ĐỀ tài máy NGHIỀN BI và ỨNG DỤNG

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI
MÁY NGHIỀN BI VÀ ỨNG DỤNG
GVHD: Đào Thanh Khê
LỚP: 01DHTP_thứ tư_tiết 10, 11, 12
SVTH: Văn Thị Phương Mai 2005100383
Phạm Ngọc Thanh Lan 2005100369
Trần Thị Cẩm Hường 2005100176
Phùng Thị Thảo Duy 2005100219
Tăng Xuân Thành Toại 2005100415
TPHCM, 05/2012.
1
BẢNG PHÂN CÔNG
STT HỌ VÀ TÊN CÔNG VIỆC GHI CHÚ
1 Văn Thị Phương Mai Tổng hợp, làm bản word
2 Phạm Ngọc Thanh Lan Tim tài liệu, sửa bài word
3 Trần Thị Cẩm Hường Tìm tài liệu
4 Phùng Thị Thảo Duy Tìm tài liệu
5 Tăng Xuân Thành Toại Tìm tài liệu
MỤC LỤC
2
LỜI MỞ ĐẦU 4
I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY NGHIỀN BI 5
1/ Cấu tạo 5
2/ Nguyên lý hoạt động 5
3/ Phân loại 6
II/ SƠ ĐỒ CẤU TẠO CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN BI 8
1/ Máy nghiền bi gián đoạn 8

2/ Máy nghiền bi liên tục 9
2.1/ Máy nghiền bi liên tục hình nón 9
2.2/ Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn 10
III/ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 14
IV/ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 15
1/ tốc độ tới hạn, tốc độ tối ưu 15
2/ Tính năng suất 17
3/ Tính công suất 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 22
3
LỜI MỞ ĐẦU
Bộ môn kĩ thuật thực phẩm I đề cập đến việc ứng dụng các định luật cơ bản của cơ
học lưu chất để thiết lập các phương pháp cơ học, nhằm tạo ra các thiết bị hữu dụng trong
sản xuất công nghiệp.
Một thiết bị lắp đặt trong dây chuyền sản xuất phải tạo ra sản phẩm đáp ứng được
cả về chất lượng và số lượng. Mặt số lượng là năng suất và công suất thiết bị. Còn mặt
chất lượng sản phẩm căn cứ vào sự tiến bộ của kĩ thuật và công nghệ, thể hiện trong
nguyên lý làm việc và cấu trúc của thiết bị.
Để hiểu thêm về yêu cầu trên, trong đề tài này, chúng tôi xin trình bày một thiết bị
cơ học điển hình thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất hóa chất và chế biến
thực phẩm, đó là “MÁY NGHIỀN BI”.
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, chúng tôi đã có nhiều cố gắng nhưng
không khỏi những sai sót, rất mong nhận được những đóng góp chân thành từ thầy và các
bạn.
Xin chân thành cảm ơn!
4
I/. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY NGHIỀN BI.
Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng máy nghiền bi đóng một vai trò rất quan
trọng. Nó được dùng phổ biến để nghiền thô, nghiền mịn và nghiền rất mịn các loại
nguyên vật liệu.

1/. Cấu tạo:
Máy nghiền bi gồm vỏ máy hình trụ hay hình nón bằng thép, bên trong có lót các
tấm lót bằng thép cứng đặc biệt và đổ bi đạn bằng thép hoặc bằng sứ, sỏi hay bằng các
vật liệu rắn khác. Tùy theo từng loại máy có thể chia máy nghiền bi thành một hay nhiều
ngăn ( 2,3,4 ngăn)
H1: Sơ đồ cấu tạo chung của máy nghiền bi
1. Cổ trục ngỗng 2. Gối đỡ 3. Thùng 4. Hệ truyền động
5. Cửa 6. Cổ trục phía nạp liệu 7. Vật nghiền
2./ Nguyên tắc làm việc:
Nhờ vỏ máy quay tròn qua một bộ phận truyền động bi đạn chịu một lực ly tâm
được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi rơi xuống đập vào vật liệu. Mặt khác vật liệu
bị chà xát giữa bi đạn và tấm lót, cũng như giũa bi đạn và bi đạn cho đến khi nhỏ ra.
Nguyên tắc tác dụng lực: của máy nghiền bi là đập và mài.
5
3/. Phân loại.
Máy nghiền bi có nhiều kiểu khác nhau, có thể phân loại theo các cách sau:
 Theo hình dạng vỏ máy:
Máy có dạng hình trụ dài
Máy có dạng hình trụ ngắn
Máy có dạng hình nón
 Theo phương thức làm việc:
Máy nghiền bi gián đoạn.
Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm qua ngỗng trục.
Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm xung quanh thành máy.
Máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín.
Máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở.
 Theo vật liệu chế tạo tấm lót và bi đạn:
Tấm lót và bi đạn bằng kim loại.
Tấm lót và bi đạn bằng vật liệu phi kim loại: sỏi, sứ, đá rắn.
6

H2: Máy nghiền bi hình trụ dài
H3: Máy nghiền hình trụ ngắn
7
H4: Máy nghiền trụ dài tháo liệu qua cửa.
II/. SƠ ĐỒ CẤU TẠO CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN BI.
1/ Máy nghiền bi gián đoạn.
Cấu tạo:
H5: Sơ đồ cấu tạo máy nghiền bi gián đoạn
1. Thùng quay 2. Ổ trục đỡ 3. Động cơ
4. Hộp giảm tốc 5. Hệ puli 6. Đai truyền 7. Cửa.
8
2
7
2
5
6
3
4
1
Nguyên tắc hoạt động: Máy làm việc theo phương pháp ướt, lượng nước cho vào máy
vừa đủ để tháo sản phẩm ra. Máy không nên sử dụng để nghiền khô, vì quá trình tháo sản
phẩm khó khăn.
Ứng dụng: Thường được dùng trong công nghiệp gốm sứ. Tùy theo yêu cầu của sản
phẩm mà tấm lót và bi đạn chế tạo bằng sứ, côranh đông, ziêc-côn hoặc bằng vật liệu có
thành phần gần giống vật liệu nghiền.
Khuyết điểm: khuyết điểm lớn nhất của máy nghiền bi gián đoạn là tiêu tốn năng lượng
lớn. Vì ở giai đoạn cuối còn 1 số hạt chưa đạt kích thước yêu cầu nhưng vẫn cứ phải
nghiền.
2/. Máy nghiền bi liên tục.
2.1/ Máy nghiền bi liên tục hình nón.

Cấu tạo:
H6: Sơ đồ cấu tạo máy nghiền bi liên tục hình nón
1. Đầu máy 2. Phần hình trụ giữa máy 3. Phần hình nón cuối máy
4. Phễu nạp liệu. 5. Cổ trục rỗng nạp liệu. 6. Cổ trục rỗng tháo liệu.
9
4
2
1
3
6
5
Nguyên tắc hoạt động: Khi máy làm việc, bi lớn được phân bố tự nhiên vào phần hình
trụ ở đầu máy, còn bi đạn nhỏ tự động dồn về phần hình nón cuối máy. Sự phân bố bi đạn
tự nhiên như vậy là do sự phân bố lực ly tâm quán tính theo chiều dài máy:
Trọng lượng bi đạn và bán kính máy càng lớn thì lực ly tâm quán tính càng lớn. Sự phân
loại tự nhiên bi đạn lại tương ứng với sự phân loại kích thước bi đạn lớn và độ nâng bi
đạn cao để đập nhỏ. Năng lượng đập ở đầu máy lớn hơn 20 lần năng lượng đập ở cuối
máy. Ngược lại ở cuối máy, vật liệu có kích thước nhỏ không cần chiều cao nâng bi đạn
lớn, mà cần bề mặt làm việc của bi đạn lớn để mài xát vật liệu. Vì vậy, ở cuối máy bề mặt
làm việc của bi đạn tăng gấp 4 lần so với ở đầu máy.
Do cấu tạo của máy, vận tốc dài của bi đạn theo chiều dài máy giảm dần, nghĩa là động
năng của bi đạn cũng giảm dần (E = ), lực đập giảm. Tương ứng với kích thước
của vật liệu cũng nhỏ dần. Nhờ thế mà năng lượng nghiền tiêu tốn cũng giảm.
Ứng dụng: thường được dùng để nghiền khô hoặc nghiền ướt các vật liệu gầy trong công
nghiệp, vật liệu xây dựng như: cao lanh, cát, tràng thạch…
2.2/. Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn.
Cấu tạo:
10
1. Vỏ. 2. Nắp máy. 3,4. Cổ ngỗng trục. 5. Ngỗng trục quay.
6. vít xoắn. 7. Phễu nạp liệu 8. Ngăn tháo liệu. 9. tấm lót bằng thép.

10. Ghi
- Kích thước bi đạn phân chia:
Kích thước bi đạn
Ngăn 1: Bi cầu
Ngăn 2: Bi cầu, đạn trụ
Ngăn 3: Đạn trụ
Hệ số đổ đầy bi đạn
Phân vùng kích thước bi đạn
Trong ngăn đầu, vật liệu có kích thước lớn, lực tác dụng vào vật liệu chủ yếu là
lực đập của bi hình cầu có kích thước lớn. Trong ngăn 2 vật liệu tiếp tục được đập nhỏ
bởi lực đập của bi kết hợp với lực ma sát mài mòn của bi đạn có kích thước nhỏ hơn. Các
ngăn sau lực tác dụng chủ yếu là lực ma sát mài mòn giữa vật liệu – bi, đạn - đạn, vật liệu
- đạn - tấm lót, cho đến nhỏ mịn theo kích thước sản phẩm yêu cầu.
Phân loại: Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn có thể làm việc theo chu trình kín và chu
trình hở.
11
Nguyên tắc làm việc:
 Đối với máy nghiền bi làm việc thoe chu trình hở: mô hình như hình 7
Vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (7), nhờ vít xoắn (6) lắp trong ngỗng trục (3) chuyển
vật liệu vào nghiền. Vật liệu tiếp tục qua các ngăn dưới tác dụng của lực đập và lực mài
xát được nghiền đập đến độ mịn yêu cầu và được tháo ra ngoài qua ngỗng trục (4) bằng
vít xoắn (6) vào ngăn tháo liệu (8) ra ngoài.
 Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín:
12
H8: Hệ thống nghiền bi theo chu trình kín.
1: Phễu nạp liệu 2. Ngỗng trục. 3. Máy nghiền bi. 4. Ghi tháo.
5. Phễu tháo. 6. Gầu. 7. Thiết bị phân ly không khí. 8. Đầu nạp liệu.
9. Quạt. 10. Cyclon. 11. Lọc bụi.
Theo sơ đồ vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (1), qua vít xoắn lắp trong ngỗng
trục (2) vào máy nghiền bi (3). Vật liệu qua các ngăn I và II được nghiền mịn đi qua ghi

tháo (4) (tháo liệu xung quanh thành máy) xuống phễu tháo (5). Nhờ gầu nâng (6) vật
liệu đã nghiền mịn được chuyển lên thiết bị phân ly không khí (7) (thiết bị phân ly không
khí loại kín). Qua thiết bị phân ly không khí những hạt mịn được tháo xuống thiết bị vận
chuyển vít đưa đi sử dụng, còn các hạt vật liệu rơi xuống vít vận chuyển đi đến đầu nạp
liệu (8), qua ngỗng trục đi vào ngăn III của máy nghiền được nghiền mịn trở lại. Quá
trình cứ tiếp diễn như thế theo một chu trình kín.
Mặt khác, để khử bụi, làm nguội bi đạn, cũng như làm giảm hàm ẩm của vật liệu nghiền
nhằm tăng hiệu suất đập nghiền tốt hơn, máy nghiền cần được thông khí.
Nhờ quạt hút (9) không khí mang theo bụi và hơi ẩm đi vào cyclon (10) tiếp tục qua lọc
bụi điện (11), hầu hết bụi được khử thu hồi trở lại., còn không khí sạch qua quạt (9) vào
ống khói thải ra ngoài.
13
Ứng dụng: Để tăng năng suất đập nghiền, cũng như tăng độ mịn, người ta sử dụng máy
nghiền bi liên tục nhiều ngăn trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng đặc biệt trong
công nghiệp xi măng. Máy nghiền bi nhiều ngăn có kích thước lớn, đường kính D =
m, chiều dài L = .
Nhờ việc phân quá trình nghiền ra thành nhiều giai đoạn bằng các ngăn, nên kích
thước bi đạn tương ứng với kích thước vật liệu trong từng ngăn. Điều đó dẫn đến việc
tiêu tốn năng lượng nghiền đập ít hơn so với các máy nghiền khác, cũng như biện pháp
đập nghiền tốt hơn.
III/. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT.
Kích thước,
đường kính
Khối lượng
bi nghiền, kg
Tốc độ,
v/ph
Năng suất, T/24h
12,5 còn
48 mesh

12,5 còn
65 mesh
12,5 còn
100 mesh
0,96x0,6 500 35 12 9 5 6÷8
0,9x1,2 1000 35 24 18 10 12÷15
1,2x1,2 1650 30 42 30 20 20÷25
1,5x1,2 2500 5629 80 55 30 30÷40
1,5x1,8 3750 29 120 85 50 40÷50
1,8x1,8 6000 25 250 175 100 90÷120
1,8x3,6 12000 25 500 340 200 150÷200
3x2,7 37000 17 1500 1100 650 550÷600
Máy nghiền bi trụ hai đầu côn
0,6x0,4 300 40 4 3 2 2
0,9x 0,4 550 35 12 10 9 5÷8
0,9x0,6 1000 35 17 15 13 10
1,5x0,9 4750 28 100 80 60 40÷50
2,1x1,2 13500 23 300 220 150 125
14
3,6x1,8 55000 16 1800 1400 1000 700÷880
IV/. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY NGHIỀN BI.
1. Tốc độ tới hạn, tốc độ tối ưu.
Máy nghiền bi làm việc chủ yếu là sử dụng động năng của bi đạn để đập nghiền vật
liệu. Do đó, cần nghiên cứu phương thức làm việc của máy nghiền bi để đạt năng suất
cao nhất. Nhận xét:
- Nếu máy quay chậm, bi đạn sẽ được nâng lên theo thành máy đến một độ cao nào đó
rồi trượt xuống. Khi đó vật liệu chỉ bị mài xiết giữa bi đạn - bi đạn hoặc giữa bi - đạn -
tấm lót, như thế hiệu quả đập nghiền sẽ kém.
- Nếu máy quay nhanh, do lực ly tâm bi đạn sẽ được nâng lên đến một góc nào đó rồi
rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Lúc này vật liệu không chỉ bị mài xiết mà còn

chịu tác dụng của lực đập, lực đập này rất quan trọng đối với phương thức làm việc của
máy nghiền bi.
- Nếu tốc độ rơi của bi đạn càng nhanh, động năng của bi đạn càng lớn, nghĩa là lực
đập nghiền vật liệu càng lớn. Do đó năng suất máy càng cao.
- Nếu máy quay quá nhanh, lúc này lực ly tâm quán tính sẽ thắng trọng lực, bi đạn sẽ
dính vào thành máy, chuyển động theo thành máy mà không rơi xuống. Như vậy, hiệu
quả đập nghiền sẽ kém.
Tốc độ tới hạn của bi:
Để tính toán được đơn giản ta quy ước:
- Tính cho 1viên bi, sau đó suy ra tập hợp bi đạn
- Xem kích thước bi đạn không đáng kể so với kích thước máy.
- Thành máy bên trong tròn, nhẵn.
15
Khi máy quay nhờ lực ly tâm bi đạn được nâng lên cao đến điểm K nào đó bi đạn chịu
tác dụng của 2 lực:
- Lực ly tâm: (1)
Trong đó: m - khối lượng bi đạn [ Kg]
G - trọng lượng bi đạn [Kgf]
v - vận tốc dài của máy [ m/sec]
g - gia tốc trọng trường [m/sec2]
R - khoảng cách từ tâm máy đến tâm bi, lấy R=D/2 [m].
- Trọng lượng G của bi đạn được phân thành 2 thành phần lực hướng tâm và tiếp tuyến:
Khi máy quay đến một tốc độ nào đó, bi sẽ rơi ra khỏi thành máy. Tốc độ tại thời điểm
đó gọi là tốc độ tới hạn. Khi đó lực ly tâm P sẽ bằng lực hướng tâm.
Nghĩa là:
Mặt khác:
16
Lực hướng tâm đạt đến cực đại khi = 0 (cos = 1), khi đó tốc độ tới hạn của máy
nghiền bi là:
Hay [v/ph]

Tốc độ tối ưu:
Tốc độ tối ưu là số vòng quay nào đó để cho bi đạn có chiều cao rơi là lớn nhất.
Vấn đề là thiết lập hàm số H = f( ). Sự biến thiên của chiều cao rơi của bi đạn H phụ
thuộc vào góc rơi , chiều cao rơi H cực đại khi đạo hàm của nó bằng không.
Nghĩa là , qua tính toán xác định được
Thay vào công thức ta có:
Hay [v/ph]
2. Năng suất.
Năng suất máy nghiền bi phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: kích thước và kết cấu của
máy nghiền bi, sơ đồ nghiền, phương pháp nạp liệu, trọng lượng bi đạn và vật liệu nạp
vào máy. Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ ẩm, độ rắn của vật liệu, kích thước vật liệu vào
và ra khỏi máy.
Nói chung năng suất của máy nghiền bi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố phức tạp, nên
thường chỉ tính được theo công thức thực nghiệm:
17
• Công thức 1:
Trong đó:
L – chiều dài máy [m]
D – đường kính máy [m]
G – trọng lượng bi đạn [T]
x - Lượng vật liệu còn lại trên sàng N:009 [%]
- Giới hạn bền chịu nén của vật liệu [kg/ ]
• Công thức 2:
Trong đó: Q: năng suất
K: hệ số điều chỉnh
L: chiều dài thùng quay [m]
D: đường kính thùng quay [m]
Bảng giá trị K
Kích thước nguyên
liệu, mm

K
Kích thước sản phẩm nghiền, mm
0,20 0,15 0,075
25 1,31 0,95 0,41
19 1,57 1,01 0,51
12 1,91 1,25 0,58
6 2,40 1,50 0,66
18
3. Tính công suất.
Năng lượng cần thiết mà máy nghiền bi tiêu hao dùng để:
- Nâng bi đạn
- Tạo cho bi đạn có động năng
- Khắc phục các lực cần thiết khác : lực ma sát, quán tính.
 Công thức 1:
Công tiêu hao năng lượng để nâng bi đạn:
Công cần thiết để nâng bi đạn lên chiều cao h sau 1 chu kỳ:
Trong đó: G: trọng lượng viên đạn [kg].
h: chiều cao nâng trung bình của toàn khối bi đạn [m].
Theo thực nghiệm h= 1,13R. R- bán kính trong của máy nghiền bi [m].
Công tiêu hao để tạo cho bi đạn có động năng:
Trong đó: m- khối lượng của bi đạn [kg. /m]
- tốc đọ dài trung bình của bi đạn [m/sec]
- bán kính trung bình [m]
G – trọng lượng bi đạn [kg]
19
g- gia tốc trọng trường [m/ ]
n- số vòng quay cảu máy [v/ph]
máy làm việc tốt nhất khi
Như vậy:
Qua nghiên cứu người ta nhận thấy nếu máy quay 1 vòng, lớp bi đạn trong máy lại

chuyển động được i vòng, i=1,795 vòng.
Vậy sau n vòng quay của máy trong 1 phút. Tổng công để nâng bi đạn và tạo cho bi đạn
có động năng là: A.i.n [kg.m]
Do đó công suất tiêu hao:
N = 0,0118G
Công suất tiêu hao để khắc phục các sức cản khác được đặc trưng bằng các hệ số
: hệ số tác dụng hữu ích của máy, phụ thuộc vào cấu tạo và sự chuyển động của máy,
thường
20
: hệ số nâng cao công suất của động cơ,chú ý đến momen mở máy, thường
Công suất của động cơ:
 Công thức 2:
Trong đó: N: công suất máy nghiền, [kW]
G: khối lượng vật liệu và bi trong thùng quay, [kg]
D: đường kính thùng quay, [m]
C: hệ số thực nghiệm tra bảng sau
Loại bi
Hệ số chứa đầy
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Bi sứ 13,3 12,25 11,1 9,5 7,8
Bi thép nhỏ 11,9 11,1 9,9 8,5 7,0
Bi thép lớn 11,5 10,6 9,5 8,2 6,8
21
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Giaó trình máy và thiết bị chế biến lương thực – Tôn Thất Minh- NXB Bách khoa Hà
Nội.
[2] Giáo trình kỹ thuật thực phẩm 1 – Phan Huy Trình, Nguyễn Như Quang
22