Những cân nhắc quan trọng khi lựa chọn máy nạp số lượng lớn

Xử lý chất rắn dạng khối phổ biến trong hầu hết mọi ngành công nghiệp, bao gồm khai thác mỏ, nông nghiệp, hóa chất và dược phẩm. Trên thực tế, hơn 70% sản phẩm sản xuất liên quan đến xử lý chất rắn dạng khối ở một số giai đoạn, cho dù là nguyên liệu thô, sản phẩm trung gian hay sản phẩm cuối cùng. Thật không may, xử lý chất rắn dạng khối hiếm khi được giảng dạy ở cấp độ đại học, khiến các kỹ sư quy trình không biết về tầm quan trọng của việc đạt được dòng chảy chất rắn đáng tin cậy.

Khi thiết kế các bình chứa chất rắn rời—chẳng hạn như thùng, phễu, silo hoặc đống dự trữ—có hai mục tiêu chính: khả năng lưu trữ và xả đáng tin cậy. Đạt được mục tiêu đầu tiên tương đối đơn giản: Với mật độ khối đã biết, bạn có thể tính toán thể tích cần thiết để đáp ứng các yêu cầu lưu trữ và thiết kế hình học để chứa nó. Điều quan trọng nữa là bình chứa được thiết kế sao cho khả năng lưu trữ “trực tiếp” được tối đa hóa. 

Lấy vật liệu ra khỏi bình chứa là một câu chuyện khác. Đảm bảo xả hiệu quả khó khăn hơn nhiều và có thể khiến các kỹ sư quy trình, nhóm vận hành và bảo trì phải đau đầu. Xả hiệu quả từ thùng chứa phải nhất quán, có thể dự đoán được, có thể đạt được yêu cầu về lưu lượng tối thiểu và tối đa cho quy trình và kích hoạt toàn bộ kênh lưu lượng trong thùng chứa ở trên. Trong nhiều trường hợp, nhóm vận hành không còn lựa chọn nào khác ngoài việc sử dụng “người tác động đến lưu lượng” để lấy vật liệu ra khỏi bình chứa. Những người tác động này trực tiếp hơn nhiều so với những người được tìm thấy trên phương tiện truyền thông xã hội và có thể dẫn đến trường hợp “phát ban thùng chứa” khó chịu. Ngay cả với những người tác động đến lưu lượng, việc xả thường không đáng tin cậy và không nhất quán.

Tin tốt là có thể đạt được xả đáng tin cậy mà không cần tác nhân ảnh hưởng đến dòng chảy nếu thùng chứa và bộ nạp được thiết kế hợp lý. Thông thường, cần xả dòng chảy khối lượng từ thùng chứa, chịu ảnh hưởng của cả thiết kế của thùng chứa và bộ nạp. Xả dòng chảy khối lượng xảy ra khi tất cả vật liệu chuyển động bất cứ khi nào có vật liệu được rút ra khỏi thùng chứa. Điều này trái ngược với xả dòng chảy phễu, trong đó một kênh dòng chảy hoạt động hình thành phía trên đầu ra của phễu, với vật liệu bị ứ đọng dọc theo chu vi.

Máy cho ăn thông thường

Băng tải và bộ xả thường bị nhầm lẫn với bộ nạp liệu. Băng tải được sử dụng để vận chuyển vật liệu từ điểm này đến điểm khác, thường ở tốc độ cao hơn so với bộ nạp liệu. Băng tải thường chuyển ở tốc độ không đổi, trên khoảng cách xa hơn và hoạt động ở chế độ đầy một phần. Mặt khác, bộ nạp liệu hoạt động ở tốc độ thấp hơn, thay đổi để điều chỉnh lưu lượng ra khỏi thùng và được cấp liệu từ thùng phía trên. Bộ xả liệu được sử dụng để thúc đẩy dòng chảy từ thùng phía trên nhưng không được sử dụng để kiểm soát dòng chảy như bộ nạp liệu. Bộ nạp liệu có ba mục tiêu chính:

• Cung cấp luồng vật liệu đáng tin cậy và không bị gián đoạn từ thùng chứa phía trên
• Kiểm soát tốc độ xả từ silo, đạt được tốc độ cần thiết đồng thời ngăn ngừa ngập lụt (nếu khối rắn đủ mịn để hoạt động như chất lỏng)
• Loại bỏ vật liệu khỏi toàn bộ mặt cắt ngang của cửa xả phễu, để thúc đẩy quá trình xả khối lượng vật liệu

Ba trong số các bộ nạp phổ biến nhất bao gồm bộ nạp vít, bộ nạp đai/tấm chắn và van quay. Mỗi bộ nạp này phải được thiết kế để hoàn thành ba mục tiêu đã đề cập ở trên. Bộ nạp vít được thiết kế đúng cách thường được thiết kế với trục côn, bước tăng dần hoặc kết hợp cả hai để cung cấp luồng đáng tin cậy từ thùng chứa ở trên. Nếu bộ nạp vít được thiết kế mà không có các tính năng này (tức là bước và trục không đổi), vật liệu sẽ chảy qua một kênh trung tâm, điều này sẽ tự động tạo ra một mẫu xả dạng phễu trong thùng chứa ở trên. Tương tự như vậy, bộ nạp đai và tấm chắn nên được thiết kế với các giao diện được thiết kế riêng để tăng công suất theo hướng dòng chảy. Van quay có thể hoạt động như cả bộ nạp và khóa áp suất khí trong các ứng dụng cụ thể. Bộ nạp van quay phù hợp bao gồm một giao diện phù hợp cho phép chất rắn được rút ra đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của đầu ra phễu. Ví dụ về bộ nạp được thiết kế đúng cách được minh họa trong.

Những cân nhắc về hoạt động

Có nhiều cân nhắc về mặt vận hành khi lựa chọn loại máy nạp. Một điều quan trọng cần cân nhắc là giao diện với thiết bị trực tiếp ở thượng nguồn và hạ nguồn của thùng. Ví dụ, thùng có phễu có đầu ra dài, van quay có thể không phải là ứng cử viên tốt. Tương tự như vậy, nếu quy trình hạ nguồn diễn ra ở áp suất khác so với thùng, máy nạp băng tải có thể không phải là máy nạp tốt nhất cho ứng dụng đó. Ngoài ra, các quy trình hạ nguồn có thể liên quan đến việc tạo hơi và/hoặc hoạt động ở nhiệt độ khác nhau, điều này có thể dẫn đến tích tụ bên trong máy nạp. Ngoài ra, phải lựa chọn loại điều chế – thể tích hoặc trọng lượng (trọng lượng). Điều chế thể tích (nạp một thể tích cụ thể trên một đơn vị thời gian) thường được chấp nhận trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác chặt chẽ (+/-2%) cũng như không xử lý vật liệu có mật độ khối thay đổi nhiều. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác chặt chẽ hơn, có thể cần kiểm soát trọng lượng (kiểm soát nạp dựa trên trọng lượng đo được trên một đơn vị thời gian). Những cân nhắc quan trọng khác khi lựa chọn máy nạp bao gồm thông lượng cần thiết, vỏ chống bụi,… 

Considerations	Screw	Belt/apron	Rotary valve
Maximum relative throughout	Moderate	High	Low
Discharge point	Conveyed to end	Conveyed to end	Center
Hopper outlet configuration	Rectangular/obround	Rectangular/obround	Round
Suitable for containment	Yes	No	Yes
Suitable for toxic materials	Yes	No	Yes
Capital cost	$$$	$$$	$
Operate gravimetrically	Possible	Belt-possible; apron-no	No

Ngoài các cân nhắc về hoạt động, phải đo lưu lượng và các đặc tính vật lý của vật liệu. Các đặc tính lưu lượng của vật liệu ảnh hưởng đến nhiều thứ, bao gồm cả mô hình lưu lượng trong thùng chứa ở trên, vật liệu nào nên được sử dụng để xây dựng, kích thước của cửa xả phễu và bộ nạp, v.v. Thật không may, dữ liệu về đặc tính lưu lượng của chất rắn dạng khối không thể tìm thấy trong sách giáo khoa như khí và chất lỏng. Thay vào đó, cần phải thử nghiệm để thiết lập các tiêu chí thiết kế được sử dụng cho cả thiết kế thùng chứa và bộ nạp. Các đặc tính lưu lượng và vật lý chính cần thiết cho thiết kế bộ nạp bao gồm:

• Phân tích kích thước hạt: phải đo phân bố kích thước hạt đầy đủ của chất rắn dạng khối để đảm bảo bộ nạp được chọn sẽ hoạt động như mong muốn.
• Độ bền kết dính: được sử dụng để thiết lập kích thước cửa xả phễu để đảm bảo lưu lượng đáng tin cậy
• Ma sát thành: được sử dụng để đánh giá dòng chảy của chất rắn dọc theo bề mặt bên trong của phễu và bộ nạp. Cũng được sử dụng để đánh giá khả năng vật liệu tích tụ/bám vào bề mặt bên trong của bộ nạp. Ma sát thành cũng ảnh hưởng đến công suất cần thiết để vận hành bộ nạp.
• Độ nén: phép đo khối lượng riêng theo hàm của áp suất cố kết. Dữ liệu độ nén rất quan trọng để đánh giá tải trọng, tốc độ vận hành, v.v.
• Độ thấm: được sử dụng để dự đoán tác động của hiệu ứng dòng chảy hai pha lên bột mịn. Dữ liệu được sử dụng để đánh giá kích thước của đầu ra cần thiết để đạt được lưu lượng cụ thể.
• Mài mòn: được sử dụng để ước tính độ dày dự kiến ​​bị mất trong thùng và máng ăn. Thử nghiệm này thường được sử dụng để đánh giá tác động của mòn trượt hoặc mòn do khối rắn trượt trên bề mặt.  

Material property	Screw	Belt/apron	Rotary valve
Fine powders	Good	Bad	Great
Coarse particles	Moderate	Great	Bad
Cohesive/sticky	Moderate to good	Great	Bad
Dusty	Moderate	Bad	Great
Abrasive	Moderate	Belt-moderate; apron-great	Bad

Điều quan trọng cần lưu ý hướng dẫn chung khi lựa chọn giữa ba bộ nạp liệu và có thể có những ngoại lệ. Ví dụ, với việc kiểm soát hàng tồn kho phù hợp và thời gian lưu trú đủ, bộ nạp liệu băng tải có thể được sử dụng với bột mịn. Tương tự như vậy, có thể thêm các tính năng chống mài mòn (lớp phủ crom) để cho phép sử dụng van quay với vật liệu mài mòn. 

Các đặc tính vật liệu có thể chỉ ra rằng không có bộ nạp nào trong ba bộ nạp đã thảo luận cho đến nay là phù hợp. Trong những trường hợp đó, có thể cần phải xem xét việc trích xuất cưỡng bức (vật liệu cực kỳ kết dính), rung động (vật liệu dễ vỡ), xả lưu hóa (có khả năng cần thiết để đạt được thông lượng cao) và các phương pháp nạp/xả khác. Trên thực tế, có nhiều loại bộ nạp ngoài ba bộ nạp truyền thống được thảo luận ở đây, bao gồm rất nhiều loại vật liệu và ứng dụng.

Máy nạp liệu là một thành phần quan trọng đối với mọi bình chứa, bất kể vật liệu được lưu trữ trong thùng, kho dự trữ, phễu đổ hay silo. Thiết kế máy nạp liệu phù hợp được thực hiện khi máy nạp liệu cung cấp dòng chảy đáng tin cậy, không bị gián đoạn, kiểm soát lưu lượng (theo thể tích hoặc theo trọng lượng) và loại bỏ vật liệu trên toàn bộ mặt cắt ngang đầu ra của phễu. Ba trong số các máy nạp liệu phổ biến nhất bao gồm máy nạp liệu vít, máy nạp liệu đai/tấm chắn và van quay. Có nhiều cân nhắc khi lựa chọn máy nạp liệu bao gồm hoạt động/quy trình (thông lượng, hiệu ứng thượng nguồn/hạ nguồn,…) và đặc tính vật liệu cụ thể (kích thước hạt, độ kết dính, độ mài mòn,…).

---

Liên hệ với SWOER:

• Hotline: 0347 103 200
• Email: sales@swoer.vn
• Website: www.swoer.vn
• Địa chỉ: Số 4, Dã Tượng, Đường Lê Văn Thịnh, Phường Suối Hoa, Thành phố Bắc Ninh, Tỉnh Bắc Ninh