Nghiên cứu xác định mô hình máy nghiền than đá MNTĐ 2 và một số thông số tối ưu cho mô hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ CÔNG MINH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH MÁY NGHIỀN THAN ĐÁ MNTĐ – VÀ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MƠ HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỒNG NAI, NĂM 2016 CỘN G HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác Nếu nội dung nghiên cứu tơi trùng lặp với cơng trình nghiên cứu cơng bố, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm tuân thủ kết luận đánh giá luận văn Hội đồng khoa học Đồng Nai, ngày 12 tháng 05 năm 2016 Người cam đoan Lê Công Minh LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ xin chân thành cảm ơn đến: Quý PGS.TS Trần Thị Thanh, giảng viên khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh giảng viên hướng dẫn đề tài Thầy tận tình bảo giúp đở tạo điều kiện thuận lơi cho tơi suốt q trình làm đề tài Qua thời gian làm việc thầy, có kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận định đánh giá vấn đề Đó tảng cho tiếp bước vững công tác giảng dạy sau Quý thầy PGS.TS.Dương Văn Tài, chủ nhiệm khoa Cơ điện Cơng trình, Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ máy chuyên dùng Trường Đại Học Lâm nghiệp Quý thầy PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, trưởng phòng Đào tạo Sau Đại Học, Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ cho tơi q trình làm việc thực luận văn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Giám đốc sở II, Ban Chủ nhiệm khoa Cơ điện Cơng trình, Lãnh đạo phòng Đào Tạo Sau Đại Học tồn thể giảng viên giảng dạy hướng dẫn môn học chương trình cao học ngành kỹ thuật khí trường tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Xin cảm ơn quý Thầy, Cô phản biện đề tài, cho lời nhận xét quý báu để qua phản hồi đó, tơi hồn thiện tốt luận văn cơng trình nghiên cứu Tác giả Lê Cơng Minh MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Than đá nguồn lượng hóa thạch có nhiều quốc gia giới Nước ta quốc gia có trữ lượng than đá vào loại lớn giới Các mỏ than đá nước ta nằm tập trung tỉnh Phìa Bắc Quảng Ninh, Thái Ngun, Ninh Bính, Hòa Bính Trong số có nhiều mỏ than khai thác hàng trăm năm Hiện qua thăm dò, cho thấy vỉa than nằm lưu vực sông Hồng mà chủ yếu hai tỉnh Thái Binh Hưng Yên có trữ lượng dự đoán lên tới hàng tỷ Than đá phân loại khai thác theo tình chất mỏ than than mỡ, than kìp lê,… Do than đá khai thác từ mỏ tự nhiên nên có kìch thước khác nhau, từ kìch thước bé dạng bụi đến cục lớn Tùy theo mục đìch sử dụng mà người ta cần chủng loại than đá kìch thước yêu cầu khác Nên sau khai thác, than đá tiếp tục phân loại theo kìch thước (tuyển than) để đáp ứng mục tiêu thị trường Than đá có vị trì, vai trò quan trọng an ninh lượng để sản xuất điện năng, xi măng, thép…hoặc sử dụng nhiệt trực tiếp Trước việc xuất than thường xuất thô không qua chế biến nên mang lại giá trị kinh tế khơng cao Vì dụ với than đá cục nặng, giá xuất từ 180  220 USD/tấn, qua chế biến thành than đá nặng có kìch thước hạt từ 0,6  8,0 mm thí giá xuất khảu lên tới 250  280 USD/tấn Mặc dù có giá bán cao, xuất khơng thể lấy than cám có giá bán thấp vào khoảng 100  140 USD/tấn để sàng phân loại than đá có kìch thước hạt từ 0,6  8,0 mm Ví than cám có lẫn nhiều bụi đất làm giảm chất lượng (đặc biệt nhiệt trị có thành phần khác khơng phải than) Than đá loại vật liệu có cấu tạo vơ định hính, độ bền thấp độ cứng cao Theo Nguyễn Đính Tuyển, đường cong phân bố phần tử nghiền than đá có dạng đường cong lôgarit [6] hay sản phẩm nghiền tác động va đập sinh nhiều phần tử có kìch thước bụi bột Ví với máy nghiền búa thơng thường dùng nghiền than đá thí sản phẩm nghiền có tỉ lệ phần tử nghiền kìch thước bé cao, ví sau nghiền phì nhiều cho công việc phân loại Đồng thời sản phẩm nghiền có kìch thước q nhỏ lại trở thành thứ phẩm vừa gây bụi tạo nguồn ô nhiễm, vừa làm thất sản phẩm nên khơng mang lại hiệu kinh tế cao Do việc ứng dụng nguyên lý nghiền búa không mang lại hiệu kinh tế, nhiều sờ chế biến than đá nước áp dụng nguyên lý nghiền khác nghiền trục, chậu lăn, …để hạn chế lực va đập gây bụi bột Mặc dù nguyên lý nghiền có giảm tỉ lệ sản phẩm nghiền than đá dạng bụi bột, cao Mặt khác than đá loại vật liệu có độ cứng cao (nên giòn, dễ vỡ vụn), làm nhanh hư hỏng chi tiết tạo lực nghiền bề mặt trục nghiền Đồng thời nguyên lý nghiền cho mức tiêu thụ điện lớn, suất thấp Ví vậy, việc nghiên cứu tím mơ hính máy nghiền than đá hợp lý theo u cầu cơng nghệ để từ xác định số thơng số tối ưu cho mơ hính có tình cấp thiết cao, ý nghĩa khoa học thực tiễn sâu sắc Được chấp thuận phòng Sau đại học, khoa Cơ điện Cơng trính, Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội hướng dẫn PGS.TS Trần Thị Thanh, xin thực đề tài: “Nghiên cứu xác định mơ hình máy nghiền than đá số thông số tối ưu cho mơ hình” Mục đích nghiên cứu đề tài Lựa chọn mơ hính máy nghiền than đá số thông số kết cấu công nghệ tối ưu máy để ứng dụng vào sản xuất công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh tỉnh Trà Vinh nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật chế biến than đá xuất doanh nghiệp Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trính thiết bị nghiền than đá phục vụ chế biến than đá xuất Phạm vi nghiên cứu thiết bị hệ thống nghiền than đá hồn chỉnh có phận nghiền làm việc theo nguyên tắc kiểu búa va đập tự Phƣơng pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu phần nội dung tổng luận sở lý luận đề tài Dựa kết nghiên cứu tổng quan vận dụng lý thuyết tình tốn máy nghiền búa, lý thuyết tình tốn vìt tải, lý thuyết tình tốn xyclon, lý thuyết tình tốn phận lọc túi vải để xác định mơ hính máy nghiền than đá theo u cầu cơng nghệ sản xuất chế biến than đá Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xây dựng hai mô hính tốn học nhằm điều khiển q trính cơng nghệ nghiền than đá yêu cầu tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  mm TL [%] chi phì điện riêng để nghiền Ar [kWh/t] Các thơng số tối ưu hóa TƯH xác định tối ưu hóa mơ hính tốn học lập theo phương pháp TƯH đơn đa mục tiêu Q trính tình tốn TƯH tiến hành máy tình điện tử phần mềm tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998) kiểm tra lại thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học đề tài là: + Xây dựng hai mơ hính tốn học mơ tả công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho ngành xử lý nước lượng tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  mm TL [%] chi phì điện riêng để nghiền Ar [kWh/t] + Điều khiển “tĩnh” q trính cơng nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất + Xác định thơng số tối ưu hóa cho q trính thiết bị nghiền than đá cho máy nghiền than đá MNTĐ – công ty TNHH Sản xuất – Thương mại – Cơ khì – Như Thành chế tạo chuyển giao lắp đặt công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh  Ý nghĩa thực tiễn đề tài là: Các kết nghiên cứu đề tài ứng dụng trực tiếp vào sản xuất chế biến than đá công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh nâng cao hiệu chế biến than đá phục vụ yêu cầu xuất sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho ngành xử lý nước lượng Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng luận công trình cơng bố q trình nghiền vỡ vật thể ứng dụng máy nghiền than đá vào sản xuất ngồi nƣớc 1.1.1 Tổng luận cơng trình cơng bố q trình nghiền vỡ vật thể Quá trính nghiền trính học ứng dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm cho người gia súc, khai thác mỏ, công nghiệp hóa chất,…Ví lý thuyết nghiền nói chung cho nguyên lý nghiền xây dựng thành hệ thống hồn chỉnh Với mục đìch xác định chi phì lượng phục vụ cho việc tình tốn thiết kế máy nghiền, nên thuyết nghiền đời Năm 1867 nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingon [6] đề xuất thuyết bề mặt với nội dung: "Công dùng cho trính nghiền với bề mặt tạo thành vật liệu đem nghiền" Biểu diễn định luật nghiền diện tìch dạng biều thức tốn học là: As  f S  Trong : [J] (1.1) As – cơng chi phì để nghiền vỡ vật thể, tạo bề mặt mới, [J]; S – diện tìch bề mặt tạo thành (sự gia tăng diện tìch riêng bề mặt) Thuyết diện tìch P.Rv.Ritingon tương đối với q trính nghiền sản phẩm nghiền có dạng bột Tuy nhiên nghiền cho sản phẩm có kìch thước lớn ngành sản xuất than đá, hay đá làm vật liệu xây dựng, giao thơng thí biều thức (1.1) có sai số lớn Phát thực nghiệm cho thấy thuyết diện tìch có sai số lớn nghiền cho sản phẩm nghiền có kìch thước lớn ( nghiền thô), năm 1874 nhà bác học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất thuyết thể tìch giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra thực nghiệm máy nghiền kiểu búa vào năm 1885 [6] Nội dung thuyết thể tìch : "Cơng cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với mức biến đổi thể tìch vật liệu" Biểu thức biểu diễn thuyết nghiền thể tìch là: Av  f V  [J] Trong : (1.2) Av – cơng chi phì để nghiền vỡ vật thể, [J]; V – phần thể tìch vật thể bị biến dạng Phần thể tìch bị biến dạng V lại tỉ lệ thuận với thể tìch ban đầu V tất cục vật liệu, nghĩa V  k1 V Cho nên : Av = k.k1.V = k2.V = Kv.D3 Hay Av = k2.V = k2  m = kv.m Trong đó: (1.3) (1.4) k1,k2 – hệ số tỉ lệ cơng thức theo thuyết thể tìch m – khối lượng cục vật liệu nghiền Trái ngược với thuyết diện tìch, thuyết thể tìch lại có sai số lớn giải thìch chi phì lượng cho q trính nghiền mịn đến siêu mịn, đặc biệt cho ngành sản xuất xi măng, bột đá mịn vốn thịnh hành thời kỳ Ví nằm 1952, nhà bác học người Đức Ph.C.Bon [6] đề xuất thuyết nghiền thứ ba để dung hoà hai thuyết Nội dung thuyết dung hồ cho rằng:" Cơng nghiền tỉ lệ với trung bính nhân thể tìch (V) bề mặt (S) vật liệu đem nghiền" Adh = k S.V = k kv D3 k s D (1.5) Sau biến đổi ta nhận được: Adh = kdh     d D (1.6) Sau có cơng trính nghiên cứu nhà bác học Nga A.K.Rungbixt (1956) nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958) [6] Các nhà bác học giới thiệu phương trính: dA = -cd Trong đó: d z (1.7) A – cơng biến dạng, [J];  – kìch thước đặc trưng (đối với cục vật liệu D phần tử bột nghiền d), (mm) c z – hệ số Lấy tìch phân phương trính (1.7) cho giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2 tình tốn đến giá trị cuối kìch thước nhận giá trị gần tìch phân có dạng: A = k Dq (1.8) Khi số mũ q có giá trị 3; 2,5 Tương ứng với biểu thức sau: Av = kv.D3 – Thuyết thể tìch Kirpitrev – Kik As = ks.D2 – Thuyết diện tìch Ritigo Adh =kdhD2,5 – Thuyết dung hồ Bon Dựa vào tìch chất lý vật liệu nghiền biến dạng thiếu sót hai thuyết diện tìch thể tìch khi, năm 1928 viện sỹ người Nga P.A.Rebinder [6] lần đưa thuyết nghiền tơng hợp gọi thuyết nghiền với nội dung sau: "Công nghiền vật liệu bao gồm tiêu hao để tạo bề mặt công để làm biến dạng vật liệu" Biểu diễn toán học thuyết nghiền tổng hợp là: Ath = f( V ) + f( s ) = Av + As = k  V + .S Trong đó: (1.9)  V – phần thể tìch bị biến dạng vật nghiền;  S – diện tìch riêng bề mặt gia tăng; Av – cơng chi phì cho biến dạng vật liệu; As – công chi phì cho hính thành bề mặt mới; k – hệ số tỉ lệ;  – hệ số tỉ lệ có tình đến lượng sức căng bề mặt vật thể cứng Từ phương trính (1.9) cho thấy công đầy đủ để nghiền vỡ vật thể băng tổng cơng chi phì cho biến dạng lẫn tạo bề mặt Dựa thuyết nghiền nêu trính học máy nghiền kiểu búa, nhiều kết nghiên cứu nhằm xây dựng thành hệ thống lý thuyết nghiền hoàn chỉnh cho máy nghiền búa Theo mơ hính tốn học q trính nghiền vật liệu ... Trần Thị Thanh, xin thực đề tài: Nghiên cứu xác định mơ hình máy nghiền than đá số thơng số tối ưu cho mơ hình Mục đích nghiên cứu đề tài Lựa chọn mơ hính máy nghiền than đá số thơng số kết cấu... để nghiền Ar [kWh/t] + Điều khiển “tĩnh” q trính cơng nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất + Xác định thông số tối ưu hóa cho q trính thiết bị nghiền than đá cho máy nghiền than. .. B:x2 16.06 820 7 16.06 820 7 597.18 0000 C:x3 1.375 426 1.375 426 51. 12 0008 AB 8 320 50 8 320 50 30. 92 0 026 AC 55 125 0 55 125 0 20 .49 00 62 BC 5.544450 5.544450 20 6.06 0000 AA 2. 69 928 0 2. 69 928 0 100. 32 0002