Luận văn Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT NHẸ (CaCO3) NĂNG SUẤT TẤN/NGÀY potx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.56 MB, 79 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA T.P HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC
****************************
ĐỒ ÁN Q TRÌNH & THIẾT BỊ
Đề tài:
TÍNH TỐN
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 mơn : 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 tốn
1. Tổng quan
2. Cơ sở lý thuyết tính tốn
3. Thuyết minh qui trình cơng 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 NĨI 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 ngồi, 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 Tơi đã hồn 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 hồn
chỉnh và do thời gian có hạng cũng như sự hiểu biết còn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi
thiếu sót, vì vậy Tơi rất mong sự góp ý, nhận xét đánh giá của q thầy cơ.
Tơi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình hướng dẫn của thầy PHAN ĐÌNH TUẤN,
thầy HỒNG MINH NAM đã giúp Tơi hồn 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 trị 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 vơi hóa chất Thanh Nghị........................................................................Trang 13
b. Mỏ đá vơi hóa chất Kiện Khê.......................................................................Trang 13
c. Mỏ đá vơi 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. Q trình nung vơi……………………………………………………………..Trang 26
1.1.1. Q trình nung vơi trong lị đứng thơng thường………………………...Trang 27
1.2. Q trình làm sạch khí thải lị nung…………………………………………...Trang 27
1.3. Q trình hịa tan CaO vào H2O………………………………………………Trang 28
1.4. Quá trình lắng bột nhẹ…………………………………………………………Trang 29
1.5. Q trình sấy khơ bột nhẹ……………………………………………………...Trang 29
1.6. Q 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 tốn cho cơng 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 cơng 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 cơng nghệ…………………………………………………...Trang 38
1.2. Thuyết minh qui trình cơng nghệ…………………………………………...Trang 39
CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ
I. LỊ NUNG VƠI……………………………………………………………………Trang 40
1. GIĨI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 40
1.1. Các loại lị nung vơi ……………………………………………………..Trang 40
ĐỒ ÁN Q TRÌNH & THIẾT BỊ
Trang - 6 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
1.2. Hình dáng cấu tạo lị nung vơi cơng nghiệp……………………………Trang 40
1.3. Ngun lý hoạt động của lò nung……………………………………….Trang 40
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm…………………………………..Trang 41
1. THIẾT KẾ LỊ NUNG VƠI……………………………………………………...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 tốn tổng lượng nhiệt thu vào........................................................Trang 42
b. Tính tốn tổng lượng nhiệt tỏa ra……………………………………..Trang 43
c. Tính tốn năng suất của khơng khí nhập liệu cho lị nung…………..Trang 44
2.2. 2. Phương trình cân bằng vật chất cho lị nung……………………......Trang 45
II. THIẾT BỊ HỊA 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 TỐN 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 LỊ VƠI………………………………………....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 KHĨI LỊ…………………………………....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. Ngun tắt hoạt động................................................................................Trang 56
2. TÍNH TỐN 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. Ngun lý hoạt động.................................................................................Trang 59
2. TÍNH TỐN 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 tốn 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 CƠNG 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 sốt q 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 thơng gió……………………………………………………...Trang 75
1.2.8. u cầu chiếu sáng…………………………………………………….Trang 75
1.2.9. Tiếng ồn………………………………………………………………...Trang 75
1.3. Các cơng 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….
Ngồi ra trên thị trường cịn 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
cịn thơ 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 cơng 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 cơng 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 ngồi ra cịn pha lẫn một ít tạp chất như
MgCO3, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ...
Phân loại : gồm 2 loại chính là loại dùng cho cơng nghiệp hố 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 vơi hóa chất Thanh Nghị
Đá vơi 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 vơi hóa chất (đá vơi sạch):
Calcit(CaCO3)
90-98%)
đơlơmít (CaCO3.MgCO3)
0-3%
CaO
55,04- 55,33%
MgO
0,41- 0,80%
SiO2
0,05-0,16%…
Calcit (CaCO3)
90-95%
đơlơmít (carbonat magie)
3- 5%
các khống vật khác nhỏ hơn
5%
CaO
53,89- 54,94%
MgO
1,16- 1,43%
SiO2
0,09- 0,20%,…
Đá vơi xi măng:
Đá vơi xây dựng có tỷ lệ nhỏ hơn gồm các đá đơlơmít, đơlơmít- vơi 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 (cơng 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 vơi hóa chất Kiện Khê ở huyện Thanh Liêm là mỏ đá vôi lộ trong vùng đồng
bằng. Diện tích đã thăm dị 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 vơi hóa chất Thanh Sơn ở huyện Kim Bảng là khu mỏ nằm gần rìa tây Cơng 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 cơng 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 vơi 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 vơi,
phương pháp chính là phân tích mẫu trong phịng thí nghiệm.
2.2.2. u 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 thốt 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 vơi ở phần dưới lị bị q lửa và vơi ở phần trên lị 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 vơi cần là 151,11 Kg/h. Như
vậy để sản xuất 1 tấn sản phẩm cần 1,81 m3 đá vơi
ĐỒ ÁN Q 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 vơi ở 25oC (phản ứng thu nhiệt)
→
CaCO3 ← CaO + CO2 – 42.50 kcal/mol
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
khơng 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 lồi sị, ốc hoặc vỏ của ốc sên. Nó là ngun nhân chính gây ra
hiện tượng nước cứng.
3.2. Oxyt canxi (vơi sống)
Phương trình hịa 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 sơi
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 vơi 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 vơi là khống 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 vơi tơi (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 cơng nghiệp thực phẩm, trong đó nó đơi
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 (vơi tơi)
Phương trình phản ứng tạo ra bột nhẹ
Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 (kết tủa) + H2O
Dung dịch chứa hyđroxyt canxi gọi chung là vơi nước và có tính bazơ trung bình-mạnh, có
phản ứng mạnh với các axít và ăn mịn nhiều kim loại khi có mặt nước. Nó trở thành dạng sữa
nếu điơxít 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 hịa 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….
Ngồi khơng 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, khơng màu,
khơng mùi, hấp thụ mạnh CO2 trong khơng 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 hịa tan trong nước
1.45 kg/m3
điểm nóng chảy
- 57 oC
điểm sơi
- 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 khơ.
Ứng dụng:
ĐỒ ÁN Q 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 cơng 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 sơđa.
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.
Điơxít cacbon lỏng là một dung mơi 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 vơi chết
ĐỒ ÁN Q 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 lị cao, khí lị 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, cịn phần khơng 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, cịn phần
khơng 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 khơng hồn tồn
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 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Nhiên liệu chứa càng nhiều oxi thì hàm lượng các chất có trong nhiên liệu càng giảm vì một
phần chất cháy bị oxi hóa nên mất tác dụng cháy, do đó oxi là thành phần có hại trong nhiên
liệu
4.1.4. Nitơ (N)
Là chất trơ trong nhiên liệu, trong q trình nhiên liệu cháy N2 hồn tồn chuyển vào
sản phẩm cháy (khói thải).
4.1.5. Lưu huỳnh (S)
Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu. Trong than lưu huỳnh tồn tại dưới ba
dạng: liên kết hữu cơ Shc, khoáng chất Sk, liên kết sunfat Ss. Lưu huỳnh hữu cơ và khống
chất có thể tham gia q trình cháy gọi là lưu huỳnh cháy Sc. Còn lưu huỳnh sunfat thường
nằm dưới dạng CaSO4, MgSO4, FeSO4.., những liên kết này khơng tham gia q trình cháy
mà chuyển thành tro của nhiên liệu.
Khi cháy tỏa theo phản ứng
S + O2 = SO2 + 70.96 kcal/mol
Lưu huỳnh nằm trong nhiên liệu rắn ít hơn trong nhiên liệu lỏng.
Nhiệt trị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của cacbon. Khi cháy lưu huỳnh sẽ tạo ra
khí SO2, hoặc SO3. Lúc gặp hơi nước SO3 dễ hoà tan tạo ra axit H2SO4 gây ăn mòn kim loại.
Khi cháy tỏa ra nhiệt lượng nhưng vì SO2 là một chất độc hại cho con người và mơi trường
sống, nên hàm lượng S càng ít càng tốt.
4.1.6. Tro (A)
Là những chất trơ nhiên liệu có thành phần hóa học gồm: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO,
SO3…
Tro trong nhiên liệu là thành phần có hại, hàm lượng tro càng nhiều thì nhiệt năng càng giảm.
Thành phần của tro gần giống đất sét nên khi khai thác nhiên liệu có lẫn đất đá vào nhiều
cũng làm tăng hàm lượng tro. Có tác hại giống các tạp chất của vơi trong q trình nung vơi.
4.1.7. Độ ẩm trong than (w)
Lượng nước có trong nhiên liệu tạo thành ẩm của nhiên liệu. thường thì độ ẩm cao làm
giảm nhiệt cháy của nhiên liệu, nhưng cũng có trường hợp lại làm tăng sự cháy vì hơi ẩm gặp
nhiệt cao đột ngột thí sẽ phân hủy thành H2 và O2
2H2O = H2 +O2
Ngoài ra kèm theo một số phản ứng tỏa nhiệt trong q trình, đồng thời cũng có một số phản
ứng hấp thu nhiệt
C+ H2O
= CO + H2
C+ 2H2O = CO2 + 2H2
CO + H2O = CO2+H2
C+ CO2
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
+ 9,838 kcal/mol
= CO
Trang - 21 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
2CO + O2 = 2 CO2
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
+ 135.276 kcal/mol
Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 1000 đến 1200 oC nên lúc nhóm lị phải dùng than thật
khô. 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 q trình
cháy trong lị 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.
4.2. Thành phần chất bốc và cốc
4.2.1. Chất bốc và tính chất của nó
Khi đem đốt nóng nhiên liệu trong điều kiện mơi trường khơng có Oxy thì mối liên kết
các phân tử hữu cơ bị phân huỷ. Quá trình đó gọi là q trình phân huỷ nhiệt. Sản phẩm của
phân huỷ nhiệt là những chất khí được gọi là "Chất bốc" và kí hiệu là V %, bao gồm những
khí Hydro, Cacbuahydro, Cacbonoxit, Cacbonic.
Những liên kết có nhiều Oxy là những liên kết ít bền vững dễ bị phá vỡ ở nhiệt độ cao, vì vậy
than càng non tuổi bao nhiêu thì chất bốc càng nhiều bấy nhiêu, than bùn (V=70%), than đá
(V=10 ÷ 45)%, than antraxit (V=2-9) %.
Nhiệt độ bắt đầu sinh ra chất bốc phụ thuộc vào tuổi hình thành của than, than càng
non tuổi thì nhiệt độ bắt đầu sinh chất bốc càng thấp. Lượng chất bốc sinh ra còn phụ thuộc
vào thời gian phân huỷ nhiệt.
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 (khơng đưa khơng khí
vào) ,ở nhiệt độ 800 ÷ 820OC trong thời gian 7 phút, và được kí hiệu là V (%).
Chất bốc của than có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy than, chất bốc càng nhiều bao
nhiêu thì than càng xốp, dễ bắt lửa và cháy kiệt bấy nhiêu. Vì vậy khi cháy than ít chất bốc
như than Antraxit của Việt nam thì cần phải có biện pháp kĩ thuật thích hợp.
Nhiên liệu chứa càng nhiều chất bốc thì khi cháy ngọn lửa càng dài, cháy càng nhanh,
nhiệt năng càng thấp và ngược lại khi cháy ngọn lửa ngắn thì quá trình cháy tuy lâu nhưng
thu được nhiệt năng cao. Đây là một đặc điểm quan trọng để chọn vật liệu khi nung.
4.2.2. Cốc và hàm lượng carbon cố định
Chất rắn còn lại (đã trừ đi độ tro) của than sau khi bốc hết chất bốc thì được gọi là cốc
của than. Cốc là thành phần chất cháy chủ yếu của than. Tính chất của cốc phụ thuộc vào tính
chất của các mối liên hệ hữu cơ có trong các thành phần cháy. Nếu cốc ở dạng cục thì gọi là
than thiêu kết ( than mỡ, than béo ), nếu cốc ở dạng bột thì gọi là than không thiêu kết (than
đá, than antraxit ). Than có nhiều chất bốc thì cốc càng xốp, than càng có khả năng phản ứng
cao, Carbon khơng những dễ bị Oxy hố mà cịn dễ bị hồn ngun khí CO2 thành khí CO.
Than gầy và than Antrxit khơng khơng cho cốc xốp khi cháy, cho nên chúng là loại than khó
ĐỒ ÁN Q TRÌNH & THIẾT BỊ
Trang - 22 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
cháy. Tuỳ thuộc khả năng thiêu kết của than mà than có màu sắc khác nhau. Than khơng
thiêu kết có màu xám, than ít thiêu kết có màu ánh kim loại.
Độ cứng của than phụ thuộc vào độ xốp của cốc, than càng xốp thì độ bền càng bé than càng
dễ nghiền.
Nhiên liệu trừ đi chất bốc, phần rắn còn lại là cốc. Trong đó có hai thành phần gồm tro và
carbon.
Ta lấy cốc trừ đi tro còn lại là phần carbon cố định, hàm lượng carbon cố định trong
các than từ 27% đến 80 %, than được tạo thành lâu đời thì hàm lượng này càng lớn, do đó
nhiệt năng càng cao. Do vậy khi đánh giá chất lượng than ta dùng tỉ lệ giữa hàm lượng C cố
định và hàm lượng chất bốc.
R=
C
V
R : tỉ số nhiên liệu
C : hàm lượng carbon cố định
V : hàm lượng chất bốc
Tỉ số R càng lớn thì chứng tỏ hàm lượng C cố định càng cao và hàm lượng chất bốc
càng bé.
4.3. Bảo quản nhiên liệu
Than để ngồi trời sẽ tác dụng với khơng khí tạo ra sự phân hủy than bao gồm: phong
hóa, đốt nóng, tự bốc cháy. Hiện tượng than tự đốt nóng là do q trình oxi hóa các hữu cơ
của nó.
Q trình phong hóa, than tự đổi màu sắc. Trong thành phần, hàm lượng carbon và
hydro giảm còn hàm lượng oxi và A thì tăng lên. Đó là ngun nhân than để lâu ngày ngoài
bãi, nhiệt lượng của than giảm đi, than sẽ vỡ vụn và trở thành than cám.
Than có tính hấp thụ ở bề mặt ngồi, q trình kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt. Than
hấp thụ các khí như CO2, O2, N2, lượng nhiệt tỏa ra làm tăng phản ứng giữa than và oxi. Nếu
nhiệt lượng tăng quá cao có thể tạo điều kiện cho than tự bốc cháy. Than mới khai thác dễ
bốc cháy hơn than để lâu trong khơng khí. Thường sau cơn mưa than hay tự bốc cháy vì từ
than ướt trở thành than khơ than dễ bị vỡ vụn làm tăng bề mặt tiếp xúc với khơng khí. Do vậy
để hạn chế than tự bốc cháy chúng ta cần hạn chế bề mặt tiếp xúc của than với khơng khí.
Muốn ngăn ngừa hiện tượng này và hạn chế khả năng nhiệt giảm cần có những biện
pháp sau
Tránh cho đống than khơng bị mưa gió tác động nhiều
Tránh bất cứ luồng hơi nóng của bất cứ nguồn nhiệt nào lùa vào đống than
Luôn luôn tạo điều kiện cho đống than thống nhiệt.
ĐỒ ÁN Q TRÌNH & THIẾT BỊ
Trang - 23 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
4.4. Một số loại than phổ biến ở Việt Nam
Bảng 8: Thông số vật lý của than Hịn Gai - Cẩm Phả
Bảng 10: Thơng số vật lý của than Núi Hồng
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
Trang - 24 -
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Bảng 11: Thơng số vật lý của than Mạo Khê
Bảng 12: Thông số vật lý của than Vàng Danh – Nam Mẫu
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
Trang - 25 -
