Báo cáo Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn

1. MỤC LỤC 1. TRÍCH YẾU: 2 1.1. Mục đích thí nghiệm: 2 1.2. Phương pháp thí nghiệm: 2 1.3. Kết quả thí nghiệm: 2 2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 3 2.1. Nghiền: 3 2.2. Rây: 5 2.3. Trộn: 7 3. DỤNG CỤ – THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 10 3.1. Thí nghiệm nghiền: 10 3.2. Thí nghiệm rây 10 3.3. Thí nghiệm trộn 10 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 10 4.1. Thí nghiệm nghiền: 10 4.2. Thí nghiệm rây: 11 4.3. Thí nghiệm trộn: 12 5. GIẢN ĐỒ : 13 5.1 Giản đồ Ji theo thời gian 13 5.2 Giản đồ LogΔn theo LogDpn 14 5.3 Giản đồ phân phối tích luỹ của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây 14 5.4 Giản đồ chỉ số trộn theo thời gian 15 6. BÀN LUẬN: 16 6.1. Sự thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền 16 6.2. Nhận xét về hiệu suất rây và nghiền đo được. Giải thích các sai biệt. 16 6.3. Độ tin cậy của kết quả và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất 17 6.4. Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn. 17 6.5. Kết quả trộn: 18 7. PHỤ LỤC : 18 7.1. Tính toán thí nghiệm nghiền: 18 7.2. Tính toán thí nghiệm rây: 20 7.3. Tính toán thí nghiệm trộn: 20 8. TÀI LIỆU THAM KHẢO : 20 Trang 1
2. Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 36.1 2 5 0.6 3 5 0.2 4 5 0.15 5 5 0.1 Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 100g Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) 0.5 25.5 0.25 29.4 0.2 10.1 0.18 13.4 1.3.3. Thí nghiệm trộn: 5'' 15'' 30'' 60'' 120'' 300'' Mẫu N X N X N X N X N X N X 1 74 62 76 122 91 157 89 123 86 130 71 130 2 85 80 72 114 94 82 109 53 94 76 90 165 3 121 14 102 29 91 48 117 59 99 47 64 34 4 68 91 112 107 100 97 108 97 96 80 101 61 5 96 72 129 92 122 46 90 105 91 42 89 42 6 106 104 85 110 105 115 117 46 71 80 77 110 7 104 128 115 119 113 83 98 63 20 86 81 49 8 130 13 157 31 108 28 105 38 103 69 108 59 Nhận xét kết quả thí nghiệm: Kết quả thí nghiệm phần kết quả phân tích rây không hợp lý lắm. Những kết quả còn lại nhìn chung hợp lý. 2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 2.1. Nghiền: 2.1.1. Khái niệm: Quá trình đập nghiền vật liệu là quá trình trong đó vật liệu rắn được cắt hay làm vỡ ra thành những hạt nhỏ hơn. 2.1.2. Tiêu chuẩn của quá trình nghiền: Một máy nghiền đập lý tưởng phải thỏa các yêu cầu sau: - Năng suất lớn - Năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm nhỏ - Sản phẩm có kích thước đồng đều hoặc đúng theo mong muốn Trang 3
3. N K b (4) G D Năng lượng chi phí cho quá trình nghiền để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu Dp1 thành sản phẩm có kích thước Dp2 là: N 1 1 K b (5) G D D p2 p1 4 Nếu nghiền khô thì N được nhân với . 3 60Wi Với Kb = 19Wi (6) 10 Trong đó: •K b – hằng số Bond. •W i – chỉ số công (kW.h/tấn vật liệu nghiền) Chỉ số công Wi là lượng năng lượng cần thiết để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu rất lớn đến sản phẩm có 80% lọt qua rây 100 micron. Chỉ số công phụ thuộc vào loại máy nghiền (các máy khác nhau nhưng cùng loại có Wi xấp xỉ nhau) và vật liệu nghiền (các vật liệu khác nhau có Wi khác nhau). Định luật này dùng cho nghiền trung bình và mịn. Công suất nghiền: Trong bài thí nghiệm này ta áp dụng định luật Bond (trong trường hợp nghiền khô) để tính công suất nghiền: 4 1 1 N 19Wi G (7) 3 D D p2 p1 Hiệu suất nghiền: Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền: P’ = U.I.cos Trong đó: • U – điện thế (V) • I – cường độ dòng điện sử dụng cho việc nghiền (A) • cos - hệ số công suất Hiệu suất của máy nghiền: N H 100% (8) P' 2.2. Rây: 2.2.1. Khái niệm Quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành những phần hạt có kích thước khác nhau, dựa vào sự khác nhau về kích thước, dưới tác dụng của lực cơ học được gọi là quá trình rây. Phương pháp phân loại bằng rây là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất. Nguyên tắc của nó là cho vật liệu đi qua hệ rây có kích thước lỗ xác định. Các hạt có kích thước nhỏ hơn lỗ rây sẽ lọt qua rây, các hạt có kích thước lớn hơn sẽ bị giữ lại trên bề mặt rây. Trang 5
4. - Lấy vật liệu còn lại trên rây (F – J1) và rây lại xác định được J2, tiếp tục lấy vật liệu trên rây F – (J1 + J2) và rây lại lần nữa. - Tổng số J1 + J2 + J3 + sẽ tiệm cận đến F.a - Hiệu suất rây là 100% nếu J1 = F.a b) Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất rây : * Độ ẩm của vật liệu rây: Độ ẩm của vật liệu rây ảnh hưởng lớn đến quá trình rây. Khi chuyển động trên bề mặt rây, các hạt vật liệu sẽ va chạm vào nhau, do đó nếu độ ẩm cao chúng sẽ dễ dính vào nhau làm tăng kích thước hạt và sẽ không lọt được qua rây. Mặt khác, vật liệu ẩm dễ kết dính vào lỗ lưới, gây bít lỗ lưới rây. Độ ẩm lý tưởng của vật liệu để hiệu suất rây đạt cao nhất là 5%. * Bề dày lớp vật liệu trên bề mặt rây: Chiều dày lớp vật liệu trên bề mặt rây cũng ảnh hưởng đến hiệu suất rây. Nếu lớp vật liệu quá dày thì lớp vật liệu nằm ở trên bề mặt sẽ khó đi xuống phía dưới để tiếp xúc với bề mặt lưới rây và lọt qua rây. Có thể chọn chiều dày lớp vật liệu trên rây phụ thuộc vào kích thước vật liệu. - Khi d 50mm thì h = (3  5)d. * Kích thước của vật liệu trên rây: Khi vật liệu chuyển động trên bề mặt lưới rây, sẽ có một số hạt vật liệu nằm lọt trong lỗ lưới rây. Để chúng không bít lỗ rây và chuyển động ra ngoài thì cần phải tác dụng vào hạt vật liệu một lực nào đó có giá trị thích hợp. Giả thiết hạt vật liệu hình cầu, có đường kính là 2r nằm trên lỗ lưới có kích thước là 2R và góc bít kín là . Để cho hạt vật liệu bật ra khỏi lỗ ta có điều kiện: a g. tg Trong đó: • a – gia tốc của rây, m/s2 • g – gia tốc trọng trường, m/s2 r 1 • phụ thuộc vào tỉ số hai bán kính: R sin * Mặt rây: Mặt rây phải phẳng thì hiệu suất rây mới cao. * Hình dáng lỗ rây: Hình tròn hoặc hình oval thì hiệu suất cao nhất còn các hình dạng khác thì hiệu suất thấp. 2.3. Trộn: 2.3.1. Khái niệm: Trộn là quá trình tạo một hỗn hợp đồng nhất từ các thành phần rắn (hay lỏng) khác nhau dưới tác dụng của lực cơ học. Hỗn hợp đồng nhất có thể là hỗn hợp vật liệu rời khi ta trộn hai hay nhiều chất rắn với nhau hay là hỗn hợp bột nhão, dẻo khi ta trộn chất rắn với chất lỏng. Trang 7
5. Trộn một khối lượng a chất A với khối lượng b chất B để tạo thành hỗn hợp đồng nhất AB thì thành phần của chất A và B trong hỗn hợp đó là: a b C và C (15) A a b B a b Trong hỗn hợp lý tưởng, CA và CB sẽ như nhau ở mỗi phần thể tích. Hỗn hợp lý tưởng này chỉ đạt được khi thời gian trộn tiến tới vô cùng và không có các yếu tố chống lại quá trình trộn. Trong thực tế thời gian trộn bị giới hạn, do đó trong hỗn hợp thực các thành phần CA và CB ở các phần thể tích khác nhau của hỗn hợp sẽ khác nhau. Nếu sự khác nhau này càng ít thì hỗn hợp càng gần với hỗn hợp lý tưởng. Đối với quá trình thực ta có thể đánh giá mức độ trộn qua 2 đại lượng sau: a) Độ sai lệch bình phương trung bình : Nếu trong phần thể tích Vi của hỗn hợp thực có thành phần chất A là CiA và của chất B là CiB, lúc đó “độ sai lệch bình phương trung bình” của hỗn hợp thực sẽ là: N 2 (C A CiA ) s i 1 (16) A N 1 N 2 (CB CiB ) s i 1 (17) B N 1 Với CA, CB : thành phần A và B trong hỗn hợp lý tưởng N – số thể tích mẫu Vi Gía trị của sA và sB giảm dần theo thời gian trộn  đến một giá trị cực tiểu nào đó. sA và sB càng nhỏ thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao (càng gần với hỗn hợp lý tưởng) b) Chỉ số trộn :  e Is = (18) s Với e : độ lệch chuẩn lý thuyết C C  A B (19) e n C ACB (N 1) I s N (20) 2 n(C A CiA ) i 1 Với n : số hạt trong một thể tích mẫu hỗn hợp. IS càng lớn thì mức độ đồng đều của hỗn hợp trộn càng cao Các lực chống lại quá trình trộn thường là lực tĩnh điện, luôn luôn hiện diện trong quá trình trộn bột khô và có ảnh hưởng rất đáng kể. Lực này có khuynh hướng chống lại quá trình trộn hoàn toàn, khi thời gian trộn quá lâu, quá trình sẽ ngược lại, vật liệu khác nhau có khuynh hướng tách rời và các vật liệu cùng loại sẽ kết dính lại làm giảm mức độ trộn. Trang 9
6. P = Pcó tải - Pkhông tải = 1020.8 – 633.6 = 387.2 (W) Công suất nghiền vật liệu: N= 176.3 (W) Với: Wi = 13 Kw.h/tấn G = (200x10-6x60) /52 = 23.10-5(tấn gạo/phút). Dp1, Dp2: kích thước của hạt gạo trước và sau khi nghiền. Dp1 = 2 mm Dp2 = 0.373 mm Hiệu suất của máy nghiền: H = 18.28% 4.2. Thí nghiệm rây: 4.2.1. Xác định hiệu suất rây 0.25mm: Thời gian Khối lượng Hiệu suất Lần rây (phút) qua rây (g) Ji(g) (%) 1 5 36.1 36.1 2 5 0.6 36.7 3 5 0.2 36.9 97.17 4 5 0.15 37.05 5 5 0.1 37.15 Tích số F.a = 37.15 (g) Khối lượng vật liệu lọt qua rây ngay lần rây đầu tiên : J1= 36.1(g) Hiệu suất rây: E = 97.17% 4.2.2. Kết quả phân tích rây: Phần khối Phần khối Kích Khối Khối lượng lượng tích lượng tích thước rây lượng trên tích lũy trên lũy trên rây lũy (mm) rây (g) rây (g)   0.5 23.5 23.5 0.235 0.235 0.25 29.4 52.9 0.529 0.294 0.2 10.1 63 0.63 0.101 0.18 13.4 76.4 0.764 0.134 Dpn Log Dpn  log  0.5 -0.30103 0.235 -0.6289 0.25 -0.60206 0.294 -0.5317 0.2 -0.69897 0.101 -0.9957 0.18 -0.7447275 0.134 -0.8729 Trang 11
7. 3 117 59 0.66477 -0.00189 0.00000 4 108 97 0.52683 -0.13984 0.01955 5 90 105 0.46154 -0.20513 0.04208 6 117 46 0.71779 0.05112 0.00261 7 98 63 0.60870 -0.05797 0.00336 8 105 38 0.73427 0.06760 0.00457 Dừng máy tại thời điểm 120'' 2 2 Mẫu N X CiA CiA - CA (CiA - CA) Σ(CAi – CA) n IS 1 86 130 0.39815 -0.26852 0.07210 2 94 76 0.55294 -0.11373 0.01293 3 99 47 0.67808 0.01142 0.00013 4 96 80 0.54545 -0.12121 0.01469 0.37184 1270 0.05739 5 91 42 0.68421 0.01754 0.00031 6 71 80 0.47020 -0.19647 0.03860 7 20 86 0.18868 -0.47799 0.22847 8 103 69 0.59884 -0.06783 0.00460 Dừng máy tại thời điểm 300'' 2 2 Mẫu N X CiA CiA - CA (CiA - CA) Σ(CAi – CA) n IS 1 71 130 0.35323 -0.31343 0.09824 2 90 165 0.35294 -0.31373 0.09842 3 64 34 0.65306 -0.01361 0.00019 4 101 61 0.62346 -0.04321 0.00187 0.26615 1331 0.06627 5 89 42 0.67939 0.01272 0.00016 6 77 110 0.41176 -0.25490 0.06498 7 81 49 0.62308 -0.04359 0.00190 8 108 59 0.64671 -0.01996 0.00040 Sau khi xây dựng giản đồ chỉ số trộn theo thời gian, ta thấy thời gian trộn thích hợp để đạt chỉ số trộn cao nhất là t = 60s, Is 0.0908 5. GIẢN ĐỒ : 5.1 Giản đồ Ji theo thời gian Trang 13
8. 5.4 Giản đồ chỉ số trộn theo thời gian Trang 15
9. • Do bản thân máy nghiền có hiệu suất không cao. • Kết quả phân tích rây không chính xác dẫn đến xác định kích thước hạt sau khi nghiền không chính xác. • Cường độ dòng điện giảm dần trong lúc nghiền nên lẽ ra khi tính công suất tiêu thụ phải tính bằng tích phân I 2 P dP U cos dI I1 Với I1 và I2 lần lượt là dòng điện không tải và có tải cực đại. Nhưng để đơn giản ta vẫn dùng P=U(I2 –I1)cosφ • Lưới rây có một vài lỗ thủng ở giữa, phải bít lại bằng băng keo nên tại những vị trí đó vật liệu không lọt qua được. - Nguyên nhân chủ quan: o Do khối lượng vật liệu đem cân chưa được chính xác. o Do bấm thời gian chưa được chính xác. o Do quá trình cân sau khi rây vật liệu. Vì vật liệu lúc rất dễ bay ra môi trường xung quanh và còn bám nhiều trên bề mặt rây không lấy ra được. o Khối lượng trên rây , để từ đó vẽ đồ thị và tính được Dp2. o Sai số trong quá trình vẽ đồ thị. 6.3. Độ tin cậy của kết quả và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. * Kết quả rây: Độ tin cậy của kết quả rây là không cao. Mặc dù có một số yếu tố ảnh làm giảm sai số như : - Độ ẩm của vật liệu rây thấp. - Bề dày lớp vật liệu trên bề mặt rây vừa phải. - Bề mặt rây phẳng. Nhưng vẫn còn một số các yếu tố làm giảm độ tin cậy của kết quả như: Vật liệu mịn dễ bay vào không khí. - Việc ước lượng J.a trên giản đồ 1 chưa được chính xác tuyệt đối - Việc tính toán phức tạp gây nên nhiều sai số. Đặc biệt, hệ rây sử dụng không phải là hệ rây tiêu chuẩn nên tỉ lệ Dpn-1/Dpn không phải là hằng số. - Rây bị thủng nên sai số rất lớn. - Giản đồ Log n theo LogDpn không chính xác * Kết quả nghiền: Độ tin cậy của kết quả rây là thấp dẫn đến độ tin cậy của kết quả nghiền là thấp. 6.4. Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn. Tại mỗi thời điểm ta lấy 8 mẫu theo sơ đồ: 1 2 3 4 5 6 7 8 Cách lấy mẫu ở những vị trí như trên đảm bảo có thể khảo sát hết toàn bộ khối hạt, làm cho mẫu lấy có tính đặc trưng và như vậy kết quả sẽ có độ chính xác cao. Bởi vì trong Trang 17
10. V (1.52 /4) 6 Dp1 = 6 6 2mm S 1.5 6 1.52 / 4 Xác định Dp2: Theo kết quả phân tích rây, mối quan hệ giữa kích thước hạt vật liệu và phần khối lượng tích lũy trên rây là: 1.53  1 Dp 1.53 Theo định luật Bond, vật liêu sau khi nghiền có 80% qua rây, tức tích lũy lại trên rây 20% =>  = 0.2 1.53 1.53  1 0.2 1 Dp 0.3708mm 1.53 1.53 Vậy Dp2 = 0.3708mm Tính công suất nghiền: Công suất để nghiền vật liệu (nghiền khô) có kích thước Dp1 đến kích thước Dp2 là: 4 1 1 N = 19Wi G 3 D D p2 p1 4 1 1 5 = 19 13 - 23 10 3 0.3708 2 = 0.0708KW = 70.8 W Tính hiệu suất máy nghiền: N 70.8 H 100% 100% 18.28% P 387.2 Giản đồ Log n theo LogDpn: Phương trình đường thẳng: Log n= (b+1)LogDpn + logK’ Dựa vào giản đồ 2, đường thẳng nội suy có hệ số góc và tung độ góc ứng với (b+1) và b 1 0.655 b 0.345 logK’ là 0.372 LogK' 0.372 K' 10 0.4246 K(r b 1 1) Mà: K’= b 1 D 0.5 0.25 0.2 Với: r = pn 1 ( ) / 3 1.454 Dpn 0.25 0.2 0.18 K'(b 1) 10 0.372 (0.655) Suy ra: K = = 1.0 (r b 1 1) (1.4540.655 1) Giản đồ phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây: d b Phương trình vi phân: KD p dD p d K Db dD p p K 1  = Db 1 C Db 1 C 1.53D0.655 C b 1 p 0.655 p p Trang 19