Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị quá trình nghiền

Trang 1

MỤC LỤC

I MỤC ĐÍCH 3

-II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1 Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền 3

2 Phương trình biểu diễn đến sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn 4

3 Công suất và hiệu suất rây 5

4 Phương trình trộn 5

-III TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 7

1 Thí nghiệm nghiền 7

2 Thí nghiệm rây 7

3 Thí nghiệm trộn 7

-IV SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 8

1 Thí nghiệm nghiền 8

2 Thí nghiệm rây 8

3 Thí nghiệm trộn 9

-V KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 9

-VI GIẢN ĐỒ CỦA BÀI THÍ NGHIỆM 12

-1 Giản đồ J itheo thời gian 12

-2 Giản đồ log theo logD p n 13

-3 Giản đồ D p n   14

4 Giản đồ biểu diễn chỉ số trộn theo thời gian 14

VII BÀN LUẬN 15

1 Sự thích nghi của định luật Bond để tiên đoán công suất nghiền 15

2 Nhận xét hiệu suất rây và nghiền thu được 16

3 Độ tin cậy và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất 17

4 Cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn 17

5 Kết quả thí nghiệm trộn 18

VIII PHỤ LỤC 18

Trang 2

1 Tính toán thí nghiệm nghiền 18

2 Tính toán thí nghiệm rây 20

3 Tính toán thí nghiệm trộn 20

-IX TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

Trang 3

-I MỤC ĐÍCH

- 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 máy nghiền

- Rây vật liệu sau khi nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối và tích lũy 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 thời gian trộn thích hợp

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền

- Phương trình tính công suat và hiệu suất máy nghiền qua rầy có kích thước 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 từ kích thước rất lớn đến kích thước Dp (đơn vị khối

lượng/phút) i 

1

b p

P K

D



- Theo định nghĩa chỉ số công suất Wi là năng lượng cần thiết nghiền từ kích thước rất lớn đến kích thước khoảng 100 m , ta có:

- Sự liên hê giữa Wi và Kb (hằng số Bond):

3

1 60

100 10 60

19 10 1 19

i

i p

W

D







1

19 i

p

D



2

1

19 i

p

D



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

19 i

Trang 4

- Gọi T là năng suất Công suất nghiền T tấn vật liệu từ Dp1 đến Dp2

19 i

p p

D D

là kích thước của nguyên liệu và sản phẩm, mm

- Nếu nghiền khô thì P được nhân với

4 3

- Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền

P   U I 

I: cường độ dòng điện, A cos : thừa số công suất

- Hiệu suất của máy nghiền

100%

'

P H P

 

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

b p p

d KD dD



Trong đó:  : khối lượng tích lũy trên rây

Dp: kích thước hạt

K1, b: hằng số biểu thị đặc tính phân phối của khối hạt

- Lấy tích phân với các giá trị tương ứng, ta có

1

K

b



- Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và n-1 và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có

1

n

p

D

r const

D

1

K

b



 Sau đó ta thay D p n rD p n1



Trang 5

 1 

1

'

b

K r

b







 1 1

'

1

b

K r K

b









n



- K’ và b được xác định bằng cách vẽ n theo D p n trên đồ thị log – log và suy ra hệ số góc

1

K  và tung độ góc ' K  K và b

3 Công suất và hiệu suất rây

100

J E Fa

Trong đó: 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 tính như sau:

 Đem rây một khối lượng F của vật liệu, khảo sát xác định J Lấy vật liệu còn lại trên rây1

1

F J và rây lại xác định được J , tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây 2 F J1J2 và rây tiếp tục

 Tổng số các giá trị J1J2J3 sẽ tiệm cận đến F a  8

 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:

a C

a b





b C

a b





- Thành phần các chất sẽ như nhau ở mọi không gian thể tích của hỗn hợp trộn Nhưng hỗn hợp lý tưởng này chỉ đạt tới khi thời gian trộn là vô cực và không xuất hiện những yếu tố chống lại quá trình trộn

Trang 6

- Trên thực tế, thời gian không thẻ tiến tới vô cực được nên thành phần các chất A và B sẽ khác nhau ở mỗi phần thể tích

- Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp, ta đặc trưng bởi các giá trị sai biệt bình phương trung bình

- Nếu trong phần thể tích V của hỗn hợp thực có thành phần thẻ tích của A và B lần lượt là1

1A, 1B

C C , giá trị sai biệt bình phương trung bình của hỗn hợp thực đó sẽ là

2 1

1

N

A iA i

A N

B iB i

B

s

N

s

N















- Với C C là thành phần của chất A, B trong hỗn hợp, ta thấy , A, B s s càng nhỏ khi hỗn A B

hợp đó càng gần với hỗn hợp lí tưởng ,s s phụ thuộc vào nhiều yếu tốt nhưng quyết A B

định nhất là thời gian trộn

- Trên thực tế, tùy theo yêu cầu của s mà ta xác định thời gian trộn thích hợp Để đánh giá mứa độ trộn một hỗn hợp, ta có thể dùng đại lượng khác là chỉ số trộn và được định nghĩa:

e s I s





- Với  là độ lệch chuẩn lý thuyếte

1

A B e

A B

A iA i

C C n

C C N I











n là số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời

III TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM

1 Thí nghiệm nghiền

- Cân mẫu vật liệu gạo có khối lượng là 100 g

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

Trang 7

- Cho vật liệu vào máy, bật công tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế đo thời gian Đo cường độ 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 phẩn ra khỏi máy nghiền

- Các thông số cần biết:

 Kích thước hạt gạo: Dài 6 mm

Đường kính: 1,5 mm

 Hiệu điện thế máy nghiền: U 220 V

 Hệ số công suất cos0,8

 Chỉ số nghiền W1 13kW h / tân

2 Thí nghiệm rây

- Thí nghiệm xác định hiệu suất rây

 Lấy ½ 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 ½ sản phẩm còn lại đem rây 20 phút, cân lượng vật liệu tích lũy ở mỗi rây

3 Thí nghiệm trộn

- Cân 1,5 kg đậu xanh và 2,9 kg đậu nành

- Cho vật liệu vào máy trộn, khởi động máy, bấm thì kế xác định thời gian trộn Dừng máy lại tại mỗi thời điểm 5",15",30",60",120",300" và lấy mẫu

- Lấy 8 mẫu tại các vị trí theo sơ đồ dưới đây, đếm số hạt đậu xanh và đậu nành có trong mỗi mẫu

- Sơ đồ lấy mẫu:

IV SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

1 Thí nghiệm nghiền

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm nghiền

Trang 8

Mẫu Khối lượng (g) Thời gian nghiền (s) Cường độ dòng điện (A)

Không tải Có tải

2 Thí nghiệm rây

- Xác định hiệu suất rây: Khối lượng đem rây M 86,5g

Bảng 2: Kết quả thí nghiệm xác định hiệu suất rây

Lần rây Thời gian (min) Khối lượng qua rây (g)

- Kết quả phân tích rây: Khối lượng đem rây M 90,1g

Bảng 3: Kết quả thí nghiệm phân tích rây

Lần rây Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g)

Trang 9

3 Thí nghiệm trộn

Bảng 4: Kết quả thí nghiệm trộn

Mẫu 5" 15" 30" 60" 120" 300"

Bảng 5: Kết quả tính toán khối lượng tích lũy trên kích thước D p

Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây (g) ϕ 

Bảng 6: Kết quả tính toán công suất nghiền

88,36

Trang 10

Bảng 7: Kết quả tính toán cho đồ thị log – log



n

p D

Bảng 8: Kết quả tính toán hiệu suất rây

88,13

Bảng 9: Kết quả tính toán I s tại thời điểm 5s

Mẫu N X C iA C iA C A2  C iA C A2 s n e I s

Trang 11

Trang 12

VI GIẢN ĐỒ CỦA BÀI THÍ NGHIỆM

1 Giản đồ J itheo thời gian

Bảng 15: Bảng số liệu

i

J

Hình 1: Giản đồ J i  t

2 Giản đồ log theo logD p n

12

 (g

32.5

35

37.5

40

Trang 13

n

p

Hình 2: Giản đồ logD p n  log

3 Giản đồ D p n 

n

p

log

logD p n



n

p D

-2.00000 -1.50000 -1.00000 -.50000 00000

-.80000 -.60000 -.40000 -.20000 00000

.20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

.00000

.20000

.40000

.60000

Trang 14

Hình 3: Giản đồ D p n 

4 Giản đồ biểu diễn chỉ số trộn theo thời gian

S

Hình 4: Giản đồ I S  t

VII BÀN LUẬN

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

- Ta có nội dung các lý thuyết về nghiền như sau:

 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

14

S I

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Chart Title

Trang 15

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:

- Chỉ số công Wi đã bao gồm cả ma sát trong máy nghiền và công suất tính theo phương trình đầu bài là công suất trên trục máy nghiền

- Đồng thời nó có giá trị sai khác không nhiều khi tính công suất cho các máy nghiền khác nhau nhưng cùng loại và dùng cho cả quá trình nghiền khô lẫn nghiền ướt Cho nên, định luật này rất thuận tiện cho việc tính toán

- Định luật Bond sử dụng kích thước hạt sau khi nghiền là kích thước lỗ rây có 80% vật liệu sau khi nghiền lọt qua, tức Bond đã xem các hạt vật liệu sau khi nghiền luôn có một tỉ lệ sao cho kích thước trung bình của chúng băng kích thước nói trên Giả thuyết nay xem ra vẫn chưa hợp lý lắm vì sau khi nghiền các hạt có kích thước không đồng nhất nhau và tỉ lệ giữa các hạt không chắc sẽ đúng như định luật Bond đã giả sử

- Để tìm được kích thước này, ta cần biết sự phân phối cỡ hạt trong vật liệu tức phải thông qua thí nghiệm phân tích rây mới có thể tính được công suất nghiền

2 Nhận xét hiệu suất rây và nghiền thu được.

Hiệu suất rây 0,25mm: E 88,13%

- Hiệu suất này tương đối cao

- Hầu hết các hạt đều lọt qua rây

- Nguyên nhân

 Vật liệu có độ ẩm thấp, các hạt không dính với nhau

 Khối lượng vật liệu nhỏ nên lớp vật liệu vừa đủ dễ dàng đi xuống dưới tiếp xúc với

bề mặt lưới rây và lọt qua rây

 Thời gian rây đủ để vật liệu di chuyển xuống dưới

Hiệu suất máy nghiền: H 27,89%

- Quá trình nghiền thường có hiệu suất không cao

Trang 16

- Nguyên nhân khách quan

 Năng lượng của máy nghiền chủ yếu dùng để chạy động cơ

 Thất thoát sản phẩm trong máy nghiền, sản phẩm nghiền không được thổi ra toàn bộ

- Nguyên nhân chủ quan

 Thao tác trong quá trình thí nghiệm

 Phân tích kết quả rây chưa chính xác, tính toán dựa trên định luật Bond chỉ mang tính tương đối

 Bột dính lại trên vật chứa là túi vải

 Bột mịn, nhẹ, dễ bị cuốn bởi gió quạt và gió tự nhiên

3 Độ tin cậy và các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất

Thí nghiệm nghiền

- Kết quả có độ tin cậy không cao

- Các yếu tố ảnh hưởng

 Không gian thí nghiệm (gió, quạt, độ ẩm không khí,…)

Thí nghiệm rây

- Kết quả đạt độ tin cậy không cao

4 Cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn

- Đảm bảo khảo sát được toàn bộ khối hạt, mẫu có tính đặc trưng nên tăng được độ tin cậy

Do trong quá trình trộn không phải tại mọi vị trí đều có phân bố hạt như nhau nên 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

Trang 17

- 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 Anh 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

5 Kết quả thí nghiệm trộn

- Kết quả thí nghiệm trộn có độ tin cậy tương đối cao, có thể chấp nhận được

 Sự phân phối cỡ hạt: vì hạt đậu xanh và đậu nành có kích thước khác nhau, độ sai lệch tương đối nhiều nên sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá trình trộn

 Thời gian trộn: được xác định bằng thì kế (bấm tay) nên sẽ có sai số nhưng sai số này nhỏ, không đáng kể

 Khối lượng riêng của vật liệu: vì đậu xanh và đậu nành có khối lượng riêng xấp xỉ nhau nên không tác động nhiều đến quá trình trộn

 Tính dễ vỡ (giòn): cả 2 loại đậu đều không có tính dễ vỡ vụn nên quá trình trộn sẽ

dễ dàng hơn

 Mẫu lấy tại nhiều vị trí nên có tình đặc trưng, độ chính xác cao hơn

 Sai sót trong quá trình đếm đậu

VIII PHỤ LỤC

1 Tính toán thí nghiệm nghiền

Xác định đường kính tương đương của hạt gạo

- Hạt gạo trước khi nghiền

- Giả thiết hạt gạo trước khi nghiền có dạng hình trụ tròn xoay

3

1,5

d

Trang 18

 Diện tích bề mặt hạt gạo:

2

1,5

d

S dh        m

- Để xác định kích thước hạt người ta dung khái niệm đường kính tương đương, đó là đường kính của hạt cầu có cùng tỉ số diện tích bề mặt với thể tích Do đó đường kính tương đương của hạt gạo trước khi nghiền là:

1

3,375

9,5625

p

V

S



- Xác định D p2

 Theo định luật Bond, vật liệu sau khi nghiền có 80% qua rây tức là tích lũy lại trên rây 20%   0, 2

 Theo giản đồ D p n  

, ta xác định được D p n 0, 4mm Tính công suất nghiền

- Công suất để nghiền vật liệu (nghiền khô) từ kích thước D p1 2,12mm

đến kích thước

p

là

3

19

i

W



Tính hiệu suất máy nghiền

- Công suất tiêu thụ của máy

220 5, 4 0,8 220 3,6 0,8 316,8

W



- Hiệu suất máy nghiền

88,36

27,89%

' 316,8

P H P

2 Tính toán thí nghiệm rây

Trang 19

- Dựa vào giản đồ J i t đường cong tiệm cận đến đường thẳng J  i 37,9

- Vậy F a 37,9

- Tính hiệu suất rây

37,9

J E Fa

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 bằng với thành phần khối lượng

- Thành phần chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng

2,9

0, 6591 2,9 1,5

1 1 0,6591 0,3409

A

a C

a b

- Chỉ số trộn được tính theo công thức

1

A B

A iA i

I



Trong đó N – số thể tích mẫu V i, N 8

n – số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời.

IX TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, Quá trình và Thiết bị trong Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Tập 2: Cơ học vật liệu rời, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2009

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	294,11 KB