Tính toán và thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay của Công ty Supe phốt phát và hoá chất Lâm Thao

u cầu sản xuất trong thực tiễn là rất cần thiết. Trong hiện tại, có rất nhiều phương 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 thống sấy thùng quay rất phổ biến trong công nghệ hóa chất do có nhiều ưu điểm và khá gọn nhẹ, dễ tự động hóa. Hiện tại, nói chung trong công nghệ hóa chất luôn đòi hỏi phải hoàn thiện, cải tiến các thiết bị hóa chất đặc biệt là các thiết bị cần thiết như kỹ thuật sấy. Vì vậy, sự tìm hiểu nghiên cứu về kỹ thuật và thiết bị sấy là rất cần thiết. Đó cũng là mục đích cơ bản của đồ án này. Phần I : Tổng quan Chương I . Đại cương về quá trình sấy. Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, vật liệu, sản phẩm… bằng cách làm bay hơi nước trong các vật thể cần sấy. Như vậy, muốn sấy khô một vật thể ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau : Gia nhiệt cho vật thể để đưa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất hơi nước 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 trường. Tương ứng với chúng, ta có các phương pháp sấy khác nhau. Qua đó ta cần xét các quá trình xảy ra cụ thể trong khi một quá trình sấy cụ thể là thực hiện : quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật liệu sấy đến môi trường, quá trình truyền ẩm từ trong vật sấy đến bề mặt vật thể. Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời và có ảnh hưởng lẫn nhau. Để khống chế và điều khiển quá trình sấy theo hướng có lợi nhất cho người sử dụng thì cần nghiên cứu 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 được các dạng tồn tại; hình thức giữa ẩm và vật khô. Vật ẩm thường tập hợp của ba pha : rắn, lỏng, hơi. Các vật rắn đem sấy thường 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 rất lớn nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phầm ẩm lỏng là nhỏ, có thể bỏ qua. Do vậy, trong kỹ thuật sấy thường coi vật ẩm chỉ gồm phần rắn khô và phần ẩm lỏng. Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm trong vật. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó các phân loại của Robinde được sử dụng rộng rãi vì nó nêu được bản chất hình thành các dạng liên kết ẩm khác nhau. Theo cách này các dạng liên kết ẩm được chia 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 nước 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 thường 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 : Gồm 2 loại là : Liên kết hấp phụ : ẩm được giữ lại trên bề mặt và trong mao quản của vật liệu nhờ lực hấp phụ Van dec van và lực mao quản. Liên kết thẩm thấu : Là liên kết giữa nước với vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ giữa các chất hòa tan trong và ngoài vật, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi nước. I.1.3. Liên kết cơ lý : Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao quản hay bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ lý bao gồm : Liên kết cấu trúc : Là liên kết giữa nước và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật. Ví dụ : nước trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó chứa sẵn nước. Để tách nước trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm nước bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc của vật. Sau khi tách nước 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 như : gỗ, vải…trong vật thể này có vô số mao quản. Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo mao quản xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản là theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Trong trường hợp này muốn tách ẩm ta cần đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm nói chung vẫn giữ được kích thước, hình dạng và tính chất. Liên kết dính ướt : Là liên kết do nước bám vào bề mặt vật. ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng cách bay hơi hay bằng cách cơ học như lau, thấm, thổi… I.2. Phân loại vật liệu ẩm : Theo Lư cốp, vật ẩm được chia thành ba loại : vật xốp mao dẫn, vật keo, vật keo xốp mao dẫn. Sự phân loại này chỉ có ý nghĩa tương đối vì các vật sấy rất đa dạng, nhiều loại. Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho những vật 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 chủ yếu bằng liên kết mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không 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 lượng ẩm chứa trong vật và nó quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì vật được 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 được 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 xốp mao dẫn thì gọi là vật keo xốp mao dẫn. Về cấu trúc các vật này thuộc loại vật xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là vật keo, có nghĩa là thành mao quản của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên còn khi sấy thì 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 như không tồn tại, nó tương ứng với việc nâng cao nhiệt độ của vật liệu lên đến nhiệt độ sấy. Nhiệt độ đó không đạt được 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 thường 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 : Tương 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 bề mặt vào môi trường. Nhiệt độ của vật liệu sấy không đổi và đúng bằng nhiệt độ bầu ướt của không khí. Trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay đổi khi vận 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 phần giảm 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 trường. 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 vẫn còn và giai đoạn không còn ẩm tự do trên vật liệu. Trong giai đoạn này nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Sở dĩ như vậy là do tốc độ bay hơi giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh giảm. Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ đạt được nhiệt độ của môi trường xung quanh và do đó có thể vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu. I.4. Các phương pháp tách ẩm : Để tách ẩm trong thực tế có rất nhiều phương pháp : Hong gió tự nhiên, phơi nắng, sấy tiếp xúc, sấy đối lưu… Hong gió tự nhiên : Là phương pháp làm khô đơn giản nhất. Phương pháp này thường chỉ dùng cho các hạt nông sản mới thu hoạch có độ ẩm cao, hay hạt bị mưa và có khối lượng không lớn. Do độ ẩm cao nên áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn so với trong không khí và do đó có tốc độ bay hơi đáng kể. Trời càng khô ráo, tốc độ bay hơi càng lớn và ngược lại. Vì vậy, trong trường hợp độ ẩm không khí quá lớn, đặc biệt là khi có sương mù hoặc mưa thì việc hong khô không thực hiện được. 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 lớp càng mỏng càng tốt và ở nơi thoáng gió. Phơi nắng : Là phương pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt độ bức xạ của mặt trời. Đó là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nên được áp dụng rộng rãi trong thực tế. Nguyên lý của quá trình bốc hơi nước từ vật liệu vào không khí là do vật hấp thụ ánh nắng mặt trời làm tăng nhiệt độ của hạt và áp suất hơi trên bề mặt hạt. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào bề mặt 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 động của không khí. Phơi nắng có nhược điểm là bị động, phụ thuộc vào thời tiết, lao động nặng nhọc, sân phơi chiếm diện tích lớn. Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy dựa trên nguyên tắc tăng nhiệt độ của hạt bằng phương 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 nước trong hạt bốc hơi vào không khí. Tốc độ bay hơi nước của hạt phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt độ từ thành thiết bị đến hạt. Thông thường, do hệ số truyền nhiệt quá bé nên phải tăng nhiệt độ đốt nóng thiết bị dẫn tới vừa tốn kém nhiên liệu vừa mau hỏng thiết bị, mặt khác sẽ gây ra quá nhiệt ở một số bộ phận hạt. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ sấy nhanh, có thể đạt được độ ẩm của hạt khá thấp. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thích hợp để sấy nhanh một lượng hạt không lớn, không cần chế độ nhiệt độ nghiêm ngặt. Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy dùng không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò để đốt nóng và làm bay hơi ẩm trong hạt đồng thời chuyển ẩm ra ngoài. I.5. Phân loại thiết bị sấy : I.5.1. Sấy tĩnh : Sấy tĩnh có đặc điểm là lớp hạt nằm yên, quá trình sấy có thể chia ra làm 2 loại : sấy nhiệt độ thấp và sấy nhiệt độ cao. Sấy nhiệt độ thấp : Dùng tác nhân là khí trời không gia nhiệt hoặc gia nhiệt ít tức là có độ chêch lệch nhiệt độ Dt 60C. Sấy nhiệt độ cao : Tác nhân sấy được gia nhiệt, nhiệt độ không khí sấy từ 400C trở lên. Sấy ở nhiệt độ thấp thường 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 chưa sấy. Khi vùng đã sấy lên đến lớp mặt trên thì quá trình sấy hoàn thành. Sấy tĩnh ở nhiệt độ cao làm lớp tiếp xúc đầu tiên với không khí nóng sẽ khô trước và chịu nhiệt lâu nên dễ hư hỏng, do đó tùy vật liệu mà chọn nhiệt độ sấy cho phù hợp. Chiều dài lớp hạt từ 20 40 cm đôi khi có thể lên tới 60 100cm nhưng phải có lưu lượng gió và nhiệt độ phù hợp. Ưu điểm của máy sấy tĩnh là chi phí đầu tư thấp, cấu tạo đơn giản. Nhược điểm là độ ẩm của hạt không đều và tốn nhân công cho việc nạp và tháo liệu. Để khắc phục nhược điểm của máy sấy tĩnh người ta đưa ra loại máy sấy tĩnh có đảo trộn. Loại máy này làm việc theo nguyên lý sấy tĩnh nhưng có đảo hạt nên độ khô của hạt đồng đều hơn. I.5.2. Sấy động : Đặc trưng cơ bản của sấy động là vật liệu sấy chuyển động trong quá trình sấy. Phương pháp này hiện nay đang rất phổ biến do có ưu điểm và tốc độ sấy nhanh, năng suất lớn, chất lượng hạt đồng đều, khả năng tự động hóa cao. Tuy nhiên vốn đầu tư là khá lớn. Chương 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 hóa chất Lâm Thao đã chính thức được khởi công xây dựng (Nay là Công ty supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao). Đây là một trong những đứa con đầu lòng của ngành hóa chất Việt Nam. Sau hơn 3 năm lao động khẩn trương của hơn 500 bộ đội chuyển ngành từ các chiến trường Điện Biên, Khu 5, cùng hàng ngàn thanh niên xung phong, học sinh, sinh viên tham gia mở công trường, san lấp đồi, xây nền móng nhà xưởng, lắp đặt thiết bị dưới sự hướng dẫn của chuyên gia nước bạn. Hơn 80 công trình lớn nhỏ đã mọc lên trên khoảng đất rộng 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 sức nâng 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 sản xuất lớn với các dây chuyền sản xuất chủ yếu trang bị cơ khí hóa và một phần tự động hóa nên chỉ 1 năm sau đã đưa nhà máy đạt công suất 4 vạn tấn axit 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 được áp dụng vào sản xuất sản lượng supe lân được 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 nhà máy đã không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức khoa học áp dụng vào sản xuất. Phong trào cải tiến sáng kiến đã trở thành truyền thống cao đẹp mà các 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 xuất 570.000 tấn supe lân/năm và vươn tới 600.000 supe lân/năm với trên 6 vạn tấn phân hỗn hợp NPK/năm các loại khác nhau cung cấp cho đồng ruộng góp phần đưa đất nước từ chỗ thiếu lương thực trở thành một nước sản xuất gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới nâng tổng sản lượng lương thực của nước ta đạt 31 triệu tấn lương thực quy thóc. Bằng nguồn vốn tự bổ sung khai khác các tiềm năng của công ty, sử dụng nguyên liệu trong nước Công ty đã tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp. Chín mặt hàng mới và 20 mặt hàng hóa chất các loại đã cung cấp trong nước và xuất khẩu. Các mặt hàng này đã được Hội chợ triển lãm kinh tế kỹ thuật Việt Nam cấp 4 huy chương vàng, 10 huy chương bạc. Tổng cục đo lường tiêu chuẩn cấp cho 2 sản phẩm chính (phân supe phốt phát, axit sunfuric) dấu chất lượng cấp 1. Đặc biệt gần đây Công ty là một trong hai đơn vị đầu tiên của ngành hóa chất được Bộ khoa học và công nghệ môi trường tặng giải bạc chất lượng Việt Nam năm 1996; Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn trao giải Bông lúa vàng 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 người con lên đường nhập ngũ bảo vệ tổ quốc tham gia chiến đấu ở các chiến trường. Trong số họ có những người đã hy sinh tuổi thanh xuân của mình cho sự nghiệp giải phóng dân tộc. Những người trở về tiếp tục sản xuất và không ngừng phát huy truyền thống vẻ vang tiếp bước cha anh đi trước. Hơn 40 năm hoạt động Công ty đã phấn đấu tiếp tục để nâng cao năng lực sản xuất, phát triển các mặt nhằm duy trì và nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách đầu tư và đổi mới công nghệ, thiết bị; giảm chi phí sản xuất; giảm giá thành sản phẩm thích ứng với thị hiếu khách hàng. Đặc biệt, trong cơ chế thị trường Công ty đã vượt qua những thử thách gay go tìm ra những biện pháp huy động vốn, sắp xếp lại tổ chức, khai thác tiềm năng, làm tốt công tác tiếp thị, mở rộng thị trường tiêu thụ sản phẩm và từ đó không ngừng đẩy mạnh sản xuất. Sau khi đi vào sản xuất công ty đã hoạt động khá ổn định, khắc phục được một số sự cố ban đầu khi mới chạy xưởng như : nhập nguyên liệu lưu huỳnh có chất lượng tốt hơn, cải tạo kho chứa lưu huỳnh kín, giữ lưu huỳnh có độ ẩm thấp, chống bụi supe và bụi xỉ của Xí nghiệp supe II. Lắp quạt trung áp BMN 15 thay cho quạt BД 12 có lưu lượng và áp suất lớn hơn chống được hiện tượng bít tắc ống cán nồi hơi, giảm trở lực của lò đốt… Thành tích tốt đẹp đã đạt được của công ty nói chung và các xí nghiệp, phân xưởng thành viên nói riêng là sự chỉ đạo đúng đắn của Đảng bộ, ban lãnh đạo công ty và khối đoàn kết đồng tâm đồng lòng của toàn thể cán bộ công nhân trong công ty. Với những nhiệm vụ còn nặng nề để hòa nhập cùng đất nước đi lên trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Công ty supe phốt phát và hóa chất lâm thao quyết tâm phấn đấu đạt được những mục tiêu đã xác định luôn luôn xứng đáng với danh hiệu:”Đơn vị anh hùng lao động”, mà nhà nước trao tặng. chương III. đặc tính của supe phốt phát đơn. 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 octopotparic một lượng của axít octo potporic tự do và apatít chưa phân hủy. Công thức hóa học của các thành phần trong supe phốt phát như 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 chưa 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, trọng lượng riêng đổ đống từ 1,11,5T/m2. Hàm lượng của các hợp chất phốt phát chứa trong supe phốt phát được tính ra phần trăm anhyđrit phốt phoric tức là phần trăm P2O5. Phần P2O5 trong supe phốt phát ở dạng hòa tan trong nước (P2O5 hòa tan trong nước) 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 tan trong nước mà hòa tan 1 phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch xitrat amon, cây cối cũng có thể hấp thụ được nhưng chậm gọi là P2O5 hòa trong xi trat. 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 hòa tan trong nước và P2O5 hòa tan trong xi trat, ngoài ra trong supe phốt phát chứa 1 phần P2O5 không hòa tan trong xi trat nằm trong lượng apatít chưa được phân hủy. Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hòa tan trong xi trat hợp thành 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 được sử dụng chính để làm phân bón có chứa phốt phát Phốt pho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dưỡng làm tăng lượng bột ở các loại cây có củ, có hạt, tăng lượng đường ở các loại cây có quả, làm cho cây cứng cáp, chống được sâu bệnh. Nói chung là làm cho cây trồng phát triển 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 loại phân bón hỗn hợp PK hoặc NPK, dùng sản xuất chất khoáng bổ sung thức ăn cho gia súc. IV. Tiêu chuẩn nhà nước về pupe phốt phát đơn. Supe phốt phát đơn sản xuất tại công ty supe phốt phát Lâm Thao bằng apatít Lào Cai theo tiêu chuẩn nhà nước số TCVN 14440-87 phải đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật 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 phốt phát phải tơi xốp màu xám sáng, không bị vón cục, không nhão bết. chương IV: Dây truyền công nghệ. I. Nguyên liệu: 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 là Floapatít và các tạp chất khác. Quặng có màu nâu sẫm hoăc màu nâu vàng, không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong các axít vô cơ, trọng lượng từ 1,5 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 đưa vào sản xuất ở công ty là loại apatít nguyên khai chưa làm giàu, không đồng nhất về kích thước lẫn phẩm chất, thường chiếm từ 8190% Flo apatít và phân bổ không đều. Các tạp chất nhiều và không ổn định độ ẩm cũng cao thấp thường. Quặng apatít Lào Cai có đặc điểm xốp khi sấy hơi nước dễ thoát, độ cứng nhỏ dễ nghiền, bột apatít nghiền mịn có tính trôi lớn. II. Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất supe phốt phát : Quá trình hóa học trong sản xuất supe phốt phát được đặc trưng bằng phương trình tổng: 2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 5H2O = 3Ca(H2PO4)2H2O + 7CaSO4 + 2HF Thực chất phản ứng này tiến hành theo 2 giai đoạn. Đầu tiên khi trộn quặng apatít với axít sunfuríc thì phản ứng xảy ra trên bề mặt hạt quặng và tạo thành H3PO4 tự do: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 2,5H2O = 3H3PO4 + 5 H2SO4.H2O + 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 chuyển thành CaSO4 khan tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần pha lỏng. Trong thời gian ủ ở phòng hóa thành giai đoạn I hầu như kết thúc và giai đoạn 2 bắt đầu, đây là giai đoạn phản ứng chậm giữa axít phốtphoric mới sinh ra với apatít còn dư 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 thành quá bão hòa và bắt đầu kết tinh. Trong giai đoạn thứ nhất, tùy vào mức độ phân hủy quặng apatít (khoảng 70%) và tùy theo sự kết tinh của CaSO4 mà khối phản ứng dần bị đặc lại. Như vậy việc đặc quánh lại xảy ra trước lúc tiêu hao hết H2SO4 , nghĩa là trong giai đoạn I khối supe đã đóng rắn mà giai đoạn 2 chưa 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 quá trình được bắt đầu trong thời kỳ ủ supe trong phòng hóa thành và kết thúc sau 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 thành cao, dung dịch H3PO4 bị bão hòa bởi Ca(H2PO4)2 H2O và quá trình phân giải xem như 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 40500c. Khi sấy Ca(H2PO4)2 sẽ kết tinh thành pha rắn. Độ trung hòa lỏng Z sẽ giảm. Z = Khi đó hoạt độ của dung dịch sẽ tăng lên, kết quả là phản ứng phân giải sẽ tiếp tục xảy ra mặc dù hạ thấp nhiệt phản ứng Khi mức phân giải của supe trong kho đạt 94 96% thì lượng H2PO4 tự do còn khoảng 5,5 8%.P2O5. Sự tồn tại của H3PO4 làm cho sản phẩm có tính hút ẩm và dễ bị thủy phân. Ca(H2PO4)2 + H2O = CaHPO4 + H3PO4. Lượng H3PO4 sinh ra lại càng tăng tính hút ẩm, làm sản phẩm càng trở nên ẩm ướt, vón cục khó khăn cho quá trình vận chuyển, bảo quản. Do đó trước khi xuất kho cần phải trung hòa P2O5 tự do xuống còn 13%. Các chất trung hòa có thể dùng là: đá vôi, bột xương cá… III. Dây chuyền sản xuất: Quặng apatít khai thác từ Lào Cai có kích thước quặng từ 20 200mm và có độ ẩm 8 14% được gầu múc đưa qua sàng xuống bunke chứa quặng (9) rồi rơi vào thùng sấy thùng quay (12). Than từ kho được cầu trục múc lên bunhe xuống băng tải cao su (8) và đưa vào lò đốt than (1). Than cháy được nhờ quạt thổi không khí (2) thổi khí từ dưới 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 búa thì kích thước quặng 20mm rơi xuống băng tải (5) và đi lên bunhe chứa. Khí và bụi ra khỏi thung sấy được quạt hút (6), hút qua xyclon(13) để lắng bụi, khí sau xyclon mang theo bột có độ mịn cao tiếp tục được sục qua thiết bị lọc bụi ướt (14) qua tháp tách giọt (15) và được phóng không lên trời theo ống khí thải, còn bụi lắng được thải ra ao lắng để thu hồi lại cho sản xuất. Từ bunhe quặng đưa 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 có kích thước nhỏ hơn 0,16mm vào xyclon (18) có đường kín 1,6 (m), còn những hạt > 0,16 mm thì quay lại máy nghiền nhờ ống hồi lưu ở cuối. Khí và bụi mịn đi qua cụm xyclon tô hợp (20), tại đây bột tiếp tục được lắng lại hầu hết. Lượng quặng lắng ở xyclon đơn và xyclon tổ hợp nhờ vít gạt bột đưa xuống băng tải (19) và đưa sang bộ phận điều chế. Khí sau khi qua quạt được hồi lưu lại 1/3 lượng khí bổ xung cho máy nghiền. Còn 2/3 lượng khí đi qua thiết bị lọc ướt, qua tháp tách giọt và phóng không ra ngoài. Băng tải (19) đưa quặng có độ ẩm 1,5 2,5% và d < 0,16mm lên bunhe và đi vào thùng trộn (). Axít 76% từ thùng chứa được đưa lên thùng cao vị(23) nhờ bơm còn nước được đưa lên thùng cao vị (24). Axít 76% và nước được 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 + H2O = 5 CaSO4.H2O = 5 CaSO4. H2O + HFư + 3 H3PO4 (1). Apatít và axít được trộn đều với nhau nhờ 4 cách khuấy thời gian lưu là 3 5 phút và được đưa 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 + HFư(2). Trong phòng hóa thành (27) khối supe nhanh chóng được kết tinh và đưa ra ngoài nhờ hệ thống cắt quay ngược chiều với phòng hóa thành. Supe tươi rơi xuống băng tải (45) qua hệ thống đánh tung (46) và vào kho ủ (47). Tại đây supe được ủ trong 21 ngày đêm và đảo trộn định kỳ 3 lần nhờ cầu trục và được trung hòa bằng bột apatít để giảm P2O5 tự do trong supe xuống còn < 4%. Khí sinh ra trong phòng hóa thành sẽ phản ứng với SO2 có trong quặng tạo ra SiF4. 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O. SiF4 được đi qua 2 tháp hấp thụ (29) nhờ quạt hút (34) rồi qua tháp hấp thụ rỗng (30) để hấp thụ triệt để lượng khí Flo còn lại trước khi phóng không lên trời. Phản ứng hấp phụ: 3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2. Axít H2SiF6 từ tháp có nồng độ 8 12% được bơm sang thùng chứa (35) và bơm lên cao vị (32). Nước muối từ thùng (41) được 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 được đưa xuống máy li tâm đứng (38). ở đây Na2SiF6 được tách ra và đi xuống băng tải (39) vào bunhe và đưa vào ống sấy qua vít xoắn , ống sấy được cung cấp khí nóng nhờ lò đốt (43), sử dụng dầu FO, nhiệt độ lò là 1300°c, trước khi vào ống sấy thì nó được 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. Như vậy kết thúc toàn bộ dây chuyền thì thu được 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 được trong quá trình sản xuất supe phốt phát thì độ ẩm của quặng 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 Chương I: Tính toán thiết bị chính I.Tính cân bằng vật liệu máy sấy. I.1. Phương trình cân bằng vật liệu. G1+ G2= W (kg/s) [V-187] Trong đó: G1: Khối lượng vật liệu đi vào máy (kg/s) G2: Khối lượng vật liệu ra khỏi máy (kg/s) W: Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/s) Theo lượng vật liệu khô tuyệt đối: GK= G1.= G2.. (kg/s) [V-187] ị G1= G2. (kg/s) G2= G1.(kg/s) Trong đó: W1, W2: Độ ẩm ban đầu, ban cuối của vật liệu (%) Ta có: G1= 10000 (kg/h) = 2,78(kg/s) W1= 14% khối lượng chung W2= 1,5% khối lượng chung. G2= G1.= 2,78 . = 2,43 (kg/s) =8748(kg/h) W= G1- G2= 10000 - 8748 = 1252 (kg/h) II. Các kích thước cơ bản của thùng quay: Theo A = (kg ẩm /m3h). [II – 207] V = (m3) V: Thể tích thùng (m3) A: Cường 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 ta chọn A = 50 (hg ẩm/m3h) V = A = = = 25,04(m3) Quan hệ giữa chiều dài là đường kính thùng: = 3,5...7. chọn = 4 ta có: V= (.D2). L = p.D3= 25,04 D 2 (m) L = 8 (m) Vậy thùng sấy có chiều dài L = 8(m) và đường kính D = 2(m). III. Tính thời gian sấy: Vt = [VI –1] t = t: thời gian sấy (phút) Vt: thể tích thùng (m3) rx: khối lượng riêng xốp của vật liệu(kg/m3) Đối với apatít ta tra được rx = 1850(kg/m3) b: Hệ số điền đầy, chọn b=20% t = = 55,59 (phút). IV. Tính số vòng quay thùng. n = (vòng/ phút). n: Số vòng quay (vòng/phút) L: Chiều dài thùng (m) D: Đường kính thùng (m) : Góc nghiêng thùng , chọn =1o t: Thời gian sấy(phút) m, K: Hệ số phụ thuộc cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khói. Với sấy xuôi chiều và chọn cánh dạng vạt áo thì ta tra được: m= 0,7; K= 0,75 (III-122) n= = 2,16 (vòng/phút). V. Tính công suất cần thiết: N= 0,0013. D3.L..a.n (kw) (VI-122) a: Hệ số phụ thuộc dạng cánh. Với loại cánh vạt áo thì a= 0,038. n: Số vòng quay của thùng (vòng/phút) N= 0,0013.(2)3.8.1850.0,038.2,16 = 12,63(kw). Vật liệu vào Chương II: quá trình sấy lý thuyết. Trộn Lò đốt Io, do, Go, to Nhiên liệu K2 thường Vật liệu ra Tính toán quá trình cháy: Thành phần nhiên liệu là than có thành phần : C= 0,367; H= 0,027; S= 0,032; N= 0,007 O = 0,111; Tr = 0,206; A= 0,25. Nhiệt trị cao của nhiên liệu : QC = 33858.C + 125400.H – 10868(O - C) [I-53] = 33858.0,367 + 125400.0,027 – 10868(0,111 – 0,032) = 14953 (kJ/kg nl). Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu : lo = 11,6.C + 34,8.H +4,3(S - O) [I-55] = 11,6.0,367 + 34,8.0,027 – 4,3(0,032 – 0,111) = 4,857 (kg kk/kg nl). Xác định các thông số cơ bản của tác nhân sấy : Theo thống kê khí hậu Việt Nam ta có : Điểm A : Không khí trước khi vào buồng đốt tO = 250C GO = 85% Từ đó tra trên đồ thị I – d ta tìm được : 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 lượng nước chứa trong khói lò sau buồng đốt : GA’ = (9.H + A) + abđ.lO.dO (kg) [I – 58] abđ = : Hệ số không khí thừa của buồng đốt. l : Lượng không khí khô thực tế để đốt cháy 1 kg nhiên liệu. l0 : Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu. Trong các lò đốt cháy của hệ thống ta có : abđ = 1,2 1,3. Chọn abđ = 1,2. GA’ = (9.0,027 + 0,25) + 1,2.4,857.0,017 = 0,592 (kg). Khối lượng khói khô sau buồng đốt lK’ : lK’ = abđ.l0 + {1 – [Tr - (9.H + A)} [I – 59] = 1,2.4,857 + {1 – [(0,206 – (9.0,027 + 0,25)} = 6,129 (kg kk/ nl). Lượng chứa ẩm d’ của khói sau buồng đốt :._.