I. 1.1 Câc tính chất cơ bản của nhiín liệu dùng cho động cơ đânh lửa cưỡng bức:
I.4.4- Tiềm năn g, Trữ lượng vă khả năng sản xuất ethanol từ sắn (khoai mì)
I.4.4.1 Giới thiệu: [6]
Sắn được trồng nhiều ở câc vùng đất đồi. Năng suất trung bình từ 8 đến 10 tấn/ha. Thời gian sinh trưởng từ 10 đến 12 thâng. Có nhiều loại sắn khâc nhau như sắn đắng vă sắn ngọt , hoặc dựa văo mău sắc của vỏ sắn chia ra sắn văng hoặc sắn vỏ trắng. Thănh phần hoâ học của sắn tươi vă khô như bảng sau:
Bảng 1.14 Thănh phần hoâ học của sắn Thănh
phần Loại khoai
Nước Protit Chất bĩo Gluxit Xenlulo Tro
Sắn tươi 70,25 1,120 0,41 26,58 1,11 0,54
Sắn khô 13,12 1,205 0,41 74,74 1,11 1,69
I.4.4.2.Diện tích trồng sắn ở câc địa phương: [14][15] Bảng 1.15 Diện tích trồng sắn Đơn vị tính: nghìn ha 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Sơ bộ 2003 Đồng bằng sơng Hồng 9.0 8.1 7.9 7.7 7.6 8.3 7.8 7.5 7.7 Đơng Bắc 51.3 50.6 50.4 47.1 46.3 48.4 47.7 47.7 47.5 Tđy Bắc 31.0 31.1 32.1 32.0 33.8 35.3 32.0 35.6 37.5 Bắc Trung Bộ 41.7 43.1 41.8 38.4 36.3 38.4 36.2 39.0 44.6 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Sản lượng khoai lang
Năm Sản lượng
Duyín hải Nam TrungBộ 45.8 45.8 42.0 41.9 38.1 37.1 41.4 46.2 49.3 Tđy Nguyín 32.6 47.3 33.6 31.0 33.8 38.0 37.5 53.5 65.5 Đơng Nam Bộ 55.8 41.2 38.6 30.0 20.7 24.4 80.2 98.1 109.8 Đồng bằng sơng Cửu Long 10.2 8.3 8.0 7.4 8.9 7.7 9.5 9.4 10.0 Long An 2.6 1.9 1.7 1.2 1.0 1.2 0.7 0.6 1.4 An Giang 1.4 1.2 1.1 1.0 1.3 0.6 4.1 3.7 4.5 Tiền Giang 1.2 0.9 0.8 0.8 1.0 0.9 0.4 0.5 0.3 Vĩnh Long 0.4 0.3 0.2 0.3 0.3 0.2 0.3 0.2 0.2 Bến Tre 1.0 0.7 0.5 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Kiín Giang 0.2 0.4 0.4 0.5 1.1 0.7 0.4 1.2 0.4 Cần Thơ 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 Tră Vinh 1.9 1.9 1.8 1.7 1.7 1.5 1.6 1.3 1.1 Sĩc Trăng 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.4 0.3 0.4 0.5 Bạc Liíu 0.6 0.3 0.4 0.3 0.4 0.3 0.3 0.5 0.5 Că Mau 0.6 0.3 0.7 0.6 1.3 1.4 0.9 0.5 0.6 Cả nước 277.4 275.6 254.4 235.5 225.4 237.6 292.3 337.0 371.9
I.4.4.3.Năng suất trồng sắn ở câc địa phương:
Bảng 1.16 Năng suất trồng sắn Đơn vị tính:tạ/ha 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Sơ bộ 2003 Đồng bằng sơng Hồng 72.4 69.1 90.7 75.7 82.9 92.6 101.9 107.7 116.3 Đơng Bắc 79.5 80.4 94.6 81.4 85.5 87.9 94.4 103.5 111.1 Tđy Bắc 68.0 77.2 75.6 75.7 71.0 75.2 81.2 83.3 87.0 Bắc Trung Bộ 55.6 65.7 61.1 56.2 61.3 66.5 71.3 80.7 103.3
Duyín hải Nam Trung Bộ 71.2 74.7 88.2 72.6 77.1 88.8 107.8 118.7 129.4
Tđy Nguyín 89.4 87.0 94.7 86.6 86.1 92.0 101.6 133.8 142.7
Đơng Nam Bộ 106.0 108.4 150.0 81.9 101.3 89.3 188.6 190.2 193.0
Đồng bằng sơng Cửu Long 78.0 92.9 87.3 74.7 92.6 88.6 127.9 130.5 135.0
Long An 55.4 51.1 39.4 50.0 60.0 67.5 62.9 61.7 67.1 An Giang 82.9 153.3 135.5 90.0 180.8 135.0 177.3 177.3 195.8 Tiền Giang 54.2 54.4 70.0 73.8 79.0 86.7 90.0 112.0 113.3 Vĩnh Long 130.0 116.7 140.0 60.0 110.0 155.0 116.7 140.0 105.0 Bến Tre 85.0 121.4 102.0 91.7 100.0 104.0 94.0 98.0 92.0 Kiín Giang 65.0 37.5 75.0 70.0 70.0 75.7 95.0 121.7 57.5 Cần Thơ 10.0 10.0 10.0 15.0 0.0 15.5 Tră Vinh 121.6 118.4 129.4 94.1 124.1 126.0 124.4 130.0 132.7
Sĩc Trăng 83.3 80.0 76.7 80.0 66.7 65.0 73.3 65.0 84.0
Bạc Liíu 51.7 96.7 62.5 70.0 72.5 76.7 66.7 66.0 64.0
Că Mau 51.7 93.3 51.4 50.0 23.1 45.7 52.2 54.0 45.0
Cả nước 79.7 75.0 94.5 75.3 79.9 83.6 120.1 131.7 140.7
I.4.4.4.Sản lượng sắn ở câc địa phương:
Bảng 1.17 Sản lượng sắn Đơn vị tính: nghìn/tấn. 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Sơ bộ 2003 Đồngbằng sơng Hồng 62.2 49.9 69.7 57.9 60.0 74.4 79.5 80.8 87.2 Đơng Bắc 412.3 366.0 479.7 385.0 398.8 426.7 450.5 492.7 527.7 Tđy Bắc 210.8 240.0 242.7 242.2 240.0 265.3 259.7 296.6 326.2 Bắc Trung Bộ 231.7 283.2 255.2 215.8 222.7 255.2 258.1 314.7 460.5
Duyín hải Nam Trung
Bộ 326.2 341.9 370.3 304.0 293.6 329.5 446.3 548.5 637.8 Tđy Nguyín 283.7 293.2 313.3 270.7 294.4 351.5 380.9 715.7 934.8 Đơng Nam Bộ 605.0 415.1 602.7 242.5 208.6 215.5 1512.7 1866.3 2119.3 Đồng bằng sơng Cửu Long 79.6 77.9 69.8 55.3 82.4 68.2 121.5 122.7 135.0 Long An 14.4 9.7 6.7 6.0 6.0 8.1 4.4 3.7 9.4 An Giang 11.6 18.4 14.9 9.0 23.5 8.1 72.7 65.6 88.1 Tiền Giang 6.5 4.9 5.6 5.9 7.9 7.8 3.6 5.6 3.4 Vĩnh Long 5.2 3.5 2.8 1.8 3.3 3.1 3.5 2.8 2.1 Bến Tre 8.5 8.5 5.1 5.5 5.0 5.2 4.7 4.9 4.6 Kiín Giang 1.3 1.5 3.0 3.5 7.7 5.3 3.8 14.6 2.3 Cần Thơ 0.3 0.0 0.1 0.4 0.0 0.0 0.4 Tră Vinh 23.1 22.5 23.3 16.0 21.1 18.9 19.9 16.9 14.6 Sĩc Trăng 2.5 3.2 2.3 2.4 2.0 2.6 2.2 2.6 4.2 Bạc Liíu 3.1 2.9 2.5 2.1 2.9 2.3 2.0 3.3 3.2 Că Mau 3.1 2.8 3.6 3.0 3.0 6.4 4.7 2.7 2.7 Cả nước 2211.5 2067.3 2403.4 1773.4 1800.5 1986.3 3509.2 4438.0 5228.5
Biểu đồ sản lượng sắn
I.4.5 Kết luận đânh giâ về tiềm năng sản xuất ethanol ở Việt Nam:
Việt Nam lă một nước nông nghiệp, điều kiện đất đai vă khí hậu thích hợp để trồng câc loại cđy lăm nguyín liệu sản xuất cồn nhiín liệu. Câc nguồn nguyín liệu có sẳn trong nước: mật rỉ , ngô, khoai , sắn vă câc phụ phẩm nông nghiệp khâc để sản xuất ethanol.
Sản lượng mía trung bình cả nước hăng năm lă: 14. 334nghìn tấn, lượng mật rỉ thu được khoảng 258 nghìn tấn . Ngoăi ra còn có thể sử dụng câc nguồn nguyín liệu khâc như: Ngô với sản lượng trung bình thu được hăng năm lă: 1926.6 nghìn tấn. Sắn :2824.233 nghìn tấn. Khoai : 728.9556 nghìn tấn.
Tuy nhiín diện tích sản xuất của câc loại cđy cung cấp nguồn nguyín liệu năy không ổn định, không tập trung . Về lđu dăi nhă nước cần quy hoạch câc vùng cung cấp nguyín liệu để sản xuất cồn một câch tập trung, ổn định nhằm cung cấp nguyín liệu cho ngănh công nghiệp sản xuất cồn.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2001 2003 Sản lượng sắn Sản lượng
CHƯƠNGII: NHỮNG THAY ĐỔI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÍN LIỆU CỒN:
II.1 Những yíu cầu đối với động cơ sử dụng nhiệt liệu cồn:
- Hệ thống nhiín liệu của động cơ phải đảm bảo cho động cơ dể khởi động do cồn có nhiệt ẩn hoâ hơi cao.
- Cồn có trị số Octan cao hơn nín có thể tăng tỷ số nĩn của động cơ để bù lại một phần công suất cho động cơ do nhiệt trị của cồn thấp.
II.2 Phương ân cải tạo động cơ:[10]
II.2.1 Thay đổi tỷ số nĩn của động cơ:
Tỷ số nĩn lă một trong những thông số nhiệt động học quan trọng có ảnh hưởng đến câc chỉ tiíu kinh tế vă công suất của động cơ.
Khi tăng tỉ số nĩn, hiệu suất nhiệt của động cơ tăng. Nhưng khi tăng tỉ số nĩn thì tổn thất cơ giới cũng tăng, vì tỉ số nĩn căng cao thì công suất tiíu hao cho quâ trình nĩn căng lớn. Đối với động cơ đânh lửa cưỡng bức, yếu tố quyết định tỉ số nĩn lă tính chống kích nổ của nhiín liệu được đặc trưng bằng chỉ số octan. Nhiín liệu ethanol có chỉ số octan hơn xăng nín khả năng chống kích nổ tốt hơn. Vì vậy có thể tăng tỷ số nĩn của động cơ . Tuy nhiín tỉ số nĩn còn phụ thuộc văo nhiều yếu tố như :
Tính cao tốc của động cơ.
Chế độ phụ tải của động cơ.
Phương phâp hình thănh khí hỗn hợp.
Kết cấu vă hình dạng của buồng chây.
Kích thước xylanh
Vật liệu chế tạo nắp quy lât vă piston.
Nhiệt độ khí nạp .
Trín cơ sở chuyển đổi từ động cơ cũ dùng câc phương ân sau:
II.2.1.1 Hạ chiều cao của nắp mây :
Tăng tỷ số nĩn bằng câch hạ chiều cao của nắp mây, lăm cho thể tích buồng đốt giảm đi . Ưu điểm lă đơn giản dể tiến hănh, nhưng cần chú ý đến khoảng giửa pittông vă xupâp.
II.2.1.2 Thay đổi kết cấu píttông-xylanh:
Để tăng tỷ số nĩn thì thể tích buồng đốt cần giảm một lượng :VC, bằng câch tăng chiều cao đỉnh pittông so với điểm chết trín cũ của píttông
2 1 C C c V V V
VC2 :thể tích buồng đốt ứng với tỷ số nĩn muốn tăng. Với: 1 h C V
V . Vh: thể tích công tâc của xy lanh. Nếu diện tích pittông lă Fp thì chiều cao pittông cần tăng lă :
P C
F V h
Để đảm bảo tính động lực của động cơ ít bị thay đổi có thể không tăng chiều dăy píttông mă dịch tđm chốt về phía chđn pittông một đoạn bằng h. Như vậy thể tích buồng đốt sẽ giảm một lượng để có tỷ số nĩn cần tăng.
Về mặt kết cấu : khi ở điểm chết trín , đỉnh píttông sẽ cao hơn bề mặt thđn mây. Còn khi chưa tăng đỉnh píttông thấp hơn bề mặt thđn mây.
Để lực ngang phđn bố đều trín bề mặt dẫn hướng của xy lanh khi pittông vận động thì vị trí tđm chốt thường cao hơn vị trí phần trọng tđm thđn píttông.
Thường Hch =(0.6 đến 0.7) Ht. Với :
Hch: chiều cao từ đây píttông đến tđm chốt (mm).
Ht: chiều cao từ đây píttông đến trọng tđm thđn píttông (mm). Vì vậy khi thay đổi vị trí tđm chốt thì chiều cao từ đây píttông đến tđm chốt phải nằm trong giới hạn qui định năy . Phương ân năy có ưu điểm cải tạo đơn giản. Nhược điểm lă do thay đổi kết cấu píttông lăm cho sự phđn bố lực ngang thay đổi vă gđy măi mòn tăng, giảm tuổi thọ động cơ.
II.2.1.3 Thay đổi cụm píttông-xylanh:
Thay cum píttông- xy lanh có đừong kính lớn hơn cũng lam tăng tỷ số nĩn , nhược điểm lă khi dung xăng sẽ dể gđy kích nổ. Phải dùng xăng có trị số Octan cao.
II.2.2 Cải tiến hệ thống nhiín liệu:
Ethanol có nhiệt ẩn hoâ hơi cao vă khả năng bay hơi kĩm nín khi động cơ khởi động khó. Vì vậy nhiín liệu ethanol phải được xông nóng . Hoặc sử dụng câc biện phâp như:
- Bố trí vị trí ống hút gần ống xả để tận dụng nguồn nhiệt của khí xả.
- Xông nóng hỗn hợp bằng câch bố trí ống nạp gần đường ống xả nhưng cần chú ý vấn đề an toăn chây nổ. Hoặc dùng điện trở nhiệt để xông nóng nhiín liệu.
- Gắn thím một bugi xông nóng trín đường ống nạp . - Có thể khởi động bằng xăng sau đó mới chạy bằng cồn.
Ngoăi ra khi dùng ethanol lăm nhiín liệu thì suất tiíu hao nhiín liệu thực tế lớn hơn so với xăng. Vì vậy để phât huy công suất của động cơ cần cải tiến hệ thống cung cấp nhiín liệu nhằm cung cấp đủ lượng hỗn hợp vă thănh phần thích hợp cho động cơ ở mọi chế độ lăm việc.
Hệ thống cung cấp nhiín liệu của động cơ gồm: 1. Thùng chứa nhiín liệu.
2. Đường ống dẫn. 3. Lọc nhiín liệu. 4. Bộ chế hoă khí.
Trong đó thiết bị cơ bản lă bộ chế hoă khí, bộ chế hoă khí có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiíu thai thâc, công suất , tốc độ, suất tiíu hao nhiín liệu…. Vì vậy cải tiến
bộ hệ thống nhiín liệu về cơ bản lă cải tiết một số chi tiết của bộ chế hoă khí. Mục đích của quâ trình hình thănh hoă khí lă tạo ra khí hỗn hợp giữa xăng vă nhiín liệu có chất lượng tốt lăm cho quâ trình chây tốt trong mọi chế độ lăm việc của động cơ. Vì vậy cần đảm bảo tỷ lệ hoă trộn giửa nhiín liệu vă hoă khí với từng chế độ lăm việc của động cơ.
II.2.2.1 Chọn phương ân cải tiến:
Lượng không khí cần thiết để đốt chây hoăn toăn 1 kg ethanol(8.57kg) thì thấp hơn Lượng không khí cần thiết để đốt chây hoăn toăn một kg xăng (14.956kg).
Ơû chế độ bướm ga mở hoăn toăn, để phât huy công suất lớn nhất thì 0.9( hỗn hợp giău). Với : Lo G G nl kk Trong đó :
Gk: lưu lượng không khí đi qua bộ chế hoă khí (kg/s). Gnl:lưu lượng nhiín liệu đi qua bộ chế hoă khí (kg/s).
L0: lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt chây 1 kg nhiín liệu (kg/kgnl)
Gkk : cố định còn L0 thay đổi theo từng loại nhiín liệu do đó Gnl cũng thay đổi theo. Để động cơ lăm việc được tốt với ethanol, phải cải tiến bộ chế hoă khí bằng hai phương ân :
Phương ân 1 : Giảm kích thước họng khuyếch tân để giảm lượng không khí văo . Phương ân năy có nhược điểm : họng khuyếch tân đúc liền với thđn bộ chế hoă khí nín muốn giảm kích thước phải thay toăn bộ thđn bộ chế hoă khí. Mặt khâc giảm kích thước họng sẽ lăm tăng tổn thất dòng chảy, sẽ tăng tổn thất thủy lực.
Phương ân 2: Tăng đường kính lỗ định lượng của giclơ chính để tăng lượng nhiín liệu nạp văo động cơ. Phương phâp năy có ưu điểm : cải tiến dể dăng chỉ cần thay một bộ giclơ ( với đường lổ định lượng thay đổi, còn câc kích thước khâc không đổi). Khi cần sử dụng xăng thì thay lại giclơ cũ .
II.2.2.1.1 Tính toân cải tiến cải tiến:
a. Xâc định lượng nhiín liệu tiíu thụ trong 1s:
Để đảm bảo thănh phần hỗn hợp đậm giống nhau 0.9 cần xâc định lượng nhiín liệu tiíu thụ trong một s:
Lượng xăng tiíu thụ trong 1s:
0
L G
G kk
X
Lượng ethanol tiíu thụ trong 1s:
0
L G
G kk
E
Tỷ lệ cồn tiíu thụ so với xăng:
X E
G G k
Như vậy lượng ethanol sẽ tăng k lần so với xăng. Đđy lă cơ sở để thiết kế giclơ mới .
b. Lưu lượng nhiín liệu đi qua giclơ lă :
) ( 2 . . d nl h nl d nl f p xg G Trong đó : d
: hệ số lưu lượng giclơ.
fd : diện tích lổ định lượng của giclơ.
nl
: khối lượng riíng của nhiín liệu (kg/m3)
ph : độ chđn không ở thiết diện hẹp nhất của họng khuyết tân(N/m2).
x: chiều cao cột nhiín liệu (tính từ mặt nhiín liệu buồng phao đến miệng vòi phun).
g: gia tốc trọng trường.
Ơû một chế độ nhất định : 2nl(ph xgnl) lă hằng số vì vậy Gnl qua giclơ chỉ còn phụ thuộc văo d vă fd . d phụ thuộc văo cấu tạo của giclơ vă hiệu số âp suất ở trước vă sau giclơ. Về mặt cấu tạo d phụ thuộc văo tỷ lệ
d
l ( l chiều dăi lăm việc của lổ định lượng, d: đường kính lổ định lượng), góc vât vă chất lượng gia công bề mặt .Về mặt hiệu suất âp suất phrất lớn nín xem dkhông đổi khi thay đổi d. Nín Gnl chỉ còn fg tức d. Việc cải tiến chỉ thay đổi đường kính lổ định lượng còn câc kích thước khâc vă kết cấu của giclơ không đổi nín có thể thao lắp dể dăng văo bộ chế hoă khí.
II.2.3 Phương phâp phun cồn văo trong động cơ :[11]
Phun văo đường ống nạp động cơ lă một trong những câch chuyển đổi để sử dung nhiín liệu ethanol. Câc phương ân thực hiện lă: phun ethanol hoặc phun hỗn hợp xăng pha cồn văo đường ống nạp trong động cơ sử dụng nhiín liệu cồn.
Hình 1.3: phương ân phun nhiín liệu cồn văo trong động cơ sử dụng bộ chế hoă .
Hỗn hợp được phun tơi văo dòng khí nạp
CHƯƠNG III : CHUẨN HOÂ HỖN HỢP NHIÍN LIỆU XĂNG - CỒN
III.1 Câc chỉ tiíu cơ bản của nhiín liệu xăng- cồn:
III.1.1 Câc tiíu chuẩn qui định cho nhiín liệu xăng-cồn: III.1.1.1 Đối với ethanol:
Khi sử dụng nhiín liệu 100% cồn hoặc pha cồn văo xăng với câc tỷ lệ khâc nhau thì chất lượng của cồn rất quan trọng.
Tiíu chuẩn Việt Nam cho cồn tinh khiết sản xuất bằng phương phâp lín men từ rỉ đường vă ngũ cốc lă tiíu chuẩn TCVN IO 52-71:
Tiíu chuẩn TCVN IO 52-71:
a) Câc chỉ tiíu cảm quan của ethanol:
Bảng 3.1 Câc chỉ tiíu cảm quan của ethanol
Chỉ tiíu Yíu cầu
Dạng bín ngoăi Chất lỏng trong suất không có tạp chất lạ
Mău sắc Không mău
Mùi vă vị Có mùi vị đặc trưng cho ethanol sản xuất từ rỉ đường hay ngũ cốc
b) Câc chỉ tiíu hoâ của ethanol được quy định theo câc yíu cầu ghi trong bảng sau: