THIẾT kế và CHẾ tạo hệ THỐNG sản XUẤT tự ĐỘNG THAN HOẠT TÍNH gáo dừa DẠNG VIÊN

THI ẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA DẠNG VIÊN Phạm Quang Trung 1 , Lê Quang Trước 1 , Nguyễn Minh Ngọc 2 , Lê Thanh Long 1 1 Khoa Cơ khí, Trường Đại h

THI ẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA DẠNG VIÊN

Phạm Quang Trung 1 , Lê Quang Trước 1 , Nguyễn Minh Ngọc 2 , Lê Thanh Long 1

1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP HCM

2 Doanh nghiệp tư nhân Minh Nhựt

TÓM TẮT:

Cuộc sống ngày càng phát triển với các dịch vụ ăn

uống tiện lợi tại các thành phố lớn ngày một nhanh

Vấn đề nhiên liệu phục vụ cho việc nấu nướng tại các

nhà hàng, quán tiện lợi ven đường, hàng quán,…

cũng được quan tâm theo hướng tiện lợi, rẻ, dễ sử

dụng Than là loại nhiên liệu khá tiện lợi và gần gũi

không chỉ đối với chủ hàng quán mà cả các hộ gia

đình vì tính linh hoạt của nó Than hoạt tính gáo dừa

là loại than mới bắt đầu được sử dụng gần đây với

các đặc tính thân thiện với môi trường, phù hợp sử

dụng cho các nhà hàng nướng, khu vực đông dân cư

Tuy vậy, việc sản xuất than hoạt tính gáo dừa cung

c ấp cho nhu cầu sử dụng của dân cư vẫn còn nhiều

y ếu điểm về công nghệ sản xuất, mức độ tự động

hóa chưa cao, sản phẩm chưa đạt độ ổn định về mặt

hình dáng

Với định hướng tự động hóa và nâng cao năng suất chế tạo than hoạt tính gáo dừa, chúng tôi sẽ thực

hi ện các giải pháp về thiết kế, cải tiến phương pháp dập than viên từ bột than (dạng vô định hình) thành dạng viên trụ lõi rỗng theo hướng tự động hóa sản xuất từ khâu cấp liệu đến khâu nhận thành phẩm sau dập nâng cao chất lượng sản phẩm phù hợp nhu cầu

s ử dụng của con người Thông qua bài viết, chúng tôi muốn giới thiệu mọi người loại sản phẩm xanh – sạch – an toàn, loại nhiên liệu thân thiện thay thế loại than

c ủi thông thường, kích thích sản xuất nông nghiệp địa phương tạo nguồn cung cho công nghiệp phát triển trên nền tảng nông nghiệp xanh

Từ khóa: than hoạt tính gáo dừa, viên trụ lõi

rỗng, dập than

I GIỚI THIỆU

1 Ứng dụng than hoạt tính gáo dừa trong đời sống

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại than hoạt

tính với các nguyên liệu khác nhau Nhưng phổ biến

nhất đó là loại than hoạt tính làm từ gáo dừa do sự

hiệu quả và giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các loại

than hoạt tính khác Vì vậy, sau này khi nói đến than

hoạt tính người ta sẽ ngầm hiểu là than hoạt tính gáo

dừa vì sự phổ biến của loại nguyên liệu này

Với đặc điểm khởi nguồn là nước nông nghiệp,

nước ta có nhiều lợi thế phát triển ngành trồng dừa,

đặc biệt là vùng trồng dừa tập trung đồng bằng sông

Cửu Long (Bến Tre, Tiền Giang,…) Vừa kích thích

phát triển nông nghiệp vừa tạo ra nguồn nguyên liệu

cung cấp cho ngành công nghiệp địa phương phát

triển

Hình 1 Các sản phẩm làm từ dừa nguyên liệu Các sản phẩm từ cây dừa hầu như toàn bộ đều

có giá trị kinh tế:

+ Thân dừa, gỗ dừa được dùng để sản xuất hàng

thủ công mỹ nghệ

+ Cơm dừa thì được dùng chế biến các loại bánh

kẹo, đường, dầu,…

+ Vỏ dừa: dùng làm đồ mỹ nghệ, than hoạt tính

+ Nước dừa được dùng nước giải khát, chế biến món ăn,…

Hình 2 Sản phẩm than hoạt tính làm từ gáo dừa

Ngoài ra, các bộ phận khác sẽ được dùng với

nhiều công dụng khác nhau phục vụ từng nhu cầu

của đời sống con người

Than hoạt tính gáo dừa hiện nay sau khi sản xuất

có dạng miếng khởi nguyên ban đầu của gáo dừa,

ngoài ra còn có các sản phẩm bột than gáo dừa và

các mảnh than với nhiều kích thước khác nhau Điều

này làm cho việc sử dụng với nhiều mục đích khác

nhau gặp khó khăn cũng như vận chuyển

Với loại nguyên liệu hoàn toàn từ thiên nhiên, than

hoạt tính gáo dừa được ứng dụng rộng rãi trong

nhiều lĩnh vực: y tế, xử lý nước, dân dụng, quân sự,…

Vì vậy, hàng năm các quốc gia trên thế giới ngày

càng sử dụng và nhập khẩu loại than này bởi chất

lượng cao và giá thành rẻ

Với lợi thế nông nghiệp ngày càng được chú

trọng, bên cạnh vấn đề phát triển công nghiệp và bảo

vệ môi trường thì phát triển ngành trồng dừa sẽ giải

quyết được các vấn đề kinh tế và môi trường như

hiện nay

Có thể thấy chỉ riêng than hoạt tính làm từ gáo

dừa lại được ứng dụng vào các lĩnh vực phục vụ:

+ Y tế: khử độc kim loại, lọc nước, chế biến thuốc

+ Công nghiệp, quân sự: mặt nạ phòng độc, lọc

nước thải, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, tẩy

màu nước, tẩy màu thực phẩm

+ Dân dụng: phục vụ sinh hoạt cho người dân

2 GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHẾ BIẾN THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA

Quy trình sản xuất than hoạt tính làm từ gáo

dừa

Quá trình sản xuất than hoạt tính gáo dừa

được chia ra làm 2 công đoạn: công đoạn than hóa

và công đoạn hoạt hóa than hoạt tính

+ Quá trình than hóa:

Nguyên liệu đầu vào: được thu gom từ vùng

trồng dừa hoặc qua các thương lái, công ty trung gian Kích thước có thể giữ nguyên hoặc tác động làm thay đổi kích thước gáo dừa thành các miếng nhỏ  tạo thêm nhiều không gian để cho vào lò đốt than

Hình 3 Gáo dừa khô

Lò đốt than: tại đây gáo dừa sẽ được xử lý nhiệt

độ để tạo thành than như các loại than ta thường dùng Gáo dừa sau khi được chọn cho vào lò nung trong điều kiện yếm khí ở nhiệt độ cao khoảng

1000-1200oC trong thời gian 8 đến 12 ngày để loại bỏ nước

và các tạp chất hữu cơ

`

Hình 4 Lò hầm than gáo dừa Ngày nay với công nghệ tiên tiến, người ta đã thay

thế các lò hầm thủ công (than củi) gây khói ô nhiễm môi trường sống xung quanh bằng các lò hầm công nghiệp không khối với năng suất nhiệt cao, tránh tạo

Nguyên liệu gáo dừa khô

Lò đốt gáo dừa Than gáo dừa (chưa hoạt tính)

Than gáo dừa sau khi than hóa:

Hình 5 Than gáo dừa dạng tiền hoạt tính

Lúc này than vẫn chưa được gọi là than hoạt tính

vì chỉ mới trải qua giai đoạn than hóa Nó chỉ có tác

dụng như các loại than thông thường

+ Quá trình hoạt hóa than: bằng phương pháp

hóa lý dùng các chất oxy hóa như hơi nước, CO2 làm

tác nhân tác dụng với than nguyên liệu Than nguyên

liệu của quá trình này sẽ được nghiền nhỏ và cho vào

lò quay ở nhiệt độ 800-9500C tùy thuộc yêu cầu sử

dụng than hoạt tính

Hình 6 Giai đoạn hoạt hóa than gáo dừa thành than

hoạt tính Sau quá trình này, ta đã có than hoạt tính Than hoạt tính sẽ được cấp đi sử dụng cho các mục đích khác nhau Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu công nghệ dập than hoạt tính dạng viên phục vụ cho sinh hoạt, dân dụng thay thế các loại than thông thường nhằm đảm bảo vấn đề môi trường trong các khu dân

cư, khu đô thị

3 Tình hình sử dụng than và sản xuất than hoạt tính dùng cho sinh hoạt tại Việt Nam

Ngày nay, tại các nơi đông dân cư người ta thường chọn lựa các loại than truyền thống: than đá, than củi, than tổ ong,… nhưng bản thân khi dùng những loại than này thường tạo ra khói gây ô nhiễm môi trường Đề tài này mong muốn có thể giúp tạo ra một loại than sinh hoạt thân thiện, hầu như không gây khói trong quá trình sử dụng để cho người dân sử dụng cho các mục đích hằng ngày

Xay than nguyên liệu

Lò quay hoạt hóa

Than hoạt tính thành phẩm

Hình 7 Than thông thường khi đốt sẽ gây ra khói

bụi gây ô nhiễm môi trường xung quanh

Việc sử dụng than góp phần thúc đẩy phát triển

nông nghiệp nói chung và ngành trồng dừa nói riêng

tại Việt Nam, chưa kể các sản phẩm từ dừa là nguồn

nguyên liệu cho các ngành công nghiệp sản xuất

khác ngoài công nghiệp sản xuất than đã trình bày

Than hoạt tính hiện nay được sản xuất nhưng

chất lượng than không ổn định (than lẫn tạp chất, dễ

bị bể khi vận chuyển,…), năng suất sản xuất của các

máy cũng tương đối nhưng lại không ổn định về cơ

cấu hoạt động; gây hư hỏng trong quá trình vận hành

và chi phí bảo trì cao do phải thường xuyên sửa

chữa

Với mục đích thiết kế và chế tạo ra một chiếc máy

sản xuất than ổn định, đạt hiệu quả cũng như tạo ra

viên than với chất lượng hình dáng tốt Bài báo cáo

này sẽ trình bày chi tiết về các vấn đề của máy móc

hiện tại, giải quyết chúng trên cơ sở khoa học và làm

cơ sở để hướng tới một hệ thống sản xuất than viên

tự động hóa khép kín

II NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TẠO VIÊN THAN

HOẠT TÍNH

1 Nguyên lý dập tạo viên than hoạt tính

Than hoạt tính sau khi được sản xuất có dạng bột

(dạng vô định hình) loại than này sẽ rất khó vận

chuyển và bảo quản Nếu không xử lý loại than dạng

này thì than sẽ bị ảnh hưởng từ tự nhiên, tác động

vào môi trường xung quanh gây ảnh hưởng môi

trường sống

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta chế tạo ra máy

dập than viên, vừa cải giúp nâng cao giá trị sản phẩm

và tạo ra một loại nhiên liệu thân thiện với cuộc sống

Bột than sẽ được cho vào máy khuôn với các lồng

khuôn hình trụ Rồi nhờ các cơ cấu dập, tạo lỗ, ép

nằm trên cánh tay đòn tác động tạo ra các viên than

với hình dáng định sẵn theo khuôn Với môi trường

Hình 8.: Kết cấu máy in than

Hình 9 Nguyên lý tạo hình cho viên than Than bột sẽ cho vào cối chứa, bên trong có cơ

cấu cánh gạt để than điền đầy các ống trên khuôn Sau khi cánh gạt đi qua, cơ cấu thanh truyền động sẽ kéo bộ phận mang đi xuống, kéo chày ép đi xuống làm cho than bị dầm chặt vào khuôn (đảm bảo đủ lực liên kết giúp than không bị vỡ) Bên dưới cối sẽ có một bánh cam ăn khớp với mâm xoay phối hợp chuyển động đưa than đã được ép chặt đến vị trí bộ

xuống trong khoảng 3s Trung bình 1 giờ làm việc

máy có thể dập ra từ 4500-4800 viên than thành

phẩm

Sau nhiều lần thử nghiệm với các cơ cấu tạo lực

như thủy lực, khí nén nhằm tăng công suất máy

nhưng với môi trường làm việc đặc biệt bụi như

xưởng than, chúng tôi chọn một giải pháp ổn định đó

là dùng máy với các cơ cấu cơ khí thuần túy Vừa hạ

giá thành chế tạo, lại vừa đạt hiệu quả cao

III ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

HÓA SẢN XUẤT

Trên thị trường cũng đã sản xuất than

hoạt tính dạng viên nhưng năng suất vẫn còn rất

khiêm tốn và mang tính thủ công cao

(https://www.youtube.com/watch?v=ozLp-X01jKc)

Phương pháp này không điều chỉnh được hình

dạng viên than, kích thước khi có nhu cầu thay đổi

Mặt trụ trên, mặt trụ dưới của viên than còn thô Mức

độ liên kết các hạt than cũng còn yếu

Có thể thấy độ ẩm vẫn còn khá cao Phải qua quá

trình sấy khô làm tăng giá thành sản xuất Không đảm

bảo tính cạnh tranh thị trường Phần lớn phải thực

hiện thủ công do vậy sau đây chúng tôi đề xuất một

phương án mới tăng cao mức độ tự động hóa sản

xuất than hoạt tính

Hình 10 Mô hình 3D máy dập than hoạt tính dạng

viên tự động kết hợp cấp phôi bằng băng tải

Với mục đích ứng dụng công nghệ tự động hóa

vào sản xuất, hiện nay chúng tôi đang nghiên cứu

thiết kế buồng sấy lắp đặt vào dây chuyền này nhằm

tạo ra một dây chuyền sản xuất công nghiệp đảm bảo

độ tin cây cao và chất lượng sản phẩm đầu ra Khi

dây chuyền được sản xuất thành công chúng tôi tự tin

tạo ra được số lượng than hoạt tính lớn mà không lo

ảnh hưởng về thời tiết Giúp chúng tôi chủ động được

khả năng cung ứng cho thị trường trong nước và

nước ngoài

Chất lượng than sau khi được sản xuất từ máy in

than đã được kiểm nghiệm QUATEST với các thông

số thành phần

Hình 11 Kiểm nghiệm QUATEST 3 với than hoạt tính

nhiệt lượng tổng 5980 kcal/kg Thành phần hóa học của than hoạt tính gáo dừa:

Độ ẩm toàn phần : 13,5%

Hàm lượng tro: 8.4%

Hàm lượng lưu huỳnh S: 0.16%

Hàm lượng Cacbon C: 66.3%

Nhiệt lượng tổng: 5980 kcal/kg Với tính năng hầu như không khói và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thì nhu cầu sử dụng than hoạt tính đã được mở rộng với nhiều thị trường trên thế giới như Đức, Nga, Thái lan, Sri Lanka,… ta có thể tham khảo qua báo cáo từ Hiệp

hội Dừa Bến Tre về xuất khẩu than hoạt tính gáo

dừa:

Quốc gia nhập

Sản lượng (tấn) Giá trị

(1000USD) Tổng sản lượng 4.493,216 6.309,980

Australia 252,000 2.771,830

Sri Lanka 806,060 677,790 Thái Lan 220,000 330,700

(Thống kê trên dựa trên số liệu từ báo cáo tình trạng xuất khẩu dừa ở Bến Tre tháng 5/2017, Các số liệu tính cộng dồn từ đầu năm cho đến tháng 5/2017)

Nhu cầu sử dụng than hoạt tính được dự báo sẽ tăng cao trong tương lai Điều này sẽ vừa là cơ hội cho nông nghiệp cũng vừa là thách thức cho công nghiệp sản xuất than hoạt tính tại Việt Nam Nếu áp dụng tốt công nghệ khoa học cũng như tận dụng

được thế mạnh nhân công, giá nguyên liệu, nền nông

nghiệp trồng dừa tại nước nhà ta sẽ tạo ra sản phẩm

chất lượng cao, mang tính cạnh tranh cao so với các

sản phẩm của các nước trên thị trường thế giới

IV KẾT LUẬN

Việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sản

xuất than hoạt tính dạng viên sẽ giúp nâng cao năng

suất sản xuất, tăng hiệu quả kinh tế, giảm bớt khối

lượng công việc bảo trì máy, góp phần tăng cao tính

cạnh tranh cho sản phẩm

Việc phát triển hệ thống hướng tới tự động hóa hoàn toàn các khâu sẽ giúp doanh nghiệp quản lý được khối lượng sản phẩm tạo ra, từ đó có kế hoạch

cạnh tranh thay thế các sản phẩm than truyền thống gây ô nhiễm Ngoài ra, việc phát triển công nghệ sản xuất than hoạt tính gáo dừa sẽ tạo ra một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ cho sản phẩm từ nông nghiệp (ngành trồng dừa) Góp phần phát triển kinh

tế, bảo vệ môi trường và tạo ra sản phẩm có giá trị ứng dụng cao phục vụ đời sống

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Báo Thanh niên 21/07/2017

http://thanhnien.vn/thoi-su/xay-dung-ben-tre-thanh-thu-phu-dua-cua-viet-nam-857614.html

2 Trang báo điện tử Báo mới

http://www.baomoi.com/nganh-dua-viet-nam-qua-yeu-ve-khau-che-bien/c/22968361.epi

3 Góc báo chí Betrimex

http://betrimex.com.vn/vi/tin-tuc/goc-bao-chi/nganh-dua-hoi-nhap-va-thach-thuc

4 Các báo cáo thông tin sản xuất và xuất khẩu sản

phẩm dừa trên trang thông tin Hiệp hội Dừa Bến

Tre

http://hiephoiduabentre.com.vn

5 PGS.TS Hoàng Tùng, TS Nguy ễn Ngọc Thành,

Giáo trình công nghệ chế tạo phôi, Nhà xuất bản

Giáo dục Việt Nam

6 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ

thống dẫn động cơ khí, tập 1&2, Nhà xuất bản

Giáo dục Việt Nam, 2015

7 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất

bản Đại học Quốc gia TP HCM, 2013

8 Huỳnh Văn Hoàng, Trần Thị Hồng, Nguyễn Hồng

Ân, Nguyễn Danh Sơn, Nguyễn Xuân Thiệp, Huỳnh Văn Hoàng (chủ biên), Kỹ thuật nâng vận

chuyển phần 1&2, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

TP HCM, 2017

DESIGN AND MANUFACTURING MAKING ACTIVED COCONUT SHELL

CHOROAL MACHINE

ABSTRACT

The speed of urbanization is increasing as well as the

demand for fuel for living also increases People tend to

choose cheap, convenient fuels but besides that they

cause environmental pollution, especially in developing

countries including Vietnam In order to limit the pollution

of the surrounding environment, we introduce a friendly

fuel that is activated charcoal made from coconut shells

It is also used in many fields such as health care, food

processing industry, water treatment, military, With high reliability and lowest cost compared to other fuels This article will present the technology of activated carbon production, the production of activated carbon in the form of hollow pillar in the direction of automation closed to increase the productivity, quality and create a stable production line Serving human life with natural charcoal activated charcoal.

Keywords: active charcoal, natural charcoal, automation closed