Bài giảng Quá trình và thiết bị Silicat 1: Chương 1 – ĐH Bách khoa TP.Hồ Chí Minh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (186.51 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-1

Q TRÌNH &

THI

Ế

T B

Ị

SILICAT 1

B

ộ

môn V

ậ

t li

ệ

u Silicat

Khoa Công Ngh

ệ

V

ậ

t Li

ệ

u

Đạ

i h

ọ

c B

á

ch Khoa Tp. H

ồ Chí

Minh

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-2

CHƯƠNG 1

C

S

GIA CƠNG Đ

P - NGHI

N

Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP- NGHIỀN

Đập và nghiền là hai q trình thường gặp trong cơng

nghiệp hóa học và nhất là trong công nghiệp vật liệu

silicat.

Do tác dụng của ngoại lực, khi làm giảm kích thước hạt lớn

thành các hạt nhỏhơnởdạng cục, dạng hạt gọi làđập. 
Cịn nếuđược kích thước cởhạt mịnởdạng bột gọi là nghiền.
Hai mục tiêu chính của q trìnhđập nghiền là:

Đạtđược sản phẩm có cỡhạt giới hạn xácđịnh tối thiểu hay tối

đa. Hoặc cho vật liệu có diện tích bềmặt riêngđúng u cầu. 
Phụthuộc vào kích thước sản phẩm có thểphân loại nhưsau:

Ý NGH

Ĩ

A C

Ủ

A QUÁ

TRÌNH ĐẬ

P- NGHI

Ề

N

Tiêu tốn năng lượng nhỏnhất: dưới tác dụng của ngoại lực vật liệu

bịvỡra thành nhiều hạt nhỏhơn làm tăng diện tích bềmặt riêng của
vật liệu, nhằm tạođều kiện hoàn thành tốt cho các q trình hóa lý
xảy raởcác cơngđoạn sau.

Trong q trìnhđập nghiền phải tiêu tốn lựcđểphá vỡcác liên kết
hóa học giữa các phân tửvà tạo ra diện tích mới sinh cho vật liệu.

Rất mịn: < 0,05 mm

Đập nhỏ: 5-40 mm

Nghiền mịn: 0,05 – 0,1 mm
Đập vừa: 40 -100 mm

Nghiền thô: 0,1 – 5 mm

Đập thô: 100-350 mm

SP Nghiền

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-5

Ý NGH

Ĩ

A C

Ủ

A Q

TRÌNH ĐẬ

P- NGHI

Ề

N

Vì vậy q trình này phải tiêu hao năng lượng xácđịnh.

Năng lượng này phụthuộc vào các yếu tố:
Hình dạng và kích thước vật liệu.

Bản chất vật liệu.

Kết cấu thiết bịsửdụng bài tốn thiết kế.

Tính chất hóa lý của vật liệu: độcứng, độ ẩm, độbền liên kết

phân tử.

Phần lớn năng lượng này chủyếu dùng khắc phục:
Lực ma sát giữa vật liệu với vật liệu.

Lực ma sát giữa vật liệu với thiết bị.

Lực ma sát giữa các bộphận truyềnđộng của thiết bị.

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-6

KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU

Vật liệu trước và sau khiđập nghiền thường có hình dạng

và kích thước khác nhau, đểtính tốn ta dùng kích thước

trung bình.

Kích thước trung bình của cục vật liệu có thểtính theo một trong

các công thức sau:

Với: a, b, c là dài, rộng, cao của vật liệu
Kích thước trung bình của nhóm vật liệu:

với Dmax, Dmin: kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất. 
3

c
b
a

Dtb= + + Dtb = 3 abc

2
2

c
b
Dtb= +

min

max D

D

Dn

tb

+
=

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-7

KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU

Kích thước trung bình của hỗn hợp nhóm hạt:

Với Dntb,anlà kích thước trung bình và % khối lượng của nhóm.

n
n
tb
hh

tb D a

D = Σ

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-8

MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i

Mứcđộ đập nghiền i là tỉsốkích thước hạt vật liệu, hoặc

nhóm hạt vật liệu hoặc hỗn hợp nhóm vật liệu trước và

sau khiđập nghiền.

Với D, d lần lượt là kích thước vật liệu trước và sau khiđập nghiền.
Mứcđộ đập nghiền i phụthuộc các yếu tố:

Tính chất lý học của vật liệu.
Kích thước vật liệu.

Kết cấu thiết bịsửdụng bài tốn thiết kế.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-9

MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i

Khiđập thô : i = 2 – 5

Khiđập trung bình : i = 5 – 10

Khiđập nhỏ: i = 10 – 30

Nếu tăng mứcđộ đập nghiền thì năng lượng tiêu hao tăng.
Mứcđộ đập nghiền chung I cho tồn bộkhâuđập nghiền

bằng tích sốmứcđộ đập nghiền của từng côngđoạn.

I = i1* i2* . . . .* in.

Nếu i1= i2= . . . = in = I, ta có : I = in.

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-10

MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i

Mứcđộ đập nghiền tính theo thểtích iVxácđịnh theo cơng thức
sau, vàđây cũng chính là sốcục vật liệu sản phẩm Z thuđược
sau khiđập nghiền:

Với cùng mứcđộ đập nghiền iV, cho mỗi lầnđập nghiền, vậy
sau n lầnđập nghiềnđểphá vỡcục vật liệu có kích thước D thu

được Z cục sản phẩm có kích thước d, quan hệgiữa Z và iV

nhưsau:

Hay 3log i = n log iV, vậy

Đập
nghiền
1

Đập
nghiền
2

Đập
nghiền
n-1

Vật liệu

D d1

d2 dn-1

Đập
nghiền

n dn

3
3
3

i
d
D
i

Z = V = =

3
3

3
i
d
D
i
Z n

V = =

v
i
i
n

log
log
3
=

ĐỘ

BỀN

Trong quá trìnhđập nghiền, cần chú ý hai tính chất quan

trọng làđộbền vàđộrắn của vật liệu.

Độbền: đặc trưng cho khảnăng chống phá hủy của vật liệu dưới tác

dụng của ngoại lực, đây là giới hạnđộbền nénσσσσcủa vật liệu.

σ

= P/F.

Trongđó P là lực nén vỡvà F tiết diện chịu nén
Tuỳtheo giá trịcủaσσσσ, vật liệu chia làm 4 loại:

loại mềm kém bền: có giới hạn bền nénσσσσ< 100 kG/cm2.

loại trung bình: có giới hạn bền nénσσσσ: 100 – 500 kG/cm2.

loại bền: có giới hạn bền nénσσσσ: 500 – 2500 kG/cm2.

loại rất bền: có giới hạn bền nénσσσσ: 2500 – 4500 kG/cm2.

1kG ≈10N

ĐỘ

BỀN

Độrắn: đượcđịnh nghĩa là khảnăng chống lại sựmài mòn, cắt.

Đượcđánh giá theo thang Mohr (1-10) nhưsau:

Vạchđược thủy tinh
Vạchđược thủy tinh
Cắtđược thủy tinh.
Cắtđược thủy tinh.
Thạch anh

Topaz
Corundon
Kim cương

7
8
9
10

Rắn

Khó vạch bằng dao

Không vạchđược bằng dao

Rắn bằng thủy tinh
Tinh thạch nóng chảy

Apatít
Tràng thạch

4
5
6
Trung bình

Dễ vạch bằng móng tay

Vạch được bằng móng tay

Dễ vạch bằng dao

Hoạt thạch (Talc)

Thạch cao (gypsum)
Tinh thạch vơi (calcít)

1
2

3
Mềm

Tính chất
Vật liệu chuẩn

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-13

ĐỘ

BỀN

Quan hệgiữađộbền H, năng lượng tiêu hao A, thời gian

nghiền T và năng suất Q giữa hai lọai VL cóđộbền khác

nhau: H1>H2khi có cùngđiều kiệnđập-nghiền nhưsau:

Năng lượng tiêu hao: A1> A2.

Thời gian nghiền: T1> T2.

Năng suất: Q1< Q2.

Hệsốkhảnăngđập-nghiền (K):

Hệsốkhảnăngđập nghiền là tỉsốgiữa năng lượng tiêu hao riêng

khiđập nghiền vật liệu chuẩn với vật liệu khác, ứng với cùng trạng

thái và mứcđộ đập nghiền.

Vật liệu chuẩn là clinker lò quay có hệsốkhảnăngđập nghiền là 1.

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-14

ĐỘ

BỀN

Hệsốkhảnăngđập nghiền K của một sốvật liệu nhưsau:

1,11
0,8 – 0,9

0,9
1,1 – 1,2

1,3 – 1,4
1
1,1
0,8 – 0,9

0,8
0,9
1
Clinker lị quay trung bình

Clinker lị quay dễ đập nghiền
Clinker lị quay khóđập nghiền
Diệp thạch, phiến thạch
Clinker lịđứng tự động

Clinker lịđứng thủcơng
Xỉlị cao trung bình
Xỉlị cao dễ đập nghiền
Xỉlị cao dễkhó nghiền

Đá hoa cương hạt to

Đá hoa cương hạt nhỏ.

Đá vơi, vơi sét trung bình

K
Vật liệu

1,1
0,8 – 0,9
1,51 – 2,03

0,8 – 0,9
1,64
0,69 – 0,99
1,04 – 2,02

0,7
0,75
0,5 – 0,6
1,3 – 1,4
0,6 – 0,7

Đá vôi, vôi sét dễ đn

Đá vơi, vơi sét khó đn
Đất sét khơ
Tràng thạch
Vơi sống
Magnesite
Hoạt thạch (Talc)
Than nâu
Vân mẫu
Torax
Nham thạch
Cát

K
Vật liệu

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-15

ĐỘ

BỀN

Nhưvậy, hệsốkhảnăngđập nghiền (K) càng lớn, vật liệu

càng dễ đập nghiền, năng lượng tiêu hao (A) nhỏvàđạt

năng suất (Q) cao hơn so vật liệu chuẩn.

Nếu biết năng suất của thiết bịkhi nghiền một loại vật liệu

bất kỳ, có thểcăn cứvào hệsốkhảnăngđập nghiềnđể

tính năng suất của thiết bịnày khi nghiền vật liệu khác

Bài toán thiết kế.

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-16

PHƯƠNG PHÁP TÁC DỤNG LỰC

Các phương pháp tác dụng lực trong quá trìnhđập nghiền

là nén ép, vađập, uốn vỡ, mài xiết và cắt.

Việc chọn phương phápđập nghiền phụthuộc vào tính

chất cơlý, kích thước ban đầu, mứcđộ đập nghiền.

Nén ép

Nổ
Uốn vỡ

Bổ

Va đập
Va đập

Va đập
Mài xiết

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-17

PH

ƯƠ

NG PHÁP TÁC D

Ụ

NG L

Ự

C

Nén ép: dùng chođập thô vật liệu cứng, dai. Vật liệu bịphá vỡkhi
hai bềmặtđập tiến gần nhau do ứng suất lớn hơnđộbền (σ) chịu
nén.

Uốn vỡ: cho sản phẩm có kích thước, hình dạng xácđịnh.
Vađập: dùng cho vật liệu dòn

Mài xiết: cho sản phẩm rất mịn từvật liệu mềm, khơng mài mịn.
Cắt: cho sản phẩm có kích thước và hình dáng xácđịnh

Các thiết bị đập nghiền thường kết hợp với 2 hay nhiều phương

phápđập nghiền khác nhau Nguyên nhân???.

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-18

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Thuyết diện tích bềmặt P.R. Rittinger: cơng tiêu hao trong

q trìnhđập nghiền tỉlệvới diện tích bềmặt mới sinh

hay mứcđộ đập nghiền (i).

Trong thực tếcác hạt vật liệu khiđập nghiền có hình dạng

bất kỳ, việcđo diện tích bềmặt rất khó khăn. Để đơn giản,

xét cục vật liệu hình lập phương cạnh D.

Sau khiđập nghiền cục vật liệu cũng hình lập phương

cạnh d.

Diện tích bềmặt trướcđập nghiền Fo= 6D2.

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Có (i–1) mặt phẳng cắt theo một chiều của vật liệu.
Nhưvậy sốmặt cắt theo 3 chiều là 3(i–1), sốcục vật liệu

nhậnđược là Z = i3, đây cũng chính là mứcđộ đập

nghiền tính theo thểtích iV.

Diện tích bềmặt mới sinh của 1 cục vật là f = 6 d2.

D D/2 i=2 Z=iV=8 D/3 i=3 Z=iV=27

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Tổng diện tích bềmặt mới sinh sau khiđập nghiền là:

F1= 6 i3d2.

Vậy diện tích bềmặt mới sinh tăng thêm:

∆
∆
∆

∆F = F1– F0= 6 D2(i–1) (m2).

Đểtiêu tốn cho 1m2bềmặt mới sinh cần một công là a (J/m2),

do đó cơng tiêu hao cho q trìnhđập nghiền là:

A = 6aD2(i–1) (J)

Khi mứcđộ đập nghiền rất lớn, nghĩa là i→→→→ ∞∞∞∞thì (i–1) ≈≈≈≈i, nên
côngđập nghiền tỉlệvới mứcđộ đập nghiền:

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-21

THUY

Ế

T

ĐẬ

P NGHI

Ề

N

Trong thực tế, vật liệuđập nghiền có hình dạng bất kỳ, nênđưa vào hệsố
điều chỉnh k = 1,2 – 1,7 , hệsốnày phụthuộc vào tính chất vật liệu, phương
phápđập nghiền.

Vậy: A = 6kaD2(i–1) J

Cơngđập nghiền cho mộtđơn vịthểtích Av J/m3.

Côngđập nghiền cho một kg vật liệu Am J/kg

Vớiρρρρkg/m3là khối lượng thểtích của vật liệu

Thuyết Rittinger thích hợp cho nghiền mịn, nhất là máy nghiền bi.







−
=
−
=
=
D
1
d
1
ak
6
D
1
i
akD
6
D
A
A 3
2

3
v
)
(
)
(
D
1
d
1
ak
6

Am −

ρ
=

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-22

THUY

Ế

T

ĐẬ

P NGHI

Ề

N

Thuyết thểtích Kirpichev : cơng tiêu hao trong q trìnhđập nghiền tỉlệ

với sựbiếnđổi thểtích của vật liệuđập nghiền.

∆∆∆∆V: hiệu sốthểtích hạt vật liệu trước và sau khi đập nghiền.

σσσσ: giới hạn bền chịu nén của vật liệu kG/cm2..

E: modunđàn hồi kG/cm2.

Công làm biến dạng mộtđơn vịthểtích:
Cơngđập nghiền tỉlệvới thểtích vật liệu:

Lực P tác dụngđập nghiền tỉlệbậc hai với chiều dài hay tỉlệvới bềmặt

vật liệu

E
V
A
2
2∆
= σ
E
V
A
2
2
σ
=
2
1
2
1
V
V
A
A

=
2
2
2
1
2
1
3
2
3
1
2
2
1
1
2
1
L
L
P
P
cL
cL
bL
P
bL
P
A
A
=

⇒
=
=

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-23

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Tính cơng tiêu hao riêng trung bình Ar: Với mộtđơn vịdiện tích bề

mặt mới tạo thành F sau q trìnhđập nghiền, Arđược tính nhưsau:

Fn= 6D2in-1(i–1)

= 6 (iV)n-1[iv(dn)2– (dn-1)2]
Lần n

F3= 6D2i2(i–1)

= 6 (iV)2[iv(d3)2– (d2)2]
Lần 3

F2= 6D2i(i–1)
= 6 iV[iv(d2)2– (d1)2]
Lần 2

F1= 6D2(i–1)
= 6 [iv(d1)2- D2] 
Lần 1

Cơng tiêu hao riêng

Diện tích mới sinh F

Lầnđập nghiền

)
(i 1
ED
12
D
A 2
3
2
1
r
−
σ
=
)
(i 1
i
ED
12
D
A 2
3
2
2
r
−
σ

=
)
(i 1
i
ED
12

A 22

3
2
3
r
−
σ
=
)
(i 1
i
ED
12

D
A 2n1
3
2
rn
−

σ
=
−

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-24

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Nhưvậy Argiảm dần, chứkhông phải là hằng số

Nhưtrong thuyết bềmặt của Rittinger, chứng tỏviệc tạo bề

mặt mới sinh rất quan trọng trong quyếtđịnh cơng nghiền.
Tổng diện tích bềmặt mới sinh tạo thành sau n lầnđập

nghiền là:

F = F1+ F2+. . . + Fn

F = 6 D2(i–1)(1+i+i2+i3+....+in-1) 
F = 6 D2(in–1)

Vậy cơng tiêu hao riêng trung bình

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

CƠ SỞ GIA CÔNG ĐẬP-NGHIỀN 1-25

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

Ứng với năng suất máy là G (kg/giờ), khối lượng thểtích là
ρ

ρ, kích thước D thì năng suất tính theo sốcục vật liệuđem
đập nghiền theo giờlà :

Công cần thiết trong một giờlà: N-cm
Công suấtđập nghiền:

kW

Ứng với iV= 2 , công suất lớn nhất là:

kW
3
D
G
Z
ρ
=
3
3
2
*
log
log
3
*
2 D
G
i

i
E
D
A
V ρ
σ
=
V
i
i
E
G
N
log
log
10
*
1
,
4
2
8
ηρ
σ
−
=
i
E
G
N 13,7*10 log

2
8
ηρ
σ
−
=

Nghiền thơ

CƠ SỞ GIA CƠNG ĐẬP-NGHIỀN 1-26

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

(Thuyết tổhợp Robinder)

Thuyết Rittingerđúng cho dập nghiền mịn, thuyết thểtích
đúng chođập nghiền thơ. Cảhai thuyết chỉmang tính gần
đúng và hỗtrợnhau.

Robinderđưa ra thuyết tổhợp: côngđập nghiền chung

bằng tổng sốcơng tính theo hai thuyết trên.

A = αααα ∆∆∆∆F + ββββ ∆∆∆∆V

αααα : năng lng tiêu hao riêng cho 1 đơn vdin tích bmt.

∆∆∆∆F : đbinđi din tích bmt

ββββ: cơng bin dng riêng cho 1 đơn vthtích.

∆∆∆∆V : đbinđi thtích.

αααα ∆∆∆∆F : năng lng tiêu haođto bmt mi.

ββββ ∆∆∆∆V : năng lng tiêu haođvt thbin dng (thtích mi).

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

(Thuyết của Bond )

Bond đềra thuyết:”Công tiêu hao khiđập nghiền cục vật liệu, tỉ

lệvới trung bình nhân giữa thểtích V và diện tích bềmặt F của

vật liệu”.

Cơng dùngđể đập nghiền cục vật liệu từkích thước D qua n

lầnđập nghiềnđến khích thước d, với mứcđộ đập nghiền cho

mỗi lần là i:

A = A1+ A2+ . . . +An.

5
,
2
2
2

1D *k D KD

k
k
VF
k

A = = =

(

) (

)

(

)

[

]

( )

1
i
1
i
KD
i
i
i
1
KD

A 05

5
0
n
5

2
1
n
5
0
2
5
0
5
0
5
2
−
−
=
+
+
+
+
= − ,
,
,
,
,
,
,
....

THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

(Thuyết của Bond )

Để đập nghiền G (tấn/giờ) vật liệu từkích thước ban đầu D 
đến kích thước d, có sốcục vật liệu Z =G/ρD3, mứcđộ đập

nghiền tổng cộng in=D/d .

Công nghiền cho 1 tấn vật liệu là:

ρ
G
D
d
i
K
A 





−
−

= 1 1

5
,

( )

0,5 3
5
,
0
5
,
2
1
1
D
G
i
i
KD
A
n
ρ
−
−
=
ρ
G
D
d
K

A B 

</div>

Bài giảng Quá trình và thiết bị Silicat 1: Chương 1 – ĐH Bách khoa TP.Hồ Chí Minh

<b>Q TRÌNH &</b>

<b>THI</b>

Ế

<b>T B</b>

Ị

<b>SILICAT 1</b>

B

ộ

môn V

ậ

t li

ệ

u Silicat

Khoa Công Ngh

ệ

V

ậ

t Li

ệ

u

Đạ

i h

ọ

c B

á

ch Khoa Tp. H

ồ Chí

Minh

CHƯƠNG 1

<i><b>C</b></i>

<i><b> S</b></i>

GIA CƠNG Đ

<i><b>P - NGHI</b></i>

<i><b>N</b></i>

<b>Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP- NGHIỀN</b>

<b>Ý NGH</b>

Ĩ

<b>A C</b>

Ủ

<b>A QUÁ</b>

TRÌNH ĐẬ

<b>P- NGHI</b>

Ề

<b>N</b>

<b>Ý NGH</b>

Ĩ

<b>A C</b>

Ủ

<b>A Q</b>

TRÌNH ĐẬ

<b>P- NGHI</b>

Ề

<b>N</b>

<b>KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU</b>

<b>KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA VẬT LIỆU</b>

<b>MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i</b>

<b>MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i</b>

<b>MỨC ĐỘ ĐẬP NGHIỀN i</b>

ĐỘ

<b>BỀN</b>

σ

σ

σ

σ

<b>= P/F.</b>

ĐỘ

<b>BỀN</b>

ĐỘ

<b>BỀN</b>

ĐỘ

<b>BỀN</b>

ĐỘ

<b>BỀN</b>

<b>PHƯƠNG PHÁP TÁC DỤNG LỰC</b>

<b>PH</b>

ƯƠ

<b>NG PHÁP TÁC D</b>

Ụ

<b>NG L</b>