THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NGHIỀN CLINKE CHẾ TẠO XI MĂNG PORTLAND PCB30 (Thuyết minh+bản vẽ)

Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NGHIỀN CLINKE CHẾ
TẠO XI MĂNG PORTLAND PCB30
I. BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI :
Hồ ximăng được sáng chế lần đầu tiên bởi người Ai Cập. Sau đó, người
HyLạp, người Babylon, người Ý và một số người dân Aztec cũng đã tìm ra công thức
chế tạo ximăng.
Năm 1824, Joseph Aspdin, một thợ xây người Anh đã thu được phát minh
mới cho ximăng. Ông nung hỗn hợp đá vôi và đất sét trong bếp lò, và nghiền thành
bột. Khi cho nước vào tạo thành hồ ximăng có thể dùng làm chất kết dính và có
cường độ sau khi đóng rắn. Aspdin đã đặt tên cho hỗn hợp đó là ximăng portland,
giống tên một mỏ đá trên hòn đảo Portland ngoài bờ biển nước Anh. Phát minh của
Aspdin đã đặt nền tảng cho công nghiệp sản xuất ximăng Portland ngày nay.
Ximăng từ đó đến nay đã trở thành chất kết dính quan trọng nhất trong xây
dựng cơ bản, là một trong những vật liệu trụ cột của nền công nghiệp hiện đại, với
ưu điểm nguyên liệu dễ tìm, tận dụng nguyên liệu địa phương, hồ ximăng gắn kết
các loại vật liệu rời rạc,đồng thời có cường độ cao khi rắn chắc. Ximăng là thành
phần quan trọng để sản xuất BÊTÔNG mà không thể thiếu được trong xây dựng cơ
bản, tạo nên những kết cấu có khả năng chịu lực, những công trình nhà cửa, cầu
đường, bến cảng…
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhu cầu
xây dựng cơ sở vật chất ngày càng cao, xây dựng các nhà máy, khu công nghiệp,
nhà ở, đường sá… đòi hỏi sự đáp ứng ngày càng nhiều của vật liệu xây dựng, trong
đó, ximăng là một loại vật liệu rất quan trọng. Vì vậy, trên cả nước đã xây dựng nhiều
nhà máy ximăng như nhà máy ximăng Hà Tiên, nhà máy ximăng Holcim, nhà máy
ximăng Bỉm Sơn…và vẫn còn nhiều dự án xây dựng nhà máy ximăng ở các tỉnh
Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh…Vì vậy, việc nắm vững quy trình công nghệ sản
xuất ximăng nói chung, công nghệ nghiền clinke chế tạo ximăng portland nói riêng là

cần thiết và rất quan trọng.

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

1


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Mục đích và yêu cầu của đồ án
Mục đích của đồ án :
Giúp cho sinh viên củng cố và hệ thống các kiến thức đã được hướng dẫn
về máy, thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng. Từ đó sinh viên có thể làm quen với việc
lựa chọn các máy , thiết bị thích hợp cho các quy trình sản xuất vật liệu xây dựng;
nắm vững kiến thức để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp cũng như trong công tác
sau này.
Nhiệm vụ và yêu cầu của đồ án :
- Biện luận đề tài
- Thiết lập sơ đồ công nghệ sản xuất
- Tính cân bằng vật chất và chọn lựa thiết bị gia công thích hợp
- Tính kiểm tra các thông số cơ bản của thiết bị
- Vẽ sơ đồ cấu tạo chính của các thiết bị : Máy ngiền bi

II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :
II.1.Nguyên liệu sản xuất clinker
Đá vôi có hàm lượng canxit cao và Đất sét.Tỷ lệ giữa thành phần

Cacbonat và Đất Sét vào khoảng 3:1 ( 75% Đá vôi, 25% Đất sét), có thể cho thêm
vào thành phần phối liệu các nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hoá học,
nhiệt độ kết khối và kết tinh các khoáng vật của clinker.
II.2.Các giai đoạn sản xuất ximăng:
1) Khai thác và cung cấp nguyên liệu

2) Chuẩn bị phối liệu : có 2 phương pháp : khô và ướt. Có các
khâu nghiền mịn, nhào trộn. Sau khi nghiền, bột phối liệu được
đưa vào xilô để kiểm tra, hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ
đảm bảo cho lò nung làm việc liên tục.

3) Nung để chế tạo clinker : Dùng lò quay cho cả 2 phương pháp
khô và ướt

4) Nghiền mịn clinker với phụ gia thạch cao, puzolan
Trong phạm vi của đề tài, chúng ta sẽ tìm hiểu riêng về
giai đoạn nghiền mịn clinker mà cụ thể là thiết lập quy trình
công nghệ nghiền clinker chế tạo ximăng portland PCB30

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

2


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

II.3.Sơ đồ công nghệ sản xuất :

Thạch cao

Clinker

Puzoland

Kho chứa

Kho chứa

Máy đập búa

Vận chuyển

Vận chuyển

Vận chuyển

Thiết bị

Thiết bị

Thiết bị

định lượng

định lượng

định lượng

Băng tải chung

Máy nghiền bi

Vít vận
chuyển

Gầu nâng
Hệ thống Cyclon

Thiết bị

Hạt chưa đạt

thu hồi bụi

phân ly không khí

độ mịn

Hạt mịn
Lọc bụi
Thiết bị vận chuyển
vít

Xylo chứa
Kho đóng bao
Xuất xưởng

III.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT :

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

3


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Trong một năm có 365 ngày, nhưng có tổng cộng khoảng 65 ngày nghỉ để
thực hiện công tác bảo trì, bảo dưỡng máy.
Do đó : Tổng số ngày sản xuất của máy trong 1 năm là 300 ngày.
III.1 Năng suất của máy nghiền tính theo năm :
Năng suất của nhà máy : 800x103 (Tấn/năm)
Chọn trọng lượng hao hụt trong quá trình nghiền là 1%
Vậy : Năng suất thực tế của nhà máy :
Q = 800x103 x 1.01 = 808x103 ( T/năm)
Tỉ lệ cấp phối chế tạo ximăng clinker/thạch cao/puzoland (%) : 81/4/15
Độ ẩm của các cấu tử : Wcl = 0.1% ; Wtc = 5% ; Wpu = 10%

 Lượng clinker

:

Qcl = 808 x 103 x 0.81x1.001 = 655134.48 (T/năm)

 Lượng thạch cao

:

Qtc = 808 x 103 x 0.04x1.05 =

 Lượng puzoland

:

Qpu = 808 x 103 x 0.15x1.1 = 133320 (T/năm)

33936 (T/năm)

III.2 Năng suất của máy nghiền tính theo tháng
- Lượng clinker

:

Qcl = 655134.48 = 54594.54 (T/tháng)

- Lượng thạch cao

:

Qtc =

- Lượng puzoland

:

Qpu =

12
33936
12
133320
12

= 2828 (T/tháng)
= 11110(T/tháng)

III.3 Năng suất của máy nghiền tính theo ngày
-

Lượng clinker

:

Qcl =

655134.48
= 2183.78 (T/ngày)
300

-

Lượng thạch cao

:

Qtc =

33936
300

-

Lượng puzoland

:

Qpu =

=

113.12 (T/ngày)

133320 =
300

444.4 (T/ngày)

III.4 Năng suất của máy nghiền tính theo giờ

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

4


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

-

Lượng clinker

:

Qcl =

2183.78
24

-

Lượng thạch cao

:

Qtc =

113.12
24

-

Lượng puzoland

:

Qpu =

444.4
24

= 90.99 (T/h)
=

4.71 (T/h)

= 18.52(T/h)

III.5 Bảng cân bằng vật chất

Vật liệu

Năng suất tính theo khối
lượng
T/h

T/ngày

T/tháng

T/năm

Clinker

90.99

2183.78

54594.54

655134.5

Thạch cao

4.71

113.12

2828

33936

puzzoland

18.52

444.4

11110

133320

Tổng

114.22

2741.3

68532.54

822390.5

Khối lượng thể tích các cấu tử :

γ cl = 1.3 T/m3, γ tc = 2.2 T/m3 , γ pu =1.2 T/m3
Năng suất tính theo thể tích = (Năng suất tính theo khối lượng)/ γ

Vật liệu

Năng suất tính theo thể tích
m3/h

m3/ngày

m3/tháng

m3/năm

Clinker

69.99

1679.83

41995.80

503949.60

Thạch cao

2.14

51.42

1285.46

15425.46

puzzoland

15.43

370.33

9258.33

111100

Tổng

87.56

2101.58

52539.59

630475.06

IV. CHỌN LỰA CÁC THIẾT BỊ GIA CÔNG :



Ở nước ta không sản xuất thạch cao. Do đó thạch cao ta nhập từ nước ngoài (Thái
Lan, Lào, Campuchia), chọn có kích thước không lớn hơn 30 mm

 Puzoland có kích thước nguyên liệu ban đầu không lớn hơn 300 mm. Như vậy, để
có thể đem đi nghiền với clinker thì phải được đập nghiền trước bằng máy đập búa.

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

5


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Chọn máy đập búa 1 rôto có mức độ đập nghiền i = 10. Như vậy, puzoland hay
thạch cao sau khi đập qua máy đập búa sẽ có kích thước cục vật liệu lớn nhất cỡ 30

mm.



Vật liệu được vận chuyển qua thiết bị định lượng để xác định chính xác
khối lượng

vật liệu cho vào băng tải chung để nạp liệu vào máy nghiền bi.

Chọn thiết bị định lượng làm việc liên tục, dùng hệ thống cân trên băng tải.

 Vật liệu được nghiền thành clinke ximăng đạt độ mịn yêu cầu bằng máy nghiền bi,
làm việc liên tục, theo chu trình kín.
Vì vật liệu có độ ẩm Wcl= 0.1 % Wtc=5% Wpu= 10 % , là đôô ẩm tương đối thấp,
nên ta sử dụng phương pháp nghiền khô với loại máy nghiền bi 2 ngăn : 1 ngăn
nghiền thô, 1 ngăn nghiền mịn.

Sơ đồ hê ê thống nghiền bi theo chu trình kín :
1- Phễu nạp liêôu

7- Thiết bị phân ly không khí

2- Vít xoắn

8- Đầu nạp liêôu

3- Máy nghiền bi

9- Quạt hút

4- Ghi tháo

10- Cyclon

5- Phễu tháo

11- Bôô lọc bụi điêôn

6- Gầu nâng

Cấu tạo và nguyên lý hoạt đôông :

Theo sơ đồ, vâôt liêôu được nạp vào phễu nạp liêôu (1), qua vít xoắn trong
ngỗng trục (2) vào máy nghiền bi (3).
Vâôt liêôu vào ngăn I được nghiền mịn đi qua ghi tháo (4) (tháo liêôu xung quanh
thành máy, xuống phễu tháo (5). Nhờ gầu nâng (6) , vâôt liêôu đã nghiền mịn được
chuyển lên thiết bị phân ly không khí (7) ( thiết bị phân ly không khí loại kín).
Qua thiết bị phân ly không khí, những hạt mịn được tháo xuống thiết bị vâôn
chuyển vít đưa đi sử dụng, còn các hạt vâôt liêôu chưa đạt đôô mịn rơi xuống vít vâôn
chuyển đi đến đầu nạp liêôu (8), qua ngỗng trục đi vào ngăn II của máy nghiền, được
nghiền mịn trở lại.

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

6


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Quá trình cứ thế tiếp diễn theo chu trình kín.
Nhờ quạt hút (9) , không khí mang theo bụi và hơi ẩm đi vào cyclone (10), tiếp
tục qua lọc bụi điêôn (11).
Hầu hết bụi được khử thu hồi trở lại, còn không khí sạch qua quạt khói thải ra
ngoài.

V. TÍNH, KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ :
Dựa vào năng suất tính toán theo khối lượng là 114.22 T/h để chọn máy như sau :
V.1 Chọn máy nghiền bi :
Theo Cataloge của hãng F.L.Smidth
Tên máy : DOUDAN MILL
Đây là loại máy nghiền bi có 1 ngăn sấy vật liệu và 2 ngăn nghiền vật liệu,
có các thông số kỹ thuật :

Năng suất

Mill size

(T/h)

125-165

48X 7.5+3.2

Động cơ

RPM

kW

(Vòng/phút)

Trọng lượng
max
trong thùng
nghiền (T)

2500

14.0

157

Mill size
48X 7.5+3.2

Trọng lượng
máy (T)

305

Các kích thước

(m)

A

B

C

D

E

F

19.5

4.9

8.3

4.9

3.3

10.9

Chọn bi đạn : bằng thép có trọng lượng thể tích bi đạn γ = 4.6 T/m3
Chọn bi thép tròn có hệ số lấp đầy ϕ = 0.25 ∈ [ 0.25;0.33]
V.2 Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của máy nghiền bi :
Các công thức tính dưới được trích dẫn từ TÀI LIỆU THAM KHẢO :
Bộ môn Vật liệu xây dựng, Tập bài giảng Máy và TBSX VLXD 2001

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

7


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Số vòng quay tới hạn ( nth ) của máy nghiền bi :



Sơ đồ tính số vòng quay tới hạn

nth = 29.98

1

= 29.98

R

1
2.45

= 19.15 (vòng/phút)

Với R : bán kính trong của máy R = D/2 = 4.9/2 = 2.45 (m)
(Đường kính D của máy nghiền là giá trị B = 4.9m trong Cataloge)

Số vòng quay hợp lý (nhl) của máy nghiền bi :



Số vòng quay hợp lý là số vòng quay nào đó để cho bi đạn có chiều cao rơi
là lớn nhất.

n hl = 42.4
nhl =

32
=
D

cos ϕ
cos(54 0 40' )
= 42.4
D
D
22.7
22.7
R

=

2.45

= 14.50 (vòng/phút)

Số vòng quay hợp lý của máy cũng có thể xác định theo công thức thực nghiệm

nhl = (0.72 ÷ 0.81)nth
Ta có

nth = 19.15 (vòng/phút)
Lấy nhl = 0.731nth = 0.731 x 19.15 ≈ 14.0 (vòng/ phút)
Kết quả kiểm tra này hợp lý với số liệu cho trong cataloge máy
(Tốc độc quay của máy là 14.0 vòng/ phút)

 Hệ số đổ đầy bi đạn :

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

8


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Hệ số đổ đầy bi đạn là tỷ số giữa trọng lượng bi đạn trong máy khi máy
làm việc, so với trọng lượng bi đạn đổ đầy toàn máy.

ϕ=
Trong đó :

G

G
= 2
Vµγ πR Lµγ

G – Trọng lượng bi đạn trong máy khi làm việc [ T ]
V – Thể tích hữu ích của máy nghiền bi

[ m3]

R – Bán kính trong của máy nghiền bi

[m]

L – Chiều dài hữu ích của máy ngiền bi

[m]

µ - Hệ số rỗng của bi đạn
Bi cầu thép µ = 0.585
γ - Trọng lượng riêng thể tích của bi đạn

[T/m3 ]

Theo kinh nghiệm thực tế, ta chọn ϕ = 0.25 (bi thép tròn)
 Trọng lượng bi đạn nạp vào máy :

G = πR 2 Lµγϕ
Ta có : R = 2.45 m
L = 10.9 m ( Giá trị F trong Cataloge)

µ = 0.585 , γ = 4.6 [ T/m3]
ϕ = 0.25
Suy ra : G = π x 2.452 x 10.9 x 0.585 x 4.6 x 0.25
= 138.281 [ T ] ≈ 138.3[ T ]
Vậy trọng lượng bi đạn thép nạp vào máy là 138.3T
 Trọng lượng vật liệu nạp vào máy :
Đối với bi đạn thép, khi nghiền khô :

GVL = (0.1 ÷ 0.2) Gbd
Chọn GVL = 0.1 x Gbd = 0.1 x 138.3 = 13.83 [ T ]

Vậy lượng vật liệu nạp vào là 13.83 T

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

9


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

 Tổng trọng lượng bi đạn và vật liệu nạp vào máy là

∑G = G

bd

+ Gvl = 138.3 + 13.83 = 152.13 [ T ] < [G]max

Với [G]max = 157 T (Số liệu kỹ thuật cung cấp trong Cataloge)

 Xác định kích thước bi đạn :
Để tăng hiệu quả đập nghiền, cần phải xác định hình dạng và kích thước
bi đạn. Kích thước bi đạn bé quá, khả năng đập nghiền kém. Nếu kích thước bi
đạn lớn (>100 mm) dễ làm hỏng tấm lót.
Xác định kích thước bi đạn theo công thức sau :
Dbd = 283 d

[ mm ]

Trong đó :
d – kích thước cục vật liệu lớn nhất nạp vào máy [mm]
d = 30 mm ⇒ Dbd = 283 30 = 87.00 mm

 Tính năng suất máy nghiền bi :
Năng suất của máy nghiền bi phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố : kích
thước và kết cấu máy nghiền bi, sơ đồ nghiền, phương pháp nạp liệu, trọng lượng
bi đạn và vật liệu nạp vào máy. Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ ẩm, độ rắn của vật
liệu, kích thước vật liệu vào và ra khỏi máy.
Năng suất của máy nghiền bi thường tính theo công thức thực nghiệm :

Q = 6.7V D

G Q y k pη p qn
x
V
1000

[ T/h ]

Trong đó :
- V : Thể tích máy [m3]
V = π R2L = π x 2.45 2 x 10.9 = 205.55 [ m3]
- G : Trọng lượng bi đạn

( G = 138.3 T )

- Qy : Năng suất riêng của máy nghiền [ KG/kwh ]
Đối với vật liệu nghiền là clinke : Qy = 35 ÷ 40

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

10


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

(Theo Nguyễn Hồng Ngân - Máy sản xuất vật liệu cấu kiện xây dựng )
Chọn Qy= 35.5 [ KG/kwh ]
- kp : Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu ( kp = 1.4 )
- D : Đường kính máy nghiền ( D = 4.9 m)
- η p : Hệ số đặc trưng cho hiệu quả đập nghiền.
Máy nghiền bi nhiều ngăn : η p = 0.9 ÷ 1.0 . Chọn η p = 1

- qn : Hệ số đặc trưng cho độ mịn.
qn = 0.922 đối với lượng sót trên sàng N0.009 ≤ 8%

Suy ra :

Q = 6.7 x 205.55 x 4.9

138.3 35.5 x1.4 x1x0.922
x
205.55
1000

= 114.59 [ T/h ]

Sai số so với năng suất nghiền yêu cầu là 0.32%
Sai số này rất bé nên kết quả kiểm tra có thể chấp nhận được.

 CÔNG SUẤT CỦA MÁY NGHIỀN BI :
Năng lượng cần thiết mà máy nghiền bi tiêu hao dùng để :
- Nâng bi đạn
- Tạo cho bi đạn có động năng
- Khắc phục các lực cần thiết khác : lực ma sát, lực quán tính.
Công tiêu hao để nâng bi đạn :
Công cần thiết để nâng bi đạn lên chiều cao h sau 1 chu kỳ :
A1 = G.h

[ KG.m ]

Trong đó :
G : Trọng lượng bi đạn [ KG ] ( G = 138.3 T = 138300 KG)

h : Chiều cao nâng trung bình của toàn khối bi đạn [ m ]
Theo thực nghiệm

h = 1.13 R

R : Bán kính trong của máy nghiền bi ( R = 2.45 m )

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

11


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Suy ra :
A1 = 1.13 GR = 1.13 x 138300 x 2.45 = 382883.55 [ KG.m ]

Công tiêu hao để tạo cho bi đạn có động năng :
Áp dụng công thức :
A2 = 0.1769GR

[ KG.m ]

= 0.1769 x 138300 x 2.45
= 59939.91

[ KG.m ]

Tổng công tiêu hao cho bi đạn :
A = A1+A2 = 1.13GR + 0.1769GR = 1.3069 GR
= 1.3069 x 138300 x 2.45 = 442823.46 [ KG.m ]
Sau n = 14 vòng trong 1 phút, tổng công để nâng bi đạn và tạo
cho bi đạn có động năng là :
Ain = A.i.n = 442823.46 x 1.795 x 14 = 11,128,153.55 [ KG.m]
Công suất tiêu hao :
N = 0.0118 G R

[ HP ]

= 0.0118 x 138300 x

2.45

= 2554.390 [ HP ]
Công suất tiêu hao để khắc phục các sức cản khác đặc trưng bằng
các hệ số η1 và η 2 :

η1 : Hệ số tác dụng hữu ích của máy, phụ thuộc vào cấu tạo và sự
chuyển động của máy . Thường η1 = 0.9 ÷ 0.95
η 2 : Hệ số nâng cao công suất của động cơ, chú ý đến moment mở
máy. Thường η 2 = 0.85 ÷ 0.95
Công suất của động cơ :

Nđc =

N

2554.39 = 3339.07[ HP]
=
η1η 2 0.9 x0.85

Với 1 HP = 746 W

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

12


Đồ án Máy & TBSX VLXD

HD : GV.ThS Bùi Đức Vinh

Vậy Nđc = 3339.07 x 746 = 2490.946 [ kW ]
Theo Cataloge, công suất của động cơ là 2500 kW .
Kết quả tính toán trên sai lệch 0.36% so với số liệu trong Cataloge.Sai lệch
khá bé nên kết quả tính toán, kiểm tra công suất máy là hợp lý.

VI. KẾT LUẬN :
Qua đề tài, sinh viên được học cách thiết lập một dây chuyền công nghệ
sản xuất cho một công đoạn sản xuất xi măng, chọn loại thiết bị gia công phù hợp
và tính toán các thông số kỹ thuật…Những vốn kiến thức đó sẽ rất hữu ích , phục
vụ cho công việc sau này.
Việc tìm kiếm thông tin ở các tài liệu sách vở, truy cập internet để sử dụng
cho bài làm của mình là một công việc thú vị, tăng sự hiểu biết về công nghệ hiện
đại của thế giới và chính chúng ta cũng có thể nắm bắt, sử dụng những thành tựu

khoa học kỹ thuật , mở ra niềm đam mê nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Bùi Đức Vinh đã nhận xét, hướng dẫn và
giúp đỡ em thực hiện đồ án này.

SVTH : Tạ Thùy Trang

MSSV 80302938

13