Đồ Án Chuyên Ngành GVHD PGS TS Lê Xuân Thành MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 1 1 Giới thiệu chung 5 1 1 1 Thành phần và tính chất của sản phẩm 5 1 1 2 Nguyên liệu sản xuất 6 1 1 3 Nhiê.
Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Thành phần tính chất sản phẩm 1.1.2 Nguyên liệu sản xuất 1.1.3 Nhiên liệu sử dụng .8 1.2 SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 1.2.1 Các sản phẩm phân lân sản xuất phương pháp nhiệt .9 1.2.2 Các phương pháp nhiệt sản xuất phân lân .10 1.3 NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY 11 1.3.1 Cơ sở hóa lý phương pháp 11 1.3.2 Ảnh hưởng thành phần phối liệu .12 1.3.3 Các trình xảy lị cao 13 1.3.4 Phương pháp xử lý khí lò 16 1.4 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 17 CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT 19 2.1 TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO LÒ CAO 19 2.1.1 Tính phối liệu cho lị cao 19 2.1.2 Tính cân chất cho lị cao 23 2.2 TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO TOÀN NHÀ MÁY 32 2.2.1 Xác định chế độ làm việc 32 2.2.2 Tính cân vật chất .32 2.3 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO LÒ CAO 37 2.3.1 Tính nhiệt vào 38 2.3.2 Tính nhiệt .39 2.4 CÔNG ĐOẠN SẤY BÁN THÀNH PHẨM 45 2.4.1 Lò đốt than 45 2.4.2 Tính cân nhiệt cho máy sấy 50 2.5 TÍNH CÂN BẰNG CHO LÒ ĐỐT CO 54 2.5.1 Tính cân chất 55 2.5.2 Tính cân nhiệt cho 1m3 khí lị 57 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 61 3.1 TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 61 3.1.1 Tính lị cao 61 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: TRIỆU ANH DŨNG Lớp: KTHH – K56 Chuyên ngành: Công nghệ chất vô I Nhiệm vụ: Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy suất 120.000 tấn/năm từ quặng Apatit loại II II Các số liệu đầu: Thành phần phối liệu Apatit % khối lượng CaO 42 MgO 3,7 P2O5 26,4 Secpentin CaO MgO SiO2 Fe2O3 Al2O3 Ni % khối lượng 0,4 34,5 42,2 7,3 2,9 0,14 Sa thạch % khối lượng Than % khối CaO 1,5 C 80,50 SiO2 CO2 Fe2O3 Al2O3 F 8,1 10,7 1,4 1,7 2,1 SiO2 96,0 H 1,4 O 1,3 Fe2O3 0,5 S 0,52 N 1,2 Ẩm 3,9 Tổng 100 H2Okt Ẩm Tổng 10,4 2,16 100 Ẩm Tro 8,3 Tổng 100 Ẩm 6,78 Tổng 100 lượng Các số khác tự chọn III Nội dung phần thuyết minh thực hiện: Tổng quan hóa học cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy Tính cơng nghệ: Tính cân chất, cân nhiệt cơng đoạn lị cao sản xuất phân lân nung chảy Tính thiết bị lò cao IV Các vẽ: Bản vẽ dây chuyền sản xuất Bản vẽ thiết bị lò cao chi tiết V Cán hướng dẫn: PGS.TS Lê Xuân Thành Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành VI Thời gian thực nhiệm vụ: Từ ………………… đến ngày …………………………………………………… Trưởng môn Cán hướng dẫn LỜI MỞ ĐẦU Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Đối với hoạt động sản xuất nông nghiệp ngày nay, việc sử dụng phân bón để cải thiện suất trồng điều thiếu Đặc biệt với nước nơng nghiệp Việt Nam, lượng phân bón sử dụng hàng năm lớn Chúng ta trọng đẩy mạnh phát triển ngành sản xuất phân bón để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nước, thay nhập sản phẩm nước ngồi Tuy vậy, theo thống kê năm lượng phân bón sử dụng nước ta vào khoảng 10 triệu loại có xu hướng tăng nhanh, riêng tháng đầu năm 2013 lượng phân bón nhập lên tới gần triệu Như nói thách thức khơng dễ dàng cho ngành sản xuất phân bón nước ta Một công nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu cao cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy Đây loại phân bón đa dinh dưỡng với ưu đặc biệt khả bảo quản tốt, hiệu sử dụng lâu dài tác dụng cải tạo đất chua, đồng thời loại phân bón mà lượng sản xuất nước tạm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng Trong phạm vi đồ án này, em xin trình bày cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy sử dụng quặng apatit loại II theo xu hướng Đây sở nguyên liệu lâu dài đảm bảo cho ngành sản xuất phân lân nước ta toàn giới Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Thành phần tính chất sản phẩm Phân lân nung chảy loại phân bón có tính kiềm, khơng độc, không hút ẩm, không kết khối, không mùi, tan nước lại dễ tan môi trường axit yếu axit xitric 2% hay amoni xitrat Thành phần phân lân nung chảy chủ yếu hai dạng 4(Ca.Mg)O.P2O5 5(Ca.Mg)O.P2O5.SiO2 Ngoài thành phần chủ yếu P2O5, CaO, MgO SiO2, phân lân nung chảy chứa nhiều nguyên tố khác Fe, Al, Mn, Co, Cu, Mo Hàm lượng thành phần phân lân nung chảy sau: P2O5: ≥ 15 ÷ 18% CaO: 28 ÷ 30% MgO: 18 ÷ 22% SiO2: 20 ÷ 28% R2O3: 7,5% (R Al, Fe) F: 0,8 ÷ 0,18 % S: 0,3 ÷ 0,4% W ẩm: ≤ 1% Việc hình thành trạng thái thủy tinh vơ định hình định chất lượng sản phẩm, thành phần dinh dưỡng cần thiết cho trồng chuyển từ dạng khó hịa tan sang dạng dễ hòa tan axit xitric rễ tiết Vai trò thành phần phân lân nung chảy: - P2O5: Thành phần gọi lân Nó làm cho sớm sinh rễ, nảy mầm, hoa kết quả, tăng lượng tinh bột, chất đường hạt, làm cho nhanh chín làm cho cứng Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành - MgO: Thành phần gọi magie Nó có vai trị quan trọng q trình quang hợp cây, tăng lục diệp tố cho Nó cịn chất cần thiết q trình chuyển hóa axit photphoric, tổng hợp protein, chất béo - CaO: Thành phần gọi vơi Nó có tác dụng trung hịa loại axit khơng cần thiết cho trồng đất, cải tạo đất chua thành đất trung tính, tăng hấp thụ nito, tổng hợp protein chuyển hóa chất dinh dưỡng Đây ưu điểm phân lân nung chảy đất chua - SiO2: Thành phần gọi silic Nó chất cần thiết cho q trình oxy hóa, q trình hơ hấp làm tăng sức đề kháng cho với sâu bệnh Ở Việt Nam, diện tích vùng đất chua lớn, thích hợp sử dụng phân lân nung chảy Ngồi ra, với tính chất khó bị rửa trơi, phân lân nung chảy cịn thuận lợi cho q trình tích lũy dinh dưỡng đất 1.1.2 Nguyên liệu sản xuất Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân nung chảy quặng photphat tự nhiên, chủ yếu quặng apatit, kết hợp với chất phụ gia secpentin, sa thạch Phân lân nung chảy chế tạo cách nung chảy lỏng nhiệt phối liệu gồm apatit, secpentin số nguyên liệu hay phụ gia khác theo tỷ lệ định Phối liệu nóng chảy khỏi lị tơi nước lạnh cao áp Kết ta thu bán sản phẩm dạng hạt cỡ ÷ mm trạng thái vơ định hình Bán sản phẩm sấy khơ nghiền đến kích thước hạt nhỏ trở thành sản phẩm xuất xưởng Dưới đặc điểm nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân nung chảy: a) Quặng apatit Là khống có cơng thức cấu tạo Ca10F2(PO4)6R2 Nguyên tố R F, Cl, nhóm OH, CO3 Trong F phổ biến nhất, ta gọi quặng flo apatit Hàm lượng thành phần quặng apatit dao động sau: CaO: 43% P2O5: 31 - 35% Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Fe2O3: 1,7 - 2,0% Al2O3: - 2,2% MgO: 1,7-2,0% SiO2: 2,5 - 3% F: 1,7 - 2,0% CO2: 1,9 - 2,3% Quặng flo apatit có màu xám nâu, khối lượng riêng 3,18 ÷ 3,21 g/cm3, nhiệt nóng chảy 1400 ÷ 1550°C Quặng tự nhiên chứa nhiều tạp chất Ở Việt Nam quặng photphat sử dụng nhiều công nghiệp chủ yếu quặng apatit Lào Cai, phân thành loại sau: - Apatit flo hay apatit loại I: loại quặng đơn khống, gồm hạt có kích thước 0,01 ÷ 0,06 mm liên kết chặt chẽ với Quặng đặc trưng độ lỗ hổng cao cấu trúc, hàm lượng P2O5 trung bình từ 32 ÷ 46% Trong quặng khơng có mặt lưu huỳnh - Apatit dolomit hay apatit loại II: phổ biến, chiếm phần lớn trữ lượng mỏ Nó khối đá màu xám, xám xanh, đặc trưng cấu tạo vi hạt Trong thành phần chứa 65 ÷ 70% apatit, 10 ÷ 30% cacbonat, ÷ 10% thạch anh, cacbonit, nascovit pyrit Hàm lượng P2O5 trung bình từ 22 ÷ 28% - Apatit thạch anh hay apatit loại III: có dạng đá màng xốp, liên kết với yếu, đơi trạng thái rời có mầu tím than, vàng Loại chứa hạt thạch anh apatit Hàm lượng P2O5 trung bình từ 16 ÷ 22% b) Quặng secpentin Quặng secpentin có cơng thức cấu tạo 3MgO.2SiO2.2H2O Ngồi secpentin cịn có số nguyên tố vi lượng Ni, Mn, Cu, … có lợi cho trồng Secpentin đóng vai trị chất trợ dung, có tác dụng làm giảm dung điểm nóng chảy phối liệu, làm giảm tác động thành phần có hại Al2O3, Fe2O3, giúp dễ Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành tạo thành dạng thủy tinh làm tăng chất lượng phân bón Tỷ lệ phối liệu phải tính cho hợp lý, q khó nung luyện, nhiều q dung điểm nóng tăng sinh phản ứng thăng hoa photpho c) Sa thạch Là chất trợ dung, cung cấp SiO2 cho phối liệu giúp cho việc điều chỉnh tỷ lệ phối liệu dễ dàng để có dung điểm nóng chảy thấp Tuy nhiên nhiều gây thăng hoa photpho, tăng dung điểm nóng chảy, khó nung luyện Nếu SiO2 q tác dụng phá vỡ mạng tinh thể apatit khó, tốc độ kết tinh nhanh, nhiệt độ nóng chảy phối liệu cao d) Quặng bánh Các loại quặng apatit, secpentin, sa thạch than đưa nhà máy có nhiều kích thước hạt khác Phần hạt có kích thước nhỏ, khơng thể sử dụng cho lị cao tận dụng để ép thành dạng bánh nhờ chất kết dính trở thành nguyên liệu sử dụng cho lị cao Giải pháp "Phối liệu đóng bánh quặng apatit mịn quặng secpentin mịn" Cục sáng chế thuộc Ủy ban Khoa học kỹ thuật Nhà nước cấp độc quyền Nhờ nhà máy sản xuất phân lân nung chảy sử dụng hồn toàn loại quặng mịn cỡ cho phép, giải vấn đề xử lý chất thải rắn, chống ô nhiễm môi trường 1.1.3 Nhiên liệu sử dụng Có thể dùng lượng điện nhiệt cháy than, dầu để nung chảy phối liệu Dùng điện có ưu điểm dễ điều chỉnh nhiệt độ lò, sản phẩm thu tạp chất, tạo bụi, phương pháp áp dụng nước có cơng nghiệp phát triển, có nguồn lượng điện Nếu dùng dầu gặp khó khăn việc cấu tạo thiết bị gia cơng ngun nhiên liệu trước cho vào lị Vì lý mà than loại nhiên liệu sử dụng phổ biến để sản xuất phân lân nung chảy Than sử dụng cần có hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độ chịu nhiệt cao nhiệt lớn Có loại than sử dụng than antraxit than cốc - Than antraxit: hàm lượng tro < 12%, cỡ hạt 40 ÷ 90mm Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành - Than coke: hàm lượng tro < 18%, sử dụng với hai cỡ hạt 40 ÷ 90mm để dùng lị cao 11 ÷ 30mm để dùng cho lò đốt CO Trong đồ án loại than sử dụng than antraxit, có trữ lượng lớn Quảng Ninh 1.2 SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT Phân lân sản xuất phương pháp nhiệt sản phẩm chế tạo cách thiêu kết photphat thiên nhiên nhiệt độ cao với chất kiềm nung chảy với thạch anh, đá vôi, hợp chất magiesian, silicat Phương pháp thiêu kết photphat thiên nhiên với chất kiềm gọi phương pháp nhiệt, phương pháp nung chảy lỏng chúng với chất phụ gia gọi phương pháp nung chảy lỏng Các loại phân lân sản xuất phương pháp nhiệt có đặc điểm khơng hút ẩm, khơng kết khối có hàm lượng P2O5 từ 20 ÷ 35% 1.2.1 Các sản phẩm phân lân sản xuất phương pháp nhiệt Khi chế biến photphat thiên nhiên phương pháp nhiệt, đặc biệt có mặt phụ gia xảy phá hủy mạng tinh thể apatit đồng thời tách hợp chất vào pha khí, trước tiên tạo thành tricanxi photphat Ca3(PO4)2 pha rắn sau chất khác Tricanxi photphat tồn dạng biến thể vô định hình α biến thể tinh thể β Điểm chuyển chúng 1180°C Thấp nhiệt độ β tồn ổn định, cao nhiệt độ α tồn ổn định Dạng α có đặc điểm tan tốt axit xitric amoni xitrat Để chống lại chuyển dạng α β ta phải tiến hành làm lạnh nhanh sản phẩm Nếu q trình có mặt SiO2 hay Na2CO3 có phản ứng thay nhóm nguyên tử CaO tricanxi photphat thành canxi octosilicat: Ca3(PO4)2 + SiO2 + Na2CO3 = (Na2O.2CaO.P2O5) + CaO.SiO2 + CO2 Khi CaO dư tạo thành dạng 4CaO.P2O5.SiO2 4CaO.P2O5 Hai dạng tan axit xitric amoni xitrat Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành a) Phân lân thủy nhiệt Được chế tạo từ apatit cát, chứa chủ yếu dạng α tricanxi photphat Tùy thuộc vào thành phần canxi photphat lượng SiO2 đưa vào đá vôi mà phốt phát khử flo chứa từ 20 ÷ 39% P2O5 tổng, có 19 ÷ 36% P2O5 hữu hiệu, 28 ÷ 55% CaO, 2,7 ÷ 48,7 % SiO2, 0,01 ÷ 0,3 F số thành phần khác b) Phân lân thủy tinh Được chế tạo cách nung chảy phối liệu photphat thiên nhiên với khống magiesian, silicat dolomit Hàm lượng flo khơng ảnh hưởng tới P2O5 hiệu Loại chứa 19,5 ÷ 22,5% P2O5 tổng, 19 ÷ 21% hữu hiệu, ÷ 14% MgO, 30% CaO, 23% SiO2, 7,5% R2O3 1,8% F Sau nung làm lạnh, sấy khô nghiền mịn, có đặc tính lý học tốt c) Photphat kiềm nhiệt: Thu cách thiêu kết photphat thiên nhiên nghiền mịn với muối khoáng kiềm Na2CO3, K2CO3, Na2SO4, K2SO4 xỉ Thành phần sản phẩm thu 18 ÷ 20% P2O5, 28 ÷ 30% CaO, 12 ÷ 14% MgO, 28 ÷ 30% SO4 số thành phần vi lượng khác Mn Việc sản xuất phân bón từ loại xỉ rắn đơn đập nghiền chúng 1.2.2 Các phương pháp nhiệt sản xuất phân lân a) Phương pháp thủy nhiệt Theo phương pháp dùng nhiệt với có mặt nước tham gia Trong khoảng nhiệt độ 1400 ÷ 1450°C với có mặt nước, có thay ion F - ion OH- Ca10F2(PO4)6 + H2O = Ca10(OH)2(PO4)6 + HF Phản ứng phân hủy thành tri tetra canxi photphat Ca10(OH)2(PO4)6 = Ca3(PO4)2 + Ca4P4O9 + H2O Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 10 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành P: lượng liệu lỏng ngày p = 15,705 × 24 = 376,12 (tấn/ngày) w: lượng xỉ thu hồi (tấn/tấn liệu lỏng) 0,0474 + w = 0,025 (tấn/tấn liệu 3,212 129,112 = lỏng) n: số lần tháo xỉ ngày Ta chọn n = 12 k1: hệ số an toàn tầng xỉ, thường từ 1,5 ÷ Chọn k1 = k2: hệ số chứa đầy lớp xỉ nồi Chọn k2 = 0,5 7,2: tỷ trọng xỉ (tấn/m3) Vậy chiều cao vùng xỉ là: × 376,12 × 0,025 × hxỉ = 7,2 × 12 × π × 32 × 0,5 = 0,062 (m) Lấy hxỉ = 0,07 m Vậy h1’ = 0,15 + 0,07 = 0,22 (m) Cự ly cửa liệu cửa gió: Cự ly dược tính cho cửa liệu bị tắc hay bị gió đột ngột (lúc áp lực liệu đáy lị) khoảng 15 phút mà liệu lỏng chưa tràn vào cửa gió h1” = 4×t×p (m 1440 × π × × × ) Trong đó: t: thời gian kéo dài cửa liệu không mở t = 15 phút : hệ số hữu hiệu (chứa đầy) chất nóng chảy = 0,65 ÷ 0,88 Chọn = 0,68 Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 62 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành : tỷ trọng liệu lỏng = 2,5 (tấn/m3) Vậy ta có: h1” = × 15 × 376,12 = 0,326 1440 × π × 2,5 × 0,68 × 32 (m) Lấy h1” = 0,33 m Giới hạn nồi lị hơng lị: Từ trung tâm cửa gió đến phần giới hạn nồi lị hơng lị cần đoạn: h1’’’ = 200 ÷ 400mm Ta lấy h1’’’ = 300 mm Vậy chiều cao nồi lò là: h1 = 0,15 + 0,22 + 0,33 + 0,3 = (m) b) Bụng lị Đường kính bụng lị: D2 = (1,1 ữ 1,25) ì D1 (m) Ly D2 = 1,2 × D1 = 1,2 × = 3,6 (m) Chiều cao bụng lị: h3 = 500 ÷ 1000 mm Ta chọn h3 = 800 mm c) Cổ lị Đường kính cổ lò phải xem xét từ nhiều yếu tố: tốc độ khí, khoảng cách từ thành đến mép chng góc tỷ số Theo kinh nghiệm, D3 = (0,65 ÷ 0,8) × D2 Chọn D3 = 0,7 × D2 = 0,7 × 3,6 = 2,52 (m) Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 63 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Chiều cao cổ lị phải chọn cho chng hạ xuống, vật liệu rơi phải nằm phạm vi cổ lò cho khơng va đập vào thành lị Thường xác định cơng thức kinh nghiệm: h5 = (0,62 ÷ 0,67) × D3 (m) Chọn h5 = 0,65 × D3 = 0,65 × 2,64 = 1,638 (m) Lấy h5 = 1,64 m Đường kính nắp chng lớn: Căn vào đường kính cổ lị khe hở nắp chng với cổ lị Thường D0 = D3 – × (0,35 ÷ 0,45) (m) Chọn D0 = 2,52 – × 0,4 = 1,72 (m) d) Hơng lị Chiều cao hơng lị: h2 = (D2 - D1) × tg (m ) Trong góc nghiêng hơng lị Góc lớn q khơng tốt (khi độ dốc hơng lị lớn) Nhỏ q phân bố khí khơng Thường = 80 ÷ 85° Chọn = 80° h2 = (3,6 - 3) × tg80 = 1,701 (m) Chọn h2 = 1,7 m e) Tính thân lò Chiều cao thân lò: h4 = (D2 - D3) × tg Sinh viên: Triệu Anh Dũng (m Lớp: KTHH – K56 64 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành ) góc nghiêng thân lò Chọn = 80° h4 = (3,6 - 2,52) × tg80 = 3,062 (m) Chọn h4 = 3,06 m Vậy chiều cao tồn lị là: H = + 1,7 + 0,8 + 3,06 + 1,64 = 8,2 (m) f) Tính cửa gió cửa liệu Xác định số ống gió: Các yêu cầu cửa gió: hình dáng, kích thước phải đảm bảo để phân phối gió hợp lý, đồng thời để gió vào sâu lị Đảm bảo đủ lượng gió để nhiên liệu cháy Mắt gió phải đơn giản, dễ chế tạo Cự ly mắt gió phải hợp lý Lớn nhỏ q khơng tốt Nếu lớn q gió thổi khơng tạo vịng chết Cự ly thích hợp tạo vùng cháy khép kín khắp nồi lị Số ống gió xác định theo cơng thức: N = × (D2 + 1) = × (3,6 + 1) = 9,2 (ống) Chọn n = 10 ống Đường kính ống gió : Tính dựa vào tốc độ gió thổi vào lị: d = × 103 × (mm) Trong đó: Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 65 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xn Thành Q: lưu lượng khơng khí vào lị (m3/s) Ta có Q = 43511 1,29 × = 9,369 (m3/s) 3600 n: số ống gió Chọn n = 10 ống w: tốc độ gió vào: 30 ÷ 60 m/s Chọn w = 40 m/s Vậy đường kính ống gió là: d = × 103 × = 172,692 (mm) Chọn d = 175 mm Cửa liệu: Đường kính cửa liệu khơng nên lớn q, liệu lỏng chảy lớn, q trình tơi khơng làm giảm hiệu suất chuyển hóa Với lị suất 200 tấn/ngày thường làm cửa liệu Một cửa chạy cửa dự phịng với đường kính 30 ÷ 40 mm Với lò suất 300 tấn/ngày thường làm cửa liệu Cho chạy cửa để cửa dự phịng Đường kính cửa liệu 60mm Với suất lị tính 376,12 tấn/ngày, ta chọn đường kính cửa liệu 60 mm g) Tính kiểm tra lớp cách nhiệt thân lị Thân lị có cấu tạo sau: Ngồi vỏ thép CT3 cò chiều dày 1 = 14mm Lớp lớp cách nhiệt amiang, chiều dày 2 = 30mm Lớp gạch chịu lửa, chiều dày 3 = 343 mm Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 66 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Các điều kiện nhiệt độ lị: Nhiệt độ mơi trường: t1 = 25°C Nhiệt độ vỏ lò: t2 = 50°C Nhiệt độ trung mặt đường giá lò: t3 = 180°C Nhiệt độ trung bình khí lị: t4 = 200°C Tính hệ số cấp nhiệt từ khí tới tường lị 1 = k × (1’ + 1’’) (W/m2°C) Trong đó: 1’: hệ số cấp nhiệt đối lưu cưỡng 1’’: hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên k: hệ số tính đến hình dạng bề mặt trao đổi nhiệt, nằm khoảng 1,2 ÷ 1,3 Ta chọn k = 1,25 Tính 1’: Nu × 1’ = dtb (W/m2°C) [VII-17] Để tính chuẩn số Nu, ta tính chuẩn số Re Re w × dtb × 200 [VII- = ×g 13] dtb: đường kính trung bình lị dtb = m w: tốc độ khí lị (m/s) : trọng lượng riêng khí (kg/m3) Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 67 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành : độ nhớt động lực khí lị (Ns/m2) : hệ số dẫn nhiệt khí lị (W/m2°C) Ta có: w (m/s Flị = π × d2 Flị = = ) π × 32 = 7,065 (m) V0 × (200 + 273) (m3/h) 273 4362 V0 = = 38715,504 (m3/h) 1,29 Vậy ta có: 38715,504 × (200 + = 67078,511 (m3/h) 273) 273 w = 67078,511 3600 × 7,065 = 2,637 (m/s) Tính theo cơng thức gần đúng: Mh2 = m1 × M1 + m2 × M2 + m3 × M3 [V-85] Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 68 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành hh 1 2 3 Trong đó: Mh2; Mi: khối lượng phân tử hỗn hợp khí thành phần khí h2, i: độ nhớt hỗn hợp khí thành phần mi: thành phần cấu tử hỗn hợp Độ nhớt khí 200°C ơII-16] CO2 = 225 × 10-7 Ns/m2 CO = 245 × 10-7 Ns/m2 H2O = 162 × 10-7 Ns/m2 N2 = 246 × 10-7 Ns/m2 Bỏ qua số thành phần khí khác q nhỏ Ta có: 14,07 hh 0,929×0,06 = 245×10-7 9,656×0,6861 1,637×0,11632 + + 225×10-7 246×10-7 1,22×0,0866 + 162×10-7 hh = 491 × 10-7 (Ns/m2) Tính trọng lượng riêng hỗn hợp khí: = mN2 × N2 + mH2O × H2O2 + mCO2 × CO2 + mCO × CO Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 (kg/m3) 69 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành 22,4 0,68614 × 28 + 0,11632 × 44 + 0,067 × 28 + 0,08669 × 18 = 1,24 (kg/m3) = 22,4 Suy trọng lượng riêng 25°C × to 1,24 × 200 = = 0,716 (kg/m3) 273 200 + 273 = t + to Vậy ta có: Re = 2,637 × × = 11759,637 0,716 491 × 10-7 × 9,81 Do Re 104 nên Nu xác định theo công thức: Nu = 0,021 × × Re0,8 × Pr0,43 × ()0,25 [VII-14] : hệ số phụ thuộc tỷ lệ giá trị Re Chọn = 1,65 [VII-15] Prt: chuẩn số Pran dịng, tính theo nhiệt độ trung bình tường Pr: chuẩn số Pran đặc trưng cho tính chất vật lý chất tải nhiệt Khí lị chủ yếu khí nguyên tử, nên pr = 0,72 ()0,25 Ta có Nu = 0,021 × 1,65 × 11759,6370,8 × 0,720,43 = 54,284 Tính hệ số dẫn nhiệt khí lị: = b × Cv × × g × 3600 (W/m2 °C) Trong đó: b Sinh viên: Triệu Anh Dũng 9×k– Lớp: KTHH – K56 70 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành = Với k = 1,4 số đoạn nhiệt phụ thuộc số ngun tử khí b × 1,4 – = Mặt khác k = Cp Cv nên Cv = = 1,9 Cp k Nhiệt dung riêng thành phần khí 25°C = 0,2383 kcal/kg°C [V-1992] = 0,25154 kcal/kg°C.[V-202] = 0,472 kcal/kg°C.[V-168] = 0,2531 kcal/kg°C.[V-199] Ta có nhiệt dung riêng hỗn hợp là: Cp = 0,25154 × 0,68614 + 0,2383 × 0,11632 + 0,2531 × 0,067 + 0,472 × 0,08669 = 0,258 (kcal/kg°C) Hay Cp = 1,08 kJ/kg°C 1,0 Vậy Cv = 1,4 = 0,771 (kJ/kg°C) = 1,9 × 0,771 × 491 × 10-7 × 9,81 × 3600 = 2,54 (kJ/m2h°C) Thay giá trị vào ta được: Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 71 Đồ Án Chuyên Ngành Tính 1’’: GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành 1’ = 54,284 × 2,54 = 46,045 (kJ/m2h°C) Nu × 1’’ = dtb Ở Nu tính theo cơng thức Nu = C × (Gr × Pr)n [VII-23] Trong đó: C n số phụ thuộc vào tích số Gr × Pr Tính Gr: Gr = × g × × t 2 [VII13] dtb = (m): đường kính trung bình t = 200 – 180 = 20°C: hiệu số chêch lệch nhiệt độ khí lị tường lị : hệ số dẫn nở thể tích khí lị Lấy = 1/°C : độ nhớt động học hỗn hợp khí h2 × g = = 491 × 10-7 × 9,81 0,716 = 6,727 × 10-4 (m2/s) 33 × 9,81 × × 20 Gr = = 11,706 × 109 -4 (6,727 × 10 ) Tích số Gr × Pr = 11,706 × 109 × 0,72 = 842,832 × 107 > × 107 Tương ứng với chế độ chảy xốy Nên ta có n = 0,33 c = 0,135 Nu = 0,135 × (842,832 × 107)0,33 = 254,582 Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 72 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành 254,582 × 1’’ = = 215,546 (kJ/m2h°C) 2,54 1 = k (1’ + 1’’) = 1,25 × (46,045 + 215,546) = 326,989 (kJ/m2h°C) Tính hệ số cấp nhiệt từ mặt tường phía ngồi xung quanh Phạm vi nhiệt độ từ 50 ÷ 370°C Ta tính theo cơng thức kinh nghiệm: 2 = + 0,05 × t = + 0,05 × 50 = 10,5 (kcal/m2h°C) Hay 2 = 43,951 kJ/m2h°C Tính hệ số truyền nhiệt: K = + + (kJ/m2h°C) Trong đó: 1: chiều dày lớp tường lò (m) i : hệ số dẫn nhiệt tường lò thép = 40 kcal/m2h°C = 167,432 kJ/m2h°C gạch chịu lửa = 0,9 kcal/m2h°C = 3,767 kJ/m2h°C ami ăng = 0,13 kcal/m2h°C = 0,544 kJ/m2h°C 1 2: hệ số cấp nhiệt K = + + + + = 5,811 (kJ/m2h°C) Nhiệt tổn thất qua thành lị ngồi: q = K × (t4 – t1) = 5,811 × (200 – 25) = 1016,925 (kJ/m2h°C) Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 73 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Kiểm tra nhiệt độ tường lị ngồi: t3 = t4 – = 200 q – 1 Sai 100% 190 = 25 q – 2 Sai (°C) = 3,626% < 5% 1016,92 = 48,138 43,951 (50 – 48,138) × 100% 50 số: = 196,89 326,989 (196,89 – 190) × số: t2 = t1 – 1016,92 (°C) = 3,72% < 5% Sai số cho phép nhỏ 5%, việc tính tốn cách nhiệt cho lị cao hợp lý, đảm bảo yêu cầu sản xuất h) Tính đường dẫn ống dẫn khơng khí vào lị cao Ta tích khí vào lị cao: 43511 1,29 × = 9,369 (m3/s) 3600 Vận tốc khơng khí nóng ống từ ÷ 12 m/s Chọn w = 10 m/s Đường ống khơng khí nóng xác định theo công thức: Dkk = = = 1,092 (m) Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 74 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Lấy Dkk = m KẾT LUẬN Dưới dẫn tận tình PGS.TS Lê Xuân Thành thầy cô môn Công nghệ chất vơ cơ, em thực đồ án tính tốn, thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năm suất 120.000 tấn/năm từ quặng Apatit loại II Sau thực đồ án, em tích lũy thêm kiến thức thiết bị công nghiệp, quy cách thực hiện, trình bày đồ án Đồng thời nắm bắt công nghệ ứng dụng thực tiễn thông qua trình tìm hiểu thực đồ án Trên sở đó, em tính tốn, thiết kế phần dây chuyền sản xuất mà đề tài nêu Tuy vậy, tập đồ án giải số điểm trọng tâm hệ thống mà chưa đủ khả triển khai thực tế Một số phần hệ thống cần tính tốn kỹ lưỡng để khơng đạt u cầu chất lượng mà kinh tế sản xuất Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 75 Đồ Án Chuyên Ngành GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành Do thời gian tìm hiểu có hạn, khối lượng cơng việc lớn nguồn tài liệu không nhiều, tập đồ án khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận góp ý quý báu từ thầy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Tiến, Hồ Duy Tồn, Sản xuất phân lân nung chảy lị cao, NXB Lao Động, 1968 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 1, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Nguyễn An, Tính tốn Cơng nghệ sản xuất hợp chất vô cơ, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1983 [4] Bộ mơn máy thiết bị hóa chất, Tính tốn thiết bị hóa chất, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 1972 [5] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập 1, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 1972 [6] Nhiều tác giả, Sổ tay kĩ sư hóa chất, NXB Giáo dục Hà Nội 1981 Sinh viên: Triệu Anh Dũng Lớp: KTHH – K56 76 ... chua, đồng thời loại phân bón mà lượng sản xuất nước tạm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng Trong phạm vi đồ án này, em xin trình bày cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy sử dụng quặng apatit loại II. .. chọn III Nội dung phần thuyết minh thực hiện: Tổng quan hóa học cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy Tính cơng nghệ: Tính cân chất, cân nhiệt cơng đoạn lị cao sản xuất phân lân nung chảy Tính thiết. .. gọi phương pháp nung chảy lỏng Các loại phân lân sản xuất phương pháp nhiệt có đặc đi? ??m khơng hút ẩm, khơng kết khối có hàm lượng P2O5 từ 20 ÷ 35% 1.2.1 Các sản phẩm phân lân sản xuất phương pháp