Đang tải... (xem toàn văn)
Rắn bằng thủy tinh Tinh th ạch nóng chảy. Apatít Tràng thạch[r]
(1)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-1
QUÁ TRÌNH &
THIẾT BỊ SILICAT 1
Bộ môn Vật liệu Silicat Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh
CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-2 CHƯƠNG 1
C S GIA CÔNG ĐP - NGHIN
Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP- NGHIỀN
Đập nghiền hai q trình thường gặp cơng
nghiệp hóa học nhất công nghiệp vật liệu
silicat.
Do tác dụng của ngoại lực, làm giảm kích thước hạt lớn
thành hạt nhỏhơnởdạng cục, dạng hạt gọi làđập Cịn nếuđược kích thước cởhạt mịnởdạng bột gọi nghiền. Hai mục tiêu của trìnhđập nghiền là:
Đạtđược sản phẩm có cỡhạt giới hạn xácđịnh tối thiểu hay tối đa Hoặc cho vật liệu có diện tích bềmặt riêngđúng u cầu Phụthuộc vào kích thước sản phẩm có thểphân loại nhưsau:
Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP- NGHIỀN
Tiêu tốn năng lượng nhỏnhất: dưới tác dụng của ngoại lực vật liệu
bịvỡra thành nhiều hạt nhỏhơn làm tăng diện tích bềmặt riêng của vật liệu, nhằm tạođều kiện hồn thành tốt cho q trình hóa lý xảy raởcác cơngđoạn sau.
Trong q trìnhđập nghiền phải tiêu tốn lựcđểphá vỡcác liên kết hóa học giữa phân tửvà tạo diện tích mới sinh cho vật liệu.
Rất mịn: < 0,05 mm
Đập nhỏ: 5-40 mm
Nghiền mịn: 0,05 – 0,1 mm Đập vừa: 40 -100 mm
Nghiền thô: 0,1 – mm
Đập thô: 100-350 mm
SP Nghiền
(2)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-5
Ý NGHĨA CỦA Q TRÌNH ĐẬP- NGHIỀN Vì vậy q trình phải tiêu hao năng lượng xácđịnh
Năng lượng phụthuộc vào yếu tố: Hình dạng kích thước vật liệu.
Bản chất vật liệu.
Kết cấu thiết bịsửdụng toán thiết kế.
Tính chất hóa lý của vật liệu: độcứng, độ ẩm, độbền liên kết
phân tử.
Phần lớn năng lượng chủyếu dùng khắc phục: Lực ma sát giữa vật liệu với vật liệu.
Lực ma sát giữa vật liệu với thiết bị.
Lực ma sát giữa bộphận truyềnđộng của thiết bị.
CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-6 KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU
Vật liệu trước sau khiđập nghiền thường có hình dạng
và kích thước khác nhau, đểtính tốn ta dùng kích thước
trung bình.
Kích thước trung bình của cục vật liệu có thểtính theo một trong
các cơng thức sau:
Với: a, b, c dài, rộng, cao của vật liệu Kích thước trung bình của nhóm vật liệu:
với Dmax, Dmin: kích thước hạt vật liệu lớn nhất bé nhất
c b a
Dtb= + + Dtb = abc
2
c b Dtb= +
2
min
max D
D
Dn
tb
+ =
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-7 KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU
Kích thước trung bình của hỗn hợp nhóm hạt:
Với Dntb,anlà kích thước trung bình % khối lượng của nhóm.
n n tb hh
tb D a
D = Σ
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-8 MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i
Mứcđộ đập nghiền i tỉsốkích thước hạt vật liệu, hoặc
nhóm hạt vật liệu hoặc hỗn hợp nhóm vật liệu trước và
sau khiđập nghiền.
Với D, d lần lượt kích thước vật liệu trước sau khiđập nghiền. Mứcđộ đập nghiền i phụthuộc yếu tố:
Tính chất lý học của vật liệu. Kích thước vật liệu.
Kết cấu thiết bịsửdụng toán thiết kế.
(3)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-9 MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i
Khiđập thô : i = – 5
Khiđập trung bình : i = – 10
Khiđập nhỏ: i = 10 – 30
Nếu tăng mứcđộ đập nghiền năng lượng tiêu hao tăng. Mứcđộ đập nghiền chung I cho tồn bộkhâuđập nghiền
bằng tích sốmứcđộ đập nghiền của từng côngđoạn.
I = i1* i2* * in.
Nếu i1= i2= = in = I, ta có : I = in.
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-10 MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i
Mứcđộ đập nghiền tính theo thểtích iVxácđịnh theo cơng thức sau, vàđây cũng sốcục vật liệu sản phẩm Z thuđược sau khiđập nghiền:
Với mứcđộ đập nghiền iV, cho mỗi lầnđập nghiền, vậy sau n lầnđập nghiềnđểphá vỡcục vật liệu có kích thước D thu
được Z cục sản phẩm có kích thước d, quan hệgiữa Z iV
nhưsau:
Hay 3log i = n log iV, vậy
Đập nghiền
Đập nghiền
Đập nghiền n-1
Vật liệu
D d1
d2 dn-1
Đập nghiền
n dn
3 3
i d D i
Z = V = =
3
3 i d D i Z n
V = =
=
v i i n
log log =
ĐỘ BỀN
Trong q trìnhđập nghiền, cần ý hai tính chất quan
trọng làđộbền vàđộrắn của vật liệu.
Độbền: đặc trưng cho khảnăng chống phá hủy của vật liệu dưới tác
dụng của ngoại lực, đây giới hạnđộbền nénσσσσcủa vật liệu
σ σ σ σ= P/F.
Trongđó P lực nén vỡvà F tiết diện chịu nén Tuỳtheo giá trịcủaσσσσ, vật liệu chia làm loại:
loại mềm bền: có giới hạn bền nénσσσσ< 100 kG/cm2.
loại trung bình: có giới hạn bền nénσσσσ: 100 – 500 kG/cm2
loại bền: có giới hạn bền nénσσσσ: 500 – 2500 kG/cm2.
loại rất bền: có giới hạn bền nénσσσσ: 2500 – 4500 kG/cm2.
1kG ≈10N
ĐỘBỀN
Độrắn: đượcđịnh nghĩa khảnăng chống lại sựmài mòn, cắt
Đượcđánh giá theo thang Mohr (1-10) nhưsau:
Vạchđược thủy tinh Vạchđược thủy tinh Cắtđược thủy tinh Cắtđược thủy tinh Thạch anh
Topaz Corundon Kim cương
7 8 9 10 Rắn
Khó vạch dao
Khơng vạchđược dao
Rắn thủy tinh Tinh thạch nóng chảy
Apatít Tràng thạch
4 5 6 Trung bình
Dễ vạch móng tay
Vạch móng tay
Dễ vạch dao
Hoạt thạch (Talc)
Thạch cao (gypsum) Tinh thạch vơi (calcít)
1 2 3 Mềm
Tính chất Vật liệu chuẩn
(4)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-13
ĐỘBỀN
Quan hệgiữađộbền H, năng lượng tiêu hao A, thời gian
nghiền T năng suất Q giữa hai lọai VL cóđộbền khác
nhau: H1>H2khi có cùngđiều kiệnđập-nghiền nhưsau:
Năng lượng tiêu hao: A1> A2.
Thời gian nghiền: T1> T2.
Năng suất: Q1< Q2.
Hệsốkhảnăngđập-nghiền (K):
Hệsốkhảnăngđập nghiền tỉsốgiữa năng lượng tiêu hao riêng
khiđập nghiền vật liệu chuẩn với vật liệu khác, ứng với trạng
thái mứcđộ đập nghiền.
Vật liệu chuẩn clinker lị quay có hệsốkhảnăngđập nghiền 1.
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-14
ĐỘBỀN
Hệsốkhảnăngđập nghiền K của một sốvật liệu nhưsau:
1
1,11 0,8 – 0,9
0,9 1,1 – 1,2
1,3 – 1,4 1,1 0,8 – 0,9
0,8 0,9 Clinker lò quay trung bình
Clinker lị quay dễ đập nghiền Clinker lị quay khóđập nghiền Diệp thạch, phiến thạch Clinker lịđứng tự động Clinker lịđứng thủcơng Xỉlị cao trung bình Xỉlị cao dễ đập nghiền Xỉlị cao dễkhó nghiền
Đá hoa cương hạt to
Đá hoa cương hạt nhỏ
Đá vơi, vơi sét trung bình
K Vật liệu
1,1 0,8 – 0,9 1,51 – 2,03
0,8 – 0,9 1,64 0,69 – 0,99 1,04 – 2,02
0,7 0,75 0,5 – 0,6 1,3 – 1,4 0,6 – 0,7
Đá vôi, vôi sét dễ đn Đá vôi, vơi sét khó đn Đất sét khơ Tràng thạch Vơi sống Magnesite Hoạt thạch (Talc) Than nâu Vân mẫu Torax Nham thạch Cát
K Vật liệu
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-15
ĐỘ BỀN
Nhưvậy, hệsốkhảnăngđập nghiền (K) lớn, vật liệu
càng dễ đập nghiền, năng lượng tiêu hao (A) nhỏvàđạt
năng suất (Q) cao hơn so vật liệu chuẩn.
Nếu biết năng suất của thiết bịkhi nghiền một loại vật liệu
bất kỳ, có thểcăn cứvào hệsốkhảnăngđập nghiềnđể
tính năng suất của thiết bịnày nghiền vật liệu khác
Bài toán thiết kế.
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-16 PHƯƠNG PHÁP TÁC DỤNG LỰC
Các phương pháp tác dụng lực trìnhđập nghiền
là nén ép, vađập, uốn vỡ, mài xiết cắt.
Việc chọn phương phápđập nghiền phụthuộc vào tính
chất cơlý, kích thước ban đầu, mứcđộ đập nghiền.
Nén ép
Nổ Uốn vỡ
Bổ
Va đập Va đập
Va đập Mài xiết
(5)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-17
PHƯƠNG PHÁP TÁC DỤNG LỰC
Nén ép: dùng chođập thô vật liệu cứng, dai Vật liệu bịphá vỡkhi hai bềmặtđập tiến gần ứng suất lớn hơnđộbền (σ) chịu nén
Uốn vỡ: cho sản phẩm có kích thước, hình dạng xácđịnh. Vađập: dùng cho vật liệu dòn
Mài xiết: cho sản phẩm rất mịn từvật liệu mềm, không mài mịn. Cắt: cho sản phẩm có kích thước hình dáng xácđịnh
Các thiết bị đập nghiền thường kết hợp với hay nhiều phương
phápđập nghiền khác Nguyên nhân???.
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-18 THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Thuyết diện tích bềmặt P.R Rittinger: cơng tiêu hao trong
q trìnhđập nghiền tỉlệvới diện tích bềmặt mới sinh
hay mứcđộ đập nghiền (i).
Trong thực tếcác hạt vật liệu khiđập nghiền có hình dạng
bất kỳ, việcđo diện tích bềmặt rất khó khăn Để đơn giản,
xét cục vật liệu hình lập phương cạnh D.
Sau khiđập nghiền cục vật liệu cũng hình lập phương
cạnh d.
Diện tích bềmặt trướcđập nghiền Fo= 6D2.
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Có (i–1) mặt phẳng cắt theo một chiều của vật liệu. Nhưvậy sốmặt cắt theo chiều 3(i–1), sốcục vật liệu
nhậnđược Z = i3, đây cũng mứcđộ đập
nghiền tính theo thểtích iV.
Diện tích bềmặt mới sinh của cục vật f = d2.
D D/2 i=2 Z=iV=8 D/3 i=3 Z=iV=27
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Tổng diện tích bềmặt mới sinh sau khiđập nghiền là:
F1= i3d2.
Vậy diện tích bềmặt mới sinh tăng thêm:
∆ ∆ ∆
∆F = F1– F0= D2(i–1) (m2).
Đểtiêu tốn cho 1m2bềmặt mới sinh cần một công a (J/m2),
do đó cơng tiêu hao cho q trìnhđập nghiền là:
A = 6aD2(i–1) (J)
Khi mứcđộ đập nghiền rất lớn, nghĩa i→→→→ ∞∞∞∞thì (i–1) ≈≈≈≈i, nên cơngđập nghiền tỉlệvới mứcđộ đập nghiền:
(6)CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-21
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Trong thực tế, vật liệuđập nghiền có hình dạng bất kỳ, nênđưa vào hệsố điều chỉnh k = 1,2 – 1,7 , hệsốnày phụthuộc vào tính chất vật liệu, phương phápđập nghiền.
Vậy: A = 6kaD2(i–1) J
Côngđập nghiền cho mộtđơn vịthểtích Av J/m3.
Cơngđập nghiền cho một kg vật liệu Am J/kg
Vớiρρρρkg/m3là khối lượng thểtích vật liệu
Thuyết Rittinger thích hợp cho nghiền mịn, nhất máy nghiền bi.
− = − = = D d ak D i akD D A A 3 v ) ( ) ( D d ak
Am −
ρ =
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-22
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Thuyết thểtích Kirpichev : cơng tiêu hao q trìnhđập nghiền tỉlệ
với sựbiếnđổi thểtích của vật liệuđập nghiền.
∆∆∆∆V: hiệu sốthểtích hạt vật liệu trước sau đập nghiền.
σσσσ: giới hạn bền chịu nén vật liệu kG/cm2
E: modunđàn hồi kG/cm2.
Cơng làm biến dạng mộtđơn vịthểtích: Cơngđập nghiền tỉlệvới thểtích vật liệu:
Lực P tác dụngđập nghiền tỉlệbậc hai với chiều dài hay tỉlệvới bềmặt
vật liệu
E V A 2∆ = σ E V A 2 σ = 2 V V A A = 2 2 3 2 1 L L P P cL cL bL P bL P A A = ⇒ = =
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-23 THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Tính cơng tiêu hao riêng trung bình Ar: Với mộtđơn vịdiện tích bề
mặt tạo thành F sau q trìnhđập nghiền, Arđược tính nhưsau:
Fn= 6D2in-1(i–1)
= (iV)n-1[iv(dn)2– (dn-1)2] Lần n
F3= 6D2i2(i–1)
= (iV)2[iv(d3)2– (d2)2] Lần 3
F2= 6D2i(i–1) = iV[iv(d2)2– (d1)2] Lần 2
F1= 6D2(i–1) = [iv(d1)2- D2] Lần 1
Công tiêu hao riêng Diện tích sinh F
Lầnđập nghiền
) (i ED 12 D A r − σ = ) (i i ED 12 D A 2 2 r − σ = ) (i i ED 12
D
A 22
3 r − σ = ) (i i ED 12
D A 2n1 rn − σ = −
CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-24 THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Nhưvậy Argiảm dần, chứkhông phải hằng số
Nhưtrong thuyết bềmặt của Rittinger, chứng tỏviệc tạo bề
mặt mới sinh rất quan trọng quyếtđịnh công nghiền. Tổng diện tích bềmặt mới sinh tạo thành sau n lầnđập
nghiền là:
F = F1+ F2+ + Fn
F = D2(i–1)(1+i+i2+i3+ +in-1) F = D2(in–1)
Vậy công tiêu hao riêng trung bình
(7)CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-25 THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
Ứng với năng suất máy G (kg/giờ), khối lượng thểtích là ρ
ρ ρ
ρ, kích thước D năng suất tính theo sốcục vật liệuđem đập nghiền theo giờlà :
Công cần thiết một giờlà: N-cm Công suấtđập nghiền:
kW
Ứng với iV= , công suất lớn nhất là:
kW D G Z ρ = 3 * log log * D G i i E D A V ρ σ = V i i E G N log log 10 * , ηρ σ − = i E G N 13,7*10 log
2 ηρ σ − =
Nghiền thơ
CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-26 THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
(Thuyết tổhợp Robinder)
Thuyết Rittingerđúng cho dập nghiền mịn, thuyết thểtích đúng chođập nghiền thơ Cảhai thuyết chỉmang tính gần đúng hỗtrợnhau.
Robinderđưa thuyết tổhợp: côngđập nghiền chung
bằng tổng sốcông tính theo hai thuyết trên.
A = αααα ∆∆∆∆F + ββββ ∆∆∆∆V
αααα : năng lng tiêu hao riêng cho đơn vdin tích bmt.
∆∆∆∆F : đbinđi din tích bmt
ββββ: cơng bin dng riêng cho đơn vthtích
∆∆∆∆V : đbinđi thtích.
αααα ∆∆∆∆F : năng lng tiêu haođto bmt mi.
ββββ ∆∆∆∆V : năng lng tiêu haođvt thbin dng (thtích mi).
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
(Thuyết của Bond )
Bond đềra thuyết:”Công tiêu hao khiđập nghiền cục vật liệu, tỉ
lệvới trung bình nhân giữa thểtích V diện tích bềmặt F của
vật liệu”
Cơng dùngđể đập nghiền cục vật liệu từkích thước D qua n
lầnđập nghiềnđến khích thước d, với mứcđộ đập nghiền cho
mỗi lần i:
A = A1+ A2+ +An.
5 , 2
1D *k D KD
k k VF k
A = = =
( ) ( ) ( ) [ ] ( ) i i KD i i i KD
A 05
5 n n 5 5 − − = + + + + = − , , , , , , ,
THUYẾT ĐẬP NGHIỀN
(Thuyết của Bond )
Để đập nghiền G (tấn/giờ) vật liệu từkích thước ban đầu D đến kích thước d, có sốcục vật liệu Z =G/ρD3, mứcđộ đập
nghiền tổng cộng in=D/d
Công nghiền cho tấn vật liệu là:
ρ G D d i K A − −
= 1
1
5 ,
( )
( )0,5 , , 1 D G i i KD A n ρ − − = ρ G D d K
A B