BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NguyÔn Qu©n nhu Ư TRƢƠNG THỊ THU HƢƠNG TTTRT TRƢƠNG TTTCUẤN ANH S NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ NGHIỀN BỘT GIẤY KHI DÙNG MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NguyÔn Qu©n nhu Ư TRƢƠNG THỊ THU HƢƠNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ NGHIỀN BỘT GIẤY KHI DÙNG MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS Nguyễn Đăng Hòe 2.TSKH Phạm Văn Lang THÁI NGUYÊN - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên những hƣớng dẫn của tập thể hƣớng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chƣa công bố trên bất cứ một công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Trƣơng Thị Thu Hƣơng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình của tập thể hƣớng dẫn khoa học gồm GS.TSKH Phạm Văn Lang, PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe đã tạo mọi điều kiện từ nghiên cứu mô hình, tổ chức thực nghiệm và hƣớng dẫn chi tiết trong quá trình hoàn thành luận án. Đồng thời, tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các nhà khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Dự, TS.
Vũ Quốc Bảo đã tận tình giúp đỡ, đặc biệt là trong quá tình điều tra, khảo sát, tìm hiểu thực tế, thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Viện Cơ - Điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Viện Công nghệ Giấy và Xenlulô Hà Nội đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và ngƣời thân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành đƣợc luận án. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận án không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đƣợc sự góp ý kiến của các thầy cô giáo, các chuyên gia và các bạn đồng nghiệp để luận án đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn! Nghiên cứu sinh Trƣơng Thị Thu Hƣơng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT. vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu. Cấu trúc luận án. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NGHIỀN BỘT GIẤY 9 1.
Các thông số đánh giá chất lƣợng bột giấy. Chiều dài sợi. Độ bền mẫu giấy thành phẩm. Khái quát về quá trình nghiền bột giấy.
Khái quát về các giai đoạn nghiền. Thiết bị nghiền bột giấy. Các loại thiết bị nghiền. Đánh giá các thiết bị nghiền.
Tƣơng tác cơ học trong nghiền tinh bằng đĩa nghiền. Nguyên lý nghiền tinh dùng đĩa nghiền. Chuyển động của dung dịch bột – gỗ. Lực tác dụng trên răng đĩa nghiền.
Cấu trúc xơ sợi và chất lƣợng bột giấy. Cấu trúc ngang của sợi gỗ. Cấu trúc dọc của sợi gỗ. Mức độ tiêu thụ năng lƣợng trong quá trình nghiền.
Ảnh hƣởng của các thông số kết cấu và công nghệ đến chất lƣợng và năng lƣợng nghiền. Khe hở đĩa nghiền. Nồng độ bột giấy. Ảnh hƣởng của các thông số kết cấu đĩa.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NGHIỀN. Chuyển động của sợi gỗ trong dung dịch khi nghiền. Đặc tính dòng chảy của hỗn hợp bột gỗ. Tính đồng nhất của dòng dung dịch.
Đặc tính cơ học của quá trình nghiền. Tƣơng tác lực trong quá trình nghiền. Tải trọng riêng trên cạnh răng nghiền. Tải trọng riêng trên bề mặt răng nghiền.
Các ảnh hƣởng về kết cấu và vận hành. Cơ sở xây dựng mô hình thực nghiệm. Lý thuyết mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên. Lý thuyết mô hình.
Lý thuyết đồng dạng. Lý thuyết thứ nguyên. Ứng dụng của lý thuyết mô hình – đồng dạng – thứ nguyên. MÔ HÌNH VÀ KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM.
Các thông số cơ bản của mô hình thực nghiệm. Các thông số ảnh hƣởng đến quá trình nghiền. Chọn lọc các thông số thí nghiệm. Thiết lập mô hình thực nghiệm.
Thiết bị nghiền. Máy nghiền thực nghiệm. Bột nguyên liệu thí nghiệm. Cách thu thập dữ liệu đầu ra.
Đo công suất tiêu thụ N. Cách đánh giá chất lƣợng nghiền. Cách vận hành hệ thống. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm.
Bộ thông số thí nghiệm. Lập ma trận thí nghiệm, chọn phƣơng án quy hoạch thực nghiệm. Nguyên tắc xử lý số liệu. Xác định dạng mô hình hồi quy.
Kiểm nghiệm mức độ phù hợp của mô hình. Giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả thực nghiệm.
Xây dựng mô hình hồi quy của các hàm mục tiêu. Tối ƣu hoá đa mục tiêu. Tối ƣu hóa mục tiêu hàm YN:. Tối ƣu hóa mục tiêu hàm YK.
Giải bài toán thƣơng lƣợng giữa hàm chi phí năng lƣợng riêng YN và hàm độ nghiền YK. Triển khai kết quả cho dãy máy thực. Xác định bộ chỉ số đồng dạng theo công suất nghiền. Xác định bộ chỉ số đồng dạng theo năng suất nghiền .114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.121 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .122 TÀI LIỆU THAM KHẢO .123 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa Đơn vị as Chiều rộng răng đĩa cố định mm ar Chiều rộng răng đĩa quay mm bs Chiều rộng rãnh đĩa cố định mm br Chiều rộng rãnh đĩa quay mm cs Chiều cao răng đĩa cố định mm cr Chiều cao răng đĩa quay mm C Nồng độ bột giấy % IN Số lƣợng các tác động nghiền km/kg Ls Tốc độ nghiền km/s L Chiều dài nghiền km/v IL Chiều dài tiếp xúc của hai răng nghiền đối diện km M Khối lƣợng dòng sợi kg/s N Công suất nghiền kWh Nd Số các răng nghiền giao nhau - n(r) Số lƣợng dao trên đĩa nghiền - r1 (D) Bán kính ngoài của đĩa nghiền mm r2 (d) Bán kính trong của đĩa nghiền mm SEL Tải trọng riêng trên lƣỡi cắt J/m SSL Tải trọng riêng trên bề mặt dao J/m2 Q Năng suất máy nghiền kg/h viii q Lƣu lƣợng huyền phù m3/s ω Vận tốc góc s-1 n Tốc độ quay v/ph θ Góc quạt răng [0 ] α Góc nghiêng răng nghiền [0 ] h Khe hở đĩa nghiền mm φ Hệ số điền đầy - 0 K Độ nghiền SR ∆ Định thức đặc trƣng của phƣơng trình thứ nguyên - Gi Ký hiệu thay thế cho các đại lƣợng a,b,c - BKHP Bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng - BKSP Bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm - YN Hàm biểu diễn năng lƣợng nghiền - YK Hàm biểu diễn độ nghiền - ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.
Kích thƣớc răng nghiền với các loại xơ sợi. Các thông số của quá trình nghiền. Các giá trị số mũ trong công thức thứ nguyên của các thông số. Các thông số đĩa nghiền thí nghiệm.
Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy nghiền thực nghiệm. Tính chất của bột giấy thực nghiệm. Cơ sở xây dựng phần cơ bản của kế hoạch Box - Behnken. Kế hoạch Box - Behnken khi n = 4.
Các thông số vào – ra của các thí nghiệm. Bảng kết quả thí nghiệm. Kết quả phân tích số liệu thực nghiệm. Bảng thông số tối ƣu trên máy nghiền mô hình.
Thông số lựa chọn tối ƣu cho máy nghiền và đĩa nghiền mô hình. Các thông số ảnh hƣởng đến công suất nghiền bột giấy. Các thông số ảnh hƣởng đến năng suất nghiền bột giấy .118 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Mối quan hệ giữa độ nghiền và độ bền kéo của bột giấy.
Mối quan hệ giữa chiều dài sợi - độ bền kéo - độ bền xé của bột giấy 12 Hình 1. Một quy trình sản xuất giấy. Giai đoạn nghiền trong quá trình sản xuất giấy. Nguyên liệu và sản phẩm của giai đoạn nghiền sơ bộ.
Bột nguyên liệu dùng cho quá trình nghiền tinh. Ảnh chụp cấu trúc phân bố sợi trong giấy thành phẩm. Thiết bị nghiền Hà Lan. Thiết bị nghiền côn trục ngang.
Thiết bị nghiền đĩa. So sánh mức tiêu hao điện năng giữa máy nghiền đĩa và nghiền côn. Sơ đồ chuyển động của bột giấy. Sự tiếp xúc giữa các răng nghiền trong máy nghiền côn.
Sợi bột giấy giữa các răng nghiền. Các giai đoạn nghiền. Dòng xoáy cho dung dịch bột - nƣớc trong rãnh nghiền. Sự tạo thành các búi sợi và các tác động nghiền.
Lực tác động lên sợi bột giấy trong quá trình nghiền. Giản đồ về sự phân lớp ngoài của sợi do mỏi. Cấu trúc của một sợi gỗ. Sự thay đổi hình thái và cấu trúc sợi nhờ quá trình nghiền.
Xơ sợi bột giấy trƣớc và sau khi nghiền. Đặc tính chiều dài sợi của các loại cây nguyên liệu. Các yếu tố cơ bản của đĩa nghiền bột. Một số dạng hƣ hỏng răng đĩa nghiền thƣờng gặp.
Chiều dài tác động nghiền. Các dạng profin của dao nghiền. Các kiểu bố trí răng nghiền. Một số kiểu đĩa nghiền.
Chiều dài nghiền của các mẫu đĩa khác nhau. Tiếp xúc giữa hai dao nghiền. Sự dịch chuyển của răng đĩa nghiền quay trên răng đĩa nghiền cố định trong quá trình nghiền. Cụm đĩa cố định.
Mẫu đĩa nghiền thí nghiệm 1. Mẫu đĩa nghiền thí nghiệm 2. Mẫu đĩa nghiền thí nghiệm 3. Đĩa nghiền bột giấy dùng trong thực nghiệm.
Bản vẽ tổng thể máy nghiền bột giấy thực nghiệm. Máy nghiền bột giấy dạng đĩa dùng trong thực nghiệm. Máy đánh tơi tiêu chuẩn. Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính 80 Hình 3.
Sơ đồ thí nghiệm đo tiêu thụ năng lƣợng nghiền. Máy xeo Rapid - Kothen. Thiết bị đo độ bền kéo (Hounfield). Thiết bị đo độ bền xé của giấy (Frank).
Các yếu tố ảnh hƣởng và các chỉ tiêu cần đạt trong thực nghiệm .
