BÁO cáo đồ án thiết kế phân xưởng s ̣ ản xuất NH3 từ khí tự nhiên với năng suất

LỜI MỞ ĐẦU Amoniac hợp chất hố học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngành cơng nghiệp hố học có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế Ứng dụng quan trọng phải kể đến ứng dụng ngành sản xuất phân bón, amoniac dùng để sản xuất loại đạm, đảm bảo ổn định cung cấp đạm cho việc phát triển nơng nghiệp Góp phần bảo đảm an ninh lương thực, thực công nghiệp hố đại hố đất nước Và còn có nhiều ứng dụng khác lĩnh vực bảo vệ môi trường, sản xuất thuốc, ngành dệt, nhựa tổng hợp … Đến đầu kỷ XX, phương pháp tổng hợp amoniac phát triển theo quy trình công nghệ cụ thể Năm 1913 nhà máy tổng hợp amoniac đời Đức Đến nay, công nghệ tổng hợp amoniac đã đạt bước tiến vượt bậc với việc ứng dụng tự động hóa vào trình sản xuất Ở nước ta nhà máy phân đạm Hà Bắc sản xuất NH3 từ than, công nghệ lạc hậu hiệu quả không cao Năm 2004 với dự án nhà máy khí Điện Đạm Phú Mỹ đã vào hoạt động với công suất 1200tấn/ngày đã sử dụng phần nguồn nguyên liệu sẵn có, đáp ứng nhu cầu sử dụng NH cho tổng hợp phân đạm ngành cơng nghiệp hóa học khác Amoniac có nhiều ứng dụng thực tế vậy đề tài “ Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 từ khí tự nhiên” có ý nghĩa thực tế sâu sắc Mục đích đề tài sử dụng nguồn ngun liệu khí tự nhiên có nước ta cách hiệu quả để sản xuất amoniac làm chất hoá học trung gian phục vụ trình tổng hợp sản phẩm có ích đáp ứng nhu cầu cho kinh tế quốc dân Mặt khác đề tài còn đưa phương hướng việc nâng cao giá trị sử dụng nguồn nguyên liệu khí tự nhiên Nội dung đồ án “ Thiết kế phân xưởng sản xuất NH từ khí tự nhiên với suất 200.000 tấn/năm” bao gồm phần sau: Phần I : Tổng quan lý thuyết Phần II : Q trình mơ Phần III : Tính tốn thiết kế Tuy có nhiều cớ gắng đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót định, mong góp ý thầy, giáo Em xin cảm ơn ! PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM I.1 Cấu tạo phân tử NH3 NH có nguyên tử nitơ ba nguyên tử hydro Nguyên tử N có electron lớp vỏ, tương ứng với sớ điện tích hạt nhân Trong đó,một cặp electron trạng thái 1s, còn electron phân bớ vào obitan với sớ lượng tử Trong electron thì có cặp chiếm obitan 2s obitan không chia cặp phân bố obitan 2Px,2Py,2Pz Các electron không cặp đôi N có thể kết hợp với electron 1s nguyên tử H.vì vật ta c ó : Nguyên tử N nằm đỉnh hình tứ diện,3 đỉnh còn lại nguyên tử hydro xếp theo hình tam giác đều,góc liên kết H-N-H 107 o Mặc dù liên kết N-H liên kết cộng hóa trị chúng có phần giớng liên kết ion vì nguyên tử N có độ âm điện lớn H nhiều.Do phân cực hóa liên kết cách xếp bất đối phân tử NH3 mà có momen lưỡng cực khoảng 1,5 debye Vì phân tử NH3 có cấu hình electron giớng với nước,góc hóa trị tương tự nước nên NH3 nước có tính chất giớng nhau,đều chất nghịch từ I.2 Tính chất vật lý Amoniac chất khí khơng màu, mùi khai xớc, nhẹ khơng khí, chất khí độc, tan nhiều nước Khả hòa tan amoniac phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất Nhiệt độ tăng khả hòa tan amoniac giảm Bảng 1.1 Một số số vật lý quan trọng NH3 Đại lượng Giá trị Khối lượng phân tử Thể tích phân tử 0oC , 101,3 kPa Hằng sớ khí R 17,03 22,08 (lít/mol) 0,48818 (kPa.m3/kg.K) Tỷ trọng lỏng 0oC 101,3kPa 0,6386 (g/cm3) Tỷ trọng khí 0oC 101,3kPa 0,7714 (g/l) Tỷ trọng lỏng -33,43oC 101,3kPa 0,682 (g/cm3) Tỷ trọng khí -33,43oC 101,3kPa 0,888 (g/l) Áp suất tới hạn 11,28 (MPa) Nhiệt độ tới hạn 132,4(oC) Tỉ trọng tới hạn 0,235 (g/cm3) Thể tích tới hạn 4,225 (cm3/g) Độ nén tới hạn 0,242 Độ dẫn điện tới hạn 0,522 (kJ/K.h.m) Độ nhớt tới hạn 23,90.10-3 (mPa.s) Điểm nóng chảy (Điểm ba *) -77,71 (oC) Nhiệt nóng chảy (ở 101,3kPa) 332,3(kJ/kg) Áp suất hóa (tại điểm ba) 6,077(kPa) Điểm sơi (ở 101.3kPa) -33,43 (oC) Nhiệt hóa (ở 101,3kPa) Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn 25oC (entanpi tiêu chuẩn) 1370 (kJ/kg) -45,72 (kJ/mol) Nhiệt tạo thành tự (entanpi tự do) -16,391 (kJ/mol) Entropi tiêu chuẩn khí (ở 25oC) 192,731 (J/molK) Giới hạn nổ: -Hỗn hợp NH3-O2 (20oC,101,3kPa) 15-17 %V NH3 -Hỗn hợp NH3-Khơng khí (20oC,101,3kPa) 16-27% V NH3 -Hỗn hợp NH3-Khơng khí (100oC,101,3kPa) 15,5-28%V NH3 I.3 - Tính chất hóa học NH3 có thể cộng thêm ion để tạo ion phức NH4+ NH3 + H+ NH4+ NH4+ giống ion kim loại kiềm tính kiềm thuộc tính tạo ḿi Các dung dịch ngậm nước NH phản ứng bazơ yếu, vì dung dịch nước có trình : NH3 + H2O NH4+ + OHHằng số phân ly NH3 dung dịch 25oC : Khi ta thêm axit mạnh vào dung dịch amoniac thì cân chuyển dịch hoàn - toàn sang bên phải tạo thành ḿi amoni NH4Cl,(NH4)2SO4,NH4NO3 Khí NH3 dễ dàng kết hợp với khí HCl để tạo ḿi NH4Cl dạng khói trắng NH3 + HCl NH4Cl NH3 khơng cháy điều kiện thường, cháy với lửa màu vàng áp suất oxy.Điểm bốc cháy hỗn hợp NH – O2 780oC , sản phẩm quả trình cháy N2 H2O NH3 + O2 N2 + H2O Khí có platin hay hợp kim platin - rodi làm chất xúc tác 800-900 oC, khí amoniac bị oxi hóa thành nitơ oxit NH3 + O2 NO + H2O Trong điều kiện thích hợp, hỗn hợp NH – Khơng khí phát nổ cháy,hỗn hợp nổ NH3 khơ với khơng khí 16-25% thể tích NH3.Giới hạn mở rộng trộn lẫn với khí cháy H2,trộn O2 hay khơng khí,ở nhiệt độ áp suất - cao Khí Nh3 bị oxi hóa tạo thành H2O N2 nhiều hợp chất oxit CuO Nếu dòng khí NH3 chuyển qua CuO nung nóng thì có phản ứng : CuO + NH3 Cu + N2 + H2O Loại phản ứng xảy NH3 nung nóng tới nhiệt độ cao với oxit kim loại xác định vì lúc liên kết oxi bền vững Các chất oxi hóa - - đủ mạnh xảy phản ứng tương tự nhiệt độ thường.Ví dụ KMnO4 NH3 + KMnO4 KOH + MnO2 + H2O + N2 Clo, Brom tác dụng mãnh liệt với amoniac trạng thái khí dung dịch Cl2 + NH3 N2 + NH4Cl Flo tác dụng với khí NH3 tạo thành khí nitơ triflorua F2 + 4NH3 NF3 + NH4F Ở nhiệt độ cao nguyên tử hydro phân tủ amoniac có thể kim loại hoạt động tạo thành amidua (-NH 2), imidua (chứa nhóm NH2-) Nitrua (N3-).Nếu nhiệt độ thường phản ứng diễn chậm có thể vài ngày - - - K + NH3 KNH2 + H2 Na + NH3 NaNH2 + H2 o Ở 800-900 C nhơm tương tác với khí NH3 tạo thành nhơm nitrua hydro Al + NH3 AlN + H2 NH3 phản ứng với P nóng đỏ tạo N2 PH3 NH3 + P PH3 + N2 Lưu huỳnh phản ứng với NH3 tạo muối sunfit Hơi lưu huỳnh phản ứng với NH3 tạo amoni sunfit nitơ NH3 + S (NH4)2S + N2 Lưu huỳnh phản ứng với NH3 lỏng tạo nitơ sunfit 10 S + NH3 H2S + N2S4 NH3 có thể tạo thành vô số hợp chất cộng hợp hay hợp chất phới trí Các hợp chất cộng có tính chất tương tự hydrat Vì CaCl 2.6H2O CuSO4.5H2O Các hợp chất phới trí gọi ammines viết giớng phức [Cu(NH4)4]SO4 Một tính chất quan trọng NH3 tính kiềm dung dịch nước Dung dịch NH3 làm đổi màu quỳ tím thành xanh,là chất thị cho metyl da cam metyl đỏ Khí NH có thể trung hòa axit mà không tạo thành nước Dung dịch NH3 có tác dụng bazơ chỗ tạo kết tủa hydroxit từ dung dịch chúng Một vài hợp chất khó tan dung dịch NH dư tạo phức ion Ví dụ ḿi sắt thì hợp chất hydroxit sắt bị kết tủa FeCl3 + NH4OH Fe(OH)3 + NH4Cl I.4 Ứng dụng - Trong cơng nghiệp sản xuất phân bón, NH3 dùng để sản xuất loại đạm Trong ngành dệt, sử dụng NH3 để sản xuất loại sợi tổng hợp - cuprammonium rayon nilon Trong công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp, NH dùng làm xúc tác chất điều chỉnh pH trình polyme hóa phenol-formaldehyt urê- - formaldehyt tổng hợp nhựa Trong cơng nghiệp th́c nổ, Amơniac có vai trò định việc sản xuất thuốc nổ Từ NH3 có thể điều chế HNO3 để sản xuất hợp chất như: di, tri nitrotoluen, nitroglyxêrin, nitroxenlulo, pentaerythrytol tetryl, amoni nitrat - dùng để chế tạo thuốc nổ Trong công nghiệp dầu mỏ, NH3 sử dụng làm chất trung hòa để tránh ăn mòn thiết bị ngưng tụ axit, thiết bị trao đổi nhiệt, trình chưng cất NH3 dùng để trung hòa HCl tạo thành trình phân hủy nước biển lẫn dầu thô NH3 dùng để trung hòa vết axit dầu bôi trơn đã axit - hóa Trong trình cracing xúc tác lớp sơi, NH thêm vào dòng khí trước đưa - vào thiết bị kết tủa cottrell để thu hồi xúc tác đã sử dụng Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh, NH chất độn quan trọng để sản xuất dạng thuốc sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine Nó - sử dụng để sản xuất loại thuốc vitamin NH3 dùng để điều chế aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác thiết bị cracking xúc tác lớp cớ định Trong q trình hydrat hóa silic, NH kết tủa với nhôm sunfat ( Al2(SO4)3) để tạo dạng gel Sau rửa tạp chất Al 2(SO4)3 - sấy khơ tạo hình Ngồi ra, NH3 còn sử dụng lĩnh vực bảo vệ mơi trường để chủn hố SO2 NOx từ khí ớng khói Dung dịch NH3 21% còn dùng làm dung môi tốt Amoniac tạo nitrua để cứng bề mặt thép, sử dụng Amoniac làm tác nhân lạnh thiết bị lạnh I.5 Sản xuất NH3 Việt Nam Hiện Việt Nam thì gồm nhà máy tổng hợp NH3 : Nhà máy đạm Phú Mỹ, nhà máy đạm Cà Mau, nhà máy đạm Hà Bắc • Nhà máy đạm hà bắc Nguồn ngun liệu: Than antranxit Khí hóa than từ nguyện nhiệu rắn, q trình khí hóa khâu tạo khí sử dụng nguyên liệu than cục, nước khơng khí • Nhà máy đạm Phú mỹ - Tổng cơng ty Dầu khí Việt Nam Sử dụng cơng nghệ Haldor Topsoe Đan Mạch Đi nguyên liệu khí thiên nhiên từ nhà máy khí Dinh Cớ (từ mỏ khí - Bạch Hổ Nam Cơn Sơn) Năng suất 1350 tấn/ngày Sản xuất Amonia CO2 làm nguyên liệu cho trình tổng hợp Ure phân - xưởng Ure Thu hồi lượng Ammonia tồn trữ để chủn cho sớ q trình khác • Nhà máy đạm Cà Mau - Công nghệ sản xuất Ammonia Haldor Topsoe SA (Đan Mạch) - Nguồn nguyên liệu từ khí tự nhiên - Cơng suất 1350 tấn/ ngày - Thông số kỹ thuật sản phẩm : Trạng thái : lỏng NH3 nồng độ tối thiểu : 99,8 wt% Hàm lượng nước tạp chất , tối đa : 0,2 wt% Hàm lượng dầu ,tối đa : 5ppm wt I.6 Tồn trữ và bảo quản Amoniac lỏng chứa thép chịu áp lực có nắp chụp, có thể tích chứa tới đa 140 lít - Các bình chứa amoniac phải sơn màu vàng, bình phải có nhẵn in màu đen, - nhẵn có ghi: tên sản xuất, tên sản phẩm Khi vận chuyển bảo quản amoniac lỏng phải tuân theo quy định an toàn - vật liệu nổ theo TCVN 458688 bình áp lực theo QPVN2 -1975 Nhẹ khơng khí, có thể phát nổ gặp nhiệt Chất độc gây tổn thương cho hệ hơ hấp Có thể gây bỏng da, tổn thương mắt Rất độc nhiễm vào nước sinh hoạt Ngăn ngừa Nhiệt, tia lửa điện, lửa mặt nóng, khơng hút th́c Khơng hít, tiếp xúc mắt, tiếp xúc da, tiếp xúc vào quần áo Sử dụng tồn chứa nơi thoáng gió Tránh phát tán NH3 mơi trường Nếu phát hệ thống rò rỉ, phải dừng hệ thống Sử dụng chất liệu chế tạo phù hợp Không mở van để hệ thống luân chuyển, trừ thứ đã hồn tất Tránh ánh nắng kiểm sốt nhiệt độ không 52 độ C - An toàn môi trường Khi khí amoniac bị bớc cháy cần dùng thiết bị dập tắt nước, bột khí trơ Không dùng bình chứa oxy Clo để chưa amoniac lỏng dùng bình - I.7 chứa amoniac lỏng để chứa loại khí khác Hỗn hợp amoniac khơng khí dễ - gây nổ với nồng độ từ 1-25% theo thể tích Amoniac chất độc tác dụng lên thể người gây ngạt thở hòng màng nhầy mắt, gây đọng nước phổi dây bỏng tác dụng lên da Khi làm việc với amoniac phải tuân thủ theo quy định phòng ngừa, sử dụng phương tiện bảo vệ cá nhân, mặt nạ phòng độc, áo quần bảo hộ, ủng găng tay CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT NGUN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC Có nhiều nguồn nguyên liệu khác sử dụng cho trình tổng hợp NH3 : - Than đá, than cớc, khí lò cớc Khí tự nhiên, khí đồng hành Naphta khí hóa lỏng Dầu nhiên liệu Các loại nguyên liệu khác Nguyên liệu quan trọng nhiên liệu rắn, khí lò cớc, H trình điện phân Các nguyên liệu dùng điều kiện đặc biệt ngày có Khí than ướt ngun liệu tương lai để sản xuất NH Ngoài H2 sản xuất trình điện phân nước nguyên liệu sản xuất NH3 Bảng các nguồn nguyên liệu sản xuất NH3 Nguyên liệu 1962 1998 103tấn/năm % 103tấn/năm % Khí tự nhiên 7800 50 94300 77 Than đá, than cốc, khí lị cốc 2800 18 16500 14 Naphta khí hóa lỏng 2050 13 7300 Các loại nguyên liệu khác 2950 19 4400 Tổng cộng 15600 100 122500 100 Ta thấy, sản lượng khí tự nhiên sử dụng để sản xuất NH chiếm phần lớn ngày tăng lên rõ rệt Nguồn sản xuất NH3 từ than đá mang tính chất đặc trưng theo vùng có sản lượng than đá lớn Trung Q́c, Nam Phi, Việt Nam có nhà máy phân đạm Hà Bắc từ nguồn nguyên liệu 2.1 Than đá PHẦN III TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH CHƯƠNG TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 1.1 Tháp tổng hợp NH3 Bảng Các kích thước tháp ta chọn theo tiêu chuẩn sau Đường kính tháp, (mm) 1400 Đường kính ngồi dỏ xúc tác, (mm) 1200 Đường kính dỏ xúc tác, (mm) 1150 Đường kính ngồi ớng trung tâm 200 1.2 Tớc độ không gian: Ở ta chọn tốc độ không gian là: 25000 m3/m3.h 1.3 Tính toán thể tích lớp xúc tác: Một số giả thiết ban đầu: Năng suất phân xưởng là: 200.000 tấn/năm Nồng độ NH3 vào tháp % nồng độ NH3 khỏi tháp 9,17 % Để tính thể tích lớp xúc tác ta phải giả thiết nồng độ NH khỏi lớp xúc tác Trong bản thiết kế em xin giả thiết nồng độ NH khỏi lớp xúc tác sau: Bảng 10 Bảng nồng độ NH3 khỏi các lớp xúc tác Lớp xúc tác Lớp Lớp Năng độ NH3 (% thể tích) 9.17 Bảng 11 Lượng hỗn hợp khí vào tháp, m3/h Năng suất riêng tháp tính kg NH3 /m3 xúc tác tính theo cơng thức: g = 0,77.V.a.δ Trong đó: g : Năng suất riêng tháp V : Tốc độ không gian (h-1) a : Phần NH3 tạo thành đươc tính theo cơng thức: a= y1 − y0 100 + y0 Với: y : Nồng độ NH vào tháp tổng hợp, % y : Nồng độ NH khỏi tháp tổng hợp, % δ : Độ giảm thể tích hỗn hợp khí phản ứng xác định theo công thức: δ = 100 + y0 100 + y1 Từ ta có thể tính lớp xúc tác theo công thức: Vxt = G g (m 3) Trong G : Lượng NH tạo thành qua trình (kg/h) 1.3.1 Lớp xúc tác 1: Nồng độ NH3 vào: 3% Nồng độ NH3 : % a= Từ ta có: δ = 6−3 = 0.03 100 + 100 + = 0,97 100 + Năng suất riêng tính được: g = 0,77 25000 0,03 0,97 = 560,175 (kg NH3 /m3 xúc tác.h) Lượng NH3 tạo thành qua lớp xúc tác thứ là: v = 3%.2074,1546= 62,22 (m3/h) Tại P= 150 at T= 5000C ta có ρ NH3 = 20,73 Kg/m3 Tính theo kg/h là: G = v.ρ = 62,22 × 20,73 = 1289,92 Vxt = Thể tích lớp xúc tác thứ là: Kg/h G = 2,3( m ) g 1.3.2 Lớp xúc tác 2: Nồng độ NH3 vào: 6% Nồng độ NH3 : 9,17 % a= Từ ta có: δ= 9,17 − = 0,03 100 + 100 + = 0,97 100 + 9,17 Năng suất riêng tính được: g = 0,77 25000 0,03.0,97=560,175(kg NH3 /m3 xúc tác.h) Lượng NH3 tạo thành qua lớp xúc tác thứ hai là: v = 3,17%.2074.1546 = 65,75 (m3/h) Tính theo kg/h là: G = v.ρ = 65,75 × 20,73 = 1363 Vxt = Thể tích lớp xúc tác thứ hai là: 1.4 Chiều cao lớp xúc tác: Kg/h G = 2,5(m ) g Diện tích mặt cắt ngang lớp xúc tác là: S = π.(R2 - r2) Trong đó: R : Bán kính dỏ xúc tác (m), R = 0,575 m r : Bán kính ngồi thiết bị trao đổi nhiệt (m), r = 0,250 m Do vậy: S = π.(R2 - r2) = π(0,5752 - 0,2502) = 0,84 (m2) h= Chiều cao lớp xúc tác tính theo cơng thức: Trong đó: h: Chiều cao lớp xúc tác (m) V : Thể tích lớp xúc tác (m 3) S : Diện tích mặt cắt ngang lớp xúc tác (m ) h1 = * Lớp xúc tác 1: h2 = * Lớp xúc tác 2: V 2,3 = = 2,7(m) S 0,84 V 2,5 = = 3(m) S 0,84 1.5 Chiều cao tháp: Chiều cao tồn tháp tính theo cơng thức: H = h1+ h2+ h+hc+hđ Trong đó: hi (i=1 4): Chiều cao tổng lớp xúc tác (m) h: Khoảng cách hai lớp xúc tác (m), chọn 0,5 (m) V S hc: Khoảng cách từ mặt nắp tháp đến lớp xúc tác đầu hc=0,7(m) hđ: Chọn đáy hình bán cầu nên hđ=1,5(m) Vậy chiều cao toàn thiết bị là: H = 2,7 +3 +0,5+0,7+1,5= 8,4 (m) Từ kết quả tính ta có bảng 5.5 tổng kết thiết bị tổng hợp amoniac sau: Bảng 10 Bảng tổng kết thiết bị tổng hợp amoniac Lớp xúc tác Lớp Lớp Nồng độ NH3 vào % Nồng độ NH3 % 9,17 Thể tích xúc tác (m3) 2,3 2,5 Chiều cao lớp xúc tác (m) 2,7 * Kích thước chung tồn tháp: Đường kính tháp (mm) 1400 Đường kính ngồi dỏ xúc tác (mm) 1200 Đường kính dỏ xúc tác mm) 1150 Đường kính ngồi ớng trung tâm 200 Chiều cao tồn tháp (mm) 8400 1.6 Tính chiều dày thân tháp tổng hợp Thiết bị làm việc áp suất 150 atm nhiệt độ trung bình 500 0C Chiều dày thân tháp hình trụ làm việc chịu áp suất Pt tính sau: S= D t ⋅ Pt +C ⋅ [ σ] ⋅ ϕ − Pt m Trong đó: Dt: Đường kính tháp, m Chọn Dt = 1,4m ϕ: Hệ số bền hàn thành hình trụ theo phương dọc Thiết bị hàn tay hồ quang điện, chọn ϕ = 0,95 Pt: áp suất thiết bị, Pt = 150 atm (15.106 N/m2) C: Đại lượng bổ sung phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày Đại lượng tính theo cơng thức: C = C1 + C + C m Trong đó: C1: Hệ sớ bổ sung độ ăn mòn, với thép CT vận tốc gỉ 0,06 mm/năm, thời gian làm việc từ 15 ÷ 20 năm Ta có thể lấy C1 = mm C2: Hệ sớ bổ sung bào mòn xem độ bào mòn nhỏ có thể bỏ qua, nên C2 = C3: Hệ số bổ sung dung sai âm chiếu dày Chọn C3 = 0,6 mm Như vậy: C = + + 0,6 = 1,6 mm [σk]: ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền kéo, xác định theo công thức: [σ ] = ση ⋅ η k k Trong đó: k N/m2 σk: ứng suất giới hạn bền kéo chọn thép CT3 nên σk = 380.106 N/m2 ηk: Hệ số an toàn theo giới hạn bền Chọn ηk = 2,6 η: Hệ số điều chỉnh, chọn η = [σc]: ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền chảy, xác định theo công thức: [σ ] = ση ⋅ η c c c N/m2 Trong đó: σc: ứng suất giới hạn bền kéo chọn thép CT3 nên σc = 240.106 N/m2 ηc: Hệ số an toàn theo giới hạn bền Chọn ηc = 1,5 η: Hệ số điều chỉnh, chọn η = Thay số: [ ] σ k ⋅ η 380 ⋅10 σk = = ⋅1 = 146 ⋅10 ηk 2,6 [σ ] = ση ⋅ η = 2401,⋅510 c c N/m2 ⋅1 = 160 ⋅10 c N/m2 ứng suất cho phép vật liệu: σ b = Min{[σ c ], [σ k ]} = [σ k ] = 146 ⋅10 N/m2 Vậy chiều dày thân tháp: S= 15.10 × 1,4 + 1,6.10 −3 = 0,08 × 146.10 × 0,95 − 15.10 m Chọn S = 100 mm Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử σ= [ D t + ( S − C) ] ⋅ P ⋅ (S − C) ⋅ϕ O σ ≤ c 1,2 N/m2 Trong đó: Po: áp suất thử tính tốn, xác đinh theo công thức: Po = Ptl + P1 N/m2 Với: Ptl : áp suất thử thuỷ lực, N/m2 Ptl = 1,5 ⋅ Pt = 1,5 ⋅15 ⋅10 = 22,5 ⋅10 N/m2 P1 : áp suất thuỷ tĩnh nước, N/m2 P1 = 1,345 ⋅10 N/m2 Po = Ptl + P1 = 1,345⋅10 + 22,5 ⋅10 = 23,485N/m2 Thay giá trị vào công thức kiểm tra ứng suất: σ= [1,4 + (100.10 −3 ] − 1,6.10 −3 ) 23,845.10 = 12,55.10 −3 −3 × (100.10 − 1,6.10 ).0,95 N/m2 Ta thấy: σ=12,55.106≤ 240.10 1,8 N/m2 , thoả mãn điều kiện bền Do ta chọn S = 100 mm 1.7 Tính nắp, đáy thiết bị: Với thiết bị hình trụ hàn đặt thẳng đứng làm việc áp suất cao, chọn đáy bán cầu s t Chiều dày đáy bán cầu xác định theo cơng thức: Đáy có lỗ (đường kính lỗ d t = 200 ,mm) hàn từ hai nửa Vật liệu chế tạo thép CT3 có [σ] = 146.106 (N/m2) S= Dt P D t +C 3,8.[ σ k ].k.ϕ h − P 2hb ,(m) Trong đó: Dt : Đường kính thiết bị phản ứng (m) P : áp suất làm việc, N/m ϕ h : Hệ số bền hàn mối hàn hướng tâm C : Hệ số bổ sung [ σ ] : giới hạn bền kéo k k : Hệ sớ khơng thứ ngun tính theo công thức: k = 1− dt 0,2 = 1− = 0,889 Dt 1,4 áp suất làm việc P = 15.106 (N/m2) Vì [σ ] × k × ϕ P h 146.10 = × 0,889 × 0,95 = 8,22 < 30 15.10 Nên đại lượng P mẫu sớ cơng thức tính chiều dày đáy khơng thể bỏ qua Do chiều dày tính theo cơng thức:Vì Dt = 2.hb nên S= Dt P +C 3,8.σ k.ϕ h − P k ,m S= 15.10 × 1,4 +C 3,8 × 146.10 × 0,889 × 0,95 − 15.10 [ ] = 0,059 +C ,m Chọn: C1 = 1(mm) C2 = 0(mm) C3 = 0,22(mm) Vậy S = 0,042.103 + 1,220 = 60,22 (mm) Chiều dày quy chuẩn S =60 (mm) CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt tháp: Thiết bị trao đổi nhiệt loại thiết bị ớng chùm kiểu đứng Thiết bị có tác dụng giảm nhiệt độ hỗn hợp khí đã phản ứng nâng nhiệt độ hỗn hợp khí nguyên liệu lên Trong nội dung bản đồ án em xin chọn thiết bị sau: Cách xếp ống thiết bị: Xếp theo hình lục giác với kích thước ớng truyền nhiệt chọn theo tài liệu [7] Đường kính thiết bị truyền nhiệt là: Dt = 450 (mm) Kích thước ớng truyền nhiệt: 30× mm Bước ớng xác định theo cơng thức: t = 1,3× dn = 1,3× 30 = 39 (mm) Đường kính thiết bị tính theo cơng thức: Dt = t (b - 1) + 4× dn Trong đó: b sớ ống đường chéo hình lục giác b= Từ rút ra: Dt − × d n 450 − × 30 +1 = +1 = t 39 Sớ ớng cạnh ngồi hình lục giác tính theo cơng thức: a= 1 (b − 1) = (9 − 1) = 2 Tổng số ống truyền nhiệt là: n = 3.a.(a-1)+1 = 3.4.(4-1) + = 37 (ống) Chiều cao thiết bị chọn 2500 mm KẾT LUẬN Với đề tài "Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 suất 200.000 tấn/năm từ khí tự nhiên ", giúp đỡ ân cần cô giáo hướng dẫn TS Chu Thị Hải Nam, em đã hoàn thành đồ án hạn Nội dung đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất Amonia, qua trình tìm hiểu, tham khảo tài liệu kết hợp với trình tính tốn, thiết kế phân xưởng sử dụng phần mềm mô HYSYS, em đã rút kết luận sau: - Tính chất, ứng dụng, tiêu chất lượng, Amonia Tìm hiểu công nghệ sản xuất Amonia số hãng giới So sánh đánh giá công nghệ sản xuất Mơ phỏng, thiết kế phân xưởng sản xuất Amonia theo cơng nghệ Hando Topso – Đan Mạch Tính tốn cân vật chất tồn lưu trình thiết bị Qua trình tìm hiểu mơ cơng nghệ, có phát sinh sớ vấn đề cần lưu ý: - Khi mô thiết bị phản ứng, thay vì mô thiết bị thực tế, ta mô cách đơn giản Các thông số mô khơng hồn tồn phù hợp với thực tế mà có giá trị tính cân vật chất Có thể nói, Amonia hợp chất quan trọng, có nhiều ứng dụng cơng nghiệp, đặc biệt trung gian sản xuất Ure Vì vậy, cần nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất Aonia để mang lại hiệu quả kinh tế cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Nhâm Hóa học vô tập Nhà xuất bản giáo dục , Hà Nội 2006 [2] Đinh Thị Ngọ,Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ khí Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2010 [3] Phạm Thanh Huyền,Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2006 [4] Nguyễn Thị Minh Hiền Công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2010 [5] TS.Nguyễn Thị Diệu Vân Kỹ thuật hóa học đại cương Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội , Hà Nội 2011 [6] Nguyễn Hoa Toàn,Lê Thị Mai Hương Công nghệ hợp chất vô nitơ (công nghiệp đạm) Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2005 [7] Nguyễn Hữu Phú Hóa lý hóa keo Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà nội 2006 [8] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry , Vol A2 , 1992 [9] Encyclopedia of Chemical Technology, Vol A1 [10] Đoàn Thiên Tích Dầu khí Việt Nam Nhà xuất bản đại học q́c gia T.P Hồ Chí Minh , TPHCM 2001 [11]GS.TSKH Nguyễn Bin Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm,tập Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2005 [12] Handbook of Petrochemicals and Processes [13] Hydrocacbon processing, 2003 [14] http://www.topsoe.com [15] Nguyễn Bin Các trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm,tập4.Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật,2006 ... Đi từ khí tự nhiên để tổng hợp NH vượt trôi s? ??n lượng tính kinh tế CHƯƠNG 3: S? ??N XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN 3.1 S? ??n xuất khí nguyên liệu 3.1.1 Thành phần và đặc tính khí t? ?̣ nhiên, khí đồng... pháp khí hóa đòi hỏi phải có nhà máy sản xuất oxy nên suất đầu tư tăng Nhà máy sản xuất amoniac từ than đá có thể có suất đầu tư cao gấp - lần so với nhà máy s? ?? dụng khí thiên nhiên Tuy nhiên, ... PH3 NH3 + P PH3 + N2 Lưu huỳnh phản ứng với NH3 tạo muối sunfit Hơi lưu huỳnh phản ứng với NH3 tạo amoni sunfit nitơ NH3 + S (NH4) 2S + N2 Lưu huỳnh phản ứng với NH3 lỏng tạo nitơ sunfit 10 S