Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy với năng suất 100.000 tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy

với năng suất 100.000 tấn/năm

GVHD: PGS.TS. Lê Xuân Thành
SVTH: Nguyễn Việt Anh


NỘI DUNG



THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT



NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO



DÂY CHUYỀN VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT


THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT

Phân lân nung chảy cịn có tên gọi khác là phân lân thủy tinh, magie canxi photphat nóng chảy, fused
calcium magnesium phosphate (FMP), calcium magnesium phosphate (CMP).

Thành phần chủ yếu là P2O5 ≥ 15%, CaO từ 28 ÷ 30%, MgO từ 18 ÷ 22%, SiO 2 từ 20 ÷ 28%. Phân lân
nung chảy cịn chứa nhiều nguyên tố vi lượng như Fe, Mn, Co, Mo, Cu.



THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT

Vai trị của các thành phần chính trong phân lân nung chảy:



P2O5: làm cho cây sớm sinh rễ, nảy mầm, ra hoa kết quả, tăng lượng tinh bột, chất đường trong
quả hạt, làm cho quả nhanh chín và làm cho cây cứng chắc hơn.



MgO: có vai trị quan trọng trong q trình quang hợp của cây, tăng lục diệp tố cho cây.



CaO: có tác dụng trung hịa các loại axit khơng cần thiết cho cây trồng trong đất, cải tạo đất chua
thành đất trung tính, tăng sự hấp thụ nito, tổng hợp protein và chuyển hóa các chất dinh dưỡng.



SiO2: cần cho q trình oxy hóa, q trình hơ hấp và làm tăng sức đề kháng cho cây với sâu bệnh.

THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT

Phân lân nung chảy là loại phân bón có tính kiềm, khơng hút ẩm, khơng kết khối, khơng độc, khơng mùi, rất ít tan
trong nước nhưng lại dễ tan trong môi trường axit yếu như axit xitric 2% hay amoni xitrat. Phân lân nung chảy
thuộc loại phân bón chậm tan, có tác dụng cải tạo đất và thân thiện với mơi trường.

Phân lân nung chảy thích hợp với đất chua, đất bị rửa trôi, đất đồi núi, đất bạc màu, dùng để bón cho cây ăn quả,
cây công nghiệp lâu năm, cây họ đậu, ... với phương pháp bón vùi dưới đất. Được sản xuất nhiều ở Trung Quốc,
Nhật Bản và Việt Nam.


NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

Nguyên liệu để sản xuất phân lân nung chảy trong đồ án là quặng apatit loại II, kết hợp với quặng
secpentin, sa thạch và quặng bánh. Nhiên liệu được dùng là than antraxit.

Nguyên liệu được phối trộn theo tỷ lệ phù hợp rồi đưa vào lị cao nung chảy thành liệu lỏng. Sau đó liệu
lỏng được tôi bằng nước lạnh cao áp, trở thành bán sản phẩm dạng hạt ở trạng thái vô định hình. Bán
sản phẩm được sấy khơ và nghiền thành sản phẩm mịn rồi đóng bao, lưu trữ.



NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

Ảnh hưởng của các thành phần đến q trình nung và tơi phối liệu:



P2O5: hàm lượng lớn sẽ làm tăng nhiệt độ nóng chảy, tăng tốc độ kết tinh và tăng độ nhớt của phối
liệu lỏng, dẫn đến giảm hiệu suất chuyển hóa photphat thành dạng vơ định hình.



CaO: lượng CaO cao sẽ làm tăng nhiệt độ nóng chảy.



SiO2: trong phạm vi hàm lượng khơng q cao, nó có tác dụng làm giảm nhiệt độ nóng chảy phối
liệu. Cịn với hàm lượng cao, nó làm tăng nhiệt độ nóng chảy, đồng thời khiến bán sản phẩm cứng,
khó nghiền.



MgO: có tác dụng hạ nhiệt độ nóng chảy phối liệu, làm giảm độ nhớt phối liệu lỏng và hạn chế tốc
độ kết tinh của photphat. Nhưng nếu hàm lượng cao nó lại làm tăng nhiệt độ nóng chảy phối liệu.


NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

Quá trình nung chảy và tơi phối liệu nhằm mục đích chuyển cấu trúc photphat trong apatit từ dạng tinh
thể sang dạng vô định hình. Tiến hành làm nguội càng nhanh thì xu thế chuyển sang dạng vơ định hình
của photphat càng mạnh. Có hai biện pháp được thực hiện để tăng tốc độ quá trình làm nguội. Một là
nung phối liệu quá nhiệt độ nóng chảy. Hai là tính tỷ lệ phối trộn cho phù hợp, bởi các thành phần
trong phối liệu có ảnh hưởng khác nhau đến quá trình nung chảy và tôi. Việc xác định tỷ lệ phối liệu rất
quan trọng đến chất lượng sản phẩm.

Bảng tỷ lệ phối liệu tối ưu:

Thành phần

P2 O 5

CaO

MgO

SiO2

Tỷ lệ mol

1

3÷4

2÷3

2÷3


DÂY CHUYỀN VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT

Các thiết bị trong dây chuyền:



Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu: kho chứa nguyên liệu, máy kẹp hàm, sàng thùng quay, sàng rung.



Công đoạn lò cao: bunke chứa nguyên liệu, hệ thống tời chuyển liệu, lị cao, xyclon lắng bụi, lị đốt
CO.



Cơng đoạn khử flo: tháp rửa và làm lạnh khí, tháp hấp thụ, tháp tách giọt.



Cơng đoạn thành phẩm: vít vớt liệu, máy sấy thùng quay, xyclon lắng bụi, máy nghiền bi, máy đóng
bao sản phẩm.



Các thiết bị vận chuyển: băng tải, quạt và bơm.


DÂY CHUYỀN VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT

Quá trình nung phối liệu trong lò cao:



Khu vực sấy phối liệu: vùng nhiệt độ từ 150°C đến hơn 700°C. Phối liệu đưa vào bắt đầu thoát nước
vật lý, đến nhiệt độ trên 500°C thì bắt đầu thốt nước kết tinh.

Phản ứng thốt nước kết tinh ở 550°C:

Mg3Si4O11.3Mg(OH)2.H2O = H2O + Mg3Si4O11.3Mg(OH)2

Ở 650°C:

Mg3Si4O11.3Mg(OH)2 = Mg3Si4O11 + 3 MgO + 3 H2O

Hơi nước tạo thành tham gia vào phản ứng khử flo:

2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF


DÂY CHUYỀN VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT



Khu vực phân giải muối cacbonat: vùng nhiệt độ từ 730°C đến 920°C. Phản ứng phân hủy của muối cacbonat:

CaCO3 = CaO + CO2

MgCO3 = MgO + CO2



Khu vực hóa mềm và chảy lỏng: Tại đây phối liệu hầu như đều đã chảy lỏng hết do nhiệt độ tăng đến 1200°C từ
phản ứng cháy của than với oxy trong khơng khí nóng.

2 C + O2 = 2 CO

C + O2 = CO2



Khu vực quá nhiệt: nhiệt độ của phối liệu được đưa lên cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Ở nồi lị nhiệt độ lên
đến 1450°C và phối liệu lỏng được tháo ra ở đáy để thực hiện q trình tơi.


DÂY CHUYỀN VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT

Phản ứng khử flo khi khơng có sự tham gia của nước:

4 Ca5F(PO4)3 + 3 SiO2 = 6 Ca3(PO4)2 + 2 CaSiO3 + SiF4

Phản ứng đẩy P2O5 của SiO2:

Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 = P2O5 + 3 CaSiO3

Phản ứng khử oxit sắt và niken:

CO + NiO = Ni + CO2

3 CO + Fe2O3 = 2 Fe + 3 CO2


CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE !