BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 3

Bài 3: NGHIỀN – RÂY – TRỘN I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM a.Nghiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả rây xác đònh sự phân phối kích thước vật liệu sau khi nghiền, công suất tiêu thụ và hiệu suất của máy nghiền. b.Rây vật liệu khi nghiền, xác đònh hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối kích thước và tích lũy của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác đònh kích thước vật liệu sau khi nghiền. c.Trộn hai vật liệu để đònh chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng đồ thò chỉ số trộn theo thời gian để xác đònh thời gian trộn thích hợp. II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 1. Phương trình tính cơng suất và hiệu suất máy nghiền. -Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền qua rây có kích thước hạt D p1 (ft) và 80% sản phẩm sau khi nghiền qua rây có kích thước D pj (ft). -Gọi P là công suất để nghiền vật liệu kích thước rất lớn đến D p (cho đơn vò khối lượng/phút) i = ∞. p b D KP 1 = -Theo đònh nghóa, chỉ số công suất W i là năng lượng cần thiết nghiền từ kích thước rất lớn đến 100µm (KWh/tấn nguyên liệu) ta có: -Sự liên hệ giữa W i và K b (hằng số Bond tùy thuộc vào loại máy nghiền và vật liệu nghiền). 2 2 1 1 3 1 19 1 19 1 19 19 10 60 10100 1 60 p i p i p i i i b bi D WPvà D WPGọi D WP W W K KW == =⇒ ≈=⇒ = − . -Công suất nghiền một tấn vật liệu trên 1 phút từ D p1 đến D p2         −=−= 12 21 11 19 pp i DD WPPP -Gọi T là năng suất (tấn/phút). Công suất nghiền một T tấn vật liệu/phút từ D p1 đến D p2 T DD WPPP pp i         −=−= 12 21 11 19 (KW) D p1 , D p2 : kích thước của nguyên liệu và sản phẩm, mm. -Nếu nghiền khô P được nhân với 4/3. -Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền: P' = U.I.cos ϕ -Với: U: điện thế, Vôn. I: cường độ dòng điện, Ampe. cosϕ: thừa số của công suất. -Hiệu suất của máy nghiền: %. ' 100 P P H = 2.Phương trình biểu diễn sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn: b p p KD dD d = Φ− Với: φ: khối lượng tích lũy trên kích thước D p . D p : kích thước hạt. K 1 , b: hai hằng số biển thò đặc tính của khối hạt. -Lấy tích phân từ φ = φ 1 đến φ = φ 2 tương ứng với D p = D 1 và D p = D 2 ta có: ( ) 1 2 1 112 1 ++ − + =Φ−Φ b p b p DD b K -Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ n-1 và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có D pn-1 /D pn = r = hằng số. ( ) 1 1 1 1 1 + − + − − + − =Φ−Φ=∆Φ b pn b pnnnn DD b K và thay D pn-1 = r.D pn , ta được: ( ) ( ) 1 1 1 1 1 11 1 + − == + − =∆Φ + ++ + b rK KvớiDKD b rK b b pn b pn b n . '' . hoặc log∆φ n = (b+1)logD pn + logK' K' và b được xác đònh bằng cách vẽ ∆φ n theo D pn trên đồ thò log - log và suy ra hệ số góc K+1 và tung độ góc K' ⇒ K và b. 3. Công suất rây: 100x Fa J E = Với: F: khối lượng vật liệu ban đầu cho vào rây, (g) J: khối lượng vật liệu dưới rây, (g) a: tỉ số hạt có thể lọt qua rây, (%) -Tích số F.a trong thí nghiệm được xác đònh như sau: +Đem rây một khối lượng F của vật liệu, khảo sát xác đònh được J 1 . Lấy vật liệu còn lại trên rây F - J 1 và rây lại xác đònh được J 2 , tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây F - (J 1 + J 2 ) và rây lại một lần nữa. +Tổng số J 1 + J 2 + J 3 + sẽ tiệm cận đến F.a +Hiệu suất rây là 100% nếu J 1 = F.a 4. Phương trình trộn: -Khi trộn một khối lượng a chất A với một khối lượng b chất B, tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng: Đối với chất A: ba a C A + = Đối với chất B: ba b C B + = -Các thành phần này sẽ như nhau ở mọi phần thể tích của hỗn hợp. Nhưng hỗn hợp lý tưởng này chỉ đạt tới khi thời gian trộn tăng lên vô cực và không có yếu tố chống lại quá trình trộn. -Trên thực tế, thời gian trộn không thể tiến tới vô hạn được nên thành phần các chất A và B ở các phần thể tích khác nhau sẽ khác nhau. -Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp, ta đặc trưng bởi giá trò sai biệt bình phương trung bình. -Nếu trong phần thể tích V 1 của khối hỗn hợp thực có thành phần thể tích của A và B lần lượt là: C 1A , C 1B , giá trò sai biệt bình phương trung bình của hỗn hợp thực đó sẽ là: ( ) ( ) 1 1 1 2 1 2 − − = − − = ∑ ∑ = = N CC s N CC s N i iBB B N i iAA A -Với C A , C B là thành phần của chất A, B trong hỗn hợp, ta thấy s A và s B càng nhỏ khi hỗn hợp đó càng gần với hỗn hợp lý tưởng. S A và s B phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng quyết đònh nhất là thời gian trộn. Quan hệ giữa s và thời gian trộn được biểu thò theo đồ thò (giả sử các yếu tố khác nhau không đổi). -Trên thực tế, tùy theo yêu cầu của s mà ta xác đònh thời gian trộn thích hợp. -Để đánh giá mức độ trộn một hỗn hợp, ta có thể dùng đại lượng khác là chỉ số trộn và được đònh nghóa: s Is e σ = Với σ e là độ lệch chuẩn lý thuyết: ∑ = − − =⇒ = N i iAA BA BA e CCn NCC Is n CC 1 2 1 )(. )( σ Với n là số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời. III. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 1. 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 cơng tác máy nghiền cho chạy khơng tải, đo cường độ dòng điện lúc khơng tải. -Cho vật liệu vào nhà máy, bật cơng tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế. Đo cường đồ dòng điện có tải cực đại. Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị khơng tải, bấm thì kế xác định thời gian nghiền. -Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền. -Cho các thơng số: Hiệu điện thế máy nghiền U = 220V; hệ số cơng suất cos = 0,8 ; chỉ số nghiền W i = 13kW. h/tấn. 2. Rây: -Lấy ½ sản phẩm sau khi nghiền đem rây để xác định hiệu suất rây có kích thước 0,25mm. Rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây. -Lấy ½ sản phẩm còn lại đem rây để xác định sự phân bố kích thước vật liệu sau khi nghiền. Rây trong 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy trên mỗi rây. 3. Trộn -Cân 1 kg đậu xanh và 2 kg đậu nành. -Cho vật liệu vào máy trộn, bấm thì kế xác định thời gian trộn. Dừng máy tại mỗi thời điểm 5, 15, 30, 60, 120, 240, 300,360,400 giây và lấy mẫu. -Lấy mẫu (12 mẫu) tại các thời điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh và đậu nành có trong mỗi mẫu. IV. KẾT QUẢ VÀ TÍNH TỐN THÍ NGHIỆM: 1. Kết quả và tính tốn thí nghiệm nghiền: Bảng 1: Kết quả thí nghiệm nghiền Mẫu Khối lượng (g) Thời gian (phút) Cường độ dòng điện (A) Khơng tải Có tải 1 100 5ph25” 6.5 7 2 200 1ph38” 6.5 7 Bảng 2: Kết quả tính tốn khối lượng tích lũy trên kích thước D p Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) φ ∆φ 0,25 26,18 0,3273 0,3273 0,20 10,56 0,4593 0,1320 0,16 11,94 0,6085 0,1493 0,10 1,06 0,6218 0,0133 Bảng 3: Kết quả tính cơng suất nghiền D n φ Công suất nghiền (W) 0,276 0,2000 P = 85,74 0,250 0,3273 0,200 0,4593 0,160 0,6085 0,100 0,6218 Bảng 4: Kết quả tính tốn số liệu cho log- log ∆φ log∆φ D pn (mm) logD pn 0.3273 -0.48512 0.25 -0.60206 0.1320 -0.87943 0.20 -0.69897 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.1493 -0.82609 0.16 -0.79588 0.0133 -1.87778 0.10 -1 Hình 1: Giản đồ D n - φ biểu diễn kết quả tính công suất nghiền Hình 2: Giản đồ logD p - log∆φ n biểu diễn kết quả tính tốn số liệu cho log- log -Dùng phương pháp bình phương cực tiểu để dựng giản đồ tính tốn số liệu log- log, ta có phương trình của đường thẳng tương ứng trên giản đồ là: y = 3,3676x + 1,5902. Như vậy ta có: b + 1 = 3,3676  b = 3,3676 – 1 = 2,3676 logK’= 1,5902  K’ = 38,922 Mà ' )( K r b K b 1 1 1 − + = + (Với 251 20 250 2 1 , , , === p p D D r đối với thiết bò rây trong thí nghiệm) -Thế vào công thức ở trên ta tính được 0211792238 1251 136762 136762 ,, ),( , , = − + = + K Để xác đònh công suất nghiền, ta cần biết giá trò của D p1 và D p2 , 2 giá trò này được xác đònh như sau: *Xác đònh D p1 : - Giả sử hạt gạo trước khi nghiền có dạng trụ tròn xoay, ta có: S = πdl V = π(d 2 /4)l - D p1 là đường kính tương đương của hạt gạo trước khi nghiền: là đường kính của hạt hình cầu có cùng thể tích và diện tích bề mặt với hạt gạo. => )(, , mm d S V D p 252 4 51 6 4 66 1 ==== Với d = 1,5(mm): đường kính hạt gạo trước khi nghiền *Xác đònh D p2 : Theo đònh nghóa về chỉ số công, D p2 sẽ tương ứng với φ = 0,2 trên đồ thò phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây. Để xác đònh giá trò D p2 ta phải chọn thêm điểm có tọa độ (D n , 0) trên đồ thò hình 2. Giả sử phía trên rây 0,25mm có một rây a có kích thước lỗ rây là D pa , ta có: D pa = r.D p1 = 1,25 x 0,25 = 0,3125 (mm) Dùng công thức: ( ) ( ) 003804032730365340 36534025031250 36763 02117 1 1 3676336763 1 1 1 1 1 ≈−=+−=Φ+∆Φ=Φ⇒ −=− − =Φ−Φ=∆Φ − + − =Φ−Φ=∆Φ − − + − + − ,,, ,,, , , ,, nn nn b pn b pnnnn DD b K Vậy điểm ta cần chọn thêm có tọa độ (0,3125;0) Từ đồ thò hình 2, ta chọn được D p2 = 0,276 (mm) tương ứng với φ = 0,2. Hiệu suất của máy nghiền được tính theo công thức: %. ' 100 P P H = Với: Công suất tiêu thụ cho động cơ máy nghiền: )(, . ,, )( W x xxP khônghiềntrìnhquáchoT DD WPPP pp i 7485 57 6010200 252 1 2760 1 1319 3 4 11 19 3 4 6 12 21 =         −=         −=−= − Công suất nghiền vật liệu: P’ = UIcosϕ = 220 x (4,6 – 3,4) x 0,8 = 211,2 (W) Vậy: Hiệu suất nghiền (%), , , %. ' 640100 2211 7485 100 === P P H 2.Kết quả và tính tốn thí nghiệm rây : -Xác đònh hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 90(g) Bảng 1: Kết quả của thí nghiệm xác định hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 56,00 2 5 1,25 3 5 0,53 4 5 0,03 5 5 0,02 -Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 90(g) Bảng 2: Kết quả của phân tích rây Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) 0,25 26,18 0,20 10,56 0,16 11,94 0,10 1,06 Bảng 3: Kết quả tính toán hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây J i (g) ∑J i (g) Hiệu suất rây (%) 1 5 56 56 97.1% 2 10 1,25 57,25 3 15 0,53 57,78 4 20 0,03 57,81 5 25 0,02 57,83 Hình 3: Đồ thị ∑J i – t biểu diễn kết quả tính tốn hiệu suất rây . 0.0427 3 14 28 0 .33 33 0.1111 4 16 30 0 .34 78 0.1017 5 18 35 0 .33 96 0.1070 6 20 40 0 .33 33 0.1111 7 21 45 0 .31 82 0.1215 8 27 48 0 .36 00 0.0941 9 30 50 0 .37 50 0.0851 10 48 55 0.4660 0.04 03 11 45 60 0.4286. 24 0.6129 0.0029 6 93 77 0.5471 0.01 43 7 21 78 0.2121 0.2066 8 30 60 0 .33 33 0.1111 9 22 39 0 .36 07 0.0 937 10 30 53 0 .36 14 0.0 932 11 42 22 0.65 63 0.0001 12 50 32 0.6098 0.0 032 Taùi thụứi ủieồm. 15 45 90 30 45 13 17 81 17 27 39 23 19 67 38 17 17 2 41 30 50 91 40 60 23 27 85 23 30 41 14 20 83 72 20 29 3 14 40 60 86 46 80 14 28 89 25 35 60 50 51 64 37 31 32 4 74 46 45 87 74 45 16 30 40 28