Tự động hóa - Tổng quan về than bùn và các công nghệ sấy

TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ SẤY Tổng quan về vật liệu Than bùn là một loại đá hữu cơ chứa dưới 50% thành phần khoáng vật, tạo thành do sự hủy diệt và phân hóa không hoàn toàn của cây cối đầm lầy điều kiện ẩm ướt và thiếu không khí. Than bùn thường gặp trong các trầm tích đệ tứ trẻ nằm cách mặt đất không sâu, cũng có khi lộ thiên ngay trên mặt đất. Than bùn tạo thành từ thực vật mọc trên các thung lũng, ao hồ, đầm lầynhững tàn tích thực vật đó trong điều kiện thiếu không khí do tác dụng của vi sinh vật, nên quá trình phân hủy xảy ra rất chậm chạp và không tới giai đoạn vô cơ hóa. Quá trình phân hủy không hoàn toàn của các tàn tích thực vật tạo thành các chất hữu cơ mới gọi là chất mùn. Dựa vào tỉ lệ phần trăm của mùn trong than bùn để phân loại than bùn theo mức độ phân hủy của chúng: Mức độ phân hủy thấp chứa dưới 20% chất mùn Mức độ phân hủy trung bình chứa từ 20-40% chất mùn Mức độ phân hủy cao chứa trên 40% chất mùn Theo điều kiện tạo thành than bùn chia ra làm 3 loại: Loại cao: Tạo thành ở những nơi có địa hình cao, ngoài nước mưa ra ít có thêm nước trên bề mặt chảy tới. Do đó than bùn ít lẫn các khoáng vật khác, ddootj tro của than thấp. Loại thấp: tạo thành ở những vùng đầm lầy hoặc thung lũng có nhiều nguồn nước chảy tới. Ngoài các nguyên tố nhôm và sắt trong than bùn loại thấp còn có chứa một lượng vôi đáng kể. Độ tro của than cao Loại trung gian: do các dòng nước trên bề mặt nên than bùn chứa nhiều nguyên tố như nhôm và sắt. Căn cứ vào các thành phần tro của than bùn chia ra các loại: than bùn cát, than bùn sét, than bùn vôi, than bùn sắt, than bùn lưu huỳnh, thn bùn phosphate. Ngoài ra còn tùy theo nguồn gốc của vật chất hữu cơ tạo thành than để chia ra: than bùn tạo thành tại chỗ hoặc ngoại lai. Than bùn trong tự nhiên thường tạo thành những lớp kéo dài theo lòng lạch hoặc theo phân bố rộng rãi trên bbeef mặt các đầm lầy. Bề dày của lớp than bùn thay đổi theo hình dạng của mặt địa hình khí tạo than bùn, thường từ vài phân đến 5-6m. Ở những chỗ trũng của lòng lạch hoặc đầm lầy lớp than bùn thường có bề dày lớn hơn. Nhìn chung các lớp đất đá của than bùn có thể nằm ngang chưa bị ảnh hưởng của lực kiến tạo. Nước ta là vùng nhiệt đới mưa nhiều khí hậu ẩm ướt, cây cối phát triển mạnh là điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành than bùn. Thành phần của than bùn ở nước ta được sơ bộ xác định theo kết quả phân tích của một sô mẫu của Tổng cục địa chất và Bộ nông nghiệp như sau: Thành phần Thấp nhất Cao nhất Trung bình ( Độ ẩm(Wpt) 7,5% 17,14% 12,80% Tro (Ak) 30,8% 50% 25,5% Chất bốc(Vl) 38,68% 70% 45% Nhiệt lượng (Qk) 2841calo 5370 calo 4360 calo Các bon (C) 4,6% 43,29% 17,29% Oxy (O) 10,2% 16,29% 12,30% Hyđrô (H) 7,4% 3,34% 2,20% Nitơ (N) 0,4% 2,00% 1,20% Lưu huỳnh (S) 0,42% 3,75% 1,70% Phospho (P) 0.0064% 0,0196% 0,001% P2O5 0,04% 0,26% 0,16% K2O 0,1% 1,18% 0,30% Độ pH 3,6 6,00 4,5 Tổng tiềm năng than bùn dự báo có khoảng 7100 triệu m3, trong đó: Dưới đồng bằng nam bộ có khoảng : 5000 triệu m3 Dưới đồng bằng bắc bộ có khoảng: 1650 triệu m3 Dưới đồng bằng biển miền trung có khoảng: 450 triệu m3 Các nguyên tố P và K có trong than bùn cùng với chất mùn giữ vai trò quan trọngviệc sử dụng than bùn làm phân bón. Trong những năm qua, ở Việt Nam than bùn được sử dụng làm phân bón và chất đốt, ngoài ra than bùn còn được sử dụng để luyện than cốc, sản xuất axit numic và chế biến các sản phẩm hóa học. Các mỏ than ở vùng đồng bằng bắc bộ thường dung làm phân bón. Những địa phương thiếu nhiên liệu có thể dùng than bùn có nhiệt lượng cao làm chất đốt( than Lỗ Khê, Ba Sao, U Minh). Than U Minh hàm lương tro thấp(trung bình 0,4%) có thể chế than cốc. Than U Minh còn là nguồn tài nguyên lớn sản xuất axit numic và các sản phẩm hóa học quý khác như rượu, cồn, fenol. Tổng quan quá trình sấy I, Khái niệm chung 1.Khái niệm Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng Quá trình sấy là quá trình không ổn định, trong đó các tính chất công nghệ của vật liệu luôn luôn thay đổi theo thời gian: tính chất hóa lí, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hóa. 2.Mục đích của quá trình sấy Quá trình sấy nhằm mục đích bảo quản tốt vật liệu hoặc để giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật liệu, hoặc để đảm bảo các thong số kĩ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp theo. Ví dụ khi sấy sản phẩm gốm thì nhằm mục đích làm độ bền của nó tăng lên để tiếp tục gia công, sấy hạt giống thì phải làm tỉ lệ và khả năng nảy mầm cao lên., sấy nông sản thực phẩm thì giữ được hương vị màu sắc, nguyên tố vi lượng mà tăng được thời gian bảo quản 3.Các phương pháp sấy. Sấy cơ thể được chia ra làm 2 loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo Sấy tự nhiên là quá trình sử dụng trực tiếp năng lương mặt trời và năng lượng gió, không sử dụng thiết bị. Với phương pháp này thì sẽ đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết Nên phương pháp này thường được áp dung cho quy mô nhỏ lẻ, hộ gia đình. Bởi vậy trong các ngành công nghiệp thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo (sử dụng nguông năng lượng do con người tạo ra). Với phương pháp sấy này cho năng suất cao, quá trình sấy ổn định, và chất lượng hơn. Tùy vào cách truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy người ta chia làm các phương pháp sấy: Sấy đối lưu là phương pháp cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy và tác nhân sấy như không khí nóng, khói lò.. Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy qua thành thiết bị. Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn phát nhiệt truyền cho vật liệu sấy. Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu Sấy thăng hoa là phương pháp sấy trong môi trường chân không cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn sang hơi không qua lỏng. Ba phương pháp cuối là các phương pháp đặc biệt, chi phí tốn kém, chỉ sử dụng khi cần chất lượng sản phẩm cao II. Các thiết bị sấy 1.Máy sấy thùng quay - Cấu tạo: Gồm thùng hình trụ 1 đặt dốc khoảng 68 độ so với mặt phẳng nằm ngang. Có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay. Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh được, để thay đổi góc nghiêng của thùng. Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với bánh răng 3 nối với môtơ thông qua hộp giảm tốc. Thùng quay với vận tốc khoảng từ 18 vòng/phút. Bánh răng đặt tại trọng tâm của thùng. Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò. Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy ngược chiều. Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùng khoảng 2 3 m/s. Vật liệu uớt qua phểu 10 rồi vào thùng ở đầu cao và được chuyển động trong thùng nhờ những đệm chắn 11. Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn. Vật liệu sấy sau khi sấy khô được đưa ra cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra ngoài. Còn khói lò hay không khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải ra ngoài trời qua ống khói. Để tránh các khí thải chui qua các khe hở của máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, người ta đặt quạt hút 5 bổ sung cho sức hút của ống khói và tạo áp suất âm trong máy sấy. Máy sấy thùng quay được sử dụng rộng rải trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm để sấy một số hoá chất, quặng Pi-rít, phân đạm, ngũ cốc đường - Ưu điểm: + Qúa trình sấy đều đặn và mãnh liệt, tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt. + Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể tới 100 (kg/mh) + Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt bằng nhỏ. - Nhược điểm: Vật liệu dễ bị vỡ vụn. - Chú ý: + Nếu sấy bằng khói lò thì dẫn khói lò vào máy bằng cửa 9. + Đường kính thùng quay thường có qui chuẩn ( D = 1,2; 1,4; 1,6m tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính thùng khoảng : 3,5 7) Hình 1.2 : Máy sấy thùng quay 2. Thiết bị sấy kiểu phun bụi (sấy phun) a. Loại tháp: - Cấu tạo: Gồm có tháp cao 5, ở đỉnh tháp có vòi phun 3 cố định hoặc quay. Dung dịch chứa ở bể 1 có nhiệt độ thích hợp nhờ bơm 2 bơm lên đỉnh tháp và phun qua vòi thành sương mù. Sản phẩm lấy ra ở đáy tháp gián đoạn hay liên tục. Tháp có thể cao đến 60m. Hình 1.3: Thiết bị sấy phun kiểu tháp. b. Loại thùng: - Cấu tạo: Gồm một thùng hình trụ 1 có đáy nón. Nắp trên có đặt môtơ 2 nối với đầu vòi phun 3 có tốc độ quay rất lớn 2000 6000 vòng/phút. Caloriphe sưởi 4 để đốt nóng không khí. Sản phẩm thu hồi ở xyclon 5, còn không khí thải ra ngoài nhờ quạt 6. Hình 1.4: Thiết bị sấy phun kiểu thùng. c. Cơ chế của quá trình, các phương pháp phun bụi và ứng dụng: - Cơ chế: Việc phun chất lỏng thành bụi mù trong phòng sấy và quá trình tiến hành rất nhanh đến mức chưa kịp đốt nóng vật liệu lên quá thời hạn cho phép thì vật liệu đã khô. Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn nên sau đó không cần nghiền tán nữa. Cường độ sấy tăng tỉ lệ thuận với sự tăng của bề mặt tiếp xúc giữa VLS và TNS; tức là phụ thuộc vào độ phân tán của chất lỏng thành bụi. Các phương pháp phun bụi: + Ly tâm: Cho chất lỏng đi vào một dĩa quay nhanh khoảng 20006000 v/phút, có thể phun huyền phù và chất lỏng nhớt thành bụi. + Cơ khí: Nhờ vòi phun, trong đó chất lỏng được đẩy bằng bơm với áp lực 200 at. - Để phun đều và tạo tia nhỏ, các vòi phun có đục nhiều lỗ nhỏ với đường kính 0,5 mm. - Loại này không thuận tiện đối với dung dịch huyền phù và các dung dịch nhớt. + Dùng khí nén: Nhờ các vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng không khí nén với áp suất 2,5 – 6 at. - Chú ý: Trong 3 loại trên, thường dùng loại ly tâm vì nó có hiệu quả cao nhất nhưng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng nhiều nhất. - Ứng dụng: Máy sấy phun được dùng để sấy các dung dịch như : bột cà phê, ca cao, sữa bò, 3. Thiết bị sấy tầng sôi - Cấu tạo: Hình 1.5: Thiết bị sấy tầng sôi. - Nguyên tắc làm việc: Quạt 1 đưa không khí vào trộn với khói lò (hay không khí + khói lò) ở phòng 2 rồi vào bên dưới phòng sấy 3, qua lưới phân phối 4 rồi tiến hành sấy vật liệu. Vật liệu cho vào phểu và nhờ vít tải 5 đưa vào phía trên buồng sấy. Ở đây chúng gặp hỗn hợp khí nóng đi từ dưới lên và tạo thành tầng sôi. Vật liệu khô được thổi qua tấm chắn 6 sang thùng chứa 7 rồi ra ngoài. Còn những hạt nhỏ bị dòng khí cuốn theo sẽ được thu hồi bởi xyclon 8. Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc không khí + khói lò. - Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: Cường độ sấy mãnh liệt, cho phép sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cho phép vì thời gian tiếp xúc ngắn. Hiệu quả sử dụng nhiệt cao, có khả năng điều khiển tự động. Loại này đang được sử dụng rộng rãi. + Nhược điểm: Không sấy được vật liệu có độ ẩm quá lớn, cục to, dễ vỡ. + Trở lực thuỷ lực lớn, thiết bị mau hao mòn. 4.Thiết bị sấy bằng băng tải: Gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển động chậm nhờ các tay quay. Các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống, băng này làm bằng sợi bông tẩm cao su, bằng kim loại hay lưới kim loại và chuyển động với tốc độ khoảng 0,3 ¸ 0.6 m/phút. Loại thiết bị này có thể dùng để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá - Cấu tạo: Hình 1.6: Thiết bị sấy bằng băng tải. 5.Thiết bị sấy bằng khí thổi. Hình 1.7: Thiết bị sấy bằng khí thổi. Dùng sấy vật liệu dạng hạt nhỏ hay tinh thể. Vật liệu vào máy và được dòng khí có tốc độ 10 ¸ 20 (m/s) cuốn theo lên ống thẳng đứng dài từ 10 ¸ 20 (m/s). sau đó vào phòng giảm tốc độ rồi vào xyclon thu hồi sản phẩm. Thời gian sấy rất ngắn từ 5 ¸ 7 (s). Ưu điểm: Bề mặt tiếp xúc khá lớn, nên quá trình sấy rất mãnh liệt, thời gian sấy nhanh nên cho phép sấy ở nhiệt độ cao. Thiết bị cấu tạo gọn, đơn giản. Nhược điểm: Khó điều chỉnh quá trình, tốn nhiều năng lượng. 6.Sấy bằng tia bức xạ. Hình 1.8: Thiết bị sấy bằng tia bức xạ. Năng lượng bức xạ tia hồng ngoại phát ra có thể truyền cho vật liệu một lượng nhiệt lớn và đạt được tốc độ bay hơi ẩm cao hơn so với sấy đối lưu và tiếp xúc. Sấy bức xạ thường dùng để sấy bề mặt sơn trong công nghiệp chế tạo máy, sấy hàng dệt, giấy chất dẻo, các sản phẩm gỗ, thực phẩm 7.Máy sấy chân không. Máy sấy làm việc chân không có ưu điểm so với máy sấy làm việc ở áp suất khí quyển là: sấy được vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hay dễ bị oxy hoá, vật liệu dễ bị bụi hay vật liệu thoát ra dung môi quý cần thu hồi và vật liệu dễ nổ. 8.Máy sấy thăng hoa: Người ta sấy vật liệu ở trạng thái đóng băng trong môi trường chân không cao 0,1 ¸ 1 (mmHg). Mục đích là để tạo sự chênh lệch nhiệt độ giữa vật liệu sấy và nguồn nhiệt bên ngoài. Người ta dùng bơm chân không để hút hơi ẩm và tạo chân không. Ưu điểm của loại máy sấy này là sản phẩm thu được có chất lượng cao. Vật liệu sấy không bị biến chất, bảo vệ vitamin như lúc tươi. 9.Thiết bị sấy kiểu thùng đứng: Hình 1.9: Thiết bị sấy kiểu thùng đứng. Gồm một thùng hình trụ đặt cố định, bên trong có một trục gắn nhiều dĩa quay và khoảng cách giữa các dĩa bằng nhau. Số lượng dĩa và tốc độ quay của dĩa phụ thuộc vào vào tính chất của vật liệu và yêu cầu kỹ thuật. Trên thành thùng có gắn những phễu hướng vật liệu. Quá trình sấy ngược chiều. Không khí được quạt chính đưa qua caloriphe sưởi rồi vào thùng sấy từ dưới lên. Vật liệu sấy vào ở cửa trên, rơi xuống dĩa. Do dĩa quay, vật liệu văng ra thành thùng rồi lại xuống dĩa dưới nhờ phểu hướng liệu. Cứ như thế, vật liệu sấy và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc với nhau để khi ra khỏi máy sấy, vật liệu khô đạt yêu cầu. Tác nhân sấy được quạt hút phụ đưa sang xyclon để thu hồi sản phẩm ở dạng bụi nhỏ. Để thu hồi triệt để sản phẩm, người ta cho dòng khí nóng đi vào thiết bị thu hồi ướt trước khi ra ngoài. Việc bố trí hai quạt là cần thiết để đảm bảo cho tác nhân sấy thắng được trở lực và lưu thông trong toàn hệ thống. Thiết bị sấy kiểu thùng đứng tốn ít năng lượng hơn máy sấy thùng quay và ít chiếm mặt bằng hơn. Nhược điểm là vật liệu dễ bị vỡ vụn nhiều.