4. Đóng góp của tác giả
1.3.2. Một số thiết bị nghiền thông dụng
1.3.2.1. Máy nghiền búa
Máy nghiền búa được dùng để nghiền vật liệu có độ ẩm không quá 15%. Cấu tạo máy nghiền búa gồm vỏ bằng gang hay thép. Trên trục nằm ngang có lắp đĩa, trên đĩa gắn các búa, búa có thể lắp cứng hay lắp động, được làm bằng thép cứng.
Khi trục quay, búa đập mạnh vào vật liệu làm vỡ nhỏ ra. Vật liệu sau khi đã nghiền đủ kích thước mong muốn sẽ đi qua sàng chắn vào đường thu gom. Chính vì vậy với phương pháp nghiền này có thể điều chỉnh kích thước hạt sau nghiền bằng cách thay đổi kích thước mắt lưới của sàng chắn.
Trong quá trình nghiền, các cánh búa sẽ quay theo trục quay do vậy chúng sẽ va chạm với các vật liệu cần nghiền. Đồng thời các vật liệu cần nghiền sẽ chịu lực ma sát với nhau và với thành máy. Ngoài ra, với các cánh búa lắp động, thì khi hoạt động chúng sẽ chuyển động với qui đạo khác nhau. Sẽ có một phần trong chu kì chuyển động thì ngoài chuyển động quay, các cánh búa sẽ còn tham gia vào chuyển động rơi. Chính vì vậy, vị trí tương đối giữa các cánh búa và giữa cánh búa với vật liệu thay đổi tạo ra các lực kéo, uốn, nén kết hợp làm cho vật liệu bị xé thành các kích thước nhỏ. Đây chính là ưu điểm nổi bật của các máy nghiền búa, giúp chúng không những nghiền được các loại vật liệu có độ cứng cao mà còn có thể nghiền được cả các vật liệu có độ dẻo và dai tương đối lớn.
Hình 1.6. Nguyên lý cấu tạo máy nghiền búa
1.3.2.2. Máy nghiền quả lăn
Vỏ máy
Cánh búa
Trục Động cơ
tạo của máy nghiền quả lăn gồm có đĩa, quả lăn. Quả lăn tự quay xung quanh trục nhờ ma sát giữa đĩa và quả lăn. Vật liệu được nghiền nhờ áp lực giữa quả lăn và đĩa. Có hai cơ chế chuyển động trong thiết bị này là: quả lăn quay, đĩa đứng yên và đĩa quay, quả lăn đứng yên. Loại quả lăn quay theo trục thẳng đứng gây ra lực ly tâm lớn, vì vậy phải giảm số vòng quay để hạn chế lực ly tâm. Loại đĩa quay cho phép số vòng quay lớn hơn, năng suất cao hơn.
Hình 1.7. Nguyên lý cấu tạo máy nghiền quả lăn
1.3.2.3. Máy nghiền bánh xe
Máy nghiền bánh xe được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vật liệu xây dựng để đập nhỏ đất sét, tràng thạch, đá đôlômít, cát... đến kích thước 3÷8mm và đập mịn đến kích thước 0,2 ÷ 0,5mm. Máy nghiền bánh xe có thể bao gồm cả máy nghiền khô và máy nghiền ướt.
a. Máy nghiền bánh xe dạng nghiền ướt
Máy cấu tạo gồm đế máy gắn với đĩa cố định, trục chính lắp trên có ổ trục gắn với trục ngang, hai đầu lắp động hai bánh xe. Trục chính quay được nhờ động cơ truyền động qua trục ngang và cặp bánh khía hình côn.
Hình 1.8.Cấu tạo máy nghiền bánh xe dạng nghiền ướt
Khi trục chính quay đồng thời kéo theo trục ngang quay quanh trục, trục tiếp theo quay do lực ma sát làm 2 bánh xe quay chung quanh trục này nghiền nhỏ vật liệu. Cấu tạo của ổ trục có tác dụng làm cho bánh xe có thể nâng lên hay hạ xuống khi bề dày của lớp vật liệu trên đĩa thay đổi, hoặc khi gặp vật liệu có độ rắn quá cao.Với cấu tạo như vậy sẽ tránh gây hư hại các chi tiết máy, bảo đảm máy làm việc an toàn, trên mặt đĩa, có tấm lót có lỗ thủng hình ellip, kích thước lỗ thủng tùy thuộc mức độ đập nghiền. Hệ thống cánh gạt dùng để gạt vật liệu vào đường lăn của bánh xe. Vật liệu được nghiền nhỏ sẽ chui qua lỗ thủng của tấm lót và rơi xuống đĩa sau đó chúng được cánh gạt gạt ra ngoài.
b, Máy nghiền bánh xe dạng nghiền khô
Máy cấu tạo gồm hai bánh xe lắp động vào trục ngang, trục ngang lắp trượt vào trục chính. Trục chính quay được nhờ động cơ truyền động qua trục ngang và và cặp bánh khía hình côn. Trục chính quay kéo theo đĩa quay. Trên đĩa có tấm lót không có lỗ, nhưng vành ngoài đĩa có đặt vành ghi. Khi đĩa quay, do lực ma sát làm cho hai bánh xe quay quanh trục ngang và nghiền nhỏ vật liệu.
Đĩa cố định Trục chính Ổ trục Trục ngang Bánh xe Trục ngang Bánh xe Đĩa
Để bảo đảm an toàn, máy trục ngang được lắp trượt vào trục chính và ổ định hướng. Khi gặp vật liệu rắn rơi vào hoặc khi bề dày lớp vật liệu thay đổi bánh xe có thể nâng lên hay hạ xuống, bảo đảm máy làm việc an toàn.
Trong máy còn lắp hệ thống cánh gạt, gạt vật liệu vào đường lăn của bánh xe và gạt vật liệu đã được nghiền nhỏ ra vòng ghi, ở đó hạt to lại được gạt trở vào đường lăn của bánh xe, hạt nhỏ đạt kích thước sẽ rơi xuống đĩa, được gạt ra ngoài bởi dao gạt.
1.3.2.4. Máy nghiền bi
Máy nghiền bi được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất, như xi măng, silicat, vật liệu xây dựng, vật liệu chịu lửa, phân bón, kim loại đen, kim loại màu và gốm sứ thủy tinh. Ngoài ra, máy cũng có thể được sử dụng để nghiền khô và ướt cho các loại quặng, và các vật liệu có thể nghiền khác.
Máy nghiền bi gồm có một thùng, bên trong chứa một phần bi làm bằng kim loại hay bằng sứ. Khi thùng quay các viên bi do ma sát với thành thùng máy nên được nâng lên một đoạn theo hướng quay rồi trượt xuống phía dưới khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiên.
Nếu tăng vận tốc quay thì lực ly tâm tăng và góc nâng cũng tăng, viên bi sẽ rơi xuống khi lực trọng lượng lớn hơn lực ly tâm. Tiếp tục tăng lực ly tâm , tức tăng vận tốc quay, vượt quá trọng lượng của viên bi thì nó sẽ quay tròn theo thùng máy. Khi đó vật liệu cũng quay theo và không được nghiền nữa
Máy nghiền bi được phân loại theo cấu tạo của thùng (Hình trụ hoặc hình nón cụt), theo phương pháp tháo sản phẩm (Tháo qua trục rỗng, tháo qua sàng chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ).
Nhìn chung các máy nghiền bi phù hợp với nghiền các vật liệu khô và cứng. Sản phẩm thu được sau quá trình nghiền có dạng hạt.
Hình 1.10. Cấu tạo máy nghiền bi
1.3.2.4. Máy nghiền trục
Máy nghiền trục gồm có hai trục hình trụ đặt song song và quay trái chiều nhau. Khi đưa vật liệu vào khoảng giữa hai trục thì sẽ hình thành áp lực để ép vỡ vật liệu. Khi nghiền nếu cục vật liệu to, cứng quá không nghiền được, lò so bị nén lại khe hở giữa hai trục rộng ra, cục vật liệu sẽ rơi xuống dưới, sau đó lò so đẩy trục về vị trí cũ.
Các máy nghiền trục có thể có nhiều dạng bề mặt trục khác nhau. Với các máy nghiền trục nhám, khi nghiền, ngoài lực ép nén còn có lực mài của trục tác động lên bề mặt vật liệu.
Với các máy nghiền trục có thiết kế trục hình răng cưa, tổ hợp dao cắt thì quá trinh nghiền sẽ được kết hợp với quá trình cắt (băm) để làm nhỏ vật liệu. Loại thiết bị này hiện nay đang được sử dụng nhiều để nghiền xé phế thải của nhiều ngành công nghiệp như: nhựa, cao su, dệt may, da giầy…. Máy nghiền trục có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, làm việc tin cậy nhưng vật liệu sau nghiền hay bị dẹt, không thích hợp khi nghiền các vật liệu có độ cứng cao.
Buồng chứa Buồng trao đổi nhiệt Thoát khí Bi nghiền Phân loại Thoát khí Nguyên liệu Nguyên liệu
Hình 1.11. Nguyên lý cấu tạo máy nghiền trục
1.4. Tiểu kết phần tổng quan
Sau quá trình tổng quan các tài liệu về các vấn đề cơ bản liên quan tới nội dung nghiên cứu có thể rút ra một số kết luận sơ bộ như sau:
- Ngành Da - Giầy là ngành công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam và tiếp tục có xu hướng phát triển mạnh. Tuy nhiên, tỷ lệ nội địa hóa của ngành còn thấp.
- Da là loại vật liệu quí và được sử dụng nhiều trong quá trình sản xuất giầy. Da có cấu tạo cơ bản từ các xơ collagen dưới nhiều dạng cấu trúc khác nhau: xơ vi mảnh, chùm xơ, bó xơ, mạng lưới xơ. Sự sắp xếp của các xơ trong da không đẳng hướng mà thay đổi theo vị trí trên con da, độ sâu của các lớp trong da. Điều này làm cho cấu trúc và tính chất của các vùng và các lớp da không đồng nhất.
- Các tính chất hóa học, hóa lý của da được quyết định chủ yếu bởi tính chất của collagen. Da trương nở mạnh trong môi trường axit và kiềm, đứt các liên kết giữa các đại phân tử polypeptit trong collagen làm cho cấu trúc da trở nên kém bền chặt hơn.
- Trong quá trình sản xuất giầy thì da được chia thành nhiều loại với nhiều nguồn gốc khác nhau nhưng chủ yếu là da cật và da váng. Trong đó da cật cứng, chắc và dầy. Ngược lại, da váng mỏng, và mềm, cấu trúc xơ không chặt như da cật.
Trục nghiền Van điều chỉnh
Trục rải liệu Tay quay
- Trong quá trình sử dụng da để làm các chi tiết của sản phẩm giầy không thể tránh khỏi việc phát sinh phế liệu. Các nguyên nhân cơ bản hình thành phế liệu da thuộc là: lỗi trên con da và phát sinh từ quá trình pha cắt.
- Là một nước thuộc tốp đầu trên thế giới về sản xuất giầy, lượng da thuộc sử dụng tại Việt Nam và đi kèm là lượng phế liệu da thuộc tạo ra là rất lớn. Hiện nay, các phế liệu này hầu hết được chôn lấp và đốt bỏ gây lãng phí và ô nhiễm môi trường.
- Trên thế giới, việc tái sử dụng da thuộc phế liệu để chế tạo các vật liệu mới dạng composite đang là một xu thế nhận được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học cũng như các nhà sản xuất. Tất cả các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, để tạo ra các vật liệu composite, trước khi phối trộn với nền polime thì da phế liệu phải được nghiền thành các dạng xơ hoặc hạt có kích thước từ vài trăm micron tới một vài mm. Tuy nhiên các phương pháp nghiền xé đã được sử dụng hầu như chỉ mang tính giới thiệu mà không có các thông tin chi tiết.
- Về mặt lý thuyết nghiền xé, để đưa một vật liệu về dạng kích thước nhỏ có thể dùng các phương pháp cơ bản là nghiền khô (cơ học) và nghiền ướt (nghiền trong môi trường lỏng). Trong các loại thiết bị nghiền thông dụng thì thiết bị nghiền búa và thiết bị nghiền trục băm là phù hợp để nghiền các vật liệu có tính dai như da thuộc. Nguyên nhân của điều này là bên cạnh lực nén ép đơn thuần như các máy nghiền khác thì trong hai loại thiết bị này còn xuất hiện các lực như: kéo, uốn, ma sát, cắt…
CHƢƠNG 2.ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Phế thải da thuộc trong sản xuất giầy tại Việt Nam hiện nay hầu như chưa tiến hành tái chế mà chủ yếu được chôn lấp hoặc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn nguyên liệu collagen quí giá. Với vị trí là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu giầy da hàng đầu trên thế giới, lượng da thuộc sử dụng trong ngành tại Việt Nam hàng năm là rất lớn. Với tỷ lệ hiệu suất sử dụng da trung bình là 80 - 85% thì mỗi năm Việt Nam phát thải hàng chục nghìn tấn phế liệu da thuộc từ sản xuất giầy.
Mục đích cuối cùng của hướng nghiên cứu tái chế phế liệu da thuộc trong sản xuất giầy là tạo ra các loại vật liệu mới dưới dạng vật liệu tổ hợp có thành phần phân tán là xơ da. Để thực hiện được điều này, một yêu cầu rất quan trọng được đặt ra là phải chuyển hóa các da thuộc phế liệu dạng mảnh với kích thước lớn (cỡ cm) khác nhau thành hỗn hợp vật chất có kích thước nhỏ dạng xơ và bột.
Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng công nghệ nghiền phế liệu da thuộc của sản xuất giầy thành hỗn hợp dạng ơ và bột”.
Mục đích của nghiên cứu là khảo sát khả năng công nghệ và xây dựng phương án nghiền phế liệu da thuộc phù hợp, đảm bảo nhận được hỗn hợp sau nghiền có độ nhỏ và độ đều, tơi xốp đáp ứng các yêu cầu làm vật liệu cốt cho sản xuất da nhân tạo và các vật liệu composite.
2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Da thuộc sử dụng trong sản xuất giầy rất đa dạng nhưng chủ yếu thuộc về hai loại cơ bản là da cật và da váng. Da cật là loại da bền, chắc, cấu trúc chặt chẽ nên được dùng để làm các chi tiết đòi hỏi độ bền. Da váng mềm hơn, có độ dày mỏng theo mong muốn khi xẻ tách. Da nguyên liệu dùng để sản xuất ra các loại da thuộc trong công nghiệp giầy có thể từ nhiều chủng loại khác nhau như: da hươu, da nai,
da hoẵng, da bò, da lợn… Trong số các da nguyên liệu này thì cho đến nay da bò vẫn là loại da được sử dụng phổ biến nhất.
Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu của luận văn, đề tài lựa chọn đối tượng cho nghiên cứu nghiền xé là da bò cật và da bò váng phế liệu của quá trình sản xuất giầy. Da phế liệu được thu nhận từ công ty sản xuất da thuộc Đại Lợi và công ty giầy Thụy Khuê. Hình ảnh đại diện của các mẫu da dùng cho nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.1.
Hình 2.1. Hình ảnh da nguyên liệu – a) Da cật, b) Da váng
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Để lựa chọn được phương pháp nghiền xé phế liệu da tạo thành bột da và xơ da từ phế liệu da thuộc đảm bảo phù hợp nhất. Đề tài tập trung nghiên cứu nghiền xé theo hai phương pháp sau:
- Nghiên cứu nghiền xé da theo phương pháp ướt: phương pháp có xử lý hóa chất trước khi nghiền.
Với phương pháp này, đề tài tập trung nghiên cứu khả năng nghiền xé của da bò cật và da bò váng sau khi đã được xử lý ngâm trong dung dịch axit và kiềm ở các nồng độ và thời gian khác nhau. Các nghiên cứu nghiền xé theo phương pháp ướt được tiến hành thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa dệt, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Nghiên cứu nghiền xé da theo phương pháp khô (không sử lý hóa chất
Với phương pháp nghiền này đề tài tập trung làm rõ khả năng nghiền xé da bằng hai loại máy nghiền cơ học là máy nghiền búa và máy nghiền trục băm. Trong phần nghiên cứu này, đề tài đã sử dụng thiết bị và thực hiện nghiên cứu tại Trung tâm chế biến gỗ - Đại học Lâm nghiệp Hà Nội và Công ty da Đại Lợi.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp chung
Đề tài đã sử dụng phương pháp phối hợp giữa nghiên cứu tổng quan và nghiên cứu thực nghiệm để thực hiện các mục tiêu đề ra.
Trước tiên, đề tài đã tiến hành các nghiên cứu tổng quan để có được các cơ sở khoa học nhằm xây dựng các phương án thực nghiệm phù hợp nhất. Các nội dung tổng quan đã tiến hành là:
- Tổng quan về ngành Da-Giầy và tình hình sản xuất da giầy tại Việt Nam và trên thế giới để đánh giá vai trò và tầm quan trọng của việc nghiên cứu.
- Tổng quan về phát thải rắn của ngành Da-Giầy và hiện trạng xử lý chất thải rắn để đưa ra được mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
- Tổng quan về da thuộc và các đặc trưng tính chất của da thuộc để từ đó có thể lựa chọn được các tác nhân xử lý trước nghiền.
- Tổng quan về các phương pháp nghiền và làm nhỏ vật liệu nói chung để phân tích và lựa chọn phương pháp và thiết bị nghiền xé thực nghiệm phù hợp.