Tính toán thiết kế máy vê viên thùng quay vê viên tạo hạt dây chuyền NPK 16168 150000 tấnnăm

Đồ Án Chuyên Ngành

TRƯƠNG ĐAI HOC BACH KHOA HA NÔI
Viện Kỹ thuật Hóa Học

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Tính toán công nghệ & thiết kế máy vê viên thùng
quay cho dây chuyền NPK 16 – 16 – 8
năng suất 150000 T/N
Sinh viên thưc hiên

:

MSSV
Lớp
Khóa

:
:
:

Người hướng dẫn

:

Hà Nôi - 06/2018

1

Đồ Án Chuyên Ngành

TRƯƠNG ĐAI HOC BACH KHOA HA NỘI

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Viện Kỹ thuật hóa học

Độc lập –Tự do – Hạnh phúc

***
Bộ môn Máy & Thiết bị Công nghiệp Hóa chất – Dầu khí

NHIỆM VỤ ĐỒ AN CHUYÊN NGANH
Họ và tên sinh viên:
Lớp:
1. Tên đề tài:
Tính toán công nghệ & thiết kế máy vê viên thùng quay cho dây chuyền NPK 16 - 16 - 8 năng
suất 150000 T/N
2. Các dữ liệu đầu:
- Năng suất dây chuyền 150000 Tấn/năm
- Hàm lượng phân bón NPK: 16% N – 16% P2O5 – 8% K2O
- Các thông số khác sinh viên tư tìm hiểu.
3. Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán
- Tìm hiều đánh giá công nghệ sản xuất NPK hiện nay trên thế giới.
- Tính toán cân bằng chất, cân bằng năng lượng cho dây chuyền sản xuất.
- Thiết kế và tính toán máy vê viên thùng quay phun urê nóng chảy.
4. Yêu cầu về trình bày bản vẽ
- Bản vẽ lắp của máy vê viên thùng quay (khổ A0)
- Bản vẽ BFD&PFD dây chuyền sản xuất

5. Các yêu cầu khác
- Thưc hiện đồ án đúng tiến độ
6. Ngày giao nhiệm vụ:
7. Ngày hoàn thành:

Giảng viên hướng dẫn

Mục lục
DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................................................6
2


Đồ Án Chuyên Ngành
Lời Mở Đầu.................................................................................................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NPK..............................................................................................................8
1.1. Tìm hiểu chung về sản phẩm..........................................................................................................8
1.1.1. Phân bón..................................................................................................................................8
1.1.2. Phân bón hợp chất và ứng dụng.............................................................................................8
1.1.3. Thị trường phân bón trong nước và ngoài nước....................................................................9
1.2. Kết luận về sư cần thiết phải đầu tư............................................................................................12
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ.....................................................................................13
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chọn lưa quy trình công nghệ.....................................................13
2.2. Các quy trình công nghệ phổ biến hiện nay.................................................................................13
2.2.1. Phương pháp vật lý...............................................................................................................13
2.2.2. Tạo hạt bằng phương pháp hóa học.....................................................................................16
2.2.3. Tháp tạo hạt (Prilling Tower).................................................................................................20
2.2.4. Phương pháp trộn đống (Bulk Blending)..............................................................................22
2.3. Lưa chọn phương pháp:................................................................................................................23
2.4. Quy trình sản xuất.........................................................................................................................24

2.5. Thiết bị tạo hạt thùng quay...........................................................................................................27
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CƠ SỞ DÂY CHUYỀN NPK 16-16-8.........................................................................30
3.1. Sơ đồ BFD dây chuyền sản xuất....................................................................................................30
3.2. Tính toán cân bằng chất và cân bằng năng lượng.......................................................................30
3.2.1. Tính toán cân bằng chất........................................................................................................30
3.2.2. Tính toán cân bằng năng lượng.............................................................................................43
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÁY VÊ VIÊN THÙNG QUAY...................................................................................50
4.1. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới việc thiết kế...............................................................................50
4.1.1. Độ ẩm vật liệu........................................................................................................................50
4.1.2. Góc nghiêng của thùng..........................................................................................................51
4.1.3. Ảnh hưởng của tốc độ quay của thùng.................................................................................51
4.1.4. Ảnh hưởng của cánh đảo trộn...............................................................................................52
4.1.5. Ảnh hưởng của cơ chế tạo hạt và thời gian công nghệ........................................................53
4.1.6. Ảnh hưởng của thời gian lưu của vật liệu.............................................................................53
4.2. Các thông số chính của thiết bị.....................................................................................................54
4.2.1. Đường kính thùng..................................................................................................................54
4.2.2. Chiều dài thùng......................................................................................................................54
4.2.3. Tốc độ thùng quay..................................................................................................................55
3


Đồ Án Chuyên Ngành
4.2.4 Thời gian lưu...........................................................................................................................55
4.2.5. Độ điền đầy............................................................................................................................55
4.3. Tính toán cơ khí.............................................................................................................................56
4.3.1. Công suất động cơ truyền động cho thùng...........................................................................56
4.3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài..........................................................................................57
4.3.3. Lưa chọn chiều dày thân thùng.............................................................................................66
4.3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng..............................................................................66
4.3.5. Kiểm tra bền thân thùng........................................................................................................69

4.3.6. Tính toán bền cho con lăn chặn, con lăn đỡ và vành đai.....................................................74
4.3.7. Chọn cơ cấu bịt kín đầu thùng...............................................................................................80
4.3.8. Chống dính cho thùng............................................................................................................80
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN URÊ NÓNG CHẢY......................................................................82
5.1. Hệ thống phun (spray systems)....................................................................................................82
5.1.1. Chọn đầu phun (Nozzle).......................................................................................................82
5.1.2. Sắp xếp đầu phun...................................................................................................................84
5.1.3. Yêu cầu và nguyên lý hệ thống phun.....................................................................................84
5.2. Lưa chọn đầu phun, tính toán ống phun......................................................................................86
5.2.1. Thông số Urê lỏng nóng chảy đầu vào..................................................................................86
5.2.2. Lưa chọn đầu phun................................................................................................................86
5.2.3. Thiết kế mô hình hệ thống ống phun....................................................................................87
5.2.4. Kết quả tính toán...................................................................................................................89
Tài liệu tham khảo:...................................................................................................................................90
Phụ lục đính kèm......................................................................................................................................91

4


Đồ Án Chuyên Ngành

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính sản phẩm
Bảng 1.2 Một số nhà máy sản xuất phân bón ở VN hiện nay
Bảng 3.1 Đặc tính nguyên liệu đầu vào
Bảng 3.2 Thành phần dinh dưỡng yêu cầu trong sản phẩm
Bảng 3.3 Kết quả giải hệ phương trình bằng Solver
Bảng 3.4 Định mức nguyên liệu lẫn ẩm
Bảng 4.1 Mối liên hệ giữa đường kính thùng và năng suất vận hành

Bảng 4.2 Tổng hợp thông số thiết bị
Bảng 5.1 Dữ liệu kỹ thuật đầu phun NZRCS

Trang
9
11
30
30
31
32
54
56
86

5


Đồ Án Chuyên Ngành

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công suất các đơn vị sản xuất NPK cả nước 2017
Hình 1.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ NPK tăng mạnh
Hình 2.1 Quy trình trộn nguyên liệu khô
Hình 2.2 Quy trình tạo hạt bằng phương pháp nén ép
Hình 2.3 Quá trình tạo hạt
Hình Mặt cắt tạo hạt TVA
Hình 2.5 Quy trình tạo hạt sử dụng máy tạo hạt TMA
Hình 2.6 Quy trình tạo hạt sử dụng hệ thống ống phản ứng
Hình 2.7 Tháp tạo hạt

Hình 2.8 Quy trình trộn đống
Hình 2.9 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất
Hình 2.10 Mô hình thiết bị tạo hạt thùng quay điển hình
Hình 2.11 Đầu phun và các kiểu chất lỏng
Hình 3.1 Sơ đồ thể hiện các điểm công nghệ của quá trình
Hình 3.2 Kết quả tính toán cân bằng chất
Hình 4.1 Ảnh hưởng của góc nghiêng tới thời gian lưu
Hình 4.2 Thời gian lưu và tốc độ quay của thùng
Hình 4.3 Chuyển động của vật liệu trong thùng ở tốc độ khác nhau
Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ pha, cánh đảo trộn tới đường kính thước hạt
Hình 4.5 Các giai đoạn chính của quá trình tạo hạt
Hình 4.6 Biểu đồ phân bố lực
Hình 4.7 Kết cấu lắp chân đế - vành đai
Hình 4.8 Sơ đồ lực tác dụng lên con lăn và vành đai
Hình 4.9 Cơ cấu con lăn đỡ
Hình 4.10 Cơ cấu con lăn chặn
Hình 4.11 Góc biểu diễn trên con lăn chặn
Hình 4.12 Chống dính cho thùng
Hình 5.1 Các loại vòi phun
Hình 5.2 Các kiểu phun
Hình 5.3 Vòi phun khí nén và vòi phun thủy lực
Hình 5.4 Các kiểu sắp xếp đầu phun
Hình 5.5 Nguyên lý cấp lỏng cho vòi phun
Hình 5.6 Đầu phun NZRCS
Hình 5.7 Kích thước ống phun
Hình 5.8 Hệ thống mạng ống phun

Trang
10
12

15
16
17
18
19
20
22
23
25
28
29
34
42
51
51
52
52
53
66
71
74
76
78
78
81
82
83
83
84
85

86
88
88

6


Đồ Án Chuyên Ngành

Lời Mở Đầu
Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao, điều này
đồng nghĩa với việc nhu cầu về lương thực, thực phẩm tăng một cách chóng mặt cả về
số lượng, chất lượng, lẫn chủng loại.
Đất nước ta đến 70% dân số sống bằng nghề nông. Tuy nhiên tiềm năng về phát triển
ngành nông nghiệp vẫn chưa được khai phá triệt để. Hàng năm chúng ta vẫn phải nhập
khẩu một số lượng lớn phân bón từ nước ngoài, mặc dù nguồn tài nguyên trong nước
là có sẵn.
Để giải quyết được bài toán này, việc cấp bách cần phải làm là nghiên cứu, nắm bắt
được công nghệ sản xuất phân bón, xây dựng các tổ hợp nhà máy hóa chất tận dụng
được nguồn tài nguyên trong nước, đủ năng lực cung ứng nhu cầu trước hết là trong
nước, sau đó là xuất khẩu ra thị trường thế giới.
Với đề tài “Tính toán công nghệ & thiết kế máy vê viên thùng quay cho dây chuyền
sản xuất NPK 16-16-8 năng suất 150.000 T/N” tập đồ án này không chỉ dừng lại ở
việc tính toán thiết bị, mà còn cung cấp một cái nhìn tổng quan về công nghệ sản xuất
phân bón NPK trên thế giới hiện nay cùng ưu, nhược điểm và các giải pháp đề xuất.
Cuối cùng em rất mong nhận được sự đóng góp từ thầy cô và bạn đọc để tập đồ án này
được hoàn thiện hơn nữa.

7

Đồ Án Chuyên Ngành

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NPK
1.1. Tìm hiểu chung về sản phẩm
1.1.1. Phân bón
Phân bón nói chung là thức ăn của cây trồng, có vai trò rất quan trọng trong việc thâm
canh tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất.
Phân bón được chia làm hai loại: phân hữu cơ và phân vô cơ hay còn gọi là phân bón
đơn, phân hợp chất.
Các loại phân vô cơ hiện nay rất phổ biến trên thị trường vì hàm lượng dinh dưỡng
cao, dễ dàng sản xuất, đáp ứng hầu hết được hầu hết yêu cầu của các loại cây trồng
khác nhau.
Không giống các loại phân bón đơn như: urê, amoni phốt phát (DAP, MAP) và KCl,
phân bón hợp chất thường được sản xuất đáp ứng các yêu cầu về cây trồng ở địa
phương hoặc một khu vực nhất định nào đó. Thông thường, ngoài việc chứa các tỷ lệ
khác nhau của các chất dinh dưỡng chính (N + P 2O5 + K2O), chúng chứa một số chất
dinh dưỡng thứ cấp và vi lượng cụ thể cho nhu cầu cây trồng trong một vùng khí hậu
nông nghiệp cụ thể.
1.1.2. Phân bón hợp chất và ứng dụng
- NPK là một trong những loại phân bón hợp chất, hỗn hợp chứa ít nhất 3 thành phần
dinh dưỡng N, P, K trở lên ngoài ra còn có các thành phần trung lượng và vi lượng
khác.
- Bón NPK sẽ giúp cây trồng hấp thụ được cả 3 nguồn dinh dưỡng kết hợp N (đạm), P
(lân), K (kali) cùng một lúc, giúp cây phát triển và sinh trưởng mạnh mẽ
- Việc quyết định sử dụng phân bón hợp chất thường do một hoặc nhiều các yếu tố
sau:
1. Sự thuận tiện.
Thuận tiện trong việc mua bán, vận chuyển, lưu trữ và có thể áp dụng cho nhiều loại
cây trồng hơn so với trường hợp nếu chọn sử dụng các nguồn phân bón đơn như urê,

amoni nitrat, amoni phốt phát...
2. Nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng.

8


Đồ Án Chuyên Ngành

Phân bón hỗn hợp thường là sự lựa chọn tốt cho việc sử dụng các chất dinh dưỡng cơ
bản, kể cả chất bổ sung thứ cấp và vi lượng trước hoặc trong thời gian trồng. Tuy
nhiên, vì hầu hết các cây trồng đều cần lượng nitơ cao hơn các chất dinh dưỡng khác,
nên liều lượng nitơ đã được định sẵn để đáp ứng yêu cầu về nitơ của cây trồng.
Ngoài ra, phân bón hỗn hợp, đặc biệt là các sản phẩm hạt đồng nhất với các hợp chất
hỗn hợp khô, tạo ra một hỗn hợp có tính bazơ tương đối nhỏ và trung tính trong đất
mà không có nguy cơ tách rời có thể gây bất lợi đến vụ mùa.
3. Kinh tế
Sự đơn giản trong việc mua, vận chuyển, bảo quản và áp dụng cho đa dạng sản phẩm
đều có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là các hợp chất phân bón
gần như luôn đắt hơn phân bón đơn. Nhưng nếu xem xét một cách toàn diện, ngoài chi
phí phân bón còn cả chi phí lao động, nhiên liệu, nước, kiểm soát dịch hại và tất nhiên
giá thu được cho cây trồng phải được xem xét kỹ lưỡng. Do đó, chi phí tăng lên của
phân bón hợp chất so với lợi thế mà nó mang lại rất có tính cạnh tranh.
Bảng 1.1 Đặc tính sản phẩm
STT
1
2
3
4
5
6

Thông số
%N+% P2O5 +%K2O
Độ ẩm
Tỷ lệ phân bố cỡ hạt
>4 mm
2 mm – 4 mm
<2 mm
Độ cứng hạt

Đơn vị
%
%

Yêu cầu
≥ 18
≤2

%
≤5
%
≥85
%
≤10
2
Kg/cm
≥2
Nguồn: số 36/2010/TT-BNNPTNT

1.1.3. Thị trường phân bón trong nước và ngoài nước

- Nhu cầu trong nước:
Nông nghiệp là một những ngành kinh tế có vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt
Nam, với 70% dân số sống bằng nghề nông. Vì vậy nhu cầu phân bón cho nông
nghiệp rất lớn. Nhu cầu phân bón NPK ở Việt Nam hiện nay vào khoảng trên 4 triệu
tấn / năm.
Lượng nhập khẩu năm nay đến thời điểm này (450.000 tấn) là khá cao, chủ yếu là sản
phẩm 1 hạt. Hầu hết các loại NPK nhập vào Việt Nam có công thức 16-16-8-13S, 1515-15, 20-20-0…Phần lớn các sản phẩm nhập khẩu đều có công thức dinh dưỡng cao,
mẫu mã đẹp hơn sản phẩm trong nước.

9


Đồ Án Chuyên Ngành

Hình 1.1 Công suất các đơn vị sản xuất/phân phối NPK trên cả nước – 2017 (đơn vị:
Nghìn tấn/năm)
- Tình hình sản xuất trong nước:
Hiện cả nước có tới khoảng 500 đơn vị sản xuất phân bón tổng hợp NPK các loại đáp
ứng 80% nhu cầu trong nước. Về thiết bị, công nghệ cũng như quy mô sản xuất cũng
có nhiều loại khác nhau. Từ thiết bị thô sơ đến các nhà máy hiện đại, từ vài trăm
tấn/năm đến vài trăm ngàn tấn/năm.
Kế hoạch trong năm tới cần đảm bảo nhu cầu phân bón trong nước đóng góp vào việc
bảo đảm an ninh lương thực quốc gia.

10


Đồ Án Chuyên Ngành

Bảng 1.2 Một số nhà máy sản xuất phân bón ở Việt Nam hiện nay

TT

Tập đoàn

Tên
Cty CP phân lân Ninh Bình
Cty phân bón miền Nam
Cty Supe phốt phát và Hóa chất
Lâm thao

1

Vinachem

Cty phân lân nung chảy văn điển
Cty phân bón Bình Điền
Cty phân bón hóa chất Cần Thơ
Cty phân đạm hóa chất Hà Bắc
Nhà máy đạm Ninh Bình
Cty TNHH MTV - VINACHEM
Tổng cty phân bón hóa chất dầu khí

2

3

PVN

Khác

Sản phẩm
FMP
NPK
SSP
NPK
SSP
NPK
FMP
FMP
NPK
NPK
NPK
Ure
Ure
DAP
Ure

Công suất
(tấn/năm)
300.000
150.000
200.000
300.000
750.000
700.000
140.000
270.000
150.000
500.000
200.000

180.000
560.000
330.000
800.000

Cty TNHH MTV phân bón dầu khí
Ure
800.000
Cà Mau
Tập đoàn quốc tê Năm Sao
NPK
300.000
Cty phân bón Ba Con Cò
NPK
200.000
Cty CP vật tư tổng hợp và phân bón
NPK
360.000
hóa sinh
Cty phân bón Việt Nhật
NPK
350.000
Nguồn: Thông tin thị trường

11


Đồ Án Chuyên Ngành

- Ngoài nước:

Hình 1.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ NPK tăng mạnh
Nguồn: FAO – World fertilizer trends and outlook to 2018
1.2. Kết luận về sự cần thiết phải đầu tư
- Qua phân tích, đánh giá về nhu cầu sử dụng phân bón của thị trường và năng lực sản
xuất của các đơn vị sản xuất trong nước, cho thấy khả năng sản xuất phân bón của
Việt Nam chưa đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu thị trường trong nước và chỉ xuất
khẩu được một số chủng loại phân bón urê, phân lân. Lượng phân nhập khẩu chủ yếu
chưa sản xuất được như SA, Kali, phân bón hợp chất hàm lượng dinh dưỡng cao.
- Đối với chủng loại NPK nhu cầu phân bón sẽ tiếp tục tăng trưởng là dự báo chung
của các tổ chức quốc tế cũng như hiệp hội phân bón Việt Nam, với sản lượng nhập
khẩu năm hàng năm lên đến 450.000 tấn, rõ ràng NPK một hạt đang chiếm ưu thế
trong tập tính canh tác người nông dân hiện nay, và tiềm năng phát triển trong tương
lai rất mang tính cạnh tranh.

12


Đồ Án Chuyên Ngành

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Công nghệ sản xuất NPK trên thế giới hiện nay rất đa dạng, có thể cho ra đời rất nhiều
thể loại sản phẩm với tỷ lệ dinh dưỡng khác nhau phù hợp với nhu cầu của thị trường.
Phương pháp được sử dụng để tạo hạt có tác động lớn đến việc thiết kế quy trình và
vận hành thiết bị. Do đó với việc có một kiến tức tốt về cơ chế của quá trình tạo hạt là
yếu tố then chốt để lựa chọn được quy trình phù hợp với điều kiện hiện hành.
Dưới đây là một trình bày tóm tắt và đánh giá ngắn gọn về các quy trình được sử dụng
phổ biến trên thế giới hiện nay.
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chọn lựa quy trình công nghệ.

* Địa điểm xây dựng nhà máy.
Việc lựa chọn được địa điểm xây dựng nhà máy có ảnh hưởng lớn tới tính kinh tế của
sản phẩm sau này. Nhà máy nên được xây dựng gần những nguồn nguyên liệu thô có
sẵn. Việc này sẽ tiết kiệm được một phần chi phí vận chuyển một quãng đường xa
nguyên liệu từ nơi khác đến.
Xu hướng hiện nay là các nhà máy nên được xây dựng trong những khu tổ hợp hóa
chất để có thể dễ dàng tận dụng sản phẩm, nhiệt, thải, … của nhau.
* Nguồn nguyên liệu đầu vào:
Các nguyên liệu đầu vào phải đảm bảo điều kiện:
- Đảm bảo mở rộng quy mô nhà máy sau này
- Giá thành rẻ, dồi dào
- Tính chất vật lý, hóa học cho phép sử dụng dễ dàng, an toàn, hòa tan tốt
- Thuận lợi cho quá trình trộn (phù hợp tính chất hóa lý của sản phẩm)
- Dễ dàng bảo quản, xử lý, vận chuyển, ít tác động môi trường xung quanh, …
2.2. Các quy trình công nghệ phổ biến hiện nay.
2.2.1. Phương pháp vật lý
2.2.1.1 Trộn nguyên liệu khô sử dụng hơi nước/nước
Các nguyên liệu được sử dụng bao gồm:
Nhóm cung cấp N: muối amoni (SA, DAP, MAP, nitrat amoni), Urê
Nhóm cung cấp P: FMP, SSP, TSP
Nhóm cung cấp K: muối K (KCl, K2SO4, …)

13


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 nguyên liệu khô 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 khô thường sử dụng máy sấy
thùng quay trước khi đưa sang máy sàng để loại bỏ những hạt không đạt kích thước
yêu cầu. Những hạt có kích thước quá 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 không 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 không 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 Chuyên Ngành

Hình 2.1 Quy trình trộn nguyên liệu khô [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 thô 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 thông thường từ 2 – 3 cm, và rộng 6 – 100cm [3]. Quá trình này xảy
ra không yêu 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 soát 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 công 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 không cần sấy hay làm nguội,
nguyên 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, không 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
không 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 Chuyên Ngành

Hình 2.3 Quá 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).
Quá 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 toán 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 không 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 khô 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:
• Quá 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 quá 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.
Quá trình phản ứng giữa amoniac khí hoặc lỏng với axit phosphoric diễn ra trong ống
phản ứng, nhiệt độ kiểm soát 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. Quá 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 không cần thiết, một dòng khí thổi qua thiết bị làm
nguội có thể đủ để sấy khô 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 soát 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 không 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 không 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 không khí thổi từ dưới đáy tháp lên.
Kích thước của các giọt được kiểm soát 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 yêu cầu, các hạt có kích thước quá 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:
+ Công 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.
+ Ngoài 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 không phụ thuộc độ ẩm
vật liệu, không 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 không hợp lí.
- Kích cỡ hạt không kiểm soát được hoàn toàn như trong phương pháp khác trên một
dải rộng.
- Kiểm soát 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 công suất nhỏ chi phí xây
dựng cũng ngang bằng nhà máy công 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 nguyên liệu
khô mà không 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 công đoạn chính sau: (1) Vận chuyển

nguyên 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 không có biện pháp phòng ngừa thích
hợp, sản phẩm phải luôn được giữ khô ráo.

22


Đồ Án Chuyên Ngành

Hình 2.8 Quy trình trộn đống
Nhận xét chung:
Công 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, công nghệ được
lựa chọn cho việc tính toán đồ án là sử dụng phương pháp trộn nguyên liệu khô 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 môi trường, giảm được chi phí xử lý môi 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 công đoạn chính sau:

24


Đồ Án Chuyên Ngành

Hình 2.9 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất

25