Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo module xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma ứng dụng vào quy trình sản xuất vỏ hộp sữa và nước ép trái cây: ĐATN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA ỨNG DỤNG VÀO QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC ÉP TRÁI CÂY GVHD: ThS THÁI VĂN PHƯỚC SVTH: NGUYỄN NGỌC HẢI MSSV: 13143098 SVTH: MẠC VIÊN BÂN MSSV: 13143018 SVTH: NGUYỄN NGỌC SƠN MSSV: 13143285 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 LỜI CAM KẾT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG VÀ O QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC NƯỚC ÉP TRÁI CÂY GVHD: ThS Thái Văn Phước Họ tên SVTH: Mạc Viên Bân MSSV: 13143018 Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu nhóm chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có sai phạm nào, xin chịu hồn tồn trách nhiệm” TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm…… Ký tên i LỜI CAM KẾT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG VÀ O QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC NƯỚC ÉP TRÁI CÂY GVHD: ThS Thái Văn Phước Họ tên SVTH: Nguyễn Ngọc Hải MSSV: 13143098 Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu nhóm chúng tơi nghiên cứu thực Chúng tơi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có sai phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm…… Ký tên ……………………………………………… ii LỜI CAM KẾT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG VÀ O QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC NƯỚC ÉP TRÁI CÂY GVHD: ThS Thái Văn Phước Họ tên SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 13143285 Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu nhóm chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có sai phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm…… Ký tên ………………………………………… iii LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp sinh viên đại học quan trọng, nhằm tổng hợp lại kiến thức chuyên ngành khí chế tạo máy mơn học khác mà chúng em học suốt năm giảng đường đại học, kinh nghiệm từ thực tế Đồ án tốt nghiệp giúp chúng em từ lý thuyết vào thực tế nghiên cứu chế tạo mơ hình thực tế Qua chúng em cố vững kiến thức chuyên ngành kỹ làm việc thực tế làm vệc nhóm cho hiệu hơn, kỹ cần thiết cho kỹ sư sau Lời cảm ơn chân thành sâu sắc xin gửi đến gia đình động viên khơng mệt mỏi kề cận, giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hồn thành khóa học cách tốt Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Khoa Cơ Khí Chế Tạo máy, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho chúng em thực đề tài Đặc biệt, chúng em thật mỹ từ để diễn tả biết ơn kính trọng thầy ThS Thái Văn Phước PGS.TS Trần Ngọc Đảm - người thầy dành hết tâm huyết, thời gian yêu mến để hướng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài Chúng em chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Đặng Thiện Ngôn tất thầy cô Hội đồng bảo vệ dành thời gian cơng sức để tham gia đóng góp ý kiến tích cực để hồn thiện Đề tài chúng em Cũng thông qua Đồ án tốt nghiệp này, chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành lời chúc sức khỏe đến thành viên nhóm, người ln bên cạnh lúc khó khăn vượt qua tất để hoàn thành Đồ án cách tốt đẹp Cuối cùng, chúng em xin kính chúc thầy ThS Thái Văn Phước PGS.TS Trần Ngọc Đảm quý thầy, cô khoa khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Ngọc Hải Mạc Viên Bân Nguyễn Ngọc Sơn iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA ỨNG DỤNG VÀO QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC ÉP TRÁI CÂY” Một thành phần quan trọng tạo nên sản phẩm tốt an toàn vệ sinh thực phẩm bao bì, vỏ hộp Đối với loại nước ép trái hay sữa tươi bao bì lại quan trọng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đặc biệt, sản phẩm dùng tươi sau tung thị trường Bởi vậy, việc làm vỏ hộp phải đảm bảo khắt khe tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm, vừa phải đáp ứng cầu marketing sản phẩm Do đó, bao bì sản phẩm phải sản xuất chế tạo từ nhiều lớp vật liệu như: nhôm, Polyethylen, giấy; chúng xếp xen kẽ Để lớp vật liệu kết dính với ta phải sử dụng trình xử lý bề mặt để tăng lượng bề mặt từ tăng khả kết dính loại vật liệu Q trình xử lý bề mặt cho vật liệu phổ biến q trình xử lý hóa chất sử dụng nhiệt độ; với phương pháp có nhiều nhược điểm là: hóa chất rơi vãi ngồi nên khơng đạt hiệu kinh tế, khơng liên tục, hệ thống phun phủ phức tạp, đặt biệt hiệu kinh tế phải tốn lượng lớn chi phí cho hóa chất gây ô nhiễm môi trường; phương pháp sử dụng nhiệt phù hợp cho vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao Qua q trình nghiên cứu cho thấy Công nghệ Plasma ứng dụng nhiều vào việc xử lý bề mặt vật liệu với nhiều ưu điểm như: khơng sử dụng hóa chất, xử lý liên tục, bảo vệ môi trường đặc biệt hiệu kinh tế chế tạo lần mà sử dụng lâu, không cần tốn thêm chi phí phát sinh khác Trước vấn đề trên, thấy việc áp dụng Cơng nghệ Plasma vào việc xử lý bề mặt trước kết dính lớp vật liệu với cần thiết Với lý đó, nhóm đề tài tiến hành đăng ký làm đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA ỨNG DỤNG VÀO QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỎ HỘP SỮA VÀ NƯỚC ÉP TRÁI CÂY” Hệ thống mơ hình gồm có: tạo nguồn điện điền khiển điện, cụm xử lý, trục rulo chính, khung đỡ… Quá trình nghiên cứu thực đề tài trải qua giai đoạn: - - Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết Công nghệ Plasma, động lực học Plasma, nghiên cứu khả xử lý bề mặt Công nghệ Plasma ứng dụng tia Plasma vào xử lý bề mặt Giai đoạn 2: Đưa nhiều phương án thiết kế, chế tạo mơ hình thực nghiệm, phân tích ưu nhược điểm phương án cuối cùng, chọn phương án tối ưu dựa v - - tiêu chí hiệu xuất xử lý, tiết kiệm lượng, đạt hiệu tối đa mặt kinh tế bảo vệ môi trường Giai đoạn 3: Chế tạo lắp ráp Module xử lý thực tế Sau tiến hành thí nghiệm với điều kiện khác như: cơng suất tiêu hao (dịng điện, điện áp, tần số) loại vật liệu khác nhau: nhôm, giấy Giai đoạn 4: Phân tích đánh giá kết thí nghiệm kiến nghị kết luận vi MỤC LỤC LỜI CAM KẾT I LỜI CAM KẾT II LỜI CAM KẾT III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT ĐỒ ÁN V DANH MỤC HÌNH ẢNH X DANH MỤC BẢNG BIỂU XII CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu Plasma 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 2.1.2 Sơ nét Công nghệ Plasma 2.2 Giới thiệu chung bao bì 2.2.1 Khái niệm bao bì 2.2.2 Vai trò, chức bao bì 2.2.3 Phân loại 10 2.2.4 Vỏ hộp sữa nước ép trái 12 2.3 Đặc tính mơ hình 13 2.4 Những nghiên cứu liên quan đến đề tài 13 2.4.1 Nhôm 13 2.4.2 Nhựa Polyethylen (PE) 15 2.4.3 Giấy 15 2.5 Nghiên cứu Phương pháp xử lý bề mặt Công nghệ Plasma 18 2.5.1 Nguyên lý Phương pháp xử lý bề mặt Công nghệ Plasma 18 2.5.2 Khả xử lý bề mặt Công nghệ Plasma 18 vii CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 3.1 Các định nghĩa 21 3.1.1 3.1.2 Ion hóa lượng ion hóa 21 Bậc Ion hóa phân loại Plasma 21 3.1.3 Bán kính nguyên tử 22 3.2 Sự tương tác hạt Plasma 22 3.2.1 3.2.2 3.2.3 Tiết diện hiệu dụng 22 Khoảng cách đường tự trung bình 22 Tần số va chạm 22 3.2.4 3.2.5 Va chạm đàn hồi không đàn hồi 22 Sự tạo H2O2 gốc –OH 24 3.3 Các phản ứng xử lý Plasma 25 3.4 Năng lượng hấp thu bề mặt 28 3.4.1 Năng hượng hấp thu bề mặt trước xử lý 28 3.4.2 Năng lượng hấp thu bề mặt sau xử lý 29 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 30 4.1 Những yêu cầu đề tài 30 4.2 Phương án giải pháp thực 31 4.2.1 Phương án thiết kế 31 4.2.2 Thiết kế mơ hình 35 4.3 Kết cấu phận xử lý Plasma 38 4.3.1 Mơ hình thiết kế 38 4.3.2 Thuyết minh sơ đồ thực nghiệm 39 4.3.3 Mơ hình thực tế 40 4.3.4 Bộ nguồn 41 4.3.4.1 Mạch điều chỉnh độ rộng xung: 41 4.3.4.2 Mạch điều chỉnh tần số điện áp 42 4.3.4.3 Biến tần 43 4.3.4.4 Bộ biến áp 44 4.4 Trình tự cơng việc tiến hành 44 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN 46 5.1 Cơ cấu định vị ống thạch anh 46 5.1.1 Số liệu ban đầu 46 5.1.2 Tính tốn 46 5.2 Cơ cấu trượt cụm ống thạch anh vào hệ thống 50 5.2.1 Số liệu ban đầu 50 viii 5.2.2 Tính toán 51 5.3 Tính tốn chọn động cho rulo 51 5.4 Tính tốn truyền đai 52 5.4.1 Chọn loại đai: 53 5.4.2 5.4.3 Xác định số đai z: 54 Xác định lực ban đầu lực tác dụng lên trục: 55 5.5 Thiết kế trục rulo 55 5.5.1 Chọn vật liệu 56 5.5.2 Xác định sơ đường kính trục 56 5.5.3 5.5.4 Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực 56 Biểu đồ nội lực trục rulo 58 CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 62 6.1 Chế tạo 62 6.1.1 Bộ định vị ống thạch anh 62 6.1.2 Cơ cấu rãnh trượt 64 6.1.3 Rulo khung hệ thống 65 6.2 Làm thí nghiệm 66 6.2.1 Tiến hành lắp hệ thống 66 6.2.2 Bố trí thí nghiệm 66 6.2.3 Thí nghiệm với mẫu giấy 69 6.2.4 Thí nghiệm với mẫu nhơm 76 6.3 Kết luận kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 82 ix