CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÒA TRỘN LIÊN TỤC DẦU CỌ - DẦU DO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THÔNG QUA MÔ PHỎNG
3.4. Đánh giá chất lượng hòa trộn của thiết bị bằng thử nghiệm mô hình đồng dạng 75 1. Tính toán hệ số đồng dạng và chế tạo thiết bị mô hình
Sử dụng phương pháp mô hình đồng dạng để kiểm tra độ chính xác về thiết kế thiết bị hòa trộn liên tục thông qua việc xác định chất lượng trộn, thời gian trộn và các khu vực “chết” của chất lỏng.
Hình 3.14. Phân bố pha dầu cọ với số vòng quay 70 v/p Khoảng cách đến trục quay của két trộn [m]
20%
Hình 3.13. Phân bố pha dầu cọ với số vòng quay 60 v/p Khoảng cách đến trục quay của két trộn [m]
20%
3.4.1. Tính toán hệ số đồng dạng và chế tạo thiết bị mô hình
Mô hình thiết bị hòa trộn liên tục trên cơ sở mô hình đồng dạng với thiết kế thực theo tỷ lệ hình học 1/2 có sơ đồ như trong hình 3.15.
Két hòa trộn được chế tạo bằng vật liệu meka trong suốt nhằm quan sát rõ ràng cơ chế khuấy trộn giữa 2 loại nhiên liệu khác nhau. Bộ khuấy trộn được trang bị một trục khuấy được bố trí vòng bi đỡ ở phía đầu cánh khuấy, lai bởi một mô tơ điện lắp cố định trên đỉnh két hòa trộn. Để điều chỉnh vòng quay của mô tơ theo đúng vòng quay tính toán, ở đây sử dụng bộ điều chỉnh vòng quay trên cơ sở thay đổi điện áp cấp vào mô tơ. Dầu diesel (DO) và dầu cọ được cấp từ 2 két riêng rẽ và được gia nhiệt bằng bộ sấy trước khi cấp vào két hòa trộn. Nhằm tạo ra các tỷ lệ hòa trộn khác nhau, các van điều chỉnh lưu lượng được lắp đặt ngay tại két. Độ mở van được tính toán, cân chỉnh và xác định cụ thể trước khi thử nghiệm sao cho đảm bảo tỷ lệ hòa trộn đã định.
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mô hình đồng dạng bộ hòa trộn liên tục 1. Két dầu diesel (DO) 2. Két dầu cọ nguyên chất 3. Bộ sấy két dầu cọ 4. Kính kiểm tra mức 5. Van cấp điều chỉnh lưu lượng
6. Động cơ điện
7. Bộ điều chỉnh vòng quay 8. Két hòa trộn
9. Cánh cản trong két 10. Vạch chỉ bảo mức két 11. Bộ sấy trong két hòa trộn 11. Cánh khuấy
12. Van xả điều chỉnh lưu lượng
6 1
11 2 1
8
10 13
4
5
7
12 4
9
3
Để xác định được hệ số đồng dạng giữa mô hình và thiết bị thực, sẽ áp dụng công thức (2.40) và công thức (2.43). Trên cơ sở các công thức này và chọn hệ số đồng dạng phù hợp với thiết bị thí nghiệm sẵn có, sẽ tính được các thông số cơ bản về kích thước và tốc độ của mô hình thiết bị hòa trộn như thể hiện trên bảng 3.5.
Bảng 3.5 Các thông số cơ bản của mô hình thiết bị hòa trộn Đường
kính két Dktm
[m]
Chiều cao
két Hktm
[m]
Đường kính cánh khuấy dckm [m]
Chiều rộng cánh Wckm [m]
Chiều dài cánh Lckm
[m]
Chiều rộng cánh cắt Bckm
[m]
Khoảng cách từ cánh đến
đáy két Zckm [m]
Số lượng
cánh [chiếc]
Số lượng
cánh cắt [chiếc]
Công suất động cơ điện cần thiết [kW]
0,3 0,5 0,1 0,025 0,04 0,05 0,1 6 4 0,15
3.4.2. Thực hiện thí nghiệm đánh giá và phân tích
Phương pháp thí nghiệm nhằm mục đích đánh giá chất lượng hòa trộn hai loại nhiên liệu theo các tỷ lệ khác nhau, mà thông số đặc trưng chính là thời gian cần thiết để hòa trộn. Với thiết bị mô hình được chế tạo, thí nghiệm được tiến hành theo các bước như sau:
- Gia nhiệt dầu thực vật trong két lên đến nhiệt độ 400C;
- Điều chỉnh lưu lượng vào và ra khỏi bộ hòa trộn sao cho đảm bảo mức chất lỏng trong bình hòa trộn không đổi là 0,5m;
- Gia nhiệt và đảm bảo nhiệt độ trong bình chứa là 400C;
- Điều chỉnh tỷ lệ hòa trộn theo thể tích giữa dầu thực vật và dầu diesel: 5%, 10%, 15%, 20%, tương ứng với PO5, PO10, PO15, PO20;
- Tiến hành hòa trộn với vận tốc trục khuấy tính theo công thức 2.43:
] / [ 10 95
60 20 3
2 3
2
p v d x
n d n
ck ckm ck
ckm
- Đo thời gian hòa trộn trên cơ sở quan sát mức độ hòa trộn;
- Tiến hành lấy mẫu hòa trộn theo các mốc thời gian khác nhau;
- Kiểm tra chất lượng hòa trộn (bảng 3.6) của các mẫu trên kính hiển vi Nikon YS100 tại Trung tâm Đào tạo và tư vấn khoa học Công nghệ bảo vệ môi trường thủy với các thông số kỹ thuật như sau:
Trục xoay dịch chuyển theo chiều ngang trong khoảng 22mm
Độ dịch chuyển 0,2mm/ vòng xoay
Kích thước 155(W)x134(D) mm
Độ dịch chuyển 76(X)x40(Y) mm
Thước đọc với cấp chính xác 0,1mm
Cấp phóng đại: 4X; 10X; 40X; 100X
Độ phóng đại: 40X - 1000X
Bảng 3.6 Thời gian hòa trộn theo các tỷ lệ hòa trộn khác nhau
Tỷ lệ hòa trộn
Thời gian hòa trộn cần thiết
[s]
Đánh giá mẫu theo thời gian trộn T1 [s] Đánh giá
[%] T2 [s] Đánh giá
[%]
PO5 35 60 95 120 98
PO10 47 60 96 120 98
PO15 87 100 96 200 100
PO20 108 120 95 240 100
PO20 on-line - 180 92 360 95
- Đánh giá chất lượng hòa trộn thông qua nhiệt độ đông đặc của hỗn hợp nhiên liệu thu được theo TCVN3753:1995/ASTM D97. Phương pháp đánh giá này được ứng dụng nhiều trong thực tế và rất phù hợp với điều kiện khai thác và các quy định sử dụng nhiên liệu trên tàu khi thường xuyên làm việc tại các vùng nhiệt độ khác nhau.
Quá trình đo đạc được thực hiện tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng Hải Phòng trên máy CRYOSMART1 của hãng ASTORI (Italia) với các thông số kỹ thuật như sau:
Hệ thống làm lạnh với bộ điều khiển điện tử Peltier;
Nhiệt độ làm việc: từ +5°C đến +36°C;
Thể tích mẫu: 2 - 2,5 ml;
Thời gian phân tích: khoảng 2 phút;
Thời gian sấy nóng mẫu: 5 phút;
Kích thước: 29x47x35 cm (wxdxh) – Khối lượng: 12kg;
Bảng 3.7. Nhiệt độ đông đặc của các mẫu hòa trộn thử nghiệm
TT Loại mẫu Nhiệt độ đông đặc [0C]
1 Dầu diesel DO -6
2 Dầu cọ PO100 16
3 Hỗn hợp PO5 -3
4 Hỗn hợp PO10 -1
5 Hỗn hợp PO15 0
6 Hỗn hợp PO20 1
7 Hỗn hợp PO20 on-line 1
Một số nhận xét được rút ra như sau:
- Thời gian hòa trộn cần thiết càng ngắn đối với hỗn hợp có tỷ lệ dầu cọ càng thấp. Điều này do tỷ trọng của dầu cọ lớn hơn dầu DO nên có xu hướng di chuyển xuống đáy gần cánh khuấy;
- Nhiệt độ đông đặc của các mẫu hỗn hợp sau hòa trộn cho thấy khá tương đồng so với mẫu chuẩn, nên có thể khẳng định thời gian hòa trộn đối với mỗi tỷ lệ hỗn hợp là hoàn toàn phù hợp.