Giới thiệu chung máy phân ly vật liệu

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG MÁY PHÂN LY VẬT LIỆU 1.Khái niệm chung. Dùng sàng cơ khí để phân ly vật liệu rời, khô với kích thước nhỏ hơn 1mm thường rất khó khăn và không mang lại hiệu quả cao, khó thực hiện. Hiệu quả hơn cả là dùng phương pháp phân loại bằng dòng khí, trong vùng phân loại các hạt có kích thước đủ lớn do trọng lượng bản thân (hoặc do lực ly tâm ) được tách ra khỏi hỗn hợp, còn các hạt nhỏ hơn được tiếp tục đưa tới bộ lọc. Điều chỉnh tốc độ hỗn hợp khí cho phép điều chỉnh độ lớn các hạt cùng khí nén đưa ra khỏ vùng phân loại. Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, các thiết bị phân loại khí được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nghiền bột theo chu trình kính, sử dụng quy trình công nghệ này cho phép tăng năng suất, giảm chi phí năng lượng nhờ thu được sản phẩm nghiền một cách liên tục. Khi sử dung khí nóng cho các thiết bị phân loại khí thì đồng thời cho phép phân loại vật liệu, vừa sấy chúng. Yêu cầu công nghệ cơ bản nhất đối với các thiết bị phân loại khí là độ chính xác phân loại hỗn hợp. Thực tế sản xuất đã chứng tỏ rằng phân loại hỗn hợp một cách chính xác là không thể thực hiện được do không thể duy trì một cách liên tục ổn định các quá trình xảy ra, vì mật độ hạt, hình dáng hạt và các vị trí xoáy lốc của dòng chảy luôn thay đổi. Độ chính xác phân loại được đánh giá qua hệ số hữu ích và hiệu quả phân loại. Hệ số hữu ích là tỉ số giữa khối lượng của một loại sản phẩm (một loại kích cỡ) và khối lượng sản phẩm đó có trong vật liệu ban đầu, biểu thị bằng (%), hệ số hữu ích được xác định theo: (2.72).[1]: (1.1) Trong đó: : Khối lượng loại sản phẩm có kích cỡ nào đó lấy ra từ bộ phận phân loại khí. :Khối lượng cùng loại sản phẩm đó có trong vật liệu ban đầu. : Hệ số hữu ích. Hệ số hữu ích chỉ cho phép xác định năng suất loại vật liệu nhỏ hay lớn một cách chung chung, không thể đánh giá mức độ lẫn giữa hai loại sản phẩm đó. Vậy để đánh giá một cách toàn diện, người ta đưa ra một thông số khác, được gọi là hiệu quả phân loại,theo (2.73).[1]: (1.2) Trong đó: : Hiệu quả phân loại. : Năng suất loại có kích thứơc nhỏ trong sản phẩm : Năng suất loại có kích thước nhỏ có trong vật liêụ ban đầu. : Năng suất loại có kích thước lớn hơn trong sản phẩm. : Nănh suất loại có kích thước lớn hơn có trong vật liệu ban đầu. Trong điều kiện sản xuất, hệ số hữu ích thường bằng 65 – 70% hiệu quả phân loại trung bình chiếm 55%. Cụ thể hơn trong hướng dẫn sử dụng thiết bị có đồ thị đường đặc tính phân loại. 2. Lý thuyết cơ bản về phân ly bằng dòng khí Tại vùng làm việc của máy phân ly nơi vật liệu sẽ tách thành các phần, thì các hạt vật liệu sẽ chịu tác dụng của các lực, áp suất, trọng lượng và lực quán tính. Tuỳ thuộc vào sơ đồ tương tác giữa các lực mà hạt vật liệu sẽ di chuyển về hướng này hoặc hướng kia. Lực tác dụng lên các hạt vật liệu kích cỡ khác nhau thì cũng khác nhau, vì dòng áp lực lên hạt vật liệu sẽ tỉ lệ bậc hai với đường kính hạt, còn trọng lực và lực quán tính thì phụ thuộc các khối lượng hạt và tỉ lệ bậc ba với đường kính hạt. Để quá trình phân ly được tốt thì kết cấu của máy phải đảm bảo các điều kiện trong vùng phân ly như sau: Dòng khí cần có trường vận tốc đồng nhất Lực tác dụng lên mỗi phần tử cần phải nằm trong các hàm phụ thuộc vào kích cỡ hạt ở các cung bậc khác nhau và có chiều tác dụng cũng khác nhau. Đối với các hạt cùng kích cỡ, được gọi là biên phân chia, thì cần có trạng thái cân bằng động học trong toàn vùng. Các hạt vật liệu kích cỡ khác nhau: hạt nhỏ hơn biên phân chia về một hướng,hạt lớn hơn biên phân chia về hướng khác Giá trị lực tác dụng lên các hạt mọi kích thước cần điều chỉnh trong khoảng rộng Các sơ đồ nguyên lý vùng phân chia và lắng hạt vật liệu của máy phân ly được thể hiện ở hình trên Trọng Lực Lực Ly Tâm Phân chia ngược dòng Vùng lắng Vùng ly tâm Vùng dòng thẳng đứng Lắng dòng ngang Vùng khoang ngang Vùng cilo Phân chia dòng ngang Vùng dòng ngang Vùng dòng cắt ngang Hình 1.1 Các sơ đồ nguyên lý các vùng lắng và phần chia trong máy phân ly bằng khí. Theo định luật khí động lực học ta được biết lực ép của dòng khí lên hạt vật liệu sẽ được xác định theo (2.75).[1]: (1.3) Hay (1.4) Trong đó mặt cắt ngang, có nghĩa là hình chiếu của hạt lên mặt phẳng vuông góc với phương vận tốc dòng, m2 c- hệ số cản khí động học - nồng độ khí V0- vận tốc tương đối của dòng khí, có nghĩa là vận tốc chảy của hạt bằng dòng, m/giây d- đường kính qui dẫn của hạt, m g- gia tốc trọng trường, m/giây2 k- hệ số hình dạng hạt đối với hạt dạng cầu: 1,00 Đối với hạt dạng tròn : 1.10 Đối với hạt góc cạnh : 1.53 Đối với dạng dài: 1.76 Đối với dạng dẻo: 3.8 Hệ số cản khí động học c sẽ phụ thuộc vào hình dạng của hạt, thường là theo hệ số hình dạng k, và đặt biệt là vào số Renol. Đối với hạt dạng cầu thì trị số Renol được xác định theo công thức: (1.5) Trong đó v: độ nhớt tĩnh động học của khí, m2/giây. Giá trị hệ số cản c có thể được xác định bằng những biểu đồ thực nghiệm, hay đối với hạt dạng cầu sẽ được xác định theo thực nghiệm sau: Trường hợp 0<Re <1 (1.6) Trường hợp 1<Re<10 (1.7) Trường hợp 10<Re<1000 (1.8) Trường hợp 1000<Re<200.000 Công thức trên thường sử dụng trong vùng 1<Re<10 2.1 Vùng phân chia theo dòng thẳng đứng Các hạt sẽ chịu các lực tác dụng: + Trọng Lực Q: hướng về phía dưới + Áp lực dòng P: hướng lên trên Quỹ đạo chuyển động hạt sẽ cùng chiều với các lực này trong điều kiện lý tưởng sẽ là phương thẳng đứng Các hạt nhỏ có P>G sẽ được dòng đưa ra khỏi vùng phân chia gọi là sản phẩm tinh Các hạt nhỏ có P<G sẽ được dòng đưa ra khỏi vùng phân chia gọi là sản phẩm th ô Các hạt P=G sẽ lơ lửng hoặc lắng xuống hoặc bay ra khỏi vùng phân chia do những nguyên nhân tình cờ như va chạm với các hạt khác dòng xoắn hay ma sát với thành…kích thước các hạt hầu như bằng nhau (1.9) Trong đó -t ỷ trọng của hạt vật liệu (kg/m3) Biên phân chia với vận tốc cho trước vd : (1.10) Và vận tốc lơ lửng của mọi hạt có kích thước d là: (1.11) Vận tốc hạt sẽ được xác định : Vh = Vd - Vll Vh vận tốc hạt, m/giây Thay giá trị hệ số c phụ thuộc hằng số Renol ở các biểu thức ta sẽ xác định được kích thước hạt ở biên giới hạn và vận tốc lơ lửng. Với 0<Re<1 và vận tốc dòng vào là vd. (1.12) Và vận tốc hạt lơ lửng kích thước d là: (1.13) Với 1<Re< 10 và vận tốc dòng vd. , m (1.14) Và vận tốc lơ lửng của hạt kích thước d: (1.15) Với 10<Re<1000 Trong trường hợp này khi thay giá trị ta nhận công thức tương đối phức tạp vì vậy Re<4 thực tế cho thấy có thể sử dụng công (1.16) Còn khi Re>4 thì dùng (1.17) Với 1000<Re<20000 (1.18) Và vận tốc lơ lửng của hạt (1.19) 2.2 Ở vùng dòng ngang lắng đứng Lực tác dụng lên các hạt vật liệu gồm: - Áp lực dòng : theo phương ngang với vng - Trọng lực hạt: Q theo phương thẳng đứng về phía dưới ứng với vận tốc vd. - Quỹ đạo hạt: parabol khi chưa đạt chuyển động ổn định - Vận tốc lắng ổn định sẽ đạt khi vng = vd; vdg = vu\ - Biên giới phân chia là kích thước hạt rớt dần theo phương ngang tng và vd = const ứng với thời gian tdg. Biên giới phân chia được xác định khi hạt rơi theo độ cao h và chiều dài l. Ta có: vng = vd; Hay Thay giá trị: vng = vd; Và vdg = vll và sử dụng công thức trên đồng thời thay giá trị d = ta có: (1.20) từ đó ta có biên phân chia với vận tốc dòng ngang vd ,m (1.21) Tương tự như trên sẽ được xác định theo hệ số c phụ thuộc vào hằng số Renol Đối với 0<Re<1 ta có: (1.22) Đối với 1<Re<10 ta có: (1.23) Đối với 10<Re<1000 ta có: Trong các máy phân ly, vùng dòng ngang lắng đứng thường chỉ là vùng phụ kết hợp cùng với các vùng phân chia khác để làm lắng vật liệu. 2.3 Vùng phân chia ly tâm dòng ngược Tại vùng biên phân chia, hạt vật liệu chịu các lực tác dụng sau: - Lực ly tâm Plt, đi từ tâm ra. - Áp lực dòng P, hướng về tâm - Trọng lượng G, về phía dưới Hình 1.2 Lực và vận tốc ở vùng phân chia ly tâm dòng ngược Không khí ở trong vùng này sẽ chuyển động theo dòng xoáy aximet, còn hạt sẽ theo đường cong gần giống đường xoắn lôgarit. Những hạt nhỏ có áp lực lớn hơn lực ly tâm (Plt> P) sẽ đi vào tâm. Còn hạt lớn hơn (Plt>P) sẽ đi ra ngoại biên. Những hạt kích thước biên phân chia (P=Plt) sẽ ra khỏi vùng phân chia về phía tâm (như vật liệu nhỏ), hoặc ra xa tâm (như vật liệu lớn) do những nguyên nhân tình cờ. Điều kiện cân bằng hạt kích thước biên (bỏ qua trọng lượng) Plt = P Mà Plt=m.a = (1.24) Trong đó alt = là gia tốc ly tâm (a=Vt2/R) Áp lực dòng được tính cân bằng với lực ly tâm Ta có: (1.25) từ đó biên phân chia: (1.26) Trong đó Vr và Vt là vận tốc hướng kính và tiếp tuyến của dòng R – bán kính trung bình của vùng phân chia. Thay giá trị C phụ thuộc vào hằng số Renol trong các biểu thức ta có Đối với 0<Re<1 (1.27) Đối với 1<Re<10 ,m (1.28) Đối với 10<R<1000 (1.30) 2.4 Vùng phân chia ly tâm dòng ngang. Hạt vật liệu quay cùng với dòng và chịu những lực tác dụng: lực ly tâm Plt nằm ngang theo bán kính tới biên, áp lực dòng P theo phương thẳng đứng hướng lên trên và trọng lượng G hướng xuống dưới. Dưới tác dụng của những lực này hạt sẽ chuyển động theo dòng côn xoáy. Những hạt lớn có lực ly tâm lớn quay trong phương ngang khi chạm vào thành mất vận tốc sẽ rơi xuống. Những hạt kích thước biên sẽ đồng thời chuyển động lên trên một đoạn h và theo phương ngang đoạn l trong một thời gian nào đó. Như vậy, biên phân chia có thể xác định từ biểu thức thời gian chuyển động của hạt theo phương đứng đoạn h và phương ngang đoạn l Hay Vận tốc chuyển động hạt theo phương đứng: Vdg= vd - vll Trong đó: vdg - vận tốc đứng của hạt Vd-vận tốc dòng theo phương đứng Vll-vận tốc lơ lửng Vận tốc chuyển động ngang của hạt được tính từ biểu thức : Plt = Pn Áp lực ngang là áp lực dòng được xác định và nên ta có: (1.31) Ta có vận tốc của hạt chuyển động theo phương ngang: (1.32) Thay giá trị vận tốc ta có: (1.33) từ đó ta có với vận tốc dòng theo phương thẳng đứng xác định (Vd), biên phân chia được tính: (1.34) Trong đó: Cd - hệ số khí động học của hạt chuyển động theo phương đứng CR - hệ số cản khí động học của hạt chuyển động theo phương ngang.