LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng biết ơn và trân trọng nhất, tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô của Khoa Cơ Khí đã tận tình chỉ dạy, cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt những năm học qua giúp tôi có được những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế cần thiết phục vụ cho quá trình thực hiện luận văn cũng như quá trình làm việc sau này. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Ngọc Hiệp đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.  Thầy đã chỉ cho tôi thấy những thiếu sót và gợi lên cho tôi nhiều hướng mới. Thầy cũng cho tôi tiếp xúc với thực tế sản xuất chế tạo trong thời gian thực tập, những kinh nghiệm trong thời gian thực tập đã giúp tôi có thể đưa chiếc máy mà tôi thiết kế đến gần với thực tế hơn.

Việc gặp phải sai sót trong thiết kế đầu tay là không thể tránh khỏi. Để trở thành người kỹ sư thực thụ, tôi còn phải cố gắng học hỏi nhiều hơn nữa. Kính mong thầy cô chỉ bảo những khiếm khuyết, sai sót để tôi có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn.

Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe.

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài Luận văn tốt nghiệp của tôi là: “ Thiết kế cải tiến máy ép viên trấu năng suất 600kg/giờ”

Đây là một đề tài rất thiết thực và gần gũi với cuộc sống, tạo điều kiện cho tôi ứng dụng những kiến thức đã tích lũy trong quá trình học tập vào thực tế.

Nhiệm vụ của tôi là dựa trên những máy đã có để thiết kế, cải thiện thành sản phẩm mới sao cho tối ưu hơn trong quá trình sản xuất, hạn chế giá thành sản phẩm và dễ dàng bảo trì sửa chữa. Bao gồm:

_   Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm.

_   Xây dựng phương án thiết kế.

_   Phân tích và lựa chọn phương án

_   Thiết kế động học

_   Thiết kế động lực học

_   Thiết kế hệ thống điện điều khiển.

Trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi thiết sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý và chỉ dẫn của các thầy cô trong bộ môn chế tạo máy.

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

1.1Đặt vấn đề

Hiện nay vấn đề biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường là vấn đề nan giải, cấp bách, ảnh hưởng đến toàn cầu. Đi kèm với vấn đề này là vấn đề tìm kiếm nguồn năng lượng mới và tiết kiệm năng lượng được các nước trên thế giới quan tâm đặc biệt.

Một số hoạt động chống biến đổi khí hậu là tìm kiếm và sử dụng nguyên liệu năng lượng mới, chống phá rừng góp phần bảo vệ lá phổi của hành tinh, tiết kiệm năng lượng bằng cách tái sử dụng các nguyên liệu , phế phẩm nông sản cũng như công nghiệp…                

Nông nghiệp chiếm tỉ trọng lớn trong thu nhập GDP của nước ta, hàng năm sản xuất trên 40 triệu tấn lúa, và một lượng lớn nông sản khác nhưng việc sản xuất chưa đi kèm với việc sử dụng triệt để nông sản này, qua đó gây ô nhiểm môi trường chẳng hạn như chưa tận dụng trấu , rơm rạ triệt để gây ô nhiễm môi trường. Vì thế việc tận dụng nguyên liệu dồi dào này là một vấn đề cần bắt tay vào nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên khắp cả nước. Máy ép viên trấu được nghiên cứu và áp dụng vào để thực hiện kế hoạch

1.2Tình hình sản xuất trấu hiện nay

Việt Nam là một nước có truyền thống trồng lúa nước với hơn 4000 năm lịch sử. Điều kiện tự nhiên ở Việt Nam rất thích hợp cho cây lúa phát triển. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng. Năm 2011, sản lượng lúa đồng bằng sông Cửu Long khoảng 23 triệu tấn, tương đương 4,6 triệu tấn trấu nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng. Vào mùa thu hoạch, các nhà máy xay xát hoạt động ngày đêm, tiêu thụ không kịp, kho bãi không đủ sức chứa trấu nên các nhà máy đã thải trấu xuống sông gây ô nhiễm môi trường, làm ảnh hưởng đến môi trường nước và đời sống sinh hoạt của người dân.

Hình 1.1 Vỏ trấu thải xuống sông

1.3Các ứng dụng của trấu hiện nay

a.Sử dụng làm chất đốt

Từ lâu vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt như nấu ăn, nấu thức ăn cho gia súc nhờ những ưu điểm sau:

• Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ, theo khảo sát cho thấy 1Kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/ 3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn khoảng 25 lần.
• Trấu là nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền. Theo Bộ nông nghiệp và phát triền nông thôn cho biết sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt gần 37 triệu tấn. Như vậy ước tính lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương là 7,4 triệu tấn.
• Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi làm chất đốt: vỏ trấu sau khi xay xát luôn ở dạng khô, hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó bị vi sinh vật phân hủy nhanh nên việc bảo quản tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
• Với nhiều ưu điểm cho nên trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến. Trong sinh hoạt người dẫn đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là trấu, lượng lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu, hiện nay vẫn còn sử dụng rộng rãi ở nống thôn.Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu được sử dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thực ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Hình 1.2 Lò đốt vỏ trấu dùng trong sinh hoạt ở vùng Tây Nam Bộ

b. Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng

Với khả năng đốt cháy mạnh và rẻ, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốt nóng không khí bằng trấu để làm quay tuabin phát điện. Theo tính toán mỗi kí trấu có thể tạo được 0,125kWh điện và 4kWh nhiệt, tùy theo công nghệ. Ứng dụng này được áp dụng chế tạo máy phát điện loại nhỏ cho các khu vực vùng sâu vùng xa.

c. Sử dụng làm vật liệu xây dựng

Thành phần gồm vỏ trấu nghiền, mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và có tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao. Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại.

Hình 1.4 – Vỏ trấu dùng làm gạch xây dựng

d. Sản xuất oxit silic (SiO2) từ vỏ trấu

Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là oxit silic, là chất được sự dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh….Vấn đề tận dụng oxit silic trong vỏ trấu hiện đang đưọc rất quan tâm, mục đích là thu được tối đa lượng silic với thời gian ngắn. Hiện nay đã có công trình nghiên cứu về trích oxit silic bằng NaOH thành công mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tại thành phố Hải Dương đã có người phát minh ra cách chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳng nước ao, hồ thành nước uống sạch. Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, hình trụ nằm trong chiếc bình lọc. Điều đặc biệt là loại sứ này được tạo ra bằng cách tách ôxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ hơn lỗ lọc của thiết bị của Mỹ tới 10 lần, của Nhật 4 lần, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10 đến 20 năm). Thiết bị còn có khả năng khử được mùi ở nguồn nước ô nhiễm, khử chất dioxin khi mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính

 

 

 

e. Sử dụng vỏ trấu trong hóa học

Vỏ trấu có thể được sử dụng để sản xuất mesoporous được áp dụng rộng rãi như chất xúc tác cho các phản ứng hóa học khác nhau, như là hỗ trợ cho hệ thống phân phối thuốc và vật liệu hấp thụ trong xử lý nước thải.

f. Sử dụng làm phân bón

Vỏ trấu là vật liệu hữu cơ và có thể được trộn làm phân bón. Tuy nhiên hàm lượng lignin cao có thể làm cho quá trình chậm, đôi khi giun đất được xử dụng để đẩy nhanh quá trình, sử dụng vermicomposting kỹ thuật, vỏ có thể được chuyển đổi phân bón trong khoảng bốn tháng.

Hình 1.5- Phân bón vỏ trấu

g. Sử dụng tro trấu

Sau khi đốt cháy vỏ trấu ta được tro. việc ô nhiễm bởi tro trấu (nguồn gốc tạo bụi và làm thay đổi giá trị pH của nước) được tạo ra từ quá trình nung gạch cũng là một vấn đề rất đáng quan tâm nhất là vào mùa khô. Hiện tại, ở Việt Nam hầu như chưa có biện pháp hữu hiệu để xử lý cũng như tận dụng nguồn chất thải này. Mặc dù, bên trong tro trấu có chứa một số thành phần hoá học rất hữu ích cho các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ.Bên cạnh vấn đề ô nhiễm môi trường từ làng nghề sản xuất gạch thủ công thì ô nhiễm môi trường do nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ khó phân huỷ nhất là các chất hoạt đông bề mặt từ các nhà máy, xí nghiệp và khu dân cư đang là vấn đề được quan tâm trong thời gian hiện nay. Để xử lý các chất thải dạng này thì có rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính được đánh giá là một phương pháp hữu hiệu, nhất là trong trường hợp chất hữu cơ dạng này. Tuy nhiên, hiện nay than hoạt tính (được xem là chất hấp phụ phổ biến nhất) chủ yếu làm bằng gáo dừa nên giá thành cao,nguồn cung hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu cải tiến hoạt tính của tro trấu làm chất hấp phụ sẽ giải quyết được hai vấn đề. Hạn chế ô nhiễm môi trường từ trấu; làm giảm giá thành sản xuất chất hấp phụ cho xử lý môi trường.Ngoài ra tro trấu còn được sử dụng làm chất độn vào sản xuất bê tông, làm vật liệu cách điện, cách nhiệt.

 

Hình 1.6 – Tro trấu

h. Vỏ trấu làm thức ăn chăn nuôi

Vỏ trấu nghiền có thể chiếm lượng nhỏ khoảng 15% trong chế độ ăn cho gia súc, vỗ béo, kích thích sự thèm ăn, có thể trộn cùng với cám. Trấu làm thức ăn cho động vật nhai lại, cừu, ngựa và lừa. Ở Úc, vỏ trấu nghiền đã được sử dụng thành công trong thức ăn năng lượng thấp hơn cho ngựa, bao gồm 25% khẩu phần ăn.

 

1.4Nguồn nguyên liệu trấu

1.4.1Nguồn nguyên liệu dồi dào

Nguyên liệu đầu vào đa dạng phong phú có thể là trấu, mùn cưa, bã mía, vỏ đậu phộng, vỏ cà phê, vỏ sắn,bã sắn… Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long sản xuất hơn 20 triệu tấn. Việt Nam đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo chỉ sau Thái Lan. Mỗi năm trong cả nước thải ra hơn 8 triệu tấn khi xay xát, riêng Đồng bằng sông Cửu Long thải ra hơn 4 triệu tấn trấu. Đây là nguồn năng lượng lớn và ổn định có khuynh hướng tăng đều mỗi năm.

1.4.2 Lợi ích mang lại khi sử dụng nguồn nguyên liệu

Trấu được dùng làm chất đốt để nấu ăn, dùng trong các lò sấy, nung gạch, một phần được đốt thành tro ủ để bón cho tơi xốp đất. Những năm gần đây do sản lượng lúa tăng nhanh nên lượng trấu thải ra hằng năm là rất lớn. Nhiều nơi trấu trở thành vấn nạn. Việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch ở một số thời điểm trong năm đã làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Để tận dụng nguồn nguyên liệu quý giá nói trên trấu được ép dưới dạng ống gọi là củi trấu, rất tiện trong việc làm chất đốt thay cho than đá và các loại nhiên liệu khác. Công nghệ sản xuất viên trấu nén với nhiều ưu điểm vượt trội đã được kiểm nghiệm, trấu viên dễ cháy, cho nhiệt lượng cao. Có thể thay thế cho than đá với hiệu quả kinh tế cao. Với nguồn nguyên liệu dồi dào, với các công nghệ sản xuất tiên tiến sẽ giúp giải quyết các vấn đề nan giải về chất đốt, tiết kiệm năng lượng đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, tăng chuỗi giá trị cho sản xuất lúa gạo nói riêng nông nghiệp nói chung ở Việt Nam. Sản phẩm củi trấu thanh hay trấu viên nén được sản xuất từ 100% nguyên liệu là trấu được thải ra từ các nhà máy xay xát lúa gạo, nó có thể phục vụ cho dạng bếp nhỏ cho nhà hàng và gia đình vì không khói và tạo ra lửa gas. Còn dạng viên nén có thế dùng để sưởi ấm vì khi đốt nó tỏa ra một mùi thơm của đồng quê. Trấu viên có thế thay thế cho than đá, dầu DO, FO hoặc củi than củi dùng để đốt lò hơi công nghiệp, phục vụ cho lò sấy, lò nhuộm vải, dệt sợi, công nghệ sản xuất giấy, may mặc, chế biến thủy sản, nông sản, thực phẩm,… việc thay nhiên liệu đốt bằng trấu viên rất tiện lợi vì có thế sử dụng ngay lò đốt than đá mà không cần thay đổi thiết kế ban đầu. Ngoài ra trấu viên xốp sản xuất bằng công nghệ đặc biệt có thể tạo ra nhiều khoảng rỗng rất nhỏ bên trong nên có khả năng hút ẩm và hút mùi khá tốt dùng để lót chuồng nuôi gia cầm hoặc thú cưng. Khi thu dọn định kỳ trấu viên đã qua sử dụng được chôn xuống đất làm phân bón rất tốt cho cây trồng. Khả năng phân hủy nhanh và không làm ô nhiễm môi trường. Với tỉ lệ pha trộn thích hợp và công nghệ sản xuất đặc biệt trấu nén được dùng để sử dụng làm giá thể cho các loại nấm, cây trồng, các loài hoa phong lan.

1.5 Sản phẩm viên ép trấu

1.5.1 Các dạng sản phẩm và thông số kỹ thuật của sản phẩm

Có hai dạng có thể sản xuất sản phẩm dạng củi trấu thanh hoặc củi trấu viên. Với thành phần nguyên liệu từ trấu được sản xuất bằng cách ép lấy vít xoắn để tạo thanh củi trấu hình trụ đường kính từ 70-80 mm, có thể dài đến 1m, hình vành khuyên có lỗ ở giữa dễ cháy, một thanh củi trấu 20cm năng khoảng 1kg có thế nấu được bữa ăn cho 4 người.

 

Hình 1.7- Củi trấu thanh

 

 

Các thông số kỹ thuật:

Đường kính : 60-90 mm

Màu: nâu đen

Độ dài: 20cm -100cm

Hình dạng: hình trụ tròn hoặc lục giác có lỗ ở giữa

Độ ẩm:  15%

Hàm lượng lưu huỳnh :  0,021%

Nhiệt lượng: 4000 kcal/ kg

Hàm lượng tro 13,2 %

Trấu viên được sản xuất 100% từ trấu hoặc có thể có thêm chất kết dính, sau khi trộn đều ở máy trộn được chuyển đến máy nén với áp suất cao. Trấu được ép thành viên. Sau khi làm nguội và sàng loại các viên trấu không đạt tiêu chuẩn. Các viên trấu đạt độ nén và kích thước được đóng gói đưa vào sử dụng. Toàn bộ hệ thống sản xuất này đều được qua dây chuyền tự động hóa từ lúc cho trấu thô vào bồn cho đến khi cho ra sản phẩm

 

Hình 1.8 – Củi trấu viên

Thông số kỹ thuật:

Đường kính 5-8 mm

Màu: vàng nâu

Độ dài: 20-40 mm

Nhiệt trị: 3600 – 4200 kcal/ kg

Hàm lượng tro: 12- 15%

1.5.2Thành phần hóa học và tính chất vật lí của sản phẩm

Trấu viên có thể xem là nguồn năng lượng mới có thế thay thế cho than đá, nếu sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nhiệt điện, lượng nhiệt sinh ra đủ lớn cho mục đích phát điện liên tục và có thành phần cháy như sử dụng năng lượng truyền thống.
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu có chứa khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu xenlulozo, lignin và hemi- cellulose chiếm đến 90%, ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ 10% . Lignin chiếm khoảng 25-30% và xenlulozơ chiếm khoảng 35-40%. Thành phần hóa học của tro trấu như bảng dưới:

 

		Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	Cacbon	Khác
85-95	0,5-1,5	0,5-1,5	1,5-1,8	0,5-2	0,4-3	0,5-2	0,5-3	<1

 

Trấu viên rất dễ dàng bắt lửa, không có khói và khi cháy có mùi thơm rất dễ chịu.

1.5.3Khả năng cạnh tranh và lợi ích kinh tế

Trấu được mua về với giá rẻ dao động từ 200-800 đồng/ kg tùy thuộc vào địa phương, tiền điện và công lao động là 200 đồng/ kg củi. Giá bán ra trong nước và xuất khẩu dao động từ 1250 -2000 đồng/ kg. Sử dụng củi trấu giá rẻ hơn rất nhiều so với các loại chất đốt từ than, củi hoặc ga. Hiện nay, sản phẩm củi trấu phần lớn được sử dụng để đốt lò hơi công nghiệp phục vụ cho các lò sấy, nhuộm vải, giấy, may mặc, chế biến thủy sản và nông sản… Công nhân tại các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất chỉ mất một ít thời gian để đưa củi vào lò nhưng bù lại đảm bảo về sức khỏe. Hơn nữa, nếu sử dụng than đá để đốt với giá trung bình khoảng 4000 đồng/ kg, nhiệt lượng 1Kg than sẽ tương đương khoảng 1,5 kg củi trấu. 1kg củi trấu tương đương 15,96 – 17,64 MJ. Vì vậy dùng trấu viên làm chất đốt sẽ giúp tiết kiệm hơn 60% chi phí nhiên liệu so với dầu DO và 40% so với than đá.

Khối lượng riêng của trấu 80-100 kg/m3

Khối lượng riêng của củi trấu: 1200-1400 kg/m3

Trấu sau khi xay xát thường có độ ẩm khoảng 11- 15%

1,05 kg trấu thì ép ra 1kg củi trấu, độ tro là 30%, độ ẩm 2,78%.

Trấu viên có nhiệt trị cao 3600-4200 kcal/kg, tuy giá thành có cao hơn củi trấu thanh một ít nhưng trấu viên có thể tích nhỏ dễ cháy, dễ thu được nhiệt lượng cao, có mùi hương dễ chịu, lượng tro thải ra sau khi đốt rất mịn và có giá trị nên rất được người tiêu dùng ưa chuộng.

Ưu điểm của sản phẩm là không gây ô nhiễm môi trường và lợi ích là đạt hiệu quả kinh tế hơn than nhiều, tỷ lệ lưu huỳnh có trong trấu rất thấp 0,05% so với than cám 3,2%., kéo dài tuổi thọ ghi lò, không phải xử lý xỉ than ngược lại tro trấu rất có giá trị làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao cấp, góp phần làm sạch môi trường.
Thể tích thu gọn đáng kể (5 -8 lần) nên rất thuận tiện cho việc bảo quản và vận chuyển. Viên nhiên liệu có nguồn gốc thực vật, không có chất phụ gia nên là nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường. Viên nhiên liệu tiện cho việc cơ giới hóa, tự động hóa các lò đốt.

1.5.4Một số hình ảnh về sản phẩm viên ép các loại

    
                    Trấu ép viên                                                        Cùi ngô ép viên

  Bã sắn ép viên                                    Than bùn ép viên             
          Lá thông                     Gỗ thông                      Cành cây                      Cây tùng

1.6Một số loại máy ép trên thị trường

Máy ép viên (pellet mill) được nghiên cứu và chế tạo đã khá lâu ở các nước phương tây gắn với những tên tuổi lớn như: Bliss (Mĩ), La Meccanica (ý), Buchumer (Đức), VanAarsen (Hà Lan)…hay như một số nước ở Châu á như: Trung Quốc ( Chính Xương, Mynhang…), Thái Lan (CPM). Máy ép viên được sửdụng cho rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp khác nhau từ chế biến thức ăn cho người và gia súc đến ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ khô, mùn cưa…) hay rác thải…ở mỗi một đối tượng khác nhau lại đòi hỏi các thiết bị ép viên phù hợp.

....................................................................

CHƯƠNG 1 XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1Sự kết dính trong viên ép

Do trong bản thân trấu này đã có chứa sẵn chất kết dính (gọi là lignin) nên khi ép ở nhiệt độ khoảng 250°C, tác dụng của nhiệt ma sát và nhiệt từ khuôn ép đã giúp tạo nên một chất kết dính chắc chắn. Do vậy, củi trấu này còn chắc hơn cả gỗ củi dùng thông thường khác.

Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật. Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ. Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật

Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol

 

Hình 2.1- Các đơn vị cơ bản của lignin.

Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200^oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose tạo thành chất kết dính trấu. Để cung cấp thêm nhiệt làm chảy chất lignin ta có thể lắp thêm một bộ phận gia nhiệt vào khuôn ép.

Như vậy theo nguyên lý ép này thì nguyên liệu đầu vào không phải phải thêm chất kết dính nào nhưng sản phẩm đầu ra vẫn cứng tự nhiên và bề mặt được cacbon hóa.

1.2Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của máy ép

a. Mục đích của quá trình ép

Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để liên kết các phần tử vật thể ở dạng rời rạc thành những sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng, kích thước, khối lượng và sức bền theo yêu cầu để có thể bảo quản hoặc vận chuyển nó đến nơi tiêu thụ.

Đối với một số loại sản phẩm việc ép tạo hình là cần thiết như ép trấu, ép đậu phụ, bơ, bánh qui, mì sợi, ép viên thức ăn cho vật nuôi… Khi sản phẩm có hình dạng thích hợp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho những quá trình tiếp theo như phơi sấy, nướng hoặc bao gói, vận chuyển và bảo quản. Đặc biệt khi sản phẩm có hình dáng đẹp, kích thước và khối lượng phù hợp với khả năng tiêu thụ sẽ thu hút ,kích thích sức mua của người tiêu dùng.

b. Yêu cầu kỹ thuật

Máy phải đảm bảo các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng như năng suất, hiệu quả cao, tốn ít năng lượng, ít chi phí đồng thời đảm bảo độ tin cậy cao, khả năng làm việc tốt, an toàn trong sử dụng cũng như dễ vận hành, đảm bảo tính công nghệ và kinh tế.

Sản phẩm phải đảm bảo được các tiêu chuẩn về kích thước, khối lượng, độ chặt, độ bền đồng thời phải tạo ra hình dáng đẹp, mới lạ nhằm kích thích nhu cầu và thị hiếu của người dùng.

1.3Các nguyên lý ép tạo hình sản phẩm

Việc tạo hình sản phẩm có thể tiến hành thủ công với những công cụ đơn giản. Trong công nghiệp, việc tạo hình cho sản phẩm thường được cơ khí hóa và tự động hóa. Dựa trên yêu cầu về thành phẩm và trạng thái vật lý của nguyên liệu người ta có thể chọn một trong các nguyên tắc tạo hình sau đây:

+ Nguyên tắc nén ép: Dùng áp lực để nén ép nguyên liệu thành hình dạng nhất định hoặc thành băng dải rồi cắt viên.

+ Nguyên tắc dập khuôn: Dùng khuôn có hình mẫu được lựa chọn dập xuống khối sản phẩm chia chúng thành từng phần có hình dạng nhất định.

Khi nén ép hoặc dập khuôn, để liên kết được các phần tử vật liệu dạng bột rời, dạng bột nhuyễn, dạng rắn lỏng, tùy thuộc vào độ ẩm của nguyên liệu mà trị số áp lực ép khác nhau và độ ẩm đạt tối thiểu là 10%. Trong một số trường hợp để giảm áp lực ép người ta có thể gia nhiệt ở nhiệt độ cao trên điểm nóng chảy của hỗn hợp. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao hỗn hợp chuyển từ pha rắn sang pha lỏng có độ nhớt cao, khi hạ nhiệt độ chúng lại chuyển từ pha lỏng về rắn.

Về cấu tạo bộ phận ép chủ yếu là vít xoắn, piston, trục cán, bộ phận chứa tải là khuôn có dạng trụ, phẳng, cầu…

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép có thể chia ra 2 nhóm:

Nhóm 1: những yếu tố đặc trưng cho tính chất cơ lý của sản phẩm.

 _ Mô đun ép, đặc trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị ép chặt dưới ảnh hưởng của áp suất ngoại, bỏ qua tổn thất áp suất do ma sát, yếu tố này ở trong khoảng áp suất nào đó là một đại lượng không đổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc của nó và kích thước thành phần hạt của nó.

_  Hệ số áp suất bền, là tỷ số giữa áp suất bề mặt bên của vật liệu ép với áp suất ép tác dụng thẳng đứng.

 _  Độ ẩm, nhiệt độ và thành phần cỡ hạt sản phẩm.

Nhóm 2: Là những yếu tố đặc trưng cho điều kiện ép.

_  Áp suất riêng

 _  Ma sát của vật liệu với dụng cụ ép, đại lượng đó phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm và trạng thái bề mặt của dụng cụ ép.

_  Hình dạng bánh ép và tương quan kích thước của nó.

_  Chế độ ép, có thể là chu kỳ hay liên tục.

 _  Số bề mặt của bánh ép trực tiếp chịu áp suất ép.

1.4Sơ đồ dây chuyền sản xuất viên ép trấ u

+ Phơi, sấy: Trấu sau khi xay thường có độ ẩm 11%. Nhưng trấu thường không được lưu trữ trong kho mà lưu trữ ngoài trời. Hay gặp mưa làm độ ẩm tăng cao. Vì vậy phải sấy để trấu đạt độ ẩm thích hợp trước khi ép <15%.

+ Gia nhiệt:  Tùy vào phương pháp ép mà có hoặc không có gia nhiệt. Mục đích của gia nhiệt là giải phóng lignin có sẵn trong trấu hoặc làm tăng tính kết dính của trấu lại với nhau.

+ Cắt : Là quá trình cắt, tách rời sản phẩm thành từng đoạn theo yêu cầu.

CHƯƠNG 2.PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1Xây dựng phương án thiết kế

2.1.1Phương án 1:  Máy ép sử dụng trục vít tải có bước vít thay đổi và khuôn ép tạo viên.

1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý phương án trục vít

   1. Phễu cấp liêu                                 4. Khuôn
   2. Thân máy                                       5. Dao cắt
   3. Trục vít                                          6. Trục mang dao cắt

b. Nguyên lý hoạt động

Trấu với độ ẩm thích hợp được nạp qua cửa nạp liệu (1), đồng thời động cơ điện truyền động cho trục vít ép (3) có bước vít thay đổi được tạo ra lực ép, ép nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn(4) theo hình dạng nhất định trên khuôn. Khi nguyên liệu ra khỏi lỗ khuôn, bị dao cắt(5) tạo thành những viên có chiều dài cố định nhờ cơ cấu tạo cho dao cắt quay tròn quanh khuôn.

 

c. Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm:

Vật liệu vận chuyển trong máng kín nên không tổn thất do rơi vãi vật liệu, an                    toàn khi làm việc và sử dụng .                                                                          

Dễ vận hành và thao tác.

Đối với máy ép kiểu trục vít khi bị nghẽn thì thời gian ngừng máy nhỏ.

Giá thành tương đối rẻ

Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo.

+  Nhược điểm:

Năng suất không cao.

Tổn thất năng lượng lớn.

Máy có áp lực lớn dễ bị hư hỏng vì vít tải có sự ma sát giữa vật liệu với vít tải rất lớn làm cho mặt vít và vỏ bị mòn nhiều.

2.1.2Phương án 2: Máy ép viên sử dụng 2 khuôn quay

a.Sơ đồ nguyên lý

.......................................

CHƯƠNG 6.THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống điện điều khiển tự động máy ép viên bao gồm hệ thống điều khiển gầu tải, máy tải và trộn liệu, máy ép viên.

a.Công dụng

Tự động điều khiển các động cơ điện chạy hay dừng đúng lúc ở các cụm ép, trộn và tải, đảm bảo không gây cháy nổ hay phá hủy động cơ điện khi có hiện tượng kẹt cứng ở cụm ép hay cụm trộn hoặc trường hợp gầu tải liệu nhiều gây dư tràn ở cụm tải trộn. liệu.

b. Cấu tạo

Mạch điện gồm năm cuộn dây và ba bộ rơ le nhiệt, ba động cơ điện xoay chiều ba pha ghép với nhau.

c.Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực

Hai mạch điện điều khiển và mạch động lực được thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam [11, trang 114].

Mạch động lực gồm cầu dao, cầu chì, các tiếp điểm của cuộn dây 1K, 2K, 3K, các rơle nhiệt 1Rn, 2Rn, 3Rn tương ứng với ba động cơ xoay chiều ba pha lần lượt là các động cơ của máy ép, máy trộn, gầu tải.

 

Hình 6.1 Mạch động lực

Mạch điều khiển gồm nút nhấn dừng thường đóng (stop), nút nhấn khởi động hệ thống thường mở (start), năm cuộn dây và các tiếp điểm tương ứng của chúng, hai công tắc hành trình đầu dài.

 

Hình 6.2 Mạch điều khiển

d.Nguyên lý hoạt động

Muốn cho hệ thống khởi động, đầu tiên ta đóng cầu dao ở mạch động lực, lúc này chưa có động cơ điện nào chạy vì mạch hở bởi các tiếp điểm thường mở. Tiếp theo ta nhấn nút Start ở mạch điều khiển khi đó mạch dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây trung gian 1 và cuộn dây trung gian 2 làm kích hoạt đóng các tiếp điểm tương ứng của hai cuộn dây này , đồng thời duy trì mạch điện chạy qua chúng. Tiếp điểm trung gian 1 đóng, dòng  điện chạy qua cuộn dây 1K có điện và kích đóng tiếp điểm cuộn dây 1K ở mạch điều khiển duy trì có dòng điện chạy qua nó, đồng thời đóng các tiếp điểm cuộn dây 1K ở mạch động lực làm khởi động động cơ điện ở máy ép. Tương tự cuộn dây 2K có điện kích đóng tiếp điểm tiếp điểm cuộn dây 2K ở mạch điều khiển làm duy trì có điện, đồng thời đóng tiếp điểm cuộn dây 2K ở mạch động lực làm khởi động động cơ điện ở máy trộn. Tương tự cuộn dây 3K có điện kích đóng tiếp điểm cuộn dây 3K ở mạch điều khiển làm duy trì có điện, đồng thời đóng tiếp điểm cuộn dây 3K ở mạch động lực làm khỏi động động cơ điện ở gầu tải.

Khi có sự cố xảy ra ở trong máy ép, quá trình ép không kịp so với quá trình cấp liệu và trộn, dẫn đến nguyên liệu trấu tồn đọng trong buồng ép dâng cao đến một mức độ nào đó sẽ đủ lực tác động vào công tắc hành trình đầu dài làm tác động mở nút nhấn 1M thường đóng ngắt dòng điện chạy qua hai cuộn dây 2K và 3K ở mạch điều khiển, đồng thời làm mở các tiếp điểm cuộn dây 2K và 3K đang đóng ở mạch động lực, hai động cơ điện ở máy trộn và gầu tải dừng lại. Khi quá trình ép được giải quyết, trấu trong buồng  ép được ép ra sản phẩm dần, nguyên liệu hạ thấp xuống không còn đủ lực để tác động thắng công tắc hành trình và lúc này nút nhấn 1M thường đóng đóng lại, nhờ các tiếp điểm cuộn dây trung gian vẫn đóng nên các cuộn dây 2K và 3K có điện và kích hoạt làm hai động cơ điện ở máy trộn và gầu tải hoạt động bình thường.

Khi có sự cố xảy ra ở trong máy trộn, quá trình trộn thực hiện không kịp so với quá trình cấp liệu ở gầu tải, dẫn đến nguyên liệu trấu tồn đọng trong máy trộn dâng cao đến một mức nào đó sẽ đủ lực tác động vào công tắc hành trình đầu dài làm tác động mở nút nhấn 2M thường đóng ngắt dòng điện chạy qua cuộn dây 3K ở mạch điều khiển, đồng thời làm mở các tiếp điểm cuộn dây 3K đang đóng ở mạch động lực, động cơ điện gầu tải dừng lại. Khi quá trình trộn được giải quyết, trấu trong máng trộn được đưa bớt vào máy ép dần, nguyên liệu hạ thấp xuống không còn đủ lực để tác động thắng công tắc hành trình và lúc này nút nhấn 2M thường đóng đóng lại, nhờ các tiếp điểm cuộn dây trung gian vẫn đóng nên cuộn dây 3K có điện và kích hoạt làm động cơ điện ở gầu tải hoạt động lại bình thường.

Trường hợp có sự cố do tắc nghẽn ở một trong ba cụm gầu tải, trộn hoặc ép mà không phải lý do hoạt động không đồng bộ dẫn đến hiện tượng tồn đọng trên. Động cơ điện vẫn chạy trong khi đó các bộ phận công tác không sinh công, lúc này động cơ điện tương ứng đó sẽ sinh nhiệt có xu hướng gây cháy nổ. Nhờ có các rơle nhiệt trong mạch động lực sẽ làm nhiệm vụ mở các tiếp điểm tương ứng của nó trên mạch điều khiển ngắt toàn bộ hệ thống đảm bảo an toàn cho các động cơ điện.

Khi nhấn nút Stop thì tạo mạch hở ngắt toàn bộ hệ thống, dừng hẳn các động cơ điện đang chạy.

 

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]   Trần Minh Vượng (1999) , Máy phục vụ thức ăn chăn nuôi, NXB Giáo dục.

[2]   Nguyễn Như Thung , Lê Nguyên Dương, Phan Lê, Nguyễn Văn Khỏe (1987), Máy và thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi, NXB Khoa học kỹ thuật.

[3] A.LA.XOKOLOV, Nguyễn Trọng Thể dịch (1976), Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

[4]   Hồ Lê Viên (2003), Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo tập 1 & 2, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

[5]   Nguyễn Hữu Lộc (2009), Chi tiết máy, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

[6]   Trịnh Chất- Lê Văn Uyển (2009), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập một, NXB Giáo Dục, 2009.

[7]   Trịnh Chất- Lê Văn Uyển (2009), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập hai,  NXB Giáo Dục, 2009

[8]   Vũ Ngọc Pi (2001), Tính toán vít tải, NXB Khoa học Kỹ thuật.

[9]   Vũ Bá Minh- Hoàng Minh Nam (2004), Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học tập 2- Cơ học vật liệu rời, Trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.

[10]   Nguyễn Hồng Ngân – Nguyễn Doanh Sơn (2010), Kỹ thuật nâng chuyển tập 2 – Máy vận chuyển liên tục, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

[11]    Lê Ngọc Bích (2011), Trang bị điện, NXB Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh.

*TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2004.

2. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, 2 NXB Giáo dục, 1998.

3. Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2003.

4. Nguyễn Hữu Lộc, Độ tin cậy trong thiết kế kỹ thuật , NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2002.