slide báo cáo NGHIÊN cứu THIẾT kế, điều KHIỂN hệ THỐNG TÁCH màu tự NHIÊN

Đề tài NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TÁCH MÀU TỰ NHIÊN Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM... Bã nguyên liệu Nước màu nguyên liệu Nhuộm tự nhiên và sản phẩm... So sánh nhuộm tự nh

Đề tài NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN HỆ

THỐNG TÁCH MÀU TỰ NHIÊN

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

Nội dung

Tổng quan 1

Cụm máy nghiền 2

Cụm nấu – chiết tách và nhuộm 3

Kết luận 4

Tổng quan

• Tách màu là gì?

Tách màu: Tách lấy nước màu có trong phụ phẩm nông nghiệp: lá cây, vỏ cây…

Để phục vụ cho công đoạn nhuộm tự nhiên.

Bã nguyên liệu Nước màu (nguyên liệu) Nhuộm tự nhiên và sản phẩm

Tác động đến môi trường

Lượng nước tiêu thụ của ngành dệt nhuộm

Hàng dệt nhuộm Lượng nước tiêu thụ (m 3 /tấn)

So sánh nhuộm tự nhiên với nhuộm tổng

hợp

-Màu sắc đa dạng, bắt mắt, giá tốt

-Tính năng nhuộm cao

-Gây ô nhiễm môi trường

-Thuốc nhuộm hoạt tính chứa kim loại

năng như crôm, chì, thủy ngân gây ung

-Thường chỉ sử dụng trong quy trình nhuộm thủ công

-Giảm thiếu kích ứng da -Một số loại thuốc nhuộm tự nhiên cung cấp chất có lợi cho con người

Hệ thống nhuộm màu

tự nhiên

Quy trình

Quy trình phải tuân

theo quy trình và tiêu

chuẩn nhuộm của dệt

Nguyên liệu

Nguyên liệu đầu

vào là nguyên liệu

khô

Khả năng

Tận dụng tối đa nguyên liệu là phụ phẩm nông nghiệp

Điều khiển

Tự động hoàn toàn hoặc bán tự động

Vấn đề & Nhiệm vụ

Quy trình hoạt động

Môđun 1:Cụm máy nghiền

Máy nghiền búa

Môđun 2: Cụm nấu – chiết tách

Bồn khuấy gia nhiệt

Cụm máy nghiền

Máy nghiền búa

Yêu cầu kỹ thuật

Nguyên liệu: Các loại lá khô và vỏ cây đước.

Công suất: 150 kg/h

Nguyên liệu phải phơi khô Độ ẩm nguyên liệu thấp hơn 13% [27].

Đối với nguyên liệu đầu vào là lá cây khô thì phải đập sơ bộ, đối với nguyên

liệu là vỏ cây đước thì phải đập nhỏ tương ứng trọng lượng 20 ÷ 40 gam.

Máy nghiền búa [27]

Nguyên lý hoạt động

Búa nghiền

Phương trình cân bằng về lực:

a = 3cm; b = 15cm; h = 0,5 cm

a 6

b

a c

2 2





x

R F

c dt

6

b a c

2 2







Chọn vật liệu làm máy là Inox 304

Lực cắt thực nghiệm dành cho nguyên liệu : Fcw = 337,9 (N)

Búa nghiền phải quay với vận tốc vòng tương đối lớn để có đủ động năng chuyển thành công đập vỡ vật liệu (động lượng).

Định luật cân bằng về động lượng:

m(v2 – v1) = Fc.t

Công suất động cơ

) s / m ( 27 ,

48 035

, 0

005 , 0 9 ,

337 m

pt

) p / v ( 1 ,

1478 1807

, 0 27 , 48 25 , 0 2

60 9 ,

337 m

v r 2

60 F





Công suất của máy nghiền búa:

Công suất động cơ

) W ( 66 ,

933 60

1 , 1478

9 ,

37 60

N A

) kW ( 1 ) kW ( 9927 ,

0 99 , 0 95 , 0

93366 ,

0 P

P

ol đ

h (tan/

23571 ,

0 60

1 , 1478

25 , 0 350 10 5 , 1 6 ,

3 60

N L D p K 6 , 3

Qtt

2 4

2 1

Tấm đập được lắp vòng phía trên bên trong buồng nghiền làm tăng khả năng va đập và nghiền nhỏ vật liệu đồng thời giảm khả năng di chuyển của vật liệu xung quanh thành buồng nghiền.

Buồng đập

Độ lỗ tròn kích thước lỗ tùy theo yêu cầu độ nhỏ của bột Vị trị đột lỗ phải

có hệ số rơi cao nhất Hệ số rơi là tỷ lệ diện tích lỗ trên diện tích bề mặt của sàng

Sơ đồ phân bố lỗ trên tấm sang

có hệ số rơi cao [27]

Mô hình lưới lọc

Lưới lọc

Thông số đai và bánh đai

*Hệ số ma sát nhỏ nhất để không xảy ra trượt trơn fmin=0,046

Mã đai trên thị trường (Dog V-Belt loại A) A23

Đai

Trục, ổ đỡ và bệ máy

Nhôm định hình

Bộ búa nghiền

-Hình dạng dao: chọn hình chữ nhật một lỗ

-Vật liệu: thép hợp kim Cr và Mn-Có 18 búa nghiền

-Trục làm bằng Inox 304

Máy nghiền búa thiết kế hoàn chỉnh

Thông số kỹ thuật các chi tiết nghiền

Năng suất làm việc (kg/h) QTT = 235,71 Năng suất làm việc lý thuyết (kg/h) QLT = 150 Công suất (W) P = 933,66 Vận tốc dài (m/s) v = 48,27

Số vòng quay (v/p) N = 1478,1 Mômen xoắn trên trục (Nmm) T = 6032,37

Hệ số an toàn 1,57Cụm máy nghiền

Cụm máy nghiền

-Dùng biến tần

-Có 2 chế độ chạy auto và manual

-Với chế độ auto, động cơ được khởi động chạy ở tốc độ cao nhất (S3)

-Với chế độ manual, cho phép người điều khiển chọn 1 trong 3 cấp tốc độ

đã được định trước và có thể chuyển hóa lẫn nhau

-Khi chuyển mode auto sang manual từ phải reset động cơ

Sơ đồ chuyển hóa giữa các cấp vận tốc

Giải thuật điều khiển

Đơn giản mạch điện bằng phương pháp

nối dây theo tên

Mạch điện

Tủ điện cụm máy nghiền -Mạch nguồn

-Mạch chọn chế độ -Mạch chạy manual -Mạch chạy auto -Mạch công suất

Cụm nấu – chiết tách

và nhuộm

23

Nguyên liệu được lấy trực tiếp từ cụm máy nghiền hoặc do con người lấy từ kho dự trữ.

Năng suất: 60 lít/ mẻ

Tốc độ quay: 20 (vòng/phút)

Nguyên lý hoạt động cụm nấu chiết tách [15]

Yêu cầu kỹ thuật

Theo cơ sở dữ liệu chương 3 và tài liệu [36][37]

-Cụm chiết tách có công suất nhỏ

-Quay với tốc độ chậm

-Đường kính bồn khuấy nhỏ hơn 300m

-Chọn cánh khuấy tua bin, có 2 cánh

Sơ đồ cánh khuấy tuabin [36]

Cánh khuấy tuabinChọn đường kính cánh khuấy d = 40 cm

và chiều cao b = 10 cm

Cánh khuấy

25

Công suất tổng trên trục làm việc là bao gồm công để thắng lực ỳ và lực ma sát

NA=NT + NR =K n3.d5.ρ + ξM.n3.d5.ρ=N

Công suất động cơ

Kí hiệu Công suất (kW) Số vòng quay (v/p)

Công suất

3 4

2 2

eM 66 , 43 10

10 8 , 8

4 , 0

60

20 1096 d

n





) kW ( 57 ,

0 25

, 1

25 , 1 1185 ,

0 52 , 0

0 95 , 0 99 , 0

57 ,

0

N N

hs ol

Với công suất Pres = 4,78 (kWh) thời đun trong thời gian 60 phút thì đạt

900C Gia nhiệt trong 25 phút thì ần Pres = 11,5 (kWh)

Bán kính hiệu quả

Bán kính hiệu quả & Gia nhiệt

27

) kWh (

78 ,

4 9 , 0

3 ,

4 9 , 0

Q

) kWh (

3 ,

4 1000

3600

21 2

, 1 00211 ,

0

7985 ,

0 747

15 , 0 3 ,

0 02211

, 0

N 747

a 15 , 0



Cụm chiết tách thiết kế hoàn chỉnh

Thông số kỹ thuật cụm chiết tách Thể tích thực (lít) V = 78,54 Thời gian nung (phút) t = 25

Công suất động cơ (kW) P = 0,75 Công suất điện trở nhiệt (kWh) 11,5 Thời gian nung đạt tới 90 0 C (phút) 25

Số vòng quay (v/p) n = 20 Bán kính hiệu quả (cm) R0 = 21,85 Lực ma sát trên một cánh

Cụm nấu – chiết tách

29

Nguyên liệu bao gồm: nước nhuộm màu và bã nguyên liệu.

Năng suất: Lọc theo mẻ, 1 mẻ 60 lít nguyên liệu

Tầng 1: Tầng lọc thô sơ cấp - sử dụng lưới kẽm có lỗ thô

Tầng 2: Tầng lọc thô thứ cấp - sử dụng lưới kẽm có lỗ mịn

Tầng 3: Tầng lọc tinh sơ cấp – sử dụng vải không dệt

Tầng 4: Tầng lọc tinh thứ cấp – sử dụng vải không dệt

Cụm lọc trọng lực

8 ,

2 9

, 0

52 ,

2 9

, 0 P

Bộ điều khiển nhiệt độ

REX-C100 [43] cảm biến mực nước 61F-GP-N [46]Nguyên lý hoạt động

Giải thuật điều khiển

Relay thời gian H3JA-80 [50]

Tủ điện cụm nấu – chiết tách và nhuộm

-Mạch nguồn -Mạch định thời gian nhuộm -Mạch điều khiển nhiệt độ -Mạch cảm biến mực nước -Mạch công suất

Mạch điện

33

Hệ thống nhuộm màu tự nhiên

Hệ thống nhuộm màu tự nhiên hoàn chỉnh

Hệ thống nhuộm màu tự nhiên

35

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Tìm hiểu tổng quan về tình hình nghiên cứu, tính ứng dụng cũng như tiềm năng phát triển của đề tài

- Thiết kế kết cấu cơ khí cho hệ thống tách màu tự nhiên

- Thiết kế bộ điều khiển dùng relay để điều khiển tốc độ động cơ, chế độ hoạt động, kết hợp với bộ điều khiển nhiệt độ và các khí cụ điện khác tạo nên bộ điều khiển hoàn chỉnh cho máy.

- Thiết kế và triển khai tủ điện cho hệ thống.

- Có bài báo về đề tài nhuộm màu tự nhiên tại Hội nghị toàn quốc Máy và Kết cấu 2015

Kết luận

HẠN CHẾ

- Chưa tự động hóa được hoàn toàn hệ thống.

- Chưa nghiên cứu đến hóa chất cầm màu trong công đoạn nhuộm nhuộm Hướng xử lý nước thải sau khi nhuộm.

- Chưa làm mô hình thực tế để kiểm tra được hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Kết luận

Thank you for listening!

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM