Bài giảng Quá trình & Thiết bị silicat - Chương 1: Cơ sở gia công đập - nghiền

QUÁ TRÌNH & THI T B SILICAT 1 CHÖÔNG 1 B môn V t li u Silicat C S P - NGHI N Khoa Công Ngh Vt Li u i h c B ch Khoa Tp. H Minh Ý NGH A C A QUÁP- NGHI N Ý NGH A C A QUÁP- NGHI N
p và nghi n là hai quá trình th ng g p trong công SP p SP Nghi n nghi p hóa hc và nh t là trong công nghi p vt li u p thô: 100-350 mm Nghi n thô: 0,1 – 5 mm silicat. p va: 40 -100 mm Nghi n mn: 0,05 – 0,1 mm  Do tác dng ca ngo i lc, khi làm gi m kích th c ht ln p nh : 5-40 mm Rt mn: < 0,05 mm thành các ht nh hơn dng cc, dng ht gi là p.  Tiêu tn nng lng nh nh t: di tác dng ca ngo i lc vt li u  Còn nu c kích th c c ht mn dng bt gi là nghi n. b v ra thành nhi u ht nh hơn làm tng di n tích b mt riêng ca
Hai mc tiêu chính ca quá trình p nghi n là: vt li u, nh m to u ki n hoàn thành tt cho các quá trình hóa lý  t c sn ph m có c ht gi i hn xác nh ti thi u hay ti xy ra các công on sau. a. Ho c cho vt li u có di n tích b mt riêng úng yêu cu.  Trong quá trình p nghi n ph i tiêu tn lc phá v các liên kt Ph thu c vào kích th c sn ph m có th phân lo i nh sau: hóa hc gi a các phân t và to ra di n tích mi sinh cho vt li u. 1 Ý NGH A C A QUÁP- NGHI N KÍCH TH C TRUNG BÌNH C A V T LI U
Vì vy quá trình này ph i tiêu hao nng lng xác nh.
Vt li u tr c và sau khi p nghi n th ng có hình dng Nng lng này ph thu c vào các yu t: và kích th c khác nhau, tính toán ta dùng kích th c  Hình dng và kích th c vt li u. trung bình .  Bn ch t vt li u.  Kích th c trung bình ca cc vt li u có th tính theo mt trong  Kt cu thi t b s dng  bài toán thi t k . các công th c sau:  Tính ch t hóa lý ca vt li u: cng, m, bn liên kt phân t. a + b + c 3 2 2 D = D tb = abc Dtb = b +c tb 3
Ph n ln nng lng này ch yu dùng kh c ph c: Vi: a, b, c là dài, rng, cao ca vt li u  n D + D L c ma sát gi a v t li u v i v t li u.  max min Kích th c trung bình ca nhóm vt li u: Dtb =  Lc ma sát gi a vt li u vi thi t b. 2 vi Dmax , Dmin : kích th c ht vt li u ln nh t và bé nh t.  Lc ma sát gi a các b ph n truy n ng ca thi t b. KÍCH TH C TRUNG BÌNH C A V T LI U MC P NGHI N i  Kích th c trung bình ca hn hp nhóm ht:
Mc p nghi n i là t s kích th c ht vt li u, ho c D hh D n a tb = Σ tb n nhóm ht vt li u ho c hn hp nhóm vt li u tr c và Vi Dn ,a là kích th c trung bình và % kh i lng ca nhóm. tb n sau khi p nghi n. D i = d Vi D, d ln lt là kích th c vt li u tr c và sau khi p nghi n.
Mc p nghi n i ph thu c các yu t:  Tính ch t lý hc ca vt li u.  Kích th c vt li u.  Kt cu thi t b s dng  bài toán thi t k . 2 MC P NGHI N i MC P NGHI N i Khi p thô : i = 2 – 5 Khi p trung bình : i = 5 – 10 Khi p nh : i = 10 – 30
Mc p nghi n tính theo th tích iV xác nh theo công th c sau, và ây cng chính là s cc vt li u sn ph m Z thu c
Nu tng mc p nghi n thì nng lng tiêu hao tng . sau khi p nghi n: D 3 Z = i = = i 3
Mc p nghi n chung I cho toàn b khâu p nghi n V d 3 bng tích s mc p nghi n ca tng công on.
Vi cùng mc p nghi n iV, cho mi ln p nghi n, vy sau n ln p nghi n phá v cc vt li u có kích th c D thu I = i * i * . . . .* i . 1 2 n c Z cc sn ph m có kích th c d, quan h gi a Z và iV 3 n nh sau: D 3log i
Nu i1 = i 2 = . . . = i n = I, ta có : I = i . n 3 n = Z = iV = 3 = i
Hay 3log i = n log iV, vy d log iv BN BN  rn: c nh ngh a là kh nng ch ng li s mài mòn, ct.
Trong quá trình p nghi n, cn chú ý hai tính ch t quan c ánh giá theo thang Mohr (1-10) nh sau: tr ng là bn và rn ca vt li u. Lo i rn Vt li u chu n Tính ch t  bn: c tr ng cho kh nng ch ng phá hy ca vt li u di tác dng ca ngo i lc, ây là gi i hn bn nén σσσ ca vt li u. Mm 1 Ho Talc) D a σσσ = P/F. 2 a V a 3 a D a Trong ó P là lc nén v và F ti t di n ch u nén Trung bình 4 Tinh th Khó vch bng dao  Tu theo giá tr ca σσσ, vt li u chia làm 4 lo i: 5 a Không vch c bng dao  lo i mm kém bn: có gi i hn bn nén σσσ < 100 kG/cm 2. 6 Rn bng th y tinh  lo i trung bình: có gi i hn bn nén σσσ: 100 – 500 kG/cm 2. Rn 7 Th a Vch c th y tinh 1kG 10N  lo i bn: có gi i hn bn nén σσσ : 500 – 2500 kG/cm 2. 8 a Vch c th y tinh  lo i rt bn: có gi i hn bn nén σσσ : 2500 – 4500 kG/cm 2. 9 Ct c th y tinh. 10 Ct c th y tinh. 3 BN BN
Quan h gi a bn H, nng lng tiêu hao A, th i gian H s kh nng p nghi n K ca mt s vt li u nh sau: nghi n T và nng su t Q gi a hai lai VL có bn khác Clinker lò quay trung bình 1,1 nhau: H 1>H 2 khi có cùng iu ki n p-nghi n nh sau: Clinker lò quay d p nghi n 1,11 ôi sét khó 0,8 – 0,9  Nng lngtiêuhao: A1 > A 2. Clinker lò quay khó p nghi n 0,8 – 0,9 t sét khô 1,51 – 2,03 Di p th ch, phi n th ch 0,9 Tràng th ch 0,8 – 0,9  Th i gian nghi n: T1 > T 2. Clinker lò ng t ng 1,1 – 1,2 Vôi sng 1,64  Nng su t: Q1 < Q 2. Clinker lò ng th công 1,3 – 1,4 Magnesite 0,69 – 0,99
H s kh nng p-nghi n (K) : X lò cao trung bình 1 Ho t th ch (Talc) 1,04 – 2,02 X lò cao d p nghi n 1,1 Than nâu 0,7  H s kh nng p nghi n là t s gi a nng lng tiêu hao riêng X lò cao d khó nghi n 0,8 – 0,9 Vân mu 0,75 khi p nghi n vt li u chu n vi vt li u khác, ng vi cùng tr ng á hoa cư ng ht to 0,8 thái và mc p nghi n. Torax 0,5 – 0,6 á hoa cư ng ht nh . 0,9 Nham th ch 1,3 – 1,4  Vt li u chu n là clinker lò quay có h s kh nng p nghi n là 1. 1 Cát 0,6 – 0,7 BN PH Ơ NG PHÁP TÁC D NG L C
Nh vy, h s kh nng p nghi n (K) càng ln, vt li u
Các ph ơ ng pháp tác dng lc trong quá trình p nghi n càng d p nghi n, nng lng tiêu hao (A) nh và t là nén ép, va p, un v, mài xi t và ct. nng su t (Q) cao hơn so vt li u chu n.
Vi c ch n ph ơ ng pháp p nghi n ph thu c vào tính
Nu bi t nng su t ca thi t b khi nghi n mt lo i vt li u ch t cơ lý, kích th c ban u, mc p nghi n. bt k, có th cn c vào h s kh nng p nghi n tính nng su t ca thi t b này khi nghi n vt li u khác a a a  Bài toán thi t k . a 4 PH Ơ NG PHÁP TÁC D NG L C THUY TP NGHI N
 Nén ép: dùng cho p thô vt li u cng, dai. Vt li u b phá v khi Thuy t di n tích b m t P.R. Rittinger: công tiêu hao trong hai b mt p ti n gn nhau do ng su t ln hn bn ( σ) ch u quá trình p nghi n t l vi di n tích b mt mi sinh nén. hay mc p nghi n (i).  Un v: cho sn ph m có kích th c, hình dng xác nh.
Trong th c t các ht vt li u khi p nghi n có hình dng  Va p: dùng cho vt li u dòn bt k, vi c o di n tích b mt rt khó kh n. ơ n gi n,  Mài xi t: cho sn ph m rt mn t vt li u mm, không mài mòn. xét cc vt li u hình lp ph ơ ng cnh D.  Ct: cho sn ph m có kích th c và hình dáng xác nh
Sau khi p nghi n cc vt li u cng hình lp ph ơ ng  Các thi t b p nghi n th ng kt hp vi 2 hay nhi u ph ơ ng cnh d. pháp p nghi n khác nhau  Nguyên nhân???. 2
Di n tích b mt tr c p nghi n Fo = 6D . THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N
Tng di n tích b mt mi sinh sau khi p nghi n là: 3 2 F1 = 6 i d .
Vy di n tích b mt mi sinh tng thêm: D/2 i=2 Z=i =8 D/3 i=3 Z=iV=27 D V 2 2 ∆∆∆F = F 1 –F0 = 6 D (i–1) (m ).
Có (i–1) mt ph ng ct theo mt chi u ca vt li u.
tiêu tn cho 1m 2 b mt mi sinh cn mt công là a (J/m 2),
Nh vy s mt ct theo 3 chi u là 3(i–1), s cc vt li u do ó công tiêu hao cho quá trình p nghi n là: 2 nh n c là Z = i 3, ây cng chính là mc p A = 6aD (i–1) (J) nghi n tính theo th tích i .
Khi mc p nghi n rt ln, ngh a là i→→→∞∞∞ thì (i–1) ≈≈≈ i, nên V công p nghi n t l vi mc p nghi n: 2
Di n tích b mt mi sinh ca 1 cc vt là f = 6 d . A = 6aD 2 i 5 THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N
Trong th c t, vt li u p nghi n có hình dng bt k, nên a vào h s
Thuy t th tích Kirpichev : công tiêu hao trong quá trình p nghi n t l iu ch nh k = 1,2 – 1,7 , h s này ph thu c vào tính ch t vt li u, ph ơ ng vi s bi n i th tích ca vt li u p nghi n. σ 2 ∆ V pháp p nghi n. A = 2 E 2 Vy: A = 6kaD (i–1) J  ∆∆∆V: hi u s th tích h t v t li u tr c vàp nghi n. 3  2
Công p nghi n cho mt ơ n v th tích Av J/m . σσσ: gi i hn bn ch u nén ca vt li u kG/cm .. A 6akD 2( i −1)  1 1  2 A = = 6= ka −   E: modun àn hi kG/cm . 2 v D3 D3  d D  A σ
Công làm bi n dng mt ơ n v th tích: =
Công p nghi n cho mt kg vt li u Am J/kg V 2 E A1 V1 ak 1 1
Công p nghi n t l vi th tích vt li u: = Am = 6 ( − ) A V ρ d D 2 2
Lc P tác dng p nghi n t l bc hai vi chi u dài hay t l vi b mt Vi ρρρ kg/m 3 là kh i lng th tích ca vt li u A P bL cL 3 P L2 vt li u 1 = 1 1 = 1 ⇒ 1 = 1
Thuy t Rittinger thích hp cho nghi n mn, nh t là máy nghi n bi. 3 2 A2 P2bL 2 cL 2 P2 L2 THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N Tính công tiêu hao riêng trung bình Ar: V i mt n v di n tích b
Nh vy Ar gi m dn, ch không ph i là hng s mt mi to thành F sau quá trình p nghi n, Ar ưc tính nh ư sau:
Nh trong thuy t b mt ca Rittinger, ch ng t vi c to b Ln p nghi n Di n tích mi sinh F Công tiêu hao riêng mt mi sinh rt quan tr ng trong quy t nh công nghi n. 2 σ 2 D 3 Ln 1 F1 = 6D (i–1) A = 1r 2
Tng di n tích b mt mi sinh to thành sau n ln p 2 2 12 ED ( i − 1 ) = 6 [i v(d 1) -D ] 2 2 3 nghi n là: Ln 2 F2 = 6D i(i–1) σ D A 2r = = 6 i [i (d )2 – (d )2] 12 ED 2i( i −1) V v 2 1 F = F 1 + F 2 +. . . + F n Ln 3 F = 6D 2i2(i–1) σ 2 D 3 3 A = F = 6 D 2(i–1)(1+i+i 2+i 3+....+i n-1) 2 2 2 3r 12 ED 2i 2 ( i − 1 ) = 6 (i V) [i v(d 3) – (d 2) ] F = 6 D 2(i n–1) Ln n F = 6D 2in-1(i–1) σ2D3 2 n A = A σ Dlog i n-1 2 2 rn 2 n−1 A = = = 6 (i V) [i v(d n) – (d n-1) ] 12 ED i ( i −1)
Vy công tiêu hao riêng trung bình r n F 4E( i −1)log iv 6 THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N (Thuy t t hp Robinder)
ng vi nng su t máy là G (kg/gi ), kh i lng th tích là
Thuy t Rittinger úng cho dp nghi n mn, thuy t th tích úng cho p nghi n thô . C hai thuy t ch mang tính g n ρρρ, kích th c D thì nng su t tính theo s cc vt li u em G úng và h tr nhau. p nghi n theo gi là : Z = 3 ρD 2 3
Robinder a ra thuy t t hp: công p nghi n chung σ D 3log i G
Công cn thi t trong mt gi là: A = * * 3 N-cm bng tng s công tính theo hai thuy t trên. 2E log iV ρD
Công su t p nghi n: A = ααα∆∆∆ F + βββ∆∆∆ V 2 σ G log i  ααα : nng lng tiêu hao riêng cho 1 ơ n v di n tích b mt. N = 1,4 *10 −8 kW  ∆∆∆F : bi n i di n tích b mt ηρ E log iV  βββ : công bi n dng riêng cho 1 ơ n v th tích.
ng vi i = 2 , công su t ln nh t là: V  ∆∆∆V : bi n i th tích. σ 2G N = 13 7, *10 −8 log i kW  ααα∆∆∆ F : nng lng tiêu hao to b mt mi. Nghi n thô ηρ E  βββ∆∆∆ V : nng lng tiêu hao vt th bi n dng (th tích m i). THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N (Thuy t ca Bond ) (Thuy t ca Bond )
Bond ra thuy t:”Công tiêu hao khi p nghi n cc vt li u, t
p nghi n G (t n/gi ) vt li u t kích th c ban u D l vi trung bình nhân gi a th tích V và di n tích b mt F ca n kích th c d, có s cc vt li u Z =G/ ρD3, mc p vt li u”. 3 2 5,2 nghi n tng cng in=D/d . A = k VF = k k 1 D * k 2 D = KD n 5,0 5,2 (i ) − 1 G K  1 1 G
Công dùng p nghi n cc vt li u t kích th c D qua n A = KD 5,0 3 A=  −  ()i − 1 ρD i 5,0 −1 d D  ρ ln p nghi n n khích th c d, vi mc p nghi n cho mi ln là i:
Công nghi n cho 1 tn vt li u là:  1 1 G A = A 1 + A 2 + . . . +A n. A= KB −  n 0 ,5  d D  ρ 2 ,5 0 ,5 0 ,5 2 0 ,5 n − 1 2 ,5 (i ) − 1 A = KD [1 + ()()()i + i + .... + i ]= KD 0 ,5 i − 1 7 THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N (Thuy t ca Bond ) (Thuy t ca Bond ) Vaät lieäu nghieàn Khoái löôïng rieâng Chæ soá coâng suaát W (kW.h/taán)
Trong ó Kb là hng s ph thu c vào lo i máy nghi n i vàc tính c a v t li u nghi n. Clinker 3,09 13,49
s dng c công th c trên, nh ngh a ch s Dolomite 2,82 11,31 công su t Wi (kW.h/t n) làng c n thi t Ñaát seùt 2,23 7,10 nghi n VL có kích th c D n kích th c d v i tích lu Ñaù voâi 2,69 11,61 ht >80%. Ñaù Gypsum 2,69 8,16  1 1    A = 18, 79.Wi − G (kW) Than 1,63 11,37  d D  Thuyû tinh 2,58 3,08
Nu là nghi n t thì công c a quá trình nghi n là: Bauxit 2,38 9,45 4  1 1  A =., 81 79.Wi  − G (kW) 3 d D  THUY T P NGHI N THUY T P NGHI N (Thuy t ca Bond ) (Thuy t ca Kick )
Ví dụ : Tính coâng suaát quaù trình nghieàn caàn thieát ñeå thöïc
Theo Kick : “ Công cn thi t trong p nghi n t l vi hieän nghieàn 100taán/h (G) ñaù voâi töø nhaäp lieäu coù 80% qua raây logarít ca kích th c u vi kích th c cu i hay t l 100mm (D) vaø saûn phaåm coù 80% qua raây 5mm (d). vi logarit ca mc p nghi n (i). 5σ 2G G A = log i = K log i Eρ K ρ σ 2 D 3 3 log i G
Công cc i khi iV=2 hay A = * * 3 2E log iV ρD
Thuy t ca Kick thích hp trong p nghi n thô . 8 THUY T P NGHI N Phân lo i Thi t bP NGHI N
Tóm li, công dùng p nghi n cho mt ơ n v
Thi t b p nghi n cn áp ng các yêu cu: kh i lng vt li u t kích th c ban u D n  Có nng su t ln.  Nng lng tiêu hao nh . kích th c d là: dD  Sn ph m có kích th c ng u. dA = −K n D
Thi t b p nghi n c phân thành 2 nhóm: máy p và K  1 1  hay A =  −  máy nghi n.  n−1 n−1  n −1 d D  Máy p: dùng p vt li u có kích th c ln, t 100 – 1300 mm, mc p nghi n t i=3-20, và chia thành nhi u bc p: thô,  Khi n = 1 : ng vi thuy t ca Kick. trung bình, nh , mn.  Khi n = 1,5 : ng vi thuy t ca Bond.  Máy nghi n: dùng nghi n vt li u thành dng bt mn. Kích  Khi n = 2 : ng vi thuy t ca Rittinger. th c ban u ca vt li u 1-60mm, kích th c sn ph m có th mn n 1µµµm. Mc p nghi n t i=20-1000 ho c ln hơn. Phân lo i Thi t b P NGHI N Phân lo i Thi t b P NGHI N
Theo mc p nghi n:
Theo ý ngh a k thu t:  Máy p nghi n sơ b: vt li u t nơi khai thác ho c thô vào máy, c ht vt li u vào và ra kh i máy còn to. ây là giai on chu n b MC P NGHI N nguyên li u ban u. LO I CÁC B C KÍCH TH C V T LI U (mm) (i)  Máy p nghi n tinh: vt li u khâu sơ b cho vào máy, c ht VÀO MÁY (D) RA MÁY (d) sn ph m t yêu cu, ây là giai on chu n b ph i li u. p thô 1300 - 500 200 –100 3 –5
Theo kt cu thi t b: Máy p Máy nghi n p p trung bình 500 - 100 100 – 20 5 – 10 Máy p hàm Máy nghi n bánh xe p nh 100 - 20 20 – 3 10 – 20 Máy p nón Máy nghi n thùng quay Nghi n Nghi n thô 60 - 20 >0,1 n 100 Máy p tr c Máy nghi n búa Máy p búa. Máy nghi n tr c. Nghi n mn 20 - 1 < 0,1 n 1000 9 Phân lo i Thi t b P NGHI N Phân lo i Thi t b P NGHI N
Theo chu trình làm vi c:
Chu trình h:Vt li u gm nhi u c ht, có th p nghi n tr c ti p, ho c cho qua sàng phân lo i thu c c ht khá ng u nh m tng hi u su t cho máy.  Sau khi p nghi n thu c sn ph m có mc ng u không cao. o o
Chu trình kín: Vt li u a tr c ti p vào máy p nghi n, o sn ph m ra kh i máy cho vào thi t b phân lo i.  Các ht to c cho tr li vào máy p nghi n cùng nguyên li u mi.  Chu trình kín cho mc ng u sn ph m cao. Phân lo i Thi t b P NGHI N Phân lo i Thi t b P NGHI N
Theo ph ơ ng pháp nghi n: có nghi n t và nghi n khô.  Ph ơ ng pháp nghi n t:  Ph ơ ng pháp nghi n khô:  u im :  u im: • lc nghi n nh hơn so vi nghi n khô. • Không cn sy sn ph m sau khi nghi n. • Ít bi • Có th sy nghi n liên hp • C ht sn ph m ng u.  Khuy t im: • Máy ít b nóng. • Nhi u b i, Máy d b nóng. • Vn chuy n sn ph m d dàng. • Lc nghi n cn ph i ln. • Tháo li u d. • C ht không ng u.V t li u d dính kt vào thành máy.  Khuy t im: • Tháo li u khó kh n. • Tiêu tn nng lng sy sn ph m. • Làm vi c n hơn nghi n t, Khó vn chuy n sn ph m. 10 THI T B P NGHI N THI T B P NGHI N
Các nguyên li u p nghi n có tính ch t ch t và kích th c rt
Có th nén ép vt li u bng hai tr c quay nh trong khác nhau. máy p tr c nh n. Lo i này có th dùng p thô, trung bình, nh .
Nên có nhi u lo i thi t b p nghi n có cu to khác nhau
Làm rn nt có th dùng máy có rng nh n, dùi nh n có hình phù hp vi tng nguyên li u. dng khác nhau nh trong máy p tr c có rng. Máy này dùng cho vt li u dòn, mm.
Chà mài kt hp vi nén ép th c hi n gi a hai b mt: mt ph ng a và mt cong nh trong máy nghi n bánh xe. Lo i này dùng khi cn e ht nh .
p nghi n bng nén ép c th c hi n bng cách ép vt li u
p nghi n ki u va p có th dùng máy p búa, nghi n thanh. gi a hai b mt: mt c nh, mt di ng nh trong máy p
Va p kt hp vi mài xi t di tác dng rơi t do ca bi n hàm có hai b mt ph ng, máy p nón có hai b mt cong. trong máy nghi n bi. Lo i này dùng nghi n mn. THI T B P NGHI N THI T B P NGHI N (Maùy ñaäp haøm) (Maùy ñaäp noùn) 11 THI T B P NGHI N (Maùy ñaäp noùn) MÁY P TR C MÁY P BÚA MÁY NGHI N BÁNH XE 12 MÁY NGHI N CON LN (NG) MÁY NGHI N HERO MÁY NGHI N BI MÁY NGHI N BI NGHI N T 13