III某餐廚垃圾處理裝置方案整體設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20224某餐廚垃圾處理裝置方案整體設(shè)計案例 1290901.1設(shè)計指標 1131011.2方案對比 122121.1.1粉碎方案對比 3139931.1.2固液分離方案對比 5274681.3方案設(shè)計 8295651.3.1粉碎方案設(shè)計 85301.3.2固液分離方案設(shè)計 9216401.3.3整體方案設(shè)計 11182951.4本章小結(jié) 12查閱相關(guān)資料并調(diào)研市場餐廚垃圾處理現(xiàn)狀，提出餐廚垃圾處理裝置設(shè)計指標，根據(jù)餐廚垃圾所含成分物理特性，明確餐廚垃圾處理工藝，通過方案對比來對餐廚垃圾處理裝置進行方案設(shè)計，使用SolidWorks軟件構(gòu)建餐廚垃圾處理裝置整機三維模型，并構(gòu)建其核心機構(gòu)粉碎裝置及固液分離裝置的三維模型，介紹裝置的工作原理。1.1設(shè)計指標本文設(shè)計的餐廚垃圾處理裝置集送料、粉碎、壓縮、脫水于一體，通用于社區(qū)街道、學校食堂、酒店以及垃圾處理廠，該裝置的設(shè)計指標見表2-1所示。表2-1餐廚垃圾處理裝置設(shè)計指標Table2-1Designobjectiveoffoodwastedisposaldevice序號名稱單位指標數(shù)值1每小時處理量t/h＞5002擠壓率%＞703處理物料種類/餐廚垃圾1.2方案對比根據(jù)國人餐飲習慣和餐廚垃圾的特點，餐廚垃圾的處理應(yīng)以實現(xiàn)餐廚垃圾的資源化利用為目的，通過對餐廚垃圾進行粉碎、脫水、擠壓等處理后，可以得到液態(tài)和固態(tài)兩種形式的物質(zhì)。對于分離得到的液態(tài)的餐廚垃圾的油水混合物，可進行油水分離處理，使之變成費油和廢水。費油可作為生物柴油的原料，費水可變成中水進行二次循環(huán)使用。對于分離得到的餐廚垃圾的固態(tài)殘渣進行烘干、打包，便于儲存和運輸以及進一步的集中處理。餐廚垃圾處理工藝[33]，見圖2-1所示。由餐廚垃圾處理工藝，確定本文設(shè)計的餐廚垃圾處理裝置應(yīng)包含粉碎裝置以及固液分離裝置，見圖2-2所示。作為餐廚垃圾處理裝置的核心機構(gòu)，粉碎裝置和固液分離裝置的設(shè)計對于餐廚垃圾的處理效果會產(chǎn)生直接的影響，故需要對粉碎方案和固液分離方案進行對比分析。圖2-1餐廚垃圾處理工藝Figure2-1Foodwastetreatmenttechnology圖2-2餐廚垃圾處理裝置整體設(shè)計方案Figure2-2Theoveralldesignofkitchenwastedisposaldevice1.1.1粉碎方案對比粉碎裝置作為餐廚垃圾處理裝置的核心裝置之一，若粉碎后的餐廚垃圾粉顆粒較大，易堵在在固液分離裝置內(nèi)部；若粉碎后的餐廚垃圾顆粒較小，無法對粉碎后的餐廚垃圾進行有效的擠壓。因此，粉碎裝置對餐廚垃圾粉碎的程度直接影響到固液分離裝置對餐廚垃圾處理的效果。在課題組成員的討論下，提出了兩種粉碎方案，下面分別對兩種粉碎方案進行介紹。方案一——雙齒輥粉碎，雙齒輥粉碎裝置的主要工作部件為兩個平行安裝的輥子，輥子上面布置著一定序列和數(shù)量的破碎齒，齒輥通過運動擠壓來達到破碎物料的目的，雙齒輥的粉碎原理見圖2-3所示。齒棍的轉(zhuǎn)速可以同速，也可不同速。兩個輥子中有一個為固定輥子，另一個為可移動輥子，通過調(diào)整兩個輥子的中心距來控制破碎物料的力度。當破碎過程中遇到超出粉碎能力范圍的物料，通過調(diào)節(jié)可移動輥子使物料通過，以免造成裝置的損壞。雙齒輥粉碎裝置的優(yōu)勢是工作可靠且生產(chǎn)能力較大，但存在一些問題：（1）雙齒輥粉碎裝置體積較大；（2）雙齒輥粉碎裝置破碎齒易損壞；（3）雙齒輥粉碎裝置工作時產(chǎn)生較大噪聲；（4）雙齒輥粉碎裝置加工制作成本較高，運行周期內(nèi)維護費用較高。圖2-3雙齒輥粉碎原理Figure2-3ComminutionPrincipleofDoubleToothRoller方案二——廚余垃圾粉碎機，廚余垃圾粉碎機主要工作部件為安裝在粉碎腔體內(nèi)的粉碎刀盤，其結(jié)構(gòu)見圖2-4所示。廚余垃圾粉碎機在工作時，粉碎腔體內(nèi)的粉碎刀盤在驅(qū)動電機帶動下高速旋轉(zhuǎn)，將廚余垃圾研磨成細小顆粒，被粉碎的廚余垃圾顆粒在水流的沖刷作用下，從排污口排出。廚余垃圾粉碎機相對于雙齒輥粉碎裝置，在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢：（1）廚余垃圾粉碎機結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧；（2）廚余垃圾粉碎機能耗低、性能高；（3）廚余垃圾粉碎機工作室噪聲較小。（4）廚余垃圾粉碎機加工制作成本較低，運行周期內(nèi)維護費用較低。經(jīng)過對以上兩種粉碎裝置設(shè)計方案的論證與比較得出結(jié)論：廚余垃圾粉碎機與雙齒輥粉碎裝置相比，其操作方便，工作時產(chǎn)生噪聲較小，維護保養(yǎng)費用較低，加工制作成本低廉，故確定采用廚余垃圾粉碎機作為粉碎裝置。圖2-4廚余垃圾粉碎機結(jié)構(gòu)圖Figure2-4Kitchenwastecrusherstructuredrawing1.1.2固液分離方案對比設(shè)備的核心機構(gòu)固液分離裝置的設(shè)計，直接關(guān)系到整機對餐廚垃圾的處理效果。目前，能夠持續(xù)完成固液分離脫水作業(yè)的機械設(shè)備為壓濾式，此種類型的固液分離機可實現(xiàn)較高的固體俘獲率和脫水率。按照結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，典型的壓濾式固液分離機包括板框壓濾式固液分離、帶式壓濾固液分離、螺旋擠壓式固液分離。在課題組成員的討論下，提出了三種固液分離方案，下面分別對三種固液分離方案進行介紹。方案一——板框壓濾式固液分離，板框壓濾式固液分離裝置的主要部件為多組濾板和濾框，兩者相互交替排列組成濾室，以電動或者液壓的方式提供的壓力作為過濾推動力的間歇式作業(yè)的固液分離設(shè)備，板框壓濾機結(jié)構(gòu)見圖2-5所示。板框壓濾式固液分離機利用濾板、濾框以及濾布，通過擠壓的方式使固液兩相混合物實現(xiàn)固液分離。液體部分透過濾布排出，固體部分從特定出口排出，板框壓濾式固液分離機的一個工作周期是由壓緊濾板、壓濾、釋放濾板以及出料等過程組成[34]。圖2-5板框壓濾式固液分離機結(jié)構(gòu)圖Figure2-5Structurediagramofplateframepressurefiltertypesolid-liquidseparator此方案的優(yōu)勢在于更換濾布較為便捷，實現(xiàn)了較高的固體俘獲率，但存在一些問題：板框壓濾式固液分離裝置體積較大；板框壓濾式固液分離裝置作業(yè)方式為間歇作業(yè)，效率較低；板框壓濾式固液分離裝置活動部件較多、運行不穩(wěn)定；板框壓濾式固液分離裝置操作復雜、作業(yè)環(huán)境差；板框壓濾式固液分離裝置濾布使用壽命較短。方案二——帶式壓濾固液分離，帶式壓濾固液分離裝置的主要部件為滾筒、輸送帶和壓輥，帶式壓濾機結(jié)構(gòu)見圖2-6所示。帶式壓濾機在工作時，固液混合物中的液體經(jīng)過壓輥的擠壓透過輸送帶，流至液體收集區(qū)，固體在輸送帶上逐漸聚集，最后被運送至固體的收集區(qū)[35-39]。圖2-6帶式壓濾固液分離機結(jié)構(gòu)圖Figure2-6Structurediagramofbeltpressurefiltersolid-liquidseparator此方案雖然能實現(xiàn)對物料的固液分離處理，但存在一些問題：（1）帶式壓濾固液分離裝置對高濕物料的固液分離效果比較有限；（2）帶式壓濾固液分離裝置驅(qū)動部件較多，能耗較大；（3）帶式壓濾固液分離裝置需定期清洗沖刷壓輥，增加了勞動強度。方案三——螺旋擠壓式固液分離，螺旋擠壓式固液分離裝置是將重力沉降、擠壓過濾以及高壓壓榨融為一體的新型固液分離裝置，螺旋擠壓式固液分離機結(jié)構(gòu)見圖3-6所示，當前許多學者都在對其進行研究[40-47]。螺旋擠壓式固液分離機的核心部件為帶有螺旋葉片的螺旋軸和過濾網(wǎng)，其工作原理是螺旋壓濾機在電動機帶動下，通過螺旋軸和螺旋葉片之間共同作用形成的擠壓力作用，并且由于螺旋軸與過濾網(wǎng)間空間逐漸變小的原因，物料內(nèi)部水分即液體被排出，液體通過過濾網(wǎng)間隙往下流出，對流出的水分收集后由水管排走。物料通過螺旋桿被擠壓排出水分后，再經(jīng)過卸料口，固體擠出物即可被收集。圖2-7螺旋擠壓式固液分離機結(jié)構(gòu)圖Figure2-7Structurediagramofspiralextrusionsolid-liquidseparator螺旋擠壓式固液分離裝置相對于其它類型的固液分離裝置，在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢：（1）螺旋擠壓式固液分離裝置所需的驅(qū)動設(shè)備要求較低，能耗較低、性能較高；（2）螺旋擠壓式固液分離裝置加工制作成本較低，運行周期內(nèi)維護費用相較低；（3）螺旋擠壓式固液分離裝置結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕、占地面積較小、便于操作；（4）螺旋擠壓式固液分離裝置密封性較好，相較于其它類型的固液分離裝置，整個固液分離過程有更好的密閉性，減小了機器運轉(zhuǎn)對環(huán)境的不良影響；（5）螺旋擠壓式固液分離裝置清理方便，耗水量更小，相較于其它類型的固液分離裝置清洗更方便，用水更少，因清理用水而產(chǎn)生的廢水更少；螺旋擠壓式固液分離裝置除了具備上述的優(yōu)點，在一定程度上克服了其他幾種類型的固液分離裝置的缺點：（1）板框壓濾式固液分離裝置為間歇作業(yè)，效率較低；（2）板框壓濾式固液分離裝置以及帶式壓濾固液分離裝置需要使用濾布來進行固液分離，對濾布的消耗較大;（3）板框壓濾式固液分離裝置以及帶式壓濾固液分離裝置，需定時對濾布以及壓輥進行清洗沖刷，增加了勞動強度;（4）帶式壓濾固液分離裝置驅(qū)動部件較多，能耗較大。經(jīng)過對以上三種固液分離設(shè)計方案的論證與比較得出結(jié)論：螺旋擠壓式固液分離裝置與其他固液分離裝置相比，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、脫水效果好，消耗功率較少，耗電量較少，噪聲較小，維護保養(yǎng)費用較低，加工制作成本低廉，故確定采用固液分離設(shè)計方案為螺旋擠壓式固液分離。1.3方案設(shè)計通過方案對比，來對餐廚垃圾處理裝置進行方案設(shè)計，使用SolidWorks軟件構(gòu)建粉碎裝置、固液分離裝置以及整機的三維模型，并介紹裝置的工作原理。1.3.1粉碎方案設(shè)計本文所設(shè)計的粉碎裝置由支架、投料口、粉碎腔、研磨刀盤、排污口、外殼體、驅(qū)動電機等七部分組成，研磨刀盤見圖2-8所示，粉碎裝置結(jié)構(gòu)見圖2-9所示。粉碎裝置外部上端為外殼體，下端為支架。粉碎裝置最上端為投料口，投料口下端與粉碎腔連接，粉碎腔內(nèi)部裝有研磨刀盤。粉碎腔下端為驅(qū)動電機，粉碎腔側(cè)邊為排污口。粉碎裝置的工作原理為：當餐廚垃圾從投料口投入，在自身重力作用下落到粉碎腔內(nèi)。粉碎腔內(nèi)的研磨刀盤在驅(qū)動電機的帶動下進行高速旋轉(zhuǎn)，從而將餐廚垃圾進行粉碎。被粉碎后的餐廚垃圾通過研磨刀盤上的孔洞，在水流的沖刷作用下流出粉碎腔，之后從粉碎腔側(cè)邊的排污口流出粉碎裝置。圖2-8研磨刀盤Figure2-8Grindingcutterhead1-投料口；2-粉碎腔；3-排污口；4-外殼體；5-驅(qū)動電機；6-支架圖2-9粉碎裝置Figure2-9crushingdevice1.3.2固液分離方案設(shè)計固液分離裝置結(jié)構(gòu)主要由過濾網(wǎng)及螺旋桿組成，過濾網(wǎng)及螺旋桿見圖2-10、2-11所示，固液分離裝置整體結(jié)構(gòu)，見圖2-12所示。其中，過濾網(wǎng)底部右側(cè)較短的管口為粉碎后的餐廚垃圾殘渣的進口，過濾網(wǎng)底部正前方較長的管口，為餐廚垃圾進行固液分離后油水混合物的出口。餐廚垃圾在固液分離裝置內(nèi)部螺旋葉片的推動和擠壓下，移動至固液分離裝置上方，并進入到出料裝置完成出料。圖2-10過濾網(wǎng)Figure2-10filterscreen圖2-11螺旋桿Figure2-11screwrod1-螺旋桿；2-過濾網(wǎng)；3-出液口；4-進料口；5-底座圖2-12固液分離裝置Figure2-12solid-liquidseparationdevice固液分離裝置工作原理為：餐廚垃圾通過固液分離裝置底部右側(cè)的進料口進入固液分離裝置內(nèi)部，螺旋桿在電機的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，當螺旋桿轉(zhuǎn)動時，螺旋葉片會施加給餐廚垃圾一個法向推力N，同時由于餐廚垃圾與螺旋葉片接觸面的切線方向存在切向摩擦力f，故餐廚垃圾受力為N和f的合力F。合力F可分解為沿螺旋桿的軸向分力Fa，以及圓周方向分力Ft。餐廚垃圾在軸向分力Fa的作用下，在固液分離裝置內(nèi)部沿豎著方向向上移動。同時，在圓周方向分力Ft的作用下，在固液分離裝置內(nèi)部沿螺旋桿轉(zhuǎn)動，餐廚垃圾受力見圖2-13所示。擠壓出的餐廚垃圾固態(tài)渣塊從固液分離裝置出料口處出料，擠壓出的液體即油水混合物透過濾網(wǎng)，在重力作用下流到固液分離裝置底部，從出液管口處流出，最后流進餐廚垃圾處理設(shè)備底部的集液池內(nèi)。圖2-13餐廚垃圾受力圖Figure2-13stressdiagramoffoodwaste1.3.3整體方案設(shè)計本文設(shè)計的餐廚垃圾處理裝置整機結(jié)構(gòu)見圖2-14所示，整機包含粉碎裝置以及固液分離裝置，同時設(shè)置電控系統(tǒng)進行輔助操作，增強設(shè)備的可操作性。設(shè)備的工作原理為：餐廚垃圾從進料口進入粉碎裝置內(nèi)部，餐廚垃圾在粉碎裝置內(nèi)部被高速旋轉(zhuǎn)的研磨刀盤進行研磨粉碎。粉碎后的餐廚垃圾碎渣從粉碎裝置的出口流出，并通過連接管流入固液分離裝置底部入口，進入固液分離過程。固液分離裝置為螺旋擠壓式，螺旋桿在電機驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，餐廚垃圾在螺旋葉片的帶動下，由固液分離裝置底部向上移動。在移動的過程中，隨