CHƯƠNG 4 : Tính tốn cân bằng vật chất
4.1. Tính tốn cân bằng vật chất
4.1.1. Mục đích cân bằng vật chất
- Xác dịnh lượng nguyên liệu tiêu hao trong quá trình sản xuất. - Xác định lượng nguyên liệu cần thiết và dự trữ trong quá trình sản xuất.
- Lựa chọn máy, thiết bị, thiết kế phân xưởng phù hợp với tất cả các khâu trong dây chuyền.
- Lập kế hoạch sản xuất cụ thể cho nhà máy.
4.1.2. Tính chọn lị nung
- Công suất thiết kế của nhà máy xi măng là: 1.5 triệu tấn / năm. - Dây chuyền công nghệ sản xuất lò quay 3 bệ, phương pháp khơ và có calciner. Có độ ẩm phối liệu w = 0.5 – 1%.
4.1.3. Chế độ làm việc của nhà máy
- Số ngày trong năm: 365 ngày - Số ngày duy tu, bảo dưỡng thiết bị:
+Đại tu: khoảng thời gian bảo trì bàn nghiền, bánh nghiền, tháp phun sương, lọc bụi,… Thời gian thực hiện 30 ngày.
+ Trung tu: công việc vừa phải như sửa chữa, bảo trì hệ thống điện, cơ khí,…
Thời gian thực hiện 20 ngày.
+ Tiểu tu: cơng việc nhỏ, ít tốn thời gian. Thời gian thực hiện: 15 ngày. Vậy, số ngày làm việc trong năm: 365 – 30 – 20 – 15 = 300 ngày.
- Khâu nghiền và nung clinker địi hỏi máy làm việc liên tục, do đó chế độ làm việc của nhà máy cũng phải liên tục: một ngày làm việc 3 ca.
- Khâu khai thác nguyên liệu một ngày làm việc 2 ca. - Chia một ca làm việc 8 giờ.
4.1.4. Cân bằng vật chất khâu nung
-Năng suất của nhà máy: P = 1 500 000 tấn clinker / năm Hao hụt trong quá trình nung: 0.5%
Độ ẩm phối liệu trước khi vào lò: W = 0.5 – 1% (chọn W = 0.5%) Lượng MKN của phối liệu: 36.62%
Lượng phối liệu trước khi nung có tính đến lượng MKN: = = = . (tấn/năm)
− − . %
Lượng phối liệu kể đến hao hụt:
PL1 = PL (1 + 0.005) = 2366677.2 (1 + 0.005) = 2378510.6 (tấn/năm)
Lượng phối liệu kể đến độ ẩm:
PL2 = PL1 (1 + W) = 2378510.6 (1 + 0.005) = 2390403.1 (tấn/năm)
Lượng phối liệu cần cho sản xuất trong 1 tháng:
á
Lượng phối liệu cần cho sản xuất trong 1 ngày:
à =
Lượng phối liệu cần cho sản xuất trong 1 ca:
=
Lượng phối liệu cần cho sản xuất trong 1 giờ:
ờ =
Phối liệu Tấn
SVTH:VŨ QUỐC THỐNG – 1713363 NGUYỄN THÀNH LUÂN − 1812998
sấy nghiền là 2390403.1 tấn/năm.
- Hao hụt trong quá trình sấy nghiền: 0.5%
Bảng 4.2 Tỷ lệ các nguyên liệu
Nguyên liệu Tỉ lệ (%) Lượng phối liệu kể đến hao hụt:
PL3 = PL2 (1 + 0.005) = 2390403.1 (1 + 0.005) = 2402355.12 (tấn/năm)
Lượng nguyên liệu kể đến sự thay đổi độ ẩm từ sau khi sấy nghiền 0.5% đến trước khi sấy nghiền 6%:
X = PL3 x (1+ (WTSN – WSSN) Trong đó:
X: Lượng nguyên liệu có kể đến sự thay đổi độ ẩm (tấn/năm). x: Tỉ lệ phầm trăm nguyên liệu có trong phối liệu (%) WTSN: Độ ẩm nguyên liệu trước sấy nghiền (%)
WSSN: Độ ẩm phối liệu sau sấy nghiền (%)
Bảng 4.3 Lượng nguyên liệu kể đến sự thay đổi độ ẩm
Nguyên liệu Khối lượng
(tấn/năm)
Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 tháng:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Bảng 4.4 Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 tháng
Nguyên liệu Khối lượng
(tấn/năm)
Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 ngày:
Bảng 4.5 Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 ngày
Nguyên liệu Khối lượng
(tấn/năm) Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 ca:
Bảng 4.6 Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 ca
Nguyên liệu Khối lượng
(tấn/ca) Lượng nguyên liệu cần cho sản xuất trong 1 giờ:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Bảng 4.8 Tổng kết lượng nguyên liệu theo khối lượng
Nguyên liệu Đá vôi Đất sét Laterit
4.1.6. Cân bằng vật chất khâu thai khác nguyên liệu
- Độ ẩm các tự nhiên của nguyên liệu: Nguyên liệu
Độ ẩm (%)
- Lượng nguyên liệu cần khai thác trong một năm có kể đến hao hụt 0.5%:
X1 = X (1 + 0.005) Trong đó:
X1: Lượng nguyên liệu cần khai thác trong năm(tấn/năm)
X: Lượng nguyên liệu cần cho khâu sấy nghiền trong năm (tấn/năm)
Bảng 4.10 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong một năm tính đến hao hụt
Nguyên liệu Khối lượng
Trong đó:
X2: Lượng nguyên liệu cần khai thác trong một năm có kể đến sự thay đổi độ ẩm (tấn/năm).
WTN: Độ ẩm tự nhiên của nguyên liệu (%)
WTSN = 6%: Độ ẩm nguyên liệu trước sấy nghiền (%)
Bảng 4.11 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong một năm tính đến thay đổi độ ẩm
Nguyên liệu Khối lượng (tấn/năm)
Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 tháng:
Bảng 4.12 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 tháng
Nguyên liệu Khối lượng (tấn/tháng)
Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 ngày:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Bảng 4.13 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 ngày
Nguyên liệu Khối lượng (tấn/ngày)
Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 ca:
=
Bảng 4.14 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 ca
Nguyên liệu Khối lượng (tấn/ca)
Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 giờ:
Bảng 4.15 Lượng nguyên liệu cần khai thác trong 1 giờ
Nguyên liệu Đá vôi Đất sét Laterite Nguyên liệu Đá vôi Đất sét Laterite
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
4.2. Tính tốn cân bằng vật chất cho lị nung4.2.1. Lượng vật chất vào lò 4.2.1. Lượng vật chất vào lò
4.2.1.1. Lượng nhiên liệu cần để nung 1kg clinker Gt = 0.096 (kg than/ kg clinker)
Lượng than tiêu tốn:
= × = (tấn than/ năm)
4.2.2. Lượng ngun liệu vào lị có kể đến lượng bụi đi ra khỏi lị
4.2.2.1. Lượng nguyên liệu khơ
×
=
−
(kg/kg clinker) Trong đó:
Gtc là lượng ngun liệu khơ lý thuyết att là lượng tổn thất nguyên liệu theo bụi ra ngồi với phương pháp khơ ta chọn att = 1%
Vậy = . × − = . (kg/ kg clinker) 4.2.2.2. Lượng ngun liệu ẩm cho vào lị = × (kg/ kg clinker)
−
Trong đó:
Gc là lượng ngun liệu khơ
Wc là độ ẩm của phối liệu (vì đây là phương pháp khơ nên ta chọn độ ẩm là 1%)
Vậy = . × − = . (kg/ kg clinker) 4.2.2.3. Lượng khơng khí ẩm thực tế vào lị nung = × × (kg/ kg clinker) Trong đó:
rk là khối lượng riêng của khơng khí (rk = 1.293 kg/m3 khơng khí) La là lượng khơng khí ẩm thực tế (m3/ kg than)
L0k
là khối lượng khơng khí khơ lý thuyết (m3/ kg) L0 là lượng khơng khí ẩm lý thuyết (m3/ kg)
dkk là hàm ẩm của khơng khí ẩm (kg ẩm/ kg khơng khí khơ) Xác định hàm ẩm của khơng khí: . × × = − × (kg ẩm/ kg khơng khí khơ) Tra STQTTB tập 2- 101 ta có: Ttb = 25.7oC = 78 P = 745 mmHg P = 745×133.3 = 99308.5(N/ m2) Từ ttb = 25.7 (tra bảng 1.253 – trang 317 STQTTB tập 1) ở 25oC có p =23.8 (mmHg) = 3172.54 (N/m2) ở 26oC có p =25.2 (mmHg) = 3359.16 (N/m2)
vậy ở 25.7oC ta có p = 3301.841 (N/m2) bằng cách nội suy:
= . − . × . . × . × . = . (kg ẩm/ kg khơng khí khơ)
Lượng khơng khí khơ lý thuyết:
= . × + . × + . ×( − )
Với Clv; Slv; Olv là thành phần sử dụng của nhiên liệu than có C 78%, S 1%, O 1.3%
= . × + . × . + . ×( − . )= . (m3/ kg than)
Vậy = ( + . × . ) × . = . (m3/ kg than) = × = . × .= .(m3/ kg than)
Ta được = . × . × . = . (kg/ kg clinker) Tổng lượng vật chất vào lò:
Trang 73
SVTH: VŨ QUỐC THỐNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
∑ = + + = . + . + . = . (kg/ kg clinker)
4.2.3. Lượng vật chất ra khỏi lò
4.2.3.1. Lượng clinker ra khỏi lò nung: xét trên 1 kg 4.2.3.2. Lượng khí CO2 của phối liệu
Trong đó:
là lượng CO2 liên kết trong phối liệu (%)
=
=
từ 0.3 – 0.6 là mức độ phân hủy hoàn tồn cacbonat của bụi khơng thu hồi lại. Chọn = .
clinker)
=
4.2.3.3.
4.2.3.3.1. Ẩm lý học của phối liệu
Trang 74
SVTH: VŨ QUỐC THỐNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
, là khối lượng phân tử của các phần tử tương ứng là 2 phân tử nước và 1 phân tử oxit nhơm.
là phần trăm oxit nhơm có trong phối liệu 4.2.3.3.3. Lượng bụi của phối liệu bay ra = ( − ) × ( − × ) (kg/ kg clinker)
Với: từ 0.3 – 0.6 là mức độ phân hủy hoàn tồn cacbonat của bụi khơng thu hồi lại. Chọn = .
= ( .− . ) × ( − . × . ) = . (kg/ kg clinker) 4.2.3.3.4. Lượng khí thải bay ra
= . × = . × = . (m3/ kg than) = . × + . × + . × × = .× . + .× . + .× .× . = .(m3/ kg than) = . × = . × = . = . × ( − ) × = . × ( . − ) = . = . × . + . × . = . Vậy: = + + + + = . (m3/ kg than) = × = . (kg/ kg than) = × = . (kg/ kg than) = × = . (kg/ kg than) = × = . (kg/ kg than) = × = . (kg/ kg than)
Lượng khí thải do nhiên liệu thoát ra:
=( + + + + )× = ( . + . + . + . + . ) × . = . (kg/ kg clinker) Trang 75 SVTH: VŨ QUỐC THỐNG NGUYỄN THÀNH LUÂN – 1812998
Tổng lượng vật chất ra khỏi lò:
∑ =+++++
∑ = + .+ .+ .+ .+ .= .
(kg/ kg clinker)
Sai số giữa lượng vật chất ra vào lò:
G ra − G vao 100 = 4.075 − 4.104 100 = 0.712% 5% (chấp nhận) Gra4.075 Trang 76 SVTH: VŨ QUỐC THỐNG NGUYỄN THÀNH LUÂN – 1812998
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
CHƯƠNG 5: THIẾT LẬP VÀ THUYẾT MINH DÂYCHUYỀN SẢN XUẤT CHUYỀN SẢN XUẤT
5.1.1. Khảo sát địa chất, xác định thành phần hóa học, trữ lượng mỏ
- Bao gồm mỏ đá vôi và mỏ đất sét.
- Đá vôi và đất sét được lấy mẫu thử ở mỏ và đem về thí nghiệm để xác định
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
tác thí nghiệm và tính tốn, đá vơi và đất sét thuộc xã Minh Tâm, huyện Hớn Quản, tỉnh Bình Phước đạt u cầu cơ lý. Vì vậy, có thể sử dụng mỏ đá
vôi, đất sét để sản xuất xi măng.
5.1.2. Khai thác và vận chuyển
- Đá vơi:
Hình 5.1 Cơng tác tại mỏ đá vôi
Đá vơi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn được sử dụng rộng rãi khi khai thác các mỏ khống sản. Tuy rằng có nhiều ưu điểm như nhanh chóng, ít bị ảnh hưởng do thời tiết, khí hậu nhưng bên cạnh đó là tay nghề thợ có chun mơn cao, cơng tác an tồn tuyệt đối và có ảnh hưởng nếu khu dân cư xung quanh như nứt tường, ô nhiễm tiếng ồn. Đi cùng với công nghệ ngày nay, để giảm khí gây hại sau khi nổ cụ thể sử dụng thuốc nổ ANFO và nhũ tương thay cho thuốc nổ TNT. Trong khai thác đá vôi, đầu tiên phải san phẳng mặt bằng lớp bề mặt, loại bỏ cây cối sau đó dùng mìn nổ vi sai cắt tầng để khai thác.
Theo phương pháp này cơng trình mỏ được khai thác lần lượt từ trên xuống dưới, hết lớp này đến lớp khác. Đá vôi sau khi khai thác bằng phương pháp nổ mìn sẽ được xe ủi gom lại, đá có hai loại kích cỡ: d = 600 – 1000mm và d > 1000mm. Nếu đá có kích cỡ lớn hơn 1000mm thì được đập nhỏ bằng máy đập búa thủy lực để đá đạt kích cỡ d < 1000mm. Sau đó, dùng máy xúc gầu ngửa để lên xe ben chuyển về nhà máy đổ vào bunke chứa đá vôi.
-Đất sét:
+ Máy xúc nhiều gầu là biện pháp khai thác đất sét dành cho phương pháp khô. Đây là loại máy xúc liên tục nhờ có các gầu gắn vào xích vơ tận và roto, quy trình làm việc của máy: xúc, vận chuyển đổ nguyên liệu ở cao độ ngang
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
mức đặt máy, chỉ cần thay đổi vị trí giá mang gầu, máy xúc có năng xuất rất cao.
+ Đối với nhà máy xi măng bền sunfate được thiết kế với phương pháp khơ vì vậy máy xúc nhiều gầu là biện pháp hợp lý để thực hiện việc khai thác đất sét.
Mỏ đất sét nằm ở huyện Chơn Thành, tỉnh Bình Phước dùng xe ben để vận chuyển.
Hình 5.2 Khai thác đất sét tại mỏ
Đầu tiên, tiến hành khai thác với công đoạn loại bỏ các lớp đất thổ nhưỡng khoảng 30 – 40cm bề mặt. Tiếp đến đất sét sẽ được khai thác bằng máy xúc
-Đá Laterite
Hình 5.3 Thiết bị dở tải gầu ngoạm
-Đá Laterite được nhập về nhà máy bằng xà lan. Nhờ thiết bị gầu ngoạm đưa vào bunker chứa.
5.1.3. Gia công nguyên liệu
-Đá vôi
-Sơ đồ dây chuyền gia công nguyên liệu đá vôi tại nhà máy
Bunke chứa đá vôi
Băng tải chung Tiếp liệu băng
chứa đá vôi, đất sét và đá Laterit
d<25mm
Băng tải cao su
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Đá vôi là ngun liệu rắn, sau khi khai thác có kích thước nhỏ hơn 1000mm. Đá vôi được đập trong máy đập búa va đập phản hồi (hình 5.3) đến kích thước d 25 mm. Sau khi gia công xong, đá vôi được định lượng và được đưa vào kho chứa chung với đất sét bằng hệ thống băng tải.
- Máy đập búa va đập phản hồi (máy nghiền phản kích)
Hình 5.4 Máy đập búa va đập phản hồi
Công dụng: Đập nghiền nhỏ để đá vơi đạt kích thước d < 25 mm
- Tiếp liệu băng (thiết bị cân bằng định lượng)
Công dụng: Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải có thể định lượng
khối lượng sản phẩm, nguyên liệu ngay trong khi nó đang hoạt động, nó giúp cho q trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo
Hình 5.5 Tiếp liệu băng
-Đất sét
Đất sét là nguyên liệu mềm, được gia công bằng máy đập hai trục. Sau khi gia công xong, đất sét được định lượng và được băng tải chung với đá vôi.
- Máy cán trục (máy cán sét)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Hình 5.6 Máy cán sét (máy nghiền 2 trục)
5.1.4. Sấy nghiền phối liệu
- Đá vôi và đất sét sau khi gia công, định lượng được đưa lên băng tải tiếp tục đi qua máy phân tích PGNAA kiểm tra thành phần hóa sau đó được đưa vào kho chung có thiết bị rải đổ để giảm độ ẩm nguyên liệu và đồng nhất sơ bộ.
- Laterite được đưa vào két chứa sau đó theo tiếp liệu băng vận chuyển tới băng tải chung.
- Từ băng tải chung, phối liệu được đưa vào máy sấy nghiền đứng, khi đó vật liệu được nghiền mịn bằng lực ép của các con lăn trên bàn nghiền. Nếu trường hợp nghiền q tải thì vậy liệu có thể bị rơi ra, những hạt này sẽ được thu hồi, nhờ hệ thống gầu nâng đưa về băng tải chung sau đó trở lại máy nghiền. Sau khi nghiền, thông qua bộ phận phân ly khơng khí (có trong máy sấy nghiền đứng),
- Khí và bụi phối liệu đi đến lọc bụi điện, sau một thời gian bụi phối liệu từ lọc bụi điện được trả về máng trượt khí động, đến gầu nâng, về chứa trong silo đồng nhất phối liệu. Với phần khí đã được lọc sạch bụi, theo quạt hút đến ống khói thải ra ngồi mơi trường.
- Khí nóng lấy từ hệ cyclon trao đổi nhiệt, được dẫn qua tháp điều hòa để giảm bớt nhiệt độ, sau đó đi qua van hai chiều. Bình thường khi máy sấy nghiền đứng hoạt động, khí thải lị nung đi qua tháp điều hịa sau đó dẫn đến cung cấp nhiệt độ cho máy sấy nghiền. Khi máy sấy nghiền tạm ngưng hoạt động, van hai chiều sẽ điều chỉnh, chuyển khí thải lị nung đi theo hướng thứ hai qua hệ thống lọc bụi điện, quạt hút, ống khói, sau đó thải ra mơi trường.
5.2. Thiết lập và thuyết minh dây chuyền nung5.2.1. Dây chuyền công nghệ 5.2.1. Dây chuyền công nghệ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
5.2.2. Thuyết minh dây chuyền
- Than sau khu được khai thác từ mỏ sẽ vận chuyển về kho chứa than
của nhà máy. Khi cần sử dụng than sẽ được xe xúc vận chuyển qua két chứa
để đưa lên băng tải cao su, từ đây than sẽ tự động được di chuyển
nhờ băng tải cao su qua máy sấy nghiền đứng để thực hiện quá trình sấy, nghiền và phân ly thành bột than đảm bảo kích thước của bột than. Sau
đó than sẽ được di chuyển đến két chứa thơng qua vít xoắn để chuẩn bị cho quá trình đốt.
- Về phối liệu sau khi được đưa vào silo chứa sẽ được vận chuyển
đến cyclon trao đổi nhiệt 5 tầng và calciner thơng qua máng trượt khí động. Tại đây sẽ xảy ra các phản ứng khác nhau:
- Nguyên liệu được cấp vào ống nối giữa cyclon bậc 1 và cyclon bậc 2,
sau đó đi vào cyclon bậc 1 cùng với dịng khí nóng và được gia nhiệt