Nghiên cứu công nghệ xử lý hệ bụi trong kỹ thuật sấy Apatit

Nghiên cứu công nghệ xử lý hệ bụi trong kỹ thuật sấy Apatit Nghiên cứu công nghệ xử lý hệ bụi trong kỹ thuật sấy Apatit Nghiên cứu công nghệ xử lý hệ bụi trong kỹ thuật sấy Apatit luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ngµnh : m¸y vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt

Nghiªn cøu c«ng nghÖ xö lý hÖ bôi

trong kü thuËt sÊy apatit

-

luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu công nghệ xử lý hệ bụi trong kỹ

thuật sấy apatit

ngành : máy và thiết bị công nghệ hoá chất

mã số :23

Nguyễn tiến hưng

Người hướng dẫn khoa học : pgs.ts mai xuân kỳ

Mục lục

Lời cam đoan………1

Lời cảm ơn………2

Mục lục……….3

Phần mở đầu ……… 6

Chương I: Công nghệ sản xuất super phốt phát đơn…… 9

I Giới thiệu đặc tính của quặng Apatit……… 9

II Các công đoạn chính của quá trình sản xuất supe phôtphát đơn từ quặng nguyên khai……….11

II.1 Dỡ quặng từ trên toa xe lửa xuống và chuyển vào kho………11

II.2 Sấy và nghiền sơ bộ……….11

II.3 Nghiền quặng thành bột mịn………12

II.4 Điều chế phôtphat và trung hoà đợt 1……… 13

II.4.1 Axit Sulfuric……… 13

II.4.2 Nước……… 13

II.4.3 Bột Apatit……… 13

II 5 ủ và đảo trộn supe trong kho và trung hoà đợt 2……… 14

II 6 Xuất supe lên phương tiện vận chuyển……… …… 14

Chương II: Thực trạng công đoạn sấy quặng apatit tại công ty supe phốtphát Lâm thao……….15

I Giới thiệu sơ đồ dây chuyền công đoạn sấy quặng Apatit nguyên khai… 15

II Các thông số công nghệ thực tế tại nhà máy……… 16

II.1 Thùng sấy……… 16

II.2 Xyclon……… 18

III Nhận xét và phân tích về công đoạn sấy quặng apatit nguyên khai và công nghệ sử lý bụi tại công nhà máy……… 19

III.1 Nhận xét về công đoạn sấy quặng Apatit nguyên khai………… 19

III.2 Nhận xét về công đoạn sử lý bụi………20

Chương III Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ bằng thực nghiệm……….21

I Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit của dòng khí trước khi đi vào xyclon……… 21

II Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit dưới đáy xyclon……….34

III Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit của mẫu nước thải của thiết bị sủi bọt………38

IV Xác định (bằng thực nghiệm) độ ẩm của Apatit trước và sau khi sấy… 42

V Xác định Hàm lượng pha rắn của huyền phù sau thiết bị sủi bọt……… 44

VI Thực trạng của công ty supe phôtphát và hoá chất lâm thao……….46

VII Các vấn đề còn tồn tại và đề suất……….46

Chương IV: Tính toán và thiết kế các thiết bị sử lý bụi sau máy sấy…… 49

I Tính toán thiết kế nhóm xyclon HИИOҐAZ……… 50

I.1 Nguyên lý làm việc của xyclon……….50

I.2 Tính toán và thiết kế xyclon……… 51

I.3 Kiểm tra lại điều kiện làm việc của xyclon……… 56

I.4 Hiệu suất làm sạch của xyclon……… 58

I.5 Tính toán bulke……….58

II Tính toán và thiết kế máy tháo liệu.… ………62

III Tính toán và thiết kế xyclon màng nước………65

III.1 Giới thiệu chung về thiết bị lọc bụi kiểu ướt……….66

III 3 Tính toán công nghệ……….67

Chương V: Tính toán các thiết bị phụ trợ………71

I Tính chọn quạt cho lò đốt và hệ thống……….71

I.1 Tính chọn quạt cho lò đốt……… 71

I.2 Tính chọn quạt cho hệ thống sấy……… 73

Ii Tính chọn băng tải vận chuyển quặng cho hệ thống sấy………83

II.1 Năng suất băng tải………83

II.2 Kích thước cơ bản băng tải……… 84

III.3 Công suất dẫn động băng tải……… 84

Kết luận 86

Tài liệu tham khảo 88

Phụ lục……….89

Tóm tắt luận văn……… 96

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn của tôi được trình bày, tính toán theo như yêu cầu, mục tiêu của đề tài đã đề ra Không sao chép, trùng lặp với bất cứ một cuốn luận văn nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Tiến Hưng

Lời cảm ơn!

Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Mai Xuân Kỳ người đã hướng dẫn tôi từng bước đi trên con đường nghiên cứu khoa học và giúp đỡ tôi hết sức tận tình trong quá trình tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo của bộ môn Máy và thiết bị Công nghiệp Hoá chất, Dầu khí - Khoa Công nghệ Hoá học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Cũng xin trân trọng cảm ơn Công Ty SuPe Phốt Phát và hoá chất Lâm Thao đã tạo điều kiện để tôi tham quan và tìm hiểu thực tế trong quá trình hoàn thành luận văn

Phú Thọ: Tháng 11, năm 2009

Nguyễn Tiến Hưng

Phần Mở đầu

Nước ta là một nước nông nghiệp, nhu cầu về việc sử dụng phân bón hoá học là rất lớn Phân bón là thức ăn của cây trồng, thiếu phân cây không thể sinh trưởng và cho năng suất, phẩm chất cao Phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canh, tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất, ví dụ như phân urê (CO(NH4)2) có 44–48% là nitơ nguyên chất, loại phân này chiếm 59 % tổng số các loại phân đạm được sản suất ở các nước trên thế giới, urê là loại phân có tỷ lệ nitơ cao nhất, phân urê

có khả năng thích ứng rộng và khả năng phát huy tác dụng trên nhiều loại đất khác nhau và đối với các loại cây trồng khác nhau, trong chăn nuôi, urê được dùng trực tiếp bằng cách cho thêm vào khẩu phần ăn cho lợn, trâu bò

Phân amônnitrat (NH4NO3) có chứa 33 – 35 % ni tơ nguyên chất, ở các nước trên thế giới loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm Phân này ở dưới dạng tinh thể muối kết tinh có mầu vàng xám, Amônnitrat dễ chảy nước, dễ tan trong nước, dễ vón cục, khó bảo quản

và khó sủ dụng, là loại phân sinh lý chua, tuy vậy là loại phân bón quý vì có chứa NH4+ và NO3-, phân này có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau

Phân Lân có vai trò quan trọng trong đời sống của cây trồng, Lân có trong thành phần của hạt nhân tế bào, rất cần cho việc hình thành các bộ phận mới của cây Lân tham gia vào thành phần các enzim, các prôtêin, tham gia quá trình tổng hợp các axit amin Lân kích thích sự phát triển của rễ cây, làm cho rễ ăn sâu vào đất và lan rộng ra xung quanh, tạo điều kiện cho cây chống chịu được hạn và ít đổ ngã Lân kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc

đẩy cây ra hoa kết quả sớm và nhiều Lân làm tăng đặc tính chống chịu của cây đối với các yếu tố không thuận lợi như chống rét, chống hạn, chịu độ chua

Trên một số loại đất ở Tây Nguyên bón 1 kg P2O5 cho hiệu quả thu được 4,3 – 7,5 kg cà phê, 8,5 kg thóc ở các vùng đất phèn mới khai hoang, hiệu suất của phân lân càng cao hơn, 1 kg P2O5 mang lại 90 kg thóc, ở mức bón 40 –

60 kg P2O5/ha

Supe lân Ca(H2PO4)2 chứa 16 – 20 % P2O5 là loại bột mịn mầu trắng, vàng xám hoặc mầu xám thiếc, một số trường hợp supe lân được sản xuất dưới dạng viên Trong supe lân có 16 -20% lân nguyên chất Ngoài ra, trong phân này có chứa một lượng lớn thạch cao Trong phân còn chứa một lượng khá lớn axit, vì vậy phân có phản ứng chua Phân dễ hoà tan nước cho lên cây dễ sử dụng Phân thường phát huy hiệu quả nhanh, ít bị rửa trôi Supe lân có thể bón lót hoặc bón thúc đều được Phân này có thể sử dụng để bón ở các loại đất trung tính, đất kiềm , đất chua, đều được Tuy nhiên, ở các loại đất chua nên bón vôi khử chua trước khi bón supe lân có thể dùng để ủ với phân chuồng Nếu supe lân quá trung hoà, đất chua ít dùng 10 – 15 % Supe Lân ít hút ẩm, nhưng nếu cất giữ không tốt có thể bị nhão và vón thành từng cục Phân có axit nên rễ làm hỏng bao bì và dụng cụ đong đựng sắt

Tuy nhiên, lượng phân bón hoá học nước ta sản xuất được chỉ đáp ứng

được khoảng 40% về tổng nhu cầu phân bón của thị trường trong nước, số còn lại là phải đi nhập khẩu từ nước ngoài mà chủ yếu là từ Trung Quốc với giá thành cao Điều đó làm chúng ta chi phí một phần ngoại tệ chưa kể đến việc phân bón từ Trung Quốc có chất lượng không tốt, nhiều khi còn mua phải hàng giả hàng kém chất lượng Đứng trước thực trạng đó và thấy được tầm quan trọng của phân bón hoá học đối với nền sản xuất nông nghiệp( đặc biệt

là phân bón hoá học có chứa N, P) Đảng và nhà nước đã quyết định đầu tư nâng cao sản lượng phân bón để trước mắt đủ cung cấp cho nhu cầu trong nước rồi tiến đến là suất khẩu sang các nước bạn Nó được cụ thể bằng việc nhà nước cho cải tạo và mở rộng sản xuất ở các nhà máy như xây dựng nhà máy phân lân kép DAP Hải Phòng với năng suất 350 000 tấn DAP/năm, đặc

biệt công ty Supe Phốtphát Lâm Thao và công ty phân lân Văn Điển nhà nước

đang có dự án nâng cấp và cải tạo để tăng năng suất lên gấp đôi với nguyên

liệu chính để sản suất là Apatit Lào Cai Với những lý do đấy mà ngoài việc

mở rộng sản xuất thì các nhà máy còn phải tập chung nghiên cứu, cải tiến

công nghệ để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm giá thành là một việc làm

hết sức cấp bách, nó quyết định đến sự thành bại của công ty Ngoài việc sản

xuất để đáp ứng năng suất đề ra thì việc quan tâm và bảo vệ môi trường là

một công việc hết sức quan trọng

Chính vì vậy, đề tài: “ Nghiên cứu công nghệ sử lý hệ bụi trong kỹ

thuật sấy Apatit ” tại nhà máy Supe phôtphát và hoá chất Lâm Thao là đề tài

thực tế nhằm góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cũng như đảm bảo vệ sinh

môi trường cho dây chuyền sản xuất Supe phốtphát tại nhà máy

Để giải quyết vấn đề, mục tiêu của luận văn là:

1 Khảo sát thực tế sản xuất ở công đoạn sấy quặng nguyên khai, phát

hiện những vấn đề bất hợp lý, nêu phương pháp giải quyết

2 Xác định các thông số cần thiết phục vụ cho thiết kế các thiết bị

trong dây chuyền

3 Tính toán thiết kế hệ thống sử lý bụi theo phương pháp mới

Chương I Công nghệ sản xuất super phốt phát đơn

I Giới thiệu đặc tính của quặng Apatit

Apatit là một loại quặng gồm các muối của axit phốtphoric chủ yếu là FloApatit và các hợp chất khác Quặng có mầu nâu sẫm hoặc mầu nâu vàng, không hoà tan trong nước nhưng hoà tan trong các axit vô cơ, khối lượng riêng

Manhê tạo thành muối Mg(H2PO4).4H2O có tính hút ẩm mạnh làm giảm tính chất vật lý của Super phôtphát

Tû lÖ

5 2

3 2

O P

Để nâng cao phẩm chất của quặng, người ta tuyển quặng trước khi cho vào

trung hoà với axit, nhưng như thế sẽ tăng chi phí cho sản xuất.Hiện nay tại nhà

máy Supe Phốt Phát Lâm Thao dùng cả quặng tuyển và quặng nguyên khai

II Các công đoạn chính của quá trình sản xuất supe

phôtphát đơn từ quặng nguyên khai.

Quặng Apatit có khích thước 200ì200 mm và có các thành phần như sau:

4 Điều chế phôtphat và trung hoà đợt 1

5 ủ và đảo trộn trong kho chứa và trung hoà đợt 2

6 Xuất supe đạt chất lượng lên phương tiện vận chuyển

II.1 Dỡ quặng từ 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 dỡ xuống và vận chuyển về kho Quặng trên toa tàu được cầu trục múc

đổ thành từng đống trong kho chứa Than được ô tô chở đổ vào kho và được

máy ủi đẩy vào giữa kho

II.2 Sấy và nghiền sơ bộ:

Quặng trong kho được cầu trục múc đổ vào bulke chứa quặng, trên

bulke có sàng 200ì200 mm, rồi được cung cấp xích đổ vào băng tảI cao su,

sau đó đưa vào bulke của thùng sấy Để loại bỏ sắt, thép có lẫn trong quặng lọt vào thùng sấy, đầu băng tảI người ta gắn một hệ thống nam châm điện, nam châm này hút và loại bỏ được sắt thép có lẫn trong quặng với những phần

đI vào xyclon để lắng phần lớn bột quặng xuống băng tảI để đưa sang nghiền

bi Khí ra khỏi xyclon tiếp tục được đưa qua thiết bị lọc bụi ướt rồi được thảI

ra ngoài theo ống khói

II.3 Nghiền quặng thành bột mịn:

Quặng sau khi sấy và nghìên sơ bộ được đưa đI nghiền mịn tại máy nghiền bi Quặng từ bulke chứa định lượng xuống máy nghiền bi nhờ một băng gạt chìm Khi qua nghiền bi, quặng được nghiền nhỏ và được đưa lên sàng phân ly tĩnh đặt phiá trên máy nhờ quạt cao áp đặt ở phía cuối hệ thống Thiết bị phân ly làm việc theo nguyên lý khí và bụi vào máy theo phương thẳng đứng và va đập vào phần côn bên trong thiết bị, hạt to sẽ rơI xuống quay trở lại máy nghiền bi Không khí lẫn bột mịn đI theo đường tiếp tuyến vào phía bên trong thiết bị lọc tĩnh, bột có kích thước nhỏ hơn 0,16 mm sẽ được tiếp tục đI sang xyclon lắng bột nhỏ, còn các hạt to sẽ rơI xuống đáy côn và quay trở lại máy để tiếp tục được nghiền nhỏ Khí lẫn bột sau khi đI qua xyclon đơn sẽ lắng phần lớn bột mịn tại đó, sau đó lại tiếp tục sang xyclon

xyclon nhóm sẽ qua quạt hút, khí ra khỏi quạt hút được chia thành hai đường, 2/3 lượng khí được đưa trở lại máy nghiền bi còn 1/3 lượng khí còn lại được

đưa qua thiết bị sủi bọt làm sạch khí trước khi phóng không

II.4 Điều chế phôtphat và trung hoà đợt 1:

II.4.1 Axit Sulfuric

Axit Sulfuric có nồng độ 75 – 76 % được bơm từ kho chứa axit về xí nghiệp supe và được chứa ở 3 thùng lớn Từ thùng chứa axit được bơm lên thùng cao vị chứa axit, ở đây có bố trí một ống chảy tràn để duy trì mức axit với nước

II.4.2 Nước

Được bơm thẳng từ phân xưởng nước sang thùng cao vị và cũng được tháo xuống cút chữ T để pha loãng axit Axit sau khi được pha loãng sẽ có nồng độ khoảng 68 – 69% và nhiệt độ 70 -800 C sẽ được đưa qua thùng làm lạnh bằng nước để giảm bớt nhiệt độ sau đó đi qua thùng định lượng axit để vào thùng trộn

II.4.3 Bột Apatit

Sau khi sấy nghiền với độ ẩm khoảng 1 – 1,5 % và với độ mịn khoảng 5

% trên sàng 0,16 mm sẽ được đưa lên bulke chứa bột trung gian nhờ băng tải bột mịn Từ bulke trung gian bột được định lượng xuống thùng trộn, nhờ hệ thống định lượng bằng băng tải vào trộn đưa vào thùng trộn

Apatit và axit được trộn lẫn với nhau nhờ hệ thống khuấy trộn tạo điều kiện cho quá trình phân huỷ quặng và tạo thành bùn trong thùng trộn khi xảy

ra phản ứng giai đoạn 1:

Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,5H2O = 5CaSO4 0,5H2O + 3H3PO4 + HF↑ (1) Bột sệt từ thùng trộn được lưu lại trong thùng khoảng 3 – 4 phút, sau

đó được tháo xuống thùng hoá thành qua tấm chắn theo kiểu chảy tràn ở trong thùng trộn Tại đây phản ứng (1) tiếp tục xảy ra trong khoảng 20 phút cho tới khi hết H2SO4 thì tiếp tục giai đoạn 2 của quá trình phản ứng:

Ca5F(PO4)3 + 7 H3PO4 + 5 H2O = 5 Ca(H2PO4)2 H2O + HF (2)

Bột sệt ủ trong phòng hoá thành từ 1,5 – 2 giờ, tại đây khối supe phôtphát nhanh chóng bị đóng rắn và được gỡ ra khỏi phòng hoá thành nhờ hệ thống dao cắt quay ngược chiều của phòng hoá thành, supe phôtphát trong phòng hoá thành sẽ được dao cắt nhỏ ra và được gạt vào ống trung tâm để tụt xuống băng tải supe tươi rồi qua thiết bị đánh tung vào kho ủ Việc trung hoà supe tươi đợt 1 được thực hiện ngay trên băng tải vận chuyển supe tươi ra kho

ủ Bột dùng trung hoà đợt 1 lấy từ bulke trung gian qua hệ thống vít vận chuyển được các van đĩa định lượng rơi xuống phía cuối băng tải vận chuyển supe tươI ra kho, lượng bột sử dụng để trung hoà đợt 1 cho supe tươi là 2%

II 5 ủ và đảo trộn supe trong kho và trung hoà đợt 2

Supe tươi và Apatit do máy đánh tơi tung ra kho được cầu trục múc gom thành từng đóng trong kho ủ Thời gian ủ cần thiết trong kho từ 15 – 21 ngày Trong thời gian ủ, supe sẽ kết hợp đảo trộn và trung hoà đợt 2, quặng trung hoà là quặng tuyển chuyển từ kho Apatit sang, số lần đảo trộn tối thiểu

là 3 lần Nếu supe vón cục và chưa đạt tiêu chuẩn sẽ đánh tung đợt 2, tránh độ

tự do cao (P2O5 > 4% ) để khỏi làm hư hang các phương tiện vận chuyển supe

về nơi tiêu thụ

II 6 Xuất supe lên phương tiện vận chuyển

Supe phôtphát sau khi được đảo trộn, trung hoà và ủ trong kho đạt tiêu chuẩn thì ta có thể đóng bao xuất kho Supe được cầu trục múc lên bulke chứa

để xuất cho ô tô hoặc được múc lên bulke khác để xuất xuống toa tầu bằng băng tảI có đánh tơi, hoặc đóng bao cho vào kho và xuất vào mùa vụ

Chương II Thực trạng công đoạn sấy quặng apatit tại

công ty supe phốtphát Lâm thao

I Giới thiệu sơ đồ dây chuyền công đoạn sấy quặng Apatit nguyên khai

Quặng từ Lào Cai được vận chuyển bằng những toa xe lửa về công ty

được dỡ xuống và vận chuyển về kho, quặng trong kho được cầu trục múc đổ vào bulke chứa quặng, trên bulke có sàng 200ì200 mm, rồi được cung cấp xích đổ vào băng tải cao su(6), sau đó được đưa vào bulke của thùng sấy

Than trong kho cũng được cầu trục múc chuyển vào bulke qua hệ thống cung cấp xích vào băng tải, sau đó đi vào bulke than tảI đỉnh các lò đốt Sau khi ra khỏi lò(18) khí có nhiệt độ từ 3500 C ữ 8000 C được cho qua phòng hoà trộn trước khi được thổi vào thùng sấy, khí đi cùng chiều với quặng nhờ quạt hút (20) được đặt ở phía sau thùng sấy đưa độ ẩm của quặng sau khi ra khỏi thùng sấy là 1,5% ữ 2,5% Quặng khô ra khỏi thùng sấy được đưa vào máy nghiền búa(19) để giảm kích thước hạt quặng tới 15 – 30mm và theo băng tải(10) đổ vào bulke của máy nghiền bi

Khí ra khỏi thùng sấy có nhiệt độ 1000 C - 1100 C nhờ quạt hút khí đi vào xyclon để lắng phần lớn bột quặng xuống băng tảI để đưa sang nghiền bi Khí ra khỏi xyclon tiếp tục được đưa qua thiết bị lọc bụi ướt rồi được thảI ra ngoài theo ống khói

Quặng sau khi sấy và nghiền sơ bộ được đưa đi nghiền mịn tại máy nghiền bi(21) Quặng từ bulke chứa định lượng xuống máy nghiền bi nhờ bộ cung cấp đĩa, khi qua nghiền bi quặng được nghiền nhỏ và đựơc đưa lên sàng phân ly tĩnh(12) đặt ở phía trên máy nghiền nhờ quạt cao áp(23) ở phía cuối

hệ thống Thiết bị phân ly làm việc theo nguyên lý khí và bụi vào máy theo phương thẳng đứng và va đập vào phần côn bên trong thiết bị, hạt to sẽ rơi

xuống quay trở lại máy nghiền bi Không khí lẫn bột mịn sẽ đI theo đường tiếp tuyến vào phía bên trong thiết bị lọc tĩnh, bột có kích thước nhỏ hơn 0,16 mm sẽ tiếp tục đi sang xyclon lắng bột nhỏ(13), còn các hạt to sẽ rơi xuống đáy côn và quay trở lại máy để tiếp tục được nghiền nhỏ Khí lẫn bột sau khi đi qua xyclon đơn sẽ lắng phần lớn bột mịn tại đó, sau đó tiếp tục qua xyclon nhóm(14) để lắng tiếp bột mịn còn lại Bột Apatit lắng xuống ở xyclon

đơn và xyclon nhóm sẽ qua quạt hút, khí ra khỏi quạt hút được chia thành hai

đường: 2/3 lượng khí được đưa trở lại máy nghiền bi còn 1/3 lượng khí được

đưa qua thiết bị sủi bọt làm sạch khí trước khi phóng không

II Các thông số công nghệ thực tế tại nhà máy.

II.1 Thùng sấy:

1 Năng suất 10 (tấn/h)

2 Số vòng quay của thùng 4,3 (vòng/phút)

3 Nhiệt độ khí nóng vào thùng sấy t1 = 6000 C

4 Nhiệt độ khí nóng ra khỏi thùng sấy t2 = 1100 C

5 Lưu lượng khí vào thùng sấy Q = 33000(m3/h)

6 Đường kính trong thùng sấy Dt = 2 (m)

7 Chiều dài thùng sấy L = 8,6 (m)

Từ những thông số công nghệ thực tế trên, chúng ta tính những thông số công nghệ sau đây để kiểm tra chế độ làm việc của nhà máy hiện tại

1 Tính thời gian lưu của vật liệu trong thùng

Theo công thức(10-4/79/IX)

τ1 =

) (

α

nDtg

kL

m (phút)

Trong đó:

L : Chiều dài thùng sấy L = 8,6 (m)

D : Đường kính trong thùng sấy D = 2 (m)

m: Là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của cánh trong thùng, với thùng có lắp cánh nâng thì m = 0,5

k: Là hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất vật liệu Vì nhiệt

độ sấy không ảnh hưởng đến tính chất vật liệu nên theo [VII.4/112/III] ta chọn kiểu sấy là sấy xuôi chiều do đó k = 0,7

Thay các thông số vào phương trình trên ta được:

τ1 =

) (

α

nDtg

kL

m =

052 , 0 2 3 , 4

6 , 8 7 , 0 5 ,

Trong đó: Vt: là thể tích của thùng sấy(m3)

Vt = π D t L

4

2 = 3,14 8 , 6

4

2 2

= 27( m3) V: Là thể tích của vật liệu lưu lại trong thùng(m3)

V = V0.τ1 =

Α ρ

60

1

Q τ1

V0: Lượng vật liệu được đổ vào thùng sấy trong 1 phút(m3/phút)

ρA: Khối lượng riêng xốp của Apatit(kg/ m3)

Theo bảng [I.1/8/V] ta có ρ = 1850 (kg/ m3)

τ1: Thời gian vật liệu lưu lại trong thùng[phút]

Q1: Năng suất của thùng sấy(kg/h)

Thay số vào ta được: V = 6 , 8 0 , 61

1850 60

10000 = (m3)

Vậy hệ số chứa: β =

27

61 ,

0 = 0,023

3 Vận tốc dòng khí đi trong thùng sấy:

2 β

π D t −

Q

(m/s)

Trong đó:

v: Là vận tốc dòng khí đi trong thùng sấy(m/s)

Q: Lưu lượng khí đI vào thùng sấy(m3/h)

Dt : Đường kính trong thùng sấy (m)

β: Hệ số chứa của vật liệu bên trong thùng sấy.ở đây chúng ta lấy β = 0,025 để kể đến ảnh hưởng của các cánh đảo trộn trong thùng sấy

Thay số vào ta được: V =

) 025 , 0 1 ( 4

2 14 , 3 3600

33000 2

−

= 3 (m/s)

II.2 Xyclon

1 Xyclon HИИOҐAZ nhom 4

2 Đường kính phần trụ của xyclon D1 = 0,55 (m)

3 Lưu lượng khí vào nhóm xyclon Q = 33000(m3/h)

4 Đường kính ống trung tâm D2 = 0,33 (m)

5 Chiều rộng cửa dẫn khí vào b = 0,12 (m)

6 Chiều dài cửa dẫn khí vào h = 0,36 (m)

7 Chiều dầy vật liệu làm xyclon δ = 5 (mm)

Từ những thông số công nghệ thực tế trên, chúng ta tính những thông số công nghệ sau đây để kiểm tra chế độ làm việc của xyclon

Q

.

4 Trong đó:

ων: Vận tốc khí vào xyclon(m/s)

h: Chiều cao cửa dẫn khí vào xycon(m) h = 0,36 (m)

V: Lưu lượng khí vào xyclon(m/s)

Thay số vào ta được: ων =

36 , 0 12 , 0 4 3600

Trong đó: υtb: tốc độ khí trung bình trong xyclon (m/s)

Rtb: Bán kính quay trung bình của dòng khí trong xyclon (m) Mặt khác ta lại có: υtb =

4 , 1

ν

ω = 4 , 1

53 = 37,86 (m/s)

Xét tỷ số:

1 1

2 δ

+

r

r =

005 , 0 165 , 0

275 , 0 + = 1,62 < 2 Như vậy chúng ta tính rb theo công thức:

2

1

1 1

86 ,

37 = 180(1/s)

III Nhận xét và phân tích về công đoạn sấy quặng apatit nguyên khai và công nghệ sử lý bụi tại công nhà máy.

III.1 Nhận xét về công đoạn sấy quặng Apatit nguyên khai

Theo quan sát, độ ẩm của vật liệu sau khi sấy còn rất cao, điều đó giảI thích tại sao máy nghiền bi trên nhà máy làm việc rất kém hiệu quả, kích thước hạt quặng Apatit sau nghiền không đạt yêu cầu và đặc biệt rất hay phảI dừng máy để bảo dưỡng do vật liệu bám dính rất nhiều vào thành thiết bị

Nhiên liệu tiêu hao để sấy một tấn sản phẩm là rất lớn(42 kg than cho một tấn quặng Apatit nguyên khai)

Lý do:

1 Kích thước thùng sấy chưa hợp lý ≈ 4 , 3

D

L điều này dẫn đến hiệu quả

của quá trình sấy là không cao

2 Số vòng quay của thùng lớn dẫn đến thời gian lưu của vật liệu trong thùng quá thấp (τ1 = 6,8 phút)

3 Nhiệt độ tác nhân sấy quá cao(Nhiệt độ đầu vào của tác nhân sấy là

6000 C) điều này là rất tệ hại cả về mặt cơ khí và mặt công nghệ nhiệt

4 Hệ số chứa vật liệu trong thùng sấy là quá thấp(β = 0,023) điều này làm giảm hiệu quả của quá trình sấy

5 Quạt dùng cho hệ thống sấy là quá lớn điều này không những làm kéo theo một lượng lớn bụi trong thùng sấy đI ra gây rất nhiều khó khăn cho quá trình sử lý bụi phía sau thùng sấy

III.2 Nhận xét về công đoạn sử lý bụi

1 Bụi thoát ra khỏi ống khói công ty là rất nhiều, điều này chứng tỏ thiết

bị sủi bọt trên công ty làm việc không hiệu quả

2 Thiết bị trong dây chuyền sử lý bụi rất nhanh bị hỏng do bị thủng bởi mài mòn cơ học

Lý do:

1 Vận tốc khí vào trong xyclon lớn hơn vận tốc khí cho phép rất nhiều (ων = 53 (m/s)) so với điều kiện cho phép là ων = 15 – 25(m/s) điều này không những làm giảm hiệu suất của quá trình thu hồi bụi của xyclon(do lượng bụi không thể lắng được vì bị kéo ra ngoài) mà còn gây ra hiện tượng ăn mòn thiết bị ghê gớm

2 Quạt dùng cho hệ thống quá lớn, điều này không những gây tổn thất về

điện năng mà còn làm kéo theo một lượng bụi rất lớn từ thùng sấy đi ra, nó gây rất nhiều khó khăn cho việc sử lý bụi phía sau máy sấy

3 Thiết bị sủi bọt trên nhà máy làm việc kém hiệu quả

Chương III Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ

bằng thực nghiệm

Để đánh giá một cách chính xác nhất thực trạng của nhà máy hiện nay, ngoài những thông số đã thu thập được trên nhà máy và từ các tài liệu tham khảo thì chúng ta cần phải tiến hành một số thí nghiệm đối với các mẫu nghiệm được lấy trên nhà máy để có thêm một số thông số quan trọng khác

I.Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit của dòng khí trước khi đi vào xyclon

1 Cơ sở lý thuyết

Đặc tính rơi của hạt vật liệu trong môi trường lỏng và môi trường khí là

do có tác động tương hỗ của ba lực là lực trọng trường hướng xuống phía dưới, lực đẩy Archimetre hướng lên phía trên và sức cản của môi trường cũng hướng lên phía trên Lực trọng trường phụ thuộc vào khối lượng riêng và thể tích của hạt rắn, lực nâng phụ thuộc vào thể tích của phần tử và khối lượng riêng của môI trường đó Lực cản của môi trường phụ thuộc vào chế độ chuyển động của hạt trong môI trường đó Lực cản được hợp thành do trở lực quán tính(trở lực động) và trở lực do ma sát Cả hai trở lực đều tác động lên vật rắn nhưng với giá trị khác nhau Những cỡ hạt lớn( > 2mm) chuyển động với tốc độ nhanh(ở chế độ chảy rối) chịu tác động chủ yếu là trở lực động, còn những hạt

cỡ nhỏ( > 1mm) chuyển động với tốc độ chậm( chế độ chảy tầng) chịu tác dụng chủ yếu là trở lực ma sát Còn những hạt trung gian chịu tác dụng của cả hai lực trên chế độ chuyển động của nó là chế độ chuyển động quá độ

Thông số đặc trưng cho chuyển động của hạt trong chất lỏng là chuẩn

số Reynold( Re), ở giá trị Re ≥ 500 là chế độ chảy rối, Re ≤ 2 là chế độ chảy tầng, Re = 2 – 50 là chế độ chảy quá độ

ở thời điểm ban đầu hạt chuyển động trong môi trường với tốc độ bằng không và gia tốc cực đại, trong quá trình chuyển động, tốc độ rơi của hạt tăng dần và lực cản cũng tăng lên nên gia tốc của hạt giảm và sau một khoảng thời gian ngắn hạt đạt tốc độ cực đại(tốc độ tới hạn) và không đổi, khi đó gia tốc của hạt bằng không Tốc độ đó gọi là tốc độ lắng tự do và ký hiệu là Vo

Sự khác nhau về tốc độ rơi cuối cùng của các hạt khoáng khác nhau là cơ sở để phân chia chúng trong quá trình lắng phân cấp

Có thể xác định tốc độ chuyển động của hạt trong môi trường bằng công thức lý thuyết, công thức thực nghiệm, bằng giản đồ, đồ thị Bằng nghiên cứu, người ta đã xác định được quy luật rơi của hạt rắn trong môi trường như sau:

- Hạt nặng có kích thước lớn hơn rơi với tốc độ lớn nhất

- Khi khối lượng riêng và độ nhớt của môi trường cao hơn, tốc độ rơi của các hạt giảm

- Hình dạng và đặc tính bề mặt có ảnh hưởng lớn đến tốc độ rơi của hạt, khi khối lượng của các hạt khác nhau, hạt hình cầu chịu tác dụng của lực cản nhỏ nhất, hạt có góc cạnh chịu tác dụng của lực cản lớn hơn, hạt hình tấm chịu tác dụng lực cản nhỏ

- Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến tốc độ rơi của hạt Khi chuẩn số Re ≥ 500 thì sự thay đổi của môi trường ảnh hưởng ít đến tốc độ chuyển động của hạt Khi Re ≤ 1,74 thì nhiệt độ của môi trường là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến tốc độ chuyển

động của hạt

2 Thí nghiệm

Bình A chứa huyền phù cần phân tích Giả sử tại thời điểm ban đầu t0 = 0, nồng độ huyền phù tại mọi điểm là như nhau và bằng C0 Do hiện tượng sa lắng, sau các khoảng thời gian khác nhau thì nồng độ huyền phù ở các điểm

hạt nhỏ trong cùng một môi trường nên nồng độ huyền phù ở đáy lớn hơn ở phía trên Nếu bằng cách nào đó,ta xác định được nồng độ huyền phù (tại các thời điểm đã tính) ở điểm B cách mặt thoáng một khoảng là h, thì ta có thể xác

định được thành phần theo kích thước hạt trong hỗn hợp huyền phù ban đầu

Đối với cùng một loại vật liệu thì thành phần theo thể tích hay theo khối lượng của các cỡ hạt là như nhau

Ví dụ: Hỗn hợp hạt có kích thước 0 ữ100 àm có nồng độ khối lượng tại thời điểm t0 = 0 là C0 chính là khối lượng của tập hợp hạt 0 ữ100 àm trên một

đơn vị khối lượng huyền phù Giả sử tại thời điểm t1 cách t0 một khoảng thời gian đủ để các hạt 80 àm lắng hết chiều cao h, thì nồng độ C1 chính là khối lượng các hạt từ 0ữ80àm trên một đơn vị huyền phù lắng

A

B

h

Hình 1: Mô tả quá trình lắng trọng lực

Với ∆C1 = C0 – C1 thì ∆C1 chính là khối lượng nhóm hạt kích thước từ 80ữ100àm Nếu coi C0 =100% thì 100%

C

C

0 1

Thành phần khối lượng hỗn hợp hạt xác định theo phương pháp trên sẽ phụ thuộc vào tính chất của môi trường, chỉ có môi trường lý tưởng mới cho ta thành phần hỗn hợp như đúng nó có Môi trường lý tưởng là môi trường mà các hạt huyền phù tách rời , không bám dính vào nhau Trong quá trình thí nghiệm để đảm bảo điều kiện này ngoài việc sử dụng nước cất làm pha liên tục ta cho thêm vào huyền phù chất chống kết dính đồng thời khuấy đều, do

đó ta coi như môi trường là lý tưởng và không có sai số trong quá trình đo

3 Mô tả thí nghiệm

Cấu tạo bình sa lắng Dallendorfer - Langhammer (như Hình 2)

Bình chứa huyền phù (1) gồm hai vỏ Giữa không gian hai vỏ có chứa nước có tác dụng ổn định nhiệt cho bình khi cần thiết

Trên vỏ trong có khắc vạch từ 0ữ 20cm tương ứng với 400ml, mỗi vạch cách nhau 0,5cm tương ứng với 10ml, tổng dung tích hình trụ bên trong là 500ml Phía trên có cửa để cho huyền phù vào, phía dưới gắn với hệ thống lấy mẫu ống tâm (2) dùng để lấy huyền phù ra có độ cao ngang vạch 0cm, đầu kia của ống tâm dẫn đến van 3 ngả.Bình lường (3) có hai vạch lấy dấu, vạch dưới là 1ml và vạch trên lấy 10ml huyền phù Van (5) dùng để tháo huyền phù khi không cần lấy mẫu nữa hoặc để tháo nước rửa

H×nh 2:Pipet l¾ng theo Dallendorfer - Langhammer

1 B×nh chøa huyÒn phï 3 B×nh lÊy mÉu

2 VÞ trÝ lÊy mÉu 4 Van ba ng¶;

HuyÒn phï

10ml

5

5 van x¶

4.Cách lấy mẫu

Hỗn hợp huyền phù được cho vào đến vạch cao nhất, sau đó để lắng tĩnh dưới tác dụng của lực trọng trường Khi lấy mẫu, vặn van 3 ngả cho huyền phù chảy sang ống định mức, khi nào huyền phù dâng đến điểm vạch lấy dấu thì dừng lại, ta được dung tích lấy mẫu là 10 ml, sau đó vặn van ba ngả đi một góc 120° để lấy mẫu vào chén cân

5.Các bước tiến hành thí nghiệm

1 Lắp bình thuỷ tinh lên giá, nút kín sau đó đổ nước vào để điều chỉnh thăng bằng của bình

2 Bỏ nước đi, lắp van vào hệ thống lấy mẫu, sau đó lắp bình như hình

vẽ, chú ý mặt nhám khi lắp phải bôi mỡ silicon để tránh rò rỉ

3 Các chén cân phải được rửa sạch, sấy khô, đánh dấu từng cái để tránh lẫn với nhau Xác định khối bì và các chén cân trên cân phân tích có độ chính xác đến 10− 4 gam

4 Pha huyền phù với nồng độ 0,5%, để tránh sự kết dính các hạt cho vào huyền phù chất chống kết dính, tiến hành khuấy đều: mục đích để phân tán đều các hạt mịn trong bình sa lắng, đồng thời tránh hiện tượng các hạt bám dính vào thành bình

5 Đổ huyền phù vào bình phân chia đến vạch cao nhất

6 Lấy mẫu ra theo các thời điểm đã tính và cho vào chén cân

7 Đem sấy khô các chén cân đã có mẫu trong tủ sấy đến khi khối lượng

nó không thay đổi Nhờ cân phân tích xác định lượng bột trong chén cân

8 Đánh giá kết quả và xây dựng đồ thị

6 Tính thời gian lấy mẫu, chiều cao lắng và vận tốc lắng

Huyền phù sau khi được khuấy tạo nồng độ đồng đều đổ vào bình phân

ly đến vạch 20 cm Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt có khối lượng, hình dạng khác nhau sẽ lắng xuống với vận tốc khác nhau Lúc đầu nồng độ huyền phù tại mọi điểm là như nhau( xét một cách tương đối) Chiều cao lắng

là từ mặt thoáng của huyền phù đến vạch 1 cm ứng với vị trí ống tâm lấy mẫu

ra Sau mỗi lần lấy mẫu, mức chất lỏng trong bình giảm 0,5 cm do đó các hạt sau có quãng đường lắng nhỏ hơn các hạt trước là 0,5 cm

Thời gian lấy mẫu phải tính sao cho khoảng thời gian giữa các lần lấy mẫu phải lớn hơn thời gian thao tác lẫy mẫu một mẫu Qua thao tác, làm thử nhiều lần ta nhận thấy khoảng thời gian tối thiểu giữa các lần lấy mẫu là 20 s

Chú ý rằng, ta coi như mẫu đầu tiên được lấy có nồng độ Co = 100% tại thời điểm ban đầu to = 0( khi bắt đầu đổ huyền phù vào bình lắng) và mẫu thứ hai phảI lấy cách mẫu thứ nhất ít nhất là 20 s, đây là khoảng thời gian để ổn

định hệ Sau đó ta coi tất cả các hạt đều đạt vận tốc cuối Vo và quá trình lắng của hạt bây giờ chỉ phụ thuộc vào đường kính và khối lượng riêng của hạt mà không phụ thuộc vào chế độ chuyển động của môi trường và các yếu tố khác, quá trình lắng đơn thuần là lắng trọng lực Thời gian lấy mẫu của mẫu thứ i là khoảng thời gian hệ đạt trạng thái ổn định đến khi lấy mẫu thứ i

Khi đó vận tốc lắng của các hạt xét tương đối được tính như sau:

i

i i

t

h

w = (m/s)

Trong đó:

hi: Chiều cao lắng của mẫu thứ i (m)

ti: Thời gian lắng của mẫu thứ i (s)

Wi: vận tốc lắng của mẫu thứ i (m/s)

Chiều cao lắng tương ứng của các mẫu là:

- Chiều cao lắng của mẫu thứ nhất là h1 = (0,19 – 0,005) m

- Chiều cao lắng của mẫu thứ hai là h2 = (0,19 – 2 0,005) m

- Chiều cao lắng của mẫu thứ ba là h3 = (0,19 – 3 0,005) m

- Chiều cao lắng của mẫu thứ nhất i là hi = (0,19 – i 0,005) m

Mặt khác theo định luật Stock, vận tôc lắng của hạt có đường kính di

bằng:

à

ϕ ρ ρ 18

) (

2 ,

g d

à

) (

18

g t h d

l r i i

7 Kết quả thu được bằng thực nghiệm

- Ci = Bột/Huyền phù là lượng pha rắn của mẫu tương ứng

- Co là hàm lượng pha rắn của huyền phù ban đầu đem pha, trong thí nghiệm này Co = 0,5%

- Hi là chiều cao lấy mẫu, đồng thời là chiều cao lắng tương ứng của mỗi mẫu

- Ti là thời gian lắng tính từ lúc bắt đầu thí nghiệm lắng đến khi lấy mẫu tương ứng

- Wi = Hi/Tilà vận tốc lắng trung bình trong mỗi mẫu tương ứng (m/s)

8 Dựng đồ thị

Để thiết lập đồ thị chúng ta dùng phần mềm Matlab 7.0 xác định cấu

trúc và phân bố tập hợp hạt theo kích thước thu được kết quả như sau:

Hình 4: Đường mật độ phân bố kích thước hạt của mẫu

bụi trước khi vào xyclon

Tập hợp hạt bụi Apatit tuân theo quy luật phân bố RRSB với các giá trị đặc

9 Kết luận

Nhìn vào đồ thị mật độ phân bố kích thước hạt trước khi vào xyclon chúng ta thấy : Tập hợp hạt có kích thước từ 0,017 ữ 0,027 [mm] chiếm đa số (khoảng 45% tổng số hạt) chứng tỏ trong quá trình sấy thì một phần sản phẩm sấy được cuốn theo dòng khí nóng đi ra bên ngoài, nếu sản phẩm sấy này không được thu hồi thì sẽ gây ảnh hưởng về môi trường cũng như ảnh hưởng

đến các thiết bị liên quan như gây ăn mòn cơ học đối với hệ thống quạt hút để vận chuyển vật liệu và gây rất nhiều khó khăn cho việc sử lý nước thải sau đó

II Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit dưới đáy xyclon

Thí nghiệm này được tiến hành với mẫu hạt bụi Apatit dưới đáy xyclon nhằm xác định phân bố kích thước tập hợp hạt

1 Thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành hoàn toàn tương tự như thí nghiệm ở phần I

2 Kết quả thu được bằng thực nghiệm

3 Dựng đồ thị

Để thiết lập đồ thị chúng ta dùng phần mềm Matlab 7.0 xác định cấu

trúc và phân bố tập hợp hạt theo kích thước thu được kết quả như sau:

Hình 5: Đường phân bố tổng kích thước tập hợp

hạt của mẫu dưới xyclon

kich thuoc hatdp[mm]

[1-

M

MR i]

Hình 6: Đường mật độ phân bố kích thước tập hợp hạt

của mẫu dưới xyclon

Tập hợp hạt bụi Apatit tuân theo quy luật phân bố RRSB với các giá trị đặc

4 Kết luận

Nhìn vào đồ thị mật độ phân bố kích thước hạt và đường phân bố tổng của kích thước hạt của mẫu bụi dưới đáy xyclon của dây chuyền sản xuất Supe

II thuộc nhà máy Supe phốtphát và hoá chất Lâm Thao, chúng ta thấy rằng, hạt có kích thước 0,012 ữ 0,025 [mm] chiếm đa số Những hạt lớn thu được rất ít điều đó chứng tỏ xyclon làm việc rất kém hiệu quả

III.Xác định (bằng thực nghiệm) phân bố kích thước hạt bụi Apatit của mẫu nước thải của thiết bị sủi bọt

Thí nghiệm này được tiến hành với mẫu huyền phù được thải ra từ đáy của thiết bị sủi bọt nhằm xác định phân bố kích thước hạt bụi Apatit

1 Thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành hoàn toàn tương tự như thí nghiệm ở phần I

2 Kết quả thu được bằng thực nghiệm

Để thiết lập đồ thị chúng ta dùng phần mềm Matlab 7.0 xác định cấu

trúc và phân bố tập hợp hạt theo kích thước thu được kết quả như sau: