Tiểu luận Sản xuất phân supe photphat

LỜI MỞ ĐẦU Sau một thời gian tìm hiểu và góp ý của thầy cùng các bạn nhóm gồm các thành viên : 1. Vũ Tiến Nhiên 2. Phạm Duy Khánh 3. Lê Thanh Trường 4. Nguyễn Việt Anh. Đã hoàn thành tiểu luận của môn Quá Trình Sản Xuất với đề tài về :“ Sản xuất phân supe photphat”. Rất mong được sự đóng góp thêm của thầy cùng các bạn! Tài liệu sử dụng: Công nghệ hóa học vô cơ (NXB KH—KT) : -Trần Hồng Côn - Nguyễn Trọng Uyển Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ :- La Văn Bình -Trần Thị Hiền Giáo trình công nghệ xử lý nước thải : -Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga 4. các trang web : www.cuctrongtrot.gov.vn www.phanbonmiennam.vn www.vinachem.com.vn 1.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SƠ LƯỢC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPEPHOTPHAT A. Tình hình sản xuất supe photphat Trên thế giới : Do dân số thế giới ngay càng tăng, nhu cầu lương thực cho con người cũng tăng theo.Để giải quyết vấn đề này nền nông nghiệp phải được thâm canh.Trong 30 – 35 năm qua diện tích đất nông nghiệp không tăng đáng kể. Trong những năm 90 diện tích đất lại còn giảm đi . Tuy nhiên sản phẩm ngũ cốc và cây có dầu vẫn tăng cùng với tăng nhu cầu phân khoáng. Mỗi loại cây trồng có một nhu cầu phân bón riêng: Cây trồng Urê (kg/ha) Supe lân (kg/ha) KCl (kg/ha) Lúa 130 200 50 Khoai tây 260 300 225 Cà chua 410 450 210 Bắp cải 240 325 275 Cà phê 260 500 100 Chè 312 355 103 Caosu được 4 năm 160 270 (apatit) 43 Công nghệ phân supe dựa trên các nguồn quặng photphat và các nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric. Các mỏ quặng photphat trên thế giới phân bố không đều. Hầu như ở Tây Âu không có mỏ quặng photphat trong khi đó 80% trữ lượng của thế giới lại tập trung ở Bắc Phi và Cận Đông. Mỹ, Nga, Trung Quốc cũng có nhiều mỏ photphat. Tuy nhiên không phải nước nào có nhiều mỏ quặng là có khả năng sản xuất nhiều mà khả năng sản xuất còn phụ thuộc vào trình độ công nghệ. Sản lượng supe lân toàn cầu tăng không ngừng. Các nước Châu á, đặc biệt là Trung Quốc năng lực sản xuất đã tăng lên. Do nhu cầu cần nhiều phân supe mà Trung Quốc đã liên doanh sản xuất với Tuynidi và Gioocdani. ở Mỹ phân bón chủ yếu là loại DAP, và DAP chắc chắn sẽ thay thế phân lân supephotphat. Do có hiệu quả cao mà DAP được Mỹ xuất khẩu đi nhiều và nhu cầu supephotphat ở ấn độ, trung quốc và các nước khác giảm đi. Về chính phủ các nước đó cũng có các biện pháp bảo hộ đặc biệt để duy trì các hoạt động của các nhà máy sản xuất supe photphat. Vào đầu thế kỷ 21, nhu cầu phân bón hàng năm tăng 2.5% còn phân lân tăng 2.8%. Do vậy các nhà máy mới đã được xây dựng ở gần các nơi có mỏ quặng. Có một xu hướng mới là người ta sẽ xây dựng các nhà máy phân bón ở các nước sản xuất với sự góp vốn của các nước khác có nhu cầu. Công nghiệp phân bón nói chung vẫn còn sức hấp dẫn với các nhà đầu tư. Việc phân bố không đều (về mặt địa lý) các nguồn nguyên liệu và các trung tâm sản xuất sẽ kích thích thương mại và kinh doanh. Trung Quốc và ấn độ có vai trò quan trọng và chiếm một tỷ trọng khá lớn trong ngành phân khoáng nói chung và phân supe photphat nói riêng của toàn cầu. Tuy nhiên Mỹ vẫn là nước dẫn đầu trong sản xuất phân khoáng đặc biệt là phân DAP và phân hỗn hợp NPK. Tại Việt Nam : Khả năng sản xuất phân bón supe của nước ta năm 2008 ước tình: 1 triệu tấn supe lân, trong đó công ty supe photphat và hóa chất Lâm Thao gần 820 nghìn tấn và nhà máy Long Thành thuộc công ty phân bón miền Nam gần 180 nghìn tấn. Tính đến 30/12/2007, cả nước có gần 300 cơ sở, công ty, xí nghiệp và các nhà máy sản xuất phân bón, 35 nhà nhập khẩu, 20 văn phòng đại diện kinh doanh phân bón nước ngoài tại Việt Nam. Thị trường phân bón bị buông lỏng, chưa có luật pháp về phân bón. Gần 60% cơ sở sản xuất phân bón thiếu tiêu chuẩn về công nghệ. Một số đơn vị sản xuất nhỏ đã lợi dụng tình hình thị trường biến động, giá cả leo thang để sản xuất phân bón giả, kém chất lượng và nhái mẫu mã bán ra thị trường với giá rẻ hơn so với các nhà sản xuất có công nghệ tiên tiến. Điều này đã làm thiệt hại cho nông dân và nhà sản xuất đồng thòi cũng gây rối loạn thị trường. Supephotphat được sản xuất trực tiếp từ quặng photphat và axit sunfuric.Quặng photphat là loại khoáng vật tự nhiên sẵn có tại Việt Nam: mỏ apatit ở Lào Cai có trữ lượng khoảng 811 triệu tấn và khoảng 50 triệu tấn tại các khu vực khác như ở sông Phát ( Bắc Bộ) , sông Bo (miên Nam). Điển hình có 2 nhà máy sản xuất ở hai miền : 1.công ty supephotphat và hoá chất Lâm Thao: Công ty có 2 xí nghiệp sản xuất supe photphat là xí nghiệp supe 1 và xí nghiệp supe 2.Xí nghiệp supe 1 có công suất thiết kế ban đầu là 100.000 tấn/năm, sau đó, do nhu cầu sử dụng phân bón ngày càng tăng nên xí nghiệp đã nâng công suất, cải tạo thiết bị lên 400.000 tấn/năm đồng thời mở rộng thêm xí nghiệp supe số 2 năm 1984 với công suất hơn 200.000 tấn/năm. Ngoài sản phẩm là supe đơn, xí nghiệp còn sản xuất thêm sản phẩm phụ từ chất thải của quá trình là Na2SiF6 (trừ sâu công nghiệp) để bán ra thị trường với hàm lượng không nhỏ hơn 95%.. 2. Nhà máy supe photphat Long Thành : Khu vực miền Nam chiếm hơn 50% diện tích đất nông nghiệp của cả nước như vậy việc hình thành và phát triển một nhà máy cung cấp phân lân cho cả vùng là hết sức cần thiết. Công suất thiết kế ban đầu gồm 2 dây chuyền sản xuất chính: Axit sulfuric : 40 000 tấn/năm Supe photphat đơn : 100 000 tấn/năm Nhà máy sản xuất và tiêu thụ supe lân, axit sunfuric và một số hóa chất khác… Hiện nay nhà máy đã cung cấp phân supe cho các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long, miền Đông Nam Bộ, miền Trung và Tây Nguyên.Ngoài ra nhà máy đã từng bước nghiên cứu và sản xuất ra nhiều sản phẩm supe lân để đáp ứng nhu cầu của khách hàng từng khu vực. B. Sơ lược về các công nghệ sản xuất supephotphat Định nghĩa: Supephotphat là một loại phân lân tên thương mại là phân supe có chứa hàm lượng dinh dưỡng P2O5 hòa tan trong nước là chủ yếu. Còn có thêm một ít P2O5 tan được trong Xitrat amon hoặc axit xitric gọi chung là P2O5 hữu hiệu của supe. Tùy theo hàm lượng của P2O5 trong sản phẩm có thể chỉa thành 2 loại: Supephotphat đơn: có chứa P2O5 hữu hiệu tổng cộng nhỏ hơn hoặc bằng 19% Supephotphat kép: chứa hàm lượng P2O5 cao gần gấp đôi supephotphat đơn. Trong cả 2 loại phân bón supe đơn và kép đều có chứa một phần P2O5 không bị phân hủy của nguyên liệu, một phần ẩm của nước chưa bay hơi cùng một phần H3PO4 chưa phân hủy hết gọi là P2O5 tự do trong sản phẩm hay do thủy phân của các sản phẩm tạo ra theo phản ứng: Ca(H2PO4)2 + H2O —> CaHPO4 + H3PO4 Sản xuất supephotphat đơn sử dụng H2SO4 để phân hủy quặng. Sản xuất supephotphat kép sủ dụng H3PO4 để phân hủy quặng. Cơ sở lý thuyết: Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất supe photphat đơn là phản ứng chuyển hóa apatit bằng axit sunfuric. Thực chất quá trình chuyển hóa này là sự xảy ra gần như đồng thời hai phản ứng hóa học: 1, Phản ứng trao đổi giữa axit sunfuric và apatit để hình thành axit photphoric 2, Phản ứng tạo supe photphat từ axit photphoric và apatit. Gộp 2 quá trình này lại ta có phương trình: 2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 6,5H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4.0,5H2O + 2HF 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT & PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM 2.1 Sơ đồ sản xuất supephotphat đơn và các thiết bị chủ yếu 2.1.1 Yêu cầu quặng apatit→? - Thành phần của quặng đưa vào sản xuất supe phải đảm bảo yêu cầu tạp chất thấp, hàm lượng P2O5 cao. - Cỡ hạt của quặng đảm bảo đạt lọt sàng 0,15mm hoặc nhỏ hơn. - Độ ẩm không quá cao < 1%. 2.1.2 Axit sunfuric - Nồng độ axit phải thích hợp, thường từ 58% đến 68% tùy nhiệt độ môi trường - Lượng axit thực tế đưa vào phản ứng cao hơn lý thuyết 5-10%. - Nhiệt độ ban đầu của axit khoảng 55- 600C, tùy theo nhiệt độ môi trường. 2.1.3 Phân giải quặng phốt phát bằng H2SO4 trong thiết bị phản ứng Trong sản xuất supe photphat đơn thì hai giai đoạn 1 và 2 tiến hành kế tiếp nhau chứ không thể đồng thời vì không thể có sự tồn tại đồng thời của axit H2SO4 và Ca(H2PO4)2 có trong dung dịch nước. Nếu chúng cùng tồn tại thì sẽ có phản ứng: Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H3PO4 Sau đây lần lượt giới thiệu từng giai đoạn 2.1.4 Giai đoạn 1 của phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng Khi bắt đầu trộn axit với quặng phốt phát đầu tiên phản ứng xảy ra trên bề mặt các hạt quặng phốt phát có dư H2SO4 để tạo thành H3PO4 theo phản ứng Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,5 H2O = 3H3PO4 + 5CaSO4.0,5H2O + HF Phản ứng xảy ra ngay khi trộn quặng với axit trong vòng từ 20 đến 40 phút. Lúc này canxi sunphat tạo ra ở dạng CaSO4.0,5H2O rồi nhanh chóng chuyển thành dạng khan ổn định vì đang có nhiệt độ cao từ 110 đến 120OC và nồng độ P2O5 lớn (42-46%) khi giai đoạn 1 kết thúc. Hình 1.ảnh hưởng của nhiệt độ và %P2O5 đến sự kết tinh của Canxi sunphat (CaSO4 khan là dạng chủ yếu của Canxi sunphat nằm lại trong supe photphat) Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn 1 2.1.4.1 Lượng axit H2SO4 tiêu chuẩn Là lượng axit H2SO4 100% cần thiết để phân hủy 100 đơn vị Kg bột quặng phốt phát. Có thể dựa vào các phản ứng xảy ra trong giai đoạn 1 để tính lượng axit tiêu chuẩn lý thuyết khi đã biết thành phần của quặng gồm cả các tạp chất chứa trong đó.Ta sẽ tính được lượng H2SO4 tiêu chuẩn cho 100 Kg quặng phốt phát khô. 2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4 + 2HF Như vậy theo phản ứng ta có 3P2O5 cần 7H2SO4 3 x 142 = 426 cần 7 x 98 = 686 Vậy mỗi đơn vị P2O5 cần 1.61 đơn vị H2SO4 100% CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O 98 Vậy mỗi đơn vị CaCO3 cần 0.98 đơn vị H2SO4 100% Thực tế khi tính toán hàm lượng các chất và tạp chất cũng chỉ tính cho các phần chủ yếu còn các phần khác tiêu hao lượng axit H2SO4 không đáng kể và tiêu hao đó cũng không vượt quá lượng HF tạo thành khi phân hủy quặng cũng tham gia vào quá trình phân hủy quặng phốt phát. Trong thực tế để đảm bảo thỏa mãn nhu cầu phân hủy cần lấy dư axit so với lý thuyết từ 6 đến 10%. 2.1.4.2 Nồng độ axit H2SO4 Hình 2. Sự phụ thuộc mức độ phân hủy quặng vào nồng độ H2SO4 Tốc độ phân hủy của quặng phốt phát phụ thuộc vào hoạt độ của axit và tốc độ quá bão hòa của sản phẩm phản ứng gây nên.Trên hình 2 chỉ dạng tổng quát sự phụ thuộc mức độ phân hủy phốt phát vào nồng độ axit H2SO4 ban đầu (theo cùng một thời gian).Do vậy cần phải có một khu vực nồng độ axit thích hợp. Tùy theo điều kiện sản xuất, chất lượng quặng, nhiệt độ phân hủy…mà chọn nồng độ axit thích hợp. Ví dụ với Lào Cai sản xuất supe phốt phát theo phương pháp liên tục thì nồng độ axit H2SO4 nên là 66-67% về mùa đông và 65% về mùa hè. 2.1.4.3 Nhiệt độ axit Thông thường được xác định tùy thuộc vào nồng độ axit, cụ thể, với axit 61% là 65 – 75OC. Với axit 64 – 68% là 50 – 60OC. 2.2 Điều chế và trung hoà đợt 1. Quặng apatit nguyên khai sau khi sấy nghiền có độ ẩm 1,5 – 3% H2O và cỡ hạt 95% qua sàng 0,16mm và quặng tuyển sau sấy, sàng (hay nghiền) có độ ẩm 10 – 14% H2O và kích thước cỡ 0,074mm được vận chuyển vào bunke trung gian bộ phận điều chế. Axit sunfuaric có nồng độ 75 – 77% (thường 76%) được bơm tù kho chứa axit về xí nghiệp supe và chứa ở 3 thùng chứa lớn. Từ thùng chứa axit được đưa lên thùng cao vị, ở đây có bố trí một đường ống chảy tràn để duy trì mức axit không thay đổi trong thùng cao vị. Nước công nghiệp được bơm thẳng từ phân xưởng nước lên thùng chứa cao vị. Theo công nghệ hiện tại điều chế thì nồng độ axit đổ vào thùng trộn trong khoảng 70 – 74% như vậy phải dùng nước để pha loãng axit, mặt khác cũng phải điều chỉnh lưu lượng axit loãng đổ vào thùng trộn để đảm bảo năng suất axit theo đúng tỉ lệ L:R. Quá trình pha loãng và điều chỉnh lưu lượng axit liên quan chặt chẽ với nhau, khi thay đổi lưu lượng nước pha loãng để đạt nồng độ C% thì dẫn đến năng suất thay đổi và ngược lại khi thay đổi lưu lượng axit dẫn đến nồng độ thay đổi. Để đạt được yêu cầu ta sử dụng các thiết bị sau: Một van cầu điện khí điều khiển góc mở vô cấp trên đường ống dẫn nước từ thùng cao vị đến ống pha loãng. Một van cầu điện khí điều khiển góc mở vô cấp trên đoạn đường ống dẫn axit từ thùng cao vị đến ống pha loãng. Lắp đặt các thiết bị báo mức axit, mức nước tại thùng cao vị và đưa về chỉ thị tại hệ thống. Lắp đặt thiết bị điều khiển van nước. Thiết bị này thu nhận tín hiệu nồng độ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển góc mở van thích hợp, đảm bảo nồng độ ổn định theo yêu cầu, có thể điều chỉnh theo luật PID. Lắp đặt thiết bị điều khiển van axit. Thiết bị này thu nhận tín hiệu lưu lượng xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển góc mở van thích hợp, đảm bảo năng suất axit ổn định theo yêu cầu, có thể điều chỉnh theo luật PID. Lắp đặt thiết bị điều khiển tương quan. Thiết bị này thu nhận tín hiệu: Nồng độ và năng suất axit, xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển góc mở van axit và van nước, luôn đảm bảo mối quan hệ tương quan giữa hai đại lượng. Từ thùng cao vị axit và nước được định lượng bằng hệ thống van điều chỉnh bằng khí nén (hoặc bằng tay) tháo xuống cút chữ T để pha loãng axit với nước. Trước khi bào pha loãng lưu lượng axit được xác định bằng đồng hồ đo lưu lượng. Axit sau khi pha loãng xong có nồng độ 70 – 74% và nhiệt độ khoảng 45 - 60º sau đó đi qua thùng lưu lượng axit để vào thùng trộn. Nồng độ và nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế, tỷ trọng kế nếu chạy tay còn khi chạy tự động hay bán tự động giá trị của chúng được hiển thị trên đồng hồ đo hoặc màn hình điều khiển. Hỗn hợp bột apatit từ bunke trung gian, qua van xibia đáy bunke được định lượng xuống thùng trộn nhờ hệ thống băng cân định lượng được điều chỉnh tự động điều khiển năng suất bột apatit bằng cách thay đổi tốc độ động cơ thông qua biến tần từ tủ điều khiển đo lường hay màn hình điều khiển. Trộn axit với apatit được thực hiện trong thùng trộn nhờ các que khuấy có tốc độ cao. Những que này có nhiệm vụ trộn thật đều axit với apatit để cho phản ứng của giai đoạn i được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng. Thời gian cho phép lưu lại của bột sệt trong thùng trộn tuỳ thuộc vào thành phần của pha lỏng ngay ở lúc bắt đầu tác dụng của các chất phản ứng. Việc cung cấp quặng và axit liên tục, đồng thời bùn được tạo thành không ngừng chảy ra qua một tấm chắn sẽ giữ cho bột sệt có một thể tích không đổi trong thiết bị trộn, thời gian lưu lại của nó không lớn tránh bùn đặc sệt làm mất độ linh động. Đối với apatit Lào Cai khi dùng nồng độ axit vào trộn là 67 – 68% (cho quặng apatit khô) thì thời gian lưu lại của bột sệt trong thùng trộn là 3 – 5 phút và nhiệt độ của bột sệt ra khỏi thùng trộn là 110 - 115ºC, sau đó được tháo xuống phòng hoá thành qua tấm chắn theo kiểu chảy tràn. Bột sệt sẽ ủ thành supe trong hoá thành khoảng từ 1h30 phút đến 2h. Sau khi xuống phòng hoá thành khoảng 20 phút giai đoạn i kết thúc hệ số phân huỷ K1=70 – 77% và bắt đầu giai đoạn Ii của quá trình điều chế Supe. Giai doạn i kết thúc khi axit H2SO4 đã phản ứng hết với quặng apatit. Phòng hoá thành có đường kính 7,1m và chiều cao 2,9m bên trong được bố trí bộ phận dao cào, dao cắt gắn trên vỏ karusen nên Supe trong phòng hoá thành sau khi ủ đạt hệ số phân huỷ chung của cả quá trình K = 85% và hệ số phân huỷ riêng của giai đoạn Ii K2 = 60 – 62% sẽ được cắt nhỏ ra rồi được gạt vào lỗ trung tâm và đổ xuống băng tải Supe tươi. Giai đoạn Ii kéo dài liên tục tại kho ủ. Lượng Supe trong phòng hoá thành được khống chế nhỏ hơn 2/3 chiều cao phòng hoá thành. Supe ra khỏi phòng hoá thành còn có một lượng P2O5 tự do nằm trong pha lỏng (chiếm khoảng 10 – 12,5% khối lượng supe) chưa phản ứng do pha lỏng bão hoà mônô canxi phốt phát và một số muối khác, lượng axit còn lại được bao bọc bởi màng CaSO4 và Ca(H2PO4)2.H2O do đó phản ứng giữa hai pha L:R bị cản trở, mặt khác sự tồn tại của H3PO4 trong Supe làm cho sản phẩm có tính hút ẩm làm ảnh hưởng xấu đến tính chất vật lý của sản phẩm.Vì vậy để khắc phục người ta sử dụng quặng apatit để trung hoà Supe tươi (do apatit đem trung hoà không bị bao bọc bởi màng CaSO4 và Ca(H2PO4)2.H2O nên bề mặt tiếp xúc pha tăng dẫn đến tốc độ phản ứng tăng nhanh) và Supe trước khi ra kho được đánh tung (mục đích làm nguội Supe từ 80 - 90ºC xuống 40ºC để kết tinh Ca(H2PO4)2.H2O khỏi pha lỏng, khi đó phản ứng giai đoạn Ii lại tiếp tục xảy ra). Việc trung hoà Supe tươi đợt i được thực hiện ngay trên băng tải vận chuyển Supe tươi ra kho ủ. Bột apatit dùng để trung hoà đợt i là hỗn hợp bột khô lấy từ băng tải cao su vận chuyển bột sau nghiền mịn ra kho và quặng apatit tuyển sang kho đã được ủ để giảm độ ẩm. Hỗn hợp quặng này được cầu trục số i kho ủ số i múc đổ lên bunke trung hoà i nhờ hệ thống cung cấp xích định lượng xuống 2 băng tải cao su và được đổ vào băng tải Supe tươi, lượng bột sử dụng để trung hoà đợt i cho Supe tươi là 20% (của lượng bột apatit cần trung hoà Supe tươi). Bột apatit trung hoà sẽ cung với Supe tươi được cắt từ phòng hoá thành xuống có nhiệt độ 80 - 90ºC và được tung cùng Supe vào kho ủ bằng máy đánh tung. Do phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra nên nhiệt độ khối phản ứng lại tăng lên khoảng 50ºC (do phản ứng toả nhiệt) pha lỏng lại bão hoà Ca(H2PO4)2.H2O vấu khi ủ tại kho 2 – 3 ngày hàm lượng P2O5 tự do còn cao 5 – 7%, vì vậy ta tiếp tục trung hoà lần Ii (lượng bột này chiếm 80% tổng lượng bột cần trung hoà) và dùng cầu trụ đảo trộn để thoát hơi nước và hạ nhiệt độ khối Supe, tăng tốc độ phản ứng giai đoạn II. Phản ứng trung hoà: Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4+ 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF 2.3 Điều chế và trung hoà đợt 2. Supe và apatit sau khi trung hoà đợt I được máy đánh tung tung ra kho. Rồi được cầu trục số I múc đổ thành từng đống trong kho. Sau từ 2, 3 ngày tung supe vào kho supe còn chứa một lượng axit tự do 5-7% vì vậy cầu II tiếp tục đưa quặng apatit vào supe để thực hiện quá trình trung hoà đợt II và đảo trộn lần I. Sau 3 đến 4 ngày đảo trộn lần I, supe tiếp tục được cầu III đảo trộn lần II ra cạnh khu vực sàng nghiền supe, sau 5 đến 8 ngày sau khi đảo trộn lần II, sản phẩm supe lân đã đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật công bố (P2O5 hữu hiệu, P2O5 tự do, H2O, gốc SO42-…) sẽ được cầu trục số III hoặc IV múc đi sàng, nghiền, đánh tung trước khi cấp NPK, bán ngoài. 2.4 Tạo supe phốt phát đơn – các ưu điểm của supe phốt phát hạt Để tạo được hạt.Supe phải được trung hòa kỹ và có độ ẩm thì mới tạo được hạt (ẩm chỉ còn 2,5 – 3%), axit tự do còn không đáng kể. Vì vậy phân bón tạo hạt có thể đưa ngay vào bón cho đất trồng. Nếu bón supe dạng bột vào đất, do ảnh hưởng của các yếu tố sinh lý, hóa học của đất sẽ dẫn đến hiện tượng thoáI giảm P2O5, tức chuyển nó từ dạng P2O5 sang dạng khó tan, sẽ ảnh hưởng đến việc dinh dưỡng của thực vật. Cụ thể: Đất kiềm tính có nhiều cácbonat canxi thì Ca(H2PO4)2 + 2CaCO3 = Ca3(PO4)2 + 2CO2 + 2H2O Ca3(PO4)2 độ tan rất nhỏ. Đất chua do có sắt và nhôm sẽ tác dụng với Ca(H2PO4)2 tạo muối khó tan 2Fe(OH)3 + Ca(H2PO4)2 = 2FePO4 + Ca(OH)2 + 4H2O 2Al(OH)3 + Ca(H2PO4)2 = 2AlPO4 + Ca(OH)2 + 4H2O Hoặc sinh thành muối kiềm 4Fe(OH)3 + Ca(H2PO4)2 = 2Fe2(OH)3PO4 + Ca(OH)2 + 4H2O 4Al(OH)3 + Ca(H2PO4)2 = 2Al2(OH)3PO4 + Ca(OH)2 + 4H2O Tác dụng thoái giảm P2O5 của sắt và nhôm lớn hơn rất nhiều so với canxi. Để tránh bớt hiện tượng trên tốt nhất nên biến dạng bột thành dạng hạt để giảm bớt diện tích tiếp xúc giữa phân bón với đất trồng. 2.5 Dây chuyền công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn A.Quá trình sản xuất Quá trình sản xuất được thực hiện qua những công đoạn sau: Đập, nghiền, gia công nguyên liệu apatit. Trộn quặng mịn với H2SO4 Trộn đảo hỗn hợp phản ứng trong phòng hóa thành, trung hòa đợt 1 Ủ, đảo trộn supe phốt phát, trung hòa đợt 2 Đóng gói và xuất kho. B. Sơ đồ và thuyết trình: Quặng được vận chuyển từ nơi khai thác qua khâu tuyển chọn và gia công.Quặng mịn được cung cấp cho thùng trộn, tại đây quặng được trộn với axit sunfuric đã được điều chỉnh nồng độ theo yêu cầu. Hỗn hợp apatit và axit ra khỏi thùng trộn đưa vào thùng hóa thành để tiếp tục phản ứng tạo khối supe photphat tơi xốp. Supe tươi ra khỏi thùng hóa thành được đưa vào kho ủ và đánh tơi tạo khối supe xốp và tiến hành trung hòa ở kho ủ đến P2O5 tự do đạt yêu cầu thì xuất xưởng. Nguyờn liệu quặng mịn Gia cụng quặng apatit Buồng trộn nguyờn liệu Húa thành supephotphat Ủ Tạo hạt Bụi H2SO4 đặc Khớ thải (HF) Khớ thải, mịn H2O sản xuất Khớ thải Đóng gói sản phẩm C. Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất Thùng sấy quay Cấu tạo: Thùng sấy được cấu tạo hình trụ rỗng, được làm bằng thép tấm chiều dày = 10mm, được tựa trên 4 con lăn nhờ 2 vành đai bằng thép đúc.thùng sấy có độ nghiêng 3 - 5º so với chiều ngang.Để cho thùng sấy không bị trôi lên hoặc xuống người ta bố trí các con lăn chặn cạnh vành đai trượt. Thùng sấy chuyển động nhờ động cơ điện truyền lực giảm tốc sang bánh răng lớn của thùng sấy. Bên trong thúng sấy, phía đầu có lắp ghép các cánh thép có tác dụng hướng quặng vào thùng (dài khoảng 1m), cuối cùng là đoạn cánh đảo hình sao theo tiết diện ngang trên cánh sao cso lắp ghép nhiều cánh đảo phụ. Hoạt động: Quặng ẩm được đưa vào cửa. Khí lò vào cửa. Nhờ cánh hướng liệu và độ nghiêng của thùng sấy quặng liên tục được đảo trộn và tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng (khói lò) từ lò đốt dẫn sang. Quặng cuối cung được đưa đi vào máy nghiền búa hoặc đưa lên băng tải (quặng tuyển). Thùng trộn Cấu tạo: Thùng trộn được cấu tạo bằng thép cacbon dày = 10 mm. Bề mặt trong của thùng trộn được xây lót bằng và vữa chứa axit (3 lớp). Bộ phận khuấy trộn gồm 4 trục khuấy kiểu mái chèo được làm bằng thép hợp kim đặc biệt chịu ăn mòn hoá học và chịu mài mòn tốt: 3 cách khuấy đều có tác dụng đảo trộn hỗn hợp, cánh khuấy thứ 4 quay ngược chiều có tác dụng đẩy bột sệt xuống thùng hoá thành. Phần trục các cánh khuấy được bọc lót cao su lưu hoá, 3 trục khuấy được lắp liên tiếp nhau, cách nhau khoảng 1,1 m. Hoạt động: Hỗn hợp bột apatit và axit H2SO4 66 – 69% đưa vào thùng qua cửa nhờ que trộn trộn đều. Thời gian phản ứng trong thùng từ 3 – 5 phút rồi chảy qua ngách ra theo cửa xuống phòng hoá thành. Thùng hóa thành Cấu tạo: Thùng hoá thành có vỏ ngoài được làm bằng thép, bên trong được đổ một lớp bê tông cốt thép dày 100 mm chịu axit và lớp ngopài cùng cũng được phủ một lớp vữa điabat.Thùng hoá thành được dặt trên 16 ổ trục lăn đỡ và 16 ổ con lăn chặn.thùng hoá thành quay xung quanh một ống gang cố định (ống trung tâm). Nắp hoá thành bằng bê tông cốt thép chịu axit cố định, bên trong hoá thành có đặt bộ phận dao cắt Supe phốt phát (Kalusen). Giữa phòng dao cắt và điểm rót bột sệt từ thùng trộn xuống hoá thành đựoc ngăn bằng 1 bức tường chắn (vắch ngăn) bằng thép. Nguyên lý làm việc: Bùn Supe từ thùng phản ứng liên tục chảy xuống phòng hoá thành.Khi phòng hoá thành quay, khối Supe được cắt bằng dao cắt quay ngược chiều với phòng hoá thành rơi theo ống trung tâm xuống băng tải chuyển ra kho ủ. Chế độ kỹ thuật: Chiều cao cho phép của Supe trong phòng hoá thành bằng 2/3 chiều cao phòng hoá thành. áp suất âm trong phòng hoa thành 5 – 10 mm H2O. D. Những sự cố mắc phải và cách khắc phục STT Tên sự cố Khắc phục 1 Bunke quặng: quặng cấp không đủ cho quá trình sấy * Quặng quá bết ẩm: chọn biện pháp ghì sàng * Cửa tháo liệu bị kẹt hoặc khe cấp liệu quá nhỏ: sữa chữa cửa liệu 2 Băng tải tấm: bị kẹt hoặc đứt xích * Nối xích, sửa chữa băng * Sửa chữa đường băng chạy bánh xe xích 3 Sự cố kỹ thuật từ băng tải: Đứt băng Băng tải chạy lệch lạc * Nối lại băng theo kỹ thuật * Sửa lại các con lăn đỡ, con lăn dao hưởng, thêm đối trọng để căng băng tải 4 Lò đốt dầu mazut (FO) Không xảy ra sự bén lửa, hoặc không có dầu Sự cố nổ khí Gạch lò cháy, chảy hoặc sự cố sụp gạch chịu lửa * Kiểm tra vòi phun, bơm dầu. * Kiểm tra ống dẫn dầu, tìm nguyên nhân để khắc phục * Trước khi châm lửa đốt dầu phải chạy quạt hút, mở van thông khói * Giảm nhiệt lò đốt bằng cách giảm lượng dầu * Ngừng lò theo kế hoạch sẽ xây lại lò * Thường xuyên kiểm tra chế độ làm việc của lò đốt để nhiệt độ của lò không vượt quá 800oC 5 Thiết bị sấy quay: bị kẹt, không quay * Kiểm tra động cơ giảm tốc * Kiểm tra 2 hộp vào liệu đầu và cuối lò, tìm nguyên nhân khắc phục * Kiểm tra sự quay của 2 bệ đỡ con lăng, điều chỉnh thực tế sản xuất 6 Thiết bị rửa khí sủi bọt không có tác dụng khử bụi * Sửa lại van nước vào, mực nước ở đáy thiết bị 7 Quạt hút khói: Bị rung động, gây ồn Động cơ chạy quá tải * Cân chỉnh bulông đế móng * Đệm cao su mềm giữa phần bê tông và thiết bị * Cân bằng lại máy * Giảm tải quạt gió bằng van lá chắn * Khống chế nhiệt độ vỏ động cơ, nhiệt độ nhỏ hơn 60oC 7 Các thiết bị khác Băng tải quặng khô mịn và băng tải phát sinh nhiều bụi và làm việc không ổn định Van sao và vít tải (nếu dùng) không làm việc Đường ống phối thao, giá đỡ đầu cuối thiết bị sấy bị rung động, bị đọng bụi quặng * Tìm cách sửa chữa, khắc phục. Dùng đường ống thông hút của quạt hút khói để giảm bụi * Làm việc tốt sẽ giảm lượng bụi, không bị mắc kẹt * Phải sửa chữa cố định lại, nếu van chắn bị kẹt phải sửa chữa tại chỗ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPE PHOTPHAT. khí thải Do đặc thù của công nghệ sản xuất Supe nên quá trình sản xuất phát sinh nhiều khí thải độc hại Nguồn gây ô nhiễm khí thải thường là từ quá trình dỡ quặng, vận chuyển quặng vào kho, tinh chế nguyên liệu: đập, nghiền, sàng… cấp liệu trên hệ thống băng tải, đóng bao. Khí thải và bụi từ máy sấy, nghiền nguyên liệu chủ yếu là CO2, NOx, SO2, CO… và bụi quặng apatit, lượng bụi này đã được lọc qua xyclon và thiết bị lọc bụi màng ướt tuy nhiên vẫn chưa triệt để. Khí thải từ quá trình điều chế như: HF, SiF4, SiO2, bụi photphat. Lượng bụi khí thải từ công đoạn tinh chế nguyên liệu Vượt quá chỉ tiêu cho phép, ngoài ra do dùng than làm nguyên liệu đốt sinh ra CO, CO2, NOx… mặc dù có thiết bị xử lý bụi nhưng vẫn không xử lý hết. Khí thải từ công đoạn điều chế: chủ yếu là HF, SiF4 thất thoát từ khâu hấp thụ và quá trình ủ chín, khí này rất độc hại và ảnh hưởng đến con người. Mặc dù đã đựơc hấp thụ và sản xuất trừ sâu công nghiệp nhưng vẫn còn một phần khá lớn HF, SiF4 đựơc thải ra môi trường. Đặc tính máy xyclon : Để thu hồi các khí thảI cuốn đI thường sử dụng các xyclon dạng xilanh và dạng hình nón (Hình dưới). Các xyclon làm việc như sau: Khí cùng các tiểu phần vào phần xoắn bên trên của xyclon qua đoạn ống vào, dưới ảnh hưởng của lực ly tâm các tiểu phần trong không khí bị va đập vào thành xyclon, làm mất vận tốc quay và dưới ảnh hưởng của trọng lực các hạt rơi xuống qua cửa thổi vào phễu chứa khí được làm sạch tiếp tục quay lên phía trên và được thải vào không khí qua ống xả . Thực tế đã chứng minh rằng các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10àm thì việc thu hồi bằng xyclon là không có hiệu quả để tách chúng cần phải có bộ lọc khô hay bộ lọc bằng dầu. b. Nước thải Nguồn nước thải chủ yếu của xí nghiệp là các loại nước hấp thụ, xử lý khí. Lượng nước từ hệ thống xử lý bụi, xử lý Flo, sản xuất thuốc trừ sâu công nghiệp. Nước thải sau xử lý bụi tuần hoàn lượng nước thải từ xử lý Flo và sản xuất Na2SiF6 có chứa HCl mang tính axit nên được xử lý bằng sữa vôi và thải trực tiếp ra ngoài. c. Chất thải rắn. Tại xí nghiệp, chất thải rắn được tập trung chủ yếu ở khâu đốt than tạo xỉ gây ô nhiễm cục bộ. Lượng xỉ này không mang tính nguy hại nhiều nên đựơc tái sử dụng để đóng gạch hoặc làm vật liệu xây dung, làm đường… Ngoài ra còn có một lượng cặn keo silic ở dạng gel trong quá trình sản xuất trừ sâu công nghiệp. MỘT VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG: Vấn đề môi trường chung của công ty supephotphat và hoá chất Lâm Thao I. Đánh giá chung về hiện trạng môi trường. Vấn đề môi trường đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khoẻ người lao động và nhân dân khu vực xung quanh. Qua đánh giá sơ bộ thì môi trường của công ty supephotphat và hoá chất Lâm Thao còn tồn tại một số vấn đề sau: Phần lớn nước thải của công ty mang tính axit do đặc thù sản xuất của công ty. Nguồn gốc phát sinh là ở nước hấp thụ, nước làm mát (xí nghiệp axit), nước rửa bụi, khí, điều chế Na2SiF6 (xí nghiệp supe). Mặc dù nước thải có xử lý tại nguồn bằng cách trung hoà bằng sữa vôi nhưng lượng thải axit ra ngoài môi trường vẫn không hoàn toàn triệt để. Do đặc trưng sản xuất của nhà máy nên trong quá trình sản xuất phát sinh ra rất nhiều khí độc, bụi kim loại. Từ quá trình vận chuyển, dỡ nguyên liệu, đập, nghiền, sàng, đóng bao sản phẩm. Lượng khí thải sinh ra trong quá trình sản xuất bao gồm: SO2, NOx, H2S, bụi quặng apatit, hơi lưu huỳnh, CO, Flo… đây là các khí độc, rất có hại cho sức khoẻ con người và môi trường. Dây chuyền sản xuất cũ, lạc hậu gây rò gỉ các hóa chất độc hại trên các đường ống dẫn và thiết bị ô nhiễm tiếng ồn tại các khu cực máy nén khí, bơm nước, bơm axit, quạt hút gió, máy sấy thùng quay, máy nghiền bi… ô nhiễm nhiệt tại tác khu vực lò đốt, trao đổi nhiệt. Nhiệt độ khu vực này cao hơn nhiệt độ xung quanh rất nhiều Mặc dù đã được xử lý và giảm thiểu nhưng một lượng SO2, SO3, HF, SiF4… vẫn được thải ra môi trường khá nhiều gây ra ô nhiễm khá nặng ở không khí khu vực thị trấn Lâm Thao, có thể cảm nhận khá rõ mùi của khí Flo mỗi khi trời mưa hoặc vào buổi sáng ở khu vực dân cư xung quanh. Lượng khói thải, hơi nước thải ra môi trường quá nhiều, làm tăng khả năng hấp thụ nhiệt và cản trở ánh nắng mặt trời chiếu xuống khu vực xung quanh. II. Một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Xử lý và giảm thiểu lượng khí thải Tại xí nghiệp sản xuất axit: Từ khi đổi mới công nghệ thay thế nguyên liệu quặng pirit sang sử dụng S nguyên chất đã giảm thiểu một lượng khí thảI, chất thải rắn khá lớn, đặc biệt là các khí thải độc hại. Nâng hiệu suất chuyển hoá SO2 bằng SO3 bằng cách thay đổi xúc tác từ tiếp xúc đơn sang tiếp xúc kép. Hiệu suất chuyển hoá SO2 đạt 99.6% ở axit 2 và 99.9% ở axit 3 nên đã giảm đáng kể lượng khí SO2 phát tán ra môi trường Lắp đặt nến khử mù tại các tháp hấp thụ để giảm lượng mù axit đáng kể trong khi phóng không Tại xí nghiệp sản xuất supe: Trong quá trình sản xuất supe phát sinh một lượng bụi rất ddn, để thu bụi khí, sử dụng hệ thống sủi bọt lọc bụi màng ướt. Nước phun vào các thiét bị này, bụi được làm ẩm và giữ lại, qua ao lắng và quay trở lại sản xuất. Nhờ vậy, không khí thoát ra ngoài đạt tiêu chuẩn môi trường 50mg/m3. Xử lý khí Flo: trong quá trình phản ứng điều chế supe phải thải ra 1 lượng HF, SiF4 rất lớn, khoảng 20% Flo chuyển sang dạng khí. Vì vậy, khí thảii này được hấp thụ cho quá trình sản xuất trừ sâu công nghiệp, khí chứa Flo được hấp thụ bằng hệ thống nhiều cấp gồm 2 tháp hấp và bể hấp thụ. Nồng độ Flo sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường (50mg/m3). Xử lý nước thải Xử lý nước thải sản xuất: Nước sản xuất gồm 2 loại là nước làm mát và nước công nghiệp. Nước làm mát được thu gom định kì và xử lý tại hồ tuần hoàn, lượng cặn được tháo bỏ. Nước trong hồ tuần hoàn lại cho sản xuất. Nước thải công nghiệp hầu hết mang tính axit, do đó được trung hoà bằng sữa vôi đến pH = 6.5 – 7 sau đó thải trực tiếp ra sông Hồng. Xử lý nước thải sinh hoạt: Lượng nước thải sinh hoạt của toàn bộ công ty chủ yếu ở nhà ăn, khu vệ sinh, nước tắm của công nhân… được xử lý ở bộ phận xử lý nước thải sinh hoạt của công ty. Xử lý chất thải rắn Bột apatit được thu hồi tại các thiết bị thu bụi và tái sử dụng Chuyển xỉ làm phụ gia xi măng và xây dựng các công trình giao thông, làm đường… tuy nhiên, do nhu cầu tiêu thụ sản phẩm này chỉ chiếm 10% công suất của nhà máy nên xỉ than của các lò đốt được đưa sang sản xuất gạch pavanh (gạch không nung). Bùn thải của hệ thống xử lý nước thải tập trung là CaSiF6 và CaSO4 được đưa về bãi thải của công ty. Cặn của quá trình hoá lỏng S chiếm 1 lượng nhỏ nhưng chưa được xử lý về bãi thải của công ty. Máy móc thiết bị hỏng được mang đi tái chế hoặc xử lý rồi chôn lấp. Chất thải sinh hoạt, bao bì, túi nilon, 1 phần tái sử dụng, 1 phần đưa đi chôn lấp. Một số đề xuất về vấn đề môi trường. Biện pháp quản lý: cần nâng cao công tác quản lý trong nội bộ công ty, xử lý nghiêm khắc khi phát hiện lượng thải quá mức cho phép. Nâng cao chất lượng môi trường bằng hệ thống cây xanh trong khoảng đất trống của công ty. Biện pháp công nghệ: đề xuất phương pháp thu hồi axit trong nước thải của các tháp rửa để tái sinh vì theo tính toán lượng axit tương đối cao nếu thu hồi được sẽ bớt công đoạn trung hoà bằng sữa vôi và tiết kiệm được một lượng axit lớn. Đối với khí thải, cần luôn luôn kiểm tra độ kín của đường ống dẫn khí đảm bảo không có sự rò gỉ khí, đồng thời duy trì các điều kiện kỹ thuật để đạt độ chuyển hoá cao nhất. Với ô nhiễm nhiệt, tận dụng hơi nước thừa xây dựng nhà máy điện cung cấp cho công ty Với chất thải rắn, tập trung chôn lấp tại bãi thải riêng của địa phương, tận dụng nguồn chất thải này sau phân loại để làm phân vi sinh, không đổ trực tiếp ra sông Hồng. Đối với dầu mỡ ở trạng thái tự do nổi trên mặt nước cần đựơc tách bằng phương pháp cơ học, sục khí để điều hoà chất lơ long trong nước bằng keo tụ, kết tủa, lắng đọng. Tóm lại, ô nhiễm môi trường tại công ty Supephotphat và hoá chất Lâm Thao có ảnh hưởng lớn đến khu vực dân cư xung quanh do đó việc quản lý nghiêm và xử lý triệt để là cần thiết. Do còn nhiều hạn chế nên khả năng đầu tư công nghệ xử lý là khó khăn, tuy nhiên không thể coi nhẹ việc xử lý các chất thải phát sinh vì nó ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái và sức khoẻ con người cũng như công nhân làm việc của công ty. MỤC LỤC Trang Lời mở đầu 1 1.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SƠ LƯỢC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPEPHOTPHAT 2 A. Tình hình sản xuất supe photphat 2 B. Sơ lược về các công nghệ sản xuất supephotphat 4 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT & PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM 5 2.1 Sơ đồ sản xuất supephotphat đơn và các thiết bị chủ yếu 5 2.2 Điều chế và trung hoà đợt 1. 7 2.3 Điều chế và trung hoà đợt 2. 9 2.4 Tạo supe phốt phát đơn – các ưu điểm của supe phốt phát hạt 10 2.5 Dây chuyền công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn 10 3.VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPE PHOTPHAT. 15 4.MỘT VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG: 17