Chuong 16 co luu chat

CHƯƠNG 16
SÀNG (RÂY)
1. KHÁI NIỆM
Quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành những thành phần cỡ hạt có kích
thước khác nhau dưới tác dụng của lực cơ học gọi là quá trình sàng.
Phân loại cỡ hạt bằng những phương pháp sàng là phổ biến nhất và đơn giản nhất.
Về nguyên tắc là cho vật liệu đi qua hệ thống sàng có kích thước lỗ xác định trước, các
hạt có kích thước nhỏ hơn lỗ sàng sẽ lọt qua mặt sàng còn các hạt lớn hơn sẽ bị giữ lại
trên bề mặt sàng.
1.1. Bố trí mặt sàng – Phân loại máy sàng
1.1.1. Có hai phương pháp bố trí mặt sàng
• Kích thước lỗ sàng từ nhỏ đến lớn hay còn gọi là phương pháp bố trí nối tiếp, xem
hình (H16.1)

• Kích thước lỗ sàng từ lớn đến nhỏ hay còn gọi là phương pháp bố trí song song, xem
hình (H16.2). Trường hợp này cho các mặt sàng chồng lên nhau, mặt trên lỗ sàng lớn, dưới
lỗ sàng nhỏ.

1.1.2. Phân loại máy sàng
Dựa vào cấu tạo gồm có các loại sau đây:
- Máy sàng lắc phẳng
- Máy sàng rung
- Máy sàng thùng quay
- Máy sàng quay
253


1.2.

So sánh sàng lý tưởng và sàng thực tế

Mục đích sàng là phân loại hỗn hợp hạt có kích thước khác nhau thành ra hai phân
đoạn: trên sàng và dưới sàng
+ Sàng lý tưởng là tách biệt rõ ràng hạt lớn nằm trên sàng, hạt bé lọt dưới sàng, xem
hình (H16.3a)
+ Sàng thực tế là ở dưới sàng có lẫn hạt lớn và trên sàng còn lẫn hạt bé. Phần trộn đó
gọi là phần phủ, khi phần phủ càng nhỏ thì càng gần với quá trình sàng lý tưởng, xem hình
(H16.3b).

1.3.

Cân bằng vật chất qua sàng

Ta gọi:

F: năng suất hỗn hợp nhập liệu; kg/h
D: suất lượng vật liệu trên sàng; kg/h
B: suất lượng vật liệu dưới sàng; kg/h
xF: phần khối lượng vật liệu (A) trong nhập liệu
xD: phần khối lượng vật liệu (A) trong phân đoạn trên sàng
xB: phần khối lượng vật liệu (A) trong phân đoạn dưới sàng
Năng suất hỗn hợp nhập liệu gồm vật liệu (A) trên sàng và (B) dưới sàng, xem hình
(H16.3b) thì phần khối lượng (B) có trong nhập liệu là (1 - xF), có trong phân đoạn trên sàng
(1-xD) và trong phân đoạn dưới sàng là (1 – xB)
Đem cân bằng khối lượng tổng cộng
F=D+B
(16 – 1)
Cân bằng khối lượng theo (A)
F.xF = D.xD + B.xB
(16 – 2)
Chia hai phương trình (16 – 1) và (16 – 2) cho (B) ta có

254


D xF - xB
=
F xD - xB

(16 – 3)

Chia cho (D) ta có
B xD - xF
(16 – 4)
=
F xD - xB
Hiệu suất sàng là mức độ phân tách vật liệu (A) và (B) từ nhập liệu. Nếu sàng làm việc
hiệu quả thì tất cả vật liệu (A) sẽ ở trên sàng và tất cả (B) sẽ ở dưới sàng.
Vậy hiệu suất sàng là tỷ số giữa lượng vật liệu (A) trong phân đoạn trên sàng với lượng
(A) có trong nhập liệu.
D.x D
Tính theo phân đoạn trên sàng, với nhập liệu: η A =
(16 – 5)
F.x F
B(1 - x B )
(16 – 6)
Tính theo phân đoạn dưới sàng với nhập liệu: η B =
F(1 - x F )

Hiệu suất chung là tích số của hai hiệu suất trên
(x - x )(. x - x )(. 1 - x B ).x D
η = η A .η B = F B D F

(x D - x B )2 (1 - x F ).x F
1.4.

(16 – 7)

Cấu tạo bề mặt sàng

Là thông số chính của máy sàng, thường sử dụng ba loại mặt sàng sau đây: lưới đan,
tấm đục lỗ, thanh ghi.
• Lưới đan: dùng để phân loại các hạt nhỏ và mịn, được làm từ vật liệu như: tre, mây,
sợi kim loại và một số vật liệu khác, lỗ sàn thường có dạng hình vuông, chữ nhật hay lục
giác.
Gọi đường kính sợi là dS, và D2 là kích thước vật liệu lọt qua sàng thì
ds= (0,6 ÷ 0,7)D2
Hình (H16. 4) biễu diễn các mặt sàng bằng lưới đan

255


Đặc trưng lưới sàng là kích thước lỗ sàng ds và bề mặt tự do A
-

-

Với lỗ sàng hình vuông
1
A=
.100;%
2


1 
1 + 
 ds 
Với lỗ sàng hình chữ nhật
ℓ.b
A=
.100;%
(d s + b )(d s + 1)

(16 – 8)

(16 – 9)

ℓ, b: chiều dài, rộng lỗ lưới
• Tấm đục lỗ: làm từ các tấm kim loại trên đó người ta tạo hình dạng lỗ khác nhau như
hình tròn, elip, bầu dục. Loại này để phân loại vật liệu có kích thước D2 > 5mm, khoảng
cách giữa hai mép lỗ liên tiếp nhau trên mặt sàng cho phép ℓ = 0,9 D với D: đường kính lỗ.

Bề dày vật liệu làm mặt sàng tỉ lệ với kích thước của lỗ sàng
Khi lỗ sàng D < 5mm ⇒ bề dày S = 0,75D
Khi lỗ sàng D = (5 ÷ 10)mm ⇒ bề dày S = 0,7D
Khi lỗ sàng D > 10mm ⇒ bề sàng S = 0,625D
Hình (H16.5) biểu diễn các mặt sàng đục lỗ

• Thanh ghi hay tấm ghi: Dùng để phân loại các vật liệu D1 ≥ 80mm, gồm các hàng ghi
tạo theo chiều dọc sàng mà khe hở giữa hai hàng ghi chính là kích thước lọt qua sàng D2.
Hình (H16.6) biểu diễn mặt sàng bằng thanh ghi.

256

1.5.

Các thông số của máy sàng

• Kích thước lỗ sàng – D

Giả thiết vật liệu dạng hình cầu, sàng có góc nghiêng α, vận tốc ban đầu bằng 0, dưới
tác dụng của trọng lực hạt sẽ rơi thẳng đứng qua lỗ sàng, nếu gọi D2 là kích thước vật liệu lọt
lỗ sàng thì
D 2 = ℓ cos α − δ sin α

ℓ: chiều dài lỗ sàng
δ: bề dày mặt sàng
Nếu α = 450 và δ = ½ thì D2 = 0,35.ℓ hay ℓ = 2,85.D2
Như vậy để vật liệu lọt sàng thì kích thước lỗ phải lớn hơn kích thước vật liệu, theo
kinh nghiệm khi kích thước vật liệu lọt sàng D2 < 5mm thì kích thước lỗ sàng là
D = D 2 + (0,5 ÷ 1)mm còn khi D2 ≥ 25mm thì D = D2 + (3 ÷ 5)mm
• Kích thước mặt sàng
Chiều dài sàng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sàng, chiều dài tối ưu của sàng tính
theo

257


L = K.
Trong đó

B.h.t
0,785.D 2 .Z 0

; mm

(16 -10)

K = (5 ÷ 20)%: hệ số bít lỗ sàng
B: chiều rộng mặt sàng; mm
D: kích thước lỗ sàng; mm
h: bề dày lớp nhập liệu trên sàng; mm
Z0: số lỗ trên một hàng theo chiều dọc
t: bước lỗ của sàng; mm

Để sàng được cân đối và dễ chế tạo thì
L = (1,2 ÷ 1,5)B; mm
1.6.

(16 – 11)

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng

Khi vật liệu có độ Nm cao thì chúng dễ kết tụ lại làm khó lọt qua lỗ sàng, độ Nm lý
tưởng nhất là <5%
Bề dày lớp vật liệu trên sàng, nếu nhập liệu nhiều quá thì hiệu suất sàng kém còn nếu
nhập liệu mỏng quá thì ảnh hưởng tới năng suất, có thể chọn bề dày nhập liệu trên mặt sàng
theo kinh nghiệm sau:
-

Khi D2 < 5mm thì bề dày lớp nhập liệu h = (10 ÷ 15)D2

-

Khi D2 = (5 ÷ 50)mm thì bề dày nhập liệu h = (5 ÷ 10)D2

-

Khi D2 > 50mm thì bề dày nhập liệu h = (3 ÷ 5)D2

Kích thước của vật liệu trên sàng: khi vật liệu chuyển động trên mặt sàng thì dễ xảy ra
sự bít lỗ sàng khiến hiệu suất và năng suất giảm. Để tránh sự bít lỗ này thì cần có một lực
nào đó để đNy hạt ra khỏi lỗ.
Xét một hạt hình cầu, xem hình (H16.8) có đường kính hạt là 2r bít trên lỗ có đường
kính 2R, góc bít 2β. Hạt vật liệu đó không tự bật ra khỏi lỗ nếu moment quán tính P nhỏ hơn
moment ổn định của trọng lượng hạt G. Vậy hạt chỉ bật ra khỏi lỗ trong điều kiện
P.x ≥ G.R

Ở đây:

P = m.a =

(16 – 12)

G
.a - Lực quán tính
g

m: khối lượng của hạt; kg
a: gia tốc của sàng; m/s2
g: gia tốc trọng trường; m/s2
x: tay đòn lực quán tính, tính từ mặt sàng tới tâm hạt; m

258


Ta có: x = R cot anβ đem thế vào (16 – 12)
G
.a.R cot anβ ≥ G.R
g
Suy ra: a ≥ g tan β

(16 – 13)

Giá trị β phụ thuộc vào hai bán kính
r
1
=
⇒ R = r.sin β = const
R sin β
Nghĩa là khi bán kính lỗ R không đổi, nếu ta tăng r lên thì β phải nhỏ và gia tốc a càng
nhỏ, còn khi r nhỏ góc β phải lớn thì a càng lớn. Một khi a càng lớn thì hạt dễ bị bậ ra khỏi
lỗ sàng. Bảng 16.1 là mối quan hệ giữa kích thước hạt và gia tốc sàng.
Bảng 16.1
β(0)
10
20
30
40
50
60
70
80

r
1
=
5,8
2,9
2
1,5
1,3
1,15
1,06
1,02
R sin β
tanβ
0,176
0,346
0,547
0,839
1,192
1,732
a
1,72
3,56
5,35
8,2
11,7
17,0
Lưu ý
• Khi kích thước sản ph m D2 ≥ 1mm ⇒ Dùng sàng
• Khi kích thước sản ph m D2 < 1mm ⇒ Dùng rây
2. GIỚI THIỆU MÁY SÀNG THÔNG DỤNG

2.1.

Máy sàng lắc phẳng

259

2,147
21,0

5,67
54,5


Làm việc dưới tác dụng của lực quán tính và trọng lực, tổng hai lực này sẽ tạo ra một
lực tương đối để vật liệu chuyển động trên mặt sàng. Máy sàng có nhiều loại khác nhau, trên
nguyên tắc chung là mặt sàng hình chữ nhật được treo hay đặt trên các gối đỡ. Toàn bộ
khung được nối với bộ lệch tâm, khi bộ lệch tâm quay thì mặt sàng dao động qua lại theo
phương ngang nên gọi là sàng lắc phẳng. Hình (H16.9) mô tả máy sàng lắc phẳng, trong đó
hình (H16.9a) thanh dao động gắn phía trên mặt sàng, hình (16.9b) thì thanh dao động gắn
phía dưới.
Các thông số chính của máy sàng lắc phẳng:
• Xác định vận tốc chuyển động tương đối của vật liệu trên mặt sàng v0
Để hạt lọt được lỗ sàng thì vận tốc tương đối là:
g.cos α
(16 – 14)
v o = (D − r − r tan α )
;m
(D − r − r tan α )sin 2α + 2R s
g
Khi mặt sàng nằm ngang α = 0 thì v 0 = (D − r ) ; m

(16 -15)
2 s
Vận tốc thực v lấy bằng: v = (70 ÷ 80)%.v0; m/s
Trong đó
D: đường kính lỗ sàng; m
r: bán kính hạt; m
α: góc nghiêng mặt sàng, (0)
• Xác định số vòng quay của cơ cấu lệch tâm:
f . cos α − sin α
; v/phút
(16 – 16)
n≈
e
f: hệ số ma sát vật liệu trên sàng
e: độ lệch tâm (bán kính lệch tâm)
• Tính năng suất
(16 – 17)
G = 3600.A.v tb .ε.ρ ; kg/h
A = B.h: diện tích tiết diện ngang của vật liệu trên sàng; m2
B: chiều rộng mặt sàng; m
h: bề dày lớp vật liệu trên sàng; m
π.n
v tb =
.e.k ; m/s: vận tốc trung bình vật liệu chuyển động trên mặt sàng
30
e: bán kính lệch tâm; m
k = 0,45: hệ số thực nghiệm
ε = (0,3 ÷ 0,6): độ xốp của vật liệu
ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3
• Tính công suất

N + N 2 + N3
N= 1
.K ; kW
(16 – 18)
η
260


Trong đó N1 =
N2 =
N3 =

e 2 .n 3 .G '
54.10 6
f .G '.v tb
103
f .P.v 3

: công suất tạo động năng cho sàng chuyển động
: công suất thắng lực ma sát giữa vật liệu với bề mặt sàng

: công suất thắng lực ma sát của cơ cấu trục lệch tâm
103
Với e: bán kính lệch tâm; m
n: số vòng quay trục lệch tâm; v/p
G ' = ρ.g.h.L.B.ε : trọng lực vật liệu trên sàng; N
L, B, h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao vật liệu trên sàng; m
P: lực quán tính của sàng; N
π.n
v3 =

.e : vận tốc dài trục lệch tâm; m/s
30
K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng
η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất sàng
2.2.

Máy sàng rung

Trong công nghiệp máy sàng rung thường dùng vào các mục đích là phân loại, vận
chuyển, làm tơi và làm nguội vật liệu. Đặc trưng máy sàng rung là tần số dao động lớn
khoảng (1000 ÷ 3000) lần dao động/phút, với biên độ dao động từ (0,5 ÷ 2)mm. Về mặt cấu
tạo toàn bộ mặt sàng được gắn trên bộ khung dao động, khi hoạt động thì thùng sàng sẽ thực
hiện chuyển động rung nhờ cơ cấu quay lệch tâm. Hình H16. 10 mô tả cấu tạo máy sàng
rung.

Các thông số chính của máy sàng rung
261


• Năng suất

G = B.q ; kg/h

(16 – 19)

B: chiều rộng mặt sàng; m
q: tải trọng riêng của sàng; kg/h.cm
• Chiều dài mặt sàng
q
L=

;m
36.ρ.v tb

(16 – 20)

ρ: khối lượng riêng của vật liệu; kg/m3
vtb = (3 ÷ 4).10-3 m/s: vận tốc trung bình vật liệu trên sàng
• Số vòng quay của trục lệch tâm:
30 2a
; v/phút
n= .
π
ℓ
a = (3 ÷ 4)g: gia tốc của sàng; m/s2
ℓ: biên độ dao động; mm
• Thông số thích hợp một số loại ngũ cốc, xem bảng (16. 2)

(16 – 21)

Bảng 16. 2
Vật liệu
cần phân loại

Lúa mì
Đại mạch
Kê
2.3.

Biên độ - l
(mm)

3
3,5
1,5

CÁC THÔNG SỐ
N
Độ dốc của sàng
(v/phút)
( 0)
1250
8
1200
8
1850
8

Máy sàng thùng quay

262

Tải trọng riêng q
(kg/h.cm)
84
78
48


Máy gồm thân hình trụ rỗng bằng kim loại, trên thân có đục rất nhiều lỗ hoặc bọc lưới
đan 1, toàn bộ thân gắn trên hai ổ đỡ 2, thân quay nhờ cơ cấu truyền động 3. Nhập liệu trực
tiếp vào một đầu thân, sản phNm nằm trên mặt sàng sẽ di chuyển dần về phía cuối sàng và

được chứa vào bồn chứa 4, còn sản phNm lọt qua sàng chứa vào bồn chứa số 5. Hình H16.
11 mô tả cấu tạo máy sàng thùng quay.
Máy sàng thùng quay thường có kích thước sau: đường kính thùng (0,5 ÷ 2)m, chiều
dài (4 ÷ 8)m, năng suất (20 ÷ 50) m3/h
Các thông số chính của máy sàng thùng quay gồm:
• Vận tốc quay tới hạn của thùng
8 ÷ 14
n=
; v/phút
(16 – 22)
R
R: bán kính thùng sàng; m
• Năng suất máy sàng
(16 – 23)
G = 36.π.n.R 3 .ρ.ε. tan 2α ; kg/h
n: số vòng quay của thùng; v/phút
R: bán kính thùng; m
ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3
ε: độ xốp vật liệu
α: góc nghiêng của thùng
Khi sử dụng công thức (16 - 23) thì tiết diện lớp vật liệu trong thùng theo mặt cắt
ngang là ≈ 0,3R2
• Tính công suất máy nghiền thùng quay
N + N 2 + N3
N= 1
.K ; kW
(16 – 24)
η
r '.R.n.g.m. sin α
Với: N1 =

; kW : công suất nâng vật liệu
3.10 4
π.R.n.g.m.f1 
Rn 2 
 cos α +
 : kW : công suất thắng lực ma sát giữa vật liệu và
N2 =
900 
3.10 4

mặt sàng

Σm.g.f 2 .r '.π.n
; kW : công suất thắng lực ma sát của ổ đỡ
3.10 4
Ở đây r’: bán kính gối trục; m
R: bán kính thùng
m: khối lượng vật liệu trong máy sàng; kg
Σm: tổng khối lượng vật liệu và thùng; kg
f1, f2: các hệ số ma sát
K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng
η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất
N3 =

263


3. BÀI TẬP
Bài 1. Quặng đôlimit sau khi nghiền rồi qua sàng 14mesh. Kết quả phân tích rây dòng
nhập liệu, trên sàng và dòng dưới sàng cho ở bảng sau:

Số mesh

Nhập liệu
(%)

Trên sàng
(%)

Dưới dàng
(%)

4

15

20

−

6

8

15

−

8

11

17

−

10

13

28

7

14

17

15

19

20

24

5

18

28

6

−

27

35

6

−

29

Hỏi:
o Tìm hiệu suất sàng?
o Nếu năng suất là 1 T/h. Hãy xác định lượng vật liệu trên và dưới sàng?
Bài giải
• Phần khối lượng vật liệu A có trong phân đoạn nhập liệu (D > Drây – 14mesh)
x F = 0,15 + 0,08 + 0,11 + 0,13 + 0,17 = 0,64 = 64%

• Phần khối lượng A có trong phân đoạn trên sàng:
x D = 0,2 + 0,15 + 0,17 + 0,28 + 0,15 = 0,95 = 95%
• Tương tự phần khối lượng vật liệu A trong phân đoạn dưới sàng
x B = 0,07 + 0,19 = 0,26 = 26%
• Hiệu suất tổng của sàng, xem (16 – 7)
(x - x )(x - x )(1 - x B )x D = (0,64 - 0,26)(0,95 - 0,64)(1 - 0,26).0,95 = 75%
η= F B D2 F

(x D - x B ) .(1 - x F ).x F
(0,95 - 0,26)2 (1 - 0,64).0,64
• Tính lượng vật liệu trên sàng D và dưới sàng B
Giải hệ phương trình (16 – 1) và (16 – 2) ta có
1= D+ B

1.0,64 = D.0,95 + B.0,26
Ta có: D = 0,55T/h và B = 0,45T/h
Đáp số: η = 75%; D = 0,55T/h; B = 0,45T/h

264


Bài 2. Dùng sàng 48mesh để phân loại vật liệu, sau khi sàng tỉ lệ khối lượng vật liệu trên
sàng và dưới sàng là 4:6, kết quả phân tích rây dòng nhập liệu và dòng trên sàng cho bảng
sau đây

Số Mesh
Nhập liệu
Trên sàng 48 mesh
Tìm hiệu suất sàng?

10
0,3
0,75

14
0,5
1

20
28
35
48
65
8,9 18,6 25,8 28,1 9,1
17,5 33
38,75 7,5 1,5

100
6,2
−

150
2,5
−

Bài giải

Lập bảng:
Số mesh
10
14
20
28
35
48
65
100
150

Nhập liệu
0
0,003
0,008
0,097
0,283
0,541
0,822
0,913
0,975

Trên sàng
0
0,0075
0,0175
0,1925
0,5225
0,91
0,985
1
−

Tương tự bài 1 ta có: x F = 0,541 = 54,1% và x D = 0,91 = 91%
D 4 xF − xB
4
Tìm xB như sau:
= =
⇒ x B = x F − (x D − x F ) = 0,295 = 29,5%
B 6 xD − xF

6
(x − x B )(x D − x F )(1 − x B ).x D
Vậy hiệu suất tổng η = F
(x D − x B )2 .(1 − x F )x F
Đáp số: η = 0,62 = 62%

265


4. CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Mục đích và ứng dụng quá trình sàng?
2. Các phương pháp bố trí mặt sàng?
3. Phân loại máy sàng?
4. Sàng lý tưởng và thực tế?
5. Cân bằng vật chất qua sàng. Tính hiệu suất sàng?
6. Cấu tạo bề mặt sàng?
7. Xác định các thông số của máy sàng?
8. Cấu tạo, nguyên lý và các thông số kỹ thuật của máy sàng lắc phẳng?
9. Cấu tạo, nguyên lý và các thông số kỹ thuật của máy sàng rung?
10. Cấu tạo, nguyên lý và các thông số kỹ thuật của máy sàng thùng quay?

266