Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại

Header Page 1 of 166.
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

7729
27/02/2010

Hà Nội, tháng 12/2009

Footer Page 1 of 166.


Header Page 2 of 166.
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

ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Th.s : NGUYỄN VĂN MẠNH
VIỆN NCTKCT MÁY NÔNG NGHIỆP

Footer Page 2 of 166.

Hà Nội, tháng 12/2009


Header Page 3 of 166.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF
1.2.Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
1.3.Tình hình nghiên cứu trong nuớc

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
2.1 Đối tượng nghiên cứu
2.2. Quy trình công nghệ và thiết bị
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên
2.4. Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên
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
3.1.2. Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra
3.1.3. Kết quả thiết kế, tính toán và lựa chọn các thông số
kỹ thuật của máy ép viên 300- 500 kg/h
A. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền
B. Tính toán thiết kế các bộ truyền
C. Tính toán thiết kế trục
3.2. Quy trình chế tạo một số thiết bị chính của máy ép viên

1
4
4
4
8
12
13
14
16

21
21
23

26
27
29
38

khuôn phẳng.

40

CHƯƠNG 4 – KHẢO NGHIỆM MÁY ÉP VIÊN

46

4.1. Mục tiêu
4.2. Nội dung khảo nghiệm
4.3. Điều kiện khảo nghiệm
4.4. Tiến hành khảo nghiệm
4.5. Kết quả khảo nghiệm

46
46
46
47
48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Footer Page 3 of 166.

58
58
58
59


Header Page 4 of 166.
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 khiến 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 thải 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 nước 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.
Bên cạnh vấn đề xử lý rác thải gây ô nhiễm môi trường đe dọa sức
khỏe của con người là những mối quan tâm về việc giá nhiên liệu hóa thạch
tăng nhanh trong những năm gần đây do nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày
càng cạn kiệt trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng tăng và hiệu ứng nhà
kính do ô nhiễm môi trường đã thúc bách việc phát triển năng lượng hạt
nhân và nhiên liệu tái sinh. Nhưng phát triển năng lượng hạt nhân gặp rất

Footer Page 4 of 166.

1


Header Page 5 of 166.
nhiều khó khăn về vấn đề: an toàn cho máy móc thiết bị, khả năng xử lý
các chất phóng xạ, vốn đầu tư lớn, chi phí bảo dưỡng cao… nên khó phát
triển rộng rãi được ở nhiều quốc gia. Do đó, việc tìm kiếm và sử dụng

nguồn năng lượng tái sinh là nhu cầu cấp thiết, làm giảm ô nhiễm môi
trường.
Ở nước ta, công nghệ xử lý rác thải vẫn còn là vấn đề nan giải bởi nó
đòi hỏi qui trình kỹ thuật đồng bộ, khép kín và suất đầu tư cao. Việc coi rác
thải là nguồn nguyên liệu để tái sử dụng vào các mục đích khác là phương
pháp đang được chính phủ, các ban ngành và các đơn vị hết sức quan tâm
như: sản xuất phân bón cho cây trồng từ các loại rác thải hữu cơ dễ phân
hủy, các loại rác thải phụ phế phẩm trong nông nghiệp (vỏ trấu, rơm, cỏ,
mùn cưa…) và rác thải khó phân hủy mà khi đốt cho nhiệt trị cao (nhựa,
nilon, da giầy, vải…) có thể sản xuất thành chất đốt trong công nghiệp hoặc
tái chế thành các vật dụng khác (ván ép, coopha, ống cống…).
Trong dây chuyền sản xuất chất đốt để thay thế nguồn nhiên liệu hóa
thạch thì thiết bị tạo viên là một trong những thiết bị chính của dây chuyền.
Ưu điểm của việc tạo viên là làm giảm đáng kể thể tích của nguyên liệu,
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 thuận 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 hủy thành chất đốt dạng viên RDF để thay thế nguồn

Footer Page 5 of 166.

2

Header Page 6 of 166.
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”.

Footer Page 6 of 166.

3


Header Page 7 of 166.
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF( refuse derived fuel)
Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để
liên kết các phần tử vật thể ở dạng phân tán với nhau nhằm mục đích:
1. Làm giảm thể tích chứa của nguyên liệu xuống 5-8 lần, rất thuận
tiện cho việc bảo quản, chuyên chở, đóng bao, sử dụng, sấy…
2. Tính lưu động (dễ chảy) tốt, quản lý tiện lợi, rất thuận tiện cho
việc cơ giới hóa khâu cấp liệu vào trong lò đốt.
3. Hiệu suất nhiệt cao hơn so với đốt nguyên liệu dạng thô.
4. Tạo sản phẩm có hình dáng, kích thước và khối lượng phù hợp với
yêu cầu công nghệ chế biến, khi sản phẩm có hình dáng đẹp, khối lượng
phù hợp với khả năng tiêu thụ sẽ thu hút đươc cảm tình và kích thích sức
mua của người tiêu dùng.
1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Rác thải ngày nay đã trở thành vấn đề lớn của toàn thế giới. Chỉ tính

riêng ở các nước Châu Âu hiện nay hơn 70% chất thải rắn đô thị được xử
lý bằng phương pháp chôn lấp. Trong khi đó mục tiêu của các nước này là
đến năm 2020 lượng rác thải chôn lấp phải giảm được 35%. Vì vậy nhiều
nước EU phải thay đổi triệt để thực tiễn quản lý rác thải. Mục tiêu hàng đầu
là tăng mức độ tái chế, thu hồi năng lượng và chế biến rác thải thành phân
bón (Thụy Điển là nước hiện đang rất phổ biến các loại máy chuyên sản
xuất phân bón từ rác thải sinh hoạt)[15].
Một trong những giải pháp được các nước này đặc biệt quan tâm là
biến nguồn giác thải khó phân hủy này thành dạng viên RDF. RDF có thể
sử dụng như một nguồn thay thế than trong các lò hơi công nghiệp, điển
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….

Footer Page 7 of 166.

4


Header Page 8 of 166.
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 hỏi có thiết bị
ép viên phù hợp.
Dưới đây là một số loại máy ép viên do nước ngoài sản xuất.

Footer Page 8 of 166.

5


Header Page 9 of 166.

Hình 1.2: Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành của hãng ZTMT (Trung Quốc)

Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành do hãng ZTMT (TQ) sản xuất
(hình 1.2) được dùng phổ biến trong lĩnh vực chế biến thức ăn chăn nuôi.

Hình 1.3: Máy ép tạo viên của Đức ( Model 600)
Máy ép tạo viên do Đức sản xuất (hình 1.3) là loại máy ép phế liệu
thành viên như: các phế liệu từ việc chế biến gỗ ép thành viên nhằm sản
xuất nhiên liệu cho các lò đốt và tái chế.

Footer Page 9 of 166.

6


Header Page 10 of 166.

Hình 1.4: Máy ép viên khuôn phẳng của hãng Holyphant (Trung Quốc)

Hình 1.5. Máy ép viên trục đứng loại nhỏ

Footer Page 10 of 166.

7


Header Page 11 of 166.

Hình 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

Footer Page 11 of 166.

8


Header Page 12 of 166.
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 với 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
Kôn (Tây Sơn – Bình Định), công ty công nghệ môi trường xanh Seraphin
ứng dụng công nghệ seraphin vào sản xuất phân vi sinh, Nhà máy phân lân
Văn Điển(Cầu Diễn)…. Đối với chất thải khó phân hủy cho đến nay vẫn
chưa có cách giải quyết hiệu quả mà phương pháp chủ yếu vẫn là chôn lấp,
đốt. Theo nghiên cứu, riêng với túi nilon chôn vùi dưới đất phải mất tới 400
– 600 năm mới có thể phân hủy hết gây ô nhiễm nguồn nước, còn rác thải
ngành da giầy và may mặc cũng được xử lý bằng cách đốt thông thường.
Khi đốt các loại rác thải này sẽ thải ra môi trường rất nhiều chất độc hại
gây ô nhiễm bầu không khí ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
Quy trình ép rác thải khó phân hủy thành viên nhiên liệu rắn RDF là
một trong những quy trình đang rất được các nhà máy quan tâm và chú
trọng phát triển. Những chất thải rắn trong công nghiệp và sinh hoạt cũng
có thể biến thành viên nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ở
chính cơ sở tạo ra chúng, góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế chôn lấp,
tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh như:
- Phế thải ngành da giầy.
- Phế thải nhà máy giấy, gỗ.
- Phế thải các nhà máy dệt may.
- Phế thải các nhà máy chế biến nông sản: đường, cà phê, lúa gạo...
- Phế thải hữu cơ khó phân hủy ở nhà máy xử lý rác sinh hoạt.
Ở nước ta trong những năm gần đây, công nghệ ép viên đã được ứng

Footer Page 12 of 166.

9

Header Page 13 of 166.
dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như: Chế biến thức ăn gia súc, gia
cầm, thức ăn thủy sản, ép viên rác thải làm phân bón… Nhu cầu về máy ép
viên là rất lớn, tuy nhiên nguồn cung cấp chủ yếu vẫn là nhập khẩu từ nước
ngoài với giá thành rất cao không phù hợp với túi tiền của các nhà sản xuất
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

Footer Page 13 of 166.

Lõi ngô ép viên

10

Than bùn vi sinh ép viên


Header Page 14 of 166.

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.

Footer Page 14 of 166.

11


Header Page 15 of 166.
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
ở các nhà máy giấy, gỗ,dệt may, chế biến…trong đó chúng ta chủ yếu đi
sâu vào các thành phần rác thải cho năng lượng cao khi đốt.
Ví dụ như: Đối với rác thải sinh hoạt thành phần chất thải sinh hoạt
bao gồm:
Rác hữu cơ

: 41,98%

Giấy

: 05,27%

Nhựa, cao su

: 07,19%

Len, vải

: 01,75%

Thủy tinh

: 01,42%

Đá, đất sét, sành sứ

: 06,89%

Xương, vỏ hộp

: 01,27%

Kim loại

: 0,59%

Tạp chất (10mm)

: 33,67%

Tổng số

:100%

Độ ẩm chất thải

:40,1%

Tỷ trọng chất thải

: 0,380 tấn/m3 [ 16]

Trong thành phần của rác thải sinh hoạt lại có nhiều đối tượng khác
nhau, đối tượng của chúng ta đó là thành phần rác thải khó phân hủy cho
năng lượng cao khi đốt, do đó chúng ta chủ yếu đi vào các thành phần đó
là: giấy, nhựa, cao su, len, vải, da và một số loại rác hữu cơ cứng như cành
cây, vỏ cứng...

Footer Page 15 of 166.

12


Header Page 16 of 166.
Bảng 2.1. Bảng nhiệt trị của một số loại nhiên liệu
Loại nhiên liệu

Nhiệt trị

Loại nhiên liệu

(kcal/kg)

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 bị
Nguyên
liệu (rác
thải đã
qua phân
loại)

Đóng bao

Nghiền

Làm khô

Sản phẩm
viên ép
nhiên liệu
(RDF)

Sàng

Bổ sung
ẩm và phụ
gia

Làm
nguội

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải

Footer Page 16 of 166.

13

Ép viên


Header Page 17 of 166.
Trong quy trình trên thì nhóm tác giả chủ yếu đi sâu tìm hiểu, nghiên
cứu và thiết kế chế tạo máy ép viên làm nhiệm vụ chính.
Rác thải sau khi được phân loại phải làm khô sơ bộ để tạo điều kiện
cho quá trình nghiền được dễ dàng, đường kính nguyên vật liệu càng nhỏ
thì càng tiết kiệm được năng lượng cho quá trình tạo viên. Tùy thuộc vào
thành phần rác thải, kích thước và độ ẩm mà ta có thể bổ xung thêm ẩm và
chất phụ 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 –
700C (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 liệu 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
làm viên dễ vỡ. Qua tham khảo một số tài liệu [9], thấy rằng độ ẩm nguyên
liệu phù hợp cho ép viên từ 12-22%.

Footer Page 17 of 166.

14


Header Page 18 of 166.
b) Vận tốc tương đối của quả lô ép với khuôn ép
Vận tốc tương đối của quả lô với khuôn ép có ảnh hưởng rất lớn tới
năng suất và chất lượng tạo viên. Thông thường vận tốc càng lớn thì năng
suất càng cao tuy vậy cũng không nên vận tốc lên quá cao sẽ ảnh hưởng tới
quá trình chạy ổn định của máy, vận tốc tương đối của quả lô với khuôn
phẳng nên lấy trong khoảng 2-5m/s. [6]
c) Khe hở giữa quả lô và khuôn ép
Khe hở giữa quả lô với khuôn có ảnh hưởng rất lớn tới áp lực ép vì
vậy dẫn đến ảnh hưởng tới chất lượng viên ép. Thông thường khe hở ép
thường nằm trong khoảng 0,3-1,2mm đối với từng loại nguyên liệu khác
nhau. Khoảng cách càng nhỏ viên càng chặt.
d) Kết cấu và chất lượng chế tạo khuôn ép và quả lô ép
Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép và quả lô ép tốt sẽ góp phần

tăng năng suất, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất.
Trong quá trình làm việc, khuôn và lô ép là hai bộ phận chịu ảnh
hưởng lớn nhất của quá trình ép, ngoài chịu ảnh hưởng của phản lực nén ép
có hướng vuông góc với mặt khuôn, lực ma sát song song với mặt khuôn
thì lô ép còn đồng thời chịu ảnh hưởng của lực li tâm. Vì vậy trong quá
trình tính toán, thiết kế cần hết sức lưu ý tới các yếu tố trên để lựa chọn vật
liệu và kết cấu cho phù hợp.
e) Áp lực ép
Để ép ra viên có hình dạng và độ chắc bền nhất định thì khuôn ép và
quả lô ép buộc phải chịu một áp lực rất lớn để tạo sức ép làm cho vật liệu
thoát ra khỏi lỗ khuôn. Áp lực này có thể dẫn tới vỡ tức thời của khuôn,
thời 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.

Footer Page 18 of 166.

15


Header Page 19 of 166.
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

c

b

a

e

d

f
Hình 2.3. Phân loại máy ép viên
a) ép viên khuôn vành 3 quả lô

d) ép viên khuôn phẳng lô thẳng

b) ép viên khuôn vành 2 quả lô

e) ép viên khuôn phẳng lô côn

c) ép viên khuôn vành 2 quả lô

f) ép viên dạng vít

(1 to + 1 nhỏ)

Footer Page 19 of 166.

16


Header Page 20 of 166.
*Máy ép viên kiểu pittong hoặc dạng vít xoắn có ưu điểm là kết cấu đơn
giản, nhưng lại có nhiều nhược điểm đó là tốc độ mòn của vít xoắn rất
nhanh, do đó không phù hợp với đối tượng nghiên cứu.
*Máy ép viên khuôn vành là loại máy ép viên kiểu khuôn quay, được
ứng dụng rất rộng rãi trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi. Máy ép viên
khuôn vành kiểu khuôn quay được chia thành 3 loại như hình 2.3.a,b,c.
Máy ép viên khuôn vành khuôn ép chứa toàn bộ lô bên trong. Cả khuôn
và lô đều quay, trong quá trình làm việc lô đẩy nguyên liệu đã được trộn
xuyên qua lỗ khuôn.
Ưu điểm là:
+ Năng suất cao.
+ Năng lượng riêng thấp.
Nhược điểm:
+ Khuôn ép khó chế tạo hơn so với khuôn phẳng nên giá thành
cao hơn, tháo lắp phức tạp hơn.
+ Chỉ ứng dụng cho các nguyên liệu dạng bột có tính đồng đều
cao do góc chèn ép nguyên liệu vào lỗ khuôn giữa quả lô và khuôn
ép nhỏ.
+ Nguyên liệu đưa vào không được quá khô để tạo ra một lực
ma sát để khi vung lên nguyên liệu sẽ luôn được tạo thành một lớp
mỏng bám trên thành khuôn đảm bảo cho các quả lô đều được ăn
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 xuống theo quán tính quay tròn của
khuôn ép sẽ bị văng vào thành của vỏ máy nên dễ bị vỡ viên.

Footer Page 20 of 166.

17


Header Page 21 of 166.

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

Footer Page 21 of 166.

18


Header Page 22 of 166.
Máy ép viên khuôn phẳng đã khắc phục được những hạn chế của
máy ép viên khuôn vành như:
+ Dễ chế tạo và thay thế khuôn khi bị hư hỏng.
+ Khe hở giữa khuôn và lô ép có thể điều chỉnh dễ dàng, thao tác
đơn giản.
+ Góc ăn nguyên liệu giữa quả lô và khuôn phẳng lớn hơn so với
khuôn vành nên có thể ứng dụng cho cả những nguyên liệu dạng thô, sợi.
+ Khi bề mặt làm việc của khuôn bị mòn có thể lật mặt trái để sử
dụng, do đó nâng cao được tuổi thọ của khuôn.
+ Do nguyên liệu đi vào buồng ép từ trên xuống, đồng thời có tấm
gạt trên bề mặt khuôn cho nên nguyên liệu luôn được phân bố đồng đều
trên bề mặt khuôn, vì thế dù ở vị trí nào của khuôn đều ép ra viên bằng
nhau.
+ Viên ép cứng hơn, ít bụi bột.
+ Viên ép sau khi cắt rơi thẳng xuống theo trọng lượng bản thân và
được đưa ra ngoài dễ dàng nhờ đĩa dao gạt, viên không bị va chạm với vỏ
máy nên tỉ lệ viên vỡ ít.
+ Máy ép viên kiểu khuôn vành sử dụng phương pháp ép nửa khô,
khi ép nhiệt lượng sinh ra tương đối lớn, có thể đạt tới 700C và lớn hơn
nữa, dễ làm hư hỏng bộ phận nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt.
Thông thường người ta dùng phương pháp giảm chiều dài lỗ của khuôn để
giảm thấp sự tăng nhiệt. Nhưng về phương diện khác do giảm ngắn chiều
dài hữu hiệu của khuôn thì dẫn tới làm tăng lượng bụi bột sinh ra khi ép, tỉ
lệ thành phẩm giảm thấp xuống kéo theo sự giảm độ cứng của viên. Khắc
phục tình trạng này người ta dùng khuôn phẳng, không cần giảm độ dài
hữu hiệu của khuôn mà vẫn có thể giảm thấp nhiệt độ của viên bằng cách

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

Footer Page 22 of 166.

19


Header Page 23 of 166.
+ 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

Footer Page 23 of 166.

20


Header Page 24 of 166.
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
được nén ép và đi ra khỏi lỗ của khuôn được dao cắt thành các chiều dài
khác nhau sau đo được đưa ra khỏi buồng ép nhờ đĩa gạt liệu. Đường kính
của khuôn phẳng khoảng từ 175 ÷ 1250 mm, chiều dày là 30 ÷ 150 mm.
Phương thức truyền động: truyền động đai và bánh răng.

Hình 3.1. Máy ép viên kiểu khuôn phẳng lô quay
Quá trình hình thành viên của máy ép viên, là tạo ra trên cơ sở khe
hở tồn tại giữa thể bột. Nguyên liệu bột dưới tác dụng của các nhân tố:
nhiệt độ, lực ma sát, lực ép… tổng hợp lại, khiến cho khoảng không của thể
bột nhỏ lại mà hình thành viên có cường độ và độ chặt nhất định.

Footer Page 24 of 166.

21


Header Page 25 of 166.

Hình 3.2. Khoảng cách giữa lô và khuôn có thể điều chỉnh
Căn cứ vào trạng thái khác nhau của nguyên liệu bột trong quá trình ép, có
thể chia làm 3 vùng: vùng cung cấp liệu, vùng ép biến dạng và vùng ép
thành hình.
a) Vùng cấp liệu
Về cơ bản vật liệu không chịu ảnh hưởng của bất kỳ ngoại lực nào,
nhưng lại chịu ảnh hưởng của lực ép giữa quả lô và khuôn ép cùng với
trọng lượng bản thân nguyên liệu khi rơi từ trên xuống, khiến cho vật liệu

dán chặt trên bề mặt của khuôn, mật độ là ≈ 0,4 g/cm3.
b) Vùng ép biến dạng
Theo khuôn và sự quay của quả lô, vật liệu tiến vào vùng ép chặt,
nhận được tác dụng ép của khuôn và quả lô, giữa nguyên liệu bột sinh ra sự
dịch chuyển tương đối. Theo sự gia tăng dần của lực ép, khoảng không
giữa thể bột nhỏ lại, vật liệu không thể sinh ra sự biến dạng ngược lại, độ
chặt tăng đến 0,9 – 1 g/cm3.
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/cm3. 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

Footer Page 25 of 166.

22