Thiết kế phân xưởng sản xuất supe đơn với năng suất 300.000 tấnnăm.

1. Đầu đề thiết kế Thiết kế phân xưởng sản xuất supe đơn với năng suất 300.000 tấnnăm. 2. Số liệu ban đầu Thành phần của quặng apatit (quặng nguyên khai tính theo thành phần quặng khô) Thành phần P2O5 CaO F Al2O3 Fe2O3 CO2 MgO SiO2 H2O Tổng Khối lượng 33,4 48,5 2,6 1,2 1,5 3,5 2,1 3,7 3,5 100 Thành phần của quặng apatit (quặng tuyển ẩm) Thành phần P2O5 CaO F Al2O3 Fe2O3 CO2 MgO SiO2 H2O Tổng Khối lượng 32,2 40,3 3,1 1,3 0,9 1,1 1,6 2,5 16,8 100

- o0o

-Đề tài : Thiết kế phân xưởng sản xuất supe đơn với

năng suất 300.000 tấn/năm.

Cán bộ hướng dẫn

Th.S Quách Thị Phượng

Sinh viên: Đỗ Quang Huy

Số hiệu sinh viên: 20103158 Lớp: KTHH5

Khóa: 55

HÀ NỘI - 20…

Hà Nội, tháng 3/2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ

_o0o _

NHIỆM VU THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Đỗ Quang Huy

MSSV : 20103158

Lớp: Công nghệ vô cơ - Khóa: 55

1 Đầu đề thiết kế

Thiết kế phân xưởng sản xuất supe đơn với năng suất 300.000 tấn/năm

2 Số liệu ban đầu

Thành phần của quặng apatit (quặng nguyên khai - tính theo thành phần quặng

3 Nội dung tính toán và thuyết minh

- Giới thiệu về sản phẩm, các nguyên liệu sản xuất

- Cơ sở hóa lý quá trình sản xuất supe đơn

- Chọn và biện luận dây chuyền, thiết bị

- Tính kỹ thuật:

+ Tính cân bằng chất và cân bằng nhiệt toàn phân xưởng

+ Tính kích thước chủ yếu của thiết bị chính

+ Tính và chọn thiết bị phu

4 Yêu cầu bản ve

- Bản vẽ dây chuyền sản xuất supe đơn (A0)

- Bản vẽ chi tiết phòng hóa thành (A0)

- Bản vẽ chi tiết máy nghiền bi (A0)

5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 5

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN A - TỔNG QUAN 2

2 LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SUPE ĐƠN 8

2.1.2 Sản xuất superphotphat đơn 10

2.1.3 Các thao tác bổ sung làm tăng chất lượng superphotphat 13

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng 13

2.2.1 Lượng axit sunfuric lý thuyết và đặc thù phản ứng phân hủy 13

2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ axít sunfuric: 16

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ axít: 16

2.2.4 Ảnh hưởng của độ mịn bột quặng apatit: 16

2.2.5 Phản ứng của các tạp chất trong quặng: 16

2.2.6 Cường độ khuấy trộn: 17

2.2.7 Thời gian lưu của bùn trong thiết bị hỗn hợp: 17

3- CHỌN VÀ BIỆN LUẬN DÂY CHUYỀN, THIẾT BỊ 18

3.1- Chọn thiết bị 18

3.2- Thuyết minh dây chuyền 23

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đónggóp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè Em xin gửi lời cảm

ơn chân thành đến Th.s Quách Thị Phượng , giảng viên Bộ môn Công nghệ các hợp

chất vô cơ - trường ĐHBK Hà Nội người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trongsuốt quá trình làm khoá luận

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐHBK Hà Nộinói chung, các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ các hợp chất vô cơ nói riêng đã dạy

dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp emcó được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trìnhhọc tập

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ các hợpchất vô cơ thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tuc thực hiện sứ mệnh cao đẹp củamình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Hà Nội, ngày 9 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

LỜI NÓI ĐẦU

Phân hóa học hay phân vô cơ là những hóa chất chứa các chất dinh dưỡng thiếtyếu cho cây được bón vào cây nhằm tăng năng suất, có các loại phân bón hóa họcchính: phân đạm, phân lân, phân kali, phân phức hợp, phân hỗn hợp và phân vi lượngPhân bón đối với ngành nông nghiệp nước ta là rất quan trọng Các công ty phân bónnước ta chưa đáp ứng được nhu cầu phân bón cho cây trồng, hàm lượng các chất dinhdưỡng trong đất ngày càng nghèo nàn, nên cần phải cung cấp một lượng lớn phân bóncho đất giúp cây trồng phát triển và cho năng suất cao

Trong các loại phân bón thì Supe phốt phát có một vị trí quan trọng Nó thuộcloại phân lân, bổ xung P2O5 cho đất và cây trồng để nâng cao năng xuất và chất lượngnông sản Supe có hai loại supe đơn và supe kép, trong đó supe đơn có thành phầnchính là mônô canxiphốtphát Ca(H2PO4)2.H2O và canxisunphát Việc sản xuất supeđơn phù hợp với điều kiện công nghiệp và trình độ sản xuất ở nước ta Trong supeđơn có thành phần canxisunphat vừa làm giảm chất lượng của phân bón vừa gây cằncho đất vì vậy nó là thành phần không có ích trong supe đơn Ở nước ta hiện nay cóhai công ty lớn sản xuất supe đơn ở Lâm Thao và Long Thành vẫn không đáp ứng đủnhu cầu tiêu dùng trong nước

Trong bản đồ án này em được giao nhiệm vu “thiết kế dây chuyền sản xuấtsupe phốt phát đơn năng suất 300000 tấn/ năm “ là một đề tài rất hay và hữu ích Saumột thời gian nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô vàcác bạn đã giúp em đã hoàn thành bản đồ án này Em xin bày tỏ lòng biết ơn chânthành tới các thầy cô giáo trong bộ môn Đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn của Th.SQuách Thị Phượng đã dành nhiều thời gian giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này

Do thời gian có hạn, nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong muốnnhận được những ý kiến giúp đỡ của thầy cô, và những ý kiến đóng góp của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, tháng 6 năm 2015 Sinh viên

Đỗ Quang Huy

PHẦN A - TỔNG QUAN

1 GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU BAN ĐẦU VÀ SẢN PHẨM THU ĐƯỢC.

1.1 Thành phần nguyên liệu sản xuất supe đơn.

Nguyên liệu để sản xuất supe đơn gồm có quặng chứa phốtpho và axítsunfuric

Quặng chứa phốt pho bao gồm các loại: apatit, phốt phát thiên nhiên; Ở nước

ta để sản xuất supe đơn quặng được dùng chủ yếu là apatit

Tỷ trọng của apatit 3,18 ÷ 3,21 g/ cm3; nhiệt độ nóng chảy 1400 ÷ 15700C;không tan ở trong nước

Ở nước ta mỏ apatit Lào Cai có trữ lượng rất là lớn, hàng tỷ tấn, phẩm chấtquý, ngoài thành phần chủ yếu còn có các tạp chất khác Quặng được chia làm ba loại:

Quặng loại I: Loại quặng giầu này gồm phần lớn là floapatit, hàm lượng P2O5trung bình lớn hơn 30%.Vốn là phốtphát trầm tích, đã bị biến chất nhẹ, các tinh thể floapatít kết tinh ở dạng tinh thể nhỏ, đôi khi khó nhận ra (ẩn tinh), với kích thước 0,008

÷ 0,02 mm

Quặng loại II: Quặng loại II có hàm lượng P2O5 bình quân từ 18 ÷ 26% Trongquặng I lâu nay trở về Lâm Thao, thường lẫn một ít quặng loại II, ở dạng cuc to, rắn.Hiện nay quặng loại II cấp cho sản xuất phân lân nung chảy

Quặng loại III: hàm lượng P2O5 bình quân là 12 ÷ 18%, sau khi tuyển nổi sẽthu được quặng loại 3 có cỡ hạt 0,06mm, hàm ẩm 18% - 22%

Apatit loại I chiếm 90÷98% khoáng floapatit Nhờ đó ngành công nghiệp sảnxuất phân lân, supe phốt phát và các hợp chất phốt pho của nước ta có nguồn nguyênliệu dồi dào.

1.1.2 Axít sunfuric.

Axít sunfuric là nguyên liệu chính để sản xuất supe phốtphát thường sản xuấttrực tiếp axít cung cấp cho sản xuất supe phốtphát Trong hoá học axít sunfuríc đượcxem là hợp chất của Anhyđríc sunfuríc với nước, công thức hoá học SO3.H2O hoặc

H2SO4 , khối lượng phân tử : 98,8 (g) Axít thu được có nhiều sản phẩm gồm: monohyđrat, olêum, axít loãng thì có tính ăn mòn mạnh, axít đặc thì có tính thu động Làchất lỏng không màu, sánh, có p = 1,8305 (g/ cm3), kết tinh ở áp suất thường( 760mmHg) đến 2920C axít H2SO4 bắt đầu sôi

Phân bón hóa học là nơi tiêu thu axit Sunfuric nhiều trên thế giới, vì thế sự phát triển phân bón đồng nghĩa với sự gia tăng lượng axit Sunfuric 14-18% axit H2SO4dùng cho sản xuất amonisunphat, phần còn lại sản xuất phân bón photphat Việc sử dung axit Sunfuric nảy sinh vấn đề làm cạn kiệt nguồn dự trữ S trên thế giới nên hiện tại đang phát triển sản xuất phân bón sử dung axit khác : HCl, HNO3 Axit Sunfuric 60-70% được sử dung trong sản xuất Superphotphat đơn, hàm lượng chính xác phu thuộc chất lượng photphat tự nhiên và công nghệ sản xuất

Về hàm lượng tạp chất : điều kiện về hàm lượng tinh chế nghiêm ngặt trước khi

1 lượng lớn kim loại Al, Fe tạo muối không tan Do vậy có thể sử dung H2SO4 sản xuất

từ quá trình buồng mà không cần tinh chế trước Axit Sunfuric sản xuất theo quá trình tiếp xúc được sử dung rộng rãi hơn, nhiều ưu điểm hơn Tuy nhiên việc sử dung axit theo quá trình tháp, buồng kinh tế hơn Để tránh chi phí phu cho vận chuyển axit và cóthể làm tăng phí tổn sản xuất Superphotphat, cần đặt nhà máy sản xuất axit cạnh nhà máy super

Cần lưu ý: axit dùng trong sản xuất super phải khống chế chất bay hơi độc hại Ởcác nước có nghành công nghiệp hóa học phát triển, người ta sử dung lượng lớn H2SO4thải để sản xuất do Superphotphat đơn , do axit thải giá thành thấp, sử dung chúng kinh tế hơn Một lượng lớn axit thải tạo ra trong công nghiệp hữu cơ có từ tổng hợp

chất tẩy giặt, phẩm nhuộm, thuốc từ công đoạn nitrat hóa, công nghệ cao su tổng hợp

và từ một số nguồn khác có thể sử dung trong sản xuất superphotphat đơn Muốn có axit nồng độ thích hợp từ axit nồng đồ thấp hơn, có thể trộn với axit nồng độ cao hơn, việc cô đặc axit tốn kém, nảy sinh nhiều vấn đề không kinh tế

Vận chuyển và bảo quản axit Sunfuric : Các bình chứa bằng thép có thể được sử dung để vận chuyển axit nồng độ > 75% Các bình chưa axit được nạp và tháp ra qua nút ở phía trên Để vận chuyển và bảo quản axit Sunfuric cần tránh nồng độ có điểm kết tinh cao Khi sử dung axit có nồng độ < 78%, bình chứa phải bọc lót Pb và nguyên liệu là tương tự Khi vận chuyển axit bằng tàu thủy: bình chứa hình xilanh thẳng đứng Bình chứa từ 1000-4000 tấn, phu thuộc mức độ bảo quản, thông thường sản xuấtphân bón cần tạo ra axit với lượng bảo quản đáp ứng yêu cầu sản xuất từ 7 tới 10 ngày

và cấp cho bên ngoài chu kì 15 ngày

Khi pha loãng axit H2SO4

H2SO4 là chất lỏng nồng độ 100% có d = 1,8g/cm3, axit H2SO4 khan kết tinh ở 10,45

oC, C = 0,338 kcal/g.độ C pha loãng axit H2SO4 tỏa nhiệt, nhiệt pha loãng 22kcal/mol

1,7983

n Q n

=+

Trong đó Q :nhiệt pha loãng kcal/mol H2SO4

n : số mol nước với 1 mol axit

nhiệt pha loãng vi phân là hiệu số giữa nhiệt pha loãng ở nồng độ đầu và nồng độ cuối

Trong đó Q3 nhiệt pha loãng axit sau trộn

Q1, Q2 : nhiệt pha loãng axit đem trộn

n1, n2 : số mol H2SO4 ở axit sau trộn

Để tính toán lượng H2O cần thiết để pha loãng axit hay để thu được cùng nồng độ bằngcách trộn 2 axit có nồng độ khác nhau người ta sử dung quy tắc hình chữ nhật

Đối với axit pha loãng với nước

a cc

trong đó c – b là axit đậm đặc 1

a – c là axit đậm đặc 2

a – b là axit đậm đặc 3

a,b là % các axit ban đầu đem trộn

c là % axit thu được

lượng cần đem trộn với axit 1 là a – c

lượng cần đem trộn với axit 2 là c – b

Độ dẫn điện của H2SO4 có giá trị cực đại khi nồng độ 30%, 92%, cực tiểu 84%, 99,7%

Độ dẫn điện tăng theo nhiệt độ

1.2 Sản phẩm thu được.

1.2.1 Supe phốt phát đơn.

Là phân bón photphat cơ bản cung cấp > 60% thị trường phốt phát trên thế giớivào những năm cuối 1945 ( năm 1975 : 25%, 1988 : 17% ) Sự giảm này là do cónhiều công nghệ sản xuất khác phát triển

Hai nhà máy cung cấp lớn nhất là TVA, IFDC

Năm 1992 chiếm 16% sản lượng phân bón thế giới

Là phân bón photphat quan trọng mặc dù vai trò ngày càng giảm

Ở Việt Nam ,có nhà máy lớn ở Long Thành, Lào Cai, Lâm Thao, Cao Bằng

Ưu điểm của supe đơn :

+ Quá trình đơn giản đòi hỏi ít kỹ năng, chi phí đầu tư nhỏ

+ Những nhà máy quy mô nhỏ vẫn có hiệu quả kinh tế

+ Dễ thu hồivốn đầu tư % sử dung vốn cao

+ Hiệu quả của phân bón đã được khẳng định từ lâu, được sử dung làm phânbón tiêu chuẩn so sánh phân bón khác

+ Supe đơn cung cấp 2 nguyên tố quan trọng là S vàCa mà trong 1 số đấtthiếu

Nhược điểm :

+ Hàm lượng P2O5 nằm trong phân bón thấp 16 – 22% tốn chi phí choviệc phân bố sử dung làm giảm sản lượng sản xuất so với sử dung phân bóncó P2O5 cao hơn như TSP (super kép)

Nguồn nguyên liệu :

Chất lượng quặng được quyết định chất lượng phân bón trong đó quặng có hàmlượng P2O5 càng cao thì càng tốt Hoạt tính hóa học có vai trò quan trọng, trường hợpquặng kém hoạt động thì phải nghiền nhỏ

Quặng loại 1 có hoạt tính tốt hơn, loại 2 màu xámsản xuất ra có màu xanh lácây đậm

Việc sản xuất supe đơn là cực kỳ khó khăn khi sản xuất apatit có nguồn gốc núilửa do hợp chất Fe, và Al ở đây lớn SiO2 ngoài việc giảm độ tan của P2O5 trong nước,nó còn làm giảm chất lượng phân bón Việc tằng tỉ lệ Ca / P2O5 làm tăng tiêu tốn

H2SO4 tính cho 1 đơn vị P2O5 và làm giảm chất lượng phân bón Các đá có hàm lượngCl- cao> 0,5 hoặc cao hơn có thể sử dung, không kèm theo nhược điểm do ăn mònkhông phải nhược điểm quan trọng trong sản xuất super đơn

1.2.2 Công thức hóa học của các thành phần trong supe photphat đơn

Ca(H2PO4)2.H2O : Mono canxi photphat

H3PO4 : Axit photphoric tự doFePO4 : Photphat sắt

CaPO4 : Dicanxiphotphat

Ca5(PO4)3F : Quặng apatit chưa phân hủyCaSO4 : sunfat canxi

1.2.3 Tính chất hoá lý cơ bản của supe phôtphát đơn.

Supe phốt phát đơn là một loại bột tơi , xốp , có màu xám sẫm hoặc xám nhạt ,trọng lượng từ 1,1 ÷ 1,5 T/m3

Hàm lượng các hợp chất phốt phát chứa trong supe phốt phát được tính ra phầntrăm anhyđrít phốtphoríc tức là phần trăm P2O5

Phần P2O5 trong supe phốt phát ở dạng hoà tan trong nước (P2O5 hoà tan trongnước) gồm có mônô phốtphát canxi và axit phôtphoric tự do

Các phốt phát sắt, phốt phát nhôm dicanxi phốt phát không hoà tan trong nước

mà hoà tan một phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch xitratamôn , cây cối cũng có thểhấp thu được nhưng chậm gọi là P2O5 hoà tan trong xitrat

Chất lượng của supe phốt phát được đánh giá theo hàm lượng P2O5 hữu hiệu(dạng P2O5 mà cây cối có thể hấp thu được ) là tổng các dạng P2O5 hoà trong nước và

P2O5 hoà tan trong xitrat, ngoài ra trong supe phốt phát còn chứa một phần P2O5không hoà tan trong xitrat nằm trong lượng apatit chưa được phân huỷ

Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hoà tan trong xitrat hợp thành P2O5chung

Tỷ lệ phần trăm của P2O5 hữu hiệu và P2O5 chung biểu thị mức độ phân hủyapatit bởi axit sunfuric gọi là hệ số phân huỷ ( K ).

1.2.4 Ứng dụng của supe phốt phát đơn.

Supe phốt phát đơn được sư dung chính để làm phân bón có chứa phốt phát,

phốtpho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dưỡng làm tăng lượng bột ở các loại câycó củ, có hạt, tăng lượng đường ở các cây có quả, làm cho cây cứng cáp, chống đượcsâu bệnh Nói chung là làm cho cây trồng phát triển khỏe mạnh, cho năng suất thuhoạch cao đối với các cây công nghiệp và nông nghiệp

Ngoài ra supe phốt phát đơn còn dùng để sản xuất các loại phân bón hỗn hợp

P-K hoặc NPP-K, dùng để sản xuất chất khoáng bổ xung thức ăn cho gia súc

1.2.5 Tiêu chuẩn về supe photphat đơn

Supe photphat đơn sản xuất tại công ty supe photphat Lâm Thao bằng apatitLào Cai theo tiêu chuẩn nhà nước số TCVN14440-87 phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuậy sau

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

Hàm lượng P2O5 tự do không lớn hơn 4%

Hàm lượng ẩm không lớn hơn 13%

Supe photphat phải tơi xốp màu xám không bị vón cuc không nhão bết

2 LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SUPE ĐƠN.

Muc đích của công nghệ sản xuất là chuyển P từ dạng không tan trong nước sang dạng tan đượcvà tan ít trong axit, cây trồng có thể hấp thu được Supephotphat là phân bón có cấu tử hoạt động tan trong nước trong đó Photphat dưới dạng

monocanxiphotphat Ca(H 2PO4)2

Phản ứng xảy ra khi phân hủy quặng có dạng :

Ca5X(PO4)3 + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HXQuặng và axit được tính toán dung theo phương trình Quặng được sấy khô và nghiền tới cỡ hạt thích hợp Axit với nồng độ xác định Giá trị tối ưu của 2 nguyên tố

xác định bởi chất lượng và tính chất hóa lý của quặng Nồng độ tối ưu để phân hủy quặng bằng H2SO4 xác định bằng thực nghiệm.

Hoạt tính hóa học của quặng xác định bằng cỡ hạt

Tốc độ phản ứng tăng khi tăng diện tích bề mặt riêng, tuy nhiên không nên nghiền quá nhỏ do tốn chi phí, thường trong sản xuất supe đơn nghiền quặng tới cỡ 0,075 – 0, 15 mm

Nồng độ H2SO4 sử dung trong sản xuất thay đổi trong khoảng 60 – 70% phu thuộc vào chất lượng của quặng photphat và quá trình sử dung

Nhiệt độ tối ưu trong sản xuất thay đổi từ 40 – 80 oC, xác định bằng chất lượng quặng, có hiệu chỉnh để bù cho nhiệt

Điều kiện tối ưu để 2 cấu tử nguyên liệu phản ứng còn phu thuộc vào dạng thiết

bị chẳng hạn cỡ hạt được xác định bằng cường độ và thời gian trộn, nhiệt độ và nồng

độ thích hợp của axit Các điều kiện này ảnh hưởng tới nhiệt độ đạt được ở khối

supephotphat đảo trộn, tốc độ bay hơi nước

Các giai đoạn chính của sản xuất supephotphat

a, Chuẩn bị nguyên liệu

Nghiền và sấy quặng photphatHiệu chỉnh nhiệt độ và nồng độ axit H2SO4

b, Sản xuất supe đơn

Định lượng quặng photphat và lượng axit H2SO4Trộn các cấu tử

Đóng rắn vữa supephotphatHoàn thành phản ứngTrung hòa axit tự do và nghiền quặng supephotphat

c, Các thao tác bổ xung làm tăng chất lượng supe

Amon hóa supephotphat Nghiền, tạo hạt supe

2.1 Các giai đoạn chính của sản xuất superphotphat đơn

2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nghiền và sấy quặng theo yêu cầu sử dung

Chuẩn bị axit: hầu hết các dạng axít đều có thể sử dung Tiếp xúc, buồng chì,tháp Axít thải có nhiều tạp chất khác.Có nhiều axít H2SO4 ở nhà máy axít ở nhà máyxút Việt Trì để làm khô khí trước khi sử dung Tuy nhiên không nên dùng H2SO4 thải

từ luyện kim do hàm lượng sắt cao Nếu axít sản xuất có nồng độ cao hơn thì trộnthêm bằng nước.Còn khi axít có nồng độ loãng thì cô đặc hoặc trộn với axít với nồng

độ cao hơn Nhiệt độ cần thiết cho quá trình.Trường hợp chỉ sử dung một loại axít,chuẩn bị rất đơn giản, vận hành dạng dòng chảy liên tuc

Các axít khi sử dung có nồng độ biến thiên hay các axít thải từ các nguồn gốc khác cần điều chỉnh đến nồng độ không đổi bằng cách trộn và tách các tạp chất cặn không tan, tạp chất dễ bay hơi độc hại ở các xưởng trường hợp Điều này là cần thiết để tạo ra axít có chất lượng tốt Nồng độ và nhiệt độ axít H2SO4 rất quan trọng, phải tuân thủ nghiêm ngặt

2.1.2 Sản xuất superphotphat đơn

Việc cân đong nguyên liệu phải đảm bảo cấp nhiệt cho nhà máy theo một lượngkhông đổi hoặc tỷ số thích hợp nhất giữa axít H2SO4 và quặng tương ứng với kiểu vận hành liên tuc hay gián đoạn

Do việc sản xuất supe chất lượng tốt phu thuộc lớn vào tính chính xác của việc xác định tỷ lệ các cấu tử nên dung cu đo lường phải có độ chính xác cao nhất

Giai đoạn thứ nhất của quá trình sản xuất là trộn axít H2SO4 với quặng phốtphát thu được tiếp xúc trực tiếp giữa hai pha Phản ứng xảy ra mãnh liệt và tỏa nhiệt

mạnh Nhiệt trộn tăng hơn 100 oC cho dạng huyền phù, giải phóng một thể tích lớn hơinước chứa hợp chất bay hơi được như: HF,SiF4 Thông thường tăng cường độ khuấy sẽlàm tăng tốc độ phản ứng, thời gian khuấy trộn được xác định bằng Các điều kiện này ảnh hưởng tới giai đoạn thứ 2 của quá trình khi huyền phù bắt đầu đông cứng do kết quả việc tạo thành và kết tinh các muối từ phản ứng

Phương trình tổng quát :

2Ca5(PO4)3X + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4+ 2HX (1)

Ở giai đoạn 1 của phản ứng, axít H3PO4 và CaSO4 được tạo thành theo phản ứng(2)

Ca5(PO4)3X + 5 H2SO4 = 3H3PO4 +5CaSO4 + HX (2)Giaiđoạn 2, H3PO4 phản ứng với lượng phốtphát mới tạo Ca(H2PO4)2

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

Giai đoạn 2 xảy ra chậm hơn nhiều theo chiều giảm hàm lượng các cấu tử ban đầu trong hỗn hợp phản ứng xảy ra theo phương trình (3) kèm theo kết tinh các muối dạng bền Việc đóng rắn bùn supephốtphát xảy ra ở thùng hóa thành hay ở thiết bị vận hành liên tuc hoặc từng mẻ xảy ra ở điều kiện nhiệt độ xác định, có tách một phần ở ẩm của khối chất rắn bùn supe Giai đoạn này phu thuộc đặc biệt vào bản chất quặng

và đặc điểm công nghệ của quá trình Các phản ứng này hoàn thành khi lưu trữ bán thành phẩm trong thùng hóa thành 7- 25 ngày gọi là giai đoạn làm chín.Khi ủ, phản ứng xảy ra chậm Sự làm chín supe, do việc cần kết tinh các muối nên cần đảo trộn supephốtphát có lặp lại ở giai đoạn đầu quá trình ủ chín để tăng tốc độ phản ứng Để đạt độ chuyển hóa cao, axít phải được lấy dư so với lý thuyết Hiệu suất chuyển hóa…Axít tự do sau làm chín từ 4- 10% Sự tăng khối lượng của axít của supe có thể độc hại với cây trồng nên cần trung hòa hàm lượng axít tự do <4% ( supe phốtphát bột và

<2% với supe phốtphát viên) Làm chín kết thúc hoặc khi chế tạo thành các dạng phânbón khác

Có thể trung hòa supe bằng các phốtphát tự nhiên ,mịn, hàm lượng cacbonat cao ví du: Moroco phốtphorit, canxi cacbonat hoặc đôlômit Việc sử dung này có ưu điểm là tăng hàm lượng P2O5 hữu hiệu Các quặng apatit như tinh quặng apatit của Kola, tinh quặng apatitViệt Nam không thích hợp cho việc trung hòa do… Một số ưu điểm của việc sử dung quặng đôlômit là đưa thêm chất dinh dưỡng Mg Tuy nhiên cần thiết lập điều kiện tối ưu khi sử dung đôlômit vì khả năng kết khối tăng, hút ẩm tăng

Dựa vào phản ứng (2) và (3), lý thuyết có bao nhiêu % quặng tác dung với axít

H2SO4, H3PO4

Trường hợp X là flo thì các giai đoạn phản ứng là:

- Giai đoạn 1 và phản ứng tạo ra axit superphotphat H3PO4

Phản ứng hủy photphat tự nhiên xảy ra theo 2 giai đoạn

superphotphat Việc kết tinh CaSO4 xảy ra ở thời gian này Lưu lượng pha lỏng trong huyền phù superphotphat kết tủa trong quá trình phản ứng ở thùng hóa thành do xảy ragiai đoạn 2 của quá trình

- Giai đoạn 2 này xảy ra với tốc độ thấp hơn nhiều

Ca5(PO4)3F +7 H3PO4+ 5 H2O = 5 Ca(H2PO4)2) H2O +HF Tốc độ phân giải ở giai đoạn II chậm và kéo dài do những nguyên nhân sau:

Những hạt quặng chưa phân giải là các hạt có kích thước lớn mà axít H3PO4 lại là axítchủ yếu Lượng canxisunphát kết tinh ra quá nhiều làm cho axít H3PO4 khó tiếp xúcvới hạt quặng Môno canxisunphát tan trong dung dịch H3PO4 sẽ dần dần tạo thànhdung dịch bão hoà, dẫn đến làm giãm hoạt độ của ion H+ trong pha lỏng, và tăng độnhớt của dung dịch Môno canxisunpháttạo thành vỏ mịn bao bọc hạt quặng làm giảm

sự tiếp xúc pha

Phản ứng xảy ra sau khi có sự đóng rắn của super và tiếp tuc trong giai đoạn ủ vài ngày đến hàng tuần

PT tổng cộng của 2 giai đoạn trên là :

2Ca5(PO4)3F + 7 H2SO4 + 7,5 H2O = 3 Ca(H2PO4)2) H2O +7CaSO4.0,5H2O + 2HF

- Giai đoạn kho ủ

Đây là thời kỳ tái phân giải apatit

Quá trình biến đổi rất chậm, khả năng tăng nhanh quá trình và mức độ phânhuỷ đạt được của nguyên liệu gắn liền với sự biến đổi thành phần pha của tập hợpphốt phát trong supe phốtphát, nghĩa là thành phần hỗn hợp giữa pha lỏng và pha rắn.Vì nhiệt độ của khối supe trong phòng hoá thành là 110÷1200C, dung dịch H3PO4 bịbão hoà bởi Ca(H2PO4)2.H2O và quá trình phân giải apatit xem như đã ngừng lại trongkhi đó mức phân huỷ apatit mới đạt từ 85 ÷ 87% Để có thểtiếp tuc phân huỷ apatitđạt tới 94÷96% thì cần phải làm lạnh supe đến 40 ÷ 500C

2.1.3 Các thao tác bổ sung làm tăng chất lượng superphotphat

Axít tự do có thể trung hòa bằng NH3 Cùng với việc giảm axít tự do, việc ammoniac hóa còn làm tăng chất lượng supe do đưa thêm Nitơ vào Việc cải thiện tính chất vật lý của supephốtphát là do việc trung hòa axít tự do Điều này do có sự bay hơi nước khi trung hòa Việc cố định phần nước ẩm có trong đicanxiphotphat dạng nước kết tinh và canxiphotphat

Việc tạo viên supe cũng làm tăng tính chất vật lý của supe Supe dạng bột viên kích thước 2-4 mm chịu được cáp lực cơ học Độ bền này đạt được bằng sấy một phần hoặc kết hợp vê viên với ammoniac hóa Tạo hạt làm giảm diện tích bề mặt riêng, giảm độ hút ẩm và khuynh hướng đóng tảng của chúng Kết quả có thể phân phối, bảo quản bởi người tiêu dùng, dễ sử dung, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp

Ca(H2PO4)2 + 2NH3  CaHPO4 + (NH4 )2HPO4 ( DAP)Ca(H2PO4)2 + NH3  CaHPO4 + NH4H2PO4 ( MAP)

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng

2.2.1 Lượng axit sunfuric lý thuyết và đặc thù phản ứng phân hủy

Giá trị của quặng photphat phu thuộc vào hàm lượng của P2O5 của chúng và lượng tạp chất.Tỷ số (Fe O +AlO )/P O 100 không được lớn giá trị 10- 12 Trong

đó đặc biệt quan trọng là giá trị cực đại của hàm lượng sắt oxit.Giá trị giới hạn cực đại đối với tỷ số Fe2O3:P2O5 là 8%.

Một số khoáng photphat chứa Mg và một số tạp chất không mong muốn.Trong trường hợp này tỷ số (MgO : P2O5).100 không được lớn hơn 6 – 7%.Các tỉ số này được s

ử dung để xem xét quặng có thể sử dung trong sản xuất superphotphat hay không? Lượng axit H2SO4 tiêu tốn cần phải tính trước vì đây là yếu tố quyết định chi

phí.Tương tác axit lên quặng nhằm phá hủy mạng tinh thể photphat tạo các muối tan được:Ca(H2PO4)2 và Ca2HPO4 tan được trong amoni xitrat

Các tạp chất trong quặng tác dung với axit.TÍnh toán sơ bộ thì lượng axit H2SO4được xác định theo hệ số tỷ lượng:Là lượng axit H2SO4 cần thiết để phá hủy mạng lưới apatit

Phương trình phản ứng:

2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 6,5 H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4.0,5H2O + 2HF (1) Phương trình ion: PO43-+ 2H2+ = H2PO4- tính toán đơn giản hơn

Theo phương trình 1 có 7 mol H2SO4 (686 g) 3mol P2O5 (426g)

Tỉ số 686

426=1,610

là lượng tỉ lượng axit H2SO4 100% cần thiết cho một đơn vị khối lượng P2O5Chẳng hạn tinh quặng apatit có hàm lượng P2O5 39% thì lượng H2SO4 tiêu chuẩn bằng 1,610 + 39 H2SO4 cho 100g quặng.HF ạo thành ở phản ứng 1 phản ứng vớinephelite là tạp chất chính trong apatit giải phóng SiF4:

NaAlSiO4 + 10 HF Na+ +2H+ +AlF63- +SiF4 +4H2O không làm tiêu tốn H2SO4.

1,4 phần khối lượng HF tạo ra 1 phần NaAlSiO4 Lượng HF tạo thành là đủ để phân hủy nephelite ít hơn 2% chứa trong tinh quặng apatit.Thường khi tính toán lượng

H2SO4 lý thuyết với tinh quặng apatit,các tạp chất

Kết quả thu được :Lượng axit H2SO4 Thực tế là thay đổi theo quá trình sử dung tuy nhiên 68-74 phần khối lượng H2SO4 Cho 100 phần apatit.Trong trường hợp

khoáng photphorit,photpho tồn tại trong khoáng này dưới dạng phi tinh thể cấu trúc

apatit Việc tính toán lượng H2SO4 là tương tự như trên.Tuy nhiên với apatit lượng lý thuyết H2SO4 ở đây còn bao gồm lượng tiêu tốn bã tạp chất theo phương trình sau:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2OMgCO3 + H2SO4 = MgSO4 + CO2 + H2O Lượng H2SO4 100% tiêu tốn cho một đơn vị khối lượng CO2, Fe2O3, Al2O3 và

P2O5 từ các phản ứng trên là:

Sốchất

1 kg của các chấtsau:

Cần tiêu tốn mộtlượng H2SO4 100%

1 CO2 2,23

2 Fe2O3 0,61

3 Al2O3 0,96

4 P2O5 1,610Tổng khối lượng của chúng bằng khối lượng axit H2SO4 theo lý thuyết

Lượng H2SO4 thực tế sử dung lớn hơn tính toán từ 3-5% như trong trường hợp apatit.Khi xem xét tạp chất của Flo ở phản ứng phân hủy tồn tại các phản ứng cân bằng sau:

2H2SiF6 + 12H2O = H4SiF8.12H2O + SiF4 (2)

H2SiF6 = H2F2 + SiF4 (3)SiF4 giải phóng xem như sản phẩm phân ly của axit H2SiF6 .Áp suất riêng phần của SiF4 tăng khi tăng nhiệt độ.Trong dung dịch H2SO4 loãng,việc giải phóng SiF4 bị hạn chế.Việc tạo thành CaSO4 khan hay 0,5H2O làm hạn chế việc giải phóng Flo,đạt được 1/3 so với hàm lượng tổng.Trong dung dịch H2SO4 đậm đặc luôn tạo thành các muối khan,quá trình phân ly xảy ra theo phản ứng (3).Việc tạo thành SiF4 không tiêu tốn

H2SO4

Các quá trình hiện tại có muc đích làm giảm lượng H2SO4 bằng cách tuần hoàn

H2SiF6 từ SiF4 .Flo chứa trong phân bón superphotphat dưới dạng F- hay silicflorua.Để thiết lập điều kiện phân hủy cần khảo sát yếu tố hiệu suất và điều kiện phân hủy.Ngoài thành phần của quặng,các yếu tố quyết định là lượng H2SO4 tỉ lượng.Các yếu tố khác đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn công nghệ cũng cần được khảo sát sâu hơn

Công thức xác định hệ số phân huỷ giai đoạn I:

K1 =

0

n

n70

K1 : mức phân huỷ giai đoạn I

n, n0 : lượng axít tiêu chuẩn thực tế và lý thuyết

2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ axít sunfuric:

Ảnh hưởng đến hoạt tính của axit và tốc độ xâm nhập của nó qua màng mỏngcanxi sunfat ( màng được tạo thành ở bề mặt hạt quặng )

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ axít:

Nhiệt độ axít đi vào phân huỷ quặng apatit được xác định tuỳ thuộc nồng độcủa nó Nhiệt độ thích hợp với axít 64 ÷ 68% là 50 ÷ 600C Nhiệt độ của axít trongsản xuất về mùa hè thấp hơn mùa đông 50C Khi nâng cao nhiệt độ axít từ 52 ÷ 700Cthì hàm ẩn trong supe phốtphát giảm 0,8%

Nồng độ thích hợp, nhiệt độ, và lượng axít H2SO4 tiêu chuẩn được xác định đốivới mỗi loại quặng apatit bằng thực nghiệm

2.2.4 Ảnh hưởng của độ mịn bột quặng apatit:

Thời gian cho phép lưu lại của bùn trong thiết bị hỗn hợp tuỳ thuộc vào thànhphần pha lỏng ở ngay lúc bắt đầu tác dung của các chất phản ứng

Thường thời gian lưu lại của bùn không lớn để tránh đặc sệt làm mất độ linhđộng

2.2.5 Phản ứng của các tạp chất trong quặng:

Ngoài các phản ứng trên còn xảy ra các phản ứng phu do tạp chất trongkhoáng

CaSiO3 + H2SO4 = CaSO4 +H2SiO3

H2SiO3 + 2H2SiF6 = 3SiF4 + 3H2O6HF + H2SiO3 = H2SiF6 + 3H2O

Ở tháp hấp thu flo, SiF4 hòa tan vào H2O tạo thành axit flosilicic

SiF4 + 3H2O = H2SiF6 + SiO2 H2O

Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ < 80 độ C silacagen tạo thành kết tủa ở thùng hóa thành và đường ống dẫn khí.Hầu hết quặng photphat chứa tạp chất ion Fe2+, Fe3+, (R),ion này phản ứng với axit, sắt sunfat

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe2O3 + 2H3PO4 = 2FePO4 + 3H2OPha rắn tách ra chủ yếu ở dạng FePO4 và tương tự nhôm cũng được tách radưới dạng phốt phát

Sự có mặt của nhôm và sắt trong nguyên liệu làm xấu phẩm chất supe phốtphát sắt và nhôm trong sản phẩm chỉ một phần tan trong amôno xitrát Do vậy hàmlượng P2O5 tan trong nước của supe bị giảm

Theo 1 số nghiên cứu, ở superphotphat chín, R2O3 tạo thành hợp chất có dạng

[CaH2R(PO4)2] khi phản ứng với axit H2SO4

H2SO4 + R2O3 + 2Ca(H2PO4)2 = [CaH2R(PO4)2] + 3H2O + CaSO4

độ mịn của quặng có quan hệ chặt chẽ Cường độ thích hợp với từng độ mịn củaquặng được xác định bằng thực nghiệm

2.2.7 Thời gian lưu của bùn trong thiết bị hỗn hợp:

Thời gian cho phép lưu lại của bùn sệt trong thiết bị hỗn hợp tuỳ thuộc vàothành phần pha lỏng ở ngay lúc bắt đầu tác dung của các chất phản ứng

Việc cung cấp quặng và axit liên tuc , đồng thời bùn tạo thành không ngừngchảy ra qua tấm chắn sẽ giữ cho bùn sệt có một thể tích không đổi trong thiết bị trộn.Thường thời gian lưu lại của bùn không lớn để tránh đặc sệt làm mất độ linh động.

3- CHỌN VÀ BIỆN LUẬN DÂY CHUYỀN, THIẾT BỊ

3.1- Chọn thiết bị

Có thể tóm tắt quá trình sản xuất supe phốt phát đơn như sau: Ta dùng quặngnguyên khai chưa nghiền sấy, nên phải thêm công đoạn nghiền sấy quặng Sau đó trộnquặng với axít sunfuríc trong thùng trộn để nhận được khối phản ứng ở dạng bùn, giữbùn này trong thiết bị hoá thành cho tới khi kết lại, sau đó đánh tơi và đưa vào khotrong một số ngày để các phản ứng gần như hoàn toàn

Như vậy, lưu trình sản xuất gồm các công đoạn: Sấy nghiền quặng, trộn cácnguyên liệu, ủ kết lại trong thiết bị và ủ chín trong kho

3.1.1- Máy nghiền bi:

Để nghiền mịn quặng phốt phát ta dùng máy nghiền bi Máy nghiền bi dễ chếtạo, và có thể nghiền các vật liệu có độ cứng khá cao Nhưng nó có nhược điểm làcồng kềnh, có tiếng ồn lớn, khi không đủ tải vẫn tiêu thu một công suất đáng kể

 Cấu tạo:

- Buồng nghiền là thùng rỗng trong có chứa bi và quặng cần nghiền.

- Vỏ thùng bằng thép, trong có lót chống mà mòn và chống ồn.

- Máy quay được nhờ động cơ điện và hệ thống bánh răng truyền động.

- Bi có nhiều kích thước khác nhau từ ∅30 đến ∅60 mm, khối lượng bi vàloại bi cần phối hợp theo tỷ lệ thích hợp cho từng loại máy nghiền

- Bi bằng kim loại có độ bền cơ cao ( gang đặc biệt).

Ví dụ khối lượng bi dùng cho một máy nghiền bi:

Đường kính(mm)

 Nguyên lý hoạt động:

- Quặng được định lượng vào máy nghiền bi.

- Khi thùng quay, dưới tác dung của lực ly tâm bi và quặng bị áp sát vào mặt

trong của vỏ thùng nâng lên một độ cao nhất định rồi quặng và bi rời thànhthùng rơi tự do xuống sẽ va đập và chà sát vật liệu; nghiền quặng thành hạtnhỏ

- Có 1 đường dẫn nước để bổ xung lượng ẩm vào cho quặng để quá trình

nghiền sẩy ra dễ dàng

- Phía trên máy nghiền bi đặt một sàng phân ly tĩnh.

- Thiết bi phân ly tĩnh làm việc theo nguyên lý: nước và quặng vào thiết bị

theo phương thẳng đứng đập vào phần côn bên trong thiết bi; khi đó cáchạt quặng lớn bị rơi xuống quay lại nghiền bi Quặng mịn được bơm vàothiết bị định lượng quặng sau nghiền

- 3.1.2- Thiết bị trộn

- Thùng hỗn hợp để thực hiện phản ứng quặng với axít sunfuric.

Hiện nay phổ biến nhất co 3 kiểu thiết bị trộn sau:

- Thùng nằm ngang, có cánh khuấy

- Hình phễu, không có cánh khuấy

- Loại dung tích nhỏ, có cánh trộn cao tốc

Ta chọn thiết bị thùng nằm ngang, có cánh khuấy:

Thùng gồm 3 ( hoặc 4) hình tru tương ứng với mỗi hình tru là một cánh khuấy.

Vỏ ngoài bằng thép trong có lớp lót bằng vật liệu chịu ăn mòn và mài mòn Cánhkhuấy kiểu mái chèo, vật liệu là hợp kim đặc biệt bền mài mòn và bền trong axít, cóthể bọc cao su chống ăn mòn Cánh khuấy hoạt động nhờ mô tơ truyền động, cánhkhuấy có thể bố trí lệch nhau, tốc độ cánh khuấy khác nhau

Truc cánh khuấy có thể đặt nằm ngang hay thẳng đứng Đáy thùng hình lòngmáng Thành thùng lên cao hơi thu hẹp lại Việc trộn chủ yếu sảy ra ở phần rộng vàsâu của thùng, phần thể tích còn lại có tác dung trộn thêm Thời gian lưu của bùntrong thùng trộn từ 2÷5 phút Bùn có độ linh động được đẩy từ chỗ nạp liệu và rakhỏi thùng trộn nhờ hệ thống cánh khuấy Để điều chỉnh lượng bùn ở cuối thùng cóđặt tấm ngăn chảy tràn sang phòng háo thành để phân huỷ tiếp tuc

Khi thay đổi các yếu tố như: Loại quặng phôtphát, loại axít sunfuric,… thìphải thay đổi thời gian lưu lại của bùn trong thiết bị trộn, và đôi khi cả số vòng quaycủa cách khuấy Trong một thùng trộn, số vòng quay của từng cánh khuấy có thể khácnhau, chiều quay cũng có thể ngược nhau

3.1.3- Phòng hoá thành

Khi dây chuyền sản xuất không có phòng hoá thành thì sẽ có nhược điểm sau:Khí flo tự bay ra gây ô nhiễm không khí, vận tốc phân huỷ tiếp tuc chậm do nhiệt củaphản ứng bị thất thoát

Phòng hoá thành nhằm muc đích lưu supe lại trong một thời gian để thực hiệnquá trình phân huỷ quặng triệt để Tuỳ theo năng xuất yêu cầu mà thiết kế hoặc chọnphòng hoá thành Thông số kỹ thuật của phòng hoá thành cần phải xác định là: Năngxuất, đường kính, chiều cao, đường kính ống trung tâm, đương kính dao cắt, độ dàycủa thành, nắp phòng và vật liệu chế tạo phòng hoá thành Tốc độ quay của phòng hoáthành ảnh hưởng đến thời gian lưu của sản phẩm và mức độ phân hủy supe

Có nhiều loại thiết bị hoá thành hoạt động liên tuc như:

- Kiểu băng tải

- Kiểu thùng quay

- Kiểu khối phản ứng chuyển động thẳng đứng

- Kiểu khối phản ứng chuyển động vòng tròn

Dùng phổ biến nhất là thiết bị hoá thành kiểu khối phản ứng chuyển độngvòng tròn:

- Nắp thùng là khối bê tông cố dịnh có gắn ống trung tâm

- ống đứng ở giữa thùng, bên ngoài ốp gỗ và có phủ nhựa Epoxy ống bằnggang dày 20 mm, diện tích bằng 5/8 diện tích thực ( ống trung tâm bị cắtdọc bỏ đi 3/8) Độ dày của ống trung tâm giảm dần từ thành đến cửa

- Một hệ thống dao cắt để cắt supe và gạt đẩy supe vào ống trung tâm Daocắt được làm bằng thép đặc biệt, có phủ nhựa Epoxy

 Nguyên lý hoạt động:

- Thùng được quay xung quanh ống trung tâm nhờ hệ thống truyền động đặtở phía dưới đáy thùng

- ống trung tâm và nắp thùng cố định, thùng hoá thành quay với vận tốc độkhoảng 90 – 135 phút/ vòng, tốc độ quay có thể thay đổi nhờ bộ phậntruyền động giảm tốc

- Hệ thống dao cắt quay ngược chiều với chiều quay của phòng hoá thành

- Bùn supe được chảy từ thùng trộn vào phòng hoá thành qua cửa cấp liệutrên nắp phòng hoá thành Qúa trình phản ứng tiếp tuc, bùn bị đóng rắn

- Bùn lưu lại trong đó khoảng 1,5 – 2,5 giờ

- Chiều cao supe trong phòng hoá thành khoảng bằng 2/3 chiều cao làm việccủa phòng

- Nhiệt độ supe ở phòng hoá thành khoảng 105- 115 °C Tại đây quặng tiếptuc bị phân huỷ Một lượng nhiệt phản ứng toả ra khá lớn làm tăng nhiệt độlên cao

- Khí thoát ra được gom lại hút sang bộ phận sản xuất sản phẩm phu.

- Khi phòng hoá thành quay thì khối supe đóng rắn cùng quay và nhờ dao cắtquay ngược chiều sẽ cắt nhỏ supe và gạt vào ống trung tâm Supe được rơixuống vào băng tải và chuyển qua máy đánh tơi ra ngoài kho ủ

3.1.4 - Hệ thống thiết bị hấp thụ khí flo

 Bể hấp thu:

- Từ lượng khí thoát ra được tính toán có thể chọn thiết bị hấp thu Bể hấpthu có nhiều loại khác nhau

- Các thông số cần tính đến là: Chiều cao, chiều dài, chiều rộng, đường kính,khoảng ngăn, guồng nước và động cơ

- Vật liệu chế tạo bể là thép dày khoảng 10 –12 mm, phía trong có lót vữachịu axit day 20 mm, trong cùng là lớp caosu

 Tháp hấp thu:

- Sau khi ra khỏi bể hấp thu trong khí vẫn còn một lượng nhỏ SiF4 nên phảihấp thu triệt để rồi mới thải ra ngoài Dung dịch ra khỏi tháp hấp thu là axitrất loãng

- Vỏ tháp cấu tạo bằng thép, phía trong lót gạch, vữa chịu axit, trong cùng làvật liệu chịu axit

3.2- Thuyết minh dây chuyền

3.2.1 Dỡ quặng trên toa xe lửa xuống và chuyển vào kho.

Quặng từ Lào Cai được vận chuyển bằng những toa xe lửa về công ty được dỡxuống và vận chuyển vào kho

Quặng trên toa tàu được cầu truc 15T múc đổ thành từng đống trong kho chứahai bên đường tàu

Có 2 loại quặng, quặng nguyên khai được cầu truc múc dẫn theo băng tải đivào máy nghiền bi ( 21 ), quặng sau tuyển thì được theo băng tải vào thiết bị địnhlượng (18 ) rồi đưa vào để trộn 2 loại quặng

3.2.2 - Nghiền quặng ướt bằng máy nghiền bi

Quặng từ bun ke chứa được định lượng xuống máy nghiền bi nhờ một băng gạtchìm Ở đây chúng ta bổ xung 1 lượng nước nhất định để quá trình nghiền ướt xảy ra

dễ dàng hơn.Sau khi qua nghiền bi quặng được nghiền nhỏ và được chuyển về bunke chứa quặng sau nghiền (18)

Nước: Được bơm thẳng từ phân xưởng nước sang thùng chứa cao vị và cũngđược tháo xuống cút chữ T để pha loãng với axít.

Axít sau khi được pha loãng sẽ có nồng độ khoảng 74- 76% và nhiệt độ

70÷800C sẽ được đưa qua thùng làm lạnh bằng nước để giảm bớt nhiệt độ xuống

50÷600C (về mùa hè) sau đó đi qua thùng định lượng axít để vào thùng hỗn hợp vềmùa đông thì axít không cần qua hệ thống làm lạnh

Từ bun ke apatit ( 12 ) được định lượng xuống thùng hỗn hợp nhờ hệ thốngđịnh lượng bằng băng tải đưa vào thùng trộn

Apatit và axít được trộn với nhau nhờ bộ khuấy trộn tạo điều kiện cho quátrình phản ứng phân huỷ quăng và tạo thành bùn trong thùng trộn khi xảy ra phản ứnggiai đoạn I :

Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,5H2O = 3H3PO4 + 5CaSO4 0,5 H2O + HF

Bột sệt từ thùng hỗn hợp (10) được lưu lại trong khoảng từ 3÷4 phút, sau đóđược tháo xuống phòng hoà thành (7) qua tấm chắn theo kiểu chảy tràn ở trong thùngtrộn Tại đây phản ứng I tiếp tuc xảy ra khoảng 20 phút cho tới khi hết H2SO4 thì tiếptuc giai đoạn II của quá trình phản ứng:

Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HFBột sệt ủ ở phòng hoá thành từ 1,5÷2 giờ tại đây khối supe phốt phát nhanh chóng bị đóng rắn và được rỡ ra khỏi phòng hoá thành nhờ hệ thống dao cắt caluxen quay ngược chiều quay của phòng hoá thành, supe phốt phát trong phòng hoá thành sẽ được cắt nhỏ ra và được gạt vào ống trung tâm để tut xuống băng tải supe tươi (14 ) rồi qua thiết bị đánh tung ( 15) vào kho ủ (16)

3.2.5 - Ủ và trộn supe trong kho và trung hoà

Supe tươi và apatit do máy đánh tơi tung ra kho được cầu truc múc gom thànhtừng đống trong kho ủ Thời gian ủ cần thiết trong kho từ 6÷21 ngày Trong thời gianủ supe sẽ kết hợp đảo trộn và trung hoà, Quặng trung hoà là tuyển sau khi sấy đến độẩm 1%, số lần đảo trộn tối thiểu là 3 lần Nếu supe vón cuc và chưa đạt tiêu chuẩn(P2O5 hh, P2O5 td) ta sẽ đánh tung đợt II Tránh độ tự do cao (P2O5 td < 4%) đểkhỏi làm hư hỏng các phương tiện vận chuyển supe về nơi tiêu thu

3.2.6 - Xuất supe lên phương tiện vận chuyển.

Supe phốtphát sau khi đảo trộn, trung hoà và ủ trong kho đạt tiêu chuẩn hàmlượng ( P2O5 hh ≥ 16,5%, hàm lượng P2O5 td ≤ 4% hàm ẩm ≤ 13% gốc SO42-cho phép 32 đến 34 %) thì ta có thể đóng bao xuất kho Supe được cầu truc múc lênbun ke chứa để xuất cho ôtô, hoặc được múc lên bun ke khác để xuất xuống toa tàuhoả bằng băng tải (cho toa trần) hoặc bằng va gông có đánh tơi cho toa kín Hoặcđóng bao cho vào kho và xuất vào mùa vu

3.2.7 - Hấp thụ khí Flo.

Khí HF sinh ra từ phản ứng trong phòng hoá thành và thùng trộn phản ứng vớiSiO2 trong apatit tạo SiF4

4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2ONhờ quạt hút hỗn hợp khí từ thùng trộn và phòng hoá thành chứa khoảng 40%tổng trong apatit ở dạng hợp chất Flo được hút qua hệ thống hấp thu, đầu tiên hỗn hợpkhí qua bể hấp thu bằng axít H2SiF6 loãng đi ngược chiều với khí, trong bể có bố trícác cánh vảy, và để tăng chiều dài đường đi của khí trong bể hấp thu ta bố trí các váchngăn

Phản ứng hấp thu:

3SiF4 + 2H2O = H2SiF6 + SiO2.H2O

Khí ra khỏi bể hấp thu được đưa sang tháp hấp thu bằng nước hấp thu triệt đểlượng khí Flo còn lại và qua thiết bị tách giọt ở trong tháp hấp thu trước khi phóngkhông qua quạt axít chảy ra từ buồng hấp thu có nồng độ (8÷12%) rồi được đưa vàothùng chứa axít H2SiF6

Bản vẽ dây chuyền(A3)

PHẦN B - TÍNH TOÁN I- CÂN BẰNG CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT.-*

1- Tính toán cân bằng chất sản xuất Supe.

1.1- Quy đổi thành phần quặng từ dạng oxit sang dạng thành phần khoáng:

Thành phần % quặng apatit đề ra như sau:

Xét với 100 (kg) quặng trên ta có số kmol tương ứng của thành phần quặngapatit:

Bảng 1:Thành phần quặng đầu vào

Q1 : Quặng nguyên khai

• Từ thành phần quặng như trên ta sử dung phương pháp đem nghiền ướt quặng

nguyên khai rồi đem quặng sau khi nghiền đem trộn với quặng 3 sau tuyển 

thu được hỗn hợp quặng có tính chất giống quặng 3 sau tuyển

- Quá trình nghiền ướt chúng ta bổ xung nước vào máy nghiền cho quá trình xảy ra dễ dàng hơn

- Khi nghiền ướt thành phần quặng nguyên khai thay đổi do độ ẩm thay đổi

 ta có bảng sau nghiền ướt quặng nguyên khai sau :

• Trộn 2 quặng : quặng nguyên khai sau nghiền và quặng loại 3 sau tuyển với tỷ

lệ 1 : 1 Vậy ta thu được hỗn hợp quặng có thành phần như sau :

- Toàn bộ lượng F nằm trong Ca5F(PO4)3

- Số kmol F tương ứng có 2,78/19 = 0.15 (kmol)

 Số kmol Ca5F(PO4)3 là: 0,15 (kmol)

 Khối lượng Ca5F(PO4)3 là: 0,15.504 = 75,6 (kg)

- Số mol Ca nằm trong quặng là : 0,15.5 = 0,75 (kmol)

- Số kmol P trong Ca5(PO4)3F là : 3.0,15 = 0,45 (kmol)

Theo thành phần quặng đã cho có:

- Số mol Ca có trong quặng : 43,09/56 = 0,77 (kmol)

- Số mol Phốt pho có trong quặng : 32.2 0, 45

142 = (kmol)

- Số mol Ca còn lại : 0,77 – 0,75 = 0.02 (kmol)

- Số mol P còn lai: 0,45 – 0,45 = 0 (kmol)

Vậy P và F nằm toàn bộ trong Ca5(PO4)3F

1.1.2 - Lượng MgCO 3 , CaCO 3 , MgSiO 3

- Ca còn lại nằm dưới dạng CaCO3

 Số mol CaCO3 = 0,02 (kmol)

Khối lượng CaCO3 : 0,02.100 = 2.00 (kg)

- CO2 nằm ở trong 2 dạng là CaCO3 và MgCO3

 Số mol CO2 dư : 2,21/44 – 0,02 = 0,03 (kmol)

 Số mol MgCO3 = số mol CO2 dư = 0,03 (kmol)

 Khối lượng MgCO3 : 0,03.84 = 2.52 (kg)

- Số mol MgO còn lại là 1,80/40 – 0,03 = 0,02 (kmol)

MgO nằm trong MgCO3 và MgSiO3

 Số mol MgSiO3 là : 0,02

 Khối lượng MgSiO3 là : 0,02 100 = 2,00 (kg)

- Khối lượng SiO2 dư là 3,00 – 0,02.60 = 1,8 (kg)

Vậy thành phần % các khoáng có trong quặng apatit tương ựng với 100kg quặng :

Bảng 2: Thành phần % các khoáng có trong quặng apatit ứng với 100 (kg) quặng:

Khi chuyển từ thành phần oxit sang thành phần khoáng có mất đi một lượng oxi nên tổng

khối lượng các khoáng có giảm đi

`

Quy về thành phần khoáng ứng với 100% ta được bảng:

Bảng 3: Thành phần khoáng quặng apatit ứng với 100 %:

1.2- Tính chỉ tiêu, tiêu hao axit:

Xét axit H2SO4 tiêu chuẩn 100% để phân hủy 100(kg) apatit có thành phần như

trong bảng 3

1.2.1- Lượng axit để phân hủy Floapatit theo phản ứng:

1.2.4- Phản ứng giữa H 2 SO 4 và MgSiO 3

MgSiO3 + H2SO4 =MgSO4 +SiO2 + H2O

Lượng axit tiêu chuẩn 100% H2SO4 để phân hủy 100 kg quặng theo lý thuyếtlà:

N0 = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 = 51,92 + 2,94 + 1,98 + 1,98 + 2,22 + 3,66

= 64,67 (kg)

Ngoài việc thỏa mãn nhu cầu phân hủy còn cần đảm bảo cho sự tiếp xúc giữa 2pha R - L đồng thời làm tăng nhanh tốc độ phân hủy nên lượng H2SO4 tiêu chuẩn thựctế thường lấy cao hơn từ 3 – 5 % so với lượng lý thuyết, ở đây ta lấy dư 4% so vớilượng lý thuyết và bằng:

N1 = N0 (1 + 0,04) = 67,88 (1 + 0,04) = 67,26 (kg) H2SO4 100%

1.3- Tính cân bằng vật liệu pha loãng axit:

Axit H2SO4 từ kho đi sản xuất supe có nồng độ 98%

- Lượng a xit 98% vào pha loãng

Bảng 5: Cân bằng vật liệu pha loãng axit.

1.4.1- Lượng các chất tham gia và các chất tạo thành ở giai đoạn 1 là:

Từ lượng axit tiêu hao thực tế:

N1 = 67,26 (Kg)

Áp dung công thức:

Có nghĩa là lượng Flo Apatit được phân giải ở giai đoạn này là 72,80%

Vậy lượng Flo apatit bị phân giải là:

m1 = 5 ( 4 3)

100 m Ca F PO = 100 = kg

Lượng Flo apatit còn lại: 76,53– 55,29= 21,24 (kg)

a Theo phản ứng axit H 2 SO 4 với Ca 5 F(PO 4 ) 3 :

Phản ứng trên xảy ra ngay khi trộn quặng với axit H2SO4 trong 2 - 4 phút đầu Lúcnày canxi sunfat ở dạng CaSO4.05H2O, rồi nhanh chuyển về dạng ổn định hơn (ở 100-120 oC)

 Lượng CaSO4 tạo thành là :

* Lượng các chất tạo thành sau phản ứng:

- Lượng MgSO4 tạo thành: