4.1.1 Mục đích
- Xác định các yếu tố cơ bản ảnh hƣởng đến tiêu thụ năng lƣợng và chất lƣợng bột giấy sau quá trình nghiền trên máy nghiền bột giấy dạng đĩa;
- Lựa chọn đƣợc bộ thông số chế tạo hợp lý nhằm giảm năng lƣợng tiêu thụ và tăng chất lƣợng sản phẩm bột giấy;
- Xác định các quan hệ và tính chất trong quá trình nghiền bằng thực nghiệm (những đại lƣợng này khó hoặc thậm chí không thể xác định đƣợc bằng phƣơng pháp tính toán lý thuyết);
4.1.2 Các đặc tính thực nghiệm cần xây dựng
- Năng lƣợng tiêu thụ.
- Đặc tính độ nghiền (0SR) của bột giấy .
4.1.3 Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm Thông số đầu vào Thông số đầu vào
- Chiều rộng răng nghiền a [mm] - Tốc độ n [v/ph]
Thông số đầu ra:
- Công suất tiêu thụ N, [kwh] - Độ nghiền S, [0SR].
4.2. Thiết bị thực nghiệm
Hình 4.1. Máy nghiền bột giấy dạng đĩa dùng trong thực nghiệm
Hình 4.2. Đĩa nghiền bột giấy dùng trong thực nghiệm
4.3. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo thông số thực nghiệm đầu ra 4.3.1 Thiết bị đo và phƣơng pháp đo công suất tiêu thụ N 4.3.1 Thiết bị đo và phƣơng pháp đo công suất tiêu thụ N
Để đo công suất tiêu thụ N, cần biết công suất tiêu thụ P trong khoảng thời gian t. Việc xác định công suất động cơ có thể thực hiện bằng hai cách: Cách một là gián tiếp công suất tiêu thụ qua việc đo mô men xoắn M trên trục máy nghiền với mối quan hệ giữa chúng đƣợc biểu hiện thông qua biểu thức:
30 . . n M P , w trong đó:
P: Công suất động cơ, w; M: Mô men xoắn, Nm;
n: Tốc độ quay của trục dẫn động, v/ph.
và cách hai là đo trực tiếp công suất tiêu thụ qua công suất dẫn động đĩa nghiền theo công thức:
N = W/t với
t: Thời gian nghiền.
W: Năng lƣợng hao phí cho quá trình nghiền.
Trong thí nghiệm nghiền bột giấy, tác giả sử dụng phƣơng pháp đo trực tiếp theo cách hai.
Theo đó, mức tiêu thụ điện năng riêng Wr đƣợc xác định bằng phƣơng pháp đo điện thông dụng:
- Công tơ điện tử đƣợc kết nối với máy tính và cho ta các thông số chính của động cơ bao gồm: Thời gian nghiền; hệ số Cosφ, công suất điện kháng Ptt, công suất trở kháng Qtt, hiệu điện thế hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng và điện năng tiêu thụ.
Việc đo công suất đƣợc thực hiện tại Trƣờng đại học Giao thông vận tải - Hà Nội với thiết bị đƣợc minh họa ở hình 4.3.
Quá trình đo đƣợc tiến hành theo sơ đồ hình 4.4.
NGUỒN ĐIỆN BA PHA
ĐIỆN KẾ ĐIỆN TỬ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ĐỘNG CƠ BA PHA
MÁY NGHIỀN ĐĨA
MÁY TÍNH
4.3.2. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo độ nghiền (0SR) 4.3.2.1 Thiết bị đo
- Máy đo độ nghiền (Hình 4.9)
4.3.2.2. Phƣơng pháp đo
a. Chuẩn bị
- Mẫu bột cần đo (bột giấy) - Thiết bị đo độ nghiền - Ống đong 1000ml. b. Kiểm tra thiết bị
- Kiểm tra độ sạch của lƣới - Kiểm tra độ sạch của ống. c. Cách thực hiện
Bƣớc 1: Xác nhận nồng độ % của bột.
Bƣớc 2: Kiểm tra khối lƣợng bột cần đo đạt 2g khô tuyệt đối;
Bƣớc 3: Vệ sinh thật sạch khung lƣới và đặt khung lƣới lên thiết bị; Bƣớc 4: Đổ nƣớc và bột vào ống khuấy đều;
Bƣớc 5: Hạ chụp nón. Vừa khuấy vừa đổ 1000ml ± 5ml huyền phù bột vào trong ống đong sạch. Trộn mẫu thử bằng cách dùng tay bịt đầu trên của ống đong và lật đi lật lại hai vòng. Trong khi làm tránh để không khí vào. Đổ mẫu thử nhanh nhƣng phải nhẹ nhàng vào phần thoát nƣớc của thiết bị trong thời gian không quá 5 giây.
Bƣớc 6: Thả chụp nón. Nƣớc tự động thấm qua lƣới.
Bƣớc 7: Đợi nƣớc không chảy nữa, đọc giá trị độ nghiền trên ống đong.
Khi thực hiện đo độ nghiền đƣợc tiến hành hai lần thử song song cho mỗi phép thử và kết quả đƣợc chấp nhận khi chúng lệch nhau không quá 4%. Thang đo trị số SR có ghi lƣu lƣợng 1000ml tƣơng ứng với trị số SR bằng 100 và lƣu lƣợng bằng 0ml tƣơng ứng với trị số SR bằng 0, dải đo SR từ 0 – 100.
4.4. Tổ chức thực nghiệm
Theo chƣơng 2, các thông số thực nghiệm đƣợc xác định nhƣ sau:
Thông số đầu vào Thông số đầu ra
X1 = n, [v/ph] X2 = a, [mm]
YN: Chi phí năng lƣợng riêng [wh/t] YK: Độ nghiền, [0
SR]
4.4.1. Thực nghiệm đơn yếu tố
4.4.1.1. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X1 tới chất lƣợng nghiền YS và chi phí năng lƣợng riêng YN phí năng lƣợng riêng YN
a. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X1 tới chất lƣợng nghiền YS
Các yếu tố dƣợc chọn cố định ở các mức sau: + Chiều rộng răng nghiền X2 = 3 mm + Khe hở đĩa: 0.2 mm
+ Lƣu lƣợng huyền phù bột giấy Q = 10 lít/phút + Chiều cao răng: 5 mm
+ Góc nghiêng của răng nghiền α = 100
+ Góc quạt răng β = 240
+ Khoảng biến thiên tốc độ 100 vòng/phút + Mức biến thiên k = 5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 4.1: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ nghiền X1 tới chất lượng nghiền Ys
N0 X1 (mã) X1 (vòng/phút) YS1 (SR) YS2 (SR) YS3 (SR) 1 -2 800 18.1 18.9 18.8 2 -1 900 19 19.5 18.7 3 0 1000 19.7 18.7 19.1 4 1 1100 18.4 18 18.6 5 2 1200 18.8 18.6 19.7
b. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X1 tới chi phí năng lƣợng riêng YN
Bảng 4.2: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ nghiền X1 tới chi phí năng lượng riêng YN N0 X1 (mã) X1 (vòng/phút) YN1 (Wh/t) YN2 (Wh/t) YN3 (Wh/t) 1 -2 800 20700 21020 20320 2 -1 900 17220 16819 16874 3 0 1000 11291 12034 11947 4 1 1100 8005 7926 7815 5 2 1200 3694 3728 3703
4.4.1.2. Xác định ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X2 tới chất lƣợng nghiền YS và chi phí năng lƣợng riêng YN YS và chi phí năng lƣợng riêng YN
a. Xác định ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X2 tới chất lƣợng nghiền YS
Các yếu tố dƣợc chọn cố định ở các mức sau:
+ Chiều rộng răng nghiền X1 = 1000 vòng/phút + Khe hở đĩa: 0.2 mm
+ Lƣu lƣợng huyền phù bột giấy Q = 10 lít/phút + Chiều cao răng: 5 mm
+ Góc nghiêng của răng nghiền α = 100
+ Góc quạt răng β = 240
+ Khoảng biến thiên tốc độ 1 vòng/phút + Mức biến thiên k = 5
Bảng 4.3: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của chiều rộng răng nghiền X2 tới chất lượng nghiền Ys N0 X2 (mã) X2 (mm) YS1 (SR) YS2 (SR) YS3 (SR) 1 -2 2.5 18.2 18.6 18.5 2 -1 3 18.7 19.7 19.6 3 0 3.5 21.7 22.0 21.3 4 1 4 20.9 21.5 21.4 5 2 4.5 20.0 19.9 20.2
b. Xác định ảnh hƣởng của chiều rộng răng nghiền X2 tới chi phí năng lƣợng riêng YN
Bảng 4.4: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của chiều rộng răng nghiền X2 tới chi phí năng lượng riêng YN
N0 X2 (mã) X2 (mm) YN1 (Wh/t) YN2 (Wh/t) YN3 (Wh/t) 1 -2 2.5 9426 9784 9871 2 -1 3 9983 10019 10345 3 0 3.5 11082 11341 11048 4 1 4 12363 12341 12424 5 2 4.5 13192 13014 12826
4.4.2. Thực nghiệm đa yếu tố
4.4.2.1. Xác định ảnh hƣởng của tốc độ nghiền X1 và chiều rộng răng nghiền X2 tới chất lƣợng nghiền YS và chi phí năng lƣợng riêng YN
. nhƣ sau: ng 4. N0 x1 x2 x1 x2 ) ) (v/ph) (mm) 1 -1 -1 800 2,5 tn1-1, tn1-2, tn1-3 2 +1 -1 800 3,5 tn2-1, tn2-2, tn2-3 3 -1 1 800 4,5 tn3-1, tn3-2, tn3-3 4 +1 1 1000 2,5 tn4-1, tn4-2, tn4-3 5 -1 0 1000 3,5 tn5-1, tn5-2, tn5-3 6 +1 0 1000 4,5 tn6-1, tn6-2, tn6-3 7 0 -1 1200 2,5 tn7-1, tn7-2, tn7-3 8 0 1 1200 3,5 tn8-1, tn8-2, tn8-3 9 0 0 1200 4,5 tn9-1, tn9-2, tn9-3 4-5 4.6 Thí nghiệm x1 x2 x1 x2 NL/kg Đ ộ nghiền (mã) (mã) (v/p) (mm) (wh/t) (SR) tn1-1 -1 -1 800 2.5 10200 18.1 tn1-2 800 2.5 10450 18.5 tn1-3 800 2.5 10410 18.2 tn2-1 1 -1 800 3.5 12980 18.8 tn2-2 800 3.5 12985 18.7 tn2-3 800 3.5 12900 18.9 tn3-1 -1 1 800 4.5 14600 19.2
tn3-2 800 4.5 14680 19.5 tn3-3 800 4.5 14780 19.4 tn4-1 1 1 1000 2.5 9246 18.2 tn4-2 1000 2.5 9784 18.6 tn4-3 1000 2.5 9871 18.5 tn5-1 -1 0 1000 3.5 11082 21.7 tn5-2 1000 3.5 11341 22.0 tn5-3 1000 3.5 11048 21.3 tn6-1 1 0 1000 4.5 13192 20.0 tn6-2 1000 4.5 13014 19.9 tn6-3 1000 4.5 12826 20.2 tn7-1 0 -1 1200 2.5 8860 18.5 tn7-2 1200 2.5 7835 18.5 tn7-3 1200 2.5 8940 18.7 tn8-1 0 1 1200 3.5 10880 20.7 tn8-2 1200 3.5 10970 19.9 tn8-3 1200 3.5 10956 20.2 tn9-1 0 0 1200 4.5 12450 21.1 tn9-2 1200 4.5 12690 20.8 tn9-3 1200 4.5 12740 20.5 4.7 1 chiều rộng răng
nghiền X2 tới chất lượng nghiền Ys
N0 x1 x2 x1 x2 YS1 YS2 YS3 ) ) (v/ph) (mm) (SR) (SR) (SR) 1 -1 -1 800 2.5 18.1 18.5 18.2 2 +1 -1 1200 2.5 20.0 19.9 20.2 3 -1 +1 800 4.5 19.2 19.5 19.4 4 +1 -1 1200 4.5 21.1 20.8 20.5 5 -1 0 800 3.5 18.8 18.7 18.9 6 +1 0 1200 3.5 20.7 19.9 20.2
7 0 -1 1000 2.5 18.2 18.6 18.5 8 0 +1 1000 4.5 19.2 19.5 19.4 9 +1 +1 1000 3.5 20.0 19.9 20.2 4.8 1 chiều rộng răng nghiền X2 N N0 x1 x2 x1 x2 YN1 YN2 YN3 ) ) (v/ph) (mm) (Wh/t) (Wh/t) (Wh/t) 1 -1 -1 800 2.5 10200 10450 10410 2 +1 -1 1200 2.5 12980 12985 12900 3 -1 1 800 4.5 14600 14680 14780 4 +1 1 1200 4.5 9246 9784 9871 5 -1 0 800 3.5 11082 11341 11048 6 +1 0 1200 3.5 13192 13014 12826 7 0 -1 1000 2.5 8860 7835 8940 8 0 1 1000 4.5 10880 10970 10956 9 +1 +1 1000 3.5 12450 12690 12740
:
N = 2k + 2k + N0 = 22 + 2x2 + 1 = 9
N0
α = 1
1 chiều rộng răng nghiền
X2 tới chất lượng nghiền Ys
4-6 1 α α -1 0 X2 α α 1 -1 X1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sau.
4.7
:
Y = 20,7111 + 0,5333X1 + 0.8222X2 – 0,7X21 - X22
Xây dựng các đồ thị đƣờng mức, bề mặt chỉ tiêu
Để dễ dàng hình dung sự phù hợp của mô hình và xác định vùng cực trị ta sẽ tạo ra 2 biểu đồ đƣờng mức và bề mặt chỉ tiêu.
4.8
4.9 Đồ thị tối ưu hóa
đĩa nghiền chiều rộng răng nghiền
ta tìm đƣợc kết quả tối ƣu hoá đầu ra nhƣ sau: Độ nghiền đạt đƣợc giá trị lớn nhất là 20,9817 (0
SR) với tốc độ nghiền X1=1074,75 (vòng/phút) và chiều rộng răng nghiền X2=3,9 (mm).
1 chiều rộng răng nghiền
X2 N
4.10
4.11
:
Y = 11287,1 – 979,7X1 + 1953,7X2 + X21
Xây dựng các đồ thị đƣờng mức, bề mặt chỉ tiêu
Để dễ dàng hình dung sự phù hợp của mô hình và xác định vùng cực trị ta sẽ tạo ra 2 biểu đồ đƣờng mức và bề mặt chỉ tiêu.
4.13 Đồ thi tối ưu hóa
đ ă
ăng lƣ đƣợc kết quả
tối ƣu hoá đầu ra nhƣ sau: Chi phí năng lƣợng riêng đạt đƣợc giá trị nhỏ nhất là 8748,7 (Wh/t) với tốc độ nghiền X1=1200 (vòng/phút) và chiều rộng răng nghiền X2=2,5 (mm).
4.4.2.2. Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và hàm độ nghiền YS hàm độ nghiền YS
Hình 4.14: Đồ thị tối ƣu 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 4.9: Bảng thông số tối ƣu trên máy nghiền mô hình
Thông số YS (0SR) YN (wh/t) X1 (v/p) X2 (mm) 1200 2,5 19.0556 8748.6667
4
- (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1200 (v/p) , chiều rộng răng nghiền là 2,5 (mm) độ nghiền có giá trị lớn nhất YS = 19.0556 (0SR) và
l N = 8748.6667 (Wh/ t)
- đĩa nghiền với 1 loại
nguyên liệu đầu vào. -
. -
KẾT LUẬN CHUNG
Đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu cơ bản nhƣ ban đầu đã đặt ra:
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng và kích thƣớc răng đĩa nghiền tới chất lƣợng bột.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của răng đĩa nghiền cùng với chế độ nghiền tới công suất tiêu thụ khi nghiền.
- Đề tài đã giải quyết đƣợc vấn đề chế tạo đĩa nghiền cho một loại nguyên liệu đầu vào. Đây là cơ sở kỹ thuật ban đầu để các nhà máy giấy nhỏ và vừa có thể áp dụng để nâng cao năng suất, chất lƣợng bột nghiền.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Trần Hữu Đà, Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo các loại đĩa nghiền bột giấy phục vụ ngành giấy Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Bộ 2005.
[2] Khổng Phúc Khoa, Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt nguyên liệu làm giấy, Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN (2003).
[3] Phạm Hồng Hà, Thiết kế chế tạo máy nghiền bột giấy dạng đĩa có đƣờng kính đĩa nghiền ф500 đến ф650, Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN (2005).
[4] Phạm Văn Lang, Đồng dạng, mô hình, phép phân tích thứ nguyên và ứng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1996.
[5] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1998.
[6] Đào Sỹ Sành, Nghiên cứu sử dụng hợp lý và hiệu quả các nguồn nguyên liệu xơ sợi thực vật ở Việt Nam dùng cho sản xuất bột giấy, Viện Công nghệ giấy và xenlulo. Đề tài cấp Bộ, 2005.
[7] Đỗ Thanh Tú, Nghiên cứu chế độ công nghệ sản xuất bột bán hóa từ gỗ bạch đàn và keo (keo lai, keo tai tƣợng) cho sản xuất lớp sóng của các tông sóngẢnh, Báo cáo đề tài cấp Bộ năm 2007.
[8] Nguyễn Xuân Trƣờng, Doãn Thái Hòa, Thiết bị sản xuất giấy - Tập 1,2, NXB Khoa học và Kỹ thuật - 2010.
[9] Trần Thuỷ - Kinh tế Cập nhật: 13/02/2007 - 03:41 - Nguồn: VietNamNet.vn. [10] CTCK Babubanhk, Báo cáo tóm tắt ngành giấy Việt Nam.
[11] Viện Công nghiệp giấy và Xenlulo, Đánh giá trình độ công nghệ ngành giấy. [12] I.L Sinh-nhi-cốp, A.P Ca-la-nhi-cốp “Các máy nghiền hình đĩa dùng để sản xuất xơ, sợi gỗ”.
[13] I.L Sinh-nhi-cốp, Sự thử nghiệm sản xuất các máy nghiền hình côn nhãn hiệu MЛ-01 và MЛ-05.
[14] Adam Mrozinski, Power consumption investigation in disc refiner at waste paper treatment.
[15] Jens Olaf Heymer, Measurement of heterogeneity in low consistency pulp refining by comminution modeling.
Kristian Goldszer, Papermaking Course Montevideo, Part II - Paper Processes, 2009 [17] Hannu Paulapuro, Papermarking Part 1, Stock Preparation and Wet End.
High consistency refining of mechanical pulps during varying refining conditions, Master of science thesis, Sweden, 2008
[18] Lars Ake Hammar, Literature survey Measurement techniques suitable for the refining zone of disc and conical LC refiners, 2005.
[19] Matech Europe, fillings for disc refiners.
[20] Marko Loijas, Factors Afecting the Axial Force in low cosistency refining, Paper Technology, 2010
[21] Mija Illkainen, Mechanisms of thermo mechanical pulp mechanical pulp refining, Oulun Yliopisto, Oulu, 2008 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[22] Technical Group, A Practical method for predicting high consistency refiner plate performance.
[23] V.M Van-tra-cốp, I.L Sinh-nhi-cốp, Máy nghiền để sản xuất Xenlulo.
[24] VN.Gonchorov, Force factors in a disk refiner and their effect on the beating. [25] Y.V.Sood, Energy save and cost redution in stock preparation, F&In Change SPPMC.