Tài liệu Thiết kế máy nghiền búa trong hệ thống xử lý chất thải rắn

Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Trong cuộc sống xã hội hiện đại ngày nay, con người luôn bận rộn trong việc làm giàu và đổi đời, họ cố phát minh ra hàng loạt máy móc kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại để giảm bớt sức lao động của con người. Nhưng đồng thời, họ cũng cho ra đời hàng trăm tấn rác thải mà không nghĩ về những hậu quả do nó gây ra. Mà phần lớn ở đây là rác thải rắn. Sự hình thành chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra từ hoạt động hàng ngày của con người. Rác sinh hoạt thải ra mọi lúc mọi nơi trong phạm vi thành phố hoặc khu dân cư, từ các hộ gia đình, khu thương mại, chợ và các tụ điểm buôn bán, nhà hàng, khách sạn, công viên, khu vui chơi giải trí, các viện nghiên cứu, trường học, các cơ quan nhà nước… Cuộc cách mạng về công nghiệp đã mang về nhiều lợi ích cho con người như nâng cao mức sống, công tác phục vụ ngày càng tốt hơn, nhưng đồng thời cũng sinh ra một lượng rác thải rắn khá lớn. Những năm đầu thập kỷ 80, chất thải rắn công nghiệp đặc biệt là chất thải độc hại đã trở thành vấn đề được quan tâm hàng đầu. Cho đến những năm 1990, khi các thông tin khoa học đang trình bày các vấn đề có thể xảy ra thì rác thải rắn đã liên SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy tục gây ảnh hưởng đến môi trường và nhiều nước đã phải đầu tư không nhỏ để giải quyết vấn đề bằng các chương trình môi trường đặc biệt. Quản lý chất thải rắn là vấn đề then chốt của việc đảm bảo môi trường sống của con người mà các đô thị phải có kế hoạch tổng thể quản lý chất thải rắn thích hợp mới có thể xử lý kịp thời và có hiệu quả. Những hợp thành chức năng của một hệ thống quản lý rác thải rắn. SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1.2 Các kỹ thuật xử lý chất thải rắn sinh hoạt: Các công nghệ chủ yếu được thực hiện để xử lý rác thải sinh hoạt bao gồm: ™ Công nghệ phân loại rác thải: Tách lọc hỗn hợp rác thải ra 10 nhóm nguyên liệu để phục vụ tái sinh, tái chế, tái sử dụng, đóng rắn và đốt thu hồi nhiệt sinh. Tận dụng tài nguyên từ rác. Tạo nguyên liệu cho các công nghệ tái chế tại nhà máy hay cung cấp cho các cơ sở tái chế chuyên ngành sản xuất các sản phẩm đạt tiêu chuẩn thương mại hóa trên thị trường. ™ Công nghệ xử lý tái chế phế thải chất dẻo: Tách lọc, thu hồi từ rác. Sản xuất nhiều loại sản phẩm nhựa dẻo tái chế thân thiện môi trường, phục vụ các nhu cầu sinh hoạt, sản xuất của cộng đồng và tạo nguyên liệu cho ngành nhựa dẻo tái chế. ™ Công nghệ xử lý nhiệt: Đốt các chất thải hữu cơ khó phân hủy, tạo nhiệt cung cấp cho các khâu sấy khô, giảm ẩm trong dây chuyền xử lý rác thải. ™ Công nghệ đóng rắn áp lực: Tận dụng các phế thải trơ, vô cơ thay thế một phần nguyên liệu để sản xuất các loại gạch lát đường, bó vỉa hè đường và các loại gạch xây dựng công trình phụ. ™ Công nghệ xử lý phân hủy chất thải hữu cơ: Tái sinh mùn hữu cơ, sản xuất các loại phân bón hữu cơ (hữu cơ vi sinh, hữu cơ khoáng đa vi lượng, mùn hữu cơ cải tạo đất,…) Do chất thải rắn sinh hoạt có chứa các thành phần hữu cơ chiếm tỷ trọng lớn (từ 44-50% trọng lượng) nên ta có thể tận dụng để sản xuất phân hữu cơ, cung cấp cho khu vực ngoại thành để cải tạo đất nông nghiệp, và như vậy việc áp dụng phương pháp ủ sinh học với các thành phần hữu cơ sẽ phù hợp. Ở nước ta quá trình xử lý rác thải chủ yếu là gom thủ công và đem tập trung tại các bãi rác và chôn lấp. Một bãi chôn rác vệ sinh có vẻ là một giải pháp ít tốn kém nhất, nhưng SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy thực ra đó chỉ là bề ngoài. Một bãi chôn rác vệ sinh và an toàn đòi hỏi phải được trang bị các lớp lót đắt tiền để bảo vệ nguồn nước mặt và nước ngầm. Có hệ thống thu và xử lý khí và nước thải rò rỉ (nước rỉ rác), cũng như hệ thống giám sát bảo đảm an toàn. Một bãi chôn lấp cần phải đặt xa hơn, xa hơn nữa so với trung tâm thành phố, phí vận chuyển rác sẽ tăng dần. Hơn thế nữa, quỹ đất dành cho các bãi chôn rác đang ngày càng bị thu hẹp đến mức báo động và trở thành nguy cơ, bức xúc của toàn xã hội. Vậy vấn đề đặt ra là cần một hệ thống thông minh để xử lý và tận dụng nguồn rác thải này. Kết hợp hài hòa trong một dây chuyền công nghệ, các giải pháp công nghệ chuyên biệt truyền thống và hiện đại như một công nghệ tích hợp đa tầng nhằm xử lý triệt để rác thải phức hợp ở Việt Nam gồm:  Công nghệ cơ khí để làm chủ, tự thiết kế, chế tạo máy móc, thiết bị, và kết nối liên hoàn, giảm thiểu sức lao động thủ công nặng nhọc, độc hại  Công nghệ hóa lý, để xử lý tái chế phế thải dẻo thành nguồn nguyên liệu và sản phẩm hữu dụng  Công nghệ hóa nhiệt, để xử lý, đốt các chất hữu cơ khó phân hủy.  Công nghệ hóa sinh, để xử lý các chất hữu cơ dễ phân hủy, tái sinh mùn hữu cơ vi sinh, sản xuất phân bón nhằm phục vụ nền công nghiệp bền vững.  Công nghệ cơ lý, để xử lý đóng rắn các phế thải trơ và vô cơ thành các sản phẩm hữu dụng, hạn chế chôn lấp. SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Nguyên lý xử lý tài nguyên hóa phế liệu thu hồi từ rác thải SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.1 Giới thiệu hệ thống phân loại rác thải Một số hình ảnh của hệ thống tái chế rác của công ty CDEGlobal (Nguồn từ http://www.cdeglobal.com) Construction & Demolition Waste Recycling Plants SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Construction & Demolition Waste Recycling Plants SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy Hệ thống CD-Waste trong nước. SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 2.2 Các yếu tố làm căn cứ lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn(CTR) Để lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị phải căn cứ: - - Thành phần, đặc tính và khối lượng chất thải rắn của địa phương. Điều kiện cụ thể của địa phương: + Khí hậu, thổ nhưỡng, địa chất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn. + Phong tục tập quán. + Có diện tích đất đai đáp ứng cho nơi xử lý Yêu cầu mức độ kỹ thuật, vệ sinh môi trường. Trình độ KHKT và năng lực cán bộ, công nhân Nhu cầu của thị trường về sử dụng các sản phẩm từ việc xử lý chất thải rắn Khả năng tài chính địa phương (vốn đầu tư, vận hành, duy tu sửa chữa) Độ tin cậy của công nghệ trong quá trình hoạt động 2.3 Các nguyên tắc và tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn Nguyên tắc lựa chọn công nghệ - Tiếp cận với những công nghệ tiên tiến và những kinh nghiệm trong xử lý rác thải rắn ở trong và ngoài nước (phải hiểu rõ công nghệ trước khi chọn) Công nghệ đơn giản nhưng không lạc hậu, bảm đảm xử lý có hiệu quả, an toàn và không gây ô nhiểm môi trường. Giá thành có thể chấp nhận trong điều kiện địa phương Cố gắng tận thu những giá trị của chất thải rắn để tái tạo tài nguyên Các tiêu chí cơ bản để đánh giá công nghệ khi lựa chọn - - - Sự thích hợp với điều kiện thực tế địa phương (khối lượng, thành phần, tính chất CTR, điều kiện tự nhiên, tài chính, trình độ phát triển kinh tế - xã hội và khoa học kỹ thuật, nhu cầu của thị trường tiêu thụ sản phẩm…v.v. ) Tiêu chí môi trường: Mức độ và hiệu quả giải quyết nhiệm vụ vệ sinh môi trường của công nghệ (dựa theo tiêu chí môi trường và đánh giá nhanh tác động môi trường) Tiêu chí kinh tế: Ý nghĩa thiết thực của công nghệ xử lý định chọn trong nền kinh tế quốc dân và riêng từng địa phương. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ xử lý bao gồm: + Vốn đầu tư ban đầu SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp + + + + + + + Bộ môn Thiết kế máy Chi phí vận hành Hiệu quả và thời gian hoàn vốn của công trình xử lý Số lượng việc làm được tạo ra Mức tiêu thụ năng lượng điện, nước Thời gian xây dựng và hoạt động Công suất xử lý ở mức cao nhất và trung bình Nhân công và mức độ cơ giới hóa sản xuất. SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN Các khái niệm cơ bản 1. Vai trò của đập nghiền Đập nghiền vật liệu là quá trình làm cho các vật liệu rắn bị vỡ ra thành các vật liệu có kích thước nhỏ hơn. Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực h ạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt vật liệu nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ dàng hòan thành tốt các quá trình hóa lý xảy ra liên tiếp theo sau đó. Khi đập nghiền phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học giữa các phân tử và tạo ra diện tích mới sinh của vật liệu. Lượng năng lượng này phụ thuộc vào các yếu tố như: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bản chất và cơ cấu hoạt động của các máy đập nghiền. 2. Các phương pháp đập nghiền cơ bản Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu. Va đập (impact): k ết quả của sự va chạm tức thời của các vật liệu. Ở ph ương pháp này, các vật liệu chuyển động va chạm vớ i nhau bị v ỡ thành các hạt có kích th ước nhỏ hơn hoặc vật liệu nằm trên một bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm nó bị vỡ ra. Mài (Attrition): vật liệu bị đập nhỏ nằm giữa 2 bề mặt chuyển động (thường là ngươc chiều), lực đập nghiền là lực ma sát. Trượt (Shear): có 2 hình thức là cắt (trimming) và bổ (cleaving), vật liệu bị đập bởi các vật hình nêm tác động lên nó. Ép (Compression): vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng dần cho đến khi nó bị vỡ ra, ứng dụng trong máy đập hàm. 4 phương pháp đập nghiền cơ bản SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 3. Các sơ đồ đập nghiền Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền 1 lần. ¾ ♦ Dùng cho đập thô và trung bình. ♦ Nếu vật liệu có lẫn các hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta có thể sàn phân loại trước rồi mới tiến hành đập. SƠ ĐỒ CHU TRÌNH HỞ Chu trình kín: vật liệu có thể qua máy đập nghiền nhiều lần. ¾ ♦ Sản phẩm sau khi đập nghiền được sàn phân lọai để tách các hạt thô quay về đập nghiền tiếp tục. ♦ Năng suất của quá trình đập nghiền tăng, giảm chi phí năng lượng. ♦ Áp dụng khi yêu cầu kích thước hạt có độ đồng nhất cao, hay nghiền mịn. SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN 4. Một số tính chất cơ bản của vật liệu Độ bền và độ cứng. ¾ ♦ Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngọai lục. Độ bền được biểu thị bằng giới hạn chịu nén của Rn (kG/cm2) của vật liệu và được chia làm 4 lọai: ▬ Kém bền: <100 (than đá, gạch đỏ…) ▬ Trung bình: 100-500 (cát kết) ▬ Bền: 500-2500 (đá vôi, hoa cương, xỉ lò cao…) ▬ Rất bền >2500 (đá quazt, đá diabaz,…) ♦ Độ cứng: hiện nay độ cứng chủ yếu xác định bằng thang 10 bậc do nhà khoáng vật người Đức Fr. Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới cứng: SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Lọai Mềm Trung bình Cứng ¾ Bộ môn Thiết kế máy Độ cứng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vật liệu chuẩn Talc Thạch cao Can xit Florit Apatit Tràng thạch Đá quắc Topa Corandong Kim cương Tính chất Dễ vạch bằng móng tay Vạch bằng móng tay Dễ vạch bằng dao Khó vạch bằng dao Không vạch dược bằng dao Cứng bằng kính cửa sổ Vạch được thủy tinh Vạch được thủy tinh Cắt được thủy tinh Cắt được thủy tinh Độ giòn Đặc trưng cho khả năng bị phá hủ y của vật liệu dưới tác động của lực va đập. Độ giòn khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo. Cấu trúc và kích thước tinh thể ảnh hưởng đến tính giòn. Cấu trúc còn quyết định hình dạng c ủa hạt khi vỡ ra trong quá trình nghiền. Vd: Galen (PbS) vỡ thành hình khối vuông, mica vỡ thành miếng mỏng, magnetit vỡ thành các hạt tròn. ¾ Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu Hệ số khả nă ng đập nghiền là tỷ số gi ữa nă ng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vật liệu chuẩn và các loại vật liệu khác với cùng mức độ và trạng thái đập nghiền. Hệ số này càng lớn, vật liệu càng dễ đập nghiền. Nếu lấy hệ số khả năng đập nghiền của vậ t liệ u chuẩn là 1.0 (clinker lò quay trung bình) thì hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu sau: Vật liệu Clinker lò quay trung bình Clinker lò quay dễ đập nghiền Clinker lò quay khó đập nghiền Clinker lò đứng tự động Clinker lò đứng thủ công Diệp thạch Xỉ lò cao trung bình Cát Đá hoa cương to hạt Tràng thạch Vôi sống Talc Than đá SVTH: Nguyễn Minh Nhật Hệ số khả năng đập nghiền 1,0 1,1 0.8 - 0.9 1,15 - 1,25 1,3 – 1,4 0,9 1.0 0.6-0.7 0.9 0.8-0.9 1.64 1.04-2.02 0.75-1.34 GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp Bộ môn Thiết kế máy 1. Khi làm việc với các lọai vật liệu khác có độ giòn khác nhau thì tính năng này của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng lên. 5. Môt số tính toán cơ bản cho vật liệu rời ¾ Kích thước hạt Vật liệu trước và sau khi nghiền thường có hình dạng và kích thước khác nhau. Để tính toán người ta đưa ra khái niệm kích thước (đường kính) trung bình. Kích thước trung bình của một cục vật liệu tính theo một trong những công thức sau: ♦ Trung bình cộng: D ♦ =l + b + h 3 tb (II.1) Trung bình nhân: Dtb = 3 l.b.h (II.2) l,b,h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao lớn nhất của cục vật liệu ♦ Kích thước trung bình của một nhóm hạt. D +D max Dtb = min (II.3) 2 Dmax, Dmin kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất. ♦ Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt: n Dtb Dtbni ai = hh (II.4) i n a i i D tb 1 , D 2 tb , D 3 tb , D nn tb : kích thước trung bình của nhóm i. a1, a2,…, an: trọng lượng của nhóm 1,2,…,n trong hỗn hợp. Mức độ đập nghiền ¾ ♦ Đối với hạt vật liệu: D tb i= d SVTH: Nguyễn Minh Nhật tb (II.5) GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận văn tốt nghiệp ♦ Bộ môn Thiết kế máy Đối với một nhóm hạt vật liệu: i= Dn tb (II.6) dtbn ♦ Đối với hỗn hợp nhiều nhóm vật liệu: Dtbhh i= dtb (II.7) hh với D, d là kích thước trước và sau khi đập. Phân loại các máy đập nghiền Tùy theo chỉ tiêu đánh giá người ta có thể phân loại các máy đập nghiền theo nhiều các khác nhau. 1. Căn cứ vào kích thước sản phẩm Người ta qui ước chia quá trình đập nghiền thành các giai đoạn sau: Giaiđoạn Đập thô Đập trung bình Đập Đậpnhỏ Đập mịn Nghiền thô Nghiền Nghiền mịn Kích thước sản phẩm (mm) >100 100 – 30 30 – 3 3 – 0,5 0,5 – 0,1 <0,1 Hệ số i 2–5 5 – 10 10 – 30 >30 >100 >500 2. Căn cứ vào nguyên lí và kết cấu máy Máy đập Máy đập hàm Máy đập nón Máy đập trục Máy đập búa Máy đập va đập đàn hồi Máy nghiền bánh xe SVTH: Nguyễn Minh Nhật Máy nghiền Máy nghiền bi Máy nghiền con lăn Máy nghiền búa Máy nghiền khí nén Máy nghiền rung Máy nghiền tia năng lượng GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận v ăn tốt nghiệp B ộ môn Thiết kế máy 3. Một số máy đập nghiền trong thự c tế sản xuất MÁY ĐẬP HÀM MÁY ĐẬ P CON LĂ N SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận v ăn tốt nghiệp B ộ môn Thiết kế máy MÁY Đ ẬP VA ĐẬP SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu Luận v ăn tốt nghiệp B ộ môn Thiết kế máy MÁY N GHIỀN B I MÁY ĐẬP NÓN SVTH: Nguyễn Minh Nhật GVHD:Ts.Bùi Trọng Hiếu