Thí nghiệm quá trình thiết bị chương 8

1. TRÍCH YẾU :
1.1. Mục đích thí nghiệm:
- Nghiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả rây xác đònh 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 đònh hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối và
tích lũy của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác đònh kích thước vật liệu sau khi
nghiền.
- Trộn hai loại vật liệu để xác đònh chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng đồ thò chỉ
số trộn theo thời gian để xác đònh chỉ số trộn thích hợp.
1.2. Phương pháp thí nghiệm:
- Nghiền : cho vật liệu vào máy nghiền để xác đònh thời gian nghiền và cường độ
dòng điện lúc có tải cực đại.
- Rây :
• Xác đònh hiệu suất rây của rây có kích thước 0,25mm: rây vật liệu 5 lần và cân
lượng vật liệu lọt qua rây trong mỗi lần đó.
• Xác đònh 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 vai loại vật liệu. Dừng máy tại 6 thời điểm khác nhau và lấy 8 mẫu tại
mỗi thời điểm. Đếm số hạt.
1.3. Kết quả thí nghiệm:
1.3.1. Thí nghiệm nghiền :
Khối lượng (g)
Thời gian nghiền
(s)
Cường độ dòng điện (A)
Không tải Có tải
200 50 3.5 5.6
1.3.2. Thí nghiệm rây :
∗ Xác đònh hiệu suất rây: khối lượng đem rây M = 80g.
Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây (g)
1 5 47.3

2 5 0.6
3 5 0.2
4 5 0.1
5 5 0.1
∗ Kết quả phân tích rây: khối lượng đem rây M = 80g
Kích thước rây (mm) Khối lượng trên rây
∆φ
(g)
0.25 32.2
0.20 12.5
0.16 6.6
0.10 1.9
Trang 1
1.3.3. Thí nghiệm trộn :
Mẫ
5" 15" 30" 60" 120" 300"
N X N X N X N X N X N X
1
53 72 49 40 43 68 51 65 40 40 46 72
2
63 52 60 41 46 66 63 74 41 39 45 89
3
56 46 41 41 58 63 69 57 54 69 67 61
4
36 96 37 41 53 62 34 73 38 83 62 94
5
53 27 49 54 62 53 66 73 55 62 54 60
6
49 68 41 45 54 62 31 103 68 49 48 96
7

36 32 53 40 51 67 56 34 42 42 46 88
8
60 35 41 25 48 58 60 60 51 52 59 61
1.4. Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Kết quả thu được cho 3 phần nghiền, rây, trộn nhìn chung là hợp lý.
2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM :
2.1. Đập nghiền vật liệu:
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.
Trong công nghiệp vật liệu được đập nghiền bằng các phương pháp khác nhau nhằm
các mục đích khác nhau. Các mảnh quặng thô được nghiền ra thành các cỡ hạt có kích
thước thuận tiện cho quá trình xử lý quặng; hóa chất, ngũ cốc được nghiền thành bột. Các
sản phẩm thương mại thường phải đáp ứng một cách nghiêm ngặt về kích thước và đôi khi
cả hình dạng hạt. Giảm kích thước hạt còn làm tăng hoạt tính phản ứng của chất rắn; giúp
phân tách các tạp chất bằng các phương pháp cơ học; giảm khối lượng riêng xốp để vận
chuyển dễ dàng hơn.
2.1.2. Các thuyết về nghiền :
a) Thuyết bề mặt của P. R. Rittinger :
Công dùng cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt mới tạo thành của sản
phẩm nghiền:








−=

1p2p
r
D
1
D
1
KE
Trong đó:
• E – công dùng cho quá trình nghiền: E =
T
P
• 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
Trang 2
Thuyết này thích hợp nhất cho nghiền mòn 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.
ilgKE
k
=

Trong đó i là mức độ nghiền và K
k
là hằng số Kick.
⇒ Năng lượng chi phí cho quá trình nghiền tỉ lệ nghòch với sự giảm thể tích của bề mặt
vật liệu.
2p
1p
k
D
D
lgKE =
Thuyết này dùng trong trường hợp đập nghiền thô và nghiền mòn bằng va đập.
c) Đònh 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 bậc hai tỉ số diện tích bề mặt – thể tích của sản phẩm, S/V =
D
6λ
. Như vậy:
D
K
E
b
=
⇒ Năng lượng chi phí cho quá trình nghiền để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu
D
p1
thành sản phẩm có kích thước D
p2
là:









−=
1p2p
b
D
1
D
1
KE
Nếu nghiền khô thì E được nhân với
3
4
.
Với K
b
=
10
W60
i
≈ 19W
i
Trong đó:
• K
b

– hằng số Bond.
• W
i
– chỉ số công, kW.h/tấn vật liệu nghiền
Chỉ số công W
i
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 W
i
xấp xỉ nhau) và vật liệu nghiền (các vật liệu khác nhau có W
i
khác nhau).
Đònh luật này dùng cho nghiền trung bình và mòn.
2.1.3. Công suất nghiền :
Trong bài thí nghiệm này ta áp dụng đònh luật Bond (trong trường hợp nghiền khô) để
tính công suất nghiền:
T
D
1
D
1
W19
3
4
P
1p2p
i









−×=
2.1.4. Hiệu suất nghiền :
Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền: P’ = U.I.cosϕ
Trong đó:
• U – điện thế, V
Trang 3
• I – cường độ dòng điện, A
• cosϕ - hệ số công suất
Hiệu suất của máy nghiền:
%100
'P
P
H ×=
2.2. Rây vật liệu:
2.2.1. Mục đích và công nghệ của quá trình :
Những sản phẩm sau khi nghiền thường là những hạt có kích thước khác nhau, do đó
đặt ra yêu cầu là phải phân loại hạt rời đó thành những phân đoạn hạt có khoảng kích
thước theo yêu cầu.
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 đònh. Các hạt có kích thước
nhỏ hơn lỗ rây sẽ lọt qua rây, các hạt có kích thước lớn hơn sẽ bò giữ lại trên bề mặt rây.

Việc phân loại hạt có thể tiến hành theo 2 cách:
• Phân loại kích thước từ nhỏ đến lớn : Tại đây các mặt rây được xếp nối tiếp nhau.
Mặt rây có kích thước lỗ nhỏ được đặt trước, kích thước lỗ lớn đặt sau. Khi hỗn hợp vật
liệu chuyển động từ trái qua phải ta sẽ thu được phân loại như mong muốn.
d
1
d
1
< d
2
< d
3
d
2
d
3
• Phân loại kích thước từ lớn đến nhỏ : Tại đây các mặt rây được xếp song song và
chồng lên nhau. Mặt rây có kích thước lỗ lớn đặt lên trên, kích thước lỗ nhỏ đặt dưới. Khi
hỗn hợp vật liệu chuyển động từ trên xuống dưới ta sẽ thu được sự phân loại như mong
muốn ⇒ Đây là kiểu phân loại được áp dụng trong bài thí nghiệm này.
d
1
> d
2
> d
3
2.2.2. Phương trình biểu diễn đến sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn :
Phương trình vi phân:
b
p

p
KD
dD
d
=
φ−
Trong đó:
• φ - khối lượng tích lũy trên kích thước D
p
, g
• D
p
– kích thước rây, mm
• K, b – hai hằng số biểu thò đặc tính phân phối của khối hạt
Lấy tích phân từ φ = φ
1
đến φ = φ
2
tương ứng với D
p
= D
p1
và D
p
= D
p2
ta có:
Trang 4
d
1

d
2
d
3
φ
2
- φ
1
=
)DD(
1b
K
1b
2p
1b
1p
++
−
+
−
Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ (n – 1) và giả sử sử dụng rây tiêu chuẩn có
=
−
pn
1pn
D
D
r = hằng số.
∆φ
n

= φ
n
- φ
n-1
=
1b
pn
1b
pn
1b
D'KD
1b
)1r.(K
++
+
=
+
−
Với: K’ =
1b
)1r.(K
1b
+
−
+
Hoặc: Log∆φ
n
= (b + 1)LogD
pn
+ LogK’

LogK’ và (b + 1) được xác đònh bằng cách vẽ ∆φ
n
theo D
pn
trên đồ thò Log – Log . Từ
đó suy ra K và b.
2.2.3. Hiệu suất rây :
a) Công thức :
100
Fa
J
E ×=
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 xác đònh như sau:
- Đem rây một khối lượng F của vật liệu, khảo sát xác đònh được J
1
. Lấy vật liệu còn
lại trên rây (F – J
1
) và rây lại xác đònh được J
2
, tiếp tục lấy vật liệu trên rây F – (J
1
+ J
2
) và rây lại lần nữa.
- Tổng số J

1
+ J
2
+ J
3
+ … sẽ tiệm cận đến F.a
- Hiệu suất rây là 100% nếu J
1
= 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 các vật liệu chuyển động
trên bề mặt rây, các hạt vật liệu sẽ va chạm vào nhau, do đó nếu chúng có 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 < 5mm thì bề dày lớp vật liệu h = (10 ÷ 15)d.
- Khi d = (5 ÷ 50)mm thì h = (5 ÷ 10)d.
- 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
Trang 5
hạt vật liệu một lực nào đó có giá trò 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 β. Để cho hạt vật liệu bật ra khỏi lỗ ta có điều kiện:
a ≥ g. tgβ
Trong đó:
• a – gia tốc của rây, m/s
2
• g – gia tốc trọng trường, m/s
2
• β phụ thuộc vào tỉ số hai bán kính:
β
=
sin
1
R
r
* 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 vật liệu rời:
2.3.1. 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.
2.3.2. 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 tónh 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.
- 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, dóa,
thanh, sợi, tinh thể hoặc dạng bất kỳ.
- Đặc trưng bề mặt: Bao gồm diện tích bề mặt và khuynh hướng tích điện. Lực tónh
điện có ảnh hưởng xấu tới quá trình trộn.
Trang 6
- 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.
- 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.
- Tính kết dính: Các hạt cùng loại có khuynh hướng kết dính lại với nhau sẽ cản trở
quá trình trộn.
- Độ ẩm của vật liệu: Thường một lượng nhỏ chất lỏng được thêm vào để giảm bụi
hoặc đáp ứng một nhu cầu đặc biệt (chẳng hạn dầu cho mỹ phẩm). Hỗn hợp vẫn ở
trạng thái khô chứ không phải dạng nhão.

- Khối lượng riêng: Độ nhớt và sức căng bề mặt của chất lỏng thêm vào tại nhiệt độ
làm việc.
- Nhiệt độ giới hạn của vật liệu: Phải chú ý đến sự biến đổi nhiệt độ có thể xảy ra
(như nhiệt phản ứng).
Trước khi chọn lựa một máy trộn cần xem xét kỹ các tính chất trên của vật liệu đem
trộn.
2.3.3. Các quá trình xảy ra trong máy trộn (cơ chế của quá trình trộn) :
Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chòu 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 quá trình cơ bản xảy ra:
- Tạo ra các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng trộn cắt.
- Chuyển dòch một nhóm hạt từ vò trí này đến vò trí khác - trộn đối lưu.
- Thay đổi vò trí từng hạt riêng rẽ – trộn khuếch tán.
- Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bò – 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.
2.3.4. Đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp trộn :
Khi 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:
ba
a
C
A
+
=
và
ba
b

C
B
+
=
Trong hỗn hợp lý tưởng, C
A
và C
B
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 bò giới hạn, do đó trong hỗn hợp thực các thành phần C
A
và
C
B
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.
Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp thực ta có thể sử dụng 2 đại lượng sau:
Trang 7
a) Độ sai lệch bình phương trung bình :
Nếu trong phần thể tích V
i
của hỗn hợp thực có thành phần chất A là C
iA
và của chất B
là C
iB
, lúc đó “độ sai lệch bình phương trung bình” của hỗn hợp thực sẽ là:
1N

)CC(
s
N
1i
2
iAA
A
−
−
=
∑
=
1N
)CC(
s
N
1i
2
iBB
B
−
−
=
∑
=
Với N – số thể tích mẫu V
i
Như vậy s
A
và s

B
càng nhỏ thì mức độ đồng đều của hỗn hợp càng cao (càng gần với
hỗn hợp lý tưởng). Gía trò của s
A
và s
B
phụ thuộc cơ bản vào thời gian τ. Quan hệ đó được
biểu diễn như sau:
s
τ, h
b) Chỉ số trộn :
I
s
=
s
e
σ
Với
e
σ
: độ lệch chuẩn lý thuyết
n
CC
BA
e
=σ
⇒
∑
=
−

−
=
N
1i
2
iAA
BA
s
)CC(.n
)1N(CC
I
Với n : số hạt trong một thể tích mẫu hỗn hợp.
Như vậy I
S
càng lớn thì mức độ đồng đều của hỗn hợp trộn càng cao . Quan hệ giữa chỉ
số trộn I
S
và thời gian trộn τ được trình bày trên hình sau cho quá trình trộn cát và muối
trong máy trộn thùng quay:
Trang 8
I
S
τ, ph
Các lực chống lại quá trình trộn thường là lực tónh điện, luôn luôn hiện diện trong quá
trình trộn bột khô và có ảnh hưởng rất đáng kể. Các lực này có khuynh hướng chống lại
quá trình trộn hoàn toàn, khi thời gian trộn quá lâu, như trên hình vẽ cho thấy, quá trình sẽ
ngược lại, vật liệu khác nhau có khuynh hướng tách rời và các vật liệu cùng loại sẽ kết
dính lại.
3. DỤNG CỤ – THIẾT BỊ & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM :
3.1. Dụng cụ – thiết bò:

3.1.1. Máy nghiền :
Trong bài thí nghiệm này ta sử dụng máy nghiền mòn loại búa đúc nạp liệu chiều trục.
a) Cấu tạo :
Cấu tạo của máy gồm có 2 bộ phận chính là: vít tải và bộ phận nghiền.
Vít tải có tác dụng chuyển vật liệu vào bộ phận nghiền.
b) Nguyên tắc hoạt động của máy nghiền búa :
Vật liệu trong máy nghiền búa được nghiền nhỏ do sự va đập của búa vào vật liệu và
chà xát vật liệu giữa búa và thành máy. Các hạt vật liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ
hơn lỗ lưới phân loại sẽ đi ra ngoài, các hạt có kích thước lớn hơn lỗ lưới phân loại sẽ
được tiếp tục nghiền.
* Máy nghiền được gắn với một Ampere kế để đo cường độ dòng điện. Ngoài ra trong
quá trình thí nghiệm ta còn sử dụng thì kế để đo thời gian nghiền.
3.1.2. Máy rây :
Trong bài thí nghiệm này ta sử dụng máy rây rung.
a) Cấu tạo :
Gồm có 4 lưới rây: 0.25mm, 0.2mm, 0.16mm, 0.10mm và một rây cuối cùng kín để
hứng vật liệu.
c) Nguyên tắc hoạt động :
Sự rung động được tạo thành nhờ đối trọng quay. Các đóa có đối trọng được gắn lên
trục dẫn động của máy. Khi trục quay thì các đóa này gây nên lực quán tính làm cho thùng
sàng chuyển động theo các hướng khác nhau → ở lưới trên các hạt lớn được tách ra, còn ở
lưới dưới là các hạt nhỏ.
* Máy rây được gắn với một thì kế để điều chỉnh thời gian rây.
Trang 9
3.1.3. 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 các gối đỡ hay các trục được gắn
với thùng.

Trên thân máy có chế tạo một cửa để nhập và tháo vật liệu.
b) Nguyên tắc hoạt động :
Khi thùng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu trong thùng sẽ được nâng lên và
rơi xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu.
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 đònh thời gian
trộn.
3.1.4. 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:
3.2.1. 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 trò không tải → bấm thì kế
để xác đònh thời gian nghiền.
- Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền.
3.2.2. Thí nghiệm rây :
* Thí nghiệm xác đònh hiệu suất rây:
- Lấy 80g sản phẩm sau khi nghiền đem rây để xác đònh hiệu suất rây có kích thước
0,25mm.
- Rây 5 lần, mỗi lần 5 phút, cân lượng vật liệu lọt qua rây.
* Thí nghiệm xác đònh 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.
3.2.3. Thí nghiệm trộn :
- Cân 1,5 kg đậu xanh và 2,985 kg đậu nành.
- Cho vật liệu vào máy trộn, khởi động máy trộn, bấm thì kế xác đònh thời gian
trộn.

- Dừng máy tại mỗi thời điểm 5" , 15", 30", 60", 120", 300" và lấy mẫu.
- Lấy mẫu (8 mẫu) tại các điểm theo sơ đồ, đếm số hạt đậu xanh và hạt đậu nành có
trong mỗi mẫu.
Sơ đồ lấy mẫu :
1 2 3
4 5
6 7 8
Trang 10
4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM :
4.1. Thí nghiệm nghiền:
Công suất nghiền: P = 0.0825 (KW)
Hiệu suất máy nghiền: H = 8.37%
4.2. Thí nghiệm rây:
4.2.1. Xác đònh hiệu suất rây :
Lần rây Thời gian (phút) Khối lượng qua rây J
i
(g)
∑
J
i
(g)
1 5 47.3 47.3
2 5 0.6 47.9
3 5 0.2 48.1
4 5 0.1 48.2
5 5 0.1 48.3
Hiệu suất rây: E = 97.78%
Giản đồ 1: GIẢN ĐỒ ∑J
i
THEO SỐ LẦN RÂY

∑J
i
(g)
0 1 2 3 4 5 Số lần rây
Trang 11
47.2
47.3
47.9
48.1
48.2
48.3
48.375
4.2.2. Kết quả phân tích rây :
Kích thước rây
(mm)
Khối lượng trên rây
∆φ
(g)
Khối lượng tích lũy
φ
(g)
Phần khối lượng
tích lũy
Φ

0.25 32.2 32.2 32.2/ 80 = 0.40250
0.20 12.5 12.5 + 32.2 = 44.7 44.7/ 80 = 0.55875
0.16 6.6 6.6 + 44.7 = 51.3 51.3/ 80 = 0.64125
0.10 1.9 1.9 + 51.3 = 53.2 53.2/ 80 = 0.66500
D

pn
LogD
pn
∆φ
n
Log∆φ
n
0.25 -0.60206 32.2 1.50786
0.2 -0.69897 12.5 1.09691
0.16 -0.79588 6.6 0.81954
0.1 -1.00000 1.9 0.27875
Giản đồ 2: GIẢN ĐỒ Log∆φ
n
THEO LogD
pn

Trang 12
1.50786
1.09691
0.81954
0.27875
-0.5
0.20000
-0.60206-0.69897-0.79588-1.00000-1.10000
Log∆φ
n
LogD
pn
1.72000
Giản đồ 3: GIẢN ĐỒ PHÂN PHỐI TÍCH LŨY CỦA SỰ PHÂN PHỐI KÍCH THƯỚC

CỦA VẬT LIỆU TRÊN RÂY
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
4.3. Thí nghiệm trộn:
Gọi A là đậu nành và B là đậu xanh.
C
A
= 0.66555
C
B
= 0.33445
Tại thời điểm 5"
Mẫu
A B C
iA
(C
iA
– C
A
)
2
∑(C

iA
– C
A
)
2
n I
S
1
53 72 0.42400 0.05835
0.32068 834 0.07633
2
63 52 0.54783 0.01386
3
56 46 0.54902 0.01358
4
36 96 0.27273 0.15431
5
53 27 0.66250 0.00001
6
49 68 0.41880 0.06088
7
36 32 0.52941 0.01853
8
60 35 0.63158 0.00115
Trang 13
Φ
D
p
(mm)
Taùi thụứi ủieồm 15"

Maóu
A B C
iA
(C
iA
C
A
)
2
(C
iA
C
A
)
2
n I
S
1
49 40 0.5505
6
0.01322
0.16509 698 0.11628
2
60 41 0.59406 0.00511
3
41 41 0.5000
0
0.02741
4
37 41 0.47436 0.03655

5
49 54 0.47573 0.03603
6
41 45 0.47674 0.03565
7
53 40 0.56989 0.00915
8
41 25 0.62121 0.00197
Taùi thụứi ủieồm 30"
Maóu
A B C
iA
(C
iA
C
A
)
2
(C
iA
C
A
)
2
n I
S
1
43 68 0.38739 0.07737
0.37458 914 0.06746
2

46 66 0.41071 0.06494
3
58 63 0.47934 0.03467
4
53 62 0.46087 0.04189
5
62 53 0.53913 0.01598
6
54 62 0.46552 0.04001
7
51 67 0.43220 0.05445
8
48 58 0.45283 0.04525
Taùi thụứi ủieồm 60"
Maóu
A B C
iA
(C
iA
C
A
)
2
(C
iA
C
A
)
2
n I

S
1
51 65 0.43966 0.05103
0.48240 969 0.05773
2
63 74 0.45985 0.04231
3
69 57 0.54762 0.01391
4
34 73 0.31776 0.12096
5
66 73 0.47482 0.03638
6
31 103 0.23134 0.18854
7
56 34 0.6222
2
0.00188
8
60 60 0.5000
0
0.02741
Taùi thụứi ủieồm 120"
Maóu
A B C
iA
(C
iA
C
A

)
2
(C
iA
C
A
)
2
n I
S
1
40 40 0.5000
0
0.02741
0.32746 825 0.07594
2
41 39 0.5125
0
0.02342
3
54 69 0.43902 0.05131
4
38 83 0.31405 0.12355
Trang 14
5
55 62 0.47009 0.03821
6
68 49 0.58120 0.00712
7
42 42 0.5000

0
0.02741
8
51 52 0.49515 0.02904
Tại thời điểm 300"
Mẫu
A B C
iA
(C
iA
– C
A
)
2
∑(C
iA
– C
A
)
2
n I
S
1
46 72 0.38983 0.07602
0.55810 1048 0.05161
2
45 89 0.33582 0.10872
3
67 61 0.52344 0.02020
4

62 94 0.39744 0.07189
5
54 60 0.47368 0.03681
6
48 96 0.33333 0.11037
7
46 88 0.34328 0.10386
8
59 61 0.49167 0.03024
Giản đồ 4: GIẢN ĐỒ CHỈ SỐ TRỘN THEO THỜI GIAN
5 15 30 60 100 120 300
Dựa vào giản đồ 4 ⇒ thời gian trộn thích hợp là 15".
Trang 15
τ (s)
I
S
0.11628
0.05161
0.05773
0.06746
0.07594
0
0.02
5. BÀN LUẬN :
Câu 1 : Bàn luận sự thích nghi của đònh luật Bond để tiên đoán công suất nghiền, đặc
biệt chú trọng về các giả thiết.
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 vò khối lượng chất rắn là không quá lớn và có
thể được dùng để ước tính cho quá trình nghiền thực với K

r
được xác đònh bằng
thực nghiệm trên máy nghiền cùng loại với máy nghiền thực. Vì có điều kiện ràng
buộc về năng lượng và việc xác đònh hệ số K
r
rất phức tạp do phải xác đònh hệ số
này ứng với một loại vật liệu và một loại máy nghiền xác đònh, 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 trò thực tế cao
do việc xác đònh hằng số K
k
khá phức tạp.
- Đònh luật Bond : đây là đònh luật có tính thực tế nhất trong việc tiên đoán công suất
nghiền. Vì chỉ số công W
i
đã bao gồm cả ma sát trong máy nghiền. Đồng thời nó
có giá trò 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,
đònh luật này rất thuận tiện cho việc tính toán.
Câu 2 : Nhận xét về hiệu suất rây và nghiền đo được. So sánh với kết quả trong sách.
Giải thích các sai biệt.
* Hiệu suất nghiền: H = 8.37%
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 ∆φ, để từ đó vẽ đồ thò và tính được D
p2
.
- 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 vò trí
đó vật liệu không lọt qua được.
- Nguyên nhân chủ quan:
• Do khối lượng vật liệu đem cân chưa được chính xác.
Trang 16
• 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 mòn 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 = 97.78%
Hiệu suất rây được tính toán dựa trên các kết quả đo:
- Khối lượng vật liệu lọt qua rây sau lần rây thứ nhất (J
1
).
- Khối lượng vật liệu có thể lọt qua rây J.a, được xác đònh 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.
Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả nghiền: (như đã trình bày trong phần
“Hiệu suất nghiền” ở Câu 2)
* Kết quả rây:
Độ tin cậy của kết quả rây là cao.
Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả rây:
- Độ ẩm của vật liệu rây thấp.
- Bề dày lớp vật liệu trên bề mặt rây vừa phải.
- Bề mặt rây phẳng.
- Do có lót lớp giấy ở rây dưới của rây 0.25mm nên khi cân ta chỉ cần đem cả tờ
giấy đi cân. Vì thế không có việc vật liệu còn bám lại trên rây, cho nên độ chính
xác sẽ cao.
- Do quá trình tính toán đơn giản hơn rất nhiều so với phần tính hiệu suất nghiền nên
giảm được nhiều sai số.
Bên cạnh đó còn một số các yếu tố làm giảm độ tin cậy của kết quả như: vật liệu mòn
dễ bay vào không khí, việc ước lượng J.a trên giản đồ 1 chưa được chính xác tuyệt đối,
… Nhưng các yếu tố này ảnh hưởng không đáng kể.
* Kết quả trộn:
Độ tin cậy của kết quả trộn là khá cao.
Các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả trộn:
Trang 17
- 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 đònh 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 vò 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.
Câu 4 : Nhận xét về cách lấy mẫu trong thí nghiệm trộn.
Mẫu trong thí nghiệm trộn được lấy tại 6 thời điểm khác nhau: 5" , 15", 30", 60", 120"
và 300". Tại mỗi thời điểm ta lấy 8 mẫu theo sơ đồ:
1 2 3
4 5
6 7 8
Ta phải lấy mẫu ở những vò trí như trên để 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 vò trí đều có sự phân bố các hạt như nhau, cho nên
ta phải lấy tại nhiều vò trí để tính trung bình của nó. Khối hạt chỉ có sự phân bố đồng đều
nhất tại một thời điểm nào đó trong quá trình trộn mà thôi.
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. PHỤ LỤC :
6.1. Tính toán thí nghiệm nghiền:
6.1.1. Xác đònh 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.
- Đối với hạt hình cầu:
6
D
D
D)6/(

S
V
tđ
2
tđ
3
tđ
=
π
π
=
- Kích thước trung bình của hạt gạo:
• Dài: L = 6mm
• Đường kính: D = 1.5mm
- Coi hạt gạo là hình trụ ⇒
D2L4
DL
D)2/(DL
LD)4/(
S
V
2
2
+
=
π+π
π
=
Nên:
5.162

65.13
DL2
DL3
D
D2L4
DL
6
D
tđ
tđ
+×
××
=
+
=⇔
+
=
= 2 (mm)
Vậy: D
p1
= D
tđ
= 2 (mm)
Trang 18
6.1.2. Giản đồ Log ∆φ
n
theo LogD
pn
:
Phương trình đường thẳng: Log∆φ

n
= (b+1)LogD
pn
+ logK’ (*)
Dựa vào giản đồ 2 ⇒ (*) đi qua 2 điểm (-1.1; 0) và (-0.5; 1.72)
Nên:



=
=
⇔



=
=+
⇔



=++×−
=++×−
15333.3
10'K
86667.1b
15333.3'LogK
86667.21b
72.1'LogK)1b(5.0
0'LogK)1b(1.1

Mà: K’=
1b
)1r(K
1b
+
−
+
Với: r =
25.1
2.0
25.0
D
D
pn
1pn
==
−
Suy ra: K =
)125.1(
86667.210
)1r(
)1b('K
86667.2
15333.3
1b
−
×
=
−
+

+
= 4554.72
6.1.3. Giản đồ phân phối tích lũy của sự phân phối kích thước của vật liệu trên rây :
Phương trình vi phân:
b
p
p
KD
dD
d
=
φ−
⇔
∫∫
−=φ
p
b
p
dDDKd
⇔ φ =
CD854.1588CD
86667.2
72.4554
CD
1b
K
86667.2
p
1b
p

1b
p
+−=+
−
=+
+
−
++
φ : khối lượng tích lũy trên kích thước D
p
, g
Gọi Φ là phần khối lượng tích lũy trên kích thước D
p

'CD86.19
80M
86667.2
p
+−=
φ
=
φ
=Φ⇒
Khi D
p
= 0 thì Φ = 1 ⇒ C’ = 1
⇒
1D86.19
86667.2
p

+−=Φ
⇒
34884.0
p
86.19
1
D






−
−Φ
=
Theo đònh luật Bond : D
p2
là kích thước của hạt vật liệu sau khi nghiền sao cho có 80%
khối lượng lọt qua rây ⇒ Phần khối lượng tích lũy Φ = 20% = 0.2
⇒
34884.0
2p
86.19
12.0
D







−
−
=
≈ 0.326 (mm)
6.1.4. Tính công suất nghiền :
Công suất để nghiền vật liệu (nghiền khô) có kích thước D
p1
đến kích thước D
p2
là:
P =
×
3
4
19W
i
(
2p
D
1
-
1p
D
1
)T (KW)
Trong đó:
• W
i

– chỉ số công. Theo đề bài, Wi = 13KW.h/tấn.
• T – năng suất nghiền, tấn/ phút
Với: T =
t
M
• M – khối lượng vật liệu đem nghiền, tấn
• t – thời gian nghiền, phút
• D
p1
, D
p2
– kích thước của nguyên liệu và sản phẩm, mm
Trang 19
Nên: P =
×
3
4
19
×
13

×





326.0
1
-




2
1

60/50
10200
6−
×
×
= 0.0825 (KW)
6.1.5. Tính hiệu suất máy nghiền :
Công suất tiêu thụ cho động cơ của máy nghiền: P’ = U.I.cosϕ
Trong đó:
• U – điện thế, V
• I – cường độ dòng điện lúc có tải cực đại, A
• cosϕ - hệ số công suất
Nên: P’ = 220 x 5.6 x 0.8 = 985.6 (W) = 0.9856 (KW)
Vậy hiệu suất của máy nghiền:
%37.8%100
9856.0
0825.0
%100
'P
P
H =×=×=
6.2. Tính toán thí nghiệm rây:
6.2.1. Giản đồ ∑ J
i

theo số lần rây:
Dựa vào giản đồ 1 ⇒ Đường cong tiệm cận đến đường thẳng ∑J
i
= 48.375
Nên: F.a = 48.375
6.2.2. Tính hiệu suất rây :
%100
375.48
3.47
%100
a.F
J
E
1
×=×=
= 97.78%
6.3. Tính toán thí nghiệm trộn:
Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng là:
66555.0
5.1985.2
985.2
ba
a
C
A
=
+
=
+
=

C
B
= 1 – C
A
= 0.33445
Chỉ số trộn:
∑
=
−
−
=
N
1i
2
iAA
BA
s
)CC(.n
)1N(CC
I
Trong đó:
• N – số thể tích mẫu V
i
. Trong bài thí nghiệm này thì N = 8.
• n – là số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO :
[1]. Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bò trong Công Nghệ Hóa Học –
Tập 2: Cơ học vật liệu rời”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1998, 233tr.
Trang 20