nghiên cứu xác định một số thông số làm việc chính của máy ép viên than hoạt tính(biochar) từ phụ phẩm nông nghiệp

Hiện nay đã có một vài cơ sở chế biến trực tiếp vỏ trấu thành củi trấu và trấu viên làm chất đốt cho sinh hoạt nhưng chủ yếu là ở các vùng nông thôn vì củi trấu và than trấu vẫn gây ra n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HẠNH NGUYÊN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CHÍNH CỦA MÁY ÉP VIÊN THAN HOẠT TÍNH(BIOCHAR) TỪ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HẠNH NGUYÊN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CHÍNH CỦA MÁY ÉP VIÊN THAN HOẠT TÍNH(BIOCHAR) TỪ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ MINH LƯ

HÀ NỘI, NĂM 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ học hàm học vị nào

Tôi xin cam đoan: mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hạnh Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn ngoài sự cố gắng

nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, cũng như sự động viên giúp đỡ của các tổ chức, gia đình và bạn bè Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn này Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám đốc trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Quản lý đào tạo của Học viện cùng các thầy

cô giáo, những người đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm

ơn thầy giáo TS Lê Minh Lư, người thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này

Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn của tôi chắc hẳn không thể tránh khỏi những sơ suất, thiết sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể bạn đọc

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hạnh Nguyên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1.TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về than hoạt tính, tình hình sản xuất và sử dụng than hoạt tính 3

1.1.1 Than hoạt tính [22] 3

1.1.2 Nghiên cứu về tình hình sản xuất và sử dụng than hoạt tính sinh học 6

1.2 Một số loại phụ phẩm nông nghiệp [19][24] 15

1.2.1 Trấu 15

1.2.2 Rơm rạ 15

1.2.3 Lõi ngô 16

1.3 Nghiên cứu tổng quan về các loại máy ép [11][25] 17

1.3.1 Nhóm máy ép để tách pha lỏng ra khỏi pha rắn 17

1.3.2 Nhóm máy ép để tạo hình 22

1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị ép viên, thanh trong & ngoài nước 25

1.4.1 Máy và thiết bị chế tạo trấu thành củi thanh trấu và trấu viên (sản phẩm của Công ty TNHH BIOMASS SCT) 25

1.4.2 Máy ép củi trấu cỡ nhỏ 26

1.4.3 Máy ép loại tĩnh tại điển hình là máy ΠCM-5,0A dùng để ép cỏ, rơm thành bó Máy có thể nhận truyền động từ máy kéo hoặc động cơ tĩnh tại 28 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu 30

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 30

2.2 Nội dụng nghiên cứu 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Phương pháp xác định lực ép, vận tốc ép 31

2.3.2 Phương pháp xử lý các số liệu thực nghiệm 32

2.3.3 Phương pháp xác định chất lượng của sản phẩm ép 35

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc 36

3.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình đùn ép 37

3.3 Cơ sở lý thuyết 38

3.3.1 Mô hình quá trình ép trấu, than trấu 38

3.3.2 Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép 39

3.3.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép 44

3.4 Thí nghiệm xác định một số thông số 48

3.5 Tính toán một số thông số của máy ép: 51

3.5.1 Bộ phận trục vít 51

3.6 Đầu ép tạo hình sản phẩm: 55

3.7 Thiết kế máy ép viên than hoạt tính: 56

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 59

1 Kết luận 60

2 Đề nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 1 63

PHỤ LỤC 2 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng so sánh các loại chất đốt 16

Bảng 3.1: Bảng kết quả thí nghiệm 1 49

Bảng 3.2: Bảng kết quả thí nghiệm 2 50

Bảng 3.3: Bước vít và vận tốc trên mỗi vòng vít 52

Bảng 3.4: Góc nâng α trên mỗi bước vít 53

Bảng 3.5: Lực ép trên mỗi bước vít 54

Bảng 3.6: Bảng lực vòng và mô men xoăn trên mỗi bước vít 55

Bảng 3.7: Các thông số kỹ thuật của máy ép 56

Bảng 3.8: Bảng kết quả thí nghiệm lực phá vỡ 58

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Than hoạt tính 3

Hình 1.2: Sản phẩm than hoạt tính từ trấu 6

Hình 1.3 Lò phản ứng Cacbon Zero 9

Hình 1.4: Máy ép có đường kính trục vít lớn dần 18

Hình 1.5: Máy ép có đường kính kính vít nhỏ dần 18

Hình 1.6 : Sơ đồ ép thiết bị thủy lực(để ép rượu vang) 19

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ép dùng khí nén 21

Hình 1.8:Nguyên lý làm việc của máy ép nén 22

Hình 1.9: Nguyên lý làm việc của máy ép cán dùng trong CN bánh kẹo 23

Hình 1.10: Sơ đồ máy dập ép tạo hình bánh qui 23

Hình 1.11: Sơ đồ làm việc của máy ép có khuôn đúc kiểu đứng 24

Hình 1.12: Thiết bị ép thanh củi trấu và trấu viên 25

Hình 1.13: Sản phẩm củi thanh trấu 26

Hình 1.14: Sản phẩm trấu viên 26

Hình 1.15: Máy ép củi trấu 27

Hình 1.16: Máy ép một số phụ phẩm nông nghiệp 28

Hình 1.17: Các liên hợp máy thu hoạch cỏ, rơm khô 28

Hình 2.1: Máy kéo nén 31

Hình 2.2: Khuôn tạo hình sản phẩm 32

Hình 3.1: Sơ đồ máy ép đùn dùng trục vít đùn 36

Hình 3.2 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của áp suất và chiều cao của bánh ép 37

Hình 3.3: Đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng cấp liệu 41

Hình 3.4: Quá trình đốt than hoạt tính 48

Hình 3.5: Một số hình ảnh thí nghiệm 50

Hình 3.6: Đầu tạo hình sản phẩm 56

Hình 3.7: Máy ép 57

Hình 3.8: Sản phẩm ép bằng máy 57

Hình 3.9 : Thí nghiệm độ bền trong nước của sản phẩm 58

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

1 Rv , rv Bán kính ngoài và trong của vít xoắn m

vận tốc dọc trục của vật liệu khi

7 Qc Năng suất vận chuyển vật liệu của

vít xoắn trong vùng cấp liệu kg/h kg/h

8 Fc Diện tích tiết diện ngang của vật liệu

11 β góc nghiêng của trục vít xoắn so với

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước có truyền thống Nông nghiệp lâu đời, hiện nay tuy xã hội phát triển một số ngành nghề đa dạng như: Công nghiệp, Thương nghiệp, Dịch vụ… nhưng không vì thế mà Nông nghiệp mất đi vị thế của mình Tiêu biểu như: Việt Nam vẫn là nước đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo chỉ sau Thái Lan Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa và thải ra hơn 8 triệu tấn trấu khi xay sát Ngoài trấu ra thì những phế phụ phẩm nông nghiệp như: lõi ngô, rơm, rạ, mùn cưa…cũng là vấn đề nan giải cần giải quyết Đây là nguồn năng lượng lớn

và ổn định có khuynh hướng tăng đều mỗi năm

Trước đây, những phế phụ phẩm nông nghiệp này thường được dùng

để làm chất đốt để nấu ăn, dùng trong các lò sấy, nung gạch, một phần được đốt thành tro ủ để bón cho tơi xốp đất Những năm gần đây do sản lượng nông nghiệp tăng nhanh nên lượng phế phụ phẩm nông nghiệp thải

ra hàng năm rất lớn Nhiều nơi trở thành vấn nạn Ví dụ như việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch và đốt vỏ trấu ở một số thời điểm trong năm đã làm ô nhiễm trầm trọng

Theo một số nghiên cứu thì trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ: 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/3 năng lượng được tạo ra từ dầu hỏa nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006) Hiện nay đã có một vài cơ sở chế biến trực tiếp vỏ trấu thành củi trấu và trấu viên làm chất đốt cho sinh hoạt nhưng chủ yếu là ở các vùng nông thôn vì củi trấu và than trấu vẫn gây ra nhiều khói và khí độc có trong trấu nên các sản phẩm này vẫn chưa được cung cấp cho các khu vực có nhu cầu chất đốt cao như đô thị, khu vực đông dân, các nhà máy, khu công nghiệp và nhiệt điện

Ngoài trấu ra thì những phế phụ phẩm nông nghiệp khác như: lõi ngô, rơm rạ, mùn cưa… cũng đang được nghiên cứu để được tái chế thành than

hoạt tính Những phế phụ phẩm này nếu sản xuất được với số lượng lớn thì

có thể là nguyên liệu chất lượng cao và rẻ tiền cung cấp cho các đô thị, khu vực đông dân, các nhà máy, khu công nghiệp và nhiệt điện Đem lại lợi ích kinh kế lớn đồng thời giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường

Một trong những yêu cầu cơ bản của sản xuất than hoạt tính (biochar)

từ phụ phẩm nông nghiệp là gom và ép thành viên, bánh thu độ chặt cần thiết nhằm tiện lợi cho sử dụng và tăng nhiệt lượng của nhiên liệu

Vì vậy việc “Nghiên cứu xác định một số thông số làm việc chính

của máy ép viên than hoạt tính (biochar) từ phụ phẩm nông nghiệp” là

rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học thực tiễn

Chương 1 TỔNG QUAN

Trong nội dung chương này chúng tôi trình bày về các vấn đề sau:

* Tổng quan về than hoạt tính, tình hình sản xuất và sử dụng than hoạt tính

* Một số loại phế phụ phẩm nông nghiệp

* Nghiên cứu tổng quan về các loại máy ép

* Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị ép viên, thanh trong & ngoài nước

1.1 Tổng quan về than hoạt tính, tình hình sản xuất và sử dụng than hoạt tính

1.1.1 Than hoạt tính [22]

1.1.1.1 Khái niệm

Hình 1.1: Than hoạt tính Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở

dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit Ngoài

carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm

và vụn cát) Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên được ứng dụng như một chất lý tưởng để lọc hút nhiều loại hóa chất

1.1.1.2 Cấu tạo

Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính thu khối lượng thì từ

500 đến 2500 m2/g (lấy một ví dụ cụ thể để so sánh thì một sân quần vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m2) Bề mặt riêng rất lớn này là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí Phần lớn các vết rỗng - nứt vi mạch, đều có tính hấp thụ rất mạnh và chúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối) Than hoạt tính thường được tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại được những thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt như kim loại nặng

Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính còn ở phương diện

nó là chất không độc (kể cả một khi đã ăn phải nó), than hoạt tính được tạo từ gỗ và than đá thường có giá thành thấp, từ xơ dừa, vỏ trái cây thì giá thành cao và chất lượng hơn Chất thải của quá trình chế tạo than hoạt tính dễ dàng được tiêu hủy bằng phương pháp đốt Nếu như các chất đã được lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt, cũng rất dễ

1.1.1.3 Ứng dụng

Với cấu trúc đặc biệt và được sản xuất bởi quy trình công nghệ tiên

tiến, than hoạt tính có khả năng loại bỏ hàng trăm hợp chất hóa học có thể

gây hại cho con người

• Than hoạt tính dùng lọc sạch môi trường không khí (Môi trường

nhà ở và làm việc)

Than hoạt tính khử mùi, khử màu, khử các chất độc có trong không khí do ô nhiễm, chống nhiễm phóng xạ, diệt khuẩn, virus… làm sạch môi

trường phòng ngủ, học tập, làm việc, làm sạch môi trường phòng bếp,

phòng ăn…

• Than hoạt tính dùng lọc nước và khử các chất hữu cơ hòa tan

trong nước

Do có đặc tính hấp phụ cao nên than hoạt tính được dùng trong xử lý

nước với mục đích : Khử các chất bẩn: được tính bằng gram chất bẩn hoặc gram COD được giữ lại trong 1kg than hoạt tính theo công thức Feundlich Làm sạch vết của các kim loại nặng hòa tan trong nước

Làm sạch triệt để chất hữu cơ hòa tan, khử mùi và vị, đặc biệt nước thải CN chứa các phần tử hữu cơ độc hại hoặc các phần tử có độ bền vững

bề mặt cao ngăn cản các quá trình xử lý sinh học

Nước đi qua than hoạt tính phần lớn là các phân tử hữu cơ hòa tan được giữ lại trên bề mặt Ngoài ra trong quá trình lọc than hoạt tính chứa và nuôi dưỡng các loại vi khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ dính bám để tạo ra bề mặt tự do, cho phép giữ lại các phân tử hữu cơ mới Khử Clo dư trong nước Khi tiệt trùng nước bằng Clo thường phải giữ lại một lượng Clo dư trong thời gian tiếp xúc để đảm bảo khả năng tiệt trùng tiếp trên đường ống dẫn Lượng Clo dư này gây mùi khó chịu, có thể dùng Than Hoạt Tính để khử

• Than hoạt tính dùng chữa bệnh, nâng cao sức khỏe

- Than hoạt tính trong y học được dùng chữa bệnh: tham gia vào một trong các thành phần của thuốc như Carbogast trị đau dạ dày và đường ruột, Carbotrim trị ỉa chảy do nhiễm khuẩn và ngộ độc thức ăn, viên sáng mắt (đông dược) có tác dụng làm sáng mắt, trong khẩu trang phòng lây nhiễm bệnh, trong mặt nạ phòng chất độc hóa học …

- Than hoạt tính dùng trong khi tắm làm trắng mịn da, chống mệt mỏi, giảm cơn đau thần kinh và loại bỏ được chứng tê nhức toàn thân Đó là

do than hoạt tính hấp phụ các chất bẩn có trong nước khi tắm còn bức xạ

hồng ngoại Tia bức xạ này có thể xuyên qua da và các tổ chức dưới da cải thiện tuần hoàn máu, lưu thông khí huyết

1.1.2 Nghiên cứu về tình hình sản xuất và sử dụng than hoạt tính sinh học

1.1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực của đề tài

Than hoạt tính sinh học còn gọi là Biochar được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân (đốt cháy trong điều kiện thiếu oxy) từ nguyên liệu

có nguồn gốc sinh khối thực vật, các loại phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm

rạ, vỏ cây, trấu, vỏ hạt cà phê, cỏ khô,…) và rác thải có rất nhiều tác dụng như là vật liệu tốt sử dụng trong quá trình cải tạo đất, xử lý môi trường

Hình 1.2: Sản phẩm than hoạt tính từ trấu

Người nông dân Việt Nam hay có thói quen đốt rơm rạ trên ruộng sau khi thu hoạch xong, dùng trấu nấu bếp và lấy than, tro bón lại cho đất Tuy nhiên do đốt tự nhiên khối lượng lớn gây ra khói bụi ảnh hưởng lớn đến môi trường, mặt khác khi đốt tự nhiên phế phụ phẩm thường cháy kiệt tạo nhiều tro mà trong thành phần của tro có hàm lượng SiO2 khá cao làm giảm tác dụng của than hoạt tính, trong một số trường hợp còn gây hại cho đất tự nhiên

Vì vậy cần phải nghiên cứu biện pháp đốt than hoạt tính từ phế phụ phẩm nông nghiệp đảm bảo yêu cầu: giảm lượng khói bụi phát sinh trong quá trình đốt, khống chế được quá trình cháy để giảm lượng tro tạo thành, tăng chất lượng than hoạt tính

Tại Việt Nam, gần đây Báo Nông nghiệp (21/12/2010) cũng đã có bài viết đề cập đến việc sản xuất Biochar từ vỏ trấu để cải tạo đất, việc sản xuất Biochar nên được thực hiện để một mặt lấy nhiệt sản xuất điện năng, mặt khác thu hồi Biochar thương phẩm để bán trong nước hay đem xuất khẩu Theo tác giả bài viết thì nhu cầu sử dụng Biochar vỏ trấu trên ruộng vào khoảng 16 tấn/ha, tương đương với khoảng tỷ lệ 1,4% trong lớp đất mặt từ 0-0,1m Hơn nữa, trong một xã hội mà sản xuất đang trên đà phát triển, đời sống của người dân được nâng cao thì các hoạt động của con người tác động đến môi trường sống cũng mạnh mẽ hơn, làm cho môi trường trở nên

ô nhiễm nặng Các chất thải từ sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, chất thải sinh hoạt, công nghiệp mía đường, chế biến gỗ, đóng tàu thuyền, sản xuất giấy, tinh bột ngày càng nhiều nhưng chúng ta chưa biết biến rác thành vàng như những nơi khác Nếu ở Việt Nam có sự đầu tư vào việc xây dựng một số nhà máy ở những vùng trọng điểm (vùng công nghiệp, đô thị ) hoặc trang bị các lò đốt Biochar (cố định hay lưu động) để thu gom phế thải, rác thải và biến nó thành than hoạt tính sinh học thì vừa có Biochar phục vụ sản xuất nông nghiệp bền vững và dùng cho các mục đích khác (như xử lý nước thải, xử lý nước sinh hoạt và nước uống trong mùa lũ lụt, giảm phát thải các khí nhà kính như CO2, CH4, NO2, CFC ), vừa giải quyết được vấn

đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng như hiện nay

1.1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngoài thuộc lĩnh vực của đề tài [23]

Vào năm 1545, trong khu rừng rậm vùng Amazon, các nhà thám hiểm Tây Ban Nha lần đầu tiên thấy các khu vườn tươi tốt, ở đó đất sâu giàu màu đen - đất Terra Preta (Tiếng Bồ Đào Nha: đất đen) - không giống như những nơi mà họ từng thấy trước đây Theo những kết quả nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra được cách mà những người cổ đại đã tạo ra làm cho đất dồi dào dinh dưỡng 2.500 năm trước, đất đen đã được sản xuất từ bột than, phân trâu bò và cỏ rác tự nhiên, có tác dụng làm tăng

độ phì nhiêu của đất, ảnh hưởng tốt đến sự sinh trưởng, phát triển của cây

trồng Theo GS Solomon, Dawit, Johannes Lehmann et al trong Molecular signature and sources of biochemical recalcitrance of organic carbone in Amazonian Dark Earths, (2007): Terra Preta của nông dân địa phương ở lưu vực Amazon của Brazil lưu hành là loại được tạo ra bởi con người từ năm 450 trước công nguyên và năm 950 sau công nguyên ở độ sâu đến 2m, hiện người dân ở đây đã và đang tìm kiếm để khai thác “mỏ vàng đen” này

sử dụng và để bán làm phân hữu cơ có giá trị

Hiện nay, nhiều vùng trên khắp hành tinh đã áp dụng than hoạt tính sinh học cho đất, chẳng hạn ở Hoa Kỳ đã có những báo cáo khoa học về tác dụng của than hoạt tính sinh học được trình bày tại các hội thảo khoa học

uy tín và nhiều bài viết với cái tên hấp dẫn “Từ rác đến vàng - From Garbage to Gold” được đăng trên các tạp chí

Than hoạt tính sinh học được sản xuất từ những nguyên liệu là sinh khối thực vật (rơm, rạ, cây cối, bã mía, xơ dừa), rác thải… bằng phương pháp đốt cháy trong điều kiện thiếu oxy, than hoạt tính sinh học có thể sản xuất bằng lò thủ công hoặc sản xuất trong các nhà máy lớn Chẳng hạn ở Indonesia có công ty sản xuất ở quy mô công nghiệp với công suất tới 200 tấn/ngày Hiện nay chủ yếu có hai phương pháp chính để sản xuất than hoạt tính sinh học là đốt “nhanh” và đốt “chậm” Ngoài ra, công nghệ vi sóng gần đây đã được sử dụng một cách hiệu quả trong việc chuyển đổi các chất hữu cơ thành than hoạt tính sinh học ở quy mô công nghiệp

Ngày xưa, việc sản xuất than hoạt tính sinh học như là một phụ gia đất

đã được thực hiện trong các "hố, hầm" hay "rãnh" Phương pháp này là một tiềm năng để sản xuất than hoạt tính sinh học ở khu vực nông thôn

Hiện nay việc sản xuất than hoạt tính sinh học thường được thực hiện theo một trong 3 hệ thống Hệ thống thứ nhất là hệ thống tập trung, nơi tất

cả sinh khối thực vật, rác thải trong khu vực sẽ được đưa đến một nhà máy đốt để xử lý Hệ thống thứ hai là một lò đốt công nghệ thấp hơn cho từng trang trại hoặc một nhóm nhỏ của nông dân Thứ ba là một hệ thống di động, như một chiếc xe tải được trang bị lò đốt

Brazil là nước thuận lợi trong việc sản xuất than hoạt tính sinh học bởi hàng năm họ thu hoạch khoảng 460Mt mía, như vậy có khoảng 100Mt bã, thân mía có thể đưa vào lò đốt Tại Indonesia, một trong những nước sản xuất nhiều dầu cọ ở châu Á, từ cây cọ dầu (Oil Palm) sẽ cho 10% dầu, còn 90% sinh khối (cây, lá, quả, vỏ quả, xơ, buồng hoa, buồng quả ) đều là nguyên liệu để sản xuất Biochar Michael J Antal, J và các nhà nghiên cứu tại Đại học Hawaii (UH) đã cho biết, nhiệt độ lý tưởng để đốt sinh khối là khoảng 500oC Các công nghệ carbon hóa UH Flash được bảo vệ bởi bằng sáng chế ở Mỹ năm 2003 đã được áp dụng ở bang Hawaii, nhiều tiểu bang

và quốc gia khác Nguyên liệu được dùng ở đây bao gồm củi gỗ bạch đàn

và gỗ sồi và sản phẩm phụ nông nghiệp như vỏ quả, lõi ngô, dứa, chất thải chế biến gỗ như mùn cưa gỗ, vỏ bào, các loại cây nhỏ và các vật liệu tổng hợp như lốp ô tô

Hình 1.3 Lò phản ứng Cacbon Zero

Còn trong Dự án Biochar Thụy Sỹ (CarbonZero Project - Switzerland, 2007), để có hiệu quả cao với các thông số cho phép thực hiện trong điều kiện vắng mặt oxygen, nhiệt độ thích hợp trong khoảng 500-700oC và với quy mô lớn để sản xuất than hoạt tính sinh học, người ta đã cho ra các lò phản ứng Cacbon Zero (hình 2) để sản xuất than hoạt tính sinh học với giá thành thấp Ngoài ra, các lò phản ứng cũng tạo ra các khí tổng hợp (một sự kết hợp của hydro, carbon monoxide và methane) và các sản phẩm phụ khác Các khí này có thể được sử dụng để thay thế cho khí propane và gas

tự nhiên, sản xuất nhiệt cho các nhà kho hoặc nhà nuôi gia súc, gia cầm Nó cũng có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng cho máy bơm tưới tiêu thông qua một bộ trao đổi nhiệt và động cơ hơi nước hiện đại, hoặc để tạo

ra điện năng

Trong các lò đốt hiện đại, các thông số kỹ thuật có thể được điều chỉnh về phạm vi nhiệt độ hoặc thời gian mong muốn cho phép chuyển đổi hiệu quả sinh khối thực vật thành than hoạt tính sinh học (đạt mức cho 30-33% than hoạt tính sinh học) Vì vậy, thiết bị này sẽ sản xuất ra 300-330 kg than hoạt tính sinh học từ 1 tấn sinh khối thực vật Khi các phản ứng cháy

đã bắt đầu, nó sẽ tự duy trì, không đòi hỏi việc cung cấp thêm năng lượng

từ bên ngoài Sản phẩm phụ của quá trình này bao gồm các khí tổng hợp (H2 + CO), số lượng nhỏ của khí mê-tan (CH4), hắc ín, các axit hữu cơ và nhiệt dư thừa

Than hoạt tính sinh học được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như để hấp thụ CO2 góp phần làm giảm khí nhà kính, làm chậm sự biến đổi khí hậu hoặc để sản xuất biofilter dùng lọc nước uống trong các gia đình, hoặc dùng xử lý nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt… nhưng trong nông nghiệp vẫn được dùng nhiều hơn Theo GS Lehmann, bộ môn Địa Hoá học đất, trường Đại học Stanford (2007), khi được sử dụng rộng rãi, thuật ngữ Biochar được hiểu là than từ bất kỳ sinh khối phế thải nào Trong

bối cảnh rộng hơn, Biochar có thể được hiểu là chất sử dụng để cải thiện chất lượng đất Những người đam mê than hoạt tính sinh học nói chung đồng ý rằng, nguyên than hoạt tính sinh học cần phải được xử lý thêm trước khi được bổ sung vào khu vườn hoặc ủ trộn với phân hữu cơ, thường được sử dụng để tạo vật chất mang các vi sinh vật và chất dinh dưỡng có lợi Than hoạt tính sinh học có diện tích hoạt động bề mặt cao hơn so với than khác và ngày càng có nhiều người quan tâm đến đặc điểm tiềm năng của than hoạt tính sinh học Các hoạt động của dự án than hoạt tính sinh học Thụy Sỹ đã chứng minh tác dụng của than này đối với đất Họ đưa than hoạt tính sinh học thực nghiệm tại Terrigal (Australia) với các công thức thí nghiệm: 1 Đất đồng bằng, 2 Đất + NPK (Nitơ, Phospho và phân bón Kali),

3 Đất + than hoạt tính sinh học, 4 Đất + NPK + than hoạt tính sinh học, tỷ

lệ ứng dụng than hoạt tính sinh học vào ngày 3 lô thử nghiệm là 50 tấn/ha Sau 10 tuần, ở các lô thử nghiệm cho thấy ở các công thức thí nghiệm có Biochar đều cho kết quả tốt và hiệu ứng tương tự cũng được thấy trong nhiều loại đất và các địa điểm khác trên thế giới Than hoạt tính sinh học được sử dụng phổ biến trên các lĩnh vực nông nghiệp và tích hợp vào các lớp trên của đất bởi nó có nhiều lợi ích, như làm tăng năng suất cây trồng đáng kể trên đất đang trong tình trạng nghèo, giúp ngăn chặn dòng chảy và mất mát phân bón, cho phép sử dụng phân bón ít hơn và giảm bớt ô nhiễm môi trường xung quanh mà vẫn giữ được độ ẩm, giúp cây qua được các thời kỳ hạn hán dễ dàng hơn Quan trọng nhất, nó bổ sung dưỡng chất cho đất Carbon hữu cơ sẽ thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật đất cần thiết cho sự hấp thụ chất dinh dưỡng, đặc biệt là nấm rễ Các nghiên cứu đã chỉ

ra rằng carbon trong than hoạt tính sinh học vẫn ổn định trong thiên niên kỷ này, cung cấp một phương tiện đơn giản, bền vững để cô lập lượng khí thải carbon, đó là công nghệ khả thi ở các nước phát triển hay đang phát triển Than hoạt tính sinh học được tạo ra từ sinh khối có khả năng hấp thụ

khoảng 50% CO2 khí quyển và đó là nguyên liệu cần thiết cho quang hợp của thực vật Các chất hữu cơ và vô cơ có chứa nhiều nguyên tử carbon có khả năng cung cấp một khối lượng dự trữ carbon lâu dài hơn so với than củi Do đó, than hoạt tính sinh học cho chúng ta một cơ hội vàng để loại bỏ

CO2 dư thừa từ khí quyển do khí thải các nhà máy, nạn phá rừng và cô lập

nó một cách gần như thường xuyên và có lợi cho môi trường Saibhaskar Nakka (2007) còn cho rằng, than hoạt tính sinh học là than cần cho đất, được sử dụng đối với đất cùng với các sửa đổi khác để nâng cao độ phì nhiêu của đất Loại đất đen có hàng ngàn năm trước được tạo ra trong các vùng của lưu vực sông Amazon cho đến khi có người Âu Châu đến Tại châu Á, giá trị của than hoạt tính sinh học đã được biết đến nhiều tại Ấn Độ

và được sử dụng như một thói quen truyền thống và văn hóa cho các mục đích khác nhau, bởi vậy than này không bao giờ được coi là một loại vật liệu chất thải Mặc dù việc bổ sung than cho các loại đất được thực hiện như là một thói quen, nhưng nó vẫn là một phần của truyền thống canh tác tại Ấn Độ, khi chúng ta khám phá và chứng minh rằng các nông dân ở đây

đã sử dụng than củi từ hàng trăm năm để sản xuất nông nghiệp bền vững Nhiều nghiên cứu cho thấy, than hoạt tính sinh học có một vai trò cực kỳ quan trọng trong việc giải quyết một số thách thức lớn nhất đối với nhân loại ngày nay Như vậy, việc tiếp tục thực hiện chương trình: nghiên cứu công nghệ, phát triển, triển khai và phổ biến than hoạt tính sinh học và công nghệ đốt than hoạt tính sinh học là hoàn toàn cần thiết

Trong bài viết “Than hoạt tính sinh học có thể cứu vãn hành tinh?” (Can biochar save the planet), GS.TS Tim Flannery - Đại học Mcquarie, Úc (2009) cho rằng, than hoạt tính sinh học có thể là đại diện cho các sáng kiến quan trọng nhất đối với môi trường trong tương lai của nhân loại Theo Azadeh Ansari (2009), ngay ở Đại học Georgia đã có một nhà máy có thể nắm giữ một trong những giải pháp cho các vấn đề lớn về môi trường

như năng lượng, sản xuất lương thực và thậm chí thay đổi khí hậu toàn cầu Bibens - một kỹ sư ở đây cho biết “đặc sản ở đây là than hoạt tính sinh học", một loại than rất xốp được làm từ chất thải hữu cơ Các nguyên liệu được dùng là các thứ bất kỳ thu được của rừng, của chất thải nông nghiệp

và chất thải động vật như dăm gỗ, vỏ bắp, vỏ đậu phộng, thậm chí phân gà Than hoạt tính sinh học thu được có tính chất xốp có thể giúp đất giữ nước, chất dinh dưỡng, bảo vệ các vi sinh vật trong đất Việc tăng cường năng lực lưu giữ chất dinh dưỡng của đất bởi than hoạt tính sinh học không chỉ làm giảm các yêu cầu phân bón mà còn tác động tích cực đến khí hậu và môi trường của đất canh tác Nghiên cứu cho thấy, do tính chất vật lý, hóa học của than hoạt tính sinh học mà nó có một khả năng độc đáo để thu hút và giữ độ ẩm cũng như chất dinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp, thậm chí còn giữ lại chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho Nghiên cứu gần đây đã chứng minh than hoạt tính sinh học không chỉ làm giàu đất mà còn giảm 50- 80% lượng khí carbon dioxide (CO2) và các oxit nitơ (NO2) phát thải

Mà NO2 là khí nhà kính đáng kể, mạnh hơn CO2 tới 310 lần Than hoạt tính sinh học lại có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ rỗng phức tạp (1g có thể

có một diện tích bề mặt hơn 1.000m2) nên có khả năng hấp thụ nước, tạo thành các “hồ”, các “bể” nước dưới mặt đất để giữ lại lượng nước và dinh dưỡng rất lớn cho đất Nhờ đó cung cấp một môi trường sống an toàn cho cây và các vi sinh vật trong đất Nhiều nhà nghiên cứu đều cho rằng Biochar là người bạn tốt nhất của đất (Land’s Best Friend) bởi có những lợi ích như: tăng trưởng thực vật, giảm phát thải oxit nitơ (ước tính 50%), triệt khử nhiều sự phát thải mê-tan, giảm nhu cầu phân bón (ước tính 10%), giảm rửa trôi các chất dinh dưỡng, giảm độ chua của đất, tăng pH đất, lưu trữ carbon trong một bồn rửa ổn định lâu dài, tăng tập hợp đất do sợi nấm tăng, giảm độc tính nhôm, cải thiện việc xử lý đất nước, tăng mức đất ở có sẵn để dùng Ca, Mg, P và K, tăng hô hấp của vi sinh vật đất, tăng sinh khối

vi sinh vật đất, tăng nấm rễ Arbuscular mycorrhyzal, kích thích vi sinh vật

cố định đạm cộng sinh trong cây họ đậu, tăng khả năng trao đổi cation Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, sản lượng cây trồng ở các vùng đất bón Biochar ở Canada tăng lên từ 6-17% so với đối chứng, thân cây cứng hơn và bộ rễ phát triển nhiều hơn (đến 68%) Hao hụt dưỡng chất phân bón do bị rửa trôi giả m rõ rệt, trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44% Trên thực tế, lợi ích của việc bón Biochar đã được quan trắc, kiểm nghiệm nhiều nơi ở Úc, Philippines, Congo… và nhiều nước đã có chế độ khuyến khích hay thưởng cho các nông hộ sử dụng loại than này Theo GS Lehmann đã trình bày ở Hội hóa học Mỹ rằng sử dụng than hoạt tính sinh học cộng với phân hóa học đã làm tăng trưởng lúa mỳ mùa đông và rau quả lên 25-50% so với bón một mình phân hóa học TS N.Sai Bhaskar Reddy (2008) nghiên cứu ở đậu tương cũng nhận xét rằng có thêm Biochar vào đất nền, tỷ lệ nảy mầm cao, hệ rễ phát triển mạnh, quang hợp tăng, hoạt động của vi khuẩn cộng sinh cố định nitơ mạnh mẽ hơn so với đối chứng (trên đất nền) Biochar còn có vai trò trong việc chống suy thoái đất Theo GS Johannes Lehmann, bộ môn Khoa học cây trồng và đất - Đại học Cornell

đã nói tại Hiệp hội khoa học và tiến bộ Mỹ (2006) rằng: “Các kiến thức mà chúng ta có thể đạt được từ nghiên cứu các loại đất đen được tìm thấy trên toàn khu vực sông Amazon không chỉ dạy chúng ta làm thế nào để khôi phục đất bị suy thoái, sản lượng thu hoạch tăng gấp ba và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có đất nông nghiệp nghèo mà còn có thể dẫn đến các công nghệ để cô lập carbon trong đất và ngăn chặn những thay đổi quan trọng về khí hậu thế giới” Mặt khác, theo Elmer, Wade, Jason C White, and Joseph J Pignatello, Đại học tổng hợp Connecticut (2009) thì cho thêm than hoạt tính sinh học vào đất sẽ có được giá trị sinh học đặc biệt quan trọng bởi nó sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại, đặc biệt là kim loại nặng và thuốc trừ sâu ngấm vào đất nên không gây ô nhiễm các

nguồn cung cấp thực phẩm Than hoạt tính sinh học có thể được thiết kế để

có phẩm chất cụ thể phù hợp với tính chất riêng biệt của đất Cho thêm than hoạt tính sinh học ở mức 10% đất và giảm được tới 80% mức độ gây ô nhiễm thuốc trừ sâu độc hại như Chlordane, DDX trong các cây trồng

1.2 Một số loại phụ phẩm nông nghiệp [19][24]

1.2.1 Trấu

Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt

và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm khoảng 35-40%

1.2.2 Rơm rạ

Rơm rạ là một trong những phế thải nông nghiệp ít giá trị sử dụng, số lượng lớn đặc biệt ở các nước xuất khẩu lúa gạo, như ở Việt Nam Rơm rạ chiếm hơn 50% tổng trọng lượng cây lúa

Thành phẩn khóa học (% khối lượng) của rơm rạ gồm chủ yếu là xenluloza (60%), lignin (14%), chất béo (1,9%) và protein (3,4%) Thành phần nguyên tố (% khối lượng): C~44%, H ~5%, N~0,92%, O ~49% Tuy nhiên, do nhiệt trị của rơm rạ rất thấp (thấp hơn nhiều so với dầu mỏ) và không thuận tiện cho việc vận chuyển, tích trữ nên rơm rạ không được sử dụng như nhiên liệu công nghiệp Vì vậy, việc chuyển hóa rơm rạ thành sản phẩm có giá trị hơn, dễ dàng vận chuyển, bảo quản, tích trữ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các nước đang phát triển

1.2.3 Lõi ngô

Lõi ngô với thành phần chính là xenluloza 32,3 – 45,6%, 39,8% hemixenluloza – chủ yếu là pentosan, và lignin 6,7 – 13,9% Hiện nay lượng lõi ngô thải ra hầu như không được tận dụng để có giá trị cao, sau thu hoạch, người nông dân chỉ giải phóng nguyên liệu bằng cách đốt ngay trên đồng ruộng tạo ra những chất độc có hại như CO2, bụi… điều này gây

ô nhiễm mỗi trường rất lớn và gây lãng phí nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật này, nên việc tận dụng lõi ngô trong sản xuất có ý nghĩa rất lớn cho cuộc sống, vừa tăng giá trị kinh tế đồng thời giải quyết được vấn đề

ô nhiễm môi trường

Bảng 1.1: Bảng so sánh các loại chất đốt

tỏa nhiệt

Hiệu suất lò

Tiêu thụ thiên nhiên

Chi phí hơi nước Baht/kg US$/kg

(****) Kcal/kg % (**)

Kg/tấn hơi nước (**) US$/tấn (Baht/lit)

• Kết luận:

Qua nghiên cứu tổng quan về vật liệu ta thấy: Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: Sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ NN & PTNT (http://www.itpc.hochiminhcity.gov.vn/ [20]) Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu tấn Còn theo GS.TSKH Phạm Văn Lang (Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006 [23]) thì sản lượng trấu có thể thu gom được ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu tấn (2006)

Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt:

Vỏ trấu sau khi xay xát ở luôn ở dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu

tư ít

Vì những đặc điểm trên học viên chọn trấu làm vật liệu khi tiến hành thí nghiệm

1.3 Nghiên cứu tổng quan về các loại máy ép [11][25]

Có 2 nhóm máy ép là nhóm máy ép để tách pha lỏng ra khỏi pha rắn

Sự ép xảy ra do khe hở giữa xy lanh và bước vít giảm dần Máy ép kiểu trục vít thường được dùng trong các nhà máy tinh dầu, nhà máy đồ hộp…

4 – Máng 5- Cửa thoát bã 6- Máng thoát bã

b Nguyên lý hoạt động

Trục vít 1 đặt trong xy lanh có đục lỗ 2 cố định Trục quay 250 vòng/phút Nguyên liệu vào phễu 3 Nước ép chảy qua lỗ trên xy lanh vào máng 4 ra ngoài Bã ép qua cửa 5 ra theo máng 6 Kích thước cửa tháo bã 5

có thể điều chỉnh tùy theo độ ướt cửa bã đi ra bằng cách tịnh tiến trục vít về phía trước hay lùi lại về phía sau Cửa nhỏ nước ép chảy ra nhiều hơn

nhưng chất lượng kém hơn Lúc mới cho máy chạy nên mở to cửa sau đó giảm dần Năng suất của máy ép trục vít loại lớn có thể đạt được khoảng 5 tấn/phút Áp suất tạo ra khoảng 8-10kg/cm²

pittong trụ chuyển động ngược lại thì van 3 đóng, van 1 mở Chất lỏng làm việc theo ống 10, đi vào bộ phân phối C Qua van nâng 6, chất lỏng đi vào xilanh làm việc của máy ép Dưới áp suất của chất lỏng làm viêc, pittong

15 nâng buồng 14 có sản phẩm ép về phía đầu ép 13 Trong buồng tạo ra áp suất về mọi mặt, nên một phần chất lỏng của sản phẩm ép được tách ra qua

bề mặt khoan lỗ của buồng ép

Áp suất của pittong truyền qua sản phẩm đến thanh giằng 11 và thanh ngang 12 Tùy theo việc tách một phần chất lỏng mà áp suất tăng lên trong xilanh làm việc của máy ép và trong các đường ống dẫn Trong khi thể tích của các sản phẩm ép giảm đi, nên tốc độ nâng của trụ trơn cũng phải giảm

Do đó phải thay đổi việc bơm chất lỏng làm việc: Chất lỏng từ xilanh của bơm theo ống 9 đi vào dưới pittong 7 và ép lực nó đến một áp suất nhất định, pittong nâng lên trên ép lò xo 5 và mở van 8 Qua van đó chất lỏng chảy về phía van hút 3 của bơm Nhờ đó lượng chất lỏng đi vào xilanh làm việc của máy ép giảm đi Khi ép xong thì tắt bơm và chuyển tay gạt 18 về

vị trí I Khi đó van 6 đóng lại, van 17 mở ra và chất lỏng làm việc từ xilanh

16 chảy vào phần bên phải của thùng B Trụ trơn 15 và buồng ép 14 được

hạ xuống dưới và bã được tháo ra Ở thùng B có đặt lưới 10 để lọc chất lỏng làm việc trước, khi vào xilanh của bơm

1.3.1.3 Máy ép dùng khí nén

Trong máy ép này lực tác dụng lên nguyên liệu là không khí nén Máy này được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất nước quả cho các nguyên liệu không cứng như dứa, cam, quýt hoặc nho, phương pháp ép này rất tốt

vì quá trình ép này không phá vỡ những cơ cấu cứng của nguyên liệu vỏ, cuống, xơ, là những chất không có lợi cho thành phần nước quả

Thùng không quay cho nguyên liệu vào từ từ cho tới khi đầy, đóng cửa lại cho thùng quay 5 phút không cho không khí vào Khi đó nguyên

liệu đươc phân bố đều trên mặt thùng Bắt đầu cho không khí vào thùng cao su Cho từ từ để 5-10 phút cho đạt đến áp suất 3÷3,5 atm Lại xả khí ra cho thùng quay để đảo nguyên liệu Lại cho không khí nén vào với áp suất cao hơn và giữ thời gian lâu hơn Làm như vậy 3 lần và áp suất không khí nén lần cuối cùng trong thùng cao su phải đạt 6 atm

1.3.2 Nhóm máy ép để tạo hình

1.3.2.1 Máy ép trục lăn (máy ép nén)

Hình 1.8:Nguyên lý làm việc của máy ép nén

Máy ép trục lăn làm việc liên tục, gồm có 2 bộ phận nén (2 trục lăn)

và bộ phận tạo hình (khuôn đúc) Hai trục lăn quay ngược chiều nhau tạo nên áp suất đẩy bột nhão và khuôn đúc

Khuôn đúc là cái đĩa kim loại có gia công lỗ có hoa văn

va thành cố định 2 hoặc băng tải vô tận khác 3, chuyển động về phía ngược lại Lúc này cục bột nhão quay xung quanh trục của nó, chuyển dời ra khỏi khe hở và dần dần được tạo thành khe hở hình trụ (hình 6b) Khi dát bột nhão mì trắng sẽ thực hiện 1 số khâu Đầu tiên những cục bột nhão đi qua giữa đôi trục 1, quay ngược chiều nhau và cán mỏng thành bánh Sau đó nhờ trục 2 được cuộn xoắn ốc Cuộn đó được đưa ra bởi thùng quay 3, và được cán giữa thùng và bề mặt vỏ máy cố định 4 và sau

đó chuyển sang băng tải 5, kết quả nó tự kéo dài ra đến kích thước cần thiết

Bộ phận tạo hình (khuôn đúc 1 của máy ép (hình1.17)) được gia công thành hình hoa văn phong phú Bộ phận tạo hình thực hiện chuyển động qua lại, đưa khối bột nhào đã được cán 2 nằm trên băng tải 3 và ép xuống

Quá trình đóng bánh có thể theo dõi ở sơ đồ hình vẽ ở dưới Tạo vị trí

I, bàn đỡ 2 thấp nhất Sau đó khuôn đúc 1 chất đầy sản phẩm ướt 3 (vị trí II), tiếp đến ép nguyên liệu bởi bàn đỡ (ở giai đoạn này trên khuôn đúc có đặt tấm 4 vị trí III) và cuối cùng bàn đỡ đầy thành phẩm đóng bánh và nâng cao hơn mặt bàn khoảng 0.5mm

Trong 1 vòng, bàn sẽ ngừng lại 4 lần với thời gian 1÷1,5 giây, cả 4 khuôn đúc,làm việc với v=8 vòng/phút, tạo 32 bánh/phút Áp suất ép gần 150-200kg/cm²

1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị ép viên, thanh trong & ngoài nước

1.4.1 Máy và thiết bị chế tạo trấu thành củi thanh trấu và trấu viên (sản phẩm của Công ty TNHH BIOMASS SCT)

Hình 1.12: Thiết bị ép thanh củi trấu và trấu viên

a Củi thanh trấu

Các thông số kỹ thuật:

· Đường kính: 60mm – 90mm; Màu: nâu đen; Độ dài: 20cm – 100cm

· Hình dạng: hình trụ tròn hoặc lục giác có lỗ ở giữa

· Độ ẩm: 15% max; Hàm lượng lưu huỳnh: 0,021% max

· Nhiệt lượng: 4,000 kcal/kg; Hàm lượng tro: 13,2% max

Hình 1.13: Sản phẩm củi thanh trấu

b Trấu viên

Trấu viên có nhiệt trị cao, 3.600 – 4.200 kgcal/kg, có thể thay thế cho

than đá, dầu DO, FO hoặc than củi dùng để đốt lò hơi công nghiệp, phục

vụ cho lò sấy, lò nhuộm vải, dệt sợi, công nghệ sản xuất giấy, may mặc, chế biến thuỷ sản, nông sản, thực phẩm v.v…Việc thay nhiên liệu đốt bằng trấu viên rất tiện lợi vì có thể sử dụng ngay loại lò đốt than đá mà không cần thay đổi thiết kế ban đầu

Hình 1.14: Sản phẩm trấu viên

1.4.2 Máy ép củi trấu cỡ nhỏ

Nguyên lý máy ép củi trấu: Trấu được đưa vào phiểu cấp liệu, nhờ

trục vít truyền động từ động cơ trấu được ép nén Nhiệt độ từ điện trở cấp nhiệt cho trấu đang bị nén đến nhiệt độ thích hợp, nhựa trấu được tiết ra tạo

thành chất keo kết dính trấu lại với nhau Sau khi ra khỏi nòng ép, củi trấu được làm nguội ngay nhờ hệ thống hút khói và làm nguội, tại đây củi được phân khúc theo yêu cầu

Hình 1.15: Máy ép củi trấu

• Khoa Cơ Điện đã nghiên cứu thành công máy ép một số phụ phẩm nông nghiệp thành các dạng viên, đóng bánh để giảm thể tích chiếm chỗ cũng như tăng khả năng bảo quản các phụ phẩm nông nghiệp ThS Đặng Đình Trình – chủ trì đề tài cấp bộ “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị máy móc phục vụ một số khâu chính xử lý phụ phẩm nông nghiệp làm sạch môi trường” Mã số: B2006 – 11 – 33” , trong đó có nội dung: Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy ép phụ phẩm nông nghiệp phù hợp với điều kiện

và quy mô sản xuất ở nước ta hiện nay

Hình 1.16: Máy ép một số phụ phẩm nông nghiệp

1.4.3 Máy ép loại tĩnh tại điển hình là máy ΠCM-5,0A dùng để ép cỏ, rơm thành bó Máy có thể nhận truyền động từ máy kéo hoặc động cơ tĩnh tại

Hình 1.17: Các liên hợp máy thu hoạch cỏ, rơm khô

Piston của máy ép thực hiện 40 hành trình trong 1 phút và hình thành

bó cỏ dài 780 ÷ 830 mm, trọng lượng bó cỏ thường vào khoảng từ 30 ÷ 40

kg với độ chặt đạt được 250 ÷ 380 kg/m3 Việc bó cỏ được thực hiện bằng tay Công suất động cơ 26 mã lực, trọng lượng máy 1.250 kg, chiều dài máy ở vị trí làm việc 6.120 mm, chiều rộng 1.460 mm và chiều cao là 2.677 mm Hành trình piston 752 mm

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong nội dung chương này chúng tôi trình bày các vấn đề sau:

• Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

• Nội dung nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Sản phẩm than hoạt tính sinh học (biochar) và quá trình đốt cháy sinh khối thực vật tạo thành than hoạt tính sinh học

- Máy ép các sản phẩm dạng viên, thanh

2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung: Nâng cao hiệu quả quá trình sản xuất than hoạt tính

sinh học (biochar) bảo vệ môi trường và tăng chất lượng của sản phẩm, giảm thể tích sản phẩm, tăng độ liên kết để vận chuyện được với số lượng lớn

Mục tiêu cụ thể: Thiết kế chế tạo máy ép viên than hoạt tính có năng

suất 200kg/h, sản phẩm có đường kính 15mm, độ liên kết cao, bền lâu trong môi trường nước, tùy thuộc vào chất phụ gia mà ta có sản phẩm phục vụ các mục đích khác nhau như: lọc nước sinh hoạt, lọc nước thải công nghiệp…

2.2 Nội dụng nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về ép dạng viên, thanh

- Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý, tính toán lý thuyết xác định các thông số cấu tạo và hoạt động của máy ép

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép than

- Nghiên cứu khảo nghiệm và sơ bộ đánh giá hiệu quả kinh tế của máy

ép đã chế tạo