Nghiên cứu xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm chất đốt

Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến nhiệt lượng riêng và chi phí năng lượng riêng khi ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao. Phân tích cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ đậu phộng; Phân tích quá trình ép nén trên máy ép thủy lực; Tính toán máy ép, chế độ ép vỏ đậu phộng để tạo thanh nhiêu liệu đốt; Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng của máy ép và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu; Nghiên cứu thực nghiên xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm thanh nhiêu liệu.

1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một nước nông nghiệp và hàng năm tạo ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn các phế thải (sinh khối) từ nông nghiệp (vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ đậu phộng…), phế thải của sản xuất chế biến gỗ (mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn …). Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội. Lợi ích của việc sử dụng viên (thanh) nhiên liệu từ Biomass là tận dụng được phế thải từ nông nghiệp, giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa và nhỏ, vừa cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, tăng chất lượng quá trình cháy và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính… góp phần bảo vệ môi trường. Riêng các tỉnh Miền Đông Nam Bộ hàng năm tạo ra cả chục triệu tấn phế thải từ nông nghiệp như vỏ đậu, vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vv… Hiện nay đã có một số nhà máy, cơ sở sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ đậu trên địa bàn như ở Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu, Tp HCM và Tây Ninh…. Tuy nhiên đây là lĩnh vực mới nên máy móc vừa sản xuất vừa nghiên cứu cải tiến. Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng phế thải từ nông nghiệp để sản xuất nhiệt năng phục vụ công nghiệp và đời sống sinh hoạt đã được một số trường Đại học (Đại học Bách Khoa TpHCM, Đại học SPKT thành phố Hồ Chí Minh…) nghiên cứu và một số cơ sở ở vùng Miền Đông Nam Bộ sản xuất thử. Các nghiên cứu tập trung vào hướng sinh hóa để biến Biomass thành nhiên liệu lỏng phục vụ công nghiệp. Thực tế đã có một số cơ sở tư nhân thuộc Miền Đông Nam Bộ sản xuất thành công thanh nhiên liệu từ vỏ hạt để làm củi đốt phục vụ sinh hoạt. Tuy nhiên, các máy móc, thiết bị sản xuất tại các cơ sở đó được thiết kế và chế tạo chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, chưa có nghiên cứu tối ưu các thông số của máy, từ đó hiệu quả sử dụng máy còn hạn chế, đó chính là nguyên nhân kìm hãm sự phát triển sử dụng nguồn năng lượng mới phục vụ công nghiệp và cuộc sống sinh hoạt. 2 Với lý do trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm chất đốt” Hiệu quả khoa học và thực tiễn. a) Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ: - Xác định được các thông số hợp lý của máy ép làm cơ sở cho thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để nhanh chóng áp dụng trong sản xuất một cách đại trà phục vụ sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ đậu. b) Hiệu quả kinh tế - xã hội - Việt Nam là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn các phế thải như vỏ đậu, vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn … Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội. - Việc áp dụng máy ép để sản xuất khối nhiên liệu từ vỏ đậu một cách đại trà và đạt hiệu quả cao trong sản xuất sẽ mở ra hướng sử dụng năng lượng mới khả năng thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch trong sản xuất, góp phần cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng trong đời sống xã hội v v… 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cây đậu phộng ở Việt Nam 1.1.1. Nguồn gốc Hình 1.1. Cây đậu phộng hay lạc, đậu phụng Đậu phộng, còn được gọi là lạc hay đậu phụng Tên tiếng anh: Peanut. Tên khoa học: Arachis hypogaea, là một loài cây thực phẩm thuộc họ đậu có nguồn gốc tại Nam Mỹ. Người Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha đã phát hiện sự phân bố rộng rãi của cây đậu phộng ở Nam Mỹ, đặc biệt trên những vùng đảo Tây Ấn, Mêhicô, vùng biển Đông - Đông bắc Braxin, trên những dải đất ấm áp của vịnh Ria Plata. Đậu phộng được trồng rộng rãi ở nhiều nước như Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ, Braxin và Achentina. Hiện nay ở các nước như Ghana, Malavi, Mali, Xômali, Sudan, Thái Lan, Việt Nam diện tích trồng đậu phộng đang tăng lên. Đậu phộng là cây thực phẩm, cây có dầu quan trọng. Trong số các loại cây hạt có dầu trồng hàng năm trên thế giới, đậu phộng đứng thứ hai sau đậu tương về diện tích trồng cũng như sản lượng. Hiện có hơn một trăm nước trồng đậu phộng. Châu Á đứng hàng đầu thế giới về diện tích trồng đậu phộng cũng như sản lượng, tiếp theo là châu Phi, Bắc Mỹ rồi đến Nam Mỹ. Hiện nay châu Á và vùng Bắc Mỹ có chiều hướng mở rộng diện tích trồng đậu phộng hơn các vùng khác. 4 1.1.2. Tình hình phát triển của cây đậu phộng tại Việt Nam Trong số 25 nước trồng đậu phộng ở châu Á, Việt Nam đứng hàng thứ năm, đậu phộng là một trong các loại cây xuất khẩu thu ngoại tệ của nước ta. Mặc dầu đậu phộng có vai trò quan trọng như vậy nhưng nghiên cứu về đậu phộng ở nước ta nhìn chung còn ít. Tài liệu nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu ứng dụng các sách Việt về đậu phộng còn hạn chế. Bảng 1.1. Sản lượng đậu phộng ở Việt Nam và một số nước trên thế giới (nguồn: Food And Agricultural Organization of United Nations: Economic And Social Department: The Statistical Devision) Đậu phộng hầu hết trên khắp cả nước, nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh Miền Đông Nam Bộ. Từ năm 2001 đậu phộng là một trong những cây trồng được Chính phủ ưu tiên phát triển để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số địa phương, nhu cầu tiêu thụ dầu thực vật, thức ăn gia súc trong cả nước và xuất khẩu. Chính nhờ có những chủ trương, chính sách phát triển nông nghiệp của Nhà Nước, sự đầu tư từ nhiều cơ quan nghiên cứu về ứng dụng thành tựu về giống mới, chuyển giao tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất, năng suất và sản lượng đậu phộng đã có những chuyển biến đáng kể. Từ năm 2001 đến năm 2006, diện tích trồng đậu phộng đã tăng 25.3 nghìn ha, đặc biệt năng suất đậu phộng tăng từ 1.48 tấn/ha lên 1.73 tấn/ha. Năng suất đậu phộng tăng từ hai thập kỷ trở lại đây cùng với việc mở rộng 5 diện tích trồng đậu phộng đã đưa sản lượng đậu phộng lên 0.45 triệu tấn vào năm 2004 và phát triển cho đến nay. Hình 1.2. Thu hoạch đậu phộng 1.1.3. Thành phần hóa học của vỏ đậu phộng. Hình 1.3. Cấu tạo của vỏ đậu phộng (nguồn: http//vi.wikipedia.org/wiki/lạc) 1.1.4. Hiện trạng vỏ đậu ở nước ta Việc hàng triệu tấn vỏ đậu tạo ra từ các cơ sở tách vỏ đậu chưa có kế hoạch sử dụng, làm cho các khu vực đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng. Vỏ đậu phải đối mặt với hai vấn đề: 6 - Công nghệ đốt vỏ đậu tại các lò gạch, lò gốm, lò bánh tráng, lò bún rất lạc hậu gây ô nhiễm môi trường. Hình 1.4. Vỏ đậu phộng dùng để đốt lò - Vỏ đậu được đổ tràn lan ra đường, kênh, rạch hoặc đốt gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Hình 1.5. Vỏ đậu phộng bị đốt đi 1.2. Các lợi ích sử dụng từ vỏ đậu phộng 1.2.1. Sử dụng làm chất đốt Từ lâu vỏ đậu phộng là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân. Chất đốt từ vỏ đậu phộng được sử dụng rất nhiều trong sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và trong sản xuất (nung gạch, sấy lúa) Hình 1.6. Vỏ đậu phộng dùng làm chất đốt sinh hoạt 7 1.2.2. Sử dụng làm phân bón cho hoa lan Để việc trồng lan tại nhà thành công cần phải chọn giá thể trồng phù hợp vừa đảm bảo ẩm độ cho lan vừa khô ráo thoáng bộ rễ để tránh làm thối rễ, theo kinh nghiệm của nhà vườn thì người ta sử dụng vỏ đậu phộng sau khi đã xử lý mầm bệnh để trồng lan là phổ biến nhất. Chậu lan có thể sử dụng loại chậu nhựa treo có đường kính miệng chậu 18- 20 cm (nếu chỉ trồng vài chậu), hay trồng lan trên trụ cố định trong luống nền đất (trồng với số lượng khá nhiều), phía dưới chậu đổ một lớp vỏ đậu phộng dầy 8-12 cm tạo ẩm độ cho rễ, nên lưu ý không để thân chính của lan nằm sâu trong lớp giá thể mà có thể để bên trên có khoảng cách 3-5 cm, vì điều kiện không khí với độ ẩm cao như hiện nay cần duy trì bộ rễ lan luôn thoáng. Sau thời gian lớp vỏ đậu phộng sẽ phân hủy thì cần bổ sung tiếp tục thêm. Lớp giá thể đậu phộng ngoài chức năng giữ độ ẩm còn là nơi tiếp nhận lượng phân bón để bộ rễ lan hấp thu từ từ. Hình 1.7.Vỏ đậu phộng dùng để trồng lan 1.2.3. Sử dụng vỏ đậu phộng làm củi Máy ép củi vỏ đậu phộng có công suất trung bình 500kg /h. Cứ 1.05 kg vỏ đậu thì cho ra 1 kg củi vỏ đậu. Chỉ cần cho vỏ đậu vào phiểu chứa liệu cấp cho bộ phận ép thì máy cho ra những khối củi đậu có đường kính 200x80x80mm. Trung bình 1 kg củi đậu có thể nấu cho 4 người ăn. Các thông số kỹ thuật: Kích thướt: 200x80x80mm. Màu: Nâu xám. 8 Độ dài: 80mm. Hình dạng: Hình vuông, khối hộp. Độ ẩm toàn phần: 9,3% (m/m). Độ tàn tro: 1,7%. Nhiệt lượng: 4600kcal/kg. Hình 1.8. Củi được ép từ vỏ đậu phộng 1.3. Công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp Dây chuyền công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp đã được tiêu chuẩn hoá và xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh. Hình 1.9. Dây chuyền công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải (nguồn: Tuyển tập báo cáo “Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 6 - Đại học Đà Nẵng. ) Khi áp suất quá trình nén từ 30 Mpa – 150 Mpa, áp suất cao sẽ giải phóng lượng linhin (chiếm khoảng 15% khối lượng vật liệu) liên kết thành các tế bào. Nếu không đạt được áp suất thì có thể thêm chất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử dụng làm viên nhiên liệu. Phụ gia có thể là hợp chất hữu cơ rẻ tiền như nước mật, bột, Tuỳ thuộc thành phần vật liệu, kích thước, độ ẩm, vào quá trình tạo viên nhiên liệu mà áp suất khác nhau. Mật độ viên nhiên liệu ảnh hưởng ở kích thước đầu vào, nguyên 9 vật liệu càng mịn, mật độ càng dầy từ 700 kg/m 3 – 1200 kg/m 3 , Đường kính của nguyên vật liệu <1mm thì quá trình tạo viên tiết kiệm năng lượng đến 3 lần. Độ ẩm cũng ảnh hưởng tới mật độ vì hơi nước trong vật liệu bay hơi tạo khoảng trống, giảm mật độ đột ngột dẫn đến tan rã viên, độ ẩm thích hợp là 13 % – 15 % tuỳ loại vật liệu. Quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ các phế thải nông nghiệp tiến hành như sau: Hình 1.10. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu - Quá trình sấy: Giảm ẩm, tăng nhiệt độ vật liệu, Vật liệu có độ ẩm <15%, nhiệt độ >70ºC. Thiết bị: Lò hơi, thiết bị sấy thùng quay, xiclon, quạt, đường ống gió - Quá trình nghiền: Giảm kích thước vật liệu, Vật liệu đường kính <1mm, d*r < 3*3 mm. - Thiết bị: Thùng nghiền, quạt, đường ống gió, xiclon lọc bụi - Quá trình nén: Tạo thanh nhiên liệu, Viên nhiên liệu có đường kính từ 6-8 mm, chiều dài < 38mm Quá trình nén tạo viên yêu cầu sức ép rất lớn, lực tác dụng cần thắng được lực đàn hồi của vật liệu, sau đó dưới tác dụng của sức ép và nhiệt nén tạo viên. Đây là giai đoạn khó nhất quyết định chất lượng viên nhiên liệu. Một số phương pháp nén trong. - Quá trình làm mát: Giảm độ ẩm, sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt, Viên nhiên liệu có độ ẩm từ 10 - 12 % 10 Bảng 1.2. Phương pháp nén viên nhiên liệu: Phương pháp nén Áp suất nén Mô tả phương pháp nén Nén bằng pittông cơ khí 110 – 140 MPa Nén bằng pittông thuỷ lực >30Mpa Nén bằng trục vít 60 – 100 MPa Nén bằng rulô 206 – 448 MPa 1.4. Các dạng củi được chế tạo từ biomass và các tiêu chuẩn 1.4.1 Các dạng củi được chế tạo từ biomass - Các sản phẩm củi từ mùn cưa [...]... xác định các thông số làm việc khi máy ép ép sản phẩm 2.4.3 Xác định các thông số nghiên cứu 2.4.3.1 Xác định các thông số đầu ra Các thông số nghiên cứu đầu ra đặc trưng cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chất lượng củi của máy ép vỏ đậu phộng và phản ánh mục tiêu nghiên cứu của đề tài Do đó, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chất lượng củi đầu ra của máy ép củi vỏ đậu phải đạt yêu cầu của nhà sản... PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến nhiệt lượng riêng và chi phí năng lượng riêng khi ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao 2.2 Đối tượng nghiên cứu Máy ép khối nhiên liệu từ vỏ đậu. .. phút trong một ca sản xuất (60 x 80 = 480ph) 2.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm Với mục đích xác định một số thông số làm việc của quá trình ép vỏ đậu phộng dùng làm chất đốt bằng máy ép thủy lực, nên việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá Chất lượng củi vỏ đậu phộng sau khi ép so với các loại củi ép khác trên thị trường Chi phí năng lượng riêng khi ép Các chỉ tiêu này rất quan trọng ảnh hưởng đến đầu... nghiên cứu Để đạt được mục tiêu trên đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: - Phân tích cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ đậu phộng; - Phân tích quá trình ép nén trên máy ép thủy lực; - Tính toán máy ép, chế độ ép vỏ đậu phộng để tạo thanh nhiêu liệu đốt; - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng của máy ép và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu; - Nghiên cứu thực nghiên xác định. .. xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm thanh nhiêu liệu 2.5 Phương pháp nghiên cứu 2.5.1 Nghiên cứu lý thuyết - Chi phí năng lượng riêng và những yếu tố ảnh hưởng 25 Chi phí năng lượng riêng của máy rất quan trọng khi cần đánh giá máy thiết kế máy và chọn chế độ làm việc tối ưu cho máy Mức tiêu thụ năng lượng riêng A r (kWh/t): (2.1) Trong đó: Nt- công suất tiêu thụ của máy, [kW];... vì vậy thông số đầu ra của máy ép củi vỏ đậu phộng là: Chi phí năng lượng riêng: Đây là thông số đặc trưng cho mục tiêu nghiên cứu, phản ánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y1, ở dạng thực ký hiệu là A r ) Đại lượng này chịu ảnh hưởng của thông số đầu vào là lực ép, thời gian ép và độ ẩm Chất lượng củi (nhiệt lượng Q nl) vỏ đậu phộng: Đây là thông số đặc... đậu phộng đang được sử dụng tại khu vực đồng bằng các tỉnh Miền Đông Nam Bộ Đó là loại máy ép nén sử dụng hệ thống thủy lực 2.3 Phạm vi nghiên cứu Phế thải từ sản xuất nông nghiệp bao gồm: Vỏ đậu phộng, vỏ trấu, mùn cưa, vỏ cà phê, vỏ hạt điều, bã mía … Do điều kiện và thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các thông số cấu tạo của máy ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng 2.4 Nội dung nghiên. .. 1.20 Máy ép củi (dạng tròn) kiểu thủy lực Các thế hệ máy như: Máy ép thủy lực TL 200 ép tròn, Máy ép thủy lực TL 200 ép vuông Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực tạo khối nhiên liệu, bồn trộn liệu được trộn đều, nhiên liệu được cấp vào ngăn chứa liệu, xylanh cấp liệu cấp liệu vào khuôn ép sơ bộ, xy lanh ép sơ bộ ép liệu vào khuôn ép sau đó xylanh trên khuôn kẹp chặt định hình sản phẩm Máy ép sản... Củi đậu có độ ẩm cao khi đốt khói nhiều ảnh hưởng đến chất lượng (nhiệt lượng Q nl) củi đậu Do đó độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng riêng và chất lượng củi vỏ đậu phộng và chịu tác động của một số các yếu tố ngẫu nhiên Với phân tích như trên, dự kiến thí nghiệm được nghiên cứu với ba yếu tố đầu vào là lực ép, thời gian ép và độ ẩm của vỏ đậu phộng 29 - Lực ép (ở dạng thực ký hiệu... [kW]; Q- năng suất máy, [tấn/h]; Hiệu suất chung của máy được đánh giá bằng trị số năng suất riêng mà nó biểu thị bằng số lượng thành phần thu được khi chi phí một đơn vị công suất xác định theo công thức: (2.2) Như vậy: hiệu suất của máy là giá trị nghịch đảo với mức tiêu thụ điện năng riêng Hiệu suất cơ tương đối của chế độ ép là năng suất riêng của máy ở chỉ số ép đã cho và được xác định theo công thức: