Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu tạo đĩa nghiền đến chất lượng nghiền bột giấy

Trương Thị Thu Hương<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 112(12)/2: 69 - 72<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TẠO ĐĨA NGHIỀN<br /> ĐẾN CHẤT LƯỢNG NGHIỀN BỘT GIẤY<br /> Trương Thị Thu Hương<br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Đĩa nghiền là chi tiết chính của máy nghiền. Tuy nhiên, vấn đề lựa chọn kết cấu đĩa nghiền phù<br /> hợp với một quá trình nghiền cụ thể vẫn là khó khăn lớn cho ngành chế tạo máy trong nước. Bài<br /> viết trình bày sự ảnh hưởng của một số thông số cấu tạo đĩa nghiền đến chất lượng bột giấy. Đây là<br /> cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo đĩa nghiền cho các cơ sở sản xuất giấy.<br /> Từ khoá: Nghiền, bột giấy, đĩa nghiền, cấu tạo, chất lượng bột giấy.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Nghiền bột giấy là một giai đoạn quan trọng<br /> trong quá trình sản xuất giấy. Nghiền quyết<br /> định tính chất, đặc điểm cấu tạo của giấy.<br /> Nghiền làm cho xơ sợi dẻo dai, mềm mại,<br /> được chổi hóa, trương nở, liên kết với nhau<br /> bền chắc giúp quá trình tạo hình tờ giấy được<br /> đồng đều và đan kết chặt chẽ. Trong quá trình<br /> nghiền, tính năng kỹ thuật của máy, đặc điểm<br /> cấu tạo của đĩa nghiền là yếu tố quyết định<br /> chất lượng nghiền [1,2,4,6].<br /> CÁC THÔNG SỐ CẤU TẠO ĐĨA NGHIỀN<br /> Bề mặt làm việc của đĩa nghiền được đặc<br /> trưng bởi số lượng, kích thước các răng<br /> nghiền, rãnh nghiền và sự phân bố của rãnh<br /> trên bề mặt đĩa [1,2,7].<br /> Hình 1 mô tả các thông số hình học cơ bản<br /> của đĩa nghiền, gồm chiều rộng răng (a),<br /> chiều rộng rãnh (b), chiều cao răng (c), góc<br /> quạt răng (θ) và góc nghiêng răng (góc<br /> nghiền) (α).<br /> <br /> Hình 1. Các thông số của đĩa nghiền<br /> <br /> *<br /> <br /> Tel: 0902064199; Email: huongk8@yahoo.com.vn<br /> <br /> ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CẤU TẠO<br /> ĐĨA NGHIỀN ĐẾN KẾT QUẢ NGHIỀN<br /> Ký hiệu s và r lần lượt là chỉ số biểu thị đĩa<br /> cố định và đĩa quay. Dễ thấy, số các dao<br /> nghiền trên đĩa nghiền có bán kính r được<br /> xác định là:<br /> <br /> n(r ) =<br /> <br /> 2π .r<br /> . cos α<br /> a+b<br /> <br /> (1)<br /> Mặt khác, theo [4], chiều dài nghiền phụ<br /> thuộc thông số thiết kế đĩa và được xác định:<br /> r2<br /> <br /> L = ∫ ns (r ).nr (r )ωdr<br /> r1<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Trong đó:<br /> + L: Chiều dài nghiền;<br /> + ns(r), nr(r): Số lượng răng nghiền trên đĩa cố<br /> định và đĩa quay;<br /> + r1, r2: Bán kính ngoài và bán kính trong của<br /> đĩa nghiền.<br /> Biểu thức (1) và (2) cho thấy, các thông số<br /> chiều rộng răng, rộng rãnh, chiều cao răng,<br /> góc nghiêng răng đều quan hệ chặt chẽ tới kết<br /> quả quá trình nghiền. Chiều rộng răng (a) là<br /> yếu tố liên quan mật thiết với số lượng dao và<br /> số lần cắt qua giữa hai răng nghiền đối diện.<br /> Nếu chiều rộng răng nhỏ thì số lượng răng và<br /> số lần cắt qua giữa hai răng nghiền đối diện sẽ<br /> tăng và do đó sẽ tăng lượng xơ sợi được<br /> nghiền. Chiều rộng rãnh nghiền ảnh hưởng<br /> đến dòng bột giấy chảy trong vùng nghiền.<br /> Chiều rộng và chiều sâu của rãnh giảm sẽ<br /> giúp cho xơ sợi dễ dàng được tiếp xúc với<br /> 69<br /> <br /> Trương Thị Thu Hương<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> mép răng nghiền, thúc đẩy quá trình nghiền<br /> nhưng làm giảm khả năng chứa huyền phù và<br /> tốc độ dòng huyền phù bột giấy. Ngược lại,<br /> nếu chiều sâu rãnh lớn sẽ làm cho dòng huyền<br /> phù đi qua máy nghiền mà không được<br /> nghiền. Góc dao (α) ảnh hưởng đến số lượng<br /> răng và chiều dài răng nghiền cũng như quá<br /> trình vận chuyển bột giữa các đĩa nghiền. Góc<br /> nghiêng răng tăng sẽ làm tăng chiều dài<br /> nghiền do đó sẽ tăng cường quá trình nghiền<br /> và tăng lượng xơ sợi được nghiền.<br /> Mặt khác, giả sử, xét trường hợp hai dao<br /> nghiền tiếp xúc với nhau khi dao roto trượt và<br /> nén lên dao stato như hình 2.<br /> Răng đĩa quay<br /> <br /> Vn<br /> <br /> Hình 3. Sự dịch chuyển của răng quay trên răng<br /> cố định khi nghiền<br /> <br /> Xét các tam giác vuông ACB và ACD, bằng<br /> cách biến đổi lượng giác ta dễ dàng xác định<br /> được vận tốc cắt sợi và phân tơ sợi khi nghiền<br /> như sau:<br /> vn =<br /> <br /> V<br /> <br /> V<br /> <br /> Răng đĩa cố định<br /> <br /> Hình 2. Tiếp xúc giữa hai răng nghiền<br /> <br /> Tại vị trí tiếp xúc, vận tốc nghiền v để thực<br /> hiện quá trình nghiền được phân tích thành<br /> hai thành phần vt và vn. Trong đó, vn là vận<br /> tốc theo phương song song với dao cố định.<br /> Đây là thành phần chính tạo nên sự cọ xát và<br /> nén sơ xợi, một phần tạo nên quá trình cắt xơ<br /> sợi (gọi tắt là vận tốc phân tơ sợi). Thành<br /> phần vt là vận tốc theo phương tiếp tuyến<br /> chủ yếu tạo nên sự trượt của dao roto trên<br /> dao stato và một phần tạo nên quá trình nén<br /> xơ sợi trong quá trình nghiền (gọi tắt là vận<br /> tốc cắt sợi) [5].<br /> Giả sử, xét trường hợp khi răng đĩa nghiền<br /> quay cắt qua răng đĩa nghiền cố định khi<br /> chuyển động từ vị trí A đến vị trí B trong<br /> khoảng thời gian từ t đến t +dt. OA là cung<br /> tròn bán kính ρ, OB là cung tròn bán kính<br /> ρ+dρ, với dρ được xác định bởi đoạn AC.<br /> Đoạn AB và AD được xác định bởi các góc ϕr<br /> và ϕs (Hình 3).<br /> 70<br /> <br /> 112(12)/2: 69 - 72<br /> <br /> ω<br /> <br /> ρ<br /> <br /> − ρ 02 sin<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2<br /> <br /> α<br /> <br /> sin α rs<br /> <br /> <br /> <br /> ωρ cos  α rs − arcsin<br /> vt =<br /> <br /> <br /> <br /> ;( α rs ≠0)<br /> ρ 0 sin α<br /> ρ<br /> <br /> (3)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> sin α rs<br /> <br /> ; (4)<br /> Trong đó: αrs là góc giao nhau giữa răng đĩa<br /> quay và đĩa cố định.<br /> Nhận xét:<br /> Từ hai biểu thức (3) và (4), có thể nhận thấy,<br /> đĩa nghiền quay và đĩa nghiền cố định không<br /> thể bố trí có phương trùng khít lên nhau.<br /> Mặt khác, trong giai đoạn nghiền thứ nhất cần<br /> ưu tiên quá trình cắt ngắn xơ sợi hơn quá<br /> trình phân tơ chổi hóa, vì vậy cần tăng giá trị<br /> vận tốc vt và ngược lại trong giai đoạn nghiền<br /> thứ hai cần ưu tiên quá trình phân tơ chổi hóa<br /> xơ sợi hơn quá trình cắt ngắn xơ sợi, vì vậy<br /> cần tăng giá trị vận tốc vn.<br /> Xét ở giai đoạn nghiền thứ hai, để tăng vn ta<br /> cần xem xét đến thành phần góc nghiêng răng<br /> nghiền ( α ) và góc giao nhau giữa răng đĩa<br /> <br /> α<br /> <br /> quay và răng đĩa cố định ( rs ). Để vn tăng ta<br /> cần giảm sinα và giảm sinαrs (tức giảm αrs<br /> nhưng với αrs≠0) . Mặt khác, theo phương trình<br /> (3) tính số các dao nghiền giao nhau tại một<br /> điểm dịch chuyển dọc theo dao cố định trong<br /> khoảng thời gian bột ở trong máy nghiền ở<br /> <br /> Trương Thị Thu Hương<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> trên thì số răng nghiền tiếp xúc nhau tăng khi<br /> α nhỏ. Tuy nhiên, khi α quá nhỏ thì lại làm<br /> cho quá trình dịch chuyển của dòng bột trong<br /> đĩa nghiền khó khăn, và làm giảm chiều dài<br /> lưỡi cắt do vậy làm giảm năng suất nghiền<br /> [4]. Vì vậy, các thông số a,b,c và góc α cần<br /> được lựa chọn cận thẩn cho một quá trình<br /> nghiền cụ thể. Bài báo này sẽ tìm hiểu ảnh<br /> hưởng của thông số chiều rộng răng (a) và<br /> chiều rộng rãnh (b) của đĩa nghiền đến quá<br /> trình nghiền bột giấy.<br /> THỰC NGHIỆM<br /> Máy nghiền thí nghiệm là máy nghiền dạng<br /> đĩa gồm một đĩa quay và một đĩa cố định.<br /> Đường kính đĩa 240mm. Tốc độ máy nghiền<br /> có thể điều chỉnh được từ 600 - 1500 v/ph).<br /> Nguyên liệu nghiền là bột gỗ thông tẩy trắng.<br /> Nồng độ bột nghiền là 3.5%.<br /> <br /> 112(12)/2: 69 - 72<br /> <br /> Hình 5. Bản vẽ đĩa nghiền<br /> <br /> Hình 6. Ảnh hưởng của chiều rộng răng<br /> đến chiều dài nghiền<br /> <br /> Ảnh hưởng của chiều rộng răng nghiền được<br /> minh hoạ ở hình 7.<br /> <br /> Hình 4. Máy nghiền đĩa<br /> <br /> Các bộ đĩa nghiền thí nghiệm có các thông số<br /> cấu tạo như sau:<br /> Bảng 1. Các thông số cấu tạo của đĩa thí nghiệm<br /> Stt<br /> <br /> Đường kính<br /> a<br /> b<br /> c<br /> D (mm)<br /> (mm) (mm) (mm)<br /> dtrong dngoài<br /> <br /> α<br /> ( 0)<br /> <br /> β<br /> ( 0)<br /> <br /> 1<br /> <br /> 80<br /> <br /> 240<br /> <br /> 2,5<br /> <br /> 4<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 24<br /> <br /> 2<br /> <br /> 80<br /> <br /> 240<br /> <br /> 3<br /> <br /> 4<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 24<br /> <br /> 3<br /> <br /> 80<br /> <br /> 240<br /> <br /> 3,5<br /> <br /> 4<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 24<br /> <br /> 4<br /> <br /> 80<br /> <br /> 240<br /> <br /> 4<br /> <br /> 4<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 24<br /> <br /> 5<br /> <br /> 80<br /> <br /> 240<br /> <br /> 4,5<br /> <br /> 4<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 24<br /> <br /> Hình 5 minh họa một mẫu đĩa nghiền thí<br /> nghiệm.<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Số lượng và chiều dài răng nghiền cũng như<br /> góc nghiêng răng nghiền xác định hiệu quả<br /> cắt sợi và chổi hoá sợi.<br /> Ảnh hưởng của chiều rộng răng nghiền được<br /> minh họa ở hình 6.<br /> <br /> Hình 7. Mối quan hệ giữa chiều rộng răng<br /> và độ nghiền, tiêu thụ năng lượng khi nghiền<br /> <br /> Từ hình 7 ta thấy, các đĩa có răng càng rộng,<br /> thì tiêu thụ năng lượng ít nhưng hiệu quả<br /> nghiền thấp hơn những đĩa có răng hẹp. Điều<br /> này có thể được giải thích như sau: Nghiền<br /> bột giấy bằng máy nghiền đĩa, các lực hướng<br /> kính trên bề mặt đĩa song song với nhau. Khi<br /> chiều rộng các răng nghiền lớn thì số răng<br /> nghiền trên bề đĩa nghiền ít. Khi đó rất ít sợi<br /> được tiếp xúc với bề mặt răng. Hay nói cách<br /> 71<br /> <br /> Trương Thị Thu Hương<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> khác, ít sợi nhận được năng lượng nghiền từ<br /> răng nghiền và được nghiền. Ngược lại, nếu<br /> răng nghiền hẹp hơn, số lượng răng nghiền<br /> trên bề mặt đĩa nhiều hơn, nhiều sợi nhận<br /> được năng lượng nghiền và được nghiền<br /> nhiều hơn do đó hiệu quả nghiền cao hơn. Do<br /> đó, khi muốn tăng độ nghiền và hạn chế việc<br /> cắt ngắn sợi thì răng nghiền nên có kích thước<br /> nhỏ hơn.<br /> KẾT LUẬN<br /> Việc lựa chọn kích thước hình học của các<br /> thông số cấu tạo đĩa nghiền là rất quan trọng.<br /> Các thông số này cần được xác định theo mục<br /> đích của từng giai đoạn nghiền. Chiều rộng<br /> răng, chiều rộng rãnh nghiền nên nhỏ khi<br /> muốn thực hiện quá trình chổi hoá sợi và lớn<br /> hơn khi muốn cắt ngắn sợi. Các thông số cấu<br /> tạo này sẽ được nghiên cứu kết hợp với khe<br /> hở đĩa nghiền, tốc độ nghiền để xác định được<br /> loại đĩa nghiền phù hợp với một quá trình<br /> nghiền cụ thể.<br /> <br /> 112(12)/2: 69 - 72<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1].<br /> <br /> Jens<br /> <br /> Olaf<br /> <br /> Heymer,<br /> <br /> Measurement<br /> <br /> heterogeneity in low consistency pulp refining by<br /> comminution modeling.<br /> [2]. Joseph M. Genco, Department of Chemical<br /> Engineering.<br /> [3]. Kristian Goldszer (2009), Papermaking<br /> Course Montevideo, Part II - Paper Processes.<br /> [4]. Hannu Paulapuro, Papermarking Part 1, Stock<br /> Preparation and Wet End.<br /> [5]. High consistency refining of mechanical pulps<br /> during varying refining conditions, Master of<br /> science thesis, Sweden, 2008<br /> [6]. Lars Ake Hammar (2005), Literature survey<br /> Measurement techniques suitable for the refining<br /> zone of disc and conical LC refiners.<br /> [7]. Matech Europe, fillings for disc refiners.<br /> <br /> SUMMARY<br /> STUDYING EFFECT OF SOME STRUCTURE PARAMETERS OF REFINER<br /> DISK ON REFINING PULP’S QUANLITY<br /> Truong Thi Thu Huong*<br /> College of Technology - TNU<br /> <br /> Refine disk is a main part of refiners. However, choicing a kind of refiner disk which fited a<br /> specific refining process is still a difficult problem for machine manufacture in Vietnam. This<br /> paper will present effect of some structure parameters of refine disc on pulp’s quanlity. It is a basic<br /> to design, manufacture refine disc for pulp factories.<br /> Key words: Refine, pulp, refiner disk, structrure, quanlity pulp.<br /> <br /> Phản biện khoa học: TS. Đỗ Thị Tám – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> *<br /> <br /> Tel: 0902064199; Email: huongk8@yahoo.com.vn<br /> <br /> 72<br /> <br /> of<br /> <br />