Thiết kế hệ thống sản xuất muối

Mặt bằng các phân chia các khu vực sản xuất muối ăn được bố trí trong bản vẽ như sau : [Phụ Lục]

42

Hệ thống kênh để dẫn nước biển ( nồng độ 3,5°Bé) vào vị trí các bể lọc thô, sau đó dẫn nước biển vào các ô ruộng kết tinh sơ cấp gọi là khu vực 1, trên diện tính 1ha tiến hành chia thành 100 ô ruộng, các ô ruộng có diện tích là 100 m2 (nước biển cấp vào có nồng độ 3,5° Bé). Tại các ruộng này, tận dụng ánh nắng mặt trời để làm tăng nồng độ nước biển (nước chạt) lên 25° Bé (nước chạt 25° Bé là nguyên liệu cho giai đoạn 2). Khi nồng độnước chạt tăng đến 7° Bé cũng là thời điểm kim loại nặng có trong nước chạt sẽ kết tinh trước. Khi nồng độ nước chạt tăng từ7° Bé đến 25° Bé thì toàn bộ thạch cao (CaSO4.2H2O) kết tinh. Đến khi nước chạt đạt 25° Bé, một phần không đáng kể NaCl bắt đầu kết tinh [4]. Trong quá trình làm bay hơi nước bằng năng lượng mặt trời, định kì trong ngày tiến hành kiểm tra nồng độnước chạt để có kế hoạch rút nước chạt 25° Bé làm nguyên liệu cho giai đoạn 2. Xây dựng hồ chứa dự phòng nước chạt 25° Bé dùng để tích trữ nước chạt dự phòng cho 3 tháng mùa đông và những ngày lượng nước chạt không đủ cho hệ thống sản xuất.

Sau khi thu được nước chạt 25° Bé, một phần nước chạt sẽđược tích trữ trong hồ chứa dự phòng, phần còn lại tiếp tục theo kênh dẫn đi đến bể tích trữnước chạt 25° Bé đặt cạnh các bể kết tinh muối ăn (bể kết tinh cao cấp , tại đây muối ăn sinh ra và thu hoạch). Các vị trí dưới đáy và thành bể nước chạt 25 ° Bé lắp hệ thống kênh khói để sử dụng triệt để nhiệt của khói, cấp nhiệt cho nước chạt 25° Bé. Sau đó nước chạt 25 ° Bé sẽ chảy sang bể kết tinh 01 và bể kết tinh 02. Do thiết kế 2 bể kết tinh cao cấp thông nhau ở bên trên thành bể nên nước chạt 25° Bé nóng hơn sẽ chuyển động lên trên và đi sang bể 02 trước, tiết kiệm được năng lượng. Khi 2 bể kết tinh cao cấp đủ thể tích, ta dừng cấp nước chạt 25° Bé (khi ngừng cấp nước chạt 25° Bé vào các bểthì lượng nước chạt sinh ra có thểđược tích trữ tại hồ tiết kiệm được thời gian và tăng năng suất lao động). Phía trên cạnh của 2 bể kết tinh cao cấp đặt thêm quạt công nghiệp để đẩy nhanh quá trình bay hơi nước và rút ngắn thời gian thu hoạch muối .

Phía dưới bể kết tinh 2 đặt buồng đốt sinh khối, miệng của buồng đốt đặt sát vào phần đáy của bể kết tinh 02, thiết kế cầu thang để công nhân xuống dưới thao tác kiểm tra kỹ thuật và chuyển tro đi. Các kênh khói được thiết kế để khói sinh ra sẽ

43

bao bọc toàn bộ phần đáy và thành của bể kết tinh, tận dụng bề mặt để thực hiện trao đổi nhiệt. Trên mặt đất thiế kế hệ thống ống dẫn sinh khối đưa nhiên liệu sinh khối và buồng đốt, thiết kế pa –lăng- xích kéo để chuyển tro lên trên. Buồng đốt khí hóa được thiết kế phần trên cùng là các miệng đốt khí sinh ra sau khi khí hóa sinh khối, tầng 2 là các thanh ghi đỡ nhiên liệu sinh khối. Bề mặt ghi có đặt các miệng thổi nhỏ để cung cấp không khí cho quá trình cháy. Các miệng thổi được bọc bằng lưới chống tro và sinh khối rơi vào trong. Dùng một quạt công suất lớn để cung cấp không khí cho sự cháy và hòa trộn khói về nhiệt độ quy định 500°C. Phần dưới cùng của buồng đốt đặt cửa xả tro để đưa tro đến vị trí hoạt động của pa – lăng – xích .

Khi buồng đốt hoạt động , khói sinh ra sẽ cấp nhiệt cho 2 bể kết tinh cao cấp để làm tăng nhiệt độ của nước chạt 25° Bé từ 30°C lên 70°C thì dừng lại. Duy trì ở nhiệt độ đó cho tới khi nước chạt tăng đến 30,2°Bé thì dừng lại thu muối (khi nồng độ nước chạt tăng lên 30,2°Bé muối đã kết tinh hoàn toàn trong bể). Xảnước chạt >30,2°Bé (nước ót) vào hồ chứa nước ót đặt bên ngoài xưởng. Khi thu muối trong bể kết tinh, tiến hành đóng nắp buồng đốt và ngừng cấp không khí cho buồng đốt. Khói sau khi đi ra khỏi vị trí bể kết tinh cao cấp chưa được thải ngay mà còn được tận dụng để cấp nhiệt cho bể chứa nước chạt 25°Bé .

Sau đây là bản vẽ hệ thống sản xuất, bao gồm 3 bản vẽ về thiết kế trụ dầm bê tông, bản vẽ mặt bằng ,bản vẽ mặt cắt khu sản xuất.[ PHỤ LỤC]

44

2.5. Sử dụng năng lượng sinh khối cho sản xuất muối ăn

Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng và mưa nên sinh khối phát triển nhanh. Ba phần tư lãnh thổ là đất rừng nên tiềm năng phát triển gỗ lớn. Nước ta là một nước nông nghiệp nên nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú. Nguồn này ngày càng tăng trưởng cùng với việc phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp. Cùng với sự tăng trưởng kinh tế - xã hội của đất nước, nhu cầu ứng dụng các công nghệ năng lượng sinh khối ngày càng phát triển. Thí dụ, việc phát triển trồng lúa làm nảy sinh nhu cầu xử lý trấu ở các nhà máy xay xát, nhu cầu sấy thóc sau thu hoạch. Chính những nhu cầu này đã kích thích việc phát triển các máy xấy và công nghệ đồng phát sử dụng sinh khối. Việc phát triển chăn nuôi đã tạo ra nhu cầu xử lý chất thải vật nuôi, thúc đẩy công nghệ khí sinh học phát triển mạnh mẽ.

Hệ thống sản xuất muối ăn từ nước biển sử dụng nguồn năng lượng sinh khối chính từ rơm rạ khô và vỏ trấu khô, là phế phẩm sau khi thu hoạch lúa từ các cánh đồng. Những phế phẩm này có thể sẽđược trưng thu miễn phí hoặc thu mua với giá thành rẻ (chỉ 120.000 đồng / tấn), rất phù hợp cho quá trình sản xuất muối bằng phương pháp mới đảm bảo tiêu chí tiết kiệm và nâng cao chất lượng, khối lượng sản phẩm, đảm bảo tiêu chí sử dụng năng lượng sạch và khi xây dựng hệ thống sản xuất muối ăn từnước biển sử dụng năng lượng sinh khối.

Hệ thống sản xuất muối mới sử dụng công nghệ khí hóa, được thể hiện dưới hình 2.2 sau đây:

45

Hình 2.2. Buồng khí hóa sinh khối

Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 – 3mm. Với tốc độ gió đạt đến giới hạn sẽ tạo ra lớp sôi của các chất rắn. Sôi tĩnh đó là quá trình mà chất rắn tập chung với mật độ cao khi quá trình cân bằng giữa tốc độ dòng khí và trọng lực.Chế độ sôi có hai chức năng chính đó là cung cấp tác nhân gây oxy hóa và tạo ra lớp sôi trong thiết bị. Quá trình này rất khó điều khiển khi bắt đầu hoặc khi kết thúc. Trong quá trình, hỗn hợp oxy/hơi nước sẽđược sử dụng làm tác nhân thổi.

Ưu điểm của quá trình khí hóa tầng sôi.

Nguyên liệu được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm cho sự phân bố nhiệt độđồng đều theo chiều cao lò. Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ tập chung ở đáy lò, các hạt nhỏ phía trên dễ dàng bay ra ngoài theo gió, để làm giảm lượng bụi bay theo gió ra ngoài người ta đưa gió bậc hai ở khoang giữa lò để tăng cường quá trình khí hóa. Nhưng gió bậc 1 thổi từ đáy lò lên vẫn là chủ yếu.

46

Khi khí hóa tầng sôi nguyên liệu và gió đi cùng một hướng từđáy lò nên nguyên liệu được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao. Quá trình sấy, bán cốc cùng sảy ra trong vùng này. Lượng chất bốc sinh ra khi gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thành 𝑀𝑀𝑀𝑀2𝐻𝐻2𝑀𝑀 một phần nhỏ khác bị nhiệt phân. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi đỉnh lò không có các sản phẩm lỏng, không có các loại hidrocacbon nên khí ra sạch dùng để tổng hợp hóa học rất có lợi.

Vì khí hóa tầng sôi nên biomass luôn chuyển động trong lò không có ranh rới rõ rệt giữa các vùng phản ứng và nhiệt độ trung bình của lò giảm xuống, nhiệt độ trong lò của phương pháp khí hóa tầng sôi chỉđạt 900 – 1000oC.

2.6. An toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và bảo vệ môi trường

Khi tham gia sản xuất, công nhân phải được trang bị đồ bảo hộlao động để phòng tránh những tai nạn trong khi sản xuất. Riêng phần miệng bể kết tinh được thiết kế thêm hệ thống che chắn, đề phòng trường hợp công nhân tham gia lao động ngã vào bể. Tiến hành đặt các bảng cảnh báo nguy hiểm tại các vị trí có nhiệt độ cao như lò và các đường ống dẫn khói.

Phải lắp đặt các hệ thống cứu hỏa và bố trí bình cứu hỏa ở từng vị trí có khảnăng xảy ra cháy nổ, dù là khảnăng nhỏ nhất. Tổ chức định kỳ các lớp đào tạo cho công nhân vềan toàn lao động khi làm việc trong môi trường nhiệt độcao. Đào tạo công nhân trong quy trình thao tác, vận hành thiết bị khi chuẩn bị đốt lò, bắt đầu đốt lò, điều khiển lò trong quá trình vận hành; những khả năng gây nổ vỡ, hư hỏng để đề phòng; những biện pháp xử lý sự cố thông thường như khi bể cạn nước hay đầy nước, khi có sự biến dạng trên các bộ phận chịu áp lực của thiết bị (thân bể bị phồng, rạn, nứt, mối ghép bị bục nước, rò rỉ… v.v…).

Hệ thống khói xử lý ở bể lọc, hệ thống lọc bụi lọc các tạp chất hóa học độc hại có trong khói trước khi thải ra ngoài môi trường.

47

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT MUỐI

BẰNGNĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

Thiết kế hệ thống sản xuất muối cần tính toán : - Phương pháp cấp nhiệt.

- Nhiệt độ cháy của nhiên liệu sinh khối.

- Khối lượng nhiên liệu cho một mẻ và thời gian cháy của mẻ nhiên liệu đó. - Kích thước bể kết tinh, buồng cháy, hệ thống kênh khói, ống khói.

3.1. Cô đặc và phân tích các chất hòa tancó trong nước biển

Khi cô đặc 1m3 nước biển nồng độ 3,5oBé đến 25oBé, thể tích của nước chạt là 0,1120 m3. Lượng các muối tách ra thể hiện trong bảng 3.1 sau:

48

Bảng 3.1. Các muối tách ra khi cô đặc nước chạt bão hòa NaCl [5]

Nồng độ nước chạt

Tỉ trọng

2,5oC

Thể tích m3 Thạch cao

CaSO4.2H2O NaCl MgSO4 MgCl2 NaBr KCl Cộng

25 1,2080 0,1120 - - - 0,1600 26,5 1,2208 0,0950 0,0508 3,2614 0,0040 0,0078 - - 3,3240 27 1,2285 0,0640 0,1476 9,6500 0,0130 0,0356 - - 9,8462 28,5 1,2444 0,0390 0,0700 7,8960 0,0262 0,0434 0,0728 - 8,1084 30,2 1,2627 0,0302 0,0144 2,6240 0,0174 0,0150 0,0358 - 2,7066 32,4 1,2874 0,0230 - 2,2720 0,0254 0,0240 0,0518 - 2,3732 35 1,3177 0,0162 - 1,4040 0,0382 0,0274 0,0620 - 2,0316 Tổng muối đã tách ra, kg 1,7488 27,1074 0,6242 0,1532 0,2224 - 29,9762

Lượng muối còn lại trong nước ót chưa

tách ra

2,5885 1,8545 3,1640 0,3300 0,53 8,4709

Tổng cộng các loại muối có trong 1m3

nước biển

49

Xác định lượng muối tách ra từng giai đoạn khi kết tinh muối (cho 1m3

nước biểnban đầu nồng độ 3,5oBé) theo bảng trên ta có: - Lượng muối tách ra giai đoạn 26,5÷30,2 oBé:

mNaCl tại 26,5°Bé + mNaCl tại 27°Bé + mNaCl tại 28,5°Bé + mNaCl tại 30,2°Bé

= 3,2614 + 9,6500 + 7,8960 + 2,6240 = 23,4314 kg.

- Tỉ lệ NaCl tách ra so với lượng muối có trong nước biển: = 𝑚𝑚𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑡𝑡á𝑁𝑁ℎ𝑟𝑟𝑁𝑁

𝑚𝑚𝑁𝑁á𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖đã𝑡𝑡á𝑁𝑁ℎ𝑟𝑟𝑁𝑁 =

23,4314

29,6959 x 100 % = 78,90 %.

- Tỉ lệNaCl tách ra giai đoạn 25÷30 oBé so với giai đoạn 25÷35oBé:

2327,,43141074 x 100% = 86,44 %.

Từ kết quả ở bảng 3.1 nhận thấy trong cả quá trình sử dụng nước biển sản xuất muối thì giai đoạn cô đặc nước chạt từ 25°Bé tới 30°Bé cho nhiều muối nhất và lượng tạp chất sinh ra thấp nhất. Do vậy, tỉ lệ muối ăn tinh khiết có thể lên cao, đưa chất lượng của muối ăn lên cao, nên chúng ta sẽ chọn giai đoạn này để dùng năng lượng sinh khối đưa nồng độ nước chạt từ 25° Bé tới 30° Bé.

Muối Natri clorua (NaCl)đăbão hòa và tách ra trong nước chạt bắtđầu

ởđộ mặn 250Bé (Độ bão hòa của muối). Giaiđoạn bay hơi côđặc 25-300Bé,

muối kết tinh nhiều nhất, chiếm khoảng 80% tổng lượng muối có trong nước

chạt. Quá 300Bé, muối còn tiếp tục kết tinh, song nhiều tạp chất khác tách ra

theo làm ảnh hưởng nhiều tới chất lượng muối và muối càng dễ bị chảy rữa. Theo quy trình sản xuất muối phơi cát truyền thống của diêm dân, nước

mặn sau khi lọc chạtđưa lên ô kết tinh phơi một lần ra muối ngay.Độ mặn

của nước chạt này chỉ đạt khoảng 200Bé, thậm chí còn thấp hơn nữa. Do từ

20 đến 250Bé thạch cao tách ra nhiều nhất, chiếmđến 80% tổng lượng thạch

cao có trong nước chạt, vì vậy hàm lượng canxi và sunfat trong muối phơi cát khá cao.

50

3.2. Tính khối lượng nước bay hơi khi đưa nước chạt 25° Bé lên 30,2°

Bé

Khi thực hiện quá trình cô đặc nước chạt 25°Bé để kết tinh muối, cần tính được lượng nước tách ra khỏi nước chạt 25°Bé hay tính được tỉ lệ bay hơi của nước so với nước chạt ban đầu .

Để so sánh sựbay hơi nước biển, nước chạt so với nguyên chất, người ta dùng một hệ số so sánh, gọi là hệ số bay hơi, ký hiệu là f. Hệ số bay hơi (f) của nước chạt là tỷ số giữa lượng bay hơi nước của nước chạt (E’) và lượng bay hơi nước của nước nguyên chất (E) trong cùng một thời gian, điều kiện bay hơi:

f = 𝐸𝐸′ 𝐸𝐸

( f < 1 , E’ <E )

Trong thực tế vì các mốc nồng độ rất khác nhau nên ta không thể sử dụng bảng tra để thực hiện khi thực hiện quá trình bay hơi nước để tăng nồng độ nước chạt, vì thế hệ sốbay hơi luôn giảm.Theo công thức tính f [7] :

f = ( A – B ) : ( C – D ) Trong đó :

f : hệ sốbay hơi trung bình

A và B : là tổng lượng bay hơi của nước chạt tới khi đạt nồng độ B2 và B1. C và D : là tổng lượng bay hơi của nước nguyên chất ứng với thời gian làm bay hơi nước chạt tới nồng độ B2 và B1 .

Khi đưa nồng độnước chạt 25° Bé lên 30,2° thì hệ sốbay hơi của nước là: Bảng tính hệ sốbay hơi trung bình [7]:

51

Bảng 3.2. Bảng tính hệ sốbay hơi trung bình của nước [7]

52 Dựa vào bảng 3.2: Tại 25° Bé A = 99,04 ; C = 105,2. Tại 30,2° Bé B = 97,27 ; D = 101,25. Suy ra : f = (99,04 – 97,29 ) : ( 105,2 – 101,25 ) . = 0,443 .

Với 1kg nước chạt 25° Bé khi đưa lên 30,2° Bé sẽ bay hơi 0,443 kg nước.

3.3.Tính tổng năng lượng tiêu tốn để đưa nước chạt từ 25° Bé tới 30,2°

Bé

Nhiệt hóa hơi của nước ở 70°C là: r = 2333 ( kJ/kg) [ 2]. Nhiệt dung riêng của nước là: c = 4200 J/kg.K [2].

Nhiệt lượng cần cung cấp đểđưa nhiệt độnước chạt từ 25° Bé từ30 ° C đến 70° C và đưa nồng độ muối từ 25° Bé đến 30,2 ° Bé để tiến hành thu hoạch muối phải cung cấp 2 năng lượng q1 và q2:

q1 : phần năng lượng dùng đểđưa nước chạt 25 ° Bé từ 30° C lên 70° C. mnước chat 25° Bé = 1 kg.

q1 = m. c. (t2 - t1) = 1.4200.( 343 – 303 ) = 168000 J/kg

= 168 kJ/kg.

q2 : Năng lượng dùng để duy trì giữ nước chạt ở mức 70° C đồng thời làm bay hơi 0,443 kg nước có trong 1 kg nước chạt 25° Bé .

m = 0,443 kg. q2 = m.r

= 0,443 . 2333 = 1033,5 kJ/kg.

suy ra năng lượng thực tế cần tiêu thụ qthực tế = (q1 + q2 ) = 1021,5 kJ/kg. (3.2)

Vậy để đưa 1 kg nước chạt từ 25° Bé đến 30,2 ° Bé cần tiêu tốn 1021,5 kJ/kg.

3.4. Tính sản lượngcủa hệ thống sản xuất muối

Trung bình một ngày nắng 38 - 40°C điều kiện thuận lợi thì trung bình 1 ha đồng muối với phương pháp sản xuất truyền thống kết tinh dựa vào thời tiết