Karena kandungan zat berbahaya seperti abu, nitrogen, dan sulfur yang lebih rendah dalam biomassa dibandingkan dengan energi mineral, biomassa memiliki karakteristik cadangan yang besar, aktivitas karbon yang baik, mudah terbakar, dan komponen volatil yang tinggi. Oleh karena itu, biomassa merupakan bahan bakar energi yang sangat ideal dan sangat cocok untuk konversi dan pemanfaatan melalui pembakaran. Abu sisa setelah pembakaran biomassa kaya akan nutrisi yang dibutuhkan tanaman seperti fosfor, kalsium, kalium, dan magnesium, sehingga dapat digunakan sebagai pupuk untuk dikembalikan ke lahan pertanian. Mengingat cadangan sumber daya yang sangat besar dan keunggulan terbarukan yang unik dari energi biomassa, saat ini biomassa dianggap sebagai pilihan penting untuk pengembangan energi baru nasional oleh negara-negara di seluruh dunia. Komisi Pembangunan dan Reformasi Nasional Tiongkok telah menyatakan dengan jelas dalam "Rencana Pelaksanaan Pemanfaatan Komprehensif Jerami Tanaman selama Rencana Lima Tahun ke-12" bahwa tingkat pemanfaatan komprehensif jerami akan mencapai 75% pada tahun 2013, dan berupaya melampaui 80% pada tahun 2015.
Bagaimana cara mengubah energi biomassa menjadi energi berkualitas tinggi, bersih, dan mudah digunakan telah menjadi masalah mendesak yang perlu dipecahkan. Teknologi pemadatan biomassa adalah salah satu cara efektif untuk meningkatkan efisiensi pembakaran energi biomassa dan mempermudah transportasi. Saat ini, terdapat empat jenis peralatan pembentuk padat yang umum di pasar domestik dan luar negeri: mesin partikel ekstrusi spiral, mesin partikel penekan piston, mesin partikel cetakan datar, dan mesin partikel cetakan cincin. Di antara keempatnya, mesin pelet cetakan cincin banyak digunakan karena karakteristiknya seperti tidak memerlukan pemanasan selama pengoperasian, persyaratan kadar air bahan baku yang luas (10% hingga 30%), output mesin tunggal yang besar, kepadatan kompresi yang tinggi, dan efek pembentukan yang baik. Namun, jenis mesin pelet ini umumnya memiliki kekurangan seperti keausan cetakan yang mudah, masa pakai yang pendek, biaya perawatan yang tinggi, dan penggantian yang tidak mudah. Menanggapi kekurangan mesin pelet cetakan cincin tersebut, penulis telah membuat desain peningkatan baru pada struktur cetakan pembentuk, dan merancang cetakan pembentuk tipe set dengan masa pakai yang lama, biaya perawatan yang rendah, dan perawatan yang mudah. Sementara itu, artikel ini melakukan analisis mekanis terhadap cetakan pembentuk selama proses kerjanya.
1. Desain Perbaikan Struktur Cetakan Pembentuk untuk Granulator Cetakan Cincin
1.1 Pengantar Proses Pembentukan Ekstrusi:Mesin pelet cetakan cincin dapat dibagi menjadi dua jenis: vertikal dan horizontal, tergantung pada posisi cetakan cincin; Menurut bentuk gerakannya, dapat dibagi menjadi dua bentuk gerakan yang berbeda: rol penekan aktif dengan cetakan cincin tetap dan rol penekan aktif dengan cetakan cincin yang digerakkan. Desain yang disempurnakan ini terutama ditujukan untuk mesin partikel cetakan cincin dengan rol penekan aktif dan cetakan cincin tetap sebagai bentuk gerakannya. Mesin ini terutama terdiri dari dua bagian: mekanisme pengangkutan dan mekanisme partikel cetakan cincin. Cetakan cincin dan rol penekan adalah dua komponen inti dari mesin pelet cetakan cincin, dengan banyak lubang cetakan pembentuk yang tersebar di sekitar cetakan cincin, dan rol penekan dipasang di dalam cetakan cincin. Rol penekan terhubung ke spindel transmisi, dan cetakan cincin dipasang pada braket tetap. Ketika spindel berputar, ia menggerakkan rol penekan untuk berputar. Prinsip kerja: Pertama, mekanisme pengangkutan mengangkut bahan biomassa yang telah dihancurkan menjadi ukuran partikel tertentu (3-5mm) ke dalam ruang kompresi. Kemudian, motor menggerakkan poros utama untuk menggerakkan rol penekan agar berputar, dan rol penekan bergerak dengan kecepatan konstan untuk mendistribusikan material secara merata antara rol penekan dan cetakan cincin, menyebabkan cetakan cincin tertekan dan bergesekan dengan material, rol penekan dengan material, dan material dengan material. Selama proses gesekan tekan, selulosa dan hemiselulosa dalam material bergabung satu sama lain. Pada saat yang sama, panas yang dihasilkan oleh gesekan tekan melunakkan lignin menjadi pengikat alami, yang membuat selulosa, hemiselulosa, dan komponen lainnya terikat lebih kuat. Dengan pengisian material biomassa secara terus menerus, jumlah material yang mengalami kompresi dan gesekan di lubang cetakan pembentuk terus meningkat. Pada saat yang sama, gaya tekan antara biomassa terus meningkat, dan biomassa terus memadat dan terbentuk di dalam lubang cetakan. Ketika tekanan ekstrusi lebih besar daripada gaya gesekan, biomassa diekstrusi terus menerus dari lubang cetakan di sekitar cetakan cincin, membentuk bahan bakar cetakan biomassa dengan kepadatan cetakan sekitar 1 g/cm³.
1.2 Keausan Cetakan Pembentuk:Kapasitas produksi mesin pelet tunggal sangat besar, dengan tingkat otomatisasi yang relatif tinggi dan kemampuan adaptasi yang kuat terhadap bahan baku. Mesin ini dapat digunakan secara luas untuk memproses berbagai bahan baku biomassa, cocok untuk produksi bahan bakar biomassa padat skala besar, dan memenuhi persyaratan pengembangan industrialisasi bahan bakar biomassa padat di masa depan. Oleh karena itu, mesin pelet cetakan cincin banyak digunakan. Karena kemungkinan adanya sejumlah kecil pasir dan pengotor non-biomassa lainnya dalam bahan biomassa yang diproses, kemungkinan besar akan menyebabkan keausan yang signifikan pada cetakan cincin mesin pelet. Masa pakai cetakan cincin dihitung berdasarkan kapasitas produksi. Saat ini, masa pakai cetakan cincin di Tiongkok hanya 100-1000 ton.
Kegagalan cetakan cincin terutama terjadi pada empat fenomena berikut: ① Setelah cetakan cincin bekerja dalam jangka waktu tertentu, dinding bagian dalam lubang cetakan pembentuk aus dan lubangnya membesar, mengakibatkan deformasi signifikan pada bahan bakar yang dihasilkan; ② Kemiringan pengumpanan lubang cetakan pembentuk cincin aus, mengakibatkan penurunan jumlah bahan biomassa yang masuk ke dalam lubang cetakan, penurunan tekanan ekstrusi, dan penyumbatan lubang cetakan pembentuk yang mudah terjadi, sehingga menyebabkan kegagalan cetakan cincin (Gambar 2); ③ Setelah material dinding bagian dalam aus, jumlah bahan yang dikeluarkan berkurang tajam (Gambar 3);
④ Setelah lubang bagian dalam cetakan cincin aus, ketebalan dinding antara bagian cetakan yang berdekatan L menjadi lebih tipis, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan struktural cetakan cincin. Retakan cenderung terjadi di bagian yang paling berbahaya, dan seiring dengan terus meluasnya retakan, fenomena patahnya cetakan cincin pun terjadi. Alasan utama keausan yang mudah dan umur pakai yang pendek pada cetakan cincin adalah struktur cetakan cincin pembentuk yang tidak masuk akal (cetakan cincin terintegrasi dengan lubang cetakan pembentuk). Struktur terintegrasi keduanya rentan terhadap hasil seperti ini: terkadang ketika hanya beberapa lubang cetakan pembentuk dari cetakan cincin yang aus dan tidak dapat berfungsi, seluruh cetakan cincin perlu diganti, yang tidak hanya menimbulkan ketidaknyamanan pada pekerjaan penggantian, tetapi juga menyebabkan pemborosan ekonomi yang besar dan meningkatkan biaya perawatan.
1.3 Desain Peningkatan Struktural Cetakan PembentukUntuk memperpanjang umur pakai cetakan cincin mesin pelet, mengurangi keausan, mempermudah penggantian, dan mengurangi biaya perawatan, perlu dilakukan desain peningkatan struktur cetakan cincin yang baru. Cetakan cetak tertanam digunakan dalam desain ini, dan struktur ruang kompresi yang ditingkatkan ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 5 menunjukkan penampang cetakan cetak yang telah ditingkatkan.
Desain yang disempurnakan ini terutama ditujukan untuk mesin partikel cetakan cincin dengan bentuk gerakan rol penekan aktif dan cetakan cincin tetap. Cetakan cincin bawah dipasang pada badan mesin, dan kedua rol penekan dihubungkan ke poros utama melalui pelat penghubung. Cetakan pembentuk ditanamkan pada cetakan cincin bawah (menggunakan pemasangan interferensi), dan cetakan cincin atas dipasang pada cetakan cincin bawah melalui baut dan dijepit pada cetakan pembentuk. Pada saat yang sama, untuk mencegah cetakan pembentuk memantul kembali karena gaya setelah rol penekan berputar dan bergerak secara radial di sepanjang cetakan cincin, sekrup countersunk digunakan untuk memasang cetakan pembentuk ke cetakan cincin atas dan bawah secara masing-masing. Hal ini untuk mengurangi hambatan material yang masuk ke lubang dan membuatnya lebih mudah masuk ke lubang cetakan. Sudut kerucut lubang pengumpanan cetakan pembentuk yang dirancang adalah 60° hingga 120°.
Desain struktural cetakan pembentuk yang telah ditingkatkan memiliki karakteristik multi siklus dan masa pakai yang lama. Ketika mesin partikel bekerja dalam jangka waktu tertentu, kehilangan gesekan menyebabkan lubang cetakan pembentuk menjadi lebih besar dan mengalami pasivasi. Ketika cetakan pembentuk yang aus dilepas dan diperluas, cetakan tersebut dapat digunakan untuk produksi partikel pembentuk dengan spesifikasi lain. Hal ini dapat mewujudkan penggunaan kembali cetakan dan menghemat biaya perawatan dan penggantian.
Untuk memperpanjang umur pakai granulator dan mengurangi biaya produksi, rol penekan menggunakan baja karbon tinggi mangan tinggi dengan ketahanan aus yang baik, seperti 65Mn. Cetakan pembentuk harus terbuat dari baja karburisasi paduan atau paduan nikel kromium karbon rendah, seperti yang mengandung Cr, Mn, Ti, dll. Karena peningkatan ruang kompresi, gaya gesekan yang dialami oleh cetakan cincin atas dan bawah selama pengoperasian relatif kecil dibandingkan dengan cetakan pembentuk. Oleh karena itu, baja karbon biasa, seperti baja 45, dapat digunakan sebagai bahan untuk ruang kompresi. Dibandingkan dengan cetakan cincin pembentuk terintegrasi tradisional, hal ini dapat mengurangi penggunaan baja paduan yang mahal, sehingga menurunkan biaya produksi.
2. Analisis mekanis cetakan pembentuk mesin pelet cetakan cincin selama proses kerja cetakan pembentuk.
Selama proses pencetakan, lignin dalam material melunak sepenuhnya karena lingkungan bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi yang dihasilkan dalam cetakan. Ketika tekanan ekstrusi tidak meningkat, material mengalami plastisasi. Material mengalir dengan baik setelah plastisasi, sehingga panjangnya dapat diatur menjadi d. Cetakan pembentuk dianggap sebagai bejana tekan, dan tegangan pada cetakan pembentuk disederhanakan.
Melalui analisis perhitungan mekanis di atas, dapat disimpulkan bahwa untuk memperoleh tekanan pada titik mana pun di dalam cetakan pembentuk, perlu untuk menentukan regangan keliling pada titik tersebut di dalam cetakan pembentuk. Kemudian, gaya gesekan dan tekanan pada lokasi tersebut dapat dihitung.
3. Kesimpulan
Artikel ini mengusulkan desain peningkatan struktural baru untuk cetakan pembentuk pelletizer cetakan cincin. Penggunaan cetakan pembentuk tertanam dapat secara efektif mengurangi keausan cetakan, memperpanjang umur siklus cetakan, mempermudah penggantian dan perawatan, serta mengurangi biaya produksi. Pada saat yang sama, analisis mekanis dilakukan pada cetakan pembentuk selama proses kerjanya, memberikan dasar teoritis untuk penelitian lebih lanjut di masa mendatang.
Waktu posting: 22 Februari 2024