Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của dạng răng đĩa nghiền tới chất lượng bột nghiền và năng lượng tiêu thụ trên các máy nghiền bột giấy dạng đĩa

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM QUANG NAM NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA DẠNG RĂNG ĐĨA NGHIỀN TỚI CHẤT LƢỢNG BỘT NGHIỀN VÀ NĂNG LƢỢNG TIÊU THỤ TRÊN CÁC MÁY NGHIỀN BỘT GIẤY DẠNG ĐĨA Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liêu http://lrc.tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Phạm Quang Nam, học viên lớp Cao học K13 – CN CTM. Sau hai năm học tập nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, và các thầy cô trong phòng thí nghiệm của trƣờng Giao thông vận tải, Viện Công nghệ Giấy và Xenluylô, tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học. Tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của răng đĩa nghiền tới chất lƣợng bột nghiền và năng lƣợng tiêu thụ trên các máy nghiền bột giấy dạng đĩa”. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dƣới bất cứ hình thức nào. Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. NGƢỜI CAM ĐOAN Phạm Quang Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liêu http://lrc.tnu.edu.vn 3 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn. Tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên phòng Thí nghiệm công trình của trường ĐH Giao thông vận tải và Viện Công nghệ Giấy và Xenluylo đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm, thực nghiệm để hoàn thành luận văn này. Tôi cũng muốn cảm ơn các thầy, cô phòng Sau đại học trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này. Tác giả Phạm Quang Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 4 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan……………………………………………………… … … 1 Lời cảm ơn………………………………………………………… … 2 Bảng ký hiệu và những chữ viết tắt………………………………… … 6 Danh mục bảng biểu………………………………………………… … 7 Danh mục hình vẽ, đồ thị…………………………………………………… 8 Phần mở đầu……………………………………………………… …… 10 Chƣơng 1. Tổng quan về nghiền bột giấy…………………… …… … 13 1.1. Đánh giá chung về nghành công nghiệp giấy………………….… …. 13 1.2. Nghiền bột giấy……………………………………………….… … 15 1.2.1. Vị trí của nghiền bột giấy trong quy trình sản xuất giấy…… … 15 1.2.2. Nguyên liệu bột giấy…………………………….………… … 16 1.2.3. Đánh giá chất lƣợng bột giấy sau quá trình nghiền 18 1.2.4. Các loại máy nghiền đƣợc sử dụng phổ biến ngành công nghiệp giấy 20 1.2.4.1. Máy nghiền Hà Lan 20 1.2.4.2. Máy nghiền côn 20 1.2.4.3. Máy nghiền đĩa………………………………………….… … 21 1.3. Nghiền bột giấy trên máy nghiền dạng đĩa…………… ……….… 23 1.3.1. Nguyên lý nghiền bột giấy………………………………… … 24 1.3.2.Thuyết nghiền………………………………………… …… …. 24 1.3.2.1. Thuyết tải trọng riêng trên mép dao nghiền……….… …. 24 1.3.2.2. Thuyết tải trọng riêng trên bề mặt dao nghiền….……… 26 1.3.3. Đĩa nghiền bột giấy 27 1.3.3.1. Cấu tạo 27 1.3.3.2. Ảnh hƣởng của hình học dao đến nghiền bột giấy 28 1.4. Tình hình nghiên cứu, chế tạo đĩa nghiền tại Việt Nam….………… 31 Kết luận chƣơng 1……………………………….……………………… 34 Chƣơng 2: Đối tƣợng nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên cứu……… 35 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 35 2.1.1. Lựa chọn vật liệu nghiền thí nghiệm 35 5 2.1.2. Các thông số cơ bản cần nghiên cứu 35 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 36 2.2. u 36 .……… 36 .………… 39 2.2.1 – 1 44 2…………………… 45 2.2.1.5. 49 Kết luận chƣơng 2……………………………… 50 Chƣơng 3: Thiết kế thí nghiệm nghiền bột giấy trên máy nghiền đĩa 51 3.1. Xác định một vài thông số của máy nghiền 51 3.1.1. Đƣờng kính đĩa nghiền 51 3.1.2. Năng suất máy nghiền 51 3.1.3. Công suất máy nghiền 52 3.1.4. Chuyển động đai thang của máy 53 3.1.5. Đƣờng kính trục d 54 3.1.6. Chọn ổ lăn 55 3.2. Tính toán lựa chọn một vài thông số của đĩa nghiền 56 3.2.1. Lựa chọn vât liệu chế tạo đĩa 56 3.2.2. Lựa chọn thông số hình học của đĩa 57 3.2.3. Thiết kế chế tạo đĩa nghiền 61 Kết luận chƣơng 3 68 Chƣơng 4: Thực nghiệm và xử lý kết quả nghiên cứu………… …… 69 4.1. Nghiên cứu thực nghiệm máy nghiền bột giấy dạng đĩa……… ……. 69 4.1.1. Mục đích……………………………………………… ……… 69 4.1.2. Các đặc tính thực nghiệm cần xây dựng………………… ……. 69 4.1.3. Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm…… … 69 4.2. Thiết bị thực nghiệm…………………………………………… … 69 4.3. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo thông số thực nghiệm đầu ra…… …. 70 4.3.1. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo công suất tiêu thụ N……… … 70 6 4.3.2. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo độ nghiền ( 0 SR)……… …. 72 4.3.2.1. Thiết bị đo………………………………………… …… 72 4.3.2.2. Phƣơng pháp đo…………………………………… …… 72 4.4. Tổ chức thực nghiệm………………………………………… …… 72 4.4.1. Thực nghiệm đơn yếu tố………………………………….…… 73 4.4.1.1. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X 1 tới chất lƣợng nghiền Y S và chi phí năng lƣợng riêng Y N 73 4.4.1.2. Xác định ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X 2 tới chất lƣợng nghiền Y S và chi phí năng lƣợng riêng Y N 73 4.4.2. Thực nghiệm đa yếu tố…………………………………… … 75 4.4.2.1. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X 1 và chiều rộng răng nghiền X 2 tới chất lƣợng nghiền Y S và chi phí năng lƣợng riêng Y N 75 4.4.2.2. Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng Y N và hàm độ nghiền Y S ………….…………………………………… 83 Kết luận chƣơng 4……………………………………………… ……… 85 Kết luận chung……………………………………… ………………… 86 Tài liệu tham khảo…………………………………… ………………… 87 7 R Bán kính đĩa nghiền mm v Vận tốc dài của đĩa nghiền m/s n Tốc độ quay của đĩa v/p Q Năng suất máy nghiền Kg/h K 1 Hệ số thực nghiệm K 2 Hệ số thực nghiệm Hệ số điền đầy thể tích của nguyên liệu giữa hai đĩa nghiền Khối lƣợng thể tích nguyên liệu nghiền Kg/m 3 h Khe hở làm việc giữa hai đĩa nghiền mm n Số vòng quay của trục chính máy nghiền v/p Q lđ Công suất máy nghiền kW N lđ Công suất lắp đặt (công suất động cơ) kW k Hệ số phụ tải N hd Công suất hữu dụng (công suất có ích) kW N kt Công suất không tải kW B s Tải trọng riêng trên mép dao nghiền J/Km L s Chiều dài cắt theo giây đồng hồ Km/s N kt Công suất không tải kW C f Hệ số tiêu hao phi sản xuất α Góc nghiêng răng độ β Góc múi răng đ ộ X 1 đĩ X 2 Chiều rộ x 1 đĩa nghi v/p x 2 Chiều rộ mm Y N Wh/kg Y S Độ nghiền 0 SR 8 1.1: Dự báo tiêu dùng, sản xuất và nhập khẩu bột ở Việt Nam (2011-2015) 1.2: Dự báo tiêu dùng, sản xuất và nhập khẩu giấy ở Việt Nam (2010-2015) 1.3: Dự báo tiêu dùng, sản xuất, xuất nhập khẩu bột giấy Việt Nam (2016-2025) 1.4: Dự báo tiêu dùng, sản xuất, xuất nhập khẩu giấy ở Việt Nam (2016-2025) 1.5 Nam Bảng 1.6. Thông số lƣỡi dao của máy nghiền đĩa với các loại xơ sợi Bảng 2.1: Đặc điểm của nguyên liệu thí nghiệm = 2 Bảng 3.1: Các thông số đĩa nghiền thí nghiệm Bảng 4.1: Ma trận thí nghiệm ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X 1 tới chất lƣợng nghiền Ys Bảng 4.2: Ma trận thí nghiệm ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X 1 tới chi phí năng lƣợng riêng Y N Bảng 4.3: Ma trận thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X 2 tới chất lƣợng nghiền Ys Bảng 4.4: Ma trận thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X 2 tới chi phí năng lƣợng riêng Y N 1 chiều rộng răng nghiền X 2 tới chất lƣợng nghiền Ys 1 chiều rộng răng nghiền X 2 N. 9 Hình 1.1. Quy trình sản xuất giấy Hình 1.2. Cầu nối hyđrô giữa nhóm -OH tự do của phân tử xenlulo với nƣớc Hình 1.3: Xơ sợi bột giấy trƣớc và sau khi nghiền Hình 1.4. Ảnh hƣởng của độ nghiền đến tính chất cơ lý của bột giấy Hình 1.5: Máy nghiền Hà Lan Hình 1.6: Máy nghiền côn trục ngang Hình 1.7: Máy nghiền đĩa Hình 1.8. So sánh mức tiêu hao điện năng giữa máy nghiền đĩa và nghiền côn Hình 1.9. Sự tiếp xúc giữa các răng nghiền trong máy nghiền côn Hình 1.10: Các giai đoạn ngiền Hình 1.11: Chiều dài tác động nghiền Hình 1.12: Các yếu tố cơ bản của đĩa nghiền bột giấy Hình 1.13. Các dạng Profin của dao nghiền Hình 1.14: Các kiểu bố trí dao nghiền Hình 1.14. Các thiết kế đĩa truyền thống Hình 1.15. Một số mẫu đĩa nghiền đƣợc sử dụng tại Việt Nam Hình 3.1. Bản vẽ tổng thể máy nghiền bột giấy dạng đĩa đơn Hình 3.2. Bản vẽ bộ đĩa nghiền 1 Hình 3.3. Bản vẽ bộ đĩa nghiền 2 Hình 3.4. Bản vẽ bộ đĩa nghiền 3 Hình 3.5. Bản vẽ bộ đĩa nghiền 4 Hình 3.6. Bản vẽ bộ đĩa nghiền 5 Hình 3.7. Cụm đĩa nghiền Hình 4.1. Máy nghiền bột giấy dạng đĩa dùng trong thực nghiệm Hình 4.2. Đĩa nghiền bột giấy dùng trong thực nghiệm Hình 4.3. Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính Hình 4.4. Sơ đồ thí nghiệm đo tiêu thụ năng lƣợng riêng Hình 4.5. Máy đo độ nghiền 10 4.9, 4.13 Đồ thị xác định đ Hình 4.14: Đồ thị tối ƣu hóa đa mục tiêu [...]... Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của 11 dạng răng đĩa nghiền tới chất lượng bột nghiền và năng lượng tiêu thụ trên các máy nghiền bột giấy dạng đĩa Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu một số thông số chủ yếu đặc trƣng cho quá trình nghiền trên máy nghiền dạng đĩa nhƣ chiều rộng răng và tốc độ nghiền 2 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chính yếu của luận văn là nghiên cứu ảnh hƣởng kích thƣớc răng đĩa nghiền. .. một vài dạng đĩa nghiền: Thực hiện chế tạo tại Công ty Z131- Bộ Quốc phòng - Thực nghiệm nghiền bột giấy trên hệ thống thiết bị thí nghiệm và đo các thông số của bột giấy và công suất tiêu thụ - Phân tích kết quả thực nghiệm và kết luận 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a Ý nghĩa khoa học - Xác định ảnh hƣởng đĩa nghiền tới chất lƣợng bột giấy sau nghiền; - Xác định ảnh hƣởng của răng đĩa nghiền. .. trong các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy 35 Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Lựa chọn vật liệu nghiền thí nghiệm Để nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của các thông số hình học của đĩa nghiền đến chất lƣợng bột giấy và năng lƣợng tiêu hao của quá trình nghiền, trong đề tài lựa chọn vật liệu nghiền thí nghiệm là bột gỗ thông trên máy nghiền đĩa đơn... đĩa nghiền tới chất lƣợng bột nghiền - Mục tiêu thứ hai là nghiên cứu ảnh hƣởng tốc độ nghiền tới công suất tiêu thụ khi nghiền 3 Phương pháp nghiên cứu - Thay đổi các tham số đầu vào của quá trình nghiền: kích thƣớc răng, tốc độ quay của đĩa nghiền - Đo các chỉ tiêu cơ lý của bột giấy sau nghiền: Bằng các máy đo chuyên dụng của Viện nghiên cứu Công nghệ giấy và Xenluylô - Đo công suất tiêu thụ: Bằng... của các dao, của các rãnh, và sự phân bố của rãnh trên bề mặt đĩa [17] Cùng với tốc độ quay của đĩa rotor và công suất tiêu thụ, các tham số của đĩa nghiền quyết định chất lƣợng của hỗn hợp nghiền, năng suất nghiền và những chỉ số kinh tế kỹ thuật khác khi nghiền bột nguyên liệu giấy Hình dạng của dao nghiền là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến các tính chất của bột giấy Các thành phần cơ bản của. .. sợi Bề mặt làm việc của đĩa nghiền đƣợc đặc trƣng bởi số lƣợng, kích thƣớc của các dao, các rãnh và sự phân bố của rãnh trên bề mặt đĩa Cùng với tốc độ quay của rotor và công suất tiêu thụ, các tham số của đĩa nghiền quyết định chất lƣợng của hỗn hợp nghiền, năng suất nghiền và những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác khi nghiền nguyên liệu bột giấy Thiết kế và chế tạo đĩa nghiền bột giấy là một vấn đề... sợi Để thực hiện quá trình nghiền thứ cấp, máy nghiền đƣợc sử dụng phổ biến là máy nghiền dạng đĩa, trong đó loại máy cơ bản nhất là máy nghiền bột giấy dạng đĩa đơn với một đĩa nghiền quay và một đĩa nghiền cố định; Quá trình nghiền hiệu quả phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ vật liệu nghiền, số lƣợng dao nghiền, chiều dài cắt của đĩa nghiền, chiều dài giao nhau giữa các dao trên đĩa roto và đĩa stato,... phận trên máy nghiền tham gia trực tiếp vào quá trình nghiền bột giấy, tuy nhiên bộ phận quan trọng nhất, cũng đồng thời tiêu hao nhiều năng lƣợng nhất, quyết định tới chất lƣợng bột nghiền chính là vùng nghiền, đây là không gian giữa hai đĩa nghiền với khoảng cách nhất định và sự phân bố các răng và rãnh trên từng đĩa nghiền Đĩa nghiền là chi tiết chính của máy nghiền Trong quá trình nghiền, đĩa nghiền. .. thiết của đề tài Nghiền bột là một trong những công đoạn đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất giấy Rất nhiều tính chất cơ học, tính chất vật lý và thẩm mỹ của tờ giấy phụ thuộc vào giai đoạn này Các máy nghiền bột giấy chủ yếu từ 2 loại: máy nghiền côn và máy nghiền dạng đĩa, mỗi loại máy đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng, luận văn này chi tập trung vào máy nghiền bột giấy dạng đĩa Có... chuyên dụng của Trƣờng đại học Giáo thông – Vận tải - Hệ thống thiết bị thí nghiệm: Sử dụng máy nghiền đĩa đơn (một dĩa quay một đĩa cố định) 4 Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về bột giấy và quá trình nghiền bột giấy - Tổng quan về máy nghiền bột giấy dạng đĩa - Các dạng đĩa nghiền: đặc điểm về hình dáng hình học, ƣu nhƣợc điểm của một số dạng đĩa nghiền đang đƣợc sử dụng hiện nay ở nƣớc ta và thế giới . Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của 12 dạng răng đĩa nghiền tới chất lượng bột nghiền và năng lượng tiêu thụ trên các máy nghiền bột giấy dạng đĩa . Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA DẠNG RĂNG ĐĨA NGHIỀN TỚI CHẤT LƢỢNG BỘT NGHIỀN VÀ NĂNG LƢỢNG TIÊU THỤ TRÊN CÁC MÁY NGHIỀN BỘT GIẤY DẠNG ĐĨA Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy. trình nghiền trên máy nghiền dạng đĩa nhƣ chiều rộng răng và tốc độ nghiền. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chính yếu của luận văn là nghiên cứu ảnh hƣởng kích thƣớc răng đĩa nghiền tới chất