Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năng suất 120.000 tấnnăm đi từ quặng apatit loại II

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT21. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM22. NGUYÊN NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY33. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT64. NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY95. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ16CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT201. CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO LÒ CAO202. TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO TOÀN NHÀ MÁY343. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ CAO384. CÔNG ĐOẠN SẤY BÁN THÀNH PHẨM455. TÍNH CÂN BẰNG CHO LÒ ĐỐT CO546. CÔNG ĐOẠN KHỬ FLO597. TÍNH CÂN BẰNG THÁP HẤP THỤ 1658. TÍNH CÂN BẰNG THÁP HẤP THỤ 269CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH751. TÍNH LÒ CAO752. TÍNH MÁY SẤY THÙNG QUAY86CHƯƠNG 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ891. CÔNG ĐOẠN CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU892. CÔNG ĐOẠN LÒ CAO1083. CÔNG ĐOẠN THÀNH PHẨM1194. BỘ PHẬN XỬ LÝ KHÍ LÒ CAO139CHƯƠNG 5: ĐIỆN KỸ THUẬT1471. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG1472. CẤP ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY1473. CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC TRONG NHÀ MÁY1474. ĐIỆN DÙNG CHO CHIẾU SÁNG1485. ĐIỀU KHIỂN LIÊN ĐỘNG, TÍN HIỆU, ĐO LƯỜNG1486. BIỆN PHÁP CHỐNG SÉT, TIẾP ĐỊA149CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ1501. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA1502. CHẾ ĐỘ CÔNG TÁC CỦA NHÀ MÁY1503. TÍNH NHU CẦU NGUYÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG CẦN DÙNG1504. TÍNH GIÁ THÀNH THU MUA NGUYÊN, NHIÊN LIỆU1545. TÍNH VỐN ĐẦU TƯ1556. TÍNH NHU CẦU VỀ LAO ĐỘNG1617. TÍNH QUỸ LƯƠNG CÔNG NHÂN1638. CÁC CHI PHÍ KHÁC1649. TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM16410. MỘT SỐ CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA NHÀ MÁY166CHƯƠNG 7: AN TOÀN LAO ĐỘNG1681. TAI NẠN GÂY RA DO NHIỆT1682. TAI NẠN DO CHẤT ĐỘC HÓA HỌC1693. CÁC TAI NẠN DO SỰ CỐ BẤT THƯỜNG169KẾT LUẬN171TÀI LIỆU THAM KHẢO172PHỤ LỤC174

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Đình Tưởng

Lớp : Công nghệ các chất Vô Cơ – K54

Chuyên ngành : Công nghệ các chất Vô Cơ

I Nhiệm vụ:

Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năng suất 120.000 tấn/năm đi

từ quặng apatit loại II

II Các số liệu đầu:

Than C H O S N Tro Ẩm Tổng

– Các số liệu khác tự chọn

III Nội dung các phần thuyết minh và thực hiện:

1. Tổng quan về hóa học và công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

2. Tính công nghệ: Tính cân bằng chất, cân bằng nhiệt dây chuyền sản xuất phânlân nung chảy

• Bản vẽ dây chuyền sản xuất

• Bản vẽ thiết bị lò cao và chi tiết

• Bản vẽ máy nghiền bi

V Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lê Xuân Thành

VI Thời gian thực hiện nhiêm vụ:

Từ ……… đến ngày………

Cán bộ hướng dẫn

Lê Xuân Thành

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Thành, người

đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt năm năm học qua

Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè, anh chịnhững người đã luôn giúp đỡ quan tâm, động viên em trong suốt quá trình học tậpcũng như trong thời gian thực hiện đề tài này

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành tốt đề tài, tuy nhiên do thời gian có hạncũng như kiến thức còn hạn chế Em rất mong sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của cácthầy cô và các bạn để em có thể phát triển đề tài này hơn nữa Một lần nữa em xin gửitới tất cả mọi người lời cảm ơn chân thành nhất

Hà Nội, Ngày tháng năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Đình Tưởng

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một nước đang phát triển, có nền nông nghiệp lâu đời (ngành kinh tếquan trọng hàng đầu) Nền nông nghiệp nước ta đang tiếp tục phát triển theo hướngđấy mạnh sản xuất hàng hóa với năng suất và chất lượng ngày càng cao Một trongnhững nhân tố thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp chính là ngành công nghiệp sảnxuất phân bón

Có rất nhiều loại phân bón khác nhau như phân đạm Urê, phân supe photphat,phân N–P–K,… trong đó không thể không nhắc đến phân lân nung chảy Phân lân nóichung là một trong những yếu tố quyết định và đặc biệt quan trọng đối với cây lấy hạt,góp phần làm tăng hiệu quả của phân Đạm và phân Kali Riêng phân lân nung chảycòn có tác dụng chống rét ngăn ngừa sâu bệnh, tăng khả năng cứng cây vì trong lânnung chảy còn có 1 số nguyên tố vi lượng như Mg, Fe, Cu, Co, Zn,… mà các loạiphân bón khác không có được

Trong bản đồ án này em xin đi sâu vào tính toán và thiết kế xưởng sản xuất phânlân nung chảy Đây là một trong những nội dung quan trọng trong chương trình đàotạo kĩ sư nghành hoá nói chung và đặc biêt đối với các kĩ sư hoá Vô Cơ nói riêng.Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với thái độ làm việc nghiêm túc, chăm chỉ em đãhoàn thành cuốn đồ án này

Nội dung cuốn đồ án bao gồm những phần chính: Giới thiệu chung về công nghệ,

cơ sở hoá lý; Tính toán cân bằng chất, Cân bằng nhiệt; Tính toán thiết bị; Điện kỹthuật; Tính kinh tế; An toàn lao động

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Đất đai, thời tiết, khí hậu, phân bón là những yếu tố cơ bản đối với cây trồng,nhưng phân bón là yếu tố trực tiếp đưa năng suất cây trồng lên cao, mang lại hiệu quảkinh tế cho người sử dụng đất Theo thống kê thì việc sử dụng phân bón đã làm tăngnăng suất lên 10 – 30% (tùy từng loại cây trồng và đất đai) Với vị trí quan trọng nhưvậy, nên hằng năm trên thế giới đã sản xuất nhiều triệu tấn phân các loại trong đó phânđạm chiếm 53%, phân lân 30%, phân kali 11%

Nước ta là một nông nghiệp thì phân bón lại càng chiếm một vị trí đặc biệt quantrọng, do đó nhiều năm nay nhà nước luôn quan tâm đến sản xuất, nhập khẩu các loạisản phẩm phân bón khác nhau Trong đó lượng phân lân được sản xuất mới chỉ đạt30% nhu cầu sử dụng

Muốn đáp ứng được nhu cầu phân bón hiện tại và sự phát triển sản xuất nôngnghiệp trong những năm sau này, thì không thể theo con đường nhập khẩu ngày mộttăng về phân bón mà phải phát triển sản xuất để đáp ứng tối đa nhu cầu của nôngnghiệp và cải thiện chất lượng phân bón giúp người nông dân không cần bón nhiều màvẫn đạt hiệu quả

Một trong những công nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu quả tương đối caohiện nay là công nghệ sản xuất phân lân bằng phương pháp nhiệt nói chung và phânlân nung chảy nói riêng Đây là công nghệ đơn giản, đầu tư từ cơ bản thấp, giá thànhsản phẩm hạ Tùy thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế biến mà sản phẩm cóhàm lượng 16 – 36% P2O5 hữu hiệu

1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM

1.1 Thành phần và tính chất của sản phẩm [III, IX]

Phân lân nung chảy là loại phân bón có tính kiềm, không độc, không hút ẩm,không kết khối, không mùi, rất ít tan trong nước nhưng lại dễ tan trong môi trường axityếu như axit xitric 2% hay amoni xitrat Thành phần của phân lân nung chảy chủ yếu

là hai dạng 4(Ca.Mg)O.P2O5 và 5(Ca.Mg)O.P2O5.SiO2

Ngoài các thành phần chủ yếu là P2O5, CaO, MgO và SiO2, phân lân nungchảy còn chứa nhiều nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Co, Cu, Mo Hàm lượng các

thành phần trong phân lân nung chảy gồm P2O5: 15 – 21%, CaO: 30%, MgO: 9 –14%, SiO2: 23%, F: 1,8%.

Việc hình thành trạng thái thủy tinh vô định hình quyết định chất lượng của sảnphẩm, vì khi đó các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chuyển từdạng khó hòa tan sang dạng dễ hòa tan trong axit xitric do rễ cây tiết ra

Vai trò của các thành phần chính trong phân lân nung chảy:

• Lân (P2O5): đóng vai trò quan trọng đối với sinh lý cây trồng, làm cho cây trồng sớmsinh rễ, nảy mầm, ra hoa, kết trái, tăng lượng tinh bột, chất béo chất đường trong quả,hạt làm cho quả hạt chóng chín và làm cho cây cứng chắc hơn

• Magiê (Mg): Đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây, tăng lục diệp

tố cho cây, là chất cần thiết cho việc chuyển hóa axit photphoric, tổng hợp protein,chất béo của cây

• Chất vôi (CaO): Trung hòa các loại axít không cần thiết có trong đất cho cây trồng, cảitạo đất chua thành đất trung tính, tăng sự hấp thụ Nitơ, tổng hợp protein và chuyển hóacác chất dinh dưỡng của cây

• Silic (SiO2): Tăng sức đề kháng cho cây đối với sâu bệnh, giảm sự mất nước tăng khảnăng chống hạn

Ngoài ra còn có một số chất vi lượng khác như: Sắt, Đồng, Mangan, Coban,Molipđen… đóng vai trò rất hữu ích cho cây trồng

Ở Việt Nam, diện tích vùng đất chua là khá lớn, thích hợp khi sử dụng phân lânnung chảy Ngoài ra, với tính chất khó bị rửa trôi, phân lân nung chảy còn thuận lợicho quá trình tích lũy dinh dưỡng trong đất

2 NGUYÊN NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY

2.1 Nguyên liệu [IX, XV]

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân nung chảy gồm những quặngphotphat thiên nhiên (chủ yếu là apatit) kết hợp với các chất phụ gia như: secpentin, sathạch

Dưới đây là đặc điểm các nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân nung chảy.

2.1.1 Quặng aptit

Là khoáng có công thức cấu tạo là Ca10F2(PO4)6R2 và Ca5F(P04)3R, (ở đây R là: F,

Cl, OH, CO3), phổ biến nhất là flo apatit Hàm lượng thành phần trong quặng dao độngnhư sau:

Apatit flo (Apatit loại I): Là quặng đơn khoáng bao gồm những hạt cỡ từ 0,01 ÷0,06 mm liên kết chặt chẽ với nhau Quặng đặc trưng bởi độ lỗ hổng cao trong cấutrúc, hàm lượng P2O5 trung bình từ 35 ÷ 40% Trong quặng không có mặt của lưuhuỳnh

Apatit đôlômit (Apatit loại II): rất phổ biến, chiếm phần lớn trữ lượng của mỏ, lànhững khối đá màu xám, xám xanh, đặc trưng bởi cấu tạo vi hạt và hạt nhỏ Trongthành phần chứa 65 ÷ 70% là apatit, 10 ÷ 30% là cacbonat, 5 ÷ 10% là thạch anh,cacbonit, nascovit, pyrit Hàm lượng P2O5 giới hạn từ 22 ÷ 28%

Apatit thạch anh (Apatit loại III): Dạng đá màng xốp, liên kết với nhau rất yếu,đôi khi ở trạng thái rời có mầu tím than, vàng Loại này chứa những hạt thạch anh vàapatit Hàm lượng P2O5 trung bình từ 16 – 22%

2.1.2 Quặng secpentin

Quặng secpentin có công thức cấu tạo là 3MgO.2SiO2.2H2O Ngoài ra trongsecpentin còn có một số nguyên tố vi lượng như Ni, Mn, Cu,… có lợi cho cây trồng.Secpentin đóng vai trò là chất trợ dung có tác dụng làm giảm dung điểm nóng chảycủa phối liệu, làm giảm tác động của các thành phần có hại (Al2O3, Fe2O3) dễ tạo thànhthủy tinh hóa tăng chất lượng phân bón Tỷ lệ của nó trong phối liệu phải tính cho hợp

lý, nếu ít quá thì khó nung luyện, nếu nhiều quá thì dung điểm nóng chảy tăng sinh raphản ứng thăng hoa photpho Ở nước ta loại quặng này có ở Thanh Hóa, Hòa Bình.

2.1.3 Sa thạch

Là chất trợ dung cung cấp SiO2 cho phối liệu giúp cho việc điều chỉnh các tỷ lệphối liệu dễ dàng để có dung điểm nóng chẩy thấp Tuy nhiên nếu nhiều quá sẽ tăngdung điểm nóng chảy,gây thăng hoa photpho, khó nung luyện Nếu SiO2 quá ít thì tácdụng phá vỡ mạng tinh thể apatit khó, tốc độ kết tinh nhanh, nhiệt độ nóng chẩy củaphối liệu cao

2.2 Nhiên liệu

Để nung chảy phối liệu có thể dùng năng lượng điện, dùng nhiệt của than, dầu

mỏ Đứng đầu kỹ thuật dùng điện có nhiều ưu điểm nhất: có thể điều chỉnh nhiệt độtrong lò, sản phẩm thu được ít tạp chất, khí lò có ít tạp chất, ít bụi dễ xử lý Nhưngphương pháp này chỉ áp dụng đối với nước có nền công nghiệp phát triển, có nguồnnăng lượng điện dồi dào Nếu sử dụng dầu mỏ thì gặp khó khăn trong việc thiết kế cấutạo thiết bị và gia công nguyên nhiên liệu trước khi cho vào lò

Than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất trong quá trình đốt lò để sảnxuất phân lân nung chảy, than có chất lượng tốt, hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độchịu nhiệt cao, nhiệt năng lớn

Có 2 loại than hiện đang sử dụng là than antraxit, và than cốc

• Than antraxit: Hàm lượng tro chiếm < 12%, cỡ hạt là 40 ÷ 90mm Than antraxit cónhiều ở Quảng Ninh

• Than cốc: Trữ lượng nhiệt tốt nhất, lượng tro chiếm dưới 18%, cỡ hạt là 40 ÷ 90mm(dùng trong lò cao), 11 ÷ 30mm (dùng cho lò đốt khí CO)

Dùng than sản phẩm sẽ có lẫn một số tạp chất như tro, xỉ, khí lò ra có nhiều bụihơn, xử lý khó hơn Trong đồ án này loại than được sử dụng là than antraxit, có trữlượng lớn ở Quảng Ninh

3 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

Phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt được chia làm 3 loại chính: Phân lân thủy nhiệt, Photphat kiềm nhiệt và phân lân thủy tinh.

3.1 Phân lân thủy nhiệt [III – 181]

3.1.1 Thành phần và tính chất

Phân lân thủy tinh được chế tạo từ apatit giàu và cát có chứa chủ yếu dạng αtricanxi photphat Tùy thuộc vào thành phần của axit photphat và lượng SiO2 đưa vào(20 – 50% khối lượng photphat) hoặc đá vôi mà những photphat khử flo chứa từ 20 –39% P2O5 tổng; 19 – 36% P2O5 tan trong axit xitric 28 – 55% CaO; 2,7 – 48,7% SiO2;0,01 – 0,3 F và một số chất khác

3.1.2 Phương pháp sản xuất

Quá trình sản xuất phân lân thủy nhiệt còn gọi là sản xuất photphat khử flo Mụcđích của quá trình là tách flo trong mạng tinh thể apatit bền chắc bằng nhiệt và hơinước (thủy nhiệt) để thu được những sản phẩm canxi photphat hiệu quả Ở 1400-1500oC với sự có mặt của hơi nước, các photphat được khử F hoàn toàn và nhanhnhất Phản ứng đầu tiên xảy ra là sự thay thế các ion flo bởi ion hidroxi

Ca5F(PO4)3 + H2O = Ca5(OH)(PO4)3 + HFSản phẩm cuối cùng cảu sự phân hủy là tạo thành tricanxi và tetracanxi photphat

2Ca5(OH)(PO4)3 = 2Ca3(PO4)2 + 4CaOP2O5 + H2O

Ở nhiệt độ từ 1400°C – 1500°C tricanxi photphat bị tách ra ở dạng biến thể α vàđược giữ ổn định ở nhiệt độ thấp nếu sản phẩm ra được làm lạnh nhanh bằng nước,SiO2 đưa vào phối liệu sẽ tham gia vào việc phân hủy hyđroxyl apatit

Người ta đưa thêm SiO2 vào phối liệu (2-50%) SiO2 sẽ tham gia vào phân hủyhidro apatit

4Ca5(OH)(PO4)3 + SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + Ca2SiO4 + H2OPhương trình tổng quát là:

4Ca5(OH)(PO4)3 + 2H2O + SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + Ca2SiO4 + 4 HFTrong những điều kiện trên vai trò SiO2 rất quan trọng, sự có mặt của SiO2 nhiệt

độ chuyển dạng tricanxi photphat bị hạ thấp và tốc độ chuyển dạng ấy bị giảm và khilàm lạnh chậm sản phẩm chảy lỏng trong không khí cũng không ảnh hưởng tới nhữngtính chất của nó Và đồng thời sự có mặt của SiO2 quá trình khử flo tăng nhanh hơnnhiều, bởi nó có khả năng tham gia phá hủy cơ cấu tinh thể apatit

Chế tạo phân lân thủy nhiệt có thể bằng phương pháp chảy lỏng hoặc thiêu kết.Quá trình chế tạo đòi hỏi phối liệu phải được gia công trước khi vào lò và cung cấplượng nhiệt lớn, đặc biệt nhiên liệu sử dụng phương pháp này là dầu mỏ cho hiệu quảtốt nhất Vì vậy nó sẽ phức tạp hơn phương pháp sản xuất phân lân thủy tinh.

3.2 Photphat kiềm nhiệt [IX – 74]

3.2.1 Thành phần và tính chất

Photphat kiềm nhiệt thu được bằng cách thiêu kết photphat thiên nhiên đã đượcnghiền mịn với các muối và khoáng kiềm (Na2CO3; K2CO3; Na2SO4; K2SO4; xỉ) Thànhphần khí thu được là 18 ÷ 20% P2O5 (≈ 95% hữu hiệu), 28 ÷ 30% CaO, 12 ÷ 14%MgO, 28 ÷ 30% SO4 và một số vi lượng khác như Mn Việc sản xuất phân bón từ loại

xỉ rắn chỉ đơn thuần là đập và nghiền chúng Thành phần hóa học của xỉ thường không

ổn định với loại xỉ tomat có từ 11 ÷ 13% P2O5 còn xỉ kiềm mactanh chứa từ 7 ÷ 14%

P2O5

3.2.2 Phương pháp sản xuất

Khi thiêu kết photphat thiên nhiên và chất kiềm, thạch anh đá vôi ở nhiệt độ cao

sẽ có một loại sản phẩm Sản phẩm này có photphat khử flo, phân lân thủy nhiệt, phânlân nung chảy, photphat kiềm Thành phần P2O5 trong photphat kiềm tính dễ tan trongaxit xitric và amonixitrat, làm cho thực vật dễ hấp thụ

Khi có mặt SiO2 và Na2CO3 thì một phân tử CaO trong tricanxi photphat bị thaythế bởi một phân tử Na2O, còn CaO được giải phóng kết hợp với SiO2 tạo thànhocthosilicat canxi theo phản ứng:

2 Ca3(PO4)2 + SiO2 + 2 Na2CO3 = 2 (Na2O.2CaO P2O5) + 2 CaO.SiO2 + 2CO2Canxi photphat và canxi silicat tạo thành silico photphat ở dạng 5CaO.P2O5.SiO2hoặc ở dạng Na2O.4CaO.P2O5.SiO2 Khi dư CaCO3, SiO2 không đủ thì tạo thành tetracanxi photphat (4CaO.P2O5) Tất cả những hợp chất này cũng hòa tan trong axit xitric,

do vậy P2O5 trong các dạng phân kiềm tính thực vật dễ dàng hấp thụ Các phản ứngxảy ra như trong lò khi gia nhiệt:

2Ca5F(PO4)3 + 3Na2CO3 + 2,5SiO2 = 6CaNaPO4 + 0,5SiF4 + 3CO2 + 2Ca2SiO4

3Ca5F(PO4)3 + 5Na2CO3 = 9CaNaPO4 + 5CaO + CaF+ 5CO2

2Ca5F(PO4)3 + 4Na2CO3 + 2SiO2 = 6CaNaPO4 + 2Ca2SiO4 + 2NaF + 4CO2

Sau khi thiêu kết làm lạnh nhanh rồi nghiền mịn được sản phẩm chứa 27,5%

P2O5 Loại phân bón này dung tốt cho đất chua ngoài ra còn có thêm hiệu quả phụ nhờcác vi lượng cóc trong quặng và nguyên liệu đầu Phân bón này không hút ẩm, khôngkết khối chứa từ 20 – 35% P2O5, trong đó có 90 – 98% hiệu quả

[III,IX]

3.3.1 Thành phần và tính chất

Phân lân thủy tinh được chế tạo bằng cách nung chảy phối liệu photphat thiênnhiên với khoáng magie silicat hoặc đôlômít (khi trong photphat chứa 1 lượng lớnSiO2) Hàm lượng flo không ảnh hưởng tới P2O5 hiệu quả – loại này chứa 19,5 –22,5% P2O5 tổng Trong đó 19 – 21% hữu hiệu, 9 – 14% MgO, 30% CaO, 23% SiO2 ,7,5% R2O và 1,8% F Sau khi nung làm lạnh, sấy khô nghiền mịn

3.3.2 Phương pháp sản xuất

Quá trình sản xuất phân lân thủy tinh còn gọi là sản xuất phân lân nung chảy.Theo phương pháp này phối liệu trước khi vào lò phải qua quá trình gia công đơn giản

là đập nhỏ tới kích thước quy định

Nhiên liệu sử dụng là than cốc hoặc than antraxit được đưa vào cùng phối liệumột cách liên tục Do đó có thể khống chế lượng nhiệt, nhiệt độ có thể thông qualượng nhiên liệu đưa vào Khi mọi điều kiện khác giữ nguyên, phương pháp này có thể

sử dụng quặng nghèo (có thể khống chế hàm lượng P2O5 trong phối liệu ≤ 25%)

Tóm lại: Phương pháp này sản xuất đơn giản, thiết bị đơn giản, phù hợp với tính chấtcủa nguyên, nhiên liệu sẵn có của nước ta nên ta chọn phương pháp này hay còn gọi làphương pháp sản xuất phân lân nung chảy

4 NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY

4.1 Nguyên lý sản xuất [III, IX]

Phân lân nung chảy hay còn gọi là Canxi – Magie – Photphat có thành phần chủyếu là photphat, magie và canxi Nguyên liệu dung để chế tạo gồm có photphat thiên

nhiên trộng với khoáng chứa MgO, CaO, SiO2 (như secpentin, olevin, đôlômit) theo tỉ

lệ xác định, mang nung chảy ở nhiệt độ cao 1400 – 1500oC trong lò nhiệt độ cao hoặc

lò điện

Nghiên cứu sản xuất phân lân nung chảy với quặng apatit Lào Cai, đá trợ dung làsecpentin Thanh hóa và sử dụng than antraxit thay cho than cốc Thực chất là ta chophụ gia (trợ dung) nấu chảy quặng photphat nhằm mục đích làm chuyển dạng cấu trúcphotphat trong apatit ở trạng thái mạng tinh thể sang dạng vô định hình và tan đượcaxit xitric 2% mà cây trồng hấp thụ được Phối liệu chảy lỏng từ lò ra được làm lạnhnhanh bằng nước, thu được bán thành phẩm là các hạt rắn giống như thủy tinh vụn.Bán thành phẩm hạt sau khi ráo nước mang sấy khô và nghiện mịn (kích thước hạtkhông quá 1,1mm) thu được sản phẩm có hàm lượng P2O5 tan trong axit xitric 2%được thực vật tiêu hóa (axit xitric do rễ cây tiết ra trong đất)

Trong quá trình nung, magie không dính vào mạng tinh thể của canxi photphat

mà tác dụng của magie thể hiện chủ yếu trong việc tạo những magie silicat dễ nóngchảy, ngăn ngừa sự kết tinh của flo apatit và chúng có khả năng làm giảm độ nhớt củaphối liệu đã chảy lỏng

Phối liệu trong lò nhiệt độ cao và có mặt của hơi nước nên có phản ứng thoát flokhoảng 30% tổng lượng ban đầu Phản ứng xảy ra như sau:

2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF

4 Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4

Có thể xảy ra quá trình tạo thành phopho và thăng hoa theo khí lò:

2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C = 6 CaSiO3 + P4↑ + 10 CO

Ca3(PO4)2 tồn tại ở dạng α và β Dạng vô định hình α dễ tan, cây dễ hấp thụ,nhưng được hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 1180oC Nếu làm lạnh từ từ, dạng α sẽkhông tan kết tinh thành β không tan trong môi trườn axit yếu, do đó không thể dùnglàm phân bón Khi làm lạnh nhanh sẽ giữ được dạng vô định hình α chưa chuyển thànhdạng tinh thể β Đó là yếu tố kĩ thuật quan trọng trong sản xuất phân lân thủy tinh.Việc tính toán thành phần phối liệu mục đích để giảm được dung điểm chảy lỏngcủa quặng apatit và nâng cao hiệu suất chuyển hóa, ngăn ngừa sự kết tinh trở lại và

tăng thêm vi lượng cho cây trồng Nghiên cứu quá trình chảy lỏng phối liệu người tachưa phát hiện được tác dụng tương tác giữa cấu tử ban đầu Điều kiện cần thiết để độhòa tan P2O5 cao là phải làm lạnh phối liệu lỏng ra là càng nhanh càng tốt Tốc độ làmlạnh nhanh bao nhiêu độ hòa tan P2O5 càng nhanh bấy nhiêu Để đạt tốc độ nhanh khilàm lạnh cần hạ thấp đường kính giọt phối liệu lỏng khi tiếp xúc với nước bằng cáchnung quá nhiệt để hạ thấp độ nhớt của nó Do đó trong thực tế người ta tiến hành nungchảy phối liệu ở nhiệt độ 1400°C – 1500°C trong khi nhiệt độ nóng chảy của phối liệu

là 1250°C – 1350°C

4.2 Ảnh hưởng của các thành phần trong phối liệu [IX – 79]

Các thành phần trong quặng khoáng đều có ảnh hưởng lẫn nhau vì thế việc xácđịnh tỷ lệ phối liệu chính xác cần nghiên cứu tính chất, vai trò từng thành phần trongphối liệu là rất quan trọng

4.2.1 Ảnh hưởng thành phần P 2 O 5

Lượng P2O5 trong sản phẩm càng cao thì tính chất lượng phân khoáng càng tốt,nhưng trong phối liệu mà vượt quá 25% thì nhiệt độ nóng chảy của phối liệu sẽ tăngcao, làm tốn nhiên liệu, tốc độ kết tinh cao, độ nhớt liệu lỏng lớn dẫn đến thao tác khókhăn, hiệu quả thấp Cho nên trong quặng photphat có làm lượng P2O5 cao (tới 38 –40%) nhưng thực tế sau khi phối liệu thì P2O5 có trong đó ít khi vượt quá 25%, thường

là 18 – 21%

4.2.2 Ảnh hưởng thành phần CaO

Thành phần CaO có trong phân lân nung chảy làm cho loại phân này có tính chất

ưu việt đối với loại đất chua Lượng CaO chủ yếu ở dạng dạng Ca5(PO4)3F trong quặngapatit Ngoài ra CaO còn ở dưới dạng CaCO3 trong quặng apatit và đá vân những rất ít.Trong phối liệu nếu lượng CaO quá cao sẽ làm tăng dung điểm nóng chảy, cho nên khi

nó có hàm lượng quá cao phải thêm SiO2 vào để hạ thấp điểm nóng chảy, nhưng phảichú ý đến lượng SiO2 đưa vào để thành phần P2O5 trong sản phẩm không giảm xuốngquá thấp

4.2.3 Ảnh hưởng thành phần SiO 2 (có trong phụ gia là chủ yếu)

SiO2 là thành phần rất cần thiết để phối liệu tạo thành dạng thủy tinh Khi nungluyện, nếu SiO2 quá ít, tốc độ kết tinh sẽ rất nhanh làm cho hiệu suất chuyển hóa giảmthấp Nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao sẽ làm giảm thành phần P2O5 trong phốiliệu, đồng thời tăng điểm nóng chảy, và sản phẩm làm ra rất cứng, khó nghiền, chậmhòa tan Mặc khác SiO2 và P2O5 là các oxit axit, hàm lượng của chúng sẽ quyết định độaxit của phân bón.

4.2.4 Ảnh hưởng thành phần MgO

Trong chế tạo phân lân nung chảy MgO có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nóng chảycủa phối liệu và làm cho nguyên liệu chảy lỏng có độ nhớt nhỏ mở rộng được phạm viphối liệu cũng như hạn chế được tốc độ kết tinh apatit do flo và nhôm gây ra Nếu hàmlượng MgO nhiều quá sẽ làm tăng nhiệt độ chảy lỏng của phối liệu

4.2.4 Ảnh hưởng của các thành phần khác

Trong nguyên liệu còn có nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Cr, … nhưng hàmlượng rất ít Ta phải chú ý đến ảnh hưởng của Al và Fe Hàm lượng Al quá nhiều sẽ dễsinh ra chất thủy tinh khó tinh, đồng thời dễ làm cho flo kết tinh trở lại dạng cũ Khiphối liệu cần khống chế lượng Al2O3 nhỏ hơn 5 ÷ 6 % để tính hòa tan trong axit xitriccủa phân lân nung chảy không bị ảnh hưởng Fe2O3 cũng có hại như nhôm, nhất là quátrình tạo thành sắt kim loại hấp thụ mất nhiều nhiệt, đồng thời sẽ tác dụng với P2O5 đểtạo thành dạng photphat sắt rất khó tan Còn đối với sắt ở dạng FeO thì có thể làm chođiểm nóng chảy giảm thấp

4.3 Các quá trình hóa lý xảy ra trong lò cao [IX

4: Gạch chịu nhiệt của vỏ lò

5: Vỏ thân lò

6: Ống phân phối gió

7: Bọc nước làm mát

8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước

9: Cửa tháo liệu

10: Ống gió vào lò

11: Ống thoát khí

12: Chuông nạp nhiên liệu thứ 2

13: Phễu chứa liệu đỉnh lò

Có thể chia từ đỉnh lò đến đáy lò làm 4 khu vực:

4.3.1 Khu vực đỉnh lò – Khu vực sấy phối liệu

Khu vực này nhiệt độ khống chế trong khoảng nhiệt độ 150 – 700°C Nếu thấphơn hoặc bằng nhiệt độ bay hơi nước sẽ làm ngưng tụ hơi nước, bụi than sẽ bị kết tinh.Nước kết tinh được thoát ra:

+ Ở nhiệt độ lớn hơn 150°C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc hơi

+ Ở nhiệt độ lớn hơn 500°C thì nước kết tinh trong secpentin thoát ra

+ Ở nhiệt độ lớn hơn 650°C thì nước kết tinh bay hết theo khí lò, secpentinbắt đầu bị phân hủy theo phản ứng:

Phản ứng thoát nước kết tinh ở 550°C:

Mg3Si4O11.3Mg(OH)2.H2O = H2O + Mg3Si4O11.3Mg(OH)2

Ở 650°C: Mg3Si4O11.3Mg(OH)2 = Mg3Si4O11 + 3 MgO + 3 H2O

Hơi nước tham gia vào phản ứng khử flo:

2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF

4.3.2 Khu vực phân giải muối cacbonat

Nhiệt độ khoảng 730 – 920°C, xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat vàphán ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni

Vì tỷ trọng của Fe và Ni lớn hơn rất nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe và Nilắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken (xỉ gang niken) Hợp chất này được tháo quacửa liệu hoặc đáy lò.

4.3.3 Khu vực hóa mềm và chảy lỏng

Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 800°C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho tớinhiệt độ 1200°C thì nó bắt đầu chảy Nhưng ở nhiệt độ này quặng vẫn chưa đủ linhđộng nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn và rất chậm

Tại đây oxy không khí và than cháy mạnh hơn Trong lò xảy ra các phản ứngPhản ứng chính: 2 C + O2 = 2 CO

CaF2 + SiO2 + H2O = CaSiO3 + 2HF

4.3.4 Khu vực quá nhiệt

Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò)

Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhò quá trình cháy tiếp tục đượcnâng lên nhiệt độ từ 1300 – 1500°C Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng vàrất linh động (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao Chất lân ở trạng thái này được

tháo ra bởi 2 cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực cao (lưulượng nước gấp 15–20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm phân lân ởdạng vô định hình Bán thành phẩm được nước áp lực cao đẩy về bể tôi.

4.4 Xử lý khí thải

Trong khí thải của lò cao có thành phần độc hại là CO và hợp chất của flo Với khí CO ta xử lý bằng phương pháp đốt để tận dụng nhiệt làm nóng khí trướckhi cấp vào lò cao, CO2 tạo thành được thải ra ngoài môi trường

2 CO + O2 = 2 CO2Với hợp chất của flo, mà chủ yếu là HF, ta có nhiều phương pháp khác nhau để

xử lý Nhưng ở đây chỉ xét hai phương pháp là hấp thụ bằng nước và hấp thụ bằng sữavôi Việc lựa chọn phương pháp nào là tùy vào mục đích xử lý khí

sử dụng Ưu điểm của phương pháp này là quá trình xử lý không có dịch thải, không

có quá trình ăn mòn thiết bị, nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền Song phương pháp nàykhông hiệu quả vì hấp thụ lớp bề mặt chất rắn, chỉ hấp thụ HF không hấp thụ SiF4không tiến hành được liên tục Phương pháp này ít dùng

• Dùng NaF để hấp thụ

NaF + HF = NaFHF (t° = 120°C)Khi nhiệt độ tăng tới 200°C sẽ có phản ứng nghịch do có thể thực hiện nhả hấpthụ dễ dàng Tuy nhiên phương pháp này cũng chỉ hấp thụ được HF Hơn nữa dùngphương pháp khô nói chung luôn bị bụi khí lò sẽ bám vào mặt hấp thụ và nhanh chónglàm mất khả năng hấp thụ Vì thế phương pháp khô ít dùng trong công nghiệp

4.4.2 Phương pháp ướt

Nguyên tắc: Dùng dung dịch (dung môi) có khả năng hấp thụ tưới từ đỉnh thápxuống khí lò có chứa flo đi từ dưới lên được dung dịch hấp thụ Có thể dùng các chấthấp thụ sau:

 Dùng nước để hấp thụ

Ở nhiệt độ thấp nước hấp thụ khí HF rất mạnh Sản phẩm hấp thụ là axit loãng,sau khi gia công tiếp sẽ thu được axit có giá trị công nghiệp Phương pháp này khá phổbiến vì dễ thực hiện, khả năng làm sạch rất cao Thu được chất hấp thụ làm sản phẩmphụ, nguyên liệu dễ kiếm rẻ tiền

 Dùng NaOH hoặc Na 2 CO 3 để hấp thụ

NaOH + HF = NaF + H2O

4 NaOH + SiF4 = 4 NaF + SiO2+ 2 H2O

Na2CO3 + 2 HF = 2 NaF + CO2+ H2O

2 Na2CO3 + SiF4 = 4 NaF + 2 CO2+ SiO2

* Trường hợp nếu dùng NaOH người ta tiến hành tuần hoàn dung dịch như sau:

2 NaF + Ca(OH)2 = 2 NaOH + CaF2↓

lọc lấy CaF2 và cho ta dùng dịch tuần hoàn

 Dùng dung dịch NH 3 để hấp thụ

NH3 + HF = NH4F

4 NH3 + 3 SiF4+ 2 H2O = 2 (NH4)2SiF6 + SiO2(NH4)2SiF6 + 4 NH3 + H2O = 6 NH4F + SiO2Dùng dung dịch NH3 tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn vì sau khi hấp thụ thu được hợpchất chứa flo có nhiều ứng dụng lớn trong công nghiệp, song nhược điểm lớn lànguyên liệu khó kiếm, giá thành cao

 Dùng sữa vôi để hấp thụ

Ca(OH)2+ 2 HF = CaF2↓ + 2 H2OCa(OH)2+ CO2 = CaCO3↓ + H2OCa(OH) + 2 HF = CaF ↓ + HO + CO

Ca(OH)2+ SiF4 = 2 CaF2↓ + SiO2 + 2CO2Khi dùng sữa vôi ngoài tác dụng hấp thụ flo còn hấp thụ SO2, P2O5 tạo thành cáchợp chất CaSO4; Ca3(PO4)2 làm cho dung dịch hấp thụ có nhiều tạp chất khó tinh chế

để thu hồi sản phẩm phụ

Qua phân tích trên ta có thể dùng phương pháp hấp thụ bằng nước để hấp thụ HFkhi ta có phương pháp thu hồi HF, còn nếu ta chỉ xử lý khí lò để đảm bảo môi trườngthì dùng sữa vôi là phù hợp Trên thực tế thì ít khi thu hồi flo trong khí lò vì nồng độnhỏ (chỉ khoảng 30% flo trong quặng thoát ra)

5 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

5.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất phân lân nung chảy

5.2 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ

Apatit, sa thạch, secpentin được mua về nhà máy bằng ô tô và tàu hỏa được bốc

dỡ xuống bãi chứa, kho chứa (1) Phương thức bốc dỡ bằng cơ giới hóa – thiết bị tháo

dỡ chuyên dùng Sau đó nguyên liệu được đưa tới gia công theo kích thước quy địnhchủ yếu là apatit Từ bãi chứa, quặng nguyên liệu được đưa tới bunke (2), qua băng tảixích (3) cấp liệu cho máy kẹp (4) Sau đó qua băng tải (5) tới máy sàng khô (6) kiểuthùng quay

Phần quặng nhỏ ≤ 25 mm và bột dưới sàng được đưa tới nơi tập kết (11) Phầnquặng trên sàng được tiếp tục qua băng tải sang hệ thống sàng rung kết hợp rửa bằngnước (8) Quặng trên sàng sạch được băng tải và bộ phận phân phối cấp cho các bunke(10) dự trữ cho lò cao.

Phần bột dưới sàng và H2O rửa đi ra bể chứa (12) sau đó được tận dụng cùngquặng vụn khô (11) được tận dụng đưa qua máy ép (13), ép thành viên (120 × 80 – 100mm) Sau khi thời gian đóng rắn cần thiết và được vận chuyển tới tiếp cho lò cao

Than antraxit được mua về tháo dỡ ở bãi chứa sau đó cũng được đưa lênbunke dự trữ cấp cho lò cao Kích thước của nguyên, nhiên liệu tiêu chuẩn là:

ở đáy lò bằng 2 cửa ra liệu (19) nhờ nhiệt của than và nhiệt của gió nóng cấp vào lò.Liệu lỏng được tôi nhanh bằng nước lạnh, áp lực 1,5 – 3at tạo ra bán thành phẩmdạng thủy tinh theo máng tôi ra bể vớt bằng vít vật liệu (19) Xỉ chứa niken và mộtlượng nhỏ sắt kim loại ở đáy dưới cùng, sẽ được tháo định kỳ bằng cửa tháo xỉ niken.Khí lò thoát ra theo đường ống ở đỉnh lò có mang theo bụi và nhiệt độ khoảng 150 –230°C qua xiclon lọc bụi (42) để loại bụi

Thành phần khí lò có: CO; SO2; CO2; SO2; HF; SiF4 sẽ được đưa sang lò đốt

CO (43), tại đây khí CO được đốt cháy nhằm tận dụng nhiệt giải phóng để gia nhiệtcho không khí trước khi vào lò cao Khí ra khỏi lò đốt CO được đưa sang hệ thống lọcbụi tĩnh điện (45) các hạt bụi có lẫn trong khí tại đây được làm sạch triệt để, sau đóđược đưa sang thiết bị rửa và làm nguội khí (46) Khí sau khi đã được làm sạch và làm

nguội tới nhiệt độ thích hợp được đưa sang tháo hấp thụ (47) và (51) để xử lý, thu hồikhí SiF4 và HF Khí khi ra khỏi các thiết bị hấp thụ có cuốn theo các giọt lỏng sẽ đượctách bởi các tháp tách giọt (50) và (53) và qua quạt hút (61) đẩy vào ống khói (54) rồiphóng không ra ngoài.

Các dung dịch hấp thụ được tại các tháp hấp thụ thu được ở đáy tháp ta đưa về bểchứa (49) Vì nồng độ dung dịch thu được còn nhỏ, để tăng nồng độ dung dịch ta dùng(48) bơm tuần hoàn dung dịch đã thu được cho tháp hấp thụ (1) khi không có nhu cầuthu hồi HF ta có thể dùng các thiết bị (55), (56), (57) để xử lý nước trước khi thải ramôi trường

Quá trình hấp thụ khí ở đây là ngược chiều, trực tiếp giữa pha lỏng và pha khí.Buồng đốt CO cũng là trao đổi nhiệt giữa nhiệt đốt khí lò với không khí lạnh được thổivào lò bằng quạt cao áp Quá trình trao đổi nhiệt ở đây là giữa khí và khí thông quathành ống gang Không khí lạnh đi qua ống gang và khí nóng đi ra ngoài ống gang.Trao đổi nhiệt gián tiếp, bụi thu hồi ở (42) được đưa đi tận dụng ép đóng bánh Bánsản phẩm được vít vớt liệu (19) với khỏi bể vớt liệu qua băng tải (18),(20) đưa ra bãiráo (23) Phần bán sản phẩm còn trong dịch thải từ bể vít qua bể lắng (22) tiếp tụcđược vớt thu hồi lên bãi ráo bằng cầu trục (21)

Từ bãi ráo bán sản phẩm được cấp vào máy sấy (26) nhờ máy ủi tiếp liệu và băngtải (24) bunke chứa (25) Ở đây là máy sấy thùng quay, sấy trực tiếp thùng xuôi dòngbằng không khí nóng Bán sản phẩm đạt tiêu chuẩn sau sấy ≤ 1% độ ẩm, được đưa lênBunke (30) nhờ gầu tải (29) cấp liệu bằng máy tiếp liệu đĩa (31) vào máy nghiền bi(32) Qua nghiền bi sản phẩm đạt độ mịn tiêu chuẩn qua sàng 0,15mm được đưa lên hệthống Silo chứa (34) nhờ băng tải (33) và qua máy đóng bao (35) sau đó được băng tải(36) đưa đi xếp kho chứa (37)

Tại các nhà máy sấy, nghiền, bunke sản phẩm đều có phát sinh bụi do sản phẩmlúc này đã khô và nhỏ Hệ thống thiết bị (38), (39), (40), (41) lọc phân ly thu hồi bụisản phẩm bằng các tổ hợp xiclon và trước khi thải ra môi trường còn được qua tháprửa bằng nước mục đích thu hồi triệt để và vệ sinh môi trường Sản phẩm được đi tiêuthụ bằng các loại phương tiện giao thông

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT

1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO LÒ CAO

1.1 Tính phối liệu lò cao

Nguyên, nhiên liệu, phụ gia dùng cho lò cao gồm có: Quặng Apatit loại II, quặngsecpentin, sa thạch và than Antraxit

Các nguyên, nhiên liệu có thành phần sử dụng cho ở bảng sau:

Vì vậy việc tính toán phối liệu phải căn cứ vào thành phần các chất trong quặng đem

vào lò Qua nghiên cứu và thực tế sản xuất phân lân nung chảy người ta thấy rằng:Trong phối liệu đem vào sản xuất phân lần nung có các thành phần chỉ yếu sau: P2O5,CaO, MgO, SiO2.

Do vậy việc tính toán phối liệu ta căn cứ vào 4 thành phần chính đó

Ta có các thành phần chính trong nguyên liệu đưa vào lò như sau: (tính theo gốc ướt):

Bảng 5: Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu

% Trọng lượng (ướt) P

Tỷ lệ này gọi là tỷ lệ Magie canxi.

Theo các tỷ lệ trên, ta sẽ tránh được trường hợp photpho thăng hoa và hạ thấpnhiệt độ nóng chảy của phối liệu, đồng thời hiệu suất hòa tan của P2O5 trong axit xitric2% là cao nhất

Trên cơ sở đó em đã chọn các số liệu ban đầu sau:

40 – phần tử gam của MgO

60 – phần tử gam của SiO2

56 – phần tử gam của CaO

Giải hệ phương trình:

Từ phương trình (1) ta được x = 35,500 (kg)

Thay giá trị của x và phương trình (2) và giải ra ta được y = 10,300 (kg)

Vậy 1 mẻ phối liệu (tính cho 100kg apatit) cho vào lò cao sẽ là:

 Lượng apatit cục: 100 kg

 Lượng secpentin: 35,500 kg

 Lượng sa thạch: 10,300 kg

 Tổng cộng : 145,80 kg

1.1.2 Tính lượng than cần sử dụng để nung chảy 1 mẻ liệu

Lượng than cần sử dụng tính theo công thức:

GT = GPL × η [I – 30]Với: η là hệ số tiêu hao nguyên liệu, trong kinh nghiệm thực tế thì lượng nhiên liệu đểcung cấp vào lò cùng với một tấn phối liệu thì hệ số tiêu hao nhiên liệu từ 0,2 – 0,25tấn/tấn phối liệu ở đây ta chọn: η = 0,23

GT : Lượng than tiêu thụ, (kg)

GPL: Tổng phối liệu đưa vào lò, GPL = 145,80 (kg)

Suy ra: GT = 145,80 × 0,23 = 33,534 (kg)

Vậy lượng than dùng để nung chảy một mẻ liệu là 33,534 (kg)

1.1.3 Tính kiểm tra các môđun và lượng P 2 O 5 tổng trong mẻ khối lượng vừa tính

0,558 (kmol)

2 5

100 0, 264 142

- Tỷ lệ:

0, 465

0.6100,762

Mg aO

O

Đảm bảo tỷ lệ Magie canxi từ 0,5 ÷ 1

Như vậy việc tính toán phối liệu hoàn toàn chính xác và đảm bảo yêu cầu đặt ra.Tính hàm lượng P2O5 tổng trong phối liệu vào lò cao

 Các số liệu ban đầu:

Độ cháy không hoàn toàn của C trong than 0%

Độ cháy của C trong không khí đến CO2 60%

Độ cháy của C trong không khí đến CO 40%

Thành phần không khí (% thể tích) 21% Oxy, 79% Nitơ

Thành phần các nguyên nhiên liệu trên đã cho ở các bảng 1, 2, 3, 4

1.2.1 Tính thành phần phối liệu vào lò

1.2.1.1 Tính lượng flo bay ra theo khí lò

Trong quá trình sản xuất, ngoài sự chuyển hóa kết tinh còn có một số phản ứngxảy ra trong quá trình nung luyện Các phản ứng này tạo thành một số khí độc thoát ratheo khí lò cao Đặc biệt là khí flo

2Ca5F(PO4)2 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF (1)

4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 = 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4 (2)

Theo số liệu của công ty phân lân Ninh Bình thì tỷ lệ các thành phần có mặttrong quặng thì tỷ lệ thoát flo chủ yếu ở phản (1) là 30% Do vậy lượng flo được tínhnhư sau:

o Lượng flo ở quặng apatit cục: 100 × 0,021 × 0,3 = 0,630 (kg)

o Vậy tổng lượng flo thoát ra: mFlo = 0,630 (kg)

Xem lượng flo thoát ra chủ yếu dưới dạng HF nên ta có 19 (kg) flo tạo thành 20(kg) HF nên lượng HF tạo ra:

mHF =

20 0,630 19

×

= 0,663 (kg)

1.2.1.2 Tính lượng P 2 O 5 bị thăng hoa

Ở nhiệt độ cao có cacbon thì một phần nhỏ P2O5 bị thăng hoa theo phản ứng:

Ca3(PO4)2 + 2SiO2 + 5C = 3CaO.2SiO2 + P2 + 5CO (1)Sau đó lân nguyên tố bị O2 trong không khí oxy hóa rồi theo khí lò thoát rangoài:

1.2.1.4 Tính lượng nước kết tinh trong Secpentin

Lượng nước kết tinh nằm trong cấu trúc phân tử của vật chất Nên muốn khử bỏnước kết tinh phải có nhiệt độ cao Ví dụ nước kết tinh trong secpentin thoát ra ở nhiệt

đọ 500 – 600oC Nên trong lò nước kết tinh thoát ra hoàn toàn

Lượng nước trong quặng Secpentin:

secpentin

H Okt H Okt

40 0, 465

100% 15, 26 %121,852

2

60 0,558

100% 27, 75 % 121,852

2.1.10 Lượng bán thành phẩm sau khi ra khỏi lò cao

Lấy tổn thất BTP rửa trôi theo nước là 0,5% Khí đó lượng BTP là:

mBTP = 121,852 − 121,852 × 0,005 = 121,243 (kg)

2.1.11 Lượng BTP sau khi sấy nghiền

Lấy tổn thất trong quá trình sấy nghiền là 1% BTP

o Lượng sa thạch có tính đến tổn thất 1% là : 10,300 × 1,01 = 10,403 (kg) tương ứng lượng bụi: 10,403 –10,300 = 0,103 (kg)

o Lượng than có tính đến tổn thất 3% là : 33,534 × 1,03 = 34,540 (kg)

lượng bụi than tương ứng: 34,540 – 33,534 = 1,006 (kg)

o Tổng lượng bụi thoát ra theo khí lò là :

3 + 1,065 + 0,103 + 1,006 = 5,174 (kg)

2.1.14 Lượng nguyên, nhiên liệu có tính đên tổn thất khi gia công và vận chuyển

Lượng apatit có tính đến tổn thất gia công 10%:

1.3.2 Tính lượng oxy cần thiết khi đốt cháy 1 kg than ở lò cao

Lượng nguyên tố Tỷ lệ khối lượng Lượng oxy cần thiết

• Tính lượng các sản phẩm của phản ứng cháy của than

Thành phần nhiên liệu + O2 → sản phẩm của quá trình cháyC: 0,825 × 0,6 + 1, 32 → CO2 = 1,815

Từ số liệu tính được ta có bảng sau:

9 Cộng 409,107 14,067 315,101 100

2 TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO TOÀN NHÀ MÁY

2.1 Xác định chế độ làm việc

Số ngày làm việc trong năm: 320 ngày

Số giờ làm việc trong ngày: 24 giờ

Số ca làm việc trong ngày: 3 ca liên lục

Số ngày sửa chữa đại tu: 45 ngày

2.2 Tính cân bằng vật chất

2.2.1 Năng suất của nhà máy

Lượng sản phẩm mỗi năm: 120000 (tấn)

= 15,625 (tấn/h)

2.2.2 Lượng liệu lỏng ra lò

Cứ 121,852 kg liệu lỏng ra lò thu được 121,231 (kg) sản phẩm.

Vậy lượng liệu lỏng ra lò để có 120000 tấn sản phẩm/năm là:

Tính cho 1 giờ: 15,705 × 1,15 = 18,061 (tấn/h)

2.2.4 Lượng bán thành phẩm sau khi ráo nước

Sau khi ráo nước, bán thành phẩm chứa lượng ẩm là 7%

Vậy lượng bán thành phẩm tính cho 1 năm:

120614,694 × 1,07 = 129057,723 (tấn/năm)

Lượng bán thành phẩm tính cho 1 giờ: 15,705 × 1,07 = 16,804 (tấn/h)

2.2.5 Lượng nguyên nhiên liệu thực tế có tính đến tổn thất theo bảng 7

 Lượng apatit có tính đến tổn thất gia công 10%

Tính cho 1 năm: 101954,121 × 1,1 = 112149,533 (tấn/năm)

Tính cho 1 giờ:

112149,533

320 24 ×

= 14,603 (tấn/h)

 Lượng secpentin có tính đến tổn thất gia công 10%

Tính cho 1 năm: 36193,713 × 1,1 = 39813,084 (tấn/năm)

 Lượng than có tính đến tổn thất vận chuyển 1%

Tính cho 1 năm: 34189,275 × 1,01 = 34531,168 (tấn/năm)