Nhiên liệu2.1 Nhiên liệu rắn2.2 Nhiên liệu lỏng2.3 Nhiên liệu khí PHẦN III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT 1: Sơ đồ khối và sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất xi măng 2: Thuyết minh quy trình sản xu
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN NHẬP MÔN
Kỹ Thuật Hóa Học Tên đề tài: Quy trình sản xuất xi măng
Nhóm 4:Lê Thị Hoa
hoa.lt230850@sis.hust.edu.vn
Nịnh Văn Hoàng hoang.nv230862@sis.hust.edu.vn
Lê Trung Hiếu hieu.lt230839@sis.hust.edu.vn
Lê Thị Thanh Hoa hoa.ltt230851@sis.hust.edu.vn
hướng dẫn:
TS Nguyễn Công Bằng
Nhóm chuyên
môn:
Máy Hóa
1
Trang 2HÀ NỘI, 1- 2024 LỜI MỞ ĐẦU
Công cuộc đô thị hóa và hiện đại hóa trong xã hội hiện nay ngày càng tăng
nhanh Các thành phố lớn của Việt Nam đang trong quá trình phát triển dẫn
đến cơ sở hạ tầng về nhà cửa, kho hàng, bãi bến ngày càng được chú trọng để
hòa nhập với cộng đồng quốc tế
Để có thể đáp ứng được nhu cầu của tầng lớp nhân dân trong sự phát triển thì
ngành công nghiệp xi măng rất được chú trọng, vì ngành công nghiệp xi măng
còn được coi là ngành xây dựng cơ bản Ở nước ta, nền kinh tế và khoa học kỹ
thuật đang trên đà phát triển phù hợp với sự phát triển chung của khu vực, với
chính sách mở của Đảng và Nhà nước Đất nước ta đang thu hút vốn đầu tư
nước ngoài ngày càng nhiều, trong đó phải kể đến đầu tư vào công nghệ sản
xuất xi măng trong những năm gần đây
Với chủ đề “Quy trình sản xuất xi măng” chúng ta sẽ hiểu thêm về thành phần,
chất lượng của xi măng dùng trong xây dựng mà hằng ngày chúng ta sử dụng
Trang 3MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN VÀ NHU CẦU VỀ SẢN PHẨM
1 Tính chất hóa học
2 Tính chất vật lý
3 Ứng dụng
4 Tình hình sản xuất
5 Nhu cầu tiêu thụ
PHẦN II: NGUYÊN LIỆU VÀ NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
1 Nguyên liệu
1.1 Clinker
1.2 Thạch cao
1.3 Đá vôi
1.4 Phụ gia
2 Nhiên liệu
2.1 Nhiên liệu rắn
2.2 Nhiên liệu lỏng
2.3 Nhiên liệu khí
PHẦN III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1: Sơ đồ khối và sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất xi măng
2: Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng
PHẦN IV: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐƯỢC DÙNG TRONG DÂY CHUYỀN
PHẦN V: ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG
PHẦN VI: KẾT LUẬN
PHỤ LỤC
3
Trang 4PHẦN I: TỔNG QUAN VÀ NHU CẦU VỀ SẢN PHẨM
Xi măng là một vật liệu xây dựng chủ yếu được sử dụng để tạo ra bê tông,
trong đó nó chịu trách nhiệm cho độ cứng và độ bền của vật liệu này Dưới đây
là một số thông tin tổng quan về sản phẩm xi măng:‰
‰1 Tính chất hóa học: Xi măng thường là hỗn hợp của các chất khoáng, chủ
yếu là silicat canxi, alumina, sắt và các thành phần khác như silicat nhôm và
silicat sắt.‰
2 Tính chất vật lý: Xi măng có khả năng hoặc khả năng tạo ra bề mặt liên kết
mạnh mẽ với các vật liệu khác, đồng thời có khả năng chịu lực tốt và chịu được
áp lực.‰
3 Ứng dụng của sản phẩm: Được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, xi măng là
thành phần chính để sản xuất bê tông, từ nhà ở đến công trình công nghiệp
lớn.‰
Tình hình sản xuất và thị trường tiêu thụ‰
4 Sản xuất: Nhiều quốc gia trên thế giới sản xuất xi măng, với các nhà máy xi
măng phân bố khắp nơi.‰
5.Nhu cầu tiêu thụ xi măng ở Việt Nam và trên thế giới: Thị trường xi măng
trong nước và quốc tế luôn duy trì sự cạnh tranh cao Nhu cầu sử dụng xi măng
liên quan mật thiết đến việc xây dựng, vì vậy thị trường này thường ổn định
nhưng cũng chịu ảnh hưởng từ biến động kinh tế và phát triển công nghiệp của
mỗi quốc gia.‰Theo Hiệp hội Xi măng Việt Nam, dự kiến tiêu thụ xi măng toàn
ngành trong năm 2023 đạt‰khoảng 100 triệu tấn, trong đó tiêu thụ nội địa ở
mức 62 - 65 triệu tấn và xuất khẩu đạt 30 - 33 triệu tấn
PHẦN II: NGUYÊN LIỆU VÀ NHIÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG
1: Nguyên liệu
1.1 Clinker
Clinker là bản sản phẩm trong quá trình sản xuất xi măng Clinker được sản
xuất bằng cách nung kết hợp hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt
với thành phần xác định đã được định trước , Clinker có dạng cục sỏi nhỏ , kích
thước 10-50mm‰
Thành phần phối liệu sản xuất ra clinker bao gồm 4 oxit: CaO, SiO2, Al2O3,
Fe2O3
Trang 5- Oxit canxi do nhóm nguyên liệu cacnonat canxi cung cấp
- Oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3 nằm trong các khoáng sét do đất sét cung cấp
a Nhóm nguyên liệu chứa CaO
- Để tạo ra CaO:
CaCO3 CaO + CO2
Ca(OH)2 CaO + H2O
- Trong đó Ca(OH)2 là tốt nhất vì có độ phân tán cao, hoạt tính
- Khi chọn nguyên liệu nếu có đá vôi sét mà hàm lượng sét > 20% là tốt
nhất Cho clinker tốt, công nghệ đơn giản, ít tốn năng lượng
b Nhóm nguyên liệu chứa SiO2, Al2O3, Fe2O3
Đất sét chứa các thành phần sau:
- Khoáng sét
- Muối khoáng
- Tạp chất hữu cơ
- Đá, sỏi, cát, trường thạch
Trong đó khoáng sét là chủ yếu, để sản xuất xi măng thì đất sét phải có hàm
lượng khoáng sét > 70- 75% Trong đó caolinit là chủ yếu
1.2 Thạch cao
- Cấu tạo của thạch của tự nhiên CaSO4.2H2O
CaSO4.1/H2O + 1/2H2O CaSO4.H2O
- Thạch cao là phụ gia cho thêm vào xi măng để kéo dài thời gian ninh kết,
giảm tốc độ đóng rắn của xi măng
- Clinker khi nghiền mịn đóng rắn rất nhanh, do phản ứng C3A với nước xảy
ra rất nhanh Do đó phải giảm tốc độ đóng rắn của clinker bằng thạch
cao Khi có mặt thạch cao quá trình đóng rắn xảy ra phản ứng
- Khi tạo hỗn hợp vữa, bao quanh thạch cao lúc đầu là C3A.CaSO4.3H2O
xốp, hình kim Ion SO4 (2+), tiếp tục đi qua lỗ xốp ra môi trường SO4 (2),
bao quanh C3A tạo thành lớp C3A.CaSO4.12H2O xít đặt già bền, ngăn cản
không cho ion Al3+ thoát ra ngoài, vì vậy mà quá trình phản ứng chậm lại
và thời gian ninh kết kéo dài
5
Trang 6- Hàm lượng thông thường 3-6 % Nếu cho quá nhiều thạch cao , nồng độ
SO4(2-) cao , tạo nên môi trường bão hòa nhanh C3A.CaSO4.12H2O thành
C3A.CaSO4.31H2O có cấu trúc xốp, làm tăng tốc độ dính ướt , quá trình
tạo hydrosunfua aluminat nhanh , làm tăng tốc độ ninh kết Nếu cho ít
thạch cao, nồng độ SO4(2-) ít, làm Al (3+) tiếp tục thoát ra môi trường
tăng quả trình đóng rắn.‰
1.3 Đá vôi :
CaCO chiếm khoảng 60 - 97 %
Tác dụng của đá vôi trong nghiền xi măng:
- Là chất cứng , giòn , dể nghiền đối với hệ nghiền đứng
- Dể tạo ra những hạt có kích thước nhỏ từ 5-10mm Rate 45 tăng ; Blaine tăng
- Tạo độ dẻo cho hồ xi măng Cường độ ban đầu khi đóng rắn
- Tăng hiệu xuất kinh tế vì giá thành thấp
- Tuy nhiên làm giảm cường độ của ximăng vì bản chất đá vôi không tạo cường
độ cho xi măng
1.4 Phụ gia (Pouzzolane)
- Là vật liệu Silic hoặc Silic và Alumin
- Cấu tạo tự nhiên thành phần chủ yếu là silic hoạt tính
- Phụ gia càng tốt mức độ hoạt tỉnh ( khả năng hút vội ) càng cao
- Pouzzolane thuộc nhóm phụ gia hoạt tính ( thủy lực ) làm tăng mật độ và
cường độ của xi măng trong môi trường nước Đồng thời giúp tăng sản lượng,
hạ giá thành sản phẩm
- Thành phần chính là các khoáng hoạt tính nhôm alumo silicat Tự bản thân
không có tinh thủy lực Trong môi trường điện ly có Ca(OH)2 , từ phản ứng
hydrat clinker , chúng có khả năng tạo khoảng hydrosilicat canxi CSH hoặc
hydrosilicat alumin CAH có tính thủy lực Độ hoạt tính càng lớn khi hàm lượng
oxyt silic và định hình càng cao
*Ảnh hưởng đến chất lượng :
- Cường độ xi măng ban đầu phát triển chậm
- Cường độ sau phát triển cao , bền trong môi trường thủy hóa
- Sử dụng nhằm tăng khả năng bền nước và hạ giá thành
Trang 72 Nhiên liệu để nung clinker xi măng
Quá trình tạo khoáng clinker xi măng thu nhiệt và chỉ xảy ra hoàn toàn ở nhiệt
độ cao 1400- 1500℃ trong thời gian nhất định Vì vậy, phải cung cấp nhiên liệu
để nung chín được clinker
Trong công nghệ sản xuất xi măng hiện đang sử dụng 3 loại nhiên liệu chính
sau:
- Nhiên liệu rắn (than)
- Nhiên liệu lỏng (dầu)
- Nhiên liệu khí (khí thiên nhiên)
2.1 Nhiên liệu rắn
Hiện nay các nhà máy xi măng chủ yếu dùng loại than đá lửa dài, nhiều chất
bốc đầy pha hỗn hợp than bụi hoặc than atraxit phân loại theo số cám 1,2,3,4,5
làm nhiên liệu
2.2 Nhiên liệu lỏng
Dầu có nhiệt năng cao, ít tro, dễ điều chỉnh khi nung nhưng giá thành cao và
phải gia nhiệt trước khi phun vào lò
Dầu làm nhiên liệu cho sản xuất xi măng phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật sau:
- Nhiệt lượng ≥ 9200 Kcal/Kg dầu
- Lượng nước lẫn ≤ 1%
- Tỷ trọng ở 20℃ ≤ 0,98 tấn/m3
- Hàm lượng lưu huỳnh ≤ 2,1%
2.3 Nhiên liệu khí
Dùng khí thiên nhiên rất sạch, dễ điều chỉnh, không có tro, dùng để sản xuất xi
măng trắng rất tốt Sử dụng không phải gia công
PHẦN III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
1 Sơ đồ khối và sơ đồ quy trình công nghệ
7
Trang 8Hình 1.1 Sơ đồ khối quy trình sản xuất xi măng
Hình 1.1 Sơ đồ khối sản xuất xi măng
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất xi măng
Trang 92 Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng
Gồm 6 giai đoạn:
‰1, Giai đoạn 1: Tách chiết nguyên liệu thô‰
‰‰ Sản xuất xi măng các nguyên liệu thô: Canxi, silic, sắt và nhôm Những thành
phần này lấy trong đá vôi, đất sét và cát Xi măng có tỉ lệ đất sét và cát với tỉ lệ
nhỏ, nhưng vẫn đáp ứng đủ nhu cầu sắt, silic và nhôm.‰
‰ Cho đá vôi vào cối đập để nghiền nhỏ sau đó chuyển vào máy rải liệu Máy rải
liệu thường được tích hợp với các hệ thống điện để điều khiển tự động tần số
rung và động cơ rung cho phép điều chỉnh lực rung, để rải liệu chất thành đống
trong kho ( đồng nhất sơ bộ) Tương tự, đối với đất sét, quặng sắt, thạch cao và
các chất phụ gia cũng được chất vào kho và đồng nhất theo cách trên Còn
than đá sẽ được đưa thẳng vào máy rải liệu.‰‰
‰ Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu cào thành từng lớp (để đồng nhất
lần 2) Sau đó các nguyên liệu sẽ được đưa lên băng chuyền để nạp vào từng
bin chứa liệu theo từng loại đá vôi, đất sét, quặng sắt, ‰
‰ Than đá từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng để nghiền nhỏ Những
kích thước đạt yêu cầu sẽ được đưa vào bin chứa, còn lại chưa đạt sẽ hồi về
máy nghiền rồi nghiền lại để đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàn toàn khi
cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt.‰
‰
2, Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn lẫn rồi nghiền‰
‰ Nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy
Nguyên liệu sẽ được đưua vào máy sào liệu sống để trộn đều Trong sản xuất xi
măng người ta thường sử dụng tỷ lệ 80% đá vôi và 20% đất sét Tại nhà máy xi
măng sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn để đảm bảo yêu cầu và được lưu giữ
trong đường ống lớn của nhà máy.‰‰
‰
3, Giai đoạn 3: Trước khi nung‰‰
‰ Sau khi nghiền và trộn các nguyên liệu hoàn chỉnh sẽ được đưa vào buồng
trước khi nung Buồng nung sẽ chứa một chuỗi các buồng trục đứng, nguyên
liệu đã được nghiền trộn được đẩy qua đây và vào trong lò nung hay còn được
gọi là tháp trao đổi nhiệt Buồng trước nung này sẽ tận dụng nhiệt tạo ra từ lò
giúp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.‰
‰
4, Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò nung luyện clinker‰‰
‰ Công đoạn này là công đoạn quan trọng và chủ yếu của nhà máy sản xuất xi
măng, gồm bốn giai đoạn nhỏ sau:‰
Cấp liệu cho lò nung: Công đoạn này rút bột liệu sống từ đáy silo
đồng nhất cấp‰ đều đặn và ổn định năng suất (tấn/giờ) theo kế hoạch
ận hành lò nung.‰
9
Trang 10Nghiền và cấp than mịn, dầu nặng cho lò nung: Nhằm giữ vững chất
lượng và khối lượng than mịn hoặc dầu hăocj than dầu cấp cho 2 đầu
lòng nung‰
Gia nhiệt và phân hủy cacbonat: Gia nhiệt cho bột sống đến nhiệt độ
yêu cầu và phân hủy cacbonat tại buồng phân hủy của tháp trao đổi
nhiệt Yêu cầu mức độ phân hủy trên 90% trước khi vào lò nung phân
hủy tiếp‰‰
Công đoạn lò nung: Đây là công đoạn nung luyện các clinker‰‰
Nhiệt độ trong lò có thể lên tới 1450℃ do xảy ra phản ứng hóa học khử cacbon
và tạo khí CO Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO tạo ra CaCO là thành 2 2 3
phần chính trong xi măng Lò nhận được nhiệt từ bên ngoài nhờ khí tự nhiên
hoặc than đá Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp nhất của lò nung thì sẽ hình
thành lên sỉ khô.‰
‰
5, Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành phần‰‰
‰ Clinker ra lò khoảng 1100-1300℃ sẽ được chuyển vào hệ thống làm mát
nguội kiểu ghi để đảm bảo nhiệt độ của clinker (khoảng 65℃ + nhiệt độ môi
trường) Sau quá trình làm nguội clinker sẽ được vận chuyển vào silo chính
phẩm (clinker không đảm bảo chất lượng được đổ vào silo thứ phẩm).‰
‰ Nhằm làm mát hạt tính của các khoáng clinker, thu hồi nhiệt thải (gió III và gió
II) để cấo khí nóng cho vòi đốt clinker và máy nghiền than, cũng như tải máy
clinker đến đập nhỏ rồi đưa lên đổ vào 1 silo hoặc các silo chứa.‰
‰ Sau khi ra khỏi lò, sỉ được làm mát nhờ vào các khí cưỡng bức, sỉ sẽ tỏa ra
lượng nhiệt hấp thụ và từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt sỉ tỏa ra sẽ được thu lại
quay trở vào lò, giúp tiết kiệm năng lượng Các viên bi sắt sẽ giúp nghiền bột
mịn ra thành xi măng.‰
‰
6, Giai đoạn 6: Đóng bao và vận chuyển:‰
‰ Sau khi tạo ra thành phẩm, bụi mịn và clinker sẽ được vận chuyển đi xử lý còn
thành phẩm xi măng sẽ được đóng gói theo quy trình công nghệ của nhà máy
Yêu cầu công nghệ của công đoạn này là lựa lựa tỷ lệ các cỡ hạt một cách hơpj
lý nhất của xi măng bột nhằm đạt được cường độ cao nhất trên cơ sở chất
lượng đã có của clinker với thành phần khoáng và cá chỉ tiêu chế tạo thực hiện
ở công đoạn trước.‰
‰ Trong công đoạn này bao gồm việc kiểm tra và đánh giá các chỉ tiêu sản
phẩm cuối cùng như cường độ, thời gian đông kết, ‰
‰
*Lưu ý: Việc xử lý bụi mịn trong khi sản xuất xi măng để bảo vệ sức khỏe và
không làm ảnh hưởng đến môi trường làm việc và sự phát triển ổn định cảu
doanh nghiệp Bụi xi măng có chứa các oxit lưu huỳnh, nito, có kích thước
nhỏ hơn 3µm và chứa các tạp chất như niken, coban,crom, thủy ngân, chì
Do đó xử lý bụi mịn xi măng là vấn đề quan trọng Có hai phương pháp để xử
lý bụi mịn xi măng là xử lý bằng túi vải hoặc nhờ tĩnh điện hoặc bằng
Trang 11phương‰ pháp ướt để lọc bụi xi măng Trong nhà máy thường được dùng
phương pháp ướt, đay là phương pháp chi phí thấp mà có hiệu quả cao.‰
PHẦN IV: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
Trong quá trình sản xuất xi măng, có một số thiết bị chính được sử dụng để
thực hiện các bước cơ bản như nghiền, nung chảy và làm lạnh để tạo ra sản
phẩm cuối cùng Dưới đây là mô tả về nguyên lý làm việc và cấu tạo của một
số thiết bị quan trọng‰
1 Máy nghiền và làm mềm nguyên liệu‰‰
- Cấu tạo:‰
Vỏ máy nghiền: Có tác dụng bao che cho các bộ phận bên trong máy nghiền
và tạo khoang nghiền.Vỏ máy nghiền bao gồm phần hình trụ và phần hình côn
Ở phần trên vỏ máy nghiền được lắp động cơ của phân ly và đường ống thoát
khí đưa sản phẩm nghiền lên két lắng (cyclone) để thu hồi sản phẩm nghiền.‰
Bàn nghiền: Có tiết diện hình chữ Y, bề mặt bàn nghiền được lót bởi 12 tấm lót
tạo thành hình đĩa.Các tấm lót được làm từ hợp kim chống mài mòn và được cố
định xuống bàn nghiền bằng các bu lông Bàn nghiền được đỡ bởi một bệ đỡ
thuỷ lực.Tải từ bàn nghiền được truyền tới ổ đỡ qua một màng dầu do một bơm
cao áp cung cấp (Áp suất từ 58 – 80bar) Đường khính bàn nghiền là
5000/5610mm.‰
Con lăn: Gồm có ba con lăn, có đường kính 1900 mm Mỗi con lăn có hệ thống
thuỷ lực nâng hạ, tạo áp lực nghiền riêng Các con lăn được lót bởi vành lót
chống mài mòn hình lốp.Vành lót con lăn có thể đảo ngược vị trí khi bị mòn quá
nhiều do đó có thể làm tăng đáng kể tuổi thọ Các tấm nghiền và lốp con lăn có
thể hao mòn tự nhiên Khi đến một giới hạn nhất định các phận này cần được
hàn bù hoặc thay thế.‰
Hộp giảm tốc và động cơ: Bàn nghiền được quay bởi một động cơ điện có
công suất 4000 KW (Điện áp 6 kV) truyền động qua hộp giảm tốc Hộp giảm tốc
là cơ cấu dạng thẳng đứng bao gồm bánh răng dẫn động và bánh răng truyền
động Hộp giảm tốc có kết cấu vững chắc có thể chịu được tải trọng của các lực
nghiền tác dụng lên.Trên hộp giảm tốc có gắn thiết bị đo độ rung để giám sát
độ rung và bảo vệ máy nghiền.‰
Bộ phận nạp liệu: Có tác dụng cung cấp đều vật liệu nghiền vào bàn nghiền,
do áp suất bên trong buồng nghiền là áp suất âm cho nên bộ phận nạp liệu là
đảm bảo kín khí, hạn chế khí giả xâm nhập vào máy nghiền Bộ phận nạp liệu
của máy nghiền gồm có một van quay và van hai ngả để chống sự bám dính và
kẹt của vật liệu các cánh của van quay được bọc một lớp cao su đàn hồi và
chịu‰
11