NGHIÊN cứu cơ cấu cấp NHIÊN LIỆU vỏ hạt điều CHO THIẾT bị xử lý NHIỆT NHẰM ổn ĐỊNH NHIỆT độ và GIẢM THIỂU ô NHIỄM môi TRƯỜNG

Xuất phát từ tình hình thực tế của sản xuất trong công nghệ chế biến hạt điều ở Việt Nam cũng như ở Bà Rịa — Vũng Tàu, qua đề nghị của cơ sở chế biến điều tại Lâm trường Xuyên Mộc, đề tà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

BAO CAO DE TAI NGHIEN CUU KHOA HOC

: Tên đề tài:

NGHIEN CUU CO CAU CAP NHIEN LIEU VO HAT DIEU `

CHO THIET BI XU LY NHIET NHAM ON DINH NHIET DO

VA GIAM THIEU 0 NHIEM MOI TRUONG

NAM 2003

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

BẢO CÁO ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CUU CO CAU CAP NHIEN LIEU VO HAT DIEU CHO THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT NHẰM ÓN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ VÀ GIẢM

THIẾU Ô NHIỄM MOI TRUONG

Cơ quan quản lý đề tài : Sở KH&CN tỉnh Bà rịa-Vũng tàu

Cơ quan chủ trì đề tài : Trung tâm nghiên cứu công nghệ

và thiết bị công nghiệp

Chủ nhiệm đề tài : Trương Thành Công - Lê Quý Đức

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ

VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

23

LSPA (OS

MỤC LỤC

1.1 Tình hình sẵn xuất hạt điều trên thế giới và ở Việt nam

1.2 Sự phát sinh ô nhiễm trong công nghệ chế biến hạt điều

Phần 2 Công nghệ chế biến hạt điều và vấn đề sử dụng vỏ điều làm nhiên

¡0

2.1 Công nghệ chế biến hạt điều ˆ cà SH Hà HH He

2.2 Phương pháp xử lý nhiệt trong công nghệ chế biến hạt điều

2.3 Hệ thống thiết bị xử lý nhiệt và nhiên liệu vỏ hạt điều

2.4 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và ở Việt nam

Phần 3 Nghiên cứu động lực học dòng nhiên liệu vỏ điều cấp cho lò đốt

3.1 Cơ cấu cấp và quá trình chuyển động của vỏ điều trong buồng lò

3.2 Phương trình chuyển động của vỏ hạt điều trong buồng lò

3.3 Khảo sát các thông số thực tế nee eae eee eee ene eee eee

Phần 4 Nghiên cứu thực nghiệm

4.1 Nghiên cứu áp dụng trong thực tế sản xuất

4.2 Thí nghiệm quan hệ nhiệt độ lò đốt và bể chao đầu

4.3 Khảo sát thông số công nghệ đốt vỏ và thông số môi trường

4.4 Đề xuất thiết kế cơ cấu cấp

Phần 5 Nghiên cứu thiết kế bộ phận xử lý hơi dầu điều và bộ phận tự động

điều khiển nhiệt bể chao

5.4 Kết quả thực hiện

5.5 Tự động điều khiển nhiệt độ trong bể chao dầu "ốc

Kết luận chung - Kiến nghị vn Hà nhe

Tài liệu tham khảo Là ce cee cee nh HH HH HH Hà HH Hà

Một số kết quả áp dụng của để tài

Phần phụ lục

Một số hi

Nhận xét

của để tài

nh ảnh nghiên cứu tại cơ sở sản xuất

của một số cơ sở sản xuất đã áp dụng kết quả nghiên cứu

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cây điều đã trở thành một trong những cây công nghiệp quan trọng ở Việt Nam Với diện tích trồng đã lên đến hơn 250.000 ha và sản lượng đạt trên dưới 200.000 tấn hạt và hơn 80.000 tấn nhân xuất khẩu hàng năm, đã đưa nước ta đứng hàng thứ 2 thế giới về sản lượng điều khô và về xuất khẩu nhân điều

Theo báo cáo của hiệp hội cây điều Việt Nam, hiện nay chúng ta đã có gần

§0 nhà máy chế biến điều, không kế các lò tư nhân cũng như một số xưởng nhỏ có công suất dưới 1000 tấn thô/năm Tuy nhiên trong quá trình chế biến hạt điều với

công nghệ chao dầu đòi hỏi độ ổn định nhiệt để đảm bảo chất lượng sản phẩm nhân hạt điều đủ tiêu chuẩn xuất khẩu giảm đến mức thấp nhất phế phẩm đang là việc phải phấn đấu của các cơ sở sản xuất Hơn nữa, công nghệ hiện nay đã tác động đến môi trường rất lớn, đó là khói thải phát sinh khi đốt vỏ điều trong lò đốt

để cung cấp nhiệt cho-qui trình của công nghệ chế biến, cũng như lượng hơi đầu điều bốc lên từ chảo chao dầu đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Xuất phát từ tình hình thực tế của sản xuất trong công nghệ chế biến hạt điều

ở Việt Nam cũng như ở Bà Rịa — Vũng Tàu, qua đề nghị của cơ sở chế biến điều

tại Lâm trường Xuyên Mộc, đề tài: “Nghiên cứu cơ cấu cấp nhiên liệu vỏ hạt điều trong thiết bị xử lý nhiệt, nhằm ổn định nhiệt độ và giảm thiểu ô nhiễm môi

trường” đã được thực hiện với mục tiêu hỗ trợ doanh nghiệp đổi mới thiết bị, nâng

cao chất lượng sản phẩm hàng hóa xuất khẩu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Qua gần hai năm thực hiện các nội dung cơ bản của để tài đã được hoàn thành và đạt kết quả tốt Chủ nhiệm đề tài và nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn

Ban giám đốc Lâm trường và Xí nghiệp chế biến hạt điều thuộc Lâm trường Xuyên Mộc, các cán bộ kỹ thuật và anh em công nhân của phân xưởng chế biến đã giúp chúng tôi tiền hành các nghiên cứu thực nghiệm tại cơ sở

Chúng tôi xin chân thành cám ơn các cán bộ của phòng thí nghiệm, Viện kỹ

thuật nhiệt đới và bảo vệ Môi trường Thành phổ Hỗ Chí Minh, phòng Kỹ thuật

Môi trường của phân viện bảo hộ lao động TP.HCM, Trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bị công nghiệp Trường đại học Bách khoa, các cán bộ của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bà Rịa — Vũng Tàu và Giáo sư-Tiến sĩ khoa học Bủi Song Cầu đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng tôi thực hiện đề tài này.

1 PHAN TONG QUAN

1.1 Tình hình sản xuất hạt điều trên thế giới và ở Việt nam :

1.1.1 Cây điều còn gọi là đào lộn hột ( Anacardium occidentale Liu họ đào lện hột) là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao Trên thế giới hạt và quả điều được sử

Thị trường tiêu thụ nhiều đầu vỏ điều là : Mỹ, Anh, Nhật ban

1.1.2 ở Việt nam, trồng điều và sử dụng hạt điều đã có từ lâu, tuy nhiên trước năm

1985 việc sản xuất và sử dụng hạt điều trong nước còn ít, những năm gần đây sử

dụng hạt điều tăng lên rất nhiều Đặc biệt từ khoảng 1990 lại đây, việc trồng và chế biến hạt điều xuất khẩu tăng lên nhanh chóng Hầu hết các tỉnh Trung và nam Trung bộ cũng như các tỉnh Đông Nam bộ đều trồng nhiều điều và có cơ sở, xí nghiệp chế biến hạt điều phục vụ cho xuất khẩu Những năm đầu thập niên 90

lượng nhân điều xuất khẩu cả nước khoảng 500-700 tấn/năm, nhưng đến năm 2003 _ lượng nhân điều xuất khẩu đã đạt 83.000 tấn và ngoại tệ thu được là 285,5 tr USD(thông tin của tổng cục TCĐL,CL tháng 1/2004) Chính vì tiểm năng to lớn ấy của cây điều nên đã được Chính phủ ra quyết định tháng 5 năm 1999 phê duyệt đề

án phát triển điều đến năm 2010 ở Việt Nam với mục tiêu: ” Phát triển và khai thác lợi thế của cây có giá trị thực phẩm lấy gỗ, dễ trồng, vốn đầu tư thấp chịu được đất xấu và phù hợp với người nghèo, phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu ” Những năm qua, ngành công nghiệp chế biến hạt điều (CBHĐ) ở Việt nam đã có những bước phát triển vượt bậc với khoảng 80 nhà máy chế biến xuất

khẩu hiện nay đã đem lại lợi ích kinh tế cao Sản phẩm hạt điều có thể xuất khẩu

dưới dạng hạt thô nhưng nếu được chế biến thành nhân hạt điều thì giá trị xuất

khẩu tăng lên rất nhiều Ngành công nghiệp CBHĐ giải quyết được các vấn đề: tạo

công ăn việc làm cho hàng vạn lao động ở các địa phương; thúc đẩy, phát triển

vùng nguyên liệu, tạo sản phẩm xuất khẩu có giá trị cao Vì vậy, cây điều hiện đã

và đang có vị trí quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam Cây điểu đã tạo giá trị kim ngạch xuất khẩu lớn đứng thứ 3 chỉ sau lúa gạo, cà phê Có thể nói cây điều và

ngành công nghiệp chế biến hạt điều đang góp phần tích cực vào sự nghiệp công

nghiệp hóa - hiện đại hóa với giá trị kinh tế - xã hội to lớn, đồng thời nó đã trở

thành ngành sản xuất - xuất khẩu có ý nghĩa chiến lược đối với đất nước

1.1.3 Tỉnh Bà rịa — Vũng tàu nằm ở phía Đông của vùng kinh tế trọng điểm Nam

bộ là vùng có tốc độ phát triển kinh tế cao nhất nước Bên cạnh những khu công nghiệp lớn vùng Đông Nam bộ là vùng có diện tích trồng điều và số cơ sở chế biến

nhiều nhất của Việt nam, khoảng 65.000 ha và hơn 40 nhà máy chế biến hạt điều Riêng Bà rịa — Vũng tàu có khoảng 7.000 ha đất trồng điều và 5 nhà máy chế biến điều xuất khẩu Hiện đang tiếp tục được xây dựng thêm Các nhà máy chế biến hạt điều 6 Ba ria — Viing tàu có công suất trung bình khoảng 6-8 tấn /ca Về công nghệ chế biến trước đây hầu hết đều làm thủ công, gây ô nhiễm môi trường nghiêm

trọng và chất lượng sản phẩm kém Khoảng 10 năm lại đây đã có nhiều tiến bộ, máy móc thiết bị liên tục cải tiến, phần lớn các cơ sở chế biến hạt điều ở nước ta sử dụng thiết bị máy móc do trong nước chế tạo và dùng kỹ thuật chao dầu để tách vỏ lấy nhân

1.2 Sự phát sinh ô nhiễm do chế biến hạt điều

1.2.1 Bên cạnh lợi ích to lớn về Kinh tế-Xã hội từ ngành sản xuất, xuất khẩu nhân điều đem lại, chế biến hạt điều đã tác động tiêu cực đến môi trường mà nguồn ô nhiễm chính là khói do đốt vỏ điều và hơi dầu điều bay ra từ bể chao đầu làm ô

nhiễm không khí

Trong công nghệ chế biến hạt điều hiện nay ở nước ta, người ta dùng chính vỏ điều làm nhiên liệu cho lò đốt để cấp nhiệt cho bể chao dầu hạt điều, nhưng quá trình

cấp vỏ điều cho lò thường không ổn định nên cháy không đều, chất gây ô nhiễm

chính là Axit Anacardic và các dẫn suất sản phẩm cháy không hoàn toàn của nó Ngoài ra một lượng đáng kể hơi dầu điều toả ra từ bể chao cũng làm cho không khí

bị ô nhiễm nặng tại khu vực sản xuất

1.2.2 Nguồn gây ô nhiễm từ chế biến hạt điều :

- Khói thải phát sinh từ lò đốt vỏ điều : Khi đốt vỏ điều thành phần chính

trong khói thải là hỗn hợp khí thải gồm Co, C,H, (cdc hydrocarbon) hoi dau cé

trong hạt điều chưa cháy hết, hỗn hợp khí thải này kết hợp với tro tạo nên mồ hóng

đạng khói đen

- Hơi đầu bốc lên từ bể chao : Quá trình chao đầu ở các cơ sở sản xuất hiện

nay phần lớn được thực hiện từng mẻ gián đoạn bằng cách nhúng hạt điều thô vào

bể chao dầu vỏ điều có nhiệt độ sôi khoảng 185-200°C Ở Nhiệt độ này dầu bay

hơi cùng hơi nước thoát ra từ lớp vỏ điều Đây là nguồn ô nhiễm lớn phát tán ra môi trường xung quanh nếu không được thu gom, xử lý

- Bụi từ lò đốt vỏ điều : Khi đốt một lượng lớn vỏ hạt điều sẽ tạo ra một

lượng tro đáng kể Nếu đốt bằng phương pháp thủ công VHĐ thường cháy không

hoàn toàn nên tạo ra lượng bụi lớn Tro sinh ra từ quá trình cháy một phần bốc lên

cùng đòng khí nóng theo khói lò ra ngoài làm cho nồng độ bụi trong dòng khí thải

ra ống khói nhiều và dao động theo chu kỳ cấp nhiên liệu VHĐ Việc cấp VHD vào lò không đều, không liên tục ( nếu dùng xẻng xúc hất vào) là một nguyên nhân đáng kể gây ra cháy không hoàn toàn do VHD dén đống dẫn đến sự tăng chất ô nhiễm

Phân 2 CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HAT DIEU VÀ VAN DE O NHIEM MOI

không bị nhiễm dầu và thơm ngon Do vậy, công nghệ chế biến phải thỏa mãn các

yêu cầu sau :

+ Việc cắt tách vỏ lấy nhân phải dễ dàng

+ Chất lượng nhân phải tốt, đặc biệt phải trắng Yêu cầu này rất quan trọng và quyết định hiệu quả của công nghệ, do nhân trắng bán được giá cao hơn từ

500 — 1000 USD/tấn So với nhân có màu vàng

+_ Qui trình công nghệ phải đơn giản, dễ thực hiện, chỉ phí thấp phù hợp điều kiện sản suất ở các nước nghèo là những nước chế biến điều chủ yếu

Tuy nhiên, việc tách nhân ra khỏi vỏ là công việc rất khó khăn vì vỏ điều có

3 lớp: Ngoài cùng nhấn, dai và cứng, tiếp theo là lớp xốp có nhiều nang chứa đầu điều đó là acid anacardic (90%) và 10% cardol, những chất này là chất độc có thể

làm hỏng hạt và gây tổn thương da

Theo phương pháp cổ truyền người ta đem hạt điều nướng trên lửa để hạt cháy phồng lên và ứa dầu ra, sau đó dùng mạt cưa hút dầu và dùng dao tách vỏ

bằng tay Lầm theo cách này chất lượng nhân rất thấp và chỉ tiêu thụ ở địa phương (châu Phi, Nam Mỹ)

Hiện nay, để đảm bảo tiêu chuẩn xuất khẩu, phải đầu tư máy móc thiết bị,

nhà xưởng và công nhân Những nhà máy chế biến hạt điều thường dùng phương pháp chao dầu để chiết đầu từ vỏ hạt, tiếp theo là tách vỏ lấy nhân, sấy khô, phân

Công nghệ tiên tiến trên cũng đã được áp dụng ở một số nước (Brazil) trong

đó hầu hết các công đoạn đều dùng máy

2.1.2 Cong nghé ché bién hat diéu 6 Viét Nam

Về cơ bản, quy trình công nghệ chế biến hạt điều ở Việt Nam tương tự như

của các nước khác trên thế giới

Trước kia công nghệ còn khá lạc hậu Khoảng 5-7 năm lại đây đã có nhiều

cải tiến, đổi mới, đa số các nhà máy có quy mô trung bình từ 7-8 tấn/ca trở lên đều

đã trang bị các thiết bị máy móc ở nhiều khâu

Trên cơ sở khảo sát thực tế một số nhà máy chế biến hạt điều ở Việt Nam theo GS.TSKH Bùi Song Cầu : Quy trình công nghệ chế biến hạt điều cơ bản theo

sơ đồ sau:

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều ở Việt Nam

Hat diéu thô

Phan loai lan 1,lam sach - Lo tan enat_|

Phân loại thành phẩm +

Phân tích sơ đồ qui trình công nghệ (hình 1.L) với 12 cong đoạn, ta thấy:

Sau khi phân cỡ hạt để đảm đảm bảo xử lý đều (1), hạt điều được làm ẩm

(2) (Ngâm nước) để vỏ hạt điều ngậm thêm nước đạt tỷ lệ nhất định Tiếp theo là

xử lý nhiệt (3) (nhúng vào bể đầu có nhiệt độ 190 + 10°C)

Mục đích của xử lý nhiệt là làm cho hơi nước thoát nhanh ra khỏi vỏ, kéo

theo dầu điều, làm vỏ xốp hơn và tạo khe hở giữa nhân và vỏ để dễ tách, ngoài ra

chất lượng nhân điều, màu sắc và độ thơm ngon của nhân cũng phụ thuộc vào công

đoạn này Do vậy, nhiệt độ ổn định trong bể chao đầu đóng vai trò quyết định ở

công đoạn này

Các công đoạn tiếp theo là quay li tam (4) để loại dầu bám vào vỏ, sau đó

tách vỏ lấy nhân (6), sấy nhân (7), bóc vỏ lụa (8), phân loại (9), hồi ẩm (10) và

thanh trùng (11) để có sản phẩm đóng gói l

Chất lượng của nhân điều phụ thuộc vào nhiều yếu tố và các công đoạn

trong công nghệ chế biến hạt điều Trong đó công đoạn xử lý nhiệt là một trong

những khâu quan trọng nhất Sau đây là một vài phương pháp xử lý nhiệt đã được

áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam

2.2 Phương pháp xử lý nhiệt trong công nghệ chế biến hạt điều :

2.2.1 Phương pháp rang (nướng)

Hiện nay ở Châu Phi và một

Cửa cho nhiên liệu

Có một dốc trượt trên giá để Hình 1.3 Nướng hat điều bằng trống quay

hạt chạy vào trống, trống được đục

lỗ để lửa chạm vào hạt và khói bay ra

ngoài qua ống khói Sử dụng bình phun nước liên tục để hạt được thấm nước

2.2.2 Phương pháp hấp hơi quá nhiệt

Siddiqui và Khan [38] đã đưa ra phương pháp xử lý nhiệt hạt điều thay cho

phương pháp đốt bằng phương pháp hấp hơi nước quá nhiệt ở nhiệt độ từ 150°- _ 300C, với phương pháp này dầu VHD ciing được lấy ra từ vỏ và thu hồi cùng với hơi nước ngưng tụ, sau đó vỏ được tách ra lấy nhân tương tự các phương pháp khác

2.2.3 Phương pháp chao đầu

Hạt điều sau khi ngâm nước được thực hiện từng mẻ riêng bằng cách nhúng

lồng sắt chứa hạt điều vào bể dầu VHĐ đang sôi ở nhiệt độ 190+10°C trong thời

gian từ 1-2 phút sau đó hạt được đưa qua máy ly tâm để loại đầu khỏi vỏ, tiếp theo

là tách vỏ cứng, lấy nhân, sấy, bóc vỏ lụa

So sánh các phương pháp xử lý nhiệt trên đây, theo nhiều tác giả cũng như

trong thực tế cho thấy: phương pháp đốt (rang) thủ công chỉ áp dụng cho sản xuất nhỏ qui mô gia đình vì đòi hỏi kinh nghiệm và tay nghề của người sản xuất rất cao Sản phẩm không ổn định, năng xuất thấp, gây ô nhiễm môi trường nặng, do khói từ đốt vỏ điều

Phương pháp hấp hơi nước quá nhiệt hoặc hơi bão hoà, có ưu điểm là gọn,

không gây ô nhiễm môi trường, sản phẩm có thể đồng đều về màu nhưng nhược điểm là khó bóc tách vỏ và nhân không được nhắn, nhân điều không thơm Phương

pháp chao dầu có nhiều ưu điểm nhất do đơn giản, đễ thực hiện, phù hợp sản xuất

quy mô nhỏ và trung bình, sản xuất lớn cũng dễ dàng thực hiện, sản phẩm nhân

điều thơm, ngon, nhân bóng Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là ô

nhiễm môi trường, sẽ được phân tích ở phần sau

Công đoạn xử lý nhiệt hạt điều có ý nghĩa rất quan trọng vì: nhằm mục đích tách nhân ra khỏi vỏ tạo nên nhân điều có chất lượng, đảm bảo tỷ lệ bể vỡ nhân

thấp, giữ nguyên thành phần dinh dưỡng và màu trắng của hạt không bị vàng, không bị nhiễm dâu Do đó trong qui trình chế biến hạt điều, công đoạn xử lý nhiệt

là một trong những khâu quyết định đến chất lượng sản phẩm nhân điều, bởi vì quá trình xử lý nhiệt làm cho nhân có độ dẻo nhất định, vỏ hạt trở nên xốp hơn, dồn

hơn đồng thời tạo khe hở giữa nhân và vỏ, nên khi xử lý nhiệt (tùy theo công nghệ)

đòi hỏi phải bảo đảm độ đồng đều, không già quá, nhân bị vàng; không non quá,

2.3 Hệ thống thiết bị xử lý nhiệt và nhiên liệu vỏ điều

2.3.1 Sơ đồ hệ thiết bị xử lý nhiệt:

Ở Việt Nam hầu hết các nhà máy, xí nghiệp chế biến hạt điều sử dụng phương pháp chao dầu kiểu gián đọan để xử lý nhiệt Phương pháp này được mô tả

theo so dé (hinh 1.5 )

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị cấp nhiệt trong công nghệ chế biến hạt điều

Sơ đồ hình (1- 5) là các thiết bị cơ bản của hệ thống cấp nhiệt cho xử lý hạt điều bao gồm: lò đốt (1) là lọai lò đốt thủ công có ghi ngang (2) cố định dùng để đốt nhiên liệu rắn Kênh dẫn khói (3) dẫn khí nóng từ lò đốt đến các ống trao đổi nhiệt (4) được ngâm trong bể chứa dầu điều (5) để cấp nhiệt cho đầu trong bể chao đạt đến nhiệt độ cần thiết 190 + IO°C, gàu tải (6) cấp gián đoạn hạt điều vào bể

chao Sau khi cấp nhiệt cho dầu điều, dòng khí nóng được quạt hút (7) hút và thoát

: Cách đây 5 — 7 năm, các cơ sở chế biến hạt điều ở Việt Nam còn sử dụng phương pháp thủ công Hiện nay nhiều nhà máy và cơ sở chế biến hạt điều đã từng bước cơ khí hóa, các thiết bị được chế tạo chủ yếu trong nước, hệ thống các thiết bị

như hình 1.5 đã được trang bị đến hơn 80% cho các nhà máy và cơ sở có qui mô

trung bình và nhỏ Một vài nhà máy có qui mô sản xuất lớn đã lắp đặt thiết bị chao dầu kiểu Hên tục

Trong việc cung cấp nhiên liệu cho lò đốt để cấp nhiệt cho bể chao dầu, tất

cả các nhà máy và cơ sở chế biến điều tại nước ta đều dùng VHĐ Đây là phế liệu thải ra từ quá trình tách hạt lấy nhân trong công nghệ chế biến

2.3.2 Nhiên liệu vỏ hạt điều

Trong thời điểm hiện nay Việt Nam có gần 80 nhà máy, xí nghiệp chế biến

hạt điều (chưa kể các lò thủ công nhỏ) [2] Các nhà máy trên hàng năm chế biến khoảng 150.000 đến 180.000 tấn hạt điều thô, trong đó để thu được Ikg nhân điều,

cần 4,75 kg hạt điều thô Như vậy nếu chúng ta chế biến 150.000 tấn hạt thô sẽ có lượng vỏ thải ra trên dưới 100.000 tấn Lượng vỏ này phần lớn được dùng làm nhiên liệu đốt trong lò, cấp nhiệt (dùng trong khâu chào dầu và sấy nhân) tại các xí nghiệp chế biến hạt điều, một phần dùng cho các lò gạch

Cấu tạo vỏ điều

Vỏ điều có cấu tạo rất đặc biệt [1 1] ;

Dùng vỏ điều làm nhiên liệu cấp cho lò đốt trong dây chuyên công nghệ chế biến hạt điều đã tiết kiệm một khoản kinh phí lớn so với việc dùng dầu FO hoặc

DO trong công nghệ tiên tiến của nước ngoài

Tuy nhiên, việc dùng vỏ điều đốt gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do

vỏ điều có chứa các chất độc hại, khi cháy không hết tạo ra khói độc Ngoài ra,

cháy không hết, không ổn định dẫn đến cấp nhiệt cho bể chao dầu không ổn định, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm

Vì vậy, cần nghiên cứu và khảo sát quá trình cấp và quá trình đốt cháy của

vỏ điều trong buồng lò đốt, để đảm bảo VHĐ hiệu quả nhất, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và ổn định cấp nhiệt

2.4 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và ở Việt nam :

2.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài :

Hầu hết các công trình nước ngoài có liên quan trình bày chỉ tiết về- lý thuyết, các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực động lực học, trong lĩnh vực nhiệt và

lý thuyết cháy cho các loại nhiên liệu nói chung, một số công trình đã được công

bố viết thành sách về nhiên liệu rắn ( chủ yếu là than) và nhiên liệu lông ( xăng,

đầu, )

Các tài liệu giới thiệu máy chế biến hạt điều, quy trình công nghệ chung chế

biến hạt điều, giới thiệu đùng vỏ điều làm nhiên liệu ở một số nước Châu Phi:

Tanzania, Nigieria ; Ấn Độ theo phương pháp đốt thủ công dùng trống quay, giới thiệu chế biến điều làm bánh mứt, nước giải khát , chưa thấy có tài liệu nào

nghiên cứu về phương pháp cấp và đốt vỏ điều cũng như động lực học của quá

trình này, cũng như các phương pháp xử lý ô nhiễm đặt ra ở trên

2.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam :

Ở Việt Nam có một số tác giả [7 ] đã tổng kết các kết quả nghiên cứu liên quan đến công nghệ chế biến hạt điều là: Nghiên cứu xử lý khói của công nghệ

chế biến hạt điều bằng phương pháp đốt, để xuất cải tiến từ đốt thủ công sang đốt

dùng vít tải cấp liệu và đưa một phần lượng hơi dầu từ lò chao dầu về lò đốt để xử

lý Mục đích chung là giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khói lò và hơi đầu điều gây nên Các tác giả [ 12 ] cũng nghiên cứu giải quyết vấn dé liên quan đến

công nghệ chế biến hạt điều, tuy nhiên chi di sâu “Nghiên cứu công nghệ thu hồi,

xử lý và sản xuất một số sản phẩm từ dầu và vỏ hạt điều” Từ kết quả nghiên cứu

đã để xuất phương pháp và công nghệ thu hồi dầu vỏ hạt điều (DVHĐ) là sản phẩm phụ trong quy trình chế biến nhân điều xuất khẩu, đó cũng là nguyên liệu quý cho ngành công nghiệp khác (sơn, vecni, thuốc trừ sâu, ) Các tài liệu [5 ] do Giáo sư-TSKH Bùi Song Cầu và cộng sự đã tổng kết việc nghiên cứu ứng dụng tự động hóa thiết bị xử lý nhiệt trong dây chuyền chế biến hạt điều xuất khẩu ở một

số công đoạn Ở đây các tác giả đã tập trung nghiên cứu 3 vấn để là: Tự động hóa thiết bị xử lý nhiệt chao dầu hạt điều, máy ly tâm tự động để làm nguội và sạch đầu trên vỏ hạt sau khi chao và máy đóng bao nhân điều tự động (gia nhiệt bằng điện trở) Công trình này có đề cập đến thiết bị cấp vỏ điều cho buồng lò đốt, tuy nhiên

chưa đi vào nghiên cứu cơ sở khoa học của thiết bị cấp, động lực học của quá trình cấp và những thông số vật lý kỹ thuật liên quan dén VHD

Một số công trình để cập về chế biến hạt điều dưới góc độ là loại thực phẩm giàu Vitamin làm bánh mứt, có giá trị kinh tế cao, hoặc giới thiệu một số thiết bị trong công nghệ chế biến loại hạt này Có một số Patent giới thiệu phương pháp cấp nhiên liệu rắn, chủ yếu cho loại than cám, than được xay nhỏ Chưa có

công trình nào nghiên cứu vấn đề cấp vỏ hạt điều và các quá trình động lực học cơ cấu cấp và động lực học dòng nhiên liệu, cơ chế cháy và những thông số vật lý, kỹ

thuật liên quan đến hiệu quả quá trình cháy Ở một số nước công nghệ chế biến hạt điều tiên tiến hơn, họ dùng dầu DO hoặc FO để cấp cho lò đốt nên quá trình đốt

và điều khiển nhiệt rất thuận lợi Còn các nước đang phát triển dùng vô điều làm nhiên liệu, nhưng cấp bằng phương pháp thủ công

Trên cơ sở các tài liệu đã tham khảo và qua nghiên cứu các công trình đã công bố, đồng thời qua thực tế khảo sát, chúng tôi nhận thấy chưa có công trình nào đi sâu nghiên cứu về động lực học và bài toán cấp nhiên liệu VHĐ cũng như

các quan hệ của các quá trình động lực trên, để đảm bảo cho việc cháy tốt và cháy

ổn định của lọai nhiên liệu này; mặc dù đây là vấn đề đang rất cần cho công nghệ chế biến hạt điều để nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường ,

Từ bài toán đặt ra của vấn để cấp nhiên liệu rấn cụ thể trong cấp vỏ điều cho lò đốt, với nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp vỏ điều và yêu cầu thực tiễn đòi

hỏi phải ổn định lượng cấp vỏ, xác định tốc độ gió và phải làm sáng tỏ được những

thông số vật lý kỹ thuật và quan hệ của một số quá trình động lực học dòng nhiên

liệu, tập trung vào những vấn để sau:

Về thực nghiệm và thiết kế chế tạo

Xác định mối quan hệ và các thông số vật lý kỹ thuật tối ưu của thiết bị và quá trình cấp và đốt nhiên liệu vỏ hạt điều trong công nghệ chế biến hạt điều xuất khẩu của Việt Nam, thiết kế, chế tạo cơ cấu cấp vỏ hạt điều, thiết kế chế tạo

bộ phận thu và xử lý hơi dầu điều, thiết kế lấp đặt bộ phận điều khiển nhiệt độ

Phần 3 NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC

DONG NHIÊN LIỆU VỎ HẠT ĐIỀU CAP CHO LO DOT

3.1 Cơ cấu cấp và quá trình chuyển động của vỏ điều trong buồng lò :

Trên hình 2.1a là sơ đồ cơ cấu cấp nhiên liệu vỏ điều và lò đốt

Hình 2.1a Sơ đồ cơ cấu cấp nhiên liệu vô điều và lò đốt

1 Phếu cấp, 2.Trục định lượng, 3.Bộ truyền động,

ke lon

4 Động cơ, 5 Quạt gió, 6 Ống cấp liệu vỏ điều, 7 Ghỉ lò đốt

Nguyên lý hoạt động là: VHĐ từ phêu cấp (1) rơi xuống trục định lượng (2)

quay nhả VHĐ vào ống cấp (6), nhờ lực tác động lên các mảnh vỏ của dòng khí từ

quạt (5), VHĐ chuyển động bay vào buồng lò đốt, rơi xuống ghi lò (7)

Để nghiên cứu quá trình chuyển động

của VHĐ vào buồng đốt, ta có thể chia thành

2 giai đoạn Giai đoạn đâu vỏ hạt điều

chuyển động trong ống cấp thẳng (6) và giai

đoạn 2 chúng rời khỏi ống cấp bay trong

buồng đốt rơi xuống ghi lò bốc cháy

Quá trình chuyển động của vô hạt điu — Hình 2.]b: Sơ đồ lực tác động lên

Chất điểm trong ống cấp

trong ống cấp (giai đoạn 1) là một quá trình khí động lực học phức tạp ( Hình 2.1b) trong đó vỏ hạt chịu tác động của nhiều lực, được mô tả theo phương trình động

vỏ hạt điều làm nhiên liệu, chưa thấy tài liệu cũng như tác giả nào nghiên cứu giải

quyết

Quá trình cháy của nhiên liệu và nhiệt độ tạo ra trong lò đốt phụ thuộc nhiều vào quá trình cấp nhiên liệu vào lò trong đó có sự phân bố nhiên liệu trên ghi cũng như tỷ lệ giữa lượng không khí cấp và nhiêu liệu v.v Do đó, nghiên cứu giai đoạn 2 chuyển động của vỏ hạt điều từ miệng ống cấp vào lò, các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến sự phân bố vỏ hạt trên mặt ghi V.V CÓ ý nghĩ rất quan trọng

3.2 Phương trình chuyển động của vỏ hạt điều trong buông lò

Để tiện cho nghiên cứu nhằm xác định phân bố của VHĐ trên ghi ta xét

chuyển động của nó trong mặt phẳng xoy dọc trục ống cấp vuông góc ghi lò Với giả thiết VHD chi chiu 2 lực chính là lực trọng trường Fg và lực cản Fe va vo hat điều (M) rời miệng ống với vận tốc ban đầu vạ và quĩ đạo chuyển động nghiêng với phương ngang góc #z (hình 2.2a)

Phương trình chuyển động của VHĐ là :

Trong đó : m là khối lượng vỏ hạt, g là gia tốc trọng trường, ¿ là hệ số cản, ø là khối lượng riêng của không khí, S là diện tích mặt cắt vỏ hạt

Hình 2.2a Quỹ đạo chuyển động của vỏ hạt trong lò

Vậy (2) có thể viết lại là: một mặ + ee @)

Để giải phương trình (3), ta chiếu lên hai trục toạ độ Ox và Oy (Hình 2.2a),

xe don tAv, cosa +1 Av, cosa

Av, cosa ` 1

Tương tự đối với phương trình (Š), ta cũng có:

(Dang tich phan figxax = —In|cos x] + C )

Lay tich phan phuong trinh (14)

= ÍtaE4E = fart ~ infeos E|=y+€C

Thay £E=B-aAt

Thay điều kiện ban đầu t=0 => y =0 Tính được C

q7)

=1m

A

“> Truong hợp ống cấp VHĐ ở vị trí nằm ngang (hình 2.2b), nghĩa là øz = 0, hệ

phương trình chuyển động của VHĐ như sau:

1 x= A Infl + Avl|

- Với phương trình này ta tính được khoảng bay của vỏ hạt theo phương x và

xác định sự phụ thuộc của tọa độ bay của vỏ hạt (x) vào các thông số ø,¿, $ và H

- Cũng từ (21) có thể xác định được tốc độ ban đầu vụ của vỏ hạt điều khi đã biết các thông số thiết kế là:

3.3.1 Trường hợp vỏ hạt lớn

Để xác định các thông số ø,¿,Š và các thông số khác, ta dùng phương pháp

thực nghiệm kết hợp với tính toán Bằng thực nghiệm và tính toán đối với vỏ hạt cụ

£ -_ Hệ số cản thủy động lực, phụ thuộc vào hình đáng, tư thế bay của hạt

ÿ có thể tính theo chuẩn số Reynold (Re), ¿=f(Re)

Theo một số tác giả có thể chọn ¿ như sau:

Hạt hình cầu: £ = I;

Hình dạng kiểu vỏ hạt và nếu tư thế bay:

Lưng đi trước: £ = L,33

Bung đi trước: £ = 0,34

Tư thế bất kỳ: ¿ = 0,83

(23)

(24)

(25) (26) (27)

(28)

(29)

Vạ— Vận tốc ban đầu của vỏ hạt (m/§)

Vận tốc ban đầu khi vừa rời khỏi ống cấp của vỏ điều được tính theo công

Với phương pháp tính tương tự, ta xác định được các giá trị ứng với các loại

vỏ trung bình và nhỏ Kết quả đo và tính được thể hiện trên bảng 2 l

Bảng 2.1 Các số liệu đo đạc và tính toán của vỏ điều

Các vỏ hạt khi bay khỏi miệng ống cấp ở điều kiện nhiệt độ thường 25°C và không

có quá trình cháy xảy ra (khối lượng không đổi)

Thay các giá trị ø,S,Z£ trong bảng 3., ta tính được A đối với loại vỏ lớn: _ p&S _1186x 083% 352,8.10° = =0,0819

= ——— = 8,049 (m/s

Vo 2,932 (m/s)

Thay các giá trị tính được vào phương trình (20) ta có:

x= l Inj] + 0/0812 s 409ạy cos(c 998943

Tương tự như cách giải trên, khi thay đổi tốc độ gió, sẽ có được khoảng bay tương ứng của hạt Kết quả được thể hiện ở bảng 2.2a và hình 2.3

Bảng 2.2a Tâm bay xa của vỏ hạt điều ứng với các tốc độ gió

(Phương pháp giải tích)

Tốc độ gid (mis) Khoảng bay xa (m)

Hình 2.3: Quỹ đạo bay của vỏ điều theo các tốc độ gió

3.3.3 Xác định khoảng phân bố vỏ hạt điều theo chiêu rộng ghỉ

Xác định khoảng phân bố vỏ hạt điều theo chiều rộng ghi lò là một bài toán

phức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố tốc độ dòng khí, góc bay của vỏ hạt điều so với các phương khi va đập vào miệng ống cấp, khối lượng và tư thế bay cla VHD, tác động của khí nóng bốc lên và ngọn lửa cháy trong lò,v.v

Tuy nhiên, có thể áp dụng lý thuyết luồng kết hợp với thực nghiệm để tìm biên

luồng và chiều rộng vùng phân bố VHĐ trên ghi lò theo sơ đồ hình 2.4

Hình2.4 Sơ đồ luồng vỏ bạt điều Theo các kết quả nghiên cứu và qua thực nghiệm thì biên luồng có dạng cong, tiệm cận với đường thẳng Để đơn giản trong tính toán ta xem như những đường thẳng

3.3.4 Kết luận

Qua nghiên cứu tính toán của chương 3, có thể đi đến kết luận:

1 Đã thiết lập được mô hình toán mô tả quá trình cấp vỏ điều, viết được phương

` trình chuyển động của vỏ điều và giải bài toán để xác định qui luật bay, điểm rơi của vỏ điều ứng với các tốc độ gió

2 Việc sử dụng cơ cấu cấp vỏ điều với kết cấu và nguyên lý đưa ra là hợp lý Trên

cơ sở nghiên cứu về động lực học, có thể điều chỉnh các thông số kỹ thuật để cấp vỏ điều tự động, đảm bảo cháy hiệu quả

3 Kết quả nghiên cứu của phần lý thuyết này đã xác định cả về định tính và định lượng của các thông số kỹ thuật liên quan đến quá trình cấp vỏ điều

4 Từ kết quả nghiên cứu trên đây, cần kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm để có

được các thông số tối ưu phục vụ cho vận hành, khai thác thiết bị và thiết kế

chế tạo thiết bị

Phần 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1 Nghiên cứu áp dụng trong thực tế sản xuất :

Mục đích: Nghiên cứu để kiểm chứng kết quả từ nghiên cứu lý thuyết và áp

dụng cho thực tế sản xuất, để tìm ra các thông số kỹ thuật và công nghệ vận hành

thiết bị đốt vỏ điều đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

đồng thời bổ sung hoàn thiện thông số kỹ thuật chế tạo thiết bị

4.1.1 Thiết bị nghiên cứu thí nghiệm

Thí nghiệm thực hiện tại cơ sở sản xuất của nhà máy chế biến hạt điều

- _ Thiết bị đo như mục a

- Bé sung thiét bj đo nhiệt bể mặt bằng bức xạ hồng

ngoại có tia laser dẫn hướng INFRARED Thermometer

(Hoa Kỳ sản xuất năm 2000)

- _ Khoảng đo: 30 ~ 1200 °C

- _ Các thiết bị đo như hình dưới đây

Hình 4.1 : Thiết bị đo nhiệt bề mặt có laser dẫn hướng

- Vệ sinh buồng lò, ghi lò

- Kiém tra cơ cấu cấp vỏ điều và chuẩn bị nhiên liệu vỏ điều, lắp đặt thiết bị

đo và điều chỉnh dòng như thí nghiệm ở mục trên

- _ Tiến hành đốt lò và xác định các thong số kỹ thuật khi:

+ Cấp và đốt thủ công (dùng xẻng), chờ vỏ điều cháy ổn định đo nhiệt độ lò

và bể chao, quan sát buồng lò, ống khói

+ Sử dụng cấp và đốt vỏ điều theo chế độ của nhà máy, khảo sát hiện trạng,

chờ cháy ổn định tiến hành đo nhiệt buồng lò và bể chao, quan sát buồng lò

và ống khói

-_ Lấy mẫu phân tích khí thải khói lò ở các trường hợp

b Kết quả

Kết quả đo và kiểm tra các thông số kỹ thuật về nhóm, đốt lò bằng thủ công

và đốt có sử dụng cơ cấu cấp tự động được thể hiện trên bảng 4.1 Các kết quả đo vận tốc góc trục định lượng và lượng cấp vỏ hạt điều, tốc độ cấp gió của cơ sở đang

sản xuất tương tự như đã trình bày ở trên

- _ Lượng cấp vỏ điều của nhà máy khi cấp thủ công (dùng xẻng) là 170 — 180

kg/giờ.