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

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 n

Chương 1: TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu chung

Trong cuộc sống xã hội hiện đại ngày nay, con người luôn bận rộn trong việc làm giàu vàđổi đời, họ cố phát minh ra hàng loạt máy móc kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại để giảmbớt sức lao động của con người Nhưng đồng thời, họ cũng cho ra đời hàng trăm tấn rácthải 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 lúcmọi 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, cácviện 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 caomức sống, công tác phục vụ ngày càng tốt hơn, nhưng đồng thời cũng sinh ra một lượngrác thải rắn khá lớn Những năm đầu thập kỷ 80, chất thải rắn công nghiệp đặc biệt làchất 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

tục gây ảnh hưởng đến môi trường và nhiều nước đã phải đầu tư không nhỏ để giải quyếtvấn 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 conngười 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.

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 sửdụng, đóng rắn và đốt thu hồi nhiệt sinh Tận dụng tài nguyên từ rác Tạo nguyên liệucho các công nghệ tái chế tại nhà máy hay cung cấp cho các cơ sở tái chế chuyênngành 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 môitrường, phục vụ các nhu cầu sinh hoạt, sản xuất của cộng đồng và tạo nguyên liệu chongành 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 loạigạch 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 cơkhoáng 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 ngoạithành để cải tạo đất nông nghiệp, và như vậy việc áp dụng phương pháp ủ sinh học vớicác 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

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 lýkhí và nước thải rò rỉ (nước rỉ rác), cũng như hệ thống giám sát bảo đảm an toàn Một bãichôn 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 hẹpđến 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 thảinày Kết hợp hài hòa trong một dây chuyền công nghệ, các giải pháp công nghệ chuyênbiệt truyền thống và hiện đại như một công nghệ tích hợp đa tầng nhằm xử lý triệt để rácthải 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 liênhoàn, 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 sảnphẩm 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 visinh, 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 phẩmhữu dụng, hạn chế chôn lấp

Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt

Nguyên lý xử lý tài nguyên hóa phế liệu thu hồi từ rác thải

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 từhttp://www.cdeglobal.com)

Construction & Demolition Waste Recycling Plants

Construction & Demolition Waste Recycling Plants

Hệ thống CD-Waste trong nước.

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 thảirắn 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 vàkhông 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 chấtCTR, 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 trườngcủa công nghệ (dựa theo tiêu chí môi trường và đánh giá nhanh tác động môitrường)

- 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

+ 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

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Các khái niệm cơ bản

1 Vai trò của đập nghiền

Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực hạt vật liệu bị phá vỡ thànhnhiều hạt vật liệu nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ dànghòan 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 vàtạo ra diện tích mới sinh của vật liệu Lượng năng lượng này phụ thuộc vào các yếu tốnhư: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bản chất và cơ cấu hoạt động của các máyđập 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): kết quả của sự va chạm tức thời của các vật liệu Ở phương pháp này,

các vật liệu chuyển động va chạm với nhau bị vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ hơnhoặc 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 ngươcchiều), lực đập nghiền là lực ma sát

Trượt (Shear): có 2 hình thức là cắt (trimming) và bổ (cleaving), vật liệu bị đập bởi cácvật 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

3 Các sơ đồ đập nghiền

 Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền 1 lần.

♦ Dùng cho đập thô và trung bình

♦ Nếu vật liệu có lẫn các hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta cóthể 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.

♦ 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

SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN

4 Một số tính chất cơ bản của vật liệu

 Độ bền và độ cứng

♦ 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 tớicứng:

Lọai Độ cứng Vật liệu chuẩn Tính chất

7 Đá quắc Vạch được thủy tinh

8 Topa Vạch được thủy tinh

9 Corandong Cắt được thủy tinh

10 Kim cương Cắt được thủy tinh

 Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu

Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vậtliệu 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 củavật liệu chuẩn là 1.0 (clinker lò quay trung bình) thì hệ số khả năng đập nghiền của một

số vật liệu sau:

Vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền

Clinker lò quay trung bình 1,0

Clinker lò quay dễ đập nghiền 1,1

Clinker lò quay khó đập nghiền 0.8 - 0.9

1 Khi làm việc với các lọai vật liệu khác có độ giòn khác nhau thì tính năng này củamáy cũng thay đổi theo Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năngsuất tăng lên.

5 Môt số tính toán cơ bản cho vật liệu rời

♦ Kích thước trung bình của một nhóm hạt

2

min max D D

(II.3)

Dmax, Dmin kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất

♦ Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt:

∑

∑

= n

i i

n i

ni tb hh

tb

a

ai D D

(II.4)1

tb D

,

2

tb D

,

3

tb D

,

nn tb D

: kích thước trung bình của nhóm i

a1, a2,…, an: trọng lượng của nhóm 1,2,…,n trong hỗn hợp

 Mức độ đập nghiền

♦ Đối với hạt vật liệu:

tb d

n tb d

hh tb d

D

i=

(II.7)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 cáckhác nhau

1 Căn cứ vào kích thước sản phẩm

Người ta qui ước chia quá trình đập nghiền thành các giai đoạn sau:

Giaiđoạn Kích thước sản phẩm (mm) Hệ số iĐập

2 Căn cứ vào nguyên lí và kết cấu máy

Máy đập hàm Máy nghiền biMáy đập nón Máy nghiền con lănMáy đập trục Máy nghiền búaMáy đập búa Máy nghiền khí nénMáy đập va đập đàn hồi Máy nghiền rungMáy nghiền bánh xe Máy nghiền tia năng lượng

3 Một số máy đập nghiền trong thực tế sản xuất

MÁY ĐẬP HÀM

MÁY ĐẬP CON LĂN

MÁY ĐẬP VA ĐẬP

MÁY NGHIỀN BI

MÁY ĐẬP NÓN

MÁY DẬP BÚA 1 ROTO

MÁY ĐẬP THÙNG QUAY

CHƯƠNG 3: MÁY NGHIỀN BÚA

Máy đập búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để đập các vật liệu mềm hoặc có

độ bền trung bình như: đá vôi, đá phấn, đất sét khô, than đá, samốt, mảnh thủy tinh,…Nguyên lý làm việc: vật liệu bị đập vỡ thành các hạt nhỏ hơn do các nguyên nhân sau:

▬ Do búa quay quanh trục với động năng đủ lớn va đập vào vật liệu đồng thời các vật liệu tự va đập vào nhau

▬ Vật liệu văng vào tấm đập và bị vỡ ra

▬ Khi búa quay vật liệu bị đập giữa búa và tấm lót, hoặc bị đập giữa búa và tấm ghi

I Phân loại

Tùy theo cách thức làm việc, kết cấu máy,…người ta

phân loại máy đập búa như sau:

1 Theo số trục mang búa ( rôto)

♦ Máy đập búa 1 rôto: máy chỉ có 1 trục và

các búa phân bố đều doc theo trục (i = 30– 40)

♦ Máy đập búa 2 rôto: 2 trục búa song song và

quay ngược chiều nhau

2 Theo phương pháp treo búa vào rôto:

♦ Búa lắp lỏng: để đập trung bình và đập nhỏ vật liệu

♦ Búa lắp cứng: để đập thô các vật liệu, cũng có trường hợp sử dụng làm máynghiền để nghiền mịn các vật liệu

3 Theo cách tiếp liệu vào máy

♦ Tiếp liệu theo phương tiếp

♦ Cùng chiều quay rôto

♦ Ngược chiều quay rôto

♦ Tiếp liệu theo phương thẳng đứng

II Ưu nhược điểm

1 Ưu:

♦ Cấu tạo đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước bé

♦ Làm việc với độ tin cậy cao và liên tục

♦ Năng suất cao và mức độ đập nghiền lớn (i = 10 – 90)

♦ Máy có ghi tức là có quá trình phân loại trong khi đập Tránh lãng phí năng lượng do đập nghiền các hạt đã đạt yêu cầu

2 Nhược:

♦ Các chi tiết máy, nhất là ghi và búa rất mau bị mòn

♦ Không đập được các vật liệu ẩm (w >15%) vì lúc đó khe ghi bị bịt kín

♦ Khi có dị vật cứng rơi vào máy rất dễ bị hỏng

♦ Rôto của máy quay với vận tốc lớn vì thế phải cân chỉnh Rôto thật cẩn thận

để tránh làm mất cần bằng máy

III Cấu tạo chi tiết máy đập búa:

Tùy theo từng loại máy, loại vật liệu đem đập, yêu cầu của vật liệu khi ra khỏi máy màmáy đập búa có cấu tạo rất khác nhau Trong khuôn khổ ĐAMH này chỉ trình bày cấutạo chi tiết của máy đập búa 1 rôto nhiều đĩa búa có búa lắp lỏng là loại máy mà ta sẽthiết kế

Các bộ phận chính của máy được mô tả như ở hình vẽ:

MẶT CẮT DỌC VÀ NGANG MÁY ĐẬP BÚA

Một số chi tiết chính của máy:

1 Búa đập

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy

Tùy thuộc vào tính chất của vật liêu đem đập, độ mịn của vật liệu ra khỏi máy, năngsuất máy,…mà búa đập có hình dạng, trọng lượng cũng như vật liệu chế tạo búa thíchhợp

Thường thì khi đập thô thì dùng búa có trọng lượng lớn và số lượng búa không cầnnhiều ngược lại khi đập nhỏ thì dùng búa có trọng lượng nhỏ và số lượng búa nhiềuhơn

Vật liệu chế tạo búa thường là các loại thép chịu mòn cao như: thép Mangan, thépCacbon có phủ lớp hợp kim cứng, thép Crôm,…

Các chốt treo búa thường được chế tạo theo chiều dài trục rôto, một đầu chốt có bậc,đầu kia tiện ren và có chốt hãm Chốt treo thường được làm bằng thép CT5

2 Cánh búa (đĩa treo búa)

Cánh búa có nhiều hình dạng khác nhau như: cánh tam giác, cánh chữ nhật, cánh hìnhvuông,…thường gặp và phổ biến hơn cả là cánh có dạng đĩa tròn

Trên cánh búa có khoét các lỗ để xuyên các chốt treo búa

Số búa trên cánh búa có thể là 2, 3, 4, 6, 8,…máy dùng đập nhỏ số búa thường là 6 hoặc8

Gối đỡ trục được đặt phía ngoài võ máy và đặt trên khung thép hình.

Một đầu trục có bu-li để nhận truyền động từ động cơ, đầu còn lại có thể gắn hoặckhông gắn bánh đà (để đối trọng)

4 Ghi tháo liệu

Ghi chiếm khoảng 1350 – 1800 vòng tròn do búa vạch nên

Ghi có thể là một tấm lớn hoặc gồm nhiều tấm nhỏ ghép lại,…

Lỗ ghi thường lớn hơn kích thước trung bình của liệu ra từ 1,5 – 2 lần

Khe hở giữa mặt đầu của búa khi quay với bề mặt ghi khoảng 10 – 15 mm, do đó vậtliệu thường bị chà xát thêm trên mặt ghi

Ghi thường làm bằng thép mangan

5 Vỏ máy

Được làm bằng thép dày khoảng 10 - 20 mm

Vỏ máy được thiết kế đặc biệt có thể dễ dàng mở ra và đóng lại để xem cấu tạo bêntrong, sửa chữa hoặc làm vệ sinh máy

Trong bài này vỏ máy được thiệt kế để nạp liệu theo phương thẳng đứng

VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG

VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG TIẾP TUYẾN

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÁY BÚA VĂNG

I XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT MÁY:

Công suất máy được tính theo công thức sau:

- N : Công suất máy nghiền [KW]

- G : Năng suất máy nghiền [tấn/phút]

k gh

v

σρ

Khi kích thước của viên vật liệu nhỏ hơn kích thước giới hạn thì sau va chạm vật liệukhông vỡ.

Tốc độ giới hạn của đầu búa:

2

231,75.10

k gh

v

d

σρ

 

(IV.2)Trong đó: d – kích thước đá sản phẩm

[ ]

2 6

I Khối lượng búa:

Khi roto quay, búa tích trữ một động năng lớn và khi búa đập vào cục vật liệu thì búa sẽbiến động năng của mình thành công đập làm cho cục vật liệu bị vỡ ra

Động năng của búa đập sinh ra xác định như sau:

[ ]

2 1 1

- vận tốc của búa trước khi đập [m/s]

Sau khi đập búa còn dư một động năng là:

[ ]

2 2 2

2

m v

(IV.4)2

v

- vận tốc của búa sau khi đập [m/s]

Như vậy, động năng của búa truyền cho vật liệu đem đập là: