Bài 3 nghiền rây trộn

I Bài 3 NGHIỀN – RÂY – TRỘN I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM a Nghieàn moät loaïi vaät lieäu, döïa vaøo keát quaû raây xaùc ñònh söï phaân phoái kích thöôùc vaät lieäu sau khi nghieàn, coâng suaát tieâu thuï vaø[.]

Bài 3: NGHIỀN – RÂY – TRỘN I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM a Nghiền loại vật liệu, dựa vào kết rây xác định phân phối kích thước vật liệu sau nghiền, công suất tiêu thụ hiệu suất máy nghiền b Rây vật liệu nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối kích thước tích lũy vật liệu sau nghiền, từ xác định kích thước vật liệu sau nghiền c Trộn hai vật liệu để định số trộn thời điểm, xây dựng đồ thị số trộn theo thời gian để xác định thời gian trộn thích hợp II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM Phương trình tính cơng suất hiệu suất máy nghiền Phương trình tính công suất hiệu suất máy nghiền qua rây có kích thước hạt Dp1(ft) 80% sản phẩm sau nghiền qua rây có kích thước Dpj(ft) Gọi P công suất để nghiền vật liệu kích thước lớn đến D p (cho đơn vị khối lượng/phút) i =  P K b Dp Theo định nghóa, số công suất Wi lượng cần thiết nghiền từ kích thước lớn đến 100m (KWh/tấn nguyên liệu) ta có: Sự liên hệ Wi Kb (hằng số Bond tùy thuộc vào loại máy nghiền vật liệu nghiền) 100.10  60W i  Kb  19W i 10  P 19W i Dp 60W i K b Goïi P1 19W i D p1 vaø P2 19W i D p2 Công suất nghiền vật liệu phút từ Dp1 đến Dp2  P P1  P2 19W i    D p2  D p1     Goïi T suất (tấn/phút) Công suất nghiền T vật liệu/phút từ D p1 đến Dp2  P P1  P2 19W i    D p2  D p1 Dp1, Dp2: kích thước nguyên liệu sản phẩm, mm Nếu nghiền khô P nhân với 4/3 Công suất tiêu thụ cho động máy nghiền:  T   (KW) P' = U.I.cos Với: U: điện thế, V I: cường độ dòng điện, A cos: thừa số công suất Hiệu suất máy nghiền: H  P 100% P' phương trình biểu diễn đến phân phối kích thước hạt nhuyễn  d KD pb dD p Với: : khối lượng tích lũy kích thước Dp Dp: kích thước hạt K1, b: hai số biển thị đặc tính khối hạt Lấy tích phân từ  = 1 đến  = 2 tương ứng với Dp = D1 Dp = D2 ta có:   1  K D pb11  D pb 21 b 1   Tổng quát ta xét rây thứ n rây thứ n-1 giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có Dpn-1/Dpn = r = soá  n  n   n    K b 1 b 1 D pn  D pn 1 b 1   vaø thay Dpn-1 = r.Dpn, ta được:  n  K  r b 1  1 b 1 K  r b 1  1 b 1 D pn K ' D pn với K '  b 1 b 1 logn = (b+1)logDpn + logK' K' b xác định cách vẽ n theo Dpn đồ thị log - log suy hệ số góc K+1 tung độ góc K'  K b cơng suất rây E  J x 100 Fa Với: F: khối lượng vật liệu ban đầu cho vào rây, (g) J: khối lượng vật liệu rây, (g) a: tỉ số hạt lọt qua rây, (%) Tích số F.a thí nghiệm xác định sau: Đem rây khối lượng F vật liệu, khảo sát xác định J Lấy vật liệu lại rây F - J1 rây lại xác định J2, tiếp tục lấy vật liệu lại rây F - (J1 + J2) rây lại lần Tổng số J1 + J2 + J3 + tiệm cận đến F.a Hiệu suất rây 100% J1 = F.a phương trình trộn Khi trộn khối lượng a chất A với khối lượng b chất B, tạo thành hỗn hợp đồng Thành phần chất A B hỗn hợp lý tưởng: a a b Đối với chất A: CA  Đối với chất B: CB  b a b Các thành phần phần thể tích hỗn hợp Nhưng hỗn hợp lý tưởng đạt tới thời gian trộn tăng lên vô cực yếu tố chống lại trình trộn Trên thực tế, thời gian trộn tiến tới vô hạn nên thành phần chất A B phần thể tích khác khác Để đánh giá mức độ đồng hỗn hợp, ta đặc trưng giá trị sai biệt bình phương trung bình Nếu phần thể tích V1 khối hỗn hợp thực có thành phần thể tích A B là: C1A, C1B, giá trị sai biệt bình phương trung bình hỗn hợp thực là: N sA   C i 1 A  C i 1 N 1 N sB   C iA  B  C iB  N 1 Với CA, CB thành phần chất A, B hỗn hợp, ta thấy s A sB nhỏ hỗn hợp gần với hỗn hợp lý tưởng S A sB phụ thuộc vào nhiều yếu tố định thời gian trộn Quan hệ s thời gian trộn biểu thị theo đồ thị (giả sử yếu tố khác không đổi) Trên thực tế, tùy theo yêu cầu s mà ta xác định thời gian trộn thích hợp Để đánh giá mức độ trộn hỗn hợp, ta dùng đại lượng khác số trộn định nghóa: Is  Với e: độ lệch chuẩn lý thuyết: e s e  C AC B n  Is  C A C B (N  1) N n  (C A  C iA ) i 1 n: số hạt trường hợp trộn vật liệu rời III PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Nghiền Cân vật liệu đem nghiền (gạo) Lần 1: 100g Lần 2: 200g Kích thước trung bình hạt gạo: dài 6mm; đường kính 1,5 mm Bật công tác máy nghiền cho chạy không tải, đo cường độ dòng điện lúc khoong tải Cho vật liệu vào nhà máy, bật cơng tắc vít tải nhập liệu, bấm kế Đo cường đồ dịng điện có tải cực đại Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị khơng tải, bấm kế xác định thời gian nghiền Tháo sản phẩm khỏi máy nghiền Cho thông số: Hiệu điện máy nghiền U = 220V; hệ số công suất cos = 0,8 ; số nghiền Wi = 13kW h/tấn Rây Lấy ½ sản phẩm sau nghiền đem rây để xác định hiệu suất rây có kích thước 0,25mm Rây lần, lần phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây Lấy ½ sản phẩm cịn lại đem rây để xác định phân bố kích thước vật liệu sau nghiền Rây 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy rây Trộn Cân kg đậu xanh kg đậu nành Cho vật liệu vào máy trộn, bấm kế xác định thời gian trộn Dừng máy thời điểm 5, 15, 30, 60, 120, 240, 300,360,400 giây lấy mẫu Lấy mẫu (12 mẫu) thời điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh đậu nành có mẫu 10 11 12 IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM kết thí nghiệm a) Thí nghiệm nghiền Bảng 1: kết thí nghiệm nghiền Cường độ dịng điện (A) Khơng tải Có tải Mẫu Khối lượng (g) Thời gian (phút) 100 34’36 7.5 200 2’19 b) thí nghiệm rây Xác định hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 80(g) Bảng 2: kết thí nghiệm xác định hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 56,00 1,13 0,68 0,04 5 0,01 Kết phân tích rây: khối lượng ñem raây M = 80(g) Bảng 3: kết phân tích rây Kích thước rây (mm) Khối lượng raây (g) 0,25 26,18 0,20 10,56 0,16 11,94 0,10 1,06 c) Thí nghiệm trộn: bảng 4: kết thí nghiệm trộn Mẫu 10 11 12 X 50 41 14 74 72 70 68 60 82 96 90 44 N 15 30 40 46 16 12 80 82 70 76 60 12 15 X 45 50 60 45 46 78 90 46 67 68 80 81 N 90 91 86 87 60 45 67 78 80 82 84 86 30 X 30 40 46 74 90 81 48 60 65 70 75 80 N 45 60 80 45 55 56 48 80 70 75 86 74 60 X 13 23 14 16 18 20 21 27 30 48 45 50 N 17 27 28 30 35 40 45 48 50 55 60 70 120 X 81 85 89 40 35 40 49 50 55 60 40 80 N 17 23 25 28 29 30 45 55 65 70 87 27 240 X 27 30 35 40 45 60 38 60 75 80 39 54 N 39 41 60 55 50 45 49 76 84 49 50 56 300 X 23 14 50 70 60 23 53 17 21 51 72 19 N 19 20 51 79 71 18 29 70 32 39 64 32 360 X 67 83 64 24 38 93 21 30 22 30 42 50 N 38 72 37 73 24 77 78 60 39 53 22 32 400 X 17 20 31 39 29 32 72 60 70 56 47 38 N 17 29 32 19 23 13 60 72 52 60 51 32 tính tốn kết thí nghiệm Bảng 5: kết tính tốn khối lượng tích lũy kích thước Dp Kích thước rây (mm) Khối lượng rây (g) 0,25 26,18 0,20 10,56 0,16 11,94 0,10 1,06 Bảng 6: kết tính cơng suất nghiền Dn  0.3273 0.1320 0.1493 0.0133 log -0.48512 -0.87943 -0.82609 -1.87778  0,3273 0,4593 0,6085 0,6218 0,3273 0,1320 0,1493 0,0133 Công suất nghiền (W) 0,276 0,2000 0,250 0,3273 0,200 0,4593 0,160 0,6085 0,100 0,6218 Bảng 7: kết tính tốn số liệu cho log- log   P = 85,74 Dpn (mm) 0.25 0.20 0.16 0.10 logDpn -0.60206 -0.69897 -0.79588 -1 Bảng 8: Kết tính toán hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) 10 15 20 25 Khối lượng qua rây Ji (g) 56 1,13 0,68 0,04 0,01 Bảng 9: Kết tính toán số trộn Is theo thời gian Ji (g) Hiệu suất rây (%) 56 57,13 57,81 57,85 57,86 96,79 Tại thời điểm 5" Mẫu N X CiN (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S n e IS 10 11 12 50 41 14 74 72 70 68 60 82 96 90 44 15 30 40 46 16 12 80 82 70 76 60 12 0.7692 0.5775 0.2593 0.6167 0.8182 0.8537 0.4595 0.4225 0.5395 0.5581 0.6 0.7857 0.0105 0.008 0.166 0.0025 0.0229 0.035 0.0429 0.0596 0.0162 0.0118 0.0044 0.0142 0.394 0.237 1300 0.4213 1.776 s n e IS 0.0115 0.0366 thời điểm 15" Maãu N X CiN (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 10 11 12 45 50 60 45 46 78 90 46 67 68 80 81 90 91 86 87 60 45 67 78 80 82 84 86 0.333 0.355 0.411 0.341 0.434 0.634 0.573 0.371 0.456 0.453 0.488 0.485 0.1111 0.0974 0.0654 0.1061 0.0542 0.0011 0.0087 0.0875 0.0445 0.0455 0.032 0.033 0.6865 Taïi thời điểm 30" Mẫ N X CiN u 10 30 40 46 74 90 81 48 60 65 70 45 60 80 45 55 56 48 80 70 75 0.4000 0.4000 0.3651 0.6218 0.6207 0.5912 0.5000 0.4286 0.4815 0.4828 0.3132 1692 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S n e IS 0.0711 0.0711 0.0910 0.0020 0.0021 0.0057 0.0278 0.0567 0.0343 0.0338 0.3619 0.2274 1379 0.0132 0.058 11 12 75 80 86 74 0.4658 0.5195 Tại thời điểm 60" Mẫ N X CiN u 10 11 12 13 23 14 16 18 20 21 27 30 48 45 50 17 27 28 30 35 40 45 48 50 55 60 70 0.4333 0.4600 0.3333 0.3478 0.3396 0.3333 0.3182 0.3600 0.3750 0.4660 0.4286 0.4167 Tại thời điểm 120" Mẫ N X CiN u 10 11 12 81 85 89 40 35 40 49 50 55 60 40 80 17 23 25 28 29 30 45 55 65 70 87 27 0.8265 0.7870 0.7807 0.5882 0.5469 0.5714 0.5213 0.4762 0.4583 0.4615 0.3150 0.7477 Tại thời điểm 240" Maã N X CiN u 27 39 0.4091 30 41 0.4225 35 60 0.3684 0.0403 0.0217 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S n e IS 0.0545 0.0427 0.1111 0.1017 0.1070 0.1111 0.1215 0.0941 0.0851 0.0403 0.0567 0.0625 0.9257 0.3637 710 0.0186 0.0511 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S n e IS 0.0255 0.0145 0.0130 0.0062 0.0144 0.0091 0.0211 0.0363 0.0434 0.0421 0.1237 0.0066 0.2256 0.1795 1205 0.0109 0.0608 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S 0.0664 0.0596 0.0890 0.4253 0.2465 n e 1038 0.0153 IS 0.0619 10 11 12 40 45 60 38 60 75 80 39 54 55 50 45 49 76 84 49 50 56 0.4211 0.4737 0.5714 0.4368 0.4412 0.4717 0.6202 0.4382 0.4909 Tại thời điểm 300" Mẫ N X CiN u 10 11 12 23 14 50 70 60 23 53 17 21 51 72 19 19 20 51 79 71 18 29 70 32 39 64 32 0.5476 0.4118 0.4950 0.4698 0.4580 0.5610 0.6463 0.1954 0.3962 0.5667 0.5294 0.3725 Tại thời điểm 360" Mẫ N X CiN u 10 11 12 67 83 64 24 38 93 21 30 22 30 42 50 38 72 37 73 24 77 78 60 39 53 22 32 0.6381 0.5355 0.6337 0.2474 0.6129 0.5471 0.2121 0.3333 0.3607 0.3614 0.6563 0.6098 0.0603 0.0373 0.0091 0.0529 0.0509 0.0380 0.0022 0.0522 0.0309 (CiN – CN)2 0.0142 0.0650 0.0295 0.0388 0.0435 0.0112 0.0004 0.2221 0.0732 0.0100 0.0188 0.0865 (CiN – CN)2 S n e IS 0.2025 0.1701 720 0.0185 0.109 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S n e 0.0008 0.0172 0.0011 0.1758 0.0029 0.0143 0.2066 0.1111 0.0937 0.0932 0.0001 0.0032 0.2121 0.1741 879 0.0162 0.0931 (CiN – CN)2 (CiN – CN)2 S IS Tại thời điểm 400" Mẫ N X CiN n e IS u 17 20 31 39 29 32 72 60 70 56 47 38 10 11 12 17 29 32 19 23 13 60 72 52 60 51 32 0.5000 0.4082 0.4921 0.6724 0.5577 0.7111 0.5455 0.4545 0.5738 0.4828 0.4796 0.5429 0.0278 0.0668 0.0305 0.0000 0.0119 0.0020 0.0147 0.0450 0.0086 0.0338 0.0350 0.0153 58 0.1370 Ji 57 56 5 10 Hình1: Giản đồ Ji – t 20 30 0.1399 433 0.0240 0.1717 0.7 0.6 0.5 0.4  t(phuùt) 0.3 0.2 0.1 -0.1 0.1 Dn(mm) Hình Giản đồ Dn -  logDpn -1.5 -1 -0.5 -0.2 -0.4 -0.6 -1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 Hình 3: Giản đồ logDp - logn logn -0.8 0.07 0.06 0.05 Is 0.04 0.03 0.02 0.01 0 100 200 300 400 t (giây) Hình 4: Giản đồ Is – t 3.phụ lục Dùng phương pháp bình phương cực tiểu để dựng giản đồ hình 3, ta có phương trình đường thẳng tương ứng giản đồ là: y = 3,3676x + 1,5902 Như ta có: b + = 3,3676 => b = 3,3676 – = 2,3676 logK’= 1,5902 b 1 Maø K  (r b 1  1) K ' => K’ = 38,922 D 0,25 p1 Với r  D  0,2 1,25 thiết bị rây thí nghiệm p2 2,3676  Thế vào công thức ta tính K  (1,25 2,3676 1  1) 38,922 117,02 Để xác định công suất nghiền, ta cần biết giá trị D p1 Dp2, giá trị xác định sau: Xác định Dp1: - Giả sử hạt gạo trước nghiền có dạng trụ tròn xoay, ta có: S = dl V = (d2/4)l - Dp1 đường kính tương đương hạt gạo trước nghiền: đường kính hạt hình cầu có thể tích diện tích bề mặt với hạt gạo V d 1,5 => D p 6 S 6 6 2,25(mm ) Với d = 1,5(mm): đường kính hạt gạo trước nghiền Xác định Dp2: Theo định nghóa số công, Dp2 tương ứng với  = 0,2 đồ thị phân phối tích lũy phân phối kích thước vật liệu rây Để xác định giá trị D p2 ta phải chọn thêm điểm có tọa độ (Dn, 0) đồ thị hình Giả sử phía rây 0,25mm có rây a có kích thước lỗ rây Dpa, ta có: Dpa = r.Dp1 = 1,25 x 0,25 = 0,3125 (mm) Duøng công thức:  K b 1 b 1 D pn  D pn 1 b 1  117,02   n   n   0,31253,3676  0,25 3,3676  0,36534 3,3676   n    n   0,36534  0,3273  0,03804 0   n  n   n      Vậy điểm ta cần chọn thêm có tọa độ (0,3125;0) Từ đồ thị hình 2, ta chọn Dp2 = 0,276 (mm) tương ứng với  = 0,2 P Hiệu suất máy nghiền tính theo công thức: H  P ' 100% Với: Công suất tiêu thụ cho động máy nghiền:  P P1  P2  19W i     P  19x 13  0,276   D p2 D p1  T (cho trình nghiền khô )    200.10  x 60 x 85,74(W ) 57 2,25  Công suất nghiền vật liệu: P’ = UIcos = 220 x (4,6 – 3,4) x 0,8 = 211,2 (W) 85,74 P Vậy: Hiệu suất nghiền H  P ' 100%  211,2 100 40,6(%) Các công thức dùng cho trình trộn: Thành phần đậu xanh đậu nành hỗn hợp lý tưởng: 1,5 a Đậu xanh: C X  a  b   1,5  b Đậu nành: C N  a  b   1,5  C A C B (N  1) Is  N Chỉ số trộn n  (C A  C iA ) i 1 A i Với C iA  A  B : thành phần chất A mẫu đếm i i Ai: số lượng chất A mẫu đếm Bi: số lượng chất B mẫu đếm Hiệu suất rây tính theo công thức: E  J x 100 Fa Từ đồ thị hình 1, ta thấy Fa tiệm cận đến giá trị 57,86 (g) Thế vào công thức ta tính hiệu suất rây E bàn luận 1) Sư thích nghi định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền Để tính toán công suất máy nghiền, có thuyết sau đề ra: - Thuyết bề mặt Rittinger :công dùng trình nghiền tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt tạo thành sản phẩm nghiền.Nó dùng điều kiện lượng cung cấp cho đơn vị khối lượng chất rắn không lớnvà để ước tính cho trình thực với K xác định thực nghiệm máy nghiền loại với máy nghiền thực - Thuyết thể tích Kick: Công cần thiết để nghiền vật liệu cho trước không đổi ứng với mức độ nghiền.Nó dùng trường hợp đập nghiền thô nghiền mịn - Định luật Bond với số công : công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính dh từ cục vật liệu ban đầu lớn tỷ lệ với bậc hai tỉ số diện tích bề mặt-thể tích sản phẩm Phương trình vi phân chung để tính công suất: N dD D( G ) = - K Dn Với: + N: công suất máy nghiền + G: suất lượng nhập liệp + D: đường kính hạt vật liệu + n: số; N=1:ù định luật Kick; n=2: định luật Rittinger; n=1,5: định luật Bond Định luật Bond cho công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính D h từ cục vật liệu ban đầu lớn tỷ lệ với bậc hai tỷ số diện tích bề mặt - thể tích sản phẩm Như vậy: N G = Kb D Trong Kb số tùy thuộc loại máy nghiền vật liệu nghiền Để sử dụng công thức vào tính toán, người ta đưa khái niệm số công Wi (năng lượng cần thiết để nghiền vật liệu có kích thước lớn đến sản phẩm có 80% lọt qua rây 100m) Chỉ số công bao gồm công ma sát máy nghiền công suất trục máy Trong trình nghiền khô, công suất tiêu tốn lớn 4/3 lần so với trình nghiền ướt; chu trình nghiền hở tiêu tốn công 4/3 lần nhiều chu trình nghiền kín Như định luật Bond có tính thực tế định luật việc tính toán công suất cần thiết cho máy nghiền 2) Nhận xét hiệu suất rây nghiền đo : - Hiệu suất rây thu ù cao nguyên nhân sau: - Độ ẩm vật liệu không cao - Bề dày lớp vật liệu bé - Rây làm vệ sinh kỹ trước đưa vào thí nghiệm, tránh tượng lỗ rây bị bít kín - Hiệu suất nghiền thu không cao nhiên cao so với kết sách xác định xác kích thước hạt vật liệu sau nghiền - Cân dùng thí nghiệm có độ chia nhỏ 5g nên việc xác định xác khối lượng đến gam gặp khó khăn dễ phạm phải sai số 3)Các yếu tố ảnh hưởng đến trình rây: - Độ ẩm vật liệu rây : độ ẩm ảnh hưởng lớn đến trình.Khi vật liệu chuyển động bề mặt rây,các hạt sẻ va chạm vào nhau.Do chúng có độ ẩm cao chúng sẻ dính vào làm tăng kích thước hạt sẻ không lọt qua rây.Mặt khác chúng kết dính vào lỗ lưới gây bít lỗ rây - Bề dày lớp vật liệu: Nếu lớp vật liệu dày lớp vật liệu phiá khó xuống phiá để lọt qua rây - Kích thước vật liệu rây 4) Nhận xét cách lấy mẫu thí nghiệm trộn:û Trộn trình tạo hỗn hợp đồng từ thành phần tác dụng học - Ở sử dụng máy trộn thùng quay nên hỗn hợp thường không hoàn toàn lấy mẫu sẻ không xác - Vật liệu đem trộn đậu xanh đậu nành hai loại vật liệu rời, có kích thước sai biệt nên sẻ sinh sai số ngẫu nhiên Để có kết tương đối xác hơn, ta khắc phục sai số ngẫu nhiên cách lấy nhiều mẫu nhiều vị trí khác Cách lấy mẫu tiến hành thí nghiệm trộn (lấy mẫu vị trí khác rải bề mặt) khắc phục sai lệch - Độ tin cậy kết thí nghiệm không cao cách lấy mẵu chênh lệch kích thước hai loại vật liệu làm thí nghiệm Các công thức sử dụng để tính thành phần hai loại vật liệu đem trộn thiết lập dựa giả thiết hai hạt vật liệu có kích thước khối lượng; điều làm cho cách tính thành phần theo khối lượng theo số hạt Thực tế hai loại vật liệu (đậu xanh đậu nành) có kích thước chênh lệch lớn có khối lượng khác nên mắc phải sai số tính thành phần cách đếm số hạt 5)Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trộn: Vì có khác biệt cỡ hạt,khối lượng riêng nên làm cho trình trộn trở nên khó khăn - Cỡ hạt : cỡ hạt khác nhiều sẻ ảnh hưởnh xấu đến trình trộn - Độ ẩm vật liệu - Nhiệt độ giới hạn vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập thể CBGD môn Máy-Thiết bị, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm QTTB, trường Đại học Bách khoa Tp.HCM [2] Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM