Tính toán thiết kế máy vê viên thùng quay vê viên tạo hạt dây chuyền NPK 16168 150000 tấnnăm

Đánh giá tình hình sản xuất NPK hiện nay trong nước và trên thế giới Tổng quan chi tiết các phương pháp sản xuất NPK hiện nay Lựa chọn dây chuyền sản xuất phù hợp thực trạng Việt Nam Tính toán cân bằng chất, cân bằng năng lượng cho dây chuyền Bản vẽ lắp chế tạo thiết bị

TRƯƠNG ĐAI HOC BACH KHOA HA N I Ô

Viện Kỹ thuật Hóa Học

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Tính toán công nghệ & thiết kế máy vê viên thùng

quay cho dây chuyền NPK 16 – 16 – 8

TRƯƠNG ĐAI HOC BACH KHOA HA NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Viện Kỹ thuật hóa học Độc lập –Tự do – Hạnh phúc

***

Bộ môn Máy & Thiết bị Công nghiệp Hóa chất – Dầu khí

NHIỆM VỤ ĐỒ AN CHUYÊN NGANH

Họ và tên sinh viên:

- Các thông số khác sinh viên tư tìm hiểu

3 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán

- Tìm hiều đánh giá công nghệ sản xuất NPK hiện nay trên thế giới

- Tính toán cân bằng chất, cân bằng năng lượng cho dây chuyền sản xuất

- Thiết kế và tính toán máy vê viên thùng quay phun urê nóng chảy

4 Yêu cầu về trình bày bản vẽ

- Bản vẽ lắp của máy vê viên thùng quay (khổ A0)

- Bản vẽ BFD&PFD dây chuyền sản xuất

5 Các yêu cầu khác

- Thưc hiện đồ án đúng tiến độ

6 Ngày giao nhiệm vụ:

7 Ngày hoàn thành:

Giảng viên hướng dẫn

Mục lục

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

Lời Mở Đầu 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NPK 8

1.1 Tìm hiểu chung về sản phẩm 8

1.1.1 Phân bón 8

1.1.2 Phân bón hợp chất và ứng dụng 8

1.1.3 Thị trường phân bón trong nước và ngoài nước 9

1.2 Kết luận về sư cần thiết phải đầu tư 12

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ 13

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chọn lưa quy trình công nghệ 13

2.2 Các quy trình công nghệ phổ biến hiện nay 13

2.2.1 Phương pháp vật lý 13

2.2.2 Tạo hạt bằng phương pháp hóa học 16

2.2.3 Tháp tạo hạt (Prilling Tower) 20

2.2.4 Phương pháp trộn đống (Bulk Blending) 22

2.3 Lưa chọn phương pháp: 23

2.4 Quy trình sản xuất 24

2.5 Thiết bị tạo hạt thùng quay 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DÂY CHUYỀN NPK 16-16-8 30

3.1 Sơ đồ BFD dây chuyền sản xuất 30

3.2 Tính toán cân bằng chất và cân bằng năng lượng 30

3.2.1 Tính toán cân bằng chất 30

3.2.2 Tính toán cân bằng năng lượng 43

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÁY VÊ VIÊN THÙNG QUAY 50

4.1 Các yếu tố chính ảnh hưởng tới việc thiết kế 50

4.1.1 Độ ẩm vật liệu 50

4.1.2 Góc nghiêng của thùng 51

4.1.3 Ảnh hưởng của tốc độ quay của thùng 51

4.1.4 Ảnh hưởng của cánh đảo trộn 52

4.1.5 Ảnh hưởng của cơ chế tạo hạt và thời gian công nghệ 53

4.1.6 Ảnh hưởng của thời gian lưu của vật liệu 53

4.2 Các thông số chính của thiết bị 54

4.2.1 Đường kính thùng 54

4.2.2 Chiều dài thùng 54

4.2.3 Tốc độ thùng quay 55

4.2.4 Thời gian lưu 55

4.2.5 Độ điền đầy 55

4.3 Tính toán cơ khí 56

4.3.1 Công suất động cơ truyền động cho thùng 56

4.3.2 Hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài 57

4.3.3 Lưa chọn chiều dày thân thùng 66

4.3.4 Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng 66

4.3.5 Kiểm tra bền thân thùng 69

4.3.6 Tính toán bền cho con lăn chặn, con lăn đỡ và vành đai 74

4.3.7 Chọn cơ cấu bịt kín đầu thùng 80

4.3.8 Chống dính cho thùng 80

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN URÊ NÓNG CHẢY 82

5.1 Hệ thống phun (spray systems) 82

5.1.1 Chọn đầu phun (Nozzle) 82

5.1.2 Sắp xếp đầu phun 84

5.1.3 Yêu cầu và nguyên lý hệ thống phun 84

5.2 Lưa chọn đầu phun, tính toán ống phun 86

5.2.1 Thông số Urê lỏng nóng chảy đầu vào 86

5.2.2 Lưa chọn đầu phun 86

5.2.3 Thiết kế mô hình hệ thống ống phun 87

5.2.4 Kết quả tính toán 89

Tài liệu tham khảo: 90

Phụ lục đính kèm 91

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.2 Một số nhà máy sản xuất phân bón ở VN hiện nay 11

DANH MỤC CÁC HÌNH

TrangHình 1.1 Công suất các đơn vị sản xuất NPK cả nước 2017 10

Hình 2.10 Mô hình thiết bị tạo hạt thùng quay điển hình 28

Hình 3.1 Sơ đồ thể hiện các điểm công nghệ của quá trình 34

Hình 4.3 Chuyển động của vật liệu trong thùng ở tốc độ khác nhau 52Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha, cánh đảo trộn tới đường kính thước hạt 52

Lời Mở Đầu

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao, điều nàyđồng nghĩa với việc nhu cầu về lương thực, thực phẩm tăng một cách chóng mặt cả về

số lượng, chất lượng, lẫn chủng loại

Đất nước ta đến 70% dân số sống bằng nghề nông Tuy nhiên tiềm năng về phát triểnngành nông nghiệp vẫn chưa được khai phá triệt để Hàng năm chúng ta vẫn phải nhậpkhẩu một số lượng lớn phân bón từ nước ngoài, mặc dù nguồn tài nguyên trong nước

là có sẵn

Để giải quyết được bài toán này, việc cấp bách cần phải làm là nghiên cứu, nắm bắtđược công nghệ sản xuất phân bón, xây dựng các tổ hợp nhà máy hóa chất tận dụngđược nguồn tài nguyên trong nước, đủ năng lực cung ứng nhu cầu trước hết là trongnước, sau đó là xuất khẩu ra thị trường thế giới

Với đề tài “Tính toán công nghệ & thiết kế máy vê viên thùng quay cho dây chuyềnsản xuất NPK 16-16-8 năng suất 150.000 T/N” tập đồ án này không chỉ dừng lại ởviệc tính toán thiết bị, mà còn cung cấp một cái nhìn tổng quan về công nghệ sản xuấtphân bón NPK trên thế giới hiện nay cùng ưu, nhược điểm và các giải pháp đề xuất.Cuối cùng em rất mong nhận được sự đóng góp từ thầy cô và bạn đọc để tập đồ án nàyđược hoàn thiện hơn nữa

Không giống các loại phân bón đơn như: urê, amoni phốt phát (DAP, MAP) và KCl,phân bón hợp chất thường được sản xuất đáp ứng các yêu cầu về cây trồng ở địaphương hoặc một khu vực nhất định nào đó Thông thường, ngoài việc chứa các tỷ lệkhác nhau của các chất dinh dưỡng chính (N + P2O5 + K2O), chúng chứa một số chấtdinh dưỡng thứ cấp và vi lượng cụ thể cho nhu cầu cây trồng trong một vùng khí hậunông nghiệp cụ thể.

1.1.2 Phân bón hợp chất và ứng dụng

- NPK là một trong những loại phân bón hợp chất, hỗn hợp chứa ít nhất 3 thành phầndinh dưỡng N, P, K trở lên ngoài ra còn có các thành phần trung lượng và vi lượngkhác

- Bón NPK sẽ giúp cây trồng hấp thụ được cả 3 nguồn dinh dưỡng kết hợp N (đạm), P(lân), K (kali) cùng một lúc, giúp cây phát triển và sinh trưởng mạnh mẽ

- Việc quyết định sử dụng phân bón hợp chất thường do một hoặc nhiều các yếu tốsau:

1 Sự thuận tiện

Thuận tiện trong việc mua bán, vận chuyển, lưu trữ và có thể áp dụng cho nhiều loạicây trồng hơn so với trường hợp nếu chọn sử dụng các nguồn phân bón đơn như urê,amoni nitrat, amoni phốt phát

2 Nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng

Phân bón hỗn hợp thường là sự lựa chọn tốt cho việc sử dụng các chất dinh dưỡng cơbản, kể cả chất bổ sung thứ cấp và vi lượng trước hoặc trong thời gian trồng Tuynhiên, vì hầu hết các cây trồng đều cần lượng nitơ cao hơn các chất dinh dưỡng khác,nên liều lượng nitơ đã được định sẵn để đáp ứng yêu cầu về nitơ của cây trồng.

Ngoài ra, phân bón hỗn hợp, đặc biệt là các sản phẩm hạt đồng nhất với các hợp chấthỗn hợp khô, tạo ra một hỗn hợp có tính bazơ tương đối nhỏ và trung tính trong đất

mà không có nguy cơ tách rời có thể gây bất lợi đến vụ mùa

3 Kinh tế

Sự đơn giản trong việc mua, vận chuyển, bảo quản và áp dụng cho đa dạng sản phẩmđều có giá trị kinh tế Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là các hợp chất phân bóngần như luôn đắt hơn phân bón đơn Nhưng nếu xem xét một cách toàn diện, ngoài chiphí phân bón còn cả chi phí lao động, nhiên liệu, nước, kiểm soát dịch hại và tất nhiêngiá thu được cho cây trồng phải được xem xét kỹ lưỡng Do đó, chi phí tăng lên củaphân bón hợp chất so với lợi thế mà nó mang lại rất có tính cạnh tranh

1.1.3 Thị trường phân bón trong nước và ngoài nước

- Nhu cầu trong nước:

Nông nghiệp là một những ngành kinh tế có vai trò quan trọng trong nền kinh tế ViệtNam, với 70% dân số sống bằng nghề nông Vì vậy nhu cầu phân bón cho nôngnghiệp rất lớn Nhu cầu phân bón NPK ở Việt Nam hiện nay vào khoảng trên 4 triệutấn / năm

Lượng nhập khẩu năm nay đến thời điểm này (450.000 tấn) là khá cao, chủ yếu là sảnphẩm 1 hạt Hầu hết các loại NPK nhập vào Việt Nam có công thức 16-16-8-13S, 15-15-15, 20-20-0…Phần lớn các sản phẩm nhập khẩu đều có công thức dinh dưỡng cao,mẫu mã đẹp hơn sản phẩm trong nước

Hình 1.1 Công suất các đơn vị sản xuất/phân phối NPK trên cả nước – 2017 (đơn vị:

Nghìn tấn/năm)

- Tình hình sản xuất trong nước:

Hiện cả nước có tới khoảng 500 đơn vị sản xuất phân bón tổng hợp NPK các loại đápứng 80% nhu cầu trong nước Về thiết bị, công nghệ cũng như quy mô sản xuất cũng

có nhiều loại khác nhau Từ thiết bị thô sơ đến các nhà máy hiện đại, từ vài trămtấn/năm đến vài trăm ngàn tấn/năm

Kế hoạch trong năm tới cần đảm bảo nhu cầu phân bón trong nước đóng góp vào việcbảo đảm an ninh lương thực quốc gia

Bảng 1.2 Một số nhà máy sản xuất phân bón ở Việt Nam hiện nay

Cty TNHH MTV phân bón dầu khí

Cà Mau

Cty CP vật tư tổng hợp và phân bón hóa sinh

Nguồn: Thông tin thị trường

- Ngoài nước:

Hình 1.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ NPK tăng mạnh

Nguồn: FAO – World fertilizer trends and outlook to 2018

1.2 Kết luận về sự cần thiết phải đầu tư

- Qua phân tích, đánh giá về nhu cầu sử dụng phân bón của thị trường và năng lực sảnxuất của các đơn vị sản xuất trong nước, cho thấy khả năng sản xuất phân bón củaViệt Nam chưa đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu thị trường trong nước và chỉ xuấtkhẩu được một số chủng loại phân bón urê, phân lân Lượng phân nhập khẩu chủ yếuchưa sản xuất được như SA, Kali, phân bón hợp chất hàm lượng dinh dưỡng cao

- Đối với chủng loại NPK nhu cầu phân bón sẽ tiếp tục tăng trưởng là dự báo chungcủa các tổ chức quốc tế cũng như hiệp hội phân bón Việt Nam, với sản lượng nhậpkhẩu năm hàng năm lên đến 450.000 tấn, rõ ràng NPK một hạt đang chiếm ưu thếtrong tập tính canh tác người nông dân hiện nay, và tiềm năng phát triển trong tươnglai rất mang tính cạnh tranh

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Công nghệ sản xuất NPK trên thế giới hiện nay rất đa dạng, có thể cho ra đời rất nhiềuthể loại sản phẩm với tỷ lệ dinh dưỡng khác nhau phù hợp với nhu cầu của thị trường.Phương pháp được sử dụng để tạo hạt có tác động lớn đến việc thiết kế quy trình vàvận hành thiết bị Do đó với việc có một kiến tức tốt về cơ chế của quá trình tạo hạt làyếu tố then chốt để lựa chọn được quy trình phù hợp với điều kiện hiện hành

Dưới đây là một trình bày tóm tắt và đánh giá ngắn gọn về các quy trình được sử dụngphổ biến trên thế giới hiện nay

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chọn lựa quy trình công nghệ.

* Địa điểm xây dựng nhà máy

Việc lựa chọn được địa điểm xây dựng nhà máy có ảnh hưởng lớn tới tính kinh tế củasản phẩm sau này Nhà máy nên được xây dựng gần những nguồn nguyên liệu thô cósẵn Việc này sẽ tiết kiệm được một phần chi phí vận chuyển một quãng đường xanguyên liệu từ nơi khác đến

Xu hướng hiện nay là các nhà máy nên được xây dựng trong những khu tổ hợp hóachất để có thể dễ dàng tận dụng sản phẩm, nhiệt, thải, … của nhau

* Nguồn nguyên liệu đầu vào:

Các nguyên liệu đầu vào phải đảm bảo điều kiện:

- Đảm bảo mở rộng quy mô nhà máy sau này

- Giá thành rẻ, dồi dào

- Tính chất vật lý, hóa học cho phép sử dụng dễ dàng, an toàn, hòa tan tốt

- Thuận lợi cho quá trình trộn (phù hợp tính chất hóa lý của sản phẩm)

- Dễ dàng bảo quản, xử lý, vận chuyển, ít tác động môi trường xung quanh, …

2.2 Các quy trình công nghệ phổ biến hiện nay.

2.2.1 Phương pháp vật lý

2.2.1.1 Trộn nguyên liệu khô sử dụng hơi nước/nước

Các nguyên liệu được sử dụng bao gồm:

Nhóm cung cấp N: muối amoni (SA, DAP, MAP, nitrat amoni), Urê

Nhóm cung cấp P: FMP, SSP, TSP

Nhóm cung cấp K: muối K (KCl, K2SO4, …)

Các nguyên liệu khô được nghiền thành những hạt nhỏ đồng nhất kích thước trước khiđược cân định lượng và trộn lẫn với nhau Sau đó hỗn hợp này được băng tải gom thugom và vận chuyển trực tiếp vào máy tạo hạt

Trong máy tạo hạt (granulator) thường là các máy thùng quay, pha lỏng được thêmvào vừa đủ cho nguyên liệu khô được kết dính, từng hạt nhỏ kết dính lớn dần lên theokích thước mong muốn Pha lỏng ở đây bao gồm lượng hơi nước/nước thêm vào cộngvới lượng muối bị hòa tan với lượng đó nước.Vì tính hòa tan của muối tăng với nhiệt

độ, nên nhiệt độ càng cao thì lượng nước yêu cầu càng ít hơn Do đó, đối với bất kỳhỗn hợp nhất định nào, sẽ có hàm lượng ẩm tối ưu cho mỗi nhiệt độ [1]

Ưu điểm của việc tạo hạt bằng hơi nước với việc sử dụng nước là quy trình tạo hạt xảy

ra ở độ ẩm thấp hơn Kết quả là, thời gian sấy được rút ngắn, hạt khô hơn và thườngchắc hơn Nhiệt độ đầu ra máy tạo hạt trong khoảng 70 - 95˚C, độ ẩm 2 -7%

Trong nhiều trường hợp, một máy nhào trộn (pug mill) được sử dụng để trộn lẫnnguyên liệu khô với pha lỏng trước khi vào máy tạo hạt Một số nhỏ trường hợp, mộtlượng dung dịch amoniac có thể được thêm trong quá trình tạo hạt nhằm phản ứng vớisupephotphat để giảm tính axít, gia tăng chất lượng sản phẩm và tăng độ ẩm tới hạn(CRH)

Những hạt nhỏ ẩm và kết dính này sau đó được sấy khô thường sử dụng máy sấythùng quay trước khi đưa sang máy sàng để loại bỏ những hạt không đạt kích thướcyêu cầu Những hạt có kích thước quá lớn sẽ được nghiền lại và hồi lưu về máy tạohạt cùng các hạt có kích thước quá nhỏ

Một thiết bị làm nguội sản phẩm có thể được sử dụng tùy thuộc vào hàm lượng dinhdưỡng của sản phẩm hoặc điều kiện thời tiết địa phương

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, dễ dàng vận hành, phối liệu đơn giản, vốn đầu tư và

chi phí sản xuất thấp, phù hợp với nhà máy quy mô nhỏ đặc biệt những nơi ammoniac

và axít không có sẵn

Nhược điểm: Tỷ lệ dinh dưỡng phối trộn được thấp, chất lượng sản phẩm không được

cao, dễ bị vỡ cục trong quá trình sấy do thành phần cỡ hạt không tương thích, lượnghồi lưu tương đối nhiều Sự kết dính của nguyên liệu phụ thuộc rất nhiều vào côngthức phối trộn

Hình 2.1 Quy trình trộn nguyên liệu khô [2]

ra không yêu cầu bất kỳ một phản ứng nào cả

Với phương pháp tạo hạt bằng nén ép này, yêu cầu quan trọng nhất cho nguyên liệu làphải có hàm lượng ẩm chính xác 0,5 – 1,5 % và thông qua thiết bị trộn phải đạt được

tỉ lệ hàm lượng dinh dưỡng mong muốn [2]

Các tấm này sau đó được nghiền kiểm soát thành những hạt nhỏ hơn Sản phẩm sauquá trình nghiền được sàng để thu lấy những hạt sản phẩm có kích thước mong muốn.Các hạt có kích thước lớn được nghiền lại và hồi lưu về công đoạn trộn cùng với cáchạt có kích thước nhỏ

Áp lực của máy nén ép được kiểm soát đo bởi tấn lực tác dụng trên centimet chiềurộng của con lăn (tf/cm) [3]

Ưu điểm: công nghệ tương đối đơn giản, dễ dàng vận hành, không nước thải, lượng

bụi phát thải ít, độ ẩm đầu vào của nguyên liệu thấp nên không cần sấy hay làm nguội,nguyên liệu có thể từ các vật liệu hữu cơ nhạy nhiệt

Nhược điểm: Nguyên liệu là phải có hàm lượng ẩm chính xác, phản ứng giữa các

nguyên liệu có thể xảy ra sau quá trình nén ép, sản phẩm của phương pháp nén épthường gồ ghề, không đồng đều về kích thước và hình dạng bề mặt như các phương

pháp khác khiến cho người tiêu dùng vốn quen thuộc với các hạt sản phẩm dạng cầukhông ưa chuộng.

Hình 2.2 Quy trình tạo hạt bằng phương pháp nén ép [3]

2.2.2 Tạo hạt bằng phương pháp hóa học

Tạo hạt bằng phương pháp hóa học là phương pháp phức tạp nhất trong khâu chuẩn bịtạo hạt Quy trình tạo hạt bằng phương pháp này khá giống với phương pháp tạo hạt

sử dụng hơi nước/nước ngoại trừ pha lỏng yêu cầu cho quy trình này nhận được từphản ứng của amoniac với axit phosphoric, sulfuric, hoặc nitric Trong một sốtrường hợp, một lượng dung dịch urê đậm đặc hoặc nitrat amoni có thể được thêmvào

Quá trình tạo hạt này có thể tiết kiệm được một lượng năng lượng đáng kể cho quátrình sấy vì tận dụng được lượng nhiệt tỏa ra rất lớn từ các phản ứng này làm bay hơilượng nước chứa trong mỗi dung dịch

Trong hầu hết nhà máy tạo hạt NPK, một lượng nguyên liệu rắn được sử dụng, do đó

sự tạo hạt trước hết bởi sự tích tụ Mối quan hệ giữa lượng nguyên liệu rắn cần dùng

và lượng nguyên liệu lỏng phụ thuộc vào các yếu tố: (1) hàm lượng dinh dưỡng NPK

và độ tan, (2) pha lỏng yêu cầu, (3) nhiệt của phản ứng và giới hạn nhiệt độ, (4) sứcchứa của quy trình thiết bị nhà máy và đặc tính vận hành [3]

Hình 2.3 Quá trình tạo hạt 2.2.2.1 Trung hòa trực tiếp NH 3 trong máy tạo hạt TVA

Các nguyên liệu chính sử dụng cho quá trình như: KCl, SSP, TSP, axit phosphoric(ướt), dung dịch amoniac

Các nguyên liệu rắn được nghiền nhỏ, cân định lượng rồi được băng tải gom gom lạiđưa trực tiếp vào máy tạo hạt cùng với nguyên liệu hồi lưu

Phản ứng chính giữa dung dịch amoniac với supephotphat diễn ra trong một máythùng quay TMA, các nguyên liệu rắn được cho trực tiếp vào thùng quay trong khi đódung dịch ammoniac, axit phosphoric được phun đều vào bên dưới lớp vật liệu rắn lăntrong thùng (hình 2.2)

Quá trình tạo hạt có thể được kiểm soát bằng cách thêm nước, hơi nước hoặc thay đổicông thức phối trộn để cung cấp đủ nhiệt độ phản ứng Các công thức phối trộn đầuvào được tính toán để cung cấp đủ nhiệt sao cho dải nhiệt độ khuấy trộn vào khoảng

Sản phẩm sau khi làm nguội sàng lọc thành ba phần, những hạt kích cỡ quá lớn sẽquay trở lại qua máy nghiền rồi được hồi lưu về máy tạo hạt cùng với các hạt quá nhỏ.Những hạt đạt kích thước mong muốn được đưa đi bọc áo, đóng bao để tránh bị nứt và

• Khó khăn trong việc kiểm soát được nhiệt độ phản ứng và tính PH của sản

phẩm, khó khống chế được độ hòa tan sản phẩm đầu ra

• Phối trộn tương đối phức tạp.

Hình 2.4 Mặt cắt máy tạo hạt TVA [2]

Hình 2.5 Quy trình tạo hạt sử dụng máy tạo hạt TMA [2]

2.2.2.2 Trung hòa NH 3 trước khi vào máy tạo hạt (sử dụng hệ thống ống phản ứng)

Các nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trình như: kali clorua, ure, axitphosphoric, amoniac khí hoặc lỏng, nitrat amoni, …

Các nguyên liệu rắn được nghiền nhỏ, cân định lượng rồi đưa trực tiếp vào máy tạohạt cùng với nguyên liệu hồi lưu

Quá trình phản ứng giữa amoniac khí hoặc lỏng với axit phosphoric diễn ra trong ốngphản ứng, nhiệt độ kiểm soát dưới 150˚C [5] tạo thành hợp chất hòa tan (melt), chấtlỏng chảy này sau đó được dùng làm pha lỏng tưới đều lên trong máy tạo hạt thùngquay Các nguyên liệu kết dính và lớn dần lên theo dọc chiều dài của thùng

Tỷ lệ ammoniac và axit phosphoric trong ống phản ứng thay đổi theo yêu cầu dinhdưỡng của sản phẩm Quá trình ammoniac hóa có thể vẫn tiếp diễn trong thiết bị tạohạt

Ưu điểm: nhiệt của phản ứng được giữ lại trong suốt chiều dài của ống và được sử

dụng hiệu quả để làm bốc hơi ẩm trong axit Sản phẩm ra khỏi ống phản ứng có độ ẩmrất thấp, một thiết bị sấy có thể không cần thiết, một dòng khí thổi qua thiết bị làmnguội có thể đủ để sấy khô sản phẩm [5] Sản phẩm đa dạng, tỷ lệ dinh dưỡng cao, tínhchất lý hóa của sản phẩm rất tốt

Nhược điểm: vận hành tương đối phức tạp, phải kiểm soát được nhiệt phản ứng đủ để

làm bay hơi hết ẩm, sản phẩm trong ống phản ứng khó kiểm soát ở nhiệt độ cao

Hình 2.6 Quy trình tạo hạt sử dụng hệ thống ống phản ứng [2]

2.2.3 Tháp tạo hạt (Prilling Tower)

Công nghệ tháp tạo hạt cho những phân bón trộn là công nghệ tương đối mới hiệnnay Công nghệ này được phát triển bởi Dutch State Mines (Stamicarbon process) vàNorsk Hydro (Norway)

Trong cả hai phương pháp trên, quá trình tạo hạt bởi tháp prilling ban đầu được sửdụng cho hợp chất nitrophosphate chứa đựng các thành phần chính như nitrat amoni,MAP, DAP Sau này Albright và Wilson cải tiến Stamicarbon process sử dụng cho hợpchất amoni phốt phát – nitrat với các muối của kali như KCl [6]

Dung dịch amoni nitrat được tạo ra bằng cách trung hòa axit nitric với ammoniac,dung dịch thu được có nồng độ 72 – 94% trong thiết bị bay hơi chân không sau đóđược trộn đều với axit photphoric ướt 50% P2O5 Hỗn hợp này tiếp tục được trung hòavới dung dịch amoniac để tạo thành MAP trong một thiết bị bay hơi chân không thànhhỗn hợp đậm đặc tan chảy tại nhiệt độ 1750C, độ ẩm 0.5% Hỗn hợp sau đó đượcphun thành giọt vào trong một tháp cao nơi nó được trộn lẫn với muối KCl được gianhiệt trước trong một thiết bị trộn đặc biệt ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của nóbằng một thiết bị quay hình chén có đục lỗ [7]

Muối KCl phải đảm bảo có kích thước đủ bé khoảng 300 micromet để không làm tắc

vò phun, nhiệt độ được giữ khoảng 140 – 160oC đảm bảo dung dịch không rắn đặc lạitrước khi ra khỏi vào phun Ngoài ra thời gian trộn lẫn tối thiểu 1 phút bởi vì Cl- xúctác phân hủy ammonium nitrate, tránh các phản ứng xảy ra không mong muốn giữamuối K với ammonium nitrate tạo KNO3 và NH4Cl tăng độ kết dính

Các giọt ra khỏi chén nguội và đặc rắn lại khi chúng rơi xuống ngược chiều với mộtluồng không khí thổi từ dưới đáy tháp lên.

Kích thước của các giọt được kiểm soát bởi đường kính của các lỗ trong chén, tốc độquay, và các tính chất của hỗn hợp tan chảy Một ưu điểm của việc sử dụng chén quay

là nó rất nhỏ gọn, có thể dễ dàng được lấy ra để làm sạch so với sử dụng vòi hoa sen làtương đối khó làm sạch hơn [6]

Các hạt thu được dưới đáy của tháp được làm mát bởi máy thùng quay sau đó Sảnphẩm được sàng lọc theo kích thước sản phẩm yêu cầu, các hạt có kích thước quá lớn

sẽ được nghiền nhỏ rồi hồi lưu về thiết bị trộn trước đỉnh tháp cùng với các hạt quánhỏ

- Một số quy trình khác được phát triển như:

+ Công nghệ tạo hạt bởi Norsk Hydro process (Steen and Teriessen): Amomnium

phosphate-nitrate được sản xuất bằng quy trình Odda nitrophosphate, 85% Ca bị loại

bỏ khỏi CaNO3 Dung dịch chính mang đi tạo hạt là MAP và ammonium nitrate Dungdịch này được bay hơi độ ẩm chỉ còn 0,55% duy trì 1800 C

+ Ure nóng chảy được dùng tại Nhật Bản bởi Misui Toatsu Muối K được gia nhiệttrước khi thêm vào Ure nóng chảy trước khi vào tháp cao 40m

+ Ngoài ra còn một số quy trình khác như trộn lẫn giữa MAP và Ure nóng chảy

Ưu điểm:

- Hàm lượng cao, tính chất lý hóa tốt, kích cỡ hạt đồng đều không phụ thuộc độ ẩmvật liệu, không cần sấy, ít hồi lưu, ẩm được bốc hơi hiệu quả bởi evaporator

- Chi phí vận hành ít hơn nhà máy tạo hạt khác

- Một số loại được sản xuất là 25-9-9, 22-11-11, 17-9-22 và 15-15-21

Nhược điểm:

- Chỉ phun tạo hạt được những công thức có khả năng hóa lỏng

- Khó khăn khi phun các công thức chứa ammonium sulfate, muối K, supephosphate

- Tốn năng lượng trong việc giữ hỗn hợp ở nhiệt độ nóng chảy, vấn đề tắc thiết bịphun có thể diễn ra nếu vận hành tháp không hợp lí

- Kích cỡ hạt không kiểm soát được hoàn toàn như trong phương pháp khác trên mộtdải rộng

- Kiểm soát nhiệt độ, kích cỡ hạt, thời gian trộn, khá phức tạp, đòi hỏi chính xác cao

- Chiều cao tháp tối thiểu 40m nên đối với nhà máy công suất nhỏ chi phí xâydựng cũng ngang bằng nhà máy công suất lớn vì vậy kéo theo giá sản phẩm tăng

Hình 2.7 Tháp tạo hạt 2.2.4 Phương pháp trộn đống (Bulk Blending)

Trộn đống (Bulk Blending) là hình thái đặc biệt của phương pháp trộn nguyên liệukhô mà không cần pha lỏng trong đó các nguyên liệu mang đi trộn đều ở dạng hạt và

có kích thước đồng nhất Hỗn hợp có thể được phân phối rộng rãi hàng loạt ở dạngđống hoặc có thể được đóng gói cho thị trường

Các nguyên liệu được pha trộn có thể là phân bón đơn, hợp chất hoặc kết hợp cả hai.Các nguyên liệu phổ biến nhất là MAP và DAP, SSP, kali clorua, amoni nitrat, urê, vàamoni sunfat Các nguyên liệu này được lựa chọn kỹ càng trước khi phối liệu tránhcác phản ứng xảy ra gây ẩm cho sản phẩm

Quy trình trộn đống rất đơn giản bao gồm các công đoạn chính sau: (1) Vận chuyểnnguyên liệu đến kho chứa, (2) lưu kho tạm thời, (3) Cân đo tỉ lệ nguyên liệu, (4) Phatrộn, (5) Chuyển đi sử dụng [5]

Ưu điểm: nhà máy nhỏ gọn, năng suất lớn, quy trình vận hành và thiết bị đơn giản Nhược điểm: Vì trộn đống thường diễn ra với năng suất lớn nên nhà máy hoạt động

sử dụng quy trình này có tính mùa vụ Các hạt phân bón thường dễ dàng phân táchtrong quá trình vận chuyển ra cánh đồng nếu không có biện pháp phòng ngừa thíchhợp, sản phẩm phải luôn được giữ khô ráo

Hình 2.8 Quy trình trộn đống

Nhận xét chung:

Công nghệ tạo hạt NPK rất đa dạng với nhiều tỷ lệ dinh dưỡng khác nhau

Việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Điều kiện kinh tế

+ Nguồn nguyên liệu đầu vào

+ Trình độ khoa học kỹ thuật

+ Mức độ và quy mô sản xuất

+ Nhu cầu thị trường

+ Năng suất…

Xu hướng chung của thế giới là tổ hợp các nhà máy hóa chất lại với nhau, do đó chấtthải của nhà máy này có thể sẽ là sản phẩm của nhà máy khác, nhiệt thải cũng đượctận dụng triệt để

2.3 Lựa chọn phương pháp:

- Dựa trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp đã nêu, dựa trên nhucầu của nền nông nghiệp và nguồn nguyên liệu có sẵn của nước ta, công nghệ đượclựa chọn cho việc tính toán đồ án là sử dụng phương pháp trộn nguyên liệu khô phunurê nóng chảy sử dụng thiết bị vê viên thùng quay cho dây chuyền sản xuất NPK hàmlượng cao16-16-8

- Dây chuyền thiết bị đơn giản, vốn đầu tư thấp, có thể sản xuất nhiều loại phân NPK

từ nguyên liệu chính Ure, SA, KCl, DAP với những tỉ lệ dinh dưỡng khác nhau từthấp đến cao, rất thuận lợi trong sản xuất và tiêu thụ sản phẩm, dây chuyền vận hànhlinh hoạt, có thể sản xuất với nhiều loại nguyên liệu khác nhau, không phát sinh nướcthải sản xuất nên không gây ô nhiễm môi trường, giảm được chi phí xử lý môi trường

2.4 Quy trình sản xuất

Dây chuyền được cơ giới hóa ở tất cả các khâu từ đầu đến cuối Khâu phối liệu được

tự động hóa và tín hiệu cân phối liệu được trung tâm điều khiển để điều chỉnh thôngqua hệ thống máy tính

Quy trình sản xuất phân NPK 16-16-8 từ các loại nguyên liệu, phụ gia dạng rắn theophương pháp tạo hạt bằng thùng vê viên có các công đoạn chính sau:

Hình 2.9 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất

a, Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu

Bột cao lanh được định lượng bằng cân băng tải định lượng, bột màu được định lượngbằng vít tải sau đó sang băng tải gom rồi đưa sang công đoạn trộn

Phân DAP sẽ được nghiền rồi được định lượng sau đó sang băng tải gom rồi sangcông đoạn trộn

SA, Kali sau khi qua máy nghiền cũng được định lượng bằng hệ thống cân băng tảiđịnh lượng trước khi sang công đoạn trộn

Urê được gầu tải đưa vào bunke sau đó được băng tải đưa vào thiết bị nấu chảy urêsau đó được bơm định lượng vào thiết bị tạo hạt kiểu thùng quay

Hệ thống cân băng tải định lượng được lập trình sẵn, điều khiển tự động và liên tụcnhằm phối liệu với tỷ lệ hàm lượng N, P2O5, K2O như mong muốn

b, Công đoạn trộn nguyên liệu

Sử dụng máy trộn kiểu thùng quay Mục đích của công đoạn này là đảo trộn đều cácnguyên liệu cùng với bột màu, đảm bảo nguyên liệu được trộn đều với nhau trước khiđưa sang công đoạn vê viên tạo hạt

c, Công đoạn tạo hạt

Nguyên liệu ra khỏi máy trộn được đưa vào thiết bị vê viên thùng quay Tại công đoạn

vê viên này, urê nóng chảy được phun lên lớp bột mịn đang đang quay tròn trong thiết

bị tạo hạt kiểu thùng quay

Nếu trong quá trình tạo hạt mà lượng tạo hạt trong thiết bị tạo hạt ra đạt tỷ lệ ít thì bổsung thêm chất keo để tăng khả năng tạo hạt

Dưới tác dụng của lực ly tâm trọng lực và lực ma sát, các hạt nguyên liệu dính vàonhau, tạo thành mầm hạt và lớn dần lên theo chiều di chuyển từ trên xuống dưới.Sau khi ra khỏi máy tạo hạt, dòng vật liệu có nhiệt độ từ 45-500C và độ ẩm từ 4-6%vào thiết bị sấy Tỷ lệ hạt có kích thước 2-5mm đạt tối thiểu 50%

d, Công đoạn sấy sản phẩm

Dòng sản phẩm NPK sau khi tạo hạt được đưa vào sấy 2 cấp bằng thiết bị thùng quaysấy xuôi chiều

Nhằm hạn chế sự phân hủy urê ở nhiệt độ cao nên nhiệt độ sấy được khống chế nhỏhơn 180oC

Sau khi ra khỏi thiết bị sấy, độ ẩm của dòng sản phẩm ra < 2% rồi được đưa sang thiết

bị sàng rung 2 lưới

e, Công đoạn sàng

Tại đây, các hạt có kích thước lớn hơn 5 mm được sàng phân loại, qua máy nghiền sau

đó được hồi lưu về công đoạn trộn Các hạt có kích thước nhỏ hơn 2mm qua sàngđược đưa xuống băng tải hổi lưu về công đoạn trộn, các hạt có kích thước từ 2÷5 mmđược đưa sang thiết bị làm nguội

f, Công đoạn làm nguội

Sử dụng thiết bị làm nguội thùng quay làm nguội ngược chiều Sử dụng không khíngoài môi trường để làm nguội Dòng liệu sau khi qua thiết bị làm nguội có nhiệt độlớn hơn nhiệt độ môi trường từ 0÷5°C

Sau khi ra khỏi thiết bị làm nguội, sản phẩm được xử lý bề mặt chống vón cục khi lưukho

g, Công đoạn đóng bao và lưu kho

Sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị xử lý bề mặt được đưa đến bunke chứa Dưới đáybunke được lắp thiết bị cân đóng bao điện tử tự động hệ thống đóng bao có thể đóngbao 25kg và 50kg tùy theo yêu cầu Sản phẩm sau khi được đóng bao chuyển sang lưukho

2.5 Thiết bị tạo hạt thùng quay

Máy tạo hạt thùng quay (drum granulator) là một trong những thiết bị được sử dụngrộng rãi trong ngành phân bón

Một mô hình đơn giản của một máy tạo hạt thùng quay điển hình được trình bàytrong Hình 2.10

Hình 2.10 Mô hình Thiết bị tạo hạt thùng quay điển hình

Nó bao gồm một thùng hình trụ, hơi nghiêng theo chiều ngang để tạo thuận lợi choviệc vận chuyển vật liệu suốt dọc chiều dài của thùng

Thùng thường được trang bị vòng chặn (dam ring) để giảm thiểu sư tràn ngược củavật liệu đầu vào Ở đầu ra của thùng cũng thường có một vòng chặn khác, cho phéptăng chiều cao của giường vật liệu bên trong thùng

Khay, ống hoặc băng tải có thể được sử dụng để vận chuyển hạt ở đầu vào và đầu racủa thùng

Vật liệu rắn thường được làm ẩm ở gần đầu vào của thùng, thông thường bằng cáchphun chất lỏng, chất kết dính lên lớp vật liệu đang rơi trong thùng

Để phun chất lỏng kết dính vào giường vật liệu tạo sư liên kết giữa các hạt nhỏ người

ta thường sử dụng hệ thống vòi phun (spray nozzle)

Thiết kế và số lượng đầu phun thay đổi giữa các quá trình nhưng chức năng chung của nó là tạo độ nhớt, làm chất kết dính giữa các vật liệu

Việc lưa chọn vòi phun phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Kích thước hạt trung bình

+ Mô hình phun (full cone, hollow cone, flat jet)

+ góc phun

Hình 2.11 Đầu phun và các kiểu chất lỏng

Khi lớp vật liệu được làm ẩm cho đến khi bị ẩm quá mức lớp vật liệu bị mắc kẹt vàothành trong của máy tạo hạt (Obraniak và Gluba, 2012)

Trong hầu hết các trường hợp, máy tạo hạt được lắp một thanh gạt để gạt lớp vậtliệu ẩm ướt từ tường thùng, có thể gây trở ngại cho việc lăn và giảm thể tích hoạtđộng của thùng

Thanh gạt cố định hoặc quay được sử dụng chủ yếu và được thiết kế để để lại một

lớp mỏng vật liệu trên vỏ để tăng ma sát giữa hạt và thùng, cho phép chuyển độnglăn được hình thành

Trong ngành phân bón, búa gõ thường được sử dụng để đánh vào vỏ bên ngoài củatrống để đẩy vật liệu dính vào tường bên trong Tuy nhiên, việc sử dụng búa gõ có thểảnh hưởng bất lợi đến vỏ và cơ chế hoạt động, gây ồn và thường chỉ được sử dụngkhi hoàn toàn cần thiết

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DÂY CHUYỀN NPK 16-16-8

3.1 Sơ đồ BFD dây chuyền sản xuất

Bản vẽ: File name: “sơ đồ BFD – NPK 16-16-8” Xem phụ lục đính kèm

3.2 Tính toán cân bằng chất và cân bằng năng lượng

3.2.1 Tính toán cân bằng chất

3.2.1.1 Thông số đầu vào:

1 Năng suất dây chuyền: 150000 tấn/năm

2 Số ngày sản xuất: 330 ngày/năm

3 Số giờ sản xuất: 24 giờ/ngày

4 Năng suất dây chuyền tính theo giờ: = 18,94 tấn/giờ

Quy khô với độ ẩm sản phẩm cuối 1,9%: 18,94(1 – 1,9%) = 18,58 tấn/giờ

5 Nguyên liệu đầu vào: Hỗn hợp SA, Urê, DAP (đi amôn phốt phát), KCl, Phụ gia, chất tạo màu

Bảng 3.1 Đặc tính nguyên liệu đầu vào

Bảng 3.2 Thành phần dinh dưỡng yêu cầu trong sản phẩm

Dinh dưỡng % Khối lượng

3.2.1.2 Tính toán sơ bộ lượng nguyên liệu tiêu hao

- Do quá trình sấy thường diễn ra ở nhiệt độ cao nên Urê có thể bị thất thoát theo dòngkhí sấy, để đảm bảo %N trong sản phẩm đạt yêu cầu ta phải tăng %N đầu vào lên

- Xem %N thất thoát theo quá trình sấy là 1%, thành phần dinh dưỡng trong nguyênliệu đầu vào:

Giá bán: 3,5.a + 8,1.b + 10,5.c + 6,8.d + 0,72.e ≤ 11,5

Giải hệ phương trình trên bằng công cụ solve của excel với điều kiện vế trải bằng vếphải, riêng giá bán VT ≤ VP

Bảng 3.3 Kết quả giải hệ phương trình bằng solver

Giải phương trình bằng Solver

- Từ bảng 3.3 ta được định mức nguyên liệu đầu vào quy khô:

Nguyên liệu SA = 0,346 (tấn/tấn sp) = 0,346.18,58 = 6,43 (tấn/giờ)

Nguyên liệu Urê = 0,061 (tấn/tấn sp) = 0,061.18,58 = 1,133 (tấn/giờ)

Nguyên liệu DAP = 0,348 (tấn/tấn sp) = 0,348.18,58 = 6,466 (tấn/giờ)

Nguyên liệu KCl = 0,133 (tấn/tấn sp) = 0,133.18,58 = 2,471 (tấn/giờ)

Nguyên liệu phụ gia = 0,112 (tấn/tấn sp) = 0,112.18,58 = 2,081 (tấn/giờ)

- Định mức nguyên liệu lẫn ẩm:

Khối lượng tổng = (tấn/giờ)

Khối lượng ẩm = Khối lượng tổng – khối lượng khô (tấn/giờ)

3.2.1.3 Tính toán cân bằng chất tại các điểm công nghệ

1, Thông số công nghệ của quá trình:

Độ ẩm SA đầu vào: WSA = 1%

Độ ẩm Urê đầu vào: WUrê = 1%

Độ ẩm DAP đầu vào: WDAP = 1%

Độ ẩm phụ gia đầu vào: WPhụ gia = 4%

Độ ẩm bột màu đầu vào: Wbột màu = 1%

Lượng Urê hóa lỏng: 50% khối lượng chung

Lượng Urê cấp vào dạng rắn: 50% khối lượng chung

Nồng độ Urê lỏng: 95%

Hơi nước bổ sung: 100%

Ẩm bán thành phẩm (BTP) trước khi vào máy sấy 1: 4%

Ẩm BTP sau sấy 1: 2,8%

Lượng bụi bị cuốn tại máy sấy 1(% lượng vào sấy): 1%

Ẩm BTP trước khi vào máy sấy 2: 2,8%

Ẩm BTP sau máy sấy 2: ≤ 1,9%

Lượng bụi bị cuốn tại máy sấy 2(% lượng vào sấy): 1%

Lượng hạt đạt kích thước yêu cầu (2 – 4mm): 60%

Hình 3.1 Sơ đồ thể hiện các điểm công nghệ của quá trình

2, Cân bằng chất tại công đoạn bọc áo

- Lưu lượng khối lượng BTP vào thiết bị bọc áo = năng suất dây chuyền

- Lưu lượng khối lượng dầu bọc áo cần thiết:

- Lưu lượng khối lượng sản phẩm đi đóng bao:

3, Cân bằng chất tại công đoạn làm nguội

- Tại công đoạn làm nguội 1% hỗn hợp BTP bị dòng không khí làm nguội cuốn đi:

- Tại xyclon chùm số 3:

Hiệu suất xyclon 75%, lượng bụi lắng được hồi lưu:

4, Cân bằng chất tại tháp rửa khí 2

Lượng bụi cuốn tới tháp rửa khí 2:

Khối lượng rắn thu hồi:

6, Cân bằng chất tại công đoạn sàng rung hai lưới:

- Tại thiết bị sàng rung hai lưới 60% đạt kích thước hạt 2 - 4mm

- Hạt > 4mm đạt 20%:

- Hạt < 2mm đạt 20%:

7, Cân bằng chất tại công đoạn sấy thùng quay 2:

Lượng bụi bị cuốn tại máy sấy thùng quay 2 = 1% lượng vào sấy

Độ ẩm của BTP trước sấy là 2,8%:

Lượng bụi bị cuốn đến xyclon chùm số 2:

- Lượng ẩm bay hơi tại sấy thùng quay 2:

- Hiệu suất xyclon 75%, lượng bụi lắng được tại xyclon 2:

- Lượng bụi từ xyclon 2 tới tháp rửa khí 1:

8, Cân bằng chất tại công đoạn sấy thùng quay 1.

Lượng bụi bị cuốn tại máy sấy thùng quay 1 = 1% lượng vào sấy

Độ ẩm của BTP trước sấy là 4%:

Lượng bụi bị cuốn đến xyclon chùm số 1:

- Lượng ẩm bay hơi tại sấy thùng quay 2:

- Hiệu suất xyclon 75%, lượng bụi lắng được tại xyclon 1:

- Lượng bụi từ xyclon 1 tới tháp rửa khí 1:

9, Cân bằng chất tại tháp rửa khí 1

- Lượng bụi cuốn tới tháp rửa khí 1:

- Tại thiết bị rửa khí 1:

Theo TCVN 21: hàm lượng khí thải rắn cho phép thải ra môi trường < 200mg/m3 tại t

= 25oC, P = 760mmHg

Chọn hàm lượng khí thải rắn ra môi trường: 30mg/m3, lưu lượng dòng khí thải 125000

m3/giờ:

Khối lượng rắn thu hồi:

10, Cân bằng chất tại công đoạn trộn phối liệu

- Khối lượng bán thành phẩm hồi lưu:

- Khối lượng keo cần cấp:

- Khối lượng bột màu cần cấp:

- Vật liệu khô nguyên liệu cần cấp:

- Tỷ lệ so với định mức ban đầu =

- Vậy lượng nguyên liệu cần cấp đầu vào:

Nguyên liệu SA:

Nguyên liệu DAP:

Nguyên liệu KCl:

Nguyên liệu Urê:

Lượng Urê rắn mang đi trộn: