Theo [7], để ép được viên nhiên liệu đạt chất lượng cao (nhiệt lượng lớn, mật độ viên lớn, độ vụn lớn....) thì thiết bị ép cần phải ép với một (áp suất ép, thời gian ép, nhiệt độ ép và độ ẩm) của nguyên liệu đưa vào ép nhất định.
Để tạo được viên nhiên liệu đạt chất lượng thì trước hết chúng ta phải tiến hành xác định các thông số đầu vào. Thông số này bao gồm nhiều yếu tố như (áp suất ép, nhiệt độ ép, loại vật liệu, kích thước nguyên liệu đưa vào, độ ẩm đưa vào ép...). Trong tài liệu [7] đã nghiên cứu, các thông số có ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng viên nhiên liệu là: áp suất ép (P), thời gian ép (T), nhiệt độ ép (t). Tuy nhiên trong đề tài chưa xác định đựơc ở P = ?, T = ?,
Trong đề tại này chúng tôi áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm để giải bài toán tối ưu tìm được các thông số trên (P, T, t) bằng con số cụ thể, để từ đó làm cơ sở cho việc chế tạo ra máy ép viên nhiên liệu có chất lượng cao (nhiệt lượng lớn, mật độ viên lớn, độ bền cơ học lớn....).
Như vậy, theo ý kiến của các chuyên gia và theo kết quả nghiên cứu của đề tài [7]. Chúng tôi quyết định chọn các thông số sau làm thông số đầu vào và thông số đầu ra để nghiên cứu:
+ Thông số đầu vào: áp suất (P) - nhiệt độ (t) - thời gian (T)
+ Thông số đầu ra: Mật độ viên {khối lượng riêng (δ)}, độ bền cơ học của viên {ứng suất nén (σ)}.
a. Xác định thông số vào
Qua kết quả nghiên cứu của đề tài [7], qua tài liệu [6] và các thí nghiệm khảo sát ban đầu chúng tôi đã chọn và xác định được khoảng biến thiên của các thông số đầu vào cho quá trình quy hoạch hoá thực nghiệm như sau:
+ Khoảng biến thiên đối với nhiệt độ ép (t): Theo tài liệu [6] lignhin là chất keo của gỗ. Để tạo được viên nhiên liệu có độ kết dính ban đầu thì lignhin phải được giải phóng. Bằng phương pháp nhiệt phân người ta xác định được ở 175oC thì lignhin bắt đầu giải phóng. Do vật chúng tôi chọn nhiệt độ ép để đưa vào nghiên cứu thấp nhất là: tmin = 200oC. Đồng thời qua một số thí nghiệm ban đầu (áp suất, thời gian, nhiệt độ) không đổi chúng tôi thấy ở nhiệt độ 300oC thì bề mặt viên nhiên liệu bắt đầu cháy. Do vậy chúng tôi chọn mức nhiệt độ cao nhất là tmax = 300oC .
+ Khoảng biến thiên đối với thời gian ép (T): Theo [7] thời gian ép quyết định đến việc tạo liên kết viên nhiên liệu. Đặc biệt qua một số thí nghiệm thăm dò với (nhiệt độ, áp suất) không đổi, chúng tôi thấy ở thời gian t > 5 phút thì viên nhiên liệu mới tạo được liên kết và ở thời gian t ≤ 15 phút thì
viên nhiên liệu không bị cháy bề mặt. Qua tham khảo, qua thí nghiệm, chúng tôi chọn thời gian tmin = 5 phút, tmax = 15 phút.
+ Khoảng biến thiên đối với áp suất ép (P):
Thực hiện một số thí nghiệm thăm dò [3] (thời gian và nhiệt độ không đổi), chúng tôi thấy ở áp suất P ≥ 5 MPa thì viên nhiên liệu bắt đầu tạo liên kết, còn ở áp suất P > 10 Mpa thì viên nhiên liệu bắt đầu cháy. Do vậy chúng tôi chọn áp suất ép trong khoảng 5 ≤ P < 10 MPa.
b. Xác định các thông số đầu ra
Sau khi đã xác định được các thông số đầu vào. Chúng tôi tiến hành lập kế hoạch thực nghiệm để xác định các thông số đầu ra bằng cách sử dụng phương pháp quy hoach thực nghiệm (2.5.2).
Cụ thể, từ các yếu tố đầu vào (P, t, T) chúng tôi tiến hành lập bảng ma trận thực nghiệm. Từ bảng ma trận thực nghiệm chúng tôi tiến hành thí nghiệm tạo mẫu (hình 3.2) theo bảng ma trận {sử dụng thiết bị ép đã thiết kế trong mục (3.3.3)}.
Hình 3.2 Một số mẫu đã ép được
Mục đích của việc xác định mật độ viên là để xác định nhiệt lượng thu được của viên nhiên liệu. Nhiệt lượng lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mật độ viên nhiều hay ít, mật độ nhiều hay ít lại phụ thuộc vào khối lượng riêng của viên nhiên liệu [6].
Khối lượng riêng (ρ) của viên nhiên liệu được xác định như sau: + Sử dụng cân điện tử để đo khối lượng (m) của viên nhiên liệu (Hình 3.3)
Hình 3.3 Cân điện tử để xác định khối lượng viên nhiên liệu
+ Sử dụng thước cặp để đo và tính toán được thể tích viên nhiên liệu (V)
+ Công thức tính khối lượng riêng viên nhiên liệu:
ρ = m/V (g/cm3)
Xác định độ bền cơ học của viên nhiên liệu
+ Để xác định độ bền cơ học của viên nhiên liệu (lực va đập) ta đi tiến hành xác định ứng suất tiếp xúc (σ) của viên nhiên liệu.
+ Xác định ứng suất nén: xác định ứng suất của viên nhiên liệu bằng cách đặt viên nhiên liệu lên máy thử cơ lý tính của gỗ (Qtest/25), (phòng thí nghiệm tính chất vật liệu gỗ Khoa Chế biến lâm sản). Máy sẽ ép viên nhiên liệu và cho kết quả ra máy tính (hình 3.4)
Hình 3.4 Máy xác định cơ lý tính của gỗ (Qtest)
Kết quả thí nghiệm thu được từ bảng 1 đến bảng 8 (Phụ biểu)