Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu về phương pháp ép củi trấu thông dụng hiện nay, quy trình, nguyên liệu và các lợi ích của củi trấu. Củi trấu năng lượng tái tạo mới, được sản xuất từ 100% vỏ trấu, được ép chế biết rồi nâng nhiệt tạo kết dính của hạt trấu
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.0 ƯU ĐIỂM CỦA CỦI TRẤU SO VỚI CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU KHÁC: Tiết kiệm hơn: - Củi trấu cháy triệt để, đốt sinh nhiệt tốt, nhiệt lượng khoảng 3900 kcal/kg, trấu thành phần chất xơ chiếm 75%, dễ bén lửa, cháy khói mùi tỏa dễ chịu - Giá củi trấu rẻ so với loại nhiên liệu khác, giá củi trấu khoảng 1300 đ/kg giá than đá khoảng 5000 đ/kg - So với củi khô: nhiệt lượng củi khô khoảng 2100 kcal/kg Như vậy, 1kg củi trấu ≈ 1,86 kg củi khô So với than đá: nhiệt lượng than đá khoảng 5500 kcal/kg Như vậy, 1kg củi trấu ≈ 0,71 kg than đá Hạn chế ô nhiễm môi trường: - Củi trấu sản phẩm vừa giảm thiểu lượng chất thải môi trường, vừa đảm bảo tỉ lệ ô nhiễm sử dụng không đáng kể, tàn tro củi trấu sau đốt có chứa 80% silic oxít (SiO 2), tận dụng cho nhiều lĩnh vực (về mặt nhiều doanh nghiệp sản xuất gạch gốm bán lại cho nông dân tàn tro sử dụng việc cải tạo đất) xét mặt môi trường củi trấu hoàn toàn sản phẩm tiện ích cho môi trường Ví dụ thực tế số lò sử dụng củi trấu: - Tiêu hao nhiên liệu than đá cho lò công suất 106 kg/giờ Tiêu hao nhiên liệu củi trấu cho lò công suất 195 kg/giờ Giá thành nhiên liệu than 5.000 đ/kg, nhiên liệu củi trấu 1300 đ/kg Chi phí cho lò công suất nhiên liệu than 106x5000 = 530.000 đ/giờ, hiên liệu củi trấu là: 195x1300 = 253.500 đ/giờ Chênh lệch chi phí nhiên liệu cho lò công suất tấn/giờ là: 276.500 đ/giờ Tiết kiệm nhiên liệu cho lò công suất chuyển từ đốt than sang đốt củi trấu là: (276.500/530.000)*100% = 52 % 3.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA VỎ TRẤU: 3.1.1 Cấu tạo vỏ trấu: - Vỏ trấu hai gié lúa vảy mày hoa tạo thành Cả hai phần ghép liền với theo nếp dọc nếp gấp cài vào Phần hai mảnh vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối vỏ trấu cuối kết thúc thành râu (awn) - Thành phần hóa học vỏ trấu gồm: + Xenlulô: chiếm nhiều khoảng (26 – 35)%, hợp chất cao phân tử có công thức cấu tạo (C6H10O5)n + Hemi – Xenlulô: chiếm khoảng (18 – 22)%, hợp chất hóa học tương tự xenlulô có kích thước phân tử nhỏ cấu trúc chặt chẽ độ bền hóa lý thấp xenlulô + Lignin: chiếm khoảng (25 – 30)%, hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với xenlulô Lignin tồn trạng thái: thủy tinh (biến dạng biến dạng đàn hồi), dẻo (biến dạng không thuận nghịch), lỏng dính + SiO2: chiếm khoảng 20% H2.3.0 Hàm lượng vỏ trấu hạt lúa 3.1.2 Các đặc tính đặc trưng vỏ trấu: - Tuỳ theo loại trấu mà trấu có chiều dài từ (5 – 10)mm, chiều ngang (1/2 - 1/3) chiều dài - Góc nghỉ trấu từ (35 – 50)0 tuỳ theo ẩm độ điều kiện nhiệt độ môi trường 3.1.3 Đặc diểm chung lý hóa tính vỏ trấu: Vỏ trấu Tro trấu (RHA) Đốt cháy vỏ trấu Vỏ trấu Carbon hóa (CRH) H2.3.1 Một số hình ảnh vỏ trấu - Vỏ trấu không cháy dễ dàng với lửa trần trừ có không khí thổi qua Vỏ trấu có khẳ chống ẩm mục rữa nên vật liệu cách nhiệt tốt - Tro trấu chứa nhiều SiO gây nên tượng ăn mòn loại lò sử dụng vỏ trấu làm chất đốt + Bảng thành phần hóa học tro trấu (RHA): Thành phần hóa học SO2 K2O Na2O CO MO Fe2O3 P2O5 SO3 Cl % 86 - 97.3 0.58 - 2.5 0.0 - 1.75 0.2 - 1.5 0.12 - 1.96 trace - 0.54 0.2 - 2.85 0.1 - 1.13 trace - 0.42 - Vỏ trấu khó xử lý cồng kềnh bụi bặm Vỏ trấu có góc nghỉ khoảng 40 ÷ 450 điều ảnh hưởng đến khả chảy Ví dụ máng thức ăn chăn nuôi khó khăn - Khối lượng riêng vỏ trấu thấp khoảng (70 ÷ 110)kg/m đòi hỏi không gian lớn để lưu trữ vận chuyển điều không kinh tế + Bảng khối lượng riêng số loại chất đốt: Tính chất Loose Vibrated Bricketed or pelleted Ground Vỏ trấu 73-112 122-145 180 230-400 Tro trấu 96-192 Rơm Gỗ 300-900 - Khi đốt cháy vỏ trấu tạo lượng tro khoảng (17 ÷ 26)% cao nhiều so với gỗ [(0,2 ÷ 2)%] than đá (12,2%) Dẫn đến có khối lượng lớn tro trấu cần phải xử lý + Hàm lượng tro số loại chất đốt: Tính chất Chất dễ bay Cacbon Tro Vỏ trấu 64.7 15.7 19.6 Rơm 69.7 11.1 19.2 Gỗ 85 13 - Trấu có giá trị nhiệt lượng trung bình cao (khoảng 3410kcal/kg) Do đó, nguồn lượng tái tạo tốt - Tro trấu có nhiệt độ nóng chảy thấp nên tạo xỉ 3.1.4 Tính chất hóa học vỏ trấu: - Thành phần hóa học vỏ trấu: + Thành phần nguyên tố hóa học (%): Nguyên tố hóa hóc C H O N S Vỏ trấu 38.7 36 0.5 0.1 Rơm 37.7 37.5 0.6 - Gỗ 48 6.5 43 0.5 - + Thành phần hóa học vỏ trấu (%): Vỏ trấu Xenlulô Hemi – Xenlulô Lignin Lemont 29.20 20.10 30.70 ROK 14 33.47 21.03 26.70 CP 25.89 18.10 31.41 Pa Potho 35.50 21.35 24.95 Trung bình 31.02 20.15 28.44 * Lemont, ROK 14, CP 14, Pa Potho: giống lúa mẫu - Độ ẩm vỏ trấu: Độ ẩm tương đối (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Độ ẩm cân (%) Vỏ trấu Rơm 3.7 5.4 6.8 7.9-8.1 9.1 -9.5 5.5 10.1 -10.8 6.3 10.8 - 11.8 9.5 11.6 - 12.9 12.5 14 - 15.3 21 Gỗ 3.5 7.5 10 12 14.5 18 3.2 NGUYÊN LÝ ÉP CỦI TRẤU: - Củi trấu tạo từ vỏ trấu cách ép vỏ trấu lại với áp suất ép cao kết dính lại với nhờ chất lignin có vỏ trấu (chiếm từ 25% – 30%) Chất lignin chuyển sang trạng thái lỏng dính nhiệt độ khoảng (200 – 220) 0C giúp kết dính vỏ trấu lại với - Trong trình ép ma sát vỏ trấu chi tiết máy ma sát vỏ trấu với sinh nhiệt làm chảy chất lignin Ngoài ra, để cung cấp thêm nhiệt làm chảy chất lignin người ta gắn thêm gia nhiệt lắp vào khuôn ép - Như vậy, theo nguyên lý ép nguyên liệu đầu vào không cần phải thêm chất kết dính sản phẩm gỗ đầu cứng tự nhiên bề mặt cacbon hóa 3.3 ÁP SUẤT ÉP CẦN THIẾT: - Để xác định áp suất ép phải xác định khối lượng riêng vật liệu đầu vào (vỏ trấu) khối lượng riêng sản phẩm đầu (củi trấu) Khối lượng riêng vỏ trấu: ρ1 = (70 ÷ 110) kg/m3 → chọn ρ1 = 90 (kg/m3) Khối lượng riêng gỗ: ρ2 = (480 ÷ 1280) kg/m3 → chọn ρ2 = 1000 (kg/m3) Tỷ số nén: - Tỷ số nén xác định theo công thức sau: ε = = ≈ 11 ρ1 = ρ2 = - Ta có: Trong đó: + m1, m2: khối lượng vật liệu đầu vào, khối lượng sản phẩm đầu + V1, V2: thể tích đầu vào, đầu khuôn ép - Khi ép 1kg vỏ trấu vào cho khoảng 1kg củi trấu nên xem m = m2 Khi đó: ε= = Xác định áp suất ép: - Áp suất ép ứng với khối lượng riêng xác định vỏ trấu xác định theo biểu đồ sau: H3.5.0.Biểu đồ thể mối quan hệ áp suất khối lượng riêng (Bossel, 1984) - Từ biểu đồ với khối lượng riêng sản phẩm thu là: ρ ≈ 1000 kg/m3 Ta chọn áp suất ép là: Pmax ≈ 75 bar 3.4 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ÉP ĐÙN: 3.4.1 Khái niệm ép đùn vật liệu: - Ép đùn vật liệu phương pháp sử dụng phổ biến nhà máy xí nghiệp, nhà máy sản xuất gạch (nhà máy gạch, nhà máy sản xuất thức ăn cho tôm, nhà máy cao su…) máy ép đùn đóng vai trò quan trọng - Mỗi nhà máy, xí nghiệp sản xuất sản phẩm máy đùn ép loại vật liệu khác tùy theo sản phẩm nhà máy Ở ta xét máy ép đùn vật liệu vỏ trấu Theo ý nghĩa ép đùn hiểu từ vỏ trấu ban đầu sau qua máy đùn (máy đùn vít xoắn, xilanh đẩy…) ta thu sản phẩm có hình dạng chiều dài mong muốn 3.4.2 Ép định hình: - Để tăng độ bền cho vật thể rời ta dùng phương pháp ép (nén chặt) không gian kín, tác dụng áp suất bên thu khối có độ chặt tự tách rời - Khi ép cần có kèm theo nghiền nát di chuyển tương đối chất có trộn lẫn Do đó, xảy biến dạng dẻo biến dạng đàn hồi Những yếu tố định trình ép sản phẩm phân tán chia thành nhóm: Yếu tố đặc trưng cho tính lý: - Môđun ép: đặc trưng cho khả sản phẩm bị nén chặt tác dụng áp suất (bỏ qua tổn thất ma sát), yếu tố không đổi phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc kích thước hạt thành phần - Hệ số áp suất bền: tỉ số áp suất mặt bên vật liệu ép với áp suất tác dụng thẳng đứng - Độ ẩm, nhiệt độ, thành phần kích cỡ hạt sản phẩm Các yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép: - Áp suất riêng - Ma sát sản phẩm dụng cụ ép, đại lượng phụ thuộc vào thành phần, tính chất sản phẩm trạng thái bề mặt dụng cụ ép - Hình dáng bánh ép, dụng cụ ép tương quan kích thước - Chế độ ép ép chu kỳ ép liên tục - Hệ số bề mặt vật liệu ép trực tiếp chịu áp suất ép, phụ thuộc vào số bề mặt trực tiếp mà trình ép tiến hành được, hệ số cụ thể sau: + Một mặt: áp suất nén chặt tác dụng vào bề mặt vật liệu ép + Hai mặt: áp suất nén chặt tác dụng lên bề mặt đối diện vật liệu ép + Nhiều mặt: áp suất nén chặt tác dụng lên đến mặt vật liệu ép Hệ số nén chặt tiết diện ép không đổi xác định theo công thức: β= Trong đó: Y: khối lượng toàn thể tích vật ép (kg) Yn: khối lượng thể tích cốt vật chất (kg) Đặc trưng trình đông liên kết vật liệu phụ thuộc tăng áp suất hệ số nén chặt vật chất Nói chung ép phía giảm áp suất ép từ 10 đến 20% so với ép phía Ép phía thu sản phẩm theo chiều cao đồng hơn, cải tiến nhiều chất lượng sản phẩm 3.4.3 Các phương pháp ép đùn sử dụng công nghiệp nay: - Hiện có công nghệ ép đùn sử dụng phổ biến, là: • Pittông ép • Vít đùn Sử dụng Pittông ép: - Cấu tạo: H2.3.2 Pittông ép + Pittông – xylanh + Trục dẫn hướng + Khuôn ép + Điện trở nhiệt + Động điện + Phễu cấp liệu + Vít tải - Các ưu nhược điểm công nghệ Pittông ép: Có chuyển động tương đối pittông nguyên liệu Do đó, độ mài mòn pittông giảm đáng kể Là công nghệ hiệu chi phí Một số kinh nghiệm vận hành đạt cách sử dụng loại nguyên liệu khác Độ ẩm nguyên liệu ≤ 12% cho kết tốt Chất lượng sản phẩm giảm xuống tăng suất mà lượng tiêu thụ không đổi Lớp bên sản phẩm không Cacbon hóa Và sản phẩm tạo giòn Sử dụng Vít đùn: - Cấu tạo: H 2.3.3 Vít đùn + Phễu cấp liện + Vít đùn + Xylanh + Khuôn ép + Điện trở nhiệt + Động - Các ưu nhược điểm công nghệ Vít đùn: Sản phẩm liên tục đồng Bề mặt sản phẩm Carbon hóa phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc bắt lửa dễ dàng đốt cháy Lớp Carbon hóa giúp bảo vệ sản phẩm tránh độ ẩm môi trường xung quanh Sản phẩm tạo có lỗ tròn giúp đốt cháy tốt cung cấp đủ không khí trình cháy Máy chạy êm không chịu rung sốc tải trọng đột ngột Máy hoạt động tốt so với pittông ép phận qua lại bánh đà Các phận máy dầu bảo vệ khỏi bụi, nguyên liệu nhiễm bẩn chưa xử lý Yêu cầu lượng máy cao so với máy piston ép - Các loại máy có thị trường: H2.3.4 Máy ép củi trấu CTY TNHH SX - TM - DV - CHẾ TẠO MÁY NGỌC THÀNH 3.5 SO SÁNH CHỌN PHƯƠNG ÁN GIỮA MÁY ÉP KIỂU PITTÔNG VÀ MÁY ÉP KIỂU VÍT: (Nguồn: Biomass Briquetting: Technology and Practices – P.D Grover & S.K Mishra) Bảng so sánh máy ép kiểu pittông máy ép kiểu trục vít: CHỈ TIÊU Độ ẩm tối ưu vật liệu Độ mài mòn chi tiết PITTÔNG ÉP VÍT ĐÙN (10 – 15)% (8 – 9)% Thấp trường hợp pittông khuôn ép Cao trường hợp trục vít Đầu máy Gián đoạn Liên tục (Trong hành trình kép) Năng lượng tiêu thụ 50 kWh/tấn 60 kWh/tấn (1 - 1.2)g/cm³ (1 - 1.4)g/cm³ Thấp Cao Hiệu suất đốt cháy sản phẩm Không tốt Tốt Khả Cacbon hóa Không thể Tốt Phù hợp khí hóa Không phù hợp Phù hợp Không đồng Đồng Khối lượng riêng vật liệu Bảo trì Tính đồng sản phẩm Kết luận: - Từ bảng so sánh với tính khả thi Công nghệ ép đùn kiểu trục vít mà nhóm Sinh viên chọn thiết kế Máy ép đùn kiểu trục vít Đồ án Tốt nghiệp 3.6 CÁC YẾU TỐ ẨNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP ĐÙN: 3.6.1 Áp lực ép: - Công nghệ ép chia thành: + Nén áp lực cao + Nén áp lực trung bình với thiết bị gia nhiệt + Nén áp suất thấp với chất kết dính - Nếu nguyên liệu nén chất kết dính hạt kết dính với nhờ lực Vander Waal’s, lực hóa trị, lực tĩnh điện lồng vào Có chất kết dính Lực Vander Waal’s Các hạt lồng vào Lực tĩnh điện H.2.3.4 Một số loại liên kết 3.6.2 Tính chất vật liệu: - Khả chảy loãng độ kết dính (chất bôi trơn chất kết dính truyền dặc điểm để kết dính vật liệu) - Kích thước hạt (hạt mịn độ dính kết cao dẫn đến khó khăn việc chảy vật liệu) - Lực bề mặt (quan trọng việc tăng độ bền) - Tính kết dính - Độ cứng (hạt cứng dẫn đến khó khăn việc thiêu kết vật liệu) - Phân bố hạt theo kích thước ( hạt đủ mịn cần kết dính với hạt lớn để tạo gắn kết chặt chẽ hơn) 3.6.3 Các phụ phẩm nông nghiệp phù hợp với trình ép: Độ ẩm thấp: - Độ ẩm nên thấp tốt (khoảng 10÷15%), độ ẩm cao phải tốn phần chi phí việc sấy sơ Hàm lượng tro: - Hàm lượng tro nhiều không tốt tro ngưng tụ ống loại máy sưởi buồng đốt lò 3.7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ÉP CỦI TRẤU: SÀNG NGHIỀN SẤY SƠ BỘ ÉP LÀM MÁT ĐÓNG GÓI [...]... tốt hơn so với pittông ép vì không có các bộ phận qua lại và bánh đà Các bộ phận máy và dầu được bảo vệ khỏi bụi, nguyên liệu nhiễm bẩn chưa được xử lý Yêu cầu năng lượng của máy là cao so với máy piston ép - Các loại máy có trên thị trường: H2.3.4 Máy ép củi trấu của CTY TNHH SX - TM - DV - CHẾ TẠO MÁY NGỌC THÀNH 3.5 SO SÁNH CHỌN PHƯƠNG ÁN GIỮA MÁY ÉP KIỂU PITTÔNG VÀ MÁY ÉP KIỂU VÍT: (Nguồn: Biomass... Practices – P.D Grover & S.K Mishra) Bảng so sánh giữa máy ép kiểu pittông và máy ép kiểu trục vít: CHỈ TIÊU Độ ẩm tối ưu của vật liệu Độ mài mòn giữa các chi tiết PITTÔNG ÉP VÍT ĐÙN (10 – 15)% (8 – 9)% Thấp trong trường hợp của pittông và khuôn ép Cao trong trường hợp của trục vít Đầu ra của máy Gián đoạn Liên tục (Trong các hành trình kép) Năng lượng tiêu thụ 50 kWh/tấn 60 kWh/tấn (1 - 1.2)g/cm³... Bảo trì Tính đồng nhất của sản phẩm Kết luận: - Từ bảng so sánh trên cùng với tính khả thi của Công nghệ ép đùn kiểu trục vít mà nhóm Sinh viên chọn thiết kế Máy ép đùn kiểu trục vít trong Đồ án Tốt nghiệp của mình 3.6 CÁC YẾU TỐ ẨNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP ĐÙN: 3.6.1 Áp lực ép: - Công nghệ ép được chia thành: + Nén áp lực cao + Nén áp lực trung bình với một thiết bị gia nhiệt + Nén áp suất thấp với... phụ phẩm nông nghiệp phù hợp với quá trình ép: Độ ẩm thấp: - Độ ẩm nên càng thấp càng tốt (khoảng 10÷15%), độ ẩm cao sẽ phải tốn một phần chi phí trong việc sấy sơ bộ Hàm lượng tro: - Hàm lượng tro nhiều sẽ không tốt vì tro sẽ ngưng tụ trên các ống của các loại máy sưởi và buồng đốt của lò hơi 3.7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ÉP CỦI TRẤU: SÀNG NGHIỀN SẤY SƠ BỘ ÉP LÀM MÁT ĐÓNG GÓI ... Gỗ 3.5 7.5 10 12 14.5 18 3.2 NGUYÊN LÝ ÉP CỦI TRẤU: - Củi trấu tạo từ vỏ trấu cách ép vỏ trấu lại với áp suất ép cao kết dính lại với nhờ chất lignin có vỏ trấu (chiếm từ 25% – 30%) Chất lignin... chung lý hóa tính vỏ trấu: Vỏ trấu Tro trấu (RHA) Đốt cháy vỏ trấu Vỏ trấu Carbon hóa (CRH) H2.3.1 Một số hình ảnh vỏ trấu - Vỏ trấu không cháy dễ dàng với lửa trần trừ có không khí thổi qua Vỏ trấu. .. cụ ép - Hình dáng bánh ép, dụng cụ ép tương quan kích thước - Chế độ ép ép chu kỳ ép liên tục - Hệ số bề mặt vật liệu ép trực tiếp chịu áp suất ép, phụ thuộc vào số bề mặt trực tiếp mà trình ép