CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3 Ứng dụng máy băm trong quy trình tái chế
Băm nhựa là một bước trong quy trình tái chế vật liệu nhựa, để thực hiện công đoạn này ta cần một loại máy chuyên dùng đó là máy băm nhựa. Việc ứng dụng máy băm nhựa vào quy trình tái chế là vơ cùng cần thiết. Q trình làm nhỏ những mảnh nhựa để chuẩn bị cho bước tiếp theo trong quy trình tái chế thì máy băm nhựa là lựa
Do tầm quan trọng của q trình băm nhỏ, đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến thiết kế và phát triển máy băm nhựa. Ayo, A., Olukunle, O. J., & Adelabu, D. J. từ Nigeria [4] đã phát triển một máy băm nhựa thải giá rẻ cho các nhà máy quy mô vừa và nhỏ chuyên xử lý nhựa tái chế. Máy cũng được đánh giá ở ba tốc độ làm việc về kích thước hạt trung bình. Thiết bị được đánh giá là phù hợp cho sản xuất vừa và nhỏ, hình 1.12.
Hình 1.12: Hình minh họa 3D của thiết bị băm nhựa cỡ nhỏ [4]
Reddy, S., & Raju, T. [5] cũng chế tạo một máy băm nhựa mini, hình 1.13. Họ viết rằng máy rất đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp. Tuy nhiên, lưỡi dao và điều kiện làm việc của máy chưa được phân tích.
Hình 1.13: Các hình minh họa 3D của thiết bị băm nhựa mini [5]
Cũng như vậy, các cơng trình nghiên cứu trong [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] có cùng tình huống là các máy chưa được đánh giá về hiệu suất. Cùng lúc đó, Jassim M. Abdulkarim Jaff et al. [13] thiết kế và chế tạo máy băm / máy nghiền và máy đùn cho hệ thống tái chế nhựa của họ. Farayibi, P. K. và cộng sự. [14] cũng trình bày một thiết kế cho một máy tái chế nhựa. Sau đó, phân tích cấu trúc được thực hiện bằng cơng cụ phân tích phần tử hữu hạn (FEA) trong ứng dụng SolidWorks Computer Aided Design (CAD). Tuy nhiên, ứng suất cực đại thu được đóng góp khơng nhiều cho sự phát triển và đánh giá máy. Hình 1.14 trình bày bản vẽ lắp của thiết bị băm chai nhựa và hình 1.15 trình bày hình chụp của nó từ [6].
Hình 1.16 trình bày mơ hình 3D của thiết bị băm chai nhựa của tác giả N. D. Jadhav và các cộng sự đến từ Ấn Độ, và hình 1.17 trình bày hình chụp của nó từ [9] [10].
Hình 1.16: Bản vẽ thiết bị băm chai nhựa [10]
Hình 1.17: Hình chụp thiết bị băm chai nhựa [10]
Hình 1.18 trình bày mơ hình 3D của một thiết bị băm nhựa một trục [11]. Hình 1.19 trình bày hình chiếu phối cảnh của một thiết bị băm chai nhựa hai trục [12].
Hình 1.18: Thiết bị băm chai nhựa một trục [11]
Hình 1.19: Thiết bị băm chai nhựa hai trục [12]
Trong quá trình thiết kế máy băm nhựa, lưỡi dao băm đóng vai trị quan trọng trong q trình băm nhỏ vì nó quyết định kích thước của các mảnh vụn. Hơn nữa, nó là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc và tuổi thọ của máy [15]. Tuy nhiên, các thơng số hình học của dao cắt và ảnh hưởng của chúng đối với sự mài mòn và / hoặc biến dạng chưa được nghiên cứu đủ. Trong [15], các tác giả đã tiến hành
phân tích biến dạng và phân tích ứng suất tương đương. Tuy nhiên, những kết quả này đã không được sử dụng để đánh giá hoặc tối ưu hóa thêm. Theo cách tương tự, Sekar Ravi [16] đã thực hiện phân tích tổng biến dạng, mối tương quan giữa ứng suất và biến dạng bằng phương pháp cấu trúc tĩnh. Sau đó, lưỡi cắt được cải tiến bằng phương pháp làm cứng hoặc mạ crôm hoặc tăng các thuộc tính của lưỡi cắt. Nasr, M. F., & Yehia, K. A. từ Ai Cập [17] và Yepes, C. P. et al. từ Columbia [18] cũng đã phân tích ứng suất tĩnh trong một lưỡi cắt cho trước với ba và hai lưỡi cắt tương ứng, được sử dụng để băm nhỏ nhựa thải PET (polyetylen terephthalate). Và trong [19], các tác giả chỉ cần kiểm tra các biến thể của phân phối ứng suất ở các giá trị lực khác nhau bằng SolidWorks® mà khơng sử dụng thêm thơng tin thu được này.
Về tình hình nghiên cứu trong nước, như đã trình bày, việc tái chế, đặc biệt là tái chế một vật liệu phổ biến như nhựa, đã được quan tâm từ lâu, cả trong học thuật lẫn công nghiệp. Trong môi trường đại học, rất nhiều đồ án tốt nghiệp kỹ sư chế tạo máy băm nhựa có thể được tìm thấy online. Hình 1.20 trình bày bản vẽ CAD của một đồ án tốt nghiệp thiết bị băm chai nhựa. Hình 1.21 trình bày hình chụp của một đồ án tốt nghiệp thiết bị băm chai nhựa có hai trục dao băm. Tuy nhiên, điểm chung của các đồ án này là thiết kế theo phương pháp thông thường thông qua khảo sát các thiết bị sẵn có trên thị trường.
Hình 1.20: Bản vẽ đồ án máy băm nhựa [20] Hình 1.21: Đồ án máy băm nhựa 2 trục [20] Trong mơi trường cơng nghiệp, có rất nhiều cơng ty bán máy nghiền, đặc biệt là máy nghiền đa năng. Hình 1.22 trình bày một máy nghiền cơng nghiệp đa năng nghiền phế liệu có giá 45 triệu đồng. Bảng 1 trình bày các thơng số của máy này.
Hình 1.22: Máy nghiền phế liệu công nghiệp [21] Bảng 1.1 Thông số máy nghiền phế liệu đa năng 3A
Động cơ (đã qua sử dụng) 5.5 kW
Nguồn điện 380 V
Tốc độ động cơ chính 1400 vg/ph
Kích thước hạt nhựa nghiền 5-8 mm
Dao băm (9 cái) 99 x 74 x 15 mm
Năng suất 120 – 180 Kg/h
Kích thước máy (dài x rộng x cao) 950 x 800 x 1205 mm
Trong khi đó, có khá nhiều nghiên cứu trong nước về tái chế nhựa nói chung và chai nhựa nói riêng [22]. Tuy nhiên, các nghiên cứu này tuy nhấn mạnh đến tầm quan trọng của việc tái chế nhựa, hình 1.23, nhưng đều bỏ qua khâu nghiên cứu về máy băm nhựa.
Hình 1.23: Quy trình sản xuất vật liệu xanh từ nhựa tái chế [22]
Trên thế giới, rất nhiều cơng trình nghiên cứu về máy băm nhựa đã được thực hiện. Tuy có tính ứng dụng cao, nhưng hầu hết các cơng trình này khơng được đăng trên các tạp chí ISI / Scopus có uy tín. Hầu hết các nghiên cứu cịn sơ sài, khơng có nhiều điểm mới.
Trong khi đó, trong nước, việc tái chế, đặc biệt là tái chế một vật liệu phổ biến như nhựa, đã được quan tâm từ lâu, cả trong học thuật lẫn công nghiệp. Trong môi trường đại học, rất nhiều đồ án tốt nghiệp kỹ sư chế tạo máy băm nhựa có thể được tìm thấy online. Tuy nhiên, điểm chung của các đồ án này là thiết kế theo phương pháp thông thường thơng qua khảo sát các thiết bị sẵn có trên thị trường, chưa thấy đăng báo ISI / Scopus, thậm chí tạp chí trong nước.
Để góp phần bảo vệ mơi trường, tái chế rác thải nhựa, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu chế tạo máy băm nhựa. Nhưng do chỉ nằm trong môi trường học thuật nên máy chỉ dừng lại ở việc khảo nghiệm lấy mẫu. Trong tương lai máy sẽ được nâng cấp để thích hợp với mơi trường cơng nghiệp nhà máy.