Tìm hiểu về NGHIỀN, rây, TRỘN

BÀI NGHIỀN, RÂY, TRỘN
1. TRẢ LỜI CÂU HỎI
1.1.
Mục đích thí nghiệm nghiền
Nghiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả rây xác định sự phân phổi kích thước vật
liệu sau khi nghiền, công suất tiêu thụ và hiệu suất của máy nghiền.
1.2.

Phân loại máy nghiền và phạm vi ứng dụng của chúng

Phân loại máy nghiền:
Máy nghiền búa
Máy nghiền răng
Máy nghiền dĩa
Máy nghiền trục
Máy nghiền bi







Phạm vi ứng dụng:
Sử dụng cho quá trình sản xuất các sản phẩm: sơn, men, sản phẩm vi sinh, mỹ
phẩm, nhũ tương ảnh, các dược phẩm cần tán nghiền, sôcôla, dầu nhờn, sơn
tĩnh điện, chất sáp,..
Trong ngành công nghiệp khai thác quặng: được sử dụng để nghiền các loại
quặng khác nhau như quặng sắt, than đá, đá vôi,..
Trong ngành công nghiệp luyện kim: để nghiền các loại xỉ.
Trong ngành cơng nghiệp hóa chất: để nghiền các loại hóa chất: để nghiền các

loại than cốc và khống chất.







1.3.

Nguyên tắc hoạt động của máy nghiền bi:

Máy nghiền gồm một buồng nghiền chứa các hạt bi nghiền và được trang bị một
đĩa hình bánh xe trên trục. Quy trình nghiền cơ bản được thực hiện trong buồng
nghiền, qua máy bơm nguyên liệu buộc phải đi vào chỗ trống giữa các hạt bi nghiền.
Trong khi đĩa quay, sự dịch chuyển giữa các hạt sẽ nghiền các nguyên liệu theo độ
mịn yêu cầu.
1.4.

Phân loại máy nghiền bi
Máy nghiền bi được phân loại như sau:
-

Theo cấu tạo của thùng có loại: hình trụ, hình nón cụt.

1


-

Theo phương pháp tháo sản phẩm có loại: tháo qua trục rỗng, tháo qua sàng
chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ hoặc loại máy nghiền có kèm theo

-

thiết bị phân loại đặt riêng biệt bên ngoài.
Theo phương thức hoạt động: máy nghiền gián đoạn, máy nghiền liên tục

(hình nón hay nhiều ngăn).
1.5.
Tiến trình thí nghiệm
 Thí nghiệm nghiền và thí nghiệm rây
a. Nghiền gạo trong 30 phút  Sản phẩm nghiền
rây
o ½ sản phẩm sau nghiền  xác định hiệu suất rây
rây
o ½ sản phẩm sau nghiền  xác định sự phân bố kích thước sau khi
thu

nghiền
b. Nghiền gạo trong 60 phút (tương tự)
 Thí nghiệm trộn (đậu trắng + đậu đen)
a. Trộn với tốc độ 30%
o Dừng máy  lấy 3 mẫu trên mỗi nhánh  đếm số hạt mỗi mẫu ở các
thời điểm
10 giây
10 giây
10 giây
30 giây
30 giây

30 giây
45 giây
45 giây
45 giây
b. Trộn với tốc độ 70%: (tương tự)
1.6.
Các thơng số cần đo trong thí nghiệm nghiền
- Khối lượng gạo cần đem nghiền
- Khối lượng bi nghiền
- Thời gian nghiền
- Khối lượng sản phẩm sau khi nghiền
1.7.
Cách tính cơng suất nghiền
Gọi P là cơng suất để nghiền vật liệu kích thước rất lớn đến D p (khối lượng/phút)
i
P  Kb

1
Dp

Chỉ số công suất W i là năng lượng cần thiết nghiền từ kích thước rất lớn đến
100µm (kWh/tấn nguyên liệu) ta có:
Sự liên hệ giữa Wi và hằng số Bond Kb:
2


600Wi  Kb
 Kb 

60Wi

10

 P  19Wi

 19Wi
1
Dp

P1  19Wi

Gọi

1
100 10 3

1
D p1

P2  19Wi

và

1
Dp 2

Công suất nghiền một tấn vật liệu trên một phút từ Dp1 đến Dp2:
 1
1 

P  P1  P2  19Wi 


 Dp 2

D
p
1



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  19.T .Wi 

 Dp 2

D
p
1

 (kW)

Dp1, Dp2: kích thước của nguyên liệu và sản phẩm (mm).
Nếu nghiền khô P được nhân với 4/3.
1.8.

Ý nghĩa của hiệu suất nghiền
Hiệu suất nghiền:

H

P
100%
P'

Với P: công suất nghiền
P’: công suất tiêu thụ cho đông cơ của máy nghiền.
Công được sử dụng cho q trình nghiền khơng hồn tồn là cơng có ích mà ln
có một phần năng lượng tổn thất trong q trình làm việc của máy. Cơng có ích để nghiền
một vật liệu có kích thước lớn thành nhiều mảnh vụn có kích thước nhỏ hơn. Hiệu suất
nghiền là đại lượng thể hiện hiệu quả của quá trình nghiền vật liệu.
1.9.

Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất nghiền

3


-

Tính chất vật lý và kích thước của vật liệu: kích thước vật liệu trước và sau khi
nghiền, độ đồng đều của vật liệu, đặc tính riêng của vật liệu: độ cứng, độ giòn, độ
dẻo, độ ẩm…

-

Thời gian nghiền

-

Tốc độ thùng quay: tốc độ quay thích hợp để đạt hiệu suất nghiền cao.

-

Tỉ lệ giữa kích thước và số lượng bi nghiền với vật liệu cần nghiền: lượng bi sử
dụng thích hợp là 40 – 45% thể tích thùng.

-

Chế độ nghiền: khơ hay ướt, kín hay hở.

-

Loại máy nghiền: máy nghiền bi, máy nghiền búa, máy nghiền nón, máy nghiền
trục…

-

Sai số của dụng cụ đo: cân, thì kế.

-

Sai số do thao tác: cân mẫu, bấm và đọc giá trị thì kế.

-

Kết quả thí nghiệm rây: do kết quả đó ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính cơng suất
nghiền.

1.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất rây
- Độ ẩm vật liệu rây: khi thiết bị rây hoạt động, các hạt vật liệu sẽ chuyển động trên
bề mặt rây. Nếu vật liệu có độ ẩm lớn thì chúng sẽ dính vào nhau làm tăng kích
thước hạt và hạt sẽ khơng lọt qua được rây. Ngồi ra, nếu có độ ẩm cao thì vật liệu
sẽ dễ dàng dính vào lỗ rây làm bít kín lỗ rây gây ra sai số khi đo và tính tốn. Do
-

đó, độ ẩm vật liệu có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thí nghiệm.
Kích thước vật liệu trên rây: hạt có kích thước càng chênh lệch nhiều với kích

-

thước lỗ rây thì kết quả rây càng chính xác.
Hình dạng và kích thước lỗ sàng: lỗ sàng có hình trịn hoặc hình oval thì hiệu suất

-

cao nhất.
Chiều dày lớp vật liệu trên sàng: Nếu lớp vật liệu càng dày thì kết quả rây càng
kém chính xác. Do lớp vật liệu quá dày thì lớp vật liệu trên bề mặt sẽ khó di
chuyển xuống phía dưới để tiếp xúc với bề mặt lưới rây và lọt qua rây. Nên chọn
bề dày lớp vật liệu dựa trên kích thước vật liệu:
o d <5mm: bề dày lớp vật liệu

h   10 15)d 

4

o d = (5  50)mm: bề dày lớp vật liệu h  (5  15)d
o d > 50mm: bề dày lớp vật liệu h  (3  5)d
-

Vận tốc và đặc trưng chuyển động trên rây: biên độ dao động của quá trình rây
phải đủ lớn để tác dụng vào các hạt một lực thích hợp cho hạt chuyển động mà

khơng làm bít lỗ rây.
- Độ đồng đều của hạt trên rây: hạt càng đồng đều thì hiệu suất càng cao.
- Thời gian rây: thời gian càng dài thì hiệu suất càng cao.
1.11. Các phương pháp phân tích xác định thành phần hạt.
- Xác định thành phần hạt bằng phương pháp rây
o Phương pháp rây khô
o Phương pháp rây ướt
- Xác định thành phần hạt bằng phương pháp tỉ trọng kế
1.12. Nêu nội dung phương pháp phân tích rây.
Phương pháp phân tích rây dùng một hệ thống mặt rây, kích thước lỗ của các mặt
sàng này nhỏ dần từ mặt sàng trên xuống mặt sàng dưới. Các hạt có kích thước nhỏ hơn
lỗ sẽ lọt qua rây, cịn hạt kích thước to hơn nằm lại trên bề mặt rây. Phương pháp này
dùng để:
- Phân loại vật liệu theo kích thước sau khi nghiền
- Xác định sự phân bố theo kích thước vật liệu
1.13. Cách tính hiệu suất rây
Cơng thức tính hiệu suất rây
E

J
100
F .a

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:
Đem rây một khối lượng F của vậ liệu, khảo sát xác định được J 1. Lấy vật liệu còn
lại trên rây F – J1 và rây lại xác định J2, tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây F – (J1 + J2) và
rây lại lần nữa.
Tổng hiệu suất J1 + J2 + J3 +…sẽ tiệm cận đến F.a
5


Hiệu suất rây là 100% nếu J1 = F.a
1.14.

Mục đích thí nghiệm rây và q trình hiệu suất rây
Rây vật liệu sau khi nghiền nhằm xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân
phối và tích lũy của vât liệu sau nghiền, để từ đó xác định kích thước vật liệu sau

1.15.

khi nghiền.
Ứng dụng của phương pháp rây.
Phương pháp rây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: thu hoạch và bảo quản

nông sản, chế biến thực phẩm, thức ăn gia súc, phân tích kiểm nghiệm, làm sạch và phân
loại vật liệu….
1.16.

Ứng dụng của quá trình trộn vật liệu
Quá trình trộn vật liệu nhằm mục đích hịa tan các thành phần nguyên liệu rời rạc

thành một hỗn hợp đồng đều, tăng cường các q trình hóa học, sinh học và trao đổi
nhiệt. Q trình trộn có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: xây dựng, bảo
quản và chế biến nơng sản, cơng nghiệp sản xuất hóa chất, chế biến thực phẩm, thức ăn
chăn nuôi, kỹ thuật môi trường, nuôi trông thủy sản…
1.17. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trộn
- Thời gian trộn
- Tốc độ trộn
- Kích thước hạt: hạt có kích thước càng đồng đều thì quá trình trộn càng tốt.
- Khối lượng riêng của vật liệu trộn: hạt có khối lượng riêng khác nhau thì càng ảnh
-

hưởng xấu đến quá trình trộn, dễ dàng dẫn đến sự phân loại theo khối lượng riêng.
Khối lượng riêng xốp: thay đổi trong suốt q trình trộn, có thể giảm do bọng khí

-

trong khối hạt hoặc tăng do rung động hoặc nén cơ học.
Hình dạng hạt: có thể có các dạng hình cầu, hình phiến, hình lập phương… Hình

-

dạng hạt càng khác biệt nhau thì càng khó trộn.
Tính chất bề mặt hạt: hạt có lực tĩnh điện lớn sẽ khó trộn so với hạt có lực tĩnh

-

điện bé.
Độ ẩm vật liệu: nếu vật liệu nhão thì quá trình trộn sẽ rất khó khăn, thực tế, trong
một số q trình trộn có thể cho thêm một lượng chất lỏng nhỏ vào để giảm bụi

-

hoặc đáp ứng một nhu cầu đặc biệt.
Tính dễ vỡ (dịn): là tính chất dễ vỡ vụn của vật liệu trong quá trình sử dụng.
6


-

Tính kết dính: các hạt cùng loại có khuynh hướng kết dính lại với nhau gây khó

-

khăn cho q trình trộn.
Sự tích điện của hạt ảnh hưởng xấu đến quá trình trộn vì xuất hiện lực tĩnh điện

giữa các hạt tích điện trái dấu, khó khăn cho việc phân phối đều.
1.18. Các quá trình xảy ra trong máy trộn
Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực cơ học có hướng khác nhau
và dẫn tới chuyển động của các hạt trong thể tích khối hạt. Quá trình chuyển động của
các hạt phụ thuộc vào cấu tạo máy trộn, phương pháp tiến hành quá trình trộn. Trong máy
trộn có năm q trình cơ bản xảy ra:
-

Tạo ra các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – trộn cắt.

-

Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này đến vị trí khác - trộn đối lưu.

-

Thay đổi vị trí từng hạt riêng rẽ – trộn khuếch tán.

-

Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị – trộn va đập.

-

Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận - trộn nghiền.

Những cơ chế trộn trên xảy ra riêng rẽ hay đồng thời với những mức độ khác nhau tùy
thuộc vào loại máy trộn và vật liệu trộn.
1.19. Tiến trình thí nghiệm trộn
Cân 200g đậu trắng và 200g đậu đen, cho vào hai nhánh trộn riêng biệt. Gài nắp.
Bật máy trộn với tốc độ trộn 30%.
Dừng máy tại mỗi thời điểm 10 giây và lấy, 30 giây, 45 giây, 60 giây, 90 giây, 120
giây, 180 giây, 240 giây, 300 giây. Lấy 3 mẫu trên mỗi nhánh. Đếm số hạt mỗi mẫu.
1.20. Khi trộn quá lâu, sự đồng đều có tăng lên hay khơng?
Khi tăng thời gian trộn thì mức độ đồng nhất tăng lên nhưng khi trộn quá lâu thì sự
đồng nhất của hỗn hợp sẽ giảm. Sự đồng nhất đạt lý tưởng khi thòi gian trộn tăng lên vơ
cự và khơng có các yếu tố chống lại q trình trộn. Nhưng thực tế thời gian gian trộn
khơng thể tiến tới vô cực, cũng như không thể loại bỏ hồn tồn các yếu tố chống lại q
trình trộn nên độ đồng nhất của vật liệu khi trộn là có giới hạn. Vì vậy, việc lựa chọn thiết

7

bị, các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, thời gian trộn,… là cần thiết để đạt được độ đồng nhất
mong muốn.
1.21. Phân loại máy trộn
Có nhiều cách để phân loại máy trộn:
-

-

-

-

-

Phân loại theo nguyên lý cấu tạo
o Máy trộn có bộ phận quay:
 Máy trộn kiểu vít
 Máy trộn kiểu cánh quạt
 Máy trôn kiểu cánh gạt
o Máy trộn thùng quay:
 Máy trộn kiểu trống
 Máy trộn kiểu côn
o Máy trộn – định mức phối hợp
Phân loại theo cách bố trí bộ phận trộn
o Máy trộn kiểu vít cánh gạt ngang
o Máy trộn kiểu vít cánh gạt đứng
o Máy trộn kiểu vít nghiêng
Phân loại theo số bộ phận trộn
o Máy trộn kiểu đơn, kép
o Máy trộn kiểu thùng, đơn, kép

Phân loại theo cách làm việc
o Máy trộn liên tục
o Máy trộn gián đoạn
Phân loại theo tính chất sản phẩm
o Máy trộn khô
o Máy trộn nước
o Máy trộn ướt

4.22. Đánh giá sai số thí nghiệm trộn:
-Thao tác: lấy mẫu: số hạt lấy ra ở mỗi lần lấy là không giống nhau, trong q
trình đếm số hạt có thể xảy ra sai số do số lượng hạt nhiều, vị trí lấy mẫu là ở bề mặt nên
khơng đủ độ chính xác cho tồn thể tích hạt; đo thời gian: sai số do quá trình theo dõi và
bấm đồng hồ,…
-Thời gian trộn chưa đủ dài và số vòng quay chưa phù hợp để khảo sát đầy đủ
quá trình thay đổi, biến thiên của các đại lượng ảnh hưởng đến quá trình trộn, cũng như
việc tính tốn và biểu diễn đồ thị chỉ số trộn theo thời gian.
8


-Thiết bị: sử dụng ống chữ V do đó quá trình trộn chỉ xảy ra ở một phần nhỏ
của hỗn hợp là bề mặt tiếp xúc.
=> Độ tin cậy của kết quả trộn là chưa cao.

9