luan văn Máy ép viên Chấu

Đi kèm với vấn đề này là vấn đề tìm kiếm nguồn nănglượng mới và tiết kiệm năng lượng được các nước trên thế giới quan tâm đặc biệt.Một số hoạt động chống biến đổi khí hậu là tìm kiếm và

Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe.

_ Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm.

_ Xây dựng phương án thiết kế

_ Phân tích và lựa chọn phương án

_ Thiết kế động học

_ Thiết kế động lực học

_ Thiết kế hệ thống điện điều khiển

Trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi thiết sót, tôi rất mong nhận được

sự góp ý và chỉ dẫn của các thầy cô trong bộ môn chế tạo máy

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay vấn đề biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường là vấn đề nan giải, cấpbách, ảnh hưởng đến toàn cầu Đi kèm với vấn đề này là vấn đề tìm kiếm nguồn nănglượng mới và tiết kiệm năng lượng được các nước trên thế giới quan tâm đặc biệt.Một số hoạt động chống biến đổi khí hậu là tìm kiếm và sử dụng nguyên liệunăng lượng mới, chống phá rừng góp phần bảo vệ lá phổi của hành tinh, tiết kiệm nănglượng bằng cách tái sử dụng các nguyên liệu , phế phẩm nông sản cũng như côngnghiệp…

Nông nghiệp chiếm tỉ trọng lớn trong thu nhập GDP của nước ta, hàng năm sảnxuất trên 40 triệu tấn lúa, và một lượng lớn nông sản khác nhưng việc sản xuất chưa đikèm với việc sử dụng triệt để nông sản này, qua đó gây ô nhiểm môi trường chẳng hạnnhư chưa tận dụng trấu , rơm rạ triệt để gây ô nhiễm môi trường Vì thế việc tận dụngnguyên liệu dồi dào này là một vấn đề cần bắt tay vào nghiên cứu và ứng dụng rộngrãi trên khắp cả nước Máy ép viên trấu được nghiên cứu và áp dụng vào để thực hiện

kế hoạch

1.2 Tình hình sản xuất trấu hiện nay

Việt Nam là một nước có truyền thống trồng lúa nước với hơn 4000 năm lịch sử.Điều kiện tự nhiên ở Việt Nam rất thích hợp cho cây lúa phát triển Sản phẩm thu được

từ cây lúa là thóc Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và cácphụ phẩm là cám và trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trongquá trình xay xát Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằngsông Hồng Năm 2011, sản lượng lúa đồng bằng sông Cửu Long khoảng 23 triệu tấn,tương đương 4,6 triệu tấn trấu nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng Vàomùa thu hoạch, các nhà máy xay xát hoạt động ngày đêm, tiêu thụ không kịp, kho bãikhông đủ sức chứa trấu nên các nhà máy đã thải trấu xuống sông gây ô nhiễm môitrường, làm ảnh hưởng đến môi trường nước và đời sống sinh hoạt của người dân

Hình 1.1 Vỏ trấu thải xuống sông

1.3 Các ứng dụng của trấu hiện nay

a.Sử dụng làm chất đốt

Từ lâu vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân Chấtđốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt như nấu ăn, nấu thức ăn chogia súc nhờ những ưu điểm sau:

+ Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ, theo khảosát cho thấy 1Kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/ 3 năng lượng được tạo ra từdầu nhưng giá lại thấp hơn khoảng 25 lần

+ Trấu là nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền Theo Bộ nông nghiệp và phát triền nôngthôn cho biết sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt gần 37 triệu tấn Như vậy ước tínhlượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương là 7,4 triệu tấn

+ Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi làm chất đốt: vỏ trấu sau khi xay xát luôn

ở dạng khô, hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng Thành phần làchất xơ cao phân tử rất khó bị vi sinh vật phân hủy nhanh nên việc bảo quản tồn trữ rấtđơn giản, chi phí đầu tư thấp

+ Với nhiều ưu điểm cho nên trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến Trong sinhhoạt người dẫn đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là trấu, lượng

lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu, hiện nay vẫn còn sử dụng rộng rãi ởnống thôn.Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu được sử dụng rấtthường xuyên Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thực ăn nuôi cá hoặclợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tạikhu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Hình 1.2 Lò đốt vỏ trấu dùng trong sinh hoạt ở vùng Tây Nam Bộ

b Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng

Với khả năng đốt cháy mạnh và rẻ, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốtnóng không khí bằng trấu để làm quay tuabin phát điện Theo tính toán mỗi kí trấu cóthể tạo được 0,125kWh điện và 4kWh nhiệt, tùy theo công nghệ Ứng dụng này được

áp dụng chế tạo máy phát điện loại nhỏ cho các khu vực vùng sâu vùng xa

c Sử dụng làm vật liệu xây dựng

Thành phần gồm vỏ trấu nghiền, mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợithuỷ tinh Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và cótính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao Đây là vật liệu thích hợp với cácvùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu Sau khi sử dụng cóthể nghiền nát để tái chế lại

Hình 1.4 – Vỏ trấu dùng làm gạch xây dựng

d Sản xuất oxit silic (SiO2) từ vỏ trấu

Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là oxit silic, là chất được sự dụng khánhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh….Vấn đề tậndụng oxit silic trong vỏ trấu hiện đang đưọc rất quan tâm, mục đích là thu được tối đalượng silic với thời gian ngắn Hiện nay đã có công trình nghiên cứu về trích oxit silicbằng NaOH thành công mang lại hiệu quả kinh tế cao Tại thành phố Hải Dương đã cóngười phát minh ra cách chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳngnước ao, hồ thành nước uống sạch Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, hìnhtrụ nằm trong chiếc bình lọc Điều đặc biệt là loại sứ này được tạo ra bằng cách táchôxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ hơn lỗ lọc của thiết bịcủa Mỹ tới 10 lần, của Nhật 4 lần, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10đến 20 năm) Thiết bị còn có khả năng khử được mùi ở nguồn nước ô nhiễm, khử chấtdioxin khi mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính

e Sử dụng vỏ trấu trong hóa học

Vỏ trấu có thể được sử dụng để sản xuất mesoporous được áp dụng rộng rãi nhưchất xúc tác cho các phản ứng hóa học khác nhau, như là hỗ trợ cho hệ thống phânphối thuốc và vật liệu hấp thụ trong xử lý nước thải

f Sử dụng làm phân bón

Vỏ trấu là vật liệu hữu cơ và có thể được trộn làm phân bón Tuy nhiên hàmlượng lignin cao có thể làm cho quá trình chậm, đôi khi giun đất được xử dụng để đẩynhanh quá trình, sử dụng vermicomposting kỹ thuật, vỏ có thể được chuyển đổi phânbón trong khoảng bốn tháng

Hình 1.5- Phân bón vỏ trấu

g Sử dụng tro trấu

Sau khi đốt cháy vỏ trấu ta được tro việc ô nhiễm bởi tro trấu (nguồn gốc tạo bụi

vấn đề rất đáng quan tâm nhất là vào mùa khô Hiện tại, ở Việt Nam hầu như chưa cóbiện pháp hữu hiệu để xử lý cũng như tận dụng nguồn chất thải này Mặc dù, bên trongtro trấu có chứa một số thành phần hoá học rất hữu ích cho các ngành công nghiệpkhác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ.Bên cạnh vấn

đề ô nhiễm môi trường từ làng nghề sản xuất gạch thủ công thì ô nhiễm môi trường donước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ khó phân huỷ nhất là các chất hoạt đông bề mặt

từ các nhà máy, xí nghiệp và khu dân cư đang là vấn đề được quan tâm trong thời gianhiện nay Để xử lý các chất thải dạng này thì có rất nhiều phương pháp, trong đóphương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính được đánh giá là một phương pháp hữuhiệu, nhất là trong trường hợp chất hữu cơ dạng này Tuy nhiên, hiện nay than hoạttính (được xem là chất hấp phụ phổ biến nhất) chủ yếu làm bằng gáo dừa nên giáthành cao,nguồn cung hạn chế Do đó, việc nghiên cứu cải tiến hoạt tính của tro trấulàm chất hấp phụ sẽ giải quyết được hai vấn đề Hạn chế ô nhiễm môi trường từ trấu;làm giảm giá thành sản xuất chất hấp phụ cho xử lý môi trường.Ngoài ra tro trấu cònđược sử dụng làm chất độn vào sản xuất bê tông, làm vật liệu cách điện, cách nhiệt

Hình 1.6 – Tro trấu

h Vỏ trấu làm thức ăn chăn nuôi

Vỏ trấu nghiền có thể chiếm lượng nhỏ khoảng 15% trong chế độ ăn cho gia súc,

vỗ béo, kích thích sự thèm ăn, có thể trộn cùng với cám Trấu làm thức ăn cho độngvật nhai lại, cừu, ngựa và lừa Ở Úc, vỏ trấu nghiền đã được sử dụng thành công trongthức ăn năng lượng thấp hơn cho ngựa, bao gồm 25% khẩu phần ăn

1.4 Nguồn nguyên liệu trấu

1.4.1 Nguồn nguyên liệu dồi dào

Nguyên liệu đầu vào đa dạng phong phú có thể là trấu, mùn cưa, bã mía, vỏ đậuphộng, vỏ cà phê, vỏ sắn,bã sắn… Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa, trong

đó Đồng bằng sông Cửu Long sản xuất hơn 20 triệu tấn Việt Nam đứng thứ hai trênthế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo chỉ sau Thái Lan Mỗi năm trong cả nước thải rahơn 8 triệu tấn khi xay xát, riêng Đồng bằng sông Cửu Long thải ra hơn 4 triệu tấntrấu Đây là nguồn năng lượng lớn và ổn định có khuynh hướng tăng đều mỗi năm

1.4.2 Lợi ích mang lại khi sử dụng nguồn nguyên liệu

Trấu được dùng làm chất đốt để nấu ăn, dùng trong các lò sấy, nung gạch, mộtphần được đốt thành tro ủ để bón cho tơi xốp đất Những năm gần đây do sản lượnglúa tăng nhanh nên lượng trấu thải ra hằng năm là rất lớn Nhiều nơi trấu trở thành vấnnạn Việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch ở một số thời điểm trong năm đã làm ônhiễm môi trường nghiêm trọng

Để tận dụng nguồn nguyên liệu quý giá nói trên trấu được ép dưới dạng ống gọi

là củi trấu, rất tiện trong việc làm chất đốt thay cho than đá và các loại nhiên liệu khác.Công nghệ sản xuất viên trấu nén với nhiều ưu điểm vượt trội đã được kiểm nghiệm,trấu viên dễ cháy, cho nhiệt lượng cao Có thể thay thế cho than đá với hiệu quả kinh

tế cao Với nguồn nguyên liệu dồi dào, với các công nghệ sản xuất tiên tiến sẽ giúpgiải quyết các vấn đề nan giải về chất đốt, tiết kiệm năng lượng đồng thời góp phầnbảo vệ môi trường, tăng chuỗi giá trị cho sản xuất lúa gạo nói riêng nông nghiệp nóichung ở Việt Nam Sản phẩm củi trấu thanh hay trấu viên nén được sản xuất từ 100%nguyên liệu là trấu được thải ra từ các nhà máy xay xát lúa gạo, nó có thể phục vụ chodạng bếp nhỏ cho nhà hàng và gia đình vì không khói và tạo ra lửa gas Còn dạng viênnén có thế dùng để sưởi ấm vì khi đốt nó tỏa ra một mùi thơm của đồng quê Trấu viên

có thế thay thế cho than đá, dầu DO, FO hoặc củi than củi dùng để đốt lò hơi côngnghiệp, phục vụ cho lò sấy, lò nhuộm vải, dệt sợi, công nghệ sản xuất giấy, may mặc,chế biến thủy sản, nông sản, thực phẩm,… việc thay nhiên liệu đốt bằng trấu viên rấttiện lợi vì có thế sử dụng ngay lò đốt than đá mà không cần thay đổi thiết kế ban đầu.Ngoài ra trấu viên xốp sản xuất bằng công nghệ đặc biệt có thể tạo ra nhiều khoảng

rỗng rất nhỏ bên trong nên có khả năng hút ẩm và hút mùi khá tốt dùng để lót chuồngnuôi gia cầm hoặc thú cưng Khi thu dọn định kỳ trấu viên đã qua sử dụng được chônxuống đất làm phân bón rất tốt cho cây trồng Khả năng phân hủy nhanh và không làm

ô nhiễm môi trường Với tỉ lệ pha trộn thích hợp và công nghệ sản xuất đặc biệt trấunén được dùng để sử dụng làm giá thể cho các loại nấm, cây trồng, các loài hoa phonglan

1.5 Sản phẩm viên ép trấu

1.5.1 Các dạng sản phẩm và thông số kỹ thuật của sản phẩm

Có hai dạng có thể sản xuất sản phẩm dạng củi trấu thanh hoặc củi trấu viên Vớithành phần nguyên liệu từ trấu được sản xuất bằng cách ép lấy vít xoắn để tạo thanhcủi trấu hình trụ đường kính từ 70-80 mm, có thể dài đến 1m, hình vành khuyên có lỗ

ở giữa dễ cháy, một thanh củi trấu 20cm năng khoảng 1kg có thế nấu được bữa ăn cho

4 người

Hình 1.7- Củi trấu thanh

Hàm lượng lưu huỳnh : 0,021%

Nhiệt lượng: 4000 kcal/ kg

Hàm lượng tro 13,2 %

Trấu viên được sản xuất 100% từ trấu hoặc có thể có thêm chất kết dính, sau khitrộn đều ở máy trộn được chuyển đến máy nén với áp suất cao Trấu được ép thànhviên Sau khi làm nguội và sàng loại các viên trấu không đạt tiêu chuẩn Các viên trấuđạt độ nén và kích thước được đóng gói đưa vào sử dụng Toàn bộ hệ thống sản xuấtnày đều được qua dây chuyền tự động hóa từ lúc cho trấu thô vào bồn cho đến khi cho

ra sản phẩm

Hình 1.8 – Củi trấu viênThông số kỹ thuật:

Trấu viên có thể xem là nguồn năng lượng mới có thế thay thế cho than đá, nếu

sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nhiệt điện, lượng nhiệt sinh ra đủ lớn cho mục đíchphát điện liên tục và có thành phần cháy như sử dụng năng lượng truyền thống.Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Trong vỏtrấu có chứa khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếuxenlulozo, lignin và hemi- cellulose chiếm đến 90%, ngoài ra có thêm thành phần khácnhư hợp chất nitơ và vô cơ 10% Lignin chiếm khoảng 25-30% và xenlulozơ chiếmkhoảng 35-40% Thành phần hóa học của tro trấu như bảng dưới:

85-95 0,5-1,5 0,5-1,5 1,5-1,8 0,5-2 0,4-3 0,5-2 0,5-3 <1Trấu viên rất dễ dàng bắt lửa, không có khói và khi cháy có mùi thơm rất dễ chịu

1.5.3 Khả năng cạnh tranh và lợi ích kinh tế

Trấu được mua về với giá rẻ dao động từ 200-800 đồng/ kg tùy thuộc vào địaphương, tiền điện và công lao động là 200 đồng/ kg củi Giá bán ra trong nước và xuấtkhẩu dao động từ 1250 -2000 đồng/ kg Sử dụng củi trấu giá rẻ hơn rất nhiều so vớicác loại chất đốt từ than, củi hoặc ga Hiện nay, sản phẩm củi trấu phần lớn được sửdụng để đốt lò hơi công nghiệp phục vụ cho các lò sấy, nhuộm vải, giấy, may mặc, chếbiến thủy sản và nông sản… Công nhân tại các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất chỉ mấtmột ít thời gian để đưa củi vào lò nhưng bù lại đảm bảo về sức khỏe Hơn nữa, nếu sửdụng than đá để đốt với giá trung bình khoảng 4000 đồng/ kg, nhiệt lượng 1Kg than sẽtương đương khoảng 1,5 kg củi trấu 1kg củi trấu tương đương 15,96 – 17,64 MJ Vì

vậy dùng trấu viên làm chất đốt sẽ giúp tiết kiệm hơn 60% chi phí nhiên liệu so vớidầu DO và 40% so với than đá.

Khối lượng riêng của trấu 80-100 kg/m3

Khối lượng riêng của củi trấu: 1200-1400 kg/m3

Trấu sau khi xay xát thường có độ ẩm khoảng 11- 15%

1,05 kg trấu thì ép ra 1kg củi trấu, độ tro là 30%, độ ẩm 2,78%

Trấu viên có nhiệt trị cao 3600-4200 kcal/kg, tuy giá thành có cao hơn củi trấuthanh một ít nhưng trấu viên có thể tích nhỏ dễ cháy, dễ thu được nhiệt lượng cao, cómùi hương dễ chịu, lượng tro thải ra sau khi đốt rất mịn và có giá trị nên rất đượcngười tiêu dùng ưa chuộng

Ưu điểm của sản phẩm là không gây ô nhiễm môi trường và lợi ích là đạt hiệuquả kinh tế hơn than nhiều, tỷ lệ lưu huỳnh có trong trấu rất thấp 0,05% so với thancám 3,2%., kéo dài tuổi thọ ghi lò, không phải xử lý xỉ than ngược lại tro trấu rất cógiá trị làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao cấp, góp phần làm sạch môi trường Thể tích thu gọn đáng kể (5 -8 lần) nên rất thuận tiện cho việc bảo quản và vậnchuyển Viên nhiên liệu có nguồn gốc thực vật, không có chất phụ gia nên là nhiênliệu sạch, thân thiện với môi trường Viên nhiên liệu tiện cho việc cơ giới hóa, tự độnghóa các lò đốt

1.5.4 Một số hình ảnh về sản phẩm viên ép các loại

Trấu ép viên Cùi ngô ép viên

Bã sắn ép viên Than bùn ép viên

Lá thông Gỗ thông Cành cây Cây tùng

1.6 Một số loại máy ép trên thị trường

Máy ép viên (pellet mill) được nghiên cứu và chế tạo đã khá lâu ở các nướcphương tây gắn với những tên tuổi lớn như: Bliss (Mĩ), La Meccanica (ý), Buchumer(Đức), VanAarsen (Hà Lan)…hay như một số nước ở Châu á như: Trung Quốc( Chính Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM) Máy ép viên được sửdụng cho rấtnhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súcđến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải…ở mỗi mộtđối tượng khác nhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp

Hình 1.9- Máy ép viên của hãng Bliss

Hình 1.10 – Máy ép viên của hãng Myang

Hình 1.11 Máy ép viên KahlCác sản phẩm của các nước Tư Bản thường có chất lượng tốt, năng suất cao.Tuyvậy giá thành của nó lại quá đắt, không phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, đikèm với đó là những điều kiện sau bán hàng không được đảm bảo như: thời gian giaohàng, điều kiện về bảo hành, bảo trì… Thời gian gần đây một sốhãng của Trung Quốc(Chính Xương, Mynhang) cũng đi sâu phát triển các dòng máy ép viên, tuy vậy chấtlượng máy của các hãng này nhập vềViệt Nam thường không dõ nguồn gốc, không ổnđịnh, chất lượng khó kiểm soát do đó cũng gây nhiêu khó khăn cho người sử dụng.

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Sự kết dính trong viên ép

Do trong bản thân trấu này đã có chứa sẵn chất kết dính (gọi là lignin) nên khi ép

ở nhiệt độ khoảng 250°C, tác dụng của nhiệt ma sát và nhiệt từ khuôn ép đã giúp tạonên một chất kết dính chắc chắn Do vậy, củi trấu này còn chắc hơn cả gỗ củi dùngthông thường khác

Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thựcvật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật Lignin là một trong cácpolymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều,phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ Lignin không phải làcarbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúpthực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (mộtphần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnhdòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng vàmầm bệnh Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn Hơn nữa, lignin đóng vaitrò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vậtthân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khichết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thựcvật

Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóngvai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose vàhemicellulose Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn Lignin là polymer, được cấuthành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G),trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H),trans-p-courmary alcohol

Hình 2.1- Các đơn vị cơ bản của lignin.

Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần riêngbiệt và tách ra khỏi cellulose tạo thành chất kết dính trấu Để cung cấp thêm nhiệt làmchảy chất lignin ta có thể lắp thêm một bộ phận gia nhiệt vào khuôn ép

Như vậy theo nguyên lý ép này thì nguyên liệu đầu vào không phải phải thêmchất kết dính nào nhưng sản phẩm đầu ra vẫn cứng tự nhiên và bề mặt được cacbonhóa

2.2 Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của máy ép

a Mục đích của quá trình ép

Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để liên kết cácphần tử vật thể ở dạng rời rạc thành những sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng, kíchthước, khối lượng và sức bền theo yêu cầu để có thể bảo quản hoặc vận chuyển nó đếnnơi tiêu thụ

Đối với một số loại sản phẩm việc ép tạo hình là cần thiết như ép trấu, ép đậuphụ, bơ, bánh qui, mì sợi, ép viên thức ăn cho vật nuôi… Khi sản phẩm có hình dạngthích hợp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho những quá trình tiếp theo như phơi sấy, nướnghoặc bao gói, vận chuyển và bảo quản Đặc biệt khi sản phẩm có hình dáng đẹp, kíchthước và khối lượng phù hợp với khả năng tiêu thụ sẽ thu hút ,kích thích sức mua củangười tiêu dùng

b Yêu cầu kỹ thuật

Máy phải đảm bảo các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng như năng suất, hiệu quả cao,tốn ít năng lượng, ít chi phí đồng thời đảm bảo độ tin cậy cao, khả năng làm việc tốt,

an toàn trong sử dụng cũng như dễ vận hành, đảm bảo tính công nghệ và kinh tế

Sản phẩm phải đảm bảo được các tiêu chuẩn về kích thước, khối lượng, độ chặt,

độ bền đồng thời phải tạo ra hình dáng đẹp, mới lạ nhằm kích thích nhu cầu và thị hiếucủa người dùng

2.3 Các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm

Việc tạo hình sản phẩm có thể tiến hành thủ công với những công cụ đơn giản.Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường được cơ khí hóa và tự độnghóa Dựa trên yêu cầu về thành phẩm và trạng thái vật lý của nguyên liệu người ta cóthể chọn một trong các nguyên tắc tạo hình sau đây:

+ Nguyên tắc nén ép: Dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng nhấtđịnh hoặc thành băng dải rồi cắt viên

+ Nguyên tắc dập khuôn: Dùng khuôn có hình mẫu được lựa chọn dập xuốngkhối sản phẩm chia chúng thành từng phần có hình dạng nhất định

Khi nén ép hoặc dập khuôn, để liên kết được các phần tử vật liệu dạng bột rời,dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm của nguyên liệu mà trị số áp lực

ép khác nhau và độ ẩm đạt tối thiểu là 10% Trong một số trường hợp để giảm áp lực

ép người ta có thể gia nhiệt ở nhiệt độ cao trên điểm nóng chảy của hỗn hợp Dưới tácdụng của nhiệt độ cao hỗn hợp chuyển từ pha rắn sang pha lỏng có độ nhớt cao, khi hạnhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng về rắn

Về cấu tạo bộ phận ép chủ yếu là vít xoắn, piston, trục cán, bộ phận chứa tải làkhuôn có dạng trụ, phẳng, cầu…

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép có thể chia ra 2 nhóm:

Nhóm 1: những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm.

_ Mô đun ép, đặc trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị ép chặt dưới ảnhhưởng của áp suất ngoại, bỏ qua tổn thất áp suất do ma sát, yếu tố này ở trong khoảng

áp suất nào đó là một đại lượng không đổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúccủa nó và kích thước thành phần hạt của nó

_ Hệ số áp suất bền, là tỷ số giữa áp suất bề mặt bên của vật liệu ép với áp suất

ép tác dụng thẳng đứng

_ Độ ẩm, nhiệt độ và thành phần cỡ hạt sản phẩm

Nhóm 2: Là những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép.

_ Áp suất riêng

_ Ma sát của vật liệu với dụng cụ ép, đại lượng đó phụ thuộc vào tính chất củasản phẩm và trạng thái bề mặt của dụng cụ ép.

_ Hình dạng bánh ép và tương quan kích thước của nó

_ Chế độ ép, có thể là chu kỳ hay liên tục

_ Số bề mặt của bánh ép trực tiếp chịu áp suất ép

2.4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất viên ép trấu

+ Phơi, sấy: Trấu sau khi xay thường có độ ẩm 11% Nhưng trấu thường khôngđược lưu trữ trong kho mà lưu trữ ngoài trời Hay gặp mưa làm độ ẩm tăng cao Vì vậyphải sấy để trấu đạt độ ẩm thích hợp trước khi ép <15%

+ Gia nhiệt: Tùy vào phương pháp ép mà có hoặc không có gia nhiệt Mục đíchcủa gia nhiệt là giải phóng lignin có sẵn trong trấu hoặc làm tăng tính kết dính của trấulại với nhau

+ Cắt : Là quá trình cắt, tách rời sản phẩm thành từng đoạn theo yêu cầu

Tải nguyênliệuKho, bãi chứa

trấu Phơi, sấy

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1 Xây dựng phương án thiết kế

3.1.1 Phương án 1: Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép tạo

viên

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít

1 Phễu cấp liêu 4 Khuôn

2 Thân máy 5 Dao cắt

c Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm:

Vật liệu vận chuyển trong máng kín nên không tổn thất do rơi vãi vật liệu, antoàn khi làm việc và sử dụng

Dễ vận hành và thao tác

Đối với máy ép kiểu trục vít khi bị nghẽn thì thời gian ngừng máy nhỏ

Giá thành tương đối rẻ

Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo

Hình 3.4- Sơ đồ nguyên lý phương án hai khuôn quay

1 Trục mang dao cắt 4 Trấu

2 Khuôn ép viên 5 Phễu cấp liệu

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên liệu sau khi được trộn với độ ẩm nhất định được đưa vào cửa nạp liệu(5).Hai khuôn (2) quay ngược chiều nhau làm ép nguyên liệu vào lỗ trên khuôn, nguyênliệu đi ra khỏi lỗ và bị cắt tạo thành viên có chiều dài nhất định bởi hai dao cắt (3) đặtbên trong

c Ưu nhược điểm

+Ưu điểm:

Năng suất cao

+ Nhược điểm:

Chất lượng viên không cao

Kết cấu cồng kềnh, chế tạo khó khăn

Dễ xảy ra hiện tượng kẹt nguyên liệu

3.1.3 Phương án 3: Máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn phẳng

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý phương án khuôn phẳng

1 Đĩa hứng viên 4 Trấu

2 Gân cắt viên 5 Con lăn ép

3 Khuôn ép

Hình 3.6– Con lăn và khuôn ép phẳng

b.Nguyên lý hoạt động

Nguyên liệu được cấp vào cửa nạp liệu sau khi đã qua máy trộn, động cơ làmtrục quay mang khuôn ép (3), đĩa hứng viên (1) và gân cắt viên (2) quay theo Trụccon lăn ép đc gắn cố định vào thành máy không cho quay, khi khuôn (3) quay con lăn

ép (5) sẽ quay theo chiều ngược lại để ép viên , trong quá trình quay chúng sẽ thựchiện ép nguyên liệu lên khuôn ép(3) có các lỗ định sẵn, các gân cắt viên được bố trínằm trên đĩa hứng viên sẽ thực hiện cắt viên ép Viên ép trên đĩa (1) sẽ được văng rangoài theo cửa thoát sản phẩm nhờ lực ly tâm

c Ưu nhược điểm

3.1.4 Phương án 4: máy ép viên sử dụng trục cán có khuôn trụ

Máy ép tạo viên gồm có trục đặc trong, trục rỗng bao ở ngoài, Nghĩa là hai trụclồng vào nhau Trục rỗng có 2 ổ bi, vòng ngoài của ổ bi lắp vào 2 thân ổ lắp chặt vàothành máy Một đầu trục có mặt bích để lắp khuôn ép (3) Khi trục rỗng quay thìkhuôn ép (3) quay theo tốc độ quay của khuôn phải căn cứ vào đặc tính của nguyênliệu và căn cứ vào đường kính của viên để chọn cho phù hợp Trục đặc không quay vàđược lắp ổ đỡ trên đó một đầu của trục đặc có 1 mặt bích Trên mặt bích đó được lắpquả lô ép (2) Quả lô ép (2)quay trơn quanh mình nó có khe hở nhỏ để ép nguyên liệunằm trong không gian hẹp đó Bên ngoài khuôn ép (3) có 2 dao cắt (1) được xếp đặt có

khoảng cách nhất định tùy thuộc vào chiều dài viên mong muốn Thanh gạt (6) cónhiệm vụ gạt trấu vào con lô ép để ép dễ dàng.

c Ưu nhược điểm

Chế tạo phức tạp hơn, giá thành cao

Kết cấu phức tạp, quá trình lắp ráp sửa chữa khó khăn

Chóng mòn con lô ép và khuôn ép

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa trên yêu cầu về năng suất và khả năng công nghệ, ưu nhược điểm của từngphương án để chọn ra phương án tối ưu, em quyết định chọn phương án 3 là máy épviên sử dụng trục cán có khuôn phẳng vì đảm bảo năng suất, dễ chế tạo, dễ cơ khí tựđộng, thích hợp cho sản xuất lớn Các phương án còn lại tuy đảm bảo năng suất nhưngkết cấu phức tạp, khó chế tạo hoặc năng suất thấp, chất lượng viên không cao

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

4.1 Thiết kế động học máy tải, trộn trấu

Hình 4.7– Sơ đồ động khâu trộn trấu

1 Động cơ điện 6 Cửa nạp nước

2 Bộ truyền đai 7 Cửa xả liệu

4.2 Động học máy ép viên con lăn cối phẳng

Hình 4.8– Sơ đồ động máy ép viên con lăn cối phẳng

1 Bộ truyền đai 3 Khuôn ép

2 Động cơ 4 Con lăn épĐộng cơ điện (2) quay truyền động cho khuôn ép hình đĩa (3) quay theo nhờ bộtruyền đai (1) Trục con lăn (4) được cố định vào thành máy, khi đĩa quay kéo theo conlăn (4) quay theo chiều ngược lại ép trấu qua các lỗ trên khuôn

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CỤM

MÁY ÉP

5.1 Động lực học máy ép viên con lăn cối phẳng

Việc tính chọn các thông số của con lăn cần căn cứ vào việc tạo ra sản phẩm vàtừng loại nguyên liệu đưa vào con lăn Để hỗn hợp sản phẩm không bị kẹt trong khuôncối ép nguyên liệu và được đẩy hết ra khuôn theo đúng chu kỳ thì năng suất hệ thống

ép phải phù hợp với năng suất làm ra sản phẩm

Ta chọn thông số đầu vào:

Đường kính con lăn: Dl= 100mm

Chiều rộng của con lăn : L= 70mm

Đường kính khuôn ép: Dk= 300mm

Đường kính lỗ ép viên trấu: d= 5mm

Chiều dài của viên trấu: 20mm

Năng suất máy ép trấu: 600kg/h

a.Tính toán các thông số ép của khuôn ép

Trong sản xuất các sản phẩm dạng viên, dạng hạt như viên trấu, mùn cưa, thức

ăn gia súc… thường dùng khuôn ép có dạng một tấm kim loại hay hợp kim có khoan

lỗ để ép viên qua đó, nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau, hoặc giống nhau trêncùng một khuôn tùy theo mục đích như hình thang, hình trụ… Khuôn ép được chế tạo

từ vật liệu thép không gỉ, thường có bề dày 20-40mm, trong các máy ép viên nóichung thì yêu cầu đặt ra sao cho lưu lượng vật liệu thoát ra tại các lỗ bằng nhau để daocắt cùng một lúc Do đó:

F1V1 = F2V2 = F3V3= …= FiVi

Trong đó:

Fi : Diện tích lỗ thứ i

Vi: Vận tốc dòng chảy qua lỗ thứ i

Số lượng lỗ được phân bố trên khuôn ép phụ thuộc vào kích thước cối, năng suất,cách phân bố các lỗ trên… Để việc ép dễ dàng, chọn khoảng cách các dãy lỗ theo cungtròn cách nhau 15mm, mặt ngoài con lăn cách thành khuôn một khoảng 12mm Cách

bố trí như sau:

pmax : Áp suất nén lớn nhất , Mpa.

S: Tiết diện ngang của khuôn, m2

C: Chu vi của khuôn, m

ft: Hệ số ma sát tĩnh (ft =0,2 ÷ 0,25, ta chọn ft = 0,2)

: Hệ số biến dạng tương đối

Với công thức 2.305 [1, trang 160]

Với : hệ số Poátxông, = 0,29 ÷ 0,31 Ta chọn = 0,4

Pd: Áp suất cạnh, pd = (0,4 ÷ 0,45) pmax, ta chọn pd = 0,4pmax

Do đó ta có:

=

Vận tốc trấu bị ép qua lỗ ép ta có thể tính theo công thức 2.314[1, trang 164]

v: Vận tốc nguyên liệu bị ép qua lỗ, m/s

Q: Năng suất lý thuyết của máy ép, kg/h

Khối lượng riêng viên trấu ép là = 600kg/m3

Do đó khối lượng viên trấu thu được sau một vòng quay của đĩa được là:

Công suất tiêu hao của máy dùng để khắc phục ma sát của vật liệu với thànhmáy, ma sát của vật liệu với con lăn và ma sát ở các gối đỡ được xác định như sau:Theo công thức 6.56 [4, trang 125] ta có:

N= N1+N2+N3

Trong đó:

N1: Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát của vật liệu với khuôn ép, kW

N2: Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát của vật liệu với con lăn, kW

N3: Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát giữa các ổ lăn trong các con lăn, kW.Tính N1 :

N1=

Trong đó:

Fk : Lực ma sát tổng hợp tĩnh vật liệu vào thành máy, N

Va: Vận tốc tuyệt đối của vật liệu, m/s

Với Fk= ft.N= ft pd.C.L

ft: Hệ số ma sát của vật liệu với thành máy, ft= 0,5

L: Chiều dài của lỗ ép khuôn

N: Phản lực tiếp tuyến

: Ứng suất tiếp tuyến do áp suất cạnh gây ra, MPa

C: Chu vi tiết diện khuôn

pd: Áp suất cạnh pd= 0,4 pmax trong đó pmax = 30÷40 MPa theo [1, trang 164].:Khối lượng riêng của trấu,600 kg/m3

=> Fk = 0,5 600 0,4 40 0,3 0,04 = 181N

=> N1 = = =4,3 kW

Tính N2:

f: Hệ số ma sát, thường f = 0,1 ÷0,2 Chọn f=0,1

n: Số vòng quay của con lăn.

B: Bề rộng khuôn ép , m (bề rộng làm việc của khuôn)

Theo sơ đồng động học, máy ép gồm một bộ truyền bánh đai – puly Do đó hiệu

suất máy, các hệ số tra theo bảng 3.2 và 3.3 :

Trong đó:

= 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai

= 0,99 : Hiệu suất ổ lăn

Công suất cần thiết cho động cơ chính :

Pct =

Chọn động cơ điện: