Quá trình và thiết bị làm nhỏ định hình

CHƯƠNG 5
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ LÀM NHỎ - ĐỊNH HÌNH
5.1. Q trình và thiết bị làm nhỏ
5.1.1. Q trình làm nhỏ
5.1.1.1. Khái niệm
Quá trình làm nhỏ nguyên liệu là q trình gia cơng cơ học
nhằm phá vỡ cơ cấu nguyên liệu, chuyển chúng sang dạng nhỏ hơn.
Quá trình này được thực hiện bằng các phương pháp: nghiền, cắt,
thái, chà, đồng hóa,… khi chọn phương pháp thực hiện phải chú ý
đến yêu cầu của dạng nguyên liệu cần làm nhỏ và trạng thái vật lý,
tính chất cơ học của nguyên liệu.
1


5.1.1.2. Các phương pháp làm nhỏ
 Đập nghiền
 Cắt thái
 Chà
 Đồng hóa

2


5.1.2. Máy thiết bị làm nhỏ
5.1.2.1. Máy nghiền
Trong các dây chuyền sản xuất của nhiều ngành cơng
nghiệp cần có ngun liệu ở dạng hạt nhỏ để cung cấp cho các công
đoạn chế biến. Máy nghiền là các máy làm nhỏ kích thước vật liệu ban đầu.
Các loại máy nghiền đều nghiền nhỏ vật liệu bằng một hoặc vài dạng
tác dụng cơ học.
Các phương pháp tác dụng bao gồm: 1. va đập, 2. nén ép, 3. mài mòn,

4. cắt. Tùy theo yêu cầu và tính chất cơ lý của vật liệu mà chọn phương pháp
nghiền thích hợp.
Trong q trình nghiền, ngun liệu chịu tác dụng lực sẽ bị biến dạng
đàn hồi, sau đó, khi vuợt quá biến dạng đàn hồi, nguyên liệu sẽ bị phá hủy
thành nhiều thành phần mới có kích thước nhỏ hơn. Như vậy cơng cần thiết
cho q trình nghiền bao gồm cơng làm biến dạng vật liệu và cơng để làm nhỏ
kích thước vật liệu. Cơng biến dạng phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu,
cịn cơng làm nhỏ vật liệu phụ thuộc vào mức độ nghiền, mức độ nghiền
càng lớn, công tiêu tốn càng nhiều. Số hạt mới sinh ra tỉ lệ theo cấp số nhân
với mức độ nghiền.
3


Kích thước hạt bột sau khi nghiền

4


1. Máy nghiền búa
Tùy theo kích cỡ vật liệu đem nghiền, kích thước yêu cầu của sản
phẩm và căn cứ vào độ cứng vật liệu, vào yêu cầu thoát và vận chuyển
sản phẩm v.v.. để chọn lọai máy nghiền thích hợp, sao cho đạt năng suất
mà chi phí năng lượng lại thấp. Do đó nhiều loại máy nghiền có kết cấu
khác nhau từ đơn giản đến phức tạp đã được chế tạo.

5


Máy nghiền búa và hình dạng các loại búa nghiền

6


Cấu tạo máy nghiền búa gồm một roto, trên roto có các cánh búa. Cánh búa
có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ theo yêu cầu nghiền và cơ lý tính của nguyên vật
liệu. Roto quay trên một vỏ máy được làm bằng gang đúc, có chỗ lắp lưới hoặc toàn
bộ xung quanh là lưới.
Loại đúc bằng gang bên trong thường lắp gờ.
Loại bao xung quanh là lưới bên trong có gờ hoặc khơng.
Ngun liệu cần nghiền cho vào bên trong máy qua cửa nạp liệu. Do sự va
đập của vật liệu với các cánh búa đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ
biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có kích thước nhỏ hơn. Ngồi ra khi
ngun liệu ban đầu có kích thước lớn, cịn có thêm sự chà xát của vật liệu với thành
trong của máy. Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên liệu giảm
kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài. Các hạt vật liệu nhỏ
lọt qua lưới tự thốt ra ngồi hoặc được quạt hút ra khỏi máy, còn các hạt vật liệu to
chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ. Ðể nghiền được, động năng
của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu. Do vậy, khi
nghiền vật liệu lớn cần có trọng lượng búa lớn, cịn khi nghiền vật liệu nhỏ cần búa
nhẹ hơn. Trong trường hợp vật liệu nghiền kích thước khơng đều hoặc q cứng,
người ta dùng loại có cánh búa xếp. Ưu điểm của cánh búa loại này là có thể xếp
được khi qua tải hoặc vật cứng; khi vượt qua tải hay vật cứng này, cánh búa sẽ mở
ra nhờ lực ly tâm.
7


Nguyên liệu có thể được đưa vào máy theo hướng tâm trục hay có thể
nhập liệu theo phương tiếp tuyến với rô to. Phương pháp này không được
thuận lợi lắm do nguyên liệu có thể bị văng lên theo đường nhập liệu. Trong
q trình nghiền, nếu lỗ lưới bị bít, vật liệu khơng thốt ra được, năng suất sẽ

giảm rất nhiều hoặc bằng 0. Vì vậy để máy hoạt động tốt thì vật liệu nghiền
khơng được làm bít lỗ lưới. Máy nghiền búa thường không làm việc được các
loại vật liệu ẩm, dẻo, hoặc bám dính.

8


Máy nghiền búa

9


Các máy nghiền búa có số búa ít, trọng lượng của mỗi búa G=200-700
N, rôto quay chậm với tốc độ vịng khoảng 15-25 m/s thì thường dùng để
nghiền thơ và vừa để được hạt sản phẩm có kích thước d>20mm. Các máy
nghiền búa có trọng lượng mỗi búa G=30-50 N vận tốc vòng khoảng 2560m/s dùng nghiền nhỏ để được sản phẩm có kích thước d<1-5mm. Với máy
nghiền có nhiều búa trọng lượng mỗi búa G=5-10 N và vận tốc rất lớn tới
100 m/s dùng để nghiền mịn hạt sản phẩm đạt kích thước d= 10-100 μm.
Máy nghiền búa khi hoạt động tạo ra luồng khơng khí rất lớn, giúp hạt
sau khi nghiền qua lỗ lưới dễ dàng. Tuy nhiên, sau khi ra khỏi máy cần phải
có hệ thống lắng để thu hồi sản phẩm. Với các sản phẩm nghiền thường dùng
cyclon lắng và túi thu hồi bằng vải.
Với hệ thống lắng bằng xyclon thường sử dụng một xyclon lớn dùng
lắng các hạt có kích thước lớn và một cyclon nhỏ để lắng bụi trước khi cho
khơng khí thải ra ngồi.
Hạt sau khi nghiền có kích thước trung bình nhỏ hơn nhiều so với kích
thước lỗ lưới. Khi cần thay đổi độ mịn của sản phẩm nghiền, có thể thay lưới
có kích thước lỗ thích hợp.

10

2. Máy nghiền răng
Nguyên lý tương tự máy nghiền búa, sử dụng động năng đang quay của các
răng lắp trên đĩa để đập nguyên liệu. Về cấu tạo, bao xung quanh rơto là lưới, do
đó diện tích lưới của máy nghiền răng lớn hơn rất nhiều so với máy nghiền búa.
Rơto là một đĩa phẳng có gia cơng các răng sắp xếp theo đường trịn đồng tâm ở
các vị trí khác nhau sao cho khi đóng nắp máy lại hàng răng cố định trên nắp máy
nằm giữa 2 hàng răng quay trên rôto. Răng trên rôto sẽ quay theo khe giữa 2 hàng
răng cố định. Răng gắn trên rôto bằng cách đúc liền hay bắt bằng các vít cấy phía
sau. Đầu răng và nắp máy càng gần (khe hở hẹp) nghiền càng mịn.
Nguyên liệu được cho vào giữa tâm máy, bị răng quay đập nhiều lần. Nguyên
liệu đập vào hàng răng quay thứ nhất, sau đó đập qua hàng răng cố định đi ra ngoài
và đập vào hàng răng quay kế tiếp... Cứ tiếp tục cho đến khi nào kích thước nhỏ
hơn kích thước lỗ lưới (thường ra khỏi hàng răng cuối cùng) sẽ theo lỗ lưới ra
ngồi. Nếu kích thước sau khi ra khỏi các hàng răng vẫn còn lớn hơn kích thước lỗ
lưới, hạt sẽ tiếp tục bị đập nhỏ ở hàng răng cuối.
Số vịng quay của rơto rất lớn: 3000 - 6000 vịng/phút, do đó động năng va
đập rất lớn, khả năng nghiền mịn tăng. Máy nghiền răng cũng có thổi khí nhưng ít
hơn máy nghiền búa nên năng suất cao hơn (thổi khí ít, lắng bụi nhanh).Tuy nhiên,
máy nghiền răng chỉ nghiền hạt có kích thước nhỏ, đồng đều trong khi máy nghiền
búa có thể nghiền hạt có kích thước nhỏ, lớn đồng thời.
11


Máy nghiền răng
1.Trục nghiền
2.Đĩa răng cố định
3.Đĩa răng quay
4.Lưới

5.Cửa điều chỉnh nạp liệu
6.Ống nạp liệu

12



Máy nghiền răng

14


3. Máy nghiền đĩa


Máy có trục thẳng đứng làm quay đĩa trên

 Máy có trục thẳng đứng làm quay đĩa dưới
 Máy có trục nằm ngang làm quay 1 đĩa
 Máy có trục nằm ngang làm quay cả 2 đĩa.

15


Máy nghiền đĩa (tiếp)
Máy nghiền đĩa để nghiền bột với mức độ nghiền vừa và mịn. Máy gồm
có hai đĩa nghiền được lắp trong vỏ máy, giữa hai đĩa là khe nghiền có thể
điều chỉnh được bằng cách dịch chuyển một trong hai đĩa. Vật liệu được cho
vào khe nghiền qua lỗ nạp liệu ở tâm đĩa và bị nghiền nhỏ khi di chuyển trong
khe nghiền từ tâm ra đến phía chu vi của đĩa.

Các đĩa nghiền thường được chế tạo bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp
vô cơ cứng. Do lực liên kết của các đĩa đá kém hơn đĩa kim lọai nên phải làm
thêm đai thép và thường cho đĩa đá làm việc với vận tốc vòng là 10m/s đối với
trục quay thẳng đứng, tới 18m/s đối với trục quay nằm ngang. Đĩa gang đúc
thì vận tốc vịng có thể tới 28m/s cịn đĩa thép đúc đạt tới 68m/s.
Đĩa nghiền đảm bảo các yêu cầu bề mặt nghiền cần có độ cứng cao, độ
nhám lớn, cơ tính đồng đều trên toàn bộ bề mặt đĩa nghiền để khi làm việc thì
mịn đều, khơng bị sứt mẻ. Loại đĩa nghiền bằng đá thường được chế tạo từ
hỗn hợp các loại bột oxít kim loại cứng.
Ðể tăng khả năng nghiền của đĩa, tăng khả năng vận chuyển bột ra khỏi
khe nghiền và tăng điều kiện thơng gió vv... người ta thường gia cơng mặt đĩa
thành các vành, các rãnh chìm trên hai mặt đĩa. Các rãnh có 2 dạng: cong hoặc
thẳng.
16


Nguyên lý hoạt động máy nghiền đĩa
Hạt nghiền từ hộp cấp liệu 1
chảy qua nam châm tách vụn sắt
2 rồi chảy xuống vít xoắn 4. Vít
có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang
nghiền của cặp đĩa nghiền 6 và
7. Đĩa nghiền 6 cố định còn đĩa
nghiền 7 được lắp với trục quay
do puli 9 dẫn động. Bột nghiền
được cần gạt 8 đẩy vào cửa tháo
liệu.
Khe hở nghiền được điều
chỉnh bằng cần 5. Từ trục quay
còn truyền động bằng đai lên cơ

cấu tháo liệu 11 của hộp chứa
liệu 1. Cửa quan sát 3 vừa để
theo dõi lớp hạt chảy xuống đĩa
nghiền, vừa để lấy vụn sắt.
17


Máy nghiền đĩa

18


Đĩa nghiền

19


Năng suất máy nghiền đĩa

Trong đó :
q0 - Năng suất riêng trên 1m2 bề mặt đĩa làm việc trong 1 giờ T/m2 h.
Với thóc q0 = 1,6 T/m2 h
D - đường kính lớn nhất của mặt làm việc của đĩa .m
K = D/d = 1,3 - 1,7: tỉ số giữa đường kính lớn và nhỏ của đĩa
nghiền .
v - Vận tốc vòng của đĩa quay, thường lấy v =12,5 - 15 m/s
20