TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA T.P HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
****************************
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
Đề tài:
TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT
BỘT NHẸ (CaCO
3
) NĂNG SUẤT TẤN/NGÀY
THẦY HD: PHAN ĐÌNH TUẤN
SVTH: VÕ MẠNH HOANH
LỚP: HC06MB
NGÀY NỘP:

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Niên khóa: 2009
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 2

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa : Kỹ Thuật Hóa Học
Bộ môn : Máy & Thiết Bị
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC : ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ MÃ SỐ : 605040
Họ và tên sinh viên : VÕ MẠNH HOANH MSSV : 60301636
Lớp : HC06MB
Ngành : Máy Thiết Bị

Điểm : __________ Chữ ký : __________
2. Cán bộ chấm đồ án. Nhận xét:
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………....
Điểm : __________ Chữ ký : __________
Điểm tổng kết : __________
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 4

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
LỜI NÓI ĐẦU
Bột nhẹ là chất phụ gia quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác nhau được sử
dụng ở dạng tinh khiết và kém tinh khiết. Cùng với việc chế tạo loại vật liệu mới thì nhu cầu sử
dụng và yêu cầu về chất lượng của sản phẩm bột nhẹn ngày càng tăng. Riêng ở nước ta hằng
năm phải nhập một lượng lớn bột nhẹ từ nước ngoài, vì vậy việc nghiên cứu, cải tiến quy trình
sản xuất để nâng cao số lượng và chất lượng sản phẩm bột nhẹ trong nước là việc làm chính
đáng và rất thiết thực
Với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực têsanr xuất, với sự nỗ lực của
bản thân cùng sự tận tình giúp đỡ của các thầy hướng dẫn, mà sau hơn 3 tháng tìm hiểu nghiên
cứu sách vở Tôi đã hoàn thành việc thiết kế nhà máy sản xuất bột nhẹ với năng suất 2 tấn/ngày.
Tuy đã hết sức cố gắng, nhưng vì đây là lần đầu tiên thiết kế một nhà máy hoàn chỉnh và do
thời gian có hạng cũng như sự hiểu biết còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, vì
vậy Tôi rất mong sự góp ý, nhận xét đánh giá của quí thầy cô.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình hướng dẫn của thầy PHAN ĐÌNH TUẤN, thầy
HOÀNG MINH NAM đã giúp Tôi hoàn thành đồ án này.
Ngày 01 tháng 01 năm 2010
Sinh viên

4.1.1. Carbon (C ).............................................................................................Trang 20
4.1.2. Hydro (H)................................................................................................Trang
20
4.1.3. Oxy (O)..................................................................................................Trang 20
4.1.4. Nitơ (N)………………………………………………………………...Trang 21
4.1.5. Lưu huỳnh (S)………………………………………………………….Trang
21
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 6

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
4.1.6. Tro (A)………………………………………………………………….Trang 21
4.1.7. Độ ẩm trong than (w)………………………………………………….Trang 21
4.2. Thành phần chất bốc và cốc…………………………………………………Trang 22
4.2.1. Chất bốc và tính chất của nó………………………………………….Trang 22
4.2.2. Cốc và hàm lượng carbon cố định……………………………………Trang 22
4.3. Bảo quản nhiên liệu………………………………………………………….Trang 23
4.4. Một số loại than phổ biến ở Việt Nam……………………………………...Trang 24
Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ
1.1. Quá trình nung vôi……………………………………………………………..Trang 26
1.1.1. Quá trình nung vôi trong lò đứng thông thường………………………...Trang 27
1.2. Quá trình làm sạch khí thải lò nung…………………………………………...Trang 27
1.3. Quá trình hòa tan CaO vào H
2
O………………………………………………Trang 28
1.4. Quá trình lắng bột nhẹ…………………………………………………………Trang 29
1.5. Quá trình sấy khô bột nhẹ……………………………………………………...Trang 29
1.6. Quá trình phản ứng tạo sản phẩm…………………………………………….Trang 29
1.6.1. Lý thuyết tổng quát………………………………………………………...Trang 29
1.6.2. Cơ sở lý thuyết để tính toán cho công nghệ………………………………Trang 31
1.6.3. Đặc điểm của phản ứng……………………………………………………Trang 33

b. Tính toán tổng lượng nhiệt tỏa ra……………………………………..Trang 43
c. Tính toán năng suất của không khí nhập liệu cho lò nung…………..Trang 44
2.2. 2. Phương trình cân bằng vật chất cho lò nung……………………......Trang
45
II. THIẾT BỊ HÒA TAN CaO……………………………………………………...Trang 48
1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 48
1.1. Hình dáng và cấu tạo bồn khuấy…………………………………….....Trang 48
1.2. Nguyên tắt hoạt động……………………………………………………Trang 48
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng…………………………………………………...Trang 49
2. THIẾT KẾ BỒN KHUẤY TRỘN………………………………………….....Trang 49
2.1. Nguyên liệu………………………………………………………………Trang 49
2.1.2. Thành phần nhập liệu……………………………………………..Trang 49
2.1.3. Thông số trạng thái………………………………………………..Trang 49
2.2. Cân bằng vật chất & năng lượng cho thiết bị………………………….Trang
49
2.3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ…………………………………………………..Trang 50
2.3.1. Các thông số của thiết bị bồn khuấy……………………………...Trang 51
2.3.2. Cánh khuấy………………………………………………………...Trang 51
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 8

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
III. THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÍ LÒ VÔI………………………………………....Trang
53
1. GIỚI THIỆU…………………………………………………………………...Trang 53
1.1. Hình dáng cấu tạo……………………………………………………….Trang 53
1.2. Nguyên tắt hoạt động……………………………………………………Trang 53
2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÓI LÒ…………………………………....Trang 54
2.1. Nguyên liệu………………………………………………………………Trang 54
2.1.1. Thành phần nhập liệu……………………………………………..Trang 54
2.1.2 Thông số trạng thái………………………………………………...Trang 54

3. Các tiện nghi hỗ trợ sản xuất…………………………………………………….Trang 65
3.1. Hệ thống đường ống dẫn…………………………………………………….Trang 65
3.2. Dụng cụ đo và kiểm soát quá trình………………………………………….Trang
65
3.3. Các nguồn cung cấp năng lượng cho nhà máy……………………………..Trang 65
3.4. Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy……………………………………...Trang 66
PHẦN 4: TÍNH KINH TẾ CHO NHÀ MÁY
1. NGUỒN NHÂN LỰC CHO NHÀ MÁY………………………………………...Trang 67
1.1. Công nhân trực tiếp làm tại phân xưởng cho nhà máy…………………....Trang 67
1.2. Nguồn lao động gián tiếp trong nhà máy……………………………….......Trang 67
1.3. Tiền lương cho nguồn lao động trong nhà máy…………………………....Trang 68
2. VỐN DẦU TƯ…………………………………………………………………….Trang 68
2.1. Vốn cho xây dựng nhà máy……………………………………………….....Trang 68
2.2. Vốn đầu tư mua trang thiết bị……………………………………………....Trang 68
2.3. Chi phí nguyên nhiên liệu, năng lượng cho nhà máy……………………...Trang 68
2.4. Các khoản chi phí khác trong 1 năm……………………………………….Trang 68
3. GIÁ THÀNH SẢN PHẨM……………………………………………………….Trang 68
3.1. Tổng chi phí………………………………………………………………......Trang 68
3.2. Tổng doanh thu……………………………………………………………....Trang 69
PHẦN 5 : XÂY DỰNG NHÀ MÁY
1. LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG…………………………………………..Trang 70
1.1. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng……………………………………....Trang 70
1.2. Các yêu cầu đối với dịa điểm xây dựng………………………………….....Trang 70
1.2.1. Các yêu cầu chung…………………………………………………….Trang 70
1.2.2. Các yêu cầu về kĩ thuật xây dựng…………………………………….Trang 71
1.2.3. Qui hoạch địa điểm xây dựng………………………………………...Trang 72
1.2.4. Các khối nhà chính trong nhà máy…………………………………..Trang 73
2. XÂY DỰNG NHÀ MÁY…………………………………………………………Trang 74
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 10


1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘT NHẸ
1.1. Vai trò và ứng dụng
Bột nhẹ (CaCO
3
kết tủa) là một chất phụ liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp
khác nhau được sử dụng ở dạng tinh khiết và dạng kém tinh khiết tùy theo nhu cầu và mục
đích sử dụng cụ thể. Bột nhẹ là một tên gọi thông thường trên thị trường của hợp chất carbonat
caxi (CaCO
3
).
Trên thị trường nó được bán dưới dạng bột ở nhiều kích cỡ khác nhau. Được sử dụng
rộng rãi trong các ngành như: sơn, nhựa, bột trét tường, dượt phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, sản
xuất thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, cao su, giấy….
Ngoài ra trên thị trường còn có sản phẩm cùng loại giống như bột nhẹ cũng là bột
carbonat caxi (CaCO
3
) nhưng người ta gọi là bột nặng (bột đá nghiền CaCO
3
), nguyên nhân
dẫn đến sự khác nhau là do chúng được sản xuất theo phương án khác nhau, từ đó tính chất của
chúng cũng khác xa nhau cũng như lĩnh vực ứng dụng cũng khác nhau.
1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất bột nhẹ trong nước
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 12

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
Từ hơn 40 năm nay, bột nhẹ được sản xuất tại Việt Nam với công nghệ do chúng ta tự
thiết kế, chế tạo và lắp đặt. Tuy nhiên do mức độ cơ khí hóa thấp, các thiết bị như sấy, nghiền
còn thô sơ nên chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước. Năm
2001 công ty Đất Đèn và Hóa Chất Tràng Kênh đã đưa công trình sản suất bột nhẹ chất lượng
cao đi vào hoạt động, sản phẩm đạt chất lượng tốt, đặc biệt là độ mịn. Tuy nhiên giá thành lại

Độ ẩm
0,5≤
%
Hàm lượng chất không tan trong HCl
0,25≤
%
Độ mịn qua sàng 0.125 mm
0,98≥
%
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 13

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT NHẸ
2.1. Nguyên liệu chính : là từ núi đá vôi (CaCO
3
) thiên nhiên
Thành phần chủ yếu của đá là CaCO
3
ngoài ra còn pha lẫn một ít tạp chất như MgCO
3
,
SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O

đôlômít (carbonat magie) 3- 5%
các khoáng vật khác nhỏ hơn 5%
CaO 53,89- 54,94%
MgO 1,16- 1,43%
SiO
2
0,09- 0,20%,…
Đá vôi xây dựng có tỷ lệ nhỏ hơn gồm các đá đôlômít, đôlômít- vôi màu xám tro, xám
đen; kiến trúc hạt mịn nhỏ; cấu tạo phân lớp hoặc dạng thấu kính.
Mỏ có trữ lượng tiềm năng 154,610 triệu tấn (công nghiệp hóa chất); 59,725 triệu tấn
(công nghiệp xi măng); 0,337 triệu tấn (đá xây dựng). Đây là một mỏ đá vôi lớn.
b. Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê
Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê ở huyện Thanh Liêm là mỏ đá vôi lộ trong vùng đồng
bằng. Diện tích đã thăm dò dài khoảng 500m, rộng 100m. Đây là mỏ đá vôi công nghiệp (đá
vôi sạch), màu xám, màu xanh, hoặc xám trắng có hàm lượng Calcit > 95%.
Thành phần gồm
CaO: 54,23- 54,25%
MgO: 0,61- 0,55%
Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 2,222 triệu tấn.
c. Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn
Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn ở huyện Kim Bảng là khu mỏ nằm gần rìa tây Công ty
Xi măng Bút Sơn, với tổng diện tích 3km
2
. Mỏ là dải núi đá cacbonat kéo dài theo phương bắc
– nam, phân bố ở độ cao 70- 326m, nằm trong hạ tầng Đồng Giao.
Thành phần đá vôi gồm:
CaO 54,30- 55,19%
MgO 0,57- 0,85%
SiO
2

thiết bị phản ứng hiệu suất là 100% CO
2
được phản ứng, lượng Ca(OH)
2
dùng dư 20% khối
lượng so với lượng Ca(OH)
2
tham gia phản ứng thì lượng Ca(OH)
2
dùng cho thiết bị phản ứng
là 80,72 Kg/h. Giả sử hiệu suất hòa tan CaO vào H
2
O ở 25
o
C là 80% thì lượng CaO cần là
76,34 Kg/h. Giả sử hiệu suất lò nung đạt 90 % thì lượng đá vôi cần là 151,11 Kg/h. Như vậy để
sản xuất 1 tấn sản phẩm cần 1,81 m
3
đá vôi
3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG
3.1. Carbonat canxi (đá vôi trong tự nhiên)
Phương trình phân hủy vôi ở 25
o
C (phản ứng thu nhiệt)
CaCO
3

→
¬ 
CaO + CO

CaO + H
2
O --> Ca(OH)
2
+ 15.6 kcal/mol
Bảng 3: Tính chất vật lý của CaO
CTPT CaO
tên gọi oxyt canxi
biểu hiện chất rắn màu trắng
phân tử gam 56 g/mol
điểm nóng chảy 2572
o
C
điểm sôi 2850
o
C
tỷ trọng riêng (3.3-3.4).103 kg/cm
3
độ hòa tan phản ứng với nước
hút ẩm mạnh tạo Ca(OH)
2
hoặc CaCO
3
(số liệu của bản ở điều kiện 25
o
C, 100 Kpa)
Nó là chất rắn có dạng tinh thể màu trắng và là một chất ăn da và có tính kiềm. Như là
một sản phẩm thương mại thì vôi sống có chứa lẫn cả oxyt magie (MgO), oxyt silic (SiO
2
)và

20 0,123
30 0,113
40 0,104
50 0,096
60 0,086
80 0,067
100 -
(tra sổ tay Quá Trình & Thiết Bị tập 1, trang 265)
3.3. Hydroxyt canxi (vôi tôi)
Phương trình phản ứng tạo ra bột nhẹ
Ca(OH)
2
+ CO
2
--> CaCO
3

(kết tủa)
+ H
2
O
Dung dịch chứa hyđroxyt canxi gọi chung là vôi nước và có tính bazơ trung bình-mạnh, có
phản ứng mạnh với các axít và ăn mòn nhiều kim loại khi có mặt nước. Nó trở thành dạng sữa
nếu điôxít cacbon đi qua đó, do sự kết tủa của cacbonat canxi mới tạo ra.
Bảng 5: Tính chất vật lý của Ca(OH)
2
(số liệu của bản ở điều kiện 25
o
C, 100 Kpa)
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 18

mùi, hấp thụ mạnh CO
2
trong không khí đồng thời cho kết tủa trắng CaCO
3
, tan trong nước
nóng ít hơn trong nước lạnh.
3.4. Anhydrit carbonic
Bảng 6: Tính chất vật lý của CO
2
CTPT CO
2
tên gọi theo IUPAC carbon dioxyt
phân tử gam 44 g/mol
tỷ trọng, pha 1.98 k g/m
3
, khí
độ hòa tan trong nước 1.45 kg/m
3
điểm nóng chảy - 57
o
C
điểm sôi - 78
o
C
Tan rất nhiều trong nước tạo axit H
2
CO
3
, hằng số phân li pKa
1

tích nước
Thể tích CO
2
/100
g nước
0 1,731 0,3347
1 1,646 0,3214
2 1,584 0,3091
3 1,527 0,2979
4 1,473 0,2872
5 1,424 0,2774
6 1,377 0,2681
7 1,331 0,2590
8 1,282 0,2494
9 1,237 0,2404
10 1,194 0,2319
15 1,019 0,1917
20 0,878 0,1689
25 0,759 0,1450
30 0,665 0,1259
35 0,592 0,1106
40 0,530 0,0974
45 0,479 0,0862
50 0,436 0,0762
60 0,359 0,0577
3.5. Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi
Do nung ở nhiệt độ cao, trong nguyên liệu thường có tạp chất là silic và các nguyên tố khác dễ
nóng chảy, sẽ tạo thành hợp chất nóng chảy (ít nhất cũng là lớp màng bọc bên ngoài khối CaO)
và làm mất hoặc giảm khả năng hợp nước của vôi sống gọi là vôi chết
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 20

2
+ 90.052 Kcal/mol
Phản ứng cháy không hoàn toàn
C +
1
2
O
2
= CO + 26.416 kcal/mol
Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị (nhiệt lượng phát ra khi cháy của
1 kg cacbon gọi là nhiệt trị của cacbon) của nhiên liệu càng cao. Tuổi hình thành nhiên liệu
càng già thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên than
càng khó cháy.
4.1.2. Hydro (H)
Hydro chiếm một lượng nhỏ không đáng kể trong nhiên liệu rắn (từ 1 đến 3%). Cháy
theo phản ứng ở 25
o
C
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O + 136.634 kcal/mol
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 21

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
4.1.3. Oxy (O)
Nhiên liệu chứa càng nhiều oxi thì hàm lượng các chất có trong nhiên liệu càng giảm vì một

= SO
2
+ 70.96 kcal/mol
Lưu huỳnh nằm trong nhiên liệu rắn ít hơn trong nhiên liệu lỏng.
Nhiệt trị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của cacbon. Khi cháy lưu huỳnh sẽ tạo ra khí
SO
2
, hoặc SO
3
. Lúc gặp hơi nước SO
3
dễ hoà tan tạo ra axit H
2
SO
4
gây ăn mòn kim loại.
Khi cháy tỏa ra nhiệt lượng nhưng vì SO
2
là một chất độc hại cho con người và môi trường
sống, nên hàm lượng S càng ít càng tốt.
4.1.6. Tro (A)
Là những chất trơ nhiên liệu có thành phần hóa học gồm: SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O

O = CO
2
+ 2H
2
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 22

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
CO + H
2
O = CO
2
+H
2
+ 9,838 kcal/mol
C+ CO
2
= CO
2CO + O
2
= 2 CO
2
+ 135.276 kcal/mol
Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 1000 đến 1200
o
C nên lúc nhóm lò phải dùng than thật
khô. Sau khi nhiệt độ trên 700
o
C mới dùng than ẩm, điều này rất có lợi vì than ẩm cháy là thực
hiện phản ứng thu nhiệt làm nhiệt độ lúc đó giảm, nhưng ngay sau đó CO và H
2

chất của các mối liên hệ hữu cơ có trong các thành phần cháy. Nếu cốc ở dạng cục thì gọi là
than thiêu kết ( than mỡ, than béo ), nếu cốc ở dạng bột thì gọi là than không thiêu kết (than đá,
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Trang 23

SVTH: VÕ MẠNH HOANH GVHD: PHAN ĐÌNH TUẤN
than antraxit ). Than có nhiều chất bốc thì cốc càng xốp, than càng có khả năng phản ứng cao,
Carbon không những dễ bị Oxy hoá mà còn dễ bị hoàn nguyên khí CO
2
thành khí CO. Than gầy
và than Antrxit không không cho cốc xốp khi cháy, cho nên chúng là loại than khó cháy. Tuỳ
thuộc khả năng thiêu kết của than mà than có màu sắc khác nhau. Than không thiêu kết có màu
xám, than ít thiêu kết có màu ánh kim loại.
Độ cứng của than phụ thuộc vào độ xốp của cốc, than càng xốp thì độ bền càng bé than càng dễ
nghiền.
Nhiên liệu trừ đi chất bốc, phần rắn còn lại là cốc. Trong đó có hai thành phần gồm tro và
carbon.
Ta lấy cốc trừ đi tro còn lại là phần carbon cố định, hàm lượng carbon cố định trong các
than từ 27% đến 80 %, than được tạo thành lâu đời thì hàm lượng này càng lớn, do đó nhiệt
năng càng cao. Do vậy khi đánh giá chất lượng than ta dùng tỉ lệ giữa hàm lượng C cố định và
hàm lượng chất bốc.
C
R
V
=
R : tỉ số nhiên liệu
C : hàm lượng carbon cố định
V : hàm lượng chất bốc
Tỉ số R càng lớn thì chứng tỏ hàm lượng C cố định càng cao và hàm lượng chất bốc
càng bé.
4.3. Bảo quản nhiên liệu