Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng của trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (Đức)

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tạo ra một sản phẩm vật liệu composite gỗ nhựa hoàn chỉnh phải trải qua hai công đoạn chính, đó là công đoạn trộn tạo hạt và công đoạn ép vật liệu thành phẩm trong đó công đoạn trộn tạo hạt là công đoạn rất quan trọng, có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm do sản phẩm được sản xuất từ nhựa WPC chưa được phổ biến ở Việt Nam nên các công trình nghiên cứu về máy trộn hạt nhựa gỗ chưa được quan tâm. Mời các bạn cùng tham khảo!

TRẦN MINH VƯƠNG

ĐẾN ĐỘ TRỘN ĐỀU VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ (ĐỨC)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRẦN MINH VƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN ĐỘ TRỘN ĐỀU VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ (ĐỨC)

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN

Đồng Nai, 2014

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngành gỗ Việt Nam đã đạt được trong những năm qua là có tốc độ phát triển cao, và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước Chỉ trong

12 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng trên 20 lần, từ

219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên khoảng 4,5 tỷ USD năm 2012 Với kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị trí số 1 ở khu vực Đông Nam Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ Khi chế biến

gỗ có tạo ra một lượng phế liệu gỗ lớn như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn… Để tận dụng triệt để nguồn phế liệu này chúng ta có thể nghiền tạo thành dạng bột kết hợp với chất kết dính để tạo ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt; vật liệu phức hợp giữa gỗ nhựa có thể đáp ứng và giải quyết được vấn đề này

Vật liệu phức hợp gỗ nhựa (Wood –Plastic Composites, viết tắt WPC)

là một loại vật liệu mới là sự kết hợp giữa sợi gỗ và vật liệu nhựa, sự kết hợp giữa vật liệu sợi gỗ và vật liệu nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như:

Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu

gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước ổn định hơn, không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt, dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia công, tạo hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng Tính năng hóa học tốt, chịu được độ pH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở

nhiệt độ thấp, không bị biến đổi hình dạng khi hút ẩm Có thể sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ môi trường

Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước là rất lớn, tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu Còn tình hình sản xuất trong nước chưa phát triển, nguyên nhân của việc này xuất phát

từ lý do đó là chưa có nhiều nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ, hoặc việc nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam có chi phí rất lớn

Để sản xuất trong nước được phát triển thì việc nghiên cứu về công nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong nước là rất cần thiết và quan trọng

Để tạo ra một sản phẩm vật liệu composite gỗ nhựa hoàn chỉnh phải trải qua hai công đoạn chính, đó là công đoạn trộn tạo hạt và công đoạn ép vật liệu thành phẩm trong đó công đoạn trộn tạo hạt là công đoạn rất quan trọng,

có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm do sản phẩm được sản xuất từ nhựa WPC chưa được phổ biến ở Việt Nam nên các công trình nghiên cứu về máy trộn hạt nhựa gỗ chưa được quan tâm

Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng của trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung về vật liệu gỗ nhựa

1.1.1 Giới thiệu chung

Gỗ nhựa (WPC – Wood Plastic Composite) là một loại nguyên liệu tổng hợp, được tạo thành từ bột gỗ và nhựa Ngoài nhựa và bột gỗ, WPC còn

có thể chứa một số chất phụ gia làm đầy có gốc cellulose hoặc vô cơ Do đó, WPC còn có thể được gọi là vật liệu composite nhựa sợi tự nhiên hay sợi tự nhiên được gia cường bằng nhựa

Hình 1.1: Nguyên liệu chính hình thành nên WPC

Trong những năm gần đây, WPC được nghiên cứu thành công tại Mỹ

và đã phát triển rất mạnh ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Mỹ, Phần Lan, Đức, Thuỵ Điển, Nga, Trung Quốc Sản phẩm gỗ nhựa WPC rất đa dạng và được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực: xây dựng, nội ngoại thất, công trình dân dụng, giao thông

Trong công nghiệp chế tạo ôtô: Vật liệu composite được sử dụng nhằm

làm giảm trọng lượng của xe, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độ rung, ồn cho xe Bên cạnh đó sử dụng vật liệu composite còn có tác dụng giảm bớt nguy hiểm cho người sử dụng xe khi gặp nguy hiểm Hiện nay loại vật liệu này được ứng dụng làm một số bộ phận trong ôtô như: vỏ, trần, nội thất…

Trong công nghiệp đóng tàu: So với các vật liệu như kim loại thì vật

liệu polyme composite (PC) có những ưu điểm khi sử dụng làm vật liệu đóng tàu như tỉ trọng thấp, có khả năng cách điện tốt, đặc biệt là bền trong môi trường hóa chất và nước biển…Hiện nay trong ngành đóng tàu vật liệu composite đang được sử dụng để sản xuất một số chi tiết như: thân tàu, cột buồm, thùng chứa, ca nô cứu sinh…

Trong công nghiệp xây dựng: Vật liệu composite được ứng dụng để sản

xuất các sản phẩm với nhiều chủng loại như: tấm lợp, thanh chịu lực, ống dẫn…

Ngoài ra composite rất nhẹ, chỉ bằng 40% so với nhôm nếu cùng thể tích Nhờ ưu điểm này, gần đây vật liệu composite đã được sử dụng để thay thế kim loại trong các sản phẩm của ngành cơ khí, chế tạo máy, đóng xuồng Người ta có thể phủ lên mặt composite một lớp nhũ có ánh kim để tạo cảm giác giống kim loại

Hình 1.2: Ứng dụng WPC để trang trí

Hình 1.3: Ứng dụng WPC làm các chi tiết ôtô

Hình 1.4: Ứng dụng WPC hàng rào lang can

Hình 1.5: Ứng dụng WPC làm ghế ngoài trời

Nhựa gỗ hiện vẫn là một loại vật liệu rất mới so với lịch sử phát triển lâu dài của gỗ tự nhiên trong ứng dụng làm vật liệu xây dựng, nhưng nó có thể thay thế gỗ trong hầu hết trường hợp không chịu lực (non-structural) Nhựa gỗ được hình thành từ gỗ, (như mùn cưa, sợi bột giấy, vỏ đậu phộng, tre nứa, trấu, ) và nhựa (có thể sử dụng nhựa HDPE, PVC, PP, ABS,

PS, ) Bột nhựa gỗ được trộn đều, đồng nhất, sau đó được đùn hoặc ép thành các hình dạng theo yêu cầu Các phụ gia như chất tạo màu, chất tạo nối, chất

ổn định, chất gia cường, chất tạo nổi, sẽ giúp cho sản phẩm cuối cùng phù hợp cho nhiều hướng ứng dụng

Hình 1.6: Hỗn hợp nhựa WPC Một lợi thế lớn của gỗ - nhựa so với gỗ là khả năng có thể tạo hình thành hầu hết các hình dạng không gian theo yêu cầu Nó dễ dàng uốn, và cố định để tạo thành các đường cong lớn Do sự kết hợp trong quá trình sản xuất, nhựa gỗ vừa có tính chất như gỗ: Có thể gia công bằng các công cụ mộc truyền thống Đồng thời, nhựa gỗ vừa có tính chất như nhựa: Khả năng chống

ẩm và chống mục nát, mặc dù độ cứng chắc không bằng gỗ thường, và có thể hơi biến dạng trong môi trường thời tiết cực nóng

Sản xuất các vật liệu thành phần bao gồm bột gỗ và nhựa là bước đầu trong quá trình hình thành sản phẩm WPC Trong bước tiếp theo, bột gỗ hoặc

sợi gỗ được kết hợp với nhiệt dẻo nóng chảy để tạo nên một hỗn hợp đồng nhất Hai phương pháp phổ biến để sản xuất WPC là đùn và đúc áp lực

* Ưu – nhược điểm của composite gỗ - nhựa

Ưu điểm:

+ Dễ bảo quản - có thể được sơn hoặc nhuộm màu (nếu cần thiết) + Khả năng chống ẩm tốt

+ Bền hơn (nghĩa là không thể bẻ cong hoặc tách)

+ Thân thiện với môi trường - sử dụng vật liệu tái chế và bản thân chúng có thể tái chế được

+ Có thể được gia công và lắp ghép giống như gỗ

+ Không cần bảo trì thường xuyên

+ Xenlulo [14]

Được coi là polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch thẳng không phân nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhydro–D–gluco–pyranozơ, liên kết với nhau qua liên kết 1,4––glucozit

Xenlulo có mặt trong tất cả các loài thực vật nhưng mỗi loài có một hàm lượng khác nhau Công thức phân tử của xenlulo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n; và công thức cấu tạo như sau:

Hình 1.7: Công thức cấu tạo xenlulo [18]

Cơ chế phân hủy sinh học của xelulo: Một số nấm có thể tiết ra các enzym, xúc tác phản ứng oxy hóa xenlulo Ví dụ peroxydaza có thể cung cấp hydroperoxyt để tấn công vào vị trí C2 – C3 của xenlulo, tạo ra andehyt xenlulozơ hoạt tính rất cao và có thể thủy phân thành các phân đoạn khối lượng phân tử nhỏ hơn Các vi khuẩn cũng sản sinh ra các enzym nội bào và ngoại bào, một trong số đó sẽ tạo ra các phức làm thủy phân xenlulo, tạo ra các thức ăn cacbuahydrat cho các vi sinh vật

Hình 1.8: Cơ chế phân hủy xenlulo [9]

+ Hemixenlulo [10]

Cũng là một loại polysacarit tự nhiên, khi thủy phân chủ yếu tạo ra các đồng phân lập thể thuộc pentoza (D–xyloza, L–arabinoza) và một số đồng phân lập thể thuộc hexoza (D–glucoza, D–mannoza, D–galactoza) và các dẫn xuất của axit metoxyuronic

Hemixenlulo có cấu trúc phức tạp hơn xenlulo và có cấu trúc phân tử

có mạch nhánh nhiều, độ trùng hợp thấp n < 200 Do cấu trúc mạch nhánh nên hemixenlulo có cấu trúc chủ yếu ở vùng vô định hình, ngoài ra còn có một ít tồn tại ở vùng tinh thể của xenlulo Vì vậy nó dễ thủy phân trong dung dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm loãng, dễ hấp thụ ẩm,

có khả năng thủy phân dưới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ bền nhiệt của sợi, tính chất cơ học kém, không bền

Hình 1.9: Công thức cấu tạo của một số monome của Hemixenlulo [14]

+ Lignin[4]

Lignin là một polyme thơm tự nhiên, là một hỗn hợp phức tạp của nhiều polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng không gian ba chiều Trong thực vật lignin là chất liên kết giữa các tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, chịu nén, bền dưới tác động của vi sinh vật Một số quan điểm cho rằng lignin đóng vai trò như nhựa nền trong thực vật, còn xenlulo đóng vai trò chất gia cường Có quan điểm cho rằng axit polyuronic và các hydrocacbon là thành phần tạo nên lignin

Lignin có cấu trúc vô định hình, có khối lượng phân tử từ 4000 -10000,

độ trùng hợp cao n = 25 – 45, liên kết giữa các đơn vị lignin rất phức tạp Bản chất của các liên kết này chưa được xác định rõ ràng, trong lignin có nhiều nhóm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đôi, nhờ vậy mà nó có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng với halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa Lignin nóng chảy ở nhiệt độ 140 –

160oC

Một dạng công thức điển hình của lignin như sau:

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của Lignin [14]

+ Thành phần vô cơ [10]

Hàm lượng các chất vô cơ trong thực vật thường được quy về hàm lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi sau khi nung ở nhiệt độ 575±25oC Các chất vô cơ thường gặp trong thành phần của tro là oxit silic chiếm chủ yếu 90 - 97%, oxit kali chiếm 1.8 - 2.8%, CaO, PbO, Al2O3, Fe2O3…

b) Cấu trúc sợi

Sợi thực vật nói chung và sợi gỗ nói riêng bao gồm hai thành phần tinh thể và vô định hình Trong đó phần tinh thể bao gồm các vi sợi, chúng được tạo nên bởi các phân tử xenlulo Các vi sợi được kết hợp với nhau bởi một phần vô định hình bao gồm hemixenlulo và lignin Độ bền của sợi thực vật sẽ tăng khi hàm lượng phần tinh thể lớn Bề mặt sợi được tạo nên bởi hỗn tạp của các polyme không đồng nhất về trạng thái pha bao gồm xenlulo, hemixenlulo và lignin Nhóm chức –OH của xenlulo và nhóm –COOH, -OH của hemixenlulo tạo nên tính ưa nước cho bề mặt sợi Khi cho sợi tiếp xúc với nước thì góc thấm ướt và năng lượng bề mặt của sợi giảm Điều này được giải thích do sự xâm nhập của nước vào sợi và làm trương sợi Tính ưa nước của sợi là một nhược điểm khi sử dụng làm chất gia cường cho nhựa nhiệt dẻo vì hầu hết chúng là không ưa nước[4]

Hình 1.11: Cấu trúc của sợi thực vật [21]

c) Các đặc điểm của sợi tự nhiên khi sử dụng làm chất gia cường cho WPC

Mặc dù là mới được nghiên cứu khoảng gần chục năm trở lại đây, nhưng vật liệu WPC gia cường bằng sợi thực vật đang được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm vì:

+ WPC là loại vật liệu thân thiện với môi trường

+ Giảm ô nhiễm môi trường

+ Tái chế dễ dàng

+ Giá thấp hơn gỗ tự nhiên rất nhiều

+ Giúp giảm thiệu nạn phá rừng

+ Giá thành sợi rẻ

+ Nguồn nguyên liệu sẵn có và dễ chế tạo

+ Có khả năng phân huỷ sinh học, hoặc phân huỷ bởi nhiệt

Do vậy, sử dụng sợi thực vật gia cường cho vật liệu WPC không những thu được hiệu quả kinh tế cao mà còn giảm tối thiểu được ô nhiễm môi trường

Nhược điểm của vật liệu WPC gia cường bằng sợi thực vật: Trong sợi thực vật thường chứa các nhóm ưa nước do vậy khó tương hợp với chất nhựa nền Đồng thời, sợi thực vật dễ hấp thụ ẩm làm giảm độ bền và tuổi thọ của sản phẩm Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách xử lý sợi bằng một số chất hoá học khác nhau

1.2.2.2 Vật liệu nền (nhựa polypropylen)

Sự lựa chọn loại nhựa để sử dụng trong vật liệu tổng hợp nhựa - gỗ phụ thuộc vào một số yếu tố Trong đó có yếu tố nhiệt độ, chất lượng gỗ sẽ bị suy giảm ở nhiệt độ cao, cho nên chất dẻo nào có thể xử lý được ở nhiệt độ dưới 200°C thường được sử dụng

Sự lựa chọn của nhựa sẽ phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể Dựa trên công nghệ WPC hiện có, các vật liệu polymer thích hợp nhất để sử dụng

trong việc sản xuất WPC là Polyetylen (PE), Plypropylen (PP), Polyvinylclorua (PVC), Polystiren (PS)

Nhiệt độ gia công của PVC nằm trong khoảng 150-220oC, tuy nhiên ở nhiệt độ lớn hơn 140oC thì PVC bị phân hủy, do đó khi gia công cần phải dùng thêm chất ổn định nhiệt Ngoài ra, PVC dễ bị lão hoá do ánh sáng nên trong một số trường hợp phải sử dụng thêm chất ổn định quang

Hình 1.12: Hạt nhựa PVC tái sinh Polypropylen (PP) là loại vật liệu chất dẻo có tỉ trọng thấp nhất, nhưng

độ bền kéo và độ bền nhiệt thì PP vượt hẳn PE, PS và một số PVC mềm Tính chất cách điện và bền với nước của PP gần với các loại PE

Độ cứng Cao hơn do có nhóm methyl

Ứng dụng Nhựa PP thường dùng làm các sản phẩm ngoài trời Qua sự phân tích và kết quả so sánh về tính chất cơ lý nhóm nghiên cứu

đã chọn nhựa PP làm vật liệu nền trong composite gỗ -nhựa

Hình 1.13: Hạt nhựa PP tái sinh

* Một số tính chất của nhựa PP:

 Tính chịu nhiệt

Polypropylene (PP) là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ nóng chảy cao hơn PE (160-1700C) Nếu không có tác dụng của ngoại lực thì PP có thể giữ được trạng thái kích thước 3 chiều ở nhiệt độ gần 150oC

Ở nhiệt độ 1550C, PP còn ở thể rắn nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy,

PP chuyển sang trạng thái mềm cao Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến

1200C, PP bắt đầu kết tinh lại Ở 3000C, nếu PP có chứa chất ổn định thì khả năng chịu nhiệt sẽ tăng lên và không bị phân hủy ngay cả khi đun vài giờ trong không khí

 Tính chất hóa học

Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên

 Tính chất cơ học

Ở nhiệt độ 20oC độ bền của PP là 50 – 60 N/mm2 thì ở nhiệt độ

120oC độ bền chỉ còn lại 8-9 N/mm2

Bảng 1.2: Tính chất của PP có trọng lượng phân tử 80000 – 150000

(vật liệu Phi kim)

1.2 Phương pháp trộn

Các máy trộn đều có nguyên lý làm việc chung là xáo trộn hai hay nhiều thành phần nguyên liệu để cho các thành phần đó di chuyển xen kẽ lẫn

nhau Về nguyên lý cấu tạo, theo dạng nguyên liệu đưa vào trộn mà máy trộn

có cấu tạo khác nhau

1.2.1 Phân loại theo phương pháp làm việc

Theo phương pháp làm việc các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3 phương pháp cơ học sau:

+ Sự chuyển động của các cánh trộn

+ Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn

+ Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun

1.2.2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc

Theo nguyên tắc làm việc người ta chia máy trộn làm hai loại: liên tục

+ Máy trộn lớp sôi có cánh đảo

Thuộc về máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau:

+ Máy trộn vít tải ngang

+ Máy trộn ly tâm

1.2.3 Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo

Về cấu tạo máy trộn gồm hai loại chính sau đây:

- Máy trộn có bộ phận trộn quay:

Loại này được dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiểu: vít tải, cánh gạt, hành tinh, cánh quạt…, ưu điểm chủ yếu của loại này là chất lượng cao, dễ nạp và xả liệu, dễ sử dụng, làm việc liên tục được, có thể trộn vật liệu

ở trạng thái khô, ẩm, lỏng Nhược điểm là khó làm sạch nhất khi trộn ẩm, mức tiêu thụ điện năng cao

- Máy trộn thùng quay:

Loại này gồm kiểu trống, lập thể, côn…được dùng rộng rãi trong công nghiệp Ưu điểm của loại này là có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, công suất thấp Nhược điểm là tốc độ trộn thấp, làm việc gián đoạn, thể tích hữu ích thấp, không thể trộn nguyên liệu dính

+ Cấu tạo máy trộn thùng quay

Máy trộn thùng quay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Trong công nghiệp hóa học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp thực phẩm để trộn các loại hạt liệu rời…

Yêu cầu của vật liệu đưa vào trộn phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép làm dập nát Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn động và bộ phận đỡ

Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo

ra dòng vật liệu chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ Thông thường là

hình trụ nằm ngang (hình 1.14a) hoặc thẳng đứng (hình 1.14b) Loại này dễ

chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn

cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang (hình 1.14c) Loại thùng quay hình trụ chéo (hình 1.14f) bảo đảm trộn nhanh chóng và chất

lượng cao vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộn hướng kính,

cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền

Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 1.14g) dùng khi cần trộn hiệu quả

cao Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như premix, thuốc thú y dạng bột,… Ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn

đã nêu

Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ, trục quay thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp riêng có thể trùng với đường tâm của hình trụ Trong loại máy trộn này, hiệu

quả trộn được tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón Trên hình 1.154 và hình 1.14e trình bày cấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hình côn ngang

Hình 1.14: Các dạng máy trộn thùng quay

a Kiểu trục nằm ngang b Kiểu hình trụ thẳng đứng

c Kiểu lục giác nằm ngang d Kiểu hình côn đứng

e Kiểu hình côn nằm ngang f Kiểu hình trụ chéo

Máy trộn dạng nồi quay (hình 1.14h) gồm chủ yếu có bình chứa dạng

lập phương quay trên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa trùng với đường chéo chính của nó Việc sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ là do ở trong những hình trụ dài khó đảm bảo việc trộn đều

và tháo sản phẩm nhanh chóng Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và còn có

thể tăng thêm hiệu quả mạnh hơn nhờ lắp thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay của nồi

+ Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay

Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn, thùng trộn và bộ phận dẫn động

Máy trộn dải băng xoắn (hình 1.15a,b,c) thuộc loại máy trộn vận chuyển

Việc trộn được tiến hành bằng băng xoắn Băng xoắn ngoài việc trộn vật liệu, băng xoắn còn có tác dụng làm dịch chuyển vật liệu trộn Thùng trộn của máy trộn dải băng thường có dạng máng hay bình kín khi thích ứng làm việc với chân không Để chuyển chỗ sản phẩm khi trộn ở hai hướng ngược chiều nhau, trong một vài cấu tạo của máy trộn dùng băng xoắn người ta lắp hai dải băng

có đường vít trái và vít phải Dải băng được cố định trên trục Trong trường hợp khi dung máy trộn băng xoắn để trộn sản phẩm rời rắn và đồng thời làm

ẩm vật liệu thì trục máy trộn phải có những cào đặc biệt Để làm sạch thành máng, khi đó băng xoắn phải quay với khe hở thành thùng khoảng vài mm

Loại máy trộn này được sử dụng ở những nhà máy thức ăn

Hình 1.15: Các dạng máy trộn có bộ phận trộn quay

Máy trộn dạng cánh đảo (hình 1.15d,e) cũng thuộc loại máy trộn vận

chuyển Việc khuấy trộn được tiến hành bằng cánh đảo, thông thường thì các cánh này được lắp chặt trên trục nằm ngang Các máy trộn loại này có thể làm việc liên tục hay gián đoạn

Ở những máy làm việc liên tục, các cánh đảo được lắp chặt trên trục theo đường ren vít, nhằm đảm bảo đồng thời khuấy trộn và chuyển dời sản phẩm dọc trục Chất lượng trộn của loại máy này phụ thuộc vào thời gian trộn

và được xác định bằng thực nghiệm Thời gian trộn phải phù hợp với thời gian chuyển dời sản phẩm trong máy trộn từ cửa nạp đến cửa tháo Thời gian

đó có thể thay đổi bằng cách thay đổi số vòng quay của trục cánh đảo cũng như góc xoay của cánh đảo đối với trục Trong máy trộn dùng cách đảo làm việc gián đoạn, sản phẩm thường được trộn bằng cách đảo hướng tâm, hơi nghiêng một chút đối với trục thùng quay Cách bố trí như vậy của những bộ phận làm việc đảm bảo quá trình trộn và đồng thời tuần hoàn sản phẩm ở trong máy trộn

Máy trộn kiểu vít tải có thể làm việc gián đoạn hay liên tục Ở máy trộn

vít tải cánh đứt (hình 1.15f) thực hiện trộn vật liệu bằng cả năm quá trình trộn

Nó được sử dụng khi vừa trộn vừa vận chuyển vật liệu Vật liệu được đảo

trộn mảnh liệt hơn nếu trộn ở máy trộn vít tải hai trục (hình1.15g) Các bộ

phận của loại máy này tương tự như ở máy trộn cánh nhưng trục trộn ở đây dài hơn và cánh phải nằm trên bề mặt vít hoặc cánh liền thành bề mặt vít Như vậy máy trộn vít tải cánh đứt là trường hợp riêng của máy trộn cánh Máy trộn vít tải thẳng đứng làm việc gián đoạn gồm có cơ cấu trộn dạng vít tải nằm trong ống khuếch tán Ở máy trộn này vật liệu được tuần hoàn nhiều lần và đảo trộn khá mạnh nên được dùng để trộn những sản phẩm dạng bột

Cũng thuộc loại máy trộn vít tải làm việc gián đoạn còn có máy trộn vít xoắn nghiêng, còn gọi là máy trộn hành tinh Loại máy trộn này được mô tả như ở hình 1.15i gồm thùng trộn hình nón, bên trong đặt vít xoắn nghiêng Vít

xoắn nghiêng đặt theo độ nghiêng của đường sinh vỏ thùng Ngoài ra ở trên vít còn được nối với cơ cấu quay vít do động cơ quay để quay vít theo trục thẳng đứng của thùng Vít xoắn được truyền động từ động cơ qua hộp giảm tốc tới khớp cac đăng Sau thời gian đảo trộn đạt yêu cầu, mở van chắn của ống tháo sản phẩm để thu hồi sản phẩm bột hỗn hợp

Để trộn vật liệu dạng bột khô, người ta còn dùng máy trộn ly tâm

(hình 1.15k) Cấu tạo của máy gồm vỏ cố định, rô to hình nón cụt có gắn các

cánh trộn và có các lỗ vào cửa thông liệu Quá trình cứ tiếp tục như thế cho tới khi đạt yêu cầu

Hình 1.16: Sơ đồ phân loại máy trộn

1.3 Một số công trình nghiên cứu về vật liệu gỗ nhựa

1.3.1 Trên thế giới

Tại một số quốc gia, vật liệu phức hợp gỗ nhựa được đưa vào ứng dụng

từ những năm giữa thế kỷ 20 Thập niên 80 của thể kỷ 20 Italia tạo vật liệu hỗn hợp sử dụng 50% bột gỗ và 50% nhựa PP được gọi là wood-stock Vật

liệu phức hợp gỗ nhựa có các ưu thế như giá thành rẻ, cường độ tốt, độ cứng cao, được hãng ôtô Ford sử dụng trong đồ nội thất ô tô, đến nay đã được sử dụng rộng rãi Năm 2004 khi mà châu âu và Nhật bản đóng cửa rừng thì sản phẩm gỗ nhựa là sản phẩm thay thế số 1 cho vật liệu gỗ tự nhiên Những năm

90 của thế kỷ 20 thì sợi thực vật kết hợp với vật liệu nhựa hình thành lên vật liệu phức hợp gỗ nhựa là sản phẩm lựa chọn hàng đầu, đây là giai đoạn đưa sản phẩm ứng dụng vào thực tế, nhưng sản phẩm chủ yếu được ứng dụng vào tạo ván, đóng thùng…Những năm gần đây trên thế giới kỹ thuật sản xuất các sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa phát triển lên một tầm cao mới, bổ xung phát triển thành phần bột gỗ làm biến tính vật liệu nhựa Tại Nhật bản sản phẩm nổi tiếng là “Tình yêu với gỗ” là một ví dụ cụ thể; công ty Xiede của Canada phát triển và sản xuất các sản phẩm từ vật liệu phức hợp gỗ nhựa(sử dụng phương pháp phun và phương pháp nén áp); tại Autralia, Hàn quốc đều có các công ty sản xuất từ vật liệu này Vật liệu phức hợp gỗ đã trở thành một ngành công nghiệp phát đạt tại châu Âu, điển hình là sử dụng nội thất xe hơi, như tại

Mỹ có tập Ford, GM; tại Đức thì có Volkswagen; Audi, Nhật bản có Toyota, Honda, Nisan các hãng xe đều sử dụng vật liệu phức hợp gỗ nhựa trong làm ván cửa trước, cửa sau và làm giá đỡ, hộp đựng hành lý với những ứng dụng khác nhau Năm 2004, chỉ tính riêng tại Mỹ vật liệu WPC sử dụng trong xây dựng đã chiếm tỷ lệ 15% -20% trong tổng số các loại vật liệu gỗ Lĩnh vực sử dụng vật liệu composite gỗ-nhựa rất rộng rãi: làm ván sàn, ván ốp tường, ván phủ mặt, khung cửa sổ, cửa đi, đồ dùng ngoài trời, sàn tàu, khung cửa sổ, cửa

đi, các chi tiết mộc, trang trí, dụng cụ thể thao…

Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo

sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm) Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình

là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với rơm, dạ

là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội

Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho Polyeste không

no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần thứ hai Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong

các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự vv

Các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu composite gỗ - nhựa cho thấy có thể tạo ra các sản phẩm vật liệu composite gỗ - nhựa có chiều dày khác nhau từ 4mm đến 40mm, khối lượng thể tích từ 0.65g/cm3 đến 1.2g/cm3

và có nhiều ưu điểm so với sản phẩm gỗ truyền thống Vật liệu có thể tái tạo,

ít bị khuyết tật, khả năng cách nhiệt tốt hơn so với chất dẻo; tính năng giống như gỗ nhưng có độ bền uốn rất cao tính ổn định kích thước cao hơn gỗ; tính

ổn định kích thước cao, khả năng hút ẩm thấp; Có khả năng chống nấm mốc, sinh vật hại gỗ; có thể sản xuất với các hình dạng khác nhau; không bị nứt

toác hoặc tách khả năng gia công tốt và thân thiện với môi trường

Những lợi thế của vật liệu composite gỗ - nhựa so với các vật liệu khác như ván dăm, ván sợi là có thể tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau và hoàn toàn có thể tái chế sử dụng Công nghệ và thiết bị đáp ứng được yêu cầu của công nghệ và thiết bị hệ tiên tiến và có chất lượng cao khi sử dụng hầu hết phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải Trong thành phần của vật liệu composite gỗ-nhựa bao gồm một số thành phần như sau: Bột gỗ được nghiền nhỏ, kết hợp

với nhựa nguyên sinh, chất tăng cường để nâng cao tính chất công nghệ và sử

dụng của sản phẩm

Sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa có thể thực hiện bằng các phương pháp ép đùn, ép trong khuôn kín Công nghệ ép đùn có thể tạo ra các sản phẩm có hình dạng (Profile) khác nhau ở dạng đặc, rỗng Hình dạng sản phẩm phụ thuộc vào khuôn ép trục vít ở trong máy ép đùn Công nghệ ép đùn được xem là loại hình công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc tạo ra các sản phẩm

có nhiều ưu điểm và thân thiện với môi trường có khả năng thay thế vật liệu

gỗ truyền thống

Công nghệ tạo vật liệu composite trong khuôn ép kín bao gồm các công đoạn: tạo bột gỗ, nhựa nguyên sinh hoặc nhựa phế thải, trộn hỗn hợp, trải trên khuôn ép, ép trong khuôn kín, làm nguội Ưu điểm của phương pháp này là công nghệ đơn giản, đầu tư thấp, hiệu quả cao phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ Nhược điểm là kích thước sản phẩm bị hạn về chiều dài, chiều rộng và chiều dày thường mỏng Năng suất và mức độ tự động hoá không cao so với

Hiện nay, ở nước ta mới chỉ phát triển một số loại hình công nghệ tạo vật liệu composite trên nền nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste kết hợp với sợi thủy tinh bao gồm sợi dài, vải và mạt dùng để chế tạo các sản phẩm: ống dẫn

có đường kính lớn, tấm lợp lấy ánh sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp, khung cửa, các loại cano, thuyền cứu sinh, hộp công tơ điện, ghế ngồi sân vận động… Khoảng 98% vật liệu polyme composite bán ra thị trường và được chấp nhận có chứa các loại sợi gia cường như thủy tinh, cacbon và aramit Trong công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta đã thành công trong việc sản xuất các loại ván dăm, ván ép định hình từ bột gỗ kết hợp với nhựa nhiệt rắn

PF, UF và ứng dụng vào thực tế sản xuất Các loại chất dẻo phế thải PP, PE, PVC và chất thải khác chiếm khối lượng lớn trong thực tế từ các đồ dùng bằng nhựa trong cuộc sống đã được tái sử dụng bằng cách băm nghiền nhựa

và tạo ra các hạt nhựa tái sinh để sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm nhựa mới Rất nhiều cơ sở làng nghề đã thu gom nhựa phế thải và thực hiện việc tái chế theo hướng này Một số công trình nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme đã đề cập đến việc sử dụng sợi thực vật (bột tre) kết hợp với ba loại nhựa nhiệt rắn có nguồn gốc polyeste không no, epoxy, vinyleste để tạo ra vật liệu composite Vật liệu composite trên nền nhựa nhiệt dẻo có nguồn gốc polypropylen gia cường bằng hệ sợi lai tạo tre, luồng - thuỷ tinh đã được nghiên cứu thử nghiệm thành công

Kết luận chương 1

Ngày nay công nghiệp ngày càng phát triển, thiết bị máy móc được trang bị hiện đại nhờ việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào nhiều lĩnh vực như: các thiết bị phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp, phục vụ cho ngành chế biến thực phẩm, phục vụ cho ngành chế biến thức ăn gia súc vv

Do đó việc nghiên cứu các thông số của các thiết bị máy móc để đạt hiệu quả cao phục vụ cho công nghiệp là một nhiệm vụ cần thiết Nó thúc đẩy tăng trưởng phát triển công nghiệp và mang lại nguồn lợi cho đất nước

Sau khi tìm hiểu về tình hình ứng dụng các loại máy trộn nhựa ở Việt Nam hiện nay, cho thấy các loại máy trộn liên tục được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất lớn Máy trộn trục vít được sử dụng nhiều trong các cơ sở sản xuất nhỏ dùng trộn liên tục hoặc gián đoạn

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu gỗ nhựa trên thế giới cũng như ở Việt Nam, song các công trình này chủ yếu là nghiên cứu tỷ lệ tối

ưu giữa bột gỗ và nhựa, thông số về công nghệ, các công trình nghiên cứu tối

ưu về thiết bị trộn còn hạn chế, vì vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh

hưởng của một số thông số đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng của trộn máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz” là rất cần thiết

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy trộn đến độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng khi trộn nhiên liệu từ hỗn hợp nhựa gỗ, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ

sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hạt gỗ cao su

- Nhựa Polypropylen 348 (PP348)

- Chất trợ tương hợp Polypropylen ghép Anhydrid Maleic (PP – g - AM)

- Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức)

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài không có điều kiện nghiên cứu nhiều loại hạt gỗ nhựa mà chỉ tập trung vào loại gỗ cao su có đường kính hạt gỗ nhỏ (khoảng d ≤ 0.5mm) và nhựa polypropylen 348 (PP 348), ngoài 2 loại gỗ và nhựa là chính còn có thêm chất trợ tương hợp và chất phụ gia bôi trơn để nghiên cứu

Do hạn chế về quy mô đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ trộn đều

và chi phí năng lượng riêng của máy trộn hạt nhựa Leistritz (CHLB Đức)

2.4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu trên đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

- Phân tích các công trình nghiên cứu về vật liệu gỗ - nhựa

- Phân tích lý thuyết trộn, cơ chế trộn vật liệu rời

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trộn

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng của máy trộn và độ trộn đều của vật liệu

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số thông số hợp lý của máy trộn gỗ nhựa

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Chi phí năng lượng riêng và những yếu tố ảnh hưởng:

Chi phí năng lượng riêng của máy rất quan trọng khi cần đánh giá máy thiết kế máy và chọn chế độ làm việc tối ưu cho máy Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (Wh/kg):

Nt - Công suất tiêu thụ của máy, [W];

Ns - Năng suất máy, [kg/h];

- Độ trộn đều:

Theo định nghĩa chung độ trộn đều là một đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất của hỗn hợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn Được xác định bằng tỉ số khối lượng của một chất thành phần trong mẫu phân tích với khối lượng của thành phần chất đó được quy định trong hỗn hợp Khi trộn với khối lượng a chất A với khối lượng b chất B

để tạo hỗn hợp đồng nhất AB Thành phần của chất A và chất B trong hỗn hợp là:

b a

b

C B





Trong hỗn hợp vật liệu lý tưởng, giá trị CA và CB sẽ như nhau ở mỗi phần thể tích Trong thực tế CA và CB ở mỗi phần thể tích sẽ khác nhau do ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình trộn Nếu sự khác nhau này càng ít thì hỗn hợp càng gần với hỗn hợp lý tưởng

Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp thực ta có thể sử dụng đại

lượng “Độ sai lệch bình phương trung bình” Nếu thể tích Vi của hỗn hợp có thành phần chất A là CiA, của chất B là CiB, lúc đó độ sai lệch bình phương trung bình của hỗn hợp thực sẽ là:

 N

i

iA A A

N

C C S

N

C C S

2.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Với mục đích xác định một số thông số làm việc của quá trình trộn gỗ nhựa, nên việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá

- Chất lượng lượng sản phẩm sau khi trộn (độ trộn đều)

- Chi phí năng lượng riêng khi trộn

Các chỉ tiêu này rất quan trọng ảnh hưởng đến đầu ra cho sản phẩm trong quá trình sản xuất Trong giới hạn nghiên cứu và với mục đích ứng dụng phương pháp thống kê đã học vào thực tế, độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng là hai yếu tố được chọn như yếu tố đầu ra của bài toán thực nghiệm

Các yếu tố trên ảnh hưởng bởi các yếu tố:

- Nhiệt độ trộn

Chi phí năng lượng riêng: Đây là thông số đặc trưng cho mục tiêu nghiên cứu, phản ánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y1, ở dạng thực ký hiệu là Ar) Đại lượng này chịu ảnh hưởng của thông số đầu vào là nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít

Độ trộn đều (H) gỗ nhựa: Đây là thông số đặc trưng cho chất lượng sản phẩm ,trong quá trình nghiên cứu (ở dạng mã hóa ký hiệu Y2, ở dạng thực ký hiệu là H) Đại lượng này chịu ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào của thông số đầu vào là nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít

Với các chỉ tiêu thông số đầu ra trên, đối với nhà sản xuất thì chất lượng gỗ nhựa và chỉ tiêu kinh tế là rất quang trọng Do vậy bài toán thực nghiệm được thực hiện với chỉ tiêu đầu ra là chi phí năng lượng riêng và chỉ tiêu chất lượng gỗ nhựa (độ trộn đều H) được xem như hàm ràng buộc

b) Xác định các thông số vào

Những thông số vào có thể ảnh hưởng đến thông số ra Ar và H được đặc trưng cho quá trình trộn là:

- Các yếu tố như; Kích thước độ xốp, khối lượng, loại gỗ, nhựa được xem như không có sự khác biệt về các tính chất trong các mẫu thí nghiệm được coi là sự khác biệt mang tính ngẫu nhiên Vì vậy các tính chất về kích thước, khối lượng và độ xốp, loại loại gỗ, nhựa được xem là cố định trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và không chọn làm thông số đầu vào

- Nhiệt độ (ký hiệu T, mã hóa X1) Lực ép được tính bằng công thức

- Tốc độ trục vít trộn (ký hiệu n, mã hóa X2)

P

s f

n đc 60. .(1 )

(2.5) Trong đó: nđc - Số vòng quay động cơ(v/ph)

f - Tần số (Hz)

p - Số đôi cực

s - Hệ số trượt

Từ công thức (2.5), muốn thay đổi số vòng quay ta chỉ cần thay đổi tần

số Thay đổi tần số bằng cách dùng biến tần, tần số có thể thay đổi từ 1(Hz) đến 400 (Hz) và thông qua hộp giảm tốc thay đổi được tốc độ trục vít n

Với phân tích như trên, dự kiến thí nghiệm được nghiên cứu với ba yếu

tố đầu vào là nhiệt độ, thời gian và tốc độ trộn của trục vít

- Nhiệt độ (ở dạng thực ký hiệu T, ở dạng mã hóa ký hiệu X1) được điều khiển bằng biến trở

- Tốc độ trộn ( ở dạng thực ký hiệu n , ở dạng mã hóa ký hiệu X2) được điều khiển bằng bộ biến tần

- Thời gian trộn (ký hiệu t, mã hóa X3) Thông số này điều chỉnh được bằng bộ cài đặc thời gian (rơ le thời gian)

Ba yếu tố trên độc lập hoàn toàn

Hình 2.1: Mô hình bài toán hộp đen

2.5.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp thí nghiệm: Áp dụng thí nghiệm nhiều yếu tố và phần mềm tối ưu OPT

Trình tự thực hiện khảo nghiệm:

+ Chọn các thông số nghiên cứu: Thông số vào là các thông số thật sự ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu và có thể điều khiển được, thông số ra là các chỉ tiêu tối ưu

+ Bố trí thí nghiệm đơn yếu tố: Cho ta xác định yếu tố đó có thực sự ảnh hưởng đến chỉ tiêu tối ưu không và đồng thời xác định miền nghiên cứu thực nghiệm Đó là cơ sở để thực hiện khảo nghiệm

+ Lập kế hoạch khảo nghiệm:

Trước tiên chọn dạng kế hoạch khảo nghiệm sau đó kiểm tra sự phù hợp của các hệ số hồi quy tìm được đối với mô hình sau khi loại bỏ các hệ số hồi quy không phù hợp, nếu các hệ số hồi quy không phù hợp với mô hình ta phải cải tiến mô hình bằng cách nâng bậc phương án khảo nghiệm lên bậc II

2.5.2.3 Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố

Thí nghiệm thăm dò được thực hiện theo trình tự sau: Căn cứ cơ sở lý thuyết của đề tài lựa chọn các thông số bao gồm: Nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít Sau khi tính toán xác định chính xác: Nhiệt độ, thời gian trộn

và tốc độ trục vít ta tiến hành trộn thử một mẩu thí nghiệm (mẫu thí nghiệm được lựa chọn hoàn toàn thống nhất với điều kiện và nguyên liệu của sản xuất sau này) để đo đạc các ràng buộc về kỹ thuật Sau khi đã đạt được các yêu cầu

kỹ thuật ta tiến hành các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố

Thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố lần lược được thực hiện với các thông số: Nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít nhằm khẳng định: Sự ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng

Thí nghiệm thăm dò của các thông số đầu vào được lựa chọn trên cơ sở máy thực tế sản xuất tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQG hoá lý ứng dụng, Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 227 Nguyễn Văn

Cừ, phường 4, quận 5, TP Hồ Chí Minh và Phòng thí nghiệm tiêu chuẩn quốc gia của Trường Đại học Lâm nghiệp (Vilas 309), Thị trấn Xuân Mai, Chương

Mỹ, Hà Nội, các kết quả thí nghiệm thăm dò và các kết quả nghiên cứu lý thuyết Từ kết quả thí nghiệm thăm dò, ta thấy rằng các thông số đầu vào nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

và chi phí năng lượng riêng

Sau khi thực hiện các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố để k ết luận

sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian trộn và tốc độ trục vít đến hàm chi phí năng lượng riêng Ar và hàm độ trộn đều H, chúng tôi không tiến hành qui hoạch thực nghiệm bậc nhất mà thực hiện qui hoạch thực nghiệm bậc hai, các bước thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành như sau:

2.5.2.4 Thực nghiệm theo phương án bậc II

Dựa theo thí nghiệm thăm dò mức cơ sở và khoảng biến thiên đã chọn

ở phương án thí nghiệm thăm dò, miền thí nghiệm cho phương án trực giao bậc II được thành lập như ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc II

Yếu tố

Mức

Nhiệt độ T(0C)

Tốc độ trục vít n(v/ph)

Thời gian t(phút)

2.5.2.5 Phương tiện thực nghiệm

Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức) tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQG hoá lý ứng dụng – Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 227 Nguyễn Văn Cừ, phường 4, quận 5, TP Hồ Chí Minh

Hình 2.2: Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức) Vật liệu thí nghiệm: Bột gỗ cao su, nhựa PP 348 và chất trợ tương hợp (PP–g–AM)

Hình 2.3: Vật liệu thí nghiệm

+ Đo thời gian trộn

Thời gian trộn tính từ lúc bắt đầu nạp liệu (bột gỗ nhựa) vào buồn trộn tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh (kết thúc một chu kỳ) Thời gian trộn được đo bằng đồng hồ bấm giây hoặc rơle thời gian

+ Đo chi phí năng lượng riêng

Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (Wh/kg) được xác định bằng công thức:

Ns

N

Trong đó:

Nt - công suất tiêu thụ của máy, (W);

Ns- năng suất máy, (kg/h);

2.5.2.6 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

- Xử lý thống kê

Thiết kế thực nghiệm và xử lý số liệu được thực hiện bằng phần mềm tối ưu OPT

- Xử lý số liệu gồm các bước:

Bước 1: Xác định giá trị các hệ số hồi quy ở dạng đầy đủ

Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo

đảm độ tin cậy với mức ý nghĩa

Bước 3: Xác định các giá trị hồi quy theo hàm toán mới sau khi đã loại

bỏ các hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy

Bước 4: Phân tích phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy

của các hệ số hồi quy mới Nếu không đảm bảo độ tin cậy thi cải tiến mô hình

Bước 5: Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher

Trong đó:

MSLf: phương sai không tương thích (Mean Square Lack-of-fit)

MSEp: phương sai số ngẫu nhiên đích thực (Mean Square Error-pure)

Fb: Giá trị bảng phương sai chuẩn F với

Sau khi xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dung phần mềm tối ưu OPT để vẽ đồ thị các hàm mục tiêu theo từng cặp thông số vào làm cơ sở cho việc tìm cực trị trong miền thực nghiệm

- Phương pháp tối ưu hóa các thông số làm việc của máy trộn gỗ nhựa

Chỉ tiêu tối ưu về tiêu thụ điện năng: Mức tiêu thụ điện năng thấp

nhất đạt được trong quá trình khảo nghiệm

Chỉ tiêu chất lượng (độ trộn đều): Độ trộn đều phải đạt mức cao