Tổng quan về than bùn và các công nghệ sấy

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung tài liệu Tổng quan về than bùn và các công nghệ sấy dưới đây để nắm bắt được những nội dung tổng quan về vật liệu, tổng quan quá trình sấy, các thiết bị sấy,... Với các bạn chuyên ngành Kỹ thuật - Công nghệ thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Tổng quan về vật liệu      Than bùn là một loại đá hữu cơ chứa dưới 50% thành phần khống vật, tạo   thành do sự   hủy diệt và phân hóa khơng hồn  tồn của cây cối đầm lầy điều   kiện ẩm ướt và thiếu khơng khí      Than bùn thường gặp trong các trầm tích đệ tứ trẻ nằm cách mặt đất khơng   sâu, cũng có khi lộ thiên ngay trên mặt đất.        Than bùn tạo thành từ  thực vật mọc trên các thung lũng, ao hồ, đầm lầy… những tàn tích thực vật đó trong điều kiện thiếu khơng khí do tác dụng của vi  sinh vật, nên q trình phân hủy xảy ra rất chậm chạp và khơng tới giai đoạn vơ   cơ hóa. Q trình phân hủy khơng hồn tồn của các tàn tích thực vật tạo thành  các chất hữu cơ  mới gọi là chất mùn. Dựa vào tỉ  lệ  phần trăm của mùn trong   than bùn để phân loại than bùn theo mức độ phân hủy của chúng: o Mức độ phân hủy thấp chứa dưới 20% chất mùn o Mức độ phân hủy trung bình chứa từ 20­40% chất mùn o Mức độ phân hủy cao chứa trên 40% chất mùn Theo điều kiện tạo thành than  bùn chia ra làm 3 loại: o Loại cao: Tạo thành ở những nơi có địa hình  cao, ngồi nước mưa ra ít có   thêm nước trên bề  mặt chảy tới. Do đó than bùn ít lẫn các khống vật  khác, ddootj tro của than thấp o Loại thấp:   tạo thành   những vùng đầm lầy hoặc thung lũng có nhiều   nguồn nước chảy tới. Ngồi các ngun tố  nhơm và sắt trong than bùn  loại thấp còn có chứa một lượng vơi đáng kể. Độ tro của than cao o Loại trung gian: do các dòng nước trên bề  mặt nên than bùn chứa nhiều  ngun tố như nhơm và sắt     Căn cứ vào các thành phần tro của than bùn chia ra các loại: than bùn cát, than   bùn sét, than bùn vơi, than bùn sắt, than bùn lưu huỳnh, thn bùn phosphate     Ngồi ra còn tùy theo nguồn gốc của vật chất hữu cơ tạo thành than để  chia   ra: than bùn tạo thành tại chỗ  hoặc ngoại lai. Than bùn trong tự  nhiên thường   tạo thành những lớp kéo dài theo lòng lạch hoặc theo phân bố rộng rãi trên bbeef  mặt các đầm lầy     Bề dày của lớp than bùn thay đổi theo hình dạng của mặt địa hình khí tạo than  bùn, thường từ vài phân đến 5­6m. Ở những chỗ trũng của lòng lạch hoặc đầm  lầy lớp than bùn thường có bề dày lớn hơn. Nhìn chung các lớp đất đá của than   bùn có thể nằm ngang chưa bị ảnh hưởng của lực kiến tạo          Nước ta là vùng nhiệt đới mưa nhiều khí hậu  ẩm  ướt, cây cối phát triển   mạnh là điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành than bùn      Thành phần của than bùn ở nước ta được sơ  bộ xác định theo kết quả phân   tích của một sơ mẫu của Tổng cục địa chất và Bộ nơng nghiệp như sau: Thành phần Độ ẩm(Wpt) Tro (Ak) Chất bốc(Vl) Nhiệt lượng (Qk) Các bon (C) Oxy (O) Hyđrô (H) Nitơ (N) Lưu huỳnh (S) Phospho (P) P2O5 K2O Độ pH Thấp nhất 7,5% 30,8% 38,68% 2841calo 4,6% 10,2% 7,4% 0,4% 0,42% 0.0064% 0,04% 0,1% 3,6 Cao nhất 17,14% 50% 70% 5370 calo 43,29% 16,29% 3,34% 2,00% 3,75% 0,0196% 0,26% 1,18% 6,00 Trung bình ( 12,80% 25,5% 45% 4360 calo 17,29% 12,30% 2,20% 1,20% 1,70% 0,001% 0,16% 0,30% 4,5     Tổng tiềm năng than bùn dự báo có khoảng 7100 triệu m3, trong đó: o Dưới đồng bằng nam bộ có khoảng : 5000 triệu m3 o Dưới đồng bằng bắc bộ có khoảng: 1650 triệu m3 o  Dưới đồng bằng biển miền trung có khoảng: 450 triệu m3     Các ngun tố P và K có trong than bùn cùng  với chất mùn giữ vai trò quan   trọngviệc sử  dụng than bùn làm phân bón. Trong những năm qua,   Việt Nam  than bùn được sử dụng làm phân bón và chất đốt, ngồi ra than bùn còn được sử  dụng để luyện than cốc, sản xuất axit numic và chế biến các sản phẩm hóa học     Các mỏ than ở vùng đồng bằng bắc bộ thường dung làm phân bón      Những địa phương thiếu nhiên liệu có thể dùng than bùn có nhiệt lượng cao   làm chất đốt( than Lỗ Khê, Ba Sao, U Minh)      Than U Minh hàm lương tro thấp(trung bình 0,4%) có thể chế than cốc. Than   U Minh còn là nguồn tài ngun lớn sản xuất axit numic và các sản phẩm hóa   học q khác như rượu, cồn, fenol Tổng quan q trình sấy I, Khái niệm chung 1.Khái niệm     Sấy là q trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng     Q trình sấy là q trình khơng ổn định, trong đó các tính chất cơng nghệ của   vật liệu ln ln thay đổi theo thời gian: tính chất hóa lí, tính chất cơ kết cấu,   tính chất sinh hóa… 2.Mục đích của q trình sấy        Q trình sấy nhằm mục đích bảo quản tốt vật liệu hoặc để  giảm năng  lượng tiêu tốn trong q trình vận chuyển vật liệu, hoặc để đảm bảo các thong  số kĩ thuật cho các q trình gia cơng vật liệu tiếp theo     Ví dụ khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ  bền của nó tăng lên  để tiếp tục gia cơng, sấy hạt giống thì phải làm tỉ lệ và khả năng nảy mầm cao  lên., sấy nơng sản thực phẩm thì giữ  được hương vị  màu sắc, ngun tố  vi   lượng mà tăng được thời gian bảo quản… 3.Các phương pháp sấy     Sấy cơ thể được chia ra làm 2 loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo     Sấy tự nhiên là q trình sử dụng trực tiếp năng lương mặt trời và năng lượng  gió, khơng sử dụng thiết bị.       Với phương pháp này thì sẽ đỡ tốn nhiệt năng, nhưng khơng điều chỉnh được  tốc độ sấy theo u cầu kỹ thuật, năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết… Nên  phương pháp này thường được áp dung cho quy mơ nhỏ lẻ, hộ gia đình       Bởi vậy trong các ngành cơng nghiệp thường tiến hành q trình sấy nhân  tạo (sử  dụng ngng năng lượng do con người tạo ra). Với phương pháp sấy  này cho năng suất cao, q trình sấy  ổn định, và chất lượng hơn. Tùy vào cách  truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy người ta chia làm các phương pháp sấy: o Sấy đối lưu là phương pháp cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy và tác   nhân sấy  như khơng khí nóng, khói lò o Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy khơng cho tác nhân sấy tiếp xúc trực  tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy qua   thành thiết bị o Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng  ngoại do nguồn phát nhiệt truyền cho vật liệu sấy o Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện  trường có tần số cao để đốt nóng tồn bộ chiều dày của lớp vật liệu o Sấy thăng hoa là phương pháp sấy trong mơi trường chân khơng cao, nhiệt  độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái   rắn sang hơi khơng qua lỏng Ba phương pháp cuối là các phương pháp đặc biệt, chi phí tốn kém, chỉ sử dụng   khi cần chất lượng sản phẩm cao II. Các thiết bị sấy 1.Máy sấy thùng quay ­ Cấu tạo: Gồm thùng hình trụ 1 đặt dốc khoảng 6 8 độ so với mặt phẳng  nằm ngang. Có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay. Khoảng  cách giữa các con lăn có thể  điều chỉnh được, để  thay đổi góc nghiêng của  thùng. Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với   bánh răng 3 nối với mơtơ  thơng qua hộp giảm tốc. Thùng quay với vận tốc  khoảng từ 1 8 vòng/phút. Bánh răng đặt tại trọng tâm của thùng Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có thể  là  khơng khí hay khói lò. Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động  cùng chiều để  tránh sấy q khơ và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy   nhiều như  sấy ngược chiều. Vận tốc của khơng khí hay khói lò đi trong thùng  khoảng 2  3 m/s Vật liệu uớt qua phểu 10 rồi vào thùng   đầu cao và được chuyển động  trong thùng nhờ những đệm chắn 11. Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo   tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân   sấy tốt hơn. Vật liệu sấy sau khi sấy khơ được đưa ra cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra   ngồi. Còn khói lò hay khơng khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những  hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải ra ngồi trời qua ống khói. Để tránh các khí thải  chui qua các khe hở  của máy sấy, làm  ảnh hưởng đến sức khoẻ  cơng nhân,  người ta đặt quạt hút 5 bổ  sung cho sức hút của  ống khói và tạo áp suất âm   trong máy sấy Máy sấy thùng quay được sử  dụng rộng rải trong cơng nghiệp hố chất, thực   phẩm… để sấy một số hố chất, quặng Pi­rít, phân đạm, ngũ cốc đường… ­ Ưu điểm: + Qúa trình sấy đều đặn và mãnh liệt, tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác  nhân sấy tốt + Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể tới 100 (kg/m h) + Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt bằng nhỏ ­ Nhược điểm: Vật liệu dễ bị vỡ vụn ­ Chú ý: + Nếu sấy bằng khói lò thì dẫn khói lò vào máy bằng cửa 9 + Đường kính thùng quay thường có qui chuẩn ( D = 1,2; 1,4; 1,6m… tỉ lệ  giữa chiều dài và đường kính thùng khoảng : 3,5  7) Đệ m chắ n Hình 1.2 : Máy sấy thùng quay 2. Thiết bị sấy kiểu phun bụi (sấy phun) a. Loại tháp:  ­ Cấu tạo: Gồm có tháp cao 5, ở đỉnh tháp có vòi phun 3 cố định hoặc quay   Dung dịch chứa   bể  1 có nhiệt độ  thích hợp nhờ  bơm 2 bơm lên đỉnh tháp và   phun qua vòi thành sương mù ­ Sản phẩm lấy ra ở đáy tháp gián đoạn hay liên tục ­ Tháp có thể cao đến 60m Hình 1.3: Thiết bị sấy phun kiểu tháp b. Loại thùng: ­ Cấu tạo: Gồm một thùng hình trụ 1 có đáy nón. Nắp trên có đặt mơtơ 2   nối với đầu vòi phun 3 có tốc độ quay rất lớn 2000   6000 vòng/phút. Caloriphe  sưởi 4 để đốt nóng khơng khí. Sản phẩm thu hồi ở xyclon 5, còn khơng khí thải   ra ngồi nhờ quạt 6 Hình 1.4: Thiết bị sấy phun kiểu thùng c. Cơ chế của q trình, các phương pháp phun bụi và ứng dụng: ­ Cơ  chế: Việc phun chất lỏng thành bụi mù trong phòng sấy và q trình   tiến hành rất nhanh đến mức chưa kịp đốt nóng vật liệu lên q thời hạn cho   phép thì vật liệu đã khơ. Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn nên sau đó khơng   cần nghiền tán nữa Cường độ  sấy tăng tỉ  lệ  thuận với sự tăng của bề  mặt tiếp xúc giữa VLS   và TNS; tức là phụ thuộc vào độ phân tán của chất lỏng thành bụi Các phương pháp phun bụi: +  Ly tâm:   Cho chất lỏng đi vào một dĩa quay nhanh khoảng 2000 6000  v/phút, có thể phun huyền phù và chất lỏng nhớt thành bụi + Cơ khí: Nhờ vòi phun, trong đó chất lỏng được đẩy bằng bơm với áp lực   200 at      ­ Để  phun đều và tạo tia nhỏ, các vòi phun có đục nhiều lỗ  nhỏ  với đường   kính 0,5 mm ­ Loại này khơng thuận tiện đối với dung dịch huyền phù và các dung dịch   nhớt + Dùng khí nén: Nhờ các vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng khơng  khí nén với áp suất 2,5 – 6 at ­ Chú ý:  Trong 3 loại trên, thường dùng loại ly tâm vì nó có hiệu quả  cao  nhất nhưng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng nhiều nhất ­  Ứng dụng: Máy sấy phun được dùng để  sấy các dung dịch như  : bột cà  phê, ca cao, sữa bò,… 3. Thiết bị sấy tầng sơi ­ Cấu tạo: Hình 1.5: Thiết bị sấy tầng sơi ­ Ngun tắc làm việc: Quạt 1 đưa khơng khí vào trộn với khói lò (hay khơng khí + khói lò)  ở  phòng 2 rồi vào bên dưới phòng sấy 3, qua lưới phân phối 4 rồi tiến hành sấy   vật liệu Vật liệu cho vào phểu và nhờ vít tải 5 đưa vào phía trên buồng sấy. Ở đây  chúng gặp hỗn hợp khí nóng đi từ  dưới lên và tạo thành tầng sơi. Vật liệu khơ  được thổi qua tấm chắn 6 sang thùng chứa 7 rồi ra ngồi. Còn những hạt nhỏ bị  dòng khí cuốn theo sẽ được thu hồi bởi xyclon 8 Tác nhân sấy có thể là khơng khí, khói lò hoặc khơng khí + khói lò ­ Ưu nhược điểm: +  Ưu điểm: Cường độ  sấy mãnh liệt, cho phép sấy   nhiệt độ  cao hơn   nhiệt độ  cho phép vì thời gian tiếp xúc ngắn. Hiệu quả  sử  dụng nhiệt cao, có   khả năng điều khiển tự động. Loại này đang được sử dụng rộng rãi + Nhược điểm: Khơng sấy được vật liệu có độ ẩm q lớn, cục to, dễ vỡ + Trở lực thuỷ lực lớn, thiết bị mau hao mòn 4.Thiết bị sấy bằng băng tải:         Gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển động   chậm  nhờ  các tay quay. Các băng này tựa trên các con lăn  để  khỏi bị  võng  xuống, băng này làm bằng sợi bơng tẩm cao su, bằng kim loại hay lưới kim loại  và chuyển động với tốc độ  khoảng 0,3   0.6 m/phút. Loại thiết bị  này có thể  dùng để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá… ­ Cấu tạo: Hình 1.6: Thiết bị sấy bằng băng tải 5.Thiết bị sấy bằng khí thổi Hình 1.7: Thiết bị sấy bằng khí thổi ­ Dùng sấy vật liệu dạng hạt nhỏ hay tinh thể ­ Vật liệu vào máy và được dòng khí có tốc độ 10   20 (m/s) cuốn theo lên  ống thẳng đứng dài từ 10   20 (m/s). sau đó vào phòng giảm tốc độ rồi   vào xyclon thu hồi sản phẩm ­ Thời gian sấy rất ngắn từ 5   7 (s) ­ Ưu điểm: Bề  mặt tiếp xúc khá lớn, nên quá trình sấy rất mãnh liệt, thời  gian sấy nhanh nên cho phép sấy   nhiệt độ  cao. Thiết bị  cấu tạo gọn,  đơn giản ­ Nhược điểm:  Khó điều chỉnh q trình, tốn nhiều năng lượng 6.Sấy bằng tia bức xạ Hình 1.8: Thiết bị sấy bằng tia bức xạ ­ Năng lượng bức xạ tia hồng ngoại phát ra có thể truyền cho vật liệu một  lượng nhiệt lớn và đạt được tốc độ  bay hơi  ẩm cao hơn so với sấy đối lưu và   tiếp xúc ­ Sấy bức xạ  thường dùng để  sấy bề  mặt sơn trong công nghiệp chế  tạo   máy, sấy hàng dệt, giấy chất dẻo, các sản phẩm gỗ, thực phẩm… 7.Máy sấy chân khơng Máy sấy làm việc chân khơng có  ưu điểm so với máy sấy làm việc   áp   suất khí quyển là: sấy được vật liệu khơng chịu được nhiệt độ  cao hay dễ  bị  oxy hố, vật liệu dễ bị bụi hay vật liệu thốt ra dung mơi q cần thu hồi và vật  liệu dễ nổ 8.Máy sấy thăng hoa: Người ta sấy vật liệu  ở trạng thái đóng băng trong mơi trường chân khơng  cao 0,1   1 (mmHg). Mục đích là để  tạo sự  chênh lệch nhiệt độ  giữa vật liệu  sấy và nguồn nhiệt bên ngồi Người ta dùng bơm chân khơng để hút hơi ẩm và tạo chân khơng. Ưu điểm  của loại máy sấy này là sản phẩm thu được có chất lượng cao. Vật liệu sấy   khơng bị biến chất, bảo vệ vitamin như lúc tươi 9.Thiết bị sấy kiểu thùng đứng: Hình 1.9: Thiết bị sấy kiểu thùng đứng ­ Gồm một thùng hình trụ đặt cố định, bên trong có một trục gắn nhiều dĩa   quay và khoảng cách giữa các dĩa bằng nhau. Số  lượng dĩa và tốc độ  quay của  dĩa phụ  thuộc vào vào tính chất của vật liệu và u cầu kỹ  thuật. Trên thành   thùng có gắn những phễu hướng vật liệu. Q trình sấy ngược chiều ­ Khơng khí được quạt chính đưa qua caloriphe sưởi rồi vào thùng sấy từ  dưới lên. Vật liệu sấy vào ở cửa trên, rơi xuống dĩa. Do dĩa quay, vật liệu văng  ra thành thùng rồi lại xuống dĩa dưới nhờ  phểu hướng liệu. Cứ  như  thế, vật   liệu sấy và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc với nhau để khi ra khỏi máy sấy,  vật liệu  khơ đạt u cầu. Tác nhân sấy được quạt hút phụ  đưa sang xyclon để  thu hồi  sản phẩm ở dạng bụi nhỏ. Để thu hồi triệt để sản phẩm, người ta cho dòng khí  nóng đi vào thiết bị thu hồi ướt trước khi ra ngồi ­ Việc bố trí hai quạt là cần thiết để đảm bảo cho tác nhân sấy thắng được   trở lực và lưu thơng trong tồn hệ thống ­ Thiết bị  sấy kiểu thùng đứng tốn ít năng lượng hơn máy sấy thùng quay  và ít chiếm mặt bằng hơn ­ Nhược điểm là vật liệu dễ bị vỡ vụn nhiều  ...     Các ngun tố P và K có trong than bùn cùng  với chất mùn giữ vai trò quan   trọngviệc sử  dụng than bùn làm phân bón. Trong những năm qua,   Việt Nam  than bùn được sử dụng làm phân bón và chất đốt, ngồi ra than bùn còn được sử ... truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy người ta chia làm các phương pháp sấy: o Sấy đối lưu là phương pháp cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy và tác   nhân sấy  như khơng khí nóng, khói lò o Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy khơng cho tác nhân sấy tiếp xúc trực ... than bùn được sử dụng làm phân bón và chất đốt, ngồi ra than bùn còn được sử  dụng để luyện than cốc, sản xuất axit numic và chế biến các sản phẩm hóa học     Các mỏ than ở vùng đồng bằng bắc bộ thường dung làm phân bón