BỘ CÔNG THƯƠNG
Tổng công ty máy Động Lực và máy nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2009
ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu
từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200-500
kg/h”

Mã số:164-09RD/KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy Nông nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Văn Mạnh

ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Th.s : NGUYỄN VĂN MẠNH

VIỆN NCTKCT MÁY NÔNG NGHIỆP

Hà Nội, tháng 12/2009
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4
1.1.Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF 4
1.2.Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 4
1.3.Tình hình nghiên cứu trong nuớc 8

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ


TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

1
MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước theo
hướng công nghiệp hóa- hiện đại hóa là sự phát triển nhanh chóng của các
khu công nghiệp, khu đô thị và hoạt động du lịch kéo theo mật độ dân cư
tăng nhanh. Đời sống sinh hoạt của người dân được cải thiện, nhu cầu tiêu
thụ thực phẩm và các mặt hàng tiêu dùng ngày càng tăng cao. Đó là những
nguyên nhân khiế
n lượng rác thải tăng đột biến.
Mỗi năm cả nước thải ra hơn 15 triệu tấn rác, bao gồm: rác thải sinh
hoạt khoảng 2,7 triệu tấn, rác thải y tế khoảng 2,1 vạn tấn, các chất thải
công nghiệp là 13 vạn tấn, rác thải nông nghiệp khoảng 4,5 vạn tấn….tỷ lệ
này hiện nay đang tăng lên mức đáng báo động. Dự kiến đến năm 2010
lượng rác thả
i hàng năm sẽ lên tới 23 triệu tấn và cùng với sự tăng lượng
rác thải hàng năm thì tỷ lệ các chất độc hại cũng tăng lên [10].
Hiện nay, phương pháp xử lý rác thải chủ yếu vẫn là chôn lấp và đốt.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện nhưng cũng có rất
nhiều nhược điểm như: tốn diện tích, gây ô nhiễm nguồn n
ước và bầu
không khí, với lò đốt rác thải phải chi phí đầu tư rất lớn. Giá một lò đốt rác
của Nhật Bản chào bán là 150.000USD/chiếc, công suất 120kg/h; Trung
Quốc, Đài loan khoảng 80.000-100.000USD/chiếc; Đức khoảng
150.000EUR. Mức giá đó là rất cao so với nhu cầu thị trường của Việt
Nam [16]. Các phương pháp này ngày càng trở lên lỗi thời không còn phù
hợp với tình hình chung của thế giới cũng như của nước ta.

thuận tiện cho việc chuyên chở, bảo quản, tiết kiệm chi phí vận chuyển,
giảm diện tích lò đốt, dễ dàng cơ giới hóa khâu tiếp liệu.
Trên thế giới, đã có rất nhiều nước nghiên cứu công nghệ và chế tạo
thiết bị tạo viên mang tính thương mại hóa cao như: Mĩ, Đức, Italia… Ở
Châu Á có Trung Quốc, Thái Lan. Tuy vậy giá cả của các thiết bị này
thường quá cao, không thu
ận tiện cho các dịch vụ sau bán hàng, không phù
hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta… Trong khi đó, ở nước ta
hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào về việc biến rác thải khó phân
hủy thành chất đốt dưới dạng viên RDF( refuse derived fuel) có thể dùng
trong các lò nung, lò hơi công nghiệp, các nhà máy nhiệt điện đốt than…
Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu công nghệ, thiết kế, chế tạo máy ép
viên rác thải khó phân hủ
y thành chất đốt dạng viên RDF để thay thế nguồn

3
nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt là yêu cầu rất thiết thực.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, được sự đồng ý của Vụ
Khoa học và Công nghệ - Bộ Công Thương chúng tôi tiến hành nghiên cứu
đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ
rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200 – 500 kg/h”.

iển
hình là trong các nhà máy nhiệt điện đốt than. Đây là một giải pháp bền
vững góp phần giảm bớt lượng giác thải chôn lấp. Công nghệ này hiện nay
phát triển khá mạnh tại Italia, Anh, Đức, Pháp….

5
Bảng 1: Sử dụng viên nhiên liệu ở một số nước trên thế giới
Nước Sử dụng (tấn)
Canada 690.000
Thụy Điển 1.400.000
Italia 550.000
Đức 400.000
Mỹ 650.000
Đan Mạch 400.000
Hình 1.1: Hình ảnh các loại viên ép từ phế liệu ngành da giầy

Một số tên tuổi lớn trong chế tạo máy ép viên (Pellet mill) ở châu Âu
và Châu Mỹ như: Bliss (Mĩ), Kahl (Đức), La Meccanica (Ý), Vanarsen (Hà
Lan)…, còn ở Châu Á thì có Chính Xương và Mynhiang (Trung Quốc)…
Máy ép viên được ứng dụng cho rất nhiều sản phẩm khác nhau như: chế
biến thức ăn cho người và gia súc, ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ,
vỏ trấu, mùn cưa ), ép viên rác thải khó phân hủy (nhựa, da giày, vải, phoi
kim loại, túi nilong…), tùy thuộc vào mỗi loại đối tượng đòi h
ỏi có thiết bị
ép viên phù hợp.
Dưới đây là một số loại máy ép viên do nước ngoài sản xuất.



8Hình 1.6 Máy ép khuôn phẳng của hãng Kahl ( Đức)
Máy ép viên trục đứng do Trung Quốc sản xuất (hình 1.4 và 1.5) và máy ép
viên của hãng Kahl (Đức) được ứng dụng cho rất nhiều loại nguyên liệu:
- Phân bón: phân bón hữu cơ, phân bón vô cơ, phân vi sinh.
- Thức ăn chăn nuôi: viên thức ăn gia cầm, viên thức ăn động vật.
- Nhiên liệu: viên mùn cưa.
- Viên RDF
- …Và nhiều lĩnh vực khác nữa.
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Theo nghiên cứu khảo sát của Bộ Tài nguyên môi trường, mỗi năm
cả nước thải ra khoảng 15 triệu tấn chất thải, trong đó 80% rác thải sinh
hoạt và 20% chất thải công nghiệp. Khoảng 70% lượng rác thải đã được
thu gom. Mới chỉ có 20% các bãi chôn lấp rác là hợp vệ sinh. Dự báo,
lượng rác thải hàng năm sẽ tiếp tục gia tăng, với lượng rác thải lớn như vậy

9
thì mức độ đầu tư là rất lớn. Vì vậy, yếu tố then chốt hiện nay là nghiên cứu
tìm giải pháp công nghệ phù hợp, có suất đầu tư nhỏ mà vẫn đáp ứng nhu
cầu hiện tại của Việt Nam.
Để khắc phục tình trạng đó, hiện nay nhiều địa phương đang đầu tư
hàng chục tỷ đồng để xây dựng những nhà máy xử lý rác thải v
ới công suất
từ 200 – 300 tấn/ngày. Đối với chất thải hữu cơ dễ phân hủy được đưa vào
sản xuất phân vi sinh đa chủng POLYFA nhờ công nghệ vi sinh đa chủng,
công nghệ này đang được ứng dụng tại công ty TNHH Phân sinh hóa Sông

trong nước. Cũng đã có một số cơ quan đi vào nghiên cứu, sản xuất máy ép
viên như: Viện Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Nông Nghiệp, Viện Cơ
Điện Nông Nghiệp, … Nhưng kết quả còn rất hạn chế và sản phẩm chủ yếu
phục vụ cho ngành chế biến thức ăn chăn nuôi và phụ phế liệu nông nghiệp
còn với rác thải khó phân hủy có nhiệt trị cao thì vẫn còn bỏ ngỏ.
Hình 1.7. Máy ép tạo viên 2-3 T/H
Trấu ép viên Lõi ngô ép viên Than bùn vi sinh ép viên

11
Bã sắn ép viên Sắn lát ép viên
Hình 1.8 Một số sản phẩm viên ép từ phế liệu nông nghiệp của Viện
NCTKCT máy Nông Nghiệp

Từ những vấn đề thực tế trên đây, chúng tôi nhận thấy cần phải đi
sâu nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị ép viên RDF từ rác thải khó phân
hủy phù hợp nhằm phục vụ cho những yêu cầu thiết thực đang đặt ra.

12
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

2.1.Đối tượng nghiên cứu

Để phân loại, người ta có thể phân ra làm nhiều loại như: rác thải
sinh hoạt, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, rác thải y tế, rác thải

(kcal/kg)
Loại nhiên liệu Nhiệt trị
(kcal/kg)
LPG 11767 Gỗ vụn 2800
Dầu thô 11000 Mùn cưa 3800
Dầu hỏa 11528 Vỏ trấu 3400
Diezel 10917 Vỏ cây cọ 4700
Than cám 5893 Viên gỗ ép 4600-4800
Gỗ 3355 Thanh trấu ép 3500-4500
Viên RDF 3500

Viên RDF có nhiệt trị khá cao
≈
60% nhiệt trị của than cám, nếu tận
dụng được nguồn năng lượng này thì đây là một việc làm hết sức có ý
nghĩa góp phần đáng kể làm giảm việc tiêu thụ nguồn năng lượng hóa
thạch như than đá, dầu mỏ, cũng như các nguồn năng lượng có nguồn gốc
từ cây rừng. Mặt khác góp phần rất lớn vào việc bảo vệ môi trường sống
của con người.
2.2. Quy trình công nghệ và thiết bịHình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải

Nguyên
liệu (rác
thải đã
qua phân
loại)


thành phần rác thải, kích thước và độ ẩm mà ta có thể bổ xung thêm ẩm và
chất ph
ụ gia cho nguyên liệu trước khi đưa vào ép viên nhằm đạt được
năng suất và chất lượng viên ép tốt. Thường thì để đảm bảo chất lượng viên
ép tốt nhất, người ta thường làm khô nguyên liệu xuống dưới độ ẩm 15%.
Áp suất của quá trình nén từ 30 – 150 Mpa. Ma sát giữa vật liệu với khuôn
ép, ma sát giữa vật liệu với nhau làm nhiệt độ viên ép tăng cao khoảng 60 –
70
0
C (đối với máy ép khuôn vành người ta còn dùng hơi nước quá nhiệt để
làm nóng nguyên liệu trước khi ép viên), độ ẩm viên khoảng 13 – 15%. Do
đó, phải làm nguội viên ép để tránh hiện tượng hút ẩm trở lại từ môi
trường, giúp cho quá trình bao gói và bảo quản được thuận tiện. Đường
kính của viên ép có thể là 4; 6; 8; 10; 12 mm. (Đối với rác thải chủ yếu ép
viên có đường kính là 6,8,10 và trong đề tài này tác giả cũng đi sâu vào tiến
hành với các loại khuôn ép có đường kính lỗ như trên). Sau
đó viên ép
được đưa qua sàng phân loại để loại bỏ các viên bị vỡ và các mảnh vụn.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên

Muốn đạt được năng suất cao và chất lượng của viên ép tốt đáp ứng
yêu cầu của người sử dụng, cần phải quan tâm nhiều và có cách xử lý tối
ưu nhất tới các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép viên
như:
a) Độ ẩm nguyên liệu đưa vào ép viên
Độ ẩm nguyên liệu là một thông số hết sức quan trọng trong quá
trình ép viên, độ ẩm nguyên liệ
u quá khô sẽ làm cho ma sát giữa thành lỗ
với nguyên liệu tăng cao dẫn đến làm tăng lượng bụi bột, tăng phản lực ép
có thể dẫn đến vỡ khuôn. Độ ẩm quá cao làm cho liên kết viên trở lên yếu

thoát ra khỏi lỗ khuôn. Áp lực này có thể dẫn tới vỡ tức thời của khuôn,
th
ời gian làm việc vượt quá cũng sẽ tạo ra tổn thương và mỏi của khuôn
làm ảnh hưởng tới chất lượng viên ép thành phẩm. Bởi vậy, việc chọn vật
liệu và phương pháp chế tạo khuôn là nhân tố rất quan trọng quyết định
tính bền của khuôn.
16
f) Nhiệt độ
Trong quá trình tạo viên, khuôn chịu sức ép co dãn của vật liệu ép và
quả lô nén ép vật liệu vào lỗ khuôn gây ma sát giữa vật liệu với vật liệu và
ma sát giữa vật liệu với khuôn và quả lô ép làm phát sinh nhiệt trong buồng
ép viên. Nhiệt phát sinh quá lớn có thể làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi
thành phần trong nguyên liệu.
2.4. Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên

Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia máy ép viên được làm các
loại cơ bản là:
+ Máy ép viên khuôn vành:
+ Máy ép viên khuôn phẳng:
+ Máy ép kiểu pittong, hoặc dạng vít
a
b
c
d
e
f


liệu đồng đều, tránh hiện tượng có quả lô không làm việc làm giảm
năng suất và gây hư hỏng nhanh.
+ Điều chỉnh khe hở giữa các quả lô với khuôn ép đòi hỏi độ
chính xác đồng đều cao.
+ Viên ép sau khi cắt rơi xuố
ng theo quán tính quay tròn của
khuôn ép sẽ bị văng vào thành của vỏ máy nên dễ bị vỡ viên. 18

Hình 2.4. Cấu tạo quả lô, khuôn ép được sử dụng trong máy ép viên khuôn vành
* Máy ép viên khuôn phẳng bao gồm kiểu quả lô quay và kiểu khuôn
quay. Loại khuôn quay thường dùng với những máy có công suất nhỏ và ít
được sử dụng, loại thứ 2 là loại khuôn đứng yên và quả lô quay. Loại này
phổ biến hơn được sử dụng tương đối rộng rãi ở Châu Âu và các nước
Đông Nam Á.
Máy ép viên khuôn phẳng kiểu quả lô quay được chia làm 2 loại: kiểu quả
lô thẳng (hình 2.5b), kiểu quả lô côn (hình 2.5a) a) Kiểu quả lô côn b) Kiểu quả lô thẳng
Hình 2.5. Các kiểu lô trong máy ép viên khuôn phẳng 19
Máy ép viên khuôn phẳng đã khắc phục được những hạn chế của

thiết kế ống nước làm nguội trực tiếp vừa giữ được độ cứng của viên vừa
giảm được nhiệt độ của viên.

20
+ Truyền động sử dụng dây đai hình thang, bánh vít - trục vít hoặc
cặp bánh răng côn…, truyền động sẽ ổn định và tiếng ồn thấp.
Từ những phân tích ưu nhược điểm của các kiểu máy ép viên khuôn
phẳng, khuôn vành và vít xoắn với tính chất của nguyên liệu ép là rác thải
khó phân huỷ (dạng thô,sợi, độ đồng đều thấp), cũng như đánh giá khả
năng chế tạo ở
trong nước chúng tôi đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng
lô thẳng với 2 quả lô quay làm đối tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo.

Hình 2.6. Cấu tạo quả lô ép, khuôn ép và bộ truyền động được sử dụng
trong máy ép viên khuôn phẳng

21
CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN

3.1. Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép viên từ rác thải khó phân hủy
3.1.1. Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên
Vật liệu sau khi trộn được đưa vào bên trong buồng ép của máy ép
viên, nhờ có tấm dẫn liệu ở mặt trên bề mặt khuôn phẳng được phân bố
một cách đều đặn. Khuôn phẳng cố định, trên mặt khuôn lắp 2 quả lô được
lắp chặt trên trục chính. Khi trục quay, quả lô quay theo đồng thời dưới tác
dụng của ma sát quả lô ép quay trục lô tạo ra lực ép vật liệu. Ở
đây vật liệu

chặt tăng đến 0,9 – 1 g/cm
3
.
c) Vùng ép thành hình
Ở trong vùng ép khe hở giữa khuôn và quả lô tương đối bé, lực ép
đột ngột tăng lớn, bề mặt tiếp xúc giữa thể bột tăng mạnh, sinh ra sự nhớt
tương đối tốt, đồng thời bị ép vào lỗ của khuôn. Do vật liệu có tính biến
dạng đàn hồi nên độ chặt của viên hình thành đạt tới 1,2 – 1,4 g/cm
3
. Sau
khi vật liệu bị ép ra khỏi lỗ khuôn, nó có tỷ lệ đàn hồi nhất định (nghĩa là
đường kính của viên lớn hơn đường kính của lỗ khuôn). Nói chung tỷ lệ