Nghiên cứu xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm chất đốt

Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến nhiệt lượng riêng và chi phí năng lượng riêng khi ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao. Phân tích cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ đậu phộng; Phân tích quá trình ép nén trên máy ép thủy lực; Tính toán máy ép, chế độ ép vỏ đậu phộng để tạo thanh nhiêu liệu đốt; Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng của máy ép và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu; Nghiên cứu thực nghiên xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm thanh nhiêu liệu.

và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng

và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội

Lợi ích của việc sử dụng viên (thanh) nhiên liệu từ Biomass là tận dụng được phế thải từ nông nghiệp, giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa và nhỏ, vừa cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, tăng chất lượng quá trình cháy và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính… góp phần bảo vệ môi trường

Riêng các tỉnh Miền Đông Nam Bộ hàng năm tạo ra cả chục triệu tấn phế thải từ nông nghiệp như vỏ đậu, vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vv… Hiện nay đã có một

số nhà máy, cơ sở sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ đậu trên địa bàn như ở Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu, Tp HCM và Tây Ninh… Tuy nhiên đây là lĩnh vực mới nên máy móc vừa sản xuất vừa nghiên cứu cải tiến

Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng phế thải từ nông nghiệp để sản xuất nhiệt năng phục vụ công nghiệp và đời sống sinh hoạt đã được một số trường Đại học (Đại học Bách Khoa TpHCM, Đại học SPKT thành phố Hồ Chí Minh…) nghiên cứu và một số cơ sở ở vùng Miền Đông Nam Bộ sản xuất thử Các nghiên cứu tập trung vào hướng sinh hóa để biến Biomass thành nhiên liệu lỏng phục vụ công nghiệp Thực tế đã có một số cơ sở tư nhân thuộc Miền Đông Nam Bộ sản xuất thành công thanh nhiên liệu từ vỏ hạt để làm củi đốt phục vụ sinh hoạt Tuy nhiên, các máy móc, thiết bị sản xuất tại các cơ sở đó được thiết kế và chế tạo chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, chưa có nghiên cứu tối ưu các thông số của máy, từ đó hiệu quả

sử dụng máy còn hạn chế, đó chính là nguyên nhân kìm hãm sự phát triển sử dụng nguồn năng lượng mới phục vụ công nghiệp và cuộc sống sinh hoạt

Với lý do trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu xác định

một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm chất đốt”

Hiệu quả khoa học và thực tiễn.

a) Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ:

- Xác định được các thông số hợp lý của máy ép làm cơ sở cho thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để nhanh chóng áp dụng trong sản xuất một cách đại trà phục vụ sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ đậu

b) Hiệu quả kinh tế - xã hội

- Việt Nam là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn các phế thải như vỏ đậu, vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn … Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội

- Việc áp dụng máy ép để sản xuất khối nhiên liệu từ vỏ đậu một cách đại trà

và đạt hiệu quả cao trong sản xuất sẽ mở ra hướng sử dụng năng lượng mới khả năng thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch trong sản xuất, góp phần cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết

bị chuyển hóa năng lượng trong đời sống xã hội v v…

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cây đậu phộng ở Việt Nam

1.1.1 Nguồn gốc

Hình 1.1 Cây đậu phộng hay lạc, đậu phụng

Đậu phộng, còn được gọi là lạc hay đậu phụng

Tên tiếng anh: Peanut

Tên khoa học: Arachis hypogaea, là một loài cây thực phẩm thuộc họ đậu có

nguồn gốc tại Nam Mỹ

Người Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha đã phát hiện sự phân bố rộng rãi của cây đậu phộng ở Nam Mỹ, đặc biệt trên những vùng đảo Tây Ấn, Mêhicô, vùng biển Đông - Đông bắc Braxin, trên những dải đất ấm áp của vịnh Ria Plata

Đậu phộng được trồng rộng rãi ở nhiều nước như Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ, Braxin và Achentina Hiện nay ở các nước như Ghana, Malavi, Mali, Xômali, Sudan, Thái Lan, Việt Nam diện tích trồng đậu phộng đang tăng lên

Đậu phộng là cây thực phẩm, cây có dầu quan trọng Trong số các loại cây hạt có dầu trồng hàng năm trên thế giới, đậu phộng đứng thứ hai sau đậu tương về diện tích trồng cũng như sản lượng Hiện có hơn một trăm nước trồng đậu phộng Châu Á đứng hàng đầu thế giới về diện tích trồng đậu phộng cũng như sản lượng, tiếp theo là châu Phi, Bắc Mỹ rồi đến Nam Mỹ Hiện nay châu Á và vùng Bắc Mỹ

có chiều hướng mở rộng diện tích trồng đậu phộng hơn các vùng khác

1.1.2 Tình hình phát triển của cây đậu phộng tại Việt Nam

Trong số 25 nước trồng đậu phộng ở châu Á, Việt Nam đứng hàng thứ năm, đậu phộng là một trong các loại cây xuất khẩu thu ngoại tệ của nước ta Mặc dầu đậu phộng có vai trò quan trọng như vậy nhưng nghiên cứu về đậu phộng ở nước ta nhìn chung còn ít Tài liệu nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu ứng dụng các sách Việt về đậu phộng còn hạn chế

Bảng 1.1 Sản lượng đậu phộng ở Việt Nam và một số nước trên thế giới

(nguồn: Food And Agricultural Organization of United Nations: Economic And

Social Department: The Statistical Devision)Đậu phộng hầu hết trên khắp cả nước, nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh Miền Đông Nam Bộ Từ năm 2001 đậu phộng là một trong những cây trồng được Chính phủ ưu tiên phát triển để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một

số địa phương, nhu cầu tiêu thụ dầu thực vật, thức ăn gia súc trong cả nước và xuất khẩu Chính nhờ có những chủ trương, chính sách phát triển nông nghiệp của Nhà Nước, sự đầu tư từ nhiều cơ quan nghiên cứu về ứng dụng thành tựu về giống mới, chuyển giao tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất, năng suất và sản lượng đậu phộng đã có những chuyển biến đáng kể Từ năm 2001 đến năm 2006, diện tích trồng đậu phộng

đã tăng 25.3 nghìn ha, đặc biệt năng suất đậu phộng tăng từ 1.48 tấn/ha lên 1.73 tấn/ha Năng suất đậu phộng tăng từ hai thập kỷ trở lại đây cùng với việc mở rộng

diện tích trồng đậu phộng đã đưa sản lượng đậu phộng lên 0.45 triệu tấn vào năm

2004 và phát triển cho đến nay

Hình 1.2 Thu hoạch đậu phộng

1.1.3 Thành phần hóa học của vỏ đậu phộng.

Hình 1.3 Cấu tạo của vỏ đậu phộng

(nguồn: http//vi.wikipedia.org/wiki/lạc)

1.1.4 Hiện trạng vỏ đậu ở nước ta

Việc hàng triệu tấn vỏ đậu tạo ra từ các cơ sở tách vỏ đậu chưa có kế hoạch

sử dụng, làm cho các khu vực đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng

Vỏ đậu phải đối mặt với hai vấn đề:

- Công nghệ đốt vỏ đậu tại các lò gạch, lò gốm, lò bánh tráng, lò bún rất lạc hậu gây ô nhiễm môi trường.

ăn gia súc) và trong sản xuất (nung gạch, sấy lúa)

Hình 1.6 Vỏ đậu phộng dùng làm chất đốt sinh hoạt

1.2.2 Sử dụng làm phân bón cho hoa lan

Để việc trồng lan tại nhà thành công cần phải chọn giá thể trồng phù hợp vừa đảm bảo ẩm độ cho lan vừa khô ráo thoáng bộ rễ để tránh làm thối rễ, theo kinh nghiệm của nhà vườn thì người ta sử dụng vỏ đậu phộng sau khi đã xử lý mầm bệnh

để trồng lan là phổ biến nhất

Chậu lan có thể sử dụng loại chậu nhựa treo có đường kính miệng chậu

18-20 cm (nếu chỉ trồng vài chậu), hay trồng lan trên trụ cố định trong luống nền đất (trồng với số lượng khá nhiều), phía dưới chậu đổ một lớp vỏ đậu phộng dầy 8-12

cm tạo ẩm độ cho rễ, nên lưu ý không để thân chính của lan nằm sâu trong lớp giá thể mà có thể để bên trên có khoảng cách 3-5 cm, vì điều kiện không khí với độ ẩm cao như hiện nay cần duy trì bộ rễ lan luôn thoáng Sau thời gian lớp vỏ đậu phộng

sẽ phân hủy thì cần bổ sung tiếp tục thêm

Lớp giá thể đậu phộng ngoài chức năng giữ độ ẩm còn là nơi tiếp nhận lượng phân bón để bộ rễ lan hấp thu từ từ

Hình 1.7.Vỏ đậu phộng dùng để trồng lan

1.2.3 Sử dụng vỏ đậu phộng làm củi

Máy ép củi vỏ đậu phộng có công suất trung bình 500kg /h Cứ 1.05 kg vỏ đậu thì cho ra 1 kg củi vỏ đậu Chỉ cần cho vỏ đậu vào phiểu chứa liệu cấp cho bộ phận ép thì máy cho ra những khối củi đậu có đường kính 200x80x80mm Trung bình 1 kg củi đậu có thể nấu cho 4 người ăn

Các thông số kỹ thuật:

Kích thướt: 200x80x80mm

Màu: Nâu xám

Độ dài: 80mm.

Hình dạng: Hình vuông, khối hộp

Độ ẩm toàn phần: 9,3% (m/m)

Độ tàn tro: 1,7%

Nhiệt lượng: 4600kcal/kg

Hình 1.8 Củi được ép từ vỏ đậu phộng

1.3 Công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp

Dây chuyền công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp đã được tiêu chuẩn hoá và xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh

Hình 1.9 Dây chuyền công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải

(nguồn: Tuyển tập báo cáo “Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 6 - Đại

học Đà Nẵng )Khi áp suất quá trình nén từ 30 Mpa – 150 Mpa, áp suất cao sẽ giải phóng lượng linhin (chiếm khoảng 15% khối lượng vật liệu) liên kết thành các tế bào Nếu không đạt được áp suất thì có thể thêm chất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử dụng làm viên nhiên liệu Phụ gia có thể là hợp chất hữu cơ rẻ tiền như nước mật, bột, Tuỳ thuộc thành phần vật liệu, kích thước, độ ẩm, vào quá trình tạo viên nhiên liệu mà

áp suất khác nhau Mật độ viên nhiên liệu ảnh hưởng ở kích thước đầu vào, nguyên

vật liệu càng mịn, mật độ càng dầy từ 700 kg/m3 – 1200 kg/m3, Đường kính của nguyên vật liệu <1mm thì quá trình tạo viên tiết kiệm năng lượng đến 3 lần Độ ẩm cũng ảnh hưởng tới mật độ vì hơi nước trong vật liệu bay hơi tạo khoảng trống, giảm mật độ đột ngột dẫn đến tan rã viên, độ ẩm thích hợp là 13 % – 15 % tuỳ loại vật liệu

Quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ các phế thải nông nghiệp tiến hành như sau:

Hình 1.10 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu

- Quá trình sấy: Giảm ẩm, tăng nhiệt độ vật liệu, Vật liệu có độ ẩm <15%,

nhiệt độ >70ºC

Thiết bị: Lò hơi, thiết bị sấy thùng quay, xiclon, quạt, đường ống gió

- Quá trình nghiền: Giảm kích thước vật liệu, Vật liệu đường kính <1mm,

d*r < 3*3 mm

- Thiết bị: Thùng nghiền, quạt, đường ống gió, xiclon lọc bụi

- Quá trình nén: Tạo thanh nhiên liệu, Viên nhiên liệu có đường kính từ 6-8

- Quá trình làm mát: Giảm độ ẩm, sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt,

Viên nhiên liệu có độ ẩm từ 10 - 12 %

Bảng 1.2 Phương pháp nén viên nhiên liệu:

Phương pháp nén Áp suất nén Mô tả phương pháp nén

Nén bằng pittông cơ khí 110 – 140 MPa

Nén bằng pittông thuỷ lực >30Mpa

Nén bằng trục vít 60 – 100 MPa

1.4 Các dạng củi được chế tạo từ biomass và các tiêu chuẩn

1.4.1 Các dạng củi được chế tạo từ biomass

- Các sản phẩm củi từ mùn cưa

1.4.2 Các tiêu chuẩn chấp nhận của củi từ biomass

- Tiêu chuẩn củi mùn cưa

Bảng 1.3 Kết quả thử nghiệm củi mùn cưa ép khối.

(Nguồn Cty TNHH Kim Thu Bình, đc B18/5,Khu phố 5,Tam Hiệp,

Biên Hòa, Đồng Nai.)Hàm lượng tro : 1,7 %(m/m)

Nhiệt lượng tổng : 4600(kcal/kg)

- Tiêu chuẩn củi dăm bào

Bảng 1.4 Kết quả thử nghiệm củi dăm bào ép tròn.

(Nguồn Cty TNHH MTV SXTMDV chế tạo máy Ngọc Thành, đc 378 đường số 6, kp7, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, tp HCM)

Hàm lượng tro: 1,7 %(m/m)

Nhiệt lượng tổng: 4600(kcal/kg)

Độ ẩm toàn phần: 9,3%(m/m)

- Tiêu chuẩn của củi trấu

Bảng 1.5 Kết quả thử nghiệm củi trấu ép khối.

(Nguồn Cty TNHH MTV SXTMDV năng lượng Nam Tấn, đc: E13/23 đường Nữ Dân Công, ấp 5, Vĩnh Lộc A, Bình Chánh, tp HCM)

Hàm lượng tro : 16,9 %(m/m)

Nhiệt lượng tổng : 3845(kcal/kg)

Độ ẩm toàn phần : 7,9%(m/m)

1.4.3 Các tiêu chuẩn dự kiến chấp nhận của củi vỏ đậu phộng

Căn cứ trên cơ sở các sản phẩm cùng loại có thể đề xuất các thông số cho sản phẩm củi đậu phộng như sau :

Điều này vừa giúp nông dân có thêm thu nhập, cải thiện môi trường, góp phần chống lại biến đổi khí hậu toàn cầu.

Theo dự tính của các chuyên gia, việc tiêu thụ năng lượng trên toàn cầu có thể tăng thêm 1/3 trong vòng 15 năm tới Mức tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng, phần lớn là ở các nước đang phát triển, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thuỷ điện, than đá, dầu mỏ…) lại ngày càng khan hiếm Vì vậy vấn đề cấp thiết đặt ra là phải tiến hành một cuộc cách mạng đi tìm nguồn năng lượng mới hoặc năng lượng tái sử dụng

Theo Tổ chức Nông Lương thế giới, mỗi năm Việt Nam thu được hàng triệu tấn đậu phộng và sẽ có hàng triệu tấn vỏ đậu, thân cây đậu có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò hơi

Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn năng lượng mới - còn có tên là “ vàng xanh ” Tại 30 quốc gia đang trồng cây, hàng loạt những cây Nông nghiệp, Lâm nghiệp chế ra nguồn nhiên liệu thay thế được xăng, dầu từ dầu mỏ Theo các chuyên gia năng lượng, đây là nguồn nhiên liệu phong phú và vô tận, mà loài người không còn ám ảnh bởi khủng hoảng nhiên liệu Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) đó là: tính chất thân thiện với môi trường, chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng khiến trái đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường như các loại nguồn nhiên liệu truyền thống, loại nhiên liệu tái sinh, các loại nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất Nông, Lâm nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Tuy nhiên, hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống Trong tương lai khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, thì nó có thể là nguồn nhiên liệu thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống đó

Kỹ thuật đốt rác phát điện đã từng có lịch sử nghiên cứu phát triển hơn 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy ở Đức (32% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%)… đã trở thành hình mẫu cho ngành

công nghệ “năng lượng và bảo vệ môi trường” này Ở Châu Á, Singapore (100% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện) và Nhật Bản (72,8%) là hai nước đi đầu trong kỹ thuật đốt rác phát điện.

Thực tế, các nước châu Á như: Nhật Bản, ấn Độ, Thái Lan … nhiều công ty

đã sử dụng lò hơi đốt bằng sinh khối

Nhật Bản, nước đi đầu thế giới về nghiên cứu năng lượng thay thế, nhận định các nhà máy của Indonesia là nguồn năng lượng BIOMASS tiềm năng Tại một hội thảo diễn ra ở Indonesia, Haruhiko Ando, giám đốc Chính sách Năng lượng Toàn cầu và Tế bào Nhiên liệu của Nhật Bản cho biết, hiện Nhật Bản đang gặp phải những trở ngại trong việc phát triển BIOMASS do giá các vật chất cơ bản ở nước này rất cao Khí hậu và đất ở Indonesia rất phù hợp để sản xuất các sản phẩm BIOMASS

Trung Quốc là một trong những quốc gia có chủ trương thay thế dầu mỏ bằng NLSH Quốc gia này có kế hoạch đến năm 2020 sẽ sử dụng NLSH để thay thế

10 triệu tấn chế phẩm dầu mỏ nhằm giảm bới sức ép về nguồn năng lượng trong nước Phát biểu tại diễn đàn các giải pháp năng lượng bền vững phi tập trung hoá được tổ chức tháng 5/2006, phó giám đốc Viện Nghiên cứu Năng lượng của Uỷ ban phát triển cải cách Trung quốc (NDRC), Han Wenken cho biết, Trung quốc phấn đấu đến năm 2020 nguồn năng lượng sạch này sẽ chiếm 10% lượng năng lượng hàng năm Sản lượng nhiên liệu lỏng sinh học như Ethanol hay Diesel sinh học sẽ lên tới 12 triệu tấn và có thể thay thế khoảng 12 triệu tấn các chế phẩm từ dầu mỏ

1.5.2 Ở Việt Nam

Việt nam là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng trục triệu tấn phế thải như vỏ đậu, trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm rạ (BIOMASS )… Sử dụng nguồn phế thải một cách thích hợp sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho ngành nông nghiệp lâm nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội đặc biệt là hiệu quả kinh tế cao Những loại chất thải tưởng như bỏ đi (mùn cưa, vỏ đậu, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía…) sẽ có thể sản xuất ra một lượng điện năng tương đối lớn cho con người

Hiện nay, các phế phụ phẩm từ sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta với tổng sản lượng lên tới hàng chục triệu tấn (nếu được tập trung lại) Các khu vực như Miền Đông Nam Bộ có thể cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3 – 0,5 triệu tấn từ vỏ đậu Còn ở vùng Tây Bắc cũng đem lại tới 55.000 – 60.000 tấn mùn cưa từ việc khai thác và chế biến gỗ Đặc biện là chất thải từ nhà máy mía đường, hiện tại cả nước đang có đến 10 - 15% tổng lượng bã mía không được sử dụng, vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không được tận dụng Riêng sản lượng vỏ trấu có thể thu gom được ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4 – 1,6 triệu tấn.

Theo GS.TSKH Phạm Văn Lang - nguyên Viện trưởng Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch cho biết: "So với các nguồn khai thác điện năng lớn từ thuỷ điện, nhiệt điện, nguồn điện năng từ các chất thải nông nghiệp tuy không nhiều, nhưng nếu tận dụng được nguồn chất thải này sẽ vừa giúp giảm bớt ô nhiễm môi trường, lại vừa có thể cung cấp điện tại chỗ cho các vùng nông thôn, nhất là các vùng sâu "

GS.TSKH Phạm Văn Lang đã tính toán tổng sản lượng phế thải sinh khối hằng năm ở nước ta có thể đạt 8-11 triệu tấn So với việc sản xuất điện từ than, công nghệ sản xuất này rẻ và tiết kiệm hơn rất nhiều, bởi nếu sử dụng 2-4 kg chất thải sinh khối sẽ tương đương với 1 kg than antracite (giá 1.000 đồng/kg), trong khi đó giá Trấu chỉ bằng 5-10% giá than Ngoài đồng bằng sông Cửu Long, các khu vực khác như Miền Đông Nam Bộ cũng có thể cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3-0,5 triệu tấn từ vỏ đậu Còn vùng Tây Bắc cũng đem lại tới 55.000-60.000 tấn mùn cưa

từ việc khai thác và chế biến gỗ Đặc biệt là chất thải từ các nhà máy Mía đường, hiện tại cả nước đang có đến 10-15% tổng lượng bã mía không được sử dụng vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không được tận dụng Theo GS Lang, bất kỳ loại chất thải nào cũng có thể làm chất đốt để sản xuất ra điện được, vấn đề là người dân phải

có ý thức tiết kiệm và thu gom được các chất thải đó

Để tận dụng các phế phẩm của ngành nông lâm nghiệp Tại thành phố Hồ Chí Minh, các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu lọc hoá dầu (Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành phố HCM) với đề án “Công nghệ BIOMASS –

hướng tới một nền nông nghiệp không chất thải và phát triển bền vững” đã tinh chế chất thải từ nông thôn như vỏ đậu, rơm rạ, vỏ trấu, mùn cưa,…thành nguồn năng lượng sinh học Hiện nhóm nghiên cứu của trung tâm đang tiến hành xây dựng cơ

sở dữ liệu về quá trình sản xuất sinh khối trong lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi tại

xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi

Tại đồng bằng sông Cửu Long, Miền Đông Nam Bộ các nhà máy say lúa lớn, nhỏ và các cơ sở tách vỏ đậu thải ra lượng vỏ đậu, vỏ trấu rất nhiều Có nơi vỏ đậu, vỏ trấu còn thải cả xuống các kênh, rạch… gây ô nhiễm môi trường Đang loay hoay với bài toán rác thải từ vỏ đậu thì sản phẩm “khối nhiên liệu vỏ đậu” ra đời

Dự ánVIE/020 sử dụng Lục bình và chất thải nông nghiệp là kết quả sự hợp tác giữa hai chính phủ Việt Nam và Luxembourg, cơ quan chủ quản là tỉnh Hậu Giang và đối tác thực hiện là Trường Đại học Cần Thơ, Trung tâm nghiên cứu và Đào tạo của

Dự án đặt tại Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng đa dạng sinh học xã Hoà An, huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang Kết quả của Dự án là sử dụng Lục Bình và chất thải nông nghiệp để sản xuất nấm rơm, “thanh than” giá rẻ được làm từ vỏ trấu hoặc xác Lục Bình, phân hữu cơ và thức ăn ủ chua cho Trâu, Bò…Củi vỏ đậu có kích thướt 200x80x80mm Khối củi đậu dài 200mm, nặng 1,2 kg Cứ 1 kg củi đậu thì nấu được bữa ăn cho 4 người Củi đậu có màu xám, nhìn như những cây củi Củi đậu rất “dễ tính”, có thể sử dụng cho lò trấu truyền thống, cà ràng, bếp than, bếp than đá

ThS Phạm Thị Vân, Khoa Công nghệ, Trường ĐH Cần Thơ cho tôi biết:

“Giá các loại nhiên liệu: ga, dầu lửa đang tăng cao; củi thì ngày càng khó tìm Vì vậy, sử dụng trấu để sản xuất thành củi đậu, trấu là giải pháp vừa kinh tế vừa góp phần giảm ô nhiễm môi trường” Theo ước tính của dự án, nếu giá vỏ đậu nguyên liệu đầu vào khoảng 500 đồng/kg thì giá sản xuất 1kg than củi đậu là 1500- 1600 đồng Thị trường có thể chấp nhận giá bán 2100 đồng/kg than củi đậu vì chi phí bằng so với nấu củi và rẻ hơn so với nấu than đá Khi đó giá thành củi đậu sẽ hạ xuống nhiều Và củi đậu sẽ đến những thị trấn hoặc thị xã, giúp người dân tiết kiệm ngân sách chi tiêu gia đình, quan trọng nhất là giảm độc hại đối với các hộ vốn

thường xuyên sử dụng than đá khi họ dùng củi đậu” Bên cạnh giá thành hạ so với

ga, củi đậu cũng có hạn chế là dùng củi đậu nếu phát triển sẽ phổ biến ở nông thôn,

vì nó cần phải có chỗ để củi, cần có bếp lò, cần nơi thải tro, vì thế nó khó tiến vào

đô thị được mà có thể chỉ phổ biến ở nông thôn, vùng ven các khu dân cư gần đô thị… Nếu trong tương lai nó tiếp tục cải tiến công nghệ và giảm giá thành như các

kỹ sư thực hiện công trình đang phấn đấu

1.6 Một số kiểu máy ép biomass trong nước

- Máy ép bằng trục vít do ông: Nguyễn Đình Tường (sinh năm 1958), ngụ ấp Vĩnh An, xã Bình Giã, huyện Châu Đức, Bà Rịa-Vũng Tàu, chế tạo

Hình 1.15 Máy ép củi kiểu trục vít.

Máy ép được củi trấu, vỏ đậu và mùn cưa, đoạt giải Nhất cuộc thi "Sáng tạo

kỹ thuật nhà nông" toàn quốc lần thứ IV do Trung ương Hội Nông dân Việt Nam tổ chức Máy ép có nguyên lý hoạt động như máy ép ống nhựa, chạy bằng dòng điện 3 pha, có thể chạy bằng dòng điện 1 pha nhưng phải kết hợp với động cơ diesel Cứ 100kg trấu cho vào máy thì tạo ra 95kg củi thành phẩm (độ ẩm dưới 14%) Hiện, máy có 3 loại, loại có công suất 200kg/giờ, 250kg/giờ và 500kg/giờ

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục vít.

Máy ép củi trục vít được dựa trên nguyên lí ép bằng trục vít xoắn và nhiệt làm cho đông kết Máy ép không cần dùng phụ gia kết dính nào mà chỉ dùng nhiệt để làm cho chảy nhựa thực vật kết dính các phân tử.

- Máy ép bằng trục vít do ông: Trần Đình Lai, địa chỉ thôn An Xuân, Xã Quảng An, H Quảng Điền, Tỉnh Thừa Thiên Huế, thực hiện

Hình 1.17 Máy ép củi kiểu trục vít.

Là đề án nghiên cứu sản xuất máy ép trấu, củi trấu và than trấu, tận dụng phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp để sản xuất chất đốt phục vụ sản xuất và tiêu dùng của anh nhận được sự ủng hộ của Phòng Công thương huyện Quảng Điền và Trung tâm Khuyến công tỉnh Qua xem xét, thẩm định, Sở Công thương đã phê duyệt đề

án và hỗ trợ kinh phí từ nguồn vốn khuyến công của tỉnh để tiến hành nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm So với củi gỗ và than đá, giá bán của củi trấu thấp hơn 20-50%; trong khi đó nhiệt lượng của củi trấu cao hơn hẳn củi gỗ Mỗi ngày, một cơ sở sản xuất than trấu với 1 máy sản xuất khoảng 1.200kg Về chi phí sản xuất máy, sau thử nghiệm và cải tiến Điều đáng mừng là qua sản xuất và chạy thử, sản phẩm củi trấu đã đáp ứng các tiêu chuẩn dự kiến

Máy sử dụng trục vít để nén nguyên liệu, máy cho sản phẩm có tiết diện tròn hoặc vuông (vì dễ làm khuôn) loại này thường cho sản phẩm có lỗ ở giữa, do lõi của trục vít, sản phẩm có thể dùng làm loại than không khói dùng để nướng thực phẩm Nhược điểm duy nhất của ép trục vít là năng suất rất thấp, lực nén không cao và trục vít chế tạo rất đắt tiền và rất mau hao mòn

- Máy ép bằng trục khuỷu do công ty: Công ty TNHH thiết bị công nghiệp MTC, địa chỉ 245 Điện Biên Phủ, Phường 6, Quận 3, tp HCM Chi nhánh huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai, chế tạo Các thế hệ máy như: Máy ép củi mùn cưa MEV 70, méy ép gổ từ sinh khối MEV 90.

Hình 1.18 Máy ép củi kiểu trục khuỷu.

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu.

Nguyên lý hoạt động của máy ép trục khuỷu, máy ép trục khuỷu tạo viên nhiên liệu hoạt động giống như máy dập ngang, sử dụng trục khuỷu để đẩy đầu ép mang một chày ép nhiên liệu Nguyên liệu được vít tải đưa từ dưới lên vào phiễu cấp liệu, nguyên liệu trong phiễu được đưa vào máy từ trên xuống vào khoang cấp liệu, chày ép sẽ đẩy nguyên liệu từ khoang cấp liệu vào khuôn nén Nguyên liệu được ép nối tiếp từng phần liên kết với nhau trong khuôn Trong quá trình ép, do lực ép và do ma sát, làm gia tăng nhiệt trong khuôn, vì vậy hệ thống khuôn phải

được giải nhiệt bằng nước Sản phẩm sau khi ra khỏi khuôn được dẫn trên máng ra ngoài đóng gói

- Máy ép bằng hệ thống thủy lực do công ty: Công ty TNHH TM SX U&I Phương Quân, địa chỉ thôn Thạch Nham, xã Hoà Nhơn, huyện Hoà Vang, thành phố Đà Nẳng, chế tạo

Hình 1.20 Máy ép củi (dạng tròn) kiểu thủy lực.

Các thế hệ máy như: Máy ép thủy lực TL 200 ép tròn, Máy ép thủy lực TL

200 ép vuông Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực tạo khối nhiên liệu, bồn trộn liệu được trộn đều, nhiên liệu được cấp vào ngăn chứa liệu, xylanh cấp liệu cấp liệu vào khuôn ép sơ bộ, xy lanh ép sơ bộ ép liệu vào khuôn ép sau đó xylanh trên khuôn kẹp chặt định hình sản phẩm Máy ép sản phẩm tròn và máy ép sản phẩm vuông hoạt động giống nhau

- Máy ép bằng hệ thống thủy lực do công ty: Công ty TNHH cơ khí Đông Hải, địa chỉ lô 2 cụm Công Nghiệp Quang Trung, Qui Nhơn, Bình Định, chế tạo

Hình 1.21 Máy ép củi (dạng khối) kiểu thủy lực.

Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực

1, Thân máy 2, Xy lanh ép chính 3, Động cơ cấp liệu 4, Trục vít cấp liệu 5, Động cơ khuấy liệu 6, Cánh khuấy liệu 7, Bồn chứa nguyên liệu 8, Động cơ & bơm thủy lực 9, Xy lanh thay khuôn 10, Bồn dầu 11, Đế và van thủy lực 12, Khuôn ép sản phẩm 13, Công tắc hành trình 14, Xy lanh ép sơ

bộ 15, Lổ lấy sản phẩm ra ngoài 16, Chày ép sản phẩm.

Nguyên lý hoạt động, phụ liệu được cấp vào bồn chứa liệu, xylanh nén liệu

từ trên xuống nén liệu vào khuôn, xylanh ép ép phụ liệu, sau khi xylanh ép lùi, xylanh thay khuôn thay khuôn ép Máy sử dụng 2 khuôn ép, khuôn ép có thể dịch

chuyển về bên trái hoặc bên phải, sản phẩm được lấy ra nhờ một thanh đẩy gắn song song với chày ép Máy có kích thước gọn, vận hành êm.

Máy ép sử dụng xi lanh thủy lực để ép nguyên liệu, sản phẩm thường có tiết diện tròn, vuông hoặc khối đặc Loại này cho năng suất và lực nén rất cao Máy gọn nhẹ, dễ chế tạo Khuôn và các thiết bị thay thế dễ dàng

1.7 Kết luận chương

Nguồn phế thải từ sản xuất nông lâm nghiệp chỉ một phần nhỏ (khoảng

<10%) được sử dụng để đun nấu trực tiếp, còn lại thải ra môi trường Như vậy tiềm năng nguyên liệu dùng để tạo khối, thanh (viên) nhiên liệu là rất lớn

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến nhiệt lượng riêng và chi phí năng lượng riêng khi ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Máy ép khối nhiên liệu từ vỏ đậu phộng đang được sử dụng tại khu vực đồng bằng các tỉnh Miền Đông Nam Bộ Đó là loại máy ép nén sử dụng hệ thống thủy lực

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Phế thải từ sản xuất nông nghiệp bao gồm: Vỏ đậu phộng, vỏ trấu, mùn cưa,

vỏ cà phê, vỏ hạt điều, bã mía … Do điều kiện và thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các thông số cấu tạo của máy ép thanh nhiên liệu từ vỏ đậu phộng

2.4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu trên đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

- Phân tích cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ đậu phộng;

- Phân tích quá trình ép nén trên máy ép thủy lực;

- Tính toán máy ép, chế độ ép vỏ đậu phộng để tạo thanh nhiêu liệu đốt;

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng của máy ép và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu;

- Nghiên cứu thực nghiên xác định một số thông số hợp lý của máy ép vỏ đậu phộng làm thanh nhiêu liệu

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Chi phí năng lượng riêng và những yếu tố ảnh hưởng

Chi phí năng lượng riêng của máy rất quan trọng khi cần đánh giá máy thiết

kế máy và chọn chế độ làm việc tối ưu cho máy Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (kWh/t):

(2.1)Trong đó:

Nt- công suất tiêu thụ của máy, [kW];

Q- năng suất máy, [tấn/h];

Hiệu suất chung của máy được đánh giá bằng trị số năng suất riêng mà nó biểu thị bằng số lượng thành phần thu được khi chi phí một đơn vị công suất xác định theo công thức:

(2.4)Trong đó:

Q - Năng suất của máy ép, tấn/ca;

D - Đường kính trong của thùng ép, m;

H - Chiều cao của thùng ép, m;

- Khối lượng thể tích của nguyên liệu, t/m3;

tCK - Thời gian một chu kỳ ép, khối;

- Hệ số đổ đầy nguyên liệu trong thùng, ;

480 - Số phút trong một ca sản xuất (60 x 80 = 480ph)

2.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Với mục đích xác định một số thông số làm việc của quá trình ép vỏ đậu phộng dùng làm chất đốt bằng máy ép thủy lực, nên việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá

Chất lượng củi vỏ đậu phộng sau khi ép so với các loại củi ép khác trên thị trường

Chi phí năng lượng riêng khi ép

Các chỉ tiêu này rất quan trọng ảnh hưởng đến đầu ra cho sản phẩm trong quá trình sản xuất Trong giới hạn nghiên cứu và với mục đích ứng dụng phương pháp thống kê đã học vào thực tế, chất lượng và chi phí năng lượng riêng là hai yếu

tố được chọn như yếu tố đầu ra của bài toán thực nghiệm

Các yếu tố trên ảnh hưởng bởi các yếu tố:

- Lực ép đầu piston của xy lanh thủy lực;

- Thời gian ép;

- Độ ẩm toàn phần của vỏ đậu phộng

Các bước tiến hành thực nghiệm:

- Thí nghiệm thăm dò.

- Thực nghiệm xác định các thông số làm việc khi máy ép ép sản phẩm

2.4.3 Xác định các thông số nghiên cứu

2.4.3.1 Xác định các thông số đầu ra

Các thông số nghiên cứu đầu ra đặc trưng cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

và chất lượng củi của máy ép vỏ đậu phộng và phản ánh mục tiêu nghiên cứu của đề tài Do đó, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chất lượng củi đầu ra của máy ép củi vỏ đậu phải đạt yêu cầu của nhà sản xuất vì vậy thông số đầu ra của máy ép củi vỏ đậu phộng là:

Chi phí năng lượng riêng: Đây là thông số đặc trưng cho mục tiêu nghiên cứu, phản ánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa

ký hiệu Y1, ở dạng thực ký hiệu là Ar ) Đại lượng này chịu ảnh hưởng của thông số đầu vào là lực ép, thời gian ép và độ ẩm

Chất lượng củi (nhiệt lượng Qnl) vỏ đậu phộng: Đây là thông số đặc trưng cho chất lượng sản phẩm được đặc trưng là đại lượng nhiệt lượng tổng trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y2, ở dạng thực ký hiệu là Qnl) Đại lượng này chịu ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào của thông số đầu vào là lực ép, thời gian

ép và độ ẩm

Với các chỉ tiêu thông số đầu ra trên, đối với nhà sản xuất thì chất lượng củi đậu phộng và chỉ tiêu kinh tế là rất quang trọng Do vậy bài toán thực nghiệm được thực hiện với chỉ tiêu đầu ra là chi phí năng lượng riêng và chỉ tiêu chất lượng củi

vỏ đậu được xem như hàm ràng buộc

được xem là cố định trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và không chọn làm thông số đầu vào

- Lực ép (ký hiệu F, mã hóa X1) Lực ép được tính bằng công thức

F: Lực tạo ra ở đầu cần piston (tấn)

P: Áp suất làm việc của xy lanh (bar)

A: Diện tích của xy lanh (m2)D: Đường kính trong của xy lanh (m)

Áp suất làm việc của xy lanh thủy lực đo được bằng đồng hồ đo áp suất của

bộ nguồn thủy lực và có thể thay đổi (tăng, giảm ) được bằng van áp suất Khi thay đổi áp suất thì lực ép thay đổi Lực ép ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, mức tiêu thụ năng lượng riêng và chịu tác động của một số các yếu tố ngẫu nhiên

- Thời gian ép là toàn bộ thời gian của một chu kỳ ép tạo ra sản phẩm ( ký hiệu t , mã hóa X2) Thông số này được điều khiển bằng bộ cài đặc thời gian (timer)

và được lập trình điều khiển bằng PLC Thời gian ép ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (định hình sản phẩm), mức tiêu thụ năng lượng riêng và chịu tác động của một số các yếu tố ngẫu nhiên

- Độ ẩm (ký hiệu RH, mã hóa X3) Thông số này điều chỉnh được bằng cách xấy, phơi khô hoặc phung sương vỏ đậu phộng

Độ ẩm cao thì lực ma sát giữa nguyên liệu và khuôn ép cao, ảnh hưởng đến mức chi phí năng lượng riêng trong quá trình ép Củi đậu có độ ẩm cao khi đốt khói nhiều ảnh hưởng đến chất lượng (nhiệt lượng Qnl) củi đậu Do đó độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng riêng và chất lượng củi vỏ đậu phộng và chịu tác động của một số các yếu tố ngẫu nhiên

Với phân tích như trên, dự kiến thí nghiệm được nghiên cứu với ba yếu tố đầu vào là lực ép, thời gian ép và độ ẩm của vỏ đậu phộng

- Lực ép (ở dạng thực ký hiệu F, ở dạng mã hóa ký hiệu X1) được điều khiển bằng van điều khiển áp suất của bộ nguồn thủy lực.

- Thời gian ép (ở dạng thực ký hiệu t, ở dạng mã hóa ký hiệu X2) được điều khiển bằng bộ cài đặc thời gian (timer) và được lập trình điều khiển bằng PLC

- Độ ẩm (ký hiệu RH, mã hóa X3) Thông số này điều chỉnh được bằng cách xấy, phơi khô hoặc phung sương vỏ đậu phộng

Ba yếu tố trên độc lập hoàn toàn

Hình 2.1 Mô hình bài toán hộp đen

2.4.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp thí ngiệm: Áp dụng thí nghiệm nhiều yếu tố và phần mềm tối

ưu OPT

Trình tự thực hiện khảo nghiệm:

+ Chọn các thông số nghiên cứu: Thông số vào là các thông số thật sự ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu và có thể điều khiển được, thông số ra

là các chỉ tiêu tối ưu

+ Bố trí thí nghiệm đơn yếu tố: Cho ta xác định yếu tố đó có thực sự ảnh hưởng đến chỉ tiêu tối ưu không và đồng thời xác định miền nghiên cứu thực nghiệm Đó là cơ sở để thực hiện khảo nghiệm

+ Lập kế hoạch khảo nghiệm: Trước tiên chọn dạng kế hoạch khảo nghiệm sau đó kiểm tra sự phù hợp của các hệ số hồi quy tìm được đối với

mô hình sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy không phù hợp, nếu các hệ số hồi quy không phù hợp với mô hình ta phải cải tiến mô hình bằng cách nâng bậc phương án khảo nghiệm lên bậc II

2.4.4.1 Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố

Thí nghiệm thăm dò được thực hiện theo trình tự sau: Căn cứ cơ sở lý thuyết của đề tài lựa chọn các thông số bao gồm: Lực ép, thời gian ép và độ ẩm vỏ đậu phộng Sau khi tính toán xác định chính xác lực ép và thời gian ép ta tiến hành ép thử một mẩu thí nghiệm (mẫu thí nghiệm được lựa chọn hoàn toàn thống nhất với điều kiện và nguyên liệu của sản xuất sau này) để đo đạc các ràng buộc về kỹ thuật Sau khi đã đạt được các yêu cầu kỹ thuật ta tiến hành các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố

Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố lần lược được thực hiện với các thông số: Lực ép, thời gian ép và độ ẩm nhằm khẳng định: Sự ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng

Thí nghiệm thăm dò của các thông số đầu vào được lựa chọn trên cơ sở máy thực tế sản xuất tại công ty TNHH Kim Thu Bình, các kết quả thí nghiệm thăm dò

và các kết quả nghiên cứu lý thuyết Từ kết quả thí nghiệm thăm dò, ta thấy rằng các thông số đầu vào lực ép, thời gian ép và độ ẩm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng

Miền nghiên cứu của các thông số nghiên cứu đầu vào được lựa chọn dựa trên máy ép tại cty TNHH Kim Thu Bình

Sau khi thực hiện các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố để kết luận sự ảnh hưởng của lực ép F(tấn), thời gian t(s) và độ ẩm RH(%) đến hàm chi phí năng lượng riêng Ar và hàm nhiệt lượng Q nl, chúng tôi không tiến hành qui hoạch thực nghiệm bậc nhất mà thực hiện qui hoạch thực nghiệm bậc hai, các bước thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành như sau:

2.4.4.2 Thực nghiệm theo phương án bậc II

Dựa theo thí nghiệm thăm dò mức cơ sở và khoảng biến thiên đã chọn ở phương án thí nghiệm thăm dò, miền thí nghiệm cho phương án trực giao bậc II được thành lập như ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II

Yếu tố Mức

Lực épF(N)

Thời giant(giây)

Độ ẩmRH(%)

Mức cơ sở 0

Khoảng biến thiên

3.4.4.4 Phương tiện thực nghiệm

Máy ép củi vỏ đậu phộng bằng hệ thống thủy lực năng suất (500kg/h) tại công ty TNHH Kim Thu Bình, khu phố 5, Tam Hiệp, Biên Hòa, Đồng Nai

Hình 2.2 Máy ép củi vỏ đậu phộng tại cty TNHH Kim Thu Bình

Vật liệu thí nghiệm: Vỏ đậu phộng, hay còn gọi là vỏ lạc hay vỏ đậu phụng, tên khoa học (Arachis hypogaea) trồng tại các tỉnh Miền Đông Nam Bộ

Hình 2.3 Vỏ đậu phộng dùng làm nguyên liệu ép

+ Đo thời gian ép

Thời gian ép tính từ lúc bắt đầu nạp liệu (vỏ đậu) vào buồn ép sơ bộ và ép tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh (kết thúc một chu kỳ ) Thời gian ép được đo bằng đồng hồ bấm giây

Thời gian ép là 13 (giây) ± 5%, (13.65-12.35) giây, đó là thời gian yêu cầu của công ty TNHH Kim Thu Bình để thực hiện các công đoạn tiếp theo của dây chuyền sản xuất củi vỏ đậu, do đó yếu tố này được đưa vào làm ràng buộc khi khảo nghiệm máy

+ Đo lực ép

Lực ép được tính theo công thức:

F: Lực tạo ra ở đầu cần piston (N)

P: Áp suất làm việc của xy lanh (N/m2)

A: Diện tích của xy lanh (m2)D: Đường kính trong của xy lanh (m).(D = 0.36m)

Áp suất làm việc của xy lanh thủy lực đo được bằng đồng hồ đo áp suất của bộ nguồn thủy lực và có thể thay đổi (tăng, giảm ) được bằng van áp suất Khi thay đổi áp suất thì lực ép thay đổi

Khối lượng của vỏ đậu được xác định bằng cân đồng hồ với thông số kỹ thuật: phạm vi cân 200-5 kg, phân độ hỏ nhất 20g, cấp chính xác III, sai số tối đa , sai số tối thiểu

+ Đo chi phí năng lượng riêng

Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (kWh/t) được xác định bằng công thức:

(2.9)Trong đó:

Nt- công suất tiêu thụ của máy, [kW];

Q- năng suất máy, [tấn/h];

+ Đo nhiệt lượng

Nhiệt lượng tổng Qnl(J) được tính bằng công thức:

Qnl: Nhiệt lượng (J)

q: Nhiệt dung riêng (J/kg)

m: Khối lượng (kg)

Nhiệt lượng được kiểm định và xác định tại trung tâm 3

2.4.4.5 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo đảm

độ tin cậy với mức ý nghĩa

Bước 3: Xác định các giá trị hồi quy theo hàm toán mới sau khi đã loại bỏ

các hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy

Bước 4: Phân tích phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy của

các hệ số hồi quy mới Nếu không đảm bảo độ tin cậy thi cải tiến mô hình

Bước 5: Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher.

Trong đó:

MSLf: phương sai không tương thích (Mean Square Lack-of-fit)MSEp: phương sai số ngẫu nhiên đích thực (Mean Square Error-pure)Fb: Giá trị bảng phương sai chuẩn F với

Sau khi xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dung phần mềm tối ưu OPT để vẽ đồ thị các hàm mục tiêu theo từng cặp thông số vào làm cơ

sở cho việc tìm cực trị trong miền thực nghiệm

+ Phương pháp tối ưu hóa các thông số làm việc của máy ép khối vỏ đậu phộng

Chỉ tiêu tối ưu về tiêu thụ điện năng: Mức tiêu thụ điện năng thấp nhất đạt

được trong quá trình khảo nghiệm

Chỉ tiêu chất lượng: Nhiệt lượng tổng phải đạt mức cao nhất hoặc đạt được

như các loại củi ép từ biomass trên thị trường (Q = 4600kcal/kg)

Thời gian ép: Là (13.65-12.35) giây, đây là chỉ tiêu cần đạt được vì sau khi

ép, công đoạn tiếp theo trong qui trình phải được đảm bảo

Lực ép: Phải đạt để ổn định chất lượng sản phẩm

Sản phẩm đạt tiêu chuẩn:

Kích thước : 200x80x80

Hàm lượng tro : 1,7 %(m/m)

Nhiệt lượng tổng : 4600(kcal/kg)

Mô hình hồi quy thực nghiệm sau khi xây dựng xong sẽ được biểu diễn bằng

đồ thị và tìm kiếm các khoảng hợp lý, cũng như các điểm tối ưu bằng phần mềm tối

ưu OPT

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Cơ sở tính toán cấp liệu, khuôn ép sơ bộ, xylanh, khuôn ép chính và chày ép

3.1.1 Trục vít cấp liệu

Năng suất vận chuyển của vít tải được tính theo công thức:

(3.1)Trong đó:

Q: năng suất vận chuyển, kg/h

D: đường kính ngoài của cánh vít, m

n: số vòng quay trục vít, v/phút

: khối lượng riêng xốp của vật liệu, kg/m3

: hệ số nạp đầy Đối với vật liệu dạng hạt chọn ; đối với vật liệu đã nghiền nhỏ

S: bước vít, m Để vận chuyển hạt rời, thông thường S = (0,8 – 1)D

C1: hệ số xét tới độ dốc của vít tải so với mặt phẳng ngang

Từ kết quả phân tích phần mềm Creo 2.0 thể tích vỏ đậu V = 5,09(mm3)Sản phẩm ép thực tế có kích thước 200x80x80 có khối lượng m = 1,2(kg)

Số lượng vỏ đậu cần để ép ra 1,2(kg) củi vỏ đậu là Xvỏ = 6960(vỏ)

- F: Lực tạo ra ở đầu cần piston (N)

- P: Áp suất làm việc của xy lanh (N/m2)

- A: Diện tích của xy lanh (m2)

- D: Đường kính trong của xy lanh (m)

3.1.4 Xy lanh ép chính

Lực (F) ở hành trình tiến của xy lanh thủy lực ép chính được tính theo công thức:

- F: Lực tạo ra ở đầu cần piston (N).

- P: Áp suất làm việc của xy lanh (N/m2)

- A: Diện tích của xy lanh (m2)

- D: Đường kính trong của xy lanh (m)

3.1.5 Khuôn và chày ép chính

Xác định kích thước và dung sai chế tạo chày cối, nhằm bảo đảm khe hở hợp

lý để nâng cao chất lượng sản phẩm và tuổi thọ của khuôn Xác định kích thước và dung sai chế tạo, dựa vào tính chất công việc ép hay dập, hình dáng và độ chính xác của chi tiết ép, khả năng mòn và khe hở giữa chày và cối , độ mòn của cối sẽ làm tăng kích thước của sản phẩm, độ mòn của chày sẽ làm giảm kích thước của sản phẩm cho nên khi chế tạo đối với cối phải lấy kích thước giới hạn nhỏ nhất làm kích thước danh nghĩa, còn đối với chày phải lấy kích thước giới hạn lớn nhất làm kích thước danh nghĩa Do đó nguyên tắc xác định dung sai của chày và cối phải nằm trong khỏang dung sai kích thước của sản phẩm

Khi gia công kích thước của cối xác định kích thước của sản phẩm, vì vậy phải lấy kích thước của cối làm chuẩn và bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của sản phẩm, từ đó thu hẹp kích thước của chày để đạt được khe hở Zmin

Trong đó;

Dc : Đường kính của cối

D : Đườnh kính danh nghĩa của sản phẩm

Δ : Dung sai trên đường kính của sản phẩm

d : Đường kính danh nghĩa của lổ

Công thức trên thỏa mãn kích thước danh nghĩa của cối lấy bằng kích thước nhỏ nhất của sản phẩm

Kích thước của cối được xác định như sau;

Chày: Dch = (D – Δ – Zmin ) – β (mm) (3.8)

Trong đó;

Dch : Đường kính của chày

α : Dung sai chế tạo cối

β : Dung sai chế tạo chày

Zmin : Khe hở nhỏ nhất về hai phía giữa chày và cối

Khi gia công kích thước của chày quyết định kích thước của sản phẩm vì vậy phải lấy kích thước của chày làm chuẩn bằng kích thước gới hạn nhỏ nhất của sản phẩm

Giá trị tuyệt đối của dung sai chế tạo chày hoặc cối phải nhỏ hơn hoặc bằng

¼ dung sai chế tạo sản phẩm

3.2 Lý thuyết quá trình tạo hình trên máy nén ép pittông

Mục đích của quá trình ép là ngoài công việc tách pha lỏng, lèn chặt sản phẩm nhằm cải tiến điều kiện vận chuyển, nó còn làm cho sản phẩm có hình dạng nhất định.

Máy tạo hình sản phẩm bằng phương pháp nén ép được ứng dụng rông rãi trong các ngành công nghiệp:

- Công nghiệp hóa học : Dùng để gia công vật liệu dẻo thành sản phẩm bằng phương pháp đúc dưới áp lực

- Công nghệ thực phẩm : Dùng để sản xuất các loại bánh kẹo và các hình dạng phù hợp với thị hiếu ngưới tiêu dùng Sản xuất các loại thức ăn viên trong chăn nuôi gia súc, thủy cầm,

600 – 900 kg/m3 Khi ép thức ăn gia súc dạng hỗn hợp hay bột cỏ, nhận được những viên thức ăn có khối lượng riêng 1200 – 1300 kg/m3

Theo trị số áp suất nén ép mà người ta phân chia thành:

- Ép không có chất phụ gia dính kết ở áp suất nhỏ (150 – 200 kg/cm2)

- Ép dưới áp suất cao (300 – 350 kg/cm2)

- Ép dưới áp suất nhỏ (50 – 100 kg/cm2) có chất phụ gia dính kết