Bài thí nghiệm ray tròn

I. TRÍCH YẾU: I.1 Mục đích thí nghiệm: - 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. - 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. - 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. I.2 Cơ sở lý thuyết: I.2.1 Phương trình tính công 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.cosϕ -1- Với: U: điện thế, V I: cường độ dòng điện, A. cosϕ: thừa số của công suất. Hiệu suất của máy nghiền: %. ' 100 P P H = II.2.2 Phương trình biểu diễn đến 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. II.2.3 Công thức hiệu 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 -2- II.2.4 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 : độ lệch chuẩn lý thuyết: -3- ∑ = − − =⇒ = N i iAA BA BA e CCn NCC Is n CC 1 2 1 )(. )( σ n: số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời. II.3 Phương pháp thí nghiệm: II.3.1 Nghiền: - Cân mẫu vật liệu gạo có khối lượng 200 (g) đem nghiền. - Bật công tắc máy nghiền cho chạy không tải, đo cường độ dòng điện lúc không tải. - Cho vật liệu vào máy, bật công tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế. Đo cường độ dòng điện có tải cực đại. Khi cường độ dòng điện trở lại giá trò không tải, bấm thì kế xác đònh thời gian nghiền. - Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền. - Các thông số: • Kích thước trung bình hạt gạo:  Dài: 6mm.  Đường kính: 1,5mm. • Hiệu điện thế máy nghiền U = 220V. • Hệ số công suất cosϕ = 0,8. • Chỉ số nghiền W i = 13kWh/tấn. II.3.2 Rây: - Thí nghiệm xác đònh hiệu suất rây. • Lấy ½ sản phẩm sau khi nghiền đem rây để xác đònh hiệu suất rây có kích thước 0,25mm. • Rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây. - Thí nghiệm xác đònh sự phân bố kích thước vật liệu sau khi nghiền. • Lấy ½ sản phẩm còn lại đem rây 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy ở mỗi rây. II.3.3 Trộn: - Cân 1,5kg đậu xanh và 3kg đậu nành. - Cho vật liệu vào máy trộn, khởi động máy trộn, bấm thì kế xác đònh thời gian trộn. - Dừng máy tại mỗi thời điểm 5", 15", 30", 60", 120", 300" và lấy mẫu. - Lấy mẫu (8 mẫu) tại các điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh và đậu nành có trong mỗi mẫu. - Sơ đồ lấy mẫu: -4- 1 2 3 4 5 6 7 8 III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: III.1 Kết quả thô: • Thí nghiệm nghiền: Bảng 1: Kết quả đo ở thí nghiệm nghiền Mẫu Khối lượng (g) Thời gian nghiền Cường độ dòng điện (A) Không tải Có tải 1 200 57" 3,4 4,6 • Thí nghiệm rây: - Xác đònh hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 80(g) Bảng 2: Kết quả đo ở thí nghiệm xác đònh hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 56,00 2 5 1,13 3 5 0,68 4 5 0,04 5 5 0,01 - Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80(g) Bảng 3: Kết quả đo ở thí nghiệm 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 • Thí nghiệm trộn: Bảng 4: Kết quả đo ở thí nghiệm trộn Mẫu 5" 15" 30" 60" 120" 300" N X N X N X N X N X N X 1 55 55 51 57 52 56 51 45 58 39 55 44 2 76 13 57 60 69 64 44 59 55 79 42 70 3 58 5 65 36 53 64 54 85 38 111 57 64 4 42 101 45 111 39 63 49 75 53 73 62 73 5 52 86 53 73 52 86 55 90 64 90 62 96 6 49 52 54 127 54 86 57 76 62 58 67 54 7 81 34 66 37 53 60 52 90 50 83 64 79 8 93 10 75 84 73 62 56 97 70 71 59 98 -5- III.2 Tính toán kết quả: Bảng 5: Kết quả tính toán 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 6: Kết quả tính toán công 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 Bảng7: Kết quả tính toán số liệu cho đồ thò 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 0.1493 -0.82609 0.16 -0.79588 0.0133 -1.87778 0.10 -1 Bảng 8: 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 96,79 2 10 1,13 57,13 3 15 0,68 57,81 4 20 0,04 57,85 5 25 0,01 57,86 -6- Bảng 9: Kết quả tính toán chỉ số trộn Is theo thời gian t = 5" Mẫu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 55 55 -0,1667 0,0278 2 0,6667 76 13 0,1873 0,0351 3 0,6667 58 5 0,2540 0,0645 4 0,6667 42 101 -0,3730 0,1391 5 0,6667 52 86 -0,2899 0,0840 6 0,6667 49 52 -0,1815 0,0329 7 0,6667 81 34 0,0377 0,0014 8 0,6667 93 10 0,2362 0,0558 t = 15" Mẫu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 51 57 -0,1944 0,0378 2 0,6667 57 60 -0,1795 0,0322 3 0,6667 65 36 -0,0231 0,0005 4 0,6667 45 111 -0,3782 0,1430 5 0,6667 53 73 -0,2460 0,0605 6 0,6667 54 127 -0,3683 0,1357 7 0,6667 66 37 -0,0259 0,0007 8 0,6667 75 84 -0,1950 0,0380 t = 30" Mẫu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 52 56 -0,1852 0,0343 2 0,6667 69 64 -0,1479 0,0219 3 0,6667 53 64 -0,2137 0,0457 4 0,6667 39 63 -0,2843 0,0808 5 0,6667 52 86 -0,2899 0,0840 6 0,6667 54 86 -0,2810 0,0789 7 0,6667 53 60 -0,1976 0,0391 8 0,6667 73 62 -0,1259 0,0159 t = 60" Mẫu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 51 45 -0,1354 0,0183 2 0,6667 44 59 -0,2395 0,0574 3 0,6667 54 85 -0,2782 0,0774 4 0,6667 49 75 -0,2715 0,0737 5 0,6667 55 90 -0,2874 0,0826 6 0,6667 57 76 -0,2381 0,0567 7 0,6667 52 90 -0,3005 0,0903 -7- 8 0,6667 56 97 -0,3007 0,0904 t = 120" Maãu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 58 39 -0,0687 0,0047 2 0,6667 55 79 -0,2562 0,0656 3 0,6667 38 111 -0,4116 0,1694 4 0,6667 53 73 -0,2460 0,0605 5 0,6667 64 90 -0,2511 0,0630 6 0,6667 62 58 -0,1500 0,0225 7 0,6667 50 83 -0,2907 0,0845 8 0,6667 70 71 -0,1702 0,0290 t = 300" Maãu C N N X C iN - C N (C iN - C N ) 2 Is 1 0,6667 55 44 -0,1111 0,0123 2 0,6667 42 70 -0,2917 0,0851 3 0,6667 57 64 -0,1956 0,0383 4 0,6667 62 73 -0,2074 0,0430 5 0,6667 62 96 -0,2743 0,0752 6 0,6667 67 54 -0,1129 0,0128 7 0,6667 64 79 -0,2191 0,0480 8 0,6667 59 98 -0,2909 0,0846 -8- Hình1: Giaûn ñoà ∑J i – t Hình 2 Giaûn ñoà D n - φ -9- ∑J i t(phuùt) D n (mm) φ Hình 3: Giaûn ñoà logD p - log∆φ n Hình 4: Giaûn ñoà Is - t IV PHUÏ LUÏC: -10- logD pn l o g ∆ φ n . ∑ = − − = N i iAA BA CCn NCC Is 1 2 1 )(. )( Với ii i iA BA A C + = : thành phần của chất A trong mẫu đếm. A i : số lượng chất A trong mẫu đếm B i : số lượng chất B trong mẫu đếm - Hiệu suất rây được tính theo công thức: 100x Fa J E. 38,922 Mà ' )( K r b K b 1 1 1 − + = + Với 251 20 250 2 1 , , , === p p D D r đối với thi t bò rây trong thí nghiệm. Thế vào công thức ở trên ta tính được 0211792238 1251 136762 136762 ,, ),( , , = − + = + K -. P.R.Rittinger: giả thi t rằng cục vật liệu trước khi nghiền có hình lập phương và sau khi nghiền nhỏ vẫn có hình lập phương để xây dựng công thức tính công suất nghiền. Tuy nhiên, các vật liệu trong thực