Đồ án Thiết kế, tính toán và chế tạo máy ép viên gỗ kiểu khuôn vành làm nguyên liệu đốt (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, tính toán và chế tạo máy ép viên gỗ kiểu khuôn vành làm nguyên liệu đốt (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN GỖ KIỂU KHUÔN VÀNH LÀM NGUYÊN LIỆU ĐỐT GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN SVTH: MẠC VĂN DŨNG MSSV: 11243010 SVTH: LÊ NHẬT MINH MSSV: 11243032 SVTH: NGUYỄN HỮU NHẬT MSSV: 11243036 S K L 0 0 3 9 8 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn công nghệ chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: KS. Nguyễn Tất Toản Sinh viên thực hiện: Mạc Văn Dũng MSSV: 11243010 Lớp: 112430B Khóa: 2011 Ngành đào tạo: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hệ: Đại học chính qui (Khối K) Sinh viên thực hiện: Lê Nhật Minh MSSV: 11243032 Lớp: 112430A Khóa: 2011 Ngành đào tạo: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hệ: Đại học chính qui (Khối K) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Nhật MSSV: 11243036 Lớp: 112430A Khóa: 2011 Ngành đào tạo: Cơ Khí Chế Tạo Máy Hệ: Đại học chính qui (Khối K) 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN GỖ KIỂU KHUÔN VÀNH LÀM NGUYÊN LIỆU ĐỐT 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Năng suất: 2 tấn/h , kích thƣớc Ø8 mm. 3. Nội dung chính của đồ án: - Phân tích các phƣơng án sản xuất gỗ ép viên hiện có trên thế giới. - Thiết kế và tính toán máy ép viên gỗ làm nguyên liệu đốt. - Chế tạo máy ép viên gỗ kiểu khuôn vành. 4. Bản vẽ: - Tập bản vẽ chi tiết các bộ phận của máy. - Bản vẽ lắp. - Sản phẩm viên gỗ đã ép 5. Ngày giao đồ án: 23/03/2015 6. Ngày nộp đồ án: 22/07/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
3. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế, tính toán và chế tạo máy ép viên gỗ kiểu khuôn vành làm nguyên liệu đốt. - GVHD: KS. Nguyễn Tất Toản - Họ tên sinh viên: Mạc Văn Dũng - MSSV: 11243010 Lớp: 112430B - Địa chỉ sinh viên: 11/4 Trịnh Hoài Đức, Phƣờng Hiệp Phú, Quận 9, TPHCM - Số diện thoại liên lạc: 0977994367 - Email: vandungspkt2011@gmail.com - Họ tên sinh viên: Lê Nhật Minh - MSSV: 11243032 Lớp: 112430A - Địa chỉ sinh viên: Mạch Thị Liễu, KP.Đông Chiêu, P.Tân Đông Hiệp, Dĩ An, Bình Dƣơng - Số diện thoại liên lạc: 0977365475 - Email: nhatminhspkt89@gmail.com - Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Nhật - MSSV: 11243036 Lớp: 112430A - Địa chỉ sinh viên: 11/4 Trịnh Hoài Đức, Phƣờng Hiệp Phú, Quận 9, TPHCM - Số diện thoại liên lạc: 0973896577 - Email: nhatnguyenspkt060391@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2015 Ký tên Mạc Văn Dũng Lê Nhật Minh Nguyễn Hữu Nhật ii
4. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đối với sinh viên năm cuối là rất quan trọng. Nhằm tổng hợp những kiến thức về chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các môn khác mà chúng em đã học trong suốt những năm trên giảng đƣờng đại học, cũng nhƣ những kinh nghiệm từ thực tế. Đồ án tốt nghiệp này đã giúp chúng em đi từ lý thuyết đến thực tiễn nghiên cứu và chế tạo mô hình thực tế. Qua đó giúp chúng em củng cố vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng làm việc thực tế cũng nhƣ làm việc nhóm sao cho hiệu quả, năng suất tốt hơn. Đây là một kỹ năng cần thiết cho một ngƣời kỹ sƣ sau khi ra trƣờng. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cám ơn quý thầy cô khoa Cơ khí chế tạo máy, gia đình cùng toàn thể bạn bè đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ tận tình. Đặc biệt là thầy Nguyễn Tất Toản giáo viên hƣớng dẫn thực hiện đề tài .Trong thời gian thực hiện đồ án thầy đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp cho đề tài đƣợc hoàn thành một cách tốt nhất. Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp chúng em nhận đƣợc sự hƣớng dẫn và giúp đỡ về trang thiết bị, máy móc, nhà xƣởng từ công ty cơ khí Vạn Phú để hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng trong một thời gian cho phép, cũng nhƣ hạn chế về mặt kiến thức của chúng em, đồ án này không thể tránh nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, chúng em rất mong đƣợc sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng nhƣ bạn bè và những ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã đƣợc trình bày. Chúng em xin chan thành cảm ơn!. Nhóm sinh viên thực hiện Mạc Văn Dũng Lê Nhật Minh Nguyễn Hữu Nhật iii
5. TÓM TẮT ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN GỖ KIỂU KHUÔN VÀNH LÀM NGUYÊN LIỆU ĐỐT Việt Nam là một nƣớc nông lâm nghiệp và hàng năm thải ra một lƣợng lớn đến hàng chục triệu tấn các chất phế thải (sinh khối) nhƣ trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cƣa, rơm, dăm bào Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và diện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho Nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lƣợng, và mang lại lợi ích cho môi trƣờng và xã hội. Bằng cách ép dăm bào, mùn cƣa dƣới tác dụng của lực ép, nhiệt độ, nhựa tiết ra trong mùn cƣa, xơ trong dăm bào tạo nên độ kết dính và độ nén hình thành nên viên nhiên liệu. Viên nhiên liệu đƣợc sử dụng làm nguyên liệu đốt, nấu ăn, lò sƣởi ở các nƣớc xứ lạnh, làm nguyên liệu trong các lò sấy, các nhà máy nhiệt diện. Nhóm sinh viên thực hiện Mạc Văn Dũng Lê Nhật Minh Nguyễn Hữu Nhật iv
6. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tầm quan trọng của vấn đề 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 1.1 Giới thiệu 4 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 4 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 5 2.2.1.1 Nghiên cứu lý thuyết 5 2.2.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm 5 2.3 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài 5 2.4 Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc 11 2.5 Kết cấu về công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 13 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 15 3.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu 15 3.2 Đối tƣợng nghiên cứu 15 3.2.1 Theo vật liệu sản xuất viên nhiên liệu 15 3.2.2 Theo hình dạng và kích thƣớc 15 3.3 Quy trình công nghệ và thiết bị 16 3.3.1 Công đoạn nghiền 17 3.3.2 Công đoạn sấy 17 3.3.3 Công đoạn xử lý vật lý 17 3.3.4 Công đoạn ép viên 17 v
7. 3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình ép viên 18 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI PHÁP VỀ MÁY ÉP VIÊN 20 4.1 Yêu cầu của đề tài 20 4.2 Phƣơng hƣớng và giải pháp thực hiện 20 4.2.1 Máy ép viên kiểu Pittong hoặc kiểu vít xoắn 21 4.2.2 Máy ép viên khuôn vành 21 4.2.3 Máy ép viên khuôn phẳng 22 4.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình làm việc của máy ép 23 4.3 Lựa chọn giải pháp 24 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VÀ TẠO HÌNH VIÊN 25 5.1 Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép và tạo hình viên nhiên liệu 25 5.1.1 Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên 26 5.1.2 Phƣơng trình cơ bản của quá trình tạo viên 27 5.1.3 Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra 30 5.1.4 Tính toán lựa chọn thông số máy ép viên năng suất 2 tấn/h 32 5.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 35 5.2.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép 36 5.2.2 Tính toán bộ truyền cấp chậm (bánh trụ răng nghiêng) 36 5.2.2.1 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 37 5.2.2.2 Xác định các thông số ăn khớp 38 5.2.2.3 Các thông số cơ bản của bộ truyền 38 5.2.2.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: 40 5.2.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 41 5.2.2.6 Kiểm nghiệm răn về quá tải: 42 5.3 Thiết kế trục 42 5.3.1 Chọn vật liệu 42 5.3.2 Xác định tải trọng tác dụng lên các trục 42 5.3.3 Xác định sơ bộ đƣờng kính trục 42 5.3.4 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 43 5.4 Tính toán thiết kế trục 43 5.4.1 Trục I: 43 5.4.2 Trục II: 46 vi
8. 5.4.3 Tính kiểm nghiệm về độ bền mỏi 49 5.4.4 Điều kiện kiểm tra trục vừa thiết kế về độ bền mỏi 49 5.5 Chọn lắp ghép 50 5.5.1 Xác định hệ số Kaj và Kaj đối với các tiết nguy hiểm 51 5.5.2 Kiểm nghiệm về độ bền của then 52 5.6 Tính toán chọn ổ lăn 53 5.6.1 Trục I: 53 5.6.1.1 Kiểm nghiệm khả năng tải động: 53 5.6.1.2 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh: 54 5.6.2 Trục II: 54 5.6.2.1 Kiểm nghiệm khả năng tải động: 54 5.6.2.2 Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ: 55 5.6.2.3 Kiểm nghiệm khả năng tải động: 55 5.6.2.4 Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ: 55 5.7 Thiết kế vỏ hộp và các bộ phận khác 56 5.7.1 Tính kết cấu của vỏ hộp 56 5.7.2 Kết cấu vỏ hộp giảm tốc 56 5.8 Tính toán thiết kế trục vít tải 57 5.8.1 Tìm hiểu sơ lƣợc về hệ thống vít tải 57 5.8.2 Một số loại vít tải 57 5.8.3 Tính toán và thiết kế vít tải 59 5.8.3.1 Các thông số dữ liệu ban đầu 59 5.8.3.2 Mô hình thiết kế 59 5.8.3.3 Tính toán các thông số hình học của vít tải 59 5.8.3.4 Kích thƣớc của vỏ vít tải có dạng chữ U nhƣ sau 60 5.8.3.5 Chiều dài vít tải 60 5.8.3.1 Tính lại bƣớc vít 60 5.8.3.2 Tính đƣờng kính trục vít d 61 5.8.3.3 Đƣờng kính phần ống bao vít 61 5.8.3.4 Vận tốc chuyển động dọc theo trục 61 5.8.3.5 Tính công suất vít tải 61 5.8.4 Tính toán các lực tác dụng lên vít tải 63 vii
9. 5.8.4.1 Xác định trọng lƣợng vật liệu trên một m chiều dài vít tải 63 5.8.4.2 Mômen xoắn trên vít tải 63 5.8.4.3 Lực dọc trục tác dụng lên vít tải 63 5.8.4.4 Lực vòng trên vít 64 5.8.4.5 Trọng lƣợng vít tải: 64 5.8.4.6 Tải trọng hƣớng tâm 64 5.8.4.7 Mômem gây uốn trục 64 5.8.4.8 Mômen xoắn tƣơng đƣơng 64 5.8.4.9 Ứng suất sinh ra trong vít 64 5.8.4.10 Xác định kích thƣớc và tính bền trục vít tải 65 5.8.5 Tính toán phản lực tại các gối đỡ 66 5.9 Tính toán và thiết kế cụm động cơ cắt hạt 68 5.9.1 Các thông số dữ liệu ban đầu 68 5.9.2 Mô hình thiết kế 68 5.9.3 Tính toán các thông số hình học của vít trộn 68 5.9.4 Kích thƣớc của vỏ vít tải có dạng chữ O nhƣ sau 69 5.9.4.1 Chiều dài thùng trộn 69 5.9.4.2 Tính lại bƣớc cánh trộn 69 5.9.4.3 Chiều cao lớp vật liệu trộn 69 5.9.4.4 Tính đƣờng kính cánh trộn d1 69 5.9.4.5 Đƣờng kính phần ống bao cánh trộn 69 5.9.4.6 Số cánh trộn 70 5.9.4.7 Thời gian trộn của máy trộn cánh 70 5.9.4.8 Tính công suất máy trộn 70 5.9.5 Tính toán các lực tác dụng lên trục cánh trộn 71 5.9.5.1 Xác định trọng lƣợng vật liệu trên một m chiều 71 5.9.5.2 Mômen xoắn trên trục cánh trộn 71 5.9.5.3 Lực dọc trục tác dụng lên trục cánh trộn 72 5.9.5.4 Lực vòng trên trục cánh trộn 72 5.9.5.5 Trọng lƣợng trục cánh trộn: 72 5.9.5.6 Tải trọng hƣớng tâm 72 5.9.5.7 Mômem gây uốn trục 72 5.9.5.8 Mômen xoắn tƣơng đƣơng 73 5.9.5.9 Ứng suất sinh ra trong trục cánh trộn 73 viii
10. 5.9.6 Chọn loại đai 73 5.9.6.1 Xác định đƣờng kính bánh đai nhỏ 73 5.9.6.2 Tính đƣờng kính D2 của bánh lớn 73 5.9.6.3 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A 74 5.9.6.4 Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A sơ bộ 74 5.9.6.5 Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai: 74 5.9.6.6 Tính góc ôm 훼1 75 5.9.6.7 Xác định số đai Z cần thiết: 75 5.9.6.8 Xác định kích thƣớc chủ yếu của bánh đai 75 5.10 Quy trình chế tạo một số bộ phận chính của máy ép viên khuôn vành 76 5.10.1 Chế tạo trục chính 76 5.10.1.1 Vật liệu: 76 5.10.1.2 Gia công: 76 5.10.1.3 Nhiệt luyện: 76 5.10.1.4 Mài: 76 5.10.1.5 Kiểm tra 76 5.10.2 Chế tạo khuôn ép 77 5.10.2.1 Vật liệu 77 5.10.2.2 Gia công 77 5.10.2.3 Nhiệt luyện 77 5.10.2.4 Kiểm tra 77 5.10.3 Chế tạo lô ép viên 77 5.10.3.1 Vật liệu 77 5.10.3.2 Gia công 77 5.10.3.3 Nhiệt luyện 78 5.10.3.4 Mài 78 5.10.3.5 Kiểm tra 78 5.10.4 Chế tạo trục lô ép 78 5.10.4.1 Vật liệu 78 5.10.4.2 Gia công 78 5.10.4.3 Nhiệt luyện 78 5.10.4.4 Mài 78 5.10.4.5 Kiểm tra 78 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 ix
11. 6.1 Kết luận 79 6.2 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 x
12. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Bảng nhiệt trị của một số loại nhiên liệu 16 xi
13. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2.1: Các phế liệu trong quá trình sản xuất gỗ trƣớc và sau nghiền 6 Hình 2.2: Các phế liệu trƣớc và sau nghiền 7 Hình 2.3: Một số sản phẩm viên từ phế liệu 7 Hình 2.4: Nguyên lý cấu tạo của các bộ phận tạo viên nguyên liệu 8 Hình 2.5: Máy ép viên của hãng Bliss (Mỹ) 9 Hình 2.6: Máy ép viên của hãng Myang ( Trung Quốc) 9 Hình 2.7: Máy ép viên của hãng Kahl (Đức) 10 Hình 2.8: Phân bố tiêu thụ viên nhiên liệu toàn cầu năm 2009 11 Hình 2.9: Mùn cƣa ở cơ sở chế biến gỗ 12 Hình 4.1: Phân loại máy ép viên 20 Hình 4.2: Cấu tạo quả lô, khuôn ép đƣợc sử dụng trong máy ép viên khuôn vành 22 Hình 4.3: Các kiểu lô trong máy ép viên khuôn phẳng 22 Hình 4.4: Máy ép viên kiểu lô ép khuôn quay 24 Hình 5.1:Thông số kỹ thuật của khuôn vành 25 Hình 5.2: Trạng thái nguyên liệu bột trong quá trình ép viên 26 Hình 5.3: Đồ thị phân bố áp suất dọc trục và bên cạnh của toàn bộ lỗ ép viên 27 Hình 5.4: Phân tích lực xảy ra trong quá trình ép. 30 Sơ đồ 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất viên từ phế liệu nông nghiệp. 14 Sơ đồ 3.1: Quy trình công nghệ ép viên nhiên liệu 16 xii
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong những năm gần đây sự chú ý tới các công nghệ năng lƣợng sinh khối hiện đại nói riêng và năng lƣợng tái tạo nói chung đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các loại năng lƣợng hóa thạch vì hai lý do. Một là do nguồn năng lƣợng hóa thạch ngày càng cạn kiệt dần (theo thống kê ở Việt Năm đến khoảng năm 2015 thì phải nhập khẩu than để phục vụ cho các nhà máy nhiệt diện), và hai là nguồn này gây ô nhiễm trầm trọng. Sinh khối ở nƣớc ta có nhiều dƣới dạng phế thải nông nghiệp, sản xuất các sản phẩm từ gỗ Việt Nam là nƣớc có 3/4 diện tích là đồi núi và có trên 38% diện tích rừng che phủ. Nƣớc ta là nƣớc có ngành chế biến gỗ phát triển trên thế giới do vậy các phế phẩm trong sản xuất gỗ là vô cùng lớn nhƣ: mùn cƣa, dăm bào, gỗ vụn, cành que, Tuy nhiên việc sử dụng các phế thải này vẫn theo cách truyền thống không mang lại hiệu quả cao. Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cƣa và đã tìm đƣợc thị trƣờng thƣơng mại rộng lớn. Theo tìm hiểu trong nƣớc hiện nay đã xuất hiện một vài nhà máy sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cƣa tuy nhiên vẫn chƣa đem lại hiệu quả cao. Một phần là do áp dụng các máy của nƣớc ngoài vào môi trƣờng làm việc của nƣớc ta không đƣợc thuận lợi, hai là do một số đơn vị lại chỉ chú trọng đến khâu thành phẩm Trên thế giới, đã có rất nhiều nƣớc nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị tạo viên mang tính thƣơng mại hóa cao nhƣ: Mỹ, Đức, Italia Ở Châu Á có Trung Quốc, Thái Lan. Tuy vậy giá cả của các thiết bị này thƣờng quá cao, không thuận tiện cho các dịch vụ sau bán hàng, không phù hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở nƣớc ta Vì vậy việc đi sâu nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép viên gỗ nhằm đáp ứng nhƣ cầu sản xuất tại các nhà sản xuất máy viên gỗ trong nƣớc là yêu cầu mang tính thực tiễn cao. Xuất phát từ những nhƣ cầu thực tế trên chúng em tiến hành thực hiện đề tài: “ Tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép viên gỗ kiểu khuôn vành làm nguyên liệu đốt” nhằm biến các phụ phế phẩm từ gỗ thành nguồn năng lƣợng thân thiện với môi trƣờng, có giá trị sử dụng cao và an toàn là hƣớng đi đúng có ý nghĩa về kinh tế, môi trƣờng và an ninh năng lƣợng. 1
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN 1.2 Tầm quan trọng của vấn đề Năng lƣợng và ô nhiễm môi trƣờng hiện đang là vấn đề quan tâm hàng đầu của nhân loại. Một nghịch lý đang diễn ra trong thế giới của chúng ta, đó là: Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, đời sống con ngƣời ngày một nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng nhiều và ô nhiễm môi trƣờng cũng gia tăng. Nguyên nhân là do không khí bị ô nhiễm bởi các khí độc hại nhƣ NOX, CO2, HC Những hợp chất có trong thành phần khí thải công nghiệp dẫn đến nồng độ các khí thải trong không khí ngày càng cao gây ra hiệu ứng nhà kính và tăng nhiệt độ trái đất. Kết quả là băng tan ở Bắc Cực và Nam Cực, mực nƣớc biển dâng cao, nhiều vùng đất ven biển và các quốc gia hay lãnh thổ thấp hơn mực nƣớc biển có nguy cơ biến mất. Từ xa xƣa con ngƣời đã biết sử dụng củi để nấu chín thức ăn và sƣởi ấm. Củi là nguồn năng lƣợng chính cho đến đầu thế kỷ XX khi con ngƣời tìm ra nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ và sử dụng nó thay thế củi. Kể từ đó con ngƣời hầu nhƣ bị lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch: từ đông cơ hơi nƣớc đƣợc thay bởi động cơ đốt trong chạy bằng năng lƣợng hóa thạch, từ khí đốt giúp sƣởi ấm trong mùa đông giá lạnh cho đến sử dụng dầu mỏ khí đốt vào nấu ăn, chế biến thực phẩm .Tuy nhiên, nhiên liệu hóa thạch không phải là vô hạn và đang đứng trƣớc nguy cơ cạn kiệt do sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế. Yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lƣợng mới thay thế dần cho nguồn năng lƣợng từ nhiên liệu hóa thạch. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay là phát triển nhiên liệu có nguồn gốc sinh học, vừa cung cấp năng lƣợng vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng. trƣớc tình hình đó việc tìm ra một nguồn nguyên liệu mới để thay thế các nguồn năng lƣợng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt là vấn đề cấp thiết. Việc thiết kế chế tạo máy ép viên nhiên liệu là một giải pháp trong xã hội hiện nay. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của phụ phế phẩm nông nghiệp có liên quan đến quá trình ép. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình ép - Nghiên cứu tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép. - Phân tích các phƣơng án sản xuất gỗ ép viên hiện có trên thế giới. 2
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN - Tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép viên gỗ từ phụ phế phẩm nông lâm nghiệp nhằm tạo ra viên ép có chất lƣợng cao, chi phí thấp, giá thành hạ để có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất. 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu - Tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép viên gỗ làm nguyên liệu đốt. 1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp - Thu thập tài liệu - Nghiên cứu tài liệu - Tính toán thiết kế - Xử lý số liệu - Đánh giá kết quả - Rút kinh nghiệm 3
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Việt Nam là quốc gia có ngành công nghiệp chế biến gỗ phát triển trên thế giới và có nguồn gỗ tự nhiên, rừng trồng rất lớn vì vậy mà các phế phẩm trong sản xuất, chế biến gỗ là vô cùng lớn nhƣ: mùn cƣa, dăm bào, đầu mẫu gỗ vụn, cành cây nhỏ Tuy vậy việc tận dụng các phế phẩm chƣa đƣợc quan tâm đúng mức, chủ yếu các phụ phế phẩm nhƣ mùn cƣa, đầu mẫu gỗ vụn thƣờng đƣợc sử dụng một cách lạc hậu hoặc bỏ phí. Vì vậy việc tận dụng chúng để đem vào sản xuất công nghiệp, sản xuất viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu là cần thiết và có tính khả thi cao. Việc sử dụng viên nhiên liệu chủ yếu phổ biến ở các nƣớc phát triển nhƣ: Mỹ, Đức, Nhật Bản, Theo nghiên cứu thì sử dụng viên nhiên liệu làm từ mùn cƣa có thể dùng cho đƣợc nhiều loại lò, đem lại nhiều lợi nhuận nhƣ: Giá trị năng lƣợng nhiệt khi đốt bằng lò diện: từ 4,7 – 4,9 Kwh/kg - Khoảng 2 kg viên gỗ thay thế đƣợc 1 lít dầu Diesel (TS PHẠM VĂN LANG) - Giảm đƣợc chi phí vận chuyển và lƣu trữ (mùn cƣa để tự do có tỷ khối khoảng 650 kg/m3, còn khi ép thành viên gỗ thì tỷ khối khoảng 1300 kg/m3) - Hàm lƣợng tro <0,5% - Thân thiện với môi trƣờng Các phụ phế phẩm trong ngành chế biến gỗ gồm có kích thƣớc khác nhau. Các cành que, đầu mẫu thừa có kích thƣớc lớn đƣợc đƣa qua công đoạn làm nhỏ thành các hạt mùn cƣa có kích thƣớc đồng đều để thuận lợi cho việc ép viên. Các phụ phế phẩm đƣợc làm nhỏ thành mùn cƣa có kích thƣớc dày 0,1 – 0,8 mm, rộng 2 – 5 mm, dài<5 mm, độ ẩm khoảng 30 – 50%. Trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cƣa thì nguyên liệu đầu vào phải có kích thƣớc nhỏ và độ ẩm khoảng 10 – 15 % để thuận lợi cho việc ép viên và bảo quản đồng thời giảm ẩm sẽ làm tăng nhiệt trị của sản phẩm. 1.1 Giới thiệu 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu Để phù hợp với quy mô sản xuất và vốn đầu tƣ của các cơ sở sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Năm nhóm đề tài chọn máy ép viên gỗ để nghiên cứu. Bƣớc đầu tính toán thiết kế và chế tạo một máy ép viên và các thiết bị phụ trợ 4
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN Các phụ phế phẩm trong chế biến gỗ là các đầu mẫu gỗ vụn và một lƣợng mùn cƣa sau khi đƣa về và đem nghiền nhỏ thành mùn cƣa có độ ẩm ban đầu là khoảng 42% đƣợc đƣa vào máy sấy để giảm độ ẩm của nguyên liệu xuống còn 10-15 %. 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1.1 Nghiên cứu lý thuyết Tính toán các thông số chính của quá trình ép từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế mẫu máy ép phục vụ cho việc làm viên nhiên liệu xuất khẩu. 2.2.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm Bằng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến năng suất và chi phí năng lƣợng riêng, qua đó xác định đƣợc các giá trị tối ƣu của các thông số để làm cơ sở thiết kế , tính toán và lựa chọn kết cấu máy và chế độ làm việc của thiết bị. Phƣơng pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hƣởng của từng yếu tố vào tới các thông số ra, qua đó tìm đƣợc mức biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu tố, làm cơ sở cho phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố. Nguyên tắc của phƣơng pháp này là cố định các yếu tố khác, chỉ thay đổi một yếu tố xác định, theo dõi ảnh hƣởng của yếu tố đó với thông số ra đó là năng suất và chi phí năng lƣợng riêng. Có rất nhiều yếu tố làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm ép nhƣ tốc độ máy, khuôn tạo viên nén, vật liệu làm khuôn Khi nghiên cứu không thể lấy tất cả các yếu tố kể trên mà chỉ lựa chọn các yếu tố chính. Để lựa chọn các yếu tố chính, bằng phƣơng pháp thu thập thông tin từ các tài liệu có liên quan, đặc biệt là việc tìm hiểu các mẫu máy trên thực tế sản xuất và kinh nghiệm của các chuyên gia trong ngành. 2.3 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài Hiện nay trên thế giới có xu hƣớng sử dụng nguyên liệu sạch từ các phế phẩm của các nhà máy cƣa, nhà máy xay xát và các nhà máy chế biến gỗ để làm nguyên liệu sƣởi ấm, đun nấu, hay phát diện và một số ứng dụng khác. 5
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN Vỏ phôi từ rễ cây Phoi bào Vỏ cây Hình 2.1: Các phế liệu trong quá trình sản xuất gỗ trƣớc và sau nghiền 6
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN Phế liệu Pallet gỗ Máy nghiền Trƣớc Sau Hình 2.2: Các phế liệu trƣớc và sau nghiền Hình 2.3: Một số sản phẩm viên từ phế liệu 7
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: KS. NGUYỄN TẤT TOẢN Trên thế giới đã có nhiều loại máy ép viên với nguyên lý cấu tạo khác nhau. Trên hình 2.4 trình bày nguyên lý cấu tạo của một số bộ phận tạo viên . Về cấu tạo bộ phận ép trong các máy ép chủ yếu là vít xoắn, pit tông, trục cán, bộ phận chứa tải là khuôn có dạng trụ, phẳng, cầu, Các bộ phận đó thƣờng gồm khuôn ép đục lỗ theo các cỡ đƣờng kính viên, có con lăn ép, dao cắt để cắt thành các viên trụ theo chiều cao cần thiết. Có bộ phận ép dập kiểu trục cán gồm hai bánh trụ, trên mặt trụ có các hõm (nửa hình cầu để tạo viên cầu, hoặc nửa hình trụ để tạo viên trụ, hoặc nửa hình hộp để tạo bánh). Bộ phận ép đùn gồm một trục vít ép nguyên liệu trong ống trụ, đùn qua khuôn có các lỗ định hình để thành dạng sợi, ống, hoặc kết hợp bộ dao cắt thành dạng viên trụ. Khi ép hoặc đùn có thể áp dụng cách ép ẩm hoặc ép khô. Hình 2.4: Nguyên lý cấu tạo của các bộ phận tạo viên nguyên liệu 1, 2- kiểu pittông; 3, 4- kiểu đóng khuôn; 5, 6, 7- kiểu con lăn; 8-kiểu băng ép; 9- vít ép; 10- kiểu vít đùn; 11, 12- kiểu trục cán; 13,14, 15, 16- trục cán có khuôn trụ; 17, 18- trục cán có khuôn phẳng Máy ép viên (pellet mill) đƣợc nghiên cứu và chế tạo đã khá lâu ở các nƣớc phƣơng tây gắn với những tên tuổi lớn nhƣ: Bliss (Mỹ), La Meccanica (Ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan) hay nhƣ một số nƣớc ở Châu Á nhƣ: Trung Quốc ( Chính Xƣơng, Mynhang ), Thái Lan (CPM). Máy ép viên đƣợc sử dụng cho rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho ngƣời và gia súc đến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cƣa ) hay rác thải ở mỗi một đối tƣợng khác nhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp. 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4