Nghiên cứu xây dựng bộ thông số hoạt Động máy nghiền muối trong dây chuyền chế biến muối thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH TRUNG DŨNG MSHV: 2170593 Ngày, tháng, năm sinh: 30/09/1997 Nơi sinh: Bình Dương Ch

Tổng quan về dây chuyền xử lý muối

Quy trình sản xuất muối chất lượng cao ở huyện Cần Giờ

Việc phát triển ngành muối tại Việt Nam là cần thiết để theo kịp xu hướng công nghiệp hóa trong nước và quốc tế Hiện nay, cả nước có 21 tỉnh, thành phố với 41 huyện và 118 xã sản xuất muối, chủ yếu tập trung ở các tỉnh như Bạc Liêu, Ninh Thuận, và Bà Rịa - Vũng Tàu Việt Nam sở hữu bờ biển dài, cung cấp sản lượng muối dồi dào cho tiêu thụ nội địa và xuất khẩu Tuy nhiên, mặc dù giá muối đang tăng, các địa phương gặp khó khăn trong việc khuyến khích mở rộng diện tích sản xuất do chính sách thu hẹp sản xuất muối truyền thống Để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, cần đổi mới quy trình sản xuất từ truyền thống sang công nghiệp hóa và cơ giới hóa Muối biển thô là sản phẩm kết tinh từ nước biển, được sản xuất theo phương pháp truyền thống hoặc hiện đại nhưng chưa qua tinh chế nâng cao chất lượng.

Hình 1.1 Mẫu muối thu hoạch tại ruộng muối thuộc xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ

Hình 1.2 Thực tế thu hoạch muối tại huyện Cần Giờ

Về phương pháp chế biến muối tinh từ muối thô, hai phương pháp phổ biến được áp dụng trên thế giới:

Phương pháp kết tinh muối

Nguyên tắc sản xuất muối biển là làm bay hơi nước ngọt để tăng nồng độ nước biển, dẫn đến trạng thái bão hòa của nước chạt và kết tinh muối NaCl Công nghệ sản xuất muối bằng phương pháp kết tinh dựa trên việc nâng nhiệt độ dung dịch nước chạt bão hòa “sạch” bằng nguồn nhiệt nhân tạo, giữ nhiệt độ này để nước ngọt bay hơi, từ đó thu được muối NaCl tinh khiết Phương pháp này mang lại chất lượng muối rất cao, đạt 99,99% độ tinh khiết.

Phương pháp nghiền rửa muối

Phương pháp này là một giải pháp thay thế hiệu quả cho các vấn đề kinh tế, chi phí vận hành và năng suất trong dây chuyền sản xuất Nó tận dụng muối thô làm nguyên liệu đầu vào, qua đó muối thô được xử lý liên tục để loại bỏ tạp chất và nghiền nhỏ đến kích thước mong muốn So với phương pháp kết tinh, phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.

● Giảm năng lượng tiêu thụ, thời gian xử lý

● Tăng năng suất của dây chuyền

Mặc dù phương pháp nghiền rửa muối không can thiệp vào quy trình kết tinh, nhưng đã có những nghiên cứu và cải tiến công nghệ giúp nâng cao độ sạch của muối Công nghệ của Salt Partners đã đạt được chất lượng muối lên tới 99,97% Dây chuyền sản xuất hiện có tại Cần Giờ áp dụng phương pháp nghiền rửa muối, đồng thời tham khảo các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp này.

Những công trình ngoài nước

1 Dây chuyền sản xuất muối của công ty Serra Salt Machinery – [7]

Công ty CP Muối Cà Ná – Ninh Thuận đã nhập khẩu 02 dây chuyền chế biến muối tinh đồng bộ của Tây Ban Nha, công suất 200.000 tấn/năm

Bảng 1.1 Thông tin về dây chuyền muối công ty Serra – [7]

Phương pháp Nghiền rửa cơ học

Tỉ lệ thu hồi muối Thấp, do công đoạn nghiền trục tạo hạt muối mịn và công đoạn rửa vít xoắn làm trôi hạt muối theo nước rửa.

Thành phần tạp chất Ứng dụng Muối biển

Các bước của quy trình Công đoạn Thiết bị

1 Rửa vít xoắn Rửa vít xoắn (screw classifier)

2 Nghiền trục Máy nghiền trục

3 Ly tâm liên tục Máy ly tâm đẩy

5 Sấy muối Máy sấy tầng sôi thềm tĩnh (Static fluidized bed dryer)

6 Sàng phân loại (Vibrating Screen)

2 Dây chuyền sản xuất muối công ty Sinergi Sarana Solusi, Indonesia – [8]

Bảng 1.2 Thông tin về dây chuyền sản xuất muối công ty Sinergi Sarana Solusi – [8]

Chất lượng muối Tối thiểu 99%

Tỉ lệ thu hồi muối Thấp, do công đoạn rửa vít xoắn làm trôi hạt muối theo nước rửa.

1 Rửa vít xoắn Rửa vít xoắn (screw washer)

2 Nghiền trục Máy nghiền trục

3 Rửa thứ cấp Tháp rửa (elutriation tank)

4 Ly tâm liên tục Máy ly tâm đẩy

5 Sấy muối Máy sấy thềm động

6 Sàng phân loại (Vibrating Screen)

3 Dây chuyền sản xuất muối của công ty Hemali Steel Works, India – [9]

Bảng 1.3 Thông tin về dây chuyền sản xuất muối công ty Hemali Steel Works – [9]

Tỉ lệ thu hồi muối

1 Nghiền ướt Máy nghiền trục (Roller crusher)

3 Lắng Tháp rửa (elutriation tank)

4 Ly tâm liên tục Máy ly tâm đẩy (Pusher centrifuge)

4 Dây chuyền sản xuất muối công ty Manfredini & Schianchi – [10]

Bảng 1.4 Thông tin về dây chuyền muối công ty Manfredini & Schianchi – [10]

Tỉ lệ thu hồi muối

1 Rửa thô Máy rửa vít xoắn

2 Vắt nước Máy ly tâm tháo bã liên tục

6 Sàng phân loại Sieve screen

Những công trình trong nước

1 Dây chuyền sử dụng tại: Công ty Muối Thanh Hoá; Công ty Muối Hà Tĩnh; Công ty Muối miền Trung

Bảng 1.5 Thông tin tổng quan dây chuyền muối

Thông số Nghiền rửa cơ học

Tỉ lệ thu hồi muối Thấp, do vẫn còn công đoạn thủ công và hạt muối mịn trong công đoạn nghiền trục trôi theo nước rửa.

1 Rửa Máy rửa vít xoắn

3 Ly tâm Máy ly tâm gián đoạn

2 Dây chuyền hiện đang được sử dụng tại: Công ty Muối Nam Định; Công ty TNHH Thanh Chương; Chi nhánh Muối Vĩnh Ngọc

Thông số Nghiền rửa cơ học

Tỉ lệ thu hồi muối Cao do quá trình nghiền thuỷ lực ít tạo ra các hạt muối mịn.

2 Ly tâm Máy ly gián đoạn

3 Dây chuyền theo công nghệ PHABA [11]

Hình 1.3 Hình minh hoạ dây chuyền theo công nghệ PHABA

Dây chuyền sản xuất muối hiện đang được áp dụng tại nhiều đơn vị, bao gồm Công ty TNHH MTV Muối Việt Nam - Chi nhánh Hà Nội, Công ty Muối Hải Phòng, Công ty Muối Nghệ An, Công ty Muối Vĩnh Hảo và Công ty Muối Bạc Liêu.

Tỉ lệ thu hồi muối Cao do quy trình liên tục và hạn chế tổn thất ở khâu nghiền rửa.

1 Rửa thô Thùng rửa, Tháp rửa

2 Nghiền rửa Nghiền búa ướt

3 Rửa thứ cấp Tháp rửa (Elutriation tank)

Dây chuyền sản xuất muối tinh tại Cần Giờ được thiết kế dựa trên phương pháp nghiền rửa cơ học, với các khâu xử lý được nghiên cứu và chế tạo chi tiết Các bước trong quy trình sản xuất muối được trình bày rõ ràng trong bảng dưới đây, nhằm đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

Hình 1.4 Lưu đồ dây chuyền xử lý muối hiện tại tại huyện Cần Giờ

Những cải tiến của dây chuyền xử lý muối hiện tại ở Cần Giờ:

Để thiết kế dây chuyền chế biến muối phù hợp với tình hình sản xuất tại huyện Cần Giờ, cần tham khảo các hệ thống chế biến muối trong và ngoài nước Việc lựa chọn các phương án thích hợp ở từng khâu là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

- Thiết kế cơ khí hoàn chỉnh các module chính của dây chuyền: máy rửa thô, máy nghiền, máy rửa tinh, máy ly tâm, máy sấy, máy sàng

- Thiết kế hệ thống điện cho từng module để có thể vận hành độc lập

- Xây dựng giải thuật và lựa chọn bộ điều khiển thích hợp cho từng máy

● Dây chuyền hiện tại nghiên cứu cải tiến việc cấp liệu hạt muối có điều khiển tốc độ, dễ dàng thay đổi lưu lượng rải hạt muối đầu vào

● Sử dụng cảm biến để đảm bảo khoảng cách khe hở 02 con lăn nghiền

● Tốc độ 02 con lăn được xây dựng dựa trên tính toán lý thuyết và mô phỏng trước khi áp dụng thực tế để tối ưu hoá quá trình nghiền

Bảng 1.8 Thông tin tổng quan dây chuyền muối tại Cần Giờ hiện tại

Phương pháp Nghiền rửa cơ học Ứng dụng Muối biển

Các bước của quy trình

1 Rửa thô Bể rửa vít tải

2 Nghiền Nghiền con lăn (Roll crusher)

3 Rửa tinh Tháp rửa (Elutriator tank)

4 Vắt nước Máy ly tâm gián đoạn tháo bã tự động nằm ngang

5 Sấy Máy sấy thùng quay

6 Sàng phân loại Máy sàng rung tròn

7 Đóng gói Định lượng cốc đong

Thông số muối đầu vào:

Bảng 1.9 Thông số cơ lý của muối thô tại huyện Cần Giờ theo khảo sát thực tế

Cỡ hạt, mm, trung bình 5,00

Hàm lượng natri clorua trong mẫu đạt 94,29% khối lượng chất khô, trong khi hàm lượng chất không tan trong nước là 1,20% khối lượng chất khô Đồng thời, hàm lượng ion canxi (𝐶𝑎 2+) không vượt quá 0,79% khối lượng chất khô.

Hàm lượng ion magie (𝑀𝑔 2+ ), % khối lượng chất khô, không lớn hơn

0,56 Hàm lượng ion sulfat (𝑆𝑂 4 2− ), % khối lượng chất khô, không lớn hơn 1,84

Tiêu chuẩn muối theo TCVN:

Yêu cầu về muối tinh thành phẩm (theo tiêu chuẩn TCVN 9639:2013 về muối tinh và TCVN 3974:2015 về muối thực phẩm):

Bảng 1.10 Yêu cầu cảm quan của muối tinh theo tiêu chuẩn TCVN 9639:2013

Tên chỉ tiêu Yêu cầu

Vị Dung dịch 5% có vị mặn thuần khiết đặc trưng của muối, không có vị lạ Trạng thái Khô rời

Bảng 1.11 Thông số cơ lý của muối thành phẩm theo TCVN 3974:2015

Tên chỉ tiêu Mức Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn 5

Hàm lượng natri clorua, % khối lượng chất khô, không nhỏ hơn 99

Hàm lượng chất không tan trong nước, % khối lượng chất khô, không lớn hơn

Hàm lượng ion canxi (𝐶𝑎 2+) trong sản phẩm không được vượt quá 0,2% khối lượng chất khô Tương tự, hàm lượng ion magie (𝑀𝑔 2+) cũng không được lớn hơn 0,25% khối lượng chất khô Cuối cùng, hàm lượng ion sulfat (𝑆𝑂 4 2−) phải duy trì ở mức không quá 0,8% khối lượng chất khô.

● Thông số quan trọng và là mục tiêu của máy nghiền là cỡ hạt đầu ra Theo TCVN 3974:2015, chọn cỡ hạt mong muốn là 𝑑 = 0,8 ÷ 1 (𝑚𝑚)

Năng suất dây chuyền hiện tại đạt 100kg/h, tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng muối cao, cần chú trọng đến các tiêu chí như màu sắc trắng đẹp, hàm lượng tạp chất không đáng kể, và thành phần NaCl chiếm trên 96% khối lượng Muối chất lượng cao không chỉ cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà còn không gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị sản xuất hay tạo ra phản ứng không mong muốn với các thành phần khác Nếu quản lý chất lượng sản phẩm không được chú trọng, nền kinh tế sẽ thiếu nguồn cung muối đạt tiêu chuẩn, buộc các ngành công nghiệp phải tự tìm kiếm nguyên liệu phù hợp, bất kể nguồn gốc sản xuất.

Muối chất lượng cao được định nghĩa trong đời sống xã hội là muối có màu trắng đẹp, không chứa tạp chất không tan với hàm lượng không đáng kể Thành phần NaCl chiếm hơn 90% khối lượng, cùng với đầy đủ các vi lượng cần thiết cho sự phát triển bình thường của cơ thể con người Việc sản xuất muối chất lượng cao yêu cầu đảm bảo mọi công đoạn trong quy trình đều đáp ứng tiêu chuẩn đầu ra mong muốn.

Phạm vi đề tài

Trong dây chuyền sản xuất muối hiện nay, quá trình nghiền muối giữ vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước hạt muối cuối cùng Sau khi được nghiền, kích thước của muối hầu như không thay đổi trong các công đoạn tiếp theo.

Mục tiêu của đề tài là xây dựng bộ thông số cho máy nghiền nhằm đạt kích thước đầu ra 𝑑 = 0,8 ÷ 1 (𝑚𝑚), phù hợp với TCVN 3794:2015 về muối thực phẩm Nguyên liệu đầu vào được sử dụng là muối lấy mẫu từ huyện Cần Giờ.

Bộ thông số máy nghiền được xây dựng bao gồm:

● Tốc độ con lăn cấp nhanh

● Tốc độ con lăn cấp chậm

● Khoảng cách khe hở giữa 02 con lăn

● Lưu lượng khối rải hạt muối đầu vào trống định lượng

Bộ thống số sẽ được tính toán sơ bộ, sau đó kết hợp với mô phỏng và lấy số liệu hoạt động thực tế để so sánh, điều chỉnh.

Chi tiết về máy nghiền muối đang sử dụng

Chi tiết về nguyên lý máy nghiền

2.1.1 Mạch nghiền: mạch nghiền hở

Bảng 2.1 So sánh mạch nghiền kín và nghiền hở

Mạch nghiền hở (Hình 2.1 a) Mạch nghiền kín (Hình

2.1 b) Nguyên lý hoạt động Thành phẩm của công đoạn nghiền được phân loại dựa trên kích cỡ (thường chia ra từng loại cho từng ứng dụng khác nhau), và không được đưa trở lại công đoạn nghiền

Thành phẩm của công đoạn nghiền được phân loại theo kích cỡ

Những hạt lớn hơn kích thước yêu cầu được đưa trở lại công đoạn nghiền Ưu điểm - Hệ thống đơn giản

- Hiệu suất cao đối với hệ thống có sản lượng nhỏ Đạt được kích thước hạt nhỏ (𝑑 𝑚𝑖𝑛 = 65 𝑚𝑒𝑠ℎ ≈ 0,212𝑚𝑚)

- Hiệu suất cao đối với hệ thống có sản lượng lớn

- Chất lượng thành phẩm cao

Nhược điểm - Hiệu suất không cao đối với những dây chuyền cỡ lớn

- Thành phẩm có thể bị lẫn nguyên liệu thô.

- Hiệu suất không cao đối với hệ thống sản lượng nhỏ

Phạm vi ứng dụng - Những dây chuyền không yêu cầu tỉ số giảm kích thước (reduction ratio) lớn

- Yêu cầu về độ đồng đều kích thước hạt không quá cao.

- Những dây chuyền yêu cầu tỉ số giảm kích thước (reduction ratio) lớn

Lý do giải pháp mạch nghiền hở được sử dụng:

● Năng suất của hệ thống thử nghiệm là không lớn 100𝑘𝑔/ℎ

● Tỉ số giảm kích thước từ 5 mm đến 0,8 mm không cao, có giới hạn để được tính là cao là 𝑅 = 8 theo [15]

● Hệ thống cần có cấu trúc đơn giản, dễ vận hành

2.1.2 Nguyên lý nghiền: Nghiền con lăn (roll crusher)

Do tính chất vật liệu cần nghiền là muối có độ bền nén tối đa thấp (khoảng 15 – 20

Trong quá trình nghiền vật liệu với độ bền nén tối thiểu 115 MPa, chúng ta chủ yếu tập trung vào hai nguyên lý chính là nghiền búa và nghiền con lăn Các nguyên lý khác có thể được áp dụng tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.

Hình 2.1 a) Sơ đồ nguyên lý nghiền con lăn; b) Sơ đồ nguyên lý nghiền búa - [12]

Nghiền con lăn cho phép:

● Kích thước hạt muối yêu cầu là khá nhỏ (0,8-1mm)

● Kích thước hạt yêu cầu phải đồng đều (𝑑 = 0,9 ± 0,1𝑚𝑚)

● Tỉ lệ thu hồi muối cần đạt mức cao (ít tạo muối vụn)

2.1.3 Số lượng con lăn: 02 con lăn

Có 02 phương án phổ biến trong kết cấu tầng nghiền, nghiền con lăn 01 tầng và nghiền con lăn nhiều tầng từ 02 tầng trở lên

Hình 2.2 a) Nghiền 02 tầng với 04 con lăn; b) Nghiền 01 tầng với 02 con lăn

Máy nghiền 01 tầng với 02 con lăn cho phép:

● Kích thước hạt muối đầu vào nhỏ (chỉ khoảng 5 mm)

● Tỉ số giảm kích thước nhỏ, Hệ thống cần có cấu trúc đơn giản, dễ vận hành

● Kích thước máy không quá lớn, có thể dễ dàng vận hành trong môi trường nhà máy hiện tại ở Cần Giờ

2.1.4 Kiểu nghiền: Kiểu nghiền ướt

Kiểu nghiền ướt cho phép cung cấp:

● Độ đồng đều về kích thước hạt yêu cầu cao (𝑑 = 0,9 ± 0,1𝑚𝑚)

● Dung dịch nghiền là sẵn có (nước chạt sinh ra trong quá trình phơi muối)

● Hệ thống bơm cung cấp là sẵn có

Chi tiết về thông số kỹ thuật của máy nghiền

2.2.1 Bộ truyền động: Bộ truyền đai

Thông số hệ thống truyền động 02 con lăn:

● Đặc tính hệ truyền động con lăn cấp nhanh:

Thông số tại tần số 50Hz Động cơ cấp nhanh

● Đặc tính hệ truyền động con lăn cấp chậm:

Thông số tại tần số 50Hz Động cơ cấp chậm

Bảng 2.2 Thông số các thành phần quan trọng của hệ truyền động đai, theo [16]:

Bài viết cung cấp thông số kỹ thuật của các bánh đai trong hệ thống truyền động, bao gồm: đường kính bánh đai dẫn (𝑑𝑛) là 140 mm, đường kính bánh đai bị dẫn nhanh (𝑑𝑛𝑓) là 315 mm, và đường kính bánh đai bị dẫn chậm (𝑑𝑛𝑠) là 400 mm Những thông số này rất quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống truyền động hiệu quả.

Chiều dài đai cấp nhanh 𝐿 𝑓 là 1810 mm cho sản phẩm SKF PHG A70, trong khi chiều dài đai cấp chậm 𝐿 𝑠 đạt 2020 mm cho SKF PHG A78 Đường kính trục tại gối đỡ 𝑑 𝑜𝑙 là 30 mm và đường kính trục tại bánh đai 𝑑 𝑏𝑑 là 25 mm.

Lực căng ban đầu cấp nhanh 𝐹 𝑜 𝑓 146,54 N

Lực căng ban đầu cấp chậm 𝐹 𝑜 𝑠 155,56 N

2.2.2 Cơ cấu cấp liệu muối:

Hiện nay, việc cấp liệu muối vẫn được thực hiện bằng phương pháp thủ công, nhưng điều này không đảm bảo độ chính xác và tốn nhiều nhân lực Lưu lượng cấp liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước hạt muối đầu ra của máy nghiền Để cải thiện quy trình này, nên áp dụng trống quay cấp liệu kết hợp với vít tải để định lượng muối trước khi đưa vào phễu cấp liệu.

Theo [16], có 02 phương án cấp liệu có điều khiển là: sàng rung và trống định lượng

- Sử dụng trống định lượng vì:

● Dễ dàng thay đổi lượng nguyên liệu bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ

● Không gây rung động ảnh hưởng đến quá trình làm việc của con lăn nghiền muối

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật trống định lượng RTLK C85-16 – Nguồn: [30]

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

Khối lượng riêng xốp của vật liệu 𝜌

Hình 2.3 Trống định lượng trục vít có điều khiển - [16]

2.2.3 Cảm biến khe hở giữa 02 con lăn:

Hiện nay, việc đo khe hở giữa hai con lăn chủ yếu được thực hiện thủ công, dẫn đến độ chính xác không cao Giá trị khe hở này có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hạt muối sản xuất Đối với máy nghiền, việc kiểm soát vị trí tương đối giữa hai con lăn là thông số quan trọng nhất để đảm bảo hiệu suất hoạt động Trong quá trình vận hành, có hai loại sai lệch vị trí có thể xảy ra.

Độ rộng khe hở ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước hạt sản phẩm; khe hở lớn hơn kích thước hạt yêu cầu sẽ dẫn đến hạt ngoài kích cỡ mong muốn, trong khi khe hở hẹp hơn sẽ làm giảm năng suất.

- Độ rộng khe hở là không đồng nhất trên toàn bộ chiều dài của vùng làm việc Đề xuất cải tiến:

Sử dụng cảm biến khoảng cách Capacitec GPD-2(.0074)-A-150

Hình 2.4 Cảm biến Capacitec GPD-2(.0074)-A-150 Để đo đạc và kiểm soát khe hở giữa hai con lăn, bố trí cảm biến như hình vẽ sau:

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí cảm biến đo đạc khe hở giữa 02 con lăn

2.2.4 Thông số hình học con lăn

Bảng 2.4 Thông số hình học con lăn

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú Đường kính ngoài con lăn 𝑊 𝑡𝑡 218 mm Sử dụng ống inox tiêu chuẩn

Bề dày con lăn 𝑡 15 mm

Chiều dài con lăn tính toán 𝑊 𝑡𝑡 218 mm

Chiều dài làm việc con lăn 𝑊 𝑙𝑣 220 mm

Chiều dài con lăn thực tế 𝑊 330 mm Theo [12]

Thông số vật liệu chế tạo con lăn: Inox 316

Inox 316 là loại thép không gỉ nổi bật với khả năng chống ăn mòn và rỉ sét hàng đầu, được xem là một trong những vật liệu chất lượng cao nhất hiện nay.

Bảng 2.5 Các thông số quan trọng của Inox 316 theo [9]

Giới hạn chảy 240MPa Ứng suất đàn hồi 193GPa

Giới hạn độ bền kéo 550MPa Độ cứng Brinell 149

2.2.5 Dạng hình học của bề mặt con lăn

Thiết kế dạng các khe rãnh để tăng hệ số ma sát, từ đó tăng lực nghiền tạo ra và tăng hiệu suất nghiền

Hình 2.6 Bề mặt con lăn với các rãnh

Sử dụng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc, kết hợp với các thiết bị như biến tần, MCCB, relay trung gian và contactor, hệ thống có khả năng kiểm soát độ lớn khe hở giữa hai con lăn Điều này giúp đảm bảo kích thước hạt đạt yêu cầu và tăng cường an toàn hoạt động cho toàn bộ hệ thống.

Bảng 2.6 Tổng hợp phương án khâu nghiền

Mạch nghiền Mạch nghiền hở

Nguyên lý nghiền Nghiền con lăn

Cấp liệu trống định lượng sử dụng động cơ điện ba pha không đồng bộ, được điều khiển bởi bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và cảm biến đo khoảng cách dạng không tiếp xúc Hệ thống còn tích hợp các thiết bị phổ biến như biến tần, MCCB, relay trung gian và contactor, phù hợp với động cơ để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Bảng 2.7 Thông số đầu vào máy nghiền

Lưu lượng khối đầu vào cần thiết cho quá trình là 𝑄 𝑚 𝑖𝑛 >100 kg/h, với kích thước hạt đầu vào 𝑑 𝑖𝑛 là 5 mm được khảo sát thực tế Mục tiêu là đạt được kích thước hạt mong muốn 𝑑 𝑜𝑢𝑡 là 0,8 mm, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN.

Số ca làm việc trong ngày 𝑛 𝑐𝑎 2 ca Lựa chọn sơ bộ Thời lượng làm việc của một ca 𝑛 𝑔𝑖𝑜 8 giờ

Số ngày làm việc trong năm 𝑛 𝑛𝑔𝑎𝑦 300 ngày

Lưu lượng khối đầu ra 𝑄 𝑚 𝑜𝑢𝑡 100 kg/h Yêu cầu đầu ra

Hình 2.7 Thiết kế 3D máy nghiền

Máy nghiền ngoài thực tế đã được nghiên cứu chế tạo

Hình 2.8 Máy nghiền thực tế

Quy trình tính toán nghiền vật liệu

Lý thuyết nghiền vật liệu

Nghiền diễn ra giữa hai con lăn, nơi lực nghiền được tạo ra bởi lực nén và lực ma sát giữa con lăn và hạt Lực này vượt qua giới hạn nén của vật liệu, giúp phá vỡ kích thước hạt Khi một lượng hạt được cấp vào giữa hai con lăn, chúng tạo ra áp suất liên hạt, và lực nén của máy nghiền cần phải lớn hơn áp suất này để thực hiện quá trình nghiền Năng lượng cần thiết cho việc phá vỡ hạt được gọi là năng lượng phá vỡ.

Vì số lượng hạt là quá lớn và có kết cấu không giống nhau nên không thể tính toán năng lượng cho từng hạt riêng biệt

Theo [10], có 02 cách để tính công suất nghiền cần thiết cho một loại vật liệu:

1 Thí nghiệm với mẫu vật liệu để tìm năng lượng phá vỡ

Sử dụng hai con lắc va chạm hoặc piston tạo lực ép, chúng ta có thể xác định các thông số phá vỡ của mẫu đặt trong vùng va chạm.

Hình 3.1 Thí nghiệm lực ép tạo ra sự phá vỡ hạt theo [10]

2 Sử dụng hệ số làm việc Bond (ký hiệu: 𝑊 𝑖 ) cho từng loại máy nghiền

Bond’s working index đặc trưng cho năng lượng tiêu tốn (tính theo kWh) để nghiền

01 tấn nguyên liệu thô thành sản phẩm có kích thước yêu cầu

Do hạn chế về thiết bị thí nghiệm có độ chính xác cao, công suất được tính toán bằng chỉ số làm việc Bond Chỉ số này xác định mức năng lượng tiêu thụ dựa trên độ cứng của vật liệu nghiền, kích thước hạt cấp liệu và kích thước hạt thành phẩm Để tính chỉ số làm việc Bond (ký hiệu: 𝑊 𝑖), cần áp dụng phương trình Morrell.

𝑊 𝑖 : Năng lượng cần thiết để nghiền 01 tấn nguyên liệu

𝑀 𝑖 : Hệ số làm việc vật liệu cần nghiền (ore’s work index) đối với muối, có 𝑀 𝑖 6,034

𝑥 2 : Kích cỡ 80% hạt qua lưới (𝑃 80 ) của thành phẩm (𝜇𝑚), 𝑥 2 = 0.8𝑚𝑚 800𝜇𝑚

𝑥 1 : Kích cỡ 80% hạt qua lưới (𝐹 80 ) của nguyên liệu thô (𝜇𝑚), 𝑥 1 = 5𝑚𝑚 5000𝜇𝑚

Với máy nghiền hoạt động theo nguyên lý nghiền con lăn, công thức (3.1) có dạng điều chỉnh như sau:

𝑊 = 𝑆 𝐾 𝑀 𝑖 4 (𝑥 2 𝑓(𝑥 2 ) − 𝑥 1 𝑓(𝑥 1 ) ) (3.2),[11] Với: 𝑊 𝑖 : Bond’s working index (kWh/t),

S : Chỉ số độ cứng của vật liệu cần nghiền

K : K = 1,19 do sử dụng mạch nghiền hở [11]

Trong đó, S được tính như sau:

𝐾 𝑠 : Hệ số đặc trưng theo từng loại máy, đối với máy nghiền con lăn 𝐾 𝑠 = 35 [11]

Như vậy, công thức (3.2) trở thành:

Kết hợp các thông số sau và thông số đầu vào của hệ thống, thu được bảng tính toán Bond’s working index:

Bảng 3.1 Thông số làm việc Bond

Hệ số đặc trưng máy nghiền 𝐾 𝑠 35

Hệ số mạch nghiền hở 𝐾 1,19

Hệ số làm việc vật liệu cần nghiền 𝑀 𝑖 6,034 𝑘𝑊ℎ/𝑡

Kích cỡ 80% hạt thành phẩm 𝑥 2 0,8 mm Theo yêu cầu đầu ra Kích cỡ 80% hạt nguyên liệu thô 𝑥 1 5 mm Theo đầu vào

Chỉ số độ cứng của vật liệu 𝑆 1,6736

Tính toán lưu lượng rải muối đầu vào

Dựa theo catalog [14] tổng công suất tối đa của 2 động cơ dẫn động:

𝑃 𝑚 = 2.2,2 = 4,4 (𝑘𝑊) (3.5),[14] Trên lý thuyết tính toán, giả sử tổng công suất động cơ được sử dụng hết cho việc nghiền:

Công suất cần thiết để tạo ra lưu lượng muối nhất định ở máy nghiền tỷ lệ thuận với hệ số giảm kích thước và chỉ số làm việc Bond's working index Cụ thể, công suất này được tính bằng 4,4 kW nhân với hệ số 3.6.

0,8= 4,4 (𝑘𝑊) Với: 𝑄 đầ𝑢 𝑟𝑎 : lưu lượng thực tế hạt đầu ra (t/h)

Suy ra lưu lượng đầu ra tối đa của máy nghiền:

Do lưu lượng đầu vào luôn lớn hơn lưu lượng đầu ra (𝑄 đầ𝑢 𝑟𝑎 < 𝑄 đầ𝑢 𝑣à𝑜), một phần lưu lượng trong một thời điểm nhất định đang ở trong quá trình nghiền.

Khi lưu lượng đầu vào vượt quá lưu lượng đầu ra tối đa của máy nghiền, hạt muối sẽ bị văng ra khỏi vùng nghiền và giữa hai con lăn, dẫn đến giảm hiệu suất nghiền.

Tính toán tốc độ 02 con lăn

Lưu lượng thực tế của con lăn tỉ lệ thuận với đường kính 𝐷, chiều dài W, tốc độ quay 𝑁, khối lượng riêng 𝜌 và hệ số hiệu suất 𝜀, trong đó 𝜀 có giá trị từ 0,15 đến 0,3.

Lưu lượng khối đầu ra qua máy nghiền:

Q đầu ra là vật muối qua con lăn Diện tích bề mặt con lăn tiếp xúc với muối được tính bằng công thức A_s = W.L (m²) Để đơn giản hóa tính toán, vận tốc hạt muối qua con lăn được coi là vận tốc dài của con lăn.

2 = 𝜋 𝑁 𝐷 60 (𝑚/ℎ) (3.12) Xét dưới điều kiện nghiền lý tưởng và ổn định, có:

Vì 𝜀 = 0,15 ÷ 0,3, tốc độ quay của con lăn:

𝑁 = 78,9 ÷ 157,9 𝑟𝑝𝑚 (3.14) Vận tốc góc của con lăn:

60 = 8,304 ÷ 16,6 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) (3.15) Vận tốc dài của con lăn:

Vận tốc dài của con lăn có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất đầu ra, với con lăn lớn nên chọn vận tốc nhỏ và ngược lại Theo nghiên cứu, vận tốc dài phù hợp trong hệ nghiền con lăn nằm trong khoảng từ 1 đến 15 m/s cho tất cả các loại nghiền con lăn.

Theo nghiên cứu, tốc độ của hai con lăn trong máy nghiền có thể giống nhau hoặc khác nhau Tuy nhiên, để đạt được hiệu suất lực cắt tối ưu, tỉ số tốc độ giữa con lăn cấp nhanh và con lăn cấp chậm trong máy nghiền hở cần được điều chỉnh hợp lý.

𝑘 𝑣 = 1,25 (3.17),[12] Chọn phương án 2 con lăn quay với tốc độ khác nhau, và để đảm bảo [63], chọn sơ bộ giá trị trung bình vận tốc dài của con lăn:

● 𝑣 𝑓 : Vận tốc dài con lăn cấp nhanh (m/s)

● 𝑣 𝑠 : Vận tốc dài con lăn cấp chậm (m/s)

● 𝑘 𝑣 : Hệ số vận tốc 2 con lăn trong máy nghiền hở (𝑘 𝑣 = 1,25)

Lập bảng thông số tốc độ 02 con lăn để mô phỏng và so sánh số liệu:

Bảng 3.2 Thông số tốc độ sơ bộ 02 con lăn

Thông số Vận tốc dài (m/s) Vận tốc góc(rad/s) Số vòng quay(rpm)

Con lăn cấp chậm 1,064 9,96 95 Để đảm bảo máy nghiền hoạt động hiệu quả và phục vụ chính xác việc mô phỏng, cần tính toán:

● Kích thước hạt cấp liệu lớn nhất có thể cấp vào máy

● Hệ số ma sát tĩnh và động khi máy nghiền hoạt động

Dựa trên các thông số có sẵn của con lăn bao gồm: đường kính con lăn 𝐷, chiều dài con lăn 𝑊 và khoảng cách giữa 02 con lăn 𝐿.

Tính toán hệ số ma sát tĩnh và hệ số ma sát động

Mô hình hoá hệ máy nghiền với hạt muối dạng hình cầu và bề mặt con lăn mượt

Hình 3.2 Mô hình phân tích lực quá trình nghiền

Từ mô hình phân tích lực trên, ta có:

Vì kích thước hạt đầu ra mong muốn: 𝑥 2 = 0,8 ÷ 1𝑚𝑚

Chọn khoảng cách giữa hai con lăn là 𝐿 = 1𝑚𝑚 với bán kính con lăn 𝑅 = 0,109𝑚 Hạt muối đầu vào có kích thước 𝑑 = 5𝑚𝑚, từ đó suy ra góc kéo vật liệu (nip angle) theo công thức (1).

Xem trong lực tác động lên vật là rất nhỏ so với các phần lực còn lại, ở trạng thái cân bằng:

Suy ra theo công thức (2):

Hệ số ma sát tĩnh:

Hệ số ma sát tĩnh của hạt vật liệu có độ cứng thấp (được đo theo thang độ cứng Moh từ 1 đến 4) khi tiếp xúc với thép thường nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,3.

Theo [12], độ cứng của hạt muối là khoảng 2,5 theo thang đo Moh [16]

Có 𝜇 = 0,25 và (2), như vậy mô hình tính toán có thể chấp nhận được tính đúng đắn

Tuy nhiên, lực ma sát tác động lên vật liệu thô là ma sát động 𝜇 𝑘 , theo [12], liên hệ với ma sát tĩnh theo công thức sau:

1+6.𝑣 𝜇 (3.24),[12] Áp dụng giá trị 𝜇 = 0,25, có:

1+6.𝑣 0,25 = 0,07 (3.25),[12] Với: 𝑣 – Vận tốc dài con lăn (m/s)

3.4.1 Ảnh hưởng của bề mặt con lăn:

Mô hình đã được đơn giản hóa bằng cách giả định bề mặt con lăn hoàn toàn nhẵn, nhưng thực tế, bề mặt con lăn có thiết kế với các đinh nhô ra nhằm tăng cường lực nghiền và hệ số ma sát.

Hệ số ma sát tĩnh và động có mối quan hệ tỉ lệ nghịch với kích thước và số lượng đinh ở đỉnh Cụ thể, hệ số ma sát tĩnh và động khi con lăn phẳng hoàn toàn được biểu diễn bằng các tỉ lệ 𝛼 𝑠 và 𝛼 𝑘.

Mô phỏng quá trình phá vỡ hạt của L.M Tavares trong phần mềm Rocky DEM, được trình bày ở chương 4, đã áp dụng các tính toán tham khảo cho hệ nghiền con lăn với bề mặt đinh, nhằm xác định hệ số ma sát tĩnh 𝜇 và hệ số ma sát động.

𝜇 𝑘 (dynamic friction) trong phần thiết lập

Như vậy giá trị ước tính hệ số ma sát tĩnh 𝜇 𝑡ℎự𝑐 và động 𝜇 𝑘_𝑡ℎự𝑐 là:

Giá trị sử dụng để mô phỏng của 𝜇 𝑡ℎự𝑐 , 𝜇 𝑘_𝑡ℎự𝑐 sẽ được chọn và tiến hành mô phỏng ở chương 4

Trong chương này, các thông số khác của hệ được tính toán dựa trên bề mặt nhẵn lý tưởng của con lăn, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán, theo [31].

Có 𝜇 = 0,2 ÷ 0,3, góc kéo vật liệu (nip angle) nằm trong khoảng:

3.4.2 Kích thước hạt muối cấp liệu tối đa:

Dựa theo các thông số con lăn và công thức (2), xác định khoảng đường kính vật liệu thô có thể cấp vào máy nghiền:

Kích thước hạt liệu tối đa có thể cấp vào máy nghiền với bán kính con lăn 𝑅 = 0,109𝑚 và khe hở 𝐿 = 1𝑚𝑚, trong khi góc kéo vật liệu nằm trong khoảng 𝜃 = 11,3 ÷ 16,7 °.

Thông số dẫn động và 02 con lăn:

Dựa theo thông số 2 động cơ dẫn động và thông số đối với kiểu nghiền 02 con lăn: Đưa sơ bộ bảng thông số hoạt động con lăn như sau:

Bảng 3.3 Thông số hoạt động con lăn

Vận tốc dài con lăn 𝑣 𝑚𝑖𝑛 0,88 𝑚/𝑠

Hệ số ma sát tĩnh 𝜇 0,25 Tính theo (3.3)

Hệ số ma sát động 𝜇

Góc kéo vật liệu 𝜃 14,0362 độ Tính theo (3.2) Đường kính con lăn 𝐷 𝑚𝑖𝑛 210 𝑚𝑚 Máy nghiền hạng nhẹ, theo

Tỉ lệ chiều dài/đường kính 𝑊/𝐷 𝑚𝑎𝑥 4 Theo [23]

Hệ số hiệu suất 𝜀 𝑚𝑖𝑛 0,15 Thực tế

Mật độ khối lượng muối thô 𝜌 𝐵 1,28 𝑡/𝑚 3

Khoảng cách 2 con lăn 𝐿 1 𝑚𝑚 Chọn sơ bộ

Bảng 3.4 Các thông số tính toán sơ bộ cho 02 con lăn:

Vận tốc con lăn cấp nhanh 𝑣 𝑓 1,33 𝑚/𝑠

Tỉ số vận tốc 𝑣 𝑓 /𝑣 𝑠 1,25 Máy nghiền

Vận tốc con lăn cấp chậm 𝑣 𝑠 1,064 𝑚/𝑠

Số vòng quay cấp nhanh 𝑛 𝑓 70 𝑟𝑝𝑚

Số vòng quay cấp chậm 𝑛 𝑠 56 𝑟𝑝𝑚

Thời gian để đạt vận tốc 𝑡 𝑠

Mô phỏng, thu thập và đánh giá số liệu

Phương pháp phần tử rời rạc

Phương pháp phần tử rời rạc (PP PTRR) là một kỹ thuật số trong phân tích miền, sử dụng các phần tử riêng biệt có sự tương tác lẫn nhau Mặc dù đã được đề xuất từ lâu, nhưng ứng dụng của phương pháp này đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ máy tính.

Rocky DEM cho phép mô phỏng chính xác tác động vật lý giữa các hạt riêng lẻ thông qua các phương trình phân tích phân tử rời rạc Bằng cách áp dụng các định luật vật lý, phần mềm này tính toán và mô phỏng từng hạt trong mô hình phân phối hạt Mỗi hạt được thể hiện với hình dạng và kích thước đại diện, tương tác với các hạt khác cũng như với hình dạng của thiết bị hoạt động.

Các tương tác trong việc triển khai DEM là rất quan trọng và được mô phỏng dựa trên các thông số ban đầu do người dùng thiết lập cho hạt, bao gồm hình dạng, phân bố kích thước, mật độ, Mô đun Young, tỷ lệ Poisson, độ bám dính, độ dẫn nhiệt, và năng lượng riêng để phá vỡ Những yếu tố này đảm bảo rằng kết quả mô phỏng đạt độ chính xác cao so với thực tế.

Phần mềm Rocky DEM Simulation do hãng ESSS phát triển, được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng các quá trình liên quan đến vật liệu rời Phần mềm này cho phép mô phỏng các cơ cấu nghiền, vận chuyển vật liệu rời và nghiên cứu sự tương tác của vật liệu với các biên dạng thiết kế Tất cả các lực tác dụng lên từng hạt được tính toán, từ đó xác định gia tốc của hạt, giúp tối ưu hóa các ứng dụng liên quan đến vật liệu rời.

Hai ưu điểm lớn nhất của phần mềm Rocky DEM so với những phần mềm mô phỏng vật liệu rời khác là:

Rocky DEM cung cấp cho người dùng khả năng mô tả chính xác hình dạng của hạt vật liệu rời, giúp nâng cao độ chính xác của mô phỏng Ngoài các tùy chọn về hình dạng vật liệu, phần mềm còn cho phép người dùng tùy biến hình dáng hạt vật liệu bằng cách chấp nhận mô hình 3D dưới dạng file STL.

Phần mềm Ansys được tích hợp chặt chẽ, giúp người dùng nghiên cứu tác động của dòng lưu chất lên đường đi của hạt vật liệu rời trong chế độ one-way.

Sự tương tác giữa hai pha lưu chất và vật liệu rời, được gọi là chế độ coupling, có thể được chia thành hai loại: one-way coupling và two-way coupling Tính năng này rất quan trọng trong việc đánh giá các hệ thống hoạt động dựa trên sự tương tác giữa pha lỏng và pha rắn Việc sử dụng Rocky DEM để nghiên cứu sự tương tác giữa hai loại vật liệu cho phép đạt được độ chính xác cao hơn, nhờ vào khả năng tái tạo hình dạng của hạt vật liệu rời một cách chính xác.

Mục đích của quá trình mô phỏng máy nghiền để tìm ra các giá trị:

● Khoảng tốc độ tối ưu của 02 con lăn cấp nhanh, cấp chậm

● Giá trị thích hợp của lưu lượng cấp liệu đầu vào

● Sự ảnh hưởng của nước chạt đến quá trình nghiền

Khe hở giữa hai con lăn được chọn là 1mm, đảm bảo kích thước hạt đầu ra đạt 0,8 mm Để mô phỏng quá trình hoạt động của máy nghiền, phần mềm Rocky DEM Simulation được sử dụng.

Thiết lập mô phỏng Rocky DEM

● Thiết lập các thông số vật lý môi trường

Hình 4.1 Thiết lập các thông số gia tốc trọng trường theo các trục

● Chọn module mô phỏng, ở đây chọn hệ mô phỏng theo hạt và hệ va chạm thống kê trong một biên dạng thể tích giới hạn:

Thống kê va chạm tại biên mô-đun: Phân tích tác động của các hạt va chạm với các bề mặt như thùng chứa và băng chuyền nhằm nghiên cứu tần suất, cường độ và vận tốc va chạm.

Module Particle Instantaneous cho phép mô phỏng các mức năng lượng của từng hạt vật liệu riêng lẻ, bao gồm động năng, thế năng và năng lượng trước và sau va chạm.

Hình 4.2 Thiết lập mô phỏng Chọn sử dụng mô hình phân tích

● Bước 1: Nhập mô hình 3D (dưới dạng file STL xuất từ phần mềm

Solidworks) vào workspace của Rocky

Để tối ưu hóa quá trình mô phỏng, cần loại bỏ các chi tiết không liên quan đến quá trình nghiền, chỉ giữ lại hai con lăn, phễu cấp liệu và phễu đầu ra Việc này giúp giảm tải dung lượng tính toán không cần thiết.

Lưu ý: Có thể bỏ cả phễu đầu ra để giảm tải tính toán và khả năng bộ nhớ, vì phễu này không ảnh hưởng đến mô phỏng

Hình 4.3 Máy nghiền mô phỏng

Bước 2 trong quy trình thiết lập máy nghiền là thêm vị trí cấp liệu Tại đây, người dùng có thể lựa chọn giữa ba loại cấp liệu: cấp liệu bằng băng tải (mô hình có sẵn trong phần mềm), cấp liệu liên tục (biên dạng tùy chỉnh) và cấp liệu theo mẻ Để phù hợp với thực tế hoạt động của máy nghiền, lựa chọn cấp liệu liên tục là sự lựa chọn tối ưu.

Quá trình rải hạt muối:

Hạt muối được thả rơi tự do từ trên vị trí mặt phẳng cấp liệu với gia tốc trọng trường 𝑔 = 9,8 𝑚/ 𝑠 2

Vận tốc càng tăng theo gia tốc trọng trường 𝑣 = 𝑔 𝑡(𝑚/𝑠)

Hình 4.4 Thiết lập mặt phẳng cấp liệu

Hình 4.5 Chọn chế độ cấp liệu liên tục

● Bước 3: Tạo khung chuyển động (motion frame) và gán cho hai con lăn

Dựa theo bảng[3.4], thiết lập thông số tốc độ góc cho con lăn cấp nhanh và cấp chậm

Hình 4.6 Thông số chuyển động con lăn cấp nhanh

Hình 4.7 Thông số chuyển động con lăn cấp chậm

Gán khung chuyển động cho 2 con lăn tại tâm quay:

Hình 4.8 Gán khung chuyển động cho 2 con lăn

● Bước 4: Thêm thông số vật liệu

Thông số vật liệu sử dụng cho con lăn là vật liệu inox 316, kí hiệu SUS316, theo nguồn [21]

Hình 4.9 Thông số vật liệu inox 316 cho 2 con lăn

Thông số vật liệu muối dựa theo muối sử dụng thực tế tại Cần Giờ, và [20]

Hình 4.10 Thông số kỹ thuật của muối

● Bước 5: Thêm các hệ số tương tác giữa hai vật liệu (hệ số ma sát)

Tham khảo thông số của phần mềm Rocky DEM với hệ số ma sát tĩnh (static friction) và hệ số ma sát động (dynamic friction)

Hình 4.11 Thiết lập thông số ma sát Đối với dạng hạt, có bề mặt thô ráp,

𝜇 𝑘 < 𝜇 𝑣à 𝜇 𝑘, 𝜇 = 0,6 ÷ 0,7 Dựa theo (hệ số ma sát đã tính) và tham khảo từ Rocky DEM [24], chọn:

Hình 4.12 Hệ số tương tác giữa muối và inox 316

Bước 6: Tạo mô hình 3D cho hạt muối và xác định các thông số cơ tính của muối Trong bước này, mô hình 3D của hạt vật liệu được mô phỏng dựa trên hình dạng của mẫu muối thô, như thể hiện trong Hình 1.3.

Hình 4.13 Các thông số cơ tính của hạt muối

Kiểu hạt muối: Dựa trên hình dáng hạt muối từ mẫu muối tại Cần Giờ, chọn kiểu Polyhedron với các kích thước trung bình là 5mm

Hình 4.14 Mô hình hạt muối mô phỏng

Bước 7 trong quá trình phân tích là lựa chọn mô hình phá vỡ tinh thể, cụ thể là mô hình Ab-T10 Việc chọn mô hình và thiết lập các thông số cần tuân theo hướng dẫn sử dụng của phần mềm Rocky để đảm bảo tính chính xác trong phân tích.

Hình 4.15 Lựa chọn mô hình phân tích quá trình phá vỡ tinh thể

Mô hình phá vỡ Ab-T10, được phát triển từ mô hình JKMRC Ab-T10 đã tồn tại lâu trong ngành công nghiệp, áp dụng thuật toán phân chia đứt gãy và hàm xác suất năng lượng để phân tích quá trình phá vỡ.

Mô hình phá vỡ này coi mỗi hạt muối là một đối tượng độc lập, có khả năng bị vỡ thành các mảnh nhỏ ngay lập tức Quá trình này diễn ra dựa trên lực phá vỡ và các giá trị năng lượng đã được xác định.

Kết quả mô phỏng và đánh giá số liệu

Các thông số sử dụng trong các trường hợp mô phỏng:

Kích thước hạt muối đầu vào được xác định dựa trên mẫu hạt muối tại Cần Giờ, với giá trị trung bình cho mô phỏng là 5mm, tương ứng với đường kính hình cầu 5mm.

● Khoảng cách giữa 2 con lăn: 1mm, theo như giá trị đã chọn ở chương 3, và khoảng cách này không đổi trong quá trình mô phỏng

Hệ số ma sát tĩnh cho các vật chất dạng hạt và đá trong phần mềm Rocky DEM được xác định ở mức trung bình là 0,6, nằm trong khoảng từ 0,6 đến 0,7 và giữ nguyên trong suốt quá trình mô phỏng.

● Hệ số ma sát động có giá trị nhỏ hơn ma sát tĩnh và cũng nằm trong khoảng [0,6

; 0,7] nên chọn giá trị 0,6 và không đổi trong quá trình mô phỏng

Trong phần mềm Rocky DEM, các thông số vận tốc của con lăn được xác định bằng vận tốc góc (rad/s) Dựa trên các tính toán đã thực hiện ở chương 3, người dùng có thể áp dụng mô phỏng bằng cách sử dụng bảng dưới đây để tham khảo vận tốc góc phù hợp.

Thông số Vận tốc góc

Tốc độ con lăn (rpm) Tỉ số truyền động Khoảng tốc độ mô phỏng (rpm)

● Các giá trị tốc độ quay được thay đổi ngoài thực tế bằng việc sử dụng biến tần

Thời gian mô phỏng mặc định là 20 giây, khoảng thời gian này được chọn để thiết lập quá trình mô phỏng và đảm bảo kết quả thống kê đáng tin cậy khi số lượng hạt đạt giá trị lớn hơn 30, phù hợp cho việc thống kê theo các dạng phân phối khác nhau.

● Tốc độ quay với giá trị đã tính toán ở chương 3

● Lưu lượng đầu vào 300kg/h

Bảng 4.1 Thông số mô phỏng Rocky DEM trường hợp 1

Tốc độ góc con lăn cấp nhanh (rad/s) 12,45 (rad/s)

Tốc độ góc con lăn cấp chậm (rad/s) 9,96 (rad/s)

Tốc độ con lăn cấp nhanh (rpm) 118

Tốc độ con lăn cấp chậm (rpm) 95

Lưu lượng đầu vào 300kg/h

Hình 4.16 Kết quả mô phỏng trường hợp 1 Thu thập số liệu sau mô phỏng

Hình 4.17 Thống kê số liệu sau mô phỏng trường hợp 1 Nhận xét kết quả:

● Từ hình 4.17, có thể xem sự phân bố của tần suất xuất hiện theo kích thước hạt có dạng phân phối chuẩn

Dựa trên số liệu thu được từ mô phỏng, chúng tôi đã xử lý và nhận được các giá trị quan trọng liên quan đến kích thước hạt Cụ thể, giá trị trung bình kích thước hạt là 𝑋 = 0,8575 mm, phương sai kích thước hạt được xác định là 𝜎² = 0,013 mm², và độ lệch chuẩn kích thước hạt là 𝜎 = 0,114 mm.

● Do số lượng mẫu lớn (n = 2030 >30) xem sự phân phối của kích thước hạt là phân phối chuẩn

● Xác suất hạt tạo ra có kích thước nằm trong khoảng yêu cầu (0,8 ÷ 1(𝑚𝑚)):

🡪𝑃(0,8 ≤ 𝑋 ≤ 1) = ∅(1,25) − ∅(−0,504) = 0,8944 − 0,1915 = 0,7029 Vậy, về mặt xác suất, có khoảng 70,29% hạt tạo ra đạt được kích thước yêu cầu Nguyên nhân của việc khoảng 29,71% hạt không đạt kích thước yêu cầu là:

● Mô hình 3D của hạt muối trong phần mềm có thể không mô tả chính xác với thực tế muối thô được sử dụng

Sự khác biệt giữa vật liệu mô phỏng và vật liệu thực tế chủ yếu nằm ở các đặc tính cơ lý, trong đó giá trị ứng suất nén lớn nhất của vật liệu mô phỏng được xác định dựa trên các nghiên cứu cả trong nước và quốc tế.

● Lưu lượng cấp liệu đầu vào cao hơn so với tính toán thực tế 300kg/h

- Tuy nhiên, kết quả mô phỏng đã chứng minh nguyên lý của mô hình là khả thi, và có thể tạo ra kích thước hạt yêu cầu

● Tốc độ quay đã tính toán ở chương 3

● Xử lý số liệu tương tự trường hợp 1, có khoảng 76,58% hạt tạo ra đạt được kích thước yêu cầu

● Tốc độ quay đã tính toán ở chương 3

● Có mô phỏng nước chạt Liquide Bridge

Hình 4.20 Kết quả mô phỏng trường hợp 3

Thu thập số liệu sau mô phỏng

● Tốc độ quay con lăn nhanh đạt giá trị lớn nhất trong bảng tính toán ở chương 3

● Tốc độ quay con lăn chậm đạt giá trị 1m/s

● Tốc độ quay con lăn chậm đạt giá trị nhỏ nhất trong bảng (

Tiêu đề	Nghiên Cứu Xây Dựng Bộ Thông Số Hoạt Động Máy Nghiền Muối Trong Dây Chuyền Chế Biến Muối Thực Phẩm
Tác giả	Huỳnh Trung Dũng
Người hướng dẫn	PGS.TS Võ Tường Quân
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2024
Thành phố	TP. HỒ CHÍ MINH

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	2,32 MB