0

Bộ công thơng
Tổng công ty giấy việt nam
Viện công nghiệp giấy và xenluylô Báo cáo tổng kết
đề tài cấp bộ năm 2008 nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống
máy nghiền bột bán hóa công suất 10 tấn / ngày
Cơ quan chủ quản: bộ công thơng
Cơ quan chủ trì:
viện công nghiệp giấy và xenluylô
Chủ nhiệm đề tài:
Khổng Quế
Kỹ s cơ khí
1.2. Lựa chọn của đề tài
6
1.2.1. Sơ đồ sản xuất bột bán hóa
6
1.2.2. Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài
7
Phần II : Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu 8
2.1. Đối tợng nghiên cứu 8
2.2. Phơng pháp nghiên cứu
8
Phần III : Kết quả nghiên cứu 9
3.1. Kết cấu, vật liệu chế tạo, nguyên lý hoạt động
của các thiết bị nghiền bột bán hóa
9
3.1.1. Máy nghiền vít
9
3.1.2. Máy nghiền đĩa
10
3.2. Lựa chọn phơng án kỹ thuật để thiết kế
11
3.3. Tính toán thiết kế máy
12
3.3.1. Máy nghiền vít
12
3.3.2. Máy nghiền đĩa
17
3.4. Công nghệ chế tạo và lắp ráp các thiết bị
20
3.4.1. Máy nghiền vít
20

nghề khác, trong công nghiệp sản xuất giấy, mỗi một sản phẩm làm ra phải có
một dây chuyền thiết bị phù hợp. Công đoạn nghiền trong cả quy trình công
nghệ sản xuất giấy là công đoạn không thể thiếu, nó quyết định tới chất lợng
sản phẩm.
Quá trình nghiền đợc thực hiện với nguyên liệu có thể là bột giấy, giấy
loại hoặc là mảnh nguyên liệu đã qua xử lý. Với mỗi loại nguyên liệu đa vào
nghiền ta phải có các thiết bị cho phù hợp.
Hiện nay Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đang thực hiện một số đề
tài về công nghệ liên quan đến bột bán hóa. Việc đầu t thiết bị nghiền bột bán
hóa phù hợp với quy mô thử nghiệm là một vấn đề cần thiết. Các thiết bị nghiền
đang đợc sử dụng ở các đơn vị sản xuất giấy và bột giấy trong nớc hiện nay
đều đợc nhập từ nớc ngoài mà chủ yếu từ Đài Loan và Trung Quốc đồng bộ
theo dây chuyền sản xuất giấy, nên nếu nhập riêng lẻ sẽ có giá thành rất cao.

4
Chính vì vậy, năm 2008 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đợc Bộ
Công Thơng giao cho chủ trì thực hiện đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ
thống máy nghiền bột bán hóa công suất 10 tấn/ngày.
Mục tiêu của đề tài: Chế tạo, lắp đặt và đa vào vận hành hệ thống máy
nghiền bột bán hóa có công suất 10 tấn/ngày, gồm: 01 máy nghiền vít xoắn và
01 máy nghiền đĩa.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu các thiết bị nghiền bột bán hóa đợc chế tạo tại nớc ngoài
về cấu tạo, kết cấu, vật liệu chế tạo.
- Lập phơng án kỹ thuật, tính toán, chọn vật liệu, thiết kế, chế tạo máy
nghiền bột bán hóa đạt công suất đề ra.
- Lắp đặt, chạy thử, đánh giá về công suất, chất lợng của thiết bị
Phơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu các thiết bị nghiền bột bán hóa qua các tài liệu của nớc
ngoài để tìm hiểu: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vật liệu chế tạo các thiết bị

xuất bột đơn giản nhất, nhng giấy đợc sản xuất từ loại bột này có cơ tính thấp,
độ trắng không cao nên thờng đợc sử dụng để sản xuất giấy in báo.
- Phơng pháp bán hóa:
Phơng pháp bán hóa có thể đợc coi nh là một ph
ơng pháp trung gian
giữa hai phơng pháp trên, phơng pháp này cũng sử dụng tác nhân là chất hóa
học nhng ở nồng độ thấp hơn nhiều so với phơng pháp hóa học. Hóa chất đợc

6
thẩm thấu vào nguyên liệu thông qua việc ngâm tẩm trong môi trờng có nhiệt
độ thấp. Việc sử dụng hóa chất ở phơng pháp này chỉ nằm mục đích làm mềm
nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi đợc làm mềm bởi quá trình thẩm thấu hóa
chất (mảnh nguyên liệu) đợc đa sang nghiền để thu đợc các xơ sợi bột giấy.
Phơng pháp bán hóa có hiệu suất cao (70-90%) trong sản xuất bột. Bột bán hóa
đợc sử dụng để sản xuất giấy bao bì, các tông (bột không tẩy); sản xuất giấy in
báo (bột tẩy trắng nhẹ); giấy in, giấy viết (bột đã qua tẩy trắng).
1.1.2. Thiết bị nghiền bột bán hóa đợc sử dụng ở Việt Nam
Các loại máy nghiền đang đợc sử dụng trong ngành giấy hiện nay là:
nghiền Hà Lan, nghiền đĩa, nghiền côn, nghiền vít.
Nh phần trên đã trình bày, bột bán hóa đợc sản xuất bằng phơng pháp
thẩm thấu hóa chất các mảnh nguyên liệu sau đó đa chúng vào nghiền để thu
hồi các xơ sợi bột giấy. Các thiết bị nghiền mảnh đợc sử dụng để nghiền bột
bán hóa gồm chủ yếu là hệ thống máy nghiền đĩa 2 cấp hoặc 3 cấp. Hiện nay tại
Việt Nam có Công ty Giấy Tân Mai là doanh nghiệp sản xuất bột hóa nhiệt cơ
tẩy trắng (bột BCTMP) sử dụng thiết bị nghiền mảnh là nghiền đĩa. Tại đây,
công đoạn nghiền đợc chia làm 2 giai đoạn: nghiền sơ cấp và nghiền thứ cấp.
Ngoài hệ thống máy nghiền đĩa nh trên, tại các các cơ sở sản xuất bột
theo phơng pháp kiềm lạnh (sản xuất giấy vàng mã), ngời ta còn sử dụng thiết
bị nghiền là hệ thống nghiền bao gồm: máy nghiền vít, máy nghiền Hà Lan, máy
nghiền đĩa.

t
Nghiền vít
Mảnh gỗ đã qua tuyển chọn
Xeo bột

8
Phần II
đối tợng và Phơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tợng nghiên cứu :
Trong đề tài này đối tợng đợc nghiên cứu là hệ thống máy nghiền bột
bán hóa có công suất 10 tấn/ngày, bao gồm: 1 máy nghiền vít và 1 máy nghiền
đĩa
2.2. Phơng pháp nghiên cứu:
- Căn cứ vào các tài liệu của nớc ngoài mà chủ yếu là của Liên Xô cũ để
tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vật liệu chế tạo các thiết bị nghiền bột
bán hóa.
- Tham quan khảo sát các thiết bị nghiền bột cơ, bột hóa, bán hóa, kiềm
lạnh hiện đang đợc sử dụng tại các doanh nghiệp sản xuất bột giấy và giấy ở
Việt Nam
- Lựa chọn phơng án kỹ thuật, tính toán , thiết kế chế tạo, lắp đặt và vận
hành hệ thống máy nghiền bột bán hóa có công suất 10 tấn/ngày.

9
Phần III
Kết quả nghiên cứu
3.1. Kết cấu, vật liệu chế tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị
nghiền bột bán hóa.
3.1.1. Máy nghiền vít:
- Kết cấu và vật liệu chế tạo máy nghiền vít: Trong các tài liệu của nớc
ngoài nh Liên Xô cũ, Trung Quốc không có đề cập đến máy nghiền vít, việc

dao đế bằng cách nâng hoặc hạ chiều cao tâm của trục nghiền thông qua các tấm
đệm dày 1mm bên dới các gối đỡ của trục nghiền.
3.1.2. Máy nghiền đĩa:
- Kết cấu và vật liệu chế tạo của máy nghiền đĩa: máy nghiền đĩa bao
gồm các bộ phận chính nh sau:
+ Thân máy: đợc đúc bằng gang xám, là bộ phận chính để đỡ các bộ
phận khác của máy.
+ Hộp nghiền: cũng đợc đúc bằng gang xám, đây là nơi xảy ra hoạt động
chính của máy, đó là quá trình nghiền.
+ Đĩa nghiền (dao nghiền): nằm trong hộp nghiền, gồm có 01 đĩa đợc
lắp cố định trên thân hộp nghiền, 01 đĩa đợc lắp trên trục nghiền. Trên bề mặt
các đĩa nghiền có các rãnh tạo thành các lỡi dao để nghiền, các đĩa nghiền đợc
lắp đồng tâm với nhau. Đĩa nghiền đợc làm bằng thép 40X17H2M hoặc thép
95X18 là các kim loại có độ chịu nhiệt và chịu mài mòn cao.
+ Trục nghiền: là bộ phận truyền chuyển động trực tiếp từ động cơ điện
sang cho đĩa nghiền.
- Nguyên lý hoạt động của máy nghiền đĩa:
Nguyên liệu đợc đa vào hộp nghiền qua tâm đĩa nghiền cố định, dới
tác động của chuyển động quay tròn của đĩa nghiền, nguyên liệu chịu sự tác
động của lực ly tâm di chuyển từ tâm đĩa ra vành đĩa trong các rãnh đợc tạo ra
bởi các lỡi dao nghiền, trong quá trình di chuyển chịu sự tác động của lực ma
sát tạo ra giữa 2 đĩa chuyển động và cố định, nguyên liệu đợc nghiền theo yêu
cầu công nghệ.

11
Để thay đổi chất lợng nghiền ngời ta điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt
đĩa nghiền bằng cách đẩy đĩa nghiền di chuyển theo phơng dọc trục nhờ hệ một
bộ truyền trục vít bánh vít.
3.2. Lựa chọn phơng án kỹ thuật để thiết kế.
Để thực hiện việc thiết kế một thiết bị mới, ta có 2 cách thực hiện

song song với đờng tâm trục của lô dao bay để tạo thành một góc nghiêng giữa
dao bay và dao đế thì ở máy nghiền vít cũng tơng tự nh vậy do dao đế song
song còn dao bay thì nghiêng một góc 5
0
so với đờng tâm trục dao bay.
Nếu không kể đến bộ phận tiếp liệu của máy nghiền vít là các cánh xoắn
có nhiệm vụ đẩy nguyên liệu vào buồng nghiền, thì nguyên liệu đợc dịch
chuyển trong thân của máy nghiền vít cũng tơng tự nh trong máy nghiền Hà
Lan.
Qua các điểm tơng đồng nh đã nêu ở trên giữa máy nghiền Hà Lan và
máy nghiền vít, chúng tôi quyết định chọn phơng án áp dụng các công thức tính
toán cho máy nghiền Hà Lan trong các tài liệu của Liên Xô cũ vào việc tính toán
cho máy nghiền vít.
3.3. Tính toán thiết kế máy
3.3.1. Máy nghiền vít:
a - Các bộ phận chính của máy và các thông số kỹ thuật
- Thân máy: thân máy làm bằng kim loại có dạng hình ống, thân có chiều
dài 1.5m và có độ dày 20mm. Trên thân máy tại một đầu có 01 cửa nạp liệu có
khích thớc 350x260mm nằm phía trên và 01 cửa ra liệu có kích thớc
300x180mm nằm bên cạnh thân và ở đầu còn lại. Các thanh dao đế đợc hàn
phía dới, bên trong lòng của thân máy.
- Trục máy: đợc làm bằng thép ống có đờng kính 140mm, dày 10mm. ở
hai đầu trục có cốt trục bằng thép đặc bằng phơng pháp đóng chốt 25 xuyên
qua và hàn chắc là nơi lắp vòng bi, bánh đai nhằm truyền chuyển động quay cho
trục từ động cơ điện. Trên trục có gắn 04 tấm thép mà trên đó có các thanh dao
bay và 02 vòng cánh xoắn theo hớng xoắn phải để đẩy mảnh nguyên liệu vào
khoang nghiền.
- Dao bay: đợc làm bằng thép chịu mài mòn, với kích thớc chiều dày
(rộng) s
1

Cặp bánh đai của máy đợc đúc bằng gang với 03 rãnh đai chạy đai C và
có kích thớc nh sau: bánh đai chủ động d
cd
= 200mm; bánh đai bị động
d
bd
=550mm vì vậy tỷ số truyền của cặp bánh đai này là
550
2.75
200
bd
cd
d
i
d
== =
Động cơ điện dùng cho máy là động cơ có công suất 37KW và số vòng
quay n
dc
= 1450 v/ph. Số vòng quay của trục máy sẽ là
1450
527 /
2,75
dc
n
nvph
i
== =

Kết cấu cụ thể của máy nghiền vít đợc thể hiện trên bản vẽ lắp ở phần

trong đó: n số vòng quay của trục nghiền (rô to) trong 1 phút
m
1
số lợng dao bay máy
m
2
số lợng dao đế của máy
l chiều dài tiếp xúc giữa dao bay và dao đế, m
từ (2)
527.4.11.1
386,5 /
60
n
L
ms==

Diện tích bề mặt nghiền của máy đợc xác định theo
1122
cos
zszsl
F
d


= cm
2
(3)

trong đó : z
1

E
F
=
m/s.cm
2
(4)

2
386,5
1,293
299 .
m
E
s
cm
==

Hệ số đặc trng nghiền của máy thể hiện mức độ cắt ngắn và làm mịn xơ
sợi của các loại máy nghiền khác nhau. Hệ số này càng lớn thì máy càng có khả
năng cao hơn trong việc làm giảm kích thớc theo chiều dài của xơ sợi (cắt), nếu

15
hệ số E nhỏ thì máy có khả năng cao hơn trong việc làm giảm kích thớc theo bề
ngang của xơ sợi (nghiền). Với hệ số
2
1,293
.
m
E
s

S: bớc xoắn (m), S = 0,22m
n: số vòng quay của vít xoắn (vòng/phút), n = 527 v/ph


: hệ số điền đầy của mảnh,

=0,12 0,36

22 3
3,14
60 (0,376 0,14 ).0,22.527.0,16 106 /
4
LT
Qmh=
Thông thờng khi nghiền bột ta thờng nghiền ở nồng độ 3-5%, tơng tự
nh vậy ở máy nghiền vít dùng để nghiền mảnh ta cùng chỉ nghiền với mức độ
chiếm chỗ của mảnh là 3-5% thể tích khoang nghiền, tránh hiện tợng tắc nghẽn
của máy. Vì vậy lu lợng thực tế của mảnh mà máy có thể nghiền đợc là Q
TT

đợc xác định theo công thức Q
TT
= 0,05Q
LT
= 0,05.106 = 5,3 m
3
/h
Khối lợng bột khô tuyệt đối g mà máy nghiền đợc trong một giờ đợc
xác định theo công thức
TT

z
(7)
Trong đó: N
u
công suất tiêu hao trong quá trình nghiền
N
z
công suất tiêu hao còn lại
N
z
= N
a
+ N
h
+ N
t
+ N
v
+ N
b
(8)
Trong đó: N
a
công suất tiêu hao dùng cho việc di chuyển nguyên liệu
trong mắt nghiền
N
h
công suất tiêu hao cho việc nâng khối lợng nguyên liệu
trong mắt nghiền
N

a
= 45,6%N
N
h
= 4,5%N
N
t
= 2,2%N

17
N
v
= 5,2%N
N
b
= 3,5%N
Ta thấy rằng công suất N
a
chiếm tỷ lệ lớn nhất vì vậy chỉ cần tính công
suất này sau đó sẽ suy ra các công suất khác và công suất tiêu hao tổng cộng

100
45,6
a
N
NKW=
(10)
mà
()
102

nS
vms== =14,7(10,37 1,9)10,37
12.7
102
a
NKW

=

theo
(10)
100.12,7
27,85
45,6
NKW==

Công suất của động cơ điện N
đc
đợc xác định bằng N
đc
= 1,2N vì vậy
N
đc
= 1,2.27.85 = 33.42KW
Vậy việc chọn động cơ có công suất 37KW và số vòng quay n = 1450 v/ph
cho máy ngay từ đầu là phù hợp.
3.1.2. Máy nghiền đĩa

3,14.0,38.980
19,5 /
60
vms=

chiều dài nghiền của 01 cặp đĩa của máy đợc xác định bởi
112
1
60
i
n
Lmml=

m/s (13)
trong đó: n số vòng quay của đĩa trong 1 phút
m
1
số răng của đĩa nghiền thứ nhất
m
2
số răng của đĩa nghiền thứ hai
l chiều dài của răng dao nghiền,
0,38 0,18
0,1
22
Dd
lm


== =


1
2
392 /
60
nml
Lms==

Chiều dài nghiền của cả máy sẽ là
1
2 2.392 784 /
n
LL ms
=
==
Diện tích bề mặt nghiền F của máy đợc xác định bởi
2
2
22
2
()
bl n
Fcm
Dd

=

(14)
trong đó: b chiều rộng răng dao, b = 0,5 cm
l chiều dài răng dao, l = 10 cm


trong đó: B tải trọng riêng của dao J/Km,
theo [6], B = 1000 1250 J/Km
L chiều dài nghiền của đĩa trong 1 giây
3
0,35LDn= Km/s (17)
trong đó: D - đờng kính ngoài cùng của đĩa, D = 0,38 m
n số vòng quay của đĩa, n = 980 v/ph

3
0,35.0,38 .980 18,82 /LKms=

20

1100.18,82
20,7
1000
h
NKW==

Công suất tổn hao không tải đợc xác định theo:
35
k
NCnD=
KW (18)
trong đó: C hệ số tổn hao vô ích, C = 1,3.10
-6
1,7.10
-6


Trong phần này chỉ nêu ra công nghệ chế tạo các bộ phận chính của máy
3.4.1. Máy nghiền vít
a - Chế tạo các chi tiết
+ Thân máy:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Hàn hơi: khoét cửa nạp liệu và ra liệu, cửa thăm, cắt các mặt bích ở
hai đầu, gân tăng cứng
Khoan lỗ 18 trên mặt bích
Tiện bản lề của thăm
Lấy dấu, gá hàn dao đế, mặt bích hai đầu, phễu tiếp liệu, ra liệu,
gân tăng cứng, mặt bích cửa thăm.
Trang thiết bị: đầu cắt hơi, hàn điện, máy khoan, máy tiện, thớc lá,
thớc cặp 21
+ Trục máy (trục nghiền):
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Hàn hơi : cắt ống 140, cắt 04 tấm dao bay
Tiện các kích thớc để lắp ghép phần ống và trục đặc
Khoan lỗ, đóng chốt 25, hàn chắc các mối ghép
Lấy dấu, hàn dao bay, cánh vít xoắn vào trục
Tiện chính xác các kích thớc
Phay rãnh then, ta rô lỗ ren M16
Trang thiết bị: đầu cắt hơi, máy hàn điện, tiện, phay, ta rô, thớc
cặp, thớc lá, pan me
+ Bánh đai chủ động, bị động, gối đỡ, nắp gối đỡ:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Đúc phôi
Tiện đạt kích thớc theo bản vẽ

Đúc
Tiện các kích thớc lắp ghép
Khoan các lỗ 15
Trang thiết bị: lò đúc, máy tiện, khoan, thớc cặp
+ Thân máy, hộp và nắp hộp nghiền, thớt di động:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Đúc
Tiện các kích thớc lắp ghép
Lấy dấu và khoan các lỗ 18, phay các rãnh 18, các bề mặt lắp
ghép
Trang thiết bị: lò đúc, máy tiện, phay, khoan, ta rô, thớc cặp
+ Trục máy:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Tiện các kích thớc lắp ghép
Phay rãnh then hoa, rãnh then

23
Trang thiết bị: máy tiện, phay, thớc cặp, pan me
+ Đĩa di động:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Đúc
Tiện các kích thớc lắp ghép
Khoan, ta rô các lỗ lắp đĩa nghiền
Xọc rãnh then hoa
Trang thiết bị: lò đúc, máy tiện, xọc, ta rô, thớc cặp, pan me
+ Bánh vít:
Kích thớc, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết
Đúc
Tiện các kích thớc theo yêu cầu
Phay răng bánh vít

Lắp 2 đĩa nghiền lên đĩa di động
Lắp đĩa di động có đĩa nghiền lên trục nghiền
Đóng nắp hộp nghiền, lắp các đai ốc bắt chặt
Lắp khớp nối và động cơ
Sơn chống rỉ, sơn mầu máy theo yêu cầu
Trang thiết bị: máy mài tay, cờ lê, mỏ lết, búa, đục các loại, pa
lăng
3.5. Chạy thử thiết bị
3.5.1. Quy trình, chế độ công nghệ chạy thử
a - Mục đích:
Kiểm tra công suất vận hành thực tế của hệ thống máy nghiền đợc chế
tạo theo yêu cầu của đề tài.
Đánh giá chất lợng bột đã qua hệ thống máy nghiền.
Sản xuất đợc 200kg bột bán hóa theo yêu cầu của đề tài