THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KGMẺ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ  CÔNG NGHỆ


NGUYỄN THỊ MẾN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG
NĂNG SUẤT 100 KG/MẺ

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 09 năm 2007
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ  CÔNG NGHỆ


THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM
MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG
NĂNG SUẤT 100 KG/MẺ

Chuyên ngành: Cơ khí bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
TS. NGUYỄN NHƯ NAM

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THỊ MẾN

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 09 năm 2007

2


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING  TECHNOLOGY


DESIGNING, MANUFACTURING AND TESTING
THE PREMIX VERTICAL CONE TYPE MIXER
WITH CAPACITY 100KG/BATCH
Speciality: Engineering for preserving and processing Agricultual products

Supervisor:
DR: NGUYEN NHU NAM

Student:
NGUYEN THI MEN

Ho Chi Minh, city
September, 2007

3

LỜI CẢM TẠ

Đầu tiên con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, những người đã sinh thành và
dưỡng dục con có được ngày hôm nay. Em xin cảm ơn anh chị đã động viên và
giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ
Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã yêu thương, hết
lòng truyền đạt những kiến thức mới, những kinh nghiệm quí báu về cách sống,
phương pháp làm việc và nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và phấn đấu
tại trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Như Nam, cán bộ
giảng dạy Khoa Cơ Khí  Công Nghệ, trưởng bộ môn “Máy sau thu hoạch” đã
tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp Cơ khí 29B và bạn bè đã giúp
đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.

4


TÓM TẮT

Đề tài:
“Thiết kế , chế tạo và khảo nghiệm máy trộn Premix dạng thùng côn đứng
năng suất 100 kg/mẻ”.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Nguyễn Như Nam

Nguyễn Thị Mến

1. Mục đích đề tài:
 Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy trộn premix dạng thùng côn đứng
năng suất 100 kg/mẻ.
2. Nội dung thực hiện:
 Cấu tạo và phạm vi sử dụng máy trộn thùng quay.
 Đối tượng trộn.
 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc.
 Tính toán thiết kế bộ phận trộn.
 Tính toán thiết kế các bộ truyền động.
 Thiết kế khung máy.
 Chế tạo.
 Khảo nghiệm.
3. Kết quả tính toán:
 Thùng trộn:
o Đường kính hình trụ: D = 800 mm.
o Chiều cao hình trụ: H = 400 mm.
o Đường kính hình côn: d = 350 mm.
o Chiều cao hình côn: h = 390 mm.
o Tổng chiều dài: L = 1,18 mm.
5


 Bộ truyền đai:
o Đường kính bánh chủ động: D1 = 140 mm.
o Đường kính bánh bị động: D2 = 450 mm.
o Khoảng cách trục: A = 460,8 mm.
o Chiều dài đai: L = 1900 mm.
o Chiều rộng bánh đai: B = 20 mm.

 Bộ truyền động xích:
o Số răng đĩa dẫn: Z1 = 25
o Số răng đĩa bị dẫn: Z2 = 75
o Đường kính vòng chia của đĩa dẫn: dc1 = 152 mm.
o Đường kính vòng chia của đĩa bị dẫn: dc2 = 455 mm.
o Khoảng cách trục: A = 379 mm.
4. Kết quả khảo nghiệm:
 Thời gian trộn thực tế t = 10 ph.
 Năng suất Q = 602,0 kg/h.
 Công suất N = 0,781 kW.
 Chi phí năng lượng riêng A2 = 1,297 kWh/T.
 Độ trộn đều hỗn hợp K = 97,632 %.

6


SUMMARY
Thesis:
“Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer
with 100 kg/batch of capacity”.
1. Thesis purposes:
Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer
with 100 kg/batch of capacity.
2. Content of thesis:
 Construction and applied field of the rotary drum mixer.
 Materials of mixing.
 Selecting model and working principle.
 Calculating and designing the mixing part
 Calculating and designing the transmission.
 Designing the frame of the mixer.

 Manufacturing.
 Testing.
3. Results of calculating:
 Mixing drum:
o Cylinder diameter: D = 800 mm.
o Cylinder height: H = 400 mm.
o Cone diameter: d = 350 mm.
o Cone height: h = 390 mm.
o Sum of lengths: L = 1180 mm.
 Belt transmission:
o Diameter of the
o Diameter of the
o Shaft distance: A = 460,8 mm.
o Length of belt: L = 1900 mm.
o Width of belt wheel: B = 20 mm.
7


 Chain transmission:
o Amount of active chainwheel’s tooth: Z1 = 25.
o Amount of passive chainwheel’s tooth: Z2 = 75.
o Pitch cycle of diameter of active chainwheel: dc1 = 152 mm.
o Pitch cycle of diameter of passive chainwheel: dc2 = 455 mm.
o Shaft distance: A = 379 mm.
4. Testing result:
 Truth time of mixing t = 10 minutes.
 Capacity Q = 602,0 kg/h.
 Power N = 0,781 kW.
 Spend on individual energy A2 = 1,297 kWh/T.
 Degree of regular mixture of mixing K = 97,632 %.

8


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

m

Khối lượng hạt.



Khối lượng riêng của hạt.



Khối lượng thể tích của vật liệu.

d

Đường kính của hạt.

dtđ

Đường kính tương đương của hạt.

q

Hàm phân

Qr

Hàm phân bố tổng.



Hệ số hình dạng.

F

Diện tích bề mặt.

V

Thể tích.

Om,

Bề mặt riêng khối lượng.

Ov,

Bề mặt riêng thể tích.



Ứng suất tiếp.

0

Ứng suất tách.



Ứng suất pháp.

f

Hệ số ma sát.



Sức căng bề mặt của chất lỏng ở điều kiện trộn.



Độ rỗng của khối hạt.

B

Nồng độ muối kiểm tra.



Mức độ trộn.

T

Độ lệch bình phương trung bình lý thuyết.

p

Tỷ lệ cấu tử nghiên cứu trong toàn bộ hỗn hợp.

v

Cường độ của quá trình tạo hỗn hợp.

f n , f0

Cường độ của quá trình thuận nghịch.

t

Thời gian trộn.

Ci

Tỷ lệ phần cấu tử kiểm tra.
9


P

Tham số trạng thái.

D

Đường kính.

R

Bán kính.

n

Số vòn quay.

Flt

Lực li tâm.

g

Gia tốc trọng trường.



Gia tốc góc.

G

Lực trọng trường.

K

Hằng số thực nghiệm.

L

Chiều dài.

Q

Năng suất trộn.

d

Hệ số đầy của thùng.

t

Thời gian trộn.

p

Thời gian phụ.

n

Thời gian nạp liệu.

N

Công suất.

rng

Bán kính ngỗng trục.

ftr

Hệ số ma sát trong giữa ngỗng trục và ổ.

h

Chiều cao.

tn

Góc rơi tự nhiên.

Vt

Thể tích chiếm chỗ của vật liệu chứa trong thùng.

q

Khối lượng một mẻ trộn.

c

Hệ số chứa.

Vc

Thể tích phần hình côn.

ngh

Số vòng quay giới hạn.

dt

Đường kính đầu mút của thùng.

M

Mô men.



Hệ số ma sát lăn.

Gth

Khối lượng thùng.

Gsp

Khối lượng sản phẩm.
10


A

Khoảng cách trục.

So

Lực căng ban đầu.

o

Ứng suất căng ban đầu.

X

Số mắt xích.

Z

Số răng.

u

Số lần va đập.

dc

Đường kính vòng chia.

11


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1. Các dạng máy thùng quay
Hình 2.2. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử.
Hình 2.3. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d).

Hình 2.4: Các đường cong động học quá trình trộn.
Hình 4.3 – Mô hình làm việc của máy trộn Premix dạng thùng côn đứng.
Hình 4.5: Sơ đồ tính toán để xác định trọng tâm của sản phẩm trong thùng
đối với trục xyz.
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc  vào góc quay  của thùng.
Hình 7.1 :Máy trộn Premix dạng thùng côn đứng(nhìn theo phương chiếu
đứng)
Hình 7.2 : Máy trộn Premix dạng thùng côn đứng (nhìn theo phương chiếu
cạnh)

12


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1 : Bảng kết quả khảo nghiệm

13


MỤC LỤC

Trang
LỜI CẢM TẠ
TÓM TẮT
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Chương 1 : MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
Chương 2 : TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ
TÀI .................................................................................................................................. 3

2.1 Máy trộn thùng quay ............................................................................... 3
2.1.1 Cấu tạo máy trộn thùng quay ............................................................... 3
2.1.2 Phạm vi sử dụng..................................................................................... 4
2.2 Lý thuyết cơ bản trộn hỗn hợp ............................................................... 5
2.2.1 Khái niệm ................................................................................................ 5
2.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn ....................................... 6
2.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng trộn hỗn hợp ................................. 10
2.2.4 Cơ chế của quá trình trộn ................................................................... 12
2.3 Lý thuyết tính toán máy trộn thùng côn đứng. (Theo TL – 4) ........... 14
2.3.1 Số vòng quay của thùng....................................................................... 14
2.3.2 Thời gian trộn ........................................................................................ 14
2.3.3 Năng suất của máy trộn thùng quay .................................................. 15
2.3.4 Công suất của máy trộn thùng quay ................................................... 15
Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ................................................. 18
3.1 Phương pháp thiết kế.............................................................................. 18
3.2 Phương pháp chế tạo .............................................................................. 18
3.3 Phương pháp thí nghiệm ........................................................................ 19
3.4 Phương pháp đo đạc và sử lý số liệu ..................................................... 19
Chương 4 : THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................ 20
4.1 Đối tượng trộn ......................................................................................... 20
4.2 Các dữ liệu thiết kế ban đầu .................................................................. 20
4.3 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc ............................................. 20
4.3.1 Lựa chọn mô hình máy ........................................................................ 20
4.3.2 Nguyên lý làm việc ............................................................................... 21
4.4 Tính toán thiết kế bộ phận trộn ............................................................. 21
4.4.1 Xác định thể tích chứa của thùng ....................................................... 21
4.4.2 Xác định các kích thước thùng trộn ................................................... 22
14

4.5 Tính toán động học của máy trộn.......................................................... 23
4.5.1 Xác định số vòng quay cần thiết cho máy trộn ................................. 23
4.5.2 Xác định thời gian trộn ....................................................................... 24
4.5.3 Tính toán mô men cản của thùng trộn............................................... 24
4.5.4 Xác định công suất để quay thùng trộn ............................................. 29
4.6 Tính toán thiết kế bộ phận truyền động ............................................... 29
4.6.1 Số liệu thiết kế đã biết.......................................................................... 29
4.6.2 Thiết kế bộ truyền động đai ................................................................. 30
4.6.3 Tính bộ truyền động xích ..................................................................... 32
4.7 Thiết kế khung máy ................................................................................ 34
4.8 Công nghê chế tạo ................................................................................... 35
4.8.1 Qui trình công nghệ chế tạo vỏ thùng ................................................ 35
4.8.2 Qui trình chế tạo trục .......................................................................... 35
4.8.3 Qui trình công nghệ chế tạo khung .................................................... 35
4.9 Khảo nghiệm xác định các thông số kỹ thuật....................................... 35
4.9.1 Mục đích khảo nghiệm ........................................................................ 35
4.9.2 Nội dung khảo nghiệm ......................................................................... 35
4.9.3 Kết quả khảo nghiệm .......................................................................... 36
4.10 Ý kiến thảo luận .................................................................................... 38
Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...................................................................... 39
5.1 Kết luận .................................................................................................... 39
5.2 Đề nghị ...................................................................................................... 39
Chương 6 : TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 40

15


Chương 1. MỞ ĐẦU

Hình thức chăn nuôi công nghiệp ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước

ta. Đặc biệt là các tỉnh phía Nam, ngoài con giống, thuốc thú y, chuồng trại thì
thức ăn chăn nuôi đóng một vai trò hết sức quan trọng. Chăn nuôi ở các nước phát
triển chủ yếu theo mô hình chăn nuôi tập trung với đàn nuôi tới hàng ngàn con gia
súc, gia cầm, thuỷ cầm và các loài thuỷ hải sản. Với sự phát triển cả về số lượng
và chủng loại vật nuôi đòi hỏi phải cung cấp lớn một lượng thức ăn bổ sung dưới
các dạng premix để đáp ứng nhu cầu hàng ngày. Vì vậy đặt ra cho nền kinh tế
nước ta một ngành sản xuất thức ăn bổ sung phục vụ cho chăn nuôi. Loại thức ăn
này nhằm đảm bảo đủ các thành phần vi lượng, vitamin, hay muối khoáng, thuốc
phòng bệnh đồng thời giúp vật nuôi hấp thụ tốt thức ăn. Các prêmix qua chế biến
cơ học để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Trong đó trộn đều giữ vai trò hết sức quan
trọng.
Thức ăn công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi bao gồm nhiều tỷ lệ thành
phần khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại vật nuôi ví dụ như thức ăn cho heo có các
thành phần khác so với thức ăn cho gia cầm, thuỷ cầm và các loài thuỷ hải sản.
Đặc biệt trong thành phần thức ăn có tỷ lệ rất nhỏ được bổ sung ở dạng premix,
các premix được đưa vào hỗn hợp thức ăn theo phương pháp làm giàu. Các thành
phần vi lượng được cân đong cùng với chất phối trộn (thông thường là cám) và
được trộn theo nhiều giai đoạn. Quá trình này được một số Xí nghiệp chế biến
thức ăn gia súc trong nướcthực hiện bằng tay hoặc bằng cơ khí đưa trực tiếp các
chất vi lượng vào hỗn hợp chính. Do vậy ảnh hưởng đến độ đồng nhất của hỗn
hợp thức ăn gia súc mà còn có hại cho gia súc do ở một phần nào đó ảnh hưởng
đến trạng thai sinh lý của vật nuôi khi hấp thụ cấu tử này quá định mức. Ngoài ra
về lĩnh vực kinh tế còn gây lên tinh trạng lãng phí về nguyên liệu.
Với tỷ lệ thành phần các chất vi lượng dạng muối khóang, vi ta min, thuốc
chữa và phòng bệnh rất nhỏ trong thành phần và nhu cầu cung cấp hang ngày, nên
16


hỗn hợp premix cần có độ trộn đều cao. Do vậy việc thiết kế, chế tạo máy trộn
premix để phục vụ sản xuất có tính cấp thiết và nhu cầu cao trong sản xuất hiện

nay.
Chính vì vậy đề tài của chúng tôi mang tên:
“Thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm máy trộn premix thùng côn đứng năng suất
100kg/mẻ”.
Đề tài dưới sự hướng dẫn của TS: Nguyễn Như Nam.
Mục đích đề tài là nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy trộn hỗn hợp premix để
ứng dụng vào sản xuất có năng suất 100 kg/mẻ.
Nội dung thực hiện bao gồm:
 Xác định cơ sở thiết kế.
 Lựa chọn mô hình nguyên lý làm việc của máy trộn thùng côn đứng.
 Tính toán thiết kế các bộ phận làm việc chính: bộ phận nạp liệu, thùng
trộn, khung máy, bộ phận truyền động.
 Tham gia chế tạo.
 Khảo nghiệm và chuyển giao sản xuất.
Là một đề tài vừa tiến hành thiết kế, vừa chế tạo và khảo nghiệm để chuyển
giao cho sản xuất, cũng như kinh nghiệm và trình độ chưa chuyên nghiệp, nên quá
trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em xin chân thành cảm
ơn sự chỉ dẫn chân tình của Quí Thầy – Cô, các bạn sinh viên, các nhà sản xuất
trong suốt thời gian học tập và rèn luyện ở trong trường cũng như khi tiến hành
thực hiện đề tài tốt nghiệp.

17


Chương 2. TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO
PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI.
2.1 Máy trộn thùng quay
2.1.1 Cấu tạo máy trộn thùng quay
Do yêu cầu của vật liệu đưa vào phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép
làm dập nát. Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại

thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục. Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn,
bộ phận dẫn động và bộ phận đỡ (khung máy).

Hình 2.1. Các dạng máy thùng quay
1. Kiểu trục nằm ngang;

6. Kiểu hình trụ chéo;

2. Kiểu hình tru thẳng đứng;

7. Kiểu chữ V;

3. Kiểu lục giác nằm ngang;

8. Kiểu nồi;

18


4. Kiểu hình côn đứng;

9. Kiểu tứ diện.

5. Kiểu hình côn nằm ngang;
Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau (hình 2.1)
để tạo ra dòng chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ.
 Nhận xét:
Trong số nguyên lý trộn thùng quay thì máy trộn hình côn đứng (hình 2.1 3),
máy trộn hình trụ chéo (hình 2.1.6), máy trộn kiểu nồi (hình 2.1.8) được dung phổ
biến để trộn premix hay áp dụng trong dược phẩm. Ở các lọai máy trộn này, hỗn

hợp được trộn mãnh liệt, và hạn chế được hiện tượng tích tụ trong quá trình trộn.
2.1.2 Phạm vi sử dụng
Thùng trộn có dạng hình trụ nằm ngang (hình 2.1.1) hoặc thẳng đứng (hình
2.1.2) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp,
dễ điều chỉnh. Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền,
người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang (hình 2.1.3). Loại thùng quay hình
trụ chéo (hình 2.1.6) đảm bảo trộn nhanh chóng và chất lượng cao, vì ở đây thực
hiện đồng thời cả trộn theo chiều trục lẫn trộn theo hướng kính, cả trộn khuếch
tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền.
Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 2.1.7) dùng khi trộn hiệu quả cao.
Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như premix , thuốc
thú y dạng bột,… Ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn đã nêu.
Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ, trục quay
thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp riêng
có thể trùng với đường tâm của hình trụ. Trong những máy trộn hình nón, hiệu
quả trộn được tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của
hình nón. Khi trộn những vật liệu có khuynh hướng vón cục và khi cần làm ẩm
chúng, trong một vài trường hợp ở các máy trộn hình nón có nạp những viên bi
cầu bằng kim loại hay bằng sứ, song sự tiết kiệm của phương pháp đó không cao,
vì rằng cứ mỗi mẻ trộn phải nạp và tháo bi cũng như lấy riêng chúng ra khi tháo
thành phẩm. Trên hình 2.1.4 và 2.1.5 trình bày cấu tạo máy trộn hính côn đứng và
máy trộn hình côn ngang.

19


Máy trộn dạng nồi quay (hình 2.1.8) gồm chủ yếu có bình dạng lập phương
quay trên trục nằm ngang với đường tâm của bình chứa trùng với đương chéo
chính của nó. Sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ giải thích
rằng ở trong những hình trụ dài, khó đảm bảo việc trộn đều và tháo sản phẩm

nhanh chóng. Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và có thể tăng hiệu quả của nó
mạnh hơn nhờ có lắp thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay
của nồi.
2.2 Lý thuyết cơ bản trộn hỗn hợp
2.2.1 Khái niệm.(TheoTL – 3)
Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhauvới mục
đích nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất
của các phần tử ở mỗi cấu tử trong tất cả khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp
lại chúng dưới tác dụng của ngoại lực. Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá
trình trao đổi nhiệt và trao đổi khối lượng.
Người ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc dạng sợi bằng các hệ
thống cơ học của nó. Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng thái
tột cùng của hỗn hợp. Trong trường hợp lý tưởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp
gồm hai cấu tử được trình bày ở hình 2.2.1. Trong tất cả các mẫu mà chúng ta lấy
ra từ hỗn hợp đều đặn để có thành phần đồng nhất như nhau. Tuy nhiên trạng thái
như vậy không bao giờ có thể đạt được trong quá trình trộn cơ học, mà chỉ có thể
đạt được trạng thái kế cận với trạng thái lý tưởng.

a

b

Hình 2.2.1. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử.
a) Trạng thái có trật tự; b) Trạng thái không có trật tự.
20


Trạng thái hỗn hợp đều đặn được xác định bằng thống kê là trạng thái không
trật tự (hình 2.2.1.b). Ở trạng thái này thì xác xuất tính toán các phần tử cấu tử
kiểm tra ở trong bất kỳ mẫu nào cũng bằng tỷ lệ của nó trong toàn bộ hỗn hợp.

Trạng thái không trật tự có thể đạt được trong công đoạn trộn hỗn hợp.
2.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn
a) Đường kính của hạt
Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu
nên kích thước dài của chúng theo các chiều khác nhau rất khác nhau. Vì vậy
người ta dùng đường kính tương đương dtđ để đặc trưng cho kích thước hạt.
Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suát của quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc
xác định đường kính hạt cần có cùng khối lượng:
dt  3

6m
,
 .

(mm).

(2.1)

Trong đó: - m: khối lượng hạt, [g];
-  : khối lượng riêng của hạt, [g/mm3].
Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính
tương đương xác định theo công thức:
d td  a1  a 2 ,

(mm).

(2.2)

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương
dtđ1 và dtđ2, v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1, x2, …, xn. Như

vậy đường kính tương đương của cả tập hợp hạt này có thể xác định gần đúng
theo công thức sau:
N

Dtd 

 x .d
i

i 1

tdi

N

x
i 1

, (mm).

(2.3)

i

b) Phân bố của lớp hạt
Các lớp hạt là những tập hợp các hạt có kích thước không đều nhau rải trong
một khoảng rộng từ dmin =dtđ1 tới dmax = dtđN và có các phần khối lượng tương ứng
không bằng nhau x1  x 2  ...  x N , nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán. Để mô
tả cấu trúc đó ta dùng hàm phân bố mật độ qr(d) (hình 2.2.2.a) và hàm phân bố tổng
21

Qr(d) (hình 2.2.2.b). Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường
kính nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d = dmin có Qr(dmin) = 0, còn khi d = dmax có Qr(dmax) =
1. Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị kích thước của hạt tại đường kính d và giá trị
của qr(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích thước d càng lớn. Quan hệ giữa Qr(d) và
qr(d) được xác định theo công thước:
qr (d ) 

dQr ( d )

d

hoặc Qr ( d ) 

d (d )

q

r (d )

d (d ) ;

1

2

3

(2.4)

d min

(%)

1

d(mm)

2

d(mm)

b

a

m=1,5
n=1,0

lgd
1

1

d(mm) 0,01 0,02 0,03

1
c

lgd(lgmm)

1 2 3 4 5 d(mm)
e

d

Hình 2.2.2. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d).
a) Hàm phân bố mật độ qr(d);
b) Hàm phân bố mật độ Qr(d);
c) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố chuẩn;
d) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố lôgarit;
e) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố RRS.
Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc tuân theo những quy luật phân bố
khác nhau. Tập trung lại có thể quy về ba loại: phân bố chuẩn, phân bố lôgarit,
phân bố RRS (hình 2.2.2). Trong đó phân bố chuẩn, phân bố lôgarit dùng để miêu
tả các vật liệu hữu cơ (thực vật) được nghiền dùng làm thức ăn gia súc. Hàm phân
bố mật độ và phân bố tổng theo khối lượng của phân bố này có dạng:
q r ( d ) lg 
Qr ( d ) lg 

1

 2
1

 2

e

 lg d  lg d z 


2 2 


lg d





;

(2.5)

 lg d  lg d z 


2 2 

e

lg d min

22

;

(2.6)

c) Hình dạng hạt
Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng  - tỷ số giữa bề mặt F
của bề mặt hạt dạng cầu có cùng thể tích V:
  0,205 

F
3

V2

;

(2.7)

Hệ số hình dạng của hạt cầu bằng 1, của các hạt khác lớn hơn 1. Hệ số hình
dạng của hạt giảm khi kích thước tương đương của hạt giảm.
d ) Bề mặt riêng của lớp hạt
Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích khối hạt gọi là bề
mặt riêng và kí hiệu là Om, hoặc Ov, .
Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công thức;
Om, 

6.
,
 .d td

(m2/kg);

(2.8)

Ov, 

6. .
,
d td .

(m2/m3);

(2.9)

Trong đó:
 - khối lượng thể tích của vật liệu, (kg/m3);
 - khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3).
Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau
xác định theo công thức:
Om, 

6




 i .xi
d tdi

;

(2.10)

Trong đó: xi – là phần khối lượng của lớp hạt thứ i.
e) Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong
Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:
  f .   0 ;

(2.11)

Trong đó:  - ứng suất tiếp;
0 - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi  = 0);
 - ứng suất pháp;
f - hệ số ma sát trong.

23


Ứng suất tách 0 chính là đọ bền cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó
là tác dụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong lớp hạt. Khi kích thước của
các hạt rất nhỏ, ứng suất tách có thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên. Lớp hạt ẩm
có ứng suất tách rất lớn và giá trị cực đại của nó có thể xác định theo công thức
(khi không để ý đến ảnh hưởng của trọng lực):
 0 mx

2,4(1   )   . cos 

 

 d td

2


 ;


(N/m2)

Trong đó:  - sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, (mN/m);
 - góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);
 - độ rỗng khối hạt; 2,4 - hệ số lấy ở điều kiện trung bình.
Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì 0 = 0 lúc đó:
 = f.
Rút ra:

f   . 1

(2.12)

Như vậy có nghĩa là hệ số ma sát trong bằng tỷ số giữa ứng suất tiếp gây ra
sự chuyển dịch (trượt) trong lớp hạt khô và ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt lớp
hạt.
Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong  có quan hệ với hệ
số ma sát trong theo công thức:
tg = f

(2.13)

Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát góc ma sát trong tương ứng với
góc nghiêng tn. Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30  400.
f) Độ khuếch tán

Độ khuếch tán là nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu
hỗn hợp mà các phần có kích thước như nhau, thì được gọi là hệ thống “Đơn
khuếch tán”. Các công trình nghiên cứu của X.V.Melnhikov đã chúng tỏ rằng: nếu
hỗn hợp gồm các cấu tử có phần tử mà kích thước càng bé và đồng đều về kích
thước thì càng dễ dàng nhận được hỗn hợp đồng nhất và ngược lại.

24


2.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng trộn hỗn hợp
Đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất
của hỗn hợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn. Các tác giả trong và ngoài
nước đã xây dựng nhiều công thức xác định mức độ trộn hỗn hợp.
V.V.Kapharov đã đưa ra công thức tính độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:
 k1 

1 n1 Bi

n1 i 1 B0

k2 

1
n2

k 

n2

với B1 < B0

100  Bi

 100  B
i 1

với B1 >B0

0

n1 k1  n 2 k 2
;
n1  n2

(2.14)

Trong đó:
n1 - số lượng mẫu kiểm tra có Bi < B0;
n2 - số lượng mẫu kiểm tra có Bi > B0;
Bi - nồng độ của muối kiểm tra ở mẫu i;
B0 - nồng độ của muối kiểm tra trong toàn bộ hỗn hợp;
 k1 , k 2 , k - mức độ trộn.

Nếu B1 = B0, ta có thể tính ở trường hợp nào cũng được.
Theo cách tính của V.V.Kapharov thì trị số  k thay đổi thay đổi trong
khoảng 0  100%.
A.A.Lapsin đã đưa ra công thức xác định mức độ đồng nhất của hỗn hợp
như sau:
 L1 
 L2 

L 

1
n1
1
n2

n1

Bi

B
i 1

n2


i 1

với Bi < B0

0

2 Bi  B0
B0

với Bi > B0

n1 L1  n 2 L 2
;

n1  n 2

(2.15)

Trong đó:  L1 , L 2 , L - mức độ trộn.
Theo cách tính của A.A.Lapsin thì mức độ trộn của hỗn hợp có thể mang trị
số đến giá trị 1.
25