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

Hình 1.3 Thị trường xuất khẩu của ngành dệt may Việt Nam [3] 1.1.3 Xu hướng đầu tư ngành may mặc tại Việt Nam – triển vọng đối với nhà đầu tư nước ngoài Tương lai của ngành may mặc của

LỜI CÁM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH DỆT MAY 1

1.1.1 Quá trình phát triển của ngành dệt may [1] 1

1.1.2 Tổng quan ngành dệt may Việt Nam 2

Tình hình ngành dệt may hiện nay [2] 2

Tình hình xuất khẩu hàng dệt may của Việt Nam hiện tại và trong tương lai [3] 2

1.1.3 Xu hướng đầu tư ngành may mặc tại Việt Nam – triển vọng đối với nhà đầu tư nước ngoài 3

1.2 VAI TRÒ CỦA NGÀNH NHUỘM 4

1.3 NGÀNH NHUỘM VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 6

1.3.1 Nước 6

1.3.2 Khí thải 7

1.4 ĐẶT VẤN ĐỀ 7

1.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP NHUỘM TỰ NHIÊN 8

1.5.1 Xu hướng phát triển sản phẩm thân thiện với môi trường 8

1.5.2 Tổng quan về phương pháp nhuộm tự nhiên 10

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 13

1.6.1 Nghiên cứu ngoài nước 13

1.6.2 Nghiên cứu trong nước 14

1.7 KẾT LUẬN 16

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

2.1 CỤM NGHIỀN 17

2.1.1 Phương pháp nghiền trục 17

2.1.2 Phương pháp nghiền búa 18

2.2 CỤM CHIẾT TÁCH 19

2.3 CỤM NHUỘM 20

2.3.1 Phương pháp nhuộm trực tiếp 20

2.3.2 Phương pháp nhuộm từ dạng bột 20

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22

3.1 QUÁ TRÌNH ĐẬP NHỎ NGUYÊN LIỆU [29] 22

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÚA NGHIỀN 24

3.3 QUÁ TRÌNH KHUẤY – GIA NHIỆT CỤM CHIẾT TÁCH 26

3.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHUẤY TRỘN 28

3.4.1 Bán kính hiệu quả 28

3.4.2 Công suất tiêu thụ 29

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 32

4.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỤM NGHIỀN 32

4.1.1 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào và năng suất máy 32

4.1.2 Thiết kế búa nghiền 32

4.1.3 Chọn động cơ 37

4.1.4 Thiết kế bộ truyền đai thang [32] 37

4.1.5 Thiết kế bộ truyền trục làm việc [32] 42

4.1.6 Chọn ổ lăn cho kết cấu [32],[34] 43

4.1.7 Chọn then cho kết cấu [32],[34] 45

4.1.8 Sàng lọc [27] 46

4.1.9 Tấm đập 47

4.1.10 Vỏ máy và bệ máy 48

4.2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỤM NẤU - CHIẾT TÁCH 49

4.2.1 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào và năng suất 49

4.2.2 Chọn cánh khuấy và chọn động cơ 49

4.2.3 Thiết kế trục làm việc cụm chiết tách [32] 53

4.2.4 Thiết kế ổ lăn cho cụm chiết tách[32][34] 55

4.2.5 Vỏ và bệ cụm chiết tách 56

4.3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỤM LỌC 57

4.3.1 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào và năng suất 57

4.3.2 Nguyên lý lọc trong trường trọng lực 57

4.3.3 Thiết kế 58

4.4 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỤM NHUỘM 59

4.4.1 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào và năng suất 59

4.4.2 Quy trình nhuộm 59

4.4.3 Tính công suất nhiệt điện trở và vỏ cụm nhuộm 59

CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 61

5.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG 61

5.1.1 Quy trình nhuộm màu tự nhiên dân gian 61

5.1.2 Quy trình ngâm nhuộm trong hệ thuống nhuộm màu tự nhiên 62

5.2 YÊU CẦU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO TỪNG CỤM CỦA HỆ THỐNG 63

5.3 PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 64

5.3.1 Phương án khởi động động cơ cụm máy nghiền 64

5.3.2 Phương án cho các chế độ hoạt động cụm máy nghiền 65

5.3.3 Phương án điều khiển nhiệt, xác định thời gian gia nhiệt và khuấy cụm nấu – chiết tách và cụm nhuộm 66

5.4 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 67

5.4.1 Giải thuật điều khiển cụm nghiền 67

5.4.2 Giải thuật điều khiển cụm nấu – chiết tách và cụm nhuộm 70

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 73

6.1 YÊU CẦU CHUNG CỦA MẠCH ĐIỆN CẢ HỆ THỐNG 73

6.2 TÊN GỌI VÀ CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG MẠCH ĐIỆN 74

6.2.1 Quy ước về đặt tên các tiếp điểm và các thành phần trong mạch điện 74

6.2.2 Quy ước về việc nối dây trong mạch điện 75

6.2.3 Tên gọi và chức năng của các thiết bị điện sử dụng trong mạch 75

6.3 CÁC THÀNH PHẦN THIẾT BỊ CỦA CỤM NGHIỀN 77

6.3.1 Mạch On/Off cấp nguồn tổng 77

6.3.2 Mạch chọn chế độ auto/manual 78

6.3.3 Mạch làm việc ở chế độ manual và chế độ auto 79

6.3.4 Mạch điều khiển biến tần và mạch điều khiển chạy/dừng động cơ 81

6.4 CÁC THÀNH PHẦN THIẾT BỊ CỦA CỤM NẤU – CHIẾT TÁCH VÀ CỤM

NHUỘM 83

6.4.1 Mạch kiểm tra mực nước trong cụm nấu – chiết tách và nhuộm 83

6.4.2 Mạch động lực cho cụm nung 84

6.4.3 Mạch động lực động cơ và van từ 86

6.5 QUY TRÌNH THI CÔNG MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG NHUỘM MÀU TỰ NHIÊN 88

6.5.1 Chuẩn bị thiết bị điện 88

6.5.2 Các bước thực hiện 89

CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 92

7.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 92

7.1.1 Thiết kế cơ khí 92

7.1.2 Thiết kế mạch điện và lưu đồ giải thuật điều khiển 93

7.1.3 Bài báo nghiên cứu khoa học 94

7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 94

7.2.1 Hướng phát triển của các đề tài về màu tự nhiên 94

7.2.2 Hướng phát triển của đề tài nghiên cứu thiết kế, điều khiển máy tách màu tự nhiên 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC 98

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Chardonnet [1] 1

Hình 1.2 Tốc độ tăng trưởng ngành dệt may giai đoạn 2009-2014 [3] 2

Hình 1.3 Thị trường xuất khẩu của ngành dệt may Việt Nam [3] 3

Hình 1.4 Các bước trong quy trình nhuộm vải [4] 4

Hình 1.5 Các thành phần trong ngành nhuộm phân theo loại vải được nhuộm [4] 5

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nhuộm với môi trường nước [10] 6

Hình 1.7 Tái chế điện thoại di động [5] 9

Hình 1.8 Túi vải thân thiện với môi trường được sử dụng tại các siêu thị [5] 9

Hình 1.9 Mùn cưa và bộ bàn ghế tạo từ mùn cưa [5] 10

Hình 1.10 Sản phẩm từ kỹ thuật nhuộm Ai-zo-me Nhật Bản [10] 11

Hình 1.11 Lá cây bạch đàn nguyên liệu cho nhuộm tự nhiên [11] 12

Hình 1.12 Lá cây bàng và lá cây chè già nguyên liệu cho quá trình nhuộm [12] 12

Hình 1.13 Họ cây Acacia ở Australia [12] 14

Hình 1.14 Thương hiệu thời trang thân thiện với môi trường – Ecomia [13] 15

Hình 2.1 Nguyên lý nghiền trục [14] 17

Hình 2.2 Nguyên lý nghiền [15] 17

Hình 2.3 Nguyên lý máy nghiền búa [27] 18

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động cụm chiết tách [15] 19

Hình 2.5 Dây chuyền sản xuất thuốc nhuộm tự nhiên [16] 20

Hình 3.1 Quá trình đập nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa [27] 22

Hình 3.2 Va đập của búa vào vật liệu nghiền ở các tốc độ khác nhau [29] 23

Hình 3.3 Va đập trong buồng nghiền [29] 23

Hình 3.4 Ảnh hưởng của vận tốc đầu búa đối với năng suất và chi phí năng lượng riêng[29] 24

Hình 3.5 Các loại cánh khuấy từ đơn giản đến đặc biệt [36] 27

Hình 3.6 Dòng chuyển động của cánh khuấy [36] 27

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa công tiêu tốn và thời gian khuấy [36] 28

Hình 3.8 Bán kính hiệu quả của cánh khuấy tuabin và cánh khuấy dung dịch [37] 28

Hình 3.9 Quá trình hòa tan (khuấy) trong thùng nhẵn và không nhẵn [37] 29

Hình 3.10 Sơ đồ cánh khuấy xác định công suất làm việc[36] 30

Hình 4.1 Các loại búa nghiền [28] 32

Hình 4.2 Sơ đồ kích thước búa nghiền chữ nhật một lỗ 33

Hình 4.3 Trục gá búa nghiền 34

Hình 4.4 Búa nghiền 35

Hình 4.5 Phác thảo sơ đồ trục 42

Hình 4.6 Sơ đồ mômen trên trục làm việc 42

Hình 4.7 Phân bố kết cấu trục làm việc 2D 43

Hình 4.8 Phân bố kết cấu trục làm việc 3D 43

Hình 4.9 Kết cấu ổ bi 45

Hình 4.10 Mô hình lưới lọc 46

Hình 4.11 Sơ đồ phân bố lỗ trên tấm sàng có hệ số rơi cao [27] 47

Hình 4.12 Phân bố kích thước lỗ trên tấm sàng có hệ số rơi cao 47

Hình 4.13 Kết cấu tấm đập bên trong buồng [27] 47

Hình 4.14 Buồng đập 48

Hình 4.15 Máy nghiền búa thiết kế hoàn chỉnh 48

Hình 4.16 Chuyển vị trong phần mềm solidworks cho thấy sự ổn định hệ thống 49

Hình 4.17 Dòng xoáy khi có chuyển động của cánh khuấy [36] 50

Hình 4.18 Sơ đồ cánh khuấy tuabin [36] 50

Hình 4.19 Cánh khuấy tuabin 52

Hình 4.20 Phác thảo sơ đồ trục 54

Hình 4.21 Sơ đồ mômen trên trục làm việc 54

Hình 4.22 Phân bố kết cấu trục làm việc 55

Hình 4.23 Phân bố kết cấu trục làm việc 56

Hình 4.24 Cụm chiết tách thiết kế hoàn chỉnh 57

Hình 4.25 Vòng giữ tấm lưới lọc 58

Hình 4.26 Cụm lọc thiết kế hoàn chỉnh 58

Hình 4.27 Cụm nhuộm thiết kế hoàn chỉnh 60

Hình 4.28 Hệ thống nhuộm màu tự nhiên hoàn chỉnh 60

Hình 5.1 Quy trình nhuộm màu tự nhiên dân gian [18] 62

Hình 5.2 Mạch khuếch đại Max31855 cho cặp nhiệt điện [19] 66

Hình 5.3 Bộ điều khiển nhiệt độ REX-C100 [43] 67

Hình 5.4 Sơ đồ chuyển hóa giữa các cấp vận tốc 68

Hình 5.5 Lưu đồ giải thuật cụm nghiền 69

Hình 5.6 Lưu đồ giải thuật mode auto – manual cụm nghiền 70

Hình 5.7 Lưu đồ giải thuật cụm nấu – chiết tách và cụm nhuộm 71

Hình 6.1 Phân tích mạch điện điều khiển hệ thống nhuộm màu tự nhiên 74

Hình 6.2 Đơn giản mạch điện bằng phương pháp nối dây theo tên 75

Hình 6.3 MCCB DOM1159, 63A – hãng Schneider [51] 77

Hình 6.4 Mạch cấp nguồn động lực và điều khiển của cụm máy nghiền 78

Hình 6.5 Mạch điện khóa lẫn 79

Hình 6.6 Mạch điện điều khiển chế độ vận hành hoàn chỉnh 80

Hình 6.7 Chỉ dẫn nối dây cho 2 chân STF và STR [45] 82

Hình 6.8 Sơ đồ đấu dây cho biến tần E720 82

Hình 6.9 Nguyên lý hoạt động của cảm biến mực nước 61F-GP-N [46] 83

Hình 6.10 Nguyên lý hoạt động của cảm biến mực nước SNR-20010-S [47] 84

Hình 6.11 Chức năng các chân của bộ điều điều khiển nhiệt REX [43] 84

Hình 6.12 Relay bán dẫn loại công suất lớn [49] 85

Hình 6.13 Mạch động lực cụm gia nhiệt 85

Hình 6.14 Mạch động lực cụm động cơ khuấy 86

Hình 6.15 Relay thời gian H3JA-80 [50] 86

Hình 6.16 Mạch điều khiển cụm nấu – chiết tách và nhuộm hoàn chỉnh 87

Hình 6.17 Đánh dấu dây và đầu cos [20] 89

Hình 6.18 Các bước thi công mạch điện 89

Hình 6.19 Bước đầu chuẩn bị các thiết bị điện [16] 90

Hình 6.20 Sơ đồ đấu dây tủ điện máy nghiền 90

Hình 6.21 Sơ đồ đấu dây tủ điện cụm nấu – chiết tách và nhuộm 91

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Dự báo của Ngành may mặc đến năm 2030 [3] 4

Bảng 1.2 So sánh giữa thuốc nhuộm tổng hợp và thuốc nhuộm tự nhiên 5

Bảng 1.3 Lượng nước tiêu thụ của ngành dệt nhuộm [4] 6

Bảng 1.4 Các nguồn phát sinh khí thải cùng các chất ô nhiễm của ngành dệt [4] 7

Bảng 1.5 Các cây được người Thái sử dụng để nhuộm vải, đồ dùng [6] 11

Bảng 4.1 Tóm tắt thông số ( chuẩn hóa theo tiêu chuẩn thực tế) 36

Bảng 4.2 Tóm tắt thông số kỹ thuật (đã được tiêu chuẩn hóa) 41

Bảng 4.3 thông số kỹ thuật ( đã được tiêu chuẩn hóa) 44

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật (đã được tiêu chuẩn hóa) 46

Bảng 4.5 Tóm tắt thông số ( chuẩn hóa theo tiêu chuẩn thực tế) 53

Bảng 4.6 thông số kỹ thuật ( đã được tiêu chuẩn hóa) 56

Bảng 5.1 Quy trình nhuộm dân gian [17] 61

Bảng 5.2 Quy trình nhuộm của máy tách màu tự nhiên 63

Bảng 5.3 Tên gọi và chức năng của các thành phần trong lưu đồ giải thuật 68

Bảng 6.1 Các tên gọi sử dụng trong bản vẽ mạch điện 75

Bảng 6.2 Các thông số cần cài đặt của biến tần[45] 81

Bảng 6.3 Các thiết bị điện chính cần chuẩn bị 88

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH DỆT MAY

1.1.1 Quá trình phát triển của ngành dệt may [1]

Dệt may là một trong những hoạt động có từ xưa nhất của con người Sau thời kỳ lấy

da thú che thân, từ khi biết canh tác, loài người đã bắt chước thiên nhiên, đan lát các thứ cỏ cây làm thành nguyên liệu

Ông Chardonnet được coi như cha đẻ của kỹ nghệ sợi hoá học (chemical fibres) là chữ gọi chung cho các sợi nhân tạo (man-made fibres) và sợi tổng hợp (synthetic fibres) Mục đích của ông khi tìm cách làm tơ nhân tạo là để bình dân hoá vải vóc, để bất cứ ai cũng

có thể có được những bộ quần áo lụa là cho tới lúc ấy chỉ dành cho một thiểu số Ông đã thành công hơn dự kiến vì kỹ nghệ phát sinh từ các sáng chế của ông đã dẫn đến cả một cuộc cách mạng trong may mặc, biến thời trang thành một hiện tượng quần chúng trong mọi nước Ngành dệt may từ đó cũng phát triển ngày càng nhanh, cùng với đà tiến triển của kinh tế và thương mại Từ 1889 đến 1939, phải sau 50 năm sản lượng sợi hoá học trên thế giới mới đạt mức 1 triệu tấn một năm, nhưng chỉ 12 năm sau đã tăng gấp đôi, và cứ thế tăng vọt

Hình 1.1 Chardonnet [1]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Điều này cũng giải thích tại sao các nước công nghiệp vẫn quyết tâm bảo vệ ngành dệt may nội địa trước sự cạnh tranh của các nước nghèo, từ thập niên 1970 trở đi, khi các nước này tập trung xây dựng ngành này thành trọng điểm của chiến lược phát triển Và tại sao đó cũng là một trong những mối tranh chấp căng thẳng từ nhiều năm trong quan hệ thương mại giữa các nước giàu và nghèo

1.1.2 Tổng quan ngành dệt may Việt Nam

Tình hình ngành dệt may hiện nay [2]

Theo thống kê Tập đoàn dệt may Việt Nam (VINATEX) trong năm 2013, Việt Nam

có 5,982 công ty dệt may, với lực lượng lao động chiếm hơn 20% lao động trong khu vực công nghiệp và gần 5% tổng lực lượng lao động toàn quốc Phần lớn các công ty được đặt tại miền Nam (62%), còn lại nằm ở miền Bắc (30%), miền Trung và Tây Nguyên

(8%)

Trong năm 2013, Việt Nam đã gia nhập cùng Trung Quốc, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ và Bangladesh trở thành 5 nước xuất khẩu dệt may hàng đầu thế giới, với giá trị xuất khẩu vượt 22 tỷ USD Xuất khẩu dệt may tiếp tục tăng trưởng trong năm 2014 với mức tăng gần 16%, đạt kim ngạch 24,5 tỷ USD

Hình 1.2 Tốc độ tăng trưởng ngành dệt may giai đoạn 2009-2014 [3]

Tình hình xuất khẩu hàng dệt may của Việt Nam hiện tại và trong tương lai [3]

Kim ngạch xuất khẩu dệt may của Việt Nam đã đạt mức tăng trưởng ấn tượng tại các thị trường lớn trong năm 2014 – với mức tăng trưởng 17% ở Châu Âu, 12,5% ở Mỹ, và 9%

ở Nhật Bản

Hình 1.3 Thị trường xuất khẩu của ngành dệt may Việt Nam [3]

1.1.3 Xu hướng đầu tư ngành may mặc tại Việt Nam – triển vọng đối với nhà đầu tư nước ngoài

Tương lai của ngành may mặc của Việt Nam đầy triển vọng vì doanh nghiệp và nhà nước đang không ngừng nỗ lực để tăng cường vị thế cạnh tranh của Việt Nam trong thị trường may mặc toàn cầu bằng cách tận dụng triệt để các lợi thế cạnh tranh quan trọng như sau:

 Nguồn lao động dồi dào, có kỹ năng, tiếp thu nhanh và tiền lương cạnh tranh

 Trang thiết bị hiện đại với hệ thống xử lý nước thải chất lượng cao

 Địa điểm giá cạnh tranh cho sản xuất và xuất khẩu

 Mối quan hệ tốt và thân thiết với khách hàng và các nhà nhập khẩu quốc tế lớn

 Sự công nhận đối với các sản phẩm chất lượng cao uy tín

 Hỗ trợ từ các hiệp định thương mại tự do với các thị trường xuất khẩu lớn

Giá trị sản xuất nhắm mục tiêu của ngành dệt may trong năm 2015 là 24.875 tỷ USD, tăng 1,5 lần so với năm 2010 và sẽ đạt 37.670 tỷ USD vào năm 2020

1.2 VAI TRÒ CỦA NGÀNH NHUỘM

Quá trình nhuộm được thực hiện để phân bố đều ánh sắc trên mặt vải, trong đó xảy

ra sự khuếch tán của phân tử thuốc nhuộm vào bên trong sợi vải để tạo cho vải màu sắc mong muốn Mục tiêu của quá trình nhuộm là làm cho các phân tử chất nhuộm gắn chặt vào sợi vải

Nhuộm là một ngành công nghiệp phụ trợ cũng không kém phần quan trọng của ngành dệt may Ngành nhuộm quyết định sự bắt mắt, tính thẩm mỹ và cũng là mắc xích quan trọng trong khả năng đáp ứng khách hàng của trang phục

Hình 1.4 Các bước trong quy trình nhuộm vải [4]

 Phân trục: xác định lượng phẩm màu và các chất phụ gia khác theo khối lượng vải cần nhuộm [4]

 Giũ hồ là quy trình nhằm loại bỏ các chất hồ Sự có mặt của các chất hồ trên vải cản trở khả năng thấm của các hóa chất khác trong các công đoạn tiếp theo Bước này được thực hiện chủ yếu đối với vải cotton Ngoài hồ, quy trình giũ hồ cũng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

tách loại được phần nào các tạp chất lẫn trong vải Những chất không tan trong nước và phần hồ còn sót lại sẽ bị phân huỷ một phần do thuỷ phân và một phần

do bị ôxy hoá và sau đó sẽ được tách ra [4]

 Nấu: Quá trình nấu được thực hiện để tách triệt để các tạp chất ngoại lai sau khi chúng đã được loại bỏ sơ bộ khi giũ hồ, cũng như loại bỏ các tạp chất như sáp, axit béo, dầu… có trong vải Nấu được thực hiện trong môi trường kiềm ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao [4]

Hình 1.5 Các thành phần trong ngành nhuộm phân theo loại vải được nhuộm [4]

Nếu phân loại theo nguồn gốc thuốc nhuộm thì ta có 2 loại thuốc nhuộm là thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và thuốc nhuộm có nguồn gốc nhân tạo

Bảng 1.2 So sánh giữa thuốc nhuộm tổng hợp và thuốc nhuộm tự nhiên

Thuốc nhuộm nhân tạo Thuốc nhuộm tự nhiên

- Màu sắc đa dạng, bắt mắt, giá tốt

- Tính năng nhuộm cao

- Gây ô nhiễm môi trường

- Thuốc nhuộm azo chứa nguy cơ

gây ung thư

- Thuốc nhuộm hoạt tính chứa kim

loại nặng như crom, chì, thủy ngân

- Được sử dụng chủ đạo trong ngành

nhuộm

- Màu sắc không đa dạng, giá cao

- Thành phần tự nhiên, thân thiên với môi trường

- Thường chỉ được sử dụng trong quy trình nhuộm thủ công

- Giảm thiểu kích ứng da

- Một số loại thuốc nhuộm tự nhiên cung cấp chất có lợi cho còn người

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.3 NGÀNH NHUỘM VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG

Quá trình sản xuất hàng dệt gây ra nhiều vấn đề lớn về môi trường Dạng ô nhiễm đáng chú ý nhất là nước thải, sau đó là khí thải

1.3.1 Nước

Nước thải dệt nhuộm có tính độc nhất định đối với vi sinh vật do các yếu tố sau:

 Do ảnh hưởng từ quá trình nấu, nhuộm nên nước thải nhuộm thường có nhiệt đô cao hơn mức giới hạn cho phép thải ra môi trường Hiện tượng này làm quần thể

vi sinh vật bị ức chế gây mất khả năng tự làm sạch của nước

 Độ pH: nước thải dệt nhuộm hiện nay ở nước ta mà chủ yếu lả sản phẩm sợi bông luôn có tính kiềm cao 9-11 Cá cũng như các vi sinh vật khác không thể sống trong môi trường nảy

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nhuộm với môi trường nước [10]

Cho đến nay độ tận trích của thuốc nhuộm chỉ đạt 60% - 70%, 30% - 40% thuốc nhuộm thải trực tiếp ra môi trường

Bảng 1.3 Lượng nước tiêu thụ của ngành dệt nhuộm [4]

Hàng dệt nhuộm Lượng nước tiêu thụ (m 3 trên một tấn sản phẩm)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.3.2 Khí thải

Mặc dù công nghiệp dệt là nguồn gây ô nhiễm không khí thứ yếu khi so sánh với các ngành công nghiệp khác, nhưng khí thải đã được xem như là vấn đề ô nhiễm lớn thứ hai (sau nước thải) từ ngành công nghiệp này Vì ngành này sử dụng rất nhiều loại hàng hoá và hoá chất trong sản xuất Các nguồn thải cố định bao gồm quá trình phủ bề mặt ở nhiệt độ cao, sấy khô và xử lý nhiệt độ cao trong đó thải ra các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs); các lò hơi thải ra các hạt lơ lửng, các oxit nitơ và dioxit lưu huỳnh; và các thùng chứa hàng hoá và hoá chất chuyên dụng Nguồn khí thải phân tán di động có nguồn gốc từ rò rỉ thiết

bị, làm sạch bằng dung môi, hoạt động của trạm xử lý nước thải và các kho chứa vải thành phẩm

Bảng 1.4 Các nguồn phát sinh khí thải cùng các chất ô nhiễm của ngành dệt [4]

Công đoạn Các nguồn phát thải Các chất ô nhiễm

Sản xuất năng lượng Phát thải từ lò hơi Các hạt lơ lửng, oxit nitơ

(Nox), dioxit lưu huỳnh (SO2)

Phủ bề mặt, sấy và xử lý

nhiệt độ cao

Phát thải từ các lò nhiệt độ cao

Các thành phần hữu cơ bay hơi (VOCs)

Lưu giữ hóa chất Phát thải từ các thùng chứa

1.4 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các lĩnh vực kỹ thuật – công nghệ giúp cho hàng hóa ngày càng phát triển đa dạng và mức sống của người dân đang dần dần được nâng cao Bên cạnh đó vấn đề ăn mặc đẹp chú trọng đến sức khỏe ngày càng được quan tâm Tuy nhiên bên cạnh những lợi ích to lớn mà công nghiệp hóa mang lại, chúng ta không thể không kể đến các tác hại mà các ngành công nghiệp mang theo Đặc biệt là ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Một ngành xuất khẩu mũi nhọn không thể không nhắc đến là Dệt May, hiện tại Việt Nam là một trong mười khu vực xuất khẩu dệt may lớn nhất thế giới Điều này cũng đủ chứng tỏ tầm quan trọng của dệt may đối với kinh tế nước ta Cũng như một số ngành công nghiệp khác, ngành dệt may cũng kéo theo hệ quả ô nhiễm môi trường Tuy vậy, quá trình gây ô nhiễm này chỉ chủ yếu diễn ra trong qua trình dệt - nhuộm

Cùng với các lý do nêu trên, việc nghiên cứu và phát triển một công nghệ nhằm giảm thiểu lượng ô nhiễm thải ra môi trường là hoàn toàn cần thiết Ngoài ra, công nghệ này thân thiện với người sử dụng, có lợi cho sức khỏe là phù hợp với xu hướng phát triển thân thiện với môi trường và con người hiện nay

1.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP NHUỘM TỰ NHIÊN

1.5.1 Xu hướng phát triển sản phẩm thân thiện với môi trường

Ngày nay, xu hướng sử dụng các sản phẩm thân môi trường đã trở thành một phần trong cuộc sống hàng ngày của một bộ phận lớn những người tiêu dùng trên thế giới Các sản phẩm sinh thái đã trở thành những sản phẩm hợp thời trang, làm phong phú thêm cho cuộc sống

Thương hiệu đến từ Phần Lan Nokia đứng đầu trong danh sách các công ty sản xuất điện thoại “xanh” và đứng thứ 14 trong bảng xếp hạng các công ty thân thiện với môi trường nhất thế giới (theo tạp chí Newsweek năm 2013) Các sản phẩm của công ty được đánh giá cao về độ bền, đạt chỉ tiêu sử dụng năng lượng tái tạo tới 40% và nhiều chiếc điện thoại sử dụng vật liệu có thể tái chế Một số điện thoại thông minh nổi bật của Nokia về hạng mục

“xanh” có thể kể đến như: Nokia 700 có vật kiệu sử dụng không có nhựa PVC và nikel, sơn

có nguồn gốc sinh học, tiết kiệm năng lượng nhờ chế độ tự động điều chỉnh của màn hình

và thiết kế của bộ sạc; Nokia Lumia 1520, Lumia 820 với phần nắp lưng hoàn toàn được làm từ đĩa CD tái chế,…

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Hình 1.7 Tái chế điện thoại di động [5]

Người tiêu dùng tại các nước đang phát triển ở châu Á và châu Phi thường có xu hướng chọn lựa sản phẩm được sản xuất bởi những doanh nghiệp có trách nhiệm xã hội hơn tại những nước phát triển Đây là kết quả cuộc thăm dò mới đây của hãng MasterCard

Đi đầu trong việc khuyến khích khách hàng mua sắm thân thiện với môi trường là công ty Metro Cash & Carry Việt Nam Thay vì sử dụng túi nhựa dùng một lần khó phân hủy, Metro đã khuyến khích khách hàng sử dụng loại túi có thể tái sử dụng nhiều lần hoặc thùng giấy khi mua hàng nhằm giảm lượng ni-lông thải ra môi trường Một sản phẩm thân thiện với môi trường khác là túi vải không dệt, loại túi này dễ phân hủy hơn ni-lông nhưng vẩn đảm bảo sức chịu 5-10 kg trong quá trình sử dụng

Hình 1.8 Túi vải thân thiện với môi trường được sử dụng tại các siêu thị [5]

Việc tận dụng các phế phẩm trong đời sống lẫn trong nông nghiệp, công nghiệp để tạo ra những sản phẩm có giá trị, không chỉ góp phần làm phục vụ đời sống con người và còn giảm thiểu nguy cơ về ổ nhiễm môi trường, tạo ra cuộc sống xanh sạch đẹp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Tận dụng mùn cưa tao ngành chế tạo gỗ để tạo ra tủ, bản và ghế… Để phục vụ đời sống con người

Hình 1.9 Mùn cưa và bộ bàn ghế tạo từ mùn cưa [5]

Qua một số trường hợp trên ta nhận thấy rằng hướng sản phẩm “xanh” đã mở ra con đường mới phát triển vững bền, không chỉ phổ biến trên thế giới mà ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm từ người tiêu dùng Việt Nam Điều này mở ra lợi thế vô cùng lớn trong việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xanh vào trong sản xuất và mở rộng thị trường tại Việt Nam

1.5.2 Tổng quan về phương pháp nhuộm tự nhiên

Thuốc nhuộm tự nhiên đã được sử dụng chỉ cho sản phẩm dệt may từ thời cổ đại cho đến ngày nay Nhuộm tự nhiên có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên Chất màu thu được từ tài nguyên thiên nhiên của thực vật, động vật, khoáng sản, và nguồn gốc của vi sinh vật đã được sử dụng cho màu sắc cho vật liệu dệt khác nhau Các vùng khác nhau trên thế giới có truyền thống nhuộm thiên nhiên và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có trong khu vực đó

Trong đó Nhật Bản nổi tiếng là có các truyền thống nhuộm tự nhiên lâu đời, là nơi

có kỹ thuật nhuộm màu tự nhiên ưu việt trong khu vực.Nguyên liệu chính dùng để tạo ra màu nhuộm là cây chàm – một loại thực vật được trồng phổ biến ở Nhật Chàm được chia

ra làm hai loại : chàm thân cỏ và chàm thân gỗ Trong kỹ thuật nhuộm Ai-zo-me của người Nhật chủ yếu sử dụng loại chàm thân cỏ Người ta sử dụng lá của cây chàm để làm thuốc nhuộm trong kỹ thuật nhuộm vải Ai-zo-me Ai-zo-me được đánh giá là loại vải nhuộm đẹp và rất bền màu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Hình 1.10 Sản phẩm từ kỹ thuật nhuộm Ai-zo-me Nhật Bản [10]

Ở trong nước, cây nhuộm truyền thống của người Thái Đen tại huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La [6] có rất nhiều nguyên liệu phục vụ cho việc nhuộm vải tự nhiên, tùy từng loại nguyên liệu khác nhau thì sẽ có màu khác nhau

Bảng 1.5 Các cây được người Thái sử dụng để nhuộm vải, đồ dùng [6]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Màu đỏ

Nguyên liệu cho nhuộm màu tự nhiên:

 Theo thống kê của Viện Tài Nguyên Sinh Vật của Tổ Chức Bảo Tồn Thiên Nhiên Thế Giới cho thấy Việt Nam có hơn 12000 loài thực vật, trong đó nhóm cây nhuộm màu có trên 200 loài

 Một nguồn nguyên liệu lợi thế khác của nhuộm màu tự nhiên là tận thu các nguồn nguyên liệu: các loại lá như lá chè già (bị vứt bỏ trên các nông trường chè), lá bàng, lá xà cừ, lá xoài, lá vải, lá ổi, lá cà phê, là bạch đàn… đều là những nguồn nguyên liệu có thể được sử dụng trong sản xuất trong khi đây là những loại rất phổ biến ở nước ta

Hình 1.11 Lá cây bạch đàn nguyên liệu cho nhuộm tự nhiên [11]

Hình 1.12 Lá cây bàng và lá cây chè già nguyên liệu cho quá trình nhuộm [12]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Ưu điểm của nhuộm màu tự nhiên:

 Nguồn nguyên liệu dồi dào

 Các loại lá cây, củ quả sau khi nhuộm có thể tiếp tục dùng để sản xuất phân bón cho cây trồng

 Công nghệ thân thiện với môi trường, giảm thiểu ô nhiễm do thuốc nhuộm gây ra

 Sợi vải sau khi nhuộm không chứa Azo và Formaldehyt nên an toàn hơn với người mặc và hạn chế kích ứng da

 Quá trình tách nước màu nhuộm trực tiếp còn giữ được một số tinh dầu vốn có trong

lá cây

 Được sự ủng hộ của những người tiêu dùng xanh

 Góp phần chống ô nhiểm môi trường bằng cách tận dụng phế phẩm của các ngành công nghiệp khác

Nhược điểm của nhuộm màu tự nhiên:

 Số lượng màu chưa nhiều, phổ biến nhất là tông màu nâu

 Do sản xuất chủ yếu theo phương pháp thủ công nên tiêu tốn công lao động nhiều

 Do màu nhuộm phụ thuộc vào chất lượng màu sắc của nguyên liệu đầu vào nên chưa

có mã màu tiêu chuẩn

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.6.1 Nghiên cứu ngoài nước

Một nghiên cứu của Thái Lan: “Natural Dye from Eucalyptus Leaves and pplication for Wool Fabric Dyeing by Using Padding Techniques” [8] đã trình bày lá cây bạch đàn có thể làm nguyên liệu cho việc nhuộm tự nhiên đồng thời chứng minh được những chất có trong lá bạch đàn có tác động tích cực cho quá trình nhuộm

Nhóm tác giả cũng đã đưa ra các dãy màu từ nhuộm nguyên liệu lá cây bạch đàn, đưa

ra cấu tạo công thức hóa học có trong lá bạch đàn đã cùng với hợp chất cầm màu có tác động đến độ bền màu sau khi thành phẩm

Không chỉ riêng Thái Lan một nghiên cứu đăng trên hội nghị “ Fibers and Polymers 2013” [7] trình bày tầm quan trọng của nhuộm màu tự nhiên và các kết quả thí nghiệm của nhóm tác giả đối với phương pháp nhuộm màu bằng dịch màu chiếc từ cây thông đỏ Thổ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Nhĩ Kỳ Nhóm tác giả đã trích ly thuốc nhuộm, nhuộm lên các loại vải len, cotton, lụa Kết quả được các dãy màu sắc khác nhau Cuối cung nhóm tác giả đã chứng minh được độ bền

màu của quá trình nhuộm tự nhiên

Một nghiên cứu khác của Australia: “Application of Acacia Natural Dyes on Cotton

by Pad Dyeing” [9] trình bày ứng dụng kỹ thuật nhuộm tự nhiên trên vải cotton từ nguyên liệu là họ cây Acacia Họ cây Acacia chủ yếu sống ở Australia

Nhóm tác giả đã làm thí nghiệm với nồng độ hợp chất cầm màu khác nhau và điều kiện làm thí nghiệm khác nhau với cùng một quy trình Nhóm tác giả đã chứng minh được quá trình thích nghi môi trường của nhuộm màu tự nhiên và độ bền màu đạt mức yêu cầu của sản phẩm

Hình 1.13 Họ cây Acacia ở Australia [12]

1.6.2 Nghiên cứu trong nước

Tại hội nghị Hội nghị khoa học toàn quốc về sinh thái và tài nguyên sinh vật lần thứ 5: “Cây nhuộm truyền thống của người Thái Đen tại huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La” trình bày nghiên cứu, thống kê các loại cây có thể làm nguyên liệu cho nhuộm màu tự nhiên trong đồ dùng và thực phẩm tại tỉnh Sơn La.[6]

Qua điều tra, số loài cây nhuộm màu truyền thống được đồng bào thiểu số phía Bắc thường xuyên sử dụng để tạo màu cho món ăn, nước uống và vải sợi là 62 loài Nhóm tác giả đã điều tra, sưu tầm và lưu giữ các tri thức truyền thống trong việc sử dụng thực vật là

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

việc làm cần thiết và cần được tiến hành thường xuyên để bảo tồn và là nguồn nguyên

liệu cho việc nhuộm tự nhiên

PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã bắt đầu các nghiên cứu về nhuộm màu tự nhiên từ năm

1996, đến nay sản phẩm của cô Lĩnh đã được biết đến rộng rải với thương hiệu ecomia Tác giả đã phát hiện trong thiên nhiên có sẵn các nguồn nguyên liệu làm chất nhuộm Trong phòng thí nghiệm, Ts Lĩnh đã sử dụng lá bàng, lá tre, lá thiên lý, lá xà cừ, lá găng, ngải cứu, lá bạch đàn, lá chè, lá hồng xiêm, vỏ cây xà cừ để nhuộm vải sợi bông, lanh và vải tơ tằm Ban đầu, bà làm bằng phương pháp thủ công: nấu lá lên để lấy dung dịch màu trong lá rồi nhúng vải vào nhuộm Trong dung dịch màu có bổ sung một số chất làm tăng khả năng lên màu, đều màu, bền màu và tạo ra các ánh màu, gam màu khác nhau Hiện tại

sản phẩm này nhận được rất nhiều đơn đặt hàng từ Nhật và các nước Châu Âu [13]

Hình 1.14 Thương hiệu thời trang thân thiện với môi trường – Ecomia [13]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.7 KẾT LUẬN

Từ các vấn đề trên cho thấy mặc dù thuốc nhuộm tổng hợp chiếm lĩnh vai trò quan trọng đối với ngành nhuộm hiện nay, tuy nhiên của tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng do thuốc nhuộm tổng hợp gây ra là không thể chối cải, chính vì vậy nhuộm màu tự nhiên không chỉ là một lời giải cho bài toán ô nhiễm ngành nhuộm mà còn là một công nghệ phù hợp với xu hướng phát triển công nghiệp thân thiện với môi trường hiện nay Mặt khác, phương pháp nhuộm màu tự nhiên hiện nay vẫn tồn tại nhiều mặt hạn chế cần được khắc phục để có thể áp dụng rộng rãi vào cuộc sống

Chính vì các lý do nêu trên, mục tiêu nghiên cứu của luận văn này là tính toán, thiết kế

ra máy bán tự động ứng dụng phương pháp nhuộm màu tự nhiên với các tiêu chí như sau:

 Nguyên liệu đầu vào là các loại lá cây khô và vỏ cây đước

 Với yêu cầu của nhiệm vụ luận văn về năng suất máy nghiền là 150 kg/h

 Việc nghiền và nhuộm phải làm theo mẻ

 Số giờ làm việc trong ngày: 8 giờ

 Số ngày làm việc trong năm: 200 ngày

 Máy nhuộm màu bằng phương pháp nhuộm trực tiếp

Tóm lược quy trình nhuộm:

Vật liệu phải được nghiền nhỏ ( đối với vật liệu khô), càng nhỏ thì chất lượng càng tốt Vật liệu sau khi nghiền nhỏ sẽ được dữ trữ hoặc đem tới khâu nấu – chiết tách xử lý Tại khâu nấu – chiết tách vật liệu nghiền nhỏ sẽ được nấu với nước theo một tỉ lệ nhất định, tùy thuộc vào loại vải nhuộm là loại nào Trong quá trình nấu thì phải có gia nhiệt – khuấy để lấy được màu hòa tan trong nước ở mức cao nhất

Nước và bã đi qua cụm lọc để lọc nước màu nhuộm và bã Nước màu đi tới cụm nhuộm, tại đây gia nhiệt tới nhiệt độ nhuộm và khuấy Cho vải và chất cầm màu vào cụm nhuộm hòa tan, bắt đầu nhuộm

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

-Nghiền nhỏ vật liệu vật liệu trước khi đưa vào cụm nghiền

-Chia môđun thành từng cụm nhỏ, để dễ dàng bảo trì và quản lý khi vận hành -Nghiền được các loại vật liệu như yêu cầu đề ra

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Nhược điểm:

-Nhiều lưỡi cắt dẫn đến tính toán phức tạp

-Khó mở rộng lên công suất lớn

-Thiết kế khó áp dụng trong công nghiệp

2.1.2 Phương pháp nghiền búa

Nguyên lý làm việc: dùng lực ly tâm của búa nghiền, nghiền các vật liệu khô có kích thước lớn ra dạng nhỏ hơn theo yêu cầu

Hình 2.3 Nguyên lý máy nghiền búa [27]

Ưu điểm:

-Không cần nghiền nhỏ vật liệu

-Áp dụng được trong công nghiệp và có thể áp dụng lên công suất lớn

-Thay đổi được kích thước vật liệu đầu ra tùy thuộc vào vật liệu

-Thiết kế tích hợp cả môđun cắt và nghiền nhỏ vật liệu

Khuyết điểm:

-Tính toán phức tạp, vì có nhiều lưỡi dao (tùy theo công suất)

-Cần phải có độ đồng tâm cao giữa búa nghiền và trục làm việc

Kết luận: Dựa theo các phân tích trên chọn phương pháp nghiền búa Dễ tự động hóa và

vận hành dễ dàng hơn

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.2 CỤM CHIẾT TÁCH

Tại cụm chiết tách có nhiệm vụ nấu nguyên liệu với nước để có được nguyên liệu nhuộm là nước màu để phục vụ cho công đoạn nhuộm Ở cụm này chủ yếu là gia nhiệt và lọc để nguyên liệu nhuộm đạt được theo quy trình tiêu chuẩn nhuộm

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động cụm chiết tách [15]

Nung trực tiếp: Nhiệt độ đạt tới nhiệt độ định mức nhanh, ít hao phí năng lượng Nhưng

dễ dàng làm thay đổi các cấu trúc phân tử màu dẫn đến giảm chất lượng màu khi nhuộm

Nung gian tiếp: Nhiệt độ đạt tới định mức chậm, hao phí nhiều năng lượng Không làm

thay đổi cấu trúc phân tử, dẫn đến chất lượng nhuộm được nâng cao Vật liệu composite làm bồn khuấy: Vật liệu nhẹ, cách nhiệt rất tốt, chống ăn mòn tốt

thường sử dụng cho các ứng dụng khuấy hóa chất Chi phí cao Vật liệu inox làm bồn khuấy: Vật liệu dùng chủ yếu cho ngành công nghiệp may mặc,

không bị rỉ sét, truyền nhiệt tốt

Kết luận: Sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp và vật liệu inox làm vỏ bình

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.3 CỤM NHUỘM

2.3.1 Phương pháp nhuộm trực tiếp

Với phương pháp này, dung dịch màu tách được từ thực vật sẽ được chuyển trực tiếp sang quy trình nhuộm, trong quá trình nhuộm sẽ sử dụng một số chất phụ gia để tăng

độ bám màu Phương pháp này đã được PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh áp dụng thành công và

tiến hành các phân tích chứng minh tính an toàn của sản phẩm đối với người dùng

Ưu điểm:

-Giảm được chi phí tách màu thành dạng bột

-Lưu giữ được một số tinh dầu có lợi trong lá cây

-Đã có các kiểm nghiệm chứng minh tính an toàn của sản phẩm

-Giảm được chi phí vận chuyển chất màu

Nhược điểm:

-Không thể kinh doanh chất màu rời được

-Quá trình tách màu và nhuộm buộc phải đặt gần nhau

2.3.2 Phương pháp nhuộm từ dạng bột

Quy trình sản xuất thuốc nhuộm tự nhiên được thể hiện qua hình sau

Hình 2.5 Dây chuyền sản xuất thuốc nhuộm tự nhiên [16]

Theo hình 2.5, tại (1), nguyên liệu được xay thành các hạt 1mm3 để tăng cường tiếp xúc với ung môi Các hạt này được chuyển đến phần chiết dịch thông qua băng tải trục vít (2), tại đây hổn hợp được ngâm trong nước nhiều giờ để đảm bảo sự thấm nước Phần bã được

(2) băng tải trục vít (3) cụm trích

(4) xử lý bằng dung môi

thu lại dung môi (6)

(1) xay xát (5)

phun khô

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

tách đi và dung dịch màu được chuyển đến cụm tách và tái chế dung môi (5) Cụm này hoạt

động theo nguyên lý chiết Dung dịch màu còn lại sau đó được phun khô tại cụm (6)

Ưu điểm:

-Dể dàng lưu trữ, vận chuyển

-Bột màu sau khi tách có khả năng thương mại hóa cao

Nhược điểm:

-Quy trình xử lý nguyên liệu phức tạp

-Đòi hỏi kiến thức chuyên môn về tách chiết và dung môi

-Sử dụng các loại máy quy mô lớn

Kết luận:Từ các phân tích trên, ta chọn phương pháp nhuộm trực tiếp Quy trình nhuộm

diễn ra trong thời gian không quá dài và các công đoạn nhuộm đơn giản Ngoài nguồn nguyên liệu chủ yếu có thể tận dụng các nguồn nguyên liệu vốn được bỏ đi như vỏ măng cụt, lá bàng, lá xà cừ, xác trà, xác cà phê…

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 QUÁ TRÌNH ĐẬP NHỎ NGUYÊN LIỆU [29]

Quá trình đập nhỏ nguyên liệu trong buồng nghiền bao gồm các va đập chính sau đây: -Va đập của búa nghiền vào nguyên liệu

-Va đập của nguyên liệu vào tấm nhám

-Va đập giữa nguyên liệu với nguyên liệu

Hình 3.1 Quá trình đập nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa [27]

Ngoài ra trong quá trình chuyển động, lớp nguyên liệu chà xát với thành máy và chà sát vào nhau cũng gây vỡ một phần nhưng không đáng kể mà chủ yếu làm tăng nhiệt độ, làm giảm chất lượng sản phẩm và tiêu hao năng lượng vô ích

Theo lý thuyết nghiền của Rampt và được Friedrich kiểm tra bằng thực nghiệm đối với

va đập trong quá trình nghiền các nguyên liệu để chế biến thức ăn gia súc cho kết quả ứng suất cực đại 𝜎max khi hai hạt va đập vào nhau

  5 

2 max f CV

Khi đó ứng suất gây ra do va đập là một hàm của vận tốc va đập Chính ứng suất này

là nguyên nhân chính làm phá vỡ nguyên liệu, cho nên đối với mỗi loại nguyên liệu có cơ

lý tính riêng biệt khi đem nghiền cần có một tốc độ va đập hợp lý và phải đạt được độ nhỏ sản phẩm cần thiết với số lần va đập nhất định

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Quá trình đập nhỏ nguyên liệu trong buồng nghiền là quá trình va đập nhiều lần, để đạt được hiệu quả cao cần tìm được vận tốc va đập hợp lý Bằng máy quay phim cực nhanh, Surobatka đã quan sát quá trình va đập trong buồng nghiền với tốc độ đầu búa khác nhau

-Với vận tốc va đập 18m/s hạt không vỡ.[29]

-Với vận tốc va đập 40m/s hạt vỡ ít.[29]

-với vận tốc va đập 57m/s hạt vỡ nhiều.[29]

Hình 3.2 Va đập của búa vào vật liệu nghiền ở các tốc độ khác nhau [29]

Cũng bằng máy quay phim cực nhanh (7500 ảnh/giây) Fridrich cũng quan sát quá trình

va đập trong buồng nghiền (với tốc độ đầu búa 90m/s), kết quả được thể hiện ở hình 3.3

Hình 3.3 Va đập trong buồng nghiền [29]

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bằng thực nghiệm, kết quả nghiên cứu của Stein trên máy nghiền D-24 cho thấy với vận tốc đầu búa nhất định (90m/s) thì máy nghiền sẽ làm việc đạt hiệu quả cao nhất Ảnh hưởng của tốc độ đầu búa đối với năng suất và chi phí năng lượng riêng được thể hiện trên hình 3.4

Hình 3.4 Ảnh hưởng của vận tốc đầu búa đối với năng suất và chi phí năng lượng

riêng[29]

Với mỗi loại máy nghiền sẽ có một tốc để va đập tương ứng để máy làm việc hiệu quả cao nhất Kết quả nghiên cứu của Friedrich cũng cho ta kết quả tương tự về ảnh hưởng của tốc độ đầu búa đến hai chỉ tiêu chính của máy là chi phí năng lượng riêng (Nr) và độ nhỏ của sản phẩm (M) Khi kích thước sản phẩm càng nhỏ thì năng suất nghiền của máy càng giảm dẫn đến chi phí năng lượng riêng càng cao

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÚA NGHIỀN

Khi xếp búa trên chốt treo và trên rôto phải đảm bảo các búa quét đều không gian buồn nghiền, đồng thời phải đảm bảo điều kiện cân bằng động của rôto

Việc chế tạo búa và xác định vị trí treo búa có ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng động và điều kiện của trục rôto Khi búa tác dụng một lực đập lên sản phẩm thì ngược lại nó cũng chịu một phản lực có cùng cường độ Nếu búa có cấu tạo không đúng thì phản lực này sẽ

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

truyền qua chốt treo búa vào đĩa treo búa, trục rôto và ổ đỡ… gây ra sự phá hỏng rất nhanh các bộ phận, chi tiết máy.[28]

Vì thời gian búa đập vào vật liệu đem nghiền rất ngắn, chỉ chiếm khoảng vài phần nghìn giây, nhưng áp lực đập đạt giá trị số lớn nhất, vượt xa nhiều lần trọng lượng búa đập Vì vậy trong thời gian búa đập ta có thể bỏ qua các lực phụ tác dụng lên búa như trọng lượng búa, lực ma sát tác dụng vào chốt treo búa

Xét trạng thái cân bằng của búa đang chuyển động với gia tốc tương đối 

Trong đó: m khối lượng một búa

c khoảng cách từ trọng tâm búa tới đường trục của lỗ treo búa

Phương trình cân bằng về mômen động năng:

l khoảng cách từ lực đập tác dụng đến trục treo búa

Cân bằng phương trình (3.2) và (3.3) được:

  mc

l

I dt

Từ công thức (3.4) cho biết phản lực tác dụng vào lỗ treo búa Rx phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, nhưng nếu kết cấu búa thỏa điều kiện:

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Với búa có hình chữ nhật có một lỗ treo búa như trên, thì xem như không có lỗ treo và xác định bán kính quán tính của búa không đổi:

12

b a p

2 2 2 c

Từ công thức (3.5),(3.6),(3.7),(3.8) và (3.9), kích thước búa:

a 6

b a c

3.3 QUÁ TRÌNH KHUẤY – GIA NHIỆT CỤM CHIẾT TÁCH

Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí có nghĩa quá trình khuấy trộn được thực hiện nhờ cánh khuấy, thùng khuấy Torng bể khuấy quá trình được tiến hành đồng thời hoặc liên tiếp với thời gian ngắn và dòng không dài

Đặc trưng quá trình khuấy trộn là cường độ khuấy và năng lượng tiêu hao Để đánh giá một quá trình khuấy trộn thường dựa vào các yếu tố:

-Loại cánh khuấy

-Thời gian khuấy trộn

-Công suất khuấy trộn

-Số vòng quay của cánh khuấy

-Độ lớn của bề mặt gia nhiệt

Trong công nghệ khuấy trộn có rất nhiều loại cánh khuấy được dùng tùy theo từng ứng dụng vào những quy trình cụ thể:

Loại tấm, mái chèo bản, mái chèo hai thanh thẳng hoặc chéo, mỏ neo, mỏ neo ghép Loại này thường được dùng với vận tốc quay chậm

Loại chân vịt, tuabin kín Loại này thường dùng với vận tốc quay nhanh

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cánh khuấy đặc biệt được dùng trong trường hợp không thể dùng được các loại cánh khuấy trên Loại này dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao

Hình 3.5 Các loại cánh khuấy từ đơn giản đến đặc biệt [36]

Mỗi loại cánh khuấy khi làm việc tạo dòng chuyển động cho chất lỏng quanh cánh khuấy theo phương tiếp tuyến, phương bán kính hoặc phương trục

Hình 3.6 Dòng chuyển động của cánh khuấy [36]

Dòng hướng trục làm tăng tác dụng của cánh khuấy Dòng bán kính làm tăng khả năng truyền nhiệt Thành chắn và vòng cản được bố trí để tạo tất cả các dòng đồng thời nhưng ở mức độ khác nhau Cánh khuấy tuabin tạo dòng bán kính Cánh khuấy chân vịt

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

tạo dòng hướng trục.Vì trong mỗi quá trình không giống nhau, nên không thể có một tiêu chuẩn để đánh giá

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa công tiêu tốn và thời gian khuấy [36]

3.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH KHUẤY TRỘN

3.4.1 Bán kính hiệu quả

Trong quá trình thực nghiệm, chứng minh với mỗi loại cánh khuấy khác nhau thì có một “bán kính tác dụng hiệu quả” (gọi là bán kính hiệu quả) từ cánh khuấy tác động tác dụng lên vùng chất lỏng, giúp hòa tan là truyền nhiệt tốt R0 là bán kính lớn nhất của vùng chất lỏng chịu tác dụng của cánh khuấy[36][37] Đối với cánh khuấy tuabin và chân vịt, có công thức tính sau:

R0 ≈ a.0,15 

02211 , 0

N 747

(3.11)[37]

Hình 3.8 Bán kính hiệu quả của cánh khuấy tuabin và cánh khuấy dung dịch [37]

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.4.2 Công suất tiêu thụ

Trong nhiều trường hợp muốn chọn loại cánh khuấy phù hợp cần phải dựa vào thực nhiệm Thời gian đạt được điều kiện khuấy (trạng thái đồng nhất) được gọi là thời gian khuấy Trong khi đó công suất tiêu hao phụ thuốc vào vận tốc khuấy và kích thước của thùng và cùng tăng với sự tăng của vận tốc và kích thước dòng Có sự phân biệt giữa bề mặt thùng nhẵn và không nhẵn

Hình 3.9 Quá trình hòa tan (khuấy) trong thùng nhẵn và không nhẵn [37]

Với chất lỏng thông thường thì ξ phụ thuộc vào Reynolds (ảnh hưởng của lực ma sát) và Froude (ảnh hưởng của trọng lực)

f

Trong đó: l – chiều dài của vật cãn, m;

ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, m/s;

μ – độ nhớt của chất lỏng, Ns/ m2;

g – gia tốc trọng trường, m/s2;

Ảnh hưởng của chuẩn số Froude chỉ khi bề mặt chất lỏng trong thùng khuấy bị lõm do chuyển động xoáy Trong nhiều trường hợp do cánh khuấy nhúng sâu và nhờ thanh chắn

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

mà không hình thành lõm xoáy trong thùng khuấy Vì vậy trở lực được coi là điều kiện chuyển động của cánh khuấy và tính theo ReM và FrM nên ω được thay bằng n ( số vòng quay v/giây) và chiều dài là đường kính

ReM = 

d n

(3.13)[36] Xuất phát từ một nguyên tố diện tích của cánh khuấy mái chèo ta xác định được công cần thiết vượt qua trở lực của chất lỏng

Hình 3.10 Sơ đồ cánh khuấy xác định công suất làm việc[36]

N dN dP  (3.14)[36] Trong đó: dP = ξ.h

g 2

) 2 ( 2

4 3 3







(3.15)[36] Thay h = a.d và các hằng số được tổng hợp qua K, ta được:

N = K.ξ.n3.d5.ρ hay N = ξM.n3.d5.ρ (3.16)[37]

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong đó K =

g 8

Kết luận: Từ các vấn đề riêng lẻ đã được nghiên cứu thực tiễn đã được nêu trong chương

này, đó cũng chính là những vấn đề chính cần phải giải quyết khi thiết kế hệ thống nhuộm màu tự nhiên Dựa vào cơ sở lý thuyết cũng như kết quả của các nhà khoa học và nhà nghiên cứu đã thực hiện trước đó để tính toán công suất và các bài toán thiết kế bộ phận làm việc trong hệ thống

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

4.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỤM NGHIỀN

4.1.1 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào và năng suất máy

Nguyên liệu: Các loại lá khô và vỏ cây đước

Nhận thấy khi phơi khô vỏ cây đước cứng và khó nghiền hơn các loại lá khô nên toàn

bộ quá trình tính toán của bài toán thiết kế được tính theo nguyên liệu là vỏ cây đước Yêu cầu:

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

4.1.2 Thiết kế búa nghiền

Búa nghiền gồm nhiều kiểu dáng khác nhau Vì máy nghiền được thiết kế dùng để nghiền nhỏ và mịn thì búa đập thường phải có chất lượng cao, độ cứng lớn và chịu mài mòn tốt

Hình 4.1 Các loại búa nghiền [28]

a) búa chữ nhật một lỗ b) búa chữ nhật hai lỗ c)d)đ) búa tạo bậc e) búa đầu đập xoay

Do đó chọn búa hình chữ nhật một lỗ hoặc hai lỗ Đề tài luận văn là cơ sở nghiên cứu nên chọn dạng búa cơ bản là hình chữ nhật một lỗ

Dựa theo cơ sở lý thuyết chương 3 và tài liệu [29]

Búa đập được thiết kế ba búa trên một vòng tròn Do trên vòng có số búa là ba dẫn tới việc cân bằng động tốt và số lần điều chỉnh cân bằng ít hơn so với số búa là số chẵn