Nghiên Cứu Xác Định Mô Hình Máy Nghiền Than Đá Mntđ 2 Và Một Số Thông Số Tối Ưu Cho Mô Hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ CÔNG MINH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH

MÔ HÌNH MÁY NGHIỀN THAN ĐÁ MNTĐ – 2

VÀ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÔ HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỒNG NAI, NĂM 2016

CỘN G HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nghiên cứu nào khác.

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu

nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá của

luận văn của Hội đồng khoa học.

Đồng Nai, ngày 12 tháng 05 năm 2016

Người cam đoan

Lê Công Minh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến:

Quý cô PGS.TS. Trần Thị Thanh, giảng viên khoa Cơ khí – Công nghệ,

Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh là giảng viên hướng dẫn đề tài .Thầy

đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi điều kiện thuận lơi cho tôi trong suốt quá trình

làm đề tài. Qua thời gian làm việc cùng thầy, tôi đã có những kiến thức nghiên cứu

khoa học, cách nhận định đánh giá một vấn đề ...Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước

vững chắc trong công tác giảng dạy của mình sau này.

Quý thầy PGS.TS.Dương Văn Tài, chủ nhiệm khoa Cơ điện và Công trình,

Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ và máy chuyên dùng. Trường Đại Học Lâm nghiệp.

Quý thầy PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, trưởng phòng Đào tạo Sau Đại Học,

Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi trong

quá trình làm việc và thực hiện luận văn.

Ban Giám Hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Giám đốc cơ sở

II, Ban Chủ nhiệm khoa Cơ điện và Công trình, Lãnh đạo phòng Đào Tạo Sau Đại

Học cùng toàn thể giảng viên đã giảng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương

trình cao học ngành kỹ thuật cơ khí của trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi

thực hiện luận văn này.

Xin cảm ơn các quý Thầy, Cô đã phản biện đề tài, cho những lời nhận xét

quý báu để qua những phản hồi đó, tôi có thể hoàn thiện tốt luận văn và công trình

nghiên cứu của mình.

Tác giả.

Lê Công Minh

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Than đá là nguồn năng lượng hóa thạch có ở nhiều quốc gia trên thế giới.

Nước ta là một trong những quốc gia có trữ lượng than đá vào loại lớn trên thế giới.

Các mỏ than đá của nước ta nằm tập trung ở các tỉnh Phìa Bắc như Quảng Ninh,

Thái Nguyên, Ninh Bính, Hòa Bính. Trong số này có nhiều mỏ than đã được khai

thác hàng trăm năm nay. Hiện tại qua thăm dò, cho thấy vỉa than nằm trên lưu vực

sông Hồng mà chủ yếu ở hai tỉnh Thái Binh và Hưng Yên có trữ lượng dự đoán lên

tới hàng tỷ tấn.

Than đá được phân loại ngay trong khai thác theo tình chất của từng mỏ than

như than mỡ, than kìp lê,… Do than đá được khai thác từ mỏ tự nhiên nên có các

kìch thước khác nhau, từ kìch thước rất bé dạng bụi đến những cục rất lớn. Tùy theo

mục đìch sử dụng mà người ta cần chủng loại than đá và kìch thước yêu cầu khác

nhau. Nên sau khai thác, than đá tiếp tục được phân loại theo kìch thước (tuyển

than) để đáp ứng mục tiêu của thị trường.

Than đá có vị trì, vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng để sản xuất

điện năng, xi măng, thép…hoặc sử dụng nhiệt trực tiếp. Trước đây việc xuất khẩu

than thường chỉ là xuất khẩu thô không qua chế biến nên mang lại giá trị kinh tế

không cao. Vì dụ với than đá cục nặng, giá xuất khẩu từ 180  220 USD/tấn, nhưng

nếu qua chế biến thành than đá nặng có kìch thước hạt từ 0,6  8,0 mm thí giá xuất

khảu lên tới 250  280 USD/tấn.

Mặc dù có giá bán cao, trong xuất khẩu cũng không thể lấy than cám có giá

bán rất thấp chỉ vào khoảng 100  140 USD/tấn để sàng phân loại ra than đá có kìch

thước hạt từ 0,6  8,0 mm. Ví trong than cám có lẫn nhiều bụi đất làm giảm chất

lượng (đặc biệt là nhiệt trị và có các thành phần khác không phải than).

Than đá là loại vật liệu có cấu tạo vô định hính, độ bền rất thấp nhưng độ

cứng rất cao. Theo Nguyễn Đính Tuyển, đường cong phân bố các phần tử khi

nghiền than đá có dạng đường cong lôgarit [6] hay sản phẩm nghiền bởi tác động va

2

đập sẽ sinh ra nhiều phần tử có kìch thước bụi bột. Ví vậy với máy nghiền búa

thông thường dùng nghiền than đá thí sản phẩm nghiền có tỉ lệ các phần tử nghiền

kìch thước bé rất cao, ví vậy sau khi nghiền phải chi phì nhiều cho công việc phân

loại. Đồng thời những sản phẩm nghiền có kìch thước quá nhỏ lại trở thành thứ

phẩm vừa gây bụi tạo nguồn ô nhiễm, vừa làm thất thoát sản phẩm nên không mang

lại hiệu quả kinh tế cao.

Do việc ứng dụng nguyên lý nghiền búa không mang lại hiệu quả kinh tế,

nhiều cơ sờ chế biến than đá trong nước đã áp dụng các nguyên lý nghiền khác như

nghiền trục, chậu con lăn, …để hạn chế lực va đập gây bụi bột. Mặc dù các nguyên

lý nghiền này có giảm tỉ lệ sản phẩm nghiền than đá dạng bụi bột, nhưng vẫn còn

cao. Mặt khác do than đá là loại vật liệu có độ cứng cao (nên cũng rất giòn, dễ vỡ

vụn), làm nhanh hư hỏng các chi tiết tạo lực nghiền như bề mặt trục nghiền. Đồng

thời các nguyên lý nghiền này cho mức tiêu thụ điện năng lớn, năng suất thấp.

Ví vậy, việc nghiên cứu tím ra mô hính máy nghiền than đá hợp lý theo yêu

cầu công nghệ để từ đó xác định một số thông số tối ưu cho mô hính có tình cấp

thiết cao, ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc.

Được sự chấp thuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Công trính,

Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS. Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu xác định mô hình máy nghiền than đá và một số thông số tối

ưu cho mô hình”.

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn mô hính máy nghiền than đá và một số thông số kết cấu và công

nghệ tối ưu của máy để ứng dụng vào sản xuất tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành

phố Trà Vinh tỉnh Trà Vinh nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong chế biến

than đá xuất khẩu của doanh nghiệp.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là quá trính và thiết bị nghiền than đá phục vụ chế

biến than đá xuất khẩu.

3

Phạm vi nghiên cứu về thiết bị là hệ thống nghiền than đá hoàn chỉnh có bộ

phận nghiền làm việc theo nguyên tắc kiểu búa va đập tự do.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu

phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài.

Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan và vận dụng lý thuyết tình toán máy

nghiền búa, lý thuyết tình toán vìt tải, lý thuyết tình toán xyclon, lý thuyết tình toán

bộ phận lọc túi vải để xác định mô hính máy nghiền than đá theo yêu cầu công nghệ

sản xuất chế biến than đá.

Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xây dựng hai mô

hính toán học nhằm điều khiển quá trính công nghệ nghiền than đá yêu cầu là tỷ lệ

cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  8 mm TL [%] và chi phì điện năng riêng để

nghiền Ar [kWh/t].

Các thông số tối ưu hóa TƯH được xác định bằng tối ưu hóa các mô hính

toán học được lập theo phương pháp TƯH đơn và đa mục tiêu. Quá trính tình toán

TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả Nguyễn

Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998) và kiểm tra lại bằng thực

nghiệm.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài là:

+ Xây dựng được hai mô hính toán học mô tả công nghệ nghiền than đá phục vụ

chế biến than đá cho xuất khẩu sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho các ngành xử lý

nước và năng lượng là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  8 mm TL [%]

và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t].

+ Điều khiển “tĩnh” quá trính công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá

cho xuất khẩu.

+ Xác định được các thông số tối ưu hóa cho quá trính và thiết bị nghiền than đá

cho máy nghiền than đá MNTĐ – 2 do công ty TNHH. Sản xuất – Thương mại –

4

Cơ khì – Như Thành chế tạo chuyển giao lắp đặt tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành

phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh.

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là:

Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất

chế biến than đá tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh đã

nâng cao được hiệu quả chế biến than đá phục vụ yêu cầu xuất khẩu sang Nhật Bản

làm nguyên liệu cho các ngành xử lý nước và năng lượng.

5

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể và

ứng dụng máy nghiền than đá vào sản xuất ở ngoài nƣớc

1.1.1. Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể

Quá trính nghiền là một trong những quá trính cơ học được ứng dụng rộng

rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thực phẩm, dược phẩm

cho người và gia súc, khai thác mỏ, công nghiệp hóa chất,…Ví vậy lý thuyết nghiền

nói chung và cho từng nguyên lý nghiền được xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh.

Với mục đìch xác định chi phì năng lượng phục vụ cho việc tình toán thiết kế máy

nghiền, nên các thuyết nghiền lần lượt ra đời. Năm 1867 nhà bác học người Đức

P.Rv.Ritingon [6] đã đề xuất thuyết bề mặt với nội dung: "Công dùng cho quá trính

nghiền với bề mặt mới tạo thành của vật liệu đem nghiền". Biểu diễn định luật

nghiền diện tìch dưới dạng biều thức toán học là:

A f  S  s

 

[J] (1.1)

Trong đó : As – công chi phì để nghiền vỡ vật thể, tạo bề mặt mới, [J];

S – diện tìch bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện

tìch riêng bề mặt).

Thuyết diện tìch của P.Rv.Ritingon tương đối đúng với các quá trính nghiền

khi sản phẩm nghiền có dạng bột. Tuy nhiên khi nghiền cho sản phẩm có kìch thước

lớn trong các ngành sản xuất than đá, hay đá làm vật liệu xây dựng, giao thông thí

biều thức (1.1) có sai số lớn.

Phát hiện bằng thực nghiệm cho thấy thuyết diện tìch có sai số lớn khi

nghiền cho sản phẩm nghiền có kìch thước lớn ( nghiền thô), năm 1874 nhà bác học

người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất thuyết thể tìch và được giáo sư người Đức Ph.Kik

kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa vào năm 1885 [6]. Nội dung

cơ bản của thuyết thể tìch là : "Công cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với mức

biến đổi thể tìch của vật liệu". Biểu thức biểu diễn thuyết nghiền thể tìch là:

6

A f  V  v

 

[J] (1.2)

Trong đó : Av – công chi phì để nghiền vỡ vật thể, [J];

V – phần thể tìch vật thể bị biến dạng.

Phần thể tìch bị biến dạng

V

lại tỉ lệ thuận với thể tìch ban đầu V của tất cả

các cục vật liệu, nghĩa là

V  k1

.V

. Cho nên :

Av = k.k1.V = k2.V = Kv.D3

(1.3)

Hay Av = k2.V = k2



m = kv.m (1.4)

Trong đó: k1,k2 – các hệ số tỉ lệ trong các công thức theo thuyết thể tìch.

m – khối lượng cục vật liệu nghiền.

Trái ngược với thuyết diện tìch, thuyết thể tìch lại có sai số lớn khi giải thìch

về chi phì năng lượng cho quá trính nghiền mịn đến siêu mịn, đặc biệt là cho các

ngành sản xuất xi măng, bột đá mịn vốn rất thịnh hành trong thời kỳ này. Ví vậy

nằm 1952, nhà bác học người Đức Ph.C.Bon [6] đã đề xuất một thuyết nghiền thứ

ba để dung hoà hai thuyết trên. Nội dung của thuyết dung hoà cho rằng:" Công

nghiền tỉ lệ với trung bính nhân giữa thể tìch (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem

nghiền".

Adh = k

S.V

= k

3 2

kv D . ks D

(1.5)

Sau khi biến đổi ta nhận được:

Adh = kdh















d D

1 1

(1.6)

Sau này còn có công trính nghiên cứu của nhà bác học Nga A.K.Rungbixt

(1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958) [6]. Các nhà bác học này đã giới

thiệu phương trính:

dA = -cd

z

d





(1.7)

Trong đó: A – công biến dạng, [J];

 – kìch thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phần

tử bột nghiền là d), (mm).

c và z – các hệ số.

7

Lấy tìch phân phương trính (1.7) và khi cho các giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2

bằng sự tình toán đến giá trị cuối cùng của các kìch thước chúng ta sẽ nhận được giá

trị gần đúng tìch phân có dạng:

A = k. Dq

(1.8)

Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3; 2 và 2,5. Tương ứng với các biểu thức

sau:

Av = kv.D3

– Thuyết thể tìch của Kirpitrev – Kik.

As = ks

.D2

– Thuyết diện tìch của Ritigo.

Adh =kdhD

2,5

– Thuyết dung hoà của Bon.

Dựa vào các tìch chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng và thiếu sót

của hai thuyết diện tìch và thể tìch khi, năm 1928 viện sỹ người Nga P.A.Rebinder

[6] lần đầu tiên đã đưa ra thuyết nghiền tông hợp còn gọi là thuyết nghiền cơ bản

với nội dung như sau: "Công nghiền vật liệu bao gồm tiêu hao để tạo ra bề mặt mới

và công để làm biến dạng vật liệu". Biểu diễn toán học của thuyết nghiền tổng hợp

là:

Ath = f(

V

) + f(

s

) = Av + As = k.



V + .S (1.9)

Trong đó:



V – phần thể tìch bị biến dạng của vật nghiền;



S – diện tìch riêng bề mặt được gia tăng;

Av – công chi phì cho sự biến dạng của vật liệu;

As – công chi phì cho sự hính thành các bề mặt mới;

k – hệ số tỉ lệ;

 – hệ số tỉ lệ có tình đến năng lượng sức căng bề mặt của vật

thể cứng.

Từ phương trính (1.9) cho thấy công đầy đủ để nghiền vỡ vật thể băng tổng

công chi phì cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới.

Dựa trên các thuyết nghiền đã nêu và quá trính cơ học trong máy nghiền kiểu

búa, nhiều kết quả nghiên cứu nhằm xây dựng thành hệ thống lý thuyết nghiền hoàn

chỉnh cho máy nghiền búa. Theo đó mô hính toán học của quá trính nghiền vật liệu