Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn - Bài 1

Nội dung text: Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn - Bài 1

1. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn 1. TRÍCH YẾU : 1.1. Mục đích thí nghiệm: - 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. - Rây vật liệu sau khi nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối và tích lũy của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác định kích thước vật liệu sau khi nghiền. - Trộn hai loại vật liệu để xác định chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng đồ thị chỉ số trộn theo thời gian để xác định chỉ số trộn thích hợp. 1.2. Phương pháp: - Nghiền: cho vật liệu vào máy nghiền để xác định thời gian nghiền, công suất nghiền thông qua cường độ dòng điện lúc không tải và có tải cực đại. - Rây: ▪ Xác định hiệu suất rây của rây có kích thước 0.25 mm: rây vật liệu 5 lần và cân lượng vật liệu lọt qua rây trong mỗi lần đó. ▪ Xác định sự phân phối kích thước vật liệu: rây vật liệu qua nhiều rây và cân lượng vật liệu tích lũy ở mỗi rây. - Trộn: trộn hai loại vật liệu là đậu xanh và đậu nành. Dừng máy tại 6 thời điểm khác nhau và lấy 8 mẫu tại mỗi thời điểm. Đếm số hạt độ sai lệch bình phương trung bình chỉ số trộn. 1.3 Kết quả 1. Thí nghiệm nghiền: Cường độ dòng điện (A) Khối lượng (g) Thời gian nghiền (s) Không tải Có tải 200 40 3.4 5.4 2. Thí nghiệm rây: Xác định hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 80g. Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 33.00 2 5 1.45 3 5 0.05 4 5 0.00 5 5 0.00 Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80g Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây  (g) 0.25 39.5 0.20 9.8 Trang 1
2. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn P • E – công dùng cho quá trình nghiền: E = T • P – công suất tiêu thụ, kW • T – năng suất, tấn/h •K r – hằng số Rittinger •D p1 – kích thước ban đầu của vật liệu, mm •D p2 – kích thước của sản phẩm, mm Thuyết này thích hợp nhất cho nghiền mịn đặc biệt là máy nghiền bi. b) Thuyết thể tích của Kick : Công cần thiết để nghiền một lượng vật liệu cho trước là không đổi ứng với cùng một mức độ nghiền, bất chấp kích thước ban đầu của vật liệu. E K k lgi Trong đó i là mức độ nghiền và Kk là hằng số Kick. Năng lượng chi phí cho quá trình nghiền tỉ lệ nghịch với sự giảm thể tích của vật liệu. D p1 E K k lg D p2 Thuyết này dùng trong trường hợp đập nghiền thô và nghiền mịn bằng va đập. c) Định luật Bond và chỉ số công : Công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính D từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỉ lệ với căn 6 bậc hai tỉ số diện tích bề mặt – thể tích của sản phẩm, S/V = . Như vậy: D K E b 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: 1 1 E K b D D p2 p1 4 Nếu nghiền khô thì E được nhân với . 3 4 Nếu nghiền hở thì E được nhân thêm so với chu trình nghiền kín. 3 60Wi Với Kb = 18.97 Wi 10 Trong đó: •K b – hằng số Bond. •W i – chỉ số công, kW.h/tấn vật liệu nghiền Trang 3
3. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn d1 d2 > d3 b. Phương trình biểu diễn đến sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn: d b Phương trình vi phân: KD p dD p Trong đó: • - khối lượng tích lũy trên kích thước D p, g •D p – kích thước rây, mm • K, b – hai hằng số biểu thị đặc tính phân phối của khối hạt Lấy tích phân từ  = 1 đến  = 2 tương ứng với Dp = Dp1 và Dp = Dp2 ta có: K b 1 b 1 2 - 1 = (D D ) b 1 p1 p2 Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ (n – 1) và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có D pn 1 r = hằng số. D pn b 1 K.(r 1) b 1 b 1 n = n - n-1 = D K'D b 1 pn pn K.(r b 1 1) Với: K’ = b 1 Hoặc: Log n = (b + 1)LogDpn + LogK’ LogK’ và (b + 1) được xác định bằng cách vẽ n theo Dpn trên đồ thị Log – Log . Từ đó suy ra K và b. c. Hiệu suất rây: a) Công thức : J E 100 Fa Trang 5
4. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn 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 vật liệu rời: a. Mục đích: 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. Thí dụ như sản xuất thức ăn gia súc, xi măng, phân bón, mỹ phẩm, thực phẩm đóng hộp, Ngoài ra trong công nghiệp quá trình trộn còn giúp tăng cường quá trình truyền nhiệt hay phản ứng giữa một chất rắn với một chất khí, thí dụ như quá trình sấy, đốt quặng, polyme hóa chất dẻo, sản xuất chất xúc tác. Quá trình trộn còn có thể dùng để tạo một lớp áo bao quanh vật liệu rời như sản xuất phẩm màu, thuốc nhuộm, dược phẩm, kẹo. Trong trường hợp này một ít chất lỏng được thêm vào hỗn hợp trộn. Đôi khi quá trình trộn được kết hợp với quá trình nghiền nhỏ vật liệu. Khi đó máy trộn có kết cấu chi tiết khác với máy trộn thuần túy. b. Các tính chất ảnh hưởng đến quá trình trộn: Sự khác biệt nhiều về tính chất của các loại vật liệu như: sự phân phối cỡ hạt, khối lượng riêng, hình dạng và đặc trưng bề mặt (như lực tĩnh điện) có thể làm cho quá trình trộn trở nên rất khó khăn. Thực tế, các tính chất của vật liệu chi phối quá trình trộn, những tính chất đó là: - Sự phân phối cỡ hạt : Sự phân phối quá rộng cỡ hạt sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình trộn. Khó đạt được độ đồng đều vì các hạt có kích thược hạt nhỏ thường chui xuống dươí - Khối lượng riêng xốp : Khối lượng riêng xốp thay đổi trong quá trình trộn, có thể giảm do bọng khí trong khối hạt hoặc tăng do rung động hoặc nén cơ học. - Khối lượng riêng của vật liệu: Vật liệu đem trộn có khối lượng riêng khác xa nhau sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình trộn. - Hình dạng hạt: Có thể có các dạng phiến, hình trứng, khối lập phương, cầu, dĩa, thanh, sợi, tinh thể hoặc dạng bất kỳ. - Đặc trưng bề mặt: Bao gồm diện tích bề mặt và khuynh hướng tích điện. Lực tĩnh điện có ảnh hưởng xấu tới quá trình trộn. Gây kết dính hạt cùng loại - Đặc trưng lưu chuyển: Đó là góc nghiêng tự nhiên và khả năng lưu chuyển. Góc nghiêng tự nhiên càng lớn cho thấy khả năng lưu chuyển càng thấp khó phân tán vào nhau - Tính dễ vỡ (dòn): đây là tính dễ vỡ vụn của vật liệu trong quá trình sử dụng. Nếu vật liệu chỉ cần trộn mà không nghiền thì tính chất này ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm trộn. Ngoài ra tính chất mài mòn cùa vật liệu này trên vật liệu khác cũng có ảnh hưởng tương tự. Trang 7
5. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn N 2 (CA CiA ) s i 1 A N 1 N 2 (CB CiB ) s i 1 B N 1 Với N – số thể tích mẫu Vi Như vậy sA và sB càng nhỏ thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao (càng gần với hỗn hợp lý tưởng). Gía trị của sA và sB phụ thuộc cơ bản vào thời gian . Quan hệ đó được biểu diễn như sau: s , h b) Chỉ số trộn : e Is = s Với e : độ lệch chuẩn lý thuyết C C  A B e n CA CB (N 1) Is N 2 n.(CA CiA ) i 1 Với n : số hạt trong một thể tích mẫu hỗn hợp. Như vậy IS càng lớn thì mức độ đồng đều của hỗn hợp trộn càng cao . Quan hệ giữa chỉ số trộn IS và thời gian trộn  được trình bày trên hình sau cho quá trình trộn cát và muối trong máy trộn thùng quay: Trang 9
6. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn nhau. Khi lực ly tâm > lực đàn hồi thì khung quay có xu hướng bị kéo ra xa. Khi lực ly tâm < lực đàn hồi, khung quay bị kéo về vị trí ban đầu. Sau đó quá trình lặp lại và khung quay cứ liên tục bị kéo ra, đẩy vào * Máy rây được gắn với một thì kế để điều chỉnh thời gian rây. c. Máy trộn: Trong bài thí nghiệm này ta sử dụng máy trộn thùng quay hình trụ hoạt động gián đoạn. a) Cấu tạo : Gồm thùng chứa vật liệu được truyền động quay qua 2 trục, 3 cặp ổ đỡ, 2 bộ truyền đai và động cơ điện. Trên thân máy có chế tạo một cửa để nhập và tháo vật liệu. b) Nguyên tắc hoạt động : Hệ thống trộn được dẫn động qua bộ truyền đai từ động cơ điện. Thùng trộn quay được nhờ quá trình truyền chuyển động quay từ 2 trục và 3 cặp ổ đỡ. Nhờ có cấu tạo gồm những cánh nâng bên trong mà vật liệu được nâng lên, hạ xuống liên tục do đó mà vật liệu được đảo trộn liên tục. Máy trộn thùng quay có ưu điểm là do cấu tạo đơn giản, năng suất lớn. Nhưng có nhược điểm là vật liệu có thể dập nát khi trộn. * Khi sử dụng máy trộn ta phải kết hợp với việc sử dụng thì kế để xác định thời gian trộn. d. Cân: gồm 2 loại là: 500g (với độ chính xác là 0.1g) và 1kg (với độ chính xác là 5g) 3.2. Phương pháp thí nghiệm: a. Thí nghiệm nghiền: - Cân 200g mẫu vật liệu gạo đem nghiền. - Bật công tắc máy nghiền cho chạy không tải đo cường độ dòng điện lúc không tải. - Cho gạo vào máy, bật công tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế đo cường độ dòng điện có tải cực đại. Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị không tải bấm thì kế để xác định thời gian nghiền. - Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền. b. Thí nghiệm rây: * Thí nghiệm xác định hiệu suất rây: - Lấy 80g sản phẩm sau khi nghiền đem rây để xác định hiệu suất rây có kích thước 0.25 mm. - Rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây. * Thí nghiệm xác định sự phân bố kích thước vật liệu sau khi nghiền: - Lấy 80g sản phẩm còn lại đem rây 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy ở mỗi rây. c. Thí nghiệm trộn: - Cân 1.5 kg đậu xanh và 3.0 kg đậu nành. - Cho vật liệu vào máy trộn, khởi động máy trộn, bấm thì kế xác định thời gian trộn. Trang 11
7. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn 2 1.5 1 0.5 0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 log Dp -0.5 Hình 2 Giản đồ log n theo logDpn Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây Khối lượng tích lũy Phần khối lượng tích lũy 0.25 39.5 39.5 0.49375 0.20 9.8 49.3 0.61625 0.16 13.6 62.9 0.78625 0.15 0.8 63.7 0.79625 Hình 3 Giản đồ phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây 4.3. Trộn THỜI ĐIỂM 5" 2 Mẫu N X CiA CiA-CA (CiA-CA)  n Is 1 138 130 0.51493 -0.1517 0.02303 0.292086837 2149 0.04978 2 179 62 0.74274 0.07607 0.00579 Trang 13
8. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn 6 106 88 0.54639 -0.1203 0.01447 7 109 57 0.65663 -0.01 0.0001 8 97 107 0.47549 -0.1912 0.03655 THỜI ĐIỂM 120" 2 Mẫu N X CiA CiA-CA (CiA-CA)  n Is 1 132 47 0.73743 0.07076 0.00501 2 139 101 0.57917 -0.0875 0.00766 3 92 88 0.51111 -0.1556 0.0242 4 114 49 0.69939 0.03272 0.00107 0.242957783 1522 0.05458 5 110 77 0.58824 -0.0784 0.00615 6 79 37 0.68103 0.01437 0.00021 7 74 144 0.33945 -0.3272 0.10707 8 87 152 0.36402 -0.3026 0.0916 THỜI ĐIỂM 300" 2 Mẫu N X CiA CiA-CA (CiA-CA)  n Is 1 106 49 0.68387 0.0172 0.0003 2 145 80 0.64444 -0.0222 0.00049 3 122 140 0.46565 -0.201 0.04041 4 116 51 0.69461 0.02794 0.00078 0.269810955 1633 0.0518 5 108 108 0.5 -0.1667 0.02778 6 91 87 0.51124 -0.1554 0.02416 7 96 101 0.48731 -0.1794 0.03217 8 67 166 0.28755 -0.3791 0.14373 Trang 15
9. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn Hiệu suất nghiền được tính toán dựa trên các kết quả đo: - Khối lượng vật liệu đem nghiền M (đo bằng cân). - Thời gian nghiền (đo bằng thì kế). - Khối lượng trên rây , để từ đó vẽ đồ thị và tính được Dp2. - Cường độ dòng điện lúc có tải cực đại đo bằng Ampere kế. Hiệu suất nghiền đo được không cao là do các nguyên nhân sau: - Nguyên nhân khách quan: • Do bản thân máy nghiền có hiệu suất không cao. • Do máy rây đã cũ nên trong quá trình hoạt động có nhiều trục trặc. Đồng thời 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: • Do khối lượng vật liệu đem cân chưa được chính xác. • Do bấm thời gian chưa được chính xác. Tuy nhiên, sai số do 2 nguyên nhân này là rất nhỏ, không ảnh hưởng lớn đến kết quả. • Do quá trình cân sau khi rây vật liệu. Vì vật liệu lúc này rất nhỏ và mịn nên rất dễ bay ra môi trường xung quanh (do có gió). Bên cạnh đó cũng vì vật liệu rất nhỏ nên còn bám nhiều trên bề mặt rây mà ta chưa lấy hết ra được. • Do quá trình tính toán: không sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu mà dùng mắt để nhắm chừng đường thẳng tốt nhất đi qua các điểm (giản đồ 2) cho nên kết quả thu được có độ chính xác không cao. Tuy nhiên phương pháp này lại rất nhanh và đơn giản. Đây là 2 nguyên nhân có ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả tính toán. * Hiệu suất rây: E = 95.24% Hiệu suất rây được tính toán dựa trên các kết quả đo: - Khối lượng vật liệu lọt qua rây sau lần rây thứ nhất (J1). - Khối lượng vật liệu có thể lọt qua rây J.a, được xác định dựa vào giản đồ 1. Hiệu suất rây đo được là cao. Nguyên nhân: - Do độ ẩm của vật liệu thấp, thuận lợi cho quá trình rây. - Do bề dày lớp vật liệu trên rây là vừa phải. Lớp vật liệu nằm ở trên bề mặt sẽ dễ dàng đi xuống phía dưới để tiếp xúc với bề mặt lưới rây và lọt qua rây. - Do bề mặt rây phẳng, thuận lợi cho quá trình rây. Câu 3 : Bàn luận về độ tin cậy của kết quả và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. * Kết quả nghiền: Độ tin cậy của kết quả nghiền là thấp. Trang 17
10. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn Bên cạnh đó, ta phải lấy mẫu tại 6 thời điểm khác nhau để khảo sát sự thay đổi của chỉ số trộn theo thời gian. Từ đó tìm ra được thời điểm mà khối hạt đạt được chỉ số trộn cao nhất. Đó chính là thời gian mà ta nên tiến hành trộn khối hạt để đạt được độ đồng đều cao nhất. Câu 5 : Bàn về độ tin cậy của kết quả trộn và các yếu tố nào trong thí nghiệm có ảnh hưởng nhiều nhất đến thí nghiệm trộn. Độ tin cậy của kết quả trộn là khá cao. Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả trộn: - Sự phân phối cỡ hạt: vì hạt đậu xanh và đậu nành có kích thước sai lệch nhiều nên sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình trộn. - Thời gian trộn: được xác định bằng thì kế (bấm bằng tay) nên có sai số. Nhưng sai số này không đáng kể. - Khối lượng riêng của vật liệu: vì đậu xanh và đậu nành có khối lượng riêng xấp xỉ nhau nên có tác động tốt đối với quá trình trộn. - Tính dễ vỡ (dòn): đậu xanh và đậu nành không có tính chất dễ vỡ vụn nên quá trình trộn diễn ra dễ dàng hơn. - Mẫu được lấy tại nhiều vị trí (theo sơ đồ) nên đảm bảo được tính đặc trưng của mẫu lấy, làm tăng độ chính xác của kết quả. Quá trình tính toán kết quả đơn giản nên hầu như không có sai số. 6. PHỤ LỤC : 6.1. Tính toán thí nghiệm nghiền: a. Xác định đường kính tương đương của hạt gạo: - Đường kính tương đương của hạt gạo là đường kính của hạt hình cầu có cùng tỉ số V/S. 3 V ( / 6)D tđ D tđ - Đối với hạt hình cầu: 2 S D tđ 6 - Kích thước trung bình của hạt gạo: • Dài: L = 6mm • Đường kính: D = 1.5mm V ( / 4)D2 L DL - Coi hạt gạo là hình trụ S DL ( / 2)D2 4L 2D D DL 3DL 3 1.5 6 Nên: tđ D = 2 (mm) 6 4L 2D tđ 2L D 2 6 1.5 Vậy: Dp1 = Dtđ = 2 (mm) b. Giản đồ Log n theo LogDpn: Phương trình đường thẳng: Log n = (b+1)LogDpn + logK’ (*) Dựa vào giản đồ 2, đồ thị đi qua 3 điểm b 1 7.6844 b 6.6844 Nên: log K ' 6.2732 K ' 1875858.174 K(r b 1 1) Mà: K’= b 1 Trang 19
11. Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị Nghiền – Rây - Trộn • I – cường độ dòng điện lúc có tải cực đại, A • cos - hệ số công suất Nên: P’ = 220 x 5.4 x 0.8 = 1056 (W) = 0.9504 (kW) Vậy hiệu suất của máy nghiền: P 0.0942 H 100% 100% 9.91% P ' 0.9504 6.2. Tính toán thí nghiệm rây: a. Giản đồ Ji theo số lần rây: Dựa vào giản đồ 1 Đường cong tiệm cận đến đường thẳng Ji = 75.60 Nên: F.a = 75.60 b. Tính hiệu suất rây: J 72 E 1 100% 100% 95.24% F.a 75.6 6.3. Tính toán thí nghiệm trộn: Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng là: a 3.0 C 0.67 A a b 3.0 1.5 CB = 1 – CA = 0.33 CA CB (N 1) Chỉ số trộn: Is N 2 n.(CA CiA ) i 1 Trong đó: • N – số thể tích mẫu Vi. Trong bài thí nghiệm này thì N = 8. • n – là số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời. 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO : Trang 21