Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Bài 3: Nghiền-rây-trộn

Nội dung text: Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Bài 3: Nghiền-rây-trộn

1. Bài 3: NGHIỀN – RÂY – TRỘN I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM a. Nghiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả rây xác định sự phân phối kích thước vật liệu sau khi nghiền, công suất tiêu thụ và hiệu suất của máy nghiền. b. Rây vật liệu khi nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối kích thước và tích lũy của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác định kích thước vật liệu sau khi nghiền. c. Trộn hai vật liệu để định chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng đồ thị chỉ số trộn theo thời gian để xác định thời gian trộn thích hợp. II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 1. Phương trình tính cơng suất và hiệu suất máy nghiền. Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền qua rây có kích thước hạt Dp1(ft) và 80% sản phẩm sau khi nghiền qua rây có kích thước Dpj(ft). Gọi P là công suất để nghiền vật liệu kích thước rất lớn đến Dp (cho đơn vị khối lượng/phút) i = . 1 P K b D p Theo định nghĩa, chỉ số công suất Wi là năng lượng cần thiết nghiền từ kích thước rất lớn đến 100m (KWh/tấn nguyên liệu) ta có: Sự liên hệ giữa Wi và Kb (hằng số Bond tùy thuộc vào loại máy nghiền và vật liệu nghiền). 1 60W K i b 100.10 3 60W i K b 19W i 10 1 P 19W i D p 1 1 Gọi P1 19W i và P2 19W i D p1 D p 2 Công suất nghiền một tấn vật liệu trên 1 phút từ Dp1 đến Dp2 1 1 P P1 P2 19W i D D p 2 p1 Gọi T là năng suất (tấn/phút). Công suất nghiền một T tấn vật liệu/phút từ Dp1 đến Dp2 1 1 P P1 P2 19W i T (KW) D D p 2 p1
2. 4. phương trình trộn Khi trộn một khối lượng a chất A với một khối lượng b chất B, tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng: a Đối với chất A: C A a b b Đối với chất B: C B a b Các thành phần này sẽ như nhau ở mọi phần thể tích của hỗn hợp. Nhưng hỗn hợp lý tưởng này chỉ đạt tới khi thời gian trộn tăng lên vô cực và không có yếu tố chống lại quá trình trộn. Trên thực tế, thời gian trộn không thể tiến tới vô hạn được nên thành phần các chất A và B ở các phần thể tích khác nhau sẽ khác nhau. Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp, ta đặc trưng bởi giá trị sai biệt bình phương trung bình. Nếu trong phần thể tích V1 của khối hỗn hợp thực có thành phần thể tích của A và B lần lượt là: C1A, C1B, giá trị sai biệt bình phương trung bình của hỗn hợp thực đó sẽ là: N 2  C A C iA s i 1 A N 1 N 2  C B C iB s i 1 B N 1 Với CA, CB là thành phần của chất A, B trong hỗn hợp, ta thấy sA và sB càng nhỏ khi hỗn hợp đó càng gần với hỗn hợp lý tưởng. SA và sB phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng quyết định nhất là thời gian trộn. Quan hệ giữa s và thời gian trộn được biểu thị theo đồ thị (giả sử các yếu tố khác nhau không đổi). Trên thực tế, tùy theo yêu cầu của s mà ta xác định thời gian trộn thích hợp. Để đánh giá mức độ trộn một hỗn hợp, ta có thể dùng đại lượng khác là chỉ số trộn và được định nghĩa:  Is e s Với e: độ lệch chuẩn lý thuyết:
3. IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1. kết quả thí nghiệm a). Thí nghiệm nghiền Bảng 1: kết quả thí nghiệm nghiền Khối lượng Thời gian Cường độ dịng điện (A) Mẫu (g) (phút) Khơng tải Cĩ tải 1 100 34’36 6 7.5 2 200 2’19 6 7 b) thí nghiệm rây Xác định hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 80(g) Bảng 2: kết quả của thí nghiệm xác định hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 56,00 2 5 1,13 3 5 0,68 4 5 0,04 5 5 0,01 Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80(g) Bảng 3: kết quả của phân tích rây Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) 0,25 26,18 0,20 10,56 0,16 11,94 0,10 1,06 c) Thí nghiệm trộn: bảng 4: kết quả của thí nghiệm trộn 5 15 30 60 120 240 300 360 400 Mẫu X N X N X N X N X N X N X N X N X N 1 50 15 45 90 30 45 13 17 81 17 27 39 23 19 67 38 17 17 2 41 30 50 91 40 60 23 27 85 23 30 41 14 20 83 72 20 29 3 14 40 60 86 46 80 14 28 89 25 35 60 50 51 64 37 31 32 4 74 46 45 87 74 45 16 30 40 28 40 55 70 79 24 73 39 19 5 72 16 46 60 90 55 18 35 35 29 45 50 60 71 38 24 29 23 6 70 12 78 45 81 56 20 40 40 30 60 45 23 18 93 77 32 13 7 68 80 90 67 48 48 21 45 49 45 38 49 53 29 21 78 72 60 8 60 82 46 78 60 80 27 48 50 55 60 76 17 70 30 60 60 72 9 82 70 67 80 65 70 30 50 55 65 75 84 21 32 22 39 70 52 10 96 76 68 82 70 75 48 55 60 70 80 49 51 39 30 53 56 60 11 90 60 80 84 75 86 45 60 40 87 39 50 72 64 42 22 47 51 12 44 12 81 86 80 74 50 70 80 27 54 56 19 32 50 32 38 32
4. Bảng 9: Kết quả tính toán chỉ số trộn Is theo thời gian Tại thời điểm 5" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) S n e IS 1 50 15 0.7692 0.0105 2 41 30 0.5775 0.008 3 14 40 0.2593 0.166 4 74 46 0.6167 0.0025 5 72 16 0.8182 0.0229 6 70 12 0.8537 0.035 0.394 0.237 1300 0.4213 1.776 7 68 80 0.4595 0.0429 8 60 82 0.4225 0.0596 9 82 70 0.5395 0.0162 10 96 76 0.5581 0.0118 11 90 60 0.6 0.0044 12 44 12 0.7857 0.0142 tại thời điểm 15" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) s n e IS 1 45 90 0.333 0.1111 2 50 91 0.355 0.0974 3 60 86 0.411 0.0654 4 45 87 0.341 0.1061 5 46 60 0.434 0.0542 6 78 45 0.634 0.0011 0.6865 0.3132 1692 0.0115 0.0366 7 90 67 0.573 0.0087 8 46 78 0.371 0.0875 9 67 80 0.456 0.0445 10 68 82 0.453 0.0455 11 80 84 0.488 0.032 12 81 86 0.485 0.033 Tại thời điểm 30" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) S n e IS 1 30 45 0.4000 0.0711 2 40 60 0.4000 0.0711 3 46 80 0.3651 0.0910 4 74 45 0.6218 0.0020 5 90 55 0.6207 0.0021 0.3619 0.2274 1379 0.0132 0.058 6 81 56 0.5912 0.0057 7 48 48 0.5000 0.0278 8 60 80 0.4286 0.0567 9 65 70 0.4815 0.0343
5. 4 40 55 0.4211 0.0603 5 45 50 0.4737 0.0373 6 60 45 0.5714 0.0091 7 38 49 0.4368 0.0529 8 60 76 0.4412 0.0509 9 75 84 0.4717 0.0380 10 80 49 0.6202 0.0022 11 39 50 0.4382 0.0522 12 54 56 0.4909 0.0309 Tại thời điểm 300" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) S n e IS 1 23 19 0.5476 0.0142 2 14 20 0.4118 0.0650 3 50 51 0.4950 0.0295 4 70 79 0.4698 0.0388 5 60 71 0.4580 0.0435 6 23 18 0.5610 0.0112 0.2025 0.1701 720 0.0185 0.109 7 53 29 0.6463 0.0004 8 17 70 0.1954 0.2221 9 21 32 0.3962 0.0732 10 51 39 0.5667 0.0100 11 72 64 0.5294 0.0188 12 19 32 0.3725 0.0865 Tại thời điểm 360" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) S n e IS 1 67 38 0.6381 0.0008 2 83 72 0.5355 0.0172 3 64 37 0.6337 0.0011 4 24 73 0.2474 0.1758 5 38 24 0.6129 0.0029 6 93 77 0.5471 0.0143 7 21 78 0.2121 0.2066 0.2121 0.1741 879 0.0162 0.0931 8 30 60 0.3333 0.1111 9 22 39 0.3607 0.0937 10 30 53 0.3614 0.0932 11 42 22 0.6563 0.0001 12 50 32 0.6098 0.0032 Tại thời điểm 400" 2 2 Mẫu N X CiN (CiN – CN) (CiN – CN) S n e IS
6. 0.7 0.6 0.5 0.4  t(phút) 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -0.1 Dn(mm) Hình 2 Giản đồ Dn -  logDpn 0 -1.5 -1 -0.5 -0.2 0 -0.4 -0.6 log  -0.8 -1 n -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 Hình 3: Giản đồ logDp - log n
7. Với d = 1,5(mm): đường kính hạt gạo trước khi nghiền Xác định Dp2: Theo định nghĩa về chỉ số công, Dp2 sẽ tương ứng với  = 0,2 trên đồ thị phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây. Để xác định giá trị Dp2 ta phải chọn thêm điểm có tọa độ (Dn, 0) trên đồ thị hình 2. Giả sử phía trên rây 0,25mm có một rây a có kích thước lỗ rây là Dpa, ta có: Dpa = r.Dp1 = 1,25 x 0,25 = 0,3125 (mm) Dùng công thức: K    D b 1 D b 1 n n n 1 b 1 pn pn 1 117,02    0,31253,3676 0,253,3676 0,36534 n n 1 3,3676  n   n 1 0,36534 0,3273 0,03804 0 Vậy điểm ta cần chọn thêm có tọa độ (0,3125;0) Từ đồ thị hình 2, ta chọn được Dp2 = 0,276 (mm) tương ứng với  = 0,2. P Hiệu suất của máy nghiền được tính theo công thức: H .100% P ' Với: Công suất tiêu thụ cho động cơ máy nghiền: 4 1 1 P P1 P2 19W i T (cho quá trình nghiền khô ) 3 D D p 2 p1 4 1 1 200.10 6 x 60 P 19x13 x 85,74(W ) 3 0,276 2,25 57 Công suất nghiền vật liệu: P’ = UIcos = 220 x (4,6 – 3,4) x 0,8 = 211,2 (W) P 85,74 Vậy: Hiệu suất nghiền H .100% 100 40,6(%) P ' 211,2 Các công thức dùng cho quá trình trộn: Thành phần đậu xanh và đậu nành trong hỗn hợp lý tưởng: a 1,5 1 Đậu xanh: C X a b 3 1,5 3 b 3 2 Đậu nành: C N a b 3 1,5 3 C AC B (N 1) Chỉ số trộn Is N 2 n.(C A C iA ) i 1
8. Để có thể sử dụng công thức trên vào tính toán, người ta còn đưa ra khái niệm chỉ số công Wi (năng lượng cần thiết để nghiền vật liệu có kích thước rất lớn đến sản phẩm có 80% lọt qua rây 100m). Chỉ số công bao gồm cả công ma sát trong máy nghiền và công suất trên trục máy. Trong quá trình nghiền khô, công suất tiêu tốn lớn hơn 4/3 lần so với trong quá trình nghiền ướt; chu trình nghiền hở cũng tiêu tốn công 4/3 lần nhiều hơn chu trình nghiền kín. Như vậy định luật Bond có tính thực tế hơn 2 định luật trên trong việc tính toán công suất cần thiết cho máy nghiền. 2) Nhận xét về hiệu suất rây và nghiền đo được : - Hiệu suất rây thu được ù cao do các nguyên nhân sau: - Độ ẩm vật liệu không cao - Bề dày lớp vật liệu bé. - Rây được làm vệ sinh kỹ trước khi đưa vào thí nghiệm, tránh được hiện tượng các lỗ rây bị bít kín. - Hiệu suất nghiền thu được không cao lắm tuy nhiên cao hơn so với kết quả trong sách là do xác định chính xác được kích thước hạt vật liệu sau khi nghiền. - Cân dùng trong thí nghiệm có độ chia nhỏ nhất là 5g nên việc xác định chính xác khối lượng đến từng gam gặp khó khăn và rất dễ phạm phải sai số. 3)Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rây: - Độ ẩm vật liệu rây : độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình.Khi các vật liệu chuyển động trên bề mặt rây,các hạt sẻ va chạm vào nhau.Do đó nếu chúng có độ ẩm cao chúng sẻ dính vào nhau làm tăng kích thước hạt và sẻ không lọt qua được rây.Mặt khác chúng kết dính vào lỗ lưới và gây bít lỗ rây. - Bề dày lớp vật liệu: Nếu lớp vật liệu quá dày thì lớp vật liệu phiá trên khó đi xuống phiá dưới để lọt qua rây. - Kích thước vật liệu trên rây 4) Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn:û Trộn là quá trình tạo một hỗn hợp đồng nhất từ các thành phần dưới tác dụng cơ học. - Ở đây sử dụng máy trộn thùng quay nên hỗn hợp thường không đều hoàn toàn do đó khi lấy mẫu sẻ không được chính xác. - Vật liệu đem trộn là đậu xanh và đậu nành là hai loại vật liệu rời, có kích thước khá sai biệt nhau nên sẻ sinh ra sai số ngẫu nhiên. Để có thể có được một kết quả tương đối chính xác hơn, ta khắc phục sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy nhiều mẫu hơn và ở nhiều vị trí khác nhau. Cách lấy mẫu được tiến hành trong thí nghiệm trộn (lấy 8 mẫu ở 8 vị trí khác nhau rải đều trên bề mặt) có thể khắc phục được sự sai lệch này.