Nghiên cứu thiết kế máy ép viên các phụ phế liệu nông nghiệp làm nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        PHẠM THỊ BĂNG HẢI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN CÁC PHỤ PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP LÀM NHIÊN LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 60.52.01.03 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN HÀ NỘI - 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2012 Học viên Phạm Thị Băng Hải Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân. Trước tiên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS. Trần Như Khuyên và thầy TS. Nguyễn ðình Tùng ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành ñề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Ban sau ñại học - Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội; Cán bộ công nhân viên Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp, các ñồng nghiệp và người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2012 Tác giả Phạm Thị Băng Hải Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ðẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới và trong nước 4 1.1.1. Các dạng năng lượng 4 1.1.2. Năng lượng biomass 6 1.1.3. Nguồn năng lượng biomass ở Việt Nam 9 1.2. Sử dụng biomass làm viên nhiên liệu 13 1.2.1. Phân loại viên nhiên liệu 14 1.2.2. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 15 1.3. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu 19 1.3.1. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu trên thế giới 19 1.3.2. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu ở trong nước 22 1.4. Phân tích lựa chọn nguyên lý làm việc của máy ép viên nhiên liệu 23 1.4.1.Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên 23 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên 28 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iv 1.5. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 30 1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 30 1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 30 Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1. ðối tượng nghiên cứu 31 2.2. Phương pháp nghiên cứu 33 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 33 2.2.2. Phương pháp xác ñịnh các thông số của quá trình nghiên cứu 33 2.3.3. Phương pháp xử lý gia công số liệu 36 Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN NHIÊN LIỆU 40 3.1. Phương trình cơ bản của quá trình ép viên 40 3.1.1. Trường hợp nén ép trong khuôn kín có ñáy cố ñịnh 40 3.1.2. Trường hợp nén ép trong khuôn hở có ñáy di ñộng 44 3.2. Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên kiêu khuôn phẳng 46 3.2.1. Phân tích quá trình làm việc của bộ phận ép 46 3.2.2. Các vùng làm việc của máy ép 48 3.3 Xác ñịnh ñiều kiện ñể xảy ra quá trình ép viên 49 3.3.1. Sơ ñồ phân tích lực 49 3.3.2. ðiều kiện xảy ra quá trình ép 50 3.4. Tính toán các thông số cơ bản của máy ép viên kiểu khuôn phẳng 52 3.4.1. Xác ñịnh chiều dày khuôn ép 52 3.4.2. Số lỗ của khuôn ép 53 3.5. Tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép viên 53 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật v 3.5.1. Tính toán thiết kế khuôn ép 53 3.5.2. Tính toán thiết kế lô ép 55 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 57 4.1. Vật liệu thí nghiệm 57 4.1.1. Vật liệu thí nghiệm 57 4.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 57 4.2. Kết quả thí nghiệm 60 4.2.1. Thí nghiệm ép rơm khô 60 4.2.2. Thí nghiệm ép rơm tươi 63 4.2.3. Thí nghiệm ép lõi ngô 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 1. Kết luận 66 2. Kiến nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vi DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm với rơm khô 61 Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm với rơm tươi 63 Bảng 4.3. Kết quả khảo nghiệm với lõi ngô 65 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các phương pháp sử dụng biomass 7 Hình 1.2. Một số loại phế thải nông – lâm nghiệp 9 Hình 1.3. Bã mía thừa không dùng hết ở nhà máy ñường Lam Sơn 10 Hình 1.4. Vỏ trấu ở một cơ sở xay xát thóc vùng ñồng bằng sông Cửu Long 10 Hình 1.5. Vỏ cà phê ở cơ sở chế biến cà phê tỉnh Lâm ðồng 12 Hình 1.6. Mùn cưa ở cơ sở chế biến gỗ tỉnh Hòa Bình 13 Hình 1.7. Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau 14 Hình 1.8. Các loại hình dạng của viên nhiên liệu 15 Hình 1.9. Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 16 Hình 1.10. Nguyên lý cấu tạo của các bộ phận tạo viên nguyên liệu 20 Hình 1.11. Máy ép viên của hãng Bliss (Mĩ) 21 Hình 1.12. Máy ép viên của hãng Myang (Trung Quốc) 21 Hình 1.13. Máy ép viên của hãng Kahl (ðức) 22 Hình 1.14. Sơ ñồ nguyên lý làm việc máy ép viên kiểu khuôn vành và khuôn phẳng 24 Hình 1.15. Khuôn và lô ép của máy ép viên kiểu khuôn vành 25 Hình 1.16. Bộ phận ép khuôn phẳng dạng lô trụ và lô côn 26 Hình 2.1 Sơ ñồ cấu tạo máy ép viên nhiên liệu EVNL-120 31 Hình 2.2 Thiết bị ño số vòng quay LT-1236L 34 Hình 2.3. Thiết bị ño ñộ ẩm SARTARIUS – MA45 34 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật viii Hình 3.1. Sơ ñồ nén ép trong khuôn kín có ñáy cố ñịnh và ñồ thị áp suất41 Hình 3.2. Sơ ñồ nén ép trong khuôn hở có ñáy di ñộng và các ñồ thị áp suất nén 44 Hình 3.3. Máy ép viên kiểu khuôn phẳng lô quay 47 Hình 3.4. Khoảng cách giữa lô và khuôn có thể ñiều chỉnh 47 Hình 3.5. Sơ ñồ biểu diễn quá trình nén ép 50 Hình 3.6. Sơ ñồ phân tích lực xảy ra trong quá trình ép 50 Hình 3.7. Khuôn ép 54 Hình 3.8. Lô ép 55 Hình 4.1. Vật liệu thí nghiệm 57 Hình 4.2. Cân ñồng hồ 58 Hình 4.3. Máy ño ñộ ẩm SARTARIUS – MA45 58 Hình 4.4. Vận hành thiết bị cho nguyên liệu vào máy 59 Hình 4.5. Thiết bị ép viên nhiên liệu EVNL-120 59 Hình 4.6. Viên nhiên liệu sau khi ép 65 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 1 LỜI MỞ ðẦU Việt Nam là nước nông nghiệp với sản lượng mỗi năm ñạt khoảng 47 triệu tấn lương thực, 5 triệu tấn rau quả,… Tuy nhiên bên cạnh những thành tựu này vấn ñề môi trường nông nghiệp nông thôn cũng ñang gây nhiều bức xúc. Theo tính toán hoạt ñộng sản xuất nông nghiệp phát thải trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt trong ñó có 90% lượng chất thải này chưa ñược qua xử lý [14; 15; 16]. Bên cạnh ñó với ¾ diện tích là ñồi núi và trên 38% diện tích rừng che phủ, ngành chế biến gỗ ở nước ta ñã và ñang phát triển trên thế giới. Do ñó các phụ phế phẩm trong sản xuất gỗ là vô cùng to lớn như : trấu, dăm bào, cành que,… Tuy nhiên việc sử dụng các phế thải này vẫn theo cách truyền thống là chôn lấp hoặc ñốt không mang lại hiệu quả cao và còn có những mặt hạn chế. Với phương pháp chôn lấp phải cần một diện tích rất lớn ñể chôn lấp và rất rễ gây ô nhiễm nguồn nước nếu không ñược xử lý cẩn thận. Với phương pháp ñốt lại là vấn ñề ô nhiễm bầu không khí, khói bụi hoặc là phải ñầu tư rất lớn cho các lò ñốt rác (30-40USD/tấn rác thải). Trong khi ñó trên thế giới ngày nay công nghệ năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng sinh khối hiện ñại nói riêng ñang ñược chú trọng và phát triển mạnh (chủ yếu là ở dạng các viên nhiên liệu) ñể thay thế các loại năng lượng hóa thạch với hai lí do chính: Một là [...]... t k máy ép viên là v n ñ r t c n thi t 1.4.1.Cơ s l a ch n nguyên lý làm vi c cho máy ép viên ð ép viên nhiên li u, hi n nay trong và ngoài nư c thư ng áp d ng các nguyên lý chính như sau: [7; 9; 10; 11; 15] -Máy ép viên ki u pittong - Máy ép viên ki u vít xo n -Máy ép viên khuôn vành -Máy ép viên khuôn ph ng 23 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t a Máy ép viên. .. nguyên lý làm vi c máy ép viên ki u khuôn vành và khuôn ph ng a) ép viên khuôn vành 3 qu lô; b) ép viên khuôn vành 2 qu lô côn; c) ép viên khuôn vành 2 qu lô (1 to + 1 nh ); d) ép viên khuôn ph ng lô tr ; e) ép viên khuôn ph ng lô côn 24 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t Máy ép viên khuôn vành có lô ép n m bên trong khuôn C khuôn và lô ñ u quay, trong quá trình làm. .. nghiên c u, thi t k và ch t o máy ép viên ng d ng trong vi c ép các ph ph th i nông nghi p nh m ñáp ng nhu c u s n xu t t i các nhà máy s n xu t viên nhiên li u trong nư c là yêu c u mang tính th c ti n cao Xu t phát t th c hi n ñ nh ng nhu c u th c t trên chúng tôi ti n hành tài:“ Nghiên c u thi t k máy ép viên các ph ph li u nông nghi p làm nhiên li u” 3 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn... Cyclone và máy làm mát s làm gi m nhi t ñ c a viên nén r i mang ñi ñóng gói ñem ñi tiêu th f Công ño n sàng T i công ño n này ph n v n c a viên s ñư c sàng l c phân lo i và h i tr l i máy ép thông qua h th ng băng t i 1.3 Tình hình nghiên c u máy ép viên nhiên li u 1.3.1 Tình hình nghiên c u máy ép viên nhiên li u trên th gi i Trên th gi i ñã có nhi u lo i máy ép viên v i nguyên lý c u t o khác nhau Trên... phát tri n các dòng máy ép viên, tuy v y ch t lư ng máy c a các hãng này nh p v Vi t Nam thư ng không rõ ngu n g c, ch t lư ng không ñ m b o do ñó cũng gây nhi u khó khăn cho ngư i s d ng 1.3.2 Tình hình nghiên c u máy ép viên nhiên li u trong nư c Nhu c u v máy ép viên là r t l n, tuy nhiên ngu n cung c p ch y u l i là t nh p kh u v i giá thành r t cao không phù h p v i 22 Trư ng ð i h c Nông nghi... ño n ép viên Nguyên li u ñư c ñưa vào mi ng n p nguyên li u c a máy ép viên b ng các h th ng băng t i, vít t i, nh h th ng này ñ cung c p nguyên li u m t cách ñ u ñ n vào mi ng n p nguyên li u c a máy nén viên Nguyên li u sau khi ñưa vào s ñư c nén l i thành d ng viên nén và ñư c ñưa ra ngoài Công ño n ép viên là công ño n chính trong quá trình t o ra viên nhiên li u Vi c l a ch n ki u thi t b ép phù... (CPM) ðư c s s n ph m nông nghi p khác nhau t d ng cho r t nhi u ch bi n th c ăn cho ngư i và 20 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t gia súc ñ n ép viên ph th i nông nghi p (rơm, c khô, mùn cưa…) hay rác th i… m i m t ñ i tư ng khác nhau l i ñòi h i các thi t b ép viên phù h p [14; 16] Hình 1.11 Máy ép viên c a hãng Bliss (Mĩ) Hình 1.12 Máy ép viên c a hãng Myang... li u ép và qu lô nén ép v t li u vào l khuôn gây ma sát gi a v t li u v i v t li u và ma sát gi a v t li u v i khuôn và qu lô ép làm phát sinh nhi t trong bu ng ép viên Nhi t phát sinh quá l n có th làm cháy và bi n ñ i thành ph n trong nguyên li u e Công ño n làm ngu i Viên nén sau khi ñư c t o ra có nhi t ñ khá cao và ñư c ñưa vào h th ng làm mát b ng các băng t i, Cyclone và máy làm mát s làm gi... ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t 1.2.1 Phân lo i viên nhiên li u Có r t nhi u phương pháp phân lo i viên nhiên li u nhưng ngư i ta d a theo hai tiêu chí chính như sau: a Theo v t li u s n xu t viên nhiên li u, ngư i ta chia ra: - Viên nhiên li u làm t ph ph ph m c a ngành ch bi n g và lâm nghi p như mùn cưa, dăm g , g cành,… - Viên nhiên li u làm t ph ph ph m nông nghi... quá trình ép. Tu i th c a các chi ti t này ch t n t i (làm vi c ñư c) kho ng vài ch c ti ng ñ ng h cho ru t và vài ch c ngày cho v vít Như v y ru t và v vít thư ng xuyên ph i thay th , ñây là như c ñi m l n nh t cho thi t b ép ki u tr c vít b Máy ép viên khuôn vành là lo i máy ép viên ki u khuôn quay ñư c ng d ng r ng rãi trong ngành ch bi n th c ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành ñư c chia làm thành . biomass làm viên nhiên liệu 13 1.2.1. Phân loại viên nhiên liệu 14 1.2.2. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 15 1.3. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu 19 1.3.1. Tình hình nghiên cứu máy. VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        PHẠM THỊ BĂNG HẢI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN CÁC PHỤ PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP LÀM NHIÊN LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ. tôi tiến hành thực hiện ñề tài:“ Nghiên cứu thiết kế máy ép viên các phụ phế liệu nông nghiệp làm nhiên liệu . Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ