【《某餐厨垃圾处理装置方案整体设计案例》5000字】

III某餐厨垃圾处理装置方案整体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u20224某餐厨垃圾处理装置方案整体设计案例 1290901.1设计指标 1131011.2方案对比 122121.1.1粉碎方案对比 3139931.1.2固液分离方案对比 5274681.3方案设计 8295651.3.1粉碎方案设计 85301.3.2固液分离方案设计 9216401.3.3整体方案设计 11182951.4本章小结 12查阅相关资料并调研市场餐厨垃圾处理现状，提出餐厨垃圾处理装置设计指标，根据餐厨垃圾所含成分物理特性，明确餐厨垃圾处理工艺，通过方案对比来对餐厨垃圾处理装置进行方案设计，使用SolidWorks软件构建餐厨垃圾处理装置整机三维模型，并构建其核心机构粉碎装置及固液分离装置的三维模型，介绍装置的工作原理。1.1设计指标本文设计的餐厨垃圾处理装置集送料、粉碎、压缩、脱水于一体，通用于社区街道、学校食堂、酒店以及垃圾处理厂，该装置的设计指标见表2-1所示。表2-1餐厨垃圾处理装置设计指标Table2-1Designobjectiveoffoodwastedisposaldevice序号名称单位指标数值1每小时处理量t/h＞5002挤压率%＞703处理物料种类/餐厨垃圾1.2方案对比根据国人餐饮习惯和餐厨垃圾的特点，餐厨垃圾的处理应以实现餐厨垃圾的资源化利用为目的，通过对餐厨垃圾进行粉碎、脱水、挤压等处理后，可以得到液态和固态两种形式的物质。对于分离得到的液态的餐厨垃圾的油水混合物，可进行油水分离处理，使之变成费油和废水。费油可作为生物柴油的原料，费水可变成中水进行二次循环使用。对于分离得到的餐厨垃圾的固态残渣进行烘干、打包，便于储存和运输以及进一步的集中处理。餐厨垃圾处理工艺[33]，见图2-1所示。由餐厨垃圾处理工艺，确定本文设计的餐厨垃圾处理装置应包含粉碎装置以及固液分离装置，见图2-2所示。作为餐厨垃圾处理装置的核心机构，粉碎装置和固液分离装置的设计对于餐厨垃圾的处理效果会产生直接的影响，故需要对粉碎方案和固液分离方案进行对比分析。图2-1餐厨垃圾处理工艺Figure2-1Foodwastetreatmenttechnology图2-2餐厨垃圾处理装置整体设计方案Figure2-2Theoveralldesignofkitchenwastedisposaldevice1.1.1粉碎方案对比粉碎装置作为餐厨垃圾处理装置的核心装置之一，若粉碎后的餐厨垃圾粉颗粒较大，易堵在在固液分离装置内部；若粉碎后的餐厨垃圾颗粒较小，无法对粉碎后的餐厨垃圾进行有效的挤压。因此，粉碎装置对餐厨垃圾粉碎的程度直接影响到固液分离装置对餐厨垃圾处理的效果。在课题组成员的讨论下，提出了两种粉碎方案，下面分别对两种粉碎方案进行介绍。方案一——双齿辊粉碎，双齿辊粉碎装置的主要工作部件为两个平行安装的辊子，辊子上面布置着一定序列和数量的破碎齿，齿辊通过运动挤压来达到破碎物料的目的，双齿辊的粉碎原理见图2-3所示。齿棍的转速可以同速，也可不同速。两个辊子中有一个为固定辊子，另一个为可移动辊子，通过调整两个辊子的中心距来控制破碎物料的力度。当破碎过程中遇到超出粉碎能力范围的物料，通过调节可移动辊子使物料通过，以免造成装置的损坏。双齿辊粉碎装置的优势是工作可靠且生产能力较大，但存在一些问题：（1）双齿辊粉碎装置体积较大；（2）双齿辊粉碎装置破碎齿易损坏；（3）双齿辊粉碎装置工作时产生较大噪声；（4）双齿辊粉碎装置加工制作成本较高，运行周期内维护费用较高。图2-3双齿辊粉碎原理Figure2-3ComminutionPrincipleofDoubleToothRoller方案二——厨余垃圾粉碎机，厨余垃圾粉碎机主要工作部件为安装在粉碎腔体内的粉碎刀盘，其结构见图2-4所示。厨余垃圾粉碎机在工作时，粉碎腔体内的粉碎刀盘在驱动电机带动下高速旋转，将厨余垃圾研磨成细小颗粒，被粉碎的厨余垃圾颗粒在水流的冲刷作用下，从排污口排出。厨余垃圾粉碎机相对于双齿辊粉碎装置，在很多方面都具有明显的优势：（1）厨余垃圾粉碎机结构简单、体积小巧；（2）厨余垃圾粉碎机能耗低、性能高；（3）厨余垃圾粉碎机工作室噪声较小。（4）厨余垃圾粉碎机加工制作成本较低，运行周期内维护费用较低。经过对以上两种粉碎装置设计方案的论证与比较得出结论：厨余垃圾粉碎机与双齿辊粉碎装置相比，其操作方便，工作时产生噪声较小，维护保养费用较低，加工制作成本低廉，故确定采用厨余垃圾粉碎机作为粉碎装置。图2-4厨余垃圾粉碎机结构图Figure2-4Kitchenwastecrusherstructuredrawing1.1.2固液分离方案对比设备的核心机构固液分离装置的设计，直接关系到整机对餐厨垃圾的处理效果。目前，能够持续完成固液分离脱水作业的机械设备为压滤式，此种类型的固液分离机可实现较高的固体俘获率和脱水率。按照结构和工作原理的不同，典型的压滤式固液分离机包括板框压滤式固液分离、带式压滤固液分离、螺旋挤压式固液分离。在课题组成员的讨论下，提出了三种固液分离方案，下面分别对三种固液分离方案进行介绍。方案一——板框压滤式固液分离，板框压滤式固液分离装置的主要部件为多组滤板和滤框，两者相互交替排列组成滤室，以电动或者液压的方式提供的压力作为过滤推动力的间歇式作业的固液分离设备，板框压滤机结构见图2-5所示。板框压滤式固液分离机利用滤板、滤框以及滤布，通过挤压的方式使固液两相混合物实现固液分离。液体部分透过滤布排出，固体部分从特定出口排出，板框压滤式固液分离机的一个工作周期是由压紧滤板、压滤、释放滤板以及出料等过程组成[34]。图2-5板框压滤式固液分离机结构图Figure2-5Structurediagramofplateframepressurefiltertypesolid-liquidseparator此方案的优势在于更换滤布较为便捷，实现了较高的固体俘获率，但存在一些问题：板框压滤式固液分离装置体积较大；板框压滤式固液分离装置作业方式为间歇作业，效率较低；板框压滤式固液分离装置活动部件较多、运行不稳定；板框压滤式固液分离装置操作复杂、作业环境差；板框压滤式固液分离装置滤布使用寿命较短。方案二——带式压滤固液分离，带式压滤固液分离装置的主要部件为滚筒、输送带和压辊，带式压滤机结构见图2-6所示。带式压滤机在工作时，固液混合物中的液体经过压辊的挤压透过输送带，流至液体收集区，固体在输送带上逐渐聚集，最后被运送至固体的收集区[35-39]。图2-6带式压滤固液分离机结构图Figure2-6Structurediagramofbeltpressurefiltersolid-liquidseparator此方案虽然能实现对物料的固液分离处理，但存在一些问题：（1）带式压滤固液分离装置对高湿物料的固液分离效果比较有限；（2）带式压滤固液分离装置驱动部件较多，能耗较大；（3）带式压滤固液分离装置需定期清洗冲刷压辊，增加了劳动强度。方案三——螺旋挤压式固液分离，螺旋挤压式固液分离装置是将重力沉降、挤压过滤以及高压压榨融为一体的新型固液分离装置，螺旋挤压式固液分离机结构见图3-6所示，当前许多学者都在对其进行研究[40-47]。螺旋挤压式固液分离机的核心部件为带有螺旋叶片的螺旋轴和过滤网，其工作原理是螺旋压滤机在电动机带动下，通过螺旋轴和螺旋叶片之间共同作用形成的挤压力作用，并且由于螺旋轴与过滤网间空间逐渐变小的原因，物料内部水分即液体被排出，液体通过过滤网间隙往下流出，对流出的水分收集后由水管排走。物料通过螺旋杆被挤压排出水分后，再经过卸料口，固体挤出物即可被收集。图2-7螺旋挤压式固液分离机结构图Figure2-7Structurediagramofspiralextrusionsolid-liquidseparator螺旋挤压式固液分离装置相对于其它类型的固液分离装置，在很多方面都具有明显的优势：（1）螺旋挤压式固液分离装置所需的驱动设备要求较低，能耗较低、性能较高；（2）螺旋挤压式固液分离装置加工制作成本较低，运行周期内维护费用相较低；（3）螺旋挤压式固液分离装置结构简单，重量较轻、占地面积较小、便于操作；（4）螺旋挤压式固液分离装置密封性较好，相较于其它类型的固液分离装置，整个固液分离过程有更好的密闭性，减小了机器运转对环境的不良影响；（5）螺旋挤压式固液分离装置清理方便，耗水量更小，相较于其它类型的固液分离装置清洗更方便，用水更少，因清理用水而产生的废水更少；螺旋挤压式固液分离装置除了具备上述的优点，在一定程度上克服了其他几种类型的固液分离装置的缺点：（1）板框压滤式固液分离装置为间歇作业，效率较低；（2）板框压滤式固液分离装置以及带式压滤固液分离装置需要使用滤布来进行固液分离，对滤布的消耗较大;（3）板框压滤式固液分离装置以及带式压滤固液分离装置，需定时对滤布以及压辊进行清洗冲刷，增加了劳动强度;（4）带式压滤固液分离装置驱动部件较多，能耗较大。经过对以上三种固液分离设计方案的论证与比较得出结论：螺旋挤压式固液分离装置与其他固液分离装置相比，其结构简单、操作方便、脱水效果好，消耗功率较少，耗电量较少，噪声较小，维护保养费用较低，加工制作成本低廉，故确定采用固液分离设计方案为螺旋挤压式固液分离。1.3方案设计通过方案对比，来对餐厨垃圾处理装置进行方案设计，使用SolidWorks软件构建粉碎装置、固液分离装置以及整机的三维模型，并介绍装置的工作原理。1.3.1粉碎方案设计本文所设计的粉碎装置由支架、投料口、粉碎腔、研磨刀盘、排污口、外壳体、驱动电机等七部分组成，研磨刀盘见图2-8所示，粉碎装置结构见图2-9所示。粉碎装置外部上端为外壳体，下端为支架。粉碎装置最上端为投料口，投料口下端与粉碎腔连接，粉碎腔内部装有研磨刀盘。粉碎腔下端为驱动电机，粉碎腔侧边为排污口。粉碎装置的工作原理为：当餐厨垃圾从投料口投入，在自身重力作用下落到粉碎腔内。粉碎腔内的研磨刀盘在驱动电机的带动下进行高速旋转，从而将餐厨垃圾进行粉碎。被粉碎后的餐厨垃圾通过研磨刀盘上的孔洞，在水流的冲刷作用下流出粉碎腔，之后从粉碎腔侧边的排污口流出粉碎装置。图2-8研磨刀盘Figure2-8Grindingcutterhead1-投料口；2-粉碎腔；3-排污口；4-外壳体；5-驱动电机；6-支架图2-9粉碎装置Figure2-9crushingdevice1.3.2固液分离方案设计固液分离装置结构主要由过滤网及螺旋杆组成，过滤网及螺旋杆见图2-10、2-11所示，固液分离装置整体结构，见图2-12所示。其中，过滤网底部右侧较短的管口为粉碎后的餐厨垃圾残渣的进口，过滤网底部正前方较长的管口，为餐厨垃圾进行固液分离后油水混合物的出口。餐厨垃圾在固液分离装置内部螺旋叶片的推动和挤压下，移动至固液分离装置上方，并进入到出料装置完成出料。图2-10过滤网Figure2-10filterscreen图2-11螺旋杆Figure2-11screwrod1-螺旋杆；2-过滤网；3-出液口；4-进料口；5-底座图2-12固液分离装置Figure2-12solid-liquidseparationdevice固液分离装置工作原理为：餐厨垃圾通过固液分离装置底部右侧的进料口进入固液分离装置内部，螺旋杆在电机的驱动下高速旋转，当螺旋杆转动时，螺旋叶片会施加给餐厨垃圾一个法向推力N，同时由于餐厨垃圾与螺旋叶片接触面的切线方向存在切向摩擦力f，故餐厨垃圾受力为N和f的合力F。合力F可分解为沿螺旋杆的轴向分力Fa，以及圆周方向分力Ft。餐厨垃圾在轴向分力Fa的作用下，在固液分离装置内部沿竖着方向向上移动。同时，在圆周方向分力Ft的作用下，在固液分离装置内部沿螺旋杆转动，餐厨垃圾受力见图2-13所示。挤压出的餐厨垃圾固态渣块从固液分离装置出料口处出料，挤压出的液体即油水混合物透过滤网，在重力作用下流到固液分离装置底部，从出液管口处流出，最后流进餐厨垃圾处理设备底部的集液池内。图2-13餐厨垃圾受力图Figure2-13stressdiagramoffoodwaste1.3.3整体方案设计本文设计的餐厨垃圾处理装置整机结构见图2-14所示，整机包含粉碎装置以及固液分离装置，同时设置电控系统进行辅助操作，增强设备的可操作性。设备的工作原理为：餐厨垃圾从进料口进入粉碎装置内部，餐厨垃圾在粉碎装置内部被高速旋转的研磨刀盘进行研磨粉碎。粉碎后的餐厨垃圾碎渣从粉碎装置的出口流出，并通过连接管流入固液分离装置底部入口，进入固液分离过程。固液分离装置为螺旋挤压式，螺旋杆在电机驱动下高速旋转，餐厨垃圾在螺旋叶片的带动下，由固液分离装置底部向上移动。在移动的过程中，随