Tính toán thiết kế nhà máy sản xuất bột nhẹ (CaCO3)

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘT NHẸ Vai trò và ứng dụng

Tình hình tiêu thụ và sản xuất bột nhẹ trong nước

Tuy nhiên do mức độ cơ khí hóa thấp, các thiết bị như sấy, nghiền còn thô sơ nên chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước. Năm 2001 công ty Đất Đèn và Hóa Chất Tràng Kênh đã đưa công trình sản suất bột nhẹ chất lượng cao đi vào hoạt động, sản phẩm đạt chất lượng tốt, đặc biệt là độ mịn.

Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ

Từ hơn 40 năm nay, bột nhẹ được sản xuất tại Việt Nam với công nghệ do chúng ta tự thiết kế, chế tạo và lắp đặt. Hiện nay nhu cầu trong nước vẫn rất cao, sản xuất trong nước chưa đáp ứng đủ nên hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu bột nhẹ.

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT NHẸ

Các yêu cầu về đá vôi

    Yêu cầu nguồn nguyên liệu đá vôi sử dụng cho ngành hóa chất là phải sạch, ít pha lẫn tạp chất cơ học, có hàm lượng CaO cao, do vậy để xác định thành phần của mẫu đá vôi, phương pháp chính là phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm. Kích thước các viên đá phải đồng điều nhằm tránh hiện tượng khi xếp đá tạo ra khe hở lớn làm cho ngọn lửa cháy nhanh gây ra hiện tượng cháy lưới, ngoài ra khe hở lớn còn làm cho than vụn bị dồn xuống đáy lò gây ra hiện tượng vôi ở phần dưới lò bị quá lửa và vôi ở phần trên lò bị sống.

    TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG 1. Carbonat canxi (đá vôi trong tự nhiên)

    Oxyt canxi (vôi sống)

    Nó cũng được sử dụng trong xử lý nước và nước thải để làm giảm độ chua, được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ gốm, xi măng, sơn và công nghiệp thực phẩm, trong đó nó đôi khi được sử dụng (kết hợp với nước) để làm nóng các mặt hàng như đồ ăn nhanh và cà phê. Là một bazo mạnh, dung dịch Hydroxyt canxi là chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi, hấp thụ mạnh CO2 trong không khí đồng thời cho kết tủa trắng CaCO3, tan trong nước nóng ít hơn trong nước lạnh.

    Bảng 5: Tính chất vật lý của Ca(OH) 2
    Bảng 5: Tính chất vật lý của Ca(OH) 2

    Anhydrit carbonic

    Đioxyt cacbon lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm, trong đó chúng tham gia vào quá trình lưu trữ và vận chuyển các loại kem và các thực phẩm đông lạnh. Men bánh mì tạo ra khí cacbonic bằng sự lên men trong khối bột, trong khi các loại bột nở hóa học giải phóng ra khí cacbonic khi bị nung nóng hoặc bị tác dụng với các axít.

    Bảng 7: Độ hòa tan của khí CO 2  vào H 2 O theo nhiệt độ
    Bảng 7: Độ hòa tan của khí CO 2 vào H 2 O theo nhiệt độ

    Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi

    GIỚI THIỆU NHIÊN LIỆU

    • Thành phần nguyên tố và tính chất
      • Thành phần chất bốc và cốc 1. Chất bốc và tính chất của nó

        Sau khi nhiệt độ trên 700 oC mới dùng than ẩm, điều này rất có lợi vì than ẩm cháy là thực hiện phản ứng thu nhiệt làm nhiệt độ lúc đó giảm, nhưng ngay sau đó CO và H2 cháy làm nhiệt độ tăng, hiện tượng thu hồi nhiệt và tỏa nhiệt lặp lại nhiều lần kéo dài quá trình cháy trong lò mà nhiệt độ vẫn cao, đồng thời giảm được lượng than dùng, và tránh được hiện tượng cháy lướt thường gặp khi than quá khô ở các lò đứng. Theo tiêu chuẩn ASTMD388 thì Chất bốc của than thành phần bay hơi của than đã trừ đi độ ẩm khi mẫu than được đốt nóng trong chén có nắp đậy kín (không đưa không khí vào) ,ở nhiệt độ 800 ÷ 820OC trong thời gian 7 phút, và được kí hiệu là V (%).

        Bảng 8: Thông số vật lý của than Hòn Gai -  Cẩm Phả
        Bảng 8: Thông số vật lý của than Hòn Gai - Cẩm Phả

        CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ

        • Quá trình nung vôi
          • Quá trình sấy khô bột nhẹ

            Xét một viên đá vôi khi nung trong lò, trước tiên có một lớp vôi xuất hiện và bao bọc bên ngoài, vì lớp vôi này xốp hơn đá vôi nên hệ số dẫn nhiệt giảm, làm nhiệt truyền vào trong khó nên phải tăng thêm nhiệt độ nung, giúp viên đá vôi có thể tăng hệ số dẫn nhiệt để phân hủy hết. Chúng ta cần phải quan tâm một điều là cần phải biết nhiệt độ tối ưu của nước cần để hòa tan CaO, đồng thời giả sử muốn hòa tan 1 tấn CaO thì chúng ta cần bao nhiêu nước, sau đó sản phẩm thu được chúng ta sẽ hòa tan thêm với nước để làm giảm nhiệt độ vôi tôi và làm tăng độ tan của vôi sống trong sản phẩm. Ở miền phản ứng này phản ứng xảy ra rất nhanh và thực tế thời gian phản ứng rất nhỏ so với thời gian khuếch tán tương đương, và phản ứng xảy ra ngay trong thời gian dừng của phân tố lỏng ngay trên bề mặt phân chia pha hay trong màng lỏng (theo thuyết thay đổi bề mặt mới của Higbie).

            THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BỘT NHẸ

            QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ Sơ đồ qui trình công nghệ

              Đá vôi được vận chuyển từ nơi sản xuất, khi đó đá vôi đã được xử lý thô về kích thước và hình dáng, sẽ được vận chuyển về nhà máy bằng các phuơng tiện thích hợp, và được lưu trữ trong nhà kho, lượng đá vôi được lưu trữ là bao nhiêu tùy thuộc vào qui mô sản xuất của nhà máy. Vôi sống ở bồn chứa 1, và nước được vận chuyển đến thiết bị khuấy trộn 1 bằng gầu tải 3 và bằng bơm, sản phẩm sau khi ra bồn khuấy 1 sẽ được đưa vào các bồn lắng nhằm 2 mục đích là loại bỏ được các tạp chất cơ học không tan trong nước hoặc đá vôi chưa chín, đồng thời là quá trình làm nguội sản phẩm bằng không khí, sau đó sản phẩm từ bồn lắng sẽ được vận chuyển vào bồn khuấy 2 cùng vời lượng nước thích hợp, lần này nhằm làm giảm nhiệt độ sản phẩm, đồng thời pha loãng nồng độ sản phẩm, sau đó sản phẩm sẽ được đưa đến bồn chứa 2 và gọi là vôi tôi. Vôi tôi được vận chuyển đến thiết bị phản ứng tháp phun, khói thải chứa CO2 được nạp vào tháp ở phía đáy, sản phẩm thu được sẽ được đưa vào các bể lắng với mục đích nhằm loại bỏ bớt nước, huyền phù thu được sẽ được bơm vận chuyển vào thiết bị sấy phun, nhiệt độ sấy của thiết bị lấy từ khói thải lò nung vôi, Sản phẩm sau khi sấy sẽ được đưa vào bồn chứa 3.

              CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

              Lề NUNG VễI 1. GIểI THIỆU

              • THIẾT KẾ Lề NUNG VễI

                Khói thải của lò nung sẽ dẫn qua thiết bị làm nguội và làm sạch tro, bụi cơ học, sau đó được chia thành 2 dòng, dòng 1 tiếp tục làm nguội thấp đến nhiệt độ khoảng 25 oC đến 40 oC có thể bằng nuớc hoặc bằng cách đối lưu nhiệt tự nhiên. Do hạn chế thời gian làm đồ án nên chỉ tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng, chưa đi vào thiết kế chi tiết lò nung như chiều cao và đường kính, hệ số an toàn cho lò nung, chiều cao của các đoạn làm nguội, nung, sấy nguyên liệu vào, của tháp, trên cơ sở đó sẽ tính toán được nhiệt độ khói lò nung, nhiệt độ vôi ra khỏi lò. Do vậy trong đồ án này các giá trị hiệu suất được chọn trên phương diện kỹ thuật lò nung, các thông số khác được chọn dựa theo số liệu theo sách vở, số liệu đây chỉ phù hợp cho thiết kế qui mô nhỏ dạng pilot làm thử, từ đó có những đánh giá nhận xét, và các số liệu nhận được sẽ khách quan hơn.

                1.2. Hình dáng cấu tạo lò nung vôi công nghiệp
                1.2. Hình dáng cấu tạo lò nung vôi công nghiệp

                THIẾT BỊ HềA TAN CaO 1. GIỚI THIỆU

                • THIẾT KẾ BỒN KHUẤY TRỘN 1. Nguyên liệu

                  Chủ yếu là nhiệt độ tỏa ra trong quá trình hòa tan vôi sống sẽ làm hạn chế vôi tan trong nước, do đó cần cung cấp một lượng nước phù hợp cho quá trình hòa tan, chế độ khuấy trộn cũng ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán cấu tử trong quá trình hòa tan. Do bỏ qua nhiệt tổn thất qua thành của thiết bị phản ứng thì lượng nước cần cung cấp cho thiết bị hòa tan vôi tối thiểu trong 1h được xác định theo công thức. Thể tích nước chứa trong bồn khuấy trộn nhằm tạo không gian khuấy trộn cho quá trình hòa tan được thuận lợi, đồng thời lượng vôi nhập liệu được xem là đạt tiêu chuẩn về độ chín của vôi, lượng nước trong bồn khuấy trộn lớn sẽ làm cho thời gian lưu trong thiết bị lâu đủ thời gian để đá vôi tan ra.

                  Vtb H A =

                  Vtb Vtb

                  Chọn vật liệu chế tạo

                  Tính bền cho thân thiết bị

                  Tính bền cho mối ghép bích

                  CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

                  • Các tiện nghi hỗ trợ sản xuất 1. Hệ thống đường ống dẫn
                    • TÍNH KINH TẾ CHO NHÀ MÁY
                      • XÂY DỰNG NHÀ MÁY

                        Ứng với mỗi thiết bị ta có năng suất nhập liệu khác nhau, do đó tương ứng với mỗi năng suất đó chúng ta sẽ chọn lựa các loại máy bơm cho phù hợp, sao cho ở chế độ năng suất như thế máy bơm hoạt động tốt nhất và công suất tiêu thụ năng lượng của nó là thấp nhấp. Tính toán xây dựng hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy hợp lý, như các đường cấp nước sạch sinh hoạt cho nhà máy, các đường cấp nước cho từng phân xưởng hoạt động của nhà máy, các đường nước thải của nhà máy và các đường thoát nước mưa, nước sinh hoạt của nhà máy phải riêng với đường dẫn nước thải của nhà máy để giảm chi phí xử lý nước thải của nhà máy. Về qui hoạch: Địa diểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp lãnh đạo có thẩm quyền phê duyệt, Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy với các nhà lân cận.