Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năng suất 120 000 tấnnăm đi từ quặng apatit loại II

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................................5
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG.............................................................................................5
1.1.1. Thành phần và tính chất của sản phẩm......................................................5
1.1.2. Nguyên liệu sản xuất....................................................................................6
1.1.3. Nhiên liệu sử dụng.......................................................................................8
1.2. SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT............................9
1.2.1. Các sản phẩm phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt.......................9
1.2.2. Các phương pháp nhiệt sản xuất phân lân...............................................10
1.3. NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY................................11
1.3.1. Cơ sở hóa lý của phương pháp..................................................................11
1.3.2. Ảnh hưởng của các thành phần trong phối liệu.......................................12
1.3.3. Các quá trình xảy ra trong lị cao..............................................................13
1.3.4. Phương pháp xử lý khí lị...........................................................................16
1.4. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ..........................................17
CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT.............................................19
2.1. TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO LỊ CAO.....................................................19
2.1.1. Tính phối liệu cho lị cao............................................................................19
2.1.2. Tính cân bằng chất cho lị cao...................................................................23
2.2. TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO TỒN NHÀ MÁY.....................................32
2.2.1. Xác định chế độ làm việc............................................................................32
2.2.2. Tính cân bằng vật chất...............................................................................32
2.3. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO LỊ CAO....................................................37
2.3.1. Tính nhiệt vào............................................................................................38
2.3.2. Tính nhiệt ra...............................................................................................39
2.4. CƠNG ĐOẠN SẤY BÁN THÀNH PHẨM.....................................................45

2.4.1. Lị đốt than..................................................................................................45
2.4.2. Tính cân bằng nhiệt cho máy sấy..............................................................50
2.5. TÍNH CÂN BẰNG CHO LỊ ĐỐT CO...........................................................54
2.5.1. Tính cân bằng chất.....................................................................................55
2.5.2. Tính cân bằng nhiệt cho 1m3 khí lị...........................................................57
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ........................................61
3.1. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH.....................................................................61
3.1.1. Tính lị cao..................................................................................................61
KẾT LUẬN................................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................78
Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

1


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên: TRIỆU ANH DŨNG
Lớp: KTHH 5 – K56
Chuyên ngành: Công nghệ các chất vô cơ
I. Nhiệm vụ:
Thiết kế phân xưởng sản xuất phân lân nung chảy năng suất 120.000 tấn/năm đi từ
quặng Apatit loại II
II. Các số liệu đầu:
1. Thành phần phối liệu

Apatit
% khối lượng

CaO
42

MgO
3,7

P2O5
26,4

Secpentin

CaO

MgO

SiO2

Fe2O3

Al2O3

Ni

% khối lượng

0,4

34,5

42,2

7,3

2,9

0,14

Sa thạch
% khối lượng

Than
% khối

CaO
1,5

C
80,50

SiO2 CO2 Fe2O3 Al2O3 F
8,1 10,7
1,4
1,7 2,1

SiO2
96,0

H
1,4

O
1,3

Fe2O3
0,5

S
0,52

N
1,2

Ẩm
3,9

Tổng
100

H2Okt

Ẩm

Tổng

10,4

2,16

100

Ẩm
2

Tro
8,3

Tổng
100

Ẩm
6,78

Tổng
100

lượng
2. Các số khác tự chọn
III. Nội dung các phần thuyết minh và thực hiện:
1. Tổng quan về hóa học và cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy.
2. Tính cơng nghệ: Tính cân bằng chất, cân bằng nhiệt cơng đoạn lị cao sản xuất
phân lân nung chảy.
3. Tính thiết bị lị cao
IV. Các bản vẽ:
1. Bản vẽ dây chuyền sản xuất
2. Bản vẽ thiết bị lò cao và chi tiết
V. Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Lê Xuân Thành

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

2


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

VI. Thời gian thực hiện nhiệm vụ:
Từ ………………….. đến ngày ……………………………………………………

Trưởng bộ môn

Cán bộ hướng dẫn

LỜI MỞ ĐẦU

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

3


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Đối với hoạt động sản xuất nông nghiệp ngày nay, việc sử dụng phân bón để cải
thiện năng suất cây trồng là một điều không thể thiếu. Đặc biệt với một nước nơng
nghiệp như Việt Nam, lượng phân bón được sử dụng hàng năm là rất lớn. Chúng ta đã
luôn chú trọng đẩy mạnh phát triển ngành sản xuất phân bón để đáp ứng nhu cầu tiêu
thụ trong nước, thay vì nhập khẩu sản phẩm của nước ngoài. Tuy vậy, theo thống kê
mỗi năm lượng phân bón được sử dụng ở nước ta vào khoảng 10 triệu tấn các loại và
đang có xu hướng tăng nhanh, nhưng chỉ riêng 8 tháng đầu năm 2013 lượng phân bón
nhập khẩu đã lên tới gần 3 triệu tấn. Như vậy có thể nói đây là một thách thức không
dễ dàng cho ngành sản xuất phân bón ở nước ta.
Một trong những cơng nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu quả cao hiện nay
là cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy. Đây là một loại phân bón đa dinh dưỡng
với những ưu thế đặc biệt như khả năng bảo quản tốt, hiệu quả sử dụng lâu dài và tác
dụng cải tạo đất chua, đồng thời cũng là loại phân bón mà lượng sản xuất trong nước
đã tạm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng. Trong phạm vi đồ án này, em xin được trình bày
công nghệ sản xuất phân lân nung chảy sử dụng quặng apatit loại II theo xu hướng
hiện nay. Đây là cơ sở nguyên liệu lâu dài đảm bảo cho ngành sản xuất phân lân ở
nước ta cũng như trên toàn thế giới.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

4


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Thành phần và tính chất của sản phẩm
Phân lân nung chảy là loại phân bón có tính kiềm, khơng độc, khơng hút ẩm,
khơng kết khối, khơng mùi, rất ít tan trong nước nhưng lại dễ tan trong môi trường axit
yếu như axit xitric 2% hay amoni xitrat. Thành phần của phân lân nung chảy chủ yếu
là hai dạng 4(Ca.Mg)O.P2O5 và 5(Ca.Mg)O.P2O5.SiO2.
Ngoài các thành phần chủ yếu là P2O5, CaO, MgO và SiO2, phân lân nung chảy
còn chứa nhiều nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Co, Cu, Mo. Hàm lượng các thành
phần trong phân lân nung chảy như sau:
P2O5: ≥ 15 ÷ 18%.
CaO: 28 ÷ 30%.
MgO: 18 ÷ 22%.
SiO2: 20 ÷ 28%.
R2O3: 7,5% (R có thể là Al, Fe).
F: 0,8 ÷ 0,18 %.
S: 0,3 ÷ 0,4%.
W ẩm: ≤ 1%.
Việc hình thành trạng thái thủy tinh vơ định hình quyết định chất lượng của sản
phẩm, vì khi đó các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chuyển từ
dạng khó hịa tan sang dạng dễ hòa tan trong axit xitric do rễ cây tiết ra.
Vai trị của các thành phần chính trong phân lân nung chảy:
- P2O5: Thành phần này gọi là lân. Nó 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.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

5


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

- MgO: Thành phần này gọi là magie. Nó có vai trị quan trọng trong quá trình
quang hợp của cây, tăng lục diệp tố cho cây. Nó cịn là một chất cần thiết trong q
trình chuyển hóa axit photphoric, tổng hợp protein, chất béo của cây.
- CaO: Thành phần này gọi là vơi. Nó có tác dụng trung hịa các loại axit không
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. Đây là ưu điểm của phân
lân nung chảy đối với đất chua.
- SiO2: Thành phần này gọi là silic. Nó là chất cần thiết cho q trình oxy hóa,
q trình hơ hấp và làm tăng sức đề kháng cho cây với sâu bệnh.
Ở Việt Nam, diện tích vùng đất chua là khá lớn, thích hợp khi sử dụng phân lân
nung chảy. Ngồi ra, với tính chất khó bị rửa trơi, phân lân nung chảy cịn thuận lợi
cho q trình tích lũy dinh dưỡng trong đất.
1.1.2. Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân nung chảy là những quặng photphat
tự nhiên, chủ yếu là quặng apatit, kết hợp với các chất phụ gia như secpentin, sa thạch.
Phân lân nung chảy được chế tạo bằng cách nung chảy lỏng quá nhiệt phối liệu gồm
apatit, secpentin và một số nguyên liệu hay phụ gia khác theo một tỷ lệ nhất định. Phối
liệu nóng chảy ra khỏi lị được tơi bằng nước lạnh cao áp. Kết quả ta thu được bán sản
phẩm dạng hạt cỡ 1 ÷ 5 mm ở trạng thái vơ định hình. Bán sản phẩm được sấy khơ và
nghiền đến kích thước hạt nhỏ hơn trở thành sản phẩm và xuất xưởng.
Dưới đây là đặc điểm các nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân nung chảy:
a) Quặng apatit
Là khống có cơng thức cấu tạo Ca10F2(PO4)6R2. Ngun tố R có thể là F, Cl,

hoặc nhóm OH, CO3. Trong đó F là phổ biến nhất, khi đấy ta gọi là quặng flo apatit.
Hàm lượng các thành phần trong quặng apatit dao động như sau:
CaO: 43%.
P2O5: 31 - 35%.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

6


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Fe2O3: 1,7 - 2,0%.
Al2O3: 2 - 2,2%.
MgO: 1,7-2,0%.
SiO2: 2,5 - 3%.
F: 1,7 - 2,0%.
CO2: 1,9 - 2,3%.
Quặng flo apatit có màu xám hoặc nâu, khối lượng riêng 3,18 ÷ 3,21 g/cm3,
nhiệt nóng chảy 1400 ÷ 1550°C. Quặng tự nhiên chứa nhiều tạp chất. Ở Việt Nam
quặng photphat được sử dụng nhiều trong công nghiệp chủ yếu là quặng apatit Lào
Cai, được phân thành 3 loại như sau:
- Apatit flo hay apatit loại I: là loại quặng đơn khống, gồm những hạt có kích
thước 0,01 ÷ 0,06 mm liên kết chặt chẽ với nhau. Quặng đặc trưng bởi độ lỗ hổng cao
trong cấu trúc, hàm lượng P2O5 trung bình từ 32 ÷ 46%. Trong quặng khơng có mặt
của lưu huỳnh.

- Apatit dolomit hay apatit loại II: rất phổ biến, chiếm phần lớn trữ lượng của
mỏ. Nó là những khối đá màu xám, xám xanh, đặc trưng bởi cấu tạo vi hạt. Trong
thành phần chứa 65 ÷ 70% là apatit, 10 ÷ 30% cacbonat, 5 ÷ 10% thạch anh, cacbonit,
nascovit và pyrit. Hàm lượng P2O5 trung bình từ 22 ÷ 28%.
- Apatit thạch anh hay apatit loại III: có dạng đá màng xốp, liên kết với nhau rất
yếu, đôi khi ở trạng thái rời có mầu tím than, vàng. Loại này chứa những hạt thạch anh
và apatit. Hàm lượng P2O5 trung bình từ 16 ÷ 22%.
b) Quặng secpentin
Quặng secpentin có cơng thức cấu tạo là 3MgO.2SiO2.2H2O. Ngồi ra trong
secpentin cịn có một số ngun tố vi lượng như Ni, Mn, Cu, … có lợi cho cây trồng.
Secpentin đóng vai trị là chất trợ dung, có tác dụng làm giảm dung điểm nóng chảy
của phối liệu, làm giảm tác động của các thành phần có hại như Al2O3, Fe2O3, giúp dễ

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

7


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

tạo thành dạng thủy tinh làm tăng chất lượng phân bón. Tỷ lệ của nó trong phối liệu
phải tính cho hợp lý, nếu ít q thì khó nung luyện, nếu nhiều q thì dung điểm nóng
tăng sinh ra phản ứng thăng hoa photpho.
c) Sa thạch
Là chất trợ dung, cung cấp SiO2 cho phối liệu giúp cho việc điều chỉnh các tỷ lệ
phối liệu dễ dàng để có dung điểm nóng chảy thấp. Tuy nhiên nếu nhiều quá sẽ gây

thăng hoa photpho, tăng dung điểm nóng chảy, khó nung luyện. Nếu SiO2 quá ít thì tác
dụng phá vỡ mạng tinh thể apatit khó, tốc độ kết tinh nhanh, nhiệt độ nóng chảy của
phối liệu cao.
d) Quặng bánh
Các loại quặng apatit, secpentin, sa thạch và than đưa về nhà máy có nhiều kích
thước hạt khác nhau. Phần hạt có kích thước nhỏ, khơng thể sử dụng cho lò cao sẽ
được tận dụng để ép thành dạng bánh nhờ chất kết dính và trở thành một nguyên liệu
mới sử dụng cho lò cao. Giải pháp "Phối liệu đóng bánh quặng apatit mịn và quặng
secpentin mịn" đã được Cục sáng chế thuộc Ủy ban Khoa học kỹ thuật Nhà nước cấp
bằng độc quyền. Nhờ đó nhà máy sản xuất phân lân nung chảy có thể sử dụng hoàn
toàn các loại quặng mịn dưới cỡ cho phép, giải quyết cơ bản vấn đề xử lý chất thải rắn,
chống ơ nhiễm mơi trường.
1.1.3. Nhiên liệu sử dụng
Có thể dùng năng lượng điện hoặc nhiệt cháy của than, dầu để nung chảy phối
liệu. Dùng điện có ưu điểm là dễ điều chỉnh nhiệt độ trong lò, sản phẩm thu được ít tạp
chất, và tạo ra ít bụi, nhưng phương pháp này chỉ áp dụng đối với nước có nền cơng
nghiệp phát triển, có nguồn năng lượng điện rồi dào. Nếu dùng dầu thì gặp khó khăn
trong việc cấu tạo thiết bị và gia công nguyên nhiên liệu trước khi cho vào lị. Vì
những lý do này mà than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất
phân lân nung chảy. Than được sử dụng cần có hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độ
chịu nhiệt cao và nhiệt năng lớn. Có 2 loại than hiện đang sử dụng là than antraxit và
than cốc.
- Than antraxit: hàm lượng tro < 12%, cỡ hạt là 40 ÷ 90mm.
Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

8

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

- Than coke: hàm lượng tro < 18%, được sử dụng với hai cỡ hạt là 40 ÷ 90mm
để dùng trong lị cao và 11 ÷ 30mm để dùng cho lị đốt CO.
Trong đồ án này loại than được sử dụng là than antraxit, có trữ lượng lớn ở Quảng
Ninh.
1.2. SẢN XUẤT PHÂN LÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT
Phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt là những sản phẩm được chế tạo
bằng cách thiêu kết photphat thiên nhiên ở nhiệt độ cao với các chất kiềm hoặc nung
chảy với thạch anh, đá vôi, các hợp chất magiesian, silicat. Phương pháp thiêu kết
photphat thiên nhiên với các chất kiềm gọi là phương pháp nhiệt, còn phương pháp
nung chảy lỏng chúng với chất phụ gia gọi là phương pháp nung chảy lỏng. Các loại
phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt có đặc điểm là khơng hút ẩm, khơng kết
khối và có hàm lượng P2O5 từ 20 ÷ 35%.
1.2.1. Các sản phẩm phân lân sản xuất bằng phương pháp nhiệt
Khi chế biến photphat thiên nhiên bằng phương pháp nhiệt, đặc biệt là sự có
mặt của các phụ gia sẽ xảy ra sự phá hủy mạng tinh thể apatit và đồng thời tách các
hợp chất vào pha khí, trước tiên tạo thành tricanxi photphat Ca3(PO4)2 trong pha rắn và
sau đó là những chất khác. Tricanxi photphat tồn tại ở 2 dạng là biến thể vô định hình
α và biến thể tinh thể β. Điểm chuyển của chúng là 1180°C. Thấp hơn nhiệt độ này β
tồn tại ổn định, còn cao hơn nhiệt độ này α tồn tại ổn định. Dạng α có đặc điểm là tan
tốt hơn trong axit xitric và amoni xitrat. Để chống lại sự chuyển dạng α về β ta phải
tiến hành làm lạnh nhanh sản phẩm.
Nếu q trình có mặt của SiO2 hay Na2CO3 thì sẽ có phản ứng thay thế nhóm
nguyên tử CaO trong tricanxi photphat thành canxi octosilicat:
2 Ca3(PO4)2 + SiO2 + 2 Na2CO3 = 2 (Na2O.2CaO.P2O5) + 2 CaO.SiO2 + 2 CO2
Khi CaO dư có thể tạo thành dạng 4CaO.P2O5.SiO2 hoặc 4CaO.P2O5. Hai dạng
này cũng tan được trong axit xitric và amoni xitrat.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

9


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

a) Phân lân thủy nhiệt
Được chế tạo từ apatit và cát, chứa chủ yếu dạng α tricanxi photphat. Tùy
thuộc vào thành phần của canxi photphat và lượng SiO2 đưa vào hoặc đá vơi mà những
phốt phát khử flo chứa từ 20 ÷ 39% P2O5 tổng, trong đó có 19 ÷ 36% P2O5 hữu hiệu,
28 ÷ 55% CaO, 2,7 ÷ 48,7 % SiO2, 0,01 ÷ 0,3 F và một số thành phần khác.
b) Phân lân thủy tinh
Được chế tạo bằng cách nung chảy phối liệu bằng photphat thiên nhiên với
khoáng magiesian, silicat hoặc dolomit. Hàm lượng flo không ảnh hưởng tới P2O5 hiệu
quả. Loại này chứa 19,5 ÷ 22,5% P2O5 tổng, trong đó 19 ÷ 21% hữu hiệu, 9 ÷ 14%
MgO, 30% CaO, 23% SiO2, 7,5% R2O3 và 1,8% F. Sau khi nung làm lạnh, sấy khơ
nghiền mịn, nó có đặc tính lý học rất tốt.
c) Photphat kiềm nhiệt:
Thu được bằng cách thiêu kết photphat thiên nhiên đã được nghiền mịn với các
muối và khoáng kiềm như Na2CO3, K2CO3, Na2SO4, K2SO4 hoặc xỉ. Thành phần sản
phẩm thu được là 18 ÷ 20% P2O5, 28 ÷ 30% CaO, 12 ÷ 14% MgO, 28 ÷ 30% SO4 và
một số thành phần vi lượng khác như Mn. Việc sản xuất phân bón từ loại xỉ rắn chỉ
đơn thuần là đập và nghiền chúng.
1.2.2. Các phương pháp nhiệt sản xuất phân lân

a) Phương pháp thủy nhiệt
Theo phương pháp này dùng nhiệt với sự có mặt hơi nước tham gia. Trong
khoảng nhiệt độ 1400 ÷ 1450°C với sự có mặt hơi nước, có sự thay thế các ion F - bởi
các ion OH-.
Ca10F2(PO4)6 + H2O = Ca10(OH)2(PO4)6 + 2 HF
Phản ứng phân hủy thành tri và tetra canxi photphat.
Ca10(OH)2(PO4)6 = 2 Ca3(PO4)2 + Ca4P4O9 + H2O

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

10


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Tricanxi photphat bị tách ra ở dạng biến thể  và được giữ ổn định ở nhiệt độ
thấp nếu sản phẩm ra được làm lạnh nhanh bằng nước. SiO2 đưa vào phối liệu sẽ tham
gia vào quá trình phân hủy hyđroxyl apatit.
Ca10(PO4)6(OH)2 + SiO2 = 3 Ca3(PO4)2 + Ca2SiO4 + H2O
Ta có thể tổng quát quá trình này như sau:
Ca10F2(PO4)6 + H2O + SiO2 = 3 Ca3(PO4)2 + Ca2 SiO2+ 2 HF
Chế tạo phân lân thủy nhiệt có thể bằng phương pháp chảy lỏng hoặc thiêu kết.
Q trình chế tạo đều địi hỏi phối liệu phải được gia công trước khi vào lò, và cần
cung cấp lượng nhiệt lớn. Phương pháp này sử dụng loại nhiên liệu là dầu mỏ là tốt
nhất, vì vậy nó phức tạp hơn phương pháp sản xuất phân lân thủy tinh.
b) Phương pháp nung chảy

Phối liệu trước khi vào lị phải được đập nhỏ tới kích thước quy định. Nhiên
liệu sử dụng là than coke hoặc than antraxit được đưa vào cùng phối liệu một cách liên
tục. Do đó có thể khống chế lượng nhiệt, nhiệt độ có thể thơng qua lượng nhiên liệu
đưa vào. Với phương pháp này có thể sử dụng loại quặng có hàm lượng P 2O5 thấp. Ưu
điểm của phương pháp là đơn giản và phù hợp với tính chất của nguyên nhiên liệu ở
nước ta.
1.3. NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY
1.3.1. Cơ sở hóa lý của phương pháp
Q trình nấu chảy quặng photphat với sự có mặt của phụ gia nhằm mục đích
làm chuyển dạng cấu trúc photphat trong apatit ở trạng thái mạng tinh thể sang dạng
vơ định hình. Việc tính tốn thành phần phối liệu mục đích để giảm được dung điểm
chảy lỏng của quặng apatit và nâng cao hiệu suất chuyển hóa, ngăn ngừa sự kết tinh
trở lại và tăng thêm vi lượng cho cây trồng. Nghiên cứu quá trình chảy lỏng phối liệu
người ta chưa phát hiện được tác dụng tương tác giữa cấu tử ban đầu. Điều kiện cần
thiết để hàm lượng P2O5 hữu hiệu cao là phải làm lạnh phối liệu lỏng ra càng nhanh
càng tốt. Để đạt tốc độ nhanh khi làm lạnh cần hạ thấp đường kính giọt phối liệu lỏng
khi tiếp xúc với nước bằng cách nung quá nhiệt để giảm độ nhớt của nó. Bởi vậy trong

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

11


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

thực tế người ta tiến hành nung chảy phối liệu ở nhiệt độ 1400°C ÷ 1500°C mặc dù

nhiệt độ nóng chảy của phối liệu chỉ là 1250°C ÷ 1350°C.
Ở nhiệt độ cao và có mặt của hơi nước nên có phản ứng thoát flo. Lượng flo
thoát ra bằng khoảng 30% lượng ban đầu.
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF
4 Ca5F(PO4)3 + 3 SiO2 = 6 Ca3(PO4)2 + 2 CaSiO3 + SiF4
Có thể xảy ra quá trình tạo thành phopho và thăng hoa theo khí lị:
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C = 6 CaSiO3 + P4 + 10 CO
1.3.2. Ảnh hưởng của các thành phần trong phối liệu
a) Ảnh hưởng của thành phần P2O5
Lượng P2O5 càng cao thì phẩm chất phân lân nung chảy càng tốt, giá trị kinh tế
của sản phẩm càng cao. Nhưng nếu hàm lượng lớn hơn 25% thì có ảnh hưởng nhiều
đến q trình sản xuất. Cụ thể nó khiến điểm nóng chảy cao lên và tăng tốc độ kết tinh
làm giảm thấp hiệu suất chuyển hóa thành dạng vơ định hình và dễ gây hiện tượng
đóng khối.
b) Ảnh hưởng của thành phần CaO
Thành phần CaO có trong phân lân nung chảy làm cho loại phân này có tính
chất ưu việt đối với những loại đất chua. Lượng CaO chủ yếu ở dạng dạng Ca 5(PO4)3F
trong quặng apatit. Lượng CaO quá cao sẽ làm tăng điểm nóng chảy. Ta có thể khắc
phục bằng cách cho thêm SiO2 để hạ thấp điểm nóng chảy, nhưng phải chú ý đến
lượng SiO2 đưa vào để thành phần P2O5 trong sản phẩm không giảm xuống quá thấp.
c) Ảnh hưởng của thành phần SiO2
SiO2 là thành phần rất cần thiết để phối liệu tạo thành dạng thủy tinh. Khi nung
luyện, nếu SiO2 quá ít, tốc độ kết tinh sẽ rất nhanh làm cho hiệu suất chuyển hóa giảm
thấp. Nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao sẽ làm giảm thành phần P2O5 trong phối

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

12

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

liệu, đồng thời tăng điểm nóng chảy, và sản phẩm làm ra rất cứng, khó nghiền, chậm
hịa tan.
d) Ảnh hưởng của thành phần MgO
Trong phối liệu chỉ có thể nâng cao hàm lượng MgO trong một phạm vi nhất
định. Trong phạm vi đó MgO có tác dụng hạ thấp được điểm nóng chảy của phối liệu,
đồng thời giảm được tốc độ kết tinh của flo và nhơm. Nhưng nếu nhiều q thì sẽ ảnh
hưởng ngược lại, làm tăng cao điểm nóng chảy.
e) Ảnh hưởng của các thành phần khác
Trong nguyên liệu còn có một số nguyên tố khác như Fe, Al, Mn, Cr, … nhưng
hàm lượng rất ít. Ta phải chú ý đến ảnh hưởng của Al và Fe. Hàm lượng Al quá nhiều
sẽ dễ sinh ra chất thủy tinh khó tinh, đồng thời dễ làm cho flo kết tinh trở lại dạng cũ.
Khi phối liệu cần khống chế lượng Al2O3 nhỏ hơn 5 ÷ 6 % để tính hịa tan trong axit
xitric của phân lân nung chảy không bị ảnh hưởng. Fe2O3 cũng có hại như nhơm, nhất
là q trình tạo thành sắt kim loại hấp thụ mất nhiều nhiệt, đồng thời sẽ tác dụng với
P2O5 để tạo thành dạng photphat sắt rất khó tan. Cịn đối với sắt ở dạng FeO thì có thể
làm cho điểm nóng chảy giảm thấp.
1.3.3. Các q trình xảy ra trong lị cao

Hình 1: Lị cao
Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

13

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

1: Chuông nạp liệu

8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước

2: Thùng chứa của bộ phận nạp liệu

9: Cửa tháo liệu

3: Lớp cách nhiệt của vỏ lị

10: Ống gió vào lị

4: Gạch chịu nhiệt của vỏ lị

11: Ống thốt khí

5: Vỏ thân lị

12: Chng nạp nhiên liệu thứ 2

6: Ống phân phối gió

13: Phễu chứa liệu đỉnh lị

7: Bọc nước làm mát
Có thể chia từ đỉnh lị đến đáy lị làm 4 khu vực:
a) Khu vực đỉnh lò
Khu vực này nhiệt độ khống chế trong khoảng 150 ÷ 700°C. Nếu thấp hơn hoặc
bằng nhiệt độ bay hơi nước sẽ làm ngưng tụ hơi nước khiến bụi than sẽ bị kết dính. Ở
nhiệt độ lớn hơn 150°C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc hơi. Ở nhiệt độ lớn hơn 500°C
thì nước kết tinh trong secpentin thoát ra. Ở nhiệt độ lớn hơn 650°C thì nước kết tinh
bay hết theo khí lò và secpentin bắt đầu bị phân hủy theo phản ứng:
Phản ứng thoát 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 tham gia vào phản ứng khử flo:
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2 HF
b) Khu vực phân giải muối cacbonat

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

14


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Nhiệt độ khoảng 730 ÷ 920°C xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat và
phản ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni.
MgCO3 = MgO + CO2

CaCO3 =

CaO + CO2

Fe2O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2
NiO + CO = Ni + CO2
Vì tỷ trọng của Fe và Ni lớn hơn rất nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe và Ni
lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken. Hợp chất này được tháo qua cửa liệu hoặc đáy
lò.
c) Khu vực hóa mềm và chảy lỏng
Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 800°C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho tới
nhiệt độ 1200°C thì nó bắt đầu chảy. Nhưng ở nhiệt độ này phối liệu vẫn chưa đủ linh
động, nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn.
Tại đây O2 khơng khí và than cháy mạnh hơn. Trong lị xảy ra các phản ứng:
Phản ứng chính:
2 C + O2 = 2 CO
Phản ứng phụ:
C + H2O = CO + 2 H2
2 CO + O2 = 2 CO2
Cùng với đó là phản ứng khử F, hoàn nguyên Ni và P:
2 Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3 Ca3(PO4)2 + CaSiO2 + HF
4 Ca5F(PO4)3 + 3 SiO2 = 6 Ca3(PO4)2 + 2 CaSiO3 + SiF4

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

15

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Hay có thể viết dạng tổng quát :
Ca10F2(PO4)6 + 3 (3MgO.SiO2.2H2O) = 3 (3MgO.3CaO.SiO2.P2O5.CaF) + 6 H2O
Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nước:
CaF2 + SiO2 + H2O = CaSiO3 + 2 HF
d) Khu vực quá nhiệt
Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhị q trình cháy tiếp tục được
nâng lên nhiệt độ từ 1300 ÷ 1500°C. Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và
rất linh động, hiệu suất chuyển hóa cao. Chất lân ở trạng thái này được tháo ra bởi 2
cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực cao với lưu lượng
nước gấp 15 ÷ 20 lần lượng sản phẩm. Ta thu được bán thành phẩm phân lân ở dạng
vơ định hình. Bán thành phẩm được nước áp lực cao đẩy về bể tôi
1.3.4. Phương pháp xử lý khí lị
Trong khí thải của lị cao có thành phần độc hại là CO và hợp chất của flo.
Với khí CO, ta xử lý bằng phương pháp đốt để tận dụng nhiệt làm nóng khí
trước khi cấp vào lò cao. CO2 tạo thành được thải ra ngồi mơi trường.
2 CO + O2 = 2 CO2
Với hợp chất của flo, mà chủ yếu là HF, ta có nhiều phương pháp khác nhau để
xử lý. Nhưng ở đây chỉ xét hai phương pháp là hấp thụ bằng nước và hấp thụ bằng sữa
vôi. Việc lựa chọn phương pháp nào là tùy vào mục đích xử lý khí.
a) Phương pháp hấp thụ bằng nước lạnh
Phương pháp này được sử dụng khi muốn thu hồi HF. Ở nhiệt độ thấp nước hấp
thụ khí HF rất mạnh. Sản phẩm hấp thụ là axit loãng, sau khi xử lý tiếp sẽ thu được
axit có giá trị cơng nghiệp. Phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện, khả năng làm
sạch rất cao, rẻ tiền, thu được chất hấp thụ làm sản phẩm phụ.
b) Phương pháp hấp thụ bằng sữa vôi

Các phản ứng xảy ra trong quá trình hấp thụ:

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

16


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành
Ca(OH)2 + 2 HF = CaF2 + 2 H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 + 2 HF = CaF2 + H2O + CO2
Ca(OH)2 + SiF4 = 2 CaF2 + SiO2 + 2 CO2

Sữa vôi không chỉ hấp thụ HF, CO2 mà còn hấp thụ một số chất khác như SO2,
P2O5 tạo thành các hợp chất kết tủa lẫn với CaF 2. Vậy nên phương pháp này thường áp
dụng để làm sạch các khí, khơng nên dùng để thu hồi flo.
1.4. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Apatit, sa thạch và secpentin được mua về nhà máy và dỡ xuống kho chứa. Từ
bãi chứa quặng nguyên liệu được đưa đi gia công, đầu tiên tới bunke, sau đó qua băng
tải xích, cấp liệu cho máy kẹp làm, rồi qua băng tải tới máy sàng thùng quay.
Hạt quặng có kích thước nhỏ hơn 25 mm và bột dưới sàng được đưa tới nơi tập
kết. Còn phần quặng trên sàng được tiếp tục qua băng tải sang hệ thống sàng rung và
rửa bằng nước. Quặng trên sàng sạch được băng tải và bộ phận phân phối cấp cho các
bunke dự trữ cho lò cao.Phần bột dưới sàng và nước rửa đi ra bể chứa, sau đó được tận
dụng cùng quặng vụn khơ đưa qua máy ép để ép thành viên. Sau đó bảo dưỡng đủ thời
gian đông kết trở thành quặng bánh và được vận chuyển tới tiếp cho lò cao. Than

antraxit được mua về tháo dỡ ở bãi chứa sau đó cũng được đưa lên bunke dự trữ cấp
cho lị cao.
Kích thước u cầu của nguyên nhiên liệu là:
Quặng apatit cục: 40 ÷ 120 mm.
Quặng secpentin: 25 ÷ 100 mm.
Than antraxit: 40 ÷ 100 mm.
Sa thch: 25 ữ 100 mm.
Qung bỏnh: 120 ì (80 ÷ 100) mm.
Từ bunke vào bãi chứa, nguyên nhiên liệu được cân đong chính xác bằng cân
định lượng theo đúng tỷ lệ phối liệu và nhiên liệu rồi cấp cho lò cao bằng hệ thống tời
skip và hệ thống nạp liệu. Trong lò cao, phối liệu được nung luyện, chảy lỏng, quá

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

17


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

nhiệt và được tháo liên tục ra mang tơi ở đáy lị bằng 2 cửa ra liệu nhờ nhiệt của than
và nhiệt của gió nóng cấp vào lị.
Liệu lỏng được tơi nhanh bằng nước lạnh, áp lực 1,5 ÷ 3 at tạo ra bán thành
phẩm dạng thủy tinh theo máng tôi ra bể vớt bằng vít với liệu. Xỉ Ni và một lượng nhỏ
các kim loại sẽ ở đáy dưới cùng, lỏng sẽ được tháo định kỳ bằng cửa tháo xỉ Ni. Khí lị
thốt ra theo đường ống ở đỉnh lị có mang theo bụi và nhiệt độ khoảng 150 ÷ 230°C
qua xyclon để tách bụi.

Khí lị được đưa sang lị đốt CO. Tại đây khí CO được đốt cháy tỏa nhiệt lớn
được tận dụng để gia nhiệt cho khơng khí trước khi vào lị cao. Khí ra khỏi lị đốt CO
được đưa sang hệ thống lọc bụi tĩnh điện để lọc triệt để các hạt bụi, sau đó được đưa
sang thiết bị rửa và làm nguội khí. Khí sau khi đã được làm sạch và làm nguội tới nhiệt
độ thích hợp được đưa sang tháp hấp thụ để xử lý, thu hồi SiF 4 và HF. Khí khi ra khỏi
các thiết bị hấp thụ có cuốn theo các giọt lỏng sẽ được tách bởi các tháp tách giọt và
qua quạt vào ống khói rồi phóng khơng. Các dung dịch sau hấp thụ tại các tháp được
đưa về bể chứa. Để tăng nồng độ dung dịch ta dùng bơm tuần hoàn dung dịch đã thu
được cho tháp hấp thụ. Khi khơng có nhu cầu thu hồi HF ta có thể dùng các thiết bị để
xử lý nước trước khi thải ra môi trường.
Q trình hấp thụ khí ở đây là ngược chiều, trực tiếp giữa pha lỏng và pha khí.
Buồng đốt CO cũng là trao đổi nhiệt giữa nhiệt đốt khí lị với khơng khí lạnh được thổi
vào lị bằng quạt cao áp. Quá trình trao đổi nhiệt ở đây là giữa khí và khí thơng qua
thành ống gang. Khơng khí lạnh đi trong ống gang cịn khí nóng đi bên ngồi. Bụi thu
hồi được đưa đi tận dụng ép đóng bánh. Bán sản phẩm được vít vớt liệu vớt khỏi bể,
qua băng tải đưa ra bãi ráo. Phần bán sản phẩm cịn trong dịch thải từ bể vít qua bể
lắng tiếp tục được vớt thu hồi lên bãi ráo bằng cầu trục.
Từ bãi ráo, bán sản phẩm được cấp vào máy sấy thùng quay nhờ máy ủi tiếp
liệu và băng tải, bunke chứa. Bán sản phẩm sau sấy đạt độ ẩm 1%, được đưa lên bunke
nhờ gầu tải cấp liệu bằng máy tiếp liệu đĩa vào máy nghiền bi. Qua nghiền bi sản phẩm
đạt độ mịn tiêu chuẩn ≥ 80% qua sàng 0,15mm được đưa lên hệ thống silo chứa nhờ
băng tải và qua máy đóng bao, sau đó được băng tải đưa đi xếp vào kho chứa.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

18

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG CHẤT VÀ NHIỆT
2.1. TÍNH CÂN BẰNG CHẤT CHO LỊ CAO
2.1.1. Tính phối liệu cho lị cao
Các ngun nhiên liệu và phụ gia dùng cho lò cao gồm quặng apatit loại II,
quặng secpentin, sa thạch và than antraxit. Thành phần của chúng được cho ở các bảng
sau:
Bảng 1: Thành phần quặng Apatit Ca5F(PO4)3
Apatit
% khối lượng

CaO
42

MgO
3,7

P2O5
26,4

SiO2 CO2 Fe2O3 Al2O3 F
8,1 10,7
1,4
1,7 2,1

Ẩm
3,9

Tổng
100

Bảng 2: Thành phần quặng Secpentin [3MgSiO2.2H2O]
Secpentin

CaO

MgO

SiO2

Fe2O3

Al2O3

Ni

H2Okt

Ẩm

Tổng

% khối lượng

0,4

34,5

42,2

7,3

2,9

0,14

10,4

2,16

100

Bảng 3: Thành phần Sa thạch SiO2
Sa thạch
% khối lượng

CaO
1,5

SiO2
96,0

Fe2O3
0,5

Ẩm
2

Tổng
100

Bảng 4: Thành phần than Antraxit
Than
% khối lượng

C
80,50

H
1,4

O
1,3

S
0,52

N
1,2

Tro
8,3

Ẩm
6,78

Tổng

100

a) Tính tỷ lệ phối liệu
Việc phối liệu cần tính tốn sao cho hàm lượng P 2O5 hữu hiệu trong sản phẩm
là cao nhất, hạ thấp được nhiệt độ nóng chảy của phối liệu để tiết kiệm nhiên liệu,
đồng thời hạn chế được tốc độ kết tinh, nâng cao hiệu suất chuyển hóa thành thủy tinh
vơ định hình.

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

19


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Việc tính toán được dựa trên thành phần các chất trong quặng đem vào lò. Ta
xét 4 thành phần chủ yếu là P 2O5, CaO, MgO và SiO2. Hàm lượng của chúng trong
nguyên nhiên liệu đưa vào lò như sau:
Bảng 5: Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu
CaO
42
0,4
1.5

Apatit
Secpentin

Sa thạch

MgO
3,7
34,5

P2O5
26,4

SiO2
8,1
42,2
96

Theo các số liệu thu được trong q trình thí nghiệm và thực tế sản xuất, người
ta đã đưa ra tỷ lệ tối ưu các thành phần trong phối liệu. [III - 80]
Bảng 6: Tỷ lệ tối ưu các thành phần trong phối liệu
Thành phần
Tỷ lệ mol

Tỷ lệ

CaO
3÷4

MgO
2÷3

P2O5
1

SiO2
2÷3

MgO +

= 1,8 ÷ 2,7 được gọi là tỷ lệ
CaO
mol
kiềm.
SiO2
Trong phạm vi này thì thao tác trong mơi trường kiềm tính sẽ tránh được trường
hợp photpho thăng hoa và hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của phối liệu.
Tỷ lệ

Mg

= 2 ÷ 3 được gọi là tỷ lệ magie
O
mol
photphat.
P2O5
Trong phạm vi này thì hiệu suất hịa tan của P 2O5 trong axit xitric 2% là cao
nhất.
Ta chọn các các số liệu ban đầu như sau:
Tỷ lệ
mol

Mg
O

P2O5

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

= 2,5
và

SiO2
P2O5

=
3

Lớp: KTHH 5 – K56

20


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Tỷ lệ quặng apatit là 100 (kg) theo thực tế nhà máy. Đặt lượng quặng secpentin
là a (kg), lượng sa thạch là b (kg), tương ứng với một mẻ phối liệu chứa 100 (kg)
quặng apatit. Từ đó ta lập được các phương trình sau:
Mg

(100 × 0,037 + 0,345 × a) ×

=

O
P2O5

142
100 × 0,264 × 40

=
2,5

 a = 43,164 (kg)
SiO2

(100 × 0,081 + 0,422 × 43,164 + 0,96 × b) ×
=

P2O5
 b = 7,447 (kg)

142
100 × 0,264 × 60

=
3

Trong hai biểu thức trên, 142 phân tử gam của P 2O5, 40 là phân tử gam của
MgO, 60 là phân tử gam của SiO2 và 56 là phân tử gam của CaO.
Vậy một mẻ phối liệu cho vào lò cao gồm:
-

Lượng quặng Apatit: 100 kg.

-

Lượng quặng Secpentin: 43,164 kg.

-

Lượng Sa thạch: 7,447 kg.

Tổng cộng: 150,611 kg.
Thực tế phối liệu đưa vào một phần chuyển thành quặng bánh trong q trình
nghiền sàn sau đó đi vào lò cao cùng với lượng phối liệu trên. Trong thực tế lượng
quặng bánh chiến 10% phối liệu. Như vậy lượng phối liệu thực tế đi vào lò cao là:
-

Lượng Apatit cục: 90 kg

-

Lượng quặng Secpentin: 38,848 kg

-

Lượng Sa thạch: 6,702 kg

-

Lượng quặng bánh: 15,061

Tổng cộng: 150,611 kg

b) Tính lượng than cần dùng để nung chảy một mẻ phối liệu

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

21


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

Lượng than cần dùng được xác định theo công thức:
y = 0,23 × (100 + x) (kg) [I - 30]
Trong đó:
x là tổng khối lượng của secpentin, sa thạch.
100 (kg) là khối lượng apatit.
0,23 là hệ số tiêu hao nguyên liệu.
Vậy lượng than cần dùng để nung chảy một mẻ phối liệu là:
y = 0,23 × (100 + 43,164 + 7.447) = 34,641 (kg)
c) Kiểm tra lại hàm lượng các thành phần
CaO

100 × 0,42 + 43,164 × 0,004 + 7,447 × 0,015

= 0,755

=

56

(kmol)

MgO

100 × 0,037 + 43,164 ×

= 0,465

0,345
40

=

(kmol)

100 × 0,081 + 43,164 × 0,422 + 7,447 ×
SiO2 =

0,96
60
100 ×

P2O5 =

0,264
142

Tỷ lệ

= 0,558
(kmol)

= 0,186
(kmol)

MgO +

0,465 +

=
=
CaO
0,755
kiềm:
2,186
SiO2
0,558
Vậy tỷ lệ kiềm đảm bảo nằm trong khoảng 1,8 ÷ 2,7.
Tỷ lệ Magie

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Mg

=

0,46

=

Lớp: KTHH 5 – K56

22


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành
O

Canxi:

CaO

5
0,75

0,616

5
Tỷ lệ magie canxi đảm bảo nằm trong khoảng 0,5 ÷ 1.
Vậy việc tính tốn phối liệu đảm bảo được u cầu đặt ra.
Hàm lượng P2O5 tổng trong phối liệu vào lò cao:
100 ×

× 100% =
0,268

17,529%
150,611
2.1.2. Tính cân bằng chất cho lị cao
P2O5 tổng =

Các số liệu ban đầu:
Độ cháy khơng hồn toàn của C trong than: 0%
Độ cháy của C trong khơng khí đến CO2: 60%
Độ cháy của C trong khơng khí đến CO: 40%
Hệ số dư khơng khí: α = 1,3%
Nhiệt độ khơng khí vào: 350°C
Độ ẩm khơng khí: 1,63%
Nhiệt độ khói lị ra: 200°C
Nhiệt độ phối liệu vào: 25°C
Nhiệt độ liệu lỏng ra khỏi lị: 1450°C
Thành phần khơng khí theo thể tích: 21% O2, 79% N2
a) Lượng vật chất vào lò cao:
Lượng quặng apatit: 100 kg.
Lượng quặng secpentin: 43,164 kg.
Lượng sa thạch: 7,447 kg.
Lượng than: 34,641 kg.
Thành phần các nguyên nhiên liệu trên đã cho ở các bảng 1, 2, 3, 4.
b) Quá trình cháy của nhiên liệu

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

23

Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành
C + O2 = CO2
C + O2 = CO
S + O2 = SO2
H2 + O 2 = H 2 O
O2 = O 2

c) Tính lượng O2 cần thiết khi đốt cháy 1 kg than ở lò cao
Lượng nguyên tố (kg)

Tỷ lệ khối lượng với O2

Lượng O2 cần thiết (kg)

C : 0,805 × 0,6

32/12

1,288

C : 0,805 × 0,4

16/12

0,429

H2 : 0,014

16/2

0,112

S : 0,0052

32/32

0,0052

O2 : 0,013

-1

-0,013

N2 : 0,012 (không tham gia phản ứng)
Tro : 0,083 (không tham gia phản ứng)
H2O : 0,0678 (không tham gia phản ứng)
Vậy tổng lượng O2 cần thiết là:
1,288 + 0,429 + 0,112 + 0,0052 – 0,013 = 1,821 (kg)
Lượng N2 theo vào lị:
1,821 × 79 ×
28
21 × 32

= 5,994
(kg)

Lượng khơng khí vào lị:
1,821 + 5,994 = 7,815 (kg)
d) Tính lượng các sản phẩm của phản ứng cháy của than
Lượng nguyên tố (kg)

Lượng O2 phản ứng (kg)

Lượng sản phẩm (kg)

C : 0,805 × 0,6

1,288

CO2 : 1,771

C : 0,805 × 0,4

0,429

CO : 0,751

H2 : 0,014

0,112

H2O : 0,126

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

24


Đồ Án Chuyên Ngành

GVHD : PGS.TS Lê Xuân Thành

S : 0,0052

0,0052

SO2 : 0,010

O2 : 0,013 (không tham gia)
N2 : 0,012 (không tham gia)
Tro : 0,083 (không tham gia)
H2O : 0,0678 (khơng tham gia)
Khi hệ số dư khơng khí α = 1,3 thì lượng khơng khí khơ cần thiết là:
1,3 × 7,815 = 10,160 (kg)
Lượng O2 cần thiết là:
1,3 × 1,281 = 2,367 (kg)
Lượng N2 tương ứng là:
10,160 – 2,367 = 7,793 (kg)
Ở 25°C và độ ẩm tương đối  = 80% thì độ ẩm tuyệt đối của khơng khí là
0,0163 (kg ẩm/kg kkk). [II - 175]
Do đó lượng hơi nước vào theo khơng khí là:
0,0163 × 10,160 = 0,166 (kg)
Vậy tổng lượng khơng khí ẩm mang vào là:
10,160 + 0,166 = 10,326 (kg)

Tổng lượng hơi nước trong sản phẩm cháy:
0,0678 + 0,126 + 0,166 = 0,36 (kg)
Tổng lượng N2 trong sản phẩm cháy:
0,012 + 7,793 = 7,805 (kg)
Từ kết quả tính tốn ta lập được bảng sau:
Bảng 7: Thành phần sau khi đốt cháy 1kg than
Thành phần
CO
CO2
Khối lượng (kg) 0,751 1,771

H2O
0,36

N2
7,805

O2
SO2
Tro
Tổng
2,367 0,010 0,083 13,147

Vậy lượng O2 cần đưa vào để đốt cháy 34,641 kg than là:
34,641 × 2,367 = 81,995 (kg)

Sinh viên: Triệu Anh Dũng

Lớp: KTHH 5 – K56

25