tính toán và thiết kế máy nghiền bi 2 ngăn dùng để nghiền đậu nành

CBHD: Hồ Quốc Phong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC
ĐỂ NGHIỀN ĐẬU NÀNH NĂNG SUẤT 0.5
TẤN/GIỜ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

PGS. TS. Hồ Quốc Phong

Tháng 05/2018


CBHD: Hồ Quốc Phong

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện Đồ án Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học,
tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và chu đáo từ thầy Hồ Quốc
Phong. Với những kiến thức bổ ích và những kinh nghiệm chuyên môn, thầy đã
giúp tôi không chỉ học hỏi được nhiều kiến thức quý báu mà còn có cả thái độ và
phong cách làm việc chủ động, chuyên nghiệp.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân

thành đến:
Thầy Hồ Quốc Phong – người đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời chỉ
bảo, nhận xét trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Các thầy, cô trong Hội đồng Đồ án Quá trình thiết bị đã cho tôi những lời
khuyên, nhận xét bổ ích để giúp Đồ án này được hoàn thiện hơn.
Các bạn trong tập thể lớp Công nghệ kỹ thuật hóa học K40 đã nhiệt tình
giúp đỡ, động viên tinh thần giúp tôi vượt qua khó khăn, qua đó càng thêm gắn
bó, thân thiết và đoàn kết với nhau hơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, những người đã luôn
bên cạnh động viên, ủng hộ, cùng tôi vượt qua những khó khăn trong cuộc sống.
Xin chân thành cảm ơn!.
Cần Thơ, ngày 01 tháng 05 năm 2018

2


CBHD: Hồ Quốc Phong

MỤC LỤC

3


CBHD: Hồ Quốc Phong

DANH SÁCH HÌNH

4

CBHD: Hồ Quốc Phong

DANH SÁCH BẢNG

5


CBHD: Hồ Quốc Phong

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của xã hội thì người ta ngày càng quan tâm hơn
đến sức khỏe của mình, vì vậy ngoài bữa ăn chính người ta thường uống thêm
các loại thức uống bổ sung dinh dưỡng. Vì thế các loại thức uống này ngày càng
đa dạng và phong phú, như sữa, nước trái cây… trong số này có thức uống được
pha từ bột đậu nành. Đây là loại thức uống chứa nhiều protein có lợi cho sức
khỏe vì thế mà được mọi người đặc biệt là phụ nữ tin dùng vì những lợi ích mà
nó mang lại. Tuy nhiên, quá trình sản xuất bột đậu nành thường có kích thước hạt
tương đối lớn (khoảng 132 – 156 μm), vì vậy việc hấp thu chất dinh qua thành dạ
dày không được tốt với người lớn tuổi, nhận thấy điều này em đưa ra thiết kế để
sản xuất bột đậu nành có kích thước khoảng 5 μm. Vì đây là kích thước rất nhỏ
so nên việc sản xuất tương đối khó khăn (hoặc không khả thi) với các thiết bị
đang có trên thị trường. Kích thước hạt này được xếp vào loại rất mịn, nên cần có
các máy nghiền đặc thù cho loại nghiền mịn, trong số này có máy nghiền bi.
Máy nghiền bi xuất hiện khá lâu vào khoảng năm 1893 trong bối cảnh nền
công nghiệp thế giới đang trong tiến trình cải tiến về mọi mặt, nhưng nhìn chung
vẫn còn thô sơ và thủ công là chính. Do đó máy nghiền bi vẫn chưa được ứng
dụng rộng rãi trong sản xuất. Trong những thập niên 30 đến 50 của thế kỉ XX,
công nghiệp khai khoáng diễn ra mạnh mẽ ở các nước Âu, Mỹ, thời điểm này
máy nghiền bi mới thực sự thể hiện được ưu điểm kĩ thuật của nó. Vì vậy việc
tìm hiểu nguyên lí hoạt động cũng như chế tạo lắp ghép máy nghiền bi đang trở

thành vấn đề cấp thiết trong sản xuất kinh doanh. Và đó cũng là nội dung của đồ
án quá trình thiết bị mà em xin giới thiệu thông qua báo cáo này.

Thực hiện

6


CBHD: Hồ Quốc Phong

CHƯƠNG 1:
1.1.

TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH NGHIỀN

Khái niệm chung về quá trình nghiền

1.1.1. Khái niệm
Nghiền là quá trình phá huỷ vật thể rắn bằng các lực cơ học thành các phần
tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn
các lực phân tử của vật thể rắn đó. Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều
phần tử cũng như nghiền bề mặt mới. [1]
1.1.2.

Các phương tác dụng lực của quá trình nghiền

Nén ép

Mài xiết

nổ

uốn

Va đập

a. Ép vỡ: Vật liệu bị phá vỡ khi hai bề mặt nghiền tiến sát vào nhau
do ứng suất vượt quá giới hạn bền nén.
b. Tách vỡ: Xảy ra khi trên bề mặt nghiền có gân nhọn, vật liệu bị
tách ra do ứng suất tiếp quá giới hạn bền.
c. Uốn vỡ: Vật liệu làm như một dầm kê trên hai gối đở và bị uốn bởi
lực tập trung ở giữa.
d. Miết vỡ: Xảy ra khi hai mặt nghiêng trượt tương đối với nhau, lớp
mặt ngoài của vật liệu bị biến dạng và bị tách ra do ứng suất tiếp
vượt quá giới hạn bền.
7


CBHD: Hồ Quốc Phong
e. Đập vỡ: Vật liệu bị tải trọng va đập tác động, trong vật liệu đồng
thời xuất hiện các biến dạng khác nhau nhưng ở trạng thái động. Có
nhiều phương pháp để tạo nên quá trình đập vỡ:
• Bị vật đập khi vật liệu nằm trên một mặt phẳng nào đó
• Do chi tiết đập chuyển động nhanh ( búa đập, thanh đập) đập
vào vật chuyển động tự do
• Do vật liệu rơi nhanh vào tấm kim loại đứng yên
• Do vật liệu tự va đập vào nhau
f. Nổ vỡ: Do ứng lực xuất hiện bên trong cục vật liệu vượt quá giới
hạn bền của nó khi có sự giảm áp đột ngột trong buồn làm việc.
Thông thường trong máy nghiền người ta sử dụng tổ hợp các phương pháp

trên tùy thuộc vào tính cơ lý và độ lớn của vật liệu nghiền.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền
a. Nhiệt độ
Nếu nhiệt độ trong máy nghiền tăng cao, các protein bên trong đậu nành
sẽ bị phân hủy vì nhiệt, làm mất đi các chất dinh dưỡng có trong hạt đậu mà ta
mong muốn. Ở nhiệt độ cao độ hao mòn bi đạn và tấm lót sẽ lớn hơn. Nhiệt độ
trong máy nghiền cần phải khống chế nhỏ hơn 95 oC. Có các phương pháp làm
nguội máy nghiền như sau:
• Làm nguội bên ngoài bằng cách tưới nước toàn thân vỏ máy nghiền.
Phương pháp này đơn giản thường có hiệu quả cao.
• Làm nguội bên trong bằng không khí. Phương pháp này không hiệu quả vì
lưu lượng gió ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của máy phân ly không
khí.
• Làm nguội bên trong bằng nước. Khi nghiền đậu nành không nên dùng
phương pháp này vì sẽ làm tăng độ ẩm của bột đậu nành, nếu tăng độ ẩm
ta sẽ phải tăng thêm thời gian sấy sau khi nguyên liệu ra khỏi thiết bị
nghiền.

8


CBHD: Hồ Quốc Phong
b. Độ ẩm
Nếu hàm ẩm của nguyên liệu cấp vào máy nghiền vượt quá 1,5% so với
tổng lượng nguyên liệu cấp vào máy sẽ gây ảnh hưởng lớn đến quá trình
nghiền. Khi độ ẩm cao vật liệu sẽ bám dính vào bi đạn và tấm lót, làm giảm
lực va đập của bi đạn dẫn đến làm giảm hiệu quả đập nghiền.
c. Kích thước hạt đầu vào
Kích thước hạt đậu nành ra khỏi lò nung thường dao động từ 0 – 75 µm,
trong khi đó kích thước hạt yêu cầu cho vào máy nghiền khoảng 4 - 5 mm.

Nếu kích thước hạt clinke cho vào máy từ 2 – 3 mm, năng suất máy nghiền có
thể tăng 25 – 30%.
d. Cách phối bi nghiền
Để tăng hiệu quả đập nghiền, thương dùng các bi đạn có kích thước khác
nhau. Các viên bi lớn có tác dụng tạo lực va đập lớn, còn các viên bi nhỏ có
tác dụng tạo lực mài. Tỷ lệ kích thước bi đạn tùy thuộc vào kích thước của vật
liệu nạp vào máy và độ mịn yêu cầu của sản phẩm.
e. Chất trợ nghiền
Chất trợ nghiền thường là chất có hoạt tính bề mặt lớn, có khả năng hấp
thụ mạnh hơi ẩm, phá vở hiện tượng hấp hơi của máy nghiền, nhờ đó tăng khả
năng đập nghiền của bi đạn với vật liệu, từ đó tăng độ mịn cũng như năng suất
máy nghiền.
1.1.4. Các yêu cầu trong quá trình nghiền
Năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm là nhỏ nhất, phụ thộc:
•
•
•
•
•

Lực liên két giữa các phân tử vật liệu.
Hình dạng của vật liệu.
Kích thước hạt vật liệu.
Thiết bị.
Hệu số ma sát giữa vạt liệu với bề mặt thiết bị nghiền.

Chỉ đập nghiền đến mức độ cần thiết, không nên nghiền quá yêu cầu.

9

CBHD: Hồ Quốc Phong
Sản phẩm của quá trình có kích thước đồng đều hoặc sự phân phối kích
thước như mong muốn.
Các quá trình nghiền phải hoàn toàn tự do, không kèm theo các quá trình
phụ khác trong quá trình nghiền.
Khi cần mức độ nghiền lớn thì phải thực hiện quá trình nghiền qua nhiều
lần và sử dụng nhiều loại máy thích hợp.
Phải có khả năng điều chỉnh mức độ nghiền dễ dàng.
Quá trình nghiền phải sinh ra ít bụi, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn và
tốt cho người vận hành máy. Phải chú ý đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Dễ sửa chữa và thay thế các chi tiết bị hư hỏng trong máy.
1.2.

Máy nghiền bi

1.2.1. Cấu tạo
Máy nghiền bi thuộc loại máy nghiền mịn và cực mịn các loại vật liệu như
clinker, thủy tinh, gốm, quặng, than đá,… Quá trình nghiền xảy ra do sự va đập
và chà xát của các viên bi với vật liệu đem nghiền.
Máy nghiền bi có nhiều chủng loại, nhưng loại thường được dùng rộng rãi
nhất là máy nghiền kiểu thùng quay, bộ phận chủ yếu nhất là một cái thùng rỗng
đặt nằm ngang tùy lên 2 ổ đỡ, bên trong có chứa nhiều bi cầu hay bi trụ hoặc
thanh dài. Khi quay thì dưới tác dụng của lực ly tâm, các vật nghiền được ép sát
vào mặt trong của vỏ thùng, được nâng lên đến độ cao nào đó. Ở độ cao này,
dưới tác dụng của trọng lực các vật nghiền rời khỏi mặt thùng và rơi tự do và
thực hiện sự va đập và chà xát vật liệu.
1.2.2. Phân loại
-

Theo tính chất công việc: làm việc theo chu kỳ, làm việc liên tục.
Theo khả năng nghiền: nghiền khô, nghiền ướt.
Theo kết cấu và hình dạng máy nghiền: hình trụ một hay nghiều buồng

-

nghiền, hình nón.
Theo kết cấu trạm dẫn động: dẫn động bên cạnh thùng, dẫn động tâm.
Sơ đồ vận chuyển: sơ đồ nghiền hở, sơ đồ nghiền kín.
10


CBHD: Hồ Quốc Phong
-

Phương thức tháo sản phẩm: loại nạp và tháo liệu qua một cửa, bên hông

-

và qua cổ trục rỗng.
Đặc biệt là phân loại theo chu trình: kín, hở.
1.2.3. Nguyên lí hoạt động
Động cơ điện làm cho thùng nghiền quay quanh trục thông qua hệ thống

truyền động. Trong thùng nghiền chứa các bi nghiền sẽ chuyển động do lực ly
tâm, lực ly tâm sẽ mang bi đến độ cao nào đó sau đó do tác dụng của trọng lực bi
sẽ rơi xuống va đập và chà xát vật liệu để nghiền vật liệu cho mịn ra. Khi đó
viên bi sẽ làm việc theo chế độ thác nước, ở chế độ này việc nghiền vật liệu chủ
yếu là do va đập của viên bi lên vật liệu. Nếu ta tăng tốc độ quay của thùng lên
thì lực ly tâm sẽ lớn làm cho viên bi quay tròn theo thân thùng không nghiền vật

liệu được do đó việc tính vận tốc quay của thùng là rất cần thiết.

8

7

4

6

2

10

5

11
9

Hình 1-1: Máy nghiền bi hai ngăn chu trình kín

11


CBHD: Hồ Quốc Phong

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NGHIỀN:
ĐẬU NÀNH
2.1.

Giới thiệu chung về đậu nành

2.1.1. Đặc điểm của cây đậu nành [2]

Hình 2-2: Hình ảnh về đậu nành

Cây đậu nành (cây đậu tương) có tên khoa học là Glyxine max, là cây
ngắn ngày, phát triển tốt nhất ở vùng nhiệt đới, ưa sáng, ưa nhiệt, chịu
hạn.
2.1.2. Hạt đậu nành [2]


Tính chất vật lý và hình thái của đậu nành
 Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt.
 Màu sắc: vàng, xanh, nâu hoặc đen.
 Kích thước: 18 – 20 gram/100 hạt.
 Kích thước trung bình: Dtb = 4 – 5 mm.
 Độ cứng hạt: 2,5 – 3 (theo thang Mohs)
 Cấu trúc của hạt gồm: lớp vỏ áo và hai lá mầm với trụ dưới lá
mầm và chồi mầm. Lá mầm chiếm 90% trọng lượng của hạt và
chứa toàn bộ dầu và protein. Lớp vỏ chiếm 8% trọng lượng của
hạt, bao bọc hai lá mầm, đóng vai trò là lớp bảo vệ.

12


CBHD: Hồ Quốc Phong
2.2.

Thành phần của hạt đậu nành

Thành phần hoá học [2]



Bảng 2-1: Thành phần hóa học có trong hạt đậu nành

Thành phần

Tỷ lệ khối
lượng

Lá mầm
Vỏ
Trụ dưới lá mầm
Nguyên hạt

90
8
2
100

Tỷ lệ phần trăm (%)
Protein
Nx6,25
43
9
41
40

Lipid

Cacbohydrate

Tro

23
1
11
20

43
86
43
35

5
4,3
4,4
4,9

Độ ẩm : Hàm lượng ẩm của hạt đậu nành quyết



định rất nhiều đến điều kiện bảo quản. Để giữ được tính chất ổn định và
chất lượng của hạt đậu nành trong thời gian bảo quản thì hạt đậu nành nên
có hàm lượng ẩm khoảng 12% - 13%.
Protein (40%): thành phần chính globulin (pI =



4.2 – 4.6)


Thành phần protein đậu nành
Bảng 2-2: Thành phần protein trong hạt đậu nành

Phân đoạn (S)

Hàm lượng (%)

Thành phần

2

15

7

35

11
15

40
10

Chất ức chế trypsin
ß – conglicinine
ß – amylase
Lipoxygenase

Hemagglutinin
Glycinin

13

Phân tử lượng
(Da)
8000 - 20000
150000
62000
102000
110000
320000 - 350000
600000


CBHD: Hồ Quốc Phong
Bảng 2-3: Thành phần amino acid có trong protein đậu nành

Hàm lượng aa
(g/100 g protein)
4,54
7,78
6,38
1,26
1,33
4,94
3,14
3,86
1,28

4,80

Amino acid
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Cystine
Phenylalanine
Tyrosine
Threonine
Tryptophan
Valine

Đậu nành cũng như tất cả các hạt khác đều chứa enzyme cần thiết cho quá
trình nảy mầm. Về mặt công nghệ thì enzyme quan trọng của đậu nành là
lipoxygenase, được biết đến là lipoxydase. Enzyme này xúc tác cho phản ứng
oxy hoá acid béo không bão hoà đa bởi O2, gây mùi hôi cho đậu nành.
Enzyme urease cũng thường được đề cập tới trong sản xuất protein đậu nành
nhưng về mặt công nghệ thì nó không đóng vai trò quan trọng.
Lipid (20%) : triglyceride (96%), phospholipids _ chất nhũ hoá lecithin
(2%), các chất chống oxy hoá tocopherol và sterol (1,6%), acid béo tự do (0,5%),
và một lượng nhỏ carotenoid

14


CBHD: Hồ Quốc Phong
Bảng 2-4: Thành phần acid béo trong đậu nành

Acid béo
Lauric
Myristic
Palmitic
Stearic
Oleic
Linoleic
Linolenic

Ký hiệu
12:0
14:0
16:0
18:0
18:1
18:2
18:3

% khối lượng
4,5
4,5
11,6
2,5
21,1
52,4
7,1

Carbohydrate (30%) : gồm 2 nhóm



•

Đường tan (10%) : sucrose 5%,
stachyose 4%, raffinose 1%

•

Chất xơ không tan (20%) : hỗn
hợp polysaccharide và dẫn xuất của chúng, chủ yếu là cellulose, hemicellulose
và các hợp chất của acid pectic
Khoáng : chiếm tỷ lệ rất thấp (5%) gồm K, Ca,


Mg, Fe, Zn, Cu…

Vitamin : Niacin, Inositol, Axit tantothenic,



Thiamine, Riboflavin, Pyridoxine, Biotin…
2.3.

Quy trình công nghệ sản xuất bột đậu nành

Bột đậu nành được sản xuất qua các giai đoạn và thiết bị sau (có kèm bản vẽ quy
trình công nghệ - trang 12): Đậu nành sau khi thu hoạch được chọn lựa theo đúng
tiêu chuẩn, chất lượng hạt đậu nành ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm.
Hạt đậu nành cần phải khô, sạch, không sâu, không mọt, không có mùi hôi thối;
vỏ hạt nguyên vẹn… Sau khi đã chọn được các hạt đạt tiêu chuẩn sẽ tiến hành
phơi nắng để giúp hạt khô và giảm bớt độ ẩm để tiết kiệm chi phí và thời gian

sấy ở công đoạn sau. Tiếp theo tiến hành làm sạch nguồn nguyên liệu cho quá
trình nghiền bằng cách cho chúng đi qua thiết bị làm sạch. Mục đích của quá
trình này là loại bỏ các tạp chất có trong đậu nành hay bám trên bề mặt vỏ. Hạt
đậu nành sau khi được làm sạch sẽ được cho qua thiết bị tách vỏ, tại đây nguồn
nguyên liệu đi vào sẽ được xử lí để giảm bớt hàm lượng oligosaccharide
(rafinose, stachyose), tăng khả năng tiêu hóa cho sản phẩm về sau, cùng với đó là
15


CBHD: Hồ Quốc Phong
rút ngắn thời gian sấy, giảm giảm biến tính protein, giảm hàm lượng vi sinh vật
do loại bỏ lượng vi sinh vật bám trê vỏ đậu. Để giúp quá trình nghiền được diễn
ra tốt, đậu nành cần được sấy khô để độ ẩm ổn định trong khoảng cho phép (<
17%). Nguyên liệu sau quá trình sấy sẽ được cho vào thiết bị nghiền, tại đây các
hạt đậu nành với tác dụng nghiền, chà xát của bi nghiền và tấm lót sẽ giúp cho
chúng bị vỡ ra thành dạng hạt có kích thước như mong muốn. Bột đậu nành thu
được ở cuối quá trình này được cho qua rây để sàng lọc lại một lần nữa các hạt
có kích thước như đã quy định, các hạt có kích thước lớn hơn sẽ được trả về máy
nghiền để thực hiện nghiền đến khi đạt kích thước hạt như mong muốn. Để bảo
quản bột đậu nành cần có độ ẩm < 13% vì thế bột đậu nành được cho vào thiết bị
rây 1 lần nữa. Cuối cùng bột đậu nành sẽ được đóng gói để bảo quản bằng thiết
bị đóng gói.

16


CBHD: Hồ Quốc Phong

17

CBHD: Hồ Quốc Phong

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1.

Thiết bị chính

3.1.1. Thùng nghiền
Thùng nghiền là những tấm Inox 316L được ghép với nhau tạo thành ống
hình trụ tròn
Để xác định được kích thước thùng thì phải biết được năng suất của máy
nghiền cần thiết kế. Dựa vào nguồn cung và nhu cầu sử dụng ta sẽ chọn năng
suất thiết kế là 0,5 tấn/giờ.
Theo công thức 3.207 [3] liên hệ giữa năng suất và kích thước của vỏ máy
nghiền như sau:
(tấn/giờ)
Trong đó:
V: thể tích bên trong thùng nghiền, (m3)
Dt: đường kính trong của thùng nghiền, (m)
Mb: khối lượng bi trong thùng nghiền, (tấn)
q: năng suất riêng của máy nghiền, (tấn/kWh)
K’: hệ số điều chỉnh độ mịn
Giá trị Mb được xác định theo công thức sau:
Mb = V.ρb.µ.ϕ
Với:
ρb: khối lượng riêng của vật liệu chế tạo bi nghiền
µ: Hệ số rỗng có giá trị từ 0,62 – 0,85
ϕ: Hệ số chứa. Đối với:
• bi thép hình cầu: ϕ = 0,25 – 0,33

18


CBHD: Hồ Quốc Phong
• bi thép hình trụ: ϕ = 0,25 – 0,33
• bi sứ: ϕ = 0,3 – 0,4
q – phụ thuộc vào tính chất vật liệu nghiền và điêu kiện được chọn theo bảng
Bảng 3-5: Sự phụ thuộc của q và các loại vật liệu

Vật liệu đem nghiền

Trị số q, tấn/KWh
Nghiền ướt

Nghiền khô

Độ bền cao

0,04 - 0,06

0,04 – 0,05

Độ bền trung bình

0,07 – 0,09

0,06 – 0,07

Độ bền thấp

0,10 – 0,12

0,08 – 0,11

-

0,036 – 0,040

Xỉ lò cao

-

0,035 – 0,040

Cát thạch anh

-

0,03

0,07 – 0,10

0.06 – 0,08

Đá vôi

Clinker xi măng lò
quay

Hỗn hợp vôi, đất sét

Nhìn chung, giá trị q được cho trong bảng trên hầu như được dùng trong lĩnh
vực xây dựng, vì vậy dựa vào việc xem xét đặc tính của hạt đậu nành ta nhận
thấy hạt đậu nành có đặc tính khá giống với đá vôi có độ bền trung bình, vì đá
vôi có độ cứng theo thang đo Mohs là 2,5 – 3, trong khi đó hạt đậu nành có kết
cấu là các protein dạng sừng liên kết với nhau, có cùng kết cấu với móng tay, và
móng tay có độ cứng theo thang Mohs là 2,5. Cùng với việc tiến hành nghiền khô
hạt đậu nành, ta sẽ chọn thông số q có giá trị là 0,06.
Giá trị hiệu chỉnh độ mịn K’ được cho ở bảng dưới, dựa vào % khối lượng
tích lũy trên rây 0,085, ta chọn mức tích lũy là 6% suy ra b = 0,82

19


CBHD: Hồ Quốc Phong
Bảng 3-6: Giá trị hiệu chỉnh độ mịn K’

Phần trăm khối lượng

K’

tích lũy trên rây 0,085mm

Phần trăm khối lượng

K’

tích lũy trên rây 0,085mm

2

0,59

11

1,04

3

0,65

12

1,04

4

0,71

13

1,13

5

0,77

14

1,17

6

0,82

15

1,21

7

0,86

16

1,25

8

0,91

18

1,34

9

0,95

20

1,42

10

1,00

Ta có V = . L
Trong đó
Dt: đường kính trong của máy nghiền, m
L: chiều dài của máy nghiền, m

Ta có:
Để chọn kích thước tối ưu của máy nghiền thì tỉ số L/D phải phù hợp với
các yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm nghiền. Có hai khả năng lựa chọn:
 Nếu tăng đường kính máy nghiền khi chiều dài không đổi, thì tăng được
hiệu suất giảm điện năng cho một đơn vị công suất, rút bớt được cỡ hạt bé
trong vật nghiền thì sẽ tăng được số hạt cỡ lớn và sẽ giảm được mức độ
mòn của các tấm lót trong thùng nghiền.
 Ngược lại nếu tăng chiều dài của máy nghiền khi đường kính không đổi
thì sẽ giảm được vốn đầu tư về thiết bị, giảm được lượng dư thừa cát hạt
cỡ lớn dẫn tới tăng được lượng hạt nhỏ mịn trong thành phần nghiền.
20


CBHD: Hồ Quốc Phong
Theo lý thuyết về máy nghiền bi và thực nghiệm, tỷ lệ giữa chiều dài và

đường kính vỏ máy nghiền

là tối ưu nhất đối với máy nghiền bi hai

ngăn. Do đó L = 3D
Các thông số đã có và chọn được là:
Q = 0,5 (tấn/giờ)
ρb = 4 (tấn/m3);

;

q = 0,06 (tấn/kW.h);

K’ = 0,82;

µ = 0,85;

ϕ = 0,4;

L = 3.Dt
Ta thay các thông số trên vào công thức
.0,06.0,82
Ta tính được, Dt = 0,86 (m) và L = 2,58 (m)
Máy nghiền có hai buồng nghiền, theo lý thuyết về máy nghiền bi và kinh
nghiệm thực tế tỷ lệ của chiều dài làm việc giữa buồng nghiền 1 (L 1) và buồn

nghiền 2 (L2) là:

. Vì thế ta tính được:

Chiều dài làm việc của buồng nghiền 1: L1 = 0,86 (m)
Chiều dài làm việc của buồng nghiền 2: L2 = 1,72 (m)

3.1.2. Bề dày thùng nghiền
Theo thực nghiện bề dày của thùng nghiền sẽ

= (0,01 0,013).D. Bề dày

của vỏ phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của thùng nghiền.

21


CBHD: Hồ Quốc Phong
- Vậy bề dày của thùng nghiền ta chọn là

= 8 (mm).

- Đường kính ngoài của vỏ ống nghiền: Dn = 0,876 (m).
Và cũng thấy rằng L1 và L2 là chiều dài làm việc của thiết bị. Chiều dài
thường bị nhầm lẫn với chiều dài thực tế. Chiều dài thực tế của L = L 1 + L2 + bề
dày của tấm ngăn = 2,596 (m). Phần bề dày tấm ngăn sẽ trình bày trong phần tấm
ngăn.
3.1.3. Tốc độ quay
a. Số vòng quay tới hạn
Về mặt lý thuyết, người ta tính số vòng quay của máy nghiền bi với điều
kiện sao cho lớp bi đạn sát thành máy làm việc có hiệu quả nhất lúc đó máy sẽ có
năng suất cao nhất.
Máy nghiền bi làm việc chủ yếu dùng động năng của bi đạn để đập
nghiền. Vì vậy ta cần xét sự vận chuyển của bi đạn sao cho đạt được năng suất
cao nhất, độ mịn tốt nhất với năng lượng tiêu hao ít nhất.
Khi thùng nghiền quay chậm, bi thép và vật liệu được nâng lên tới độ cao
nào đó rồi trượt lên nhau và hiện tượng va đập không xuất hiện, làm giảm đáng

kể hiệu quả nghiền. Ngược lại nếu thùng nghiền quay với tốc độ quá lớn, bi đạn
và vật liệu bám chặt vào vỏ máy nghiền và quay cùng tốc độ của thùng nghiền do
lực ly tâm. Vì vậy ta phải tính số vòng quay của máy nghiền sao cho bi đạn có
động năng rơi là lớn nhất (lực đập mạnh nhất).
Để tính toán được đơn giản ta coi:
• Thành máy bên trong là tròn nhẵn.
• Tính toán cho 1 bi đạn, sau đó suy ra cho cả tập hợp bi đạn.

22


CBHD: Hồ Quốc Phong
• Coi viên bi có kích thước không đáng kể so với đường kính của vỏ máy
nghiền.

Hình 3-3: Phân tích lực của bi nghiền trong thùng nghiền

Khi máy quay, bi đạn chịu tác động của lực ly tâm Plt nâng lên đến điểm A
rồi bị rơi xuống do tác dụng của trọng lượng G.
Phân tích lực G thành hai thành phần:
-

Thành phần hướng tâm G.cos

-

Thành phần tiếp tuyến G.sin

Với góc

: là góc được tạo bởi bán kính R qua A (của thùng nghiền)

và đường thẳng đứng đi qua A;

được gọi là góc rơi.

Điểm A nằm trên quỹ đạo chuyển động của bi đạn, tại đó bi đạn rơi khỏi
thành máy nên được gọi là điểm rơi.
Bi đạn chỉ rời khỏi thành máy nếu lực thành phần G.cos

vượt quá giá trị

lực li tâm.
Tại điểm C cao nhất, khi tốc đọ quay của ống nghiền tạo được lực ly tâm
cân bằng với trọng lượng G của bi thì tốc độ quay đó gọi là tốc độ quay tới hạn:
nth
23


CBHD: Hồ Quốc Phong

G = Plt

m.g = m.R.

(*)

Trong đó:
m: Khối lượng của viên bi thép (Kg)
g: gia tốc trọng trường (m/s2)

R: bán kính thành trong máy nghiền (m)
: tốc độ góc tới hạn (rad)
nth: số vòng quay tới hạn (vòng/phút)
nth = (vòng/phút)
b. Số vòng quay hợp lí
Sau khi rời thành máy tại điểm A, viên bi đạn tách khỏi thành trong của
ống nghiền, rơi theo quỹ đạo parabol gặp điểm B của ống nghiền. Khi đó thành
phần lực G hướng tâm (G cosα) phải vượt quá giá trị của lực ly tâm, tức là :
G.cosα ≥ Plt

(1)

⇔ m.g.cosα ≥ m. R. ωth2

⇒ ωhl =

g cos α
R

(2)

Khi quỹ đạo chuyển động của viên bi thép theo đường parabol, thì có
thể biểu diễn tọa độ của viên bi theo tọa độ (xAy) như sau:
x = v.t.cosα (3)

y = v.t.sinα -

g.t 2
2

Trong đó :
v: vận tốc của viên bi [m/s]
t: thời gian chuyển động của viên bi [s]
24

(4)


CBHD: Hồ Quốc Phong
x
Từ (4.1.2) ⇒ t = v. cos α

(5)

Thay t tìm được vào (5.1.2):
g .x 2
2
2
⇒ y = x.tgα - 2.v . cos α

(6)

g. cos α
R

(7)

v = ω.R = R.

mà :

x
3
⇒ y = x.tgα - 2.R. cos α

nên :

(8)

Quỹ đạo chuyển động tròn của viên bi thép trong hệ tọa độ (XOY) được
biểu diễn như sau:
• Xét tại điểm B :
X2 + Y2 = R2
⇒XBO2 + YBO2 = R2

(9)

Mặt khác : XBO = xBA - Rsinα

(10)

YBO = yBA - Rcosα

(11)

Thay (10), (11) vào (9), được:
xBA2 + yBA2 - 2.R.xBA sinα-2R.yBA cosα = 0
x BA
3
Từ (9.1.2): yBA = xBA.tgα - 2.R. cos α

(12)

(13)

Thay vào (13.1.2)
3

x BA
R cos 4 α



x BA


−
sin
α
2
 4 R cos α


= 0

(14)

Vì quỹ đạo parabol cắt quỹ đạo tròn tại điểm A (gốc tọa độ) nên (14) có 3
nghiệm : x1= x2= x3 = 0
Vậy ta có biểu thức sau:



x BA


−
sin
α
 4 R cos 2 α

= 0
⇒

25