Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn - Bài 2

Nội dung text: Thí nghiệm Quá trình-Thiết bị - Nghiền-Rây-Trộn - Bài 2

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: (sử dụng số liệu của nhóm 5.2) 3 2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 4 2.1. Nghiền: 4 2.2. Rây: 6 2.3. Trộn: 8 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: 11 4.1. Thí nghiệm nghiền: 11 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 15 5.4 Giản đồ chỉ số trộn theo thời gian 16 6. BÀN LUẬN: 17 6.1. Sự thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền 17 6.2. Nhận xét về hiệu suất rây và nghiền đo được. Giải thích các sai biệt. 17 6.3. Độ tin cậy của kết quả và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất 18 6.4. Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn. 18 6.5. Kết quả trộn: 19 7. PHỤ LỤC : 19 7.1. Tính toán thí nghiệm nghiền: 19 7.2. Tính toán thí nghiệm rây: 21 7.3. Tính toán thí nghiệm trộn: 21 8. TÀI LIỆU THAM KHẢO : 21 Trang 1
2. Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g) 1 5 69.35 2 5 1.5 3 5 0.8 4 5 0.7 5 5 0.5 Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80g Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) 0.5 0.15 0.3 9.3 0.2 0.55 0.097 18.3 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 1 124 98 109 126 121 104 125 82 106 58 120 91 2 141 36 133 45 124 74 125 98 123 105 124 108 3 82 260 116 175 106 169 115 124 105 130 112 74 4 155 11 122 55 122 94 135 76 126 65 132 107 5 127 142 116 108 124 87 108 120 126 97 134 129 6 117 164 111 174 118 88 127 145 139 85 118 139 7 179 57 121 75 131 80 113 94 135 99 134 94 8 75 284 63 243 100 150 84 175 93 154 120 170 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 = 985.6 – 563.2 = 422.4 (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 = 0.1086 mm Hiệu suất của máy nghiền: H = 41.74% 4.2. Thí nghiệm rây: 4.2.1. Xác định hiệu suất rây 0.3mm: Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây Ji (g) Ji (g) 1 5 69.35 69.35 2 5 1.5 70.85 3 5 0.8 71.65 4 5 0.7 72.35 5 5 0.5 72.85 Tích số F.a = 72.85 (g) Khối lượng vật liệu lọt qua rây ngay lần rây đầu tiên : J1= 69.35(g) Hiệu suất rây: E = 95.20% 4.2.2. Kết quả phân tích rây: Kích thước Khối lượng Phần khối Khối lượng tích Phần khối rây (mm) trên rây (g) lượng trên rây lũy (g) lượng tích lũy n  0.5 0.15 0.0019 0.15 0.0019 0.3 9.3 0.1162 9.45 0.1181 0.2 0.55 0.0069 10 0.1250 0.097 18.3 0.2288 28.3 0.3538 Dpn LogDpn n Log n 0.5 -0.30103 0.0019 -2.72125 0.3 -0.52288 0.1162 -0.93479 0.2 -0.69897 0.0069 -2.16115 0.097 -1.01323 0.2288 -0.64054 4.3. Thí nghiệm trộn: Gọi A là đậu nành và B là đậu xanh. Giả sử khối lượng mỗi hạt đậu xanh và đậu nành gần bằng nhau nên thành phần theo số hạt gần bằng với thành phần khối lượng CA = 0.6667 Trang 11
7. 2 2 Mẫu A B CiA (CiA – CA) (CiA – CA) n IS 1 106 58 0.64634 0.00041 2 123 105 0.53947 0.01618 3 105 130 0.44681 0.04834 4 126 65 0.65969 0.00005 0.16968 1746 0.07246 5 126 97 0.56502 0.01033 6 139 85 0.62054 0.00213 7 135 99 0.57692 0.00805 8 93 154 0.37652 0.08419 Tại thời điểm 300" 2 2 Mẫu A B CiA (CiA – CA) (CiA – CA) n IS 1 120 91 0.56872 0.00959 2 124 108 0.53448 0.01747 3 112 74 0.60215 0.00416 4 132 107 0.55230 0.01308 0.18226 1906 0.06692 5 134 129 0.50951 0.02470 6 118 139 0.45914 0.04307 7 134 94 0.58772 0.00623 8 120 170 0.41379 0.06395 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 = 120s, Is 0.07246 5. GIẢN ĐỒ : 5.1 Giản đồ Ji theo thời gian Trang 13
8. 5.4 Giản đồ chỉ số trộn theo thời gian Dựa vào đồ thị thời gian trộn thích hợp nhất là120s với chỉ số trộn tối ưu là I S = 0.07246 6. BÀN LUẬN: 6.1. Sự thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền. Dựa vào phần “Các thuyết về nghiền” đã trình bày trong phần 2.1.2, ta thấy rằng: Thuyết bề mặt của P. R. Rittinger: chỉ có thể áp dụng đúng đắn trong điều kiện năng lượng cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất rắn là không quá lớn và có thể được dùng để ước tính cho quá trình nghiền thực với Kr được xác định bằng thực nghiệm trên máy nghiền cùng loại với máy nghiền thực. Vì có điều kiện ràng buộc về năng lượng và việc xác định hệ số Kr rất phức tạp do phải xác định hệ số này ứng với một loại vật liệu và một loại máy nghiền xác định, cho nên thuyết này không có tính thực tế cao trong việc tiên đoán công suất nghiền. Thuyết thể tích của Kick: được dựa trên cơ sở của thuyết phân tích ứng suất của biến dạng dẻo trong giới hạn đàn hồi. Thuyết này cũng không có giá trị thực tế cao do việc xác định hằng số Kk khá phức tạp. Định luật Bond là định luật có tính thực tế hơn so với định luật Kick và định luật Rittinger trong việc ước tính công suất nghiền. Vì: Trang 15
9. 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 quá trình trộn không phải tại mọi vị trí đều có sự phân bố các hạt như nhau, cho nên ta phải lấy tại nhiều vị trí để tính trung bình của nó. Tuy nhiên những mẫu đã lấy chỉ nằm trên bề mặt khối hạt. Nếu có điều kiện thì nên lấy thêm một số mẫu bên trong lòng khối hạt thì kết quả chính xác hơn nữa. Ngoài ra, số lượng mẫu lấy là 8 mẫu trên một lần lấy, mẫu mẫu lấy là một nắm tay nên phần mẫu này cũng chiếm một tỉ lệ đáng kể so với toàn bộ khối hạt. Sau khi đếm số lượng các hạt ta lại đổ vào trong thùng trộn, vô tình làm thay đổi sự phân bố các hạt. Aûnh hưởng này sẽ không đáng kể nếu lượng vật liệu ban đầu đem trộn lớn. 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. 6.5. Kết quả trộn: Độ tin cậy của kết quả trộn là chấp nhận được. 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. Trang 17
10. N 176.3 H 100% 100% 41.74% P 422.4 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 2.3108 b 3.3108 logK’ là 3.0796 4 LogK' 3.0796 K' 10 8.325*10 K(r b 1 1) Mà: K’= b 1 D 0.5 Với: r = pn 1 1.66 D pn 0.3 K'(b 1) 10 3.0796 ( 2.3108) Suy ra: K = = 0.002788 (r b 1 1) (1.66 2.3108 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 0.002788  = D b 1 C D b 1 C 0.00121D 2.3108 C b 1 p 2.3108 p p Khi Dp = 0.5 thì  = 0.0019 C = -0.0041 0.433 2.3108  0.0041  0.00121D p 0.0041 D p 0.00121 7.2. Tính toán thí nghiệm rây: Dựa vào giản đồ J i theo số lần rây Đường cong tiệm cận đến đường thẳng Ji = 72.85 Nên: F.a = 72.85 Tính hiệu suất rây: J 69.35 E 1 100 100% 95.2% Fa 72.85 7.3. Tính toán thí nghiệm trộn: Giả sử khối lượng mỗi hạt đậu xanh và đậu nành gần bằng nhau nên thành phần theo số hạt gần bằng với thành phần khối lượng Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng là: a 3 C 0.66667 A a b 3 1.5 CB = 1 – CA = 0.33333 Trang 19