Thiết kế máy sấy thùng quay cho hạt vật liệu diammonium phosphat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Kỹ thuật Hóa Học

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Đề tài: thiết kế máy sấy thùng quay cho Diammonium phosphate
(DAP) (tại Công ty TNHH MTV DAP – VINACHEM)

Hà Nội - 12/201

LỜI MỞ ĐẦU
1


Thiết bị sấy đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Trong
lĩnh vực kĩ thuật hóa học, việc sấy các loại nguyên liệu như diamoni photphat (DAP)
là một trong những công đoạn cuối của quá trình để đảm bảo độ ẩm cho sản phẩm.
Với mục đích trước hết là để tìm hiểu về cơ chế và quá trình sấy, sau là tính
toán thiết kế một máy sấy thùng quay điển hình cho việc sấy vật liệu DAP. Thầy
TS.Tạ Hồng Đức đã tin tưởng và giao cho em đề tài “Thiết kế máy sấy thùng quay cho
diamoni photphat”.
Việt Nam là đất nước nông nghiệp nên nhu cầu sử dụng phân bón là rất lớn.
Diammonium phosphate (DAP) có công thức hóa học là (NH 4)2HPO4, cung cấp 2
thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là P 2O5 và Nitơ. DAP còn có thể
được sử dụng như một chất làm chậm cháy. Nó làm giảm nhiệt độ đốt cháy của vật
liệu. Nó chiếm thành phần khá lớn của một số sản phẩm chữa cháy. DAP cũng được
sử dụng như là một chất dinh dưỡng trong sản xuất rượu lên men và sản xuất bia rượu,
mật ong; làm phụ gia trong một số nhãn hiệu thuốc lá.
Thiết kế máy sấy thùng quay không phải là một đề tài mới, tuy nhiên để triển
khai được cần phải nắm vững các kiến thức chuyên ngành cũng như quá trình tìm hiểu
thực tế. Trong thời kì phát triển của công nghệ ngoài việc tính toán số liệu nhóm đồ án
còn sử dụng những phần mềm tính toán,thiết kế và mô phỏng để làm chính xác kết

quả.

2


MỤC LỤC

3


Chương 1: Tổng quan kĩ thuật sấy

1.1.Tổng quan về quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơi
nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt nhờ tác nhân
mang thải vào môi trường. Như vậy, vật liệu ẩm (VLA) trong kĩ thuật sấy (KTS) phải
là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước trong quá trình hình thành hoặc gia
công bản thân các vật liệu như các loại nông sản (lúa, ngô, đậu v.v…), giấy, vải sợi,
gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại v.v…
1.1.1.Vật liệu ẩm
Ẩm có mặt trong vật liệu được đánh giá về hai mặt : lượng ẩm và liên kết của
ẩm với vật liệu khô (VLK). Đánh giá về lượng ẩm người ta dùng các khái niệm về độ
ẩm. Đánh giá về liên kết của ẩm với VLK là các đặc trưng cơ-lý-nhiệt của VLA không
những phụ thuộc vào bản chất vật lí của VLK mà còn phụ thuộc vào cả độ ẩm và các
dạng năng lượng liên kết. Cũng chính vì năng lượng liên kết ẩm khác nhau mà các vật
liệu có cùng độ ẩm nhưng thời gian sấy có thể sẽ rất khác nhau.
ω
Để đánh giá về độ ẩm người ta dùng thông số độ ẩm tương đối ( ), độ ẩm tuyệt

đối (

ωk

), độ chứa ẩm (u), nồng độ ẩm (c).
Phân loại VLA tùy thuộc vào cấu trúc hang xốp và tính chất của các

thành ống mao dẫn người ta chia VLA ra làm ba nhóm chính:
1.Vật keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết
hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều,
nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột...
2.Vật xốp, mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản
hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễ dàng
làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v...

4


3.Vật keo xốp mao dẫn: các vật keo xốp mao dẫn như trên gọi là vật liệu vừa
có tính keo vừa có tính mao dẫn. Đại bộ phận các VLA thuộc loại này: gỗ, vải, giấy,
các nông sản v.v…
Liên kết ẩm với VLK dưới hai dạng lớn: liên kết hóa lý và liên kết cơ lý. Trong
đó ẩm liên kết hóa lý không thể khử được bằng các quá trình sấy mà chỉ có ẩm ở dạng
liên kết cơ lý là có thể tách khỏi vật liệu nhờ quá trình sấy. Vì vậy ở đây chúng ta
không đề cập đến năng lượng liên kết hóa lý mà chỉ thảo luận các dạng liên kết cơ lý:
Liên kết hấp phụ (adsorption connection)
Liên kết hấp phụ được xem là liên kết của một lớp cỡ phân tử trên các bề mặt
các hang xốp của vật liệu.
Liên kêt mao dẫn (connection capillary)
Liên kết mao dẫn là liên kết chủ yếu trong VLA. Lực liên kết mao dẫn xuất
phát từ sức căng bề mặt của dịch thể dính ướt. Do đó, nếu xem quá trình khử ẩm là quá

trình đẳng tích đẳng nhiệt thì năng lượng liên kết mao dẫn bẳng năng lượng cần thiết
để phá vỡ liên kết đó và bằng công kỹ thuật nhưng ngược dấu.
Liên kết thẩm thấu (Connection osmotic).
Liên kết thẩm thấu điển hình là liên kết của nước trong các dung dịch.
Trong 3 loại liên kết cơ lý: liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn và liên kết thẩm
thấu thì năng lượng liên kết mao dẫn là lớn nhất và bé nhất là năng lượng liên kết thẩm
thấu. Do đó, để tách ẩm trong các VLA có liên kết mao dẫn trong các quá trình sấy cần
một năng lượng lớn nhất.
1.1.2.Không khí ẩm
Về mặt nhiệt động không khí bao quanh chúng ta và thường làm tác nhân sấy
là hỗn hợp giữa không khí khô vầ hơi nước. Trong đó, không khí khô lại là hỗn hợp
của oxy, nitơ và một số khí khác CO 2, SO2…. Các khí CO2, SO2 … có thành phần
không đáng kể và có thể bỏ qua. Vì vậy, chúng ta xem không khí khô chỉ là hỗn hợp
của oxy và nitơ. Do nhiệt độ và áp suất không lớn nên trong KTS người ta xem oxy,
nitơ và hơi nước là những khí lý tưởng. Do đó hỗn hợp của chúng như không khí khô
và không khí ẩm là những hỗn hớp khí lý tưởng. Như vậy khi tính toán không khí ẩm
5


chúng ta sẽ sử dụng phương trình trạng thái cũng như các quy luật khác của khí lý
tưởng và hỗn hợp khí lý tưởng.
Các thông số cơ bản của không khí ẩm
1.Độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng hơi nước chứa trong một m 3
không khí ẩm. Vì thể tích của không khí ẩm cũng là thể tích mà hơi nước chiếm chỗ
nên độ ẩm tuyệt đối của khô khí ẩm cũng là mật độ hay khối lượng riên của hơi nước
trong không khí ẩm. Do đó, chúng ta kí hiệu độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm là ρ a
kg/m3, độ ẩm tuyệt đối của khối không khí ẩm bão hòa ρmax hay ρb.
2.Độ ẩm tương đối của không khí ẩm
Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρ a và độ ẩm

tuyệt đối cực đại ρmax. Ta kí hiệu là φ:
ρ=

ρa
ρ
hay ρ = a
ρ max
ρb

3.Lượng chứa ẩm
Lượng chứa ẩm d của không khí được đinh nghĩa là khối lượng tính bằng kg
hoặc gam của hơi nước chứa trong một kg không khí khô.
d=

Ga
kg  am / kg kk
Gk

Áp dụng định luật Dalton trong đó áp suất của hỗn hợp không khí khô và hơi
nước p bằng kí hiệu áp suất khí trời B ta được:
d=0.621

pa
kg  am / kg kk
B − pa

4.Entanpy của không khí ẩm
Trong kĩ thuật sấy entanpy I của không khí ẩm là entanpy của nó với một kg
không khí khô. Do đó entanpy của koong khí ẩm bằng:
6

I = ik + d .ia
I = 1, 004.t + d (2500 + 1,842.t ) kJ / kgkk

Hay
d=

I − 1, 004.t
2500 + 1,842.t

Nhiệt độ t, độ ẩm tương đối φ, lượng chứa ẩm d và entanpy I là bốn thông số
trạng thái cơ bản của không khí ẩm. Đương nhiên trong bốn thông số này chỉ có hai
thông số là độc lập. Chúng ta có thể sử dụng các quan hệ giải tích hoặc sử dụng đồ thì
I-d để xác định trạng thái cũng như các quá trình kĩ thuật liên quan đến không khí ẩm
như đốt nóng, làm lạnh, quá trình sấy hoặc các quá trình xử lí nhiệt ẩm trong điều hòa
không khí.
Thế sấy và nhiệt độ bầu ướt
Nếu ta cho nước bay hơi trong khối không khí chưa bão hòa hơi nước trong
điều kiện đoạn nhiệt thì trong suốt quá trình bay hơi nhiệt độ khối không khí giảm dần
và đến khi khối không khí bão hòa hơi nước thì hệ đạt trạng thái cân bằng khi đó nhiệt
độ của khối không khí không giảm nữa và bằng nhiệt độ của nước bay hơi, nhiệt độ
này gọi là nhiệt độ bầu ướt, kí hiệu là tư.
Nhiệt độ đọc được ở nhiệt kế bầu khô thường gọi là nhiệt độ bầu khô. Hiệu số
giữa nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ bầu khô đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không
khí được gọi là thế sấy ε. Như vậy thế sấy bằng:

ε = t − tu
Đồ thị I-d biểu diễn trạng thái không khí ẩm

7


Trên đồ thị I-d ta có thể tìm thấy 4 thông số trạng thái của không khí ẩm: độ ẩm
tương đối φ, nhiệt độ không khí t, lượng ẩm d và entanpy I. Trong đó đương nhiên chỉ
có hai thông số độc lập nhau còn hai thông số còn lại có thể tìm trên đồ thị.
1.1.3.Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từ
một nguồn nhiệt nào đó để ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt đi vào TNS hay
môi trường. Như vậy quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra đồng
thời. Trong lòng vật quá trình đó là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp. Như
vậy, có thể thấy bài toán truyền nhiệt truyền chất (TNTC) trong quá trình sấy gồm bài
toán TNTC bên trong và bài toán TNTC bên ngoài VLS.
Động học quá trình sấy
1.Đường cong sấy
Trong KTS người ta gọi quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân và thời gian
sấy biểu diễn bởi quan hệ là đường cong sấy
Đường cong sấy có thể chia làm 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn sấy. Khi quá
trình sấy bắt đầu VLS nhận được nhiệt lượng và ẩm trong lòng vật bắt đầu phá vỡ các
liên kết để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu thoát khỏi bề mặt VLS để
8


đi vào môi trường. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng rất nhanh để nhiệt độ bề
mặt vật đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt nhưng độ ẩm trung bình tích phân giảm không
đáng kể. Trên hình vẽ giai đoạn này được biểu diễn bởi đường cong AB. Người ta gọi
giai đoạn này là giai đoạn đốt nóng.
Sau giai đoạn đốt nóng nhiệt độ của vật hầu như không đổi nhưng độ ẩm trung
bình tích phân giảm rất nhanh và quan hệ ω tb=f(τ) gần như tuyến tính. Do đó tốc độ
thoát ẩm hay còn gọi là tốc độ sấy d(ωtb)/dτ=df(τ)/dτ=const. Vì vậy, người ta gọi giai

đoạn này biểu diễn bởi đoạn BC. Trong giai đoạn này bao nhiêu nhiệt lượng mà VLS
nhận được để phá vỡ các liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm tự do cùng liên kết thẩm thấu
và cung cấp năng lượng cho ẩm đã được phá vỡ di chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt
và từ bề mặt vào môi trường. Do đó, nhiệt độ của VLS hầu như không đổi.
Sau giai đoạn BC tốc độ sấy giảm dần và nhiệt độ VLS bắt đầu tiếp tục tăng khi
kết thúc quá trình sấy tiệm cận với đường thẳng biểu diễn giá trị của độ ẩm cân bằng
ωtb=ωcb. Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Trên hình giai đoạn này được
biểu diễn bởi đường cong CD. Trong giai đoạn này các liên kết bền vững hơn , khó
tách khỏi vật liệu như liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn cần một năng lượng lớn hơn
và ở một nhiệt độ cao hơn mới từ từ tách ra khỏi VLS. Vì vậy giai đoạn này nhiệt độ
vật tiếp tục tăng. Phần lớn các VLS thời gian của giai đoạn này lớn hơn rất nhiều tổng
thời gian của đoạn đốt nóng và giai đoạn tốc độ sấy không đổi cộng lại.

2.Đường cong tốc độ sấy
9


Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ d(ω tb)/dτ=df(τ)/dτ.
Nếu đường cong sấy ωtb=f(τ) được xác đinh bằng thực nghiêm nghĩa là hàm ω tb=f(τ)
cho dưới dạng đường cong thực nghiệm hoặc dưới dạng bảng thực nghiệm các giái trị
rời rạc.
1.1.4.Phương pháp xác định thời gian sấy
Thời gian sấy là một thông số công nghệ quan trọng. Thông thường thời gian
sấy được xác định theo 3 phương pháp lớn:
1.Phương pháp giải tích. Như đã giới thiệu, nếu bài toàn truyền nhiệt truyền
chất trong VLS với các điều kiện biên khác nhau ứng với các loại thiết bị sấy khác
nhau giải được bằng giải tích, nghĩa là tìm được phân bố độ ẩm theo không gian và
thời gian ω(x,y,z,τ) thì ta tìm được quan hệ giữa độ ẩm trung bình với thời gian ω=f(τ).
Nếu độ ẩm trung bình cuối quá trình sấy ω 2 được cho bởi yêu cầu công nghệ thì từ
quan hệ chúng ta có thể tìm được thời gian sấy τ. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của

bài toán phương pháp giải tích chưa có những ứng dụng cụ thể.
2.Phương pháp nửa lý thuyết nửa thực nghiệm. Phương pháp này dựa trên
những kết quả nghiên cứu giải tích đã được đơn giản nhờ những giả thiết trên cơ sở
phân tích động học quá trình sấy và sau đó kết hợp với số liệu thí nghiệm đơn giản để
tìm ra một biểu thức tường mình cho phép xác định thời gian sấy trong những trường
hợp cự thể nào đó.
3.Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp này dựa trên số liệu thí nghiệm
trong phòng thí nghiệm cho một VLS cụ thể với một TBS và chế độ sấy cụ thể. Với
những VLS thường gặp, thời gian sấy thường được xác định bằng kinh nghiệm sản
xuất.
1.1.5. Tổng quan về nhiên liệu đốt và tác nhân sấy
1.1.5.1. Nhiên liệu đốt
Dầu mazut, còn được gọi là dầu nhiên lệu hay dầu FO, là phân đoạn nặng thu
được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khi quyển và trong chân
không. Các dầu FO có điểm sôi cao. Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia dầu FO
thành dầu FO nặng và FO nhẹ.
10


Vì thế các đặc trưng hóa học của dầu mazult co những thay đổi đáng kể nhưng
không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu
và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.
Công dụng:
Dầu FO được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lò
nung, lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàu
biển…

11

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò (FO) theo TCVN 6239:2002.

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Phương pháp thử

FO
N01

Nhiệt
trị(phút)

Cal/g

ASTM
D240/ASTM
D4809
TCVN
6701:2000
ASTM D2622
TCVN
3753:1995/ASTM
D97
TCVN
6608:2000/ASTM
D3828/ASTM
D93

9800

TCVN
6324:2000/ASTM
D189/ASTM
D4530
TCVN
3753:1995/ASTM
D97
TCVN
2690:1995/ASTM
D482
TCVN
2692:1995/ASTM
D95
ASTM D473

Hàm lượng mg/kg
lưu
huỳnh
(tối đa)
Độ
nhớt mm 2
động học ở
50°C
℃
Điểmchớp
cháy cốc kín
(phút)
Cặn cacbon %

(tối đa)
Điểm đông ℃
đặc (tối đa)
Hàm lượng %
tro (tối đa)
Hàm lượng %
nước (tối đa)
Tạp
chất %
dạng hạt (tối
đa)
Khối lượng kg/m3
riêng

FO N02 FO NO2B FO NO3
(2.0S)
(3.5S)

2.0

2.0

3.5

3.5

87

180

380

6

16

22

12

24

66

0.15

0.35

1.0
0.15

TCVN 6594:2000 965
(ASTM D1298)

991

Bảo quản dầu FO:
• Dầu FO được tồn trữ ở thể lỏng trong các thiết bị chuyên dụng, các thùng
chứa phải được đậy kín.
12

• Tránh xa nguồn nhiệt và tầm với của trẻ em. Bảo quản nơi thoáng khí, tránh
hiện tượng tích tụ Hydro sulfua trong nhiên liệu. Sử dụng phương tiện bảo
hộ lao động khi tiếp xúc.
• Tránh làm rơi vãi, tràn đổ, rò rỉ trong quá trình vận chuyển, sử dụng vì
nhiên liệu sẽ gây tác hại lâu dài với môi trường.
• Cấm lửa, cấm hút thuốc lá, không được sử dụng các thiết bị điện xách tay,
thiết bị viễn thông không đảm bảo an toàn trong khu vực tổn chứa, bơm rót
dầu.
Dầu FO-R:
FO-R là sản phẩm chính trong quá trình sản xuất nhiên liệu từ cao su phế
thải bằng công nghệ của Nhật bản. Đây là công nghệ tiên tiến hàng đầu đang sử dụng
tại Nhật để tái chế cao su phế thải như vỏ xe, plastic…
Hiện nay, ở Việt Nam có xu hướng sử dụng dầu mazut FO-R thay cho dầu FO
thông thường bởi loại dầu FO-R có nhiều ưu thế hơn so với dầu FO thông thường:
•

Theo giá trên thị trường hiện nay thì giá dầu DO và FO đều cao hơn rất nhiều
so với giá dầu FO – R. Vì vậy, Sử dụng FO – R sẽ tiết kiệm được chi phí sản xuất.

•

Dầu FO-R hoàn toàn dễ đốt vì độ nhớt thấp và điểm chớp cháy cốc kín thấp.
Bên cạnh đó, hàm lượng nước và tạp chất cũng rất thấp nên lại càng dễ đốt hơn.
Bạn có thể tham khảo bảng số liệu trên.

•

Độ ăn mòn thiết bị của FO cao hơn của FO – R do hàm lượng lưu huỳnh trong

FO (2.0 hoặc 3.5% KL) cao hơn so với FO – R (chỉ 0.6% KL)

•

Dùng FO – R để làm nhiên liệu đốt cho các ngành như lò hơi, sản xuất kính, đốt
rác thải, asphalt, nung gốm sứ, nấu nhôm hoặc đồng... Việc sử dụng không cần
phải thay đổi thiết bị, chỉ cần cân chỉnh lại một số thông số trên đầu đốt.

•

Dầu FO và FO-R đều có cấu tạo là Hydrocacbon, nên việc trộn chung không có
vấn đề gì mặt hóa học. Dầu FO có tỷ trọng cao hơn nên vẫn nằm dưới, còn dầu
FO-R có tỷ trọng thấp hơn nên nằm trên. Dầu FO được đốt hết thì kỹ thuật đốt lò
sẽ giảm dần nhiệt độ xông dầu để bắt đầu chuyển sang đốt dầu FO-R. Khi chỉ còn
dầu FO-R thì có thể tắt.

13


1.1.5.2. Tác nhân sấy khói lò
Ưu điểm: sấy bằng khói lò: - có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một
khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-1000 o C và ở nhiệt độ thấp 70-90 o
C hoặc thậm chí 40-50 .
. - cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt.
- đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife.
- giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống.
- nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị
Nhược điểm:
- gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị.
- có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết ảnh

hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.
Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng. Trong một số
trường hợp người ta có thể dùng để sấy một số hạt nông sản. Ngoài ra người ta còn có
thể sử dụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo thành tương đối sạch, tuy nhiên do
thành phần khói vẫn có hàm lượng ẩm và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cần
phải tiếp tục được làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm.
1.1.6. Phương pháp sấy
1.1.6.1. Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng TNS và VLS được đốt nóng. Do đó, HTS thường
được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:
1.HTS đối lưu. Trong HTS này, VLS nhận nhiệt băng đối lưu từ một dịch thể
nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Đây là loại HTS phổ biến hơn
cả. Trong HTS đối lưu người ta lại phân ra các loại: HTS buồng, HTS hầm, HTS thùng
quay, HTS tháp, HTS khí động…
2.Hệ thống sấy tiếp xúc. Trong HTS tiếp xúc VLS nhận nhiệt từ một bề mặt
nóng. Như vậy, trong ccacs HTS tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ

14


tăng phần áp suất hơi nước trên bề mặt VLS. Trong này người ta thường gặp HTS lô,
HTS tang…
3.HTS bức xạ. Trong HTS bức xạ, VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm
dịch chuyển từ trong lòng VlS ra bề mặt và từ bế khuếch tán vào môi trường. Trong
HTS bức xạ người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa VLS và môi trường
chỉ bằng cách đốt nóng vật.
4.Các HTS khác: Ngoài ba HTS đối lưu tiếp xúc, trong các HTS nóng còn có
HTS dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật.
1.1.6.2.Phương pháp sấy lạnh
1.HTS lạnh ở nhiệt độ t<0. HTS lạnh loại này hoàn toàn giống như trong các

HTS nóng. Điều khác nhau ở đây chỉ là cách làm giảm phần áp suất hơi nước bằng
cách giảm nhiệt độ của VLS.
2.HTS thăng hoa. HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp
biến thành hơi đi vào TNS thường gọi là sấy thăng hoa. Trong HTS thăng hoa, người
ta tạo ra môi trường trong đó nước trong VLS ở dưới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ của
vật liệu T<273K và áp suất p< 610Pa. Khi đó, nếu VLS nhận nhiệt lượng thì nước
trong VLS ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nước và đi và TNS.
3.HTS chân không. Nếu nhiệt độ VLS nhỏ hơn 273K nhưng áp suất TNS bao
quanh vật p>610 Pa thì khi VLS nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước ở thể rắn
không chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào TNS mà trước khi biến thành hơi đi vào
môi trường nước ở thể rắn phải chuyển quâ thể lỏng.
Do tính phức tạp nên các HTS chân không,HTS thăng hoa và HTS lạnh chỉ
dùng sấy VLS quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao.Vì vậy các HTS này không phổ
biến.
1.1.6.3. Phương pháp chọn hệ thống sấy

15


Nhiệt độ tối đa của sản phẩm <30oC

Yes

No
Oxi hóa không khí trong quá trình

Yes

sấy
No

Ẩm ô nhiễm hoặc rắn
No

Yes

Cho phép sấy kiểu tầng sôi
No
Yes

Hơi dễ cháy
No

Yes

Yêu cầu khuấy trộn

Yes

Yes
Yêu cầu

Khuấy trộn nhẹ

Yes

No

khuấy trộn

Khuấy trộn bình thường

No

Yes

No

Sấy tầng sôi

Sấy kiểu đĩa

Sấy trong bể

Sấy chân

Sấy chân

Sấy chân

Tumbler

(Tần sôi có

Hình b

khuấy trộn

không kiểu

không có

không có

Hình g

đĩa

khuấy trộn

khuấy trộn

Hình d

Khoảng 75

Khoảng 10

min-1

min-1

thể tạo hạt)
Hình a

Hình c

16


17

18


19


1.2.Tổng quan vật liệu sấy.
1.2.1 Tổng quan về Diammonium phosphate (DAP)
Diammonium phosphate (DAP) có công thức hóa học là (NH4)2HPO4, cung
cấp 2 thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là P 2O5 và Nitơ. Do có
2 thành phần dinh dưỡng được hình thành bởi phản ứng hóa học nên tên gọi đầy đủ
là phân bón phức hợp Diammonium phosphate, viết tắt là DAP. DAP còn có thể
được sử dụng như một chất làm chậm cháy. Nó làm giảm nhiệt độ đốt cháy của vật
liệu. Nó chiếm thành phần khá lớn của một số sản phẩm chữa cháy. DAP cũng
được sử dụng như là một chất dinh dưỡng trong sản xuất rượu lên men và sản xuất
bia rượu, mật ong; làm phụ gia trong một số nhãn hiệu thuốc lá.
Với phân DAP phù hợp cho các loại cây trồng và thổ nhưỡng Việt Nam;
khác hẳn với phân đơn thông thường có tính kiềm hoặc tính axit thì phân DAP được
hình thành trên cơ sở phản ứng trung hòa nên nó là trung tính tốt cho cây và không
ảnh hưởng đến thổ nhưỡng. Có thể bón trực tiếp cho các loại cây từ cây lương thực
như lúa ngô khoai sắn đên cây công nghiệp như cà phê, hạt tiêu.. phù hợp với cả cây
ăn quả, cây cho hoa, cây lấy lá, cây cảnh ...
Nhu cầu phân bón nước ta là khá lớn. Việc đáp ứng đủ nhu cầu trong nước và
có thể xuất khẩu ra nước ngoài đang là nhiệm vụ của ngành sản xuất phân bón nước
ta hiện nay.
1.2.2. Tính chất lý hóa
Trạng thái vật lý: hạt rắn, màu trắng, tan trong nước ở 20 oC là 588g/l, độ pH
(với dung dịch 1%) là 8, khối lượng riêng là 1619kg/m 3 ở 20oC, DAP có đầy đủ tính

chất của một muối chứa gốc bazo yếu và axit yếu, nó không có khả năng phản ứng
với những vật liệu thông thường nên dễ bảo quản.
Tính độc hại: có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người khi tiếp xúc lâu như
nếu tiếp xúc với mắt gây đau, đỏ, mờ mắt; khi hít phải sẽ có cảm giác đốt nóng, thở
nhanh, ho, đau cổ họng; nuốt phải có cảm giác nóng rát, sốc, bất tỉnh. Do đó cẩn
tuân thủ các biện pháp an toàn lao động một cách nghiêm chỉnh.

20


1.2.3 Phân loại
Tùy thuộc vào tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) %, DAP được chia
thành 2 loại như sau:
-

Loại đặc biệt, tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) là 64 %.

Ký hiệu: DAP 18-46 hoặc DAP 16-48, trong đó18 hoặc 16 là hàm lượng nitơ
tổng; 46 hoặc 48 là hàm lượng phospho hữu hiệu.
-

Loại 1, tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) là 61 %.

Ký hiệu: DAP 16-45, trong đó16 là hàm lượng nitơ tổng; 45 là hàm lượng
phospho hữu hiệu.
1.2.4 Sản xuất DAP (tại Công ty TNHH MTV DAP – VINACHEM)
1.2.4.1. Thông số nguyên liệu và sản phẩm:
Nguyên liệu:
Axit photphoric

-

Đặc %

Loãng%

P2O5 min

52

25

CaO

0,35

0,18

MgO

0,92

0,46

SiO2

1,0

1,0

Fe2O3

1,5

0,91

Al2O3

1,5

1,0

F

1,0

1,0

SO3

2,5

2,0

Amoniac khan lỏng:
Hàm lượng tối thiểu : 99,8%.
Độ ẩm tối đa

: 0,5%.

Áp suất

: 1,2 MPa.
21


Nhiệt độ
-

: -330C.

Hóa chất bổ sung và vật liệu phụ:
Chất khử bọt.
Dầu phủ, dầu mazút.
Nước công nghiệp.
Khí đo lường, khí nén CN và hơi LP/MP.
Sản phầm:
Chất lượng sản phẩm công bố trên thị trường của phân bón DAP là:
-

Hàm lượng N2
Hàm lượng P2O5
Lượng ẩm tối đa
Kích thước

: 16%.
: 45%.
: 2,5%.
: 2 - 4 mm.

1.2.4.2 Lưu trình công nghệ:
Mô tả lưu trình:
Axit photphoric nồng độ 50 - 52% P2O5 sẽ được bơm từ các thùng ở kho
chứa tới nhiều vị trí khác nhau trong phân xưởng như thùng chứa của phản ứng ống,
thùng chứa rửa khí sơ bộ, thùng chứa rửa khí và thiết bị phản ứng tiền trung hòa.
Trên 10% trong tổng số lượng P2O5 có thể được cung cấp bằng axit photphoric 25%
P2O5 vào thùng rửa khí.
Amoniac lỏng sẽ được bơm tới thiết bị phân ly và tới thiết bị đốt nóng
amoniac, để làm nóng amoniac lỏng theo tiêu chuẩn qui định của ống phản ứng và
hệ thống amoniac.
Axit sunphuric thường được dùng như nguyên liệu thô duy nhất để điều
chỉnh. Axit sunphuric được bơm từ thùng chứa axit sunphuric và thông thường sẽ
được đưa vào thiết bị phản ứng tiền trung hòa, và thùng đựng sản phẩm của thiết bị
phản ứng tiền trung hòa và thiết bị lọc khí thải.
Sản phẩm được nạp tới phễu chứa dầu tràn nằm ở phía trên đỉnh của băng tải.
Nó được vận chuyển từ tới thang máy gầu nâng và tiếp tục được nạp tới phễu tiếp
liệu. Công suất nạp tiếp liệu là 20 m3/h, và được trang bị bằng bộ kích hoạt phễu
22


tiếp nhiên liệu để tránh sản phẩm bị phình nở và tích tụ ở bên trong. Điểm khử bụi
được đặt ở trên đầu của phễu tiếp liệu để tránh bụi thải ra ngoài. Mức độ chứa ở
phía bên trong của phễu tiếp liệu được điều khiển bằng cân cell và sẽ chuyển các
chỉ số trọng lực sang mức phần trăm.
Thiết bị cân của phễu tiếp liệu (được đo bằng cảm biến tải trọng) sẽ được
chuyển thành số đo mức, với chỉ số báo động cao hoặc thấp. Chỉ số báo động cao,
được báo hiệu cục bộ, sẽ khuyên nhà vận hành không nạp thêm nữa. Ngoài công tắc
có mức báo động cao được cài đặt, để kích hoạt khoá liên động của phần nguyên
liệu thô, dừng băng tải tiếp liệu.
Dưới thùng còn có một băng tải tiếp liệu kiểm soát tốc độ để điều chỉnh việc

tiếp liệu trong qui trình này, gồm có một cân tự động điện tử có thể tự động đo và
điều chỉnh lượng nạp từ hệ thống DCS của phòng điều khiển. Khi phễu tiếp liệu đã
được cấp ở trên loading cells, chúng sẽ cung cấp các chỉ số phụ về lượng tiếp liệu
thực cần nạp vào hệ thống hạt tuần hoàn.
Những nguyên liệu rắn từ bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ được gom lại
băng tải tuần hoàn, tại đây chúng sẽ gom những nguyên liệu rắn đã được tái chế,
được thải ra từ một số điểm của phân xưởng, rồi sau đó sẽ chuyển chúng tới sàng
hạt thông qua một gầu nâng.
Quá trình trung hòa:
Nguyên lý chung:
Dựa trên phản ứng trung hoà giữa amoniac với axit photphoric và lượng nhỏ
axit sulfuric:
H2SO4 + 2NH3(l) → (NH4)2SO4 (AMS) + 1500 kcal/kg

(1)

H2SO4 + 2NH3(g) → (NH4)2SO4 (AMS) + 1800 kcal/kg

(2)

H3PO4 + NH3(l) → NH4H2PO4 (MAP) + 1200 kcal/kg ; N/P = 1

(3)

H3PO4 + NH3(g) → NH4H2PO4 (MAP) + 1500 kcal/kg ; N/P = 1

(4)

NH4H2PO4 + NH3(l) → (NH4)2HPO4 (DAP) + 900 kcal/kg; N/P = 2

(5)

NH4H2PO4 + NH3(g) → (NH4)2HPO4 (DAP) + 1200 kcal/kg; N/P = 2 (6)
23


Phản ứng đầu tiên luôn xảy ra trong ống phản ứng, trong khi đó phản ứng
thứ hai xảy ra trong hệ thống rửa khí và thiết bị phản ứng tiền trung hòa.
Phản ứng (3) thường xảy ra trong ống phản ứng. Khi amoniac ở trạng thái
hơi, phản ứng (4) sẽ xảy ra trong hệ thống rửa khí và thiết bị phản ứng tiền trung
hòa.
Phản ứng (5) xảy ra trong ống phản ứng và thùng tạo hạt. Phản ứng (6), phản
ứng cuối cùng chỉ xảy ra ở thiết bị phản ứng tiền trung hòa.
Phản ứng (1) và (2) mạnh hơn các phản ứng còn lại, vì amoniac có xu hướng
như sau: đầu tiên nó sẽ phản ứng với axit sulfuric, rồi khi phản ứng trung hoà giữa
hydro của axit sulfuric đầu tiên kết thúc thì phản ứng tiếp theo mới xảy ra.
Ngoài các phản ứng chính nêu trên, những phản ứng phụ khác cũng xảy ra,
giữa amoniac, axit photphoric và một số tạp chất. Hơn 100 sản phẩm được tạo ra từ
những phản ứng khác nhau, hàm lượng từ mức ppm đến 1% axit photphoric.
Thiết bị phản ứng tiền trung hòa:
Phản ứng giữa amoniac và axit photphoric xảy ra trong thiết bị phản ứng tiền
trung hòa. Thùng phản ứng này có trang bị cánh khuấy để loại bỏ lượng bọt và cải
thiện việc hấp thụ amoniac, đồng nhất nhiệt độ và duy trì hàm lượng rắn trong khi
dừng.
Hai máy bơm của thiết bị phản ứng tiền trung hòa với đường ống có vỏ bọc
hơi và hệ thống đo lường độc lập sẽ được cung cấp để tạo ra một số lượng bùn của
amoniphotphat ổn định từ thiết bị phản ứng tiền trung hòa tới thùng tạo hạt. Ngoài
ra còn có một đường dẫn hồi lưu chung của cả hai bơm là loại máy bơm có công
suất thay đổi, được điều khiển bằng bộ điều khiển biến tần, do vậy có thể không
cần phải sử dụng van điều khiển.

Thiết bị bốc hơi thấp áp với công dụng làm làm sạch thiết bị phản ứng tiền
trung hòa, máy bơm bùn và đường ống của nó. Thiết bị này sẽ được nối với tất cả
các ống phun amoniac và đường ống của máy bơm bùn từ máy bơm đến thùng tạo
hạt. Bơm này vận hành theo yêu cầu, khi đó cần sử dụng amoniac lỏng thay cho hơi

24


nước. Thiết bị phản ứng tiền trung hòa này nếu cần thiết có thể vận hành bằng NH 3
lỏng thay cho NH3 khí.
Chỉ tiêu công nghệ:
-

Nhiệt độ
: 110 -1200C.
Tỷ lệ phân tử N/P : 1,4 -1,55.
Axit photphoric : 42 – 45% P2O5.
Hàm lượng P2O5 trong khoảng 40 – 43%.
Hàm lượng rắn không lớn hơn 87%.
Tỉ lệ N/P của bùn amoniphotphat trong thùng không

-

lớn hơn 1,55.
Nhiệt độ thùng phản ứng trong khoảng 100 – 1250C.

Thiết bị phản ứng ống:
Phản ứng giữa amoniac lỏng và axit photphoric diễn ra trong ống phản ứng,
gồm có một đầu trộn và ống phân phối nước, phần cuối sẽ được nối trực tiếp với
phía bên trong phần quay của thùng tạo hạt.

Axit được nạp vào trong ống phản ứng sẽ được tạo thành bằng hỗn hợp trộn
axit photphoric thô cấp thẳng vào thùng phản ứng (trước đó không được sử dụng
trong quá trình rửa khí) cộng với tỷ lệ hỗn hợp axit photphoric và sulfuric trong hệ
thống rửa khí.
Ống phản ứng được trang bị với bộ điều chỉnh lưu lượng amoniac và axit;
axit được nạp vào nhờ các bơm của ống phản ứng với tốc độ được điều chỉnh bằng
máy biến tần (một máy dự trữ), do vậy có thể sử dụng hoặc không cần van điều
khiển đường dẫn axit.
Hệ thống làm sạch tự động liên động sẽ được cấp để phun tia nước cho ống
phản ứng với hơi trung áp 1MPa, sử dụng trong trường hợp bị ngắt điện đột ngột
hoặc phun nước rửa định kỳ. Trong trường hợp cuối, hoạt động phun nước chỉ kéo
dài không quá một phút, rồi sau đó sẽ tự động hoạt động trở lại mà không cần dừng
phần cuối của thiết bị. Ngoài ra còn bố trí thêm một thiết bị chuyển mạch của khoá
liên động có thể đặt ở ba vị trí mà có thể tự động tắt ngắt nguồn cung cấp axit và
amoniac bất kể có nạp hơi hay không.
Chỉ tiêu công nghệ:
25