Nghiên cứu đặc điểm của Disc Air Flow Shredder dựa trên các loại nguồn không khí khác nhau

I. Giới thiệu

Bài viết này thuộc chuyên đề ứng dụng máy nghiền khí lưu, toàn văn tổng cộng 12.000 chữ, đọc khoảng 20 phút.

Tóm tắt

Nghiên cứu này đã khám phá ảnh hưởng của bốn nguồn khí trọng lượng phân tử khác nhau - helium, hơi nước, không khí và carbon dioxide - đối với quá trình nghiền mịn của máy nghiền lưu lượng không khí đĩa. Kết quả cho thấy loại nguồn không có ảnh hưởng đáng kể đến hình thái phân bố kích thước hạt của sản phẩm, nhưng các nguồn không khí nhẹ với trọng lượng phân tử nhỏ hơn có thể làm giảm đáng kể giới hạn nghiền. Hiệu quả nghiền của mỗi nguồn không khí theo xu hướng giảm theo trọng lượng phân tử tăng dần: helium, thứ hai là hơi nước, không khí một lần nữa, carbon dioxide yếu nhất, hiện tượng này liên quan chặt chẽ đến tốc độ âm thanh và đặc tính động năng của nguồn không khí. Nghiên cứu tiếp tục phát hiện ra rằng khi sự hình thành bên trong khoang nghiền nát tạo thành một cấu trúc luồng không khí quay ổn định, tốc độ cao và đối xứng (tương ứng với tỷ lệ khối lượng khí-rắn tới hạn khoảng 2), hệ thống phân loại tích hợp có thể đạt được sự kiểm soát hiệu quả về kích thước hạt trần của sản phẩm. Tiêu thụ năng lượng cụ thể chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ đạt đến giới hạn nghiền mà không thay đổi giá trị giới hạn. Nghiên cứu này cung cấp một cơ sở lý thuyết quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng của máy nghiền luồng không khí và các thông số quá trình.

Từ khóa

Khí lưu hình đĩa vỡ nát; Loại nguồn không khí; Đập nát; Giới hạn nghiền

II. Khung tổng thể

III. Giới thiệu

Nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá ảnh hưởng của các loại nguồn không khí khác nhau đối với hiệu suất nghiền của máy nghiền dòng không khí đĩa.Disc Air Flow Shredder được sử dụng rộng rãi trong quá trình nghiền micron trong ngành dược phẩm và hóa chất tốt vì nó có chức năng phân loại tích hợp, cấu trúc đơn giản và dễ dàng làm sạch.. Tuy nhiên, cấu trúc trường dòng chảy bên trong của nó rất phức tạp, hành vi động lực học chất lỏng bị ảnh hưởng đáng kể bởi hình dạng hình học của thiết bị và các thông số hoạt động, và những thay đổi tinh tế có thể dẫn đến sự khác biệt về hiệu suất. Bài viết này dựa trên nghiên cứu trước đây về các đặc tính cơ học chất lỏng và cơ chế phân loại của máy nghiền dòng không khí, tập trung vào phân tích cơ chế hoạt động của các tính chất của nguồn không khí đối với giới hạn nghiền và hiệu quả năng lượng, nhằm cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho thiết kế tối ưu hóa của thiết bị nghiền hiệu suất cao.

IV. Quy trình cơ bản

Tốc độ âm thanh

Như công thức cho thấy, tốc độ âm thanh (Vs) là một hàm của trọng lượng phân tử khí (MW) và nhiệt độ khí (T).

Trong công thức, k là tỷ lệ nhiệt dung cụ thể của khí và R là hằng số khí

Trong điều kiện nhiệt độ cao hơn, khí có trọng lượng phân tử nhỏ hơn tạo ra tốc độ âm thanh cao hơn, do đó có động năng cao hơn. màTốc độ của khí và động năng mà nó tạo ra là những yếu tố quan trọng để xác định hiệu suất nghiền. Thí nghiệm này mở rộng phạm vi nghiên cứu về tốc độ khí bằng cách chọn các loại khí có trọng lượng phân tử khác nhau, bao gồm heli, hơi nước, không khí và carbon dioxide, có trọng lượng phân tử từ 4-44 g/mol. Trong số này, nhiệt độ của hơi quá nóng được kiểm soát ở 200 ° C và ba loại khí còn lại đều ở nhiệt độ môi trường xung quanh (35 ° C). Điều kiện vận hành thực tế và tốc độ âm thanh tương ứng được tính toán theo công thức được trình bày trong bảng 1.

Động năng so với tiêu thụ năng lượng cụ thể

Động năng của khí (KE) được coi là thước đo đầu vào năng lượng tổng thể và có thể được tính bằng tỷ lệ nhiệt dung riêng của khí (k), trọng lượng phân tử (MW), nhiệt độ (T) và áp suất (P) theo công thức (2) và (3).

Trong công thức, Mg là lưu lượng khí, A là khu vực lưu thông,

Công thức (1) biết rằng tốc độ âm thanh của khí độc lập với áp suất; Và lưu lượng khối khí tỷ lệ thuận với áp suất, vì vậy tổng đầu vào động năng cũng tỷ lệ thuận với áp suất khí. Trong hoạt động thực tế, tăng áp suất khí không làm thay đổi tốc độ khí, chỉ làm tăng lưu lượng khí và tổng đầu vào năng lượng. Áp suất khí cao hơn có thể làm cho các hạt vỡ mịn hơn, nhưng hiện tượng này thường bị hiểu lầm là tăng hiệu suất năng lượng, nên được đánh giá bằng mức tiêu thụ năng lượng cụ thể. Tiêu thụ năng lượng cụ thể (SEC) được định nghĩa là: năng lượng cần thiết để giảm kích thước hạt của vật liệu trên một đơn vị khối lượng từ kích thước hạt cho ăn xuống kích thước hạt của sản phẩm. Trong quá trình thử nghiệm, tiêu thụ năng lượng cụ thể có thể dễ dàng điều chỉnh bằng cách giữ cho dòng khí không thay đổi, thay đổi tốc độ cho ăn rắn (F), với công thức tính toán như sau:

Bằng cách vẽ đường cong mối quan hệ giữa tiêu thụ năng lượng cụ thể và kích thước hạt của sản phẩm, có thể cung cấp cơ sở để đánh giá hiệu quả năng lượng nghiền.

V. Kết quả và thảo luận

Phân phối kích thước hạt

Phân bố kích thước hạt của sản phẩm nghiền được đo bằng phương pháp tán xạ laser, Hình 2 - Hình 5 là họ đường cong phân bố kích thước hạt khi sử dụng helium, carbon dioxide, hơi nước và không khí làm khí điều khiển, với biến số là tiêu thụ năng lượng cụ thể.

Các thí nghiệm đã quan sát thấy sự tương đồng trong quá trình giảm kích thước hạt của các loại khí khác nhau: trong điều kiện tiêu thụ năng lượng cụ thể thấp hơn (hoặc tỷ lệ rắn không khí thấp hơn), các hạt mịn được tạo ra, nhưng một số hạt thô ban đầu trong thức ăn vẫn được giữ lại, điển hình trong quá trình nghiền luồng không khí. Cải thiện tiêu thụ năng lượng cụ thể (hoặc tỷ lệ khí rắn) không chỉ làm cho sản phẩm mịn hơn mà còn thu hẹp sự phân bố kích thước hạt bằng cách giảm hàm lượng hạt thô, điều này cho thấy rằng khi khí rắn tương đối thấp, giảm kích thước hạt là quá trình chi phối, trong khi hiệu ứng phân loại ảnh hưởng ít hơn đến sự phân bố kích thước hạt của sản phẩm. Khi mức tiêu thụ năng lượng cụ thể đạt khoảng 1000kWh/t (phạm vi tỷ lệ khí-rắn tương ứng với carbon dioxide, không khí, hơi nước và heli là 8-100), mức tiêu thụ năng lượng cụ thể tới hạn đạt được, khi phân phối kích thước hạt sản phẩm bắt đầu thu hẹp và kích thước hạt cắt khoảng 30 micron. Nếu tỷ lệ khí rắn tới hạn được chuẩn hóa bằng trọng lượng phân tử tương ứng với mỗi loại khí, có thể thu được một giá trị chung đại diện cho chỉ số khí rắn tới hạn, chỉ số này là 2 cho tất cả các khí thử nghiệm. Chỉ số tỷ lệ khí-rắn quan trọng này cho thấy rằng một trạng thái dòng chảy phát triển đầy đủ đã được hình thành bên trong khoang nghiền nát, điều kiện tiên quyết để vai trò phân cấp hoạt động hiệu quả.

Giới hạn nghiền

Giới hạn nghiền được định nghĩa là trạng thái tốt nhất trong đó phân phối kích thước hạt của sản phẩm không còn thay đổi khi mức tiêu thụ năng lượng cụ thể tiếp tục tăng. Giới hạn nghiền của máy nghiền luồng không khí có thể được nghiên cứu bằng hai phương pháp thử nghiệm khác nhau: một là liên tục giảm tốc độ cho ăn rắn cho đến khi đạt đến giới hạn nghiền trong trường hợp giữ năng lượng khí không đổi; Một loại khác là trong điều kiện tỷ lệ khí cố định, sản phẩm nghiền được đưa vào máy nghiền nhiều lần để nghiền cho đến khi đạt đến giới hạn nghiền. Phương pháp đầu tiên rất khó thực hiện vì việc giảm tốc độ cho ăn không chỉ đòi hỏi kiểm soát thức ăn chính xác mà còn làm cho điều kiện hoạt động nhanh chóng vượt quá phạm vi ứng dụng thực tế, vì vậy phương pháp thứ hai (nghiền nhiều lần) được sử dụng trong nghiên cứu này để xác định giới hạn nghiền.

Hình 6 cho thấy kết quả thí nghiệm khi không khí là loại nguồn không khí. Ba bộ thí nghiệm đã được thực hiện với tốc độ cho ăn rắn được chọn để cải thiện mức tiêu thụ năng lượng cụ thể bằng cách nghiền sản phẩm nghiền nhiều lần (tăng số lần vượt qua). Điều thú vị là, ba nhóm thí nghiệm cuối cùng đều đạt tới giới hạn nghiền nát giống nhau, chỉ khác biệt là tỷ lệ khí cố định càng cao, tốc độ đạt tới giới hạn nghiền nát càng nhanh. Trong thí nghiệm này, giới hạn nghiền của lô cát silica này là kích thước hạt trung bình 4 micron, và giới hạn nghiền của các vật liệu khác nhau sẽ khác nhau.

Một cách khác để xem giới hạn nghiền là: khi kích thước hạt gần đến cực nghiền, độ dốc của đường cong tiêu thụ năng lượng cụ thể có thể trở nên cực kỳ dốc (như trong Hình 7). Tại thời điểm này, mức tiêu thụ năng lượng cụ thể đang tăng theo cấp số nhân và hiệu suất năng lượng cực kỳ thấp, do đó, máy nghiền không nên được chạy trong điều kiện làm việc gần với giới hạn nghiền trong hoạt động thực tế.

Điều quan trọng cần lưu ý là loại nguồn không khí có thể ảnh hưởng đến giới hạn nghiền:Khí có trọng lượng phân tử nhỏ hơn, giới hạn nghiền nhỏ hơn có thể đạt được, thứ tự của nó là helium>hơi>không khí>carbon dioxide. Trong phạm vi nghiền thông thường với kích thước hạt trung bình 5-80 micron, mức tiêu thụ năng lượng cụ thể cần thiết để đạt được kích thước hạt cụ thể của sản phẩm là gần như giống nhau, bất kể nguồn khí hoặc điều kiện hoạt động được sử dụng, tức là hiệu quả năng lượng nghiền là gần nhau.

VI. Kết luận

• Loại nguồn không khí ảnh hưởng đến hình thái phân bố kích thước hạt của sản phẩm là không đáng kể, cùng một đầu vào tiêu thụ năng lượng cụ thể, độ mịn của sản phẩm là tương đương;
• Các loại nguồn khí có trọng lượng phân tử nhỏ hơn có khả năng tạo ra các sản phẩm tốt hơn, tức là hiệu ứng nghiền: Helium>Hơi>Không khí>CO2;
• Chỉ khi trạng thái dòng chảy phát triển đầy đủ được hình thành trong khoang nghiền, chức năng phân loại luồng không khí tích hợp có thể kiểm soát hiệu quả kích thước hạt tối đa của sản phẩm;

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ khí-rắn tới hạn cần thiết để hình thành một cấu trúc luồng không khí quay ổn định, tốc độ cao, đối xứng là khoảng 2, nghĩa là mỗi 1 kg/h thức ăn rắn cần đi kèm với lưu lượng khí 2kg/h, tương ứng với mức tiêu thụ năng lượng cụ thể khoảng 1000kWh/t;

Giải pháp tổng thể để chuẩn bị hạt hút

Tài liệu tham khảo

[1] Zhao Q Q, Schurr G. Tác động của khí động cơ đối với mài mịn trong một nhà máy năng lượng lỏng [J]. Công nghệ bột, 2002, 122 (2): 129-135.DOI: 10.1016 / S0032-5910 (01) 00408-9.