NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY TRỘN PHÂN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 10 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY TRỘN PHÂN HỮU
CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ THU
Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Niên khóa: 2007 – 2011

Tháng 6 /2011

1


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY TRỘN PHÂN HỮU CƠ VI
SINH NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ

Tác giả

Trần Thị Thu

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Khí Chế Biến
Nông Sản Thực Phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
TS. Nguyễn Như Nam

Tháng 06 năm 2011

2


LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn: Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ và các thầy cô trong
Khoa đã trang bị, 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 thầy TS. Nguyễn Như Nam, cán bộ
giảng dạy Khoa Cơ Khí  Công Nghệ, đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đề tài tốt nghiệp này.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.

3


TÓM TẮT
Đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy trộn phân hữu cơ vi sinh năng suất 10
tấn/giờ ” được tiến hành tại khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại học Nông Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh, thời gian thực hiện đề tài từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2011.
Kết quả thu được gồm:
 Thùng trộn:
o Đường kính thùng trộn: D = 1000 mm.
o Chiều dài thùng trộn: L = 4500 mm.
o Bề dày thùng   3 mm
o Số vòng quay thùng trộn: n = 25 vòng/phút

o Góc nghiêng của thùng so với phương ngang  = 100
 Vành đai:
o Đường kính vành đai: Dvành đai = 1070 mm
o Bề rộng vành đai: B = 16 mm
o Khoảng cách từ vành đai đến đầu thùng: a = 930 mm
o Khoảng cách giữa 2 vành đai: b = 2630 mm
 Động cơ:
o Công suất động cơ: Nđc = 5,5 kW
o Số vòng quay của động cơ: n = 960 vòng/phút
- Tỷ số truyền:
o Tỷ số truyền bộ truyền đai: iđai = 1,09
o Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng: ibr = 5
o Tỷ số truyền hộp giảm tốc: ih = 7
- Bộ truyền đai
o Đường kính bánh chủ động: D1 = 140 mm.
o Đường kính bánh bị động: D2 = 160 mm.
o Khoảng cách trục: A = 240 mm.
4


o Chiều dài đai: L = 1060 mm.
- Bộ truyền bánh răng hở:
o Mô đun của cặp bánh răng để hở: m = 5
o Khoảng cách trục hai bánh răng: A = 240 mm
o Số răng bánh nhỏ: Z1 = 17
o Số răng bánh lớn: Z2 = 85
- Trục trung gian:
o Chiều dài trục: l = 320 mm
o Đường kính ngỗng trục lắp con lăn: d = 50 mm
o Đường kính trục lắp mayơ d2 = 55 mm

Bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết

5


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa

i

Cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

v

Danh sách các hình

viii

Danh sách các bảng

ix

Chương 1. MỞ ĐẦU

1

1.1

Đặt vấn đề

1

1.2

Mục đích đề tài

2

Chương 2.TỔNG QUAN

3

2.1

3

Đối tượng nghiên cứu.

2.1.1 Phân hữu cơ vi sinh

3

2.1.2 Công nghệ sản xuất phân vi sinh

3

2.1.3 Một số tính chất cơ lý của hỗn hợp trộn

5

2.2.

Máy trộn phân hữu cơ vi sinh

5

2.2.1

Cấu tạo máy trộn thùng quay

5

2.2.2

Nguyên lý làm việc

7

2.2.3 Lý thuyết tính toán thiết kế

7

2.3 Lý thuyết tính toán máy trộn thùng quay

13

2.3.1. Số vòng quay của thùng

13

2.3.2 Thời gian trộn.

15

2.3.3. Chiều dài thùng trộn

15

2.3.4 Năng suất của máy trộn thùng quay

15

2.3.5. Công suất của máy trộn thùng quay

16

2.3.6. Công suất động cơ

17
6

2.3.7. Vành đai

18

2.3.8. Tính con lăn đỡ

18

2.4 Một số máy trộn phân hữu cơ vi sinh

19

Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

22

3.1

Nội dung nghiên cứu

22

3.2

Phương pháp nghiên cứu

22

3.2.1 Phương pháp thiết kế

22

3.2.2 Phương pháp chế tạo

22

a) Công nghệ chế tạo các chi tiết họ hộp

23

b) Công nghệ chế tạo các chi tiết họ trục

23

c) Công nghệ chế tạo các chi tiết họ càng

23

3.3.

Phương pháp khảo nghiệm

24

3.3.1. Dụng cụ và phương pháp đo

24

3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm

24

3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu

24

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

25

4.1

Cơ sở thiết kế

4.1.1

Các dữ liệu thiết kế

25
25

4.1.2 Lựa chọn mô hình máy thiết kế và sơ đồ động

25

4.2

27

Tính toán thiết kế bộ phận trộn

4.2.1 Tính toán đường kính thùng trộn

27

4.2.2 Tính số vòng quay làm việc của thùng trộn

28

4.2.3 Tính chiều dài thùng trộn

28

4.2.4 Bề dày thùng trộn

28

4.2.5 Khoảng cách giữa các vành đai

28

4.2.6 Tính vành đai

28

4.2.7 Xác định đường kính ngỗng trục lắp con lăn

29

4.2.8 Tính công suất của máy trộn

30

4.3

31

Tính toán thiết kế bộ phận truyền động
7


4.4

Công nghệ chế tạo

4.4.1

Công nghệ chế tạo thùng trộn

44
44

4.4.2 Công nghệ chế tạo máng cấp liệu

46

4.4.3 Công nghệ chế tạo cánh trộn

46

4.4.4 Công nghệ chế tạo khung máy

46

4.4.5 Công nghệ sơn máy

47

4.5

48

Nhận xét kết quả thực hiện đề tài

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ

49

5.1

Kết luận

49

5.2

Đề nghị

49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

50

8


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ
Hình 2.2: Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh.
Hình2.3: Các dạng máy trộn thùng quay
Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của máy trộn thùng quay
Hình 2.5: Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr (d).
Hình 2.6: Sơ đồ lực tác dụng lên con lăn
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo máy trộn côn đứng
Hình 2.8: Sơ đồ sấu tạo máy trộn kiểu vít nằm ngang
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo máy trộn có trục thẳng đứng
Hình 4.1: Mô hình máy trộn thùng quay thiết kế
Hình 4.2: Biểu đồ momen
Hình 4.3: Phản lực tác dụng lên trục trung gian.
Hình 4.4: Máng cấp liệu của máy trộn.

9


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn

Bảng 4.1: Phân phối công suất cần thiết của các trục và tỷ số truyền

10


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Thế kỷ 21 - một thế kỷ của công nghệ sinh học, thế kỷ của sự phát triển nông
nghiệp sạch và bền vững. Nhưng nguồn phế thải từ sản xuất và sinh hoạt thì ngày càng
gia tăng đáng kể, nếu không có biện pháp xử lý đúng và kịp thời thì môi trường sẽ bị ô
nhiễm, nguồn thực phẩm không sạch làm ảnh hưởng tới sức khoẻ của cộng đồng, con
người và hệ thực động vật…Vì vậy áp dụng công nghệ sinh học, phân hữu cơ vi sinh
đã ra đời, đây là sản phẩm quá trình lên men vi sinh của than bùn và các phế thải nông
nghiệp. Phân vi sinh có lợi thế là giá thành rẻ, an toàn, “thân thiện” với môi trường và
nguồn nguyên liệu dồi dào có sẵn trong nước, nên hiện nay phân vi sinh đã được sử
dụng phổ biến trong nông nghiệp.
Trong sản xuất nông nghiệp phân bón giữ vai trò rất quan trọng, người dân ta
thường có câu: “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Tuy Việt Nam là nước nông
nghiệp nhưng lượng phân bón chủ yếu là dựa vào nhập khẩu. Hiện nay, người dân chủ
yếu sử dụng phân hóa học để bón cho cây trồng, việc này vừa tốn rất nhiều tiền, còn
gây ra ô nhiễm môi trường và làm cho đất nhanh bị thoái hóa.
Ở nước ta cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, thì công nghệ sản
xuất phân hữu cơ rất phát triển. Đặc biệt là ngành sản suất phân vi sinh. Loại phân này
được chế biến từ nhiều chất hữu cơ khác nhau như: bả bùn, rác thải sinh hoạt, men vi
sinh từ các nhà máy đường…
Dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh gồm nhiều công đoạn. Trong đó công
đoạn trộn các nguyên liệu đóng vai trò quan trọng do quá trình trộn giúp làm đều các
thành phần trong sản phẩm và tăng chất lượng sản phẩm. Các chất cặn bã trong quá
trình chế biến đường sẽ được mang đi ủ và đem đi nghiền rồi sàng lọc để chọn được

kích thước theo yêu cầu. Sau đó trộn với các thành phần hỗn hợp khác và men vi sinh
cho ra thành phẩm.
11


Được sự cho phép của khoa Cơ Khí- Công nghệ dưới sự hướng dẫn của thầy
T.S Nguyễn Như Nam, em đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy trộn
phân hữu cơ vi sinh năng suất 10 tấn/giờ ”
1.2. Mục đích đề tài
Mục đích luận văn là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy trộn phân vi sinh năng
suất 10 tấn/giờ. Mục đích của máy cần thiết kế là:
- Máy gọn nhẹ, tốn nguyên liệu sắt thép tối thiểu nhất.
- Năng suất máy, công suất máy cao.
- Mức điện năng tiêu thụ ít.
- Giá thành rẻ.
- Không gây ô nhiễm môi trường.
- Độ trộn đều cao, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa.
Để thực hiện được những mục tiêu trên, nhiệm vụ của luận văn gồm:
- Tra cứu tài liệu phục vụ đề tài.
- Lựa chọn nguyên lý làm việc và mô hình máy thiết kế.
- Tính toán thiết kế máy theo mô hình đã chọn
- Lập bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của máy.
- Tham gia chế tạo.

12


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Phân hữu cơ vi sinh
Phân vi sinh là tập hợp một nhóm vi sinh vật, hoặc nhiều nhóm vi sinh vật,
chúng được nhân lên từ các chế phẩm vi sinh và tồn tại trong các chất mang không vô
trùng, nhằm cải tạo đất và cung cấp các chất dinh dưỡng dễ tiêu từ quá trình cố định
đạm hay phân hủy các chất khó tiêu thành dễ tiêu cho cây trồng sử dụng, góp phần
nâng cao năng suất hay chất lượng nông sản.
Phân hữu cơ chứa các nguyên tố dinh dưỡng: đạm, lân, kali, magiê, natri,…,
các nguyên tố vi lượng (đồng, kẽm, mangan, coban, bo, môlipden,..) nhưng ở hàm
lượng không cao. Phân hữu cơ được sản xuất nhờ quá trình lên men phân giải các
nguyên liệu hữu cơ.
Phân hữu cơ vi sinh là phân trộn cơ học giữa phân hữu cơ và phân vi sinh. Do
hàm lượng dinh dưỡng của phân hữu cơ không cao, nên phân hữu cơ vi sinh chủ yếu
dùng để bón lót hoặc dùng làm nguyên liệu để sản xuất phân hợp hữu cơ vi sinh. Phân
vi sinh là dạng hỗn hợp ướt, độ ẩm tương đối cao.
2.1.2. Công nghệ sản xuất phân vi sinh
Quá trình chế biến phân hữu cơ vi sinh thực chất là quá trình biến đổi sinh hóa
các nguyên liệu hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện hiếm khí. Kết quả
của quá trình này là nguyên liệu ban đầu được chuyển hóa thành mùn hữu cơ vi sinh
(MHCVS). Quá trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ được giới thiệu hình 2.1.

13


CO2 , H2O
O2, H2O

Chất hữu cơ
(than bùn, bã

bùn)

Phân hủy
Tổng hợp MHCVS

Vi sinh vật

Năng lượng

Tỏa nhiệt

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ.
Bùn cặn hữu cơ, than

-Giống vi sinh vật
gốc
-Môi trường dinh
dưỡng.
-NPK, vi lượng, chất
kích thích sinh
trưởng

bùn đem khử mùi,
phơi khô, nghiền, sàng
tách tạp chất

Nước thái rửa,
nước xử lý khí

Xử lý khí, bụi

Phối trộn nguyên liệu

Ủ hảo khí (cưỡng bức)
đảo trộn định kỳ
Thổi khô (Ủ chín)

Nghiền,sàng phân loại
Phối trộn thành phẩm

Phân bột
Đóng bao
14

Các chất phụ
gia (đa, trung vi
lượng) và vi
sinh vật gốc.


Hình 2.2: Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh.
2.1.3. Một số tính chất cơ lý của hỗn hợp trộn
- Kích thước hạt:  1 mm
- Ẩm độ: 25 - 35 %
- Hình dạng: hình cầu
- Khối lượng riêng 500 – 650 tấn/m3
0
- Góc ma sát vật liệu với thép: 42

2.2. Máy trộn phân hữu cơ vi sinh

2.2.1. 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).
Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo ra dòng
vật liệu chuyển động khác nhau theo yêu cầu công nghệ. Thông thường là hình trụ
nằm ngang (hình 1a) hoặc thẳng đứng (hình 1b). 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 1c). Loại thùng quay hình trụ chéo (hình
1f) bảo đảm trộn nhanh chóng và chất lượng cao vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn
chiều trục lẫn trộn hướng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền.
Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 1g) dùng khi cần 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 loại máy trộn này, hiệu quả trộn được tăng lên nhờ
trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón. Trên hình 1d và 1e trình
bày cấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hình côn ngang.

15


Hình2.3: Các dạng máy trộn thùng quay.
a. Kiểu trụ nằm ngang,

b. Kiểu hình trụ thẳng đứng,

c. Kiểu lục giác nằm ngang

d. Kiểu hình côn đứng, e. Kiểu hình côn nằm ngang, f. Kiểu hình trụ chéo
g. Kiểu chữ V, h. Kiểu nồi.
Máy trộn dạng nồi quay (hình 1h) gồm chủ yếu có bình chứa dạng lập phương
quay trên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa trùng với đường chéo
chính của nó. Việc sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ là do 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 còn có thể tăng thêm hiệu quả mạnh hơn nhờ lắp
thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay của nồi.

16


Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của máy trộn thùng quay.
1. Cửa nạp liệu;

2. Thùng trộn;

3. Vành răng;

5. Động cơ; 6. Con lăn đỡ ;

4. Bánh răng

7. Cửa ra liệu

2.2.2. Nguyên lý làm việc
Cho hỗn hợp cần trộn vào cửa 1 vào thùng trộn. Và thùng trộn quay vật liệu
được trộn đảo đều với nhau. Sau một thời gian hỗn hợp trộn được đưa ra cửa 7 ra
ngoài.

2.2.3. Lý thuyết tính toán thiết kế
a. Khái niệm
Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục
đích nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của
các phân tử ở mỗi cấu tử trong tất cả các 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.
b. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn
* Đường kính tương đương 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 những 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
lớn đến hiệu suất quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt
cần có khối lượng.
dtđ =

3

6m
.
 .

(2-1)
17


Trong đó:

m – khối lượng hạt, [g]
ρ – 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 được xác định theo công thức:
dtđ =

a1  a 2 .

(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 này có thể xác định gần đúng theo công thức:
N

Dtđ =

 x .d
i

i 1

N

x
i 1

tdi

, [mm]

(2-3)

i

* Phân bố của lớp hạt:
Các lớp hạt là những tập hợp hạt bao gồm các hạt có kích thước không đều
nhau rải trong khoảng rộng từ dmin = dtđ1 tới dmax = dtđN và có các phần khối lượng
tương ứng cũng không bằng nhau x1 ≠ x2 ≠ …≠ xN, nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa
phân tán. Để mô tả cấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mật độ qr(d) (hình 2-2a) và
hàm phân bố tổng Qr(d) (hình 2-2b). 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(d) = 0, còn khi d = dmax có Qr(d)
= 1. Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước 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 thức:
qr(d) =

dQr ( d )
d (d )

d

hay

Qr(d) =

q

d min

18

r (d )

d (d ) .

(2-4)


Hình 2.5: 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 qui luật phân bố
khác nhau. Tập trung lại có thể quy về ba loại: phân bố chuẩn, phân bố lôgarit, phân
bố RRS (hình 2-1). Trong đó phân bố chuẩn, phân bố lôgarit dùng để mô 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:
qr (d) lg =
Qr (d) lg =

1

 2

.e

1

 . 2

 lg d  lg d Z 


2 2



lg d



 lg d  lg d Z 


2 2


e

(2-5).
(2-6).

lg d min

* Độ rỗng của lớp hạt:
Độ rỗng ε của lớp hạt vật liệu rời là tỉ số giữa thể tích không gian trống Vo
trong lớp hạt và thể tích lớp hạt V:
19

ε = Vo/V = 1 – Vr/V

(2-7).

Trong đó: Vr – tổng thể tích của các hạt rắn trong lớp hạt.
Độ rỗng của lớp hạt phụ thuộc vào cấu trúc lớp hạt và có thể thay đổi trong
khoảng rộng. Thí dụ độ rỗng của lớp hạt cầu có cùng đường kính và cấu trúc đơn vị
được xác định theo công thức:
  1


6(1  cos  ) 1  2 cos 

(2-8).

Trong đó: β – góc tạo bởi các đường nối tâm của các hình cầu sát nhau, góc β
thay đổi từ 900 đến 600. Lúc này độ rỗng ε thay đổi từ 0,476 đến 0,259 nghĩa là gần 2
lần.
Độ rỗng của lớp hạt hình cầu có cùng đường kính và có cấu trúc ngẫu nhiên xác
định theo công thức:
ε = πk-1

(2-9).

Trong đó: k – số tọa độ, nghĩa là số hạt gần kề một hạt bất kỳ.
Trong tập hợp các hạt có cấu trúc ngẫu nhiên bao giờ cũng tồn tại một khoảng
cách trung bình giữa các hạt ở cạnh nhau và được xác định bằng công thức:




 1 , [mm]
(   ) / 
 3 (1   )2


a = dtđ 3

1, 5

(2-10).

Độ rỗng của hỗn hợp trộn với nhau không có tính chất cộng, vì vậy được xác
định xuất phát từ chỉ số độ rỗng ηmax lớn nhất trong ba giá trị dưới đây:

Trong đó:

η = xAK/ηA + xBηB

(2-11).

η = xAηA + xB[K// (ηB + 1) - 1]

(2-12).

K /// A (1   B )
η = xAηA + xBηB  A B 1

(2-13).

ηi = Voi/Vri = (Vi/Vri) – 1

(2-14).

ηA, ηB – chỉ số độ rỗng của cấu tử A và B trong hỗn hợp;
xA, xB – phần thể tích của cấu tử A và B trong hỗn hợp xi = Vri/Vr.
K/, K//, K/// - các hệ số thực nghiệm và có giá trị:
K/ =

 (1  2 )
 (1  2 )  (1   ) 2

20

(2-15).


K// =

 2 (3   )
 2 (3   )  (1   ) 3

(2-16).

K/// =

(1   ) 2
 (1  5 )  (1   ) 2

(2-17).

Ở đây: ψ – tỉ số đường kính tương đương của hạt và có giá trị  1
Từ công thức (2-14) có thể tìm ra mối quan hệ giữa độ rỗng và chỉ số độ rỗng:
ε = η/(1+η)

(2-18).

* Hình dạng hạt:
Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng φ – tỷ số giữa bề mặt F của
bề mặt hạt dạng hình cầu cùng thể tích V:
  0,205

F
3

(2-19).

V2

Hệ số hình dạng hạt hình cầu bằng 1, của các hạt khác lớn hơn 1.
* Bề mặt riêng của lớp hạt:
Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích của lớp hạt gọi là bề
mặt riêng và kí hiệu là: O/m hoặc O/v. Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công
thức:

Trong đó:

O/m = 6.φ/γ.dtđ,

[m2 / kg]

(2-20).

O/v = 6φ.γ/dtđ.ρ,

[m-1]

(2-21).

γ – khối lượng thể tích của vật liệu, [kg/m3];
ρ – khối lượng riêng của hạt, [kg/m3].

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau
xác định theo công thức:
O/m =

6




i .xi
d tđ

(2-22).

Trong đó: xi – là phần khối lượng của lớp hạt thứ i.
* Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong:

Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:
τ = f.σ + τo
Trong đó:

(2-23).

τ - ứng suất tiếp;
τo - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ = 0);
21


σ - ứng suất pháp;
f – hệ số nội ma sát.
Ứng suất tách chính là độ bền cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó là kết quả 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 xét đến ảnh hưởng của trọng lực) :
2,4(1   )   cos 

τomax =

 d tđ

Trong đó:

2


 , [N/m2]



(2-24).

α – sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, [mN/m];
σ – góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);
ε – 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 τo = 0, khi đó:
τ = f.σ → f = τσ -1

(2-25).

Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số
ma sát trong theo công thức:

tgφ = f

(2-26).

Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng vói góc nghiêng φtđ.
Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 ÷ 400.
* Độ khuếch tán:
Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu
hỗn hợp mà các thành phần có kích thước như nhau, thì gọi là hệ thống “Đơn khuếch
tán”. Các công trình nghiên cứu của XV. Menhikov đã chứng tỏ rằng: nếu hỗn hợp
gồm các cấu tử có phần tử mà kích thước càng bé và độ đồng đều về kích thước thì
càng dễ dàng nhận được hỗn hợp đồng nhất và ngược lại.
c. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình 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.
V.V Kapharov đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như
sau:
θk1 =

1 n1 Bi

n1 i 1 Bo

với B1 < Bo
22


θk2 =

n2

100  Bi

i 1

0

 100  B

với B1 > B0

n1 k1  n2 k 2
n1  n2

θk =
Trong đó:

1
n2

(2-27).

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;
θk1, θk2, θk – mức độ trộn.

Nếu B1 = B0, ta có thể tính theo trường hợp nào cũng được.
A.A Lapsin đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:
θL1 =
θL2 =
θL =
Trong đó:

1
n1
1
n2

n1

Bi

i 1

o

B
n2


i 1

với B1 < Bo

2 Bi  B 0
B0

với B1 > B0

n1 L1  n 2 L 2
n1  n 2

(2-28).

θL1, θL2, θL – mức độ trộn.

X.V. Melnhikov đã dùng hệ số biến động trong thống kê để đánh giá mức độ
đồng nhất của hỗn hợp trộn.
θM = 1 – σ/B0
Trong đó:

(2-29).

θM – mức độ trộn;
σ – sai số tiêu chuẩn thực nghiệm.
n



Tỉ số:


B

 (B
i 1

i

 B0 ) 2

(2-30)

n 1

.100 trong thống kê gọi là hệ số biến động.

Bắt đầu quá trình trộn thì hệ số biến động bằng 1, còn mức độ trộn bằng 0 về
cuối quá trình trộn thì θM → 1.
d. Cơ chế quá trình trộn:

23

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau
và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó. Ngoài ra cơ
chế trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình.
P.M.Latxei đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau:
- Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt.
- Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí nay đến vị trí khác – Trộn đối lưu.
- Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ - Trộn khuếch tán.
- Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị - Trộn va đập.
- Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền.
2.3. Lý thuyết tính tính toán máy trộn thùng quay. Theo (TL – 1), Qúa trình và
thiết bị khuấy trộn trong công nghiệp của Nguyễn Minh Tuyển.
2.3.1. Số vòng quay của thùng
Số vòng quay của thùng được xác định theo công thức:
n

15  25
,
D

[vg/ph]

(2-31)

Số vòng quay này cần phải được kiểm tra lại để đảm bảo tất cả vật liệu được
đảo trộn. Thực tế cho thấy rằng khi thùng quay quay, hạt vật liệu cũng quay theo và
2

n 

 R , đồng thời hạt lại chịu tác dụng của lực
 30 

chịu một lực ly tâm Flt  m 2 R  m 

trọng trường G = mg. Khi giá trị của hai lực này bằng nhau (hoặc lực ly tâm lớn hơn)
hạt sẽ vượt qua vị trí cao nhất của thùng và không rơi xuống nữa nên vật liệu sẽ không
được đảo trộn. Vận tốc trong trường hợp này là vận tốc giới hạn và được xác định
(xuất phát từ điều kiện Flt = G) theo công thức:
n gh 

30
R

, [vg/ph]

(2-32)

Trong đó: R – bán kính thùng, [m].
Số vòng quay tính theo công thức (2.31) phải nhỏ hơn ngh và tốt nhất chỉ bằng
khoảng (0,5  0,7)ngh. Đôi khi giá trị này cũng được chọn làm số vòng quay làm việc
của thùng nlv:
nlv   0,5  0, 7  ngh 

15  21
R

24

[vg/ph]

Các thông số. hệ số chứa hỗn hợp trong thùng trộn, tỉ số giữa đường kính và chiều dài
thùng trộn, số vòng quay của cơ cấu trộn được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.1: Tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn.
Tỉ số giữa đường
Các máy trộn

Hệ số chứa

kính và chiều dài
thùng trộn L/D

Số vòng quay
trong một phút

Thùng quay trụ:
- Trục ngang

0,35 ÷ 0, 5

1 ÷ 1,5

- Trục chéo

0,35 ÷ 0,5

1 ÷ 1,5

15  25

- Chữ V

0,3 ÷ 0,4

1,5 ÷ 2

D

Trộn gián đoạn

0,3 ÷ 0,4

2 ÷ 2,5

10  20
dt

5 ÷ 25

0,3 ÷ 0,4

Trộn vít tải liên tục

20  40
d

1,8 ÷ 2

0,5 ÷ 0,75

Trộn li tâm

t

400 ÷ 800

2.3.2 Thời gian trộn
Thời gian trộn của máy trộn thùng quay được xác định theo công thức:
 t  K .n 1 ,

[ph]

(2-33)

Trong đó:
K - hằng số thực nghiệm, đối với máy trộn thùng quay K = 200 – 300 .
n – số vòng quay, [vg/ph].
2.3.3. Chiều dài thùng trộn
Nếu máy trộn thùng quay làm việc liên tục và để đảm bảo thời gian trộn thì thùng quay
phải có chiều dài là:
L = K.m.D.tg, [m]
Trong đó:
 - góc nghiêng của thùng so với phương ngang;
25

(2-34)