CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Kết quả khảo sát quá trình nhiệt phân hạt cao su không xúc tác trong thiết bị
3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt cao su
Hạt cao sau khi nghiền đƣợc phân loại kích thƣớc bằng bộ sàng tiêu chuẩn thành các kích thƣớc khác nhau.Tiến hành thí nghiệm nhƣ đã trình bày trong phần thực nghiệm với nhiệt độ tối ƣu 400oC, tốc độ sục khí N2 400 ml/phút, tốc độ gia nhiệt 5oC/phút, kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3.3. Kết quả thu đƣợc ở các kích thƣớc hạt Kích thƣớc hạt (mm) <1 1 2 2.3 >2.3 Kích thƣớc hạt (mm) <1 1 2 2.3 >2.3 Sản phẩm lỏng (g) 59.200 60.583 62.375 61.510 Sản phẩm rắn (g) 13.987 14.123 13.875 14.325 90 77.25 58 60.25 77 77 76 77.5 50 60 70 80 90 200 300 400 500 Tốc độ sục khí Nito (ml/phút) Hiệu suất lỏng Độ nhớt (cSt)
Sản phẩm khí (g) 26.813 25.294 23.750 24.165
Độ nhớt (cSt) 60.00 56.50 55.50 58.50
Điểm chớp cháy (oC) 77.00 77.00 75.50 76.50
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của kích thƣớc nguyên liệu đến quá trình nhiệt phân Từ đồ thị, ta thấy chênh lệch hiệu suất các pha ở các kích thƣớc không Từ đồ thị, ta thấy chênh lệch hiệu suất các pha ở các kích thƣớc không lớn. Hiệu suất sản phẩm rắn ở kích thƣớc < 1mm là 13.99%, kích thƣớc 1mm lại tăng là 14.12% và ở kích thƣớc 2 2.3mm là 13.87%, kích thƣớc > 2.3 mm lại tăng là 14.32% . Nguyên nhân do kích thƣớc tăng dần làm cho khả năng truyền nhiệt ở cao su kích thƣớc lớn không tốt bằng kích thƣớc nhỏ, các hợp chất hemicellulose, cellulose, lignin ở phía trong sẽ nhận nhiệt từ thiết bị nhiệt phân kém hơn so với bề mặt ngoài, do vậy việc phân cắt thành các cấu tử nhỏ hơn ít. Do vậy lƣợng than còn lại khi nhập liệu kích thƣớc cao su càng lớn thì càng nhiều.
Hiệu suất rắn ở kích thƣớc 1mm là 14.12% lại cao hơn ở kích thƣớc 2 2.3 mm, 13.87%. Ở đây ngoài việc kích thƣớc hạt tác động đến khả năng truyền nhiệt thì còn có yếu tố độ xốp của nguyên liệu. Do độ xốp của kích thƣớc 1 mm không cao bằng kích thƣớc 2 2.3 mm nên việc khuếch tán nhiệt giữa các hạt cao su, giữa hạt cao su phía ngoài cho các hạt cao su phía trong chậm hơn. Vì thế, thêm yếu
59.2 60.58 62.38 61.51 26.81 25.3 23.75 24.17 0 10 20 30 40 50 60 70 <1 1 2 --> 2.3 >2.3 Hiệu suẩt lỏng (%) Hiệu suẩt rắn (%) Hiệu suẩt khí (%)
tố này hạt cao su kích thƣớc 2 2.3mm đƣợc phân cắt đồng đều hơn nên làm giảm hiệu suất rắn.
Hiệu suất khí giảm dần, từ 26.81% ở kích thƣớc < 1mm đến 23.75% ở kích thƣớc 2 2.3mm. Khi kích thƣớc cao su càng nhỏ, độ xốp của cao su càng thấp hay nói cách khác là mật độ các hạt cao su trong thiết bị cao, hiệu quả truyền nhiệt cao và giữ nhiệt lại lâu, hơi nhiệt phân gồm các sản phẩm bị phân hủy do nhiệt sẽ bị cracking, hay cốc hóa triệt để tạo ra nhiều cấu tử nhẹ, do đó lƣợng khí tạo ra nhiều. Còn khi kích thƣớc lớn hơn, độ xốp giảm đồng nghĩa với khả năng khuếch tán đồng đều thì hơi nhiệt phân cũng dễ thoát ra ngoài, thời gian lƣu sẽ nhỏ lại, vì vậy việc phân cắt hơi nhiệt phân bay lên sẽ giảm, do đó một phần ngƣng tụ thành lỏng, lƣợng khí giảm. Hiệu suất khí lại tăng từ 23,75% ở kích thƣớc 2 2.3mm lên 24.17% ở kích thƣớc > 2.3 mm, do kích thƣớc hạt lớn hơn nhiệt truyền từ ngoài vào trong hạt cao su lâu hơn làm quá trình cracking diễn ra từ từ, tuy nhiên do độ xốp tăng lên hiệu suất khí tăng không đáng kể.
Hiệu suất lỏng thu đƣợc cao nhất tại kích thƣớc 2 2.3 mm với hiệu suất 62.38%. Hiệu suất lỏng ở kích thƣớc < 1 mm là 59.20% sau đó tăng lên đến 62.38%, rồi giảm dần ở kích thƣớc lớn hơn còn 61.51% ở kích thƣớc > 2.3 mm. Ban đầu hơi nhiệt phân đƣợc tạo ra nhiều, do hiệu suất truyền nhiệt cao ở kích thƣớc nguyên liệu nhỏ nhất. Nhƣng độ xốp không cao nên hơi nhiệt phân thoát ra chậm, hơi bị phân tách thành các cấu tử nhẹ hơn nữa, không ngƣng tụ đƣợc bằng hệ thống sinh hàn ngƣng tụ bằng nƣớc, nên hiệu suất lỏng ban đầu thấp. Nhƣng sau đó với các kích thƣớc lớn hơn, hơi nhiệt phân dễ thoát ra hơn, các cấu tử ít bị phân cắt hơn, do đó lỏng thu đƣợc nhiều hơn và tối ƣu ở kích thƣớc 2 2.3 mm. Với kích thƣớc lớn hơn nữa, hiệu suất lỏng lại bắt đầu giảm do kích thƣớc hạt lớn cần thời gian lƣu hơi lâu hơn nhƣng độ xốp lớn nên hơi thoát ra nhanh hơn, hiệu quả truyền nhiệt tới những thành phần bên trong kém, khó phân cắt hoàn toàn đƣợc.
Tóm lại, kích thƣớc hạt cao sự ảnh hƣởng đến hiệu suất của các pha, hiệu suất sản phẩm lỏng đạt cực đại tại kích thƣớc hạt cao su nghiền 2 2.3 mm.
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của kích thƣớc nguyên liệu đến hiệu suất và các tính chất của sản phẩm lỏng
Từ những giải thích trên, kích thƣớc nguyên liệu cũng ảnh hƣởng đến độ nhớt và điểm chớp cháy của sản phẩm lỏng. Từ đồ thị, ta thấy kích thƣớc hạt từ 2 - 2.3 mm là phù hợp để thực hiện cho quá trình nhiệt phân.
60 56.5 55.5 58.5 77 77 75.5 76.5 50 60 70 80 < 1 1 2 - 2.3 > 2.3 Kích thƣớc nguyên liệu (mm) Hiệu suất lỏng Độ nhớt (cSt)