Nghiên cứu công nghệ vận chuyển nguyên liệu dạng hạt và bột bằng khí động học

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 11 năm 2022 Học Viên Trang 14 TÓM TẮT Phương pháp vận chuyển nguyên liệu dạng hạt, bột bằng khí động học sử dụng nguồn khí nén thông qua thiết bị t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ và tên: VÕ CHÍ TÂM giới tính: Nam

Ngày tháng năm sinh: 02-01-1995 Nơi sinh: Phú Yên

Quê quán: Phú Yên Dân tộc: Kinh

Địa chỉ tạm trú: 167, Đường Linh Trung, Phường Linh Trung, TP Thủ Đức E-mail: chitamckm95@gmail.com

1 Trung học:

2006-2010: Trung học cơ sở Trần Rịa

2010-2013: Trường trung học phổ thông Lê Thành Phương

2 Đại học chính quy:

2014-2019: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Nghành học: Công nghệ chế tạo máy

3 Thạc sĩ:

2020- 2022: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Nghành học: Kỹ Thuật Cơ Khí

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

04/2019 – 06/2021 Công ty TNHH Máy Sao Việt Kỹ sư Thiết kế

01/2022 – 09/2022 Công Ty TNHH Opex Capital Kỹ sư Thiết kế

10/2022 - Nay Công Ty CP Thực Phẩm Dinh

Dưỡng Nutrinest

Kỹ Sư Cơ Khí

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu công nghệ vận chuển nguyên liệu dạng hạt và bột bằng khí động học” đã được hoàn thành với sự cố gắn nổ lực không ngưng của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

Qua trang viết này em xin tỏ lòng kính trọng và gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy

giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương người đã hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều

kiện để em hoàn thành luận văn này Em chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy tại khoa cơ khí chế tạo máy, với những bài giảng cùng những lời khuyên vô cùng bổ ích đã giúp em hoàn thành luận văn này

Cùng với đó em xin gửi lời cảm ơn đến BGH nhà trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em và các bạn học viên trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

Để hoàn thành luận văn em xin gửi lời cảm ơn đến công Ty Máy Sao Việt và đồng nghiệp tại công ty đã tạo điều kiện thuận lợi để em có thể thực hiện nghiên cứu, thí nghiệm trong luận văn này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn và chúc thầy cô, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thật nhiều sức khỏe và thành công

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 11 năm 2022

Học Viên

Võ Chí Tâm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu thông tin kết quả thí nghiệm nêu trong luận văn là trung thực và thực hiện thí nghiệm thực tế rõ ràng, đi kèm với hình ảnh Chưa từng được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 11 năm 2022

Học Viên

Võ Chí Tâm

TÓM TẮT

Phương pháp vận chuyển nguyên liệu dạng hạt, bột bằng khí động học sử dụng nguồn khí nén thông qua thiết bị tạo chân không là Ejector để đưa nguyên liệu từ

vị trí này đến vị trí khác

Nghiên cứu phương pháp vận chuyển nguyên liệu dạng hạt, bột bằng khí động học

sử dụng Ejector này để giải quyết các vấn đề như sau:

- Tổng quan lại kiến thức khí động học dòng khí và nguyên liệu trong ống dẫn

- Tổng quan lại kiến thức khí động học dòng khí trong thiết bị Ejector và cách Ejetor tạo ra môi trường chân không

- Trong phương pháp này giảm được không gian lắp đặt của thiết bị thiết gọn nhẹ giá thành thấp

- Giảm bớt sức lao động cho người lao động

- Giảm chi phí vận hành, bảo trì trong quá trình sản xuất

- Tránh được an toàn lao động điện khi vận hành hệ thống

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 20

1.1 Đặt vấn đề 20

1.2 Tình hình vận chuyển nguyên liệu dạng hạt và dạng bột hiện nay 21

1.3 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài 23

1.4 Tính cấp thiết của đề tài 24

1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 24

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 24

1.5 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 25

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

1.5.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 26

1.7 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 26

1.7.1 Nội dung nghiên cứu 26

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 26

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẬN CHUYỂN NGUYÊN LIỆU BẰNG KHÍ ĐỘNG HỌC SỬ DỤNG EJECTOR 29

2.1 Các đặc tính đặc trưng của nguyên liệu dạng hạt và dạng bột 29

2.1.1 Cấu tạo 29

2.1.2 Các đặc tính cơ bản 29

2.2 Giới thiệu về phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học 29

2.2.1 Khái quát phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học 29

2.2.2 Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển bằng khí động học 30

2.2.3 Phân loại 34

2.3 Giới thiệu tổng quan về phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector 36

2.4 Cơ sở lý thuyết khí động lực học vận chuyển vật trong dòng khí 37

2.4.1 Cơ sở thủy khí động học 37

2.4.2 Chuyển động tầng và chuyển động rối 40

2.4.3 Cơ sở lý thuyết về sự tương tác của dòng khí và vật 43

2.4.4 Nồng độ khối lượng của hỗn hợp 52

2.5 Tổng quan về thiết bị tạo áp suất chân không Ejector 57

2.5.1 Giới thiệu về thiết bị Ejector 57

2.5.2 Cấu tạo Ejector 58

2.5.3 Nguyên lý hoạt động của Ejector 60

2.5.4 Cơ sở lý thuyết về Ejector 60

2.5.5 Các thông số tính toán cho thiết bị tạo áp chân không Ejector 61

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ EJECTOR 69

3.1 Công tác chuẩn bị 69

3.2 Mô hình thử nghiệm 74

3.3 Đo các thông số khi thay đổi áp suất đầu vào Ejector 75

3.4 Kết quả thực nghiệm 76

3.5 So sánh kết quả thực nghiệm từ Ejector với các thông số tạo ra từ động cơ đã chạy trên hệ thống 76

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

4.1 Kết luận 78

4.2 Kiến nghị 78

4.3 Hướng phát triển đề tài 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2-1: Sơ đồ vận chuyển nguyên liệu 21

Hình 1.2-2: Hình ảnh vít tải để vận chuyển nguyên vật liệu 22

Hình 1.2-3: Băng tải vận chuyển 23

Hình 2.2-1: Sơ đồ hệ thống vận chuyển bằng khí động học 31

Hình 2.2-2: Phểu nạp liệu đầu vào 32

Hình 2.2-4: Cyclon tách nguyên liệu và dòng khí 32

Hình 2.2-5: Thiết bị tạo áp suất cho hệ thống vận hành 33

Hình 2.2-6: Hệ thống lọc bụi trong quá trình hoạt động 34

Hình 2.2-7: Vận chuyển nguyên liệu bằng chân không dùng quạt hút 34

Hình 2.2-8: Vận chuyển nguyên liệu bằng áp suất dương 35

Hình 2.3-1: Vận chuyển nguyên liệu bằng chân không sử dụng Ejector 36

Hình 2.4-1: Sơ đồ chảy vòng của dòng khí và sự đứt dòng 46

Hình 2.4-2: S sơ đồ xác định lực nâng 47

Hình 2.4-3: S sơ đồ xác định áp lực chính diện 47

Hình 2.4-4: Sơ đồ chảy vòng của hình cầu 48

Hình 2.5-1: Cấu tạo của Ejector 59

Hình 2.5-2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Ejector 60

Hình 2.5-3: Sơ đồ phân tích dòng chảy Ejector 64

Hình 2.5-4: Tốc độ dòng khí so với tốc độ âm thanh ở từng giai đoạn 65

Hình 3.2-1: Sơ đồ thí nghiệm của Ejector 75

Hình 3.4-1: Sơ đồ kết quả thí nghiệm 2 của Ejector 76

Hình 3.5-1: Hệ thống vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng quạt hút tại nhà máy Vifon 77

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.4-1: Thông số giá trị Râynon Re ở nhiệt độ 20 0C [1] 42

Bảng 2.4-2: Các số liệu để chọn tốc độ vận chuyển vật 52

Bảng 2.4-3: Các giá trị gần đúng của hệ số μ 54

Bảng 3.3-1: Kết quả các thông số cơ bản khi thực hiện thí nghiệm 75

18 Nồng độ khối lượng μ

22 Hệ số kể đến sự thay đổi khối lượng riêng β

38 Áp suất đầu vào vòi phun 𝑃𝑔 Mpa

47 Hệ số liên quan đến hiệu suất đẳng hướng

của dòng khí nén trong vòi phun

𝜂𝑝

53 Vận tốc khí của dòng sơ cấp tại mặt cắt y-y 𝑉𝑝𝑦 m/s

TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây nhờ đầu tư vào việc đổi mới công nghệ, các doanh nghiệp sản xuất đã có những thay đổi từ sản xuất bằng thủ công năng suất và chất lượng thấp, đã chuyển sang sản xuất bằng cơ giới hóa và tự động hóa, đem lại năng suất, chất lượng, hiệu quả cao trong sản xuất và kinh doanh

Trong công nghiệp thực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác, các máy và thiết bị vận chuyển đóng vai trò rất quan trọng Chúng đảm bảo sự ổn định làm việc bình thường cho các nhà máy, xí nghiệp bằng cách cung cấp liên tục nguyên vật liệu

để thực hiện các quá trình sản xuất Thiết bị vận chuyển là cầu nối giữa các công đoạn, sao cho quá trình sản xuất được tiến hành liên tục, đều đặn Nhờ các phương tiện vận chuyển nên đã giảm bớt được sức lao động nặng nhọc của con người và tạo

ra năng suất cao và dễ dàng thực hiện

Tùy theo tính chất nguyên liệu, vật liệu, bán thành phẩm, sản phẩm cũng như các yêu cầu kỹ thuật mà chọn phương tiện vận chuyển nào thích hợp nhất Khi chọn máy và thiết bị vận chuyển ta cần lưu ý các nguyên tắc chung như sau: đảm bảo các yêu cầu về công nghệ và tính chất của nguyên vật liệu, phù hợp với các đặc tính kỹ thuật và dây chuyền sản xuất, khả năng vận chuyển, thiết bị tinh gọn giảm diện tích,

có thể bố trí hợp lý trong dây chuyền sản xuất, thiết bị có thể dùng để vận chuyển nhiều loại nguyên liệu, thiết bị dễ thay thế và sửa chữa, sao cho giá thành thấp Hiện nay, các nhà máy chế biến mì nói riêng và một số nhà máy chế biến thực phẩm nói chung, trong quá trình sản xuất thông thường thì các nguyên liệu phải qua các công đoạn sơ chế và chế biến như trộn, nghiền… Do đó nguyên liệu phải được vận chuyển từ nơi này đến nơi khác để tiến hành các công đoạn sơ chế trên

Thực tế các nhà máy chế biến thực phẩm ở Việt Nam chủ yếu dùng một số loại máy vận chuyển trong thực phẩm như: Băng tải, vít tải, gàu tải, xích tải……., dẫn đến quá trính vận chuyển nguyên liệu bám và đọng trên thiết bị làm cho thực phẩm nhiễm vi sinh do nguyên liệu bám trong thiết bị lâu ngày không được vệ sinh gây ra

và nếu có vệ sinh thiết bị hằng ngày lại mất rất nhiều thời gian để làm sạch thiết bị

vận chuyển sau khi hoạt động bên cạnh đó có một số trường hợp trong lúc vận chuyển làm khuếch tán bụi ra môi trường bên ngoài

Không gian để các loại máy vận chuyển nguyên liệu như: Băng tải, vít tải, gàu tải, xích tải…… hoạt động khá rộng và đi thẳng theo một phương chiếm nhiều diện tích mặt bằng Các chi tiết tiếp xúc với nguyên liệu chuyển động liên tục Cần bảo trì các chi tiết chuyển động và động cơ điện liên quan ở mức độ cao

Vậy làm thế nào để vận chuyển nguyên liệu với tốc độ nhanh mà không bị đọng nguyên liệu trên thiết bị, dễ dàng vệ sinh khi thiết bị có bám nguyên liệu, tránh bụi khếch tán từ nguyên liệu ra môi trường xung quanh, giảm mức độ bảo trì chỉ sử dụng nguồn khí nén trong quá trình hoạt động, giảm bớt các thiết bị điện cũng như động cơ điện tránh trường hợp tai nạn điện, đảm bảo độ an toàn khi hoạt động

Cụ thể đó chính là ‘Hệ thống vận chuyển khí động học sử dụng Ejector’

sử dụng lực khí để vận chuyển nguyên liệu từ nơi này sang nơi khác mà vẫn đáp ứng đủ các tiêu chí nêu ra trên

1.2 Tình hình vận chuyển nguyên liệu dạng hạt và dạng bột hiện nay

Hiện nay ở một số nhà máy thường sử dụng phương pháp vận chuyển nguyên vật liệu dạng hạt và dạng bột chủ yếu sử dụng các phương pháp và máy móc sử dụng động cơ điện để tạo ra sự chuyển động như vít tải, gàu tải, băng tải, xích tải…

Để đưa nguyên liệu từ công đoạn này sang công đoạn khác

Vít tải:

Thành phẩm Nguyên

liệu

Trộn, nghiền

Sản phẩm

Hình 1.2-1: Sơ đồ vận chuyển nguyên liệu

- Nguyên liệu bám trên thiết bị khi kết thúc quá trình hoạt động

Hình 1.2-3: Băng tải vận chuyển

- Bụi khuếch tán ra môi trường bên ngoài

- Chiếm nhiều diện tích và không gian lắp đặt

- Khó vệ sinh thiết bị

1.3 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

Một số nghiên cứu trong nước gần đây:

- Lê Văn Hưng Nghiên cứu thiết kế hệ thống vận chuyển vật liệu rời bằng dòng khí Luận văn Thạc sĩ 2015

- Bùi Trung Thành Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển lúa bằng phương pháp khí động Luận văn Thạc sĩ khoa học kĩ thuật 2003

- Nguyễn Trung Kiên Nghiên cứu tích hợp Ejector vận hành bằng các nguồn nhiệt

có nhiệt thế thấp vào máy lạnh có máy nén hơi để đáp ứng các nhu cầu về điều hòa không khí Luận văn Tiến sĩ 2021

- A new prescription for the design of supersonic jet-pump: the constant rate of momentum change method

- B.J Huang*, J.M Chang, C.P Wang, V.A Petrenko “1-D analysis of ejector performance”

- Salman Hassan*, KjellstroÈm BjoÈrn, “Pneumatic conveying of wood powder by using a steam-jet ejector”

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tập trung vào nghiên cứu phân tích các thông số của quá trình vận chuyển nguyên liệu bằng lực khí sử dụng Ejector

- Nghiên cứu phân tích chuyển động của các phần tử rắn trong dòng khí trong quá trình vận chuyển

- Nghiên cứu các thông số tính toán Ejector áp dụng trong phương pháp vận chuyển này

- Thực nghiệm với thiết bị Ejector để kiểm tra các thông số do Ejector tạo ra so với các thiết bị động cơ hiện nay

- Trình bày sơ đồ công nghệ vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra phương pháp chỉ sử dụng nguồn khí nén để vận chuyển nguyên liệu từ nơi này đến nơi khác

- Giảm mức nguyên liệu bám trên thiết bị trong thời gian lâu gây ra tình trạng nhiễm

vi sinh

- Hạn chế mức độ bảo trì so với các phương pháp vận chuyển hiện nay sử dụng động

cơ điện hoạt động

- Lắp đặt hệ thống linh hoạt với từng không gian, điều khiển đơn giản

- Tránh các trường hợp tai nạn điện xảy ra Đảm bảo mức độ an toàn cho người vận hành

- Sử dụng nguồn khí nén có thể dùng cho nhiều loại máy khác, tiết kiệm năng lượng cho nhà máy Chỉ sử dụng máy nén khí để hoạt động cho hệ thống vận chuyển nguyên liệu và một số máy có thiết bị liên quan đến khí nén

1.5 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở phân tích của các ứng dụng thực tiễn hiện nay đang sử dụng các thiết bị vận chuyển nguyên liệu như băng tải, vít tải, gàu tải…chưa đáp ứng đủ trong môi trường sản xuất và yêu cầu sản xuất như: chống bụi, nguyên liệu còn trên thiết bị, không gian hạn chế để lắp đặt, mức độ an toàn và bảo trì thiết bị cao.… Từ đó cho thấy ‘‘Phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector’’ Được thực hiện với các mục đích sau:

- Khảo nghiệm phương pháp vận chuyển nguyên liệu dạng hạt và bột bằng khí động học hiện nay

- Tập trung vào việc phân tích quá trình chuyển động của các phần tử rắn trong quá trình vận chuyển

- Tập trung vào các thông số để tính toán Ejector để đáp ứng đủ năng lượng để vận chuyển các phần tử rắn trong dòng khí do Ejector tạo ra

- Thực nghiệm với thiết bị Ejector để kiểm tra các thông số do Ejector tạo ra so với các thiết bị động cơ hiện nay

- Đưa ra phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector để đạt yêu cầu sản xuất tốt hơn

1.5.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector chủ yếu dành cho các loại nguyên liệu rời như dạng hạt và dạng bột như (hạt nêm, muối, đường, Bột…)

- Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát, tính toán các thông số trong phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector và chế tạo thực nghiệm đối với thiết bị ejector

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Trình bày và phân tích phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector từ đó đưa ra các ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp hiện nay Nghiên cứu chỉ giới hạn trong phạm vi tính toán phân tích và thực nghiệm đối với thiết bị Ejector để đưa ra các thông số và so sánh với các loại động cơ, thiết bị đã được sử dụng trong phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học

1.7 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.7.1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu các đặc tính của các loại nguyên liệu dạng hạt và dạng bột Sử dụng trong phương pháp này

- Nghiên cứu phân tích quá trình chuyển động của các phần tử rắn trong dòng khí

- Nghiên cứu tính toán và phân tích các thông số của thiết bị Ejector

- Thực nghiệm áp suất, lưu lượng do thiết bị Ejector tạo ra và so sánh với các thông

số của các loại động cơ, thiết bị đã được dùng trong phương pháp này

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu

1.7.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu thông qua các nguồn như báo chí, sách, internet

- Tham khảo các bài báo, luận văn trong và ngoài nước có liên quan đến phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học

- Thu thập các thông tin số liệu và các bài toán về thiết bị Ejector

- Phương pháp kế thừa

- Phương pháp tiếp cận

- Phương pháp thu thập thông tin

- Phương pháp tính toán thiết kế

1.7.2.2 Phương pháp khảo sát

Khảo sát phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học ở các công ty, xí nghiệp, nhà máy như Vifon, Masan, Puratos, Vissan Thông qua việc khảo sát một số công ty sản xuất chủ yếu về thực phẩm ta sẽ thấy rằng việc vận dụng phương pháp này vào vận chuyển nguyên liệu sản xuất đem lại năng suất và giảm bớt nhiều chi phí như nhân công, thời gian

và tăng năng suất

1.7.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thực nghiệm trong phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector để thu thập các thông số áp suất và lưu lượng Ejector tạo ra khi thay đổi áp suất và lưu lượng đầu vào Ejector, chúng ta có thể thu được các kết quả khác nhau để so sánh với việc tính toán lý thuyết, hoặc so sánh với các loại thiết bị khác đã có các thông số làm việc

Từ đó đưa ra các ưu và nhược điểm của việc khi thực hiện phương pháp vận chuyển nguyên liệu dạng hạt và bột sử dụng thiết bị Ejector

Sử dụng thiết bị Ejector thông qua việc tính toán kết nối với đường ống có lắp thiết bị đo

áp suất, lưu lượng Tiến hành cấp nguồn khí nén vào đầu vào thiết bị Ejector để đo áp suất

và lưu lượng do Ejector tạo ra khi thay đổi áp suất, lưu lượng đầu vào

1.7.2.4 Phương pháp đo đạt thực nghiệm

Các số liệu khi thực hiện phương pháp thực nghiệm chủ yếu là đo áp suất và lưu lượng

do thiết bị Ejector tạo ra khi thay đổi áp suất lưu lượng đầu vào Còn hầu hết các số liệu thông số khác đều được xác định bằng cách tính toán dựa trên các công thức

1.7.2.5 Phương pháp bố trí thực nghiệm

Bố trí thí nghiệm dựa trên sơ đồ công nghệ của phương pháp khí động học sử dụng động

cơ thiết bị hút, thổi như hiện nay

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẬN CHUYỂN NGUYÊN LIỆU BẰNG KHÍ ĐỘNG HỌC SỬ DỤNG EJECTOR

2.1 Các đặc tính đặc trưng của nguyên liệu dạng hạt và dạng bột

2.1.2 Các đặc tính cơ bản

2.1.2.1 Đặc tính của nguyên liệu dạng bột

• Tinh bột thường kết dính và chảy kém Khả năng chảy phụ thuộc rất lớn vào

độ ẩm khối bột và quá trình làm khô có thể làm tăng độ trơn chảy

• Tinh bột dễ hút ẩm và hấp thụ ẩm trong không khí để đạt đến độ ẩm cân bằng

2.1.2.2 Đặc tính của nguyên liệu dạng hạt

• Hạt thường có kích thước lớn nên khả năng kết dính kém

• khả năng chảy rất lớn

• khả năng hút ẩm không cao

2.2 Giới thiệu về phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học

2.2.1 Khái quát phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học

Năm 1867, lần đầu tiên thiết bị vận chuyển bằng khí động được ứng dụng đề vận chuyển hạt tại Anh quốc Liên tục cải tiến và thay đổi, ngày nay thiết bị vận chuyển bằng khí động

đã và được ứng dụng và phát triển ở nhiều ngành nghề sản xuất khác nhau Ở các nước có nền nông nghiệp phát triển máy được sử dụng trong rất nhiều công đoạn cả ở nông trại và

các cảng biển, đặc biệt thông dụng trong bốc dỡ nông sản dạng hạt Hầu hết các khu silô tồn trữ lương thực đều được trang bị loại thiết bị này

Vận chuyển nguyên liệu bằng khí động được ứng dụng vào việc vận chuyển những vật liệu rời dạng bột, hạt….Nhờ có nhiều ưu điểm nên hình thức vận chuyển này được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều trường hợp và có thể được thay thế hoàn toàn cho phương pháp vận chuyển cơ khí

Vận chuyển vật liệu bằng khí động dựa trên nguyên lý sử dụng dòng khí chuyển động trong ống dẫn với tốc độ đủ lớn để mang vật liệu từ nơi này đến nơi khác ở trạng thái lơ lửng thông qua sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu ống, tức là tạo được áp lực bằng cách giảm

áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng áp suất không khí ở đầu ống đẩy

Theo lý thuyết, dòng khí có vận tốc đủ lớn có thể vận chuyển vật liệu có khối lượng riêng

và kích thước bất kỳ Nhưng vì năng lượng để vận chuyển và tiêu tốn tăng nhanh rất nhiều lần so với trọng lực của hạt vật liệu, cho nên trong phạm vi thực tế ứng dụng của phương pháp vận chuyển bằng không khí thường chỉ sử dụng cho các loại vật liệu hạt có kích thước tương đối nhỏ, nhẹ [1]

2.2.2 Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển bằng khí động học

Về cơ bản, hệ thống vận chuyển khí động khá đơn giản và rất phù hợp cho việc vận chuyển vật liệu dạng bột hay dạng hạt trong kho bãi, nhà xưởng Yêu cầu hệ thống là có một nguồn khí nén, thường là không khí, một thiết bị cung cấp, một đường ống vận chuyển và một thiết bị tiếp nhận để tháo liệu và thoát khí Hệ thống hoàn toàn khép kín và nếu cần, hệ thống có thể hoạt động mà không cần có những phần di chuyển đến tiếp xúc với vật liệu cần vận chuyển

Hình 2.2-1: Sơ đồ hệ thống vận chuyển bằng khí động học

Phểu nạp liệu

Hình 2.2-2: Phểu nạp liệu đầu vào

Phểu nạp liệu như tên gọi của nó dùng để nạp nguyên liệu đầu vào, bên cạnh đó phểu nạp liệu còn có một hệ lọc khí sạch đầu vào, miệng ra của phểu nạp kết nối với đường ống tạo với mặt phẳng sàn một góc nghiên để giảm trở lực khi nguyên liệu đi vào hệ đường ống khi qua co từ phương ngang lên phương thẳng đứng

Cyclon tách nguyên liệu và dòng khí

Cyclon là thiết bị lọc trong đó hình thành lực ly tâm để tách hạt rắn ra khỏi không khí

Hình 2.2-3: Cyclon tách nguyên liệu và dòng khí

Không khí mang hạt rắn được đưa vào phần trên của cyclon bằng ống lắp theo phương tiếp tuyến với vỏ ngoài hình trụ của cyclon

Nhờ thế, dòng không khí sẽ có chuyển động xoắn ốc bên trong vỏ hình trụ và hạ dần về phía dưới Khi gặp phần đáy hình phễu dòng không khí bị đẩy ngược trở lên, trong khi đó

nó vẫn giữ chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài qua ống thoát khí

Trong quá trình chuyển động xoắn ốc, các hạt rắn chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía vỏ hình trụ hoặc đáy hình phễu rồi chạm vào thành thiết bị và rơi xuống dưới

Thiết bị tạo áp suất

Một số thiết bị tạo áp suất như là: quạt hút, quạt thổi, bơm chân không…

Tùy theo loại nguyên liệu, quãng đường vận chuyển và chiều cao vận chuyển mà chọn thiết bị tạo áp suất, lưu lượng cho phù hợp

Mỗi thiết bị có các ưu điểm riêng của nó tùy vào loại nguyên liệu, thời gian và không gian vận chuyển

Hình 2.2-4: Thiết bị tạo áp suất cho hệ thống vận hành

Hệ thống lọc

Trong quá trình vận chuyển nguyên liệu theo dòng khí vào cyclon chứa sẽ sinh ra bụi khuếch tán theo dòng khí ra ngoài môi trường Để tránh tình trạng bụi theo dòng khí khuếch tán ra môi trường bên ngoài và gây hư hỏng cho thiết bị tạo ra năng lượng, trong hệ thống

sẽ bố trí hệ thống lọc và giũ bụi tự động vừa tránh các tình trạng nói trên vừa giũ bụi bám trên lọc để thu hồi lại lượng nguyên liệu, không gây tổn thất nguyên liệu trong quá trình vận chuyển

Hình 2.2-5: Hệ thống lọc bụi trong quá trình hoạt động

2.2.3 Phân loại

2.2.3.1 Vận chuyển nguyên liệu bằng áp suất chân không

Hệ thống đã dùng áp suất âm để hút nguyên liệu từ nhiều nguồn cấp đến một điểm chứa, thông qua sự chênh lệch áp suất trong hệ thống đường ống và áp suất khí quyển

Khi máy hút hoạt động, không khí bên trong hệ thống theo dòng khí của quạt hút đi ra ngoài môi trường, bên trong hệ thống sẽ tạo ra môi trường chân không Không khí ngoài môi trường đi từ áp suất cao đến áp suất thấp ở bên trong hệ thống, đồng thời nguyên liệu được đưa vào đường ống gặp dòng khí bên ngoài môi trường vào đường ống Dòng khí tác động lên nguyên liệu sẽ đưa nguyên liệu theo đường ống của hệ thống đến vị trí chứa Tại cyclon dòng khí đưa nguyên liệu vào sẽ xoắn theo phương tiếp tuyến với thành cyclon

và lắng dần xuống đáy, dòng khí sẽ đi ra môi trường bên ngoài thông qua túi lọc [2]

Hình 2.2-6: Vận chuyển nguyên liệu bằng chân không dùng quạt hút

- Ưu điểm:

• Có thể hút được vận chuyển nguyên liệu từ nhiều vị trí cấp liệu khác nhau

• Tránh trường hợp dội ngược dòng khí lên vị trí nạp liệu như phương pháp thổi

- Nhược điểm:

• Hạn chế khả năng vận chuyển với quãng đường xa

2.2.3.2 Vận chuyển nguyên liệu bằng áp suất dương

Hình 2.2-7: Vận chuyển nguyên liệu bằng áp suất dương

Thiết bị tạo áp cung cấp một lượng không khí có áp suất cao, vận tốc cao vào trong đường ống vận chuyển Một mặt nguyên liệu được cấp vào phễu chứa liệu được van xả chuyển xuống đường ống tải, tại cửa thoát của van xả, vật liệu nhận được động năng khá lớn từ thiết bị thổi, bị đẩy đi trong đường ống vận chuyển đi đến bộ phận tách liệu ở cuối tuyến vận chuyển Ống vận chuyển có thể có nhiều nhánh để có thể cùng một lúc chuyển liệu cho nhiều bộ phận thu hồi ở nhiều vị trí khác nhau.[3]

- Ưu điểm:

• Có khả năng vận chuyển nguyên liệu đi với quãng đường xa

• Có khả năng đưa nguyên liệu đến nhiều vị trí nhận liệu khác nhau

• Khả năng vận chuyển nguyên liệu với nồng độ hỗn hợp cao

- Nhược điểm:

• Cần có van làm kín tại khu vực đưa nguyên liệu vào đường ống để tránh dội dòng khí vào khu vực cấp liệu

2.3 Giới thiệu tổng quan về phương pháp vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector

Hình 2.3-1: Vận chuyển nguyên liệu bằng chân không sử dụng Ejector

Dựa trên sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển nguyên liệu bằng chân không

sử dụng quạt hút

Thay vì dùng quạt hút để vận chuyển nguyên liệu từ vị trí phểu nạp liệu đến vị trí chứa Ta dùng thiết bị Ejetor để tạo môi trường chân không để vận chuyển nguyên liệu theo đường ống

Chúng ta cung cấp nguồn khí vào đầu sơ cấp của Ejector, thông qua vòi phun Ejector làm chuyển đổi từ áp suất sang vận tốc cao Từ dòng khí vận tốc cao này đi trong Ejector nó sẽ cuốn theo dòng khí bên ngoài môi trường vào

Về quá trình tác động giữa dòng khí và nguyên liệu cũng tương tự như dùng quạt hút để vận chuyển Thay vì ta tính lưu lượng, áp suất và công suất của quạt hút tạo ra thì đối với

thiết bị Ejector ta tính lưu lượng, áp suất của đầu hút (thứ cấp) vào của Ejector từ đó ta tính được các thông số đầu vào sơ cấp của Ejector

Ta có thể tính toán các thông số hệ thống vận chuyển nguyên liệu bằng khí động học sử dụng Ejector một cách đơn giản theo các bước như sau:

Để vận chuyển nguyên vật liệu từ phểu nạp liệu đi theo đường ống và đến Cyclone ta cần lưu lượng “ms” và áp suất “Pe”

Lưu lượng “ms” và áp suất “Pe” chính là lưu lượng đầu hút vào của Ejector

Từ lưu lượng “ms” và áp suất “Pe” đầu hút vào của Ejector từ đó ta tính được lưu lượng và

áp suất của đầu vào đầu sơ cấp Ejector thông qua các phương trình khí động học của Ejector

2.4 Cơ sở lý thuyết khí động lực học vận chuyển vật trong dòng khí

2.4.1 Cơ sở thủy khí động học

Theo cơ sở lý thuyết về thủy khí động lực học [1], [4] như sau:

Trong quá trình tính toán thực tế người ta thường lấy nhiệt độ của không khí là 20 0C, áp suất khí quyển là 760mm thủy ngân ở độ ẩm tương đối 50% Không khí này được gọi là không khí tiêu chuẩn tỷ trọng của nó là: γ = 1,2 Kg/m3

Giá trị của hệ số vật lý về độ nhớt đối với không khí tiêu chuẩn là:

Dòng khí ngưới ta phân biệt thành áp suất tĩnh, áp suất động và áp suất toàn phần

Áp suất tĩnh trong dòng có thể coi là áp suất trên bề mặt của vật cứng chuyển động bằng

tốc độ dòng

Để đo áp suất tĩnh người ta sử dụng những thiết bị đo áp suất được đặt song song với hướng của dòng Trị số của áp suất tĩnh ở trong lòng được đo bởi một áp kế chuyển động cùng với dòng này với cùng một tốc độ

Áp suất toàn phần được gọi là áp suất tác dụng lên một phần tử đủ nhỏ của bề mặt cố

định vuông góc với phương của dòng

Để đo áp suất toàn phần, người ta sử dụng các thiết bị, ở đó các lỗ tiếp nhận đặt ngược với hướng của dòng

Hiệu số giữa áp suất toàn phần và áp suất tĩnh đưọc gọi là áp suất động Áp suất động là

áp suất cần thiết để chuyển không khí từ trạng thái đứng sang yên sang trạng thái chuyển động với tốc độ v

Sự phụ thuộc giữa áp suất tĩnh P và tốc độ tại các tiết diện dòng khác nhau được xác lập bằng phương trình Becnuli