HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA DẠNG VIÊN Phạm Quang Trung1 , Lê Quang Trước1, Nguyễn Minh Ngọc2, Lê Thanh Long1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP HCM Doanh nghiệp tư nhân Minh Nhựt TÓM TẮT: Cuộc sống ngày phát triển với dịch vụ ăn uống tiện lợi thành phố lớn ngày nhanh Vấn đề nhiên liệu phục vụ cho việc nấu nướng nhà hàng, quán tiện lợi ven đường, hàng quán,… quan tâm theo hướng tiện lợi, rẻ, dễ sử dụng Than loại nhiên liệu tiện lợi gần gũi không chủ hàng quán mà hộ gia đình tính linh hoạt Than hoạt tính gáo dừa loại than bắt đầu sử dụng gần với đặc tính thân thiện với môi trường, phù hợp sử dụng cho nhà hàng nướng, khu vực đông dân cư Tuy vậy, việc sản xuất than hoạt tính gáo dừa cung cấp cho nhu cầu sử dụng dân cư nhiều yếu điểm công nghệ sản xuất, mức độ tự động hóa chưa cao, sản phẩm chưa đạt độ ổn định mặt hình dáng Với định hướng tự động hóa nâng cao suất chế tạo than hoạt tính gáo dừa, chúng tơi thực giải pháp thiết kế, cải tiến phương pháp dập than viên từ bột than (dạng vơ định hình) thành dạng viên trụ lõi rỗng theo hướng tự động hóa sản xuất từ khâu cấp liệu đến khâu nhận thành phẩm sau dập nâng cao chất lượng sản phẩm phù hợp nhu cầu sử dụng người Thông qua viết, muốn giới thiệu người loại sản phẩm xanh – – an toàn, loại nhiên liệu thân thiện thay loại than củi thông thường, kích thích sản xuất nơng nghiệp địa phương tạo nguồn cung cho công nghiệp phát triển tảng nông nghiệp xanh Từ khóa: than hoạt tính gáo dừa, viên trụ lõi rỗng, dập than I GIỚI THIỆU Ứng dụng than hoạt tính gáo dừa đời sống Hiện thị trường có nhiều loại than hoạt tính với nguyên liệu khác Nhưng phổ biến loại than hoạt tính làm từ gáo dừa hiệu giá thành rẻ nhiều so với loại than hoạt tính khác Vì vậy, sau nói đến than hoạt tính người ta ngầm hiểu than hoạt tính gáo dừa phổ biến loại nguyên liệu Với đặc điểm khởi nguồn nước nông nghiệp, nước ta có nhiều lợi phát triển ngành trồng dừa, đặc biệt vùng trồng dừa tập trung đồng sơng Cửu Long (Bến Tre, Tiền Giang,…) Vừa kích thích phát triển nông nghiệp vừa tạo nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp địa phương phát triển Hình Các sản phẩm làm từ dừa nguyên liệu Các sản phẩm từ dừa toàn có giá trị kinh tế: + Thân dừa, gỗ dừa dùng để sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ + Cơm dừa dùng chế biến loại bánh kẹo, đường, dầu,… + Vỏ dừa: dùng làm đồ mỹ nghệ, than hoạt tính + Nước dừa dùng nước giải khát, chế biến ăn,… Trang 131 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM + Quá trình than hóa: Ngun liệu gáo dừa khơ Lò đốt gáo dừa Than gáo dừa (chưa hoạt tính) Hình Sản phẩm than hoạt tính làm từ gáo dừa Ngồi ra, phận khác dùng với nhiều công dụng khác phục vụ nhu cầu đời sống người Than hoạt tính gáo dừa sau sản xuất có dạng miếng khởi nguyên ban đầu gáo dừa, ngồi có sản phẩm bột than gáo dừa mảnh than với nhiều kích thước khác Điều làm cho việc sử dụng với nhiều mục đích khác gặp khó khăn vận chuyển Với loại nguyên liệu hồn tồn từ thiên nhiên, than hoạt tính gáo dừa ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: y tế, xử lý nước, dân dụng, quân sự,… Vì vậy, hàng năm quốc gia giới ngày sử dụng nhập loại than chất lượng cao giá thành rẻ Với lợi nông nghiệp ngày trọng, bên cạnh vấn đề phát triển cơng nghiệp bảo vệ mơi trường phát triển ngành trồng dừa giải vấn đề kinh tế môi trường Có thể thấy riêng than hoạt tính làm từ gáo dừa lại ứng dụng vào lĩnh vực phục vụ: + Y tế: khử độc kim loại, lọc nước, chế biến thuốc + Công nghiệp, quân sự: mặt nạ phòng độc, lọc nước thải, nhiên liệu cho ngành công nghiệp, tẩy màu nước, tẩy màu thực phẩm + Dân dụng: phục vụ sinh hoạt cho người dân Nguyên liệu đầu vào: thu gom từ vùng trồng dừa qua thương lái, công ty trung gian Kích thước giữ ngun tác động làm thay đổi kích thước gáo dừa thành miếng nhỏ  tạo thêm nhiều khơng gian vào lò đốt than Hình Gáo dừa khơ Lò đốt than: gáo dừa xử lý nhiệt độ để tạo thành than loại than ta thường dùng Gáo dừa sau chọn cho vào lò nung điều kiện yếm khí nhiệt độ cao khoảng 10001200oC thời gian đến 12 ngày để loại bỏ nước tạp chất hữu GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA Quy trình sản xuất than hoạt tính làm từ gáo dừa Quá trình sản xuất than hoạt tính gáo dừa chia làm cơng đoạn: cơng đoạn than hóa cơng đoạn hoạt hóa than hoạt tính Trang 132 ` Hình Lò hầm than gáo dừa Ngày với công nghệ tiên tiến, người ta thay lò hầm thủ cơng (than củi) gây khói nhiễm mơi trường sống xung quanh lò hầm cơng nghiệp khơng khối với suất nhiệt cao, tránh tạo nhiều khói bụi Làm cho q trình sản xuất than hoạt tính ngày trở nên thân thiện với môi trường Hứa hẹn loại nhiên liệu thay loại nhiên liệu hóa thạch, than củi,… HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Than gáo dừa sau than hóa: Hình Than gáo dừa dạng tiền hoạt tính Lúc than chưa gọi than hoạt tính trải qua giai đoạn than hóa Nó có tác dụng loại than thơng thường + Q trình hoạt hóa than: phương pháp hóa lý dùng chất oxy hóa nước, CO2 làm tác nhân tác dụng với than nguyên liệu Than nguyên liệu trình nghiền nhỏ cho vào lò quay nhiệt độ 800-9500C tùy thuộc yêu cầu sử dụng than hoạt tính Xay than ngun liệu Lò quay hoạt hóa Than hoạt tính thành phẩm Hình Giai đoạn hoạt hóa than gáo dừa thành than hoạt tính Sau q trình này, ta có than hoạt tính Than hoạt tính cấp sử dụng cho mục đích khác Tiếp theo, giới thiệu công nghệ dập than hoạt tính dạng viên phục vụ cho sinh hoạt, dân dụng thay loại than thông thường nhằm đảm bảo vấn đề môi trường khu dân cư, khu thị Tình hình sử dụng than sản xuất than hoạt tính dùng cho sinh hoạt Việt Nam Ngày nay, nơi đông dân cư người ta thường chọn lựa loại than truyền thống: than đá, than củi, than tổ ong,… thân dùng loại than thường tạo khói gây nhiễm mơi trường Đề tài mong muốn giúp tạo loại than sinh hoạt thân thiện, khơng gây khói q trình sử dụng người dân sử dụng cho mục đích ngày Trang 133 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Hình Than thơng thường đốt gây khói bụi gây nhiễm mơi trường xung quanh Việc sử dụng than góp phần thúc đẩy phát triển nơng nghiệp nói chung ngành trồng dừa nói riêng Việt Nam, chưa kể sản phẩm từ dừa nguồn nguyên liệu cho ngành cơng nghiệp sản xuất khác ngồi cơng nghiệp sản xuất than trình bày Than hoạt tính sản xuất chất lượng than không ổn định (than lẫn tạp chất, dễ bị bể vận chuyển,…), suất sản xuất máy tương đối lại không ổn định cấu hoạt động; gây hư hỏng trình vận hành chi phí bảo trì cao phải thường xun sửa chữa Với mục đích thiết kế chế tạo máy sản xuất than ổn định, đạt hiệu tạo viên than với chất lượng hình dáng tốt Bài báo cáo trình bày chi tiết vấn đề máy móc tại, giải chúng sở khoa học làm sở để hướng tới hệ thống sản xuất than viên tự động hóa khép kín Hình 8.: Kết cấu máy in than II NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TẠO VIÊN THAN HOẠT TÍNH Nguyên lý dập tạo viên than hoạt tính Than hoạt tính sau sản xuất có dạng bột (dạng vơ định hình) loại than khó vận chuyển bảo quản Nếu khơng xử lý loại than dạng than bị ảnh hưởng từ tự nhiên, tác động vào môi trường xung quanh gây ảnh hưởng môi trường sống Để giải vấn đề này, chế tạo máy dập than viên, vừa cải giúp nâng cao giá trị sản phẩm tạo loại nhiên liệu thân thiện với sống Bột than cho vào máy khn với lồng khn hình trụ Rồi nhờ cấu dập, tạo lỗ, ép nằm cánh tay đòn tác động tạo viên than với hình dáng định sẵn theo khn Với mơi trường đặc biệt xưởng than việc dùng máy thủy lực, khí nén cho cơng suất lớn ngược lại lại khơng đảm bảo độ tin cậy làm việc hạt than nhỏ li ti bay vào hệ thống làm việc gây cản trở hoạt động máy Trang 134 Hình Nguyên lý tạo hình cho viên than Than bột cho vào cối chứa, bên có cấu cánh gạt để than điền đầy ống khuôn Sau cánh gạt qua, cấu truyền động kéo phận mang xuống, kéo chày ép xuống làm cho than bị dầm chặt vào khuôn (đảm bảo đủ lực liên kết giúp than không bị vỡ) Bên cối có bánh cam ăn khớp với mâm xoay phối hợp chuyển động đưa than ép chặt đến vị trí nhong tạo lỗ để tạo lỗ cho viên than Tiếp đến, cam tiếp tục tác động đưa dạng than tạo lỗ đến vị trí đẩy Tại đây, mâm xoay làm thơng suốt nên than đẩy rớt xuống phía Quá trình khoảng 20s, viên than ép HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM xuống khoảng 3s Trung bình làm việc máy dập từ 4500-4800 viên than thành phẩm Sau nhiều lần thử nghiệm với cấu tạo lực thủy lực, khí nén nhằm tăng công suất máy với môi trường làm việc đặc biệt bụi xưởng than, chọn giải pháp ổn định dùng máy với cấu khí túy Vừa hạ giá thành chế tạo, lại vừa đạt hiệu cao III ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT Trên thị trường sản xuất than hoạt tính dạng viên suất khiêm tốn mang tính thủ cơng cao (https://www.youtube.com/watch?v=ozLp-X01jKc) Phương pháp khơng điều chỉnh hình dạng viên than, kích thước có nhu cầu thay đổi Mặt trụ trên, mặt trụ viên than thơ Mức độ liên kết hạt than yếu Có thể thấy độ ẩm cao Phải qua q trình sấy khô làm tăng giá thành sản xuất Không đảm bảo tính cạnh tranh thị trường Phần lớn phải thực thủ công sau đề xuất phương án tăng cao mức độ tự động hóa sản xuất than hoạt tính Hình 10 Mơ hình 3D máy dập than hoạt tính dạng viên tự động kết hợp cấp phơi băng tải Với mục đích ứng dụng cơng nghệ tự động hóa vào sản xuất, nghiên cứu thiết kế buồng sấy lắp đặt vào dây chuyền nhằm tạo dây chuyền sản xuất công nghiệp đảm bảo độ tin cao chất lượng sản phẩm đầu Khi dây chuyền sản xuất thành công tự tin tạo số lượng than hoạt tính lớn mà không lo ảnh hưởng thời tiết Giúp chủ động khả cung ứng cho thị trường nước nước Chất lượng than sau sản xuất từ máy in than kiểm nghiệm QUATEST với thông số thành phần Hình 11 Kiểm nghiệm QUATEST với than hoạt tính nhiệt lượng tổng 5980 kcal/kg Thành phần hóa học than hoạt tính gáo dừa: Độ ẩm tồn phần : 13,5% Hàm lượng tro: 8.4% Hàm lượng lưu huỳnh S: 0.16% Hàm lượng Cacbon C: 66.3% Nhiệt lượng tổng: 5980 kcal/kg Với tính khơng khói ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhu cầu sử dụng than hoạt tính mở rộng với nhiều thị trường giới Đức, Nga, Thái lan, Sri Lanka,… ta tham khảo qua báo cáo từ Hiệp hội Dừa Bến Tre xuất than hoạt tính gáo dừa: Quốc gia nhập Tháng 1- 5/2017 Sản lượng (tấn) Giá trị (1000USD) 4.493,216 6.309,980 Tổng sản lượng Australia 252,000 2.771,830 Hà Lan 598,600 972,120 Nga 242,000 362,870 Nam Phi 387,200 596,890 Sri Lanka 806,060 677,790 Thái Lan 220,000 330,700 Đức 140,800 151,690 … … … (Thống kê dựa số liệu từ báo cáo tình trạng xuất dừa Bến Tre tháng 5/2017, Các số liệu tính cộng dồn từ đầu năm tháng 5/2017) Nhu cầu sử dụng than hoạt tính dự báo tăng cao tương lai Điều vừa hội cho nông nghiệp vừa thách thức cho công nghiệp sản xuất than hoạt tính Việt Nam Nếu áp dụng tốt công nghệ khoa học tận dụng Trang 135 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM mạnh nhân công, giá nguyên liệu, nông nghiệp trồng dừa nước nhà ta tạo sản phẩm chất lượng cao, mang tính cạnh tranh cao so với sản phẩm nước thị trường giới IV KẾT LUẬN Việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sản xuất than hoạt tính dạng viên giúp nâng cao suất sản xuất, tăng hiệu kinh tế, giảm bớt khối lượng công việc bảo trì máy, góp phần tăng cao tính cạnh tranh cho sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo Thanh niên 21/07/2017 http://thanhnien.vn/thoi-su/xay-dung-ben-trethanh-thu-phu-dua-cua-viet-nam-857614.html Trang báo điện tử Báo http://www.baomoi.com/nganh-dua-viet-nam-quayeu-ve-khau-che-bien/c/22968361.epi Góc báo chí Betrimex http://betrimex.com.vn/vi/tin-tuc/goc-baochi/nganh-dua-hoi-nhap-va-thach-thuc Các báo cáo thông tin sản xuất xuất sản phẩm dừa trang thông tin Hiệp hội Dừa Bến Tre Việc phát triển hệ thống hướng tới tự động hóa hoàn toàn khâu giúp doanh nghiệp quản lý khối lượng sản phẩm tạo ra, từ có kế hoạch cạnh tranh thay sản phẩm than truyền thống gây nhiễm Ngồi ra, việc phát triển cơng nghệ sản xuất than hoạt tính gáo dừa tạo ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ cho sản phẩm từ nơng nghiệp (ngành trồng dừa) Góp phần phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường tạo sản phẩm có giá trị ứng dụng cao phục vụ đời sống http://hiephoiduabentre.com.vn PGS.TS Hoàng Tùng, TS Nguyễn Ngọc Thành, Giáo trình cơng nghệ chế tạo phơi, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí, tập 1&2, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2015 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2013 Huỳnh Văn Hoàng, Trần Thị Hồng, Nguyễn Hồng Ân, Nguyễn Danh Sơn, Nguyễn Xuân Thiệp, Huỳnh Văn Hoàng (chủ biên), Kỹ thuật nâng vận chuyển phần 1&2, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2017 DESIGN AND MANUFACTURING MAKING ACTIVED COCONUT SHELL CHOROAL MACHINE ABSTRACT The speed of urbanization is increasing as well as the demand for fuel for living also increases People tend to choose cheap, convenient fuels but besides that they cause environmental pollution, especially in developing countries including Vietnam In order to limit the pollution of the surrounding environment, we introduce a friendly fuel that is activated charcoal made from coconut shells It is also used in many fields such as health care, food processing industry, water treatment, military, With high reliability and lowest cost compared to other fuels This article will present the technology of activated carbon production, the production of activated carbon in the form of hollow pillar in the direction of automation closed to increase the productivity, quality and create a stable production line Serving human life with natural charcoal activated charcoal Keywords: active charcoal, natural charcoal, automation closed Trang 136 ... NGHỆ CHẾ BIẾN THAN HOẠT TÍNH GÁO DỪA Quy trình sản xuất than hoạt tính làm từ gáo dừa Quá trình sản xuất than hoạt tính gáo dừa chia làm cơng đoạn: cơng đoạn than hóa cơng đoạn hoạt hóa than hoạt. .. thống sản xuất than viên tự động hóa khép kín Hình 8.: Kết cấu máy in than II NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TẠO VIÊN THAN HOẠT TÍNH Nguyên lý dập tạo viên than hoạt tính Than hoạt tính sau sản xuất có dạng. .. thành chế tạo, lại vừa đạt hiệu cao III ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT Trên thị trường sản xuất than hoạt tính dạng viên suất khiêm tốn mang tính thủ cơng cao (https://www.youtube.com/watch?v=ozLp-X01jKc)