Nghiên cứu, tính toán hệ thống sản xuất muối từ nước biển bằng năng lượng sinh khối
- 81 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHÙNG TUẤN SƠN
PHÙNG TUẤN SƠN
KỸ THUẬT NHIỆT
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẢN XUẤT MUỐI TỪ
NƯỚC BIỂN BẰNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT NHIỆT
2014B
Hà Nội – 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHÙNG TUẤN SƠN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẢN XUẤT MUỐI TỪ NƯỚC
BIỂN BẰNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT NHIỆT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS TS Trần Gia Mỹ
Hà Nội – 2016
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Một sáng mùa hè tháng 6 năm 2016, tôi đến cánh đồng muối Hải Lý (Nam
Định) trong cái nóng như đổ lửa ở vùng quê miền biển này. Muối từ bao đời nay đã
trở thành một gia vị không thể thiếu trong mỗi bữa ăn của người Việt, ấy vậy mà ít
ai để ý một cân muối bán đi chỉ từ 700 - 1.000 đồng/kg tùy theo thời vụ và thị
trường nông sản. Trong khi để làm ra hạt muối, diêm dân phải làm quần quật từ
sáng sớm đến chiều tà, lúc trời nắng nóng nhất cũng là lúc họ làm việc cật lực nhất.
Mà cái nắng, gió biển thì không hề dễ chịu, nắng đến khô đất, cạn nguồn, nhưng
cũng nhờ nắng nhiều, cộng với nước biển có độ mặn cao mà Hải Lý nổi tiếng về
muối. Chân trần bước đi trên nền đất bỏng rát của ngày hè, ông Thanh một diêm
dân (Hải Lý, Hải Hậu, Nam Định) chia sẻ: “Đặc thù nghề muối của chúng tôi là
‘nắng làm, mát nghỉ’ vì nắng càng to sản lượng muối thu về càng nhiều. Do vậy,
những tháng hè thường là thời điểm làm muối chính của bà con, nhờ đó chúng tôi
có được những hạt muối trắng, mặn mòi”.
Sau khi trực tiếp chia sẻ với diêm dân tôi bắt tay vào tìm hiểu phương pháp sản
xuất truyền thống và thấy rằng kỹ thuật làm muối còn lạc hậu, tốn nhiều sức người.
Khối lượng và chất lượng muối ăn làm ra phụ thuộc hoàn toàn vào yếu tố thời tiết
( đây là một nhược điểm của phương pháp truyền thống ).
Sau khoảng thời gian sáu tháng nghiên cứu và tính toán tôi đã đưa ra hệ thống
sản xuất muối ăn từ nước biển sử dụng năng lượng sinh khối để giảm sự phụ thuộc
vào thời tiết, phù hợp với nhóm hoặc tổ sản xuất từ 3-5 hộ diêm dân .Sinh khối sử
dụng là rơm rạ và trấu với giá thành nguyên liệu rẻ có nơi không tính phí, chỉ mất
phí vận chuyển, với điều kiện thuận lợi nguồn nguyên liệu. Kết hợp với hệ thống
thiết bị sản xuất năng suất được đẩy lên cao gấp 4 lần so với phương pháp truyền
thống. Sau quá trình kết tinh muối hệ thống cho dung dịch nước ót có nồng độ Mg
cao. Nước ót này có thể tích trữ và bán cho các khu công nghiệp hóa học, tinh chế
MgO, khu sản xuất tấm lợp.
1
Vì những lý do trên tôi thực hiện đề tài:” Nghiên cứu, tính toán hệ thống sản xuất
muối từ nước biển bằng năng lượng sinh khối “.
1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.1. Đối tượng
- Nước biển : là nguyên liệu sản xuất muối ăn, sự bay hơi nước của nước biển
trong điều kiện tự nhiên (phương pháp truyền thống), sự bay hơi nước của nước
biển nhờ cấp nhiệt (phương pháp đề xuất).
- Sinh khối : là nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho quá trình bay hơi.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Sản xuất muối từ nước biển, nhiên liệu cấp cho hệ thống là sinh khối (phụ phẩm
nông nghiệp).
3. Mục đích nghiên cứu
Đề xuất một hệ thống sản xuất muối từ nước biển năng suất cao sử dụng phụ
phẩm nông nghiệp, không phụ thuộc vào thời tiết, góp phần tăng thu nhập và cải
thiện điều kiện làm việc cho diêm dân.
Luận văn được thực hiện qua các chương với nội dung như sau :
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Phương pháp sản xuất muối từ nước biển bằng năng lượng sinh khối
Chương 3. Tính toán, thiết kế hệ thống thiết bị
Chương 4. Kết luận và kiến nghị.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu thực tế .
- Nghiên cứu lý thuyết.
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT MUỐI ĂN
Nước ta có hơn 3 200 km bờ biển với điều kiện thiên nhiên ưu đãi, nhiều vùng có
thời tiết khí hậu thuận lợi cho sản xuất muối, hơn nữa nghề muối có truyền thống từ
lâu đời, diêm dân cần cù, chăm chỉ và có nhiều kinh nghiệm trong sản xuất muối.
Theo số liệu của cục chế biến thương mại nông lâm sản và nghề muối (Bộ Nông
nghiệp và phát triển nông thôn), năm 2016 diện tích đưa vào sản xuất muối cả nước
ước đạt 16 612 ha. Trong đó diện tích muối thủ công chiếm 13 651 ha [10].
Diện tích các cánh đồng muối được phân bố trên ba vùng nguyên liệu muối với
các đặc thù riêng biệt như sau:
Miền Bắc: Chủ yếu tại các tỉnh Nam Định, Thanh Hoá, Nghệ An. Phương thức
sản xuất chính là muối phơi cát. Phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết, lạc hậu, manh
mún, nằm xa trục giao thông nên chi phí cao hơn sản xuất tập trung.
Miền Trung tập trung tại các tỉnh từ Bình Định đến Bình Thuận. Riêng Ninh
Thuận sau khi khu công nghiệp muối xuất khẩu Quán Thẻ với diện tích 2 500 ha đi
vào sản xuất, đã nâng diện tích sản xuất của cả tỉnh lên 4 700 ha. Đa số là sản xuất
theo phương pháp bay hơi nước bằng năng lượng mặt trời và một phần bằng
phương pháp trải bạt.
Đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu ở Bạc Liêu với gần 4 200 ha, phương pháp
sản xuất chủ yếu là phơi nước trên nền đất và sản phẩm chủ yếu là muối đen.
Sản lượng muối cả năm ước đạt xấp xỉ 800 000 tấn, trong đó muối từ sản xuất
công nghiệp đạt chừng 180 000 tấn ( chiếm 22,5 % sản lượng muối của cả nướcdo
các khu công nghiệp muối sản xuất ), muối thủ công đạt 620 000 tấn (chiếm 77,5 %
sản lượng muối của cả nước do diêm dân sản xuất ). Muối là nguồn nguyên liệu để
sản xuất thực phẩm, là nguyên liệu cho nền công nghiệp hóa học.
Trong ngành hóa chất, muối công nghiệp là nguyên liệu chính để sản xuất
NaOH, Na2CO3, một số hóa chất có gốc Na+. Tổng nhu cầu muối công nghiệp mỗi
năm khoảng từ 200 000 – 250 000 tấn.
Hiện nay chúng ta chỉ có một khu công nghiệp Quán Thẻ với phương pháp sản
xuất bằng công nghệ điện phân màng trao đổi ion, nhưng đòi hỏi muối công nghiệp
3
phải có chất lượng cao, tạp chất trong muối phải rất thấp phải đạt các chỉ số như
sau: NaCl trên 98 %, ion Ca++ dưới 0,05%, Mg++ dưới 0,04%, SO4- dưới 0,2%, độ
ẩm dưới 3,5%.
Trong năm 2015 sản lượng muối công nghiệp sản xuất trong nước ước khoảng
380 000 – 400 000 tấn, trong đó nhu cầu của cácdoanh nghiệp hóa chất, y tế khoảng
322 000 tấn. Sản lượng muối công nghiệp trong nước đảm bảo phục vụ cho nhu
cầu. Do khí hậu thất thường nên sản lượng muối Việt Nam không ổn định, hạt muối
làm ra thường lẫn nhiều tạp chất và không đạt tiêu chuẩn chất lượng dẫn tới tình
trạng thừa muối ăn nhưng lại thiếu muối chất lượng cao (muối công nghiệp). Để
đáp ứng nhu cầu muối cho các doanh nghiệp, Bộ Công Thương đã ban hành Thông
tư số 45/2010/TT-BCT quy định hạn ngạch thuế quan nhập khẩu muối 2015 với số
lượng: 180 000 tấn muối công nghiệp và 3 000 tấn muối tinh khiết dùng trong y tế.
Với đặc thù là đất nước có đường bờ biển dài nhưng ta gặp hai vấn đề lớn trong
sản xuất muối gây rất nhiều khó khăn cũng như ảnh hưởng tới nền kinh tế của cả
nước nói chung và kinh tế biển nói riêng. Năm 2015 nước ta phải nhập khẩu
400 000 tấn muối công nghiệp phục vụ cho nhu cầu muối trong nước của các
doanh nghiệp hóa chất [10].
Thứ nhất là do chưa đầu tư cho nghiên cứu sâu, chưa mạnh dạn áp dụng khoa
học kỹ thuật vào sản xuất, diêm dân vẫn sử dụng nền công nghệ lạc hậu từ bao đời
nay khiến cho chất lượng và số lượng muối sản xuất ra không đáp ứng được nhu
cầu của thị trường.
Thứ hai đó là không quy hoạch các vùng sản xuất muối tập trung các khâu từ
sản xuất cho đến tiêu thụ không thống nhất đa phần là các vùng miền diêm dân tự
canh tác từ bao đời nay, muối sản xuất ra phụ thuộc vào thương lái, giá muối cũng
vì vậy bị thương lái ép giá khiến diêm dân điêu đứng.
Vì vậy ta cần tận dụng được những điều kiện thuận lợi để phát triển ngành
muối, phấn đấu trở thành nước xuất khẩu muối cho cả tiêu dùng lẫn nhu cầu muối
công nghiệp. Việc cần thiết là đề xuất phương pháp sản xuất muối ăn mới nhằm
tăng năng suất và nâng cao điều kiện làm việc cho diêm dân.
4
1.1. Kỹ thuật sản xuất muối ăn truyền thống từ nước biển ở nước ta
Kỹ thuật sản xuất muối ăn truyền thống bao gồm các giai đoạn chính sau đây:
Cung cấp nước biển, phơi cát mặn, lọc chạt, kết tinh muối.
1.1.1. Cung cấp nước biển
Nước biển là nguồn nước của thiên nhiên đặc biệt có chứa hầu hết các nguyên
tố mà con người đã phát hiện ra. Những nguyên tố hòa tan trong nước biển phần lớn
tồn tại dưới trạng thái ion. Các ion được phân tích trong bảng 1.1 [Mục lục 1]
Cung cấp nước biển là công đoạn đầu, công đoạn cung cấp nguyên liệu của quá
trình sản xuất muối ăn từ nước biển theo phương pháp phơi cát.
Yêu cầu kỹ thuật đối với việc cung cấp nước biển là : lấy đủ nước biển có nồng
độ cao phục vụ kịp thời cho sản xuất muối ăn ở đồng muối. Lượng nước biển này
phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Lượng nước biển cần dùng để sản xuất muối là W1 ( tức là chưa kể tới mọi tổn
thất nước biển trong quá trình sản xuất muối ăn). Lượng nước biển này được tính
toán dựa theo bảng phân tích xác định sự thay đổi thành phần nước biển, nồng độ
nước biển.
- Lượng nước biển bị thẩm thấu dò rỉ trong quá trình sản xuất gọi là W2 , lượng
nước biển này cần qua thực nghiệm để kiểm định ; kinh nghiệm cho thấy có thể lấy
W2 = 0,2 W1 .
- Lượng nước biển dự trữ để sản xuất muối ăn ở đồng muối trong những ngày
không lấy được nước biển vào đồng muối.
- Lượng nước biển đọng trong đồng muối mức nền sân phơi cát hoặc ở các
mương dẫn, thải nước của đồng muối . Trong sản xuất muối ăn lúc bình thường, khi
tính lượng nước biển cần cung cấp cho sản xuất, không cần phải tính tới lượng nước
biển này, nhưng sau khi rút cạn nước trong đồng muối để chuẩn bị lấy nước biển
mới vào đồng muối thì lại cần kể tới.
1.1.1.1. Lấy nước biển có nồng độ cao
Nồng độ của nước biển lấy vào ruộng muối sẽ quyết định đến năng suất thu
hoạch muối , các vùng nước biển có độ mặn của nước biển 3,5 ° Bé phù hợp cho
sản xuất muối ăn (° Bé : độ Bô mê , là đơn vị đo nồng độ các muối hòa tan trong 1
5
kg nước biển. Nồng độ nước muối ban đầu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của
cả quá trình sản xuất muối ).
Nước biển có nồng độ từ 2 – 3 °Bé , mỗi khi nồng độ nước biển tăng thêm được
0,1° Bé thì sản lượng muối ăn có thể tăng thêm khoảng 5% [7]. Sản xuất cùng một
lượng muối ăn, nếu dùng nước biển nồng độ thấp thì chi phí về vốn đầu tư làm thiết
bị cung cấp nước biển càng nhiều, sức lao động bỏ ra càng nhiều và kết quả là giá
thành sản phẩm càng cao. Vì vậy cần cố gắng lấy nước biển có nồng độ cao, dù chỉ
là cao hơn 0,1 ° Bé cũng đem lại nhiều hiệu quả.
Sau khi đưa nước biển vào trong các đồng muối, thì phải giữ được số lượng và
nâng cao nồng độ muối trong nước biển bằng cách sử dụng các phương pháp làm
bay hơi nước. Nồng độ nước biển sử dụng để sản xuất muối phải cao hơn nồng độ
nước ngoài biển khoảng 1°Bé [7].
1.1.1.2. Xây dựng sân phơi cát lấy nước biển
Sơ đồ hệ thống kênh lấy nước biển và sân phơi cát được thể hiện trên hình 1.1:
Chỉnh kênh dẫn nước biển mức nước
Làm nền sân phơi cát
Phơi cát trên ô ruộng
( Tiếp nước biển liên tục cho ruộng )
Xác định lượng nước biển bao quanh
sân phơi cát
Thiết kế hệ thống thoát nước cho
ruộng muối
Hình 1.1. Biện pháp lấy được nước biển có nồng độ cao
Để có thể lấy được nước biển có nồng độ cao vào đồng muối, điều kiện đầu tiên
cần chú ý là thủy triều. Mỗi khi thủy triều lên và xuống sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến
6
độ mặn của nước biển, xây dựng đường ống dẫn nước biển phải chắc chắn và có độ
dốc, tỉ lệ dốc so với bề mặt nước biển được tính toán trước để hệ thống hoạt động tự
nhiên mà không tốn công vận hành. Lên lịch định kỳ lấy mẫu nước biển, kiểm tra
nồng độ trước khi lấy nước biển. Định kỳ kiểm tra đường ống dẫn nước biển để kịp
thời sửa chữa đường ống cấp nước biển cho hệ thống sản xuất muối. Cần tạo lập
một cơ sở dữ liệu theo từng năm để nắm rõ được sự thay đổi nồng độ của nước
biển, qua hệ thống dữ liệu đề xuất thời điểm, thời gian và phương pháp lấy nước
biển có độ mặn cao nhất.
Cung cấp nước biển là phần việc rất quan trọng trong quá trình sản xuất muối ăn,
bởi vậy cần phải tổ chức bộ phận cung cấp nước muối chuyên trách ở đồng
muối.Người làm công tác này ngoài việc theo dõi tình hình thủy triều, nồng độ nước
biển vào đồng muối, gạn nước nhạt, thay nước nhạt trong đồng muối khi cần,… còn
trách nhiệm bảo vệ cống và thiết bị lấy nước cấp vào đồng muối.
1.1.2. Chế cát mặn
Chế cát mặn là công đoạn tiếp theo công đoạn cung cấp nước biển; nó có tầm
quan trọng đặc biệt trong toàn bộ quá trình sản xuất muối ăn ở đồng muối phơi cát .
Ở cùng một khu vực sản xuất hay cùng chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết , địa
chất , hải văn…. là như nhau. Nhưng các đơn vị sản xuất lại có năng suất khác nhau
là do còn tùy thuộc vào kết quả chế cát mặn. Chế cát mặn là : sử dụng năng lượng
tự nhiên khiến các tinh thể muối kết tụ vào bề mặt hạt cát .
Yêu cầu kỹ thuật đối với việc chế cát mặn:
Phải chế được nhiều cát mặn và cát mặn đó phải chứa nhiều tinh thể muối . Yêu
cầu này thường được đánh giá khách quan bằng một chỉ tiêu : lượng nước sạch ở
chạt có được khi lọc số cát mặn thu được ở 1m2 . Khi lượng nước chạt ở sân phơi là
20 độ Bé tức là bằng 0,8 – 1 lít /m2.
1.1.2.1. Quá trình tích lũy muối vào cát phơi
Khi đơm cát phơi rải lên sân phơi sẽ có hai hiện tượng đồng thời xảy ra :
7
- Muối kết tụ vào cát phơi: Nhiệt do cát hấp thụ được truyền cho nước biển
bám quanh nó, làm cho nước bay hơi để nước muối đạt độ bão hòa, muối kết tinh tụ
trên bề mặt cát phơi.
- Muối kết tụ ở cát phơi bị tan ra: Muối đã kết tụ ở cát phơi bị tan vào nước
biển tiếp liên tục cho ra cát phơi.
Tùy theo tốc độ muối kết tụ vào cát phơi và tốc độ muối đã kết tụ ở cát phơi tan
ra nhanh hay chậm mà cát phơi tích lũy được thêm muối hay là mất muối đi. Nói
khác đi, nếu gọi hiệu số giữa tốc độ muối tan ra là tốc độ tích lũy muối của cát phơi,
thì cát phơi sẽ mặn thêm nếu tốc độ tích lũy của cát phơi là (+) hoặc cát phơi sẽ nhạt
đi ( mất muối ) nên tốc độ tích lũy muối của cát phơi là âm (-).
1.1.2.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tích lũy muối vào cát phơi
Khả năng làm bay hơi nước biển của cát phơi càng lớn thì tốc độ và số lượng
muối tích lũy ở cát phơi càng lớn. Khả năng làm bay hơi nước của cát phơi phụ
thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt năng từ bức xạ mặt trời, điều kiện khí tượng và
các yếu tố khác.
Khả năng tiếp nước biển cho cát phơi
Trong điều kiện nhất định vè nồng độ nước biển và các yếu tố khí tượng, thì khả
năng làm bay hơi nước biển ở cát phơi của một số sân phơi phụ thuộc vào nhiệt độ
tại thời điểm đó. Điều dễ nhận thấy, những ngày nắng to thì nước biển ở cát bay hơi
nhiều , tích tụ được nhiều muối vào cát phơi hơn so với những ngày nắng yếu. Nếu
nước biển tiếp cho cát phơi quá mức nó có thể làm tan lượng muối đã kết tụ. Nước
biển tiếp cho cát phơi ít, cát phơi không kết tụ được nhiều muối, lãng phí khả năng
kết tụ muối vào cát phơi. Trong một ngày phơi cát, do lượng bay hơi nước biển của
cát phơi trong từng lúc trong ngày không giống nhau (thường lớn nhất vào lúc quá
trưa, nhỏ nhất vào lúc sáng sớm ), cần căn chỉnh thời điểm tiếp nước biển.
Làm cách nào để tiếp nước cho phù hợp với khả năng bay hơi nước biển của cát
phơi? Để giải đáp vấn đề này, chúng ta cần tìm hiểu về tính thấm, tính mao dẫn và
những yếu tố tác động tới các tính chất đó của đất, từ đó có hướng tạo ra sân phơi
8
cát có khả năng tiếp hơi nước cho cát phơi phù hợp với khả năng bay hơi nước biển
ở cát phơi tạo điều kiện cho cát phơi kết tụ được nhiều muối.
Tính thấm và những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng thẩm thấu của đất.
Giữa các hạt đất luôn có những lỗ hổng liên kết với nhau tạo thành mạng lưới
ống dẫn có kích thước nhất định, tạo cho đất có tính thấm nước. Tính thấm của đất
được biểu thị qua hệ số thấm, tốc độ nước chảy qua một đơn vị diện tích mặt cắt
ngang dòng nước thấm của đất, đơn vị tính là m/ ngày – đêm [7].
Tính mao dẫn và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng mao dẫn của đất.
Mặt tiếp xúc giữa đất và mặt nước gọi là mặt thấm nước. Các phân tử nước có thể
chuyển động trong đất theo hướng lên phía trên, tức là ngược chiều tác dụng của
trọng lực, đất có khả năng cho nước chuyển động như vậy vì trong các kích thước
ống ( là các khe giữa các phần tử đất) có kích thước rất nhỏ, có sức kéo giữa vách
ống và phân tử nước ở gần vách ống làm nước ở quanh ống dâng lên, mặt nước
cong lõm xuống. Giữa các phân tử nước ở gần vách ống và các phân tử nước khác
lại có sức hút nhau tạo nên sức căng bề mặt của nước. Nhờ các sức kéo, sức căng
bề mặt nêu trên, nước trong các mao quản dâng lên cho tới khi trọng lực của khối
nước được kéo lên cân bằng với các lực kéo nước lên thì mới dừng lại. Chiều cao
cột nước được kéo ngược lên được gọi là chiều cao mao dẫn ( H ), đặc tính có thể
cho nước leo ngược lên trên đất được gọi là tính mao dẫn của đất [7].
Gọi T và φ là sức căng bề mặt và khối lượng riêng của nước biển có trong mao
quản của đất; g là gia tốc trọng trường; R là bán kính mao quản , thì chiều cao mao
dẫn ( H ) là [ 7]:
2𝑇𝑇
H=
𝜑𝜑.𝑔𝑔.𝑅𝑅
Chiều cao mực nước dâng lên trong mao quản tỷ lệ nghịch với bán kính mao
quản. Đất gồm những hạt đất càng nhỏ thì bán kính các mao quản càng nhỏ , do vậy
chiều cao mao dẫn nước ở đất đó sẽ càng cao. Tuy vậy , khi đất gồm những hạt đất
rất nhỏ ( dưới 0,02 mm ) thì bán kính các mao quản sẽ rất nhỏ, do vậy chiều cao
mao dẫn nước ở đó sẽ rất cao. Khi hạt đất càng nhỏ thì thời gian để nước dâng lên
trong mao quản đất đạt trị số cao nhất sẽ càng lâu. Ở đất cát , thời gian để nước
9
dâng lên trong mo quản đạt tới trị số cao nhất chỉ rất ngắn , nhưng ở đất hạt nhỏ và
đất sét thi phải là 250 – 475 ngày.
Màu của cát phơi: Màu của cát phơi càng sẫm thì khả năng hấp thu nhiệt bức xạ
mặt trời của cát phơi càng lớn. Điều này được chứng minh bằng cách đo nhiệt độ
của cát phơi được nhuộm màu khác khi cùng đem phơi một lúc ở ngoài nắng , được
thể hiện trong bảng 1.1 sau đây:
Bảng 1.1. Nhiệt độ cát màu [7]
Nhiệt độ của cát đo,° C
Màu của cát 8h 14h
Màu đen 16,7 40,9
Màu lam 16,65 40,0
Màu hồng 16,65 38,55
Màu xanh 16,60 37,10
Màu vàng 16,60 35,80
Màu trắng 16,44 34,60
Chính vì vậy khi ta trộn thêm than vào cát đen sẽ tăng được nhiệt độ của cát phơi
và giúp chúng ta có thêm sự lựa chọn để làm tăng tính hiệu quả chế cát mặn , kết
quả này thể hiện rõ trong bảng 1.2 sau đây:
Bảng 1.2. Nhiệt độ cát không trộn và có trộn than [7]
Nhiệt độ cát
Ngày/tháng Không trộn than Có trộn than
23/7 37,5 38
24/7 36,5 37
26/7 37,5 39
27/7 38,5 39,5
10
Hạt cát phơi càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt của các hạt cát ở lớp cát phơi
càng lớn (với lớp cát phơi gồm các hạt cát có đường kính 1 mm thì tổng diện tích bề
mặt của các hạt cát trong 1 cm3 cát là 60 cm2, nhưng lớp cát phơi gồm các hạt cát có
đường kính 0,1mm thì tổng diện tích các hạt cát trong 1 cm3 là 600 cm2) [7]. Chính
vì vậy lượng bay hơi ở lớp cát gồm những hạt cát nhỏ lớn hơn ở lớp cát gồm những
hạt cát lớn. Kích thước hạt cát ảnh hưởng tới tỷ lệ bay hơi được thể hiện qua bảng
1.3 sau:
Bảng 1.3. Tỷ lệ nước trong cát bay hơi [7]
Hàm lượng nước trong cát phơi 100 90 80 70 60 50
Tỷ lệ bay hơi của cát thạch anh, % 100 88,2 80,5 70,8 60,3 50,2
Tỷ lệ bay hơi của cát đá vôi, % 100 90,2 81,2 70,0 60,3 50,3
Cát có kích thước nhỏ, do tính dẻo nhiều hơn nên giữ được nước tốt hơn cát kích
thước lớn (đây cũng là một ưu điểm của cát phơi kích thước nhỏ). Nhưng nếu lớp
cát phơi gồm toàn những hạt rất nhỏ thì tuy ban đầu rất có lợi cho việc bay hơi
nhưng về sau này cát phơi sẽ bị vón cục , kém tiếp xúc với mặt sân phơi, cát mặn
thu được sẽ kém mặn đi nhiều do nước biển ở nền rất khó tiếp xúc với lớp cát phơi,
ngoài ra khi lọc nước chạt cũng tốn nhiều thời gian hơn do nước chạt đục hơn. Do
đó nên chọn cát phơi có đường kính hạt trung bình 0,25 mm là tốt nhất.
Thao tác chế cát mặn
Khi chế cát mặn theo phương pháp tỉa dày tát nước: diêm dân đưa nước biển
thẳng vào những luống cát trên bề mặt sân phơi.
Khi chế cát mặn theo cách phơi hoa: diêm dân rải cát và thu cát ở một sân phơi
cát hàng ngày. Đưa nước biển vào trước sau đó rải cát lên phía trên (dày 1 cm), tiếp
đó sẽ văng nước lên phía trên cát. Cũng bừa lăn trục như cách tỉa dày tát nước. Ta
có kết quả với 2 phương pháp sản xuất phơi hoa và tỉa dày tát nước .
Với kết quả thu tại đồng muối Thạch Hà Tĩnh thể hiện dưới bảng 1.4 sau :
11
Bảng 1.4. Lượng muối ăn thu được theo hai phương pháp[7]
Đợt thí Ngày Phơi hoa Tỉa dày tát nước
nghiệm tháng Cát Bừa, Cát Muối Cát Bừa, Cát Muối
phơi lăn mặn ăn phơi lăn mặn ăn
( xe) trục thu thu ( xe) trục thu thu
( lần ) được được ( lần ) được được
( xe ) ( kg ) ( xe ) ( kg )
18/6 20 6 25 - 13 4 - -
19/6 19 6 24 55 8 - - -
20/6 20 6 26 50 - - - -
21/6 22 6 28 50 - 18 50 -
I 22/6 19 6 24 60 - 5 42 16
23/6 20 6 25 55 - - 36 0
24/6 21 6 27 52 - - - 12
25/6 26 6 33 57 - 4 22 0
- - - - 65 - - - 60
- 30
8 167 48 212 444 138 36 150 370
ngày
12
Tiếp bảng 1.4. Lượng muối ăn thu được theo hai phương pháp [7]
Đợt thí Ngày Phơi hoa Tỉa dày tát nước
nghiệm tháng Cát Bừa, Cát Muối Cát Bừa, Cát Muối
phơi lăn mặn ăn thu phơi lăn mặn ăn thu
( xe) trục thu được ( xe) trục thu được
( lần ) được ( kg ) ( lần ) được ( kg )
( xe ) ( xe )
6/7 15 5 21 - 12 4 - -
7/7 17 6 22 55 6 - - -
8/7 20 6 20 55 - - - -
9/7 18 6 23 50 - 16 35 -
10/7 22 6 27 55 - 5 48 10
II 11/7 22 6 30 60 - - - 0
12/7 23 6 30 60 - 4 42 90
- - - - 55 - - - 60
- -
7 139 41 177 390 126 29 126 250
ngày
* Thời gian thí nghiệm là 2 chu kì tỉa dày tát nước .
**Số lượng cát vãi và thu trong mỗi chu kỳ sản xuất thường không cân bằng vì
có khi cát vãi ở cuối mỗi chu kì trước nhạt quá để lại chu kì sau mới thu.
1.1.3. Lọc cát mặn
Lọc cát mặn thường được gọi là lọc chạt là việc dùng nước biển để hòa tan phần
muối NaCl kết tụ trong cát mặn để thu lấy nước chạt đem phơi thu muối ăn ( ở công
đoạn kết tinh).
Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc cát mặn bao gồm: mức độ kết tụ NaCl
ở cát mặn , nhiệt độ khi lọc cát mặn, dung môi dùng lọc (nồng độ, nhiệt độ, số
lượng), thời gian dung môi lọc qua cát mặn, và sự có mặt của các muối khác cùng
13
kết tụ ở cát mặn. Số lượng muối kết tụ vào hạt cát ảnh hưởng trực tiếp đến độ mặn
của nước chạt (° Bé ). Nhiệt độ không ảnh hưởng tới độ hòa tan của các muối trong
nước nguyên chất, ta có kết quả qua bảng 1.5 như sau:
Bảng 1.5. Độ hòa tan của các muối trong nước nguyên chất [5]
Nhiệt
độ, °C Độ hòa tan trong nước nguyên chất của các muối
NaCl MgSO4 MgCl2 KCl CaSO4
0 26,28 - 34,6 22,2 0,1756
10 26,32 23,6 34,9 23,8 0,1926
20 26,39 26,2 35,3 25,5 -
30 26,51 29,0 - 27,2 0,2095
40 26,68 31,3 36,5 28,7 0,2108
50 26,86 33,5 - 30,1 -
60 27,07 35,5 37,9 31,3 0,1996
Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan trong nước của MgSO4 tăng, nhưng ở khoảng nhiệt
độ dưới 20°C, độ hòa tan trong nước của MgSO4 nhỏ hơn của NaCl, khoảng nhiệt
độ trên 20°C lại lớn hơn của NaCl. Độ hòa tan trong nước của MgCl2 tăng theo
nhiệt độ và luôn luôn lớn hơn độ hòa tan trong nước của NaCl và các muối MgSO4,
KCl. Khi tăng nồng độ nước chạt dùng lọc từ 2,8 đến 10 ° Bé thì nồng độ nước lọc
được tăng nhanh (từ 6,5 đến 12,3°Bé), nhưng tăng nồng độ nước lọc từ 10 – 15°Bé
thì nồng độ nước dùng lọc được tăng chậm (từ 12,3 – 15,2°Bé). Xét về độ muối
cũng vậy khi tăng nồng độ nước chạt lọc từ 7,5 – 10°Bé thì độ nước lọc được tăng
khá lớn ( 34,4 %o, tức là ứng với mỗi độ tăng Bômê, tăng 13,8%o ) tăng nồng độ
nước chạt dùng lọc từ 10 – 11,5°Bé thì độ muối trong nước lọc được tăng chậm (
9,74 %, tức là ứng với mỗi độ Bômê tăng 6,5 %o). Khi nồng độ nước chạt lọc từ 7,5
– 10°Bé, độ muối trong nước lọc cát bã tăng chậm (2,232 %o) còn khi tăng nồng độ
nước chạt dùng lọc cát bã tăng nhanh hơn ( 3,846 %o ) [7].
14
Như vậy, khi dùng nước ngọt và nước chạt có nồng độ khác nhau để lọc cát mặn,
chúng ta có thể thấy là để đạt cả hai yêu cầu kỹ thuật của việc lọc cát mặn , nên
dùng nước chạt 10° Bé làm dung môi lọc cát mặn lần đầu còn lần lọc sau nên dùng
nước chạt có nồng độ thấp hoặc nước biển làm dung môi.
Thao tác lọc cát mặn
Lọc cát mặn hay gọi là lọc chạt. Lọc chạt không đúng kỹ thuật , muối ăn còn sót
lại ở cát bã nhiều, nước chạt lọc được ít và có nồng độ thấp.
Thao tác lọc cát mặn gồm có: đổ cát mặn vào chạt lọc; dậm cát mặn chứa trong
chạt lọc. Đổ nước chạt nước biển lên cát mặn để lọc và khống chế nồng độ nước lọc
ra, cần chú ý san đều lớp cát mặn.
Khi dậm chạt, nên chú ý dậm đều , không bỏ sót, cát mặn khô, cần được dậm kỹ
và hơn cát mặn ẩm, bằng cách ấn mạnh gót chân xuống mặt cát mặn.
Với cát mặn có lẫn bùn sét cần dẫm nhẹ hơn so với cát mặn không có lẫn bùn sét.
Phải đặt đệm ( tre, chiếu ,..) ở chỗ đổ nước vào lọc chạt để tránh làm lõm cát ( ở chỗ
bị lõm đó, nước chạt sẽ chảy qua nhanh hơn chỗ khác ). Thực hiện việc chia lượng
nước chạt 10° Bé và nước biển đem lọc chạt để đổ 3 † 4 lần.
+ Lần 1: Đổ nước chạt 10° Bé để cát mặn đủ ngấm, thời gian chờ là 30 phút .
+ Lần 2, 3 : Đổ nốt lượng nước chạt 10° Bé lên cát mặn.
+ Lần 4: Đổ nước biển lên cát mặn.
Khống chế nồng độ nước chạt lọc ra ở các lần lọc như sau :
+ Lần 1: Lấy nước chạt đưa ra cho tới lúc nồng độ nước chạt chảy ra bắt đầu
thấp hơn 18 – 20°Bé để thu nước chạt hỗn hợp ở trong thống chứa ( giếng chứa ).
+ Lần 2: lấy nước chạt chảy ra tới lúc nồng độ nước chạt chat ra thấp hơn 7 -8 °
Bé để thu nước chạt hỗn hợp ở trong thống chứa ( giếng chứa ).
+ Khi lọc chạt xong , chuyển cát bã ra ngoài. Sau đó chuyển toàn bộ lượng cát
bã quay lại giai đoạn phơi cát.
1.1.4. Kết tinh muối ăn từ nước chạt
Công đoạn kết tinh muối ăn từ nước chạt là công đoạn cuối có ảnh hưởng tới
quyết định tới năng suất và chất lượng muối ăn sản xuất từ nước biển theo phương
15
pháp phơi cát .
Hiệu suất tách NaCl từ nước chạt có quan hệ chặt chẽ với lượng muối ăn sản xuất
được . Nếu không xử lỹ nước chạt đem kết tinh, thì khi tăng hiệu suất tách NaCl sẽ
làm giảm chất lượng muối ăn thu được sau này và ngược lại. Nếu xử lý nước chạt
để tách bớt tạp chất , có thể sản xuất được muối ăn có chất lượng cao, và đại hiệu
suất tách NaCl lớn.
Quá trình kết tinh muối ăn từ nước chạt và các điểm cần chú ý khi phơi nước
chạt kết tinh muối.
Điểm bão hòa NACl của nước chạt. Nước chạt bão hòa NaCl là nước chạt đã
được cô đặc tới mức bắt đầu xuất hiện những mầm kết tinh NaCl. Trong những điều
kiện nhất định ( nhiệt độ, áp suất.) thì chỉ khi nào nước chạt bão hòa NaCl thì mới
có thể kết tinh được vì vậy điểm bão hòa của nước chạt phụ thuộc chủ yếu vào hàm
lượng NaCl có trong nước chạt đem đi kết tinh. Do trong nước chạt còn chứa nhiều
loại muối khác ( Ngoài NaCl ), những muối này có ảnh hưởng ít nhiều tới độ hòa
tan NaCl của nước chạt. Ví dụ các ion trong nước chạt Mg2+, SO42-, Cl-, Na+. Giữa
chúng có tác động qua lại thuận nghịch.
Na2SO4 + MgCl2 <=> 2NaCl ( rắn ) + MgSO4
Nếu hàm lượng MgCl2 của nước chạt tăng thì sẽ tạo thuận lợi cho phản ứng
chuyển về phía bên phải , tức là thuận chiều kết tinh NaCl, nếu hàm lượng MgSO4
lớn thì phản ứng bị ngược chiều , hòa tan NaCl.
Hai giai đoạn hình thành muối ăn từ nước chạt khi tiến hành cô đặc:
- Giai đoạn tạo mầm tinh thể : khi nước chạt đã được cô đặc tới điểm bão hòa
NaCl thì khoảng cách giữa các ion Na+ và Cl- hẹp lại, cơ hội gặp gỡ giữa các ion đó
nhiều lên và tới hạn bão hòa NaCl nào đó các mầm tinh thể NaCl hình thành.
- Giai đoạn trưởng thành của tinh thể : Mầm tinh thể NaCl tiếp tục hấp thu thêm
ion Na+ và Cl- vào bề mặt của nó mà lớn dần thành tinh thể NaCl.
Nếu gọi số lượng uon Na+ và Cl- tách ra từ nước chạt để tạo thành mầm tinh thể,
trong một đơn vị thể tích và trong một đơn vị thời gian là tốc độ phát sinh của tinh
thể; và số lượng các ion tách ra từ nước chạt để sát nhập vòa các mầm thinh thể làm
16
cho tinh thể trưởng thành, trong một đơn vị thể tích và trong một đơn vị thời gian là
tốc độ trưởng thành của tinh thể, thì sẽ xảy ra hai trường hợp sau:
Khi tốc độ phát sinh và tốc độ trưởng thành của tinh thể NaCl nhỏ hoặc tốc độ
phát sinh mầm tinh thể NaCl nhỏ hơn tốc độ trưởng thành của tinh thể NaCl thì tinh
thể NaCl sẽ được phát triển đầy đủ, rắn chắc. Một số hình ảnh của hạt muối được
thể hiện trên hình 1.2 sau:
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể muối ăn [4]
17
Sự phát sinh mầm tinh thể NaCl và sự trưởng thành của tinh thể NaCl trong nước
chạt phụ thuộc chính vào độ bão hòa NaCl của nước chạt. Nồng độ nước chạt tăng
chậm, tức là mức nâng độ bão hòa NaCl trong nước chạt càng chậm thì tốc độ phát
sinh mầm tinh thể NaCl càng nhỏ. Thời gian kết tinh kéo dài và như vậy là có lợi
cho tinh thể NaCl trưởng thành hoàn chỉnh.
Khi tạp chất trong nước chạt càng ít, và khi tăng cường khoấy trộn thì tinh thể
muối càng mau trưởng thành (tốc độ trưởng thành của tinh thể muối tăng) muối ăn
có hình hạt hoàn chỉnh và độ nguyên chất cao.
Như vậy, thành phần nước chạt và điều kiện kết tinh là hai yếu tố chính ảnh
hưởng tới sự hình thành tinh thể NaCl từ nước chạt. Khi tinh thể NaCl trưởng thành
dạng lập phương, nó phát triển tuần tự từ các góc, dọc theo các cạnh, cuối cùng đến
các mặt của tinh thể. Chính vì vậy, chỉ trong trường họp tinh thể trưởng thành chậm,
các mặt của tinh thể mới được phát triển đầy đủ. Tinh thể NaCl nguyên chất không
màu, nhưng tinh thể muối ăn chúng ta nhìn thấy đó là hợp thành của nhiều tinh thể.
Và một lượng hợp chất khác khiến hạt muối thường có màu trắng ngà, trắng có ánh
hồng, sẫm vàng.
Các yếu tố ảnh hưởng tới sự kết tinh muối ăn từ nước chạt và hướng khống chế
Những yếu tố chính ảnh hưởng tới việc kết tinh muối ăn là thành phần, nồng độ
và tốc độ kết tinh của muối ăn từ nước chạt. Dưới đây nêu qua về mức độ ảnh
hưởng và hướng khống chế những yếu tố ảnh hưởng đó để có thể thu được nhiều
muối ăn chất lượng cao.
- Thành phần nước chạt:
Để tìm hiểu chính xác ảnh hưởng của thành phần nước chạt đối với quá trình
phơi khô đặc nước chạt để sản xuất muối ăn, cần phải dùng tới các tỷ số đặc trưng
thay cho cách dùng nồng độ Bômê để theo dõi sự thay đổi của thành phần nước chạt
một cách chính xác hơn.
Tỷ số Na+/ Mg2+ là tỷ số giữa lượng ion Na+ và lượng ion Mg2+ có trong nước
chạt. Tỷ số này càng lớn biểu thị hàm lượng NaCl trong nước chạt càng lớn, có lợi
cho sản xuất muối ăn.Tỉ số này được thể hiện trong bảng 1.6 sau đây:
18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHÙNG TUẤN SƠN
PHÙNG TUẤN SƠN
KỸ THUẬT NHIỆT
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẢN XUẤT MUỐI TỪ
NƯỚC BIỂN BẰNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT NHIỆT
2014B
Hà Nội – 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHÙNG TUẤN SƠN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẢN XUẤT MUỐI TỪ NƯỚC
BIỂN BẰNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT NHIỆT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS TS Trần Gia Mỹ
Hà Nội – 2016
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Một sáng mùa hè tháng 6 năm 2016, tôi đến cánh đồng muối Hải Lý (Nam
Định) trong cái nóng như đổ lửa ở vùng quê miền biển này. Muối từ bao đời nay đã
trở thành một gia vị không thể thiếu trong mỗi bữa ăn của người Việt, ấy vậy mà ít
ai để ý một cân muối bán đi chỉ từ 700 - 1.000 đồng/kg tùy theo thời vụ và thị
trường nông sản. Trong khi để làm ra hạt muối, diêm dân phải làm quần quật từ
sáng sớm đến chiều tà, lúc trời nắng nóng nhất cũng là lúc họ làm việc cật lực nhất.
Mà cái nắng, gió biển thì không hề dễ chịu, nắng đến khô đất, cạn nguồn, nhưng
cũng nhờ nắng nhiều, cộng với nước biển có độ mặn cao mà Hải Lý nổi tiếng về
muối. Chân trần bước đi trên nền đất bỏng rát của ngày hè, ông Thanh một diêm
dân (Hải Lý, Hải Hậu, Nam Định) chia sẻ: “Đặc thù nghề muối của chúng tôi là
‘nắng làm, mát nghỉ’ vì nắng càng to sản lượng muối thu về càng nhiều. Do vậy,
những tháng hè thường là thời điểm làm muối chính của bà con, nhờ đó chúng tôi
có được những hạt muối trắng, mặn mòi”.
Sau khi trực tiếp chia sẻ với diêm dân tôi bắt tay vào tìm hiểu phương pháp sản
xuất truyền thống và thấy rằng kỹ thuật làm muối còn lạc hậu, tốn nhiều sức người.
Khối lượng và chất lượng muối ăn làm ra phụ thuộc hoàn toàn vào yếu tố thời tiết
( đây là một nhược điểm của phương pháp truyền thống ).
Sau khoảng thời gian sáu tháng nghiên cứu và tính toán tôi đã đưa ra hệ thống
sản xuất muối ăn từ nước biển sử dụng năng lượng sinh khối để giảm sự phụ thuộc
vào thời tiết, phù hợp với nhóm hoặc tổ sản xuất từ 3-5 hộ diêm dân .Sinh khối sử
dụng là rơm rạ và trấu với giá thành nguyên liệu rẻ có nơi không tính phí, chỉ mất
phí vận chuyển, với điều kiện thuận lợi nguồn nguyên liệu. Kết hợp với hệ thống
thiết bị sản xuất năng suất được đẩy lên cao gấp 4 lần so với phương pháp truyền
thống. Sau quá trình kết tinh muối hệ thống cho dung dịch nước ót có nồng độ Mg
cao. Nước ót này có thể tích trữ và bán cho các khu công nghiệp hóa học, tinh chế
MgO, khu sản xuất tấm lợp.
1
Vì những lý do trên tôi thực hiện đề tài:” Nghiên cứu, tính toán hệ thống sản xuất
muối từ nước biển bằng năng lượng sinh khối “.
1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.1. Đối tượng
- Nước biển : là nguyên liệu sản xuất muối ăn, sự bay hơi nước của nước biển
trong điều kiện tự nhiên (phương pháp truyền thống), sự bay hơi nước của nước
biển nhờ cấp nhiệt (phương pháp đề xuất).
- Sinh khối : là nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho quá trình bay hơi.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Sản xuất muối từ nước biển, nhiên liệu cấp cho hệ thống là sinh khối (phụ phẩm
nông nghiệp).
3. Mục đích nghiên cứu
Đề xuất một hệ thống sản xuất muối từ nước biển năng suất cao sử dụng phụ
phẩm nông nghiệp, không phụ thuộc vào thời tiết, góp phần tăng thu nhập và cải
thiện điều kiện làm việc cho diêm dân.
Luận văn được thực hiện qua các chương với nội dung như sau :
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Phương pháp sản xuất muối từ nước biển bằng năng lượng sinh khối
Chương 3. Tính toán, thiết kế hệ thống thiết bị
Chương 4. Kết luận và kiến nghị.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu thực tế .
- Nghiên cứu lý thuyết.
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT MUỐI ĂN
Nước ta có hơn 3 200 km bờ biển với điều kiện thiên nhiên ưu đãi, nhiều vùng có
thời tiết khí hậu thuận lợi cho sản xuất muối, hơn nữa nghề muối có truyền thống từ
lâu đời, diêm dân cần cù, chăm chỉ và có nhiều kinh nghiệm trong sản xuất muối.
Theo số liệu của cục chế biến thương mại nông lâm sản và nghề muối (Bộ Nông
nghiệp và phát triển nông thôn), năm 2016 diện tích đưa vào sản xuất muối cả nước
ước đạt 16 612 ha. Trong đó diện tích muối thủ công chiếm 13 651 ha [10].
Diện tích các cánh đồng muối được phân bố trên ba vùng nguyên liệu muối với
các đặc thù riêng biệt như sau:
Miền Bắc: Chủ yếu tại các tỉnh Nam Định, Thanh Hoá, Nghệ An. Phương thức
sản xuất chính là muối phơi cát. Phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết, lạc hậu, manh
mún, nằm xa trục giao thông nên chi phí cao hơn sản xuất tập trung.
Miền Trung tập trung tại các tỉnh từ Bình Định đến Bình Thuận. Riêng Ninh
Thuận sau khi khu công nghiệp muối xuất khẩu Quán Thẻ với diện tích 2 500 ha đi
vào sản xuất, đã nâng diện tích sản xuất của cả tỉnh lên 4 700 ha. Đa số là sản xuất
theo phương pháp bay hơi nước bằng năng lượng mặt trời và một phần bằng
phương pháp trải bạt.
Đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu ở Bạc Liêu với gần 4 200 ha, phương pháp
sản xuất chủ yếu là phơi nước trên nền đất và sản phẩm chủ yếu là muối đen.
Sản lượng muối cả năm ước đạt xấp xỉ 800 000 tấn, trong đó muối từ sản xuất
công nghiệp đạt chừng 180 000 tấn ( chiếm 22,5 % sản lượng muối của cả nướcdo
các khu công nghiệp muối sản xuất ), muối thủ công đạt 620 000 tấn (chiếm 77,5 %
sản lượng muối của cả nước do diêm dân sản xuất ). Muối là nguồn nguyên liệu để
sản xuất thực phẩm, là nguyên liệu cho nền công nghiệp hóa học.
Trong ngành hóa chất, muối công nghiệp là nguyên liệu chính để sản xuất
NaOH, Na2CO3, một số hóa chất có gốc Na+. Tổng nhu cầu muối công nghiệp mỗi
năm khoảng từ 200 000 – 250 000 tấn.
Hiện nay chúng ta chỉ có một khu công nghiệp Quán Thẻ với phương pháp sản
xuất bằng công nghệ điện phân màng trao đổi ion, nhưng đòi hỏi muối công nghiệp
3
phải có chất lượng cao, tạp chất trong muối phải rất thấp phải đạt các chỉ số như
sau: NaCl trên 98 %, ion Ca++ dưới 0,05%, Mg++ dưới 0,04%, SO4- dưới 0,2%, độ
ẩm dưới 3,5%.
Trong năm 2015 sản lượng muối công nghiệp sản xuất trong nước ước khoảng
380 000 – 400 000 tấn, trong đó nhu cầu của cácdoanh nghiệp hóa chất, y tế khoảng
322 000 tấn. Sản lượng muối công nghiệp trong nước đảm bảo phục vụ cho nhu
cầu. Do khí hậu thất thường nên sản lượng muối Việt Nam không ổn định, hạt muối
làm ra thường lẫn nhiều tạp chất và không đạt tiêu chuẩn chất lượng dẫn tới tình
trạng thừa muối ăn nhưng lại thiếu muối chất lượng cao (muối công nghiệp). Để
đáp ứng nhu cầu muối cho các doanh nghiệp, Bộ Công Thương đã ban hành Thông
tư số 45/2010/TT-BCT quy định hạn ngạch thuế quan nhập khẩu muối 2015 với số
lượng: 180 000 tấn muối công nghiệp và 3 000 tấn muối tinh khiết dùng trong y tế.
Với đặc thù là đất nước có đường bờ biển dài nhưng ta gặp hai vấn đề lớn trong
sản xuất muối gây rất nhiều khó khăn cũng như ảnh hưởng tới nền kinh tế của cả
nước nói chung và kinh tế biển nói riêng. Năm 2015 nước ta phải nhập khẩu
400 000 tấn muối công nghiệp phục vụ cho nhu cầu muối trong nước của các
doanh nghiệp hóa chất [10].
Thứ nhất là do chưa đầu tư cho nghiên cứu sâu, chưa mạnh dạn áp dụng khoa
học kỹ thuật vào sản xuất, diêm dân vẫn sử dụng nền công nghệ lạc hậu từ bao đời
nay khiến cho chất lượng và số lượng muối sản xuất ra không đáp ứng được nhu
cầu của thị trường.
Thứ hai đó là không quy hoạch các vùng sản xuất muối tập trung các khâu từ
sản xuất cho đến tiêu thụ không thống nhất đa phần là các vùng miền diêm dân tự
canh tác từ bao đời nay, muối sản xuất ra phụ thuộc vào thương lái, giá muối cũng
vì vậy bị thương lái ép giá khiến diêm dân điêu đứng.
Vì vậy ta cần tận dụng được những điều kiện thuận lợi để phát triển ngành
muối, phấn đấu trở thành nước xuất khẩu muối cho cả tiêu dùng lẫn nhu cầu muối
công nghiệp. Việc cần thiết là đề xuất phương pháp sản xuất muối ăn mới nhằm
tăng năng suất và nâng cao điều kiện làm việc cho diêm dân.
4
1.1. Kỹ thuật sản xuất muối ăn truyền thống từ nước biển ở nước ta
Kỹ thuật sản xuất muối ăn truyền thống bao gồm các giai đoạn chính sau đây:
Cung cấp nước biển, phơi cát mặn, lọc chạt, kết tinh muối.
1.1.1. Cung cấp nước biển
Nước biển là nguồn nước của thiên nhiên đặc biệt có chứa hầu hết các nguyên
tố mà con người đã phát hiện ra. Những nguyên tố hòa tan trong nước biển phần lớn
tồn tại dưới trạng thái ion. Các ion được phân tích trong bảng 1.1 [Mục lục 1]
Cung cấp nước biển là công đoạn đầu, công đoạn cung cấp nguyên liệu của quá
trình sản xuất muối ăn từ nước biển theo phương pháp phơi cát.
Yêu cầu kỹ thuật đối với việc cung cấp nước biển là : lấy đủ nước biển có nồng
độ cao phục vụ kịp thời cho sản xuất muối ăn ở đồng muối. Lượng nước biển này
phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Lượng nước biển cần dùng để sản xuất muối là W1 ( tức là chưa kể tới mọi tổn
thất nước biển trong quá trình sản xuất muối ăn). Lượng nước biển này được tính
toán dựa theo bảng phân tích xác định sự thay đổi thành phần nước biển, nồng độ
nước biển.
- Lượng nước biển bị thẩm thấu dò rỉ trong quá trình sản xuất gọi là W2 , lượng
nước biển này cần qua thực nghiệm để kiểm định ; kinh nghiệm cho thấy có thể lấy
W2 = 0,2 W1 .
- Lượng nước biển dự trữ để sản xuất muối ăn ở đồng muối trong những ngày
không lấy được nước biển vào đồng muối.
- Lượng nước biển đọng trong đồng muối mức nền sân phơi cát hoặc ở các
mương dẫn, thải nước của đồng muối . Trong sản xuất muối ăn lúc bình thường, khi
tính lượng nước biển cần cung cấp cho sản xuất, không cần phải tính tới lượng nước
biển này, nhưng sau khi rút cạn nước trong đồng muối để chuẩn bị lấy nước biển
mới vào đồng muối thì lại cần kể tới.
1.1.1.1. Lấy nước biển có nồng độ cao
Nồng độ của nước biển lấy vào ruộng muối sẽ quyết định đến năng suất thu
hoạch muối , các vùng nước biển có độ mặn của nước biển 3,5 ° Bé phù hợp cho
sản xuất muối ăn (° Bé : độ Bô mê , là đơn vị đo nồng độ các muối hòa tan trong 1
5
kg nước biển. Nồng độ nước muối ban đầu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của
cả quá trình sản xuất muối ).
Nước biển có nồng độ từ 2 – 3 °Bé , mỗi khi nồng độ nước biển tăng thêm được
0,1° Bé thì sản lượng muối ăn có thể tăng thêm khoảng 5% [7]. Sản xuất cùng một
lượng muối ăn, nếu dùng nước biển nồng độ thấp thì chi phí về vốn đầu tư làm thiết
bị cung cấp nước biển càng nhiều, sức lao động bỏ ra càng nhiều và kết quả là giá
thành sản phẩm càng cao. Vì vậy cần cố gắng lấy nước biển có nồng độ cao, dù chỉ
là cao hơn 0,1 ° Bé cũng đem lại nhiều hiệu quả.
Sau khi đưa nước biển vào trong các đồng muối, thì phải giữ được số lượng và
nâng cao nồng độ muối trong nước biển bằng cách sử dụng các phương pháp làm
bay hơi nước. Nồng độ nước biển sử dụng để sản xuất muối phải cao hơn nồng độ
nước ngoài biển khoảng 1°Bé [7].
1.1.1.2. Xây dựng sân phơi cát lấy nước biển
Sơ đồ hệ thống kênh lấy nước biển và sân phơi cát được thể hiện trên hình 1.1:
Chỉnh kênh dẫn nước biển mức nước
Làm nền sân phơi cát
Phơi cát trên ô ruộng
( Tiếp nước biển liên tục cho ruộng )
Xác định lượng nước biển bao quanh
sân phơi cát
Thiết kế hệ thống thoát nước cho
ruộng muối
Hình 1.1. Biện pháp lấy được nước biển có nồng độ cao
Để có thể lấy được nước biển có nồng độ cao vào đồng muối, điều kiện đầu tiên
cần chú ý là thủy triều. Mỗi khi thủy triều lên và xuống sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến
6
độ mặn của nước biển, xây dựng đường ống dẫn nước biển phải chắc chắn và có độ
dốc, tỉ lệ dốc so với bề mặt nước biển được tính toán trước để hệ thống hoạt động tự
nhiên mà không tốn công vận hành. Lên lịch định kỳ lấy mẫu nước biển, kiểm tra
nồng độ trước khi lấy nước biển. Định kỳ kiểm tra đường ống dẫn nước biển để kịp
thời sửa chữa đường ống cấp nước biển cho hệ thống sản xuất muối. Cần tạo lập
một cơ sở dữ liệu theo từng năm để nắm rõ được sự thay đổi nồng độ của nước
biển, qua hệ thống dữ liệu đề xuất thời điểm, thời gian và phương pháp lấy nước
biển có độ mặn cao nhất.
Cung cấp nước biển là phần việc rất quan trọng trong quá trình sản xuất muối ăn,
bởi vậy cần phải tổ chức bộ phận cung cấp nước muối chuyên trách ở đồng
muối.Người làm công tác này ngoài việc theo dõi tình hình thủy triều, nồng độ nước
biển vào đồng muối, gạn nước nhạt, thay nước nhạt trong đồng muối khi cần,… còn
trách nhiệm bảo vệ cống và thiết bị lấy nước cấp vào đồng muối.
1.1.2. Chế cát mặn
Chế cát mặn là công đoạn tiếp theo công đoạn cung cấp nước biển; nó có tầm
quan trọng đặc biệt trong toàn bộ quá trình sản xuất muối ăn ở đồng muối phơi cát .
Ở cùng một khu vực sản xuất hay cùng chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết , địa
chất , hải văn…. là như nhau. Nhưng các đơn vị sản xuất lại có năng suất khác nhau
là do còn tùy thuộc vào kết quả chế cát mặn. Chế cát mặn là : sử dụng năng lượng
tự nhiên khiến các tinh thể muối kết tụ vào bề mặt hạt cát .
Yêu cầu kỹ thuật đối với việc chế cát mặn:
Phải chế được nhiều cát mặn và cát mặn đó phải chứa nhiều tinh thể muối . Yêu
cầu này thường được đánh giá khách quan bằng một chỉ tiêu : lượng nước sạch ở
chạt có được khi lọc số cát mặn thu được ở 1m2 . Khi lượng nước chạt ở sân phơi là
20 độ Bé tức là bằng 0,8 – 1 lít /m2.
1.1.2.1. Quá trình tích lũy muối vào cát phơi
Khi đơm cát phơi rải lên sân phơi sẽ có hai hiện tượng đồng thời xảy ra :
7
- Muối kết tụ vào cát phơi: Nhiệt do cát hấp thụ được truyền cho nước biển
bám quanh nó, làm cho nước bay hơi để nước muối đạt độ bão hòa, muối kết tinh tụ
trên bề mặt cát phơi.
- Muối kết tụ ở cát phơi bị tan ra: Muối đã kết tụ ở cát phơi bị tan vào nước
biển tiếp liên tục cho ra cát phơi.
Tùy theo tốc độ muối kết tụ vào cát phơi và tốc độ muối đã kết tụ ở cát phơi tan
ra nhanh hay chậm mà cát phơi tích lũy được thêm muối hay là mất muối đi. Nói
khác đi, nếu gọi hiệu số giữa tốc độ muối tan ra là tốc độ tích lũy muối của cát phơi,
thì cát phơi sẽ mặn thêm nếu tốc độ tích lũy của cát phơi là (+) hoặc cát phơi sẽ nhạt
đi ( mất muối ) nên tốc độ tích lũy muối của cát phơi là âm (-).
1.1.2.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tích lũy muối vào cát phơi
Khả năng làm bay hơi nước biển của cát phơi càng lớn thì tốc độ và số lượng
muối tích lũy ở cát phơi càng lớn. Khả năng làm bay hơi nước của cát phơi phụ
thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt năng từ bức xạ mặt trời, điều kiện khí tượng và
các yếu tố khác.
Khả năng tiếp nước biển cho cát phơi
Trong điều kiện nhất định vè nồng độ nước biển và các yếu tố khí tượng, thì khả
năng làm bay hơi nước biển ở cát phơi của một số sân phơi phụ thuộc vào nhiệt độ
tại thời điểm đó. Điều dễ nhận thấy, những ngày nắng to thì nước biển ở cát bay hơi
nhiều , tích tụ được nhiều muối vào cát phơi hơn so với những ngày nắng yếu. Nếu
nước biển tiếp cho cát phơi quá mức nó có thể làm tan lượng muối đã kết tụ. Nước
biển tiếp cho cát phơi ít, cát phơi không kết tụ được nhiều muối, lãng phí khả năng
kết tụ muối vào cát phơi. Trong một ngày phơi cát, do lượng bay hơi nước biển của
cát phơi trong từng lúc trong ngày không giống nhau (thường lớn nhất vào lúc quá
trưa, nhỏ nhất vào lúc sáng sớm ), cần căn chỉnh thời điểm tiếp nước biển.
Làm cách nào để tiếp nước cho phù hợp với khả năng bay hơi nước biển của cát
phơi? Để giải đáp vấn đề này, chúng ta cần tìm hiểu về tính thấm, tính mao dẫn và
những yếu tố tác động tới các tính chất đó của đất, từ đó có hướng tạo ra sân phơi
8
cát có khả năng tiếp hơi nước cho cát phơi phù hợp với khả năng bay hơi nước biển
ở cát phơi tạo điều kiện cho cát phơi kết tụ được nhiều muối.
Tính thấm và những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng thẩm thấu của đất.
Giữa các hạt đất luôn có những lỗ hổng liên kết với nhau tạo thành mạng lưới
ống dẫn có kích thước nhất định, tạo cho đất có tính thấm nước. Tính thấm của đất
được biểu thị qua hệ số thấm, tốc độ nước chảy qua một đơn vị diện tích mặt cắt
ngang dòng nước thấm của đất, đơn vị tính là m/ ngày – đêm [7].
Tính mao dẫn và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng mao dẫn của đất.
Mặt tiếp xúc giữa đất và mặt nước gọi là mặt thấm nước. Các phân tử nước có thể
chuyển động trong đất theo hướng lên phía trên, tức là ngược chiều tác dụng của
trọng lực, đất có khả năng cho nước chuyển động như vậy vì trong các kích thước
ống ( là các khe giữa các phần tử đất) có kích thước rất nhỏ, có sức kéo giữa vách
ống và phân tử nước ở gần vách ống làm nước ở quanh ống dâng lên, mặt nước
cong lõm xuống. Giữa các phân tử nước ở gần vách ống và các phân tử nước khác
lại có sức hút nhau tạo nên sức căng bề mặt của nước. Nhờ các sức kéo, sức căng
bề mặt nêu trên, nước trong các mao quản dâng lên cho tới khi trọng lực của khối
nước được kéo lên cân bằng với các lực kéo nước lên thì mới dừng lại. Chiều cao
cột nước được kéo ngược lên được gọi là chiều cao mao dẫn ( H ), đặc tính có thể
cho nước leo ngược lên trên đất được gọi là tính mao dẫn của đất [7].
Gọi T và φ là sức căng bề mặt và khối lượng riêng của nước biển có trong mao
quản của đất; g là gia tốc trọng trường; R là bán kính mao quản , thì chiều cao mao
dẫn ( H ) là [ 7]:
2𝑇𝑇
H=
𝜑𝜑.𝑔𝑔.𝑅𝑅
Chiều cao mực nước dâng lên trong mao quản tỷ lệ nghịch với bán kính mao
quản. Đất gồm những hạt đất càng nhỏ thì bán kính các mao quản càng nhỏ , do vậy
chiều cao mao dẫn nước ở đất đó sẽ càng cao. Tuy vậy , khi đất gồm những hạt đất
rất nhỏ ( dưới 0,02 mm ) thì bán kính các mao quản sẽ rất nhỏ, do vậy chiều cao
mao dẫn nước ở đó sẽ rất cao. Khi hạt đất càng nhỏ thì thời gian để nước dâng lên
trong mao quản đất đạt trị số cao nhất sẽ càng lâu. Ở đất cát , thời gian để nước
9
dâng lên trong mo quản đạt tới trị số cao nhất chỉ rất ngắn , nhưng ở đất hạt nhỏ và
đất sét thi phải là 250 – 475 ngày.
Màu của cát phơi: Màu của cát phơi càng sẫm thì khả năng hấp thu nhiệt bức xạ
mặt trời của cát phơi càng lớn. Điều này được chứng minh bằng cách đo nhiệt độ
của cát phơi được nhuộm màu khác khi cùng đem phơi một lúc ở ngoài nắng , được
thể hiện trong bảng 1.1 sau đây:
Bảng 1.1. Nhiệt độ cát màu [7]
Nhiệt độ của cát đo,° C
Màu của cát 8h 14h
Màu đen 16,7 40,9
Màu lam 16,65 40,0
Màu hồng 16,65 38,55
Màu xanh 16,60 37,10
Màu vàng 16,60 35,80
Màu trắng 16,44 34,60
Chính vì vậy khi ta trộn thêm than vào cát đen sẽ tăng được nhiệt độ của cát phơi
và giúp chúng ta có thêm sự lựa chọn để làm tăng tính hiệu quả chế cát mặn , kết
quả này thể hiện rõ trong bảng 1.2 sau đây:
Bảng 1.2. Nhiệt độ cát không trộn và có trộn than [7]
Nhiệt độ cát
Ngày/tháng Không trộn than Có trộn than
23/7 37,5 38
24/7 36,5 37
26/7 37,5 39
27/7 38,5 39,5
10
Hạt cát phơi càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt của các hạt cát ở lớp cát phơi
càng lớn (với lớp cát phơi gồm các hạt cát có đường kính 1 mm thì tổng diện tích bề
mặt của các hạt cát trong 1 cm3 cát là 60 cm2, nhưng lớp cát phơi gồm các hạt cát có
đường kính 0,1mm thì tổng diện tích các hạt cát trong 1 cm3 là 600 cm2) [7]. Chính
vì vậy lượng bay hơi ở lớp cát gồm những hạt cát nhỏ lớn hơn ở lớp cát gồm những
hạt cát lớn. Kích thước hạt cát ảnh hưởng tới tỷ lệ bay hơi được thể hiện qua bảng
1.3 sau:
Bảng 1.3. Tỷ lệ nước trong cát bay hơi [7]
Hàm lượng nước trong cát phơi 100 90 80 70 60 50
Tỷ lệ bay hơi của cát thạch anh, % 100 88,2 80,5 70,8 60,3 50,2
Tỷ lệ bay hơi của cát đá vôi, % 100 90,2 81,2 70,0 60,3 50,3
Cát có kích thước nhỏ, do tính dẻo nhiều hơn nên giữ được nước tốt hơn cát kích
thước lớn (đây cũng là một ưu điểm của cát phơi kích thước nhỏ). Nhưng nếu lớp
cát phơi gồm toàn những hạt rất nhỏ thì tuy ban đầu rất có lợi cho việc bay hơi
nhưng về sau này cát phơi sẽ bị vón cục , kém tiếp xúc với mặt sân phơi, cát mặn
thu được sẽ kém mặn đi nhiều do nước biển ở nền rất khó tiếp xúc với lớp cát phơi,
ngoài ra khi lọc nước chạt cũng tốn nhiều thời gian hơn do nước chạt đục hơn. Do
đó nên chọn cát phơi có đường kính hạt trung bình 0,25 mm là tốt nhất.
Thao tác chế cát mặn
Khi chế cát mặn theo phương pháp tỉa dày tát nước: diêm dân đưa nước biển
thẳng vào những luống cát trên bề mặt sân phơi.
Khi chế cát mặn theo cách phơi hoa: diêm dân rải cát và thu cát ở một sân phơi
cát hàng ngày. Đưa nước biển vào trước sau đó rải cát lên phía trên (dày 1 cm), tiếp
đó sẽ văng nước lên phía trên cát. Cũng bừa lăn trục như cách tỉa dày tát nước. Ta
có kết quả với 2 phương pháp sản xuất phơi hoa và tỉa dày tát nước .
Với kết quả thu tại đồng muối Thạch Hà Tĩnh thể hiện dưới bảng 1.4 sau :
11
Bảng 1.4. Lượng muối ăn thu được theo hai phương pháp[7]
Đợt thí Ngày Phơi hoa Tỉa dày tát nước
nghiệm tháng Cát Bừa, Cát Muối Cát Bừa, Cát Muối
phơi lăn mặn ăn phơi lăn mặn ăn
( xe) trục thu thu ( xe) trục thu thu
( lần ) được được ( lần ) được được
( xe ) ( kg ) ( xe ) ( kg )
18/6 20 6 25 - 13 4 - -
19/6 19 6 24 55 8 - - -
20/6 20 6 26 50 - - - -
21/6 22 6 28 50 - 18 50 -
I 22/6 19 6 24 60 - 5 42 16
23/6 20 6 25 55 - - 36 0
24/6 21 6 27 52 - - - 12
25/6 26 6 33 57 - 4 22 0
- - - - 65 - - - 60
- 30
8 167 48 212 444 138 36 150 370
ngày
12
Tiếp bảng 1.4. Lượng muối ăn thu được theo hai phương pháp [7]
Đợt thí Ngày Phơi hoa Tỉa dày tát nước
nghiệm tháng Cát Bừa, Cát Muối Cát Bừa, Cát Muối
phơi lăn mặn ăn thu phơi lăn mặn ăn thu
( xe) trục thu được ( xe) trục thu được
( lần ) được ( kg ) ( lần ) được ( kg )
( xe ) ( xe )
6/7 15 5 21 - 12 4 - -
7/7 17 6 22 55 6 - - -
8/7 20 6 20 55 - - - -
9/7 18 6 23 50 - 16 35 -
10/7 22 6 27 55 - 5 48 10
II 11/7 22 6 30 60 - - - 0
12/7 23 6 30 60 - 4 42 90
- - - - 55 - - - 60
- -
7 139 41 177 390 126 29 126 250
ngày
* Thời gian thí nghiệm là 2 chu kì tỉa dày tát nước .
**Số lượng cát vãi và thu trong mỗi chu kỳ sản xuất thường không cân bằng vì
có khi cát vãi ở cuối mỗi chu kì trước nhạt quá để lại chu kì sau mới thu.
1.1.3. Lọc cát mặn
Lọc cát mặn thường được gọi là lọc chạt là việc dùng nước biển để hòa tan phần
muối NaCl kết tụ trong cát mặn để thu lấy nước chạt đem phơi thu muối ăn ( ở công
đoạn kết tinh).
Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lọc cát mặn bao gồm: mức độ kết tụ NaCl
ở cát mặn , nhiệt độ khi lọc cát mặn, dung môi dùng lọc (nồng độ, nhiệt độ, số
lượng), thời gian dung môi lọc qua cát mặn, và sự có mặt của các muối khác cùng
13
kết tụ ở cát mặn. Số lượng muối kết tụ vào hạt cát ảnh hưởng trực tiếp đến độ mặn
của nước chạt (° Bé ). Nhiệt độ không ảnh hưởng tới độ hòa tan của các muối trong
nước nguyên chất, ta có kết quả qua bảng 1.5 như sau:
Bảng 1.5. Độ hòa tan của các muối trong nước nguyên chất [5]
Nhiệt
độ, °C Độ hòa tan trong nước nguyên chất của các muối
NaCl MgSO4 MgCl2 KCl CaSO4
0 26,28 - 34,6 22,2 0,1756
10 26,32 23,6 34,9 23,8 0,1926
20 26,39 26,2 35,3 25,5 -
30 26,51 29,0 - 27,2 0,2095
40 26,68 31,3 36,5 28,7 0,2108
50 26,86 33,5 - 30,1 -
60 27,07 35,5 37,9 31,3 0,1996
Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan trong nước của MgSO4 tăng, nhưng ở khoảng nhiệt
độ dưới 20°C, độ hòa tan trong nước của MgSO4 nhỏ hơn của NaCl, khoảng nhiệt
độ trên 20°C lại lớn hơn của NaCl. Độ hòa tan trong nước của MgCl2 tăng theo
nhiệt độ và luôn luôn lớn hơn độ hòa tan trong nước của NaCl và các muối MgSO4,
KCl. Khi tăng nồng độ nước chạt dùng lọc từ 2,8 đến 10 ° Bé thì nồng độ nước lọc
được tăng nhanh (từ 6,5 đến 12,3°Bé), nhưng tăng nồng độ nước lọc từ 10 – 15°Bé
thì nồng độ nước dùng lọc được tăng chậm (từ 12,3 – 15,2°Bé). Xét về độ muối
cũng vậy khi tăng nồng độ nước chạt lọc từ 7,5 – 10°Bé thì độ nước lọc được tăng
khá lớn ( 34,4 %o, tức là ứng với mỗi độ tăng Bômê, tăng 13,8%o ) tăng nồng độ
nước chạt dùng lọc từ 10 – 11,5°Bé thì độ muối trong nước lọc được tăng chậm (
9,74 %, tức là ứng với mỗi độ Bômê tăng 6,5 %o). Khi nồng độ nước chạt lọc từ 7,5
– 10°Bé, độ muối trong nước lọc cát bã tăng chậm (2,232 %o) còn khi tăng nồng độ
nước chạt dùng lọc cát bã tăng nhanh hơn ( 3,846 %o ) [7].
14
Như vậy, khi dùng nước ngọt và nước chạt có nồng độ khác nhau để lọc cát mặn,
chúng ta có thể thấy là để đạt cả hai yêu cầu kỹ thuật của việc lọc cát mặn , nên
dùng nước chạt 10° Bé làm dung môi lọc cát mặn lần đầu còn lần lọc sau nên dùng
nước chạt có nồng độ thấp hoặc nước biển làm dung môi.
Thao tác lọc cát mặn
Lọc cát mặn hay gọi là lọc chạt. Lọc chạt không đúng kỹ thuật , muối ăn còn sót
lại ở cát bã nhiều, nước chạt lọc được ít và có nồng độ thấp.
Thao tác lọc cát mặn gồm có: đổ cát mặn vào chạt lọc; dậm cát mặn chứa trong
chạt lọc. Đổ nước chạt nước biển lên cát mặn để lọc và khống chế nồng độ nước lọc
ra, cần chú ý san đều lớp cát mặn.
Khi dậm chạt, nên chú ý dậm đều , không bỏ sót, cát mặn khô, cần được dậm kỹ
và hơn cát mặn ẩm, bằng cách ấn mạnh gót chân xuống mặt cát mặn.
Với cát mặn có lẫn bùn sét cần dẫm nhẹ hơn so với cát mặn không có lẫn bùn sét.
Phải đặt đệm ( tre, chiếu ,..) ở chỗ đổ nước vào lọc chạt để tránh làm lõm cát ( ở chỗ
bị lõm đó, nước chạt sẽ chảy qua nhanh hơn chỗ khác ). Thực hiện việc chia lượng
nước chạt 10° Bé và nước biển đem lọc chạt để đổ 3 † 4 lần.
+ Lần 1: Đổ nước chạt 10° Bé để cát mặn đủ ngấm, thời gian chờ là 30 phút .
+ Lần 2, 3 : Đổ nốt lượng nước chạt 10° Bé lên cát mặn.
+ Lần 4: Đổ nước biển lên cát mặn.
Khống chế nồng độ nước chạt lọc ra ở các lần lọc như sau :
+ Lần 1: Lấy nước chạt đưa ra cho tới lúc nồng độ nước chạt chảy ra bắt đầu
thấp hơn 18 – 20°Bé để thu nước chạt hỗn hợp ở trong thống chứa ( giếng chứa ).
+ Lần 2: lấy nước chạt chảy ra tới lúc nồng độ nước chạt chat ra thấp hơn 7 -8 °
Bé để thu nước chạt hỗn hợp ở trong thống chứa ( giếng chứa ).
+ Khi lọc chạt xong , chuyển cát bã ra ngoài. Sau đó chuyển toàn bộ lượng cát
bã quay lại giai đoạn phơi cát.
1.1.4. Kết tinh muối ăn từ nước chạt
Công đoạn kết tinh muối ăn từ nước chạt là công đoạn cuối có ảnh hưởng tới
quyết định tới năng suất và chất lượng muối ăn sản xuất từ nước biển theo phương
15
pháp phơi cát .
Hiệu suất tách NaCl từ nước chạt có quan hệ chặt chẽ với lượng muối ăn sản xuất
được . Nếu không xử lỹ nước chạt đem kết tinh, thì khi tăng hiệu suất tách NaCl sẽ
làm giảm chất lượng muối ăn thu được sau này và ngược lại. Nếu xử lý nước chạt
để tách bớt tạp chất , có thể sản xuất được muối ăn có chất lượng cao, và đại hiệu
suất tách NaCl lớn.
Quá trình kết tinh muối ăn từ nước chạt và các điểm cần chú ý khi phơi nước
chạt kết tinh muối.
Điểm bão hòa NACl của nước chạt. Nước chạt bão hòa NaCl là nước chạt đã
được cô đặc tới mức bắt đầu xuất hiện những mầm kết tinh NaCl. Trong những điều
kiện nhất định ( nhiệt độ, áp suất.) thì chỉ khi nào nước chạt bão hòa NaCl thì mới
có thể kết tinh được vì vậy điểm bão hòa của nước chạt phụ thuộc chủ yếu vào hàm
lượng NaCl có trong nước chạt đem đi kết tinh. Do trong nước chạt còn chứa nhiều
loại muối khác ( Ngoài NaCl ), những muối này có ảnh hưởng ít nhiều tới độ hòa
tan NaCl của nước chạt. Ví dụ các ion trong nước chạt Mg2+, SO42-, Cl-, Na+. Giữa
chúng có tác động qua lại thuận nghịch.
Na2SO4 + MgCl2 <=> 2NaCl ( rắn ) + MgSO4
Nếu hàm lượng MgCl2 của nước chạt tăng thì sẽ tạo thuận lợi cho phản ứng
chuyển về phía bên phải , tức là thuận chiều kết tinh NaCl, nếu hàm lượng MgSO4
lớn thì phản ứng bị ngược chiều , hòa tan NaCl.
Hai giai đoạn hình thành muối ăn từ nước chạt khi tiến hành cô đặc:
- Giai đoạn tạo mầm tinh thể : khi nước chạt đã được cô đặc tới điểm bão hòa
NaCl thì khoảng cách giữa các ion Na+ và Cl- hẹp lại, cơ hội gặp gỡ giữa các ion đó
nhiều lên và tới hạn bão hòa NaCl nào đó các mầm tinh thể NaCl hình thành.
- Giai đoạn trưởng thành của tinh thể : Mầm tinh thể NaCl tiếp tục hấp thu thêm
ion Na+ và Cl- vào bề mặt của nó mà lớn dần thành tinh thể NaCl.
Nếu gọi số lượng uon Na+ và Cl- tách ra từ nước chạt để tạo thành mầm tinh thể,
trong một đơn vị thể tích và trong một đơn vị thời gian là tốc độ phát sinh của tinh
thể; và số lượng các ion tách ra từ nước chạt để sát nhập vòa các mầm thinh thể làm
16
cho tinh thể trưởng thành, trong một đơn vị thể tích và trong một đơn vị thời gian là
tốc độ trưởng thành của tinh thể, thì sẽ xảy ra hai trường hợp sau:
Khi tốc độ phát sinh và tốc độ trưởng thành của tinh thể NaCl nhỏ hoặc tốc độ
phát sinh mầm tinh thể NaCl nhỏ hơn tốc độ trưởng thành của tinh thể NaCl thì tinh
thể NaCl sẽ được phát triển đầy đủ, rắn chắc. Một số hình ảnh của hạt muối được
thể hiện trên hình 1.2 sau:
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể muối ăn [4]
17
Sự phát sinh mầm tinh thể NaCl và sự trưởng thành của tinh thể NaCl trong nước
chạt phụ thuộc chính vào độ bão hòa NaCl của nước chạt. Nồng độ nước chạt tăng
chậm, tức là mức nâng độ bão hòa NaCl trong nước chạt càng chậm thì tốc độ phát
sinh mầm tinh thể NaCl càng nhỏ. Thời gian kết tinh kéo dài và như vậy là có lợi
cho tinh thể NaCl trưởng thành hoàn chỉnh.
Khi tạp chất trong nước chạt càng ít, và khi tăng cường khoấy trộn thì tinh thể
muối càng mau trưởng thành (tốc độ trưởng thành của tinh thể muối tăng) muối ăn
có hình hạt hoàn chỉnh và độ nguyên chất cao.
Như vậy, thành phần nước chạt và điều kiện kết tinh là hai yếu tố chính ảnh
hưởng tới sự hình thành tinh thể NaCl từ nước chạt. Khi tinh thể NaCl trưởng thành
dạng lập phương, nó phát triển tuần tự từ các góc, dọc theo các cạnh, cuối cùng đến
các mặt của tinh thể. Chính vì vậy, chỉ trong trường họp tinh thể trưởng thành chậm,
các mặt của tinh thể mới được phát triển đầy đủ. Tinh thể NaCl nguyên chất không
màu, nhưng tinh thể muối ăn chúng ta nhìn thấy đó là hợp thành của nhiều tinh thể.
Và một lượng hợp chất khác khiến hạt muối thường có màu trắng ngà, trắng có ánh
hồng, sẫm vàng.
Các yếu tố ảnh hưởng tới sự kết tinh muối ăn từ nước chạt và hướng khống chế
Những yếu tố chính ảnh hưởng tới việc kết tinh muối ăn là thành phần, nồng độ
và tốc độ kết tinh của muối ăn từ nước chạt. Dưới đây nêu qua về mức độ ảnh
hưởng và hướng khống chế những yếu tố ảnh hưởng đó để có thể thu được nhiều
muối ăn chất lượng cao.
- Thành phần nước chạt:
Để tìm hiểu chính xác ảnh hưởng của thành phần nước chạt đối với quá trình
phơi khô đặc nước chạt để sản xuất muối ăn, cần phải dùng tới các tỷ số đặc trưng
thay cho cách dùng nồng độ Bômê để theo dõi sự thay đổi của thành phần nước chạt
một cách chính xác hơn.
Tỷ số Na+/ Mg2+ là tỷ số giữa lượng ion Na+ và lượng ion Mg2+ có trong nước
chạt. Tỷ số này càng lớn biểu thị hàm lượng NaCl trong nước chạt càng lớn, có lợi
cho sản xuất muối ăn.Tỉ số này được thể hiện trong bảng 1.6 sau đây:
18