Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy nghiền bột bán hóa công suất 10 tấn / ngày

- Lắp đặt, chạy thử, đánh giá về công suất, chất lượng của thiết bị Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu các thiết bị nghiền bột bán hóa qua các tài liệu của nước ngoài để tìm hiểu: cấu

Bộ công thươngTổng 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 thương

Cơ quan chủ trì: viện công nghiệp giấy và xenluylô

Chủ nhiệm đề tài: Khổng Quế

Kỹ sư cơ khí

7124

17/02/2009

Hà nội - 12/2008

Mục lục

Phần I : Tổng quan về sản xuất bột bán hóa

1.1 Công nghệ sản xuất bột bán hóa và các thiết bị

1.1.2 Thiết bị nghiền bột bán hóa được sử dụng ở Việt Nam 6

Phần II : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 8

3.1 Kết cấu, vật liệu chế tạo, nguyên lý hoạt động

của các thiết bị nghiền bột bán hóa 9

3.2 Lựa chọn phương án kỹ thuật để thiết kế 11

Cùng với nhiều ngành nghề khác nhau, ngành sản xuất giấy và bột giấy cũng góp phần vào việc phát triển kinh tế của đất nước Cũng như các ngành 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 lượng sản phẩm

Quá trình nghiền được 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 đưa 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 tư thiết bị nghiền bột bán hóa phù hợp với quy mô thử nghiệm là một vấn đề cần thiết Các thiết bị nghiền

đang được sử dụng ở các đơn vị sản xuất giấy và bột giấy trong nước hiện nay

đều được nhập từ nước 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

Chính vì vậy, năm 2008 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được Bộ

Công Thương 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 đưa 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 được chế tạo tại nước ngoài

về cấu tạo, kết cấu, vật liệu chế tạo

- Lập phương 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 lượng của thiết bị

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu các thiết bị nghiền bột bán hóa qua các tài liệu của nước ngoài 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 bán hóa của nước ngoài hiện

đang được sử dụng tại các doanh nghiệp trong nước

- Lựa chọn phương án kỹ thuật, tính toán, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành hệ thống nghiền bột bán hóa đạt công suất 10 tấn/ngày

Phần I:

Tổng quan về sản xuất bột bán hóa

và thiết bị nghiền bột bán hóa

1.1 Công nghệ sản xuất bột bán hóa và các thiết bị nghiền bột bán hóa

1.1.1 Phương pháp sản xuất bột bán hóa

Trong ngành giấy hiện đang áp dụng các phương pháp để sản xuất bột sau: phương pháp hóa học (bột hóa), phương pháp cơ học (bột cơ) và phương pháp bán hóa (bột bán hóa)

ư Phương pháp hóa học:

Phương pháp này sử dụng các loại hóa chất làm tác nhân để tách loại các tạp chất ra khỏi xơ sợi xenluylo bằng các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu bột Các phản ứng hóa học được thực hiện trong môi trường có nhiệt độ

và áp suất cao giúp cho các phản ứng hóa học được thực hiện một cách dễ dàng Sản phẩm nhận được sau khi nấu là các xơ sợi bột giấy Đây là phương pháp sản xuất ra các loại giấy có chất lượng cao, cơ tính tốt nhưng hiệu suất bột thu được thấp và đầu tư ban đầu tốn kém Bột giấy sau khi nấu bằng phương pháp hóa học

được sử dụng để sản xuất giấy in, giấy viết (bột đã qua tẩy trắng), giấy bao gói(bột không tẩy trắng)

ư Phương pháp cơ học:

Đây là phương pháp nấu bột giấy ít sử dụng đến hóa chất, mà chủ yếu là dùng, các thiết bị nghiền để thu được xơ sợi bột giấy Đây là phương pháp sản xuất bột đơn giản nhất, nhưng giấy được sản xuất từ loại bột này có cơ tính thấp,

độ trắng không cao nên thường được sử dụng để sản xuất giấy in báo

- Phương pháp bán hóa:

Phương pháp bán hóa có thể được coi như là một phương pháp trung gian giữa hai phương pháp trên, phương pháp này cũng sử dụng tác nhân là chất hóa học nhưng ở nồng độ thấp hơn nhiều so với phương pháp hóa học Hóa chất được

thẩm thấu vào nguyên liệu thông qua việc ngâm tẩm trong môi trường có nhiệt

độ thấp Việc sử dụng hóa chất ở phương pháp này chỉ nằm mục đích làm mềm nguyên liệu Nguyên liệu sau khi được làm mềm bởi quá trình thẩm thấu hóa

chất (mảnh nguyên liệu) được đưa sang nghiền để thu được các xơ sợi bột giấy

Phương pháp bán hóa có hiệu suất cao (70-90%) trong sản xuất bột Bột bán hóa

được 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 được sử dụng ở Việt Nam

Các loại máy nghiền đang được sử dụng trong ngành giấy hiện nay là: nghiền Hà Lan, nghiền đĩa, nghiền côn, nghiền vít

Như phần trên đã trình bày, bột bán hóa được sản xuất bằng phương pháp thẩm thấu hóa chất các mảnh nguyên liệu sau đó đưa chúng vào nghiền để thu hồi các xơ sợi bột giấy Các thiết bị nghiền mảnh được 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 được chia làm 2 giai đoạn: nghiền sơ cấp và nghiền thứ cấp

Ngoài hệ thống máy nghiền đĩa như trên, tại các các cơ sở sản xuất bột theo phương pháp kiềm lạnh (sản xuất giấy vàng mã), người ta còn sử dụng thiết

bị nghiền là hệ thống nghiền bao gồm: máy nghiền vít, máy nghiền Hà Lan, máy nghiền đĩa

Trong các nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ của Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylo năm 2008, có đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ và dây chuyền thiết bíanr xuất bột giấy hiệu suất cao từ nguồn nguyên liệu trong nước đạt tiêu chuẩn xuất khẩu” mà trong đó đề tài đã lựa chọn phương án công nghệ là sử dụng máy nghiền vít và máy nghiền đĩa

1.2 Lựa chọn của đề tài

1.2.1 Sơ đồ sản xuất bột bán hóa

Dưới đây là sơ đồ sản xuất bột bán hóa làm căn cứ để thực hiện nhiệm vụ của đề tài

NaOH, T=900C, τ = 2h

Hình 1

1.2.2 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài:

Nhiệm vụ của đề tài là: “nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy nghiền bột bán hóa công suất 10 tấn/ngày”

Căn cứ vào nhiệm vụ đặt ra của đề tài và sơ đồ công nghệ nêu trên có thể nhận thấy nhiệm vụ và mục tiêu chính của đề tài này là: nghiên cứu, thiết kế và chế tạo 2 máy nghiền có công suất 10 tấn/ngày, bao gồm: 01 máy nghiền vít, 01 máy nghiền đĩa

Xử lý mảnh với xút

Nghiền đĩaNghiền tinh

Sàng bột

Sử dụng lại hay thu hồi hóa chất

Nghiền vítMảnh gỗ đã qua tuyển chọn

Xeo bột

Phần II

đối tượng và Phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu :

Trong đề tài này đối tượng được 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 Phương pháp nghiên cứu:

- Căn cứ vào các tài liệu của nước 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 được sử dụng tại các doanh nghiệp sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam

- Lựa chọn phương 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

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 nước

ngoài như Liên Xô cũ, Trung Quốc không có đề cập đến máy nghiền vít, việc tìm hiểu cấu tạo của chúng chỉ có thể tìm hiểu qua thực tế từ các máy nghiền

được chế tạo tại Đài Loan có trong các dây chuyền sản xuất giấy vàng mã xuất khẩu sang Đài Loan Từ quan sát thực tế chúng tôi thấy máy nghiền vít có các bộ phận chính sau:

+ Thân máy: được chế tạo bằng thép CT5, thân máy nghiền vít được chế

tạo theo dạng hình ống, có 01 cửa nạp liệu, 01 cửa xả nguyên liệu ra, 02 cửa thăm để căn chỉnh khi lắp máy Phía trong ống, ở dưới có gắn các thanh dao đế chạy suốt theo chiều dài thân bằng phương pháp hàn điện cố định vào thân máy,

có tất cả 11 thanh dao đế bằng thép 45, các dao đế có kích thước 20x20mm Toàn bộ thân máy được gắn cố định trên chân máy bằng thép U140

+ Trục máy (trục nghiền) : phần giữa trục được chế tạo bằng thép ống

nhằm giảm trọng lượng của trục Trên trục có gắn các vòng cánh xoắn bằng phương pháp hàn với mục đích đẩy nguyên liệu di chuyển liên tục trong thân máy Các thanh dao bay bằng thép 45 có kích thước 20x40mm, dài 1000mm

được hàn vào các tấm dao và các tấm dao lại được hàn cố định trên trục, số lượng dao bay cũng như các tấm dao là 04, chúng được đặt nghiêng một góc 50 so với

đường tâm của trục Trục nghiền được truyền chuyển động từ động cơ điện thông qua 01 cặp bánh đai thang

- Nguyên lý hoạt động của máy nghiền vít:

Nguyên liệu được nạp vào thân máy qua cửa nạp liệu, nhờ các vòng vít xoắn được gắn trên trục nghiền, nguyên liệu được đẩy di chuyển dọc theo thân

máy Nhờ chuyển động quay của trục nghiền, các thanh dao bay gạt nguyên liệu

đi qua khe hở giữa dao bay và dao đế, tại đây, dưới tác động của lực ma sát, áp lực giữa dao bay và dao đế nguyên liệu được nghiền theo yêu cầu công nghệ và

được lấy ra tại cửa ra

Để điều chỉnh chất lượng nghiền, ta điều chỉnh khe hở giữa dao bay và dao đế bằng cách nâng hoặc hạ chiều cao tâm của trục nghiền thông qua các tấm

đệm dày 1mm bên dưới 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 như sau:

+ Thân máy: được đúc bằng gang xám, là bộ phận chính để đỡ các bộ

phận khác của máy

+ Hộp nghiền: cũng được 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 được

lắp cố định trên thân hộp nghiền, 01 đĩa được lắp trên trục nghiền Trên bề mặt các đĩa nghiền có các rãnh tạo thành các lưỡi dao để nghiền, các đĩa nghiền được lắp đồng tâm với nhau Đĩa nghiền được 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 được đưa vào hộp nghiền qua tâm đĩa nghiền cố định, dưới 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 được tạo ra bởi các lưỡi 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 được nghiền theo yêu cầu công nghệ

Để thay đổi chất lượng nghiền người ta điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt

đĩa nghiền bằng cách đẩy đĩa nghiền di chuyển theo phương dọc trục nhờ hệ một

bộ truyền trục vít bánh vít

3.2 Lựa chọn phương án kỹ thuật để thiết kế

Để thực hiện việc thiết kế một thiết bị mới, ta có 2 cách thực hiện

Cách thứ nhất: căn cứ vào yêu cầu đầu ra của thiết bị như: năng suất của

thiết bị, chất lượng của sản phẩm được tạo ra bởi thiết bị, ta tiến hành tính toán các thông số kỹ thuật của các chi tiết của thiết bị để đảm bảo đúng yêu cầu đặt

ra

Cách thứ hai: căn cứ vào các dạng thiết bị đã có đang được sử dụng, ta

chọn sẵn kết cấu, thông số kỹ thuật của các chi tiết của thiết bị sau đó căn cứ vào các thông số đó tính ngược lại để kiểm nghiệm xem với các thông số đó thì thiết

bị của ta có đạt được yêu cầu theo như ban đầu đặt ra hay không

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi dùng cách thứ hai để thực hiện công việc thiết kế 02 máy nghiền theo yêu cầu của đề tài

Hiện nay các máy nghiền vít được sử dụng tại các cơ sở sản xuất bột giấy trong nước đều có xuất xứ từ Đài Loan nhưng không có các số liệu tính toán cụ thể kèm theo Trong các tài liệu của nước ngoài hiện có tại Việt Nam cũng không đề cập tới máy nghiền vít, mà chỉ đề cập tới các loại máy nghiền khác : máy nghiền Hà Lan, máy nghiền đĩa, máy nghiền côn

Căn cứ vào máy nghiền vít của Đài Loan hiện đang được các doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy của Việt Nam hiện đang sử dụng và qua các tài liệu của Liên Xô cũ, chúng tôi nhận thấy máy nghiền vít của Đài Loan có cấu tạo và hoạt động tương đồng như máy nghiền Hà Lan khi nghiền nguyên liệu ở dạng mảnh:

Máy nghiền vít và máy nghiền Hà Lan đều có dao bay được gắn trên trục quay tuy số lượng dao khác nhau; để điều chỉnh khe hở giữa dao bay và dao đế người ta đều dùng biện pháp nâng hoặc hạ bộ phận chuyển động quay có gắn dao bay vì vậy phần tham gia vào hoạt động nghiền cùng nằm ở phía dưới nên dao đế chỉ được lắp đặt ở phía dưới

ở máy nghiền Hà Lan dao đế được đặt nghiêng một góc 70, dao bay đặt song song với đường tâm trục của lô dao bay để tạo thành một góc nghiêng giữa dao bay và dao đế thì ở máy nghiền vít cũng tương tự như vậy do dao đế song song còn dao bay thì nghiêng một góc 50 so với đường 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 được dịch chuyển trong thân của máy nghiền vít cũng tương tự như trong máy nghiền Hà Lan

Qua các điểm tương đồng như đã nêu ở trên giữa máy nghiền Hà Lan và máy nghiền vít, chúng tôi quyết định chọn phương 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 thước 350x260mm nằm phía trên và 01 cửa ra liệu có kích thước 300x180mm nằm bên cạnh thân và ở đầu còn lại Các thanh dao đế được hàn phía dưới, bên trong lòng của thân máy

- Trục máy: được làm bằng thép ống có đường kính 140mm, dày 10mm ở

hai đầu trục có cốt trục bằng thép đặc bằng phương pháp đóng chốt Φ25 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 hướng xoắn phải để đẩy mảnh nguyên liệu vào khoang nghiền

- Dao bay: được làm bằng thép chịu mài mòn, với kích thước chiều dày

(rộng) s1=40mm, chiều cao h1=118mm, chiều dài l1=1000mm Số lượng dao bay

là z1=04 dao được hàn chia đều xung quanh trục máy và có hướng nghiêng với

đường tâm trục một góc 50

- Dao đế: cũng được làm bằng thép chịu mài mòn Số dao đế trên thân

máy là z2=11, dao có kích thước chiều dày (rộng) s2=20mm, chiều cao

h2=20mm, chiều dài l2=1500 mm được hàn vào thân máy theo suốt chiều dài thân máy, khoảng cách giữa các dao đế là 20mm

Các kích thước chiều dày và chiều cao của dao bay và dao đế được chọn như trên nhằm phù hợp với việc nghiền mảnh nguyên liệu thường có kích thước chiều dài hợp cách là 20-25mm

Cánh xoắn được làm bằng thép dày 14mm với đường kính là D = 376mm, bước xoắn là s = 220mm

Cặp bánh đai của máy được đúc bằng gang với 03 rãnh đai chạy đai C và

có kích thước như sau: bánh đai chủ động dcd = 200mm; bánh đai bị động

dbd=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 ndc = 1450 v/ph Số vòng quay của trục máy sẽ là 1450 527 /

2, 75

dc n

b- Tính kiểm nghiệm các đặc tính kỹ thuật của máy nghiền vít

Theo [1] trang 245 và 246 các đại lượng quan trọng của máy nghiền Hà Lan mà sau đây được áp dụng cho máy nghiền vít được kể đến và xác định như sau :

Vận tốc dài của dao bay được xác định theo công thức :

60

nd

v=π

trong đó: n – số vòng quay của trục nghiền (rô to) trong 1 phút

d - đường kính trục nghiền tính từ các đỉnh của dao bay (m)

từ (1) ⇒ 3,14.527.0, 376 10.37m/s

60

cũng theo [1] vận tốc dài của dao của các loại máy nghiền có công suất từ

20 tấn/ngày trở xuống đều nằm trong khoảng 9 – 15 m/s

Chiều dài nghiền của máy được xác định theo công thức:

trong đó: n – số vòng quay của trục nghiền (rô to) trong 1 phút

m 1 – số lượng dao bay máy

m 2 – số lượng dao đế của máy

l – chiều dài tiếp xúc giữa dao bay và dao đế, m

z s z s l F

s 1 – chiều dày của dao trên rôto (dao bay), cm

s 2 – chiều dày của dao trên stato (dao đế), cm

l – chiều dài tiếp xúc giữa dao bay và dao đế, cm

d - đường kính tại mặt ngoài cùng của dao bay, cm

α - góc giữa trục rôto và hướng của dao bay: α = 50

299 3,14.37, 6.0, 997

Hệ số đặc trưng nghiền E của máy biểu thị sự liên quan giữa chiều dài

nghiền và diện tích nghiền được xác định theo công thức sau:

n L E F

m E