2.1 Cơ sở lý thuyết
Củi trấu được tạo ra từ vỏ trấu bằng cách ép các vỏ trấu lại với nhau dưới áp suất ép cao và được kết dính lại với nhau nhờ chất lignin có trong vỏ trấu (chiếm từ 25% - 30%).
Chất lignin này sẽ chuyển sang trạng thái lỏng dính ở nhiệt độ khoảng 200 – 220 °C giúp kết dính các vỏ trấu lại với nhau.
Trong quá trình ép do ma sát giữa vỏ trấu và các chi tiết máy cũng như ma sát giữa các vỏ trấu với nhau sẽ sinh ra nhiệt làm chảy chất lignin. Ngoài ra, để cung cấp thêm nhiệt làm chảy chất lignin thì người ta còn ăn thêm một bộ gia nhiệt lắp vào khuôn ép.
Như vậy, theo nguyên lý ép này thì nguyên liệu đầu vào không cần phải thêm chất kết dính nào nhưng sản phẩm gỗ đầu ra vẫn cứng tự nhiên và bề mặt được cacbon hóa.
2.2 Phương pháp thiết kế máy
− Có 2 loại ép đùn sử dụng phổ biến hiện nay là:
+ Ép pittông + Ép trục vít
Bên cạnh đó còn có các loại ép khác như: ép rulo, ép thủy lực,…
2.2.1 Ép piston
Hình 2. 1 Máy ép piston [1]
− Cấu tạo pittông ép bao gồm
+ Piston - cylinder + Trục dẫn hướng + Vít tải + Khuôn ép + Điện trở nhiệt
+ Động cơ điện + Phễu cấp liệu
h
− Cấu tạo chính của thiết bị là một bộ thiết bị chuyển động tròn sang chuyển động tịnh tiến (tay dên trục khủy). Nguyên liệu được chứa ở thùng chứa liệu sau đó vít tải định lượng sẽ chuyển nguyên liệu và đồng thời xác định lượng nguyên liệu đi vào máy ép.
− Ban đầu động cơ sẽ truyền chuyển động cho máy nhờ cấu tạo truyền động pulley và dây đai đồng thời cũng làm tăng moment lên nhờ trọng lượng của pulley, làm chuyển động cơ cấu tay dên trục khủy sẽ biến chuyển động tròn đều của motor thành chuyển động tịnh tiến trục xylanh dẫn hướng. Trên trục dẫn hướng được gắn thêm trục piston và đầu ép định hình sản phẩm. Các hạt nguyên liệu được đưa vào máy và nghiền ra nhờ vít tải liệu. Trục piston sẽ chuyển động ra khuôn ép, nguyên liệu sẽ được chuyển đến buồng ép lúc trục piston tịnh tiến vào khuôn, đồng thời nén nguyên liệu lại với nhau trong trong khuôn ép, quá trình cứ tiếp tục thực hiện thì sản phấm sẽ được tạo thành ở đầu ra của khuôn ép. Thiết bị gia nhiệt gắn trên khuôn ép sẽ làm nóng chảy lignin, giúp các hạt kết dính lại với nhau.
❖ Ưu điểm của công nghệ piston ép:
− Có ít chuyển động tương đối giữa piston và nguyên liệu. Do đó, độ mài mòn của piston giảm đáng kể.
− Là công nghệ hiệu quả nhất về chi phí.
− Một số kinh nghiệm vận hành đã đạt được bằng cách sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau.
− Độ ẩm của nguyên liệu ≤ 12% sẽ cho kết quả tốt nhất.
❖ Nhược điểm của công nghệ piston ép:
− Chất lượng của sản phẩm giảm xuống khi tăng năng suất mà năng lượng tiêu thụ không đổi.
− Lớp bên ngoài của sản phẩm không được carbon hóa. Và sản phẩm tạo ra hơi giòn.
h
2.2.2 Ép trục vít
Hình 2. 2 Máy ép trục vít [1]
− Cấu tạo:
+ Phễu cấp liện + Vít đùn + Xylanh
+ Khuôn ép + Điện trở nhiệt + Động cơ
− Cấu tạo chính của máy là một ống thép hình trụ, bên trong là một trục truyền chuyển động kết hợp với trục vít có rãnh xoắn trên bề mặt. Nguyên liệu được đưa vào ống dẫn hướng qua phễu nạp liệu, được trục vít vận chuyển lên phía trước. Trong quá
trình di chuyển nguyên liệu bị nghiền ra và nén lại, do tác dụng của ma sát sinh nhiệt làm nguyên liệu nóng lên, đồng thời trên khuôn ép cũng được gắn điện trở sinh nhiệt làm nhằm làm nóng chảy lingin có trong nguyên liệu để kết dính các nguyên liệu lại với nhau thành một khối, hình dáng và kích thước của khối sản phẩm phụ thuộc vào kích thước và hình dạng khuôn ép.
❖ Ưu điểm của công nghệ ép vít đùn:
− Sản phẩm ra là liên tục và đồng nhất.
− Bề mặt ngoài của sản phẩm được carbon hóa một phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc bắt lửa dễ dàng và đốt cháy. Lớp carbon hóa này còn giúp bảo vệ sản phẩm tránh được độ ẩm của môi trường xung quanh.
− Sản phẩm tạo ra có một lỗ tròn giúp đốt cháy tốt vì cung cấp đủ không khí trong quá trình cháy.
− Máy chạy rất êm và không chịu rung sốc hoặc tải trọng đột ngột.
− Máy hoạt động tốt hơn so với piston ép vì không có các bộ phận qua lại và bánh đà.
− Các bộ phận máy và dầu được bảo vệ khỏi bụi, nguyên liệu nhiễm bẩn chưa được xử lý.
h
❖ Nhược điểm của công nghệ ép vít đùn:
− Yêu cầu năng lượng của máy là cao so với máy piston ép.
Bảng 2. 1 So sánh 2 loại ép đùn
Chỉ tiêu Pitton ép Vít dùn
Độ ẩm tối ưu của vật liệu
10 – 15% 8 – 9 %
Độ mài mòn giữa các chi tiết
Thấp Cao
Đầu ra của máy Gián đoạn Liên tục
Năng lượng tiêu thụ 50 kwh/tấn 60 kwh/tấn
Khối lượng riêng của vật liệu
(1-1.2) g/cm3 (1-1.4) g/cm3
Bảo trì Thấp Cao
Hiệu suất đốt cháy của sản phẩm
Không tốt Tốt
Khả năng cacbon hóa Không thể Tốt
Phù hợp với khí hóa Không phù hợp
Phù hợp
Tính dồng nhất của sản phẩm
Không đồng nhất
Đồng nhất
h