6. Cấu trúc luận án
4.3.3.Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và
Chạy chức năng giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và hàm độ nghiền YK bằng phần mềm Minitab, thu đƣợc kết quả nhƣ minh hoạ dƣới đây.
Response Optimization Parameters
Goal Lower Target Upper Weight Import YK Maximum 36 37 38 1 1 YN Minimum 144502 152137 154800 1 1 Global Solution x1 = - 0.431220 x2 = - 0.0303030 x3 = - 0.162994 x4 = - 0.756556 Predicted Responses YK = 37.1052, desirability = 0.999942 YN = 76320, desirability = 0.955651 Composite Desirability = 0.977546
Kết quả cho ta giá trị chấp nhận đƣợc cho hàm mục tiêu YK là: YK = 37.1052, hàm kỳ vọng đạt đƣợc là desirability = 0.999942. Giá trị chấp nhận đƣợc cho hàm mục tiêu YN = 76320, hàm kỳ vọng đạt đƣợc là desirability = 0.955651. Hàm kỳ vọng tổng, D = 0.977546. Các giá trị này đều rất gần 1, nghĩa là mức độ đạt đƣợc của từng hàm mục tiêu, cũng nhƣ của hàm mục tiêu chung, so với kỳ vọng là đảm bảo ở mức độ cao.
Hình 4.3 minh hoạ dồ thị tối ƣu hóa đa mục tiêu.
Optimization Plot
Hình 4.3. Đồ thị tối ưu hóa đa mục tiêu
Từ đồ thị ta xác định đƣợc bảng thông số tối ƣu trên máy nghiền và đĩa nghiền mô hình nhƣ sau:
Bảng 4.4. Bảng thông số tối ƣu trên máy nghiền mô hình
Dạng thực YK (0SR) YN (ws/kg) x1() x2() x3(n) x4(q) 16.27 0.25 950.16 6.4 37.1052 152640
Từ đó, ta chọn đƣợc các thông số hợp lý khi nghiền bột giấy trên máy nghiền đĩa đơn là:
Bảng 4.5. Thông số lựa chọn phù hợp của thiết bị nghiền mô hình Thông số máy Số liệu
Góc nghiêng răng nghiền 16.270
Khe hở giữa hai đĩa nghiền 0.25 mm
Tốc độ quay trục nghiền 950 vòng/phút.
Lƣu lƣợng huyền phù bột giấy 6.4 l/ph
Chất lƣợng nghiền 37.10520SR
Năng lƣợng nghiền 42.4 kWh/tsp
Nhận xét:
Khi thực nghiệm nghiền bột giấy với ba mẫu đĩa thí nghiệm (góc nghiêng răng là 120, 180 và 240, chiều rộng răng là 3mm, chiều rộng rãnh là 4mm và chiều cao răng là 6mm) thì đĩa nghiền có góc nghiêng 120
(mức -1) cho phép bột đi qua vùng nghiền dễ dàng nhƣng độ nghiền bột giấy thu đƣợc không cao, đĩa nghiền có góc nghiêng là 240 (mức +1) thƣờng cho bột giấy có độ nghiền cao nhƣng trong quá trình nghiền thƣờng tạo ra tiếng ồn lớn và sự tiêu hao năng lƣợng nghiền lớn. Thông số góc nghiêng răng nghiền tối ƣu có giá trị gần giá trị của góc nghiêng răng 180 (mức 0). Tại góc nghiêng răng nghiền là 16.270
yêu cầu khe hở giữa hai đĩa nghiền là 2.5 mm, tốc độ quay của đĩa nghiền là 950v/ph và lƣu lƣợng huyền phù bột giấy là 6.4l/ph. Khi đó, độ nghiền bột giấy đạt đƣợc là 37.10SR và tiêu hao năng lƣợng là 42.4kWh/tsp. Có thể thấy, so với kết quả nghiền trong thực tế (đã phân tích trong chƣơng 1) thì tại giá trị góc nghiêng răng là 16.270, chiều rộng răng là 3mm cho phép đạt đƣợc độ nghiền bột giấy yêu cầu (cao hơn so với thực tế từ 1-30SR) trong khi đó có thể cho phép tiết kiệm đƣợc khoảng 7.6 kWh/tsp. Điều này có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: Khi góc nghiêng răng nghiền tăng thì chiều dài răng nghiền tăng, số răng nghiền trên bề mặt đĩa nghiền tăng, do đó diện tích vùng nghiền tăng lên và xơ sợi đƣợc xử lý nhiều hơn. Tuy nhiên, vì huyền phù bột giấy gồm xơ sợi và nƣớc nên nếu góc nghiền lớn sẽ làm cho sự dịch chuyển sợi bột giấy sẽ khó khăn vì bột có xu hƣớng tạo thành búi tại vùng chuyển giao giữa tâm đĩa và vùng nghiền, búi sợi sẽ dễ bị kẹt lại và tạo ra tiếng ồn khi nghiền. Ngƣợc lại, khi góc nghiêng răng nghiền nhỏ thì chiều dài răng nghiền nhỏ và do đó diện tích vùng nghiền nhỏ. Sợi
bột giấy dễ dàng dịch chuyển trong vùng nghiền nhƣng ít đƣợc xử lý do đó mặc dù năng lƣợng tiêu hao ít nhƣng độ nghiền bột giấy thu đƣợc thấp.
Các kết quả thu đƣợc này là cơ sở quan trọng để xác định dãy máy nghiền bột giấy dạng đĩa với các quy mô khác nhau trên cơ sở lý thuyết mô hình và lý thuyết đồng dạng.
So sánh chất lƣợng bột giấy khi nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn và máy nghiền thực nghiệm
Để đánh giá hiệu quả nghiền bột giấy một cách đầy đủ, các thông số đã xác định trong bảng 4.5 đƣợc tiến hành chế tạo và thực nghiệm kiểm chứng kết quả ảnh hƣởng của thời gian nghiền đến độ nghiền, của độ nghiền đến chiều dài sợi và các tính chất vật lý của sợi khi nghiền trên máy nghiền thực nghiệm so với khi nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI. Kết quả cụ thể nhƣ sau:
* Ảnh hƣởng của quá trình nghiền tới chiều dài xơ sợi:
Ảnh hƣởng của quá trình nghiền tới chiều dài xơ sợi so với khi nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn đƣợc minh hoạ ở hình 4.4.
Hình 4.4. Độ nghiền và chiều dài xơ sợi
Theo hình 4.4, khi nghiền bột giấy trên máy nghiền thực nghiệm và máy nghiền tiêu chuẩn, độ nghiền của bột giấy tăng và chiều dài sợi bột giấy giảm dần theo thời gian nghiền.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 13 20 30 35 40 45 50 C h iề u d ài xơ s ợ i Độ nghiền, SR (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ảnh hưởng của độ nghiền đến chiều dài xơ sợi
Mẫu TN Mẫu nghiền PFI
* Ảnh hƣởng của quá trình nghiền tới tính chất bột giấy:
So sánh ảnh hƣởng của quá trình nghiền tới tính chất bột giấy xác định thông qua chỉ số độ bền kéo và chỉ số độ bền xé khi nghiền trên máy nghiền thực nghiệm và máy nghiền tiêu chuẩn đƣợc minh họa ở hình 4.5 (a,b).
a)
b)
Hình 4.5. Độ nghiền và tính chất cơ lý bột giấy a. Ảnh hưởng của độ nghiền đến chỉ số kéo
b.Ảnh hưởng của độ nghiền đến chỉ số xé
Dựa vào kết quả nghiền đƣợc chỉ ra ở hình 4.5 có thế nhận thấy, theo thời gian nghiền, độ nghiền của bột giấy tăng (từ 13 đến 400SR). Độ nghiền đạt đƣợc giữa
máy nghiền thực nghiệm và máy nghiền tiêu chuẩn tƣơng đối nhƣ nhau. Điều này chứng tỏ dạng đĩa nghiền thực nghiệm là hiệu quả. Mặt khác, khi độ nghiền tăng thì chỉ số bền kéo của sợi bột giấy tăng. Điều này có thể đƣợc lý giải nhƣ sau: khi độ nghiền bột giấy tăng, xơ sợi bột giấy nhận đƣợc nhiều tác động nghiền làm sợi bị phân tơ, chổi hoá nhiều, liên kết giữa các sợi tăng do đó độ bền kéo tăng. Khi độ bền kéo tăng làm cho độ bền của tờ giấy đƣợc tạo thành tăng. Đây là một trong những yêu cầu quan trọng của bột giấy.
Bên cạnh đó theo hình 4.5b, khi nghiền trên máy nghiền thực nghiệm và máy nghiền tiêu chuẩn thì ở giai đoạn đầu chỉ số xé của bột giấy gần nhƣ không thay đổi, khi đạt từ 20-300SR thì chỉ số xé tăng mạnh và giảm dần khi độ nghiền đạt từ 30- 500SR. Điều này có thể đƣợc lý giải nhƣ sau: Độ bền xé của bột giấy phụ thuộc chủ yếu vào độ bền của chính bản thân xơ sợi. Khi bắt đầu nghiền, chiều dài sợi gần nhƣ không thay đổi nên độ bền xé của sợi gần nhƣ giữ nguyên. Theo thời gian nghiền, khi độ nghiền tăng từ 20-300SR, sợi đƣợc chổi hoá nhiều nhƣng chiều chiều dài sợi bị giảm không đáng kể nên chỉ số xé có xu hƣớng tăng. Tuy nhiên, về cuối quá trình nghiền, sợi nhận nhiều tác động nghiền liên tục nên chiều dài sợi giảm và do đó độ bền xé giảm.
Ảnh kết quả phân tơ chổi hoá của bột giấy trƣớc và sau khi nghiền đƣợc minh hoạ ở hình sau:
b)
Hình 4.6. Bột giấy trước (a) và sau khi nghiền (b)
Nhận xét: Hình 4.6 minh hoạ sự thay đổi về cấu trúc sợi và liên kết sợi giữa bột giấy trƣớc và sau giai đoạn nghiện tinh. Trƣớc khi đƣợc đƣa vào giai đoạn nghiền tinh, cấu trúc sợi còn tƣơng đối thô và cứng. Nếu không trải quá giai đoạn nghiền, bột giấy khó thoát nƣớc trên máy xeo, giấy thô cứng và độ bền thấp. Nhờ quá trình nghiền tinh, cấu trúc sợi trở nên mềm mại hơn, khả năng đan dệt các lớp sợi tốt hơn và giấy trở nên bền hơn. Đây là các tính chất mong muốn của bột giấy để tạo thành giấy thành phẩm có chất lƣợng tốt.