Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ Án Chuyên Ngành



Các nguyên liệu khô được nghiền thành những hạt nhỏ đồng nhất kích thước trước khi

được cân định lượng và trộn lẫn với nhau. Sau đó hỗn hợp này được băng tải gom thu

gom và vận chuyển trực tiếp vào máy tạo hạt.

Trong máy tạo hạt (granulator) thường là các máy thùng quay, pha lỏng được thêm

vào vừa đủ cho ngun liệu khơ được kết dính, từng hạt nhỏ kết dính lớn dần lên theo

kích thước mong muốn. Pha lỏng ở đây bao gồm lượng hơi nước/nước thêm vào cộng

với lượng muối bị hòa tan với lượng đó nước. Vì tính hòa tan của muối tăng với nhiệt

độ, nên nhiệt độ càng cao thì lượng nước yêu cầu càng ít hơn. Do đó, đối với bất kỳ

hỗn hợp nhất định nào, sẽ có hàm lượng ẩm tối ưu cho mỗi nhiệt độ. [1]

Ưu điểm của việc tạo hạt bằng hơi nước với việc sử dụng nước là quy trình tạo hạt xảy

ra ở độ ẩm thấp hơn. Kết quả là, thời gian sấy được rút ngắn, hạt khô hơn và thường

chắc hơn. Nhiệt độ đầu ra máy tạo hạt trong khoảng 70 - 95˚C, độ ẩm 2 -7%.

Trong nhiều trường hợp, một máy nhào trộn (pug mill) được sử dụng để trộn lẫn

nguyên liệu khô với pha lỏng trước khi vào máy tạo hạt. Một số nhỏ trường hợp, một

lượng dung dịch amoniac có thể được thêm trong quá trình tạo hạt nhằm phản ứng với

supephotphat để giảm tính axít, gia tăng chất lượng sản phẩm và tăng độ ẩm tới hạn

(CRH).

Những hạt nhỏ ẩm và kết dính này sau đó được sấy khơ thường sử dụng máy sấy

thùng quay trước khi đưa sang máy sàng để loại bỏ những hạt khơng đạt kích thước

u cầu. Những hạt có kích thước q lớn sẽ được nghiền lại và hồi lưu về máy tạo

hạt cùng các hạt có kích thước quá nhỏ.

Một thiết bị làm nguội sản phẩm có thể được sử dụng tùy thuộc vào hàm lượng dinh

dưỡng của sản phẩm hoặc điều kiện thời tiết địa phương.

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, dễ dàng vận hành, phối liệu đơn giản, vốn đầu tư và

chi phí sản xuất thấp, phù hợp với nhà máy quy mô nhỏ đặc biệt những nơi ammoniac

và axít khơng có sẵn.

Nhược điểm: Tỷ lệ dinh dưỡng phối trộn được thấp, chất lượng sản phẩm không được

cao, dễ bị vỡ cục trong quá trình sấy do thành phần cỡ hạt khơng tương thích, lượng

hồi lưu tương đối nhiều. Sự kết dính của nguyên liệu phụ thuộc rất nhiều vào công

thức phối trộn.



14



Đồ Án Chun Ngành



Hình 2.1 Quy trình trộn ngun liệu khơ [2]

2.2.1.2 Phương pháp nén ép

Nguyên liệu được dùng cho quá trình amoni sunphát, KCl, K 2SO4, Urê, đá phốt phát,



Nguyên liệu thơ được nghiền nhỏ thành dạng bột hoặc kích thước rất nhỏ, cân định

lượng rồi trộn lẫn với nhau trước khi vào máy nén ép.

Kết thúc quá trình trộn nguyên liệu sẽ đươc đưa sang máy nén áp lực để tạo thành các

tấm đặc có độ dày thơng thường từ 2 – 3 cm, và rộng 6 – 100cm [3]. Q trình này xảy

ra khơng u cầu bất kỳ một phản ứng nào cả.

Với phương pháp tạo hạt bằng nén ép này, yêu cầu quan trọng nhất cho nguyên liệu là

phải có hàm lượng ẩm chính xác 0,5 – 1,5 % và thông qua thiết bị trộn phải đạt được

tỉ lệ hàm lượng dinh dưỡng mong muốn. [2]

Các tấm này sau đó được nghiền kiểm sốt thành những hạt nhỏ hơn. Sản phẩm sau

quá trình nghiền được sàng để thu lấy những hạt sản phẩm có kích thước mong muốn.

Các hạt có kích thước lớn được nghiền lại và hồi lưu về cơng đoạn trộn cùng với các

hạt có kích thước nhỏ.

Áp lực của máy nén ép được kiểm soát đo bởi tấn lực tác dụng trên centimet chiều

rộng của con lăn (tf/cm). [3]

Ưu điểm: công nghệ tương đối đơn giản, dễ dàng vận hành, không nước thải, lượng

bụi phát thải ít, độ ẩm đầu vào của nguyên liệu thấp nên khơng cần sấy hay làm nguội,

ngun liệu có thể từ các vật liệu hữu cơ nhạy nhiệt.

Nhược điểm: Nguyên liệu là phải có hàm lượng ẩm chính xác, phản ứng giữa các

nguyên liệu có thể xảy ra sau quá trình nén ép, sản phẩm của phương pháp nén ép

thường gồ ghề, khơng đồng đều về kích thước và hình dạng bề mặt như các phương

15



Đồ Án Chuyên Ngành



pháp khác khiến cho người tiêu dùng vốn quen thuộc với các hạt sản phẩm dạng cầu

khơng ưa chuộng.



Hình 2.2 Quy trình tạo hạt bằng phương pháp nén ép [3]

2.2.2. Tạo hạt bằng phương pháp hóa học

Tạo hạt bằng phương pháp hóa học là phương pháp phức tạp nhất trong khâu chuẩn bị

tạo hạt. Quy trình tạo hạt bằng phương pháp này khá giống với phương pháp tạo hạt

sử dụng hơi nước/nước ngoại trừ pha lỏng yêu cầu cho quy trình này nhận được từ

phản ứng của amoniac với axit phosphoric, sulfuric, hoặc nitric.... Trong một số

trường hợp, một lượng dung dịch urê đậm đặc hoặc nitrat amoni có thể được thêm

vào.

Quá trình tạo hạt này có thể tiết kiệm được một lượng năng lượng đáng kể cho quá

trình sấy vì tận dụng được lượng nhiệt tỏa ra rất lớn từ các phản ứng này làm bay hơi

lượng nước chứa trong mỗi dung dịch.

Trong hầu hết nhà máy tạo hạt NPK, một lượng nguyên liệu rắn được sử dụng, do đó

sự tạo hạt trước hết bởi sự tích tụ. Mối quan hệ giữa lượng nguyên liệu rắn cần dùng

và lượng nguyên liệu lỏng phụ thuộc vào các yếu tố: (1) hàm lượng dinh dưỡng NPK

và độ tan, (2) pha lỏng yêu cầu, (3) nhiệt của phản ứng và giới hạn nhiệt độ, (4) sức

chứa của quy trình thiết bị nhà máy và đặc tính vận hành. [3]



16



Đồ Án Chun Ngành



Hình 2.3 Q trình tạo hạt

2.2.2.1 Trung hòa trực tiếp NH3 trong máy tạo hạt TVA

Các nguyên liệu chính sử dụng cho quá trình như: KCl, SSP, TSP, axit phosphoric

(ướt), dung dịch amoniac.

Các nguyên liệu rắn được nghiền nhỏ, cân định lượng rồi được băng tải gom gom lại

đưa trực tiếp vào máy tạo hạt cùng với nguyên liệu hồi lưu.

Phản ứng chính giữa dung dịch amoniac với supephotphat diễn ra trong một máy

thùng quay TMA, các nguyên liệu rắn được cho trực tiếp vào thùng quay trong khi đó

dung dịch ammoniac, axit phosphoric được phun đều vào bên dưới lớp vật liệu rắn lăn

trong thùng (hình 2.2).

Q trình tạo hạt có thể được kiểm soát bằng cách thêm nước, hơi nước hoặc thay đổi

công thức phối trộn để cung cấp đủ nhiệt độ phản ứng. Các công thức phối trộn đầu

vào được tính tốn để cung cấp đủ nhiệt sao cho dải nhiệt độ khuấy trộn vào khoảng

80 - 100°C, độ ẩm của sản phẩm là nhỏ nhất. [4]

Khi lượng nhiệt phản ứng khơng đủ, axít sulfuric hoặc phosphoric được thêm vào

cùng với dung dịch ammoniac để tăng lượng nhiệt phản ứng lên.

Các hạt thu được sau đó được làm khơ trong thiết bị sấy thùng quay sử dụng một dòng

khí nóng rồi chuyển sang thiết bị thùng quay khác để tiếp tục làm nguội.

17



Đồ Án Chuyên Ngành



Sản phẩm sau khi làm nguội sàng lọc thành ba phần, những hạt kích cỡ quá lớn sẽ

quay trở lại qua máy nghiền rồi được hồi lưu về máy tạo hạt cùng với các hạt quá nhỏ.

Những hạt đạt kích thước mong muốn được đưa đi bọc áo, đóng bao để tránh bị nứt và

dễ dàng bảo quản

Ưu điểm:

• Q trình liên tục, năng suất lớn.

• Tận dụng được nhiệt phản ứng

• Tỷ lệ sản phẩm cao, tính chất vật lý hạt tốt.

• Sử dụng được cho hầu hết các nhà máy hóa chất

Nhược điểm:





Khó khăn trong việc kiểm soát được nhiệt độ phản ứng và tính PH của sản

phẩm, khó khống chế được độ hòa tan sản phẩm đầu ra.







Phối trộn tương đối phức tạp.



Hình 2.4 Mặt cắt máy tạo hạt TVA [2]



18



Đồ Án Chuyên Ngành



Hình 2.5 Quy trình tạo hạt sử dụng máy tạo hạt TMA [2]

2.2.2.2. Trung hòa NH3 trước khi vào máy tạo hạt (sử dụng hệ thống ống phản

ứng)

Các nguyên liệu chính được sử dụng cho q trình như: kali clorua, ure, axit

phosphoric, amoniac khí hoặc lỏng, nitrat amoni, …

Các nguyên liệu rắn được nghiền nhỏ, cân định lượng rồi đưa trực tiếp vào máy tạo

hạt cùng với nguyên liệu hồi lưu.

Q trình phản ứng giữa amoniac khí hoặc lỏng với axit phosphoric diễn ra trong ống

phản ứng, nhiệt độ kiểm sốt dưới 150˚C [5] tạo thành hợp chất hòa tan (melt), chất

lỏng chảy này sau đó được dùng làm pha lỏng tưới đều lên trong máy tạo hạt thùng

quay. Các nguyên liệu kết dính và lớn dần lên theo dọc chiều dài của thùng.

Tỷ lệ ammoniac và axit phosphoric trong ống phản ứng thay đổi theo yêu cầu dinh

dưỡng của sản phẩm. Q trình ammoniac hóa có thể vẫn tiếp diễn trong thiết bị tạo

hạt.

Ưu điểm: nhiệt của phản ứng được giữ lại trong suốt chiều dài của ống và được sử

dụng hiệu quả để làm bốc hơi ẩm trong axit. Sản phẩm ra khỏi ống phản ứng có độ ẩm

rất thấp, một thiết bị sấy có thể khơng cần thiết, một dòng khí thổi qua thiết bị làm

nguội có thể đủ để sấy khơ sản phẩm [5]. Sản phẩm đa dạng, tỷ lệ dinh dưỡng cao, tính

chất lý hóa của sản phẩm rất tốt.

Nhược điểm: vận hành tương đối phức tạp, phải kiểm soát được nhiệt phản ứng đủ để

làm bay hơi hết ẩm, sản phẩm trong ống phản ứng khó kiểm sốt ở nhiệt độ cao.



19



Đồ Án Chuyên Ngành



Hình 2.6 Quy trình tạo hạt sử dụng hệ thống ống phản ứng [2]

2.2.3. Tháp tạo hạt (Prilling Tower)

Công nghệ tháp tạo hạt cho những phân bón trộn là công nghệ tương đối mới hiện

nay. Công nghệ này được phát triển bởi Dutch State Mines (Stamicarbon process) và

Norsk Hydro (Norway).

Trong cả hai phương pháp trên, quá trình tạo hạt bởi tháp prilling ban đầu được sử

dụng cho hợp chất nitrophosphate chứa đựng các thành phần chính như nitrat amoni,

MAP, DAP. Sau này Albright và Wilson cải tiến Stamicarbon process sử dụng cho hợp

chất amoni phốt phát – nitrat với các muối của kali như KCl. [6]

Dung dịch amoni nitrat được tạo ra bằng cách trung hòa axit nitric với ammoniac,

dung dịch thu được có nồng độ 72 – 94% trong thiết bị bay hơi chân khơng sau đó

được trộn đều với axit photphoric ướt 50% P 2O5. Hỗn hợp này tiếp tục được trung hòa

với dung dịch amoniac để tạo thành MAP trong một thiết bị bay hơi chân không thành

hỗn hợp đậm đặc tan chảy tại nhiệt độ 175 0C, độ ẩm 0.5%. Hỗn hợp sau đó được

phun thành giọt vào trong một tháp cao nơi nó được trộn lẫn với muối KCl được gia

nhiệt trước trong một thiết bị trộn đặc biệt ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của nó

bằng một thiết bị quay hình chén có đục lỗ. [7]

Muối KCl phải đảm bảo có kích thước đủ bé khoảng 300 micromet để khơng làm tắc

vò phun, nhiệt độ được giữ khoảng 140 – 160 oC đảm bảo dung dịch không rắn đặc lại

trước khi ra khỏi vào phun. Ngoài ra thời gian trộn lẫn tối thiểu 1 phút bởi vì Cl - xúc

tác phân hủy ammonium nitrate, tránh các phản ứng xảy ra không mong muốn giữa

muối K với ammonium nitrate tạo KNO3 và NH4Cl tăng độ kết dính.



20



Đồ Án Chuyên Ngành



Các giọt ra khỏi chén nguội và đặc rắn lại khi chúng rơi xuống ngược chiều với một

luồng khơng khí thổi từ dưới đáy tháp lên.

Kích thước của các giọt được kiểm sốt bởi đường kính của các lỗ trong chén, tốc độ

quay, và các tính chất của hỗn hợp tan chảy. Một ưu điểm của việc sử dụng chén quay

là nó rất nhỏ gọn, có thể dễ dàng được lấy ra để làm sạch so với sử dụng vòi hoa sen là

tương đối khó làm sạch hơn. [6]

Các hạt thu được dưới đáy của tháp được làm mát bởi máy thùng quay sau đó. Sản

phẩm được sàng lọc theo kích thước sản phẩm u cầu, các hạt có kích thước q lớn

sẽ được nghiền nhỏ rồi hồi lưu về thiết bị trộn trước đỉnh tháp cùng với các hạt quá

nhỏ.

- Một số quy trình khác được phát triển như:

+ Cơng nghệ tạo hạt bởi Norsk Hydro process (Steen and Teriessen): Amomnium

phosphate-nitrate được sản xuất bằng quy trình Odda nitrophosphate, 85% Ca bị loại

bỏ khỏi CaNO3. Dung dịch chính mang đi tạo hạt là MAP và ammonium nitrate. Dung

dịch này được bay hơi độ ẩm chỉ còn 0,55% duy trì 1800 C

+ Ure nóng chảy được dùng tại Nhật Bản bởi Misui Toatsu. Muối K được gia nhiệt

trước khi thêm vào Ure nóng chảy trước khi vào tháp cao 40m.

+ Ngồi ra còn một số quy trình khác như trộn lẫn giữa MAP và Ure nóng chảy.

Ưu điểm:

- Hàm lượng cao, tính chất lý hóa tốt, kích cỡ hạt đồng đều khơng phụ thuộc độ ẩm

vật liệu, khơng cần sấy, ít hồi lưu, ẩm được bốc hơi hiệu quả bởi evaporator

- Chi phí vận hành ít hơn nhà máy tạo hạt khác

- Một số loại được sản xuất là 25-9-9, 22-11-11, 17-9-22 và 15-15-21

Nhược điểm:

- Chỉ phun tạo hạt được những công thức có khả năng hóa lỏng.

- Khó khăn khi phun các công thức chứa ammonium sulfate, muối K, supephosphate.

- Tốn năng lượng trong việc giữ hỗn hợp ở nhiệt độ nóng chảy, vấn đề tắc thiết bị

phun có thể diễn ra nếu vận hành tháp khơng hợp lí.

- Kích cỡ hạt khơng kiểm sốt được hồn tồn như trong phương pháp khác trên một

dải rộng.

- Kiểm sốt nhiệt độ, kích cỡ hạt, thời gian trộn, khá phức tạp, đòi hỏi chính xác cao.

- Chiều cao tháp tối thiểu 40m nên đối với nhà máy cơng suất nhỏ chi phí xây

dựng cũng ngang bằng nhà máy cơng suất lớn vì vậy kéo theo giá sản phẩm tăng.

21



Đồ Án Chuyên Ngành



Hình 2.7 Tháp tạo hạt

2.2.4. Phương pháp trộn đống (Bulk Blending)

Trộn đống (Bulk Blending) là hình thái đặc biệt của phương pháp trộn ngun liệu

khơ mà khơng cần pha lỏng trong đó các nguyên liệu mang đi trộn đều ở dạng hạt và

có kích thước đồng nhất. Hỗn hợp có thể được phân phối rộng rãi hàng loạt ở dạng

đống hoặc có thể được đóng gói cho thị trường.

Các nguyên liệu được pha trộn có thể là phân bón đơn, hợp chất hoặc kết hợp cả hai.

Các nguyên liệu phổ biến nhất là MAP và DAP, SSP, kali clorua, amoni nitrat, urê, và

amoni sunfat. Các nguyên liệu này được lựa chọn kỹ càng trước khi phối liệu tránh

các phản ứng xảy ra gây ẩm cho sản phẩm.

Quy trình trộn đống rất đơn giản bao gồm các cơng đoạn chính sau: (1) Vận chuyển

ngun liệu đến kho chứa, (2) lưu kho tạm thời, (3) Cân đo tỉ lệ nguyên liệu, (4) Pha

trộn, (5) Chuyển đi sử dụng [5]

Ưu điểm: nhà máy nhỏ gọn, năng suất lớn, quy trình vận hành và thiết bị đơn giản

Nhược điểm: Vì trộn đống thường diễn ra với năng suất lớn nên nhà máy hoạt động

sử dụng quy trình này có tính mùa vụ. Các hạt phân bón thường dễ dàng phân tách

trong quá trình vận chuyển ra cánh đồng nếu khơng có biện pháp phòng ngừa thích

hợp, sản phẩm phải ln được giữ khơ ráo.



22



Đồ Án Chun Ngành



Hình 2.8 Quy trình trộn đống

Nhận xét chung:

Cơng nghệ tạo hạt NPK rất đa dạng với nhiều tỷ lệ dinh dưỡng khác nhau.

Việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Điều kiện kinh tế

+ Nguồn nguyên liệu đầu vào

+ Trình độ khoa học kỹ thuật

+ Mức độ và quy mô sản xuất

+ Nhu cầu thị trường

+ Năng suất…

Xu hướng chung của thế giới là tổ hợp các nhà máy hóa chất lại với nhau, do đó chất

thải của nhà máy này có thể sẽ là sản phẩm của nhà máy khác, nhiệt thải cũng được

tận dụng triệt để.

2.3. Lựa chọn phương pháp:

- Dựa trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp đã nêu, dựa trên nhu

cầu của nền nông nghiệp và nguồn nguyên liệu có sẵn của nước ta, cơng nghệ được

lựa chọn cho việc tính tốn đồ án là sử dụng phương pháp trộn ngun liệu khơ phun

urê nóng chảy sử dụng thiết bị vê viên thùng quay cho dây chuyền sản xuất NPK hàm

lượng cao16-16-8.

23



Đồ Án Chuyên Ngành



- Dây chuyền thiết bị đơn giản, vốn đầu tư thấp, có thể sản xuất nhiều loại phân NPK

từ nguyên liệu chính Ure, SA, KCl, DAP với những tỉ lệ dinh dưỡng khác nhau từ

thấp đến cao, rất thuận lợi trong sản xuất và tiêu thụ sản phẩm, dây chuyền vận hành

linh hoạt, có thể sản xuất với nhiều loại nguyên liệu khác nhau, không phát sinh nước

thải sản xuất nên không gây ô nhiễm mơi trường, giảm được chi phí xử lý mơi trường.

2.4. Quy trình sản xuất

Dây chuyền được cơ giới hóa ở tất cả các khâu từ đầu đến cuối. Khâu phối liệu được

tự động hóa và tín hiệu cân phối liệu được trung tâm điều khiển để điều chỉnh thông

qua hệ thống máy tính.

Quy trình sản xuất phân NPK 16-16-8 từ các loại nguyên liệu, phụ gia dạng rắn theo

phương pháp tạo hạt bằng thùng vê viên có các cơng đoạn chính sau:



24



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×