Hoàn thiện thiết kế chế tạo dây chuyền máy vắt sấy bã sắn năng suất 1 tấn khô giờ

Kết quả của dự án cho thấy: - Lò đốt biogas kiêm đốt củi dự án này thiết kế chế tạo hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu sấy hai giai đoạn theo nguyên lý khí động kép; - Máy 16 được hoàn thiện

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HCM

SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

PHÂN VIỆN CƠ ĐIỆN NN VÀ CNSTH

BÁO CÁO NGHIỆM THU

TP HCM 01 tháng 7 năm 2017

BÀI TÓM TẮT

Khoảng 15 năm trở lại đây, cây sắn ở Việt Nam đã trở thành cây công nghiệp quan trọng, với diện tích, năng suất và sản lượng tăng nhanh hàng năm Năm 2015 tổng diện tích trồng sắn của cả nước đạt 560.000 ha cho sản lượng củ sắn tươi khoảng 10 triệu tấn Việc chế biến tinh bột sắn theo đó phát triển rất nhanh, với hơn 100 nhà máy công suất lớn và hàng nghìn cơ sở chế biến thủ công cho sản lượng tinh bột trên 1 triệu tấn/năm, tuy nhiên việc chế biến tinh bột sắn đang gặp thách thức lớn về ô nhiễm môi trường do bã sắn sinh ra Bã sắn ướt 85-90% ẩm chiếm khoảng 38-40% lượng củ đưa vào chế biến, bã mau thối rữa gây ô nhiễm môi trường nghiêm trong ở các nhà máy chế biến tinh bột sắn, việc khắc phục ô nhiễm môi trường do bã sắn sẽ đơn giản nhiều nếu ta vắt được bã sắn xuống 60% ẩm Từ độ ẩm này nếu sấy sẽ dễ dàng, tốn ít nhiên liệu và thực sự hiệu quả

Trên cở sở kết quả đề tài “nghiên cứu thiết kế chế tạo máy vắt bã sắn năng suất 14 tấn/giờ” do Phân Viện thực hiện năm 2014 bằng kinh phí của Sở Khoa học Công nghệ

thành phố Hồ Chí Minh, và kế thừa kết quả nghiên cứu chế tạo máy sấy bã sắn kiểu khí động năng suất 500 kg/h của Phân Viện năm 2003, chúng tôi đề xuất Sở Khoa học

Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh dự án “Hoàn thiện thiết kế chế tạo dây chuyền máy vắt - sấy bã sắn năng suất 1 tấn khô/giờ” Dự án thực hiện trong một năm từ 3/2016

đến 3/2017 Dây chuyền máy gồm: lò đốt biogas; máy vắt bã sắn VBS-16 và hệ thống máy sấy bã sắn kiểu khí động kép năng suất 1 tấn/giờ Hệ thống máy được lắp đặt và hoàn thiện ở công ty cổ phần FOCOCEV Bình Phước tại xã Đức Liễu, huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phước Kết quả của dự án cho thấy:

- Lò đốt biogas kiêm đốt củi dự án này thiết kế chế tạo hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu sấy hai giai đoạn theo nguyên lý khí động kép;

- Máy 16 (được hoàn thiện từ 14) đã khắc phục được các tồn tại của

VBS-14 cũ, không bị gãy trục, không vỡ ổ bi và không quăn gập băng tải nữa; máy hoạt động ổn định, đạt yêu cầu về năng suất và độ ẩm sau vắt cho phần sấy sau;

- Hệ thống máy sấy khí động kép dự án này thiết kế chế tạo và khảo nghiệm hoàn thiện vừa có diện tích lắp đặt nhỏ, vừa thấp lại và vừa có giá thành thấp song hoạt động rất ổn định và hiệu quả;

- Cả 3 thiết bị trên đã được bố trí hợp lý, hoạt động đồng bộ ổn định đạt các thông số thiết kế về năng suất và chất lượng sản phẩm;

- Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được hai mô hình toán mô tả ảnh hưởng của các thông số chính đến hai chỉ tiêu là độ ẩm bã sau vắt, sấy và chi phí điện năng riêng, qua đó đã xác định chế độ làm việc hợp lý cho máy vắt bã sắn VBS-

16 và máy sấy

- Giá thành bã sắn vắt - sấy khô bằng thiết bị của dự án khi sấy bằng biogas là 1400đ/kg và sấy bằng củi là 1900đ/kg (với giá bã sắn tươi 125đ/kg, 8 kg tươi/1kg khô), trong khi giá thị trường là 3600đ/kg nên dư án này rất hiệu quả về kinh tế và môi trường

- Với hai điểm đặc biệt trong hai máy chính, dự án đã nộp và được chấp nhận đơn hai

sáng chế “ máy vắt bã sắn kiểu ép trục băng tải lọc VBS-16” và “máy sấy bã sắn kiểu khí động tháp sấy thấp” Dự án cũng đã nộp hai bài báo tóm tắt tham dự hội thảo

AFC 15 năm 2017

ABSTRACTS About 15 years ago, cassava in Vietnam has become an important industrial crop, with area, productivity and output increase rapidly every year By 2015, the country's total cassava planting area will be 560,000 hectares for fresh cassava production of about

10 million tonnes The processing of cassava starch is fast growing, with more than 100 large capacity plants and thousands of manual processing facilities for starch production

of over 1 million tons per year Is facing great challenge of environmental pollution caused by cassava pulp 85-90% wet cassava residue accounts for 38-40% of the tubers, and the decomposed starch in the cassava starch processing plants, the remediation of environmental pollution due to Cassava residue will be much simpler if we can extract pulp residue 60% moisture From this humidity, it is easy to dry, low on fuel and really effective

On the basis of the results of the study "Design, manufacture and manufacture of cassava pulp mills with capacity of 14 tons per hour", implemented by the Sub-Institute

in 2014 with funding from the Department of Science and Technology of Ho Chi Minh City, and the results of the study on the production of dynamic aerosol cassava dryer capacity of 500 kg per hour of the sub Institute in 2003, we propose the Department of Science and Technology of Ho Chi Minh City project " Completing the design and manufacturing the machine chain of wringers - dried cassava pulp it’s capacity of 1 ton per hour” Project implementation in one year from March 2016 to March 2017 The machine line includes: biogas burners; VBS-16 cassava pulp grinder and double-speed cassava pulp dryer system yields 1 ton / hour The machine system was installed and completed at Binh Phuoc FOCOCEV JSC in Duc Lieu Commune, Bu Dang District, Binh Phuoc Province The results of the project show that:

- Biogas fired wood burning boiler This project is well-designed and manufactured

to meet the two-stage drying requirements of the dual aerodynamic principle;

- The VBS-16 (completed from VBS-14) has overcome the disadvantages of the old VBS-14, without breaking the shaft, without breaking bearings and not folding the conveyor belt; The machine operates stably, meets the requirements for productivity and humidity after drying for the rear drying;

- Dual drier air drier system This project is designed to manufacture and test complete and small installation area, low cost and low cost but stable and efficient operation;

- All three devices have been arranged reasonably, operating synchronously to achieve design parameters of productivity and product quality;

- By the method of experimental planning, two mathematical models have been identified describing the effect of the main parameters on the two indicators: moisture content after squeezing, drying, and electricity cost Reasonable working temperature for VBS-16 cassava pulp grinder and dryer

- Cost of cassava pulp that dried by equipment of the project when drying by biogas

is 1400 VND per kg and firewood is 1900VND per kg (with fresh cassava pulp 125 VND per kg, 8kg fresh per 1kg dry), When the market price is 3600 VND per kg, so this project is very economically and environmentally friendly

- With two special points in the two main machines, the project has been submitted

and accepted for two patents are "the VBS-16 belt filter press machine for cassava waste” " and " the low tower Aerodynamic dryer for cassava waste " The project also

submitted two abstracts for the AFC 15 workshop in 2017

- Cơ quan chủ trì: Phân Viện Cơ Điện NN và Công nghệ STH

- Thời gian thực hiện: 3/2016-3/2017

- Kinh phí được duyệt: 1.300.000.000 đồng

II Mục tiêu của dự án:

Mục tiêu chung: Hoàn thiện thiết kế chế tạo và ứng dụng vào sản xuất hệ thống máy

vắt và sấy bã sắn làm thức ăn gia súc năng suất thành phẩm 1 tấn/h, bã sau sấy có độ ẩm 13-15%, có chất lượng tốt và giá thành hợp lí

Mục tiêu cụ thể:

- Chế tạo lò đốt biogas đủ để sấy được 1 t/h sản phẩm bã sắn;

- Hoàn thiện thiết kế chế tạo và ứng dụng vào sản xuất máy vắt bã sắn kết hợp 2 nguyên lí ép bằng sức căng băng tải và ép trục băng tải lọc VBS-14, vắt bã ướt 90% ẩm xuống 60% ẩm, năng suất bã vào vắt 12-14 tấn củ/h;

- Hoàn thiện thiết kế chế tạo và ứng dụng vào sản xuất máy sấy bã sắn sau vắt theo nguyên lí khí động kép, năng suất sản phẩm cỡ 1 t/h, bã sau sấy có độ ẩm 13- 15%

- Tổ hợp các máy trên thành dây chuyền đồng bộ, tự động bảo đảm xử lý được lượng bã của nhà máy chế biến tinh bột năng suất 80 tấn bột/ngày; sản phẩm bã sắn sau vắt sấy trắng có chất lượng tốt và có giá thành hợp lí

III Nội dung nghiên cứu hoàn thiện của dự án:

a) Thiết kế chế tạo lò đốt biogas:

1 Nghiên cứu tổng quan, tham khảo chọn nguyên lí kết cấu lò đốt biogas;

2 Tính toán thiết kế các đường ống, van cấp biogas;

3 Tính toán thiết kế và chọn loại, cỡ đầu đốt biogas;

4 Tính toán, chọn và thử nghiệm quạt cấp khí lò đốt biogas;

5 Tính toán và chọn vật liệu vỏ lò và vật liệu bảo ôn lò đốt biogas;

6 Tính toán thiết kế bộ phận lọc nước biogas;

7 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lăp đặt các bộ phận chính lò đốt;

8 Thuê gia công chế tạo, xây dựng, lắp đặt lò đốt biogas;

9 Giám sát chế tạo, xây dựng lò đốt biogas;

10 Thiết kế mạng điện và tủ điện điều khiển lò đốt biogas;

11 Thuê thử nghiệm hoàn thiện lò đốt biogas

12 Xây dựng qui trình vận hành sử dụng lò đốt biogas

b) Hoàn thiện thiết kế chế tạo máy vắt bã sắn:

1 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các trục ép;

2 Hoàn thiện thiết kế trục vit cấp liệu để cấp đều bã theo chiều ngang băng tải;

3 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các gối đỡ và các ổ bi cho các trục ép;

4 Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống rửa băng tải lọc;

5 Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống truyền động;

6 Nghiên cứu hoàn thiện khung máy;

7 Nghiên cứu hoàn thiện các bộ phận phụ trợ phục vụ công tác tháo, lắp các bộ phận;

8 Nghiên cứu xác định bằng lý thuyết kết hợp thực nghiệm công suất động cơ chính;

9 Thuê gia công chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh máy;

10 Giám sát chế tạo và lắp ráp toàn máy

11 Thực nghiệm hoàn thiện xác định chế độ công nghệ tối ưu cho máy

c) Hoàn thiện thiết kế chế tạo hệ thống máy sấy khí động kép:

1 Khảo sát về nhiệt độ và lưu lương nguồn khói thải đốt biogas sấy bột cho sấy bã;

2 Khảo sát nguồn biogas (lượng, áp suất, khoảng cách) của nhà máy chế biến;

3 Nghiên cứu tổng quan các dạng sấy vật liệu tương tự bã sắn chọn nguyên lí sấy;

4 Khảo sát, tham khảo thưc tế chọn sơ đồ tổng quát và kết cấu máy sấy bã sắn;

5 Tính toán quá trình đốt biogas, xác định lượng và lưu lượng cần thiết;

6 Tính toán nhiệt cho các quá trình sấy;

7 Tính toán thiết kế các tháp sấy và các xyclon sấy;

8 Tính toán thiết kế cụm khung chính đỡ tháp và xyclon sấy;

9 Tính toán lưu lượng, cột áp, công suất và chọn quạt sấy lần I;

10 Tính toán lưu lượng, cột áp và công suất và chọn quạt sấy lần II;

11 Tính toán thiết kế cụm vis tải cấp bã từ sau vắt vào máy đánh tơi;

12 Tính toán thiết kế cụm máy đánh tơi;

13 Thiết kế truyền động, xác định công suất và chọn động cơ cụm máy đánh tơi;

14 Tính toán thiết kế vít tải trung gian từ sấy lần I sang sấy lần II;

15 Thiết kế bảo ôn toàn bộ tháp sấy, xyclon và đường ống sấy;

16 Tính toán thiết kế bộ phận làm nguội sau sấy lần I;

17 Tính toán thiết kế xyclon làm nguội và chọn quạt làm nguội lần cuối;

18 Thiết kế ống dẫn khói thải sấy tinh bột cho sấy bã lần I

19 Thuê gia công chế tạo toàn bộ hệ thống sấy;

20 Tính toán thiết kế mạng điện và tủ điện điều khiển;

21 Thi công lắp ráp mạng điện và tủ điện điều khiển toàn bộ hệ thống sấy;

22 Giám sát chế tạo hệ thống sấy;

23 Thuê thử nghiệm hoàn thiện hệ thống máy sấy khí động kép;

24 Xây dựng qui trình vận hành sử dụng các máy và toàn bộ hệ thống máy sấy;

25 Thiết kế tổng thể mặt bằng bố trí các máy trong dây chuyền

IV Sản phẩm khoa học của dự án

1 Bản vẽ chế tạo và mẫu lò đốt biogas đủ để sấy được 1 t/h sản phẩm bã sắn;

2 Bản vẽ chế tạo và mẫu máy vắt bã sắn VBS-16 (hoàn thiện từ VBS-14) vắt bã ướt 90% ẩm xuống 60% ẩm, năng suất tương đương 12-14 tấn củ/h;

3 Bản vẽ chế tạo và mẫu hệ thống máy sấy bã sắn sau vắt theo nguyên lí khí động kép, năng suất sản phẩm cỡ 1 t/h;

4 Bản vẽ bố trí mặt bằng các máy trên thành dây chuyền sản xuất đồng bộ cho sản xuất tại nhà máy chế biến tinh bột sắn;

5 Quy trình vận hành hệ thống máy tại nhà máy chế biến tinh bột sắn FOCOCEV Bình Phước

Chương 1: THIẾT KẾ CHẾ TẠO LÕ ĐỐT BIOGAS

1.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu tổng quan, tham khảo chọn nguyên lí kết cấu lò đốt biogas;

2 Tính toán thiết kế các đường ống, van cấp biogas;

3 Tính toán thiết kế và chọn loại, cỡ đầu đốt biogas;

4 Tính toán, chọn và thử nghiệm quạt cấp khí lò đốt biogas;

5 Tính toán và chọn vật liệu vỏ lò và vật liệu bảo ôn lò đốt biogas;

6 Tính toán thiết kế bộ phận lọc nước biogas;

7 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lắp đặt các bộ phận chính lò đốt;

8 Thiết kế mạng điện và tủ điện điều khiển lò đốt biogas;

1.2 CÁCH TIẾP CẬN,PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.2.2 Phương pháp tính toán thiết kế máy:

Áp dụng phương pháp tính toán máy nông nghiệp, có kế thừa các kết quả nghiên cứu trước; Sử dụng phần mềm AUTOCAD 2D, 3D với máy tính Các bước thiết kế gồm: + Bước 1: Xác định dữ liệu thiết kế

+ Bước 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

+ Bước 3: Tính toán động lực học máy

+ Bước 4: Tính toán thiết kế các chi tiết, cụm chi tiết, các tổng thành

+ Bước 5: Xây dựng bản vẽ lắp và các bản vẽ chi tiết và các tổng thành của máy

1.2.3 Phương pháp xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp:

Căn cứ lý thuyết gia công kim loại, loại máy gia công và bản vẽ thiết kế chi thiết

và bản vẽ lắp Để bảo đảm chất lượng và giá thành, các chi tiết máy chính phải được xây dựng quy trình công nghệ chế tạo trước khi chế tạo Sau khi chế tạo phải có qui

trình công nghệ lắp ráp các bộ phận chính và toàn máy

1.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1.3.1 Nghiên cứu tổng quan, tham khảo chọn nguyên lí kết cấu lò đốt biogas;

a Công nghệ đốt khí biogas của Trung Quốc:

Trung Quốc ngày càng chú trọng đến việc sử dụng nguồn khí sinh học biogas vì tầm quan trọng về năng lượng tái tạo của nó Năm 2008, Trung Quốc đã đưa vào hoạt động

một hệ thống lò truyền nhiệt sử dụng khí biogas với nhiều công nghệ mới Kết cấu lò được tinh giản gọn nhé hơn so với các lò đốt dầu và than đá trước đây, biogas luôn được

xử lý trước khi đốt Hàm lượng khí metan trong biogas được tăng lên và đồng thời có hệ thống tách nước và tách khí H2S trước khi đưa vào lò đốt Tuy nhiên Giá thành của mỗi thiết bị lên tới vài chục đến vài trăm nghìn đô la Mỹ nên thiết bị này ít được sử dụng phổ biến

Hình 1.1: Lò đốt gas WNS10 của Trung Quốc

Hình 1.2: Lò đốt than - biogas tại nhà máy CBTBS Sơn Hải - Tỉnh Quãng Ngãi

b Công nghệ đốt khí biogas của Thái Lan:

Thái Lan gần đây đã đưa vào sử dụng hệ thống đốt biogas có nhiều tính năng ưu việt, là hệ thống đốt kín (ecclose fare) Hiệu suất đốt của hệ thống này đạt trên 99% đảm bảo đốt cháy toàn bộ lượng khí biogas trước khi thải ra môi trường Các thông số của hệ thống xử lý nước thải và thu hồi khí biogas cấp cho lò đốt và đốt biogas thừa được thu thập lại hoàn toàn tự động bởi bộ điều khiển PLC Simatic S7-300 và được giám sát bởi phần mềm SCADA, win CC7.0

Khí biogas sinh ra từ hầm xử lý nước thải thường có tỷ lệ metan CH trên 60% sẽ

thay thế than đốt lò để sấy thành phẩm, còn lượng khí biogas không dùng hết sẽ được đốt bằng hệ thống đốt biogas thừa Ngoài ra, Thái Lan còn sử dụng hệ thống xử lý nước thải phù hợp với cơ chế phát triển sạch theo khuôn khổi nghị định thư Kyoto về giảm thiểu phát thải khí nhà kính Ưu nhược điểm của các hệ thống biogas thế giới

*Ưu điểm: Xử lý được khí biogas trước khi đưa vào lò đốt; việc tách nước, khử H2S

và tách CO2 đã làm giảm lượng đáng kể các thành phần này; Hàm lượng metan tăng lên làm nhiệt trị của biogas tăng lên nhiều; Không khí và nhiên liệu được hòa trộn hợp lý

làm chế độ cháy trong lò ổn định

*Nhược điểm: Phần lớn các loại lò đốt chỉ lò đốt chuyên dụng, không có sự kết hợp

giữa việc đốt biogas với than đá hay các loại chất đốt khác

c Lò đốt than - biogas tại nhà máy CBTBS Sơn Hải - Tỉnh Quãng Ngãi

Lò đốt thường được sử dụng phổ biến ở các nhà máy tinh bột sắn là lò đốt than ghi ngang hoặc lò đốt than ghi xích Lò ghi ngang thường được sử dụng trong các nhà máy

có công suất nhỏ và vừa còn lò ghi xích thường sử dụng trong các nhà máy có công suất lớn Hiện nay, một số nhà máy đã kết hợp giữa lò đốt truyền thống và thêm vào đó là hệ thống ống dẫn và đầu đốt biogas để thay thế cho đốt than đá thông thường

d Lò đốt than đá kết hợp biogas của công ty Thanh Vinh - Tây Ninh

Lò có dạng hình trụ đứng, có khung chịu lực thép và bên trong buồng đốt được lát gạch chịu lửa Phần trụ dưới có 2 cửa: 1 cửa để cung cấp chất đốt như than, than đá… cửa còn lại dùng để nối với đầu đốt biogas và hệ thống ống dẫn từ hầm biogas vào Phần đáy có cửa để tháo tro sau khi làm việc Phần trụ trên chỉ có ống dẫn rỗng, không có phần ống dầu như loại lò đốt dầu tải nhiệt Nhiệt được hòa trộn đưa trực tiếp vào máy sấy phía sau

- Khí biogas được sản xuất tại các nhà máy tinh bột sắn có hàm lượng metan thấp (dưới 60%) và hàm lượng H2O cao (10%) Đặc điểm này làm nhiệt trị của biogas giảm xuống còn khoảng 20000kJ/m3, làm giảm hiệu suất và công suất của lò

Hình 1.3: Lò đốt than đá kết hợp biogas của công ty Thanh Vinh - Tây Ninh

e Lò đốt biogas kết hợp than đá của công ty FOCOCEV Phú Yên

Hình 1.4: Lò đốt than đá kết hợp biogas của công ty FOCOCEV Phú Yên

1- Buồng đốt (khung lò đốt); 2- Cửa cấp chất đốt; 3- Cửa tháo tro; 4- Cụm đầu đốt gas; 5- Ống dẫn biogas; 6- Cửa hòa trộn khí; 7-Ống dẫn khí nóng; 8- Bình gas phụ

Là loại lò đốt than truyền thống, lò dạng hình hộp, bên trong có các vách ngăn buồng đốt và buồng hòa trộn khí được xây bằng gạch chịu nhiệt Bên ngoài được bọc cách nhiệt và bọc thêm một lớp tôn mỏng Cửa cấp liệu được làm bằng gang, cửa tháo tro đặt bên dưới ghi để tiện tháo tro sau khi làm việc Ống dẫn khí nóng ra được làm bằng inox và nối vào thân lò đốt tại vị trí buồng hòa trộn Cụm biogas được nối vào lò đốt bằng một cửa khác được bố trí bên cạnh cửa cấp liệu Biogas được lọc và tách bớt nước trước khi đưa vào đốt Thông thường nhà máy sử dụng biogas để đốt lò và sấy trực tiếp Chỉ khi thiếu hụt biogas nhà máy mới sử dụng đốt than để đốt

* Ưu điểm:

- Dễ chế tạo, chỉ cần khung thép định hình và xây bằng gạch chịu lửa

- Vận hành đơn giản, dễ bảo trì, sửa chữa

- Có hệ thống lọc nước, giảm lượng H2S trong biogas, tăng tuổi thọ của lò

* Nhược điểm: Lò đốt thường đặt cố định không di chuyển được vì xây bằng gạch

Nhận xét:

Mẫu lò đốt của máy chế biến tinh bột sắn FOCOCEV có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với mục đích của dự án; lò đốt đáp ứng được quy trình sấy 2 hai giai đoạn vì vậy có thể kết hợp kiểu lò đốt biogas thành hệ thống lò đốt đôi, đảm bảo cung cấp nhiệt đồng thời cho 2 giai đoạn sấy Từ nhận xét trên, chọn nguyên lý lò đốt ghi ngang dùng đốt than kết hợp với biogas, lò đốt có thể ứng dụng tốt cho cả những nhà máy có biogas

và cả những nhà máy không có biogas có thể sử dụng than để làm chất đốt

Hình 1.5: Mặt cắt lò đốt kết hợp biogas và đốt than FOCOCEV

1- Cửa hòa trộn khí; 2- Miệng ống dẫn khí sấy; 3-Thân lò đốt; 4- Khung vòm định hình; 5-Vách ngăn buồng đốt; 6- Khung thép định hình lò;7- Cửa cấp than;12 Cửa xả tro 8- Miệng bắt đầu đốt biogas; 9-Ghi lò; 10-Cửa cấp than;11-Tủ điện điều khiển đầu đốt;

Lò có cấu tạo gồm phần khung thép CT3 (6) được hàn định hình thành khung lò đốt

để hỗ trợ xây gạch trên khung này Phần thân lò đốt (3) được xây bằng gạch chịu lửa ở các vách xung quanh và đáy, riêng phần vòm trên gạch được xây trên khung thép vòm

hỗ trợ (4) để đảm chắc chắn cho phần phần vòm lò Bên trong lò, tại buồng đốt xây các

gờ để đỡ cụm ghi gang (9) nằm ngang Bên ngoài cũng có các cửa lò cấp than (7) (10) làm bằng gang gắn trực tiếp trên thân lò, cửa có bản lề và chốt cửa để đóng mở dễ dàng, cửa này luôn được đặt trên ghi lò Bên dưới cửa cấp có cửa xả tro (12) được làm bằng gang có cấu tạo tương tự cửa cấp than nhưng kích thước nhỏ hơn Bộ phận đầu đốt biogas được nối vào buồng đốt thông qua miệng (8) và được điều khiển bởi tủ điện (11) gắn trực tiếp trên đầu đốt gas Trong buồng hòa trộn khí có cửa hòa trộn (1) có van bướm đề điều khiển lưu lượng khí hòa trộn và miệng ống dẫn khí sấy (2) dùng để nối với ống dẫn ra khu vực sấy tiếp giáp

Nguyên lý hoạt động:

Biogas được dẫn từ hầm ủ, qua các hệ thống lọc, tách nước, giảm hàm lượng H2S

sẽ được quạt thổi đưa đến đầu đốt gas của lò đốt, tại đây biogas sẽ được đốt trong buồng

đốt của lò qua miệng (8) Không khí được đốt nóng sẽ di chuyển qua vách ngăn (5) vào buồng hòa trộn khí, khí trời được hút vào buồng thông qua cửa (1) hòa trộn với khí nóng

để đạt đến nhiệt độ yêu cầu, sau đó hỗn hợp khí sẽ được hút ra qua ống (2) Quy trình tương tự xảy ra đối với việc đốt bằng than Khi đốt than trên ghi ngang (9), than được cấp vào lò đốt thông qua các cửa (7) và (10), quá trình cháy xảy ra cung cấp không khí nóng cho quá trình sấy, tro rơi xuống dưới buồng đốt được tháo bằng cách mở cửa (12)

và lấy tro ra ngoài

1.3.2 Tính toán thiết kế các đường ống, van cấp biogas;

a/ Sơ đồ hệ thống cấp khí biogas cho lò đốt

Khảo sát thực tế khoảng cách từ bể đến thiết bị, hệ thống ống biogas có đường kính 200

mm, dẫn từ hồ đến các thiết bị tách nước, H2S, CO2 Tổng cộng chiều dài ống 210 m

Hình 1.6: Sơ đồ ống dẫn biogas từ bể chứa đến thiết bị

b/ Tính toán trở lực hệ thống

Hình 1.7: Hệ thống cấp khí biogas cho lò đốt

Trở lực của hệ thống bao gồm tất cả trở lực các thiết của hệ thống, theo sơ đồ của hệ thống trên gồm:

7 6 5 4 3 2

P P

l

P k dt A

- Trở lực cục bộ do van cánh bướm phi 200

57,02

94,0.72,263,02

2 2

94,0.67,863,02

2 2

Bảng 1.1: Tổng hợp trở lực thiết bị sấy (tổn thất áp suất quạt)

1.3.3 Tính toán thiết kế và chọn loại, cỡ đầu đốt biogas

a/ Các yêu cầu kinh tế kĩ thuật đối với đầu đốt

- Có khả năng đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu với hệ số không khí thừa nhỏ nhất,

- Kích thước nhỏ, tiết kiệm được nguyên vật liệu

- Cấu tạo đơn giản, chắc, rẻ, dễ chế tạo, dễ kiểm tra, dễ bảo trì và sửa chữa

- Vận hành đơn giản, ổn định, dễ tự động hóa

b/ Quá trình cháy biogas

Quá trình cháy gas thường có 3 giai đoạn: hỗn hợp với không khí, sấy nóng và cháy Trong đó, giai đoạn hỗn hợp với nhiên liệu là quan trọng nhất, nó quyết định tốc

độ và độ hoàn thiện của quá trình cháy

Thông thường đốt 1m3 nhiên liệu xấu chỉ cần 0,78 m3 không khí, đốt 1m3 nhiên liệu khí cốc cần 4m3 không khí, đốt 1m3 nhiên liệu khí tốt cần 10m3 không khí Khi biogas thổi ra khỏi vòi phun, không khí được thổi vào và được hoà trộn trong ống hoà trộn trước khi nó đi ra ngoài miệng đốt Biogas chưa được đốt được nung nóng lên trong

“vùng côn trong” và bắt đầu cháy tại “vùng trước ngọn lửa” Hình dạng côn là kết quả của dòng chảy tầng trong ống trộn

Hình 1.8: Ngọn lửa trong quá trình đốt biogas

c/ Cấu tạo béc phun gas

Béc phun gas phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Có thể phun gas với lượng gió ít nhất

- Dễ dàng hòa trộn gas với không khí

- Đảm bảo nhiệt độ nguồn lửa đủ cao

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

Ứng với công suất thiết kế cho trước, khi dùng nhiên liệu gas ta tìm được kích thước ngọn lửa trong buồng đốt Từ đó, sơ bộ suy ra kích thước thiết kế buồng đốt lò ống lửa giúp cho quá trình cháy sạch triệt để

Hình 1.9: Cấu tạo béc đốt

1-Vỏ béc đốt; 2-Bản giữ thiết bị; 3- Quạt; 4-Khuếch tán không khí; 5 Các điện cực điều khiển đánh lửa và ngọn lửa; 6- Nắp điều chỉnh – kiểm tra; 7- Động cơ béc đốt; 8 Van điện từ;9- Công tắc áp suất gas nhỏ nhất; 10- Công tắc áp suất khí; 11- Bộ phận điều chỉnh nắp khí; 12- Đầu đốt; 13- Mặt bích nối với lò hơi; 14-Thiết

bị điện điều khiển; 15- Biến thế đánh lửa; 16- Vỏ mặt trước; 17- Vỏ bên ngoài phía sau;18- Ổ cắm

d/ Cách bố trí béc phun

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp khí biogas cho lò đốt

1.Ống gas vào 2 Bình ổn áp 3 Van tay gạt 4 Cửa xả khí khẩn cấp 5 Quạt ly tâm cấp biogas 6 Thùng tách khí H 2 S và CO 2 7 Quạt cấp không khí lò đốt 8 Lò đốt 9 Cảm biến nhiệt 10 Đầu đốt 11 Ống cao su chịu nhiệt 12 Van cầu inox 13 Tủ điều khiển 14 Nguồn điện vào 15 Senso áp suất

1.3.3.1 Vị trí ngọn lửa tại cửa đốt

Hình 1.11: Hiện tượng hút ngược Hình 1.12: Hiện tượng nâng ngọn lửa

Trường hợp ngọn lửa tại cửa đốt bị hụt lại ống hoà trộn làm tắt ngọn lửa, và cháy

ngược Hiện tượng này xảy ra khi cửa đốt nhỏ Biogas có tốc độ cháy chậm nên để không xảy ra hiện tượng này thường phải làm kích thước cửa đốt lớn hơn so với tính toán.Hiện tượng ngọn lửa bị nâng ra khỏi cửa đốt có thể làm tắt ngọn lửa Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cao mà hỗn hợp khí biogas qua cửa đốt không kịp cháy Trong thực tế với việc hỗ trợ sự cháy bằng quạt vận tốc trung bình hỗn hợp khí biogas sẽ được lấy trong khoảng 18 - 122 m/s Tổng diện tích cửa cháy sẽ được chọn để đảm bảo để vận tốc hỗn hợp khí thấp hơn so với có số tính toán để đảm bảo khí biogas cháy hoàn toàn.Việc gia tăng áp suất, lưu lượng hỗn hợp cũng gây ra hiện tượng nâng ngọn lửa

1.3.3.2 Tính toán béc phun

Béc phun được tính toán và thiết kế cẩn thận, đặt tại vị trí thuận lợi và dễ dàng kiểm soát lượng khí đốt và không khí thông qua đĩa đục lỗ ghi Kích thước và hình dạng của

lỗ phun đều khiến dòng khí và do đó nhiệt được cung cấp ổn định

Về mặt toán học, theo định luật bảo toàn năng lượng và giả sử không có hao tổn tại các vòi phun ta có:

s = (0.554 kg/m3x 60%) + (1.519 kg/m3x 40%) = 0.94 kg/m3

Trong thực tế, dòng chảy của khí sau khi qua lỗ ít hơn trướclỗ vì do ma sát và sự cọ sát các phân tử khí Nó được lựa chọn hệ số xả CD sao cho:

(1.4)

Trong đó: CD = hệ số xả cho lỗ được lấy từ 0.94

Quá trình đốt cháy khí liên quan đến việc trộn không khí với nhiên liệu khí, Phản ứng hóa học của quá trình đốt cháy khí biogas (chứa 60% khí mê tan và 40% carbon dioxide) và không khí (oxy và nitơ) được hiển thị dưới đây:

0.6CH4 + 0.4CO2 + 1.2O2 + 4.5N2 → CO2 + 1.2 H2O + 4.5N2 + Năng lượng

Như vậy, một lượng khí sinh học đòi hỏi 5,7 lượng không khí hoặc các yêu cầu cân bằng hóa học là 1 / (1 + 5,7) = 0,149, tức là tỷ lệ 14,9% của khí sinh học là cần thiết

Với khí biogas Methane và carbon dioxide chiếm 60% và 40%có giá trị năng lượng

22 MJ / m3 ; Trọng lượng riêng 0,940;Mật độ 1.2kg / m3;Yếu tố tốc độ ngọn lửa 11,1 Yêu cầu không khí cho quá trình đốt cháy 5,7 Tốc độđốt 40 cm /s

Tổng lượng biogas cần dùng cho hai tháp sấy:

2032245

3600 1

1 1

1    

p

kkct gtt

p

v

Q Q

05,00019,0.4

44

1 1

6,52263

3600 2

2 2

2     

p

kkct gtt

p

v

Q Q

25,00005,0.4

44

2 2

2 2

d

Tóm lại : Ta có thông số kỹ thuật của béc đốt cho hai tháp:

Tháp 1: Vận tốc hòa trộn khí giữa biogas và không khí là 20 m/s

Đường kính của béc phun trong đầu đốt là 50 mm

Tháp 2: Vận tốc hòa trộn khí giữa biogas và không khí là 18 m/s

Đường kính của béc phun trong đầu đốt là 25 mm

1.3.4 Tính toán, chọn và thử nghiệm quạt cấp khí lò đốt biogas;

1.3.4.1 Khái quát về khí biogas:

Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh

từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kínhgấp 21 lần hơn khí carbonic (CO2) Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu

sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí CO2 hàng năm,

Thành phần chính của Biogas là CH4 (50 - 60%) và CO2 (»30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 -40 oC, Nhiệt trị thấp của CH4 là 1012 Btu/ft3 (37,71.103KJ/m3)

do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng vì có thể tạo nên hỗn hợp nổ

với không khí Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas

Giới hạn bốc cháy 9% to 17% biogas in air

Vận tốc cháy 0.25 m s-1

(Nguồn https://biogas.wikispaces.com/Biogas+burners)

1.3.4.2 Xác định vận tốc hoà trộn và kích thước ống hoà trộn:

Khi đốt khí biogas thường xảy ra các vấn đề sau đây:

+ Hiện tượng hút ngược:

Trường hợp ngọn lửa tại cưa đốt bị hụt lại ống hoà trộn làm tắt ngọn lửa, và cháy ngược Hiện tượng này xảy ra khi cửa đốt nhỏ Biogas co tốc độ cháy chậm nên để không xảy ra hiện tượng này thường phải làm kích thước cửa đốt lớn hơn so với tính toán

+ Hiện tượng nâng ngọn lửa:

Hiện tượng ngọn lửa bị nâng ra khỏi cửa đốt có thể làm tắt ngọn lửa Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cao mà hỗn hợp khí biogas qua cửa đốt không kịp cháy.Trong thực

tế với việc hỗ trợ sự cháy bằng quạt vận tốc trung bình hỗn hợp khí biogas sẽ được lấy trong khoảng 18 - 122 m/s Tổng diện tích cửa cháy sẽ được chọn để đảm bảo để vận tốc hỗn hợp khí thấp hơn so với có số tính toán để đảm bảo khí biogas cháy hoàn toàn.Việc gia tăng áp suất, lưu lượng hỗn hợp cũng gây ra hiện tượng nâng ngọn lửa

Ở đây ta chọn vận tốc hỗn hợp vận tốc biogas bằng vp1 = 20 m/s

1

1 1

1

1 1

.

kkct gtt

p

m p

A

Q Q A

2032245

3600 1

1 1

1     

p

kkct gtt

p

v

Q Q

Đối với tháp 1 thay số vào ta được: 4. 4.0,0019 0,05

4

1 1

2 1

2

2 2

.

kkct gtt

Q





Từ đó suy ra: 0,0005

20.3600

6,52263

3600 2

2 2

2     

p

kkct gtt

p

v

Q Q

Đối với tháp 1 thay số vào ta được: 4. 4.0,0005 0,25

4

2 2

2 2

d

Vậy ống đầu đốt ống biogas tháp 2 là 25 mm

1.3.4.3 Tính toán công suất quạt

Theo nghiên cứu và những kinh nghiệm thực tế áp suất hỗn hợp khí thường được chọn ở khoảng mức trung bình từ 10 mbar – 50 mbar Do đó, chọn áp suất thiết kế ở mức trung bình là 20 mbar = 200 mmH2O

Công suất của quạt (Theo Nguyễn Văn May (2005)



.102

)(

)

/()

3 1

O mmH P s m Q kW



(1.8)Trong đó: Q- Lưu lượng của quạt, m3/s

P – Trở lực hệ thống (mmH2O)

 - Hiệu suất tĩnh chọn 0,5

5,0.102.3600

200.2032)

200.6,522)

(

1 kW

Vậy ta chọn quạt ly tâm công suất 0,75 kW, lưu lượng 523 m3/h, cột áp 200 mmH2O

1.3.5 Tính toán chọn vật liệu vỏ lò và vật liệu bảo ôn

1.3.5.1 Gạch chịu lửa

Công nghiệp sản xuất gạch chịu lửa là công nghiệp sản xuất các sản phẩm làm việc

ở nhiệt độ cao, cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp khác thì công nghiệp sản xuất gạch chịu lửa cũng không ngừng phát triển Đó là các ngành: công nghiệp luyện kim, công nghiệp năng lượng, công nghiệp hoá học, công nghiệp xi măng

và một số ngành công nghiệp khác

Ở Việt Nam việc sử dụng vật liệu chịu lửa đã có từ rất lâu nhưng do đất nước bị chiến tranh, công nghiệp chậm phát triển Chỉ sau khi hòa bình lập lại (1954) chúng ta mới xây dựng nhà máy sản xuất gạch chịu lửa đầu tiên ở Cầu Đuống và Tuyên Quang, dùng nguyên liệu trong nước (disten Phú Thọ, cao lanh Tấn mài) để sản xuất gạch samôt

và cao alumin Đến năm 1997 nước ta mới có ba nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa sản phẩm chủ yếu là gạch chịu lửa samốt có hàm lượng Al2O3< 45 %.Tuy sản phẩm ban đầu chất lượng còn kém, nhưng đã cung cấp nhiều loại cho các nhà máy trong nước sử dụng

và qua đó đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm, chất lượng sản phẩm và uy tín ngày một tăng lên Hiện nay nhà máy gạch chịu lửa Cầu Đuống sản xuất gạch samôt với hàm lượng Al2O3> 35 %, gạch cao nhôm với hàm lượng Al2O3> 48% Và với năng lực sản xuất là 5 ngàn tấn/ năm

1.3.5.2 Tính chất cơ học ở nhiệt độ thường:

Ở nhiệt độ thường, khi có tác dụng của ngoại lực đủ lớn, gạch chịu lửa bị phá hủy Đặc trưng cho quá trình này là sự phá hoại dòn, thường bắt đầu sau khi đã biến dạng đàn hồi ở mức độ không lớn Khác với kim loại, gạch chịu lửa khi phá hủy ở nhiệt độ thường

có sự biến dạng dẻo Biến dạng đàn hồi được xác lập do tăng khoảng cách giữa các

nguyên tử khi tăng ngoại lực tác dụng lên sản phẩm và nó có liên quan rất lớn trực tiếp đến năng lượng mạnglưới tinh thể của nó Trị số biến dạng đàn hồi ở giai đoạn đầu tương ứng với định luật Hook,tỉ lệ với số ứng suất:

Trong đó: ε- trị số dài tương đối (biến dạng đàn hồi)

Hiện tượng biến dạng trượt (chảy dão) của vật liệu được biểu diễn theo công thức:

Trong đó: θ- biến dạng đàn hồi trượt hay góc trượt

G - môđun trượt

- ứng suất trượt cực đại của sản phẩm Biến dạng đàn hồi trượt của sản phẩm thể hiện như mức độ nguyên vẹn về hình dạng, kích thước, độ đồng nhất, độ đặc do quá trình tạo hình và nung sản phẩm Nói chung các yếu tố kỹ thuật của mọi khâu trong dây chuyền sản xuất đều ảnh hưởng đến tính chất cơ học của sản phẩm ở nhiệt độ thường

1.3.5.3 Tính chất cơ học ở nhiệt độ cao

Gạch chịu lửa phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao Vì vậy giá trị cường độ cơ học của chúng ở nhiệt độ thường chỉ có ý nghĩa tương đối mà không thể đặc trưng cho độ bền thực tế của sản phẩm khi làm việc ở nhiệt độ cao Để đánh giá tính chất cơ học của gạch chịu lửa ở nhiệt độ cao người ta phải sử dụng các thông số khác như: cường độ tức thời ở nhiệt độ làm việc, nhiệt độ xác định mức độ biến dạng dưới tải trọng tĩnh không đổi, sự biến dạng dẻo – hay sự trượt, độ bền lâu dài ở nhiệt độ phục vụ

1.3.5.4 Cường độ tức thời ở nhiệt độ làm việc:

Cường độ tức thời của gạch chịu lửa khi nâng dần đến nhiệt độ làm việc, có liên quan trực tiếp đến chất lượng phục vụ nó trong các lò công nghiệp Khi nâng cao nhiệt

độ, nói chung cường độ cơ học của gạch sẽ giảm Khi nhiệt độ cao hơn 1100 – 12000C, trong vật liệu bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo và mất dần tính dòn ở nhiệt độ thường

1.3.5.5 Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng:

Một trong những tính chất quan trọng của gạch chịu lửa là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ cao và tải trọng cơ học Tính chất này được đặc trưng bằng nhiệt độ gây ra sự biến dạng của mẫu nén dưới tải trọng ổn định tĩnh 2kg/cm2, được gọi

là biến dạng dưới tải trọng.Khi đốt nóng một phía, tải trọng tác dụng phần có nhiệt độ thấp sẽ lớn hơn phần bị đốt nóng có nhiệt độ cao Tuy nhiên, trong các vòm lò hay các phần trụ, bệ đỡ chịu lực, nhất là khi đốt nóng tất cả các mặt, hiện tượng mền của vật liệu

là một phần nguyên nhân phá hủy chúng Lớp gạch chịu lửa còn bị phá hoại do tác dụng hóa học của xỉ tro nhiên liệu, bụi quặng, hơi và khí Xỉ ăn mòn gạch chịu lửa làm tha đổi thành phần khoáng hóa của chúng, tăng lượng pha thủy tinh dễ chảy, do đó hạ thấp cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao

1.3.5.6 Tính chất nhiệt lý:

Độ dẫn nhiệt của gạch chịu lửa được xác định bằng lượng nhiệt truyền qua vật liệu khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mặt Khác với với hình thức truyền nhiệt do chuyểnđộng của các dòng điện tử, nhiệt được tuyền chủ yếu do dao động đàn hồi của các

nguyên tử của mạng lưới tinh thể

Độ dẫn nhiệt của gạch chịu lửa được đặc trưng bằng hệ số dẫn nhiệtλ (kcal/m.0C.h) Một trong những thông số liên quan đến độ dẫn nhiệt là hệ số dẫn nhiệt độ a Hệ số ađặc trưng cho vận tốc lan truyền nhiệt độ theo chiều dày sản phẩm khi thay đổi nhiệt độ đốt nóng Hệ số a phụ thuộc tuyến tính vào hệ số dẫn nhiệt λ

(1.9) Trong đó: a- hệ số dẫn nhiệt độ (m2/h); λ- hệ số dẫn nhiệt (kcal/m.0C.h); C- tỷ nhiệt (kcal/kg.0C); - khối lượng thể tích (g/cm3)

Khi đốt nóng, gạch chịu lửa bị dãn nở vì nhiệt, hiện tượng dãn nở này có tính thuận nghịch, nghĩa là khi đốt nóng thì nở ra và khi làm nguội thì co lại Bản chất của hiện tượng này là khi bị đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên làm tăng thể tích

1.3.5.7 Tính chất nhiệt:

Để đặc trưng cho khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao, gạch chịu lửa còn cótính chất như: độ chịu lửa, độ bền nhiệt, mức độ lão hóa vì nhiệt.Độ chịu lửa của vật liệu là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy Khi thành phần hạt đạt yêu cầu thì độ chịu lửa chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa của chúng

Vì vậy, việc xác định độ chịu lửa đầu tiên là để so sánh, đánh giá độ tinh khiết của nguyên liệu sản xuất sản phẩm đó, mà không phải để xác định giới hạn nhiệt độ sử dụng lớn nhất của chúng Khi ở nhiệt độ cao lâu dài thì gạch chịu lửa xảy ra sự biến đổi pha

Do đó sản phẩm bịco phụ hay nở phụ và dẫn đến sự thay đổi không thuận nghịch kích thước dài của chúng.Nếu hiện tượng co phụ của vật liệu lớn sẽ làm nứt nẻ các mạch vữa,

hạ thấp mật độ,độ bền xỉ và độ bền nhiệt của tường lò, gây võng, tụt vòm lò và dẫn đến hỏng trước thời gian quy định

Hiện tượng dãn nở phụ không lớn lắm của vật liệu đôi khi ảnh hưởng tốt đến độ bềncủa mạch vữa, đặc biệt khi xây vòm lò Nó làm xít đặc mạch vữa, tăng lực liên kết và độcứng của vòm lò Nếu dãn nở quá nhiều thì lại làm vòm lò nâng lên, mất hình dạng hình học và phá vỡ sự phân bố ứng suất đồng đều của vòm lò, có thể gây sụt lò.Vì vậy

để ổn định thể tích ở nhiệt độ cao cùng với độ bền cơ học của nó là điều kiện gắn bó cần thiết để kéo dài tuổi thọ của các cấu kiện chịu tải trọng ở nhiệt độ cao.Sau đây, chúng ta

sẽ đi vào tìm hiểu 2 loại gạch chịu lửa cơ bản: gạch chịu lửa samôt và gạch chịu lửa cao nhôm

1.3.5.8 Một số vật liệu chịu lửa

Gạch Samôt Samôt - trơ (chết), có nghĩa là ít hay không tham gia phản ứng với các

cấu tử khác, loại gạch được làm bằng cách nung cao lanh hay đất sét chịu lửa ở nhiệt độ trên 10000C trong lò đầy, lò đứng hay lò quay Nguyên liệu để sản xuất phải chứa trên 30% Al2O3, tương ứng có độ chịu lửa lớn hơn 15800C Hàm lượng Al2O3 càng lớn, độ chịu lửa càng cao

Gạch chịu lửa samôt dùng lâu trong lò nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nung của chúng sẽ làm sản phẩm có độ co phụ Độ co phụ nhỏ nhất ứng với sản phẩm nhiều samôt kết khối tốt, độ xốp nhỏ, tạp chất ít, mật độ cao.Sản phẩm samôt nói chung có độ bền sốc nhiệt cao Tuy nhiên độ bền sốc nhiệt của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu, phương pháp nén, tạo hình và cấu trúc của sản phẩm Nếu hàm lượng samôt tăng lên thì

độ bền sốc nhiệt tăng lên Ví dụ sản phẩm có tỷ lệ samôt và đất sét như sau: Từ 40/60

đến 60/40 độ bền sốc nhiệt 10 – 25, loại 85/15 đến 90/10 độ bền sốc nhiệt 150 và cao hơn Sản phẩm samôt có tính axit cao, hàm lượng Al2O3 càng tăng thì tính axit giảm tương đối Chính vì vậy các loại gạch này không thể tiếp xúc với gạch hay xỉ kiềm được

Đất sét: Đất sét chịu lửa khác kaolin phân hủy lần thứ 2 ở chỗ mức độ tạp chất và độ

phân tán của chúng cao hơn Ví dụ hàm lượng sắt trong kaolin không quá 1% còn trong đất sét chịu lửa đến 3 – 5%…Vì lý do cấu thành của chúng rất phức tạp nên rất khó tìm được các đất sét ở những địa phương khác nhau mà lại có tất cả tính chất và thành phần giống nhau Mức độ phân tán của đất sét được đặc trưng bằng kích thước hạt của chúng

Độ phân tán có một giá trị lớn để đánh giá độ dẻo, độ liên kết và độ kết khối của đất sét, cũng như độ tạp bẩn trong đất sét Độ liên kết, độ kết khối phụ thuộc vào hàm lượng hạt nhỏ nhất của chúng tức là hạt < 2 - 0,2 micron Hạt lớn hơn 0, l - 0,15mm thường là tạp chất Hạt của đất sét 0,01 - 0,005mm là những mảnh vỡ của quartz, tràng thạch, mica, khoáng sắt (granat, magnetite, Fe2O3, pyrite, marcassite), zircon Hạt 0,005 - 0,001 mm cũng là các mảnh vỡ của vật liệu ban đầu Còn loại hạt <0,001 mm là những khoáng như kaolinile, monothermite và các loại alumosilicat khác

Kaolin (cao lanh) là một khoáng sản phi kim được hình thành do quá trình phong

hóa của phenpat (tràng thạch) chủ yếu là octodaz và anbit, có màu trắng, bở, chịu lửa Kaolin này bị cuốn theo dòng nước và không khí tới một vùng xa hơn gọi là kaolin phân hủy lần thứ 2.Đa số kaolin thuộc loại ít dẻo và không dẻo Trong kaolin thường gặp các quặng dư lại như cát quartz đá răm, trường thạch, mica đó là những quặng ban đầu tạo thành kaolinite Các tạp chất này trong đất sét chịu lửa không có hoặc có rất ít Trong kaolin các tạp chất dễ loại trừ bằng cách làm giàu, còn đất sét khó làm giàu hơn Hàm lượng kaolinite trong đất sét và kaolin có thể đạt tới 95 - 98% so với lượng lý thuyết Các hạt của kaolin có dạng hình tấm, vậy liên kết với nhau thành liên thể lăng trụ, hoặc nó nằm riêng và kích thước của nó giống với các phân tử keo.Ở nước ta kaolin chịu lửa tương đối nhiều như Tấn Mài (Quảng Ninh), Định Trung(Vĩnh Yên), Tà Phình (Lào Cai), Trại Mát

Gạch chịu lửa cao nhôm

Vật liệu chịu lửa cao alumin là loại vật liệu hệ Al2O3 - SiO2 với hàm lượng % Al2O3trên 45% Sau vật liệu chịu lửa samôt thì vật liệu chịu lửa cao nhôm chiếm vị trí thứ 2 về sản lượng cũng như phạm vi sử dụng.Trong công nghiệp luyện kim gạch chịu lửa được

sử dụng nhiều nhất: các lò cao, lò luyện thép, lò nấu luyện các kim loại màu, lò điều chế các kim loại Ngoài ra gạch chịu lửa còn được sử dụng cho công nghiệp hóa chất, chế tạo máy, công nghiệp năng lượng để lót các lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò khí hóa than, các nồi hơi, lò điện, lò phản ứng của các nhà máy điện nguyên tử đòi hỏi gạch chịu lửa vừa có tác dụng hấp thụ nơtron tốt vừa chịu được nhiệt độ cao Trong công nghiệp silicat gạch chịu lửa samôt dùng để xây lò nung đồ gốm, đồ sành, đồ sứ cũng như các lò nấu thủy tinh, nung clinke xi măng, lò khí hóa than, các ghi đối nhiên liệu, buồng đốt nóng không khí, nồi nấu thủy tinh, men sắt

1.3.5.9 Vật liệu làm bảo ôn

Bông thủy tinh cách nhiệt được sử dụng nhiều trong công nghiệp, nó này được dùng nhiều nhất trong việc xây dựng nhà xưởng xây dựng ở các vùng bất động sản trống trải với ưu điểm vượt trội về ngăn cản hấp thụ nhiệt và bức xạ, khả năng cách âm và giảm thiểu tiếng ồn tốt Bông thủy tinh cách nhiệt là vật liệu cách nhiệt được chế tạo từ sợi thủy tinh, nó an toàn khi sử dụng với nhiều dạng khác nhau, trơn, phủ nhôm hoặc nhựa PVC

Sợi bông thuỷ tinh tổng hợp là một nhóm vật liệu vô cơ dạng sợi chứa aluminum hoặc xilicát canxi và một lượng nhỏ các ôxit và kim loại khác Loại sợi này được làm từ

đá, xỉ, đất sét hoặc thuỷ tinh Chúng khác với các loại sợi vô cơ tự nhiên như amiăng vì chúng không có cấu trúc phân tử thạch anh Có 2 loại bông thuỷ tinh chính: dạng sợi nhỏ

và dạng sợi len Dạng sợi nhỏ bao gồm các phân tử thuỷ tinh liên tiếp nhau, trong khi dạng len được phân chia thành nhỏ hơn thành các dạng sợi đá, sợi thuỷ tinh, sợi xỉ, sợi gốm chịu nhiệt và các loại sợi mới hơn Tiện ích cơ bản của sợi bông thuỷ tinh tổng hợp

là được sử dụng cho cách nhiệt, cách âm và cách điện để gia cố cho các vật liệu khác như các vật liệu lọc Sợi len thuỷ tinh là loại vât liệu cách nhiệt được sử dụng phổ biến nhất trong các nhà xưởnghộ gia đình và toà nhà Nếu các vật liệu chứa sợi bông thuỷ tinh như tấm cách điện hoặc tấm cách nhiệt ở trần nhà hoặc nơi làm việc của bạn bị hỏng hay rơi xuống, sợi bông thuỷ tinh có thể trở thành bụi trong không khí Các sợi bông thủy tinh được cấu tạo đan xen lẫn nhau tạo nên hàng triệu túi nhỏ không khí bên trong,

do đó tạo ra đặc tính cách nhiệt và cách âm Bông thủy tinh có màu vàng, khả năng phục hồi và độ bền cao là sản phẩm lý tưởng cho các ứng dụng về cách âm, cách nhiệt các công trình.Trọng lượng nhẹ của bông thuỷ tinh cũng đem lại lợi thế đáng kể trong khi vận chuyển và lắp đặt Đặc biệt dễ dàng thi công ngay tại các công trình Ngoài ra, bông thuỷ tinh được làm từ sợi thủy tinh và không có tạp chất như sắt, lưu huỳnh và clorua nên không ăn mòn kim loại và không mối mọt Bông thủy tinh không bạc, bông thủy tinh có bạc, bông thủy tinh có bạc chống cháy Chịu được nhiệt độ cao: có phủ bạc: -4o

C -> 120oC, không phủ bạc: -4oC -> 350oC Chống cháy: A (Grade A),

Nhận xét:

- Qua quá trình tìm hiểu hai loại gạch chịu nhiệt, chúng tôi lựa chọn gạch Samôt làm lò đốt bởi vì phù hợp với điều khiện thiết kế và có sẵn ở gần nơi thực hiện dự án

- Vật liệu bảo ôn cách nhiệt của lò đốt là bông sợi khoáng và bông thủy tinh, được

bảo ôn toàn bộ diện tích các ống sấy và tháp sấy

1.3.6 Tính toán thiết kế bộ phận lọc nước biogas

1.3.6.1 Tổng quan về hệ thống lọc khí biogas

Sơ đồ chung của hệ thống lọc khí biogas Khí Biogas từ hầm ủ sẽ đi đến hai hệ thống lọc chính bao gồm lọc khí H2S và CO2

Hình 1.13: Hệ thống lọc biogas

1-Bình ổn định áp suất; 2-Thiết bị hấp thụ H 2 S; 3-Thiết bị dự phòng hấp thụ H 2 S;

4-Thiết bị hấp thụ CO 2 ; 5-Bình điều áp; 6-Bình chứa nước; 7-Bình chứa nước;

8-Bơm nước; 9- Nước

Lọc khí H 2 S

Có thể làm sạch H2S bằng cả phương pháp vật lý và hóa học Phương pháp hóa học bao gồm phương pháp khô và phương pháp ướt Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phoi sắt để tách H2S Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác.Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau:

2Fe+3/2O2= Fe2O3

3Fe+2O2= Fe3O4

Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4 Các phản ứng trên

có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp Trong phương pháp khô người ta làm sạch khí H2S bằng chất rắn chứa Fe2O3ngậm H2O một ít CaO và mạt cưa Bản chất của quá trình là khí H2S tác dụng với Fe2O3ngậm nước tạo thành Fe2S3 Chất này được tái sinh bằng không khí hoặc oxi,phản ứng sảy ra như sau:

Quá trình hấp thụ H2S: Fe2O3.xH2O + H2S = Fe2S3.xH2O + H2O (1.10) Quá trình tái sinh chất hấp thụ: Fe2S3.xH2O + 3/2 O2 = Fe2O3.xH2O +3S (1.11) Hay tổng quát: 3H2S + 3/2O2 = 3H2O + 3S

Trong phương pháp ướt, người ta dùng dung dịch muối asenic trong môi trường kiềm để hấp thụ H2S Sau đó dùng không khí tái sinh dung dịch hấp thụ và tách lưu huỳnh Phản ứng sảy ra:

Nguyên lý hoạt động:

Biogas được quạt thổi vào buồng lọc H2S thông qua các ống dẫn khí, ống dẫn khí được phân phối thông qua đĩa đục lỗ phân phối Khí Biogas sẽ đi xuyên qua vùng sinh khối chứa phoi sắt bị oxi hóa Tại vùng sinh khối này khí biogas được lọc tách khí độc H2S Sau đó khí Biogas được dẫn vào bình lọc CO2

Để đảm bảo về hiệu quả sử dụng và tính kinh tế, phương án dùng phoi sắt để hấp thụ H2S là khả quan nên được ứng dụng nhiều nhất Mặt khác, chất này được EPA (cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiểm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxit sắt trên bề mặt Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa Phản ứng oxy

hóa phoi sắt diễn ra như sau:Khi Biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxyt sắt, H2S được tách

ra theo các phản ứng sau:

Fe2O3 + 3H2S  Fe2S3 + 3 H2O

Fe3O4 + 4H2S  FeS + Fe2S3 + 4H2O (1.15)

FeO + H2S  FeS + H2O

Hình 1.14: Phoi sắt trước và sau oxy hóa Hình 1.15: Nguyên lý hoạt động thiết bị lọc H 2 S

Khả năng tách H2S của thiết bị giảm dần theo thời gian Sau một tuần sử dụng đầu tiên (trung bình 4 giờ/ ngày), khả năng khử của thiết bị đạt trên 99,4% Sau một tháng sử dụng, hiệu suất của thiết bị vẫn còn đạt trên 98% Khi hiệu suất của thiết bị giảm thấp chúng ta có thể tái sinh lõi lọc bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí Phản ứng tái sinh diễn ra như sau: Fe2S3 + O2 Fe2O3 + 3S (1.16)

FeS + O2 FeO + S

Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, có thể tự xảy ra trong điều kiện nhiệt độ môi trường Để gia tốc quá trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phỏi sắt đã sử dụng trong 15 phút Tuy nhiên quá trình này tạo ra chất khí ô nhiểm như SO2:

Tốc độ phản ứng hấp thụ H2S của sắt oxit phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa khí

và bề mặt vật liệu hấp thụ Do đó, để nâng cao tốc độ phản ứng độ rộng xóp của vật liệu hấp thụ phải lớn Thường độ rỗng xốp của oxit sắt không nhỏ hơn 50% Điều kiện tốt nhất cho quá trình hấp thụ khí H2S bằng oxyt sắt là nhiệt độ nằm trong khoảng 28 ÷

300C và độ ẩm của vật liệu hấp thụ khoảng 30% Sau khi bão hòa H2S, Oxit sắt được

hoàn nguyên bằng không khí (cấp oxy) để thu lưu huỳnh Kết quả thu được hiệu suất lọc đạt trên 99%

- Khử bằng dung dịch Ca(OH)2, NaOH

Khí CO2 kết hợp với Ca(OH)2 (hoặc NaOH) theo phương trình phản ứng sau: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + CO2 + H2O  2NaHCO3

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý lọc CO2 Hình 1.17: Nguyên lý lọc CO 2

Than hoạt tính là một chất hấp thụ rất tốt, nó được ứng dụng chủ yếu trong việc thu hồi các dung môi hữu cơ và để thu hồi chúng Nhược điểm của than hoạt tính là dễ cháy ở nhiệt độ cao, thường không dùng than hoạt tính ở nhiệt đọ cao hơn 2000C, để khắc phục nhược điểm đó người ta trộn thêm silicagen với than hoạt tính nhưng điều đó

sẽ làm giảm hoạt tính của than Cùng với một số phương pháp khác nhau như: Hấp thụ bằng bentonit, hấp thụ bằng diatomit, hấp thụ bằng Al2O3

Để đảm bảo tính kinh tế và mang lại hiệu quả sử dụng cao người ta chọn phương

án lọc theo kiểu tháp tách và lọc theo kiểu hầm

Khi dùng tháp thì CO2 ra khỏi biogas được thực hiện và dựa vào tính chất hấp thụ khí carbonic của nước Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong đó, khí đi từ dưới lên còn nước chảy từ trên xuống để tăng cường sự tiếp xúc của khí và nước, ta sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá, gạch, để làm đệm Để cố định lớp đệm trong bên trong của tháp ta sử dụng một đĩa đục lỗ bằng mica, đặt ở phần dưới của tháp

1.3.6.2 Thiết kế chế tạo bình lọc Biogas ứng dụng trong sản xuất

Trong sản xuất để tiết kiệm không gian mặt bằng nhà xưởng người ta thường chế tạo kết hợp lọc khí H2S và CO2 trong một bình lọc khí

Hình 1.18: Cấu tạo bình lọc khí Biogas trong sản xuất

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của bình lọc:

Đường kính khí ra Ø 100 mm Vật liệu inox 304

Cao 1000 mm, dày 2 mm

Phoi sắt phế phẩm máy tiện đã oxy hóa

1.3.7 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lắp đặt các bộ phận chính lò đốt

Trình bày ở Phụ lục 3

1.3.8 Thiết kế mạng điện và tủ điều khiển lò đốt biogas

1.3.8.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp khí biogas cho lò đốt

Hình 1.19: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp khí biogas cho lò đốt

1-ống gas vào 2- Bình ổn áp 3- Van tay gạt 4- Cửa xả khí khẩn cấp 5- Quạt ly tâm cấp biogas; 6-Thùng tách khí H 2 S và CO 2 ; 7- Quạt cấp không khí lò đốt ; 8- Lò đốt ;

9- Cảm biến nhiệt; 10- Đầu đốt ; 11- Ống cao su chịu nhiệt; 12- Van cầu inox; 13- Tủ

điều khiển; 14- Nguồn điện vào ; 15- Senso áp suất

Nguyên lý làm việc:

Khí gas đi vào từ vị trí (1) sau đó đi qua bình ổn áp tại đây áp suất của khí biogas sẽ được giữ ổn định tại áp suất cố định và đảm bảo lượng khí dữ trữ khi gặp sự cố.Trên đường ống hút được bố trí sensor áp suất giá trị cài đặt 300 mm bar Khi khí gas đạt trên

300 mmbar nó mới đóng mạch điện cho phép thiết bị như quạt hút phía sau hoạt động Ngoài ra tại đầu vào bình ổn áp cũng được bố trí van phòng trừ khi khẩn cấp để xả khí

ra Khí tiếp tục đi vào quạt hút 5,5 kW, khí gas được thổi vào thùng (6) để tách khí H2S

và CO2, sau đó khí được đưa vào đầu đốt Phí trước đầu đốt được bố trí ống cao su cách

nhiệt (11) đảm bảo nhiệt không làm hỏng ống dẫn Cảm biển nhiệt số (9) được lắp vào

để theo dõi và điều chỉnh lượng gas bằng van 12 Quạt cấp khí (7) cho lò đốt công suất 3,7 kW

1.3.8.2 Thiết kế hệ thống điện điều khiển lò đốt biogas

*Mô tơ quạt cấp biogas 5,5 kW

Mô tơ quạt 5,5 k, 220/380V đấu kiểu sao.Cường độ dòng điện được tính như sau:

A U

P Id

I U

P

d d

8,0.9,0.380.3

5500cos

3cos

Theo tiêu chuẩn TCVN 51- 1991 ta có q = 6A/mm2

Cường độ dòng điện khi mô tơ chạy toàn tải: Itt = Id.1,125 = 11,6.1,25 = 14,5 A

Nên tiết diện dây sẽ là: S = Itt /q = 14,5/6 = 2,4 mm2

Mô tơ quạt 3,7 kW, 220/380V nên đấu kiểu sao

Cường độ dòng điện được tính như sau:

A U

P Id

I U P

d d

8,0.9,0.380.3

3700cos

3cos

Theo tiêu chuẩn TCVN 51- 1991 ta có q = 6A/mm2

Cường độ mô tơ chạy toàn tải: Itt = Id.1,125 = 7,8.1,25 = 9,76 A

Nên tiết diện dây sẽ là: S = Itt /q = 9,76/6 = 1,63 mm2, Chọn tiết diện 2 mm2

Vậy chọn MCCB có sẵn trên thị trường có Iđm = 50A

1.3.8.3 Thiết kế tủ điện: Tủ điều khiển gồm các thiết bị như sau:

- Hai điều khiển nhiệt TZN4L

- Hai cảm biến nhiệt PT 100

Kết luận chương I:

Đã thực hiện đầy đủ các nội dung yêu cầu để chế tạo lò đốt biogas, cụ thể:

1 Qua nghiên cứu tổng quan và khảo sát thực tế đã lựa chọn, xác định và thiết kế được

lò đốt biogas kiêm đốt củi phù hợp cho sấy hai giai đoạn bã sắn;

2 Đã thiết kế đường ống cấp biogas, béc đốt biogas, bộ phận lọc biogas, quạt cấp khí

lò đốt biogas và hệ thống điện điều khiển lò đốt biogas; để có thể chế tạo được lò đốt biogas kiêm đốt củi yêu cầu

3 Đã xây dựng quy trình chế tạo, xây lắp và đã xây lắp hoàn chỉnh lò đốt biogas Sau khi thử nghiệm hoàn thiện lò đốt biogas, đã xây dựng được quy trình vận hành lò hợp lý, an toàn

Chương II: HOÀN THIỆN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY VẮT BÃ SẮN

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các trục ép;

2 Hoàn thiện thiết kế trục vit cấp liệu để cấp đều bã theo chiều ngang băng tải;

3 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các gối đỡ và các ổ bi cho các trục ép;

4 Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống rửa băng tải lọc;

5 Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống truyền động và khung máy;

6 Nghiên cứu dụng cụ phụ trợ phục vụ công tác tháo, lắp các bộ phận

7 Nghiên cứu xác định bằng lý thuyết và thực nghiệm công suất động cơ chính

2.2 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THIẾT BỊ ĐO ĐẠC

a/ Cách tiếp cận: Tiếp cận thực tiễn, tìm hiểu thực trạng xử lý bã sắn tại một số nhà

máy chế biến tinh bột sắn bã sắn tại Tây Ninh, Bình Dương và Bình Phước

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã công bố của các tác giả trong và ngoài nước về lĩnh vực chế biến tinh bột và xử lý bã

- Công việc tính toán thiết kế, chế tạo các thiết bị của đề tài dựa vào các kết quả thí nghiệm và các tài liệu chuyên ngành

b/ Phương pháp tính toán thiết kế máy

Áp dụng phương pháp tính toán máy nông nghiệp, có kế thừa các kết quả nghiên cứu trước; Sử dụng phần mềm AUTOCAD 2D, 3D với máy tính

Các bước thiết kế gồm:

- Bước 1: Xác định dữ liệu thiết kế

- Bước 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

- Bước 3: Tính toán động lực học máy

- Bước 4: Tính toán thiết kế các chi tiết, cụm chi tiết, các tổng thành

- Bước 5: Xây dựng bản vẽ lắp và các bản vẽ chi tiết và các tổng thành của máy

c/ Thiết bị đo đạc

- Cân đĩa đồng hồ với khối lượng cân lớn nhất 100 kg, thang đo 0,2 kg,độ chính xác 0,2 kg; cân điện tử với khối lượng cân lớn nhất 1 kg, thang đo 0,01 g

- Đồng hồ đo áp suất khí nén, độ chính xác 0,05 Bar

- Đồng hồ đo số vòng quay DT – 2238 – PHOTO/CONTACT ACHOMETER của hãng Lutron (Đức), dãy đo từ 1 vg/ph

- Đồng hồ đo cường độ dòng điện KYORITSU – 2017 - DIGITAL CLAMP METER, dãy đo từ 0,1 – 600A, cấp chính xác ± 0,1 A ( nước sản xuất: Nhật)

- Đồng hồ đo điện năng tiêu thụ 3 pha với thang đo tới 0,1 kWh.– 60 vg/kWh;

- Đo chiều dài bằng thước cuộn 5m thang đo mm, độ chính xác 1 mm

- Đo thời gian bằng đồng hồ bấm giây trên điện thoai di động NOKIA 520

- Thiết bị đo độ ẩm kiểucân sấy của Nhật ML-50 độ chính xác 0,1%/ max 51 g

2.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.3.1 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các trục ép;

a/ Tính toán cần ép

Với đường kính xi lanh được chọn là D = 160 mm.Vậy lực ép tạo ra được tính theo công thức:

Sơ đồ lực ép được thiết kế theo sơ đồ dưới

Hình 2.1: Sơ đồ cơ cấu ép trục

Phương trình mô men tại điểm E:

F r1 1 20

Giá trị đoạn l2 = 170 mm lấy theo kết cấu

Do hai đầu của ru lô được bố trí hai xi lanh Vậy áp suất trong xi lanh là:

bar m

kN A

F

02 , 0 2

20

2

2 0

l

l

r r

20 2

40 2

1

2 2

2

2 2

kN A

F

02 , 0 2

20

2

2 0

2

Với kết quả như trên thu được kích thước đoạn l1 = 170 mm

l

r r

16 2

64 4

2

3 3

3

3 3

kN A

F

02 , 0 2

16

2

2 0

2

)2(

0)(

)2(

0

qb a b a

b a qb R

qb a b a

a

b qb qb R a

b a R a

b qb M

qb R R

F

B

A

B A

B A y

A

R R

z R M R

Q

z R

với (0 ≤ z1 ≤ 0,15 m) Khi z1 = 0 suy ra M1 = 0, Q1 = 40,35 kN

Khi z1 = 0,15 suy ra M1 = 40,35 0,15 = 6,0525 kN.m, Q1 = 40,35 kN

Xét đoạn DC bằng mặt cắt 2-2, xét cân bằng bên phải ta có:

2 2 2

2 2

2

2 2 2

2

.

2

) (

0

0 2

) (

z q R Q

z q z a R M R

z

q

Q

z q z a R

M

A A

A A

Hình 2.3: Biểu đồ mô men và lực cắt

10 0525 , 6

n n





2 2

Trong các công thức trên:

-1– giới hạn mọi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng có thể lấy gần đúng:



Vì trục quay nên ứng suất pháp uốn biến đổi theo chu kỳ đối xứng:

 d

133239.6594 mm3

2 6

min

6594,133239

10.78584,6

mm N

c/ Cải tiến tăng cường đường kính trục và thay đổi kết cấu đầu trục ép:

Kết cấu trục cũ với hai mặt bích như trên hình 2.2 tồn tại những nhược điểm sau:

- Chiều dài mối hàn quá ít không đủ để truyền mô men xoắn dẫn đến hiện tượng bung mối hàn

- Gây ra ứng suất đột ngột tại điểm chuyển tiếp từ mặt bích lớn sang trục nhỏ

- Trên cơ sở tham khảo kết cấu các trục ép của nước ngoài, chúng tôi cải tiến kết cấu

đầu trục ép như hình dưới:

Hình 2.4: Kiểu trục ép sau cải tiến

Kết cấu trục mới, một đầu trục gồm một mặt bích và 5 gân dày 10 mm như hình trên,tổng chiều dài mối hàn lớn hơn nhiều nên không bị phá hỏng bởi mỏi do uốn và xoắn

2.3.2 Hoàn thiện thiết kế trục vit cấp liệu để cấp đều bã ngang băng tải

a/ Đặt vấn đề

Trong quá trình vắt trên máy vắt kiểu ép trục băng tải lọc, việc tạo ra lớp bã ẩm có

độ đồng đều trước khi vào vắt là nhiệm vụ hết sức quan trọng giúp cho máy hoạt động

ổn định, băng tải không bị sàng qua lại theo phương ngang Nhiệm vụ của bộ phận cấp liệu là tạo ra độ đồng đều cho lớp bã sắn trước khi đưa vào bộ phận vắtsơ bộ Độ đồng đều về chiều dày lớp vật liệu theo phương ngang và dọc băng tải Bã sắn là một dạng huyền phù gồm hai pha chính là pha rắn và pha lỏng có độ ẩm 85- 90%, độ nhớt nhỏ, khối lượng riêng gần bằng nước nên nó có tính năng tự dàn phẳng Tuy nhiên nếu không được khuấy trộn trong thùng cấp liệu bã sắn dễ bị đóng tảng ở phía dưới đáy do nước thoát ra qua băng tải dưới đáy thùng phễu cấp liệu ảnh hưởng đến việc dàn tải Do bã sắn

có độ đồng đều giữa pha rắn và lỏng khá cao nên không cần cường độ khuấy lớn, mà chủ yếu dàn tải ở giữa ra hai bên nhờ chuyển động quay của trục vít bã được khấy trộn thêm

b/ Cấu tạo vít cấp liệu ban đầu

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý bộ phận vít cấp liệu ban đầu

10-.Động cơ ; 11- Bộ truyền xích; 5- Trục khuấy cánh liền; 2- Thân thùng vít cấp liệu

Cấu tạo vít cấp liệu ban đầu gồm có 4 bộ phận chính (Hình 2.5) là: Động cơ (10);

Bộ truyền xích (11); Trục khuấy cánh liền (5); Thân thùng chứa vít cấp (2)

Nhờ trục khuấy cánh liền hai mối ngược nhau nên khi nó quay, bã sắn cấp vào giữa thùng được tải ra hai đầu thùng vít cấp liệu Độ dày lớp bã vào vắt được xác định bằng khe hở giữa miệng đáy thùng vít cấp liệu với băng tải, khe hở này cố định khoảng 15mm Trục vít bộ phận cấp liệu được truyền động bằng moto giảm tốc có công suất 1

HP với tốc độ 60 vòng/phút Qua quá trình chạy thử thấy hai nhược điểm chính là:

- Độ dày lớp bã ra không đều khi độ ẩm bã thay đổi;

- Bã dồn ra hai đầu vít nhanh quá nên độ dày bã trong thùng không đều theo chiều ngang băng tải làm áp suất trong bã dưới đáy không đều nên lớp bã ra không đều

Hình 2.6: Nguyên lý cải tiến bộ phận cấp liệu (thêm U gạt bã)

1- Phễu cấp liệu; 2- Trục vít khuấy ; 3- Thanh gạt bã ; 4- Lớp bã ra; 5- rulo đỡ

c/ Các lần cải tiến khắc phục các nhược điểm

Để khắc phục các nhƣợc điểm trên, đã cải tiến lần thứ nhất nhƣ Hình 2.7, với hai cải tiến:

- Thêm U gạt bã với hai ty ren có thể thay đổi độ dày lớp bã cấp;

- Thay moto giảm tốc một cấp bằng mô tơ giảm tốc vô cấp

Hình 2.7: Cải tiến vít cấp liệu lần thứ nhất (thêm U gạt bã và mô tơ giảm tốc vô cấp)

6- vít cánh liền; 15- cây U gạt bã; 11- mô tơ giảm tốc vô cấp

Chạy thử thấy còn nhƣợc điểm chính là: Bã không đƣợc đánh tơi mà tạo tảng do cánh vít dạng liền;

Qua thử nghiệm lần này thấy, với bã sắn 85- 90% ẩm nên dùng trục vít có cánh vít dạng tấm hình lƣỡi xẻng đăt nghiêng so với trục, nhƣ vậy khi trục vít quay, nó vừa có tác dụng khuấy trộn tránh tạo vòm vừa có tác dụng vận chuyển bã ngang băng tải

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý bộ phận cấp liệu hai mối vít cánh rời nghiêng

1-Động cơ điện; 2- Bộ truyền xích; 3- Trục vít khuấy; 4- Thùng chứa

Hình 2.9: Vít cấp liệu cải tiến lần thứ hai (cánh vít dạng rời hình xẻng)

Chạy thử thấy nhược điểm bã không được đánh tơi mà tạo tảng đã được khắc phục nhờ cánh vít rời thay cho cánh vít dạng liền; tuy nhiên lại thấy phát sinh tồn tại nữa là:

- Bã phòi ra xung quanh miệng đáy phễu vít cấp liệu khi bã đầy thùng;

- Băng tải ngay dưới thanh gạt bã võng nhiễu khi bã trong phễu cấp liệu đầylàm tăng khe hở cấp bã và làm độ dày lớp bã tăng theo

Nghiên cứu khắc phục các vấn đề trên chúng tôi thấy:

- Để bã không phòi ra xung quanh miệng đáy phễu vít cấp liệu khi bã đầy thùng cần có khung dạng hộp che khe hở giữa miệng đáy phễu vít cấp liệu và băng tải;

- Để băng tải ngay dưới thanh gạt bã không võng xuống khi bã trong phễu cấp liệu đầy thì phía dưới phễu cấp liệu cần được hỗ trợ bằng ru lô phi 60 mm nằm ngang đặt đối xứng với thanh gạt bã Sự hỗ trợ của ru lô ở phía dưới sẽ đảm bảo chiều dày lớp bã không thể vượt quá chiều dày cho phép

Từ đây đã đưa ra giải pháp cải tiến lần thứ ba như Hình 2.10 bằng cách thêm khung chữ U hộp vuông inox 30 xung quanh miệng đáy phễu vít cấp liệu và thêm ru lô phi 60

mm bằng inox nằm ngay dưới thanh gạt bã

Hình 2.10: Vít cấp liệu cải tiến lần thứ ba

5- khung chữ U hộp vuông 30 inox bao quanh đáy phễu cấp liệu ; 6- trục vít cánh rời; 8- ru lô Ø 60 mm bằng inox đỡ băng tải; 15- thanh gạt bã và cơ cấu điều chỉnh

Tóm lại từ trục vít cấp liệu ban đầu, qua 3 lần cải tiến hoàn thiện thêm các chi tiết:

- Thêm U gạt bã với hai ty ren có thể thay đổi độ dày lớp bã cấp;

- Thay moto giảm tốc một cấp bằng mô tơ giảm tốc vô cấp để chỉnh tốc độ quay;

- Thay trục vít cánh liền sang cánh rời dạng tấm hình lưỡi xẻng đặt nghiêng;

- Thêm khung chữ U hộp inox che khe hở giữa miệng đáy phễu vít cấp và băng tải;

- Thêm ru lô Ø60 mm đỡ băng tải ngay dưới thanh gạt bã để băng tảikhông võng Kết quả thử nghiệm máy sau cải tiến lần thứ ba thấy bã ra đều theo cả dọc và ngang băng tải, độ dày lớp bã ra có thể điều chỉnh chính xác, chứng tỏ kết cấu trục vít cấp liệu

đã tương đối hoàn hảo

2.3.3 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu các gối đỡ và ổ bi cho trục ép

a/ Đặt vấn đề

Do hoạt động trong môi trường nước bã sắn có chứa axit HCN gây ăn mòn vật liệu như thép Khi nước chui vào ổ bi sẽ làm han gỉ viên bi bên trong gây ra kẹt dẫn tới bể gối rất nhanh Các ổ bi loại SN mua ngoài thị trường chỉ có vòng chắn bụi bằng nỉ ở hai đầu của ổ bi Loại vòng chắn bụi này không chắn được nước thâm nhập vào ổ bi và mau

bị trai cứng Do đó, cần phải cải tiến gối phải có vòng cao su chắn dầu để chắn nước để đảm bảo không cho nước thâm nhập vào bên trong

b/ Cải tiến vỏ ổ bi:

Hình 2.11: Ổ bi trước khi cải tiến vỏ

Hình 2.12: Kết cấu ổ bi sau cải tiến vỏ

Hình 2.13: Vỏ ổ bi sau cải tiến và phớt chắn dầu

2.3.4 Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống rửa băng tải lọc

a/ Đặt vấn đề:

Băng tải lọc là một trong những bộ phận quan trong nhất của máy vắt bã sắn kiểu

éptrục băng tải lọc, vì là băng bải lọc nên nó cần thường xuyên phải thông thoáng để

nước vắt lọt qua dễ dàng, nếu bị bẩn các lỗ trên băng tải tắc sẽ làm giảm tốc độ lọc, khi

đó ta phải giảm vận tốc băng tải, điều đó làm giảm năng suất máy Do đó việc rửa sạch

băng tải lọc sau mỗi chu kỳ ép có ý nghĩa rất quan trọng Thông thường, việc làm sạch

băng tải ở các máy vắt băng tải lọc được thực hiện bằng phun nước với áp suất khá cao

từ 2-4 Bar Vòi phun (béc) có nhiều dạng như phun thẳng, phun hình côn nón hoặc rẻ

quạt Việc chọn loại bơm và béc phun ngoài việc bảo đảm rửa sạch băng tải còn phải

kinh tế và tiện dụng, tức dễ kiếm trên thị trường với giá rẻ

b/ Hệ thống rửa băng tải trên máy VBS-14 hiện tại:

Máy vắt bã sắn VBS14 hiện tại sử dụng béc và bơm mua sẵn trên thị trường:

- Bơm nước: hiệu Kim Thanh Long 15-20 cột áp 15-20 mH2O, lưu lượng 20 m3/h,

công suất 1,5kW

- Vòi phun: hình nón NC2-30; đường kính lỗ 2mm, góc phun côn 30 độ

Bố trí các vòi phun gắn trên hai ống vuông 40, cách nhau 120mm, tổng số vòi phun

của 2 ống là 24; lưu lượng mỗi vòi phun 5 lít/phút ở cột áp 15mH2O như vậy lưu lượng

cần là 7,2 m3/giờ.Vòi phun NC2-30 là loại béc kiểu hình nón côn có sẵn trên thị trường,

nó có đương kính lỗ phun 2mm và góc phun chóp nón 30o Vòi phun này thường dùng

để phun thốc trù sâu, với bơm piston áp suất cao Để tạo ra tia nước phun hình nón côn,

nước chuyển động xoáy vòng trong béc trước khi ra ngoài nên tia nước phun ra xoáy bụi như sương mù Do nước chuyển động xoáy vòng trong béc trước khi ra ngoài, tức tia nước vừa xoáy vừa đi thẳng tới bề mặt băng tải, như vậy hướng của tia nước không trực diện (không vuông góc với bề mặt băng tải) nên áp lực của tia nước lên bề mặt băng tải thấp, hạn chế tác dụng rửa băng tải

Hình 2.14: Vòi phun nước hình nón côn NC2-30 hiện tại

Hình 2.15: Bơm nước rửa băng tải hiện tại Nhược điểm: Với loại béc và bơm trên, băng tải rửa không thật sạch và thường bị

tắc sau một thời gian làm việc, Thường sau khoảng 3 giờ chạy máy phải xịt sạch hỗ trợ

bằng vòi phun áp lực cao như máy xịt rửa xe máy, nếu không băng tải bị tắc giảm khả năng thoát nước lọc làm bã sắn phòi ngang băng tải

Theo nhận xét của chúng tôi, có hai nguyên nhân do bơm dư lưu lượng song

không đủ áp suất và do béc phun chưa đúng chủng loại Vì vậy nhiệm vụ “Hoàn thiện hệ thống rửa băng tải” ở đây gồm 2 việc là chọn bơm nước có cột áp và lưu lượng đủ đồng thời lựa chọn hoặc chế tạo béc phun nước thẳng thành hình rẻ quạt

c/ Giải pháp cải tiến hoàn thiện:

Chọn lại béc phun:

Vấn đề bây giờ là phải có béc phun thẳng thành hình rẻ quạt Song trên thị trường trong nước hiện không có béc phun nước thẳng thành hình rẻ quạt Rất may, trong thời gian này, Phân viện đang thực hiện dự án hợp tác với New Zealand về máy rửa Thanh long, chuyên gia New Zealand có mang sang một số loại béc phun thẳng thành hình rẻ quạt với đương kính lỗ béc từ 1,5-4 mm và góc phun 15-40 độ Chúng tôi đã khảo nghiệm lại xây dựng đường đặc tính béc rồi chép mẫu thiết kế béc phù hợp việc rửa băng

tải để chế tạo

Hình 2.16: Vòi phun nước rẻ quạt và hình tia nước phun ra hình rẻ quạt

d/ Thí nghiệm để xác định đặc tính vòi phun: áp suất, lưu lượng, góc phun rẻ quạt

Các thiết bị để thí nghiệm:

1 Máy bơm EWARA model VM2-9X9

Thông số kỹ thuật: bơm EWARA VM vertical multistage pump

QN: 2 m3/h = 33.33l/min 9.6A

IP54 S1

2 Vòi phun rẻ quạt với các góc phun 250 và 400, đường kính 1,5; 2,0; 3,0 mm 6 loại vòi phun: 25-15, 25-20, 25-30, 40-15, 40-20, 40-30

3 Ống dẫn nước cung cấp 2 vòi phun

4 Giá đõ vòi phun

5 Đồng hồ đo áp suất nước

6 Thùng đo lưu lượng

7 Dụng cụ đo góc