BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý, tái sử dụng
chất thải rắn trong dây chuyền sản xuất tấm lợp Fibro xi măng”. CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. TRẦN VĂN TÂN
9029
Hà Nội, 12-2011


BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý, tái sử dụng chất
thải rắn trong dây chuyền sản xuất tấm lợp Fibro xi măng”.

Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ
sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ
số 126.11.RD/HĐ-KHCN ngày 06/4/2011 giữa Bộ Công Thương
và Viện Công nghệ

1.4 Xử lý chất thải rắn dạng đóng rắn của dây chuyền sản xuất tấm lợp 9
2. Phân tích, lựa chọn, tính toán thiết kế máy, nghiền búa và máy khuấy trộn
để tái chế chất thải 10
2.1. Máy nghiền búa 10
2.2. Máy khuấy 15
2.2.1. Thủy lực học khuấy trộn hỗn hợp không đồng nhất 15
2.2.2.Điều kiện hình thành huyền phù trong máy khuấy 16
2.2.3. Công suất tiêu thụ cho khuấ
y trộn chất lỏng 18

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮNPhần 1: Tính toán máy nghiền búa 24
1. Chọn sơ đồ nguyên lý làm việc của máy 24
2.Tính toán và chọn công suất động cơ 27
2.1.Công suất nghiền 27
2.2.Chọn động cơ 28
3.Tính toán động học máy nghiền búa 28
3.1.Kích thước cơ bản của tang mang búa 28
3.2.Kích thước búa 29
3.3.Số vòng quay của rôto 32
3.4.Tính khối lượng búa cần thiết để sinh ra được công đập vật liệu 33

2
3.5.Xác định số hàng búa 34
Phần 2: Tính toán máy khuấy Turbo 35
2.1 Tính tốc độ trục khuấy 35
2.2 Công suất tiêu thụ cho khuấy trộn chất lỏng 36
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 38

3
TÓM TẮT NHIỆM VỤ
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý, tái sử
dụng chất thải rắn trong dây chuyền sản xuất tấm lợp Fibro xi măng.
Đề tài khảo sát nghiên cứu về chất thải rắn của một số nhà máy và tình hình sử
lý chất thải rắn của một số nước phát triển. Từ đó có biện pháp nghiên cứu, phân
tích và lựa chọn công nghệ cho phù hợp v
ới tình hình thực tế và công nghệ sản xuất
trong dây chuyền hiện có của nước ta.
Khảo sát số lượng chất thải rắn và các thành phần, tính chất cơ lý của chất thải
từ đó lựa chọ được công nghệ và thiết bị xử lý, tái sử dụng chất thải rắn cho phù
hợp. Sau khi phân tích, lựa chọn công nghệ ta chọn được các thiết bị phục vụ cho
việc sử lý và tái s
ử dụng chất thải rắn trong dây chuyền.
Đề tài thành công là một bước quan trọng trong việc hoàn thiện các thiết bị của
dây chuyền khi xuất khẩu dây chuyền ra nước ngoài. Vì vấn đề môi trường ở nước
ngoài cực khì khắt khe. Do đó đây là thiết bị không thể thiếu được trong dây
chuyền xuất khẩu ra nước ngoài.


5
CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn trong dây chuyền sản xuất
tấm lợp Fibro xi măng.
Hiện nay, hầu hết ở các nhà máy sản xuất tấm lợp ở nước ta chất thải rắn của
dây chuyền sản xuất sau khi thu gom được vận chuyển đến bãi rác thành phố, thị
trấn để chôn lấp. Hầu hết các cơ sở sản xuất tấm lợ
p chưa có biện pháp và đầu tư
xử lý chất thải rắn. Điều này không những gây thiệt hại về mặt kinh tế mà còn gây

mới đưa về côn nước. Dòng nước thứ hai là nước rửa băng lưới và nước từ hệ chân
không với lượng cặn chất rắn nhỏ (1-2g/l) được thu gom và bơm trả về côn nước.

Sơ đồ nước tuần hoàn

Phần bể nước thu gom, lắng dưới chân côn nước cần phải cải tiến lại để
thuận lợi cho việc thu gom chất thải rắn dạng ẩm ướt.

7

Hệ thống bể thu gom lắng gồm một dãy bể. Nước thải từ côn nước đục được
dẫn đến bể lắng cấp 1 gồm 4 bể nhỏ. Tại đây chất thải rắn trong nước căn bản được
lắng. Tiếp tục nước tràn từ bể lắng cấp 1 được dẫn tới bể lắng cấp 2 gồm 2 bể. Tại
đây nướ
c được làm sạch cơ bản và được dẫn về bể chứa 3 để sử dụng cân bằng
nước công nghệ tuần hoàn
Với cách bổ trí dãy bể và sử dụng các van chặn trên các đường máng dẫn, ta
có thể dễ dàng thu hồi chất thải rắn dạng ẩm ướt và không phải chờ đến khi dừng
dây chuyền.
1.2. Xử lý – tái sử dụng chất thải rắn dạng ẩm
Thành phần ch
ất thải rắn dạng ẩm ướt thu hồi từ bể lắng gồm chủ yếu là các
hạt xi măng thủy hóa và lẫn các sợi nhỏ PVA hoặc Amiăng (theo công nghệ cũ).
Để tái sử dụng chất thải dạng ẩm ướt này trước hết phải nghiền sơ bộ, sau đó đánh
tơi trong máy khuấy trộn turbo trong môi trường nước. Hỗn hợp liệu tái sử dụng
đượ
c khuấy trộn đồng đều và định lượng thể tích để cấp vào máy khuấy phân phối
hoặc khuấy hòa liệu.

8

ện tích mặt bằng lớn song ưu
điểm chính là để chế tạo, bảo trì thuận lợi. Đây là phương án đề tài lựa chọn.
c. Sơ đồ nguyên lý 1.4 Xử lý chất thải rắn dạng đóng rắn của dây chuyền sản xuất tấm lợp
Hiện nay chất thải đóng rắn gồm các mảnh vụn vỡ của tấm lợp được thu gom
và chuyên ch
ở về bãi rác thành phố, thị trấn để chôn lấp. Hầu hết các dây chuyền
sản xuất hiện nay không sử dụng được chất thải này.
Về tương lai để xử lý triệt để phế thải này có thể tái chế nó để làm nguyên
liệu cho làm gạch lát, vách ngăn.
Để đạt được mục tiêu này mảnh vụn, tấm vỡ tấm lợp được:
− Nghiền thô: bằng máy nghiền làm hoặc nghi
ền búa.
+ Sấy (hoặc phơi khô).
+ Nghiền mịn bằng máy nghiền bi.
Hai công đoạn sấy và nghiền mịn thường kết hợp với nhau để giảm năng
lượng nghiền.
Chất thải
rắn
Dạng ẩm
ướt
Nghiền sơ
bộ bằng
máy nghiền
búa
Đánh+ khuấy
bằng máy
khuấy Turbo

thủy hóa và sợi cùng một số tạp chất rắn dạng xi măng đông kết. Bởi vậy để nghiền
thô chất thải rắn dạng ẩm ướt của dây chuyền sản xuất tấm lợp ta chọn loại máy
nghiền búa một rôto, một chiều quay có lắp ghi sàng trong buồng nghiền.
a. Xác định các thông số cơ bản của máy nghiền búa:
Các thông số cơ bản của máy nghiền búa bao gồm: năng suất, đường kính,
chiều dài và tốc độ quay của rôto, kích thước búa nghiền, kích thước max của cục
vật liệ
u nghiền, mức độ nghiền.
− Năng suất máy nghiền búa phụ thuộc vào nhiều thông số như: tính chất cơ
lý của vật liệu nghiền, kích thước và tốc độ quay của rôto, số lượng, khối lượng và
hình dạng búa nghiền, yêu cầu kích thước hạt sản phẩm.
Để xác định sơ bộ năng suất máy nghiền búa ta có thể tính theo công thức
sau (tltk 1):

11
a) Với D
p
> L
p

nLDQ
pp
100
2
0
=
[m
3
/h]
b) Với D

Công suất để nghiền liệu:
N
đp
= N
1
+ N
2

Trong đó:
N
1
- Công suất để tạo năng lượng va đập búa với cục vật liệu
nghiền có trọng lượng G.
N
2
- Công suất tiêu hao nghiền bằng mài mòn trên ghi lưới
trong buồng nghiền liệu được nghiền khi chuyển động
xuyên qua ghi lưới. 102.60

1
1
nzA
N
y
′
= [kW]
Trong đó:

sKg
2
.

m
0
- Khối lượng cục vật liệu có trọng lượng G =
zn
Q
60
[Kg]
Trong đó:
Q – Năng suất máy nghiền kg/h
n – Tốc độ rôto vòng/ph
z – Số lượng búa trên rôto
102.60
.
'
1
2
nA
N
y
= [kW]
Trong đó n – Số vòng quay rôto vòng/ph
a′
n
- Công tiêu hao cho nghiền liệu bằng mài liệu xuyên qua ghi
lưới.
a′

Vm
P
'
'.
'
2
0
=
Trong đó: m
0
- Khối lượng cục vật liệu có trọng lượng G:
m
sKg
2
.13
v′
p
- Tốc độ li tâm của cục liệu vỡ: m/s = 60/ 2 nR
n
′
π

r′
n
- Khoảng cách từ trục rôto đến tâm cục vật liệu

2

Theo TLTK 1 có thể tính công suất cần thiết của động cơ máy nghiền búa theo
công thức kinh nghiệm :
N = 7,5 D.L (
60
n
)
N = 0,15 D
2
.L.n
N = (0,1 – 0,15) Q.i
Trong đó:
N - Công suất động cơ kW
D - Đường kính rôto m
L - Chiều dài rôto m
n - Tốc độ rôto vòng/phút
Q - Năng suất máy nghiền búa Tấn/h
i - Mức độ nghiền
*Một số chú ý khi tính toán, thiết kế máy nghiền búa để nghiền thô chất thải
ẩm ướt của dây chuyền tấm lợp.
Vì điều kiện nghiền ướt nên kết cấu ổ đỡ phải cải tiến, đặc biệt là vòng bít làm
kín và
ổ bi phải bảo đảm chịu tải và tránh xâm thực của nước và liệu nghiền.
Vì khi ướt chất thải ở dạng như than bùn, không có hình thành các cục liệu song
trong chất thải vẫn lẫn các cục liệu đã đóng rắn khi vệ sinh côn nước đục. Bởi vậy

14
khi nghiền thô có thể coi mức độ nghiền i có giá trị bằng 10 ÷ 20 (nghiền từ cục
liệu trung bình từ 10mm ÷ 20mm đến kích thước trung bình 1mm)
Với việc sử dụng vòng làm kín dạng dây amiăng phấn chì nên hiệu suất truyền
động sẽ giảm bởi vậy nên lưu ý khi tính toán chọn công suất động cơ.

− Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và quá
trình hóa học.
Phụ thuộc vào pha vật chất nào là pha tán xạ ta có thể chia hệ chất lỏng không đồng
nhất thành:

16
a) Huyền phù: Hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong chất lỏng.
b) Nhũ tương: Các giọt chất lỏng của một chất chuyển vào chất lỏng thứ hai
trong trạng thái lơ lửng và trộn đều với nhau.
c) Hỗn hợp chất lỏng – khí, trong đó trong điều kiện xác định được gọi là bọt.
Bọt khí xuyên qua chất lỏng.
d) Hệ h
ỗn hợp: Trong đó đồng thời xảy ra hiện tượng tạo nhũ tương và huyền
phù, nhũ tương và bọt….
Các hệ chất lỏng như điểm a và b trong một số trường hợp có thể coi là chất
lỏng phi Newton. Khi thiết kế máy khuấy để khuấy trộn hệ không đồng nhất ta
phải kiểm tra điều kiện hình thành hệ hai pha, tính toán công suất khuấy cũng
như đi
ều kiện khác như trao đổi nhiệt, quá trình chuyển khối.
Máy khuấy trộn trong công tác xử lý chất thải rắn dạng ẩm ướt của đề tài có
nhiệm vụ tạo huyền để tái sử dụng. Bởi vậy trong một loạt vấn đề liên quan đến
thủy lực học của quá trình khuấy trộn ta chỉ phân tích và xem xét đến điều kiện
hình thành huyền phù và công suất tiêu hao cho khuấy.
2.2.2.Điều ki
ện hình thành huyền phù trong máy khuấy
Việc tạo thành huyền phù (Hạt rắn lơ lửng trong chất lỏng) trong máy khuấy
có thể xảy ra ở một tốc độ tương ứng nào đó của chất lỏng. Nếu tốc độ chất lỏng
thấp hơn giá trị đó, hạt rắn sẽ lắng xuống đáy thiết bị và tạo lớp lắng ở đáy.
Rất nhiề
u tác giả cho rằng để đạt được trạng thái đó – trạng thái huyền phù,

– Gia tốc trọng trường.
+ c = 4,629 đối với khuấy tuốc bin
+ c = 10,325 đối với khuấy kiểu chân vịt
Như vậy đối với cơ cấu khuấy tuốc bin
K = c. g
0,45
= 4,629.9,81
0,45
= 12,9
Đối với cơ cấu khuấy chân vít
K = c. g
0,45
= 10,325.9,81
0,45
=28,8
+ d
s
- Đường kính hạt rắn (m)
+
∆
γ
- Hiệu khối lượng chất rắn và lỏng

∆
γ
= γ
s
- γ
c
(Kg/m

18
Độ nhớt của huyền phù có nồng độ thể tích của pha hạt α ≤ 1 có thể xác định
theo công thức
n = n
c
(1+1,25α)
Trong đó: n
c
: Nồng độ của chất lỏng.
2.2.3 Công suất tiêu thụ cho khuấy trộn chất lỏng:
Công suất khuấy trộn N là năng lượng tiêu thụ để khuấy trộn chất lỏng tạo dòng
xoáy trong chất lỏng và cuối cùng năng lượng này biến thành nhiệt năng.
Công suất dẫn động cơ máy khuấy tính theo công suất

dp
S
nn
N
N
.
=
[w] (1)
Trong đó: n
p
- Hiệu suất truyền động cơ khí.
n
d
- Hiệu suất của bộ làm kín (Vòng bít nếu có khi thiết kế bộ
truyền động).
Khi chọn động cơ theo công suất khuấy trộn tính toán ta chọn động cơ có công

Nế
u phân tích thứ nguyên cho trường hợp trong đó thiết bị khuấy thuộc nhóm hình
học của các thiết bị đồng dạng thì chỉ cần một trong các thông số hình học ví dụ
như d đường kính cánh khuấy là đủ. Khi đó công thức (2) có dạng:
N = f(n, γ, n, d, d…) (3)
Theo nguyên tắc của phương pháp phân tích thứ nguyên, phương trình trên có thể
biểu thị bằng phương trình mũ (Hàm số mũ)
N = c.n
a
. γ
b
.n
c
.g
e
.d (4)
Nếu công suất tính bằng W = Jun/s = N.m/s ta có:

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣

⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
S
S
mKg 1.
3
2

Sau khi rút gọn phương trình trên có dạng:
[Kg]
1
.[m]
2
.[s]
3
= [Kg]
b+c
.[m]
-3b-c+e+f
.[s]
-a-c-2e
Phương trình (4) là phương trình đồng nhất về thứ nguyên bởi vậy chỉ số mũ tương
ứng của nó phải bằng nhau.
-Chỉ số mũ với (Kg)

dndn
−−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
22
.

η
γ

Bằng phương pháp trên ta có các chuẩn số không thứ nguyên – chuẩn số đồng
dạng
R
e
=
η


21
đánh giá chế độ khuấy thủy động của một quá trình khuấy nào đó, cũng như đánh
giá hiệu quả sử dụng năng lượng người ta dùng chuẩn số đồng dạng như đã nêu
trên
− Chuẩn số Reynolds khuấy là chuẩn số đặc trưng cho chế độ thủy động của quá
trình khuấy trộn.
Căn cứ vào giá trị của chuẩn số Reynolds khuấy có thể
xác định được chế độ thủy
động của thiết bị khuấy:
a)Khi
300ReRe
1
=<
KK
đó là chế độ chảy tầng.
b)Khi
21
1000Re300Re
eKKK
R
=
<≤= đó là chế độ quá độ
c) Khi
2
Re1000Re
KK
=>
đó là chế độ chảy rối
− Chuẩn số Frud khuấy:


22
d - Đường kính cánh khuấy m
b - Chiều rộng cánh khuấy (m) và bằng C
b
.d

r
w - Vận tốc hướng kính trung bình
dncw
wrr

=z
w - Vận tốc hướng trục trung bình

dnctncw
wzwzz

′
== (t là bước của cơ cấu cánh khuấy)
Thay các giá trị trên vào công thức tính hiệu ứng bơm ta có công thức tính hiệu ứng
bơm cho cơ cấu khuấy bất kỳ
3
dnCV
p
=
Hệ số C xác định bằng thực nghiệm

tính công suất khuấy có dạng:
η

32
1
dnKN =
K
1
– Là hằng số và lấy bằng giá trị chỉ số Euler khi chuẩn số Reynolds =1

23
(
)
1
Re
1
=
=
u
EK
Từ phương trình trên ta có nhận xét: Công suất khuấy trộn chất lỏng trong trường
hợp chảy tầng không phụ thuộc vào tỷ trọng chất lỏng mà là hàm của độ nhớt.
Trong trường hợp chảy rối công suất khuấy trộn tính theo công thức:
γ

53
2
dnKN =
Trong đó:
(