Tên luận án:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ NGHIỀN BỘT GIẤY KHI DÙNG MÁY NGHIỀN DẠNG ĐĨA TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY
Ngành:
Kỹ thuật cơ khí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả nghiền bột giấy khi sử dụng máy nghiền dạng đĩa trong ngành công nghiệp giấy, đặc biệt là tại Việt Nam. Ngành công nghiệp giấy Việt Nam hiện chỉ đáp ứng khoảng 50% nhu cầu, với một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo chất lượng bột giấy, vốn phụ thuộc vào giai đoạn nghiền tinh.
Chất lượng bột giấy và năng lượng tiêu thụ trong quá trình nghiền là hai yếu tố cốt lõi quyết định tính cạnh tranh của sản phẩm. Các yếu tố như kết cấu đĩa nghiền, hình dáng hình học của răng đĩa và các thông số vận hành ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bột giấy và năng lượng tiêu hao. Hiện tại, đĩa nghiền ở Việt Nam chủ yếu được nhập khẩu và sản xuất hàng loạt, chưa tối ưu hóa cho nguyên liệu xơ sợi đặc thù của Việt Nam, dẫn đến giảm chất lượng bột, tăng thời gian và chi phí sản xuất.
Mục tiêu nghiên cứu là xác định mối quan hệ giữa các thông số thiết kế chính của đĩa nghiền, các thông số công nghệ cơ bản với chất lượng bột giấy và tiêu thụ năng lượng riêng. Từ đó, đề tài tìm ra bộ thông số phù hợp để nâng cao chất lượng bột và giảm năng lượng tiêu thụ trên máy nghiền dạng đĩa.
Nghiên cứu ứng dụng thành công lý thuyết mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên để xây dựng mô hình thực nghiệm mô tả xác thực thiết bị, giảm chi phí thí nghiệm. Đồng thời, giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu (cân bằng giữa chất lượng bột giấy và năng lượng tiêu thụ) bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Các kết quả có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, có thể triển khai và nhân rộng nhanh chóng trong thực tiễn sản xuất giấy tại Việt Nam.
Kết quả từ 27 thí nghiệm thực hiện theo kế hoạch Box-Behnken và xử lý bằng phần mềm Minitab đã cho thấy các mô hình hồi quy có tính phù hợp tốt. Bài toán tối ưu đa mục tiêu đã được giải quyết hài hòa, với hàm kỳ vọng đạt được 0.977, khẳng định khả năng ứng dụng thực tiễn của đề tài.
Mục lục chi tiết:
-
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NGHIỀN BỘT GIẤY
- 1.1. Giới thiệu
- 1.2. Các thông số đánh giá chất lượng bột giấy
- 1.2.1. Chiều dài sợi
- 1.2.2. Độ nghiền
- 1.2.3. Độ bền mẫu giấy thành phẩm
- 1.3. Khái quát về quá trình nghiền bột giấy
- 1.3.1. Khái quát về các giai đoạn nghiền
- 1.3.2. Thiết bị nghiền bột giấy
- 1.4. Tương tác cơ học trong nghiền tinh bằng đĩa nghiền
- 1.4.1. Nguyên lý nghiền tinh dùng đĩa nghiền
- 1.4.2. Chuyển động của dung dịch bột - gỗ
- 1.4.3. Lực tác dụng trên răng đĩa nghiền
- 1.5. Cấu trúc xơ sợi và chất lượng bột giấy
- 1.5.1. Cấu trúc ngang của sợi gỗ
- 1.5.2. Cấu trúc dọc của sợi gỗ
- 1.6. Mức độ tiêu thụ năng lượng trong quá trình nghiền
- 1.7. Ảnh hưởng của thông số kết cấu và công nghệ đến chất lượng và năng lượng nghiền
- 1.7.1. Tốc độ nghiền
- 1.7.2. Khe hở đĩa nghiền
- 1.7.3. Lưu lượng bột
- 1.7.4. Nồng độ bột giấy
- 1.7.5. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đĩa
-
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NGHIỀN
- 2.1. Giới thiệu
- 2.2. Chuyển động của sợi gỗ trong dung dịch khi nghiền
- 2.2.1. Đặc tính dòng chảy của hỗn hợp bột gỗ
- 2.2.2. Tính đồng nhất của dòng dung dịch
- 2.3. Đặc tính cơ học của quá trình nghiền
- 2.3.1. Tương tác lực trong quá trình nghiền
- 2.3.2. Tải trọng riêng trên cạnh răng nghiền
- 2.3.3. Tải trọng riêng trên bề mặt răng nghiền (SSL)
- 2.4. Các ảnh hưởng về kết cấu và vận hành
- 2.5. Cơ sở xây dựng mô hình thực nghiệm
- 2.5.1. Lý thuyết mô hình, đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên
- 2.5.2. Ứng dụng của lý thuyết mô hình – đồng dạng – thứ nguyên
-
Chương 3. MÔ HÌNH VÀ KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM
- 3.1 Giới thiệu
- 3.2. Các thông số cơ bản của mô hình thực nghiệm
- 3.2.1. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình nghiền
- 3.2.2. Chọn lọc các thông số thí nghiệm
- 3.3. Thiết lập mô hình thực nghiệm
- 3.3.1. Thiết bị nghiền
- 3.3.1.1. Đĩa nghiền
- 3.3.1.2. Máy nghiền thực nghiệm
- 3.3.2. Bột nguyên liệu thí nghiệm
- 3.3.3. Cách thu thập dữ liệu đầu ra
- 3.3.3.1. Đo công suất tiêu thụ N
- 3.3.3.2. Cách đánh giá chất lượng nghiền
- 3.4. Cách vận hành hệ thống
- 3.5. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm
- 3.5.1. Bộ thông số thí nghiệm
- 3.5.2. Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm (Kế hoạch Box - Behnken khi n = 4)
- 3.6. Nguyên tắc xử lý số liệu
- 3.6.1. Xác định dạng mô hình hồi quy
- 3.6.2. Kiểm nghiệm mức độ phù hợp của mô hình
- 3.6.3. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu
-
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 4.1. Giới thiệu
- 4.2. Kết quả thực nghiệm
- 4.3. Tối ưu hoá đa mục tiêu
- 4.3.1. Tối ưu hóa mục tiêu hàm YN
- 4.3.2. Tối ưu hóa mục tiêu hàm YK
- 4.3.3. Giải bài toán thương lượng giữa hàm năng lượng riêng YN và hàm độ nghiền YK
- 4.4. Triển khai kết quả cho dãy máy thực
- 4.4.1. Xác định bộ chỉ số đồng dạng theo công suất nghiền
- 4.4.2. Xác định bộ chỉ số đồng dạng theo năng suất nghiền
-
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ