tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của dạng răng đĩa nghiền tới chất lượng bột nghiền và năng lượng tiêu thụ trên các máy nghiền bột giấy dạng đĩa


1. Tính cấp thiết của đề tài.
Nghiền bột là một trong những công đoạn đặc biệt quan trọng trong công nghệ
sản xuất giấy. Rất nhiều tính chất cơ học, tính chất vật lý và thẩm mỹ của tờ giấy phụ
thuộc vào giai đoạn này.
Các máy nghiền bột giấy chủ yếu từ 2 loại: máy nghiền côn và máy nghiền
dạng đĩa, mỗi loại máy đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, luận văn này chi
tập trung vào máy nghiền bột giấy dạng đĩa.
Có nhiều bộ phận trên máy nghiền tham gia trực tiếp vào quá trình nghiền bột
giấy, tuy nhiên bộ phận quan trọng nhất, cũng đồng thời tiêu hao nhiều năng lượng
nhất, quyết định tới chất lượng bột nghiền chính là vùng nghiền, đây là không gian
giữa hai đĩa nghiền với khoảng cách nhất định và sự phân bố các răng và rãnh trên
từng đĩa nghiền.
Đĩa nghiền là chi tiết chính của máy nghiền. Trong quá trình nghiền, đĩa nghiền
tác động trực tiếp lên vật liệu sợi. Bề mặt làm việc của đĩa nghiền được đặc trưng bởi
số lượng, kích thước của các dao, các rãnh và sự phân bố của rãnh trên bề mặt đĩa.
Cùng với tốc độ quay của rotor và công suất tiêu thụ, các tham số của đĩa nghiền quyết
định chất lượng của hỗn hợp nghiền, năng suất nghiền và những chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật khác khi nghiền nguyên liệu bột giấy.
Thiết kế và chế tạo đĩa nghiền bột giấy là một vấn đề phức tạp đã được quan
tâm nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên, vấn đề lựa chọn kết cấu đĩa nghiền phù hợp
với một quá trình nghiền cụ thể vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện.
Cho tới hiện nay, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về khu vực nghiền được công
bố trên các tạp chí quốc tế chuyên ngành về giấy và thiết bị ngành giấy, tuy nhiên do
tính phức tạp của vùng nghiền, cho nên các nghiên cứu đều chủ yếu dựa vào thực
nghiệm với một số ít các nghiên cứu lý thuyết. Vì vậy mỗi một thay đổi của khu vực
nghiền đều cần phải được nghiên cứu và lựa chọn cẩn thận trước khi sử dụng.
Hiện tại, chưa có các nghiên cứu về các thông số vùng nghiền được tiến hành ở
nước ta, do đó nghiên cứu này chắc chắn sẽ gặp rất nhiều khó khăn, do thiếu thiết bị
thí nghiệm và các kết quả nghiên cứu tương tự trong nước trước đó.
Vì vậy đề tài được lựa chọn là: “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của

1
dạng răng đĩa nghiền tới chất lượng bột nghiền và năng lượng tiêu thụ trên các
máy nghiền bột giấy dạng đĩa”.
Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu một số thông số chủ yếu đặc trưng cho
quá trình nghiền trên máy nghiền dạng đĩa như chiều rộng răng và tốc độ nghiền.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chính yếu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng kích thước răng đĩa
nghiền tới chất lượng bột nghiền.
- Mục tiêu thứ hai là nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ nghiền tới công suất tiêu thụ
khi nghiền.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Thay đổi các tham số đầu vào của quá trình nghiền: kích thước răng, tốc độ
quay của đĩa nghiền.
- Đo các chỉ tiêu cơ lý của bột giấy sau nghiền: Bằng các máy đo chuyên dụng
của Viện nghiên cứu Công nghệ giấy và Xenluylô.
- Đo công suất tiêu thụ: Bằng thiết bị đo chuyên dụng của Trường đại học Giáo
thông – Vận tải.
- Hệ thống thiết bị thí nghiệm: Sử dụng máy nghiền đĩa đơn (một dĩa quay một
đĩa cố định).
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về bột giấy và quá trình nghiền bột giấy.
- Tổng quan về máy nghiền bột giấy dạng đĩa.
- Các dạng đĩa nghiền: đặc điểm về hình dáng hình học, ưu nhược điểm của một
số dạng đĩa nghiền đang được sử dụng hiện nay ở nước ta và thế giới.
- Thiết kế, chế tạo một vài dạng đĩa nghiền: Thực hiện chế tạo tại Công ty
Z131- Bộ Quốc phòng.
- Thực nghiệm nghiền bột giấy trên hệ thống thiết bị thí nghiệm và đo các thông
số của bột giấy và công suất tiêu thụ.
- Phân tích kết quả thực nghiệm và kết luận.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a. Ý nghĩa khoa học
- Xác định ảnh hưởng đĩa nghiền tới chất lượng bột giấy sau nghiền;
- Xác định ảnh hưởng của răng đĩa nghiền cùng với chế độ nghiền tới công suất
2
tiêu thụ khi nghiền.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài đã giải quyết được vấn đề chế tạo đĩa nghiền cho một loại nguyên liệu
đầu vào. Đây là cơ sở kỹ thuật ban đầu để các nhà máy giấy nhỏ và vừa có thể áp dụng
để nâng cao năng suất, chất lượng bột nghiền.
6. Bố cục luận văn:
Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, kết cấu luận văn gồm:
Chương 1: Tổng quan về nghiền bột giấy
Chương 2: Đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Thiết kế thí nghiệm nghiền bột giấy trên máy nghiền dạng đĩa
Chương 4: Thực nghiệm và xử lý kết quả nghiên cứu
3


 !"#$ %&'()
Giấy là vật phẩm rất quan trọng, nó liên quan đến tất cả mọi hoạt động của con
người, là người bạn đồng hành của con người trong suốt tiến trình lịch sử phát triển của
nền văn minh nhân loại. Một xã hội càng phát triển thì nhu cầu về sử dụng giấy càng
lớn. Theo như số liệu điều tra của các tổ chức trên thế giới thì lượng giấy tiêu thụ đối
với các nước phát triển là 300 kg/người/ năm, còn đối với các nước đang phát triển thì
con số này là 10 kg/ người/ năm. Chính vì vậy, nền công nghiệp sản xuất giấy và bột
giấy liên tục phát triển và mở rộng không ngừng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy
ngày càng tăng không chỉ riêng về số lượng mà cả chủng loại, nhất là đối với các nước
đang phát triển như Việt Nam. Trước đây, các sản phẩm từ bột giấy chủ yếu chỉ là giấy
báo và giấy viết nhưng ngày nay do nhu cầu của thị trường sản phẩm giấy đa dạng hơn,
nên các loại khác như giấy in, giấy vệ sinh, giấy bao bì và giấy gói cũng là những sản

phẩm quan trọng của ngành công nghiệp giấy Việt Nam.
Để sản xuất giấy, giai đoạn chuẩn bị bột giấy thông qua quá trình nghiền bột
trên các máy nghiền là quan trọng nhất. Đây là giai đoạn có ý nghĩa quyết định đối với
chất lượng sản phẩm giấy được tạo thành.
*#+,-()
Vị trí của giai đoạn nghiền trong quy trình sản xuất giấy được chỉ ra ở hình 1.1.
4
./ 01

2 -34
5678 
!)97&!

,-()-%

5678:;
<)-34
,--<)
-34
#
+,-
=-3,
'>;
()
-$'<?
;@1A+#?B-C
C !,C 4-
51A()C
D'E()
Hình 1.1. Quy trình sản xuất giấy

Quy trình sản xuất giấy đầy đủ được bắt đầu từ việc chuẩn bị, xử lý cây nguyên
liệu bằng phương pháp hóa hoặc phương pháp cơ, ra bột thô, tẩy trắng, nghiền, trộn
phụ gia, xeo, ép, sấy, gia keo bề mặt, cán, cuộn cắt để tạo thành giấy thành phẩm.
*F 7AG?)#0H E6I>'J+K$ %&'()
*F)#$L;
Máy nghiền Hà Lan là kiểu máy nghiền bột giấy dạng bể. Trong bể có cơ cấu
công tác là lô dao bay quay trên các gối đỡ và bộ dao đế cố định ở đáy bể. Lô dao bay
quay trên các gỗi đỡ ở phía trên bộ dao đế. Bộ dao đế là những hộp chứa dao cố định,
mỗi hộp dao có từ 1 ÷ 3 hộp dao (Hình 1.5).
*F*)# %
Máy nghiền côn là máy nghiền dùng để nghiền liên tục các bán thành phẩm xơ
sợi. Các máy nghiền côn khác nhau ở cách bố trí trục chính, góc côn, hướng chuyển
động của bột giấy trong máy, roto hay stato xê dịch được Trong đó, máy nghiền côn
trục ngang là loại máy được sử dụng phổ biến nhất (Hình 1.6).
MFF)#0N;
Các máy nghiền dạng đĩa chiếm ưu thế hơn các dạng thiết bị nghiền khác nhờ
một loạt ưu điểm mà ưu điểm chủ yếu là khả năng nghiền ở nồng độ cao (đến 40%),
chi phí năng lượng riêng thấp, năng suất cao, cấu tạo nhỏ gọn, đơn giản hơn so với các
máy cùng công suất, phạm vi sử dụng rộng hơn (nghiền xenlulôzơ, nghiền các bán
thành phẩm, nghiền vụn gỗ…), khả năng thu được khối bột đồng đều hơn về cấu trúc
nhờ sự lắp ghép các bề mặt nghiền chính xác hơn và nhờ sự bảo toàn được vị trí song
song của các bề mặt đó khi làm việc, việc giám sát và thay thế các phụ tùng nghiền
đơn giản, có khả năng dùng các bộ phụ tùng nghiền khác nhau [12,13].
FMN;#+,-()
Trong các yếu tố của hệ thống công nghệ phải kể đến một yếu tố quan trọng, là
chi tiết chính của máy nghiền, đó chính là đĩa nghiền. Trong quá trình nghiền, đĩa
nghiền tác động trực tiếp lên vật liệu sợi. Bề mặt làm việc của đĩa nghiền được đặc
trưng bởi số lượng, kích thước của các dao, của các rãnh, và sự phân bố của rãnh trên
bề mặt đĩa [17]. Cùng với tốc độ quay của đĩa rotor và công suất tiêu thụ, các tham số
của đĩa nghiền quyết định chất lượng của hỗn hợp nghiền, năng suất nghiền và những

chỉ số kinh tế kỹ thuật khác khi nghiền bột nguyên liệu giấy.
5
Hình dạng của dao nghiền là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến các tính
chất của bột giấy. Các thành phần cơ bản của dao nghiền gồm: Lưỡi dao, chiều rộng,
chiều sâu của dao, chiều rộng rãnh dao, góc dao.
Hình dạng bề mặt dao nghiền trên đĩa nghiền có ảnh hưởng quan trọng đến các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật nghiền của bột giấy. Để nghiền các loại bột giấy khác nhau có
rất nhiều hình dạng dao nghiền. Cách thức bố trí và profin của dao thường được sử
dụng chỉ ra ở hình 1.13.
Theo [12,13], profin theo dạng (I) có mép răng sắc phù hợp với việc cắt ngắn
xơ ở giai đoạn nghiền thứ nhất; ngược lại, với các kiểu profin dao nghiền II và III thì
phù hợp với quá trình nghiền nhằm phân tơ, chổi hóa và trương nở của bột giấy trong
nước ở giai đoạn nghiền thứ hai.
Mặt khác, việc bố trí vị trí răng nghiền trên bề mặt đĩa sẽ ảnh hưởng đến chế độ
vận chuyển bột trong vùng nghiền, thời gian bột được xử lý trong vùng nghiền do đó
nó ảnh hưởng đến cả chất lượng bột và sự tiêu thụ năng lượng khi nghiền.
Theo [12], một số dạng bố trí răng nghiền được minh họa như hình 1.14.
6
Hình 1.12: Các yếu tố cơ bản của đĩa nghiền bột giấy
Hình 1.13. Các dạng Profin của dao nghiền
Theo đó, kiểu (II), (III), (VI), (IX) thích hợp để nghiền mảnh và bán thành
phẩm hiệu suất cao ở giai đoạn nghiền đầu tiên; kiểu (I), (IV), (V), (VII) và (VIII)
thích hợp nghiền bột và bán thành phẩm hiệu suất cao trong giai đoạn nghiền thứ hai.
Đối với nghiền ở giai đoạn hai thì theo kinh nghiệm sản xuất, bố trí dao kiểu (III) và
(I) là nhiều ưu điểm hơn cả.
Việc bố trí răng đĩa nghiền theo kiểu (I) và kiểu (III) được minh họa cụ thể hơn
ở hình 1.15.
Đĩa
nghiền
được thiết kế theo kiểu III (hình 1.14.a), các răng trên bề mặt đĩa được bố trí không

song song với nhau mà tạo với phương bán kính một góc không đổi. Đĩa nghiền được
thiết kế theo kiểu I (hình 1.14.b), trên bề mặt đĩa, răng và rãnh nghiền được bố trí
thành các quạt răng và song song với nhau và tạo với phương bán kính một góc không
đổi. Trong đó, cách bố trí như hình 1.14a được sử dụng phổ biến nhất vì sự thuận lợi
trong quá trình chuyển động của khối bột đến các dao nghiền và sự thuận lợi cho quá
trình gia công chế tạo đĩa.
7
a) b)
Hình 1.14. Các thiết kế đĩa truyền thống
a. Các răng không song song, có góc tạo với phương hướng kính bằng hằng số
b. Các răng song song với nhau
Hình 1.14: Các kiểu bố trí dao nghiền
OK-7!P 
Từ những phân tích trên có thể rút ra những nhận định cơ bản sau:
Giấy là vật phẩm rất quan trọng đối với sự phát triển của mỗi quốc gia. Một xã
hội càng phát triển thì nhu cầu về sử dụng giấy càng lớn. Việt Nam là nước đang phát
triển nên nhu cầu giấy không ngừng tăng cao. Tuy nhiên, thực tế nền công nghiệp giấy
và bột giấy ở Việt Nam còn nhiều khó khăn, đặc biệt là trình độ công nghệ đang ở mức
dưới trung bình của thế giới. Sự lệ thuộc vào máy móc, thiết bị nhập khẩu, nguyên liệu
bột nhập khẩu làm giảm mạnh sức cạnh tranh của ngành công nghiệp giấy Việt Nam;
Trong quá trình sản xuất giấy, nghiền bột là khâu quan trọng nhất có ý nghĩa
quyết định đến chất lượng giấy. Quá trình nghiền gồm hai giai đoạn: Giai đoạn nghiền
sơ cấp chủ yếu thực hiện quá trình tách xơ sợi và cắt ngắn xơ sợi; giai đoạn nghiền thứ
cấp chủ yếu thực hiện việc phân tơ chổi hóa xơ sợi. Để thực hiện quá trình nghiền thứ
cấp, máy nghiền được sử dụng phổ biến là máy nghiền dạng đĩa, trong đó loại máy cơ
bản nhất là máy nghiền bột giấy dạng đĩa đơn với một đĩa nghiền quay và một đĩa
nghiền cố định;
Quá trình nghiền hiệu quả phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vật liệu nghiền,
số lượng dao nghiền, chiều dài cắt của đĩa nghiền, chiều dài giao nhau giữa các dao
trên đĩa roto và đĩa stato, yêu cầu của sản phẩm giấy.v.v Những yếu tố này phụ thuộc

vào góc nghiêng dao nghiền, chiều rộng dao, chiều rộng rãnh dao nghiền, tốc độ máy
nghiền, khe hở giữa các đĩa nghiền Tất cả các thông số này đều cần được xem xét cẩn
thận cho mỗi quá trình nghiền.
Việc nhập khẩu gần 100% thiết bị làm cho ngành giấy Việt Nam thụ động và
chi phí hàng năm dành cho việc nhập ngoại phụ tùng nghiền thay thế rất lớn do đó làm
hạn chế năng lực cạnh tranh của toàn ngành. Việc nghiên cứu để xác định các thông số
của máy nghiền và đĩa nghiền hợp lý nhằm đạt được những chỉ tiêu kỹ thuật tối ưu về
năng suất, chất lượng và giảm mức tiêu thụ điện năng là vấn đề quan trọng đối với
ngành công nghiệp giấy và bột giấy.
Những kết luận trên mang tính định hướng cho việc nghiên cứu nhằm nâng cao
hiệu quả nghiền bột giấy và làm cơ sở khoa học để ứng dụng trong các cơ sở sản xuất
giấy và bột giấy.
8
*
QRSTUVRWXTU
*=-H9 Y!
*LZ; ["P-7&!#-\&?
Để nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của các thông số hình học của đĩa
nghiền đến chất lượng bột giấy và năng lượng tiêu hao của quá trình nghiền, trong đề
tài lựa chọn vật liệu nghiền thí nghiệm là bột gỗ thông trên máy nghiền đĩa đơn. Theo
[2], loại bột gỗ thông này có thành phần hóa học như sau:
B ng 2.1: c i m c a nguyên li u thí nghi mả Đặ để ủ ệ ệ
Cây nguyên liệu
Thành phần hóa học (%) Kích thước xơ sợi
trung bình
Xenlulo Lignin Pentozen Tro Chiều
dài sợi
D (mm)
Chiều
rộng sợi

R (μm)
Tỷ lệ
D/R
Thông 44.8 26.9 14.0 0.14 3.40 43.1 79
Bột gỗ thông được đưa vào giai đoạn nghiền thứ cấp đã được xử lý và đạt độ
nghiền ban đầu là từ 8-10
0
SR. Để đạt được yêu cầu sau khi qua máy nghiền đĩa đơn thì
bột phải có độ nghiền từ 19-22
0
SR, [12].
** -%E= +] ^9 Y!
Theo [17,15], chất lượng nghiền chịu quyết định bởi rất nhiều các yếu tố: Số
lượng tác động, loại xơ sợi, điều kiện nghiền, năng lượng nghiền, loại máy nghiền,
hình học đĩa nghiền, vật liệu đĩa nghiền Có thể nói, quá trình nghiền bột giấy là quá
trình phức tạp. Việc nghiên cứu về tất cả những yếu tố trên trong một đề tài là vô cùng
khó khăn. Với thời gian và điều kiện của đề tài, đề tài chỉ thực hiện nghiên cứu về ảnh
hưởng của mọt yếu tố hình học chính của đĩa nghiền là chiều rộng răng nghiền và một
yếu tố công nghệ khác là tốc độ quay của đĩa đến chất lượng bột giấy và năng lượng
tiêu thụ trong quá trình nghiền.
**''9 Y!
**9 Y!YI> E_78-!)K-`!)AG -Z &?
Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nghiền của
máy nghiền bột giấy dạng đĩa tác giả đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm
đa yếu tố. Với phương pháp này cần xác định được các khoảng nghiên cứu, các mức
9
biến thiên, khoảng biến thiên thích hợp. Vì vậy cần phải áp dụng kết quả thực nghiệm
đơn yếu tố, trên nguyên tắc chung là cố định các yếu tố khác và thay đổi một yếu tố để
xác định ảnh hưởng của yếu tố biến thiên đó tới thông số mục “đầu ra”. Qua đó thăm
dò được khoảng nghiên cứu cho phép của yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị

của hàm mục tiêu
**UI>'''`!)AG -Z &?-3A9 Y! -Z
&?0)K!-="$0;)K!-=
Trong điều kiện và khôn khổ của luận văn, tác giả chọn những thông số ảnh
hưởng chính đến độ nghiền cũng như chi phí năng lượng riêng đó là:
+ Tốc độ của đĩa nghiền ( v/ ph )
+ Chiều rộng răng nghiền ( mm )
Trên cơ sở các yếu tố được chọn, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
để xác định mức ảnh hưởng của các yếu tố này, đồng thời tìm được khoảng biến thiên.
Kí hiệu các yếu tố như sau:
- X
1
: Tốc độ của đĩa nghiền
- X
2
: Chiều rộng răng nghiền
- Y
S
: Độ nghiền
- Y
N
: Chi phí năng lượng riêng
Từ thực nghiệm đơn yếu tố sẽ xác định được ảnh hưởng của từng yếu tố đến
thông số Y
S
, Y
N
.
Ví dụ: Y
S

= f
1
(x
1
); Y
N
= f
2
(x
1
) với mức và khoảng biến thiên của x
2
được chọn
sơ bộ và không đổi. Khi đó có được giá trị Y
S
(x
1
), Y
N
(x
1
), sẽ chấp nhận sơ bộ trị số x
1
ứng với giá trị tương đôi tốt cho cả Y
S
hoặc Y
N
, hoặc chọn mức x
1
cho Y

S
, Y
N
phải
chấp nhận một cách tương đối.
Khi tiến hành xác định Y
S
= f
1
(x
2
); Y
N
= f
2
(x
2
) với mức cố định x
1
đã chọn sơ
bộ, ta sẽ chọn được trị số x
2
làm mức trung tâm. Nếu trị số x
2
trên tương đối gần với trị
số x
2
mà ta đã chọn và giữ cố định khi xác định Y
S
(x

1
), Y
N
(x
1
) thì thuận lợi. Nếu trị số
x
2
khác xa so với trị số đã chọn và nằm ngoài vùng nghiên cứu thì phải tiến hành lại thí
nghiệm để xác định lại Y
S
(x
1
), Y
N
(x
1
).
Từ đó sẽ xác định được các trị số x
1
, x
2
làm các mức trung tâm cho phương
pháp quy hoạch thực nghiệm, xác định lại khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu
của các mức yếu tố cho phương pháp này.
* Phương pháp gia công số liệu
10
- Các đại lượng đo được lặp 2 – 3 lần, đảm bảo xác suất tin cậy của dụng cụ thí
nghiệm α = 0,9 – 0,95
- Số lần lặp lại thí nghiệm n = 3, vì đối với máy nghiền xác suất tin cậy là α =

0,8 – 0,9
- Sau thí nghiệm, xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới các thông
số y
K
và y
N
, đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để
chứng tỏ thực sự các ảnh hưởng khác đối với thông số nghiên cứu là không đáng kể
hoặc không có.
thông số.
***UI>'''`!)AG -Z &?-3A9 Y!-Z
&?0;)K!-=
Ưu điểm quan trọng của phương pháp quy hoạch thực nghiệm là giảm được
nhiều số lần thí nghiệm, xác định đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố đến thông số cần
nghiên cứu, đề xuất mô hình toán thích hợp từ đó xác định điều kiện tối ưu của quá
trình xảy ra và giá trị tối ưu của các thông số.
Thông qua tài liệu tham khảo và kết quả áp dụng phương pháp thực nghiệm
đơn yếu tố, sơ bộ đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến hai thông số tối ưu là
chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng, đã xác định được các yếu tố chính
ảnh hưởng, tức là các thông số vào “hộp đen” máy nghiền đĩa theo mô hình dưới đây:
OK-7!P *
1. Vật liệu nghiền thí nghiệm là bột gỗ thông, hiện đang được dùng chủ yếu để
sản xuất giấy in và giấy viết ở Việt Nam. Bột gỗ thông cho xơ sợi dạng dài có độ
11
X
1
: Tốc độ trục đĩa
nghiền
X
2

: Chiều rộng răng
nghiền
)#
a,'01b
Y
S
: Chất lượng sản
phẩm
Y
N
: Chi phí năng
lượng riêng
nghiền sau giai đoạn nghiền sơ cấp là 8-10
0
SR. Độ nghiền yêu cầu sau khi bột được
nghiền qua máy nghiền đĩa đơn là 19-22
0
SR;
2. Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố có thể dùng để tìm phương trình toán mô
tả ảnh hưởng của các yếu tố đến nghiền bột giấy và làm cơ sở lựa chọn đĩa nghiền với
mục tiêu giảm chi phí năng lượng riêng và tăng chất lượng nghiền.
F
cOcde
fTX.gh
12
Máy nghiền bột giấy dạng đĩa phục vụ thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu cơ
bản sau:
- Kết cấu máy gọn, nhẹ, giá thành chế tạo thấp;
- Thuận lợi khi sử dụng, tháo lắp, sửa chữa và thay thế các bộ phận trong quá
trình thí nghiệm như thay đổi đĩa nghiền, thay đổi tốc độ trục máy, thay đổi khe hở

giữa hai đĩa nghiền,
- Đảm bảo chất lượng nghiền và năng lượng tiêu hao cho quá trình nghiền là
nhỏ nhất;
- Máy làm việc với độ tin cậy và tuổi thọ cao; khả năng chịu mòn của các bộ
phận công tác tốt;
Hình 3.1: Bản vẽ tổng thể máy nghiền bột giấy dạng đĩa đơn
Các yếu tố có thể thay đổi trên máy nghiền trong quá trình thí nghiệm gồm:
+ Thay đổi đĩa nghiền: Chiều rộng răng: 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5
13
+ Thay đổi tốc độ trục máy: 800, 900, 1000, 1100, và 1200 v/ph;
+ Thay đổi khe hở giữa hai đĩa nghiền: 0.2, 0.6 và 1.0 mm;
F\-A7Z; [?,-"$-%E= i;0N;#
FLZ; ["j-7&! K-GA0N;
Đĩa nghiền phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt do vậy hiện tượng mòn
đĩa là hiện tượng phổ biến xảy ra sau một quá trình làm việc. Để nâng cao độ bền mòn
cơ học, khả năng chống lại biến dạng dẻo khi làm việc ở môi trường có nhiệt độ
khoảng 150 ÷ 200
o
C, vật liệu chế tạo đĩa nghiền nhập ngoại có các thành phần sau: C
= 0,14% ÷ 0.22%; Mn = 0,5%; Cr = 12,7% ÷ 14,2%; Ni = 0,59%; Mo = 0,9%; V =
0,06%; W = 0,036%; Si = 0,05%; S = 0,3%; P = 0,035%.
Vậy để chế tạo đĩa nghiền, vật liệu yêu cầu độ dẻo cao, chịu va đập mạnh, làm
việc trong môi trường ẩm có tác động hóa học của các muối gốc axit hữu cơ. Vật liệu
phù hợp với yêu cầu này có thể là thép không gỉ. Thép không gỉ có các thành phần hóa
học là Mn ≥ 0,80 – 1,00%, Si ≥ 0,50 – 0,80%, Cr ≥ 0,50 – 0,80%, Ni ≥ 0,50 – 0,80%,
W ≥ 0,10 – 0,50%, Mo ≥ 0,05 – 0,20%, Ti ≥ 0,10%, Cu ≥ 0,30, B ≥ 0,0005% nên có
thể làm việc trong môi trường ăn mòn hóa học trung bình, song chúng chịu tải trọng và
chịu mòn tốt. Từ những phân tích trên, đề tài chọn thép không gỉ để chế tạo đĩa
nghiền.
F**LZ; [IG0N;"$  -%E=k[  i;0N;

Bảng 3.4: Các thông số đĩa nghiền thí nghiệm
ĐN
Đường kính (d) Vận
tốc dài
v
(m/s)
Rộng
răng a
(mm)
Rộng
rãnh b
(mm)
Cao
răng c
(mm)
Góc
nghiền
α
(độ)
Góc quạt
răng
β (độ)
d
trong
(mm)
d
ngoài
(mm)
BĐ1 80 240 20 2,5 4 5 10 24
BĐ2 80 240 20 3 4 5 10 24

BĐ3 80 240 20 3,5 4 5 10 24
BĐ4 80 240 20 4 4 5 10 24
BĐ5 80 240 20 4,5 4 5 10 24
14
OK-7!P F
Từ những phân tích của chương I có thể thấy rằng: Trong quá trình nghiền, tính
năng kỹ thuật của máy, đặc điểm cấu tạo của đĩa nghiền là nhân tố quyết định đến chất
lượng nghiền. Theo chương II, đối tượng nghiên cứu là nâng cao chất lượng nghiền,
giảm chi phí năng lượng riêng khi nghiền bột gỗ thông bằng việc thay đổi các thông số
hình học của đĩa nghiền. Sau khi phân tích, tính toán, máy nghiền và đĩa nghiền được
lựa chọn dùng trong quá trình thí nghiệm có đặc điểm sau:
- Máy nghiền thí nghiệm là máy nghiền dạng đĩa đơn với một đĩa quay và một
đĩa cố định. Máy có đặc điểm:
+ Kết cấu máy gọn, nhẹ, giá thành chế tạo thấp;
+ Thuận lợi khi sử dụng, tháo lắp, sửa chữa và thay thế các bộ phận trong quá
trình thí nghiệm: Thay đổi đĩa nghiền, thay đổi tốc độ trục máy, thay đổi khe hở giữa
hai đĩa nghiền;
+ Máy làm việc với độ tin cậy và tuổi thọ cao; khả năng chịu mòn của các bộ
phận công tác tốt;
- Vật liệu chế tạo đĩa nghiền thí nghiệm là thép không gỉ cho phép làm việc
trong môi trường nghiền có sự ăn mòn hóa học cao;
- Đĩa nghiền dùng cho giai đoạn nghiền thứ hai với yêu cầu ưu tiên sự phân tơ
và chổi hóa xơ sợi, vì vậy các thông số hình học được lựa chọn như bảng 3.4.
15
M
leV5mLnoQLe
MJ Y -Z &?
Theo chương 2, các thông số thực nghiệm được xác định như sau:
%E=0^!"$A %E=0^!3;
X

1
= n, [v/ph]
X
2
= a, [mm]
Y
N
: Chi phí năng lượng riêng [wh/t]
Y
K
: Độ nghiền, [
0
SR]
M*Z &?0)K!-=
M*5 0/]_ i;-= 0,#5

-2 (-7H#
o
"$ 
'\p7H39

;5 0/]_ i;-= 0,#5

-2 (-7H#
o
Các yếu tố dược chọn cố định ở các mức sau:
+ Chiều rộng răng nghiền X
2
= 3 mm
+ Khe hở đĩa: 0.2 mm

+ Lưu lượng huyền phù bột giấy Q = 10 lít/phút
+ Chiều cao răng: 5 mm
+ Góc nghiêng của răng nghiền α = 10
0
+ Góc quạt răng β = 24
0
+ Khoảng biến thiên tốc độ 100 vòng/phút
+ Mức biến thiên k = 5

 !"#$%&

'()%*+

q
5

a?rb
5

a"st'u-b

o
aofb

o*
aofb

oF
aofb
1 -2 800 18.1 18.9 18.8

2 -1 900 19 19.5 18.7
3 0 1000 19.7 18.7 19.1
4 1 1100 18.4 18 18.6
5 2 1200 18.8 18.6 19.7
+5 0/]_ i;-= 0,#5

-2 '\p7H39

, !"#$%&

'-()
.*/

q
5

a?rb
5

a"st'u-b


avt-b

*
avt-b

F
avt-b
16

1 -2 800 20700 21020 20320
2 -1 900 17220 16819 16874
3 0 1000 11291 12034 11947
4 1 1100 8005 7926 7815
5 2 1200 3694 3728 3703
M**5 0/]_ i; #!3,3p#5
*
-2 (-7H#

o
"$ '\p7H39

;5 0/]_ i; #!3,3p#5
*
-2 (-7H#
o
Các yếu tố dược chọn cố định ở các mức sau:
+ Chiều rộng răng nghiền X
1
= 1000 vòng/phút
+ Khe hở đĩa: 0.2 mm
+ Lưu lượng huyền phù bột giấy Q = 10 lít/phút
+ Chiều cao răng: 5 mm
+ Góc nghiêng của răng nghiền α = 10
0
+ Góc quạt răng β = 24
0
+ Khoảng biến thiên tốc độ 1 vòng/phút
+ Mức biến thiên k = 5
0 !%$-%&

,
'
()%*+

q
5
*
a?rb
5
*
a??b

o
aofb

o*
aofb

oF
aofb
1 -2 2.5 18.2 18.6 18.5
2 -1 3 18.7 19.7 19.6
3 0 3.5 21.7 22.0 21.3
4 1 4 20.9 21.5 21.4
5 2 4.5 20.0 19.9 20.2
+5 0/]_ i; #!3,3p#5
* 
-2 '\p7H
39


 !%$-%&
,
'
-().*
/

q
5
*
a?rb
5
*
a??b


avt-b

*
avt-b

F
avt-b
1 -2 2.5 9426 9784 9871
2 -1 3 9983 10019 10345
3 0 3.5 11082 11341 11048
4 1 4 12363 12341 12424
5 2 4.5 13192 13014 12826
17
MFZ &?0;)K!-=
MF5 0/]_ i;-= 0,#5


"$ #!3,3p#5
*
-2
(-7H#
o
"$ '\p7H39

Làm thí nghiệm với 9 mã thí nghiệm khác nhau tương ứng với nó là sự thay đổi
tốc độ đĩa nghiền và chiều rộng răng nghiền. Các thông số khác được coi là không
đổi.
Mỗi thí nghiệm ta lặp lại 3 lần để đảm bảo độ chính xác hơn, vậy ta có bảng
như sau:
12+334
N
0
x
1
x
2
x
1
x
2
Tên thí nghiệm thực hiện
(mã) (mã) (v/ph) (mm)
1 -1 -1 800 2,5 tn1-1, tn1-2, tn1-3
2 +1 -1 800 3,5 tn2-1, tn2-2, tn2-3
3 -1 1 800 4,5 tn3-1, tn3-2, tn3-3
4 +1 1 1000 2,5 tn4-1, tn4-2, tn4-3

5 -1 0 1000 3,5 tn5-1, tn5-2, tn5-3
6 +1 0 1000 4,5 tn6-1, tn6-2, tn6-3
7 0 -1 1200 2,5 tn7-1, tn7-2, tn7-3
8 0 1 1200 3,5 tn8-1, tn8-2, tn8-3
9 0 0 1200 4,5 tn9-1, tn9-2, tn9-3
Bảng tổng hợp số liệu của toàn bộ các thí nghiệm thu được tại bảng 4-5
567)+"(
Thí
nghiệm
x
1
x
2
x
1
x
2
NL/kg
Đ ộ nghiền
8 8 9  :9
;<
= -1 -1 800 2.5 10200 18.1
=, 800 2.5 10450 18.5
=0 800 2.5 10410 18.2
,= 1 -1 800 3.5 12980 18.8
,=, 800 3.5 12985 18.7
,=0 800 3.5 12900 18.9
0= -1 1 800 4.5 14600 19.2
0=, 800 4.5 14680 19.5
0=0 800 4.5 14780 19.4

= 1 1 1000 2.5 9246 18.2
=, 1000 2.5 9784 18.6
=0 1000 2.5 9871 18.5
1= -1 0 1000 3.5 11082 21.7
1=, 1000 3.5 11341 22.0
1=0 1000 3.5 11048 21.3
18
5= 1 0 1000 4.5 13192 20.0
5=, 1000 4.5 13014 19.9
5=0 1000 4.5 12826 20.2
>= 0 -1 1200 2.5 8860 18.5
>=, 1200 2.5 7835 18.5
>=0 1200 2.5 8940 18.7
?= 0 1 1200 3.5 10880 20.7
?=, 1200 3.5 10970 19.9
?=0 1200 3.5 10956 20.2
@= 0 0 1200 4.5 12450 21.1
@=, 1200 4.5 12690 20.8
@=0 1200 4.5 12740 20.5
> !"#$#A%&

%$-
%&
,
#B'()%*+
N
0
x
1
x

2
x
1
x
2
Y
S1
Y
S2
Y
S3
(mã) (mã) (v/ph) (mm) (SR) (SR) (SR)
1 -1 -1 800 2.5
18.1 18.5 18.2
2 +1 -1 1200 2.5
20.0 19.9 20.2
3 -1 +1 800 4.5
19.2 19.5 19.4
4 +1 -1 1200 4.5
21.1 20.8 20.5
5 -1 0 800 3.5
18.8 18.7 18.9
6 +1 0 1200 3.5
20.7 19.9 20.2
7 0 -1 1000 2.5
18.2 18.6 18.5
8 0 +1 1000 4.5
19.2 19.5 19.4
9 +1 +1 1000 3.5
20.0 19.9 20.2

? !"#$#A%&

%$-
%&
,
#B-().*
/
N
0
x
1
x
2
x
1
x
2
Y
N1
Y
N2
Y
N3
(mã) (mã) (v/ph) (mm) (Wh/t) (Wh/t) (Wh/t)
1 -1 -1 800 2.5
10200 10450 10410
2 +1 -1 1200 2.5
12980 12985 12900
3 -1 1 800 4.5
14600 14680 14780

4 +1 1 1200 4.5
9246 9784 9871
5 -1 0 800 3.5
11082 11341 11048
6 +1 0 1200 3.5
13192 13014 12826
7 0 -1 1000 2.5
8860 7835 8940
19
8 0 1 1000 4.5
10880 10970 10956
9 +1 +1 1000 3.5
12450 12690 12740
wk?'-3kx`!)+y'^?#?-;+
•
Thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ đĩa nghiền X
1
và chiều rộng răng nghiền
X
2
đến tới chất lượng nghiền Ys
CD>EFD+"GH
P)'-3kx`!)7$z
{*qC|}qC~FFF5

}q•***5
*
€qC|5
*


•5
*
*
20
CD@IJ"
Bằng phần mềm Minitab ta tìm được kết quả tối ưu hoá đầu ra như sau: Độ
nghiền đạt được giá trị lớn nhất là 20,9817 (
0
SR) với tốc độ nghiền X
1
=1074,75
(vòng/phút) và chiều rộng răng nghiền X
2
=3,9 (mm).
•
Thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ đĩa nghiền X
1
và chiều rộng răng nghiền
X
2
đến chi phí năng lượng riêng Y
N
CDEFD+"GH
21
P)'-3kx`!)7$z
{*•|C€‚|‚C|5

}‚~FC|5
*
}5

*

CD0I"
Chi phí năng lượng riêng đạt được giá trị nhỏ nhất là 8748,7 (Wh/t) với tốc độ
nghiền X
1
=1200 (vòng/phút) và chiều rộng răng nghiền X
2
=2,5 (mm).
MF*]+$-A-7Hƒ;$? '\p7H39

"$$?
0,#
o
Bằng phần mềm miniTab ta tìm được Đồ thị tối ưu hóa đa mục tiêu như hình 4.14.
22
Hình 4.14: Đồ thị tối ưu hóa đa mục tiêu
Từ đồ thị ta xác định được bảng thông số tối ưu trên máy nghiền và đĩa nghiền mô
hình như sau:
Bảng 4.9: Bảng thông số tối ưu trên máy nghiền mô hình
Thông số Y
S
(
0
SR)
Y
N
(wh/t)
X
1

(v/p) X
2
(mm)
1200 2,5 19.0556 8748.6667
OK-7!P M
- Trên cơ sở mô hình, bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với xử
lý số liệu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, xác định các yếu tố ảnh hưởng
đối với chỉ tiêu hao phí năng lượng. Kết quả thu được cho thấy: Ž chế độ làm việc với
tốc độ trục đĩa nghiền 1200 (v/p) , chiều rộng răng nghiền là 2,5 (mm) thì độ nghiền có
giá trị lớn nhất Y
S
= 19.0556 (
0
SR) và chi phí năng lượng riêng trên một đơn vị khối
lượng sản phẩm là ít nhất Y
N
= 8748.6667 (Wh/ t)
- Với kết quả thu được làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế đĩa nghiền với 1 loại
nguyên liệu đầu vào.
- Trong quá trình nghiền tác giả nhận thấy chất lượng nghiền của sản phẩm phụ
thuộc chủ yếu vào tốc độ trục đĩa nghiền.
- Với nguyên lý máy nghiên cứu đã xác định được các thông số ảnh hưởng chính
đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm là: tốc độ trục đĩa nghiền và
chiều rộng răng nghiền.
OcL„
23
Đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu cơ bản như ban đầu đã đặt ra:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng và kích thước răng đĩa nghiền tới chất
lượng bột.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của răng đĩa nghiền cùng với chế độ nghiền tới công

suất tiêu thụ khi nghiền.
- Đề tài đã giải quyết được vấn đề chế tạo đĩa nghiền cho một loại nguyên liệu
đầu vào. Đây là cơ sở kỹ thuật ban đầu để các nhà máy giấy nhỏ và vừa có thể
áp dụng để nâng cao năng suất, chất lượng bột nghiền.
VLeO…†
[1] PGS.TS Trần Hữu Đà, Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo các loại đĩa nghiền
bột giấy phục vụ ngành giấy Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Bộ 2005.
[2] Khổng Phúc Khoa, Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt nguyên liệu làm giấy, Báo
cáo tổng kết đề tài KH-CN (2003).
[3] Phạm Hồng Hà, Thiết kế chế tạo máy nghiền bột giấy dạng đĩa có đường kính đĩa
nghiền ф500 đến ф650, Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN (2005).
24
[4] Phạm Văn Lang, Đồng dạng, mô hình, phép phân tích thứ nguyên và ứng trong kỹ
thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1996.
[5] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và
ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1998.
[6] Đào Sỹ Sành, Nghiên cứu sử dụng hợp lý và hiệu quả các nguồn nguyên liệu xơ
sợi thực vật ở Việt Nam dùng cho sản xuất bột giấy, Viện Công nghệ giấy và xenlulo.
Đề tài cấp Bộ, 2005.
[7] Đỗ Thanh Tú, Nghiên cứu chế độ công nghệ sản xuất bột bán hóa từ gỗ bạch đàn
và keo (keo lai, keo tai tượng) cho sản xuất lớp sóng của các tông sóngẢnh, Báo cáo
đề tài cấp Bộ năm 2007.
[8] Nguyễn Xuân Trường, Doãn Thái Hòa, Thiết bị sản xuất giấy - Tập 1,2, NXB
Khoa học và Kỹ thuật - 2010.
[9] Trần Thuỷ - Kinh tế Cập nhật: 13/02/2007 - 03:41 - Nguồn: VietNamNet.vn.
[10] CTCK Babubanhk, Báo cáo tóm tắt ngành giấy Việt Nam.
[11] Viện Công nghiệp giấy và Xenlulo, Đánh giá trình độ công nghệ ngành giấy.
[12] I.L Sinh-nhi-cốp, A.P Ca-la-nhi-cốp “Các máy nghiền hình đĩa dùng để sản xuất
xơ, sợi gỗ”.
[13] I.L Sinh-nhi-cốp, Sự thử nghiệm sản xuất các máy nghiền hình côn nhãn hiệu

MЛ-01 và MЛ-05.
[14] Adam Mrozinski, Power consumption investigation in disc refiner at waste paper
treatment.
[15] Jens Olaf Heymer, Measurement of heterogeneity in low consistency pulp
refining by comminution modeling.
[16] Joseph M. Genco, Department of Chemical Engineering.
Kristian Goldszer, Papermaking Course Montevideo, Part II - Paper Processes, 2009
[17] Hannu Paulapuro, Papermarking Part 1, Stock Preparation and Wet End.
High consistency refining of mechanical pulps during varying refining conditions,
Master of science thesis, Sweden, 2008
[18] Lars Ake Hammar, Literature survey Measurement techniques suitable for the
refining zone of disc and conical LC refiners, 2005.
[19] Matech Europe, fillings for disc refiners.
25