởng lớn nhất của quá trình ép, ngoài chịu ảnh hưởng của phản lực nén ép có hướng vuông góc với mặt khuôn, lực ma sát song song với mặt khuôn thì lô ép còn đồng thời chịu ảnh hưởng của lực li tâm Vì vậy trong quá trình tính toán, thiết kế cần hết sức lưu ý tới các yếu tố trên để lựa chọn vật liệu và kết cấu cho phù hợp

+ Áp lực ép

Để ép ra viên có hình dạng và độ chắc bền nhất định thì khuôn ép và quả

lô ép buộc phải chịu một áp lực rất lớn để tạo sức ép làm cho vật liệu thoát ra khỏi lỗ khuôn Áp lực này có thể dẫn tới vỡ tức thời của khuôn, thời gian làm việc vượt quá cũng sẽ tạo ra tổn thương và mỏi của khuôn làm ảnh hưởng tới chất lượng viên ép thành phẩm Bởi vậy, việc chọn vật liệu và phương pháp chế tạo khuôn là nhân tố rất quan trọng quyết định tính bền của khuôn

+ Nhiệt độ

Trong quá trình tạo viên, khuôn chịu sức ép co dãn của vật liệu ép và quả

lô nén ép vật liệu vào lỗ khuôn gây ma sát giữa vật liệu với vật liệu và ma sát giữa vật liệu với khuôn và quả lô ép làm phát sinh nhiệt trong buồng ép viên Nhiệt phát sinh quá lớn có thể làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi thành phần trong nguyên liệu

b.Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên

Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia máy ép viên làm các loại cơ bản là: +Máy ép viên khuôn vành

18

+Máy ép viên khuôn phẳng

+Máy ép kiểu pittong, hoặc dạng vít

Hình 2.3 Phân loại máy ép viên

a.ép viên khuôn vành 3 quả lô d.ép viên khuôn phẳng lô thẳng b.ép viên khuôn vành 2 quả lô e ép viên khuôn phẳng lô côn

c.ép viên khuôn vành 2 quả lô f.Ép viên dạng vít

19

*Máy ép viên khuôn vành là loại máy ép viên kiểu khuôn quay được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành được chia làm thành 3 loại như hình 2.3.a,b,c

Máy ép viên khuôn vành khuôn ép chứa toàn bộ lô bên trong Cả khuôn và

lô đều quay, trong quá trình làm việc lô đẩy nguyên liệu đã được trộn xuyên qua

- Khuôn ép khó chế tạo hơn so với khuôn phẳng nên giá thành cao hơn, tháo lắp phức tạp hơn

- Chỉ áp dụng cho các nguyên liệu dạng bột có tính đồng đều cao do góc chèn ép nguyên liệu vào lỗ khuôn giữa quả lô và khuôn ép nhỏ

- Nguyên liệu đưa vào không được quá khô để tạo ra một lực ma sát

để khi vung lên nguyên liệu sẽ luôn được tạo thành một lớp mỏng bám trên thành khuôn đảm bảo cho các quả lô đểu được ăn liệu đồng đều, tránh hiện tượng có quả lô không làm việc làm giảm năng suất và gây hư hỏng nhanh

- Điều chỉnh khe hở giữa các quả lô với khuôn ép đòi hỏi độ chính xác đồng đều cao

20

-Viên ép sau khi cắt rơi xuống theo quán tính quay tròn của khuôn

ép sẽ bị văng vào thành của vỏ máy nên dễ bị vỡ

*Máy ép khuôn phẳng bao gồm kiểu quả lô quay và kiểu khuôn quay Loại khuôn quay thường được dùng với những máy có công suất nhỏ và ít được

sử dụng, loại thứ 2 là loại khuôn đứng yên và lô quay Loại này phổ biến hơn được sử dụng tương đối rộng rãi ở Châu Âu và các nước Đông Nam Á

Hình 2.5 Lô và khuôn của máy ép khuôn phẳng [10]

Máy ép viên khuôn phẳng đã khắc phục được những hạn chế của máy ép viên khuôn vành như:

+ Dễ chế tạo và thay thế khuôn khi bị hư hỏng

+ Khe hở giữa khuôn và lô ép có thể điều chỉnh dễ dàng, thao tác đơn giản + Góc ăn nguyên liệu giữa quả lô và khuôn phẳng lớn hơn so với khuôn vành nên có thể ứng dụng cho cả những nguyên liệu dạng thô, sợi

+ Khi bề mặt làm việc của khuôn bị mòn có thể lật mặt trái để sử dụng, do

đó nâng cao được tuổi thọ của khuôn

+ Do nguyên liệu đi vào buồng ép từ trên xuống, đồng thời có tấm gạt trên

bề mặt khuôn cho nên nguyên liệu luôn được phân bố đồng đều trên bề mặt khuôn, vì thế dù ở vị trí nào của khuôn đều ép ra viên bằng nhau

+ Viên ép cứng hơn, ít bụi bột

độ của viên bằng cách thiết kế ống nước làm nguội trực tiếp vừa giữ được độ cứng của viên vừa giảm được nhiệt độ của viên

+ Truyền động sử dụng dây đai hình thang, bánh vít - trục vít hoặc cặp bánh răng côn…, truyền động sẽ ổn định và tiếng ồn thấp

Từ những phân tích ưu nhược điểm giữa máy ép viên khuôn phẳng, khuôn vành và vít xoắn với tính chất của nguyên liệu ép là rơm (dạng thô,sợi), nhóm đề tài đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 2 quả lô quay làm đối tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

22

TRONG DÂY CHUY ỀN ÉP RƠM LÀM NHIÊN LIỆU

3.1.Thiết kế lựa chọn năng suất máy băm rơm

3.1.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái thường dựa theo nguyên lý cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao Quá trình cắt thái thường được thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lưỡi dao theo hướng p vuông góc với cạnh đó (hình 3.1a) hoặc bằng cách di chuyển cạnh sắc AB đó theo hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng p (hướng cắt pháp tuyến) vừa theo hướng q vuông góc với p (hướng cắt tiếp tuyến), nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp r (hướng cắt nghiêng) (hinh 3.1b)

Những thực nhiệm cho thấy rằng cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cần thiết và tăng chất lượng thái so với cắt thái theo hướng pháp tuyến Cắt thái theo hướn pháp tuyến là quá trình cắt bổ, cắt thái không trượt; còn trường hợp cắt thái theo hướng nghiêng là quá trình cắt thái trượt Rõ ràng là khi cắt thái trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt không trượt

3.1.2.Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

Để cắt thái vật liệu ra thành đoạn (lát) bảo đảm chất lượng, giảm được năng lượng cắt thái, ta cần xét đến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh hướng đến quá trình cắt thái:

23

a) Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái: đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái

Nếu gọi lực cắt cần thiết là Q(N) và độ dài đoạn lưỡi dao là ∆S (cm)[8] thì:

QqS

=

Hình 3.2: Sơ đồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao[8]

Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đoạn: đầu tiên là

lưỡi dao nén vật thái một đoạn, rồi đến cắt đứt vật thái Trong quá trình lưỡi dao

đi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật thái

tác động vào mặt bên của dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị nén tác động vào

mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao

Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái [8]:

Q = Pt + P1 + P2cos σ (3.2)

σ - góc mài của lưỡi dao

b).Các yếu tố thuộc về dao thái

- Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao: chính là chiều dày s của nó Thông

thường độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40 µm Đối với các máy thái s không vượt

quá 100 µm, nếu s quá 100 µm coi như lưỡi dao đã bị cùn

Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng

Góc đặt dao β phải tính toán thiết kế sao cho lớp vật liệu khi được dao thái

xong và tiếp tục được đưa vào, sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vô ích

Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao, vận tốc

c p liệu dạng cạnh sắc của lưỡi dao

Hình 3.4: Góc cắt thái[8]

- Độ bền của vật liệu làm dao

Dao có vật liệu bền thì lâu cùn, thái tốt Khi đó công nén lớp vật thái do

lưỡi dao tác động lúc bắt đầu cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn Các lực và công này thể hiện bằng đồ thị phụ thuộc vào độ thái sâu λ của lưỡi dao vào vật thái

25

đến quá trình cắt thái, thể hiện bằng đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên

của áp suất riêng q hoặc lực cắt thái Pt và công cắt thái Act với vận tốc của dao thái[8]

Theo Reznik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm[8]:

Pt = 75.10-0,0019q.v2,6 + 40 (3.5)

Vận tốc tối ưu bằng: 35 ÷ 40 m/s