Chuong 16 co luu chat

KHÁI NIỆM Quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành những thành phần cỡ hạt có kích thước khác nhau dưới tác dụng của lực cơ học gọi là quá trình sàng.. Về nguyên tắc là cho vật li

253

CHƯƠNG 16 SÀNG (RÂY)

1 KHÁI NIỆM

Quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành những thành phần cỡ hạt có kích thước khác nhau dưới tác dụng của lực cơ học gọi là quá trình sàng

Phân loại cỡ hạt bằng những phương pháp sàng là phổ biến nhất và đơn giản nhất

Về nguyên tắc là cho vật liệu đi qua hệ thống sàng có kích thước lỗ xác định trước, các hạt có kích thước nhỏ hơn lỗ sàng sẽ lọt qua mặt sàng còn các hạt lớn hơn sẽ bị giữ lại trên bề mặt sàng

1.1 Bố trí mặt sàng – Phân loại máy sàng

1.1.1 Có hai phương pháp bố trí mặt sàng

• Kích thước lỗ sàng từ nhỏ đến lớn hay còn gọi là phương pháp bố trí nối tiếp, xem hình (H16.1)

• Kích thước lỗ sàng từ lớn đến nhỏ hay còn gọi là phương pháp bố trí song song, xem hình (H16.2) Trường hợp này cho các mặt sàng chồng lên nhau, mặt trên lỗ sàng lớn, dưới

lỗ sàng nhỏ

1.1.2 Phân loại máy sàng

Dựa vào cấu tạo gồm có các loại sau đây:

- Máy sàng lắc phẳng

- Máy sàng rung

- Máy sàng thùng quay

- Máy sàng quay

254

1.2 So sánh sàng lý tưởng và sàng thực tế

Mục đích sàng là phân loại hỗn hợp hạt có kích thước khác nhau thành ra hai phân đoạn: trên sàng và dưới sàng

+ Sàng lý tưởng là tách biệt rõ ràng hạt lớn nằm trên sàng, hạt bé lọt dưới sàng, xem hình (H16.3a)

+ Sàng thực tế là ở dưới sàng có lẫn hạt lớn và trên sàng còn lẫn hạt bé Phần trộn đó gọi là phần phủ, khi phần phủ càng nhỏ thì càng gần với quá trình sàng lý tưởng, xem hình (H16.3b)

1.3 Cân bằng vật chất qua sàng

Ta gọi: F: năng suất hỗn hợp nhập liệu; kg/h

D: suất lượng vật liệu trên sàng; kg/h

B: suất lượng vật liệu dưới sàng; kg/h

xF: phần khối lượng vật liệu (A) trong nhập liệu

xD: phần khối lượng vật liệu (A) trong phân đoạn trên sàng

xB: phần khối lượng vật liệu (A) trong phân đoạn dưới sàng

Năng suất hỗn hợp nhập liệu gồm vật liệu (A) trên sàng và (B) dưới sàng, xem hình (H16.3b) thì phần khối lượng (B) có trong nhập liệu là (1 - xF), có trong phân đoạn trên sàng (1-xD) và trong phân đoạn dưới sàng là (1 – xB)

Đem cân bằng khối lượng tổng cộng

Cân bằng khối lượng theo (A)

Chia hai phương trình (16 – 1) và (16 – 2) cho (B) ta có

255

B x -D x B x -F x F

D

Chia cho (D) ta có

B x -D x

F x -D x

= F

B

(16 – 4) Hiệu suất sàng là mức độ phân tách vật liệu (A) và (B) từ nhập liệu Nếu sàng làm việc hiệu quả thì tất cả vật liệu (A) sẽ ở trên sàng và tất cả (B) sẽ ở dưới sàng

Vậy hiệu suất sàng là tỷ số giữa lượng vật liệu (A) trong phân đoạn trên sàng với lượng (A) có trong nhập liệu

Tính theo phân đoạn trên sàng, với nhập liệu:

F

D A

x F

x D

=

Tính theo phân đoạn dưới sàng với nhập liệu: ( )

( F)

B B

x -1 F

x -1 B

=

Hiệu suất chung là tích số của hai hiệu suất trên

(xD-xB) (2 1-xF).xF

D x B x -1 F x -D x B x -F

x

= B η A η

=

1.4 Cấu tạo bề mặt sàng

Là thông số chính của máy sàng, thường sử dụng ba loại mặt sàng sau đây: lưới đan, tấm đục lỗ, thanh ghi

• Lưới đan: dùng để phân loại các hạt nhỏ và mịn, được làm từ vật liệu như: tre, mây, sợi kim loại và một số vật liệu khác, lỗ sàn thường có dạng hình vuông, chữ nhật hay lục giác

Gọi đường kính sợi là dS, và D2 là kích thước vật liệu lọt qua sàng thì

ds= (0,6 ÷ 0,7)D2 Hình (H16 4) biễu diễn các mặt sàng bằng lưới đan

256

Đặc trưng lưới sàng là kích thước lỗ sàng ds và bề mặt tự do A

- Với lỗ sàng hình vuông

;%

100 d

1 1

1 A

2

s













+

- Với lỗ sàng hình chữ nhật

(d b)(d 1).100;%

b A

s

ℓ, b: chiều dài, rộng lỗ lưới

• Tấm đục lỗ: làm từ các tấm kim loại trên đó người ta tạo hình dạng lỗ khác nhau như hình tròn, elip, bầu dục Loại này để phân loại vật liệu có kích thước D2 > 5mm, khoảng cách giữa hai mép lỗ liên tiếp nhau trên mặt sàng cho phép ℓ=0,9 Dv i D: đường kính lỗ

Bề dày vật liệu làm mặt sàng tỉ lệ với kích thước của lỗ sàng

Khi lỗ sàng D < 5mm ⇒ bề dày S = 0,75D Khi lỗ sàng D = (5 ÷ 10)mm ⇒ bề dày S = 0,7D Khi lỗ sàng D > 10mm ⇒ bề sàng S = 0,625D Hình (H16.5) biểu diễn các mặt sàng đục lỗ

• Thanh ghi hay tấm ghi: Dùng để phân loại các vật liệu D1≥ 80mm, gồm các hàng ghi tạo theo chiều dọc sàng mà khe hở giữa hai hàng ghi chính là kích thước lọt qua sàng D2 Hình (H16.6) biểu diễn mặt sàng bằng thanh ghi

257

1.5 Các thông số của máy sàng

Giả thiết vật liệu dạng hình cầu, sàng có góc nghiêng α, vận tốc ban đầu bằng 0, dưới tác dụng của trọng lực hạt sẽ rơi thẳng đứng qua lỗ sàng, nếu gọi D2 là kích thước vật liệu lọt

lỗ sàng thì

α δ

− α

D2 ℓ ℓ: chiều dài lỗ sàng

δ: bề dày mặt sàng Nếu α = 450 và δ = ½ thì D2 = 0,35.ℓ hay ℓ = 2,85.D2

Như vậy để vật liệu lọt sàng thì kích thước lỗ phải lớn hơn kích thước vật liệu, theo kinh nghiệm khi kích thước vật liệu lọt sàng D2 < 5mm thì kích thước lỗ sàng là

(0,5 1)mm D

D= 2 + ÷ còn khi D2 ≥ 25mm thì D = D2 + (3 ÷ 5)mm

• Kích thước mặt sàng

Chiều dài sàng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sàng, chiều dài tối ưu của sàng tính theo

258

mm

; Z D 785 , 0

t h B K L

0 2

Trong đó K = (5 ÷ 20)%: hệ số bít lỗ sàng

B: chiều rộng mặt sàng; mm D: kích thước lỗ sàng; mm h: bề dày lớp nhập liệu trên sàng; mm

Z0: số lỗ trên một hàng theo chiều dọc t: bước lỗ của sàng; mm

Để sàng được cân đối và dễ chế tạo thì

(1,2 1,5)B;mm

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng

Khi vật liệu có độ Nm cao thì chúng dễ kết tụ lại làm khó lọt qua lỗ sàng, độ Nm lý tưởng nhất là <5%

Bề dày lớp vật liệu trên sàng, nếu nhập liệu nhiều quá thì hiệu suất sàng kém còn nếu nhập liệu mỏng quá thì ảnh hưởng tới năng suất, có thể chọn bề dày nhập liệu trên mặt sàng theo kinh nghiệm sau:

- Khi D2 < 5mm thì bề dày lớp nhập liệu h = (10 ÷ 15)D2

- Khi D2 = (5 ÷ 50)mm thì bề dày nhập liệu h = (5 ÷ 10)D2

- Khi D2 > 50mm thì bề dày nhập liệu h = (3 ÷ 5)D2

Kích thước của vật liệu trên sàng: khi vật liệu chuyển động trên mặt sàng thì dễ xảy ra

sự bít lỗ sàng khiến hiệu suất và năng suất giảm Để tránh sự bít lỗ này thì cần có một lực nào đó để đNy hạt ra khỏi lỗ

Xét một hạt hình cầu, xem hình (H16.8) có đường kính hạt là 2r bít trên lỗ có đường kính 2R, góc bít 2β Hạt vật liệu đó không tự bật ra khỏi lỗ nếu moment quán tính P nhỏ hơn moment ổn định của trọng lượng hạt G Vậy hạt chỉ bật ra khỏi lỗ trong điều kiện

R G x

g

G a m

P= = - Lực quán tính

m: khối lượng của hạt; kg a: gia tốc của sàng; m/s2 g: gia tốc trọng trường; m/s2 x: tay đòn lực quán tính, tính từ mặt sàng tới tâm hạt; m

259

Ta có: x =Rcotanβ đem thế vào (16 – 12)

R G an cot R a g

G

≥ β

Giá trị β phụ thuộc vào hai bán kính

const sin

r R sin

1 R

β

=

Nghĩa là khi bán kính lỗ R không đổi, nếu ta tăng r lên thì β phải nhỏ và gia tốc a càng nhỏ, còn khi r nhỏ góc β phải lớn thì a càng lớn Một khi a càng lớn thì hạt dễ bị bậ ra khỏi

lỗ sàng Bảng 16.1 là mối quan hệ giữa kích thước hạt và gia tốc sàng

Bảng 16.1

β

=

sin

1

R

r

tanβ 0,176 0,346 0,547 0,839 1,192 1,732 2,147 5,67

Lưu ý

• Khi kích thước sản phm D 2≥ 1mm ⇒ Dùng sàng

• Khi kích thước sản phm D 2 < 1mm ⇒ Dùng rây

2 GIỚI THIỆU MÁY SÀNG THÔNG DỤNG

2.1 Máy sàng lắc phẳng

260

Làm việc dưới tác dụng của lực quán tính và trọng lực, tổng hai lực này sẽ tạo ra một lực tương đối để vật liệu chuyển động trên mặt sàng Máy sàng có nhiều loại khác nhau, trên nguyên tắc chung là mặt sàng hình chữ nhật được treo hay đặt trên các gối đỡ Toàn bộ khung được nối với bộ lệch tâm, khi bộ lệch tâm quay thì mặt sàng dao động qua lại theo phương ngang nên gọi là sàng lắc phẳng Hình (H16.9) mô tả máy sàng lắc phẳng, trong đó hình (H16.9a) thanh dao động gắn phía trên mặt sàng, hình (16.9b) thì thanh dao động gắn phía dưới

Các thông số chính của máy sàng lắc phẳng:

• Xác định vận tốc chuyển động tương đối của vật liệu trên mặt sàng v0

Để hạt lọt được lỗ sàng thì vận tốc tương đối là:

( ) (D r rtan )sin2 2R;ms

cos g tan

r r D

vo

+ α α

−

−

α α

−

−

Khi mặt sàng nằm ngang α = 0 thì ( ) ;ms

2

g r D

Vận tốc thực v lấy bằng: v = (70 ÷ 80)%.v0; m/s

Trong đó D: đường kính lỗ sàng; m

r: bán kính hạt; m

α: góc nghiêng mặt sàng, (0)

• Xác định số vòng quay của cơ cấu lệch tâm:

e

sin cos

f

f: hệ số ma sát vật liệu trên sàng e: độ lệch tâm (bán kính lệch tâm)

• Tính năng suất

ρ ε

=3600.A.v

A = B.h: diện tích tiết diện ngang của vật liệu trên sàng; m2 B: chiều rộng mặt sàng; m

h: bề dày lớp vật liệu trên sàng; m

k e 30

n

vtb = π

; m/s: vận tốc trung bình vật liệu chuyển động trên mặt sàng e: bán kính lệch tâm; m

k = 0,45: hệ số thực nghiệm

ε = (0,3 ÷ 0,6): độ xốp của vật liệu

ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3

• Tính công suất

η

+ +

261

Trong đó

6

3 2 1

10 54

' G n e

N = : công suất tạo động năng cho sàng chuyển động

3

tb 2

10

v '

G f

N = : công suất thắng lực ma sát giữa vật liệu với bề mặt sàng

3

3 3

10

v P f

N = : công suất thắng lực ma sát của cơ cấu trục lệch tâm

Với e: bán kính lệch tâm; m

n: số vòng quay trục lệch tâm; v/p

ε ρ

= g.h.L.B '

G : trọng lực vật liệu trên sàng; N

L, B, h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao vật liệu trên sàng; m P: lực quán tính của sàng; N

e 30

n

v3 = π

: vận tốc dài trục lệch tâm; m/s

K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng

η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất sàng

2.2 Máy sàng rung

Trong công nghiệp máy sàng rung thường dùng vào các mục đích là phân loại, vận chuyển, làm tơi và làm nguội vật liệu Đặc trưng máy sàng rung là tần số dao động lớn khoảng (1000 ÷ 3000) lần dao động/phút, với biên độ dao động từ (0,5 ÷ 2)mm Về mặt cấu tạo toàn bộ mặt sàng được gắn trên bộ khung dao động, khi hoạt động thì thùng sàng sẽ thực hiện chuyển động rung nhờ cơ cấu quay lệch tâm Hình H16 10 mô tả cấu tạo máy sàng rung

Các thông số chính của máy sàng rung

262

• Năng suất

q B

B: chiều rộng mặt sàng; m q: tải trọng riêng của sàng; kg/h.cm

tb v 36

q L

ρ

ρ: khối lượng riêng của vật liệu; kg/m3

vtb = (3 ÷ 4).10-3 m/s: vận tốc trung bình vật liệu trên sàng

ℓ

a 2

30

= n

a = (3 ÷ 4)g: gia tốc của sàng; m/s2

ℓ: biên độ dao động; mm

Bảng 16 2

Vật liệu

cần phân loại

CÁC THÔNG SỐ

Biên độ - l (mm)

N (v/phút)

Độ dốc của sàng

(0)

Tải trọng riêng q (kg/h.cm)

2.3 Máy sàng thùng quay

263

Máy gồm thân hình trụ rỗng bằng kim loại, trên thân có đục rất nhiều lỗ hoặc bọc lưới đan 1, toàn bộ thân gắn trên hai ổ đỡ 2, thân quay nhờ cơ cấu truyền động 3 Nhập liệu trực tiếp vào một đầu thân, sản phNm nằm trên mặt sàng sẽ di chuyển dần về phía cuối sàng và được chứa vào bồn chứa 4, còn sản phNm lọt qua sàng chứa vào bồn chứa số 5 Hình H16

11 mô tả cấu tạo máy sàng thùng quay

dài (4 ÷ 8)m, năng suất (20 ÷ 50) m3/h

Các thông số chính của máy sàng thùng quay gồm:

R

14 8

n = ÷

R: bán kính thùng sàng; m

• Năng suất máy sàng

α ε

ρ π

=36 .n.R tan2

n: số vòng quay của thùng; v/phút R: bán kính thùng; m

ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3

ε: độ xốp vật liệu

α: góc nghiêng của thùng Khi sử dụng công thức (16 - 23) thì tiết diện lớp vật liệu trong thùng theo mặt cắt ngang là ≈ 0,3R2

• Tính công suất máy nghiền thùng quay

K N N N

η

+ +

10 3

sin m g n R '

r

N

4

: công suất nâng vật liệu

kW : 900

Rn cos

10 3

f m g n R

4

1











+ α

π

= : công suất thắng lực ma sát giữa vật liệu và mặt sàng

kW

; 10 3

n '

r f g m N

4

2

: công suất thắng lực ma sát của ổ đỡ

Ở đây r’: bán kính gối trục; m

R: bán kính thùng m: khối lượng vật liệu trong máy sàng; kg

Σm: tổng khối lượng vật liệu và thùng; kg

f1, f2: các hệ số ma sát

K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng

η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất

264

3 BÀI TẬP

Bài 1 Quặng đôlimit sau khi nghiền rồi qua sàng 14mesh Kết quả phân tích rây dòng nhập liệu, trên sàng và dòng dưới sàng cho ở bảng sau:

Số mesh Nhập liệu

(%)

Trên sàng (%)

Dưới dàng (%)

Hỏi:

o Tìm hiệu suất sàng?

o Nếu năng suất là 1 T/h Hãy xác định lượng vật liệu trên và dưới sàng?

Bài giải

• Phần khối lượng vật liệu A có trong phân đoạn nhập liệu (D > Drây – 14mesh)

% 64 64 , 0 17 , 0 13 , 0 11 , 0 08 , 0 15

,

0

• Phần khối lượng A có trong phân đoạn trên sàng:

% 95 95 , 0 15 , 0 28 , 0 17 , 0 15 , 0 2 ,

0

• Tương tự phần khối lượng vật liệu A trong phân đoạn dưới sàng

% 26 26 , 0 19 , 0 07 ,

0

• Hiệu suất tổng của sàng, xem (16 – 7)

( ) ( ) ( (0,95-)(0,26) (1-0,)(64).0,64) 75%

95 , 0 26 , 0 -1 64 , 0 -95 , 0 26 , 0 -64 , 0 x

x -1 x -x

x x -1 x -x x -x η

2 F

F

2 B D

D B F

D B

=

• Tính lượng vật liệu trên sàng D và dưới sàng B

Giải hệ phương trình (16 – 1) và (16 – 2) ta có

26 , 0 B 95 , 0 D 64 , 0 1

B D 1

+

=

+

=

Ta có: D = 0,55T/h và B = 0,45T/h

Đáp số: ηηηη = 75%; D = 0,55T/h; B = 0,45T/h

265

Bài 2 Dùng sàng 48mesh để phân loại vật liệu, sau khi sàng tỉ lệ khối lượng vật liệu trên

sàng và dưới sàng là 4:6, kết quả phân tích rây dòng nhập liệu và dòng trên sàng cho bảng sau đây

Tìm hiệu suất sàng?

Bài giải

Tương tự bài 1 ta có: xF =0,541=54,1% và xD =0,91=91%

6

4 x x x

x

x x 6

4 B

D

F D F

B F

D

B

−

−

=

=

( D B) (2 F) F

D B F

D B F

x x 1 x x

x x 1 x x x x

−

−

−

−

−

= η

Đáp số: ηηηη = 0,62 = 62%

266

4 CÂU HỎI ÔN TẬP