Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa để xử lý chất thải rắn trong sản xuất công nghiệp - chế biến tạo năng lượng phục vụ cho quá trình sấy và bảo quản nông sản, thực phẩm :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học Cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH & PTCN CẤP BỘ NĂM 2019

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA ĐỂ XỬ LÝ

RÁC THẢI RẮN TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP - CHẾ BIẾN

TẠO NĂNG LƯỢNG PHỤC VỤ CHO QUÁ TRÌNH SẤY

VÀ BẢO QUẢN NÔNG SẢN, THỰC PHẨM

Cơ quan chủ trì: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH

Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS.TS. BÙI TRUNG THÀNH

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH & PTCN CẤP BỘ NĂM 2019

“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa để xử lý rác thải rắn

trong sản xuất công nghiệp - chế biến tạo năng lượng phục vụ

cho quá trình sấy và bảo quản nông sản, thực phẩm.”

(Thực hiện theo Hợp đồng số 080.19.ĐT.BO/HĐKHCN ký ngày 15 tháng 1 năm 2019 giữa

Bộ Công Thương và Trường Đại học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh)

Mã số :……………../…………....

Chủ nhiệm đề tài

PGS.TS. Bùi Trung Thành

Thư ký đề tài

ThS. Lê Đình Nhật Hoài

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020

THÔNG TIN CHUNG

1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa để xử lý rác thải rắn trong

sản xuất công nghiệp - chế biến tạo năng lượng phục vụ cho quá trình sấy và bảo

quản nông sản, thực phẩm.”

2. Mã số: 080.19.ĐTBO/HĐ-KHCN

3. Danh sách những người tham gia thực hiện nhiệm vụ

TT Họ và tên Cơ quan/tổ chức

1 PGS.TS. Bùi Trung Thành Viện Nghiên cứu Khoa học & CGCN -

Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM

2 ThS. Phạm Quang Phú Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh - Trường Đại

học Công nghiệp Tp.HCM

3 ThS. Nguyễn Minh Cường

Trung tâm Nghiên cứu & PT Công nghệ

Máy công nghiệp - Trường Đại học Công

nghiệp Tp.HCM

4 ThS. Dương Tiến Đoàn

Trung tâm Nghiên cứu & PT Công nghệ

Máy công nghiệp - Trường Đại học Công

nghiệp Tp.HCM

5 KS. Hứa Văn Phước

Trung tâm Nghiên cứu & PT Công nghệ

Máy công nghiệp - Trường Đại học Công

nghiệp Tp.HCM

6 KS. Nguyễn Nhân Sâm

Trung tâm Nghiên cứu & PT Công nghệ

Máy công nghiệp - Trường Đại học Công

nghiệp Tp.HCM

7 KS. Hồ Văn Phúc

Trung tâm Nghiên cứu & PT Công nghệ

Máy công nghiệp -Trường Đại học Công

nghiệp Tp.HCM

8 ThS. Lê Đình Nhật Hoài Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh - Trường Đại

học Công nghiệp Tp.HCM

4. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học công nghiệp Tp.HCM

5. Thời gian thực hiện:

5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 12 năm 2019

5.2. Gia hạn (nếu có): 06 tháng (đến hết tháng 06 năm 2020)

5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 06 năm 2020

6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): không

7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 250 triệu đồng.

8. Sản phẩm, công bố và kết quả đào tạo của đề tài

8.1. Sản phẩm dạng 1

01 HỆ THỐNG MÁY

01 MÁY TẠO NGUYÊN LIỆU BỘT NHỰA: Tạo được nguyên liệu

từ túi nilon, hộp nhựa xốp đựng thực phẩm có kích thước để có thể ép

viên nén

01 Máy

TT Thông số

Đơn vị

đo

Yêu cầu khoa học /

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Ghi chú

Số liệu

đăng ký

Số liệu

thực tế đạt

được

1 Kích thước máy mm

DxRxC

(629x190x722)

2 Công suất kWh 2,2 2,2

3 Năng suất kg/h 5-10 8

4

Kích thước nguyên liệu

(nilon, bìa carton, hộp

đựng thực phẩm dạng

nhựa xốp

mm 3-10 0,5-10

5 Số lượng sản xuất bột

nhựa

40kg

01 MÁY TẠO VIÊN NÉN (PELLETE) TỪ HỖN HỢP BỘT

NHỰA VÀ MÙN CƯA 01 máy

TT Thông số

Đơn vị

đo

Yêu cầu khoa học /

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Ghi chú

Số liệu

đăng ký

Số liệu

thực tế đạt

được

1 Kích thước máy mm DxRxC

(815x260x700)

2 Công suất điện kW 2.2- 3,5 2,2

3 Năng suất tạo viên kg/h 15-25 17

4 Đường kính lỗ khuôn

tạo viên nén mm 6-8 6

5 Số lượng sản xuất viên

nén 40kg

3 01 LÒ ĐỐT KHÍ HÓA (đốt viên nén đa nguyên liệu từ mùn

cưa và bột nhựa) 01 lò đốt

Thông số

Đơn vị

đo

Yêu cầu khoa học /

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Ghi chú

Số liệu

đăng ký

Số liệu

thực tế đạt

được

1 Kích thước máy mm DxRxC

(400x400x900)

2

Năng suất đốt cung cấp

nhiệt năng cho máy sấy

nông sản

kg/mẻ 10 -20

10

3 Nhiệt trị cung cấp cho

máy sấy

kcal/mẻ

35000-

80000 43351

4 Số mẻ đốt khí hóa phù

hợp theo mẻ sấy

mẻ 6

4 MÁY SẤY TẦNG SÔI (Máy sấy sử dụng nhiệt từ việc đốt khí

hóa viên nén (bao gồm sấy tầng sôi hoặc sấy tĩnh)

01 Máy

TT Thông số

Đơn vị

đo

Yêu cầu khoa học /

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Ghi chú

Số liệu

đăng ký

Số liệu

thực tế đạt

được

1

Kích thước máy mm

DxRxC

(3200x1000x

1700)

2 Năng suất sấy nguyên

liệu (nông sản) kg/mẻ 5-10 10-12

Sấy đường

10kg/mẻ; Sấy

lúa 12 kg/mẻ

3.1 Độ ẩm lúa tươi sấy % 20-25 21

3.2 Độ ẩm nguyên liệu

đường cát RS % ---- 1,5

4.1 Độ ẩm sản phẩm lúa

sấy

% 13-14 12

4.2 Độ ẩm sản phẩm đối

với đường

% -- 0,04

5.1 Mùi đối với sản phẩm

lúa sấy

Cảm

quan

Tự nhiên Tự nhiên

5.2 Mùi đối với sản phẩm

đường RS

Cảm

quan

Tự nhiên Tự nhiên

6.1 Màu đối với lúa sấy

Cảm

quan

Tự nhiên Tự nhiên

6.2 Màu đối với đường

Cảm

quan

Tự nhiên Tự nhiên

7 Số lượng mẻ 5 6

-Sấy lúa 3 mẻ

36 kg lúa

-Sấy đường

RS 3 mẻ

(30kg đường

5 VIÊN NÉN (PELLETE) ĐA NGUYÊN LIỆU

TT Thông số

Đơn vị

đo

Yêu cầu khoa học /

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Ghi chú

Số liệu

đăng ký

Số liệu

thực tế đạt

được

1

Thành phần nguyên liệu

gồm (loại gồm mùn

cưa, bìa cacton, nilon,

hộp xốp đựng thức ăn)

Loại 2 - 3 2

2 Kích thước chiều dài

viên nén cm 2-4 2,5

3 Đường kính mm 6-8 6,3

4 Nhiệt trị kcal/kg 3500-4000 5630

Cho loại viên

tỷ lệ 15%

nilon và 85%

mùn cưa

5 Khối lương riêng kg/m3 600-1100 1068

Cho loại tỷ

viên tỷ lệ

15% nilon và

85% mùn cưa

6 Khối lượng thể tích kg/m3

- 446

Cho loại tỷ

viên tỷ lệ

15% nilon và

85% mùn cưa

7

Số lượng viên nén

sản xuất

kg

Cung cấp

đủ cho quá

trình sấy

vật liệu

40kg

8.2. Sản phẩm dạng 2

TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1

Bộ bản vẽ thiết kế

chế tạo máy nghiền

nilong thành bột

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

+Bộ Bản vẽ tổng thể bố trí

mô hình, thiết bị.

+ Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

2

Bộ bản vẽ thiết kế

chế tạo lò đốt khí

hóa viên nén đa

nguyên liệu

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

+Bộ Bản vẽ tổng thể bố trí

mô hình, thiết bị.

+ Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

3

Bộ bản vẽ thiết kế

chế tạo máy ép viên

nén đa nguyên liệu

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

4

Bộ bản vẽ thiết kế

chế tạo máy sấy

tầng sôi xung khí

kiểu mẻ sấy vật liệu

sử dụng nhiệt từ

buồng đốt khí hóa

viên nén đa nguyên

liệu

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

-Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

-Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

Theo TCVN

5

Bộ tài liệu hướng

dẫn vận hành và xử

lý sự cố

-Bộ tài liệu trình bày quy

trình vận hành, bảo trì các

thiết bị và xử lý các sự cố

thường gặp

-Bộ tài liệu trình bày quy

trình vận hành, bảo trì các

thiết bị và xử lý các sự cố

thường gặp

6

Một số bài thực

hành phục vụ giảng

dạy

-Kỹ thuật tạo viên nén

-Kỹ thuật đốt khí hóa viên

nén

-Kỹ thuật sấy nông sản cấp

nhiệt từ buồng đốt khí hóa

-Kỹ thuật tạo viên nén

-Kỹ thuật đốt khí hóa viên

nén

-Kỹ thuật sấy nông sản cấp

nhiệt từ buồng đốt khí hóa

7

Báo cáo về hiệu quả

kinh tế

-Chi phí sấy đồng/ kg sản

phẩm, hoặc kJ/ kg nước

bay hơi

-Chi phí sản xuất 1 kg viên

nén

- Chi phí sấy đồng/kg

TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Bài báo khoa học 02 Bài báo

Đã được Tạp chí Cơ Khí

Việt Nam cấp giấy chấp

nhận đăng

TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Kết quả đào tạo Học viên cao học chuyên

ngành cơ khí

+ Học viên Ngô Thanh

Nghĩa đang thực hiện luận

văn đề tài “Nghiên cứu,

thiết kế, chế tạo và thực

nghiệm máy ép viên đa

nguyên liệu”

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi cùng nhóm nghiên cứu theo

danh sách kèm theo. Các số liệu, kết quả trong báo cáo khoa học tổng kết đề tài này là

trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TP. HCM, ngày tháng năm 2020

TM nhóm nghiên cứu

Bùi Trung Thành

LỜI CẢM ƠN

Với lòng chân thành, cho phép tôi được bày tỏ sự biết ơn đến Vụ Khoa học &

Công nghệ - Bộ Công Thương, Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý Khoa học & HTQT,

Phòng Tài chính Kế toán của trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

và các đồng nghiệp trong và ngoài trường đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện đề

tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa để xử lý rác thải rắn trong sản xuất

công nghiệp - chế biến tạo năng lượng phục vụ cho quá trình sấy và bảo quản nông

sản, thực phẩm “

Trân trọng cảm ơn!

TP. HCM, ngày tháng năm 2020

TM nhóm nghiên cứu

Bùi Trung Thành

TÓM TẮT BÁO CÁO KHOA HỌC

Việc chế biến gỗ và sản xuất đồ gỗ mang lại nhiều lợi ích cho quốc gia, nhưng quá

trình chế biến gỗ và sản xuất đồ mộc cũng ảnh hưởng đến vấn đề môi trường. Ngoài phụ

phẩm trong chế biến gỗ là mùn cưa, dăm bào… có thể tận dụng làm chất đốt thì các xí

nghiệp chế biến gỗ trong cả nước hàng ngày đã và đang thải ra hàng ngàn tấn chất thải

nhựa gồm: các túi màng PVC bọc sản phẩm, túi nilon phát sinh từ sinh hoạt, hộp

cơm…gây ô nhiễm môi trường cho khu vực sản xuất, gây tác hại lâu dài đối với đời

sống con người, tuy vậy rải thải nhựa lại có giá trị về mặt năng lượng do nó có nhiệt trị

cao hơn so với tất cả các loại rác thải sinh hoạt khác.

Trước thực tiễn về vấn đề xử lý rác thải nhựa đang ảnh hưởng đến đời sống con người

và vấn đề phế thải từ gỗ trong các nhà máy chế biến gỗ, nhóm nghiên cứu của trường

Đại học Công nghiệp TP. HCM đề xuất và thực thi giải pháp xử lý rác thải nhựa theo

hướng hướng nghiên cứu sản xuất viên nén nhiên liệu đa thành phần và thực hiện đốt

khí hóa viên nén để sử dụng năng lượng nhiệt cho quá trình sấy vật liệu ẩm nhằm vừa

bảo vệ môi trường vừa tiết kiệm và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng từ rác thải và

phế thải.

Đề tài là đã giải quyết được các nội dung nghiên cứu và tạo ra các sản phẩm cụ thể

như sau:

+ Đã thực hiện thiết kế, chế tạo và đưa vào thực nghiệm được 01 hệ thống thiết bị bao

gồm: 01 máy nghiền tạo ra được bột nhựa từ rác thải là túi nilon đựng thực phẩm; 01 máy

tạo viên nén có thành phần là rác thải nilon và mùn cưa của nhà máy chế biến gỗ; 01 lò

đốt khí hóa viên nén kiểu ngược và 01 máy sấy tầng sôi kiểu sấy mẻ sử dụng nguồn nhiệt

cấp từ việc đốt viên nén theo công nghệ đốt khí hóa.

+ Đã xác định được công thức sản xuất tạo ra viên nén đa nguyên liệu có tỷ lệ 85% mun

cưa và 15% bột nhựa cho viên nén có kích thước dài 23mm, đường kính 6mm, nhiệt trị

5630 kcal/kg, khối lượng riêng là 1068 kg/m3

và khối lượng thể tích là 446 kg/m3

+ Đã thưc nghiệm sấy được một vài loại nông sản, thực phẩm trên máy sấy tầng sôi mẻ

được cấp nhiệt từ nguồn nhiệt của lò đốt khí hóa viên nén ở chế độ nhiệt độ tác nhân sấy

57- 60 OC, vận tốc tác nhân sấy 1,5m/s và tần số cấp khí kiểu xung là 8 vòng/phút cho sản

phẩm đạt yêu cầu về độ ẩm bảo quản, màu sắc tự nhiên.

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

Chương: MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1

1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1

2. Mục tiêu ................................................................................................................... 2

2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................................. 2

2.2. Mục tiêu cụ thể. ...................................................................................................... 2

3. Nội dung thực hiện và nghiên cứu ......................................................................... 2

4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 3

4.1. Phương pháp chuyên gia ........................................................................................ 3

4.2. Phương pháp kế thừa.............................................................................................. 3

4.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................................ 3

4.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .................................................................. 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 4

6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 4

Chương 1. TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................... 5

1.1. Rác thải nhựa trong các nhà máy chế biến ........................................................ 5

1.1.1. Phân loại các nhóm rác thải nhựa ....................................................................... 6

1.1.2. Mùn cưa ............................................................................................................ 10

1.2. Viên nén nhiên liệu, sản xuất viên nén và các máy ép viên nén ..................... 13

1.2.1. Giới thiệu về viên nén nhiên liệu ...................................................................... 13

1.2.2. Công nghệ sản xuất viên nén nhiên liệu sinh khối ............................................ 16

1.3. Máy ép viên nén .................................................................................................. 21

1.3.1. Nguyên lý làm việc của máy ép viên ................................................................ 21

1.3.2. Giới thiệu một số máy ép viên sản xuất tại Việt Nam ...................................... 22

1.3.3. Giới thiệu một số máy ép viên nhập khẩu ........................................................ 24

1.3.4. Đánh giá các dòng máy trên thị trường hiện nay .............................................. 27

1.4. Công nghệ khí hóa. ............................................................................................. 31

1.4.1. Cơ sở lý thuyết về khí hóa ................................................................................ 31

1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khí hóa sinh khối. ................................................... 35

Chương 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC MÁY SẢN XUẤT VIÊN NÉN ĐA

NGUYÊN LIỆU ..................................................................................................... 37

2.1. Nguyên lý hoạt động máy băm cắt nilon .......................................................... 37

2.2. Tính toán thiết kế máy băm nghiền nilon ........................................................ 38

2.2.1. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ ............................................................. 38

2.2.2. Tính toán, thiết kế bộ truyền bánh răng ............................................................ 39

2.2.3. Tính toán, thiết kế trục chính ............................................................................ 43

2.2.4. Thiết kế kết cấu khung máy .............................................................................. 45

2.3. Tính toán thiết kế máy tạo viên ........................................................................ 46

2.3.1. Phương trình cơ bản của quá trình tạo viên ...................................................... 46

2.3.2. Điều kiện để xảy ra quá trình nén ..................................................................... 48

2.3.3. Tính toán, thiết kế các thông số máy tạo viên nén năng suất 15-25kg/h .......... 50

Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY VÀ BUỒNG ĐỐT KHÍ HÓA

CẤP NHIỆT SẤY NGUYÊN LIỆU NÔNG SẢN .............................................. 58

3.1. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy ........................................................................ 58

3.2. Số liệu thiết kế .................................................................................................... 59

3.3. Tính toán, thiết kế .............................................................................................. 60

3.3.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết ...................................................................... 60

3.3.2. Tính toán quá trình sấy thực ............................................................................. 67

3.4. Thiết kế thiết bị phụ trợ .................................................................................... 73

3.4.1. Tính toán thiết kế Cyclone thu bụi .................................................................... 73

3.4.2. Thiết kế buồng đốt viên nén đa nhiên liệu ........................................................ 74

3.4.3. Tính toán, thiết kế ghi phân phối khí ................................................................ 78

3.4.4. Thiết kế thiết bị tạo xung khí ........................................................................... 79

3.4.5. Tính chọn quạt cấp tác nhân sấy ....................................................................... 81

3.4.6. Tính chọn trục đánh tơi vật liệu sấy .................................................................. 82

3.5. Kết luận ............................................................................................................... 82

Chương 4. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT QUAN

TRỌNG ...........85

4.1. Quy trình công nghệ gia công khuôn nén của Máy ép viên ........................... 85

4.2. Quy trình công nghệ gia công chi tiết lô nén ................................................... 90

Chương 5. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG TIỆN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU ...... 101

5.1. Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài nghiên cứu .................................... 101

5.2. Xác định thông số nghiên cứu đối với quá trình tạo viên nén đa nguyên liệu

................................................................................................................................... 102

5.2.1. Thông số đầu vào ............................................................................................ 102

5.2.2. Thông số đầu ra ............................................................................................... 102

5.3. Xác định các thống số đối với quá trình khí hóa ........................................... 103

5.3.1. Thông số đầu vào ............................................................................................ 103

5.3.2. Thông số đầu ra ............................................................................................... 103

5.4. Vật liệu và phương tiện nghiên cứu ............................................................... 103

5.4.1. Nguyên liệu để sản xuất viên nén đa nguyên liệu ........................................... 103

5.5. Mô hình thí nghiệm. ......................................................................................... 103

5.5.1. Máy cắt và nghiền nylon ................................................................................. 103

5.5.2. Máy ép viên nén. ............................................................................................. 104