NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA MÁY TẠO ĐÁ CO2

MỞ ĐẦU Chuyên đề này thuộc Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ. Trước khi thực hiện nội dung này các thiết bị đã được vận hành, chạy thử, đo kiểm đánh giá, hiệu chỉnh nhằm đạt chất lượng tốt nhất phục vụ cho công tác thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng để hiệu chỉnh lần cuối máy tạo đá và đảm bảo quá trình làm việc của máy tốt nhất. Quá trình thực nghiệm cần: CO2 lỏng; cân khối lượng để cân đá; Quan sát đồng hồ mức bình chứa CO2 lỏng để đánh giá định mức; Đo thời gian chạy máy hoặc đếm số hành trình làm việc. Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ 9.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy tạo đá CO2 9.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy phun đá CO2 9.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ sạch của công nghệ làm sạch sử dụng đá CO2 với các chất bẩn khác nhau. Nội dung Chuyên đề gồm: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy tạo đá (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng phun, thời gia phun, thời gian 1 chu kì làm việc...và ảnh hưởng của chúng tới năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO2 Kết quả nghiên cứu sẽ được sử dụng để lập các bảng chỉ dẫn vận hành, sử dụng máy, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn vận hành máy.

MỤC LỤC MỤC LỤC Chuyên đề 6.2015: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA MÁY TẠO ĐÁ CO2 .5 1: Tổng quan công nghệ tạo đá CO2 1.1 Công nghệ sản suất đá khô CO2 1.2 Máy tạo đá CO2 1.3 Bình chứa CO2 lỏng 1.4 Thùng chứa đá CO2 11 1.5 Các loại CO2 công dụng .11 1.6 Khuôn tạo đá dạng viên nén 13 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất, chất lượng trình tạo đá CO2 .13 2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng đá CO2 13 2.1.1 Kích thước đường kính viên đá 13 2.1.2 Độ cứng tỉ số nén 13 2.1.3 Nhiệt độ .14 2.2 Một số thông số ảnh hưởng đến trình tạo đá CO2 14 2.2.1 Ảnh hưởng áp suất CO2 lỏng .14 2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ CO2 lỏng 16 2.2.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí CO2 lỏng qua bép phun 17 2.2.4 Lực ép 18 2.2.5 Chiều dài hành trình ép xi lanh 19 2.2.6 Ảnh hưởng chu kỳ ép 21 2.2.7 Ảnh hưởng lượng thoát khí CO2 23 KẾT LUẬN .24 LIỆU THAM KHẢO 26 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Minh họa nguyên lý tạo đá CO2 Hình 2: Giản đồ pha CO2 .6 Hình 3: Đồng hồ đo áp suất bình chứa CO2 lỏng 10 Hình 4: Các van xả, van an toàn, van giảm áp 10 Hình 5: Van điều tiết CO2 lỏng 11 Hình 6: Độ cứng viên đá CO2 14 Hình 7: Biểu đồ rõ vùng áp suất tạo đá CO2 .14 Hình : Biểu đồ liên hệ áp suất bình chứa công suất tạo đá 15 Hình 9: Biểu đồ liên hệ áp suất nhiệt độ trình chuyển CO2 lỏng thành dạng rắn (tuyết) 17 Hình 10: Biểu đồ liên hệ công suất tạo đá lưu lượng CO2 lỏng qua bép phun 18 Hình 11: Biểu đồ liên hệ lực ép độ cứng đá viên (viên 3mm) 19 Hình 12: Sơ đồ hành trình ép xilanh 19 Hình 13: Biểu đồ quan hệ chiều dài hành trình lượng đá 21 Hình 2414: Biểu đồ liên hệ Tphun công suất tạo đá 22 Hình 15: Giản đồ pha trạng thái CO2 23 Hình 16: Biểu đồ trạng thái CO2 (có thoát khí) 24 Bảng 1: Đường kính kích thước viên đá .13 Bảng 2: Bảng hệ số nén độ cứng viên đá .13 MỞ ĐẦU Chuyên đề thuộc Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ Trước thực nội dung thiết bị vận hành, chạy thử, đo kiểm đánh giá, hiệu chỉnh nhằm đạt chất lượng tốt phục vụ cho công tác thực nghiệm Kết nghiên cứu ứng dụng để hiệu chỉnh lần cuối máy tạo đá đảm bảo trình làm việc máy tốt Quá trình thực nghiệm cần: CO2 lỏng; cân khối lượng để cân đá; Quan sát đồng hồ mức bình chứa CO2 lỏng để đánh giá định mức; Đo thời gian chạy máy đếm số hành trình làm việc 9.1 9.2 9.3 Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy tạo đá CO2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy phun đá CO2 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ công nghệ làm sử dụng đá CO2 với chất bẩn khác Nội dung Chuyên đề gồm: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy tạo đá (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng phun, thời gia phun, thời gian chu kì làm việc ảnh hưởng chúng tới suất, chất lượng trình tạo đá CO2 Kết nghiên cứu sử dụng để lập bảng dẫn vận hành, sử dụng máy, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn vận hành máy Chuyên đề 6.2015: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA MÁY TẠO ĐÁ CO2 1: Tổng quan công nghệ tạo đá CO2 1.1 Công nghệ sản suất đá khô CO2 Đá khô làm từ carbon dioxide sản phẩm phụ (tái chế) trình công nghiệp khác sản xuất ethanol Các khí carbon dioxide (CO2) ban đầu làm lạnh để tạo thành CO lỏng , sau cho khí CO2 lỏng qua buồng khí qua bồn nén áp lực Điều gây số khí đóng băng (như tuyết) CO2 rắn dạng khí (hơi) CO2 Các "tuyết" sau thủy lực ép thành khối đá khô bột viên Làm đá khô đòi hỏi nguồn khí CO2 từ trình công nghiệp sản xuất nhà máy ethanol Carbon dioxide khí Khi CO2 lỏng tiếp xúc với nhiệt độ không khí bình thường, số phần tử quay trở lại với chất khí không màu [CO2], số đóng băng thành "tuyết" ép thành dạng viên đá khô khối cách sử dụng áp lực thủy lực băng khô pelletizer khối Hình 1: Minh họa nguyên lý tạo đá băng khô CO2 Khi cho khí CO2 lỏng bị nén nhanh lòng khuôn, thể tích khí giảm khoảng lần, nhiệt độ giảm từ -25 oC (nhiệt độ CO2 lỏng) xuống -80oC tạo thành tuyết (từ điều kiện P V1 = P2V2) (định luật Charles) Nếu nhiệt độ T = -79,5 oC; áp suất P =1atm = 1,0325 bar khí CO2 lỏng chuyển thành tuyết Trong thực tế để tạo thành tuyết áp suất phải lớn 5,1 atm Sau "tuyết" phun vào lòng khuôn nén thành viên đá hay khối đá nhờ hệ thống khuôn ép máy làm đá Hình 2: Giản đồ pha CO2 Hình 3: Sơ đồ nguyên lí máy tạo đá CO2 1.2 Máy tạo đá CO2 Hình 4: Sơ đồ tổng thể máy tạo đá CO2 Thông số kỹ thuật máy: + Công suất lớn hơn: 120 kg/giờ (đá viên 3mm); + Nguồn điện: 380V, 3pha, 16A, tần số: 50 Hz; + Công suất động bơm dầu: 5,5 kW, thùng dầu 60 lít + Hệ thông thủy lực, động công suất 5,5 kW + Lực ép max:15-20 + Hệ thống điều khiển PLC hình hiển thị + Có chế độ làm việc: Tự động tay + Trọng lượng: 1000 kg; + Kích thước khuôn khổ: Theo thiết kế + Bộ khuôn: 3, 6, 10,15 mm Hình 5: Hệ thống thiết bị sản xuất đá CO2 hãng BUZE- CHLB Đức Buồng phun khí (hình 6,7) khoảng không piston xi lanh với kết cấu đặc biệt gồm lưới thoát (ngăn tuyết bịt kín lỗ phun khí đường khí hồi) việc bố trí van điện từ Hình 6: Hiện tượng tạo lớp ngăn bép phun Ban đầu máy bắt đầu làm việc, piston điểm giới hạn dưới, van điện từ thường đóng để tạo thành màng ngăn hạn chế khí thoát theo lỗ khuôn tạo thành buồng phun khí, van điện từ 2,3 mở, CO2 phun vào buồng tạo thành tuyết, khí dư chạy theo đường hồi thoát không khí thu hồi Piston ép tuyết thành đá qua lỗ khuôn (3-5 phút) Khi đá bịt kín lỗ khuôn (làm việc ổn định), piston lùi điểm giới hạn dưới, van điện từ ngắt (không làm việc suốt trình ép), van điện từ 2,3 mở, khí phun vào buồng phun tạo thành tuyết, piston ép tuyết thành đá Quá trình lặp lặp lại suốt trình làm việc ổn định máy Sau mở hệ thống điện cho thiết bị khởi động, mở van khí hệ thống máy nén khí Khi bép phun hoạt động cho dòng CO2 từ máy nén khí vào buồng khuôn (trong buồng nén khí với áp suất lớn 5,1 at CO dạng lỏng) thể tích thay đổi đột ngột dẫn đến tượng thăng hoa CO2 CO2 chuyển sang thể rắn dạng tuyết nhiệt độ CO thấp khoảng -700C Bép phun hoạt động khoảng 30 giây khuôn gần hình thành ngăn tuyết CO2 Sau thời điểm bép phun bắt đầu hoạt động Hình 7: Hiện tượng buồng chứa tuyết CO2 ngăn bép 2,3 phun Sau thời điểm hạt tuyết đọng lại chi lưới thoát (tác dụng lưới thoát tạo nhiều diện tích làm tăng khả bám dính tạo tuyết cho CO2) Khi bép 2, phun khoảng 30 giây bép ngừng phun xy lanh ép vào để tạo hình dạng viên đá CO2 theo biên dạng lỗ khuôn Hình 8: Piston ép vào để tạo dạng viên đá CO2 1.3 Bình chứa CO2 lỏng Bình chứa CO2 hóa lỏng sử dụng việc lưu trữ Thông số kỹ thuật bồn chứa CO2 lỏng: • Áp suất làm việc: P = 22 at • Nhiệt độ làm việc: t = -40oC • Dung tích chứa (lít) : V = 25000 lít Hình 9: Bình chứa CO2 lỏng 25000 lít (Buze – Hải Phòng) • Trên thân bồn CO2 lỏng lắp đồng hồ kế áp suất nhiệt độ làm việc bồn Hình 3: Đồng hồ đo áp suất bình chứa CO2 lỏng • Ngoài thân bồn lắp van xả, van an toàn van giảm áp đề phòng trường hợp áp suất bồn vượt giới hạn cho phép Hình 4: Các van xả, van an toàn, van giảm áp - Van an toàn dùng để phòng tải: Khi áp suất dầu hệ thống vượt giới hạn điều chỉnh van mở cho dầu bể áp suất dầu giảm xuống Trong trường hợp van an toàn làm nhiệm vụ giữ cho áp suất hệ thống không thay đổi van đóng vai trò van tràn Lúc van làm nhiệm vụ xả dầu thừa bể - Van tràn làm việc thường xuyên van an toàn không theo yêu cao độ kín khít Sự khác van toàn van tràn giữ cho áp suất dầu không đổi hệ thống dầu ép, van an toàn làm nhiệm vụ đảm bảo cho hệ 10 5,1 bar điều kiện áp suất khí quyển, chuyển trực tiếp từ pha khí sang rắn hay ngược lại theo trình gọi thăng hoa * Các loại đá công dụng: Đá khô dạng bột: • / ", đường kính viên đá khô • Để sử dụng làm Đá khô dạng hạt: • / "có đường kính viên đá khô • Được sử dụng chủ yếu ứng dụng thực phẩm đông lạnh Đá khô dạng viên: • / "đường kính viên đá khô • Được sử dụng chủ yếu ứng dụng thực phẩm đông lạnh • Được sử dụng nhà máy chế biến thịt • Được sử dụng để vận chuyển huyết tương mẫu vật phòng thí nghiệm * Ứng dụng đá khô CO2 để làm bề mặt máy móc thiết bị công nghiệp: Làm bề mặt tia đá lạnh CO2 hoạt động theo nguyên bijCsuwr dụng khí nén áp suất cao bắn tia đá khô (CO2 băng nhiệt độ -79 độ C) với tốc độ phù hợp nhằm tác động vào phân tử gây bẩn, làm phân tử co ngót tức thì, bong tách khỏi bề mặt tác dụng, trả lại sẽ, sáng bóng nguyên vốn có bề mặt thiết bị, vật dụng Bên cạnh đó, tia đá lạnh từ máy không làm trầy sát, biến dạng hư hại bề mặt tác dụng va chạm mềm Khoảng thời gian xảy va chạm cực nhanh, truyền lạnh chưa kịp đến phân tử bề mặt tác dụng nên không gây tác nhân khí Công nghệ làm tia đá lạnh CO2 giúp bề mặt động trở nên sáng bóng Đây công nghệ đạt tiêu chuẩn Châu Âu - tiêu chuẩn cao công nghệ làm bề mặt loại vật thể có cấu tạo từ chất liệu sắt, nhựa, cao su, da, thiết bị điện, động cơ… không ảnh hưởng tới phận máy So với phương pháp truyền thống sử dụng nước hóa chất để tẩy rửa vết cặn bám, gây hoen ố bề mặt (ngoài tác động tới đường dây điện hay làm ô xi hóa bề mặt, ứ đọng nước vị trí khó nhìn thấy mắt thường), ưu điểm công nghệ làm tia đá đá lạnh CO2 làm vị trí có cấu tạo nhiều chi tiết, 12 nhiều khe hẹp mà không cần tháo thiết bị máy móc, giữ nguyên trạng không để lại ẩm nên có khả bảo vệ độ bền máy móc, thiết bị Bên cạnh đó, công nghệ không sử dụng thêm hóa chất tẩy rửa không gây ảnh hưởng đến máy móc, thiết bị Công nghệ mang lại hiệu tốt môi trường không sử dụng nguồn nước 1.6 Khuôn tạo đá dạng viên nén Do có nhiều loại đá sử dụng thực tế tùy thuộc vào nhu cầu, có nhiều máy dạng khuôn tạo đá khác (lỗ khuôn) Hình 13: Các loại khuôn ép đá viên Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất, chất lượng trình tạo đá CO2 2.1 Các tiêu đánh giá chất lượng đá CO2 2.1.1 Kích thước đường kính viên đá - Đá CO2 dạng viên nén có đường kính 3; 6; 10; 15mm ứng với chiều dài lỗ khuôn l(mm) (theo thiết kế); - Khối lượng riêng đá ρco2 =1,60 g/cm3 Bảng 1: Đường kính kích thước viên đá d (mm) l (mm) 40 40 10 80 15 80 2.1.2 Độ cứng tỉ số nén Đá viên CO2 dạng viên nén có đường kính khác có độ cứng khác cấu trúc viên nén tỷ số nén viên đá Biểu đồ cho thấy độ cứng viên đá thay đổi tăng đường kính viên đá Viên nén CO2 có độ cứng tỷ lệ thuận với đường kính viên đá Biểu đồ thể mối quan hệ độ cứng đá viên với đường kính viên đá Theo cấu trúc hình thành phương pháp sản suất đá khô tỷ số nén (tuyết - đá ) cố định theo mật độ trạng thái rắn CO2 Bảng 2: Bảng hệ số nén độ cứng viên đá Đường kính viên đá Chiều dài viên đá Độ cứng viên đá Tỷ số nén d (mm) l (mm) δ (kg/cm2) i 40 2,5 13 40 2,3 2,5 10 80 2,7 2,5 15 80 3,2 2,5 Hình 6: Độ cứng viên đá CO2 2.1.3 Nhiệt độ Nhiệt độ đá khoảng -80oC Nhiệt độ âm sâu tạo cho có nhiều công dụng nhiên với máy làm đá gây nhiều khó khăn cho công tác thiết kế, chế tạo, vật liệu thường phải có khả chống ghỉ như: Inox; đồng, hợp kim nhôm…Độ kín khít khuôn quan trọng phải tính toán lựa chọn dung sai lắp ghép phù hợp với đặc tính co ngót khuôn làm việc 2.2 Một số thông số ảnh hưởng đến trình tạo đá CO2 2.2.1 Ảnh hưởng áp suất CO2 lỏng Hình 7: Biểu đồ rõ vùng áp suất tạo đá CO2 Qua biểu đồ ta nhận thấy phần giao khoảng áp suất có khoảng nhiệt độ tạo bay phần tạo tuyết CO dạng rắn Áp suất khí nén tăng nhiệt độ tạo phun thấp phần diện tích biểu đồ lớn tương ứng với khả tạo tuyết (đá) tăng lên tỷ lệ chuyển đổi lỏng rắn giảm Khoảng nhiệt độ T khoảng nhiệt độ có từ CO lỏng bình nhiệt thu bay CO lỏng thông thường sấp sỉ (-80; -40) o C Khoảng áp suất P khoảng áp suất từ áp suất khí đến áp suất thực có bình (0; 22) atm Với lượng sử dụng 8,3% lưu lượng tháng ứng với bình dung tích 12 khối ta có bảng thay đổi áp suất bình theo thời gian tháng sau 14 Bảng 3: Áp Suất bình thay đổi theo tháng sử dụng Thời gian ( tháng ) Áp suất bình chứa CO2 kg/cm2 Lượng % khí sử dụng tháng 22,00 20,17 8,33 8,33 18,4 8,33 16,95 15,53 8,33 8,33 14,2 10 11 12 13,05 11,96 10,97 10,05 9,22 8,45 8,33 8,33 8,33 8,33 8,33 8,33 8,33 Hình 16: Biểu đồ mô tả thay đổi áp suất theo thời gian sử dụng với lượng sử dụng 8,3% tháng Bảng 4: Bảng thực nghiệm quan hệ áp suất bình chứa công suất tạo đá Áp suất bình chứa CO2 kg/cm2 Công suất tạo đá kg/h 22,00 20,17 18 ,49 16 ,95 15 ,53 14 ,24 13 ,05 11 ,96 10 ,97 10 ,05 ,22 ,45 120 114 107,1 99,65 91,68 83,43 75,09 66,83 58,81 51,16 0 Hình : Biểu đồ liên hệ áp suất bình chứa công suất tạo đá Bằng phương pháp lắp thêm hệ thống van chiết áp giảm áp suất Ta mô trình giảm áp suất bình nén qua tháng sử dụng từ lập bảng quan hệ độ giảm áp suất tới khả tạo đá máy phun CO2 Nhận xét: Qua bảng biểu đồ thị ta nhận thấy lượng tạo thành đá CO2 phụ thuộc nhiều vào áp suất bình chứa CO lỏng Công suất tạo đá lớn áp suất bình chứa cao Trong khoảng áp suất (1;22)atm công suất tạo đá tỷ lệ thuận với độ tăng áp suất bình chứa Và bình 15 có áp suất 9,22 atm sảy tượng đóng băng CO Tức CO2 lỏng bình hóa rắn trực tiếp sản suất Vậy khoảng áp lực làm việc bình chứa phải đạt khoảng (15-22)atm 2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ CO2 lỏng Hình 18: Giản đồ pha trạng thái CO2 Qua giản đồ pha trạng thái CO2 ta nhận thấy để chuyển đổi CO2 từ trạng thái lỏng thành trạng thái rắn tuyết cần hực khoảng biều đồ (B;C) Để hiệu suất máy tăng cao cần chuyển đổi triệt để CO sang trạng thái tuyết tức chuyển đổi kéo dài thêm đoạn lượng đá tạo tổng lượng đá chuyển từ lỏng sang rắn + với lượng chuyển đổi từ lỏng sang khí từ khí chuyển qua rắn Nhận thấy nhiệt độ thấp lượng tạo tuyết CO2 lớn Khoảng nhiệt độ T khoảng nhiệt độ có từ CO lỏng bình nhiệt thu bay CO lỏng thông thường sấp sỉ (-80; -40) o C Coi buồng phun tạo tuyết hệ kín khoảng nhiệt độ T thay đổi từ khoảng nhiệt độ bình tới nhiệt độ thăng hoa max khí CO áp suất khí atm (-80; -40) oC Nhận thấy lượng chuyển đổi lỏng rắn trạng thái áp suất từ 5,11 atm tới áp suất bình chứa có khoảng nhiệt độ thay đổi nhỏ từ (55;56,6) oC công suất tạo tuyết máy phụ thuộc chủ yếu vào vùng áp suất nên khoảng thay đổi nhiệt độ 1,6oC có ảnh hưởng tới trình tạo thành tuyết CO2 lỏng * Quan hệ P T : Khi cho khí CO2 lỏng bị nén nhanh lòng khuôn, thể tích khí giảm khoảng lần, nhiệt độ giảm từ -25 oC (nhiệt độ CO2 lỏng) xuống -80oC tạo thành tuyết (từ điều kiện P V1 = P2V2) (định luật Charles) Nếu nhiệt độ T = -79,5 oC; áp suất P =1atm = 1,0325 bar khí CO2 lỏng chuyển thành tuyết Trong thực tế để tạo thành tuyết áp suất phải lớn 5,1 atm Nhận xét : Khoảng nhiệt độ từ (56,6;80) oC có ảnh hưởng định tới trình tạo thành nhiệt độ ổn định trình tạo tuyết Khi CO dạng khí 16 thăng hoa kéo theo giảm nhiệt độ phục vụ trực tiếp cho trình chuyển đổi lỏng rắn Hình 9: Biểu đồ liên hệ áp suất nhiệt độ trình chuyển CO2 lỏng thành dạng rắn (tuyết) 2.2.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí CO2 lỏng qua bép phun Tổng thời gian hành trình kép: Thtk=Tđi+ Tvề+Tphun Trong đó: - Thtk: tổng thời gian hành trình kép - Tđi: Thời gian xilanh ép vào - Tvề: Thời gian xilanh trả - Tphun: Thời gian phun khí CO2 - Quãng đường S =160mm - Lưu lượng khí phun: Q =A.V công thức liên quan vận tốc lưu lượng xilanh Trong đó: + A: Là diện tích hữu ích xi lanh (cm2 ) + Q: Là lưu lượng(cm3) 13 lít/phút =13000 cm3/ph + V: Là vận tốc chuyển động xi lanh (cm) Vậy Vđi=Q/A=13000/(3,14.102.4-1)=165,6 cm/ph Vvề=Q/A=13000/(3,14.(102-52 ).4-1)=220,8 cm/ph Vđi=27,6 mm/s Vvề=36,8 mm/s Ta coi xilanh chuyển động ta có được: Tđi =160/27.6= 5,79s Tvề =160/36,8= 4,34 s Tphun=12- 4,34-5,79=1,87 s (Theo thông số máy: Thtk= 12s) Một hành trình tạo 0,3 kg đá Vđá = 300.1,6=480 (cm3) Lưu lượng Q lần phun cần cung cấp Q=480 /1,87= 256,68 (cm3/s) Với thời gian hoạt động quy định 1.87s kết hợp với van phun ¼’ lưu lượng qua lần phun đạt mức cố định 256 (cm3/s) từ ta tính toán suất tạo đá định mức máy 120kg/giờ 17 Cố định thông số đầu vào thay đổi lưu lưu lượng CO lỏng bép phun ta có bảng quan hệ lưu lượng CO2 lỏng công suất tạo đá định mức máy Bảng 5: Mối quan hệ lưu lượng van phun công suất tạo đá Thời gian phun đá (s) trọng lượng riêng đá (g/cm3) Số hành trình tạo đá h Lưu lượng Q= S.v (cm3/s) Công suất tạo đá (kg/h) 1,87 1,6 300 342,3 120,0 1,87 1,6 300 292,3 102,5 1,87 1,6 300 242,3 85,0 1,87 1,6 300 192,3 67,4 1,87 1,6 300 142,3 49,9 1,87 1,6 300 92,3 32,4 Từ ta xây dựng biểu đồ thông qua điểm đo thay đổi lưu lượng CO2 lỏng qua bép phun Hình 10: Biểu đồ liên hệ công suất tạo đá lưu lượng CO2 lỏng qua bép phun Nhận xét: Mối liên hệ công suất tạo đá lưu lượng CO lỏng qua bép phun mối quan hệ đồng biến lưu lượng khí qua bép phun tăng lên suất tạo đá tăng lên ngược lại lưu lượng khí qua bép phun giảm xuống lượng tạo đá giảm theo Mức độ giảm nhiều qua ta thấy tầm quan trọng lượng phun khí CO qua chu kỳ có ảnh hưởng lớn tới công suất tạo đá máy 2.2.4 Lực ép Lực ép xilanh không định tới suất tạo đá mà định trực tiếp tới chất lượng đá viên ép Lực ép cao độ bền đá viên tăng lên Chất lượng viên đá thời gian bảo quản qua cải thiện Với khối lượng tuyết không đổi lực ép lên chúng tăng làm cho mật độ CO2 đơn vị thể tích tăng lên độ nén độ cứng tăng theo Chất lượng đá viên cải thiện khó vỡ Với khối lượng CO2 mật độ CO2 rắn tăng lên đồng nghĩa với thể tích CO rắn giảm bề mặt bay có diện tích giảm xuống làm cho thời gian bảo quản viên đá tăng cao Bảng 6: Liên hệ lực ép độ cứng đá viên (viên đường kính 3mm) Áp suất nguồn dầu(kg/cm2) Lực nén xylanh (tấn) 30 60 90 120 150 2,36 4,71 7,07 9,42 11,78 18 180 14,1 210 16,4 240 18,8 270 21,20 Điều chỉnh áp nguồn dầu δ nén đá viên (kg/mm2) 0,95 0,99 1,04 1,09 1,15 1,21 1,27 1,33 1,40 Đo đá viên Hình 11: Biểu đồ liên hệ lực ép độ cứng đá viên (viên 3mm) 2.2.5 Chiều dài hành trình ép xi lanh Hình 12: Sơ đồ hành trình ép xilanh A : Điểm chết B : Điểm chết Qua sơ đồ cho thấy chiều dài hành trình ép xilanh khoảng (A; B) mặc định (A; B)=160mm Ta nhận thấy chiều dài hành trình ép xilanh yếu tố định đến thể tích buồng phun tạo tuyết Khi thể tích buồng phun nhỏ lượng tuyết tạo hành trình ngược lại buồng phun tuyết tích tăng lên lượng tuyết tạo hành trình lớn Điểm chết A điểm nằm mặt phẳng khuôn ép điêm giới hạn xilanh Xilanh không vượt qua điểm Vậy điểm chết A cố định Điểm chết B điểm có giới hạn xilanh (khi mặc định xilanh hết hành trình L=160mm) Thông thường điểm tích hợp với cảm biến hành trình Tuy nhiên thay đổi cảm biến hành trình lại gần điểm chết A khoảng AB < 160 ta giới hạn khoảng AB cách thay đổi vị trí cảm biến hành trình Với chiều dài hành trình mặc định thời gian cho chu kỳ 8s ta tích lăng trụ là: V3= l.π.d2/4 mm3 * Tính toán buồng phun khí CO2: - Công suất: Q=120 (kg/h) - Chu kì ép đá (thời gian piston về): t = (s) - Công suất máy tạo đá tính theo công thức sau: 19 d (kg/h) Q = k m = k z.ρ π l (1) Trong đó: Q: Công suất máy tạo đá (kg/h) k: Số lần ép piston (trong trình làm việc ổn định) m: Khối lượng đá lần ép (kg) z: Số lỗ khuôn ρ: Khối lượng riêng đá CO2 (kg/m3) d: Đường kính viên đá (đường kính lỗ khuôn) (m) l: Chiều dài lỗ khuôn (chiều dày khuôn) (m) + Số lần ép piston 1h: + Số lỗ khuôn tạo đá tính sau: z = 4.Q k ρ π l.d Trong trường hợp d = 15 (mm) ta có: Chọn z = 12 (lỗ) Chọn cách bố trí lỗ: Hướng tâm + Đường kính xi lanh: D ≥ 4.d = 64 (mm) Chọn D = 80 (mm) + Thể tích tuyết lần ép: d2 162 Vt = 3.Vd = 3.z.π l = 3.z.π 80 = 626995 (mm3) 4 4.Vt 4.626995 = = 125 (mm); Chọn L = 125mm π D π 802 Vt + Hiệu suất tạo tuyết: η = = 75% Vk V + Thể tích khí CO2: Vk = t = 835993, (mm3) 0.75 + Hành trình xi lanh: L ≥ Vậy hành trình thực tế xilanh là: L=125+125.25%=156mm; Chọn L=160mm Với L=160mm lượng tuyết thực tế có Vt= 626995 (mm3) Áp dụng phương pháp tính toán tương tự ta thành lập bảng quan hệ chiều dài hành trình ép xilanh lượng tuyết chu trình ép bảng Bảng 7: Bảng quan hệ chiều dài hành trình thể tích tuyết lần ép L(mm) 160 155 150 145 140 135 130 125 120 V(mm3) 803840 778720 753600 728480 703360 678240 653120 628000 602880 20 Hình 13: Biểu đồ quan hệ chiều dài hành trình lượng đá Nhận xét: Qua ta thấy chiều dài hành trình ép lượng đá tạo hành trình có quan hệ đồng biến tăng dần yếu tố chiều dài tăng lên lượng đá tạo hành trình tăng lên đồng nghĩa với công suất tạo đá tăng 2.2.6 Ảnh hưởng chu kỳ ép Chu kỳ ép đá CO2 khoảng thời gian T mà máy thực hành trình kép tạo lượng đá CO2 định Nó đặc trưng số hành trình kép phút có ảnh hưởng định tới công suất tạo đá Chu kỳ ép nhỏ tương đương với số hành trình kép lớn lượng đá tạo nhiều Chu kỳ ép nhỏ số hành trình kép phút nhỏ lượng đá tạo lớn Tuy nhiên chu kỳ ép nhỏ lại không đủ thời gian phun khí CO lỏng dẫn đến nhiệt độ không đạt tới độ -80oC lượng chuyển đổi nhỏ không đủ để chuyển hóa lượng CO2 lỏng thành dạng tuyết suất máy tạo đá không cao Ở mức độ hoạt động ổn định nhất, phù hợp lượng tạo đá lớn mang lại hiệu kinh tế cao Tổng thời gian hành trình kép: Tck=Tđi+ Tvề+Tphun Trong đó: - Tck: tổng thời gian hành trình kép - Tđi: Thời gian xilanh ép vào - Tvề: Thời gian xilanh trả - Tphun: Thời gian phun khí CO2 - Quãng đường S =160 mm - Lưu lượng khí phun: Q = A.V (cm3/ph) Trong đó: + A: Là diện tích hữu ích xi lanh (cm2 ) + Q: Là lưu lượng(cm3) 13 lít/phút =13000 cm3/ph + V: Là vận tốc chuyển động xi lanh (cm) Vậy Vđi=Q/A=13000/(3,14.102.4-1)=165,6 cm/ph Vvề=Q/A=13000/(3,14.(102-52 ).4-1)=220,8 cm/ph Vđi=27,6 mm/s Vvề=36,8 mm/s 21 Ta coi xilanh chuyển động ta có được: Tđi =160/27.6= 5,79s Tvề =160/36,8= 4,34 s Do lưu lượng bơm thủy lực cố định khoảng thời gian làm việc coi hệ thống xilanh chuyển động ta có T = 5,79 s; Tvề = 4,34 s thời gian cố định chu kỳ Do đó: Tck=Tđi+ Tvề+Tphun= 5,79+4,34+ Tphun= Tphun+10,13 (s) Qua ta nhận thấy thời gian thực hành trình kép trình tạo tuyết CO2 phụ thuộc hoàn toàn vào thời gian phun bép phun Điều khiện Tphun sau Tphun > thời gian phun phải tạo lượng tuyết nhỏ lượng tuyết định mức cho phép mà buồng chứa tuyết chứa đươc Bảng 8: Bảng quan hệ thời gian phun lượng đá tạo chu kỳ Tphun (s) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 Tck (s) 10,63 11,13 11,63 12,13 12,63 13,13 13,63 14,13 14,63 Số (HTK) 339 323 310 297 285 274 264 255 246 Qbép phun (mm3/s) 256680 256680 256680 256680 256680 256680 256680 256680 256680 Vtuyết (cm3) 89,8 179,6 269,5 359,3 449,1 539,0 628,8 718,7 808,5 mtuyết (g/htk) 144 287 431 575 719 862 1006 1150 1294 A (kg/giờ) 49 93 133 171 205 236 266 293 318 Hình 2414: Biểu đồ liên hệ Tphun công suất tạo đá Thể tích buồng chứa tuyết: V=0.25.π.D 2.l=0,25.3,14.802.160=803830 (mm3) Coi lượng tuyết có lấp đầy thể tích buồng phun tuyết theo tính toán ta chuyên đề tính toán bép phun khí ta tính thời gian phun tuyết lớn Tphun max = 4,5s; ta chọn thời gian phun khoảng < T phun ≤ 4,5s Thay đổi Tphun số giá trị định ta có số hành trình kép phút thay đổi lượng tuyết CO tạo (bảng 8) Các thông số tính đến không kể lượng tuyết thất thoát lượng hao hụt Coi lượng CO chuyển đổi 100% từ lỏng qua rắn 22 Nhận xét: Qua bảng quan hệ thời gian phun ta nhận thấy chu kỳ ép có ảnh hưởng lớn tới suất tạo đá A máy tạo đá Chúng có mối quan hệ đồng biến thời gian phun tăng lên số hành trình kép giảm xuống đáng kể lượng tạo đá hình trình kép lại tăng lên nhiều lần dẫn tới công suất máy tạo đá tăng lên 2.2.7 Ảnh hưởng lượng thoát khí CO2 Thoát khí tượng làm giảm suất tạo đá không phần quan trọng trình tạo thành đá viên CO2 Hình 15: Giản đồ pha trạng thái CO2 Thoát khí làm giảm suất tạo đá, nhiên tạo đá quy trình bắt buộc phải có thực trình ép đá CO Chu trình thoát khí nhằm giảm bớt áp lực buồng ép không gây nổ tạo thành phản lực bép phun gây đóng băng bép phun gây tắc khí, dẫn tới không tạo đá CO Nhưng trình giảm áp lại đồng thời làm giảm hiệu suất trình chuyển đổi rắn lỏng Giảm áp suất làm giảm phần diện tích giao P T giản đồ trạng thái Do làm giảm suất tạo đá Tuy nhiên trình thoát khí CO2 lại trình quan trọng Nhờ có khí CO2 thoát rạ tạo nhiệt lượng âm CO dạng khí thăng hoa thu nhiệt tạo nên nhiệt độ -78oC giúp trình chuyển đổi từ rắn sang lỏng hiệu Hiện tượng thoát khí tượng vừa có lợi có hại cho trình hình thành tuyết buồng tạo tuyết Không thể tận dụng mặt lợi hay mặt hại trình mà cần phải lựa chọn phù hợp hai mặt trình giúp lượng khí thoát tạo lượng nhiệt có lợi trì lượng áp suất đủ để tạo lượng tuyết CO đủ để đảm bảo hiệu suất công suất tạo đá máy ép đá Trường hợp 1: Nhiệt lượng -780C tạo thành khí CO thăng hoa áp suất khí Chính lượng thoát khí sau thoát khỏi lưới thoát phải có áp suất khí lượng hao hụt áp suất vị trí phun trình phun phải áp suất để tận dụng lượng thay đổi nhiệt áp suất giảm lượng áp suất bình trừ áp suất khí Bài toán quay trở lại toán ảnh hưởng áp suất phun tới công suất tạo đá trình bày phía nhiên lúc áp suất phun giảm lượng áp suất khí 1atm Bù lại lượng thay đổi áp 23 suất vị trí phun trình phun ta lại có lượng nhiệt -780C CO2 thăng hoa phục vụ cho trình chuyển đổi lỏng sang rắn Trường hợp 2: Áp suất thoát lớn áp suất khí CO không thăng hoa buồng phun nhiệt độ âm không đạt tới nhiệt độ -780C Lúc toán kết hợp toán ảnh hưởng áp suất CO bào toán ảnh hưởng nhiệt độ CO2 Bài toán rõ ràng phức tạp nhiều Áp dụng phương pháp giải toán dựa vào biểu đồ ta có biểu đồ (hình 26) Hình 16: Biểu đồ trạng thái CO2 (có thoát khí) Rõ ràng ta nhận thấy lượng áp suất thoát lớn lượng áp suất cho phép dẫn tới nhiệt độ âm buồng phun không đạt -78 0C phần diện tích (P2,t2) màu xanh nhỏ phần diện tích (P1,t1) Như lượng tạo đá giảm đáng kể Lượng thoát khí lớn phần diện tích (P 2,t2) nhỏ suất tạo đá máy thấp Nhận xét: Các thông số máy có liên quan chặt chẽ với thay đổi thông số công nghệ máy thông số khác máy đồng loạt thay đổi theo Và thông thường giảm thông số công nghệ xuống công suất tạo đá giảm theo Có số thông số đặc biệt nhiệt độ thoát khí lại có xu hướng nghịch biến thông số tăng lên công suất tạo đá máy lại giảm xuống Qua nhận thấy để đảm bảo công suất tạo đá lớn cần cài đặt ý tới toàn thông số cách phù hợp Khi thay đổi thông số cần phải thay đổi thông số khác để phù hợp với thông số vừa thay đổi để đảm bảo công suất tạo đá ổn định hiệu suất máy cao KẾT LUẬN - Các kết nghiên cứu chế độ công nghệ máy làm đá CO viên 3mm lần thực Việt Nam cho phép làm chủ công nghệ chế tạo, sử dụng máy sản xuất đá CO2 24 - Kết nghiên cứu cho phép người sử dụng lựa chọn chế độ làm việc (P, Q, Z, Qđá,T ) vận hành máy điều kiện sản suất môi trường nhiệt đới Việt Nam để đảm bảo công suất tạo đá lớn hiệu làm việc máy cao - Xây dựng hệ thống thí nghiệm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu - Sản suất đá CO2 rắn Việt Nam phục vụ làm công nghiệp, bảo quản…góp phần bảo vệ môi trường sống tận dụng nguồn khí thải CO phụ phẩm công nghiệp có giá trị nhà máy công nghiệp: xi măng, nhà máy sản xuất phân bón, nhà máy đường, nhiệt điện 25 LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt: [1] Ths Phùng Thế Chiến, Tuổi bền tối ưu vòi phun làm bề mặt phun cát, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ĐHKTCN Thái Nguyên, 2009 [2] EGREEN_catalogue_2010 [3] TS Phạm Văn Bổng (2004) - An toàn lao động – ĐHCN HN [4] Bộ môn Công nghệ CTM Trường ĐHBK Hà Nội (1999); Sổ tay công nghệ chế tạo máy T1, T2; NXB Khoa học kỹ thuật [5] Bộ môn Công nghệ CTM Trường ĐHBK Hà Nội (1975); Chế độ cắt gia công [6] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2000); Nguyên lý cắt kim loại; NXB Khoa học kỹ thuật [7] Bộ môn Công nghệ CTM Trường ĐHBK Hà Nội (2000); Công nghệ chế tạo máy; NXB Khoa học kỹ thuật [8] Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh (2000); Chế độ cắt gia công khí; NXB Đà Nẵng [9] Trần Văn Địch, Lê Văn Tiến (2000); Đồ gá; NXB Khoa học kỹ thuật [10] Nguyễn Văn Định (Luận văn Ths) (2014); Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ làm mát phun đá CO2 đến chất lượng chi tiết tiện”; Đại học Công nghiệp Hà Nội II Tiếng Anh: [11] Karen Bruer, Tom Devine, Dry Ice Blasting Process for Cleaning, Preservation Preparation and Coating Inspection - MEGA RUST U.S Navy Corrosion Conference, June 6-9, 2011; [12] Robert W Foster; Carbon Dioxide (Dry-Ice) Blasting; [13] Dabolt, Richard J Evaluation of Pelletized Carbon Dioxide as a Fluidized Abrasive Agent for removal of Radioactive Contamination; Chem Nuclear Systems, Inc and Martin Marietta Energy Systems: Decatur Georgia, 1989 [14] K.E Archibald, CO2 PELLETBLASTING LITERATURE SEARCH AND ECONTAMINATION SCOPING TESTS REPORT, December 1993 [15] Icesonic dry ice making [16] Icesonic industr ial cleaning equipment [17] Icesonicinfo package III Các trang Web: www.buse-gastek.com ; ww.icetechworld.com ; www.blackwells-inc.com www.co2clean.com; www.bfsinc.org; www.naoj.org www.mobiledredging.com/dryiceblast.php www.imevn.com.vn www.coldjet.com; www.cleansurface.co.uk 26 [...]... suất của máy là cao nhất KẾT LUẬN - Các kết quả nghiên cứu về chế độ công nghệ của máy làm đá CO 2 viên 3mm lần đầu tiên được thực hiện tại Việt Nam cho phép làm chủ công nghệ chế tạo, sử dụng máy sản xuất đá CO2 24 - Kết quả nghiên cứu cho phép người sử dụng lựa chọn được chế độ làm việc (P, Q, Z, Qđá,T ) khi vận hành máy trong điều kiện sản suất và môi trường nhiệt đới tại Việt Nam để đảm bảo công. .. ngọt 1.6 Khuôn tạo đá dạng viên nén Do có nhiều loại đá được sử dụng trong thực tế tùy thuộc vào nhu cầu, sẽ có nhiều máy và dạng khuôn tạo đá khác nhau (lỗ khuôn) Hình 13: Các loại khuôn ép đá viên 2 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO2 2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đá CO2 2.1.1 Kích thước đường kính viên đá - Đá CO2 dạng viên... năng suất tạo đá định mức của máy là 120kg/giờ 17 Cố định các thông số đầu vào và thay đổi lưu lưu lượng CO 2 lỏng bép phun ta có được bảng quan hệ giữa lưu lượng CO2 lỏng và công suất tạo đá định mức của máy Bảng 5: Mối quan hệ giữa lưu lượng van phun và công suất tạo đá Thời gian phun đá (s) trọng lượng riêng đá (g/cm3) Số hành trình tạo đá trong 1 h Lưu lượng Q= S.v (cm3/s) Công suất tạo đá (kg/h)... buồng phun khí CO2: - Công suất: Q=120 (kg/h) - Chu kì ép đá (thời gian piston đi và về): t = 8 (s) - Công suất của máy tạo đá được tính theo công thức sau: 19 d 2 (kg/h) Q = k m = k z.ρ π l 4 (1) Trong đó: Q: Công suất của máy tạo đá (kg/h) k: Số lần ép của piston trong 1 giờ (trong quá trình làm việc ổn định) m: Khối lượng đá 1 lần ép (kg) z: Số lỗ khuôn ρ: Khối lượng riêng của đá CO2 (kg/m3) d:... tăng lên nhiều lần dẫn tới công suất của máy tạo đá cũng tăng lên 2.2.7 Ảnh hưởng của lượng thoát khí CO2 Thoát khí là hiện tượng làm giảm năng suất tạo đá nhưng không kém phần quan trọng trong quá trình tạo thành đá viên CO2 Hình 15: Giản đồ pha trạng thái CO2 Thoát khí làm giảm năng suất tạo đá, tuy nhiên khi tạo đá là quy trình bắt buộc phải có khi thực hiện quá trình ép đá CO 2 Chu trình thoát khí... Như vậy lượng tạo đá đã giảm đáng kể Lượng thoát khí càng lớn thì phần diện tích (P 2,t2) càng nhỏ khi đó năng suất tạo đá của máy thấp Nhận xét: Các thông số của máy có liên quan chặt chẽ với nhau khi thay đổi bất kỳ thông số công nghệ nào của máy thì lập tức các thông số khác của máy cũng đồng loạt thay đổi theo Và thông thường khi giảm các thông số công nghệ xuống thì công suất tạo đá cũng giảm theo... Bộ môn Công nghệ CTM Trường ĐHBK Hà Nội (2000); Công nghệ chế tạo máy; NXB Khoa học kỹ thuật [8] Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh (2000); Chế độ cắt gia công cơ khí; NXB Đà Nẵng [9] Trần Văn Địch, Lê Văn Tiến (2000); Đồ gá; NXB Khoa học kỹ thuật [10] Nguyễn Văn Định (Luận văn Ths) (2014); Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ làm mát bằng phun đá CO2 đến chất lượng chi tiết khi tiện”; Đại học Công nghiệp... Độ cứng viên đá CO2 2.1.3 Nhiệt độ Nhiệt độ của đá khoảng -80oC Nhiệt độ âm sâu tạo ra cho nó có rất nhiều công dụng tuy nhiên với máy làm đá cũng gây nhiều khó khăn cho công tác thiết kế, chế tạo, vật liệu thường phải có khả năng chống ghỉ như: Inox; đồng, hợp kim nhôm Độ kín khít khuôn cũng rất quan trọng do đó phải tính toán lựa chọn dung sai lắp ghép phù hợp với đặc tính co ngót của khuôn khi làm. .. bảo công suất tạo đá là lớn nhất và hiệu quả làm việc của máy là cao nhất - Xây dựng được hệ thống thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu - Sản suất đá CO2 rắn ở Việt Nam phục vụ làm sạch công nghiệp, bảo quản…góp phần bảo vệ môi trường sống do tận dụng được nguồn khí thải CO 2 một phụ phẩm công nghiệp có giá trị tại những nhà máy công nghiệp: xi măng, nhà máy sản xuất phân bón, nhà máy đường, nhiệt... suất của bình nén qua từng tháng sử dụng từ đó lập được một bảng quan hệ giữa độ giảm của áp suất tới khả năng tạo đá của máy phun CO2 Nhận xét: Qua các bảng biểu và đồ thị ta nhận thấy rằng lượng tạo thành đá CO2 phụ thuộc nhiều vào áp suất bình chứa CO 2 lỏng Công suất tạo đá càng lớn khi áp suất bình chứa càng cao Trong khoảng áp suất (1;22)atm thì công suất tạo đá tỷ lệ thuận với độ tăng của áp ... Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy tạo đá CO2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy phun đá CO2 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ công nghệ làm sử... bảo công suất tạo đá ổn định hiệu suất máy cao KẾT LUẬN - Các kết nghiên cứu chế độ công nghệ máy làm đá CO viên 3mm lần thực Việt Nam cho phép làm chủ công nghệ chế tạo, sử dụng máy sản xuất đá. .. đá CO2 với chất bẩn khác Nội dung Chuyên đề gồm: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc máy tạo đá (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng phun, thời gia phun, thời gian chu kì làm việc