Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa
Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hóa phụ phẩm nông nghiệp (xơ dừa). Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực nghiệm như: thời gian, nhiệt độ, hiệu suất thu hồi sản phẩm, tối ưu nhất cho than cacbon hóa có khả năng hấp phụ amoni và độ oxi hóa lớn nhất.
a. Xác định độ ẩm của xơ dừa.
Xơ dừa được xé nhỏ, cân xác định khối lượng rồi đánh số M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3. Sau đó cho vào lò sấy ở nhiệt độ 100oC và giữ ổn định nhiệt độ này ở trong các khoảng thời gian khác nhau thay đổi từ 10 đến 55 phút. Mỗi khoảng thời gian tiến hành thí nghiệm với 3 mẫu để xác định tỷ lệ bay hơi nước trung bình.
Mẫu sau khi sấy được cho vào bình hút ẩm trong khoảng 30 phút sau đó đem cân để
% 100 .
0 0
m m a m r
38
xác định khối lượng sau khi sấy từ đó tính được độ ẩm của vật liệu theo công thức sau:
Trong đó: a - độ ẩm (%).
m0 - khối lượng mẫu trước khi sấy (g).
mr - khối lượng mẫu sau sấy (g).
b. Xác định tỷ trọng của xơ dừa
Xơ dừa được xé nhỏ, sau đó tiến hành thí nghiệm với các khối lượng khác nhau, cho vào bình có thể tích khác sau đó đem cân để xác định tỷ trọng của xơ dừa. Tính theo công thức sau:
Trong đó b- tỷ trọng (kg/m3)
m: khối lượng mẫu (kg) V: thể tích bình (m3)
c. Xác định độ tro của vật liệu
Tiến hành thí nghiệm với 5 mẫu xơ dừa. Xơ dừa xé nhỏ. Cân xơ dừa với các khối lượng khác khối lượng tương ứng dao động khoảng 5g. Đặt mẫu xơ dừa vào đĩa sau đó cho vào lò nung tro hóa cho đến khi toàn bộ mẫu được cháy hết, cụ thể tiến hành tro hóa ở nhiệt độ 800oC trong khoảng 90 phút. Khi quá trình tro hoá kết thúc, lấy đĩa ra khỏi lò nung và làm nguội trong bình hút ẩm chân không.
Hàm lượng tro tính bằng phần trăm so với khối lượng chất thô được xác định theo công thức:
Trong đó: - Độ tro (%).
- Khối lượng xỉ tro sau khi đốt (g).
- Khối lượng chất rắn (g).
d. Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ trong lò phản ứng và đánh giá hiệu suất thu hồi ổn định của xơ dừa trong quá trình cacbon hóa
39
Quá trình khảo sát cacbon hóa được nghiên cứu ở các dải nhiệt độ khác nhau nhằm đánh giá sự thay đổi nhiệt độ trong lò gia nhiệt.
Xơ dừa được xử lý theo mô hình thực nghiệm quy mô nhỏ như sau:
Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm quá trình Cacbon hóa
Quá trình Cacbon hóa được thí nghiệm trong lò cacbon hóa theo sơ đồ cấu tạo sau:
Xơ dừa khô
Xử lý sơ bộ (xé nhỏ)
Lò Cacbon hóa ở nhiệt độ từ 300-600oC
Sản phẩm
40
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm
Hình 2.3 Lò nung
Thiết bị sử dụng phục vụ cho quá trình làm thí nghiệm gồm có: cốc, cân điện tử, lò sấy, lò Cacbon hóa.
Điều kiện thí nghiệm: 300oC, 400oC, 500oC, 600oC
Thời gian cacbon hóa: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút
Lò điện
Nhiệt kế
MÉu Cốc đựng
mÉu Nắp cốc
41
Mô tả quá trình thí nghiệm: Xơ dừa được xé nhỏ, đem cân khối lượng trước sau đó được đưa vào lò nung kín bằng điện. Tiến hành quá trình cacbon hoá tại các nhiệt độ khác nhau theo giá trị nhiệt kế hiển thị, theo dõi quá trình cacbon hoá theo thời gian và các nhiệt độ khác nhau. Sau khi đủ thời gian cacbon hoá, tắt lò để nguội rồi lấy sản phẩm ra đem cân lại. Trong quá trình cacbon hoá lò nung được đậy nắp kín, khí nóng sinh ra từ hơi nước và các chất dễ bay hơi trong vật liệu, do áp suất bên trong lò cao hơn bên ngoài, khí nóng trong lò sẽ thoát ra ngoài, đồng thời ngăn cản sự xâm nhập ôxi vào trong lò, như vậy ôxi sẽ không tham gia vào quá trình đốt.
Trong quá trình này, áp suất của lò không được kiểm soát, áp suất hoạt động theo hoạt động tự nhiên của lò.
Sau khi đã tiến hành khảo sát quá trình thực nghiệm cacbon hóa quy mô nhỏ để lựa chọn ra loại than tối ưu tốt nhất cho quá trình xử lý amoni trong nước thải bệnh viện tiến hành thí nghiệm trên thiết bị mô hình quy mô lớn.
Chất thải được xử lý theo mô hình thực nghiệm quy mô lớn như trong sơ đồ sau:
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot
Mô tả thí nghiệm:
Chất thải được cho vào thùng chứa chất thải rắn, sau đó đóng kín nắp thùng.
Nối ống thoát khí từ nắp thùng với quạt ejector. Quạt ejector có chức năng làm thoát
42
hơi ẩm và các khí bay ra từ buồng cacbon hóa. Ống khí thoát từ thùng chứa chất thải đến buồng gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa từ đầu đốt nhằm xử lý khí sinh ra từ thùng cacbon hóa. Hiện tượng cháy sẽ làm tăng nhiệt độ buồng gia nhiệt, như vậy sẽ giảm chi phí nhiên liệu cho quá trình xử lý. Cửa gió làm việc theo chế độ tự động và điều khiển bằng tay: khi nhiệt độ buồng cacbon hóa còn thấp chưa đạt đến nhiệt độ cần thiết thì cửa gió làm nhiệm vụ hướng nguồn nhiệt đi từ buồng gia nhiệt xuống buồng cacbon hóa. Khi nhiệt độ đạt đến giá trị cần thiết đã đặt trước, cánh gió hướng nguồn nhiệt thoát trực tiếp ra ống khói và đầu đốt tự ngắt và lò đốt làm việc theo chế độ ủ nhiệt. Đầu đốt được điều chỉnh tự động để cháy nhiên liệu và cấp nhiệt độ cho quá trình cacbon hoá. Nhiệt độ có thể khống chế tự động bằng rơle điều khiển và van gió. Nhiệt độ thực nghiệm từ 300-500 độ C, thời gian cacbon hoá từ 10 – 60 phút.
e. Thực nghiệm hấp phụ trên thiết bị Jartest Mô hình thí nghiệm:
Hình 2.5 Mô hình và thiết bị Jartest của quá trình thí nghiệm hấp phụ Ghi chú:
I. Hộp số điều khiển II. Cánh khuấy
III. Tuabin cánh khuấy IV. Cốc 100ml thủy tinh V. Bệ đỡ
43
Mô hình Jartest là một thiết bị gồm 6 cánh quay cũng tốc độ, nhờ hộp số tốc độ quay có thể điều khiển từ 10 -120 pm. Cánh khuấy có dang turbine gồm 2 bảng phẳng nằm trong cùng một mặt phẳng đứng, được đặt trong beaker dung tích 1000ml có chia vạch đựng cùng một loại nước thải.