nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100 kg-h, chế tạo máy ép rơm

Bé c«ng th−¬ng
Tæng c«ng ty m¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp
ViÖn nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y n«ng nghiÖp




B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN
M sè: 121.11RD/H§-KHCN


Tªn ®Ò tµi
:
“Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên
liệu, năng suất 100 kg/h, chế tạo máy ép rơm
“


Cơ quan chủ quản: Bộ công thương
Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy nông nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: KS. Mai Thanh Huyền







Hµ Néi , 2011

Bộ công thơng

Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp
Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp


Báo cáo tổng kết đề tài KHCN
M số: 121.11RD/HĐ-KHCN



Tên đề tài
:
Nghiờn cu thit k dõy chuyn ộp rm lm nhiờn
liu, nng sut 100 kg/h, ch to mỏy ộp rm



Đơn vị chủ trì Chủ nhiệm đề tài
Vin NCTKCT mỏy nụng nghip


KS. Mai Thanh Huyền


H Nội, 2011


DANH SÁCH NH ỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI


STT Họ và tên Học vị, học hàm

chuyên môn
Cơ quan
1 Mai Thanh Huyền Kỹ sư
Vi
ện NCTKCT máy nông nghiệp
2 Nguyễn Tường Vân
Ti
ến sỹ
Vi
ện NCTKCT máy nông nghiệp

3 Nguyễn Tuấn Anh Thạc sỹ
Vi
ện NCTKCT máy nông nghiệp

4 Hoa Xuân Tiến Kỹ sư
Vi
ện NCTKCT máy nông nghiệp





1

MỞ ĐẦU
Năng lượng và ô nhiễm môi trường hiện đang là hai 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 người ngày một nâng cao
thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều và ô nhiễm môi trường cũng gia

tăng. Nguyên nhân là do không khí bị ô nhiễm bởi các loại khí độc hại như NO
x
,
CO
2
, HC … những hợp chất có trong thành phần khí thải công nghiệp và khí xả
do các loại động cơ thải ra. Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa gia tăng và rừng bị
chặt phá 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 nước biển dâng cao, nhiều vùng đất ven biển và các quốc gia hay
vùng lãnh thổ thấp hơn mực nước biển có nguy cơ biến mất.
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng củi để nấu chín thức ăn và sưởi ấm.
Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỉ XX khi con người tìm ra nhiên
liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ… và sử dụng nó thay thế củi. Kể từ đó, hầu như
con người bị lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch: từ động cơ hơi
nước được thay thế bởi động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, từ khí
đốt giúp sưởi 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 trước 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
lượng mới thay thế dần cho nguồn năng lượng 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 lượng vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Việt Nam là nước Nông nghiệp với diện tích trồng lúa rất lớn. Do đó Việt
Nam có tiềm năng về năng lượng từ nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp rất lớn.
Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp rơm rạ còn rất hạn chế do nhiều nguyên nhân


2

như: giá trị sử dụng thấp, tỷ trọng thấp, vận chuyển khó khăn, chi phí vận chuyển
lớn… nên mới chỉ có một phần rất nhỏ rơm rạ được sử dụng vào trồng nấm hay
làm phân hữu cơ còn phần lớn rơm rạ sau khi thu hoạch lúa được đốt trực tiếp
ngay trên cánh đồng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Xuất phát từ vấn đề trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế dây
chuyền ép rơm làm nhiên liệu” nhằm biến rơm rạ từ một loại phế phẩm nông
nghiệp thành nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, có giá trị sử dụng
cao, và an toàn là một hướng đi đúng có ý nghĩa về kinh tế, môi trường và an
ninh năng lượng.





3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ RƠM

1.1.Tình hình sử dụng rơm thế giới
Mỗi năm trên toàn thế giới có khoảng 600 triệu tấn [12]

rơm rạ từ cây lúa sản
xuất ra. Nguồn nguyên liệu này được dùng vào nhiều mục đích khác nhau như dùng
để sản xuất điện ở một số nước châu Á. Ở Thái Lan, Indonesia cũng như nhiều nước
sản xuất gạo khác, rơm rạ là mặt hàng phế phẩm sau khi thu hoạch giờ đây đã đem lại
một số tiền nhất định cho nông dân. Rơm rạ đốt lên sẽ sản sinh ra một lượng hơi
nóng dùng để sản xuất điện. Tro rơm rạ sau khi đốt cũng được bán cho các nhà máy
xi măng, các nhà máy này dùng tro để làm chất trộn lẫn với xi măng với giá rẻ, không
gây hại cho môi trường. Nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ ở Thái Lan dự tính sẽ

là tiết kiệm được 88.000 tấn than đá hay 59 triệu lít chất đốt là dầu. Chủ thầu xây
dựng Nhà máy sản xuất điện năng này - AT Biopower đã xây dựng 4 nhà máy sản
xuất điện từ rơm rạ trị giá 27 triệu đô-la ở miền Trung Thái Lan. Nhà máy sản xuất
điện đặt tại tỉnh Pichit sẽ tiêu thụ 150.000 tấn rơm rạ mỗi năm đưa lại nhiều việc làm
cho người dân địa phương, từ công việc thu mua rơm rạ, đóng thành kiện, chuyên
chở về nhà máy và trực tiếp tham gia sản xuất… Sản phẩm điện sẽ được bán cho
công ty điện lực quốc gia Indonesia, với doanh thu 9 triệu 300 ngàn đô-la mỗi năm,
rơm rạ bán cho các công ty xi măng với trị giá 500 nghìn đô-la mỗi năm. Trong khi
đó nhà máy ở Bali có công suất khoảng 22 megawat được vận hành vào cuối năm
2006 đã cung cấp điện cho 60.000 hộ gia đình ở Bali.
Theo tổ chức năng lượng quốc tế (IEA) cho thấy, ước tính rằng nguồn
năng lượng tái tạo chiếm khoảng 13% trong tổng số nguồn năng lượng cơ bản
toàn thế giới. Khoảng 80% trong số này là dưới dạng sinh khối đốt cháy được -
đa phần là gỗ, than hầm, phụ phẩm trong trồng trọt: rơm rạ hoặc những chất thải
khác dùng để đốt cho nấu ăn, sưởi ấm và những hoạt động khác.
Một sản phẩm từ rơm mang lại hiệu quả kinh tế cao, được thị trường thế giới
ngày càng ưa chuộng đó là trồng nấm, phần còn lại chúng ta có thể sử dụng vào mục


4

đích khác như chuyển đổi thành năng lượng để sử dụng ngay trong lĩnh vực nông
nghiệp (tạo ra nguồn năng lượng tạo ra nguồn chế biến nông lâm hải sản).
1.2. Tình hình sử dụng rơm trong nước
Mấy năm gần đây, rơm rạ không còn là chất đốt chủ yếu ở nông thôn do
các nhiên liệu khác thay thế như: điện, khí gas, than…thay thế; máy cày được
thay thế cho con trâu, con bò trên đồng ruộng. Vì vậy, sau mùa gặt rơm rạ không
còn được thu gom vận chuyển về nhà như trước đây mà được đốt ngay tại ruộng,
hiện tượng này ngày càng phổ biến trên toàn quốc.

Hình 1.1. Một số hình ảnh đốt rơm rạ trên cánh đồng [12]


5

Đốt rơm, rạ chẳng những lãng phí nguồn nhiên nguyên liệu mà còn gây ô
nhiễm môi trường, mất an toàn giao thông (do khói làm cho tầm quan sát bị hạn
chế). Theo các nhà khoa học, khói bụi khi đốt rơm, rạ làm ô nhiễm không khí,
gây tác hại lớn đối với sức khỏe con người. Trẻ em, người già, và người có bệnh
hô hấp, bệnh mạn tính, dễ bị ảnh hưởng nhất.
Theo các nhà khoa học cho biết, thành phần các chất gây ô nhiễm không
khí do đốt rơm, rạ, tác động đến sức khỏe con người là các dẫn xuất của đioxin
rất độc hại, có thể là tiềm ẩn gây ung thư. Các thành phần chính của rơm, rạ là
những hydratcacbon gồm: licnoxenlulozơ, 37,4%; hemixenlulozơ (44,9%);
licnin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9, đến 14%. Đó là điều gây cản
trở việc sử dụng rơm, rạ một cách kinh tế. Thành phần licnoxenlulozơ trong rơm,
rạ khó phân hủy sinh học.
Đốt rơm, rạ trực tiếp ngay trên đồng ruộng gây bất lợi cho đồng ruộng lớn
hơn nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng. Các chất hữu cơ trong rơm
rạ và trong đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao. Đồng ruộng bị khô,
chai cứng, một lượng lớn nước bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình
cháy rơm, rạ. Quá trình đốt rơm, rạ ngoài trời không kiểm soát được lượng đioxit
cacbon CO
2
, phát thải vào khí quyển cùng với cacbon monoxit CO; khí metan
CH
4
; các oxit nitơ NOx; và một ít đioxit sunfua SO
2

.
Vấn đề đặt ra là nên giải quyết rơm, rạ như thế nào?
Qua phân tích trên đây cho thấy, ở nước ta, từ lâu đời đã biết trồng nấm
rơm ngay ngoài trời tận dụng diện tích trống. Ngoài ra người ta có thể sản xuất
phân hữu cơ vi sinh từ rơm, rạ như ở Bình Giang, Hải Dương cũng là một cách
giải quyết rơm rạ sau thu hoạch. Mặt khác một phần nhỏ rơm rạ người ta có thể,
đệm lót vận chuyển hàng hóa dễ vỡ, vận chuyển hoa quả …
Tuy nhiên trong bối cảnh năng lượng ngày từ nguồn nguyên liệu hóa thạch
ngày một khan hiếm thì việc sử dụng rơm rạ để tạo ra “viên nhiên liệu” là một


6

hướng nghiên cứu mang lại tính kinh tế hơn cả so với các mục đích sử dụng
khác.
1.3. Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu
I.3.1. Khái niệm về viên nhiên liệu
Viên nhiên liệu là một sản phẩm nhiên liệu sinh học được sản xuất trực
tiếp hoặc gián tiếp từ chất thải nông nghiệp (biomass) hoặc lâm nghiệp.
I.3.2. Phân loại viên nhiên liệu
Có rất nhiều phương pháp phân loại viên nhiên liệu:
Dựa vào nguồn gốc phát sinh của nguyên liệu, viên nhiên liệu chia thành
các loại sau:
- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thực phẩm như
trấu, rơm, lõi ngô, bã sắn, vỏ cà phê, bã mía …
- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm của ngành chế biến gỗ và lâm
nghiệp như mùn cưa, dăm gỗ, gỗ cành …
- Viên nhiên liệu làm từ rác thải khó phân hủy – RDF (refuse derived
fuel).

Viên gỗ

Thanh rơm

Viên RDF
Hình 1.2 – Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau





7

Dựa vào hình dạng và kích thước, viên nhiên liệu chia thành 2 loại:
- Pellet: viên nén hình trụ có đường kính D = 6 ÷ 25 mm, chiều dài L ≤
(4 ÷ 5)D
- Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có đường kính D >
25mm

Dạng viên

Dạng thanh

Dạng bánh
Hình 1.3 – Các loại hình dạng của viên nhiên liệu
1.3.3. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu (pellet) từ sinh khối như gỗ,
mùn cưa, rơm, cỏ … hiện đang thịnh hành trên thế giới theo sơ đồ hình 1.8:

Thiết bị sử dụng để ép viên nhiên liệu gồm có máy ép khuôn vành và máy
ép khuôn phẳng.


Nguyên liệu
Xử lý trước ép
Sấy
Viên nhiên liệu
Nghiền
Phân loại
Ép viên
Làm nguội
Đóng gói


8

1.3.4. Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu
1.3.4.1. Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu trên thế giới
1.3.4.1.1. Tình hình sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới
Ngành công nghiệp sản xuất viên nhiên liệu ra đời sau cuộc khủng hoảng
dầu mỏ thế giới cuối những năm 70 của thế kỷ XX (năm 1973 ở Châu Âu, 1979
ở Bắc Mỹ và 1982 ở Nhật Bản), nhưng phát triển mạnh từ đầu những năm 90 của
thế kỷ XX khi thế giới đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng và sự ô nhiễm
môi trường do khí thải sinh ra từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Hàng năm

lượng nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong công nghiệp và đời sống thải ra khoảng
25 tỷ tấn khí độc hại và khí nhà kính làm cho trái đất ấm dần lên và khí hậu biến
động bất thường. Các báo cáo công bố gần đây của IPCC và của nhiều trung tâm
nghiên cứu về biến đổi khí hậu cho thấy: nhiệt độ trái đất tăng lên 2 ÷ 3
o
C và
mực nước biển tăng 0,8m trong vòng 100 năm gần đây; nồng độ khí cacbon
dioxyt (CO
2
) tăng 30% (từ 280 ppm lên đến 360 ppm) và khí mêtan (CH
4
) tăng
90% so với thời kỳ tiền công nghiệp. [13]
Viên nhiên liệu đầu tiên trên thế giới được sản xuất từ mùn cưa và phế thải
ngành sản xuất gỗ; sau đó mới chuyển sang các loại nguyên liệu có nguồn gốc
thực vật khác như vỏ trấu, thân cây, rơm, cỏ các loại v.v Dựa vào năng lực sản
xuất và khả năng cung ứng viên cho thị trường, các nước sản xuất viên nhiên liệu
được chia thành ba nhóm:
- Nhóm dẫn đầu bao gồm Thụy Điển, Mỹ và Canada với tổng công suất
sản xuất hàng năm là 3,5 triệu tấn.
- Nhóm thứ hai bao gồm các nước ở Châu Âu với công suất sản xuất
hàng năm là 200 ÷ 600 nghìn tấn như Áo, Đức, Đan Mạch, Latvia, Ba
Lan…
- Nhóm thứ ba bao gồm các nước có công suất sản xuất nhỏ hơn 200
tấn/năm. Nhóm này chủ yếu là các thị trường mới nổi ở Châu Á và


9

Châu Mỹ Latinh như Trung Quốc, Braxin, Nhật Bản …

Sản lượng viên nhiên liệu của một số nước được thể hiện trong bảng 1.1
Bảng 1.1 – Sản lượng viên nhiên liệu của thế giới và một số quốc gia
Đơn vị: Nghìn tấn
Quốc gia 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Thế giới 11700 12000
Thụy
Điển
870 950 1100 1458 1400 1405 1405
Đức
72,7 126,6 255,2 470 1100 1460 1460
Áo
180 330 450 617 741 1000 626
Na Uy
153,22

220,55 194,97 301,94 318,68 397,91
Ba Lan
20 120 200 280 350 350 340,2
Canada
533 727 936 1135 1485 1335 1400
Nhật Bản
2,4 3,7 8,7 22,5 32,6 60,0 60,0
Nguồn: [12]
Thụy Điển là nước sản xuất viên nhiên liệu lớn nhất Châu Âu và thế giới
(khoảng 1,4 triệu tấn/năm).
Canada là nước sản xuất viên nhiên liệu lớn nhất ở khu vực Bắc Mỹ và
đứng đầu thế giới về xuất khẩu viên. Sản lượng viên nhiên liệu của Canada tăng
từ 500 nghìn tấn năm 2002 lên đến 1,2 triệu tấn năm 2006 và 1,4 triệu năm 2008;
trong đó xuất khẩu sang Mỹ chiếm 25% và Châu Âu chiếm 58% tổng sản lượng,
đem lại doanh thu hàng chục triệu đôla. [12]

Châu Á và Châu Mỹ Latinh là những thị trường mới nổi trong ngành sản
xuất viên nhiên liệu (trừ Nhật Bản), sản lượng viên gỗ sản xuất tại các châu lục
này còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ nội địa. Vì thế, các nước ở
Châu Á và Nam Mỹ vẫn phải nhập viên gỗ. Tuy nhiên, Châu Á lại là nơi có tiềm
năng rất lớn trong việc sản xuất viên nhiên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp như bã
mía, vỏ trấu, bã sắn …, đặc biệt là vỏ trấu vì nơi đây cung cấp 95% sản lượng
vỏ trấu toàn thế giới.


10

1.2.4.1.2. Tình hình sử dụng viên nhiên liệu trên thế giới
Viên nhiên liệu được sử dụng làm nhiên liệu cung cấp cho hệ thống lò
sưởi gia đình và các lò đốt công nghiệp, thay thế một phần hoặc hoàn toàn các
loại nhiên liệu truyền thống như than, dầu, xăng …. Hiện nay nhu cầu sử dụng
và tiêu thụ viên nhiên liệu của thế giới ngày càng tăng, cầu đang vượt cung.
Năm 2009, thế giới tiêu thụ khoảng 10 triệu tấn viên nhiên liệu, trong đó
Châu Âu là 8 triệu tấn và Canada là 100 nghìn tấn; số còn lại phân bố cho Mỹ và
các nước khác (hình 1.5).

Hình 1.5 – Phân bố tiêu thụ viên nhiên liệu toàn cầu năm 2009 [14]
Các nước tiêu thụ viên nhiên liệu lớn nhất Châu Âu là Thụy Điển, Đan
Mạch, Italy, Hà Lan, Đức, Áo và Bỉ, chiếm khoảng 95% tổng lượng viên nhiên
liệu của toàn Châu Âu, trong đó gần một nửa lượng viên nhiên liệu sử dụng với
mục đích sưởi ấm và đun nấu trong gia đình; nửa còn lại dùng để làm nhiên liệu
cung cấp nhiệt cho các nhà máy quy mô vừa và lớn hoặc hệ thống lò sưởi trung
tâm. [12]
Mới đây, tập đoàn Submachine ở Châu Âu vừa cho ra đời máy phát điện
chạy bằng viên nhiên liệu sản xuất từ phế liệu nông nghiệp có tên là Pellet
Submachine. Viên nhiên liệu có đường kính 6 mm và dài khoảng 30 mm được sử

dụng rất hiệu quả cho loại máy này. Qua so sánh người ta thấy rằng: điện năng


11

thu được từ việc đốt 2 kg viên nhiên liệu tương đương với lượng điện năng thu
được khi đốt 1 lít dầu diesel. Trong khi đó giá thành 1 lít dầu diesel đắt gấp 4 lần
giá thành của 2 kg viên nhiên liệu. Mặt khác sử dụng dầu diesel còn thải ra khí
thải độc hại như bụi chì và lưu huỳnh, khí CO
2
gây hiệu ứng nhà kính; trong khi
đó khí CO
2
thải ra từ quá trình đốt viên nhiên liệu được tuần hoàn luân
chuyển theo chu kỳ năng lượng sinh học nên không gây khí nhà kính. [12]
Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada), viên nhiên liệu được sử dụng trong các lò
sưởi gia đình. Từ năm 1998 lò sưởi sử dụng viên nhiên liệu bắt đầu được xuất
khẩu và nhanh chóng trở thành mặt hàng xuất khẩu tiềm năng: trong vòng 10
năm, Bắc Mỹ đã xuất khẩu 735 nghìn chiếc lò sưởi dùng viên nhiên liệu. Ngoài
ra, viên nhiên liệu còn được sử dụng như là nguồn nhiên liệu phát điện. Đây là
vừa là cơ hội vừa là thách thức đối với ngành sản xuất viên nhiên liệu.
1.3.4.2. Tình hình sản xuất và sử dụng viên nhiên liệu ở Việt Nam
1.3.4.2.1. Tình hình sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam
Ngành sản xuất viên nhiên liệu của Việt Nam bắt đầu từ năm 1990 khi
một nhà sản xuất tư nhân đã nhập khẩu máy sản xuất viên nhiên liệu từ vỏ trấu
(củi trấu) của Đài Loan. Hơn 10 máy ép củi trấu được đưa vào sản xuất thử
nghiệm tại 4 nhà máy xay xát gạo ở Đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, do
thiếu sự hỗ trợ của chính phủ và cán bộ kỹ thuật, những nỗ lực về công nghệ và
thương mại hóa sản phẩm củi trấu bị thất bại.
Tháng 08 năm 2008, Công ty TNHH Hoàng Huynh thành lập nhà máy sản

xuất củi trấu của tại Cai Lậy – Tiền Giang với công suất 6000 tấn củi trấu/tháng.
Quy trình sản xuất củi trấu như sau: trấu nguyên liệu được đưa vào một nhà kho
riêng, rộng khoảng 100 m
2
. Máy hút tự động đưa trấu vào những chiếc ống dài
bằng gỗ, phân phối cho năm máy ép củi trấu bằng công nghệ ép với lực xoáy
theo trục ngang, kết hợp với sức nóng gần 800
o
C, tán vỏ trấu thành bột trước khi
cho ra củi trấu. Những thanh củi trấu sau khi ép được cắt thành từng đoạn


12

khoảng 35cm, nặng chừng 2 kg, theo băng chuyền ra khu vực đóng gói bên
ngoài (theo Sài Gòn Times – 05/09/2009).
1.3.4.2.1. Tình hình sử dụng viên nhiên liệu ở Việt Nam
Đối với Việt Nam nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là từ phụ phế phẩm
nông nghiệp vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Hiện nay mới chỉ xuất hiện một
vài đơn vị (Công ty, Viện nghiên cứu trong đó có Viện nghiên cứu thiết kế chế
tạo máy Nông nghiệp - RIAM) là quan tâm nghiên cứu và sản xuất viên nhiên
liệu từ các nguồn sinh khối: mùn cưa, bã mía. Riêng đối với RIAM đây là một
chủ đề đã được quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm gần đây dựa trên nền tảng
đó Viện đã nghiên cứu và phát triển hầu hết các loại viên nhiên liệu từ phụ phế
phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, lõi ngô, vỏ cà phê, mùn cưa…, đặc biệt đối với
viên nhiên liệu từ rơm rạ thuộc nội dung nghiên cứu trong đề tài này cũng nằm
trong kế hoạch nghiên cứu tổng thể về việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ
phụ phế phẩm nông nghiệp. Còn tình hình chung của Việt Nam viên nhiên liệu
hiện vẫn chưa được sản xuất và sử dụng rộng rãi.
Xuất phát từ các phân tích trên đây nhóm đề tài đã lựa chọn chủ đề nghiên

cứu: “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất
100kg/h, chế tạo máy ép rơm” .















13

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ LỰA
CHỌN DÂY CHUYỀN
2.1.Quy trình công nghệ ép rơm làm nhiên liệu và lựa chọn thiết bị
Dựa vào hình dạng và kích thước thì viên nhiên liệu chia thành 02 loại:
* Pellet: viên nén hình trụ có đường kính φ = 6 ÷ 25 mm.
* Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có đường kính lớn
hơn 25mm.
a. Quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Pellet

Hoặc


b. Quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Briquette


Trong phạm vi của đề tài nhóm tác giả chủ yếu đi sâu tìm hiểu nghiên cứu
quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng Pellet làm mục tiêu nghiên cứu
của đề tài này.
Rơm sau khi thu gom nguyên liệu sẽ được cắt (băm) ngắn sơ bộ nhờ máy
băm. Nguyên liệu sau khi băm người ta có thể làm nhỏ hơn nữa nhờ máy nghiền
hoặc có thể không cần qua nghiền đưa trực tiếp sang công đoạn ép viên.



Máy đánh tơi Băm Thùng chứa ép
Băm,
c
ắt

Nghiền
Ép viên

Nguyên
li
ệu

Làm
nguội
Băm,

c
ắt

Ép viên

Nguyên
li
ệu

Làm
nguội


14

2.1.1.Công đoạn băm
Đối với trường hợp cần phải băm thiết bị dùng để thái băm người ta có thể
lựa chọn 02 nguyên lý sau đây:
+Loại thái băm kiểu trống.
Trong máy băm kiểu này, trên trục máy được lắp 01 trống. Trên mặt
trống được lắp các lưỡi dao băm. Liệu cấp vào trống nhờ 02 cụm con lăn, trong
đó 01 cụm có thể tự điều chỉnh theo chiều dày của lớp vật liệu.

Hình2.1: Sơ đồ kết cấu máy băm kiểu trống
1. Trống lắp dao 5. Dao kê
2. Dao 6. Sàng
3.Cụm lô dưới 7. Băng tải
4. Cụm lô trên (lô điều chỉnh).
Ưu nhược điểm của loại máy này được tóm tắt như sau:
Máy băm kiểu trống có thể cho ta năng suất cao nhờ có thể mở rộng cửa

cấp liệu theo chiều rộng của trống. Tuy nhiên lực cắt của máy này lớn hơn do
quá trình cắt kiểu bổ (không có trượt). Vì vậy công suất tiêu thụ năng lượng cho
01 đơn vị sản phẩm cao hơn.
+Loại thái băm kiểu đĩa.
Nguyên lý làm việc của máy thái băm kiểu đĩa: Trên đĩa của máy được gia
công các lỗ vuông, trên đó được lắp các lưỡi dao. Ta có thể phân biệt máy băm
kiểu đĩa đứng hay đĩa nghiêng là so với mặt đất.


15

Với máy băm kiểu đĩa đứng cửa cấp liệu thường có chiều vát xuống để tạo
góc nêm khi cho liệu vào. Trường hợp này không cần cơ cấu kẹp và đẩy liệu
vào. Còn máy băm đĩa kiểu nghiêng thường áp dụng cơ cấu kẹp và đẩy liệu bằng
lô và băng tải xích.
Máy băm đĩa nghiêng có năng suất cao nhờ cơ cấu cấp liệu bằng cơ khí,
Còn máy băm kiểu đĩa đứng cấp liệu theo chiều vát của phễu thường có
đường kính đĩa nhỏ hơn và năng suất cũng thấp hơn.






Hình 2.2.:Nguyên lý cấu tạo và kết cấu máy băm kiểu đĩa nghiêng
1. Đĩa lắp dao 5. cụm con lăn dưới
2. Dao 6. Cụm con lăn trên
3. Dao kê 7. Điều chỉnh khe hở cấp liệu
4 .Cánh vẩy 8. Băng tải cấp liệu
Máy băm kiểu này có cơ cấu đơn giản hơn so với loại trống, cấp liệu theo

nguyên lý lô cuốn. Giá thành đầu tư thấp. Đây là loại máy rất phù hợp cho quy
mô sản xuất nhỏ. Chính vì vậy mà nhóm tác giả đã lựa chọn loại thiết bị này làm
đối tượng nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo trong khuôn khổ đề tài này.
2.1.2.Công đoạn nghiền
Rơm sau khi được băm cắt xuống kích thước 1 ÷ 2cm sẽ được đưa vào
máy nghiền. Kích thước sau nghiền từ 1,2 ÷ 1,8mm dạng sợi nhỏ.



16

Đối với nghiền rơm chọn nguyên lý máy nghiền búa . Năm 2010 Viện đã
nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy
nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu (mã số 196.10RD/HD-
KHCN)”
2.1.3.Công đoạn ép viên
Công đoạn ép viên là công đoạn chính trong quá trình tạo ra viên nhiên
liệu.Việc lựa chọn kiểu thiết bị ép phù hợp với từng loại vật liệu, điều kiện và
quy trình ép hợp lý sẽ cho ta định được năng suất và sản phẩm có chất lượng
cao. Ngược lại, nếu các yếu tố trên không được đáp ứng thì chất lượng sản phẩm
sẽ bị ảnh hưởng.
Muốn đạt được năng suất cao và chất lượng của viên ép tốt đáp ứng yêu
cầu của người sử dụng, cần phải quan tâm nhiều và có cách xử lý tối ưu nhất tới
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép viên như:
a.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên
+ Độ ẩm nguyên liệu đưa vào ép viên
Độ ẩm nguyên liệu là một thông số hết sức quan trọng trong quá trình ép
viên, độ ẩm nguyên liệu quá khô sẽ làm cho ma sát giữa thành lỗ với nguyên liệu
tăng cao dẫn đến làm tăng lượng bụi bột, tăng phản lực ép có thể dẫn đến vỡ
khuôn. Độ ẩm quá cao làm cho liên kết viên trở lên yếu làm viên dễ vỡ. Qua

tham khảo một số tài liệu [9], thấy rằng độ ẩm nguyên liệu phù hợp cho ép viên
từ 12-22%.
+ Vận tốc tương đối của quả lô ép với khuôn ép
Vận tốc tương đối của quả lô với khuôn ép có ảnh hưởng tới năng suất và
chất lượng tạo viên. Tuy nhiên khi vận tốc tăng trong một phạm vi nhất định thì
năng suất cũng sẽ tăng theo, nhưng khi vận tốc tăng quá (vận tốc cao) thì khả
năng ép lại kém. Ngoài ra khi vận tốc lên cao sẽ ảnh hưởng tới quá trình chạy ổn
định của máy, vận tốc tương đối của quả lô với khuôn nên lấy trong khoảng 2-
5m/s [6].



17

+ Khe hở giữa quả lô và khuôn ép
Khe hở giữa quả lô với khuôn có ảnh hưởng rất lớn tới áp lực ép vì vậy
dẫn đến ảnh hưởng tới chất lượng viên ép. Thông thường khe hở ép thường nằm
trong khoảng 0,3-1,2mm đối với từng loại nguyên liệu khác nhau. Khoảng cách
càng nhỏ viên càng chặt.
+ Kết cấu và chất lượng chế tạo khuôn ép và quả lô ép
Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép và quả lô ép tốt sẽ góp phần tăng
năng suất, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất.
Trong quá trình làm việc, khuôn và lô ép là hai bộ phận chịu ảnh hưởng lớn
nhất của quá trình ép, ngoài chịu ảnh hưởng của phản lực nén ép có hướng vuông góc
với mặt khuôn, lực ma sát song song với mặt khuôn thì lô ép còn đồng thời chịu ảnh
hưởng của lực li tâm. Vì vậy trong quá trình tính toán, thiết kế cần hết sức lưu ý tới
các yếu tố trên để lựa chọn vật liệu và kết cấu cho phù hợp.
+ Áp lực ép
Để ép ra viên có hình dạng và độ chắc bền nhất định thì khuôn ép và quả
lô ép buộc phải chịu một áp lực rất lớn để tạo sức ép làm cho vật liệu thoát ra

khỏi lỗ khuôn. Áp lực này có thể dẫn tới vỡ tức thời của khuôn, thời gian làm
việc vượt quá cũng sẽ tạo ra tổn thương và mỏi của khuôn làm ảnh hưởng tới
chất lượng viên ép thành phẩm. Bởi vậy, việc chọn vật liệu và phương pháp chế
tạo khuôn là nhân tố rất quan trọng quyết định tính bền của khuôn.
+ Nhiệt độ
Trong quá trình tạo viên, khuôn chịu sức ép co dãn của vật liệu ép và quả
lô nén ép vật liệu vào lỗ khuôn gây ma sát giữa vật liệu với vật liệu và ma sát
giữa vật liệu với khuôn và quả lô ép làm phát sinh nhiệt trong buồng ép viên.
Nhiệt phát sinh quá lớn có thể làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi thành phần
trong nguyên liệu.
b.Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên
Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia máy ép viên làm các loại cơ bản là:
+Máy ép viên khuôn vành


18

+Máy ép viên khuôn phẳng
+Máy ép kiểu pittong, hoặc dạng vít

Hình 2.3. Phân loại máy ép viên
a.ép viên khuôn vành 3 quả lô d.ép viên khuôn phẳng lô thẳng
b.ép viên khuôn vành 2 quả lô e ép viên khuôn phẳng lô côn
c.ép viên khuôn vành 2 quả lô f.Ép viên dạng vít
(1to + 1 nhỏ)

*Máy ép viên dạng pittong hoặc dạng vít

có ưu điểm là kết cấu đơn giản
chế tạo rất đơn giản nhưng lại có nhược điểm là sự mài mòn vỏ và ruột vít diễn
ra rất nhanh do lực ma sát phát sinh rất lớn trong quá trình ép.Tuổi thọ của các
chi tiết này chỉ tồn tại (làm việc được) khoảng vài chục tiếng đồng hồ cho ruột
và vài chục ngày cho vỏ vít. Như vậy ruột và vỏ vít thường xuyên phải thay thế,
đây là nhược điểm lớn nhất cho thiết bị ép kiểu trục vít.


19

*Máy ép viên khuôn vành là loại máy ép viên kiểu khuôn quay được ứng
dụng rộng rãi trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi. Máy ép viên khuôn vành
được chia làm thành 3 loại như hình 2.3.a,b,c.
Máy ép viên khuôn vành khuôn ép chứa toàn bộ lô bên trong. Cả khuôn và
lô đều quay, trong quá trình làm việc lô đẩy nguyên liệu đã được trộn xuyên qua
lỗ khuôn

Hình 2.4. Lô và khuôn của máy ép khuôn vành
Ưu điểm:
-Năng suất cao
-Năng lượng riêng thấp
Nhược điểm:

- Khuôn ép khó chế tạo hơn so với khuôn phẳng nên giá thành cao
hơn, tháo lắp phức tạp hơn.
- Chỉ áp dụng cho các nguyên liệu dạng bột có tính đồng đều cao do
góc chèn ép nguyên liệu vào lỗ khuôn giữa quả lô và khuôn ép nhỏ.
- Nguyên liệu đưa vào không được quá khô để tạo ra một lực ma sát
để khi vung lên nguyên liệu sẽ luôn được tạo thành một lớp mỏng bám trên
thành khuôn đảm bảo cho các quả lô đểu được ăn liệu đồng đều, tránh hiện
tượng có quả lô không làm việc làm giảm năng suất và gây hư hỏng nhanh.
- Điều chỉnh khe hở giữa các quả lô với khuôn ép đòi hỏi độ chính
xác đồng đều cao


20

-Viên ép sau khi cắt rơi xuống theo quán tính quay tròn của khuôn
ép sẽ bị văng vào thành của vỏ máy nên dễ bị vỡ
*Máy ép khuôn phẳng bao gồm kiểu quả lô quay và kiểu khuôn quay.
Loại khuôn quay thường được dùng với những máy có công suất nhỏ và ít được
sử dụng, loại thứ 2 là loại khuôn đứng yên và lô quay. Loại này phổ biến hơn
được sử dụng tương đối rộng rãi ở Châu Âu và các nước Đông Nam Á.







Hình 2.5. Lô và khuôn của máy ép khuôn phẳng [10]
Máy ép viên khuôn phẳng đã khắc phục được những hạn chế của máy ép
viên khuôn vành như:

+ Dễ chế tạo và thay thế khuôn khi bị hư hỏng.
+ Khe hở giữa khuôn và lô ép có thể điều chỉnh dễ dàng, thao tác đơn giản.
+ Góc ăn nguyên liệu giữa quả lô và khuôn phẳng lớn hơn so với khuôn
vành nên có thể ứng dụng cho cả những nguyên liệu dạng thô, sợi.
+ Khi bề mặt làm việc của khuôn bị mòn có thể lật mặt trái để sử dụng, do
đó nâng cao được tuổi thọ của khuôn.
+ Do nguyên liệu đi vào buồng ép từ trên xuống, đồng thời có tấm gạt trên
bề mặt khuôn cho nên nguyên liệu luôn được phân bố đồng đều trên bề mặt
khuôn, vì thế dù ở vị trí nào của khuôn đều ép ra viên bằng nhau.
+ Viên ép cứng hơn, ít bụi bột.


21

+ Viên ép sau khi cắt rơi thẳng xuống theo trọng lượng bản thân và được
đưa ra ngoài dễ dàng nhờ đĩa dao gạt, viên không bị va chạm với vỏ máy nên tỉ
lệ viên vỡ ít.
+ Máy ép viên kiểu khuôn vành sử dụng phương pháp ép nửa khô, khi ép
nhiệt lượng sinh ra tương đối lớn, có thể đạt tới 70
0
C và lớn hơn nữa, dễ làm hư
hỏng bộ phận nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt. Thông thường người ta
dùng phương pháp giảm chiều dài lỗ của khuôn để giảm thấp sự tăng nhiệt.
Nhưng về phương diện khác do giảm ngắn chiều dài hữu hiệu của khuôn thì dẫn
tới làm tăng lượng bụi bột sinh ra khi ép, tỉ lệ thành phẩm giảm thấp xuống kéo
theo sự giảm độ cứng của viên. Khắc phục tình trạng này người ta dùng khuôn
phẳng, không cần giảm độ dài hữu hiệu của khuôn mà vẫn có thể giảm thấp nhiệt
độ của viên bằng cách thiết kế ống nước làm nguội trực tiếp vừa giữ được độ
cứng của viên vừa giảm được nhiệt độ của viên.
+ Truyền động sử dụng dây đai hình thang, bánh vít - trục vít hoặc cặp

bánh răng côn…, truyền động sẽ ổn định và tiếng ồn thấp.
Từ những phân tích ưu nhược điểm giữa máy ép viên khuôn phẳng, khuôn
vành và vít xoắn với tính chất của nguyên liệu ép là rơm (dạng thô,sợi), nhóm đề
tài đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 2 quả lô quay làm đối
tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo.






22

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT SỐ THIẾT BỊ
TRONG DÂY CHUYỀN ÉP RƠM LÀM NHIÊN LIỆU
3.1.Thiết kế lựa chọn năng suất máy băm rơm.
3.1.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao.


Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái thường dựa theo nguyên lý
cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao. Quá trình cắt thái thường được thực hiện
bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của
lưỡi dao theo hướng p vuông góc với cạnh đó (hình 3.1a) hoặc bằng cách di
chuyển cạnh sắc AB đó theo hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng p
(hướng cắt pháp tuyến) vừa theo hướng q vuông góc với p (hướng cắt tiếp
tuyến), nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp r (hướng cắt nghiêng) (hinh 3.1b).
Những thực nhiệm cho thấy rằng cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm
được lực cần thiết và tăng chất lượng thái so với cắt thái theo hướng pháp tuyến.
Cắt thái theo hướn pháp tuyến là quá trình cắt bổ, cắt thái không trượt; còn
trường hợp cắt thái theo hướng nghiêng là quá trình cắt thái trượt. Rõ ràng là khi

cắt thái trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt không trượt.





Hình 3.1: Tác dụng cắt thái của lưỡi dao [8]
3.1.2.Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao.
Để cắt thái vật liệu ra thành đoạn (lát) bảo đảm chất lượng, giảm được
năng lượng cắt thái, ta cần xét đến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và
vật thái ảnh hướng đến quá trình cắt thái: