Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: nghiên cứu thiết bị và công nghệ tái chế chất

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết bị và công nghệ tái chế chất thải rắn trong công nghệ sản xuất giấy cho giáo dục đào tạo chuyên nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Văn Minh
• Người hướng dẫn: PGS. TS Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Bị Và Công Nghệ Tái Chế Chất Thải Rắn Trong Công Nghệ Sản Xuất Giấy
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Bị và Công Nghệ Tái Chế Chất Thải

Thiết bị và công nghệ tái chế chất thải đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Việc áp dụng công nghệ tái chế chất thải rắn không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế cao. Luận văn ThS này tập trung vào nghiên cứu thiết bị và công nghệ tái chế chất thải rắn từ ngành sản xuất giấy, một trong những ngành công nghiệp phát sinh lượng chất thải lớn. Chất thải rắn từ quá trình sản xuất giấy chứa nhiều thành phần có thể tái chế và tái sử dụng hiệu quả. Thông qua việc thiết kế các thiết bị tái chế hiện đại, nghiên cứu này đã chứng minh khả năng biến chất thải thành sản phẩm có giá trị như gạch không nung, góp phần giải quyết bài toán quản lý chất thải bền vững.

1.1. Nguồn Gốc và Thành Phần Chất Thải trong Sản Xuất Giấy

Chất thải rắn trong công nghệ sản xuất giấy bao gồm các phụ phẩm từ quá trình xử lý giấy phế thải. Trong quá trình tái chế giấy, các công ty như TNHH Giấy Hưng Thịnh phát sinh lượng chất thải từ việc khử mực, tách sợi và sấy. Các thành phần này chứa lignin, cellulose và các nguyên tố khác có thể được tái chế. Nghiên cứu phân tích cho thấy các chất thải này có độ an toàn cao, phù hợp cho việc sản xuất vật liệu xây dựng bền vững.

1.2. Ý Nghĩa Của Việc Nghiên Cứu Công Nghệ Tái Chế

Công nghệ tái chế chất thải mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Việc phát triển thiết bị tái chế chất thải rắn giúp giảm áp lực lên các bãi rác và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Luận văn này chứng minh rằng thiết kế thiết bị hiện đại có thể nâng cao hiệu suất tái chế, tạo ra những sản phẩm chất lượng cao từ chất thải, đóng góp vào phát triển bền vững của ngành công nghiệp.

II. Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Gạch Không Nung Từ Chất Thải

Quy trình sản xuất gạch không nung từ chất thải rắn là ứng dụng thực tiễn của công nghệ tái chế chất thải trong lĩnh vực vật liệu xây dựng. Quy trình này bao gồm nhiều bước quan trọng từ chuẩn bị nguyên liệu đến kiểm nghiệm sản phẩm cuối cùng. Gạch không nung được sản xuất từ chất thải giấy cho thấy những ưu điểm vượt trội so với gạch truyền thống như gạch đất sét nung. Nghiên cứu sử dụng các thiết bị tái chế hiện đại bao gồm máy trộn cưỡng bức và máy ép rung để tạo hình, đảm bảo chất lượng sản phẩm cao. Kết quả thí nghiệm chứng minh rằng gạch từ chất thải đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng, mở ra hướng đi mới cho ngành xây dựng bền vững.

2.1. Các Giai Đoạn Chính Của Quy Trình Tái Chế

Quy trình tái chế chất thải rắn bao gồm ba giai đoạn chính: chuẩn bị nguyên vật liệu, trộn hỗn hợp và ép tạo hình. Giai đoạn đầu tiên liên quan đến việc thu thập và phân loại chất thải từ sản xuất giấy. Giai đoạn thứ hai sử dụng máy trộn cưỡng bức hai trục để tạo hỗn hợp đồng nhất. Cuối cùng, máy ép rung tạo gạch tạo hình và nén sản phẩm cuối cùng với cường độ cao.

2.2. Đánh Giá Chất Lượng Gạch Không Nung

Gạch không nung từ chất thải được kiểm nghiệm chi tiết về cường độ nén, độ hút nước và khối lượng riêng. Các kết quả so sánh với gạch đất sét nung, gạch rỗng và gạch bê tông nhẹ cho thấy sản phẩm đạt các tiêu chuẩn xây dựng hiện nay. Công nghệ tái chế hiện đại đã nâng cao chất lượng sản phẩm, làm cho gạch từ chất thải trở thành lựa chọn hợp lý cho các dự án xây dựng.

III. Thiết Bị Chính Trong Công Nghệ Tái Chế Chất Thải

Thiết bị tái chế chất thải rắn được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa quá trình xử lý chất thải từ sản xuất giấy. Luận văn ThS này đã nghiên cứu và thiết kế hai thiết bị chính trong quy trình: máy trộn cưỡng bức và máy ép rung. Máy trộn cưỡng bức hai trục nằm ngang với cánh xoắn đứt được thiết kế để trộn nguyên vật liệu một cách hiệu quả, tạo ra hỗn hợp có tính chất đồng nhất. Máy ép rung tạo gạch sử dụng lực rung có hướng thẳng đứng để nén và tạo hình sản phẩm. Cả hai thiết bị đều được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tái chế cao nhất và đáp ứng yêu cầu của ngành xây dựng.

3.1. Máy Trộn Cưỡng Bức Hai Trục Nằm Ngang

Máy trộn cưỡng bức được thiết kế với các thông số kỹ thuật tối ưu để xử lý chất thải từ sản xuất giấy. Hai trục xoắn nằm ngang hoạt động đồng thời, tạo chuyển động cưỡng bức cho nguyên vật liệu. Thiết bị này có khả năng trộn hiệu quả các thành phần chất thải rắn với các chất kết dính, tạo ra hỗn hợp đồng nhất. Công nghệ trộn cưỡng bức đã được chứng minh là phù hợp nhất cho quá trình tái chế chất thải ngành giấy.

3.2. Máy Ép Rung Tạo Hình Gạch

Máy ép rung tạo gạch là thiết bị quan trọng thứ hai trong quy trình tái chế chất thải. Nó sử dụng lực rung có hướng thẳng đứng kết hợp với áp lực để tạo hình và nén hỗn hợp thành gạch. Các thông số thiết kế được tính toán dựa trên tần số dao động, biên độ rung và thời gian chấn động. Thiết bị tái chế này đảm bảo sản phẩm có độ rắn, độ đặc và kích thước chính xác theo tiêu chuẩn xây dựng.

IV. Kết Quả Và Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ Tái Chế

Công nghệ tái chế chất thải rắn được trình bày trong luận văn ThS này đã đạt được những kết quả khá khả quan. Thiết bị tái chế được thiết kế đã chứng minh hiệu suất cao trong quá trình xử lý chất thải từ sản xuất giấy. Sản phẩm gạch không nung tạo ra từ chất thải có chất lượng tương đương hoặc vượt trội so với các loại gạch truyền thống. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ này mở ra cơ hội lớn cho các doanh nghiệp ngành giấy giảm chi phí xử lý chất thải đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị. Với sự phát triển thêm và cải tiến thiết bị và công nghệ tái chế, Việt Nam có thể trở thành một trong những quốc gia tiên phong trong lĩnh vực tái chế chất thải bền vững.

4.1. Hiệu Quả Kinh Tế Của Quy Trình Tái Chế

Công nghệ tái chế chất thải mang lại lợi ích kinh tế đáng kể cho các doanh nghiệp. Việc sử dụng chất thải từ sản xuất giấy để làm gạch không nung giúp giảm chi phí nguyên liệu và xử lý chất thải. Sản phẩm gạch từ chất thải có thể được bán với giá cạnh tranh, tạo dòng thu nhập mới. Thiết bị tái chế được thiết kế có chi phí đầu tư hợp lý, cho phép các doanh nghiệp nhỏ và vừa cũng có thể áp dụng công nghệ này.

4.2. Tác Động Môi Trường Tích Cực

Công nghệ tái chế chất thải rắn góp phần quan trọng vào bảo vệ môi trường. Bằng cách tái chế chất thải thay vì đổ vào bãi rác, lượng chất thải ngành giấy được giảm đáng kể. Thiết bị và công nghệ tái chế giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên như đất sét dùng làm gạch truyền thống. Đồng thời, việc áp dụng quy trình tái chế giảm khí thải từ việc khai thác và vận chuyển nguyên liệu xây dựng, góp phần vào phát triển bền vững của đất nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN MINH NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ CHẤT THẢI RẮN TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 4 4 8 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN MINH NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ CHẤT THẢI RẮN TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN MINH NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ CHẤT THẢI RẮN TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS LÊ HIẾU GIANG ThS.

GVC DƯƠNG VĂN LINH Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 Mục lục LÝ LỊCH KHOA HỌC .I Mục lục VI Danh Mục Hình Ảnh. VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Chất thải rắn trong công nghệ sản xuất giấy.2 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu.3 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố .3 Nghiên cứu quy trình tái chế chất thải rắn trong công nghệ giấy.4 Tính cấp thiết của đề tài .5 Mục đích của đề tài .6 Mục tiêu nghiên cứu hiện nay.7 Phƣơng Pháp Nghiên Cứu. 12 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI .1 Quy trình sản xuất giấy tái chế .1 Sản Xuất Giấy : .2 Sản xuất giấy từ giấy phế thải ( tái chế giấy ) của công ty TNHH Giấy Hƣng Thịnh.2 Sản xuất gạch không nung .1 Gạch không nung .2 Các Loại Gạch Không Nung.3 Nguyên vật liệu để sản xuất gạch không nung hiện nay .3 Thiết bị sản xuất gạch không nung.1 Máy trộn nguyên vật liệu .2 Máy trộn theo phƣơng pháp vật liệu rơi tự do .3 Máy trộn cƣỡng bức .4 Các phƣơng pháp tạo hình trong sản xuất gạch .1 Các phƣơng pháp tạo hình bằng chấn động.2 Máy rung ép tạo hình viên gạch từ chất thải rắn.

50 CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG TỪ CHẤT THẢI RẮN.1 Quy trình công nghệ sản xuất gạch không nung từ chất thải giấy .2 Thí nghiệm các mẫu gạch và kiểm nghiệm mẫu.1 Mục đích của thí nghiệm .2 Máy móc thiết bị dùng kiểm định mẫu gạch .3 So sánh kết quả đạt đƣợc với các loại gạch tiêu chuẩn hiện nay .1 So sánh với gạch đặc đất sét nung.2 So sánh kết quả với gạch rỗng đất sét nung.3 So sánh kết quả với gạch block bê tông nhẹ.4 Biểu đồ mẫu thí nghiệm đạt đƣợc. 68 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG TỪ CHẤT THẢI GIẤY .1 Các thiết bị chính của quy trình sản xuất .2 Máy trộn cƣỡng bức hai trục nằm ngang cánh xoắn.1 Các thông số thiết kê của máy trộn cƣỡng bức cánh xoắn đứt .2 Các bộ phận chính của máy trộn .3 Máy Ép Rung Tạo Gạch .1 Các thông số thiết kế của máy ép rung tạo gạch .2 Các bộ phận chính của máy ép .4 Kết quả nghiên cứu thiết bị tái chế chất thải rắn .1 Máy 1 : máy trộn cƣỡng bức hai trục nằm ngang.2 Máy 2 : Máy ép rung tạo gạch. 88 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. 91 Tài Liệu Tham Khảo.

93 VII Danh Mục Hình Ảnh Hình 1-1 : Tuyển nổi khử mực. 1 Hình 1-2 : Daf xử lý chất thải. 2 Hình 1-3 : Máy xeo nguội tách chất thải. 2 Hình 1-4 : Kết quả phân tích kim loại nặng trong chất thải rắn.

4 Hình 1-5 : Chất thải trong ngành giấy. 6 Hình 1-6: Gạch đƣợc làm từ thành phần giấy. 7 Hình 1-7: Sản phẩm gạch đƣợc làm từ phế thải giấy. 8 Hình 1-8: Dây chuyền tái chế vỏ hộp sữa đầu tiên tại Việt Nam.

9 Hình 1-9: Gạch không nung làm từ phế phẩm nông nghiệp. 10 Hình 2-1: Sơ đồ sản xuất giấy công ty TNHH Giấy Hƣng Thịnh. 15 Hình 2-2: Thủy lực nồng độ cao. 16 Hình 2-3: Tuyển nổi khử mực.

17 Hình 2-4: Giấy sau khi sấy. 24 Hình 2-5 : Quy trình tách chất thải rắn. 25 Hình 2-6 : Gạch xi măng cốt liệu. 30 Hình 2-7 : Gạch papanh.

31 Hình 2-8 : Gạch bê tông chƣng áp. 32 Hình 2-9 : Sản phẩm gạch không nung sản xuất từ rác thải sinh hoạt. 33 Hình 2-10 : Sản xuất gạch bê tông khí trƣng áp. 44 Hình 2-11 : Máy trộn bê tông dạng vật liệu rơi tự do.

45 Hình 2-12 : Máy trộn cƣỡng bức. 46 Hình 2-13 : Tỷ số giữa tần số và biên độ dao động. 48 Hình 2-14 : Ảnh hƣởng của thời gian chấn động đến cƣờng độ nén. 50 Hình 2-15 : Cơ cấu tạo lực rung có hƣớng thẳng đứng.

51 Hình 3-1 : Quy trình 1 sản xuất gạch. 53 Hình 3-2 : Quy trình 2 sản xuất gạch. 54 Hình 3-3: Máy ép hiển thị số. 56 Hình 3-4 : Mẫu gạch số 1.

56 Hình 3-5 : Kết tủa của lignin màu đen. 57 Hình 3-6: Mẫu thí nghiệm 2. 57 Hình 3-7 : Mẫu thí nghiệm 3. 58 Hình 3-8 : Mẫu thí nghiệm 4.

58 Hình 3-9 : Mẫu thí nghiệm 5. 59 VIII Hình 3-10 : Mẫu thí nghiệm 6. 59 Hình 3-11 : Mẫu thí nghiệm 7. 60 Hình 3-12 : Mẫu thí nghiệm 8.

60 Hình 3-13 : Mẫu thí nghiệm 9. 61 Hình 3-14 : Mẫu thí nghiệm 10. 61 Hình 3-15 : Mẫu thí nghiệm 11. 62 Hình 3-16 : Biểu đồ cƣờng độ nén gạch đất sét nung.

63 Hình 3-17 : Biểu đồ độ hút nƣớc gạch đất sét nung. 64 Hình 3-18 : Biểu đồ khối lƣợng/ thể tích gạch đất sét nung. 64 Hình 3-19 : Biểu đồ khối lƣợng/ thể tích gạch đất sét nung. 65 Hình 3-20 : Biểu đồ độ hút nƣớc gạch rỗng đất sét nung.

66 Hình 3-21 : Biểu đồ khối lƣợng/ thể tích max của gạch rỗng đất sét nung. 66 Hình 3-22 : Biểu đồ cƣờng độ nén gạch block nhẹ. 67 Hình 3-23 : Biểu đồ khối lƣợng/thể tích gạch block nhẹ. 68 Hình 3-24 : Biểu đồ cƣờng độ nén của mẫu thí nghiệm.

68 Hình 3-25 : Biểu đồ độ hút nƣớc mẫu thí nghiệm. 69 Hình 3-26 : Biểu đồ khối lƣợng/ thể tích mẫu thí nghiệm. 69 Hình 3-27 : Quy trình công nghệ sản xuất gạch. 71 Hình 4-1 : Bản vẽ máy trộn hai trục cƣỡng bức.

74 Hình 4-2 : Khung và thùng máy trộn. 75 Hình 4-3 : Thùng trộn của máy trộn. 75 Hình 4-4 : Hộp giảm tốc. 77 Hình 4-5 : Trục giảm tốc và hộp giảm tốc máy trộn.

77 Hình 4-6 : Trục máy trộn và cánh máy trộn. 78 Hình 4-7 : Sơ đồ mạch thủy lực máy ép. 79 Hình 4-8 : Sơ đồ nguyên lý của máy ép giai đoạn 1. 80 Hình 4-9 : Sơ đồ nguyên lý máy ép giai đoạn 2.

80 Hình 4-10 : Sơ đồ các thân máy ép thủy lực. 81 Hình 4-11 : Cơ cấu rung trong máy ép. 84 Hình 4-12 : Bản vẽ máy trộn. 85 Hình 4-13 : Bản vẽ thùng trộn.

85 Hình 4-14 : Bản vẽ nắp thùng trộn. 86 Hình 4-15 : Bản vẽ hộp giảm tốc. 86 Hình 4-16 : Bản vẽ cánh trộn. 87 IX Hình 4-17 : Bản vẽ máy trộn hai trục nằm ngang.

87 Hình 4-18 : Bản vẽ máy ép. 88 Hình 4-19 : Bản vẽ khung máy ép. 89 Hình 4-20 : Bản vẽ bàn rung trên. 89 Hình 4-21 : Bản vẽ bàn rung dƣới.

90 Hình 4-22 : Bản vẽ máy ép gạch thủy lực. 90 X CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chất thải rắn trong công nghệ sản xuất giấy. Chất thải trong công nghệ sản xuất giấy đƣợc sinh ra từ hầu hết các khâu trong sản xuất giấy , công đoạn sản sinh ra chất thải nhiều nhất là tại khâu khử mực ( sử dụng công nghệ tuyển nổi ) để làm sạch mực in và các tạp chất có trong giấy để đảm bảo chất lƣợng giấy đƣợc sạch và không có tạp chất Hình 1-1 : Tuyển nổi khử mực Tại tuyển nổi chất thải còn lại lẫn với bột giấy đƣợc tuần hoàn liên tục trong tuyển nổi vì thế tại khâu này hầu hết chất thải sẽ đƣợc xử lý. Tuy nhiên tùy thuộc vào các công thức giấy mà công ty sản xuất ( tỷ lệ các loại giấy pha trộn với nhau ) mà chất thải của giấy sẽ có sự khác nhau , và để khắc phục vấn đề này hầu hết các công ty sử dụng bể thu gom chất thải tập trung với khối lƣợng lớn và tập trung chất thải về bể và xử lý từ từ vì thế tỷ lệ các loại chất trong chất thải tƣơng đối ổn định và không biến động quá nhiều Chất thải sau khi về bể thu gom thƣờng đƣợc xử lý bằng các bể lắng để tách nƣớc còn phần chất thải sẽ đƣợc đƣa về daf xử lý chất thải 1 Hình 1-2 : Daf xử lý chất thải Tại công đoạn này chất thải sẽ đƣợc trộn với hóa chất Cation để làm keo tụ chất thải và sau đó chất thải sẽ nổi lên bề mặt và đƣợc gàu múc tách khỏi daf và đƣa về bể tập trung sau đó dùng xeo nguội để ép làm khô chất thải và đƣa ra bãi tập trung Hình 1-3 : Máy xeo nguội tách chất thải 2 Do có quy trình xử lý chất thải khép kín và tập trung nên lƣợng chất thải và thành phần chất thải của công ty TNHH Giấy Hƣng Thịnh tƣơng đối ổn định và đồng đều.

[15]  Hàm lƣợng các chất độc tố có trong chất thải rắn Để thực hiện quá trình nghiên cứu, thí nghiệm nhằm tái sử dụng chất thải rắn trong cộng nghệ sản xuất giấy sử dụng nguyên liệu từ giấy phế thải;đề tài nghiên cứu đã sử dụng hơn 300kg chất thải rắn ở dạng dẻo và khô của Công ty TNHH giấy Hƣng Thịnh. Để có thể tái chế chất thải rắn, việc đầu tiên là xác định trong chất thải rắn ở dạng dẻo có những thành phần gây hại tới môi trƣờng cũng nhƣ nồng độ của chúng. Để thực hiện việc này tôi đã gửi mẫu chất thải rắn tới Trung tâm Kỹ thuật và Công nghệ môi trƣờng của trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh do Sở Khoa học và Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh cấp phép.