Nghiên Cứu Khí Động Lực Học Máy Làm Sạch Nilon Mlsnl 30

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Nilon do nhà hóa học Anh Alexander Parkes phát minh, ra đời cách đây

khoảng 150 năm [5, 6]. Nilon thường dùng dưới dạng túi, được sản xuất từ nhựa

polyethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ và quá trính tự phân hủy của nó diễn ra rất

chậm. Với tình tiện dụng, túi nilon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống

dưới dạng bao bí, đóng gói. Túi nilon được dùng làm bao chứa các loại nông sản,

thực phẩm, vật liệu xây dựng, hóa chất, ... ở cả dạng bột, nhão và lỏng. Không

những thế, túi nilon còn được dùng làm lớp bảo vệ ngoài, hay trang trì cho các bao

bí. Trong đời sống, túi nilon còn dùng dưới dạng túi, cặp sách, ... Những đặc điểm

ưu việt trong sản xuất và tiêu dùng về việc sử dụng túi nilon đã làm lu mờ các tác

hại xấu của nó đối với môi trường khi thải bỏ. Đó cũng là lý do chình yếu giải thìch

tại sao túi nilon lại được dùng rất phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới bất chấp

những cảnh báo về tác hại to lớn và nhiều mặt tới môi trường, sức khỏe và trở thành

vấn nạn trong quản lý môi trường ở hầu hết các quốc gia đang phát triển, trong đó

có Việt Nam. Chình ví vậy, trong rác thải hàng ngày có một khối lượng khá lớn túi

nilon, gọi chung là rác thải nilon.

Ở nước ta, việc sử dụng tràn lan các loại túi nilon trong các hoạt động sinh

hoạt xã hội, chủ yếu và đặc biệt là loại túi siêu mỏng, thể hiện sự dễ dãi của cả

người cung cấp cũng như người sử dụng; người bán sẵn sàng đưa thêm một hoặc

vài chiếc túi nilon cho người mua khi được yêu cầu; người mua ìt khi mang theo vật

đựng (túi xách, làn...) ví biết chắc chắn rằng khi mua hàng hóa sẽ có túi nilon kèm

theo để xách về.

Ngày nay người ta chủ yếu dùng các giải pháp sau để khống chế và xử lý rác

thải từ nilon:

- Một là thu gom và tái chế;

- Hai là giảm ìt hoặc cấm sử dụng những loại nilon khó phân huỷ;

2

- Ba là khai thác và mở rộng sử dụng túi làm bằng giấy hoặc là chế phẩm

nhựa có thể tự phân huỷ.v.v... để thay thế những túi nhựa không dễ bị phân huỷ.

Thực tế xã hội cho thấy, giải pháp thu gom, tái chế sẽ là giải pháp phù hợp

không những trong thời gian hiện tại mà còn cả trong thời gian tương lai bởi tình

hiệu dụng, kinh tế của việc sử dụng túi nilon.

Hiện nay sản xuất trong nước và trên thế giới đều sử dụng các loại sàng

phân loại kết hợp với biện pháp rửa để làm ssạch nilon. Việc đề xuất đưa ra giải

pháp tách các tạp chất cơ học có trong khối nilon từ rác thải bằng máy làm sạch

nilon theo nguyên lý đập – hút của tác giả Nguyễn Thị Kiều Hạnh là một giải pháp

tiên tiến, hiên đại, mang tình mới cả về công nghệ lẫn thiết bị làm sạch. Cho nên

việc nghiên cứu khì động lực học máy làm sạch nilon MLSNL – 30 là thiết bị lần

đầu tiên được đế xuất có tình mới, tình cấp thiết và ý nghĩa khoa học sâu sắc. Kết

quả nghiên cứu nhằm giải thìch cơ chế làm việc của loại thiết bị này cũng như khả

năng ứng dụng vào sản xuất để góp phần giải quyết nhu cầu cấp bách hiện nay về

nạn “ô nhiễm trăng ở nước ta”

Được sự chấp thuận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khì, phòng Đào tạo sau đại

học và Ban giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của TS.

Nguyễn Như Nam, tôi tiến hành đề tài:

c u c c s c S – 30”

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

1) Xây dựng phương trính toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các thông số khì

động học trong buồng làm sạch là áp suất và lưu lượng tại mỗi vị trì trên chiều dài

buồng làm sạch vào số vòng quay của trống làm sạch.

2) Xây dựng hệ phương trính vi phân mô tả chuyển động của khối nilon dưới tác

động của răng đập và chuyển động quán tình trong buồng làm sạch.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là máy làm sạch nilon MLSNL – 30. Đây là sản phẩm

của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố Hồ Chì Minh : “Nghiên cứu máy

làm sạch nilon theo nguyên lý đập rũ ứng dụng trong công nghệ tái chế nilon từ

3

nguồn rác thải” do ThS. Nguyễn Thị Kiều hạnh và TS. Nguyễn Như Nam chủ

nhiệm và trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chì Minh là đơn vị chủ trí.

Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm khì động lực học

máy làm sạch nilon MLSNL – 30.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu

phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài.

Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng phương trính

toán học dạng đa thức bậc II mô tả mô hính khì động học biểu diễn sự phụ thuộc

của hai thông số áp suất toàn phần và lưu lượng trung bính trong buồng làm sạch

của MLSNL – 30 vào số vòng quay của trống làm sạch n [vg/ph] ở mối vị trì trên

chiều dài trống làm sạch hay chiều dài buồng làm sạch.

Các thông số TƯH của mô hính khì động học được xác định bằng TƯH các

mô hính toán học được lập theo phương pháp TƯH đơn và đa mục tiêu. Quá trính

tình toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả

Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998).

Sử dụng nguyên lý Đalămpe [3, 4] để xây dựng hệ phương trính vi phân mô

tả chuyển động của khối nilon trong buồng làm sạch của MLSNL – 30.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài là:

Thông qua nghiên cứu khì động lực học trong buồng làm sạch của MLSNL –

30 để làm rõ cơ chế hoạt động của máy và phục vụ công tác thiết kế, chế tạo cũng

như TƯH MLSNL – 30.

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là:

Tham gia giải quyết vấn nạn môi trường ở nước ta. Nội dung của luận văn

được lồng ghép với đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố Hồ Chì Minh.

4

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng luận về các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu

Cho đến thời điểm hiện tại, ở trong và ngoài nước chỉ duy nhất có công trình

nghiên cứu của ThS. Nguyễn Thị Kiều Hạnh [6, 7] ở dạng đề tài nghiên cứu khoa

học cấp Cơ sở (trường đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chì Minh) và cấp Thành phố Hồ

Chì Minh sử dụng nguyên lý đập – hút cho máy làm sạch nilon, còn lại chưa có bất

kỳ công bố nào về sử dụng nguyên lý đập – hút để phân loại, làm sạch nguyên liệu

nói chung và làm sạch rác thải nilon nói riêng. Các kết quả nghiên cứu về nguyên lý

đập – hút ở chỉ ứng dụng cho máy đập dọc trục để tách hạt khi thu hoạch cây có

hạt. Ví vậy phần tổng luận các công trính đã công bố về vấn đề nghiên cứu chỉ trính

bày về máy đập – hút sử dụng tách hạt trong thu hoạch cây có hạt. Kết quả nghiên

cứu về máy làm sạch nilon theo nguyên lý đập hút MLSNL – 30 được trính bày

trong mục 1.2 phần cơ sở lý luận của đề tài.

1.1.1. C c ết quả c u ước

Năm 1954 А. А. Vưsoki [22] đã có công trính biên soạn về đo lực cản các

máy nông nghiệp trong đó có máy đập dùng trong thu hoạch cây có hạt với tên gọi “

Động lực học máy nông nghiệp”. Năm 1973 S. А. Alpherrov [19] đã có công trính

biên soạn về động lực học trống đập của máy gặt đập liên hợp với tên gọi “Động lực

học máy liên hợp thu hoạch ngũ cốc”. Năm 1978 Ie. S. Baxoi [20] đã có công trình

biên soạn khá đầy đủ cả về lý thuyết và cấu tạo trống đập trong thu hoạch cây có hạt

với tên gọi “ Lý thuyết cấu tạo và tình toán máy nông nghiệp”. Ie. S. Baxoi đã

nghiên cứu và tổng kết các kết quả nghiên cứu trước đó trong công trình này về: cơ

sở vật lý đập tách hạt bằng trống đập; các loại và quá trình công nghệ của các trống

đập; khả năng cho qua trống đập; sự phân tách hạt trong trống đập; phương trính cơ

bản của trống đập; xác định các thông số cơ bản của trống đập; cân bằng trống đập.

Giáo trính tổng kết, biên soạn của Ie. S. Baxoi đã được dịch, làm tài liệu tham khảo

chình, giáo trính giảng dạy tại nhiều trường đại học trên thế giới.

5

Năm 1982, V. M. Huynh và ctv [28] đã nhận xét quá trính phân tách hạt

trong buồng đập của máy đập dọc trục là quá trính ngẫu nhiên và đưa ra mô hính

toán học là một hàm mật độ :

1/Ti

i

i

e

T

1

f (t) 



(1.1)

Trong đó: t – biến thời gian;

Ti – ước lượng trung bính thời gian để mật độ hạt đạt xác suất fi

;

i – chỉ số phụ, i = 1 cho hạt được tách ra, i = 2 cho hạt di chuyển để

phân ly, i = 3 cho sự phân ly hạt ở máng sàng lõm.

Năm 1988, J. M. Gregory (bộ môn Cơ khì Nông nghiệp trường đại học kỹ

thuật Texas Tech, USA) đã có công bố ứng dụng mô phỏng cho quá trính đập tách

hạt ở máy đập dọc trục [26]. Xuất phát từ mô hính lý thuyết:

.U

E .M

E

dN

dU

n

i

  (1.2)

Trong đó: U – khối lượng hạt chưa tách;

N – số lần va đập;

Ei – năng lượng chi phì cho va đập;

En – năng lượng cần thiết để tách hạt;

M – khối lượng hạt đã được tách.

J. M. Gregory (1988) đã xây dựng phương trính phân ly tổng quát :

r.(B/En ).W.F.f( 2 , 3)/R

1F e

  



(1.3)

Trong đó: r – tỉ lệ hạt trên rơm;

B – tốc độ quay trống đập, vg/ph;

En – năng lượng cần thiết để tách hạt, J/kg;

W – chiều rộng buồng đập, m;

F – lực liên kết của hạt với rơm, N;

R – lượng cung cấp vào trống đập, kg/ph;

f(2,3) – hàm số chưa biết dùng đánh giá quá trính phân ly.

6

Với: 2 – tỉ số giữa chiều dài máng trống L với khe hở giữa trống

đập và máng trống C.

3 – tỉ số giữa chiều dài máng trống L với đường kình trống

đập D.

Phương trính (1.3) khá tương đồng với các công bố của Phan Hiếu Hiền

(1973), Ie. S. Baxoi (1978), … trước đó nhưng ở dạng đơn giản hơn.

Bằng phương pháp thực nghiệm, J. M. Gregory (1988) đã xác định được

phương trính phân ly hạt mô tả tỉ số khối lượng hạt chưa được tách trên toàn bộ

khối lượng hạt như công thức (1.3) với hệ số tương quan R2

= 0,97, độ tin cậy p =

0,999.

4 )

0,176.π

r.(F/En ).W(B/R).(0,146 0,00139.π4 ).(1 e

1F e



  



(1.4)

Trong đó: r – tỉ lệ hạt trên rơm;

F – lực liên kết của hạt với rơm, N;

En – năng lượng cần thiết để tách hạt, J/kg;

W – chiều rộng buồng đập, m;

B – tốc độ quay trống đập, vg/ph;

R – lượng cung cấp vào trống đập, kg/ph;

4 – chuẩn số đồng dạng xác định theo công thức:

C.D

L.D

π

S

4 

Với: L – chiều dài máng trống, m;

DS – đường kình trống đập mô hính, m;

C – khe hở giữa trống đập và máng trống, m;

D – đường kình trống đập xét, m.

0,146, 0,00139, 0,176 – các hệ số thực nghiệm.

Năm 2000, M. E. De Simone và ctv [25] đã phát triển phương trính mật độ

hạt (biểu diễn quá trính phân ly) do V. M. Huynh và ctv (1982) thành phương trính

hiệu quả phân ly hạt trong máy đập hạt đậu như sau:

7

(1.5)

Trong đó: 1 = 1/T1, với T1 là thời gian hạt được đập ra khỏi khối lúa;

2 = 1/T2, với T2 là thời gian hạt chuyển động xuyên qua khối

lúa sau khi được bứt khỏi rơm;

3 = p. 2, với p là xác suất hạt chui qua khỏi máng sàng;

tp – thời gian hạt tồn tại trong buồng đập.

Phương trính (1.5) được kiểm chứng bằng thực nghiệm như hính 1.1. Kết

quả thực nghiệm cho thấy có sự tương đồng giữa kết quả nghiên cứu lý thuyết và

thực nghiệm.

Hình 1.1. Các giá trị tương ứng giữa lý thuyết (công thức 3.55) và thực nghiệm về

hiệu quả phân ly hạt trong máy đập hạt đậu.

( Theo M. E. De Simone và ctv, [25])

P. I. Miu (2002) [31, 32] mô tả quá trính đập, tách hạt ra khỏi bông ở bộ

phận đập dọc trục kiểu cấp liệu tiếp tuyến (hình 1.2).

   

     







     

  

 

  λ3

. tp

1 2 1 2

λ2

. tp

3 1 3 1

λ1

. tp

2 3 2 3

1 2 2 3 1 3

T

λ .λ . λ λ .e λ .λ λ λ e λ .λ . λ λ .e

.

λ λ . λ λ . λ λ

1

η 1

8

Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn bộ phận đập dọc trục. (Theo P. I. Miu, [31, 32])

Theo P. I. Miu, quá trính đập, tách hạt gồm 3 giai đoạn là: tách hạt ra khỏi

bông; sự di chuyển của hạt ra khỏi khối lúa và sự di chuyển hạt qua các lỗ sàng.

Ông đã xây dựng mô hính toán học mô tả quá trính đập tách hạt trong bộ phận đập

dọc trục với cấp liệu kiểu tiếp tuyến biểu diễn bằng các phương trính mật độ hạt

trong khối vật liệu đập:

 

    

 

 

β.x λ.x

x

0

d2

β.x λ.x

x

0

d1

n1 f1 s1

β.x λ.x

s1

β.x λ.x

f1

λ.x

x

0

λs

n1

. e e

λ β

λ.β S f(x).g(x) f(z).g(x z).dz

. e e

l

x

.

λ β

λ.β

. f(z).g(x z).dz

l

x

.f(x).g(x)

l

x

S

;(x l)

l

x

S S S 100.

. λ .1 e β .1 e

l

x

.

λ β

1

S

. e e

l

x

.

λ β

λ

S

.x.e

l

1

.x. λ.e .ds

l

1

S 1

 

 

 

 

 





   





   

   

  











  







(1.6)

Trong đó: Sn1 – mật độ hạt chưa được đập ở đoạn cấp liệu (x  l);

Sf1 – mật độ hạt tự do có thể phân ly tương ứng theo vị trì chiều dài rô

to đập ở đoạn cấp liệu (x  l);

Ss1 – hàm phân bố tìch lũy phân ly hạt tương ứng theo vị trì chiều dài

rô to đập ở đoạn cấp liệu (x  l);

9

Sd1 – mật độ hạt trong khối vật liệu đập ở đoạn cấp liệu (x  l);

Sd2 – mật độ hạt trong khối vật liệu đập ở đoạn sau cửa cấp liệu ( l 

x  L);

f(x) – mật độ hạt ở các giai đoạn tách hạt ra khỏi bông và di chuyển ra

khỏi khối lúa;

g(x) – mật độ hạt ở giai đoạn di chuyển qua các lỗ sàng;

x – tọa độ xét theo chiều dài buồng đập;

z – biến số xét theo chiều dài buồng đập;

 – đặc trưng tốc độ đập và dịch chuyển của hạt trong buồng đập;

 – đặc trưng tốc độ phân ly hạt.

Hình 1.3. Biểu diễn sự thay đổi các chỉ số của quá trính đập và phân ly.

(Theo P. I. Miu, [31, 32])

P. I. Miu đã thực nghiệm trên máy đập dọc trục thì nghiệm có các thông số

là: đường kình rô to 0,45 m; chiều dài cửa cấp liệu l = 0,57 m; chiều dài buồng đập

L = 1,8 m; số răng đập 8; góc vìt của răng đập 800

. Quy hoạch thực nghiệm tiến

hành với độ ẩm khối vật liệu đập là 12 %, chiều dài bông 87 cm, tỉ lệ hạt trên rơm là

1/1,2. Kết quả thì nghiệm xác định được đặc trưng tốc độ phân ly hạt  = 3,03 

10

3,94 1/m, đặc trưng tốc độ đập và dịch chuyển của hạt trong buồng đập  = 3,95 

5,06 1/m với hệ số tương quan R2

= 0,981  0,996, đồ thị biểu diễn sự thay đổi các

chỉ số của quá trính đập và phân ly như hính 1.3, đồ thị ảnh hưởng của lượng cung

cấp và ẩm độ vật liệu đập đến sự phân ly hạt như hính 1.4.

Hình 1.4. Ảnh hưởng của lượng cung cấp và ẩm độ vật liệu đập đến sự phân ly hạt.

(Theo P. I. Miu, [31, 32])

Cũng trong năm 2002, P. I. Miu [32] đã xây dựng mô hính toán học mô tả sự

chuyển động của hạt trong bộ phận đập dọc trục dựa trên các giả thiết là: vật liệu

được cấp vào buồng đập và di chuyển theo lớp liên tục; vận tốc chuyển động của

vật liệu theo chiều dài buồng đập là một hàm liên tục; các lực tác động hướng tâm

theo sự phân ly hạt không làm ảnh hưởng đến sự di chuyển của vật liệu. P. I. Miu đã

xác định bằng lý thuyết được chiều dài bước dịch chuyển quay của khối vật liệu

trong buồng đập là:

b 1

S

tm

am

am S

a.b.x

1

2. .R .

v

v

p 2. .R .



   

(1.7)

Trong đó: vam – vận tốc của vật liệu theo phương dọc trục

vtm – vận tốc của vật liệu theo phương tiếp tuyến

RS – bán kình buồng đập;