ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ SẤY.DOC

Nh vậy, muốn sấy khômột vật thể ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau : - Gia nhiệt cho vật thể để đa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòaứng với áp suất hơi nớc trên bề mặt v

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, ngành côngnghệ hóa chất đóng vai trò ngày càng quan trọng trên thế giới ứng dụngcủa ngành công nghệ hóa chất trong công nghiệp và trong đời sống là rấtrộng lớn Đối với một nớc công nghiệp nh nớc ta thì kỹ thuật sấy rất cầnthiết cho việc sản xuất Chất lợng sản phẩm sau khi sấy đóng vai trò quantrọng trong việc hoàn thiện và nâng cao chất lợng sản phẩm Chính vì thế,việc tính toán thiết kế hệ thống sấy phù hợp với yêu cầu sản xuất trong thựctiễn là rất cần thiết

Trong hiện tại, có rất nhiều phơng pháp sấy hiện đại và có hiệu quả cao.Tuy nhiên, với việc sấy apatít thì sấy thùng quay là hợp lý hơn cả Hệ thốngsấy thùng quay rất phổ biến trong công nghệ hóa chất do có nhiều u điểm

và khá gọn nhẹ, dễ tự động hóa Hiện tại, nói chung trong công nghệ hóachất luôn đòi hỏi phải hoàn thiện, cải tiến các thiết bị hóa chất đặc biệt làcác thiết bị cần thiết nh kỹ thuật sấy Vì vậy, sự tìm hiểu nghiên cứu về kỹthuật và thiết bị sấy là rất cần thiết Đó cũng là mục đích cơ bản của đồ ánnày

Phần I : Tổng quan

Chơng I Đại cơng về quá trình sấy.

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, vật liệu, sản phẩm…bằng cách làm bay hơi nớc trong các vật thể cần sấy Nh vậy, muốn sấy khômột vật thể ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau :

- Gia nhiệt cho vật thể để đa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòaứng với áp suất hơi nớc trên bề mặt vật

- Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể

- Vận chuyển ẩm đã thoát ra khỏi vật thể

Có nhiều cách gia nhiệt cho vật thể và cũng có nhiều cách vận chuyển ẩm

từ bề mặt vật thể ra môi trờng Tơng ứng với chúng, ta có các phơng phápsấy khác nhau Qua đó ta cần xét các quá trình xảy ra cụ thể trong khi mộtquá trình sấy cụ thể là thực hiện : quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt chovật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật liệu sấy đến môi trờng, quá trình truyền

ẩm từ trong vật sấy đến bề mặt vật thể Các quá trình truyền nhiệt, truyềnchất trên xảy ra đồng thời và có ảnh hởng lẫn nhau Để khống chế và điềukhiển quá trình sấy theo hớng có lợi nhất cho ngời sử dụng thì cần nghiêncứu các quá trình truyền chất và truyền nhiệt nói trên

I lý thuyết về sấy

I.1 Các dạng ẩm trong vật liệu sấy:

Khi nghiên cứu về quá trình sấy một vấn đề quan trọng là phải xác định đợccác dạng tồn tại; hình thức giữa ẩm và vật khô Vật ẩm thờng tập hợp của bapha : rắn, lỏng, hơi Các vật rắn đem sấy thờng là các vật xốp mao dẫn hoặc

là keo xốp mao dẫn

Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi – khí có thể rấtlớn nhng tỷ lệ khối lợng của nó so với phần rắn và phầm ẩm lỏng là nhỏ, cóthể bỏ qua Do vậy, trong kỹ thuật sấy thờng coi vật ẩm chỉ gồm phần rắnkhô và phần ẩm lỏng

Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩmtrong vật Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó các phânloại của Robinde đợc sử dụng rộng rãi vì nó nêu đợc bản chất hình thànhcác dạng liên kết ẩm khác nhau Theo cách này các dạng liên kết ẩm đợcchia làm 3 nhóm chính là : liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.I.1.1 Liên kết hóa học :

Liên kết hóa học gữa ẩm và vật khô rất bền vững, trong đó các phân tử nớc

đã trở thành một bộ phận trong thành phầm hóa học của phân tử vật ẩm.Loại này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thờng phải nung vật

đến nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm thì tính chất lý hóa của vật thay đổi

I.1.2 Liên kết hóa lý :

I.1.3 Liên kết cơ lý : Đây là dạng liên kết giữa nớc và vật liệu đợc tạo thành

do sức căng bề mặt của nớc trong các mao quản hay bề mặt ngoài của vật.Liên kết cơ lý bao gồm :

- Liên kết cấu trúc : Là liên kết giữa nớc và vật liệu hình thành trongquá trình hình thành vật Ví dụ : nớc trong các tế bào động vật, do vật

đông đặc khi nó chứa sẵn nớc Để tách nớc trong trờng hợp liên kết cấutrúc ta có thể làm nớc bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc của vật.Sau khi tách nớc vật bị biến dạng có thể làm thay đổi tính chất của vật

- Liên kết mao dẫn : Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản nh : gỗ, vải…trong vật thể này có vô số mao quản

Các vật thể này khi để trong nớc, nớc sẽ theo mao quản xâm nhập vàovật thể Khi vật thể này để trong không khí ẩm thì hơi nớc sẽ ngng tụtrên bề mặt mao quản là theo các mao quản xâm nhập vào vật thể Trongtrờng hợp này muốn tách ẩm ta cần đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn ápsuất mao dẫn Vật sau khi tách ẩm nói chung vẫn giữ đợc kích thớc, hìnhdạng và tính chất

- Liên kết dính ớt : Là liên kết do nớc bám vào bề mặt vật ẩm liên kếtdính ớt dễ tách khỏi vật bằng cách bay hơi hay bằng cách cơ học nhlau, thấm, thổi…

I.2 Phân loại vật liệu ẩm :

Theo L cốp, vật ẩm đợc chia thành ba loại : vật xốp mao dẫn, vật keo, vậtkeo xốp mao dẫn Sự phân loại này chỉ có ý nghĩa tơng đối vì các vật sấy rất

đa dạng, nhiều loại Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảosát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho nhữngvật liệu và nhóm vật liệu khác nhau

I.2.1 Vật xốp mao dẫn : Là những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật chủyếu bằng liên kết mao dẫn Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ớtkhông phụ thuộc vào thành phần chất lỏng Ví dụ : vật liệu xây dựng, cát,than củi…

Trong vật, lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lợng ẩm chứa trongvật và nó quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật Trong trờng hợptrọng lợng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì vật đợc gọi là vật xốp Đặc

điểm của vật xốp mao dẫn là sau khi sấy xong thì nó trở nên giòn và rất dễ

bị vỡ vụn

I.2.2 Vật keo :

Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Trong vật keo, ẩm liên kết ở dạng hấp phụ và thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót rất nhiều và vẫn giữ đợc tính dẻo

I.2.3 Vật keo mao dẫn :

Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốpmao dẫn thì gọi là vật keo xốp mao dẫn Về cấu trúc các vật này thuộc loạivật xốp mao dẫn nhng về bản chất lại là vật keo, có nghĩa là thành maoquản của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trơng lên còn khi sấythì co lại

I.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

I.3.1 Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu :

Giai đoạn này rất ngắn có thể coi nh không tồn tại, nó tơng ứng với việcnâng cao nhiệt độ của vật liệu lên đến nhiệt độ sấy Nhiệt độ đó không đạt

đợc ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt

độ của tác nhân sấy và bản thân nó thờng là một chất có độ dẫn nhiệt kém

ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh

I.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc :

Tơng ứng với việc bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu Trong giai đoạn này tốc

độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi từ bềmặt vào môi trờng Nhiệt độ của vật liệu sấy không đổi và đúng bằng nhiệt

độ bầu ớt của không khí Trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay đổi khivận tốc tác nhân sấy là không đổi

I.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc :

Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phầngiảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm nhanh chóng Trong giai

đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc

độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trờng

Đôi khi ta còn phải chia giai đoạn này thành 2 giai đoạn khác nhau : Giai

đoạn trên bề mặt không còn ẩm tự do nữa song các lớp sâu bên trong vẫncòn và giai đoạn không còn ẩm tự do trên vật liệu Trong giai đoạn nàynhiệt độ vật liệu sấy tăng dần và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy Sở

dĩ nh vậy là do tốc độ bay hơi giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnhgiảm Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trongvật liệu, có nghĩa là vật đạt đợc độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ

đạt đợc nhiệt độ của môi trờng xung quanh và do đó có thể vợt quá nhiệt độcho phép của vật liệu

ẩm cao, hay hạt bị ma và có khối lợng không lớn Do độ ẩm cao nên

áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn so với trong không khí và do đó cótốc độ bay hơi đáng kể Trời càng khô ráo, tốc độ bay hơi càng lớn vàngợc lại Vì vậy, trong trờng hợp độ ẩm không khí quá lớn, đặc biệt

là khi có sơng mù hoặc ma thì việc hong khô không thực hiện đợc.Tốc độ bay hơi tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc của hạt với không khí

và tốc độ không khí Vì vậy trong khi phơi phải trải hạt thành lớpcàng mỏng càng tốt và ở nơi thoáng gió

- Phơi nắng : Là phơng pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt độ bức xạ củamặt trời Đó là phơng pháp đơn giản, rẻ tiền nên đợc áp dụng rộng rãitrong thực tế Nguyên lý của quá trình bốc hơi nớc từ vật liệu vàokhông khí là do vật hấp thụ ánh nắng mặt trời làm tăng nhiệt độ củahạt và áp suất hơi trên bề mặt hạt Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào bềmặt chiếu sáng và bay hơi của hạt, hệ số hấp thụ bức xạ của hạt …Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào tốc độ khô và tốc độ chuyển độngcủa không khí Phơi nắng có nhợc điểm là bị động, phụ thuộc vàothời tiết, lao động nặng nhọc, sân phơi chiếm diện tích lớn

- Sấy tiếp xúc : Là phơng pháp sấy dựa trên nguyên tắc tăng nhiệt độcủa hạt bằng phơng pháp truyền nhiệt độ trực tiếp từ thành thiết bị

đến hạt Do đó làm tăng áp suất hơi trên bề mặt hạt dẫn đến làm nớctrong hạt bốc hơi vào không khí Tốc độ bay hơi nớc của hạt phụthuộc vào tốc độ truyền nhiệt độ từ thành thiết bị đến hạt Thông th-ờng, do hệ số truyền nhiệt quá bé nên phải tăng nhiệt độ đốt nóngthiết bị dẫn tới vừa tốn kém nhiên liệu vừa mau hỏng thiết bị, mặtkhác sẽ gây ra quá nhiệt ở một số bộ phận hạt Ưu điểm của phơngpháp này là đơn giản, tốc độ sấy nhanh, có thể đạt đợc độ ẩm của hạtkhá thấp Tuy nhiên, phơng pháp này chỉ thích hợp để sấy nhanh mộtlợng hạt không lớn, không cần chế độ nhiệt độ nghiêm ngặt.

- Sấy đối lu : Là phơng pháp sấy dùng không khí nóng hoặc hỗn hợpkhông khí với khói lò để đốt nóng và làm bay hơi ẩm trong hạt đồngthời chuyển ẩm ra ngoài

I.5 Phân loại thiết bị sấy :

Sấy ở nhiệt độ thấp thờng có bề dày hạt từ 1  4m

Lớp hạt trong khi sấy sẽ phân chia thành từng vùng : vùng đã sấy, vùng

đang sấy và vùng cha sấy Khi vùng đã sấy lên đến lớp mặt trên thì quátrình sấy hoàn thành

Sấy tĩnh ở nhiệt độ cao làm lớp tiếp xúc đầu tiên với không khí nóng sẽ khôtrớc và chịu nhiệt lâu nên dễ h hỏng, do đó tùy vật liệu mà chọn nhiệt độsấy cho phù hợp Chiều dài lớp hạt từ 20  40 cm đôi khi có thể lên tới 60

 100cm nhng phải có lu lợng gió và nhiệt độ phù hợp Ưu điểm của máysấy tĩnh là chi phí đầu t thấp, cấu tạo đơn giản Nhợc điểm là độ ẩm của hạtkhông đều và tốn nhân công cho việc nạp và tháo liệu

Để khắc phục nhợc điểm của máy sấy tĩnh ngời ta đa ra loại máy sấy tĩnh

có đảo trộn Loại máy này làm việc theo nguyên lý sấy tĩnh nhng có đảo hạtnên độ khô của hạt đồng đều hơn

I.5.2 Sấy động :

Đặc trng cơ bản của sấy động là vật liệu sấy chuyển động trong quá trìnhsấy Phơng pháp này hiện nay đang rất phổ biến do có u điểm và tốc độ sấy

nhanh, năng suất lớn, chất lợng hạt đồng đều, khả năng tự động hóa cao.Tuy nhiên vốn đầu t là khá lớn.

Chơng II giới thiệu về công ty supe phốt phát và

hóa chất lâm thao

Vào mùa hè cách đây hơn 40 năm (5/1959) Nhà máy supe phốt phát và hóachất Lâm Thao đã chính thức đợc khởi công xây dựng (Nay là Công ty supephốt phát và hóa chất Lâm Thao) Đây là một trong những đứa con đầu lòngcủa ngành hóa chất Việt Nam Sau hơn 3 năm lao động khẩn trơng của hơn

500 bộ đội chuyển ngành từ các chiến trờng Điện Biên, Khu 5, cùng hàngngàn thanh niên xung phong, học sinh, sinh viên tham gia mở công trờng,san lấp đồi, xây nền móng nhà xởng, lắp đặt thiết bị dới sự hớng dẫn củachuyên gia nớc bạn Hơn 80 công trình lớn nhỏ đã mọc lên trên khoảng đấtrộng hơn 7,3 ha

Món quà tặng quý giá của Đảng cộng sản, Chính phủ và nhân dân Liên Xô

đã đi vào sản xuất ngày 24/6/1962 Dù còn bỡ ngỡ trong lĩnh vực khoa học

kỹ thuật, cán bộ công nhân (phần lớn là bộ đội chuyển ngành) đã ra sứcnâng cao nghiệp vụ chuyên môn thực hiện nghiêm ngặt chế độ công nghệ,giữ nghiêm kỷ luật lao động, quản lý tốt và vận hành ổn định một cơ sở sảnxuất lớn với các dây chuyền sản xuất chủ yếu trang bị cơ khí hóa và mộtphần tự động hóa nên chỉ 1 năm sau đã đa nhà máy đạt công suất 4 vạn tấnaxit sunfuric/năm và 10 vạn tấn supe lân/năm Nguồn phân lân của nhà máy

đã tạo điều kiện nâng cao năng suất lúa của đồng ruộng Việt Nam

Năm 1964, do có nhiều sáng kiến cải tiến đợc áp dụng vào sản xuấtsản lợng supe lân đợc nâng lên 135.000 tấn/năm Coi khoa học kỹ thuật là

động lực chính để nâng cao năng suất lao động Cán bộ công nhân của nhàmáy đã không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức khoa học áp dụng vào sảnxuất Phong trào cải tiến sáng kiến đã trở thành truyền thống cao đẹp màcác thế hệ cán bộ công nhân từ lớp này đến lớp khác tiếp tục duy trì

Qua 3 lần cải tạo và mở rộng, đến nay Công ty đã có khả năng sản xuất570.000 tấn supe lân/năm và vơn tới 600.000 supe lân/năm với trên 6 vạntấn phân hỗn hợp NPK/năm các loại khác nhau cung cấp cho đồng ruộnggóp phần đa đất nớc từ chỗ thiếu lơng thực trở thành một nớc sản xuất gạo

đứng hàng thứ 2 trên thế giới nâng tổng sản lợng lơng thực của nớc ta đạt

31 triệu tấn lơng thực quy thóc Bằng nguồn vốn tự bổ sung khai khác cáctiềm năng của công ty, sử dụng nguyên liệu trong nớc Công ty đã tự nghiêncứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị đa vào sản xuất ở quy mô côngnghiệp Chín mặt hàng mới và 20 mặt hàng hóa chất các loại đã cung cấptrong nớc và xuất khẩu Các mặt hàng này đã đợc Hội chợ triển lãm kinh tế

kỹ thuật Việt Nam cấp 4 huy chơng vàng, 10 huy chơng bạc Tổng cục đo

l-ờng tiêu chuẩn cấp cho 2 sản phẩm chính (phân supe phốt phát, axitsunfuric) dấu chất lợng cấp 1.

Đặc biệt gần đây Công ty là một trong hai đơn vị đầu tiên của ngành hóachất đợc Bộ khoa học và công nghệ môi trờng tặng giải bạc chất lợng ViệtNam năm 1996; Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn trao giải Bông lúavàng tại Hội chợ triển lãm nông lâm nghiệp quốc tế năm 1996 tại Cần Thơ.Trong chiến tranh chống Mỹ công ty đã có nhiều ngời con lên đờng nhậpngũ bảo vệ tổ quốc tham gia chiến đấu ở các chiến trờng Trong số họ cónhững ngời đã hy sinh tuổi thanh xuân của mình cho sự nghiệp giải phóngdân tộc Những ngời trở về tiếp tục sản xuất và không ngừng phát huytruyền thống vẻ vang tiếp bớc cha anh đi trớc

Hơn 40 năm hoạt động Công ty đã phấn đấu tiếp tục để nâng caonăng lực sản xuất, phát triển các mặt nhằm duy trì và nâng cao chất lợngsản phẩm bằng cách đầu t và đổi mới công nghệ, thiết bị; giảm chi phí sảnxuất; giảm giá thành sản phẩm thích ứng với thị hiếu khách hàng Đặc biệt,trong cơ chế thị trờng Công ty đã vợt qua những thử thách gay go tìm ranhững biện pháp huy động vốn, sắp xếp lại tổ chức, khai thác tiềm năng,làm tốt công tác tiếp thị, mở rộng thị trờng tiêu thụ sản phẩm và từ đókhông ngừng đẩy mạnh sản xuất

Sau khi đi vào sản xuất công ty đã hoạt động khá ổn định, khắc phục đợcmột số sự cố ban đầu khi mới chạy xởng nh : nhập nguyên liệu lu huỳnh cóchất lợng tốt hơn, cải tạo kho chứa lu huỳnh kín, giữ lu huỳnh có độ ẩmthấp, chống bụi supe và bụi xỉ của Xí nghiệp supe II Lắp quạt trung ápBMN 15 thay cho quạt BД 12 có lu lợng và áp suất lớn hơn chống đợc hiệntợng bít tắc ống cán nồi hơi, giảm trở lực của lò đốt…

Thành tích tốt đẹp đã đạt đợc của công ty nói chung và các xí nghiệp,phân xởng thành viên nói riêng là sự chỉ đạo đúng đắn của Đảng bộ, banlãnh đạo công ty và khối đoàn kết đồng tâm đồng lòng của toàn thể cán bộcông nhân trong công ty Với những nhiệm vụ còn nặng nề để hòa nhậpcùng đất nớc đi lên trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa Công tysupe phốt phát và hóa chất lâm thao quyết tâm phấn đấu đạt đợc những mụctiêu đã xác định luôn luôn xứng đáng với danh hiệu:”Đơn vị anh hùng lao

động”, mà nhà nớc trao tặng

chơng III đặc tính của supe phốt phát đơn.

I Công thức hóa học của các thành phần

trong supe phốt phát đơn.

Sụpe phốt phát đơn là 1 hỗn hợp gồm: Các muối của axít octopotparicmột lợng của axít octo potporic tự do và apatít cha phân hủy Công thứchóa học của các thành phần trong supe phốt phát nh sau:

Ca(H2PO4)2H2O: mô nô can xi phốt phát

H3PO4: axít phốt phoríc tự do

FePO4.2H2O: Phốt phát sắt III

AlPO4.2H2O: Phốt phát nhôm

CaHPO4: Đi canxi phốt phát

Ca5(PO4)3F: Apatít cha phân hủy

CaSO4: Sun phát canxi

II Tính chất hóa học cơ bản của supe phốt phát:

Supe phốt phát là 1 loại bột tơi xốp có màu xám sẫm hoặc xám nhạt, trọnglợng riêng đổ đống từ 1,11,5T/m2 Hàm lợng của các hợp chất phốt phátchứa trong supe phốt phát đợc tính ra phần trăm anhyđrit phốt phoric tức làphần trăm P2O5

Phần P2O5 trong supe phốt phát ở dạng hòa tan trong nớc (P2O5 hòatan trong nớc) gồm có mô nô phốt phát canxi và axít phốt phoric tự do

Các phốt phát sắt, phốt phát nhôm đi canxi phốt phát không hòa tantrong nớc mà hòa tan 1 phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch xitrat amon,cây cối cũng có thể hấp thụ đợc nhng chậm gọi là P2O5 hòa trong xi trat

Chất lợng của supe phốt phát đợc đánh giá theo hàm lợng P2O5 hữuhiệu (dạng P2O5 mà cây cối có thể hấp thu đợc) là tổng các dạng P2O5 hòatan trong nớc và P2O5 hòa tan trong xi trat, ngoài ra trong supe phốt phátchứa 1 phần P2O5 không hòa tan trong xi trat nằm trong lợng apatít cha đợcphân hủy.

Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hòa tan trong xi trat hợpthành P2O5 chung

Tỷ lệ phần trăm của P2O5 hữu hiệu đối với P2O5 chung hiển thị mức

độ phân hủy apatit bởi axit sun phuric gọi là hệ số phân hủy (K)…

III ứng dụng của supe phốt phát đơn:

Supe phốt phát đơn đợc sử dụng chính để làm phân bón có chứa phốtphát Phốt pho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dỡng làm tăng lợng bột

ở các loại cây có củ, có hạt, tăng lợng đờng ở các loại cây có quả, làm chocây cứng cáp, chống đợc sâu bệnh Nói chung là làm cho cây trồng pháttriển khỏe mạnh, cho năng suất thu hoạch cao đối với các cây công nghiệp

và nông nghiệp Ngoài ra supe phốt phát đơn còn dùng để sản suất các loạiphân bón hỗn hợp PK hoặc NPK, dùng sản xuất chất khoáng bổ sung thức

ăn cho gia súc

IV Tiêu chuẩn nhà nớc về pupe phốt phát đơn

Supe phốt phát đơn sản xuất tại công ty supe phốt phát Lâm Thaobằng apatít Lào Cai theo tiêu chuẩn nhà nớc số TCVN 14440-87 phải đạtcác tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

Hàm lợng P2O5 hữu hiệu không nhỏ hơn 16,5%

Nguyên liệu để điều chế phốt phát là bột apatít và axít sun furíc,nguyên liệu để trung hòa cũng là bột apatít.

Apatít là 1 loại quặng gồm các muối của axít phốt phoríc chủ yếu làFloapatít và các tạp chất khác Quặng có màu nâu sẫm hoăc màu nâu vàng,không hòa tan trong nớc nhng hòa tan trong các axít vô cơ, trọng lợng từ1,5 2,2 T/m3

Nhiệt độ nóng chảy 15500c- 14700c

Công thức hóa học của các thành phần chính trong apatít:

Ca5(PO4)3F: Flo apatít

NaF(SiO3) Nê Eghesin

(Na2K)AlSiO4 nSiO2: Nê fêlin

CaTiSiO5: Sfen

(Ca, Mg)CO3: Đô lomit

m Fe2O4 nFeTiO3 TiO2: Titan manhêtít

Apatít Lào Cai đa vào sản xuất ở công ty là loại apatít nguyên khaicha làm giàu, không đồng nhất về kích thớc lẫn phẩm chất, thờng chiếm từ

8190% Flo apatít và phân bổ không đều Các tạp chất nhiều và không ổn

định độ ẩm cũng cao thấp thờng Quặng apatít Lào Cai có đặc điểm xốp khisấy hơi nớc dễ thoát, độ cứng nhỏ dễ nghiền, bột apatít nghiền mịn có tínhtrôi lớn

II Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất supe phốt phát :

Quá trình hóa học trong sản xuất supe phốt phát đợc đặc trng bằngphơng trình tổng:

2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 5H2O = 3Ca(H2PO4)2H2O + 7CaSO4 + 2HFThực chất phản ứng này tiến hành theo 2 giai đoạn Đầu tiên khi trộn quặngapatít với axít sunfuríc thì phản ứng xảy ra trên bề mặt hạt quặng và tạothành H3PO4 tự do:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 2,5H2O = 3H3PO4 + 5 H2SO4

2

1H2O + HF.Phản ứng này xảy ra khi trộn quặng với axít sunfuric và kết thúc sau

20 phút trong phòng hóa thành Khi sấy 5CaSO4.0,5H2O tách ra và chuyểnthành CaSO4 khan tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần pha lỏng

Trong thời gian ủ ở phòng hóa thành giai đoạn I hầu nh kết thúc vàgiai đoạn 2 bắt đầu, đây là giai đoạn phản ứng chậm giữa axít phốtphoricmới sinh ra với apatít còn d lại sau phản ứng I

Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2 H2O + HF

Ca(H2PO4)2 tạo thành ban đầu còn nằm trong dung dịch rồi dần trở thànhquá bão hòa và bắt đầu kết tinh Trong giai đoạn thứ nhất, tùy vào mức độphân hủy quặng apatít (khoảng 70%) và tùy theo sự kết tinh của CaSO4 màkhối phản ứng dần bị đặc lại Nh vậy việc đặc quánh lại xảy ra trớc lúc tiêuhao hết H2SO4 , nghĩa là trong giai đoạn I khối supe đã đóng rắn mà giai

đoạn 2 cha bắt đầu Nếu còn H2SO4 sẽ có phản ứng:

Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H3PO4

Do vậy hai giai đoạn phản ứng là nối tiếp nhau Giai đoạn 2 của quátrình đợc bắt đầu trong thời kỳ ủ supe trong phòng hóa thành và kết thúcsau 6 đến 30 ngày tùy thuộc vào nguyên liệu

Thời kỳ ủ là thời kỳ tái phân hủy apatít, vì nhiệt độ trong phòng hóa thànhcao, dung dịch H3PO4 bị bão hòa bởi Ca(H2PO4)2 H2O và quá trình phân giảixem nh bị ngừng lại Trong đó mức phân giải của apatít mới chỉ đạt 85%.Tiếp tục phân giải tới 94 96% thì cần làm lạnh supe đến 40500c Khisấy Ca(H2PO4)2 sẽ kết tinh thành pha rắn Độ trung hòa lỏng Z sẽ giảm

Z =

] ) ( [ 5 2 5

2

2 4 2 5

2

2 4 2 4

3

])(

[

PO H Ca PO

O P

PO H Ca O P

Ca(H2PO4)2 + H2O = CaHPO4 + H3PO4

Lợng H3PO4 sinh ra lại càng tăng tính hút ẩm, làm sản phẩm càng trởnên ẩm ớt, vón cục khó khăn cho quá trình vận chuyển, bảo quản Do đó tr-

ớc khi xuất kho cần phải trung hòa P2O5 tự do xuống còn 13% Các chấttrung hòa có thể dùng là: đá vôi, bột xơng cá…

III Dây chuyền sản xuất:

Quặng apatít khai thác từ Lào Cai có kích thớc quặng từ 20  200mm và có

độ ẩm 8  14% đợc gầu múc đa qua sàng xuống bunke chứa quặng (9) rồirơi vào thùng sấy thùng quay (12)

Than từ kho đợc cầu trục múc lên bunhe xuống băng tải cao su (8) và

đa vào lò đốt than (1) Than cháy đợc nhờ quạt thổi không khí (2) thổi khí

từ dới lên Khói lò đi từ lò đốt vào sấy thùng quay và sấy apatít kho đến 1,5

 2,5% Ra khỏi thùng quay, quặng đi vào máy búa (4), ra khỏi máy búathì kích thớc quặng  20mm rơi xuống băng tải (5) và đi lên bunhe chứa

Khí và bụi ra khỏi thung sấy đợc quạt hút (6), hút qua xyclon(13) đểlắng bụi, khí sau xyclon mang theo bột có độ mịn cao tiếp tục đợc sục quathiết bị lọc bụi ớt (14) qua tháp tách giọt (15) và đợc phóng không lên trờitheo ống khí thải, còn bụi lắng đợc thải ra ao lắng để thu hồi lại cho sảnxuất.

Từ bunhe quặng đa qua cung cấp đĩa , qua ống dẫn và máy nghiền bi (7) rồi

đi qua bộ phận phân li cơ học (17) nhờ quạt hút (21) Những hạt quặng cókích thớc nhỏ hơn 0,16mm vào xyclon (18) có đờng kín 1,6 (m), còn nhữnghạt  0,16 mm thì quay lại máy nghiền nhờ ống hồi lu ở cuối Khí và bụimịn đi qua cụm xyclon tô hợp (20), tại đây bột tiếp tục đợc lắng lại hầu hết.Lợng quặng lắng ở xyclon đơn và xyclon tổ hợp nhờ vít gạt bột đa xuốngbăng tải (19) và đa sang bộ phận điều chế Khí sau khi qua quạt đợc hồi lulại 1/3 lợng khí bổ xung cho máy nghiền Còn 2/3 lợng khí đi qua thiết bịlọc ớt, qua tháp tách giọt và phóng không ra ngoài

Băng tải (19) đa quặng có độ ẩm 1,5  2,5% và d  0,16mm lênbunhe và đi vào thùng trộn () Axít 76% từ thùng chứa đợc đa lên thùngcao vị(23) nhờ bơm còn nớc đợc đa lên thùng cao vị (24) Axít 76% và nớc

đợc pha loãng hạ nồng độ axít xuống còn 68% và đi vào thùng trộn (25).Trong thùng trộn xảy ra phản ứng

Ca5F(PO4)3 + 5 H2SO4 +

2

5H2O = 5 CaSO4

2

1H2O = 5 CaSO4

2

1

H2O + HF + 3 H3PO4 (1)

Apatít và axít đợc trộn đều với nhau nhờ 4 cách khuấy thời gian lu là

3  5 phút và đợc đa vào phòng hóa thành (27) Tại đây phản ứng (1) diễn

ra trong vòng 20 phút cho tới khi hết axít H2SO4 thì xảy ra phản ứng :

Ca5F(PO4)3 + 7 H3PO4 + 5 H2O = Ca(H2PO4)2 + H2O + HF(2).Trong phòng hóa thành (27) khối supe nhanh chóng đợc kết tinh và

đa ra ngoài nhờ hệ thống cắt quay ngợc chiều với phòng hóa thành Supe

t-ơi rt-ơi xuống băng tải (45) qua hệ thống đánh tung (46) và vào kho ủ (47).Tại đây supe đợc ủ trong 21 ngày đêm và đảo trộn định kỳ 3 lần nhờ cầutrục và đợc trung hòa bằng bột apatít để giảm P2O5 tự do trong supe xuốngcòn  4% Khí sinh ra trong phòng hóa thành sẽ phản ứng với SO2 có trongquặng tạo ra SiF4

4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O

SiF4 đợc đi qua 2 tháp hấp thụ (29) nhờ quạt hút (34) rồi qua tháp hấpthụ rỗng (30) để hấp thụ triệt để lợng khí Flo còn lại trớc khi phóng khônglên trời.

Phản ứng hấp phụ:

3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2

Axít H2SiF6 từ tháp có nồng độ 8 12% đợc bơm sang thùng chứa(35) và bơm lên cao vị (32) Nớc muối từ thùng (41) đợc bơm lên thùng cao

vị (37) và muối + axít đi vào thùng phản ứng (36) Tại đó có phản ứng:

Na2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCl

Na2SiF6 sinh ra ở dạng huyền phù, sau đó dung dịch đợc đa xuốngmáy li tâm đứng (38) ở đây Na2SiF6 đợc tách ra và đi xuống băng tải (39)vào bunhe và đa vào ống sấy qua vít xoắn , ống sấy đợc cung cấp khí nóngnhờ lò đốt (43), sử dụng dầu FO, nhiệt độ lò là 1300c, trớc khi vào ống sấythì nó đợc trộn với 1 luồng không khí để giảm nhiệt độ xuống còn 200 

250c Các hạt Na2SiF6 sau khi sấy đi vào xyclon chùm, lắng xuống đáy và

đem đóng bao Còn khí sấy ra khỏi xyclon có nhiệt độ từ 110 1200c thì

đem xử lý và phóng không

Nh vậy kết thúc toàn bộ dây chuyền thì thu đợc sản phẩm chính là supe lân

và sản phẩm phụ là thuốc trừ sâu Na2SiF6

IV Chọn thiết bị để tính toán và thiết kế:

Ta thấy đợc trong quá trình sản xuất supe phốt phát thì độ ẩm củaquặng Apatít là khá quan trọng Do vậy ta chọn thiết bị để tính toán và thiết

kế là hệ thống máy sấy thùng quay

Phần II:

Tính toán thiết kế thiết bị chính

có trong dây truyền

Chơng I: Tính toán thiết bị chính

I.Tính cân bằng vật liệu máy sấy.

I.1 Phơng trình cân bằng vật liệu

Trong đó:

G1: Khối lợng vật liệu đi vào máy (kg/s)

G2: Khối lợng vật liệu ra khỏi máy (kg/s)

W1, W2: Độ ẩm ban đầu, ban cuối của vật liệu (%)

Ta có: G1= 10000 (kg/h) = 2,78(kg/s)

W1= 14% khối lợng chung W2= 1,5% khối lợng chung

) 14 100 (





= 2,43 (kg/s) =8748(kg/h)W= G1- G2= 10000 - 8748 = 1252 (kg/h)

II Các kích thớc cơ bản của thùng quay:

A: Cờng độ bốc hơi ẩm A phụ thuộc rất nhiều yếu tố (độ ẩm, nhiệt

độ vật liệu sấy, thiết bị sấy ) Đối với máy sấy thùng quay, sấy apatít tachọn A = 50 (hg ẩm/m3h)

V = A =

V

W

= 50

1252 = 25,04(m3)Quan hệ giữa chiều dài là đờng kính thùng:

D

L

= 3,5 7 chọn

D L

= 4 ta có:

Vậy thùng sấy có chiều dài L = 8(m) và đờng kính D = 2(m).

III Tính thời gian sấy:

[VI –1]

 =

1

.

x: khối lợng riêng xốp của vật liệu(kg/m3)

Đối với apatít ta tra đợc x = 1850(kg/m3)

: Hệ số điền đầy, chọn =20%

 =

60 / 10000

2 , 0 04 , 25

: Thời gian sấy(phút)

m, K: Hệ số phụ thuộc cấu tạo cánh và chiều chuyển động củakhói Với sấy xuôi chiều và chọn cánh dạng vạt áo thì ta tra đợc:

m= 0,7; K= 0,75 (III-122)

1 59 , 55

8 75 , 0 7 , 0

Chơng II: quá trình sấy lý thuyết.

I Tính toán quá trình cháy:

Thành phần nhiên liệu là than có thành phần :

II Xác định các thông số cơ bản của tác nhân sấy :

Theo thống kê khí hậu Việt Nam ta có :

Điểm A : Không khí trớc khi vào buồng đốt

tO = 250C

GO = 85%

Từ đó tra trên đồ thị I – d ta tìm đợc : dO = 0,017 kg ẩm/ kg kk

IO = 68,383 kJ/kg kk

Điểm K : Tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng đốt.

Khối lợng nớc chứa trong khói lò sau buồng đốt :

: Hệ số không khí thừa của buồng đốt

l : Lợng không khí khô thực tế để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.

l 0 : Lợng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

Trong các lò đốt cháy của hệ thống ta có : bđ = 1,2  1,3 Chọn bđ =1,2

)

9

(

0

0 0

A H Tr l

d l A

H bd

nl b

C C t l I

Q

K

bd d

l



  

[kJ/kg K] [I – 59]

 : Hiệu suất buồng đốt Chọn bđ = 0,8

Cnl : Nhiệt dung riêng nhiên liệu Đối với than ta có Cnl = 0,12 kJ/kg.K.tnl : Nhiệt độ nhiên liệu Tnl = 250C

I’ =

'

0 0 nl

nl b

C C t l I

Q

K

bd d

,

1

2500 '.

'

d

d I

,

1

2500 096 , 0 3 , 2017

1 [

.

.

0

2 2 2 2 2 2 2

2

A H g Te l

R G R G R

G R

G

bd

N N O O SO SO CO

929 , 296 49 , 4 813 , 259 022 , 0 906 , 129 064 , 0 955 , 188 347

Cũng nh không khí ẩm ta xem khói là hỗn hợp khí lý tởng giữa khói khô

và hơi nớc Theo định nghĩa lợng chứa ẩm, ta có khối lợng của khói tơng

Điểm B : Tác nhân sấy rất lớn sau khi ra khỏi buồng hòa trộn.

Entanpi của hơi nớc ở nhiệt độ t :

.[

)].

9 ( 1 [ ).

9 (

0 0

0

0 d i i G t t l

t C e A H i

A H t

C h

a

k a

a

pk a

nl nl bd

004 , 1 ) 05 , 2546 7

, 3144 ( 017 , 0 [

857 , 4

350 004 , 1 )].

206 , 0 25 , 0 027 , 0 9 ( 1 [ 7 , 3144 ).

25 , 0 027 , 0 9 ( 25 12 , 0 8 , 0

9 ( 1

[ l

.d l A) (9.H

0

0 0

A H

=

)]

25 , 0 027 , 0 9 ( 206 , 0 1 [ 857 , 4

28

,

6

0,017 ,28.4,857.

6 ) 25 , 0 (9.0,027

0 0 nl nl bd

42 , 4026

B d

B : ¸p suÊt khÝ trêi

G1 =

168 ).

033 , 0 621

,

0

(

) 750

745 (

033 , 0



= 2,98.10-2%

§iÓm C : T¸c nh©n sÊy sau qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt

Do qu¸ tr×nh sÊy lµ lý thuyÕt nªn ta cã:

842 , 1 2500

004 , 1

t

t I

 =

2 2

2

) 621

B d

96 , 1 ).

123 , 0 621 , 0 (

) 750 / 745 ( 123 , 0

Nhiệt độ vật liệu trớc khi vào máy sấy: tvl1= 250C

Nhiệt độ vật liệu ra khỏi máy sấy:

Từ d2= 0,09 kg ẩm ta tra đợc tvl2= 520C

1 Lợng tác nhân sấy lý thuyết tiêu tốn:

l0=

1 2

1 Lợng nhiệt tiêu tốn lý thuyết (q0)

q0 =

0 20

0 2

d d

I I

,

0

383 , 68 2 ,

456





= 3658,65(kJ/kg ẩm)

2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: (qv):

Nhiệt dung riêng apatít ra khỏi thùng sấy:

= 610,68 (kJ/kg ẩm)

3 Tổn thất ra môi trờng:

a Giả thiết tốc độ tác nhân sấy:

Cũng nh trong hầm sấy, đối với máy sấy thùng quay ta phải giả thiết tốc

độ tác nhân sấy trong thùng Sau khi tính xong lợng tác nhân sấy thực thìphải kiểm tra lại giả thiết này Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy là tốc

độ lý thuyết (w0) w0 chính là tỷ số giữa lu lợng thể tích trung bình và tiếtdiện tự do của thùng sấy

Tiết diện tự do Với  = 20% ta có:

Vậy Ftd= (1- 0,2)

4

= 0,8 = 2,51(m2) Tốc độ lý thuyết:

Lấy tf2 = tmt = 250C.

Tính lớp bảo ôn

Chọn vật liệu bảo ôn là amiăng có a= 0,11 (w/độ m)

Bài toán trở thành bài toán truyền nhiệt nh sau:

Ta chọn vật liệu làm thân thùng sấy là thép 12MX có chiều dày S = 0,005Dt

D

=

2

10 10 2