BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QTTB NGHIỀN RÂY TRỘN

Báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị nghiền rây trộn. Số liệu thí nghiệm và cách tính các yêu cầu trong bài thí nghiệm ở phụ lục.Nội dung: nghiền gạo bằng máy nghiền búa, đem sản phẩm sau nghiền để rây, trộn đậu xanh và đậu nànhXác định hiệu suất rây, đường kính vật liệu sau nghiền và chỉ số trộn

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Phúc trình Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị

Bài:

NGHIỀN RÂY TRỘN

I Nội dung cơ bản của bài thí nghiệm:

1 Mục đích:

-Nghiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả ray xác định sự phân phối kích thước vật liệu sau khi nghiền, công suất tiêu thụ và hiệu suất của máy nghiền

-Rây vật liệu sau khi nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối và tích lũy của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác định kích thước vật liệu sau khi nghiền

-Trộn hai loại vật liệu để định chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng đồ thị chỉ số trộn theo thời gian để xác định thời gian trộn thích hợp

2 Phương pháp thí nghiệm:

Tiến hành 3 thí nghiệm:

-Nghiền 200g gạo rồi đem sản phẩm qua rây để phân tích

-Rây

-Trộn đậu nành và đậu xanh

3 Kết quả thí nghiệm:

Thí nghiệm nghiền

Mẫu Khối lượng Thời gian nghiền Cường độ dòng diện

Không tải Có tải

Thí nghiệm rây

Bảng xác định hiệu suất rây: kích thước rây 0,2 mm

khối lượng đem rây M = 80g

Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g)

Bảng kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80g

Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) þ

0,16 13,2 0,9675

II Lý thuyết thí nghiệm:

1 Thí nghiệm nghiền:

 Nghiền là quá trình trong đó vật liệu rắn được cắt ra hoặc làm vỡ ra thành

những hạt nhỏ

 Định luật Bond:

-Công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính D từ vật liệu ban đầu rất lớn tỉ lệ với căn bậc hai tỉ số diện tích bề mặt- thể tích của sản phẩm, S/V= Như vậy:

E=

√

 Năng lượng chi phí cho quá trình nghiền để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu

D thành sản phẩm có kích thước d là:

E = 19Wi(

√ )

Nếu nghiền khô thì E được nhân với .

Trong đó:

Wi là chỉ số công, kWh/tấn vật liệu nghiền, để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu rất lớn đến sản phẩm có 80% lọt qua rây 100 micron

-Định luật này dùng cho nghiền trung bình và nghiền mịn

 Định luật Rittinger:

-Công dùng cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt mới tạo thành của sản phẩm nghiền:

E=Kr (

) -Định luật này thích hợp cho nghiền mịn đặc biệt là máy nghiền bi

 Định luật Kick:

-Công cần thiết để nghiền một lượng vật liệu cho trước là không đổi với cùng mức độ

nghiền, bất chấp kích thước ban đầu của vật liệu

E=Kk lgi -Trong đó i là mức độ nghiền và Kk là hằng số

-Định luật này dùng cho trường hợp đập nghiền thô và nghiền mịn bằng va đập

 Công suất nghiền: ta áp dụng định luật Bond (trong trường hợp nghiền khô)

để tính công suất nghiền:

P = 19Wi(√

√ )T

Dρ1, Dρ2: kích thước của nguyên liệu và sản phẩm, mm T: năng suất nghiền, tấn/phút

Wi: chỉ số công

 Hiệu suất nghiền:

H =

100%

Trong đó:

P: công suất nghiền, kW P’: công suất tiêu thụ cho động cơ máy nghiền, kW

P’ =UIcos

2 Thí nghiệm rây:

 Rây là quá trình phân loại hỗn hợp vât liệu rời thành những phân đoạn hạt có kích thước khác nhau nhờ vào các tấm rây và tác dụng của lực cơ học

 Nguyên tắc của phương pháp rây là cho vật liệu đi qua hệ rây có kích thước lỗ xác định Các hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ lọt qua rây, các hạt có kích thước lớn hơn sẽ bị giữ lại trên bề mặt rây

 Phương trình biểu diễn sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn:

Lấy tích phân từ ø = ø1 đến ø = ø2 tương ứng với Dρ = Dρ1 và Dρ = Dρ2, ta có:

Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ n-1 và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có Dρn-1 / Dρn = r = hằng số

)

Và thay Dρn-1 =r Dρn, ta được:

(

)

Hoặc

K’ và b được xác định bằng cách vẽ theo Dρn trên đồ thị Log – Log và suy

ra hệ số góc K+1 và tung độ góc K’ =>K và b

 Hiệu suất rây:

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 định như sau:

Đem rây một khối lượng F của vật liệu, khảo sát xác định được J1 Lấy vật liệu còn lại trên rây F – J1 và rây xác định được J2, tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây F – (J1 + J2) và rây lại lần nữa

Tổng số J1 + J2 + J3 +… sẽ tiệm cận đến F.a Hiệu suất rây là 100% nếu J1= F.a

3 Thí nghiệm trộn:

 Trộn là quá trình tạo hỗn hợp đồng nhất từ các thành phần khác nhau dưới tác dụng của lực cơ học

 Các quá trình xảy ra trong máy trộn:

-Tạo ra các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng trộn cắt

-Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này đến vị trí khác- trộn đối lưu

-Thay đổi vị trí từng hạt riêng rẻ-trộn khuếch tán

-Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị-trộn va đập

-Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận – trộn nghiền

Những cơ chế trọn trên xảy ra riêng rẽ hay đồng thời với những mức độ khác nhau tùy thuộc vào loại máy trộn và vật liệu trộn

 Đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp trộn

-Khi trộn một khối lượng a chất A với khối lượng b chất B, tạo thành hỗn hợp đồng nhất Thành phần của chất A và chất B trong hỗn hợp lý tưởng:

-Các thành phần này sẽ như nhau ở mọi phần thể tích của hỗn hợp Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp, ta đặc trưng bởi giá trị sai biệt bình phương trung bình

 Độ sai lệch bình phương trung bình:

√ ∑

√ ∑

Như vậy sA và sB càng nhỏ thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao (càng gần với hỗn hợp lý tưởng).Giá trị của sA và sB phụ thuộc cơ bản vào thời gian



 Chỉ số trộn

Với e : độ lệch chuẩn lý thuyết

√

∑

n: số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời Như vậy Is càng lớn thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao

III Dụng cụ – Thiết bị và phương pháp thí nghiệm:

1) Thiết bị – Dụng cụ:

 Máy nghiền búa một trục, búa lắp lỏng, có lưới tháo sản phẩm, có bộ phận nhập liệu bằng vít tải Nguyên tắc hoạt đđộng: vật liệu trong máy nghiền búa đđược nghiền nhỏ do sự va đập của búa vào vật liệu và chà xát vật liệu giữa búa với thành máy Các hạt vật liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới phân loại sẽ đđi ra ngoài, các hạt có kích thước lớn hơn tiếp tục được nghiền Máùy nghiềnđđược gắn với một ampere kế đđể đo cường độ dòng điện

 Thiết bị rây gồm các loại rây với các kích thước (mm): 0.425; 0.315; 0.2; 0.16 vàmột rây kín để hứng vật liệu Nguyên tắc hoạt đđộng: sự rung độngđđược tạo thànhh nhờ đđối trọng quay Các đđĩa có đđối trọng đđược gắn lên trục dẫn đđộng của máy, khi trục quay các đĩa này gây lực quán tính làm cho thùng sàng chuyển đđộng theo các hướng khác nhau, các hạt lớn được tách ở lưới rây trên,

ở lưới rây dưới là các hạt nhỏ hơn

 Máy trộn thùng quay gồm thùng chứa vật liệu đđược truyền động quay qua các gốiđđỡ hay các trục được gắn với thùng Cửa nhập liệu, tháo liệu nằm trên thân máy Nguyên tắc hoạt động: khi thùng quay, dưới tác động của lực ly tâm, vật liệu trong thùng sẽ đđược nâng lên và rơi xuống tạo ra sựđđảo trộn trong vật liệu Máy có thể khiến vật liệu dập nát khi trộn

 Nguyên liệu:

-Gạo -Đậu nành -Đậu xanh -Cân -Các rỗ đựng mẫu sau trộn

2) Phương pháp thí nghiệm:

 Thí nghiệm nghiền:

-Cân 200g mẫu vật liệu gạo 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 cực đại Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị không tải, bấm thì kế xác định thời gian nghiền

-Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền

 Thí nghiệm rây:

-Xác định hiệu suất của rây có kích thước 0.2 mm

-Lấy 80g gạo từ sản phẩm nghiền, rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây

-Lấy 80g gạo từ sản phẩm nghiền đem rây 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy

ở mỗi rây

 Thí nghiệm trộn:

-Cân 1,5kg đậu xanh và 3kg đậu nành

-Cho vật liệu vào máy trộn, khởi động máy trộn, bấm thì kế xác định thời gian trộn Dừng máy tại mỗi thời điểm 5”, 15”, 30”, 60”, 120”, 300” và lấy mẫu -Lấy mẫu (8 mẫu) tại các thời điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh và đậu nành có trong mỗi mẫu

-Sơ đồ lấy mẫu:

IV Kết quả thí nghiệm:

1 Hiệu suất rây:

M = 80 g

rây, Ji(g)

Thời gian tổng (phút)

Ji

Dựa vào đồ thị Ji – Thời gian tổng, ta thấy đường cong Ji tiệm cận đến đường

y = 29,32 Do đó, F.a = 29,32

Ta có hiệu suất rây là:

E =

100 = 96,18%

2 Kết quả phân tích rây:

Bảng phân tích kết quả rây, khối lượng đem rây M = 80 g

Kích thước

rây (mm)

Khối lượng trên rây (g)

Khối lượng

3 Kết quả phân tích trộn:

Bảng số liệu thô

Mẫu N x CiA CA CB (CiA - CA)^2 ( CiA - CA)^2 n SA Is

1 48 31 0,60759 0,003489469

3 52 22 0,7027 0,001298596

4 77 62 0,55396 0,012703506

5 25 11 0,69444 0,000771605

6 30 22 0,57692 0,008053912

7 170 55 0,75556 0,007901235

8 42 69 0,37838 0,083110137 0,0168898 0,1294651 0,130458

Thời gian 5"

0,11732846 779 0,333333

0,6666667

Mẫu N X CiA CA CB (CiA - CA)^2 (CiA - CA)^2 n σE SA Is

1 37 16 0,69811 0,000988885

2 42 23 0,64615 0,000420776

3 13 19 0,40625 0,06781684

4 12 9 0,57143 0,009070295

5 27 17 0,61364 0,002812213

6 25 6 0,80645 0,019539831

7 25 12 0,67568 8,11622E-05

8 56 40 0,58333 0,006944444

0,6666667 0,333333 0,107674447 379 0,0242144 0,1240244 0,195239

Thời gian 15"

Thời gian 30"

0,6666667 0,333333 0,107899987 408 0,023338 0,1241543 0,187976

Dựa vào bảng số liệu ta nên chọn trộn trong 120s do có chỉ số trộn Is = 0,309 là lớn nhất

Mẫu N X CiA CA CB (CiA - CA)^2 (CiA - CA)^2 n σE SA Is

1 37 8 0,82222 0,024197531

2 31 9 0,775 0,011736111

3 33 27 0,55 0,013611111

4 35 20 0,63636 0,000918274

5 20 11 0,64516 0,000462481

6 20 15 0,57143 0,009070295

7 20 6 0,76923 0,010519395

8 12 12 0,5 0,027777778

Thời gian 60"

0,6666667 0,333333 0,098292976 316 0,0265186 0,1184983 0,223789

Thời gian 120"

0,6666667 0,333333 0,075532702 216 0,032075 0,1038768 0,308779

Mẫu N X CiA CA CB (CiA - CA)^2 (CiA - CA)^2 n σE SA Is

1 43 32 0,57333 0,008711111

2 50 28 0,64103 0,000657462

3 40 26 0,60606 0,003673095

4 49 26 0,65333 0,000177778

5 47 34 0,58025 0,007468374

6 79 22 0,78218 0,013342918

7 57 39 0,59375 0,00531684

8 50 59 0,45872 0,043243648

Thời gian 300"

0,6666667 0,333333 0,082591226 681 0,0180643 0,108622 0,166304

V Đồ thị:

Giản đồ Ji theo thời gian

Giản đồ log ø-logDρn

28

28,2

28,4

28,6

28,8

29

29,2

29,4

29,6

 J

Thời gian

y = 0,9152x - 0,1332

-1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0

logDρn

log ø

Giản đồ phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước vật liệu trên rây

Giản đồ chỉ số trộn theo thời gian

y = 0.1848x-0.658

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Dρn

ø

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 50 100 150 200 250 300 350

Is

Thời gian(phút)

VI Bàn luận:

1 Bàn luận sự thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền, đặc biệt chú trọng về các giả thuyết:

Để thấy được tác dụng của định luật Bond, sau đây sẽ tổng quan về các định luật tính công suất:

 Thuyết bề mặt của P.R.Rittinger đề xuất: công dùng cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt mới tạo thành của sản phẩm nghiền Thuyết này áp dụng đúng trong điều kiện năng lượng cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất rắn là không quá lớn và có thể được dùng để ước tính cho quá trình nghiền thực với Kr được xác định bằng thực nghiệm trên máy nghiền cùng loại với máy nghiền thực Vì có điều kiện ràng buộc về năng lượng và việc xác định hệ số Kr phải dựa vào thực nghiệm nên không thề sử dụng để tiên đoán công suất nghiền

 Thuyết thể tích của Kick: Công cần thiết để nghiền một lượng vật liệu cho trước là không đổi với cùng mức độ nghiền, bất chấp kích thước ban đầu của vật liệu Do việc xác định hằng số KK là khá phức tạp nên cũng không được ứng dụng vào tiên đoán công suất nghiền

 Định luật Bond: Công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính D từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỉ lệ với căn bậc hai tỉ số diện tích bề mặt – thể tích của sản phẩm là định luật có tính thực tế hơn so với thuyết của Kick và thuyết của Rittinger vì:

-Chỉ số công Wi¬ đã bao gồm cả ma sát trong máy nghiền và công suất trên trục máy nghiền

-Đồng thời có giá trị sai khác không nhiều khi tính công suất cho các máy nghiền khác nau nhưng cùng loại và dùng cho cả quá trình nghiền khô và nghiền ướt, phù hợp với tính toán lý thuyehát cho công suất nghiền

2 Nhận xét về hiệu suất rây và nghiền đo được So sánh với kết quả trong sách Giải thích các sai biệt

Hiệu suất nghiền H = 33,362% Hiệu suất này không cao lắm vì:

-Kết quả phân tích rây không chính xác dẫn đến kích thước hạt sau khi nghiền không chính xác

-Do khối lượng vật liệu không chính xác

-Khi đem vật liệu ở trên rây đi cân, gió có thể thổi bay mất một phần vật liệu dẫn đến không chính xác

-Không lấy được hết vật liệu trên rây

3 Bàn luận về độ tin cậy của kết quả và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất

 Rây: nhìn vào đồ thị ta thấy đường cong Ji –t không thực sự tiệm cận mà có xu hướng hơi dốc lên, sự không chính xác này là do lượng vật liệu sau 5 lần rây còn lại ít, khi cân do thao tác và các yếu tố tác khác ảnh hưởng làm cân nhảy sai lệch

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất rây:

-Độ ẩm của vật liêu rây

-Bề dày lớp vật liệu trên bề mặt rây

-Kích thước của vật liệu trên rây

 Nghiền: sự sai số của hiệu suất nghiền càng lớn hơn do chịu ảnh hưởng của kết quả rây

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền:

-Loại máy nghiền

-Vật liệu nghiền

-Sai số của dụng cụ đo

4 Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn

Tại mỗi thời điểm đều lấy 8 mẫu theo sơ đồ được cho sẵn, cách này đảm bảo có thể khống chế việc lấy mẫu như nhau tại mỗi thời điểm, kết quả có độ chính xác cao

5 Bàn về độ tin cậy của kết quả trộn và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến thí nghiệm trộn

 Độ tin cậy của kết quả khá cao

 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả trộn:

-Sự phân phối kích thước cỡ hạt trong mẫu: hạt đậu nành và đậu xanh có kích thước khác nhau và bản chất giữa các hạt cùng loại cũng khác nhau

-Vật liệu trộn dễ vỡ

-Lúc đếm mẫu không chính xác

VII Phụ lục:

1 Thí nghiệm rây:

 Giản đồ log ø-logDρn:

Dựa vào giản đồ ta cĩ đườg thẳng y = 0,9152x – 0,1332

mà y = (b+1)logDρn + logK’

b + 1 = 0,9152

 b = -0.0848

và logK’ = -0,1332

 K’ =0,736

r = 1,349

Ta cĩ: K’=

 K =

=

= 2,137

 Hiệu suất rây:

Dựa vào đồ thị Ji – Thời gian tổng, ta thấy đường cong Ji tiệm cận đến đường

y = 29,32

Do đĩ, F.a = 29,32

Ta cĩ hiệu suất rây là:

E =

100 = 96,18%

2 Thí nghiệm nghiền:

 Xác định đường kính tương đương của hạt gạo:

-Kích thước trung bình của hạt gạo:

Dài: 6 mm Đường kính: 1,5 mm Xem hạt gạo là hình trụ, ta có:

-Để xác định kích thước hạt người ta dùng khái niệm “đường kính tương đương”, đó là đường kính của hạt hình cầu có cùng tỉ số diện tích bề mặt với thể tích Do đó đường kính tương đương của hạt gạo trước khi nghiền là:

 Xac định kích thước hạt gạo sau khi nghiền:

Áp dụng công thức:

øn –øn-1 =

-Do cần 80% sản phẩm qua rây mà tại rây D = 0,425mm thì chỉ cho (100-25,6) = 74,4% sản phẩm qua rây nên Dρ2 > 0,425 mm thì 80% sản phẩm mới qua rây

 0,256 – 0,2 =

 Dρ2 = 0,449 mm

 Công suất nghiền:

P = P1 – P2 = 19Wi(

√

√ = 19.13( √

√ = 0,154 kW =154W

 Công suất tiêu thụ:

Pkhongtai = UIktcos = 220 3,4 0,8 = 598,4W

Pcotai = UIctcos = 220 6 0,8 = 1056W

Ptieuthu = Pcotai – Pkhongtai = 1056 – 598,4 = 461,6W

 Hiệu suất máy nghiền:

H =

100% = 33,362%

3 Thí nghiệm trộn:

 Đối với chất A (đậu nành)

CA =

Đối với chất B (đậu xanh)

CB =

Với cả thí nghiệm trộn, CA CB đều không đổi