Tính toán thiết kế nhà máy sản xuất bột nhẹ (caco3) năng suất tấn ngày

  • Số trang: 79 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 11 |
  • Lượt tải: 0
nganguyen

Đã đăng 34173 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA T.P HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC **************************** ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT NHẸ (CaCO3) NĂNG SUẤT TẤN/NGÀY THẦY HD: PHAN ĐÌNH TUẤN SVTH: VÕ MẠNH HOANH LỚP: HC06MB NGÀY NỘP: Niên khóa: 2009 SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh Khoa : Kỹ Thuật Hóa Học Bộ môn : Máy & Thiết Bị ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ MÃ SỐ : 605040 Họ và tên sinh viên : VÕ MẠNH HOANH MSSV : 60301636 Lớp : HC06MB Ngành : Máy Thiết Bị 1. Đầu đề đồ án : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT NHẸ 2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu với số liệu ban đầu) : 1. Năng suất : 2000 kg/ngày theo sản phẩm khô 2. Thông số khác : tự chọn. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán 1. Tổng quan 2. Cơ sở lý thuyết tính toán 3. Thuyết minh qui trình công nghệ 4. Tính cân bằng vật chất và năng lượng cho thiết bị chính, phụ 5. Tính kinh tế dự án và lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 2. Các bản vẽ Bản vẽ chi tiết thiết bị chính 1 bản A1 Bản vẽ qui trình công nghệ 1 bản A1 5. Ngày giao đồ án: 10 / 2009 6. Ngày hoàn thành đồ án: 12 / 2009 7. Ngày bảo vệ và chấm đồ án : 01/ 2010 Ngày…… tháng….năm 2009 HỘI ĐỒNG BẢO VỆ NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 2 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN 1. Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét: …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… Điểm : __________ Chữ ký : __________ 2. Cán bộ chấm đồ án. Nhận xét: …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….... Điểm : __________ Chữ ký : __________ Điểm tổng kết : __________ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 3 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN LỜI NÓI ĐẦU Bột nhẹ là chất phụ gia quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác nhau được sử dụng ở dạng tinh khiết và kém tinh khiết. Cùng với việc chế tạo loại vật liệu mới thì nhu cầu sử dụng và yêu cầu về chất lượng của sản phẩm bột nhẹn ngày càng tăng. Riêng ở nước ta hằng năm phải nhập một lượng lớn bột nhẹ từ nước ngoài, vì vậy việc nghiên cứu, cải tiến quy trình sản xuất để nâng cao số lượng và chất lượng sản phẩm bột nhẹ trong nước là việc làm chính đáng và rất thiết thực Với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực têsanr xuất, với sự nỗ lực của bản thân cùng sự tận tình giúp đỡ của các thầy hướng dẫn, mà sau hơn 3 tháng tìm hiểu nghiên cứu sách vở Tôi đã hoàn thành việc thiết kế nhà máy sản xuất bột nhẹ với năng suất 2 tấn/ngày. Tuy đã hết sức cố gắng, nhưng vì đây là lần đầu tiên thiết kế một nhà máy hoàn chỉnh và do thời gian có hạng cũng như sự hiểu biết còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy Tôi rất mong sự góp ý, nhận xét đánh giá của quí thầy cô. Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình hướng dẫn của thầy PHAN ĐÌNH TUẤN, thầy HOÀNG MINH NAM đã giúp Tôi hoàn thành đồ án này. Ngày 01 tháng 01 năm 2010 Sinh viên Võ Mạnh Hoanh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 4 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN MỤC LỤC Phần 1: TỔNG QUAN VỀ BỘT NHẸ 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘT NHẸ…………………………………………..Trang 11 1.1. Vai trò và ứng dụng………………………………………………….............Trang 11 1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất bột nhẹ trong nước……………………......Trang 11 1.3. Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ……………………………...........Trang 12 2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT NHẸ………………………………………..Trang 13 2.1. Nguyên liệu chính :…………………………………………………..............Trang 13 a. Đá vôi hóa chất Thanh Nghị........................................................................Trang 13 b. Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê.......................................................................Trang 13 c. Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn....................................................................Trang 14 2.2. Các yêu cầu về đá vôi ......................................................................................Trang 14 2.2.1. Yêu cầu về chất lượng............................................................................Trang 14 2.2.2. Yêu cầu về kích thước hình dáng.........................................................Trang 14 2.2.3. Chỉ tiêu tiêu hao đá................................................................................Trang 14 3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG...............................Trang 15 3.1. Carbonat canxi (đá vôi trong tự nhiên).........................................................Trang 15 3.2. Oxyt canxi (vôi sống)………………………………………………………...Trang 15 3.3. Hydroxyt canxi (vôi tôi)……………………………………………………...Trang 16 3.4. Anhydrit carbonic……………………………………………………………Trang 17 3.5. Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi……………………...Trang 19 4. GIỚI THIỆU NHIÊN LIỆU……………………………………………………...Trang 20 4.1. Thành phần nguyên tố và tính chất………………………………………...Trang 20 4.1.1. Carbon (C ).............................................................................................Trang 20 4.1.2. Hydro (H)................................................................................................Trang 20 4.1.3. Oxy (O)..................................................................................................Trang 20 4.1.4. Nitơ (N)………………………………………………………………...Trang 21 4.1.5. Lưu huỳnh (S)………………………………………………………….Trang 21 4.1.6. Tro (A)………………………………………………………………….Trang 21 4.1.7. Độ ẩm trong than (w)………………………………………………….Trang 21 4.2. Thành phần chất bốc và cốc…………………………………………………Trang 22 4.2.1. Chất bốc và tính chất của nó………………………………………….Trang 22 4.2.2. Cốc và hàm lượng carbon cố định……………………………………Trang 22 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 5 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 4.3. Bảo quản nhiên liệu………………………………………………………….Trang 23 4.4. Một số loại than phổ biến ở Việt Nam……………………………………...Trang 24 Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ 1.1. Quá trình nung vôi……………………………………………………………..Trang 26 1.1.1. Quá trình nung vôi trong lò đứng thông thường………………………...Trang 27 1.2. Quá trình làm sạch khí thải lò nung…………………………………………...Trang 27 1.3. Quá trình hòa tan CaO vào H2O………………………………………………Trang 28 1.4. Quá trình lắng bột nhẹ…………………………………………………………Trang 29 1.5. Quá trình sấy khô bột nhẹ……………………………………………………...Trang 29 1.6. Quá trình phản ứng tạo sản phẩm…………………………………………….Trang 29 1.6.1. Lý thuyết tổng quát………………………………………………………...Trang 29 1.6.2. Cơ sở lý thuyết để tính toán cho công nghệ………………………………Trang 31 1.6.3. Đặc điểm của phản ứng……………………………………………………Trang 33 1.6.3.1. Định nghĩa thời gian phản ứng:…………………………………….Trang 34 1.6.3.2. Thuyết thay đổi bề mặt mới của Higbie……………………………Trang 35 1.6.4. Giới thiệu các thiết bị phản ứng dùng cho hệ khí – lỏng trong công nghiệp………………………………………...Trang 35 1.6.4.1. Thiết bị sủi bọt……………………………………………………….Trang 35 1.6.4.2. Thiết bị khuấy trộn………………………………………………….Trang 36 1.6.4.3. Thiết bị phun tia……………………………………………………..Trang 36 1.6.4.4. Tháp đĩa……………………………………………………………...Trang 36 1.6.4.5. Tháp đệm…………………………………………………………….Trang 37 Phần 3: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BỘT NHẸ 1. QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ……………………………………………Trang 38 1.1. Sơ đồ qui trình công nghệ…………………………………………………...Trang 38 1.2. Thuyết minh qui trình công nghệ…………………………………………...Trang 39 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ I. LÒ NUNG VÔI……………………………………………………………………Trang 40 1. GIÓI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 40 1.1. Các loại lò nung vôi ……………………………………………………..Trang 40 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 6 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 1.2. Hình dáng cấu tạo lò nung vôi công nghiệp……………………………Trang 40 1.3. Nguyên lý hoạt động của lò nung……………………………………….Trang 40 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm…………………………………..Trang 41 1. THIẾT KẾ LÒ NUNG VÔI……………………………………………………...Trang 41 2.1. Nguyên liệu…………………………………………………………………..Trang 41 2.1.1. Thành phần ban đầu…………………………………………………..Trang 41 2.2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG CHO LÒ NUNG……………Trang 42 2.2.1. Phương trình cân bằng năng lượng…………………………………..Trang 42 a. Tính toán tổng lượng nhiệt thu vào........................................................Trang 42 b. Tính toán tổng lượng nhiệt tỏa ra……………………………………..Trang 43 c. Tính toán năng suất của không khí nhập liệu cho lò nung…………..Trang 44 2.2. 2. Phương trình cân bằng vật chất cho lò nung……………………......Trang 45 II. THIẾT BỊ HÒA TAN CaO……………………………………………………...Trang 48 1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 48 1.1. Hình dáng và cấu tạo bồn khuấy…………………………………….....Trang 48 1.2. Nguyên tắt hoạt động……………………………………………………Trang 48 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng…………………………………………………...Trang 49 2. THIẾT KẾ BỒN KHUẤY TRỘN………………………………………….....Trang 49 2.1. Nguyên liệu………………………………………………………………Trang 49 2.1.2. Thành phần nhập liệu……………………………………………..Trang 49 2.1.3. Thông số trạng thái………………………………………………..Trang 49 2.2. Cân bằng vật chất & năng lượng cho thiết bị………………………….Trang 49 2.3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ…………………………………………………..Trang 50 2.3.1. Các thông số của thiết bị bồn khuấy……………………………...Trang 51 2.3.2. Cánh khuấy………………………………………………………...Trang 51 III. THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÍ LÒ VÔI………………………………………....Trang 53 1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 53 1.1. Hình dáng cấu tạo……………………………………………………….Trang 53 1.2. Nguyên tắt hoạt động……………………………………………………Trang 53 2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÓI LÒ…………………………………....Trang 54 2.1. Nguyên liệu………………………………………………………………Trang 54 2.1.1. Thành phần nhập liệu……………………………………………..Trang 54 2.1.2 Thông số trạng thái………………………………………………...Trang 54 2.2. Cân bằng vật chất và năng lượng………………………………………Trang 54 IV. THIẾT BỊ SẤY PHUN.........................................................................................Trang 56 1. GIỚI THIỆU.......................................................................................................Trang 56 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 7 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 1.1. Hình dáng, cấu tạo....................................................................................Trang 56 1.2. Nguyên tắt hoạt động................................................................................Trang 56 2. TÍNH TOÁN BUỒNG SẤY...............................................................................Trang 56 2.1. Nguyên liệu................................................................................................Trang 56 2.2. Thông số trạng thái...................................................................................Trang 56 2.3. Cân bằng vật chất & năng lượng……………………………………….Trang 57 V. THIẾT BỊ PHẢN ỨNG………………………………………………………….Trang 59 1. GIỚI THIỆU……………………………………………………………….......Trang 59 1.1. Hình dáng cấu tạo…………………………………………………….....Trang 59 1.2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................Trang 59 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ………………………………………………….......Trang 60 2.1. Nguyên liệu………………………………………………………………Trang 60 2.2. Thông số trạng thái nhập liệu.………………………………………….Trang 60 2.3. Cân bằng vật chất và năng lượng………………………………………Trang 60 2.3.1. Tính toán đường kính tháp đệm………………………………….Trang 60 2.3.2. Tính chiều cao tháp đệm……………………………………….....Trang 61 2.3.3. Tính bền cho thiết bị………………………………………………Trang 63 2.3.3.1. Chọn vật liệu chế tạo………………………………………...Trang 63 2.3.3.2. Tính bền cho thân thiết bị…………………………………...Trang 64 2.3.3.3. Tính bền cho mối ghép bích…………………………………Trang 64 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Chọn bơm………………………………………………………………………….Trang 65 2. Các thiết bị vận chuyển trong nhà máy…………………………………………Trang 65 3. Các tiện nghi hỗ trợ sản xuất…………………………………………………….Trang 65 3.1. Hệ thống đường ống dẫn…………………………………………………….Trang 65 3.2. Dụng cụ đo và kiểm soát quá trình………………………………………….Trang 65 3.3. Các nguồn cung cấp năng lượng cho nhà máy……………………………..Trang 65 3.4. Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy……………………………………...Trang 66 PHẦN 4: TÍNH KINH TẾ CHO NHÀ MÁY 1. NGUỒN NHÂN LỰC CHO NHÀ MÁY………………………………………...Trang 67 1.1. Công nhân trực tiếp làm tại phân xưởng cho nhà máy…………………....Trang 67 1.2. Nguồn lao động gián tiếp trong nhà máy……………………………….......Trang 67 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 8 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 1.3. Tiền lương cho nguồn lao động trong nhà máy…………………………....Trang 68 2. VỐN DẦU TƯ…………………………………………………………………….Trang 68 2.1. Vốn cho xây dựng nhà máy……………………………………………….....Trang 68 2.2. Vốn đầu tư mua trang thiết bị……………………………………………....Trang 68 2.3. Chi phí nguyên nhiên liệu, năng lượng cho nhà máy……………………...Trang 68 2.4. Các khoản chi phí khác trong 1 năm……………………………………….Trang 68 3. GIÁ THÀNH SẢN PHẨM……………………………………………………….Trang 68 3.1. Tổng chi phí………………………………………………………………......Trang 68 3.2. Tổng doanh thu……………………………………………………………....Trang 69 PHẦN 5 : XÂY DỰNG NHÀ MÁY 1. LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG…………………………………………..Trang 70 1.1. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng……………………………………....Trang 70 1.2. Các yêu cầu đối với dịa điểm xây dựng………………………………….....Trang 70 1.2.1. Các yêu cầu chung…………………………………………………….Trang 70 1.2.2. Các yêu cầu về kĩ thuật xây dựng…………………………………….Trang 71 1.2.3. Qui hoạch địa điểm xây dựng………………………………………...Trang 72 1.2.4. Các khối nhà chính trong nhà máy…………………………………..Trang 73 2. XÂY DỰNG NHÀ MÁY…………………………………………………………Trang 74 1.1. Các yêu cầu khi xây dựng…………………………………………………...Trang 74 1.2. Các phương án xây dựng………………………………………………........Trang 74 1.2.1. Nhà một tầng…………………………………………………………..Trang 74 1.2.2. Nhà nhiều tầng.......................................................................................Trang 74 1.2.3. Phân xuởng lộ thiên:………………………………………………......Trang 74 1.2.4. Bố trí hành lang..………………………………………………………Trang 74 1.2.5. Bố trí cầu thang.……………………………………………………….Trang 74 1.2.6. Bố trí cửa ra vào……………………………………………………….Trang 74 1.2.7. Yêu cầu thông gió……………………………………………………...Trang 75 1.2.8. Yêu cầu chiếu sáng…………………………………………………….Trang 75 1.2.9. Tiếng ồn………………………………………………………………...Trang 75 1.3. Các công trình phụ……………………………………………………….......Trang 76 1.3.1. Cổng nhà máy……………………………………………………….....Trang 76 1.3.3. Đường giao thông nội bộ……………………………………………...Trang 76 a. Đường ôtô………………………………………………………………Trang 76 b. Đường ống, cáp treo, cẩu chạy………………………………………..Trang 76 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 9 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 2.3.3. Bố trí mạng ống công nghiệp…………………………………………Trang 76 a. Các loại mạng ống công nghiệp……………………………………….Trang 76 b. Cách bố trí……………………………………………………………..Trang 76 c. Nguyên tắc bố trí……………………………………………………….Trang 77 2.3.4. Bố trí cây xanh trong nhà máy……………………………………….Trang 77 a. Khu vực trồng cây……………………………………………………..Trang 77 b. Yêu cầu…………………………………………………………………Trang 77 Tài liệu tham khảo......................................................................................................Trang 78 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 10 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN Phần 1: TỔNG QUAN VỀ BỘT NHẸ 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘT NHẸ 1.1. Vai trò và ứng dụng Bột nhẹ (CaCO3 kết tủa) là một chất phụ liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác nhau được sử dụng ở dạng tinh khiết và dạng kém tinh khiết tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng cụ thể. Bột nhẹ là một tên gọi thông thường trên thị trường của hợp chất carbonat caxi (CaCO3). Trên thị trường nó được bán dưới dạng bột ở nhiều kích cỡ khác nhau. Được sử dụng rộng rãi trong các ngành như: sơn, nhựa, bột trét tường, dượt phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, sản xuất thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, cao su, giấy…. Ngoài ra trên thị trường còn có sản phẩm cùng loại giống như bột nhẹ cũng là bột carbonat caxi (CaCO3) nhưng người ta gọi là bột nặng (bột đá nghiền CaCO3), nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau là do chúng được sản xuất theo phương án khác nhau, từ đó tính chất của chúng cũng khác xa nhau cũng như lĩnh vực ứng dụng cũng khác nhau. 1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất bột nhẹ trong nước 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. 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. Tuy nhiên giá thành lại cao nên khó tiêu thụ sản phẩm. Trong khi đó, hàng năm nước ta sản xuất hàng trăm nghìn tấn bột (CaCO3) bao gồm cả bột nặng và bột nhẹ. Năm 2001 nhà máy Công Ty Hóa Chât Minh Đức với năng xuất và tiêu thụ 6000 tấn bột nhẹ thông dụng, sản lượng bột nhẹ của Công ty Trung Đức 3000 tấn, Công ty Đất Đèn và Hóa Chất Tràng Kênh là 1.200 tấn. 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. Theo thống kê có luợng sản phẩm đựoc sử dụng trong các lĩnh vực như sau 45 % được sử dụng cho công nghệ luyện kim 30 % nguyên liệu cho ngành công nghệ hóa học 10 % sử dụng trong chất dẻo, bảo vệ môi trường 5 % sử dụng chế tạo vật liệu chịu lửa ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 11 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 1.3. Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ Bảng 1: Tiêu chuẩn đánh giá chất luợng sản phẩm CTPT CaCO3 tên gọi carbonat canxi tên gọi khác bột nhẹ biểu hiện bột màu trắng phân tử gam 100 g/mol tổng hàm lượng CaCO3 ≥ 98 % Độ kèm tính theo CaO ≤ 0,15 % Độ ẩm ≤ 0,5 % Hàm lượng chất không tan trong HCl ≤ 0, 25 % Độ mịn qua sàng 0.125 mm ≥ 0,98 % ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 12 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT NHẸ 2.1. Nguyên liệu chính : là từ núi đá vôi (CaCO3) thiên nhiên Thành phần chủ yếu của đá là CaCO3 ngoài ra còn pha lẫn một ít tạp chất như MgCO3, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ... Phân loại : gồm 2 loại chính là loại dùng cho công nghiệp hoá chất và loại cho công nghiệp sản xuất ximăng, tùy thuộc vào độ cứng của đá, thành phần các chất, màu sắc mà người ta sử dụng trong từng lĩnh vực cụ thể. Ví dụ : a. Đá vôi hóa chất Thanh Nghị Đá vôi hóa chất Thanh Nghị ở huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam là khu mỏ nằm sát bờ phải sông Đáy, cách quốc lộ 1A gần 1,5km. Đá vôi lộ ra từ độ cao 7,5- đến 180 m tạo ra những núi vách dốc, kéo dài theo phương kinh tuyến. Đá vôi ở đây thuộc hệ Đồng Giao, chia thành 3 tầng đá vôi công nghiệp: Đá vôi hóa chất (đá vôi sạch): Calcit(CaCO3) 90-98%) đôlômít (CaCO3.MgCO3) 0-3% CaO 55,04- 55,33% MgO 0,41- 0,80% SiO2 0,05-0,16%… Calcit (CaCO3) 90-95% đôlômít (carbonat magie) 3- 5% các khoáng vật khác nhỏ hơn 5% CaO 53,89- 54,94% MgO 1,16- 1,43% SiO2 0,09- 0,20%,… Đá vôi xi măng: Đá vôi xây dựng có tỷ lệ nhỏ hơn gồm các đá đôlômít, đôlômít- vôi màu xám tro, xám đen; kiến trúc hạt mịn nhỏ; cấu tạo phân lớp hoặc dạng thấu kính. Mỏ có trữ lượng tiềm năng 154,610 triệu tấn (công nghiệp hóa chất); 59,725 triệu tấn (công nghiệp xi măng); 0,337 triệu tấn (đá xây dựng). Đây là một mỏ đá vôi lớn. b. Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê ở huyện Thanh Liêm là mỏ đá vôi lộ trong vùng đồng bằng. Diện tích đã thăm dò dài khoảng 500m, rộng 100m. Đây là mỏ đá vôi công nghiệp (đá vôi sạch), màu xám, màu xanh, hoặc xám trắng có hàm lượng Calcit > 95%. Thành phần gồm CaO: ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ 54,23- 54,25% Trang - 13 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN MgO: 0,61- 0,55% Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 2,222 triệu tấn. c. Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn ở huyện Kim Bảng là khu mỏ nằm gần rìa tây Công ty Xi măng Bút Sơn, với tổng diện tích 3km2. Mỏ là dải núi đá cacbonat kéo dài theo phương bắc – nam, phân bố ở độ cao 70- 326m, nằm trong hạ tầng Đồng Giao. Thành phần đá vôi gồm: CaO 54,30- 55,19% MgO 0,57- 0,85% SiO2 0,13- 0,71% Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 163,084 triệu tấn đá cho công nghiệp hóa chất, 414,428 triệu tấn cho công nghiệp xi măng và khoảng 12,463 triệu tấn đá cho xây dựng. 2.2. Các yêu cầu về đá vôi 2.2.1. Yêu cầu về chất lượng 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. 2.2.2. Yêu cầu về kích thước hình dáng Căn cứ vào kiểu lò và nguyên liệu đốt lò để quyết định kích thước và hình dạng cho đá thích hợp, như vậy mới đảm bảo lò hoạt động tốt và tạo được sản phẩm chín điều. Hình dạng viên đá phải có diện tích tiếp xúc nhiệt lớn để CO2 thoát ra nhanh và đá chóng chín. 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. Do vậy trong thực tế để thuận tiện cho quá trình vận hành và thu sản phẩm, người ta ta thường dùng kích thước hạt của nguyên liệu khá lớn (60 đến 200 mm), tỉ lệ giữa đá vôi và nhiên liệu là 9:1, do vậy mà nhiệt độ của lò để phân hủy CaCO3 khá cao (từ 900 đến 1200 oC) 2.2.3. Chỉ tiêu tiêu hao đá Năng suất của nhà máy là 2000 Kg/ngày sản phẩm khô bột nhẹ. Tương ứng với 83,33 Kg/h, nếu hiệu suất sấy là 91,67 %, thì lượng bột nhẹ vào thiết bị tháp phun là 90,9 Kg/h, xem thiết bị phản ứng hiệu suất là 100% CO2 được phản ứng, lượng Ca(OH)2 dùng dư 20% khối lượng so với lượng Ca(OH)2 tham gia phản ứng thì lượng Ca(OH)2 dùng cho thiết bị phản ứng là 80,72 Kg/h. Giả sử hiệu suất hòa tan CaO vào H2O ở 25 oC là 80% thì lượng CaO cần là 76,34 Kg/h. Giả sử hiệu suất lò nung đạt 90 % thì lượng đá vôi cần là 151,11 Kg/h. Như vậy để sản xuất 1 tấn sản phẩm cần 1,81 m3 đá vôi ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 14 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG 3.1. Carbonat canxi (đá vôi trong tự nhiên) Phương trình phân hủy vôi ở 25oC (phản ứng thu nhiệt)  → CaO + CO2 – 42.50 kcal/mol CaCO3 ←  Bảng 2: Tính chất vật lý của CaCO3 CTPT CaCO3 tên gọi theo IUPAC carbonat caxi phân tử gam 100 g/mol tỷ trọng, pha 2.83 g/cm3, rắn độ hòa tan trong nước không tan điểm nóng chảy 825 oC (phân hủy) biểu hiện bột màu trắng (số liệu của bản ở điều kiện 25 oC, 100 Kpa) Là một chất thường được sử dụng trong y tế như một chất bổ sung canxi hay một chất khử chua. Chất này thường được tìm thấy dưới dạng đá ở khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong mai, vỏ của các loài sò, ốc hoặc vỏ của ốc sên. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nước cứng. 3.2. Oxyt canxi (vôi sống) Phương trình hòa tan ở 25 oC CaO + H2O --> Ca(OH)2 + 15.6 kcal/mol Bảng 3: Tính chất vật lý của CaO CTPT CaO tên gọi oxyt canxi biểu hiện chất rắn màu trắng phân tử gam 56 g/mol điểm nóng chảy 2572 oC điểm sôi 2850 oC tỷ trọng riêng (3.3-3.4).103 kg/cm3 độ hòa tan phản ứng với nước hút ẩm mạnh tạo Ca(OH)2 hoặc CaCO3 (số liệu của bản ở điều kiện 25 oC, 100 Kpa) ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 15 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN Nó là chất rắn có dạng tinh thể màu trắng và là một chất ăn da và có tính kiềm. Như là một sản phẩm thương mại thì vôi sống có chứa lẫn cả oxyt magie (MgO), oxyt silic (SiO2)và một lượng nhỏ oxyt nhôm (Al2O3)và các oxyt sắt. Oxyt canxi thông thường được sản xuất bằng cách phân hủy bởi nhiệt (nung nóng) các loại vật liệu tự nhiên như đá vôi là khoáng chất chứa cacbonat canxi (CaCO3). Nó diễn ra khi vật liệu này bị nung nóng tới nhiệt độ khoảng 900°C Ứng dụng Khi cho tác dụng với nước nó trở thành vôi tôi (Ca(OH)2), được sử dụng trong các loại vữa để làm tăng độ liên kết và độ cứng. Phản ứng này diễn ra rất mãnh liệt và tỏa nhiều nhiệt. 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. Bảng 4: Độ hòa tan của CaO trong H2O theo nhiệt độ (S, g chất khan trên 100 g dung dịch, % khối lượng) Nhiệt độ (oC) Hàm lượng (%) 0 0,13 10 - 20 0,123 30 0,113 40 0,104 50 0,096 60 0,086 80 0,067 100 - (tra sổ tay Quá Trình & Thiết Bị tập 1, trang 265) 3.3. Hydroxyt canxi (vôi tôi) Phương trình phản ứng tạo ra bột nhẹ Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 (kết tủa) + H2O Dung dịch chứa hyđroxyt canxi gọi chung là vôi nước và có tính bazơ trung bình-mạnh, có phản ứng mạnh với các axít và ăn mòn nhiều kim loại khi có mặt nước. Nó trở thành dạng sữa nếu điôxít cacbon đi qua đó, do sự kết tủa của cacbonat canxi mới tạo ra. ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 16 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN Bảng 5: Tính chất vật lý của Ca(OH)2 CTPT Ca(OH)2 tên gọi theo IUPAC hydroxyt canxi phân tử gam 74 g/mol tỷ trọng, pha 2.211 g/cm3, rắn Độ hòa tan trong nước 0.185 g/cm3 điểm nóng chảy 580 oC (phân hủy) biểu hiện bột mềm màu trắng (số liệu của bản ở điều kiện 25 oC, 100 Kpa) Là một chất ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như Chất kết bông trong xử lý nước, nước thải và cải tạo độ chua của đất. Trong công nghiệp thuộc da để trung hòa lượng axít dư thừa. Để làm sạch nước biển khỏi các cacbonat của canxi và magiê trong sản xuất muối dành cho thực phẩm và dược phẩm…. Ngoài không khí nó hút ẩm tạo thành CaCO3, tan khá nhiều trong nước với T = 4,68.10-6 ở 25 o C, ở 20 oC là 1.65 g trong 1 l nước, do vậy nó thường được dùng dưới dạng huyền phù (sữa vôi) . 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. 3.4. Anhydrit carbonic Bảng 6: Tính chất vật lý của CO2 CTPT CO2 tên gọi theo IUPAC carbon dioxyt phân tử gam 44 g/mol tỷ trọng, pha 1.98 k g/m3, khí độ hòa tan trong nước 1.45 kg/m3 điểm nóng chảy - 57 oC điểm sôi - 78 oC Tan rất nhiều trong nước tạo axit H2CO3, hằng số phân li pKa1 = 6.35 và pKa2 = 10.33 ở 25 oC, Trong dạng rắn, nó được gọi là băng khô. Ứng dụng: ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 17 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 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. Đioxyt cacbon được sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa và nước sôđa. Bột nở sử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, do tạo ra các lỗ xốp chứa bọt khí. 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. Đioxyt cacbon dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa, đặc biệt là các loại được thiết kế để dập cháy do điện, có chứa đioxyt cacbon lỏng bị nén. Điôxít cacbon lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, và được dùng để loại bỏ cafêin từ cà phê….. Bảng 7: Độ hòa tan của khí CO2 vào H2O theo nhiệt độ Thể tích CO2/thể Thể tích tích nước CO2/100 g nước 0 1,731 0,3347 1 1,646 0,3214 2 1,584 0,3091 3 1,527 0,2979 4 1,473 0,2872 5 1,424 0,2774 6 1,377 0,2681 7 1,331 0,2590 8 1,282 0,2494 9 1,237 0,2404 10 1,194 0,2319 15 1,019 0,1917 20 0,878 0,1689 25 0,759 0,1450 30 0,665 0,1259 35 0,592 0,1106 40 0,530 0,0974 45 0,479 0,0862 50 0,436 0,0762 60 0,359 0,0577 Nhiệt độ oC ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 18 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 3.5. Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi Do nung ở nhiệt độ cao, trong nguyên liệu thường có tạp chất là silic và các nguyên tố khác dễ nóng chảy, sẽ tạo thành hợp chất nóng chảy (ít nhất cũng là lớp màng bọc bên ngoài khối CaO) và làm mất hoặc giảm khả năng hợp nước của vôi sống gọi là vôi chết ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 19 - SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN 4. GIỚI THIỆU NHIÊN LIỆU Chúng ta có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: Nhiên liệu rắn: than, củi, rơm rạ … Nhiên liệu lỏng: dầu mazut, dầu DO, dầu FO … Nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lò cao, khí lò cốc Ở các nước khoa học tiên tiến thì cả ba loại nhiên liệu trên đều được sử dụng, còn ở nước ta chưa có nơi nào dùng nhiên liệu khí và lỏng, chủ yếu là than vì đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và được khai thác trong nước 4.1. Thành phần nguyên tố và tính chất Các loại nhiên liệu rắn, lỏng, khí có giá trị khác nhau tùy theo nhiệt lượng khi cháy phát ra. Đặc trưng cho giá trị nhiệt là phần cháy được của nó, còn phần không cháy được ở dạng rắn (tro), dạng lỏng (nước), dạng khí (trơ). Nói chung phần cháy chiếm một khối lượng khá lớn, tùy theo từng loại. Thành phần chủ yếu của phần cháy là hydrocarbon, oxyt carbon, lưu huỳnh, còn phần không cháy được gọi là alumosilicat, một vài loại oxyt vô cơ (rắn), nước (lỏng), và các khí trơ như N2 Để đánh giá chất lượng của nhiên liệu cần phân tích thành phần hóa học của nhiên liệu. ở đây sử dụng nhiên liệu rắn là than, nên thành phần chính của than gồm, C, H, O, S, A (tro), w (độ ẩm). 4.1.1. Carbon (C ) Là thành phần cơ bản của nhiên liệu, khi cháy C kết với O tỏa ra một nhiệt lượng nhiệt theo các phản ứng. Phản ứng cháy hoàn toàn C + O2 = CO2 + 90.052 Kcal/mol Phản ứng cháy không hoàn toàn C+ 1 O2 = CO + 26.416 kcal/mol 2 Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị (nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon gọi là nhiệt trị của cacbon) của nhiên liệu càng cao. Tuổi hình thành nhiên liệu càng già thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên than càng khó cháy. 4.1.2. Hydro (H) Hydro chiếm một lượng nhỏ không đáng kể trong nhiên liệu rắn (từ 1 đến 3%). Cháy theo phản ứng ở 25 oC 2H2 + O2 = 2H2O + 136.634 kcal/mol 4.1.3. Oxy (O) ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang - 20 -
- Xem thêm -