CHƯƠNG 16 SÀNG (RÂY) KHÁI NIỆM Quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành thành phần cỡ hạt có kích thước khác tác dụng lực học gọi trình sàng Phân loại cỡ hạt phương pháp sàng phổ biến đơn giản Về nguyên tắc cho vật liệu qua hệ thống sàng có kích thước lỗ xác định trước, hạt có kích thước nhỏ lỗ sàng lọt qua mặt sàng hạt lớn bị giữ lại bề mặt sàng 1.1 Bố trí mặt sàng – Phân loại máy sàng 1.1.1 Có hai phương pháp bố trí mặt sàng • Kích thước lỗ sàng từ nhỏ đến lớn hay gọi phương pháp bố trí nối tiếp, xem hình (H16.1) • Kích thước lỗ sàng từ lớn đến nhỏ hay gọi phương pháp bố trí song song, xem hình (H16.2) Trường hợp cho mặt sàng chồng lên nhau, mặt lỗ sàng lớn, lỗ sàng nhỏ 1.1.2 Phân loại máy sàng Dựa vào cấu tạo gồm có loại sau đây: - Máy sàng lắc phẳng - Máy sàng rung - Máy sàng thùng quay - Máy sàng quay 253 1.2 So sánh sàng lý tưởng sàng thực tế Mục đích sàng phân loại hỗn hợp hạt có kích thước khác thành hai phân đoạn: sàng sàng + Sàng lý tưởng tách biệt rõ ràng hạt lớn nằm sàng, hạt bé lọt sàng, xem hình (H16.3a) + Sàng thực tế sàng có lẫn hạt lớn sàng lẫn hạt bé Phần trộn gọi phần phủ, phần phủ nhỏ gần với trình sàng lý tưởng, xem hình (H16.3b) 1.3 Cân vật chất qua sàng Ta gọi: F: suất hỗn hợp nhập liệu; kg/h D: suất lượng vật liệu sàng; kg/h B: suất lượng vật liệu sàng; kg/h xF: phần khối lượng vật liệu (A) nhập liệu xD: phần khối lượng vật liệu (A) phân đoạn sàng xB: phần khối lượng vật liệu (A) phân đoạn sàng Năng suất hỗn hợp nhập liệu gồm vật liệu (A) sàng (B) sàng, xem hình (H16.3b) phần khối lượng (B) có nhập liệu (1 - xF), có phân đoạn sàng (1-xD) phân đoạn sàng (1 – xB) Đem cân khối lượng tổng cộng F=D+B (16 – 1) Cân khối lượng theo (A) F.xF = D.xD + B.xB (16 – 2) Chia hai phương trình (16 – 1) (16 – 2) cho (B) ta có 254 D xF - xB = F xD - xB (16 – 3) Chia cho (D) ta có B xD - xF (16 – 4) = F xD - xB Hiệu suất sàng mức độ phân tách vật liệu (A) (B) từ nhập liệu Nếu sàng làm việc hiệu tất vật liệu (A) sàng tất (B) sàng Vậy hiệu suất sàng tỷ số lượng vật liệu (A) phân đoạn sàng với lượng (A) có nhập liệu D.x D Tính theo phân đoạn sàng, với nhập liệu: η A = (16 – 5) F.x F B(1 - x B ) (16 – 6) Tính theo phân đoạn sàng với nhập liệu: η B = F(1 - x F ) Hiệu suất chung tích số hai hiệu suất (x - x )( x - x )( - x B ).x D η = η A η B = F B D F (x D - x B )2 (1 - x F ).x F 1.4 (16 – 7) Cấu tạo bề mặt sàng Là thông số máy sàng, thường sử dụng ba loại mặt sàng sau đây: lưới đan, đục lỗ, ghi • Lưới đan: dùng để phân loại hạt nhỏ mịn, làm từ vật liệu như: tre, mây, sợi kim loại số vật liệu khác, lỗ sàn thường có dạng hình vuông, chữ nhật hay lục giác Gọi đường kính sợi dS, D2 kích thước vật liệu lọt qua sàng ds= (0,6 ÷ 0,7)D2 Hình (H16 4) biễu diễn mặt sàng lưới đan 255 Đặc trưng lưới sàng kích thước lỗ sàng ds bề mặt tự A - - Với lỗ sàng hình vuông A= 100;%   1 +   ds  Với lỗ sàng hình chữ nhật ℓ.b A= 100;% (d s + b )(d s + 1) (16 – 8) (16 – 9) ℓ, b: chiều dài, rộng lỗ lưới • Tấm đục lỗ: làm từ kim loại người ta tạo hình dạng lỗ khác hình tròn, elip, bầu dục Loại để phân loại vật liệu có kích thước D2 > 5mm, khoảng cách hai mép lỗ liên tiếp mặt sàng cho phép ℓ = 0,9 D với D: đường kính lỗ Bề dày vật liệu làm mặt sàng tỉ lệ với kích thước lỗ sàng Khi lỗ sàng D < 5mm ⇒ bề dày S = 0,75D Khi lỗ sàng D = (5 ÷ 10)mm ⇒ bề dày S = 0,7D Khi lỗ sàng D > 10mm ⇒ bề sàng S = 0,625D Hình (H16.5) biểu diễn mặt sàng đục lỗ • Thanh ghi hay ghi: Dùng để phân loại vật liệu D1 ≥ 80mm, gồm hàng ghi tạo theo chiều dọc sàng mà khe hở hai hàng ghi kích thước lọt qua sàng D2 Hình (H16.6) biểu diễn mặt sàng ghi 256 1.5 Các thông số máy sàng • Kích thước lỗ sàng – D Giả thiết vật liệu dạng hình cầu, sàng có góc nghiêng α, vận tốc ban đầu 0, tác dụng trọng lực hạt rơi thẳng đứng qua lỗ sàng, gọi D2 kích thước vật liệu lọt lỗ sàng D = ℓ cos α − δ sin α ℓ: chiều dài lỗ sàng δ: bề dày mặt sàng Nếu α = 450 δ = ½ D2 = 0,35.ℓ hay ℓ = 2,85.D2 Như để vật liệu lọt sàng kích thước lỗ phải lớn kích thước vật liệu, theo kinh nghiệm kích thước vật liệu lọt sàng D2 < 5mm kích thước lỗ sàng D = D + (0,5 ÷ 1)mm D2 ≥ 25mm D = D2 + (3 ÷ 5)mm • Kích thước mặt sàng Chiều dài sàng ảnh hưởng lớn đến trình sàng, chiều dài tối ưu sàng tính theo 257 L = K Trong B.h.t 0,785.D Z ; mm (16 -10) K = (5 ÷ 20)%: hệ số bít lỗ sàng B: chiều rộng mặt sàng; mm D: kích thước lỗ sàng; mm h: bề dày lớp nhập liệu sàng; mm Z0: số lỗ hàng theo chiều dọc t: bước lỗ sàng; mm Để sàng cân đối dễ chế tạo L = (1,2 ÷ 1,5)B; mm 1.6 (16 – 11) Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sàng Khi vật liệu có độ Nm cao chúng dễ kết tụ lại làm khó lọt qua lỗ sàng, độ Nm lý tưởng 50mm bề dày nhập liệu h = (3 ÷ 5)D2 Kích thước vật liệu sàng: vật liệu chuyển động mặt sàng dễ xảy bít lỗ sàng khiến hiệu suất suất giảm Để tránh bít lỗ cần có lực để đNy hạt khỏi lỗ Xét hạt hình cầu, xem hình (H16.8) có đường kính hạt 2r bít lỗ có đường kính 2R, góc bít 2β Hạt vật liệu không tự bật khỏi lỗ moment quán tính P nhỏ moment ổn định trọng lượng hạt G Vậy hạt bật khỏi lỗ điều kiện P.x ≥ G.R Ở đây: P = m.a = (16 – 12) G a - Lực quán tính g m: khối lượng hạt; kg a: gia tốc sàng; m/s2 g: gia tốc trọng trường; m/s2 x: tay đòn lực quán tính, tính từ mặt sàng tới tâm hạt; m 258 Ta có: x = R cot anβ đem vào (16 – 12) G a.R cot anβ ≥ G.R g Suy ra: a ≥ g tan β (16 – 13) Giá trị β phụ thuộc vào hai bán kính r = ⇒ R = r.sin β = const R sin β Nghĩa bán kính lỗ R không đổi, ta tăng r lên β phải nhỏ gia tốc a nhỏ, r nhỏ góc β phải lớn a lớn Một a lớn hạt dễ bị bậ khỏi lỗ sàng Bảng 16.1 mối quan hệ kích thước hạt gia tốc sàng Bảng 16.1 β(0) 10 20 30 40 50 60 70 80 r = 5,8 2,9 1,5 1,3 1,15 1,06 1,02 R sin β tanβ 0,176 0,346 0,547 0,839 1,192 1,732 a 1,72 3,56 5,35 8,2 11,7 17,0 Lưu ý • Khi kích thước sản ph m D2 ≥ 1mm ⇒ Dùng sàng • Khi kích thước sản ph m D2 < 1mm ⇒ Dùng rây GIỚI THIỆU MÁY SÀNG THÔNG DỤNG 2.1 Máy sàng lắc phẳng 259 2,147 21,0 5,67 54,5 Làm việc tác dụng lực quán tính trọng lực, tổng hai lực tạo lực tương đối để vật liệu chuyển động mặt sàng Máy sàng có nhiều loại khác nhau, nguyên tắc chung mặt sàng hình chữ nhật treo hay đặt gối đỡ Toàn khung nối với lệch tâm, lệch tâm quay mặt sàng dao động qua lại theo phương ngang nên gọi sàng lắc phẳng Hình (H16.9) mô tả máy sàng lắc phẳng, hình (H16.9a) dao động gắn phía mặt sàng, hình (16.9b) dao động gắn phía Các thông số máy sàng lắc phẳng: • Xác định vận tốc chuyển động tương đối vật liệu mặt sàng v0 Để hạt lọt lỗ sàng vận tốc tương đối là: g.cos α (16 – 14) v o = (D − r − r tan α ) ;m (D − r − r tan α )sin 2α + 2R s g Khi mặt sàng nằm ngang α = v = (D − r ) ; m (16 -15) s Vận tốc thực v lấy bằng: v = (70 ÷ 80)%.v0; m/s Trong D: đường kính lỗ sàng; m r: bán kính hạt; m α: góc nghiêng mặt sàng, (0) • Xác định số vòng quay cấu lệch tâm: f cos α − sin α ; v/phút (16 – 16) n≈ e f: hệ số ma sát vật liệu sàng e: độ lệch tâm (bán kính lệch tâm) • Tính suất (16 – 17) G = 3600.A.v tb ε.ρ ; kg/h A = B.h: diện tích tiết diện ngang vật liệu sàng; m2 B: chiều rộng mặt sàng; m h: bề dày lớp vật liệu sàng; m π.n v tb = e.k ; m/s: vận tốc trung bình vật liệu chuyển động mặt sàng 30 e: bán kính lệch tâm; m k = 0,45: hệ số thực nghiệm ε = (0,3 ÷ 0,6): độ xốp vật liệu ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3 • Tính công suất N + N + N3 N= K ; kW (16 – 18) η 260 Trong N1 = N2 = N3 = e n G ' 54.10 f G '.v tb 103 f P.v : công suất tạo động cho sàng chuyển động : công suất thắng lực ma sát vật liệu với bề mặt sàng : công suất thắng lực ma sát cấu trục lệch tâm 103 Với e: bán kính lệch tâm; m n: số vòng quay trục lệch tâm; v/p G ' = ρ.g.h.L.B.ε : trọng lực vật liệu sàng; N L, B, h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao vật liệu sàng; m P: lực quán tính sàng; N π.n v3 = e : vận tốc dài trục lệch tâm; m/s 30 K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất sàng 2.2 Máy sàng rung Trong công nghiệp máy sàng rung thường dùng vào mục đích phân loại, vận chuyển, làm tơi làm nguội vật liệu Đặc trưng máy sàng rung tần số dao động lớn khoảng (1000 ÷ 3000) lần dao động/phút, với biên độ dao động từ (0,5 ÷ 2)mm Về mặt cấu tạo toàn mặt sàng gắn khung dao động, hoạt động thùng sàng thực chuyển động rung nhờ cấu quay lệch tâm Hình H16 10 mô tả cấu tạo máy sàng rung Các thông số máy sàng rung 261 • Năng suất G = B.q ; kg/h (16 – 19) B: chiều rộng mặt sàng; m q: tải trọng riêng sàng; kg/h.cm • Chiều dài mặt sàng q L= ;m 36.ρ.v tb (16 – 20) ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3 vtb = (3 ÷ 4).10-3 m/s: vận tốc trung bình vật liệu sàng • Số vòng quay trục lệch tâm: 30 2a ; v/phút n= π ℓ a = (3 ÷ 4)g: gia tốc sàng; m/s2 ℓ: biên độ dao động; mm • Thông số thích hợp số loại ngũ cốc, xem bảng (16 2) (16 – 21) Bảng 16 Vật liệu cần phân loại Lúa mì Đại mạch Kê 2.3 Biên độ - l (mm) 3,5 1,5 CÁC THÔNG SỐ N Độ dốc sàng (v/phút) ( 0) 1250 1200 1850 Máy sàng thùng quay 262 Tải trọng riêng q (kg/h.cm) 84 78 48 Máy gồm thân hình trụ rỗng kim loại, thân có đục nhiều lỗ bọc lưới đan 1, toàn thân gắn hai ổ đỡ 2, thân quay nhờ cấu truyền động Nhập liệu trực tiếp vào đầu thân, sản phNm nằm mặt sàng di chuyển dần phía cuối sàng chứa vào bồn chứa 4, sản phNm lọt qua sàng chứa vào bồn chứa số Hình H16 11 mô tả cấu tạo máy sàng thùng quay Máy sàng thùng quay thường có kích thước sau: đường kính thùng (0,5 ÷ 2)m, chiều dài (4 ÷ 8)m, suất (20 ÷ 50) m3/h Các thông số máy sàng thùng quay gồm: • Vận tốc quay tới hạn thùng ÷ 14 n= ; v/phút (16 – 22) R R: bán kính thùng sàng; m • Năng suất máy sàng (16 – 23) G = 36.π.n.R ρ.ε tan 2α ; kg/h n: số vòng quay thùng; v/phút R: bán kính thùng; m ρ: khối lượng riêng vật liệu; kg/m3 ε: độ xốp vật liệu α: góc nghiêng thùng Khi sử dụng công thức (16 - 23) tiết diện lớp vật liệu thùng theo mặt cắt ngang ≈ 0,3R2 • Tính công suất máy nghiền thùng quay N + N + N3 N= K ; kW (16 – 24) η r '.R.n.g.m sin α Với: N1 = ; kW : công suất nâng vật liệu 3.10 π.R.n.g.m.f1  Rn   cos α +  : kW : công suất thắng lực ma sát vật liệu N2 = 900  3.10  mặt sàng Σm.g.f r '.π.n ; kW : công suất thắng lực ma sát ổ đỡ 3.10 Ở r’: bán kính gối trục; m R: bán kính thùng m: khối lượng vật liệu máy sàng; kg Σm: tổng khối lượng vật liệu thùng; kg f1, f2: hệ số ma sát K = (1,1 ÷ 1,2) hệ số dự phòng η = (0,7 ÷ 0,8) hiệu suất N3 = 263 BÀI TẬP Bài Quặng đôlimit sau nghiền qua sàng 14mesh Kết phân tích rây dòng nhập liệu, sàng dòng sàng cho bảng sau: Số mesh Nhập liệu (%) Trên sàng (%) Dưới dàng (%) 15 20 − 15 − 11 17 − 10 13 28 14 17 15 19 20 24 18 28 − 27 35 − 29 Hỏi: o Tìm hiệu suất sàng? o Nếu suất T/h Hãy xác định lượng vật liệu sàng? Bài giải • Phần khối lượng vật liệu A có phân đoạn nhập liệu (D > Drây – 14mesh) x F = 0,15 + 0,08 + 0,11 + 0,13 + 0,17 = 0,64 = 64% • Phần khối lượng A có phân đoạn sàng: x D = 0,2 + 0,15 + 0,17 + 0,28 + 0,15 = 0,95 = 95% • Tương tự phần khối lượng vật liệu A phân đoạn sàng x B = 0,07 + 0,19 = 0,26 = 26% • Hiệu suất tổng sàng, xem (16 – 7) (x - x )(x - x )(1 - x B )x D = (0,64 - 0,26)(0,95 - 0,64)(1 - 0,26).0,95 = 75% η= F B D2 F (x D - x B ) (1 - x F ).x F (0,95 - 0,26)2 (1 - 0,64).0,64 • Tính lượng vật liệu sàng D sàng B Giải hệ phương trình (16 – 1) (16 – 2) ta có 1= D+ B 1.0,64 = D.0,95 + B.0,26 Ta có: D = 0,55T/h B = 0,45T/h Đáp số: η = 75%; D = 0,55T/h; B = 0,45T/h 264 Bài Dùng sàng 48mesh để phân loại vật liệu, sau sàng tỉ lệ khối lượng vật liệu sàng sàng 4:6, kết phân tích rây dòng nhập liệu dòng sàng cho bảng sau Số Mesh Nhập liệu Trên sàng 48 mesh Tìm hiệu suất sàng? 10 0,3 0,75 14 0,5 20 28 35 48 65 8,9 18,6 25,8 28,1 9,1 17,5 33 38,75 7,5 1,5 100 6,2 − 150 2,5 − Bài giải Lập bảng: Số mesh 10 14 20 28 35 48 65 100 150 Nhập liệu 0,003 0,008 0,097 0,283 0,541 0,822 0,913 0,975 Trên sàng 0,0075 0,0175 0,1925 0,5225 0,91 0,985 − Tương tự ta có: x F = 0,541 = 54,1% x D = 0,91 = 91% D xF − xB Tìm xB sau: = = ⇒ x B = x F − (x D − x F ) = 0,295 = 29,5% B xD − xF (x − x B )(x D − x F )(1 − x B ).x D Vậy hiệu suất tổng η = F (x D − x B )2 (1 − x F )x F Đáp số: η = 0,62 = 62% 265 CÂU HỎI ÔN TẬP Mục đích ứng dụng trình sàng? Các phương pháp bố trí mặt sàng? Phân loại máy sàng? Sàng lý tưởng thực tế? Cân vật chất qua sàng Tính hiệu suất sàng? Cấu tạo bề mặt sàng? Xác định thông số máy sàng? Cấu tạo, nguyên lý thông số kỹ thuật máy sàng lắc phẳng? Cấu tạo, nguyên lý thông số kỹ thuật máy sàng rung? 10 Cấu tạo, nguyên lý thông số kỹ thuật máy sàng thùng quay? 266 ... F.xF = D.xD + B.xB (16 – 2) Chia hai phương trình (16 – 1) (16 – 2) cho (B) ta có 254 D xF - xB = F xD - xB (16 – 3) Chia cho (D) ta có B xD - xF (16 – 4) = F xD - xB Hiệu suất sàng mức độ phân tách... m 258 Ta có: x = R cot anβ đem vào (16 – 12) G a.R cot anβ ≥ G.R g Suy ra: a ≥ g tan β (16 – 13) Giá trị β phụ thuộc vào hai bán kính r = ⇒ R = r.sin β = const R sin β Nghĩa bán kính lỗ R không... Xác định số vòng quay cấu lệch tâm: f cos α − sin α ; v/phút (16 – 16) n≈ e f: hệ số ma sát vật liệu sàng e: độ lệch tâm (bán kính lệch tâm) • Tính suất (16 – 17) G = 3600.A.v tb ε.ρ ; kg/h A