BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 3

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 l

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 = 

p

b D K

-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)

2 2

1 1

3

1 19

1 19

1 19

19 10 60

10 100

1 60

p

i p

i

p i

i i

b

b i

D W P

và D W P

Gọi

D W P

W W

K

K W















.

-Công suất nghiền một tấn vật liệu trên 1 phút từ Dp1 đến Dp2























1 2

2 1

1 1

19

p p

i

D D

W P

P P

-Gọi T là năng suất (tấn/phút) Công suất nghiền một T tấn vật liệu/phút từ

Dp1 đến Dp2

T

D D

W P

P P

p p





















1 2

2 1

1 1

Dp1, Dp2: kích thước của nguyên liệu và sản phẩm, mm

-Nếu nghiền khô P được nhân với 4/3

-Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền:

P' = U.I.cos

-Với: U: điện thế, Vôn

I: cường độ dòng điện, Ampe

cos: thừa số của công suất

-Hiệu suất của máy nghiền:

%

' 100

P

P

H 

2.Phương trình biểu diễn sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn:

b

p p

KD dD

d







Với: : khối lượng tích lũy trên kích thước Dp

Dp: kích thước hạt

K1, b: hai hằng số biển thị đặc tính của khối hạt

-Lấy tích phân từ  = 1 đến  = 2 tương ứng với Dp = D1 và Dp = D2 ta có:

2

1 1 1

2

1



 









 D p b D b p

b K

-Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ n-1 và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có Dpn-1/Dpn = r = hằng số

1

1 1

1





















n n n D pn b D b pn

b K

và thay Dpn-1 = r.Dpn, ta được:

   

1

1 1

1 1

1

























b

r K K với D K D

b

r

b pn

b pn

b n

' '

.

hoặc logn = (b+1)logDpn + logK'

K' và b được xác định bằng cách vẽ n theo Dpn trên đồ thị log - log và suy

ra hệ số góc K+1 và tung độ góc K'  K và b

3 Công suất rây:

100

x Fa

J

E 

Với: F: khối lượng vật liệu ban đầu cho vào rây, (g)

J: khối lượng vật liệu dưới rây, (g) a: tỉ số hạt có thể lọt qua rây, (%) -Tích số F.a trong thí nghiệm được xác định như sau:

+Đem rây một khối lượng F của vật liệu, khảo sát xác định được J1 Lấy vật liệu còn lại trên rây F - J1 và rây lại xác định được J2, tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây F - (J1 + J2) và rây lại một lần nữa

+Tổng số J1 + J2 + J3 + sẽ tiệm cận đến F.a

+Hiệu suất rây là 100% nếu J1 = F.a

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: Đối với chất A: C A a a b





Đối với chất B: C B a b 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:

1

1

1

2

1

2





















N

C

C s

N

C

C s

N

B

N

A

-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 s e

 Với e là độ lệch chuẩn lý thuyết:















N

B A

B A e

C C n

N C C Is

n

C C

1

2

1 ) (

) (



Với n là số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời

III PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM:

1 Nghiền:

-Cân vật liệu đem nghiền (gạo)

+Lần 1: 100g +Lần 2: 200g -Kích thước trung bình hạt gạo: dài 6mm; đường kính 1,5 mm

-Bật công tác máy nghiền cho chạy không tải, đo cường độ dòng điện lúc không tải

-Cho vật liệu vào nhà máy, bật công tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế Đo cường

đồ dòng điện có tải cực đại Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị không tải, bấm thì kế xác định thời gian nghiền

-Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền

-Cho các thông số: Hiệu điện thế máy nghiền U = 220V; hệ số công suất cos = 0,8 ; chỉ số nghiền Wi = 13kW h/tấn

2 Rây:

-Lấy ½ sản phẩm sau khi nghiền đem rây để xác định hiệu suất rây có kích thước 0,25mm Rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây

-Lấy ½ sản phẩm còn lại đem rây để xác định sự phân bố kích thước vật liệu sau khi nghiền Rây trong 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy trên mỗi rây

3 Trộn

-Cân 1 kg đậu xanh và 2 kg đậu nành

-Cho vật liệu vào máy trộn, bấm thì kế xác định thời gian trộn Dừng máy tại mỗi thời điểm 5, 15, 30, 60, 120, 240, 300,360,400 giây và lấy mẫu

-Lấy mẫu (12 mẫu) tại các thời điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh và đậu nành có trong mỗi mẫu

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11 12

IV KẾT QUẢ VÀ TÍNH TỐN THÍ NGHIỆM:

1 Kết quả và tính tốn thí nghiệm nghiền:

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm nghiền

(g)

Thời gian (phút)

Cường độ dịng điện (A)

Bảng 2: Kết quả tính tốn khối lượng tích lũy trên kích thước Dp Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g)  

Bảng 3: Kết quả tính cơng suất nghiền

P = 85,74

Bảng 4: Kết quả tính tốn số liệu cho log- log

Hình 1: Giản đồ D n -  biểu diễn kết quả tính cơng suất nghiền

Hình 2: Giản đồ logD p - logn biểu diễn kết quả tính tốn số liệu cho log- log

-Dùng phương pháp bình phương cực tiểu để dựng giản đồ tính tốn số liệu log- log, ta có phương trình của đường thẳng tương ứng trên giản đồ là: y = 3,3676x + 1,5902 Như vậy ta có:

b + 1 = 3,3676

 b = 3,3676 – 1 = 2,3676

logK’= 1,5902

 K’ = 38,922 Mà '

) (r K

b

1

1 1





 

2 0

25 0 2

,

,







p

p

D

D

r đối với thiết bị rây trong thí nghiệm)

-Thế vào công thức ở trên ta tính được 38 922 117 02

1 25

1

1 3676 2

1 3676

) ,

(

,





K

Để xác định công suất nghiền, ta cần biết giá trị của Dp1 và Dp2, 2 giá trị này được xác định như sau:

*Xác định Dp1:

- Giả sử hạt gạo trước khi nghiền có dạng trụ tròn xoay, ta có:

S = dl

V = (d2/4)l

- Dp1 là đường kính tương đương của hạt gạo trước khi nghiền: là đường kính của hạt hình cầu có cùng thể tích và diện tích bề mặt với hạt gạo

S

V

4

5 1 6 4 6 6

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:

0 03804 0

3273 0 36534 0

36534 0

25 0 3125

0 3676 3

02 117 1

1

3676 3 3676

3 1

1 1 1

1











































































, ,

,

, ,

, ,

n n

n n

b pn

b pn n

n

b K

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

Hiệu suất của máy nghiền được tính theo công thức: %

' 100

P

P

H 

Với:

Công suất tiêu thụ cho động cơ máy nghiền:

) ( ,

,

,

) (

W x

x x

P

khô nghiền trình

quá cho T D D

W P

P

P

p p

i

74 85 57

60 10 200 25

2

1 276 0

1 13

19

3

4

1 1

19 3 4

6 1 2

2

1









































Công suất nghiền vật liệu:

P’ = UIcos = 220 x (4,6 – 3,4) x 0,8 = 211,2 (W)

,

,

%

74 85

 P P

H

2.Kết quả và tính tốn thí nghiệm rây :

-Xác định hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 90(g)

Bảng 1: Kết quả của thí nghiệm xác định hiệu suất rây Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g)

-Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 90(g)

Bảng 2: Kết quả của phân tích rây Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g)

Bảng 3: Kết quả tính toán hiệu suất rây

Lần rây Thời gian

(phút)

Khối lượng qua rây Ji

(g) Ji (g) Hiệu suất rây (%)

2 10 1,25 57,25

Hình 3: Đồ thị J i – t biểu diễn kết quả tính tốn hiệu suất rây

c.Thí nghiệm trộn:

Bảng 4: Kết quả của thí nghiệm trộn

7 68 80 90 67 48 48 21 45 49 45 38 49 53 29 21 78 72 60

Bảng 9: Kết quả tính toán chỉ số trộn Is theo thời gian

Tại thời điểm 5"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

Tại thời điểm 15"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 s n e I S

0.6865 0.3132 1692 0.0115 0.0366

Tại thời điểm 30"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

0.3619 0.2274 1379 0.0132 0.058

Tại thời điểm 60"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

0.9257 0.3637 710 0.0186 0.0511

Tại thời điểm 120"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

0.2256 0.1795 1205 0.0109 0.0608

9 55 65 0.4583 0.0434

Tại thời điểm 240"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

0.4253 0.2465 1038 0.0153 0.0619

Tại thời điểm 300"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

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

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"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

7 21 78 0.2121 0.2066

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"

Mẫu N X C iN (C iN – C N ) 2

(C iN – C N ) 2 S n e I S

10 56 60 0.4828 0.0338

11 47 51 0.4796 0.0350

12 38 32 0.5429 0.0153

Hình 4: Giản đồ I s – t biểu diễn kết quả tính toán chỉ số trộn I s theo thời gian

3.phụ lục

Các công thức dùng cho quá trình trộn:

Thành phần đậu xanh và đậu nành trong hỗn hợp lý tưởng:

Đậu xanh: 31515 31









,

,

b a

a

C X

Đậu nành: 3 315 32









,

b a

b

C N

Chỉ số trộn









i A iA

B A

C C n

N C C Is

1

2

1 ) (

) (

Với

i i

i

A

C



 : thành phần của chất A trong mẫu đếm

Ai: số lượng chất A trong mẫu đếm

Bi: số lượng chất B trong mẫu đếm Hiệu suất rây được tính theo công thức:

100

x

Fa

J

E 

Từ đồ thị hình 1, ta thấy Fa tiệm cận đến giá trị 57,86 (g) Thế vào công thức ta sẽ tính được hiệu suất rây E

4 bàn luận

1) Sư thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền

Để tính toán công suất của máy nghiền, có các thuyết sau được đề ra:

- Thuyết bề mặt của Rittinger :công dùng trong quá trình nghiền tỉ lệ

thuận với diện tích bề mặt mới tạo thành của sản phẩm nghiền.Nó dùng trong điều kiện năng lượng cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất rắn là không quá lớnvà

để ước tính cho quá trình thực với K được xác định bằng thực nghiệm trên máy nghiền cùng loại với máy nghiền thực

- Thuyết thể tích của Kick: Công cần thiết để nghiền một vật liệu cho

trước là không đổi ứng với cùng một mức độ nghiền.Nó được dùng trong trường hợp đập nghiền thô và nghiền mịn

- Định luật Bond cùng với chỉ số công : công cần thiết để tạo nên hạt có

đường kính dh từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỷ lệ với căn bậc hai tỉ số diện tích bề mặt-thể tích sản phẩm

Phương trình vi phân chung để tính công suất:

D( GN) = - K DndD Với: + N: công suất máy nghiền

+ G: suất lượng nhập liệp + D: đường kính hạt vật liệu + n: hằng số;

N=1:ù định luật Kick; n=2: định luật Rittinger; n=1,5: định luật Bond

Định luật Bond cho rằng công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính Dh từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỷ lệ với căn bậc hai tỷ số diện tích bề mặt - thể tích của sản phẩm Như vậy:

G

N

= KbD Trong đó Kb là hằng số tùy thuộc loại máy nghiền và vật liệu nghiền

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

- Độ tin cậy của kết quả thí nghiệm này cũng không cao do cách lấy mẵu và do sự

chênh lệch về kích thước của hai loại vật liệu làm thí nghiệm

Các công thức sử dụng để tính các thành phần của hai loại vật liệu đem trộn được thiết lập dựa trên giả thiết là hai hạt vật liệu bất kỳ có cùng kích thước và khối lượng; điều này làm cho cách tính thành phần theo khối lượng và theo số hạt là như nhau Thực tế thì hai loại vật liệu (đậu xanh và đậu nành) có kích thước chênh lệch nhau khá lớn và có khối lượng khác nhau nên sẽ mắc phải sai số khi tính thành phần bằng cách đếm số hạt

5)Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trộn:

Vì có sự khác biệt nhau về cỡ hạt,khối lượng riêng nên có thể làm cho quá trình trộn trở nên khó khăn

- Cỡ hạt : cỡ hạt khác nhau nhiều sẻ ảnh hưởnh xấu đến quá trình trộn

- Độ ẩm vật liệu

- Nhiệt độ giới hạn của vật liệu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tập thể CBGD bộ môn Máy-Thiết bị, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm QTTB, trường Đại học Bách khoa Tp.HCM