7. Điểm mới và đĩng gĩp của luận án
2.2 Phương pháp xác định các thơng số lý hĩa của trấu
2.2.1 Xác định khối lượng thể tích của trấu
Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên. Được xác định bằng cơng thức:
ρtr =
mtr
(kg/m3) (2.1)
v0
Trong đĩ: ρtr : Khối lượng thể tích của trấu, kg/m3
mtr : Khối lượng trấu, kg
v0 : Thể tích lon chứa trấu, m3
Việc xác định khối thể tích của trấu nhằm phục vụ cho việc tính tốn các bộ phận chứa, thiết bị cung cấp và vận chuyển trấu trong hệ thống hĩa khí.
2.2.2 Xác định ẩm độ
Ẩm độ của trấu được xác định theo cơng thức:
Ẩ độ ấ , % = ℎố ượ ướ ấ 100
ℎố ượ ấ ( ℎấ ℎơ à ướ )
Cĩ nhiều phương pháp xác định ẩm độ trấu, trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp tủ sấy theo tiêu chuẩn ASTM: E871 – 82.
Như vậy ẩm độ (W) được tính theo cơng thức:
W = (mi−mf) x100 (2.2)
(m −m ) i c
mi : Khối lượng ban đầu gồm trấu tươi và lọ, g mc : Khối lượng lọ, g
mf : Khối lượng cuối cùng gồm trấu khơ và lọ, g
2.2.3 Phân tích xác định các thành phần
Thành phần của trấu được phân tích xác định bao gồm: thành phần tro, chất bốc, carbon cố định.
Phương pháp phân tích xác định thành phần tro (Ash) được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM: E1755 với thiết bị nung nhiệt độ cao (High temperature furnace). Trình tự thực hiện được tĩm tắt như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị 2 – 3g mẫu được nghiền mịn đạt khoảng 425 - 450 μm.
- Bước 2: Đun nĩng lị nung và lọ chứa mẫu ở 900oC, trong khoảng thời gian từ 5 đến 6 giờ, sau đĩ để nguội lọ chứa mẫu trong mơi trường hút ẩm và cân lọ chứa mẫu.
- Bước 3: Cho 2 – 3g mẫu vào lọ chứa mẫu, xác định khối lượng và đặt vào lị. - Bước 4: Cài đặt nhiệt độ ở 105oC cho đến khi khối lượng khơng thay đổi. - Bước 5: Cài đặt nhiệt độ lị nung ở 800oC và duy trì trong 3 giờ.
- Bước 6: Cài đặt nhiệt độ lị nung ở 900oC và tiếp tục duy trì trong 3 giờ. - Bước 7: Cân xác định khối lượng cịn lại đĩ chính là lượng tro cần xác định. Phương pháp phân tích xác định chất bốc (Volatile Matter) và carbon cố định (Fixed Carbon) được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM: E872 – 82 với thiết bị lị nung ống đứng (Vertical Electric Tube Furnace). Trình tự thực hiện được tĩm tắt như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị 2 – 3g mẫu được nghiền mịn đạt khoảng 425 – 450 μm. - Bước 2: Đun nĩng lị nung và lọ chứa mẫu ở 900oC, trong khoảng thời gian từ 5 đến 6 giờ, sau đĩ để nguội lọ chứa mẫu trong mơi trường hút ẩm và cân lọ chứa mẫu.
- Bước 3: Cho 2 – 3g mẫu vào lọ chứa mẫu, xác định khối lượng và đặt vào lị. - Bước 4: Cài đặt nhiệt độ lị nung ở 950± 20 oC và duy trì trong 7 phút.
- Bước 5: Tiếp theo để nguội mẫu trong mơi trường hút ẩm và xác định khối lượng cịn lại.
Vậy chất bốc được xác định là lượng khí bốc ra trừ đi lượng ẩm đã được xác định trước đĩ.
Carbon cố định được xác định như sau:
2.2.4 Phân tích xác định các nguyên tố C, H, O , N và S
Phân tích nguyên tố được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM: D5373 với thiết bị phân tích thành phần nguyên tố (Elementar Vario EL III, Varain Inc). Trình tự thực hiện được tĩm tắt như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị 1 – 5g mẫu được nghiền mịn gĩi lại bằng vật liệu thiếc. - Bước 2: Điều chỉnh các thơng số: O2: 2 kg/cm2, He: 1150 - 1250 mbar (1,5kg/cm2).
- Bước 3: Cài đặt thơng số hoạt động của hệ thống: Nhiệt độ đốt 1020oC, Nhiệt độ khử 850oC
- Bước 4: Đặt mẫu vào cơ cấu cấp mẫu tự động và khởi động thiết bị, thời gian phân tích tối ưu là 10 phút.
2.2.5 Xác định nhiệt trị của trấu
Nhiệt trị của trấu là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hồn tồn một đơn vị khối lượng trấu với oxy, nhiệt trị của trấu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM: E711 với thiết bị bom nhiệt lượng (A bomb calorimeter). Trình tự thực hiện được tĩm tắt như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị 4 – 5 g mẫu được nghiền mịn, nén thành cục và 2 lít nước. - Bước 2: Dùng 10 cm dây chì kết nối với 2 điện cực tiếp xúc với cốc nhiên liệu đặt trong bình chứa nhiên liệu.
- Bước 3: Cung cấp oxy vào đầy bình chứa nhiên liệu và đặt bình chứa nhiên liệu vào trong bom nhiệt.
- Bước 4: Rĩt 2 lít nước vào bom nhiệt và cài đặt hệ thống, khi nhiệt độ ổn định ta ghi nhiệt độ T1.
- Bước 5: Đốt cháy nhiên liệu (khi nhiên liệu cháy sẽ truyền nhiệt làm cho dây chì nối 2 đầu điện cực bị đứt), nước sẽ hấp thụ nhiệt khi nhiên liệu cháy với oxy và tỏa nhiệt ra mơi trường nước xung quanh.
- Bước 6: Khi nhiên liệu cháy hết và nhiệt độ trong bom nhiệt ổn định ta ghi nhiệt độ T2.
Như vậy, đã xác định được nhiệt trị của trấu.
Ngồi ra, khi cĩ bảng phân tích nguyên tố, cĩ thể ước lượng nhiệt trị bằng các cơng thức như của Mendeleev hay của Dulong-Petit.
HHV [kJ/kg] = 338,58 * C% + 1254,0 * H% – 108,68 * O% + 108,68 * S% (2.3) với C% + H% + O% + N% + S% + Ash% + W% = 100%
Cơng thức Dulong-Petit (Perry & Green, 1997):
HHV [kJ/kg] = 337 * C% + 1428 * H% – 178,5 * O% + 95 * S% (2.4)
2.2.6 Xác định nhiệt trị của khí tổng hợp
Nhiệt trị của khí tổng hợp được xác định bằng cơng thức sau [11, 88]:
LHVsyngas = xCH4LHVCH4 + xCOLHVCO + xH2LHVH2
(2.5)
Trong đĩ: xCH4, xCO, xH2 lần lượt là phần trăm của khí CH4, CO và H2. LHVCH4 = 35,88 (MJ/Nm3)
LHVCO = 12,63 (MJ/Nm3) LHVH2 = 10,78 (MJ/Nm3)