MỞ ĐẦU Chuyên đề này thuộc Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ. Trước khi thực hiện nội dung này các thiết bị đã được vận hành, chạy thử, đo kiểm đánh giá, hiệu chỉnh nhằm đạt chất lượng tốt nhất phục vụ cho công tác thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng để hiệu chỉnh lần cuối máy tạo đá và đảm bảo quá trình làm việc của máy tốt nhất. Quá trình thực nghiệm cần: CO2 lỏng; cân khối lượng để cân đá; Quan sát đồng hồ mức bình chứa CO2 lỏng để đánh giá định mức; Đo thời gian chạy máy hoặc đếm số hành trình làm việc. Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ 9.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy tạo đá CO2 9.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy phun đá CO2 9.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ sạch của công nghệ làm sạch sử dụng đá CO2 với các chất bẩn khác nhau. Nội dung Chuyên đề gồm: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy tạo đá (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng phun, thời gia phun, thời gian 1 chu kì làm việc...và ảnh hưởng của chúng tới năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO2 Kết quả nghiên cứu sẽ được sử dụng để lập các bảng chỉ dẫn vận hành, sử dụng máy, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn vận hành máy.
Trang 1MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 4
Chuyên đề 6.2015: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA MÁY TẠO ĐÁ CO2 5
1: Tổng quan về công nghệ tạo đá CO2 5
1.1 Công nghệ sản suất đá khô CO2 5
1.2 Máy tạo đá CO2 6
1.3 Bình chứa CO2 lỏng 9
1.4 Thùng chứa đá CO2 10
1.5 Các loại CO2 và công dụng 10
1.6 Khuôn tạo đá dạng viên nén 12
2 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO2 12
2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đá CO2 12
2.1.1 Kích thước đường kính viên đá 12
2.1.2 Độ cứng và tỉ số nén 12
2.1.3 Nhiệt độ 13
2.2 Một số thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo đá CO2 13
2.2.1.Ảnh hưởng của áp suất CO2 lỏng 13
2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ CO2 lỏng 15
2.2.3 Ảnh hưởng của lưu lượng khí CO2 lỏng qua bép phun 16
2.2.4 Lực ép 17
2.2.5 Chiều dài hành trình ép xi lanh 18
2.2.6 Ảnh hưởng của chu kỳ ép 20
2.2.7 Ảnh hưởng của lượng thoát khí CO2 22
KẾT LUẬN 24
LIỆU THAM KHẢO 25
Trang 2DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Minh họa nguyên lý tạo đá CO 2 5
Hình 2: Giản đồ pha của CO 2 5
Hình 3: Sơ đồ nguyên lí máy tạo đá CO 2 ……….……….6
Hình 4: Sơ đồ tổng thể của máy tạo đá CO 2 ……….……… 6
Hình 5: Hệ thống thiết bị sản xuất đá CO 2 của hãng BUZE- CHLB Đức…….…….… 7
Hình 6: Hiện tượng tạo lớp ngăn khi bép 1 phun ……… ……….………7
Hình 7: Hiện tượng buồng chứa tuyết CO 2 ngăn khi bép 2,3 phun …… ……….……….8
Hình 8: Piston ép vào để tạo ra dạng viên đá CO 2 ……….……….… 8
Hình 9: Bình chứa CO 2 lỏng 25000 lít (Buze – Hải Phòng)……….9
Hình 10: Đồng hồ đo áp suất của bình chứa CO 2 lỏng 9
Hình 11: Các van xả, van an toàn, van giảm áp 9
Hình 12: Van điều tiết CO 2 lỏng 10
Hình 13: Các loại khuôn ép đá viên………
12 Hình 14: Độ cứng viên đá CO 2 13
Hình 15: Biểu đồ chỉ rõ vùng áp suất tạo đá CO 2 13
Hình 16: Biểu đồ mô tả sự thay đổi áp suất theo thời gian sử dụng với lượng sử dụng 8,3% một tháng……… 14
Hình 17 : Biểu đồ liên hệ giữa áp suất bình chứa và công suất tạo đá 14
Hình 18: Giản đồ pha trạng thái CO 2 ………15
Hình 19: Biểu đồ liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của quá trình chuyển CO 2 lỏng thành dạng rắn (tuyết) 16
Hình 20: Biểu đồ liên hệ giữa công suất tạo đá và lưu lượng CO 2 lỏng qua bép phun 17
Hình 21: Biểu đồ liên hệ giữa lực ép và độ cứng đá viên (viên 3mm) 18
Hình 22: Sơ đồ hành trình ép xilanh 18
Hình 23: Biểu đồ quan hệ giữa chiều dài hành trình và lượng đá 20
Hình 24: Biểu đồ liên hệ giữa T phun và công suất tạo đá 21
Hình 25: Giản đồ pha trạng thái CO 2 22
Hình 26: Biểu đồ trạng thái CO 2 (có thoát khí) 23
Trang 3DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 : Đường kính và kích thước viên đá 12
Bảng 2: Bảng hệ số nén và độ cứng của viên đá 13
Bảng 3: Áp Suất bình thay đổi theo tháng sử dụng 14
Bảng 4 : Bảng thực nghiệm quan hệ giữa áp suất bình chứa và công suất tạo đá 14
Bảng 5 : Mối quan hệ giữa lưu lượng van phun và công suất tạo đá 17
Bảng 6: Liên hệ giữa lực ép và độ cứng đá viên (viên đường kính 3mm) 18
Bảng 7 : Bảng quan hệ giữa chiều dài hành trình và thể tích tuyết 1 lần ép 20
Bảng 8: Bảng quan hệ giữa thời gian phun và lượng đá tạo ra trong một chu kỳ 21
Trang 4tạo đá và đảm bảo quá trình làm việc của máy tốt nhất.
Quá trình thực nghiệm cần: CO 2 lỏng; cân khối lượng để cân đá; Quan sát đồng hồ mức bình chứa CO 2 lỏng để đánh giá định mức; Đo thời gian chạy máy hoặc đếm số hành trình làm việc.
Nội dung 9: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá công nghệ
9.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy tạo đá CO 2
9.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công nghệ làm việc của máy phun đá
CO 2
9.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ sạch của công nghệ làm sạch sử dụng đá
CO 2 với các chất bẩn khác nhau.
Nội dung Chuyên đề gồm: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ công
nghệ làm việc của máy tạo đá (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng phun, thời gia phun, thời gian 1 chu kì làm việc và ảnh hưởng của chúng tới năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO 2
Kết quả nghiên cứu sẽ được sử dụng để lập các bảng chỉ dẫn vận hành, sửdụng máy, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn vận hành máy
Trang 5Chuyên đề 6.2015: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA MÁY TẠO ĐÁ CO 2
1: Tổng quan về công nghệ tạo đá CO 2
1.1 Công nghệ sản suất đá khô CO 2
Đá khô được làm từ carbon dioxide sạch đó là một sản phẩm phụ (tái chế)của các quá trình công nghiệp khác như sản xuất ethanol Các khí carbondioxide (CO2) ban đầu được làm lạnh để tạo thành CO2 lỏng , sau đó cho khí
CO2 lỏng đi qua một buồng khí qua các bồn nén áp lực Điều này gây ra một sốkhí đóng băng (như tuyết) CO2 rắn và dạng khí (hơi) của CO2 Các "tuyết" sau
đó được thủy lực ép thành khối đá khô và bột viên
Làm đá khô đòi hỏi một nguồn khí
CO 2 từ các quá trình công nghiệp như sản
xuất trong nhà máy ethanol Carbon
dioxide là khí Khi CO 2 lỏng tiếp xúc với
nhiệt độ không khí bình thường, một số
phần tử của nó ngay lập tức quay trở lại
với một chất khí không màu [CO2], và
một số của nó đóng băng thành "tuyết" có
thể được ép thành dạng viên đá khô hoặc
khối bằng cách sử dụng áp lực thủy lực
và một băng khô pelletizer hoặc khối
băng khô.
Khi cho khí CO2 lỏng bị nén nhanh
trong lòng khuôn, nếu thể tích khí giảm khoảng 2 lần, nhiệt độ sẽ giảm từ -25oC(nhiệt độ của CO2 lỏng) xuống -80oC và sẽ tạo thành tuyết (từ điều kiện P1 V1 =
P2V2) (định luật Charles) Nếu ở nhiệt độ T = -79,5 oC; áp suất P =1atm = 1,0325
phải lớn hơn 5,1 atm Sau đó "tuyết" này được phun vào lòng khuôn và được nénthành các viên đá hay khối đá nhờ hệ thống khuôn ép của 1 máy làm đá
Hình 1: Minh họa nguyên lý tạo đá
CO 2
Trang 6Hình 2: Giản đồ pha của CO 2
Hình 3: Sơ đồ nguyên lí máy tạo đá CO 2
Trang 71.2 Máy tạo đá CO 2
Hình 4 : Sơ đồ tổng thể của máy tạo đá CO 2
Thông số kỹ thuật của máy:
+ Công suất lớn hơn: 120 kg/giờ (đá viên 3mm);
+ Nguồn điện: 380V, 3pha, 16A, tần số: 50 Hz;
+ Công suất động cơ bơm dầu: 5,5 kW, thùng dầu 60 lít + Hệ thông thủy lực, động cơ công suất 5,5 kW.
Trang 8Hình 5 : Hệ thống thiết bị sản xuất đá CO 2 của hãng BUZE- CHLB Đức
Buồng phun khí (hình 6,7) là khoảng không giữa piston và xi lanh với cáckết cấu đặc biệt gồm lưới thoát (ngăn tuyết bịt kín lỗ phun khí và đường khí hồi)
và việc bố trí của 3 van điện từ
Hình 6 : Hiện tượng tạo lớp ngăn khi bép 1 phun
Ban đầu khi máy mới bắt đầu làm việc, piston ở điểm giới hạn dưới, vanđiện từ 1 thường đóng để tạo thành màng ngăn hạn chế khí thoát ra theo các lỗcủa khuôn và tạo thành buồng phun khí, 2 van điện từ 2,3 mở, khi đó CO2 đượcphun vào buồng và tạo thành tuyết, khí dư chạy theo đường hồi thoát ra khôngkhí hoặc bộ thu hồi Piston ép tuyết thành đá qua các lỗ khuôn (3-5 phút)
Khi đá bịt kín lỗ khuôn (làm việc ổn định), piston lùi về ở điểm giới hạndưới, van điện từ 1 ngắt (không làm việc trong suốt quá trình ép), van điện từ2,3 mở, khí phun vào buồng phun tạo thành tuyết, piston ép tuyết thành đá Quátrình này lặp đi lặp lại trong suốt quá trình làm việc ổn định của máy
Sau khi mở hệ thống điện cho thiết bị khởi động, mở các van khí của hệthống máy nén khí Khi này bép phun 1 hoạt động cho dòng CO2 từ máy nén khívào buồng của khuôn (trong buồng nén khí với áp suất lớn hơn 5,1 at thì CO2 ởdạng lỏng) khi này thể tích thay đổi đột ngột dẫn đến hiện tượng thăng hoa của
CO2 khi này CO2 chuyển sang thể rắn dưới dạng tuyết và nhiệt độ của CO2 khi
Trang 9này rất thấp khoảng -700C Bép phun 1 hoạt động trong khoảng 30 giây khi nàytrong khuôn gần như hình thành một tấm ngăn bằng tuyết CO2.
Sau thời điểm này bép phun 2 và 3 bắt đầu hoạt động
Hình 7 : Hiện tượng buồng chứa tuyết CO 2 ngăn khi bép 2,3 phun
Sau thời điểm này các hạt tuyết sẽ đọng lại trên chi lưới thoát (tác dụng củalưới thoát là tạo ra nhiều diện tích làm tăng khả năng bám dính và tạo tuyết cho
CO2)
Khi bép 2, 3 phun trong khoảng 30 giây thì bép 1 ngừng phun và xy lanh sẽ
ép vào để tạo ra hình dạng viên đá CO2 theo biên dạng của lỗ khuôn
Hình 8 : Piston ép vào để tạo ra dạng viên đá CO 2
Trang 10Hình 9: Bình chứa CO 2 lỏng 25000 lít (Buze – Hải Phòng)
Trên thân bồn CO2 lỏng còn lắp các đồng hồ kế chỉ áp suất và nhiệt độkhi làm việc của bồn
Hình 3: Đồng hồ đo áp suất của bình chứa CO 2 lỏng
Ngoài ra trên thân của bồn còn lắp các van xả, van an toàn và van giảm
áp đề phòng trường hợp áp suất trong bồn vượt quá giới hạn cho phép
Hình 4: Các van xả, van an toàn, van giảm áp
- Van an toàn dùng để phòng quá tải: Khi áp suất dầu trong hệ thống vượtquá giới hạn điều chỉnh thì van mở ra cho dầu về bể và áp suất dầu giảm xuống.Trong trường hợp van an toàn làm nhiệm vụ giữ cho áp suất trong hệ thốngkhông thay đổi thì van đóng vai trò của van tràn Lúc này van làm nhiệm vụ xảdầu thừa về bể
- Van tràn làm việc thường xuyên hơn van an toàn nhưng không theo yêucao về độ kín khít Sự khác nhau của van toàn và van tràn là giữ cho áp suất dầukhông đổi trong hệ thống dầu ép, còn van an toàn làm nhiệm vụ đảm bảo cho hệ
Trang 11thống dầu không bị quá tải Về chức năng thì hai loại van này khác nhau nhưng
về kết cấu thì giống nhau nên có thể thay thế được
Hình 5 : Van điều tiết CO 2 lỏng
- Van tràn: Là thiết bị thủy lực điều khiển áp suất trong mạch thủy lực Vantràn cũng giống với van an toàn là cùng thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suấtđầu vào (ta hiểu đầu vào ở đây là đầu vào của van) Tuy nhiên khác với van antoàn chỉ mở khi áp suất tại nhánh lắp van đặt áp suất định mực thì van tràn lạiluôn ở trạng thái mở, liên tục rót chất lỏng về thùng chứa để đảm bảo giữ áp suấtkhông đổi tại đầu vào của van
Van tràn là thiết bị bắt buộc đối với mạch thủy lực điều khiển bằng van tiếtlưu Trong mạch thủy lực loại này van tràn được lắp song song với máy bơm đểđảm bảo áp suất của đầu ra máy bơm luôn không đổi
- Van giảm áp có tác dụng giảm áp suất dầu của một bộ phận trong hệthống Với các hệ thống thuỷ lực thì mỗi bộ phận sử dụng áp suất khác nhau, do
đó trên mỗi bộ phận thì người ta đặt các van giảm áp để điều chỉnh áp suất dầutại bộ phận đó ở giá trị thích hợp
- Cơ cấu các van điều tiết CO2 lỏng từ bồn chứa ra hệ thống nén CO2 lỏngthành đá CO2
1.4 Thùng chứa đá CO 2
Thùng chứa ngoài nhằm mục đích chứa đá khí vận chuyển, bảo ôn giảmthiểu bay hơi đá Vật liệu thùng được chế tạo bằng vật liệu inox với lớp bảo ônxung quanh Thùng chứa được khoảng 50kg đá CO2
1.5 Các loại CO 2 và công dụng
* Các thuộc tính hóa – lý của CO 2 : Điôxít cacbon là một khí không
màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạtthở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng Các hiệuứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếucủa axít cacbonic
Tỷ trọng riêng của nó ở 25 °C là 1,98 kg m−3, khoảng 1,5 lần nặnghơn không khí Phân tử điôxít cacbon (O=C=O) chứa hai liên kết đôi và có hìnhdạng tuyến tính Nó không có lưỡng cực điện Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóahoàn toàn nên về mặt hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy
Ở nhiệt độ dưới -78 °C, điôxít cacbon ngưng tụ lại thành các tinh thể màutrắng gọi là băng khô Điôxít cacbon lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên
Trang 125,1 bar ở điều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sangrắn hay ngược lại theo một quá trình gọi là thăng hoa.
1 / 4 "có đường kính viên đá khô
Được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng thực phẩmđông lạnh
Đá khô dạng viên:
1 / 2 "đường kính viên đá khô
Được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng thực phẩmđông lạnh
Được sử dụng trong các nhà máy chế biến thịt
Được sử dụng để vận chuyển các huyết tương và cácmẫu vật trong phòng thí nghiệm
* Ứng dụng đá khô CO 2 để làm sạch bề mặt máy móc thiết bị công nghiệp:
Làm sạch bề mặt bằng tia đá lạnh CO2 hoạt động theo nguyên bijCsuwrdụng khí nén áp suất cao bắn ra các tia đá khô (CO2 băng ở nhiệt độ -79 độ C)với tốc độ phù hợp nhằm tác động vào các phân tử gây bẩn, làm các phân tử này
co ngót tức thì, bong tách ra khỏi bề mặt tác dụng, trả lại sự sạch sẽ, sáng bóngnhư nguyên bản vốn có của bề mặt thiết bị, vật dụng
Bên cạnh đó, tia đá lạnh từ máy không làm trầy sát, biến dạng và hư hại bềmặt tác dụng vì đây là va chạm mềm Khoảng thời gian xảy ra va chạm cựcnhanh, do vậy sự truyền lạnh chưa kịp đến các phân tử trên bề mặt tác dụng nênkhông gây ra các tác nhân về khí Công nghệ làm sạch bằng tia đá lạnh CO2 giúp
bề mặt động cơ trở nên sạch sẽ và sáng bóng Đây là công nghệ đạt tiêu chuẩnChâu Âu - tiêu chuẩn cao nhất trong các công nghệ làm sạch bề mặt những loạivật thể có cấu tạo từ các chất liệu như sắt, nhựa, cao su, da, thiết bị điện, độngcơ… và không ảnh hưởng tới bộ phận máy
So với phương pháp truyền thống là sử dụng nước và hóa chất để tẩy rửacác vết cặn bám, đôi khi gây hoen ố bề mặt (ngoài ra còn tác động tới các đườngdây điện hay làm ô xi hóa bề mặt, ứ đọng nước tại những vị trí khó có thể nhìnthấy bằng mắt thường), thì một ưu điểm nữa của công nghệ làm sạch bằng tia đá
đá lạnh CO2 là có thể làm sạch ngay ở những vị trí có cấu tạo nhiều chi tiết,
Trang 13nhiều khe hẹp mà không cần tháo thiết bị máy móc, giữ nguyên hiện trạng vàkhông để lại hơi ẩm nên có khả năng bảo vệ độ bền máy móc, thiết bị.
Bên cạnh đó, công nghệ này không sử dụng thêm bất kỳ hóa chất tẩy rửa
do vậy không gây ảnh hưởng đến máy móc, thiết bị
Công nghệ này cũng mang lại hiệu quả tốt về môi trường khi không sửdụng nguồn nước ngọt
1.6 Khuôn tạo đá dạng viên nén
Do có nhiều loại đá được sử dụng trong thực tế tùy thuộc vào nhu cầu, sẽ
có nhiều máy và dạng khuôn tạo đá khác nhau (lỗ khuôn)
Hình 13: Các loại khuôn ép đá viên
2 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất, chất lượng quá trình tạo đá CO 2
2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đá CO 2
2.1.1 Kích thước đường kính viên đá.
- Đá CO2 dạng viên nén có đường kính 3; 6; 10; 15mm ứng với chiều dài lỗ
khuôn l(mm) (theo thiết kế);
- Khối lượng riêng của đá co2 =1,60 g/cm3
Bảng 1: Đường kính và kích thước viên đá
Theo cấu trúc hình thành và phương pháp sản suất đá khô tỷ số nén (tuyết
- đá ) luôn cố định theo mật độ ở trạng thái rắn CO2
Bảng 2: Bảng hệ số nén và độ cứng của viên đá
Trang 142.2 Một số thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo đá CO 2
2.2.1 Ảnh hưởng của áp suất CO 2 lỏng
Hình 7: Biểu đồ chỉ rõ vùng áp suất tạo đá CO 2
Qua biểu đồ ta nhận thấy rằng phần giao giữa khoảng áp suất có được vàkhoảng nhiệt độ được tạo ra khi bay hơi là phần tạo ra tuyết CO2 ở dạng rắn Ápsuất khí nén càng tăng và nhiệt độ tạo ra khi phun càng thấp thì phần diện tíchbiểu đồ càng lớn tương ứng với khả năng tạo tuyết (đá) tăng lên tỷ lệ chuyển đổilỏng rắn giảm đi
Khoảng nhiệt độ T là khoảng nhiệt độ có được từ CO2 lỏng ở trong bình
và nhiệt thu được khi bay hơi của CO2 lỏng thông thường sấp sỉ bằng (-80; -40)
Trang 15Bảng 3: Áp Suất bình thay đổi theo tháng sử dụng
Áp suất bình
chứa CO2
kg/cm 2 22,00 20,17
18 ,49
16 ,95
15 ,53
14 ,24
13 ,05
11 ,96
10 ,97
10 ,05
9 ,22
8 ,45 Công suất tạo
Hình 8 : Biểu đồ liên hệ giữa áp suất bình chứa và công suất tạo đá
Bằng phương pháp lắp thêm một hệ thống van chiết áp giảm áp suất Ta
mô phỏng được quá trình giảm áp suất của bình nén qua từng tháng sử dụng từ
đó lập được một bảng quan hệ giữa độ giảm của áp suất tới khả năng tạo đá củamáy phun CO2
Nhận xét: Qua các bảng biểu và đồ thị ta nhận thấy rằng lượng tạo
thành đá CO 2 phụ thuộc nhiều vào áp suất bình chứa CO 2 lỏng Công suất tạo
đá càng lớn khi áp suất bình chứa càng cao Trong khoảng áp suất (1;22)atm thì công suất tạo đá tỷ lệ thuận với độ tăng của áp suất bình chứa Và khi bình
