Qua số liệu thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của buồng cacbon hoá, ta thấy: - Từ khi bắt đầu tiến hành khởi động lò đến khi đạt đƣợc khoảng nhiệt độ và thời gian thích hợp cho q trình cacbon hố thì nhiệt độ trong buồng cacbon hố tăng lên rất nhanh. Sau thời gian t = 13 phút đã đến nhiệt độ T = 3000
C, t = 17 phút thì T = 4000C và chỉ sau thời gian t = 20 phút nhiệt độ bên trong lò cacbon đã là T = 5000C.
- Sau đó, trong q trình cacbon hố ở các thời gian lƣu nhiệt khác nhau (10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút) thì nhiệt độ trong buồng cacbon hố giảm dần đều và có tăng thì cũng chỉ tăng rất chậm. Trong khoảng t = 5 phút cũng chỉ tăng 100
C - 200C.
3.2. Khảo sát đô ẩm của vật liệu thí nghiệm
Độ ẩm (tỷ lệ hơi nƣớc) có trong vật liệu dùng cho q trình cacbon hóa, ảnh hƣởng đến quá trình cacbon hoá, do vậy cần đánh giá mức độ ảnh hƣởng của độ ẩm đến q trình cacbon hố, độ ẩm đƣợc tính sau khi sấy. Dƣới đây là bảng số liệu thể hiện tỷ lệ nƣớc đã bay hơi trong quá trình sấy các vật liệu thí nghiệm: gỗ, giấy, cao su, nhựa, vải ở nhiệt độ 1000
Khối lƣợng của các vật liệu thí nghiệm là 2g. Thời gian sấy là từ 10 phút đến 60 phút
Bảng 3.2. Kết quả xác định độ ẩm của vật liệu thí nghiệm ở nhiệt độ 1000 C Đơn vị tính: % Thời gian (phút) 10 20 30 40 50 60 Tre, gỗ 6,42 7,57 8,08 8,15 8,25 8,26 Vải 1,80 1,82 1,88 1,97 2,23 2,23 Giấy 6,63 7,75 7,93 8,30 8,33 8,33 Cao su 0,97 1,08 1,18 1,35 1,47 1,48 Nhựa 0,87 0,89 1,02 1,08 1,10 1,12
Hình 3.2. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lị cacbon hố
Nhìn vào các đồ thị biểu diễn tỷ lệ bay hơi nƣớc của các vật liệu thí nghiệm,ta thấy:
- Trong khoảng 10 - 30 phút đầu của quá trình sấy đối với các loại vật liệu trừ nhựa thì lƣợng nƣớc bay hơi chậm, khối lƣợng mẫu không thay đổi nhiều nên đồ thị lƣợng hơi nƣớc trong giai đoạn này đi lên theo chiều tăng không đáng kể.
- Trong khoảng 40 - 60 phút sau đối với các vật liệu thí nghiệm trừ nhựa thì đƣờng biểu diễn tăng nhanh và đến khi sự thay đổi khối lƣợng hơi nƣớc trong các mẫu thay đổi khơng đáng kể thì q trình coi nhƣ hồn thành. Từ đó, ta tính đƣợc lƣợng ẩm trong mẫu và đó chính là lƣợng hơi nƣớc đã bay hơi.
- Trong các vật liệu thí nghiệm, nhựa có tỷ lệ bay hơi nƣớc thấp nhất và tre gỗ có tỷ lệ bay hơi nƣớc lớn nhất.
3.3. Kết quả của q trình cacbon hố
3.3.1. Kết quả của q trình cacbon hố tre gỗ
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với tre gỗ thải. Khối lƣợng mẫu tre gỗ từ 1 - 3g. Nhiệt độ cacbonhoá ở 3000
C, 4000C và 5000C. Thời gian lƣu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Sản phẩm cacbon hoá của tre, gỗ đƣợc đem đo TOC với khối lƣợng mẫu lấy là 10mg.
a. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 3000C
Bảng 3.3. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 3000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 61,97 42,34 26,23 2 20 43,50 45,50 19,79 3 30 40,43 56,12 22,69 4 40 42,29 64,21 27,15 5 50 28,33 46,61 13,21 Trung bình 43,30 50,96 21,82
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của tre gỗ tại T = 3000C thay đổi theo thời gian
Từ hình 3.3 và bảng 3.3 cho thấy:
Hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên, tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu hồi thay đổi theo dạng phƣơng trình parabol, ban đầu tỷ lệ cacbon thấp, sau đó tăng dần đến điểm cực đại rồi giảm dần. Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt cao nhất là 61,97% tại thời điểm t = 10 phút và tỷ lệ cacbon hữu cơ cao nhất là 64,21% tại thời gian t = 40 phút. Tại điểm t = 40 thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là lớn nhất 27,15%. Vậy tại nhiệt độ 3000
C thì thời gian tối ưu cacbon hố của tre gỗ là 40 phút.
b. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 4000C
Bảng 3.4. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 4000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 42,20 47,74 20,15 2 20 39,60 55,66 22,04 3 30 36,00 54,44 19,60 4 40 24,40 51,40 12,54 5 50 19,01 44,25 8,41 Trung bình 32,24 50,70 16,55 T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (%)
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của tre gỗ tại T = 4000C thay đổi theo thời gian
Từ hình 3.4 và bảng 3.4 cho thấy:
Tại nhiệt độ 4000C hiệu suất thu hồi sản phẩm và tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ của tre gỗ đều giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm nhanh hơn so với nhiệt độ 3000
C. Tỷ lệ cacbon trong sản phẩm thu hồi biến thiên theo đƣờng cong hàm parabol, ban dầu tỷ lệ thấp, sau đó tăng lên giá trị cực đại, rồi giảm xuống. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 42,20% ở thời gian lƣu 10 phút, tại thời gian lƣu là 20 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt mức cao nhất 55,66% và tại thời gian lƣu 20 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ cũng là lớn nhất 22,04%. Vậy tại nhiệt độ 4000C tthời gian tối ưu cacbon hoá tre gỗ là 20 phút.
T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (% )
c. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 5000C
Bảng 3.5. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 5000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 43,37 51,31 22,25 2 20 30,46 54,53 16,61 3 30 21,82 45,63 9,96 4 40 20,44 42,86 8,76 5 50 21,13 29,33 6,20 Trung bình 27,44 44,73 12,76
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hố của tre gỗ tại T = 5000C thay đổi theo thời gian.
Qua bảng 3.5 và hình 3.5. ta nhận thấy: Tƣơng tự nhƣ ở nhiệt độ 3000C và 4000C khi cacbon hoá tre gỗ ở 5000C hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ cũng giảm dần theo thời gian, tỷ lệ thành phần cacbon trong sản phẩm cũng theo dạng đƣờng cong parabol nhƣng tốc độ giảm nhanh hơn ở 4000C. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 27,25% ở thời gian lƣu 10 phút, tại thời gian lƣu 20 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt cao nhất là
T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (%)
54,53%. Tại thời điểm t = 10 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là lớn nhất 22,25%. Vậy tại nhiệt độ 5000C thời gian tối ưu cacbon hoá tre gỗ là 10 phút.
Từ những kết quả của quá trình cacbon hoá tre gỗ ở nhiệt độ 3000
C, 4000C và 5000C với thời gian lƣu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ƣu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 3000
C và t = 40 phút
- Điểm tối ƣu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 4000
và t = 20 phút.
- Điểm tối ƣu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 5000
C và t = 10 phút.
3.3.2. Kết quả của q trình cacbon hố nhựa
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với nhựa thải. Khối lƣợng mẫu nhựa từ 2 - 7g. Nhiệt độ cacbon hoá ở 3000
C, 4000C và 5000C. Thời gian lƣu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Sản phẩm cacbon hoá của nhựa đƣợc đem đo TOC với khối lƣợng mẫu lấy là 10mg.
a. Cacbon hoá nhựa tại T = 3000C
Bảng 3.6. Kết quả cacbon hoá nhựa tại T = 3000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 98,64 51,34 50,65 2 20 83,70 60,90 50,97 3 30 68,19 68,42 46,65 4 40 66,01 73,93 48,80 5 50 66,75 71,51 47,73 Trung bình 76,66 65,22 48,96
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của nhựa tại T = 3000C thay đổi theo thời gian
Từ hình 3.6 và bảng 3.6 nhận thấy:
Hiệu suất thu hồi sản phẩm giảm nhanh theo thời gian đốt, giá trị thu hồi cao. Hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ có sự biến đổi khơng đáng kể theo thời gian. Tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu hồi thay đổi theo dạng phƣơng trình parabol, ban đầu tỷ lệ cacbon thấp, sau đó tăng dần đến điểm cực đại rồi giảm dần. Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt cao nhất là 98,64% tại thời điểm t = 10 phút và tỷ lệ cacbon hữu cơ cao nhất là 73,93% tại thời gian t = 40 phút. Tại điểm t = 20 thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là lớn nhất 50,97%.
Vậy tại nhiệt độ 3000C thời gian tối ưu cacbon hoá nhựa là 20 phút.
b. Cacbon hoá nhựa tại T = 4000C
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 4000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 85,35 61,59 52,57 2 20 77,78 65,22 50,73 3 30 57,19 79,75 45,61 4 40 48,12 75,30 36,23 5 50 27,93 72,16 20,15 T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (%)
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của nhựa tại T = 4000C thay đổi theo thời gian
Từ hình 3.7 và bảng 3.7 cho thấy:
Tại nhiệt độ 4000C hiệu suất thu hồi sản phẩm và tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ của nhựa đều giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm nhanh. Tỷ lệ cacbon trong sản phẩm thu hồi biến thiên theo đƣờng cong hàm parabol, ban đầu tỷ lệ thấp, sau đó tăng lên giá trị cực đại, rồi giảm xuống. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 85,35% ở thời gian lƣu 10 phút, tại thời gian lƣu là 30 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt mức cao nhất 79,75% và tại thời gian lƣu 10 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ cũng là lớn nhất 52,57%. Vậy tại nhiệt độ 4000C thời gian tối ưu cacbon hoá nhựa là 10 phút.
c. Cacbon hoá nhựa tại T = 5000C
Bảng 3.8. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 5000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 76,77 76,26 58,55 2 20 49,75 78,34 38,97 3 30 26,81 74,02 19,85 4 40 26,65 71,33 19,01 5 50 13,73 64,15 8,80 Trung bình 38,74 72,82 29,04 T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ ( % )
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của nhựa tại T = 5000C thay đổi theo thời gian.
Qua bảng 3.8 và hình 3.8 nhận thấy:
Tƣơng tự nhƣ ở nhiệt độ nhƣ tại nhiệt độ 3000
C và4000C khi cacbon hoá nhựa ở 5000C hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ cũng giảm dần theo thời gian, tuy nhiên tốc độ giảm rất nhanh. Tỷ lệ thành phần cacbon trong sản phẩm cũng theo dạng đƣờng cong parabol nhƣng tốc độ giảm nhanh hơn ở 3000
C và 4000C. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 76,77% ở thời gian lƣu 10 phút, tại thời gian lƣu 20 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt cao nhất là 78,34%. Tại thời điểm t = 10 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là lớn nhất 58,55%. Vậy tại nhiệt độ 5000C thời gian tối ưu cacbon hoá của nhựa là 10 phút.
Từ những kết quả của q trình cacbon hố nhựa ở nhiệt độ 3000
C, 4000C và 5000C với thời gian lƣu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên ta rút ra kết luận sau:
- Điểm tối ƣu để hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn nhất là: T = 3000
C và t = 20 phút
- Điểm tối ƣu để tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 4000
C và t T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (% )
- Điểm tối ƣu để hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất là: T = 5000
C và t = 10 phút.
3.3.3. Kết quả của q trình cacbon hố giấy
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với giấy thải. Khối lƣợng mẫu giấy từ 1 - 3g. Nhiệt độ cacbon hoá ở 3000
C, 4000C và 5000C. Thời gian lƣu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Sản phẩm cacbon hoá của giấy đƣợc đem đo TOC với khối lƣợng mẫu lấy là 10mg.
a. Cacbon hoá giấy tại T = 3000C
Bảng 3.9. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 3000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 65,60 32,44 21,28 2 20 45,20 42,50 19,21 3 30 42,19 45,12 19,03 4 40 42,34 52,29 22,14 5 50 38,79 46,67 18,10 Trung bình 46,82 43,80 19,95
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của giấy tại T = 3000C thay đổi theo thời gian
T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (%)
Từ hình 9 và bảng 10 cho thấy:
Hiệu suất thu hồi sản phẩm giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm chậm. Hiệu suất thu hồi cacbon tƣơng đối ổn định, biến đổi chậm theo thời gian.Tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu hồi thay đổi theo dạng phƣơng trình parabol, ban đầu tỷ lệ cacbon thấp, sau đó tăng dần đến điểm cực đại rồi giảm dần. Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt cao nhất là 65,60% tại thời điểm t = 10 phút và tỷ lệ cacbon hữu cơ cao nhất là 52,29% tại thời gian t = 40 phút. Tại điểm t = 40 thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là lớn nhất 22,14%. Vậy tại nhiệt độ 3000C thời gian tối ưu cacbon hoá của nhựa là 40 phút.
b. Cacbon hoá giấy tại T = 4000C
Bảng 3.10. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 4000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu
cơ (%) 1 10 41,91 37,74 15,82 2 20 25,02 41,24 10,32 3 30 25,08 44,45 11,15 4 40 14,24 41,40 5,89 5 50 19,06 34,17 6,51 Trung bình 25,06 39,80 9,94
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của giấy tại T = 4000C thay đổi
T ỷ lệ th àn h p h ần c ác b on h ữu c ơ (%)
Từ hình 3.10 và bảng 3.10 cho thấy:
Tại nhiệt độ 4000C hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ của giấy cùng giảm dần theo thời gian. Tỷ lệ cacbon trong sản phẩm thu hồi biến thiên theo đƣờng cong hàm parabol, ban đầu tỷ lệ thấp, sau đó tăng lên giá trị cực đại, rồi giảm xuống. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 49,51% ở thời gian lƣu 10 phút, tại thời gian lƣu là 30 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt mức cao nhất 44,45% và tại thời gian lƣu 10 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ lớn nhất 15,82%. Vậy tại nhiệt độ 4000C thời gian tối ưu cacbon hoá của giấy là 10 phút.
c. Cacbon hoá giấy tại T = 5000C
Bảng 3.11. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 5000 C
STT
Thời gian cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ
(%)
Hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ
(%) 1 10 13,94 52,05 7,26 2 20 27,25 44,70 12,18 3 30 21,2 38,16 8,09 4 40 18,24 27,46 5,01 5 50 5,86 12,05 0,71 Trung bình 17,30 34,88 6,65
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn q trình cacbon hố của giấy tại T = 5000C thay đổi theo thời gian.
Qua bảng 3.11 và hình 3.11 nhận thấy: Tƣơng tự nhƣ tại nhiệt độ 4000
C khi cacbon hoá giấy ở 5000C hiệu suất