Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho máy làm sạch sơ bộ nilon từ nguồn rác thải MLSNLK 100 năng suất 100kg h​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP CAO ANH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÁY LÀM SẠCH SƠ BỘ NILON TỪ NGUỒN RÁC THẢI MLSNLK – 100 NĂNG SUẤT 100 kg/h CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃSỐ:60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN THỊ THANH ĐỒNG NAI, NĂM 2014 MỞ ĐẦU Túi nilon xuất cách khoảng 150 năm nhà hóa học Anh Alexander Parkes phát minh Túi nilon sản xuất từ nhựa polyethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ q trình tự phân hủy diễn chậm Rác thải nilon chủ yếu dạng túi phế thải thải từ: sinh hoạt ngày người (đi chơ,,̣siêu thi,,̣mua quần áo, dày dép, vâṭdung,̣…), rác thải y tế , sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp…Vì gọi “ơ nhiễm trắng” Hiện nước phát triển số nước phát triển có biện pháp quản lý, sách, kỹ thuật phù hợp ngăn chặn “ô nhiễm trắng” như: phân loại rác thải nguồn (hộ gia đình); thay vật liệu làm túi nilon polyethylene vật liệu dễ phân hủy; có cơng nghệ tiên tiến để tái chế lại túi nilon polyethylene nhằm hạn chế lượng túi nilon polyethylene sử dụng xã hội Ở nước ta, vào năm 1980, lượng túi nilon sử dụng ít, việc thu gom, quản lý loại rác đơn giản Thời gian này, nhu cầu thị trường túi nilon cao gấp nhiều lần khả sản xuất, nên giá thành cao, yêu cầu đặt cho chất lượng túi nilon tái chế không khắt khe, người tái chế túi nilon có lãi cao Ở vùng thị, nơi có nhu cầu tiêu thụ lớn, xuất phát triển “nghề lượm bịch nilon” để làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp tái chế chất dẻo nói chung, đặc biệt nilon Tuy nhiên vào đầu thập niên 1990, với phát triển mạnh mẽ công nghệ hội nhập nhanh kinh tế nước với giới, giá nhiều nguyên liệu sản xuất nước, có hạt nhựa, nguyên liệu để sản xuất sản phẩm nhựa giảm mạnh Công nghệ tái chế nilon nước lúc không khả cạnh tranh tốt với nguyên liệu nilon phẩm “Ơ nhiễm trắng” thức bắt đầu xuất nước Chính phủ quyền nhiều địa phương (đặc biệt đô thị lớn) đưa nhiều giải pháp để ngăn chặn, khắc phục sách kinh tế hỗ trợ cơng tác tái chế, đầu tư khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng nilon sau tái chế, giảm thiểu nguồn ô nhiễm phát sinh trình tái chế Tại nhiều Bãi rác thị có sở tái chế nilon từ rác thải thành hạt nhựa nguyên liệu phục vụ cho ngành công nghiệp chất dẻo với trang thiết bị chủ yếu nước sản xuất Như Bãi rác đô thị tỉnh Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu, Thừa Thiên – Huế, Hải Dương ,…Ngoại trừ Bãi rác đô thị Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, hầu hết Bãi rác cịn lại, cơng đoạn làm nilon phế thải làm thủ công rửa tay, số khâu băm nhỏ đùn ép làm giới Việc làm nilon phế thải thủ công vừa cho suất thấp, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người lao động, mà làm ảnh hưởng đến mơi trường nước sau rửa nguồn chất thải có nồng độ nhiễm cao Báo chí nước có nhiều viết tố cáo tình trạng Với cơng nghệ tái chế lạc hậu làm ảnh hưởng không nhỏ đến việc giải tốt tình trạng “ơ nhiễm trắng” Vào cuối năm 2008, công ty Cổ phần VIETSTAR (Thành phố Hồ Chí Minh) đầu tư nhà máy xử lý rác thải kết hợp chôn lấp đại theo công nghệ Châu Âu Trong nhà máy có dây chuyền công nghệ đại tái chế nilon từ nguồn rác thải làm nguyên liệu chất lượng cao cho ngành công nghiệp chất dẻo Công đoạn làm rác thải nilon tiến hành cách rửa có sử dụng hóa chất tẩy rửa Như phân tích trên, việc sử dụng nhiều nước để làm kéo theo hệ lụy phát sinh thêm nguồn nước thải khơng nhỏ, có mức độ nhiễm cao Như vậy, biện pháp quan trọng việc ngăn chặn “ô nhiễm trắng” tái chế loại rác thải trở thành ngun liệu sản xuất Trong cơng nghệ tái chế khâu làm có vai trị quan trọng Bởi khâu cơng việc đảm bảo chất lượng sản phẩm nguyên liệu tái chế, vừa nguồn tạo chất ô nhiễm mới, vừa thành phần định giá thành sản xuất Để khác phục tồn khâu làm nilon, năm 2012 ThS Nguyễn Thị Kiều Hạnh (trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh) đề xuất mẫu máy làm nilon hoạt động theo nguyên lý đập dọc trục để làm sơ nilon phương pháp khô Kết nghiên cứu tiến hành thông qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở mã số CS – CB12 – CK – 01 tác giả làm chủ nhiệm đạ nghiệm thu tháng năm 2013 Do nguyên lý làm mới, nên lý thuyết tính tốn, kết cấu cơng nghệ máy làm nilon có nguồn gốc từ rác thải theo nguyên lý đập rũ chưa hồn chỉnh, nên khơng thể xác định thông số tối ưu lý thuyết nhằm nâng cao hiệu làm việc máy Vì vậy, việc xác định thơng số tối ưu cho loại máy làm nilon có nguồn gốc từ rác thải theo nguyên lý đập dọc trục phục vụ tái chế rác thải nilon thành nguyên liệu sản xuất có tính cấp thiết tính thời cao Được chấp thuận phòng Sau đại học, khoa Cơ điện Cơng trình, Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp, hướng dẫn PGS.TS Trần Thị Thanh, xin thực đề tài: “Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho máy làm nilon từ nguồn rác thải theo nguyên lý đập rũ MLSNL – 100 suất 100 kg/h” Mục tiêu tổng quát đề tài Nâng cao hiệu xử lý nilon có nguồn gốc từ rác thải làm nguyên liệu sản xuất theo hướng nâng cao hiệu trình tái chế hạn chế nhiễm mơi trường phát sinh Đề tài góp phần nâng cao hiệu q trình xử lý rác thải thị Mục tiêu cụ thể đề tài: Xác định thông số tối ưu cho máy làm nilon có nguồn gốc từ rác thải MLSNL – 100 theo nguyên lý đập rũ đạt tiêu độ cao chi phí lượng riêng bé Tính đề tài: Máy làm nilon theo nguyên lý đập rũ MLSNLK – 100 thiết bị phân loại, làm có tính ngun lý làm việc ứng dụng công nghệ btái chế nilon từ rác thải Nguyên lý làm nilon có nguồn gốc từ rác thải kiểu đập rũ nguyên lý làm việc Nguyên lý khác biệt với tất nguyên lý làm nguyên liệu công bố hệ thống hóa ngồi nước Vì thông số kết cấu, thông số kỹ thuật thơng số cơng nghệ máy làm nilon có nguồn gốc từ rác thải kiểu đập rũ nguyên lý chưa nghiên cứu đầy đủ, tính cho đề tài luận văn Tính khoa học đề tài: Nguyên lý đập rũ nguyên lý làm việc dùng để phân ly – tách hạt thu hoạch có hạt, chưa dùng để phân ly – làm Nên nguyên lý làm việc máy MLSNLK – 100 vừa nguyên lý lẫn thiết bị Các thông tin máy MLSNLK – 100 kết cấu lẫn trình làm việc mang tính chất “Hộp đen” Vì vậy, phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mơ hình tốn học phương pháp nghiên cứu khoa học phù hợp, cho phép xác định quy luật khoa học máy Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Đề tài góp phần vào công tác xử lý chất thải, phát triển khí phục vụ sản sản xuất đời sống Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng luận cơng trình cơng bố vấn đề nghiên cứu 1.1 Tổng luận công nghệ tái chế nilon thành nguyên liệu sản xuất từ rác thải Công nghệ tái chế nilon từ nguồn rác thải nilon (hình 1.1) ( [3], [4], [9], [10]) nước nghiên cứu hoàn thiện phổ biến rộng rãi toàn giới để hạn chế tiêu cực nạn “ô nhiễm trắng” Công nghệ tái chế công ty Mỹ mang tên công ty Cổ phần VIETSTAR đầu tư vào nước ta đặt Khu xử lý chất thải rắn Tây Bắc Củ Chi (Thành phố Hồ Chí Minh) Rác thải sinh hoạt Phân loại Rác thải (chơn lấp, đốt làm phân bón) nguyên liệu (kim loại, ) Nilon Rửa lần I nước Nước thải chất thải rắn Băm nhỏ Rửa lần II hóa chất Rửa lần II nước Nước thải chất thải rắn Nước thải chất thải rắn Sấy khô Định lượng, phối trộn đồng Tạo hình sản phẩm Trộn gia nhiệt Nguyên liệu sản xuất (hạt nhựa) Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ tái chế nilon từ nguồn rác thải xuất thành nguyên liệu Dựa theo công nghệ này, hầu hết đơn vị tái chế nilon từ nguồn rác thải nước rút gọn bỏ số công đoạn nhằm hạ giá thành sản phẩm chi phí sản xuất rửa – lần nước, bỏ qua công đoạn băm nhỏ hay rửa hóa chất Việc rút gọn cơng nghệ tái chế nilon (hình 1.1) làm cho chất lượng sản phẩm kém dùng làm nguyên liệu sản xuất mặt hàng nhựa kém chất lượng Ở nhiều đơn vị sản xuất nước, hầu hết công đoạn xử lý thực thủ công, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động cộng đồng dân cư khu vực gần nơi xử lý Trong cơng nghệ tái chế làm công đoạn quan trọng nhất, ảnh hưởng định đến chất lượng sản phẩm giá thành sản xuất Vì rác thải nilon có lẫn nhiều chất bẩn (các chất khác), nên làm công đoạn khơng thể thiếu quy trình cơng nghệ tái chế nilon từ rác thải Thực chất trình làm loại bỏ thành phần khác thành phần “làm sạch” khỏi hỗn hợp Như vậy, trình làm gắn với trình phân loại Để làm cấu tử bám vào nilon hay có lẫn dạng hỗn hợp rời dùng phương pháp làm – phân loại đơn giản sàng hay khí động,… để phân tách Để tách cấu tử thành phần hóa học dạng dầu, mỡ, hay dung dịch hóa học phải dùng phương pháp hóa học, kết hợp với nước để tẩy rửa Vì cơng nghệ làm nilon từ nguồn rác thải phải tiến hành công đoạn rửa Để tăng khả rửa sạch, người ta tiến hành băm nhỏ thành mảnh nilon Như vậy, chi phí nước rửa hóa chất cần thiết làm tỷ lệ với lượng chất bẩn có nguồn rác thải nilon cần làm Mặc dù công nghệ làm nilon từ nguồn rác thải tiến hành phân tách chất bẩn sàng hay kết hợp khí động, tác động học phương pháp cho hiệu làm sơ kém Việc chi phí nước hóa chất làm tăng kéo theo tăng chi phí tái chế tăng nguồn nhiễm nước thải Thiết bị sàng tiến hành phân loại, làm sơ dùng xử lý rác thải nói chung rác thải nilon nói riêng sàng thùng quay dạng lục lăng Cấu tạo sàng gồm thùng có tiết diện ngang hình lăng trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc , để hỗn hợp thùng di chuyển theo hướng dọc thùng Xung quanh thùng lưới sàng chế tạo thép dập lỗ hay lưới kim loại Thùng quay xung quanh trục thùng nhờ vành tròn gắn cố định với vỏ thùng tì lên lăn Truyền động cho thùng quay truyền động xích hay bánh Một số trường hợp người ta dùng truyền động ma sát Khi thùng quay nâng hỗn hợp lên đổ xuống thực công tác rũ Các thành phần có kích thước nhỏ chui qua lỗ sàng đưa băng tải Phần sàng phần tử có kích thước lớn rác nilon gom lại đầu sàng đưa băm nhỏ làm tiếp cách rửa Như thấy sàng lục lăng thực vừa làm cách rũ, vừa phân loại Tuy nhiên tác động học nhỏ lên khả rũ chưa lớn Một số loại máy làm khác dùng làm sơ phương pháp khô không dùng nước máy rửa kiểu trống, máy rửa kiểu tay gạt (còn gọi máy rửa họ Добровольсий), máy rửa kiểu sàng lắc Ở máy rửa khô kiểu trống, sàng lắc hiệu làm kém tác động học lên phần tử nilon chưa đủ lớn để tách cấu tử dính bám Ở máy rửa kiểu tay gạt, làm việc số vịng quay thấp nên hỗn hợp có phần tử làm dạng sợi hay mỏng mềm nilon bị ùn tắc trục quay bị bó cứng khơng làm việc Các thiết bị làm Б М Азарова (1988) [28], Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh (2000) [11] biên soạn lý thuyết cấu tạo đầy đủ Như thiết bị làm sạch, phân loại truyền thống xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết kết cấu khả làm sơ nilon từ nguồn rác thải phương pháp khô có hiệu làm việc kém hay khơng làm việc Vì vậy, dây chuyền cơng nghệ đại phải làm chủ yếu phương pháp rửa, vừa gây tốn kém vừa kéo theo thêm nguồn ô nhiễm nước Một loại thiết bị khác có nguyên lý làm việc chưa đưa vào làm sạch, phân loại nguyên lý đập rũ ( đập dọc trục) sử dụng máy thu hoạch có hạt Nguyên liệu đưa vào máy đập khối lúa gồm rơm thân (như thân họ đậu), rơm (lúa), cùi ngô,… hạt bám vào rơm Có thấy hình ảnh tương đồng rơm nilon hạt thành phần “bẩn” bám theo rơm Dưới tác động trống vào khối lúa mà hạt bứt khỏi rơm Lưới sàng nằm trống làm nhiệm vụ sàng phân ly Theo E.C Босoй (1978) [29], lớp khối lúa theo phương bán kính có chuyển động góc khác nhau, với tác động cánh đập (tương tự cánh gạt máy rửa kiểu tay gạt, với vận tốc lớn nhiều lần ), chà xát với bề mặt lưới sàng mà hạt (tương tự cấu tử bám vào nilon) bứt khỏi khối lúa Q trình đập cịn kéo theo q trình rũ tách tạp chất học khác khỏi khối lúa Tuy nhiên thời điểm tyại nguyên lý đập rũ chưa đưa vào khâu làm rác thải nilon .1.2 Tổng luận máy đập rũ 1.2.1 Các kết nghiên cứu nước máy đập rũ Về lý thuyết máy đập nhiều nhà khoa học giới nghiên cứu, xây dựng biên soạn, tiêu biểu B П Горячкпн (1935) [31], E.C Босoй (1978) [29], J.M Gregory (1988) [17], Xu Lizhang Li Yaoming (2011) [18], Petre I Miu, Heinz – Dieter Kutzbach (2007 2008) [19 20], Christian Okechukwu Osueke (2011) [21], Sigitas Petkevicius (2007) [22], A.C Ukatu (2006) [23], … Hình 1.2: Máy đập hướng trục Schlayet Hình 1.3: Máy đập hướng trục Embal – Heliats Cộng Hòa Liên Bang Đức Cộng Hòa Liên Bang Đức Ở Cộng Hòa Liên Bang Đức, máy đập hướng trục nghiên cứu ứng dụng vào thu hoạch có hạt Hình 1.2 giới thiệu máy đập hướng trục Schlayet – Heliats hình 1.3 giới thiệu máy đập hướng trục Embal dùng thu hoạch lúa thương mại sang nhiều nước giới Mặc dù nilon sản phẩm sử dụng phổ biến nhiều nước phát triển, có kinh nghiệm xử lý rác thải nilon, chưa có cơng bố việc sử dụng nguyên lý đập – rũ để làm rác thải nilon phương pháp khô .1.2.2 Các kết nghiên cứu nước máy đập rũ Nguyên lý đập rũ ứng dụng máy đập để thu hoạch có hạt ứng dụng địa phương Phía Nam từ trước năm 1975, với tên gọi máy đập dọc trục hay xác máy đập dọc trục Vào thời điểm chưa có công bố hay ứng dụng máy đập dọc trục địa phương Phía Bắc Nguyên lý làm việc đập dọc trục làm cho kết cấu máy đập lúa hay máy gặt đập liên hợp có kết cấu gọn nhẹ Chính mà máy đập dọc trục ứng dụng rộng rãi thu hoạch lúa nước, có nhiều máy xuất sang nước Với máy đập dọc trục trụ ứng dụng tốt máy đập bắp Cho đến nay, nghiên cứu hướng tới cải tiến mặt kết cấu ứng dụng máy đập dọc trục chủ yếu diễn sản xuất Các nhà sản xuất tự mày mò, rút kinh nghiệm, học hỏi lần nhau, chép lại để hoàn thiện máy Chính mà hầu hết địa phương Phía Nam tự thiết kế, sản xuất ứng dụng máy đập dọc trục mà khơng cần có hỗ trợ kỹ thuật nhà khoa học Với mẫu máy đập dọc trục chuyển từ Phía Nam ra, số địa phương Phía Bắc tự chế tạo theo kiểu chép mẫu Về mặt lịch sử kỹ thuật Việt Nam thật khó tìm tác giả máy đập dọc trục Trước năm 1975, công bố khoa học loại máy đập dọc trục nói chung máy đập dọc trục nói riêng Ngoại trừ luận văn thạc sĩ, công bố năm 1973 tác giả Phan Hiếu Hiền (lúc học viên cao học Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRI, Philipin) xây dựng phương trình phân ly hạt máy đập, khơng có công bố tác giả nước loại máy đập mm) 48 Đ Ồ T H I s q h ĐỒ THI s - q - a 26 87.1983 a(do) 24 52 86.1716 h( 87.0001 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 q(kg/p h) 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 q(kg/ph) 93 s(%) 91 89 87 85 83 1.3 q(kg/ph) s(%) 93 91 89 87 85 83 28 32 h(mm) s(%) 93 91 89 87 85 83 h(mm) 96 ĐỒ THI s - a - n ĐỒ THI s - a - n 950 92 850 89.02 n(vg/ph) 90 s(%) 86.9332 87.6288 88.3244 88 P.3.2 Các đồ thị biểu diễn bề mặt đáp ứng hàm mức tiêu thụ điện riêng Ar dạng thực ĐỒ THI Ar - q - h 52 15.4884 Ar (kWh/t) h(mm) 15.2632 28 16.164 1 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 q(kg/ph) Ar(kWh/t) ĐỒ THI Ar - q - a ĐỒ THI Ar - q - a 26 17 24 22 q ( k g / p h ) 72 18.0 355 15.5724 a(do) 97 Ar(kWh/t) n(vg/ph) ĐỒ THI Ar - q - n 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 q(kg/ph) ĐỒ THI Ar - h - a Ar(kWh/t ) a(do) Ar(kWh/t) ĐỒ THI Ar - h - a ĐỒ THI Ar - h - n ĐỒ THI Ar - h - n h(mm) 950 850 n(vg/ph) 98 ĐỒ ThỊ Ar - a - n n(vg/ph) Ar(kWh/t) ĐỒ THI Ar - a - n Phụ lục Kết tính tốn tối ưu hóa P.4.1 Kết tính tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu P.4.1.1 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y1 (hay a) 99 P.4.1.2 Kết tính tốn tối ưu hóa hàm y2 (hay Ar) 100 P.4.2 Kết tính tốn tối ưu hóa đa mục tiêu 101 102 103 Phụ lục Một số hình ảnh thực đề tài Hình P.1: Buồng đập (làm sạch) nilon máy làm nilon MLSNLK – 100 Hình P.2: Băng tải cấp liệu phục vụ thực nghiệm máy làm nilon MLSNLK – 100 104 Hình P.3: Hệ thống thực nghiệm máy làm nilon MLSNLK – 100 ... làm nilon từ nguồn rác thải máy làm MLSNLK – 100 2) Nghiên cứu tối ưu hóa q trình làm nilon từ nguồn rác thải máy làm MLSNLK – 100 xác định tiêu kinh tế - kỹ thuật 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1... QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thống kê thực nghiệm q trình làm nilon từ nguồn rác thải máy làm MLSNLK – 100 3.1.1 Xác định thông số nghiên cứu 3.1.1.1 Xác định thông số Các thông. .. ? ?Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho máy làm nilon từ nguồn rác thải theo nguyên lý đập rũ MLSNL – 100 suất 100 kg/h” Mục tiêu tổng quát đề tài Nâng cao hiệu xử lý nilon có nguồn gốc từ