Hiệu quả phân loại cỡ hạt qua phương pháp đánh giá đường cong Tromp

Tổng quan về đường cong Tromp

Nói về thiết bị phân loại cỡ hạt thì sàng là một thiết bị đơn giản nhất, khác với thiết bị lọc (rắn-lỏng, rắn-khí), thiết bị tuyển (phân tách rắn-rắn). Cụm từ hiệu suất phân tách sử dụng chung cho tất cả các thiết bị phân loại. Sơ đồ minh họa (hình1) mô tả một dòng liệu cấp (feed) liên tục lên trên sàng rung và phân ra làm hai: dòng liệu thô (coarse) không đi qua sàng và dòng liệu mịn (fine) đi qua sàng. Trên hình 1 thấy rằng: dòng liệu thô chiếm 61,8% so với dòng liệu cấp ban đầu. Giả sử dòng liệu cấp là 270 tấn/h trên mặt sàng rung thì dòng thô là 0,618*270= 167 tấn/h.

Từ kết quả phân tích phân bố cỡ hạt dòng liệu cấp và dòng liệu mịn hoặc dòng liệu thô trong ví dụ trên, sẽ tính toán được các giá trị Tromp (Tromp value) tương ứng các kích thước hạt, và tập hợp các giá trị Tromp đó biểu diễn trên đồ thị ta được đường cong Tromp (Tromp curve) đặc trưng trên (hình 2)


Cho đến nay đường cong Tromp đã được sử dụng phổ biến và có hiệu quả để đánh giá các quá trình cũng như các thiết bị phân loại cỡ hạt trong các ngành như khai thác than, khai khoáng, công nghiệp sản xuất xi măng... và được xây dựng dựa trên kết quả phân tích phân bố cỡ hạt bằng các phương pháp: nhiễu xạ laser, tán sắc ánh sáng, sàng rung…

Ứng dụng đường cong Tromp trong ngành xi măng

Trong các chu trình nghiền xi măng, sản phẩm ra khỏi thiết bị nghiền đi vào thiết bị phân ly để phân loại các cỡ hạt. Dòng liệu đi vào thiết bị phân ly được phân tách và chia làm 2 phần, phần thứ nhất gồm các hạt mịn đi vào thiết bị thu hồi sản phẩm, phần thứ hai gồm các hạt thô hơn được đưa trở lại thiết bị nghiền (phần hồi lưu). Chúng ta sẽ xem xét mối liên hệ giữa các thông số: hệ số hồi lưu, hiệu suất phân ly và các giá trị Tromp.

Do khối lượng đầu ra và đầu vào được bảo toàn, lượng cấp vào thiết bị phân ly bằng tổng khối lượng tách ra theo dòng mịn cộng với khối lượng theo dòng thô hồi lưu:


Xét một cỡ hạt có kích thước xμm: Bao gồm f% ở dòng mịn và r% ở dòng thô, được phương trình cân bằng sau:


a, f, r (%) có thể xác định theo phương pháp phân tích thành phần cỡ hạt

Phương trình cân bằng trên có thể sử dụng đối với các hạt nằm trong dải giới hạn kích thước từ x1 μm đến x2 μm và phần trăm các hạt lần lượt là Δa, Δf, Δr, phương trình có dạng:


Δa, Δf, Δr cũng xác định được theo phương pháp phân tích phân bố cỡ hạt.

* Hệ số hồi lưu (tuần hoàn):

Là tỷ số giữa khối lượng dòng liệu cấp vào thiết bị phân ly/ khối lượng dòng mịn, kí hiệu là u:


u đạt giá trị nhỏ nhất = 1, khi lượng cấp vào thiết bị phân tách hoàn toàn vào dòng mịn và u→+∞, khi không có liệu tách ra theo dòng mịn. Cả hai trường hợp trên đều không mong muốn trong quá trình hoạt động của thiết bị phân ly.


Giá trị của hệ số hồi lưu được lựa chọn trong quá trình hoạt động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, đặc điểm máy nghiền, đặc tính sản phẩm...Vì vậy tùy từng điều kiện cụ thể mà lựa chọn các giá trị u phù hợp cho quá trình hoạt động, theo một số tài liệu hướng dẫn có thể tham khảo lựa chọn giá trị u dưới đây:

Đối với nghiền xi măng:

- Năng suất nhỏ: u = 2,0 – 3,0

- Năng suất lớn: u = 1,5 – 2

Máy nghiền liệu: u = 2,0 – 2,6

Đây chỉ là những thông số để tham khảo, trên thực tế có những hệ thống nghiền xi măng vận hành với hệ số hồi lưu 5¸6 do tính chất của sản phẩm nghiền cũng như yêu cầu cao về độ mịn.

Để tính toán hệ số hồi lưu cần xác định lượng liệu cấp vào thiết bị phân ly (A) và lượng theo dòng mịn (F), có một số trường hợp chỉ biết được thông số F, khi đó hệ số hồi lưu tính như sau:

A*a= F*f + R*r

f = (A*a - R*r)/F = (A/F)*a = (R/F)*r

A = F + R

R = A - F

→ f = (A/F)*a - [(A - F)/F]*r

f = a*u - (u-1)*r

u = (f - r)/(a - r)

* Hiệu suất phân tách được tính như sau:

 = (F*f)/(A*a)*100

u = A/F

= (1/u)*(f/a)*100 = [f/(u*a)]*100

Giá trị Tromp, và đường cong Tromp Giá trị Tromp (t) được sử dụng và thể hiện đầy đủ hơn so với hiệu suất phân tách η vì nó có thể đặc trưng cho tập hợp các hạt nằm trong dải kích thước 0 - x μm; giá trị Tromp được tính cho phần trăm các kích thước hạt theo dòng mịn hoặc theo dòng thô tF hoặc tR:


Giá trị tF là phần trăm khối lượng của các hạt trong khoảng kích thước xác định của dòng liệu mịn đối với dòng liệu cấp ban đầu.

t_R = [(R*Δr)/(A*Δa)]*100 = [(A - F)*Δr]/(A*Δa)*100

t_R = {[(A/(A*Δa)*Δr] - F/(A*Δa)} = {(Δr/Δa) - [(1/u) * Δr/Δa]}*100

t_R = (Δr/Δa)*[1-(1/u)]*100

Giá trị t_R là phần trăm khối lượng của các hạt trong khoảng kích thước xác định của dòng liệu thô đối với dòng liệu cấp ban đầu.

Tập hợp các giá trị Tromp tương ứng với các kích thước ta xây dựng đồ thị được đường cong Tromp.

Độ dốc đường cong Tromp càng lớn thì hiệu quả phân tách cỡ hạt càng cao, vì vậy trong quá trình hoạt động của thiết bị phân ly, để đạt được hiệu quả cao thì phải xây dựng một quy trình và nguyên lý hoạt động tối ưu mà đường cong Tromp đặc trưng có độ dốc lớn nhất (hình 3).


(1): Là đường cong Tromp của các quá trình thực tế khi phân tách cỡ hạt.
(2): Là đường biểu diễn của quá trình lý tưởng khi phân tách cỡ hạt mà ta mong muốn đạt được, có độ dốc thẳng đứng.

Giá trị d50 là kích thước hạt mà có giá trị Tromp tương ứng là 50% Trên đồ thị đường cong Tromp có thể xác định được chỉ số gọi là “bypass level”. Từ “bypass level” chỉ ra được bao nhiêu phần trăm cỡ hạt đạt được kích thước yêu cầu nhưng vẫn hồi lưu trở lại thiết bị nghiền. Xét một ví dụ, bypass level là 40%, năng suất máy nghiền 100 t/h và hiệu suất phân ly sẽ là 100/140 ≈ 71%. Có thể phát biểu một cách tương đối rằng: năng suất sẽ tăng thêm 40 t/h nếu hiệu suất phân ly là lý tưởng và đạt 100%. Các hạt đạt được kích thước yêu cầu mà vẫn trở lại thiết bị nghiền làm giảm hiệu quả quá trình, vì phải sử dụng thêm công hao phí không cần thiết để đập nghiền lượng hồi lưu trên. Trên thực tế các nhà chế tạo không ngừng cải tiến đưa ra nhiều thế hệ phân ly, kiểu gió trong hoặc gió ngoài, từ phân ly kiểu tĩnh đến phân ly kiểu khí động nhằm nâng cao hiệu suất của quá trình nghiền.

Đến nay các chu trình nghiền thường sử dụng thiết bị phân ly hiệu suất cao như O-SEPAÒ, SEPAX, RAKM, SEPOLÒ-SV, SEPOLÒ-LM, SEPOLÒ- RM, TSVÔ… của các hãng F.l.smidth, Polysius, FCB Như vậy hiệu suất làm việc của thiết bị phân ly có ý nghĩa quan trọng đối với các chu trình đập nghiền trong ngành công nghiệp sản xuất xi măng.

Một trong những công cụ hữu hiệu để đánh giá là tính toán và xây dựng đồ thị đường cong Tromp đặc trưng của quá trình cần nghiên cứu.