Đồ án Thiết kế dây chuyền nghiền mùn hữu cơ năng suất 10 tấn-Giờ

LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình phát triển kinh tế hàng loạt các công trình, nhà máy phục vụ cho cộng đồng ngày một nhiều lên kéo theo sự tập trung dân cư và quá trình đô thị hóa. Cuộc cách mạng về công nghiệp đã mang lại nhiều lợi ích cho con người như nâng cao mức sống, công tác phục vụ ngày một tốt hơn, nhưng đồng thời cũng cũng phát sinh ra một lượng chất thải rắn khá lớn. Trong vài thập kỷ trở lại đây, với sự nhận thức ngày càng cao của cộng đồng về các vấn đề môi trường và sức khỏe, việc lựa chọn các biện pháp nhằm xử lý triệt để nguồn rác thải là một việc làm cấp thiết. Cải tiến quy trình thu gom và xử lý chất thải rắn thay cho hệ thống chôn lấp cũ kỹ lạc hậu là một vấn đề cấp bách và thiết thực. Em được sự phân công của Bộ môn Cơ sở thiết kế máy, Khoa Cơ khí, Trường đại học Bác khoa thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện đề tài: "Thiết kế dây chuyền nghiền mùn hữu cơ năng suất 10 tấn/giờ" - là một dây chuyền trong Hệ thống phân loại và xử lý rác thải rắn. Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Bùi Trọng Hiếu. Với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế sản xuất, với sự nỗ lực hết mình của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của của Thầy hướng dẫn, sau hơn ba tháng tìm hiểu thực tế và trong sách vở em đã hoàn thành đề tài này. Tuy đã hết sức cố gắng, nhưng vì lần đầu tiên thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống nghiền và do thời gian có hạn nên luận án không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong Thầy, Cô xem xét và chỉ dẫn để em có thêm những kiến thức quý báu, tự tin hơn khi bước vào đời. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Bùi Trọng Hiếu trong suốt thời gian thực tập và làm luận án tốt nghiệp. Em xin cảm ơn các Thầy, Cô trong trường ĐHBK Tp.HCM, đặc biệt là các Thầy, Cô trong khoa Cơ khí đã dìu dắt em trong những năm qua. Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị đi trước cùng tất cả các bạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận án này. Tp.HCM, ngày 25-11-2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Nhật Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KỸ THUẬT QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TÔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KỸ THUẬT QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT (CTRSH) / Hình 1.1 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 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. HỆ THỐNG QUẢN LÝ CTRSH Cơ cấu và sơ đồ tổ chức quản lý chất thải rắn đô thị 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. / Hình 1.2: Những hợp thành chức năng của một hệ thống quản lý rác thải rắn. Nhiệm vụ của các cơ quan chức năng trong hệ thống quản lý chất thải rắn ở một số đô thị lớn ở Việt Nam Bộ Khoa Học Công Nghệ Và Môi Trường chịu trách nhiệm vạch chiến lược cải thiện môi trường chung cho cả nước, tư vấn cho Nhà nước trong việc đề xuất luật lệ chính sách quản lý môi trường quốc gia. Bộ Xây Dựng hướng dẫn chiến lược quản lý và xây dựng đô thị, quản lý chất thải. Ủy ban nhân dân thành phố chỉ đạo Ủy ban nhân dân các quận, huyện, sở Khoa học công nghệ và môi trường và Sở giao thông công chính thực hiện nhiệm vụ bảo vệ môi trường đô thị, chấp hành nghiêm chỉnh chiến lược chung và luật pháp chung về bảo vệ môi trường của nhà nước thông qua việc xây dựng các quy tắc, quy chế cụ thể trong việc bảo vệ môi trường của thành phố. Công ty môi trường và đô thị là cơ quan trực tiếp đảm nhận nhiệm vụ xử lý chất thải rắn, bảo vệ vệ sinh môi trường theo nhiệm vụ của sở Giao Thông Công Chính giao. / Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống quản lý chất thải ở một số đô thị lớn ở Việt Nam. Chương II NGUỒN PHÁT SINH, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT 2.1 NGUỒN PHÁT SINH CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Các nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt bao gồm: + Từ các khu dân cư; + Từ các trung tâm thương mại; + Từ các viện nghiên cứu, cơ quan, trường học, các công trình công cộng; + Từ các dịch vụ đô thị, sân bay; + Từ các trạm xử lý nước thải và từ các ống thoát nước thành phố + Từ các khu công nghiệp; / Hình 2.1: Các nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt. 2.2 THÀNH PHẦN CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Thành phần lý, hóa học của chất thải rắn đô thị rất khác nhau, tùy thuộc vào từng địa phương, vào các mùa khí hậu, vào điệu kiện kinh tế và các yếu tố khác. Bảng 2.1: Định nghĩa các thành phần của CTRSH. / Bảng 2.2: Các loại chất thải đặc trưng từ nguồn thải sinh hoạt. / 2.3 TÍNH CHẤT CỦA CTRSH a. Tính chất lý học. Những tính chất lý học quan trọng của chất thải rắn sinh hoạt bao gồm khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước hạt và sự phân bố kích thước, khả năng giữ nước và độ xốp (độ rỗng) của rác đã nén. Khối lượng riêng: Khối lượng riêng được định nghĩa là khối lượng vật chất trên một đơn vị thể tích tính bằng lb/ftᶾ, lb/ydᶾ, kg/mᶾ. Điều quan trọng cần ghi nhớ rằng, khối lượng riêng của chất thải rắn sinh hoạt sẽ khác nhau tùy từng trường hợp: rác tự nhiên không chứa trong thùng, rác chứa trong thùng và không nén, rác chứa trong thùng và nén. Do đó, số liệu khối lượng riêng của chất thải sinh hoạt chỉ có ý nghĩa khi được ghi chú kèm theo phương pháp xác định khối lượng riêng. Khối lượng riêng sẽ rất khác nhau tùy vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu trữ... Do đó, khi chọn khối lượng riêng cần phải xem xét cả những yếu tố này để giảm sai số kéo theo cho phép tính toán. Khối lượng riêng của rác thải sinh hoạt ở các khu đô thị lấy từ xe ép rác dao động trong khoảng từ 178kg/mmᶾ đến 415kg/mmᶾ, và đặc trưng thường vào khoảng 297 kg/mmᶾ. Độ ẩm: Độ ẩm của chất thải rắn thường được biểu diễn theo một trong hai cách: tính theo thành phần phần trăm khối lượng ướt và thành phần phần trăm khối lượng khô. Trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn, phương pháp khối lượng ướt thông dụng hơn. Kích thước và sự phân bố kích thước. Kích thước và sự phân bố kích thước của các thành phần có trong chất thải rắn đóng vai trò quan trọng đối với quá trình thu hồi vật liệu, nhất là khi sử dụng các biện pháp cơ học như sàng quay và các thiết bị tách từ tính. Khả năng tích ẩm. Khả năng tích ẩm của chất thải rắn là tổng lượng ẩm mà chất thải có thể tích trữ được. Đây là thông số quan trọng trong việc xác định lượng nước rò rỉ sinh ra từ bãi chôn lấp. Phần nước dư vượt quá khả năng tích trữ của chất thải rắn sẽ thoát ra ngoài thành nước rò rỉ. Khả năng tích ẩm sẽ thay đổi tùy theo điều kiện nén ép rác và trạng thái phân hủy của chất thải. Khả năng tích ẩm của chất thải rắn sinh hoạt của khu dân cư và khu thương mại trong trường hợp không nén có thể dao động trong khoảng 50-60%. Độ thẩm thấu của rác nén. b. Tính chất hóa học của CTRSH Tính chất hóa học của chất thải rắn đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương án xử lý và thu hồi nguyên liệu. Ví dụ, khả năng cháy phụ thuộc vào tính chất hóa học của chất thải rắn, đặc biệt trong trường hợp chất thải rắn là hỗn hợp của những thành phần cháy được và không cháy được. Nếu muốn sử dụng chất thải rắn làm nhiên liệu, cần phải xác định 4 đặc tính quan trọng sau: Những tính chất cơ bản + Độ ẩm.(phần ẩm mất đi khi sấy ở 105°C trong thời gian 1 giờ) + Thành phần các chất bay hơi. + Thành phần carbon cố định. + Tro (phần còn lại sau khi đốt trong lò hở). Điểm nóng chảy. Thành phần các nguyên tố. Năng lượng chứa trong rác. Đối với phần hữu cơ dùn làm phân compost hoặc thức ăn gia súc, ngoài thành phần những nguyên tố chính, cần phải xác định thành phần các nguyên tố vi lượng. c. Tính chất sinh học của CTRSH Ngoại trừ nhựa, cao su và da, thành phần hữu cơ của hầu hết chất thải rắn sinh hoạt có thể được phân loại như sau: Những phần tan được trong nước như đường, tinh bột, amino acids, và các acid hữu cơ khác Hemicelluso là sản phẩm ngưng tụ của đường 5 carbon và đường 6 carbon. Cellulose là sản phẩm ngưng tụ của glucose, đường 6 carbon Mỡ, dầu và sáp là những ester của rượu và acid mạch dài. Ligin là hợp chất cao phân tử chứa các vòng thơm và các nhóm methoxyl. Lignocellulose Protein là các chuỗi amino acid. Đặc tính sinh học quan trọng nhất của thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt là hầu hết các thành phần này đều có khả năng chuyển hóa sinh học tạo thành khí, chất rắn hữu cơ, và các chất vô cơ . Mùi và ruồi nhặng sinh ra trong quá trình chất hữu cơ bị thối rữa (rác thực phẩm) có trong chất thải rắn sinh hoạt. d. Chuyển hóa lý học, hóa học, sinh học của chất thải rắn Chuyển hóa lý học: Những biến đổi lý học cơ bản có thể xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống quản lý chất thải rắn bao gồm (1) phân loại, (2) giảm thể tích cơ học, (3) giảm kích thước cơ học. Những biến đổi lý học không làm chuyển pha như các quá trình biến đổi hóa học và sinh học. Chuyển hóa hóa học: Biến đổi hóa học chất thải rắn bao hàm cả quá trình chuyển pha (từ rắn sang pha lỏng, từ pha rắn sang pha khí). Để giảm thể tích và thu hồi các sản phẩm, những quá trình chuyển hóa hóa học chủ yếu sử dụng trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt bao gồm (1) đốt (quá trình oxy hóa hóa học), (2) nhiệt phân và (3) khí hóa. Chuyển hóa sinh học: Các quá trình chuyển hóa sinh học thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt có thể áp dụng để giảm thể tích và khối lượng chất thải, sản xuất phân compost dùng bổ sung chất dinh dưỡng cho đất, và sản xuất khí methal. Những vi sinh vật chủ yếu tham gia quá trình chuyển hóa sinh học chất thải hữu cơ bao gồm vi khuẩn, nấm, men và antinomycetes. Các quá trình này có thể được thực hiện trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí tùy theo lượng oxy sẵn có. Những quá trình sinh học ứng dụng để chuyển hóa chất hữu cơ có trong chất thải sinh hoạt bao gồm quá trính làm phân compost hiếu khí, quá trình phân hủy kỵ khí và quá trình phân hủy kỵ khí với nộng độ chất rắn cao. Chương III KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT 3.1 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 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. Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt
Hình 3.1 Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt / Hình 3.2: Nguyên lý xử lý tài nguyên hóa phế liệu thu hồi từ rác thải 3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN COMPOST / Hình 3.3: Quy trình sản xuất phân compost Các bước kỹ thuật vận hành và theo dõi. Bưới 1: Phân loại rác. Chất lượng phân compost phụ thuộc vào chất lượng rác ban đầu. Vì thế khâu phân loại đóng vai trò quan trọng, các thành phần không phân hủy vi sinh vật phải được loại bỏ. Rác tái chế và đổ bỏ được chứa riêng sau đó bán cho vựa ve chai và vận chuyển ra bải rác chung. Rác làm compost sẽ được giữ lại xưởng. Bước 2: Nghiền rác nguyên liệu sau khi phân loại. Nhằm làm nhỏ, tạo điều kiện cho các công đoạn sàng lọc, tách các phế liệu có hại đến quá trình ủ như ny-lông, thủy tinh, kim loại... Bước 3: Đổ rác vào bể ủ Bước 4: Trộn rác với các thành phần bổ sung. Tỷ lệ Carbon và Nitrogen (gọi là C/N) rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác. Cả C và N đều là thức ăn cho vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ. Nguyên liệu rác ban đầu nên có tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 để quá trình phân hủy nhanh và hiệu quả. Bước 5: Đảo trộn rác. Một trong những khâu quan trọng của quá trình compost là phải đảm bảo cung cấp đầy đủ không khí. Bước 6: Kiểm soát nhiệt độ. Hoạt động của vi sinh vật hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ 65 - 70°C trong khoảng 1 - 3 ngày. Bước 7: Kiểm soát độ ẩm. Vi khuẩn lấy được dưỡng chất chỉ khi nó được phân hủy thành i-on trên mặt phân tử nước. Vì thế độ ẩm giữ một vai trò quan trọng. Để đảm bảo tốc độ phân hủy cần duy trì độ ẩm trong các bể compost ở mức 40 - 60%. Bước 8: Ủ chín. Sau khoảng 40 ngày, rác trong các bể sẽ ngã màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới 50°. Điều này cho biết đã đến quá trình chín. Cần thêm 2 tuần nữa để đảm bảo compost chín hoàn toàn và có thể sử dụng bón trực tiếp cho cây trồng. Bước 9: Sàng lọc compost. Việc sàng giúp loại bỏ các thành phần không phải hữu cơ còn sót lại trong quá trình phân loại ban đầu như: mẩu plastic, mẩu kim loại... Phần hữu cơ chưa chín còn lại sau khi sàng sẽ được sữ dụng lại để trộn với phần rác mới như một nguồn carbon vì nó có chứa sẵn các vi sinh vật của quá trình compost. Bước 10: Chứa và đóng bao. Giữ compost nơi khô ráo tránh nước mưa vì nước mưa sẽ mang đi thành phần dưỡng chất. Không nên lưu trữ compost quá 2 năm. Bao đựng compost là loại không thấm nước, nhưng vẫn đảm bảo thông khí. Lợi ích dùng phân compost - Tăng độ tơi xốp, mùn hữu cơ cho đất. - Giữ ẩm, tăng thời gian lưu nước. - Thấm lọc tốt, tránh bạc màu cho đất. - Nhả dưỡng chất từ từ, tăng hấp thụ khoáng chất. - Chống chai hóa đất. - Cải tạo tính chất cơ lý của đất. - Tăng chịu hạn, chịu bệnh. Lợi ích phân bón hữu cơ từ rác thải sinh hoạt - Giảm quỹ đất dùng chôn lấp. - Quản lý cây trồng một cách toàn diện. - Cải tạo đất, giúp đất tơi xốp, bổ sung dinh dưỡng. - Lợi ích kinh tế từ việc bán các sản phẩm compost. 3.3 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 + 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 IV CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN - LỰA CHỌN MÁY NGHIỀN 4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐẬP NGHIỀN 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 hạt 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. 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 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. / Hình 4.1: Bốn phương pháp đập nghiền cơ bản 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 có thể sàn phân loại trước rồi mới tiến hành đập. / Hình 4.2: 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. / Hình 4.3: Sơ đồ chu trình kín 4.2 PHÂN LOẠI MÁY ĐẬP NGHIỀN Việc tìm hiểu các loại máy nghiền để lựa chọn sơ đồ nguyên lý thích hợp là cần thiết cho quá trình thiết kế. Tùy theo tính chất cơ lý, hình dạng, độ ẩm của nguyên liệu đem nghiền, yêu cầu của sản phẩm (độ lớn hạt sản phẩm), năng suất, công suất... mà ta chọn phù hợp để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất. A. MÁY NGHIỀN THÔ VÀ TRUNG BÌNH 1. Máy nghiền má đập / Hình 4.4: Máy đập hàm Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của má đập lên hạt vật liệu sẽ làm cho hạt vật liệu vỡ ra. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để nghiền vật liệu có độ cứng cao và trung bình. Sản phẩm ra có kích thước trung bình và lớn. Ưu, nhược điểm: - Có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, năng suất cao và làm việc ổn định. - Gây tiếng ồn lớn và bụi khi hoạt động 2. Máy nghiền nón / Hình 4.5: Máy nghiền nón Nguyên lý hoạt động: Máy hoạt động trên nguyên tắc chèn ép và ma sát khi bề mặt nón chuyển động tới gần bề mặt nón cố định. Chuyển động trên được thực hiện nhờ chuyển động lắc hay quay tròn của cơ cấu lệch tâm. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để nghiền thô, nghiền trung bình các loại vật liệu cứng. Ưu, nhược điểm: - Hoạt động đều, êm, ít bị rung, năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị vật liệu nghiền nhỏ hơn so với phương pháp nghiền má đập. - Kết cấu phức tạp hơn máy nghiền má đập. 3. Máy nghiền trục / Hình 4.6: Máy nghiền trục Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của lực ép do hai trục nghiền quay ngược chiều nhau sẽ làm cho vật liệu vỡ vụn thành những hạt nhỏ theo kích thước yêu cầu. Mặt khác vật liệu cũng bị chà xát khi vận tốc quay của hai trục khác nhau. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để trong công nghiệp thực phẩm để nghiền các loại ngũ cốc, các loại hạt có dầu. Ưu, nhược điểm: - Kết cấu đơn giản, tránh được quá tải khi dùng cơ cấu điều chỉnh và có khả năng thay đổi được khe hỡ để thay đổi độ mịn của hạt. - Kích thước máy lớn, làm việc ồn. 4. Máy nghiền búa / Hình 4.7: Máy nghiền búa 1 rôto Nguyên lý hoạt động: Vật liệu trong máy nghiền búa được nghiền nhỏ nhờ sự va đập của búa vào vật liệu và sự chà xát vật liệu giữa búa và thành máy. Các hạt vật liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới phân loại sẽ đi ra ngoài. Các hạt có kích thước lớn hơn lỗ lưới phân loại sẽ tiếp tục được nghiền. Phạm vi ứng dụng: Thích hợp nghiền các loại hạt, các loại củ, rễ, các loại xương, các loại hóa chất. Được sử dụng rộng rãi trong ngành lương thực và chế biến thức ăn cho gia súc. Ưu, nhược điểm: - Chất lượng nghiền cao, đảm bảo kích thước hạt, năng suất lớn. - Làm việc ở tốc độ cao, do đó yêu cầu chế tạo chính xác. 5. Máy nghiền răng / Hình 4.8: Máy nghiền răng Nguyên lý hoạt động: Quá trình nghiền trong máy nghiền răng là do tác dụng va đập của các răng với vật liệu đem nghiền như ở máy nghiền búa, dùng để nghiền mịn và rất mịn. Phạm vi ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong ngành lương thực, thực phẩm, chế biến thức ăn cho gia súc, ngành hóa chất và luyện kim. Ưu, nhược điểm: - Năng suất cao, đạt được độ nghiền rất cao. - Kết cấu rôto của máy phức tạp và làm việc ở tốc độ cao nên cần chế tạo chính xác. B. CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN MỊN 1. Máy nghiền chậu con lăn / Hình 4.9: Máy nghiền chậu Nguyên lý hoạt động: Trong quá trình nghiền các con lăn hình cầu, trụ hoặc nón tự quay quanh trục của chúng. Do lực ma sát giữa chậu nghiền với vật liệu nghiền và vật liệu với con lăn, vật liệu nghiền nán nhờ lực nén, ép và chà xát.