ĐỒ án thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 từ khí tự nhiên

Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM 1.1 Cấu tạo phân tử NH3 1.2 Tính chất vật lý 1.3 Tính chất hóa học 1.4 Ứng dụng 10 1.5 Sản xuất NH3 Việt Nam 11 1.6 Tồn trữ bảo quản 12 1.7 An tồn mơi trường 12 CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC 14 2.1 Than đá 15 2.2 Naphta 15 2.3 Sinh khối 15 2.4 Khí tự nhiên 16 CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN 17 3.1 Sản xuất khí nguyên liệu 17 3.2 Tổng hợp NH3 25 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN 34 4.1 Một số sơ đồ tổng hợp điển hình [4][8] 35 4.2 Công nghệ áp suất cao Kellogg 37 4.3 Công nghệ áp suất trung bình hãng Krupp UHDE [8] 38 4.4 Công nghệ áp suất thấp hãng Hadol Topsoe [8] 40 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 4.5 Công nghệ áp suất thấp hãng Kellogg Brown & Root, Inc 42 4.6 Công nghệ áp suất thấp hãng Linde AG [8] 43 CHƯƠNG PHÂN TÍCH LỰA CHON NGUN LIỆU VÀ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ 45 5.1 Lựa chọn nguyên liệu 45 5.2 Lựa chọn công nghệ 45 5.3 Giới thiệu công nghệ 47 CHƯƠNG THIẾT BỊ CHÍNH TRONG TỔNG HỢP AMONIAC 51 PHẦN II : MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIA 53 CHƯƠNG CƠ SỞ MÔ PHỎNG VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA Q TRÌNH 53 1.1 Cơ sở mơ 53 1.2 Các thông số quá trình 53 1.3 Các bước mô 55 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG ĐẢM BẢO NĂNG SUẤT 72 2.1 Cân vật chất chung trình 72 2.2 Cân nhiệt lượng cho quá trình 73 2.3 Khảo sát lưu lượng đầu vào tới suất quá trình 73 PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 76 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 76 1.1 Tháp tổng hợp NH3 76 1.2 Tốc độ không gian: 76 1.3 Tính tốn thể tích lớp xúc tác: 76 1.4 Chiều cao lớp xúc tác: 79 1.5 Chiều cao tháp: 80 1.6 Tính chiều dày thân tháp tổng hợp 81 1.7 Tính nắp, đáy thiết bị: 84 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 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 cơng 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 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 NH3 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 nguyên liệu khí tự nhiên có nước ta cách hiệu 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 NH3 từ khí tự nhiên với suất 200.000 tấn/năm” bao gồm phần sau: Phần I : Tổng quan lý thuyết Phần II : Quá trình mô Phần III : Tính tốn thiết kế SVTH: Hồng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Tuy có nhiều cớ gắng đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót định, mong góp ý thầy, giáo Em xin cảm ơn ! SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM 1.1 Cấu tạo phân tử NH3 NH3 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 bố 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 khơng cặp đơi N có thể kết hợp với electron 1s nguyên tử H.vì vật ta có: 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 107o 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 đới 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 1.2 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 17,03 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Thể tích phân tử 0oC , 101,3 kPa Hằng sớ khí R 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) 1370 (kJ/kg) Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn 25oC (entanpi tiêu chuẩn) -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 1.3 Tính chất hóa học - NH3 có thể cộng thêm ion để tạo ion phức NH4+ SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam NH3 + H+ NH4+ NH4+ giống ion kim loại kiềm tính kiềm thuộc tính tạo ḿi Các dung dịch ngậm nước NH3 phản ứng bazơ yếu, vì dung dịch nước có trình : NH3 + H2O NH4+ + OH- Hằng số phân ly NH3 dung dịch 25oC : Khi ta thêm axit mạnh vào dung dịch amoniac thì cân chuyển dịch hoàn tồn 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 không cháy điều kiện thường, cháy với lửa màu vàng áp suất oxy.Điểm bốc cháy hỗn hợp NH3 – O2 780oC , sản phẩm q trình cháy N2 H2O NH3 + O2 N2 + H O 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 NH3 – Khơng khí phát nổ cháy,hỗn hợp nổ NH3 khô 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 chủn qua CuO nung nóng thì có phản ứng : CuO + NH3 SVTH: Hoàng Văn Hải Cu + N2 + H2O Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 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 (-NH2), imidua (chứa nhóm NH2) Nitrua (N3-).Nếu nhiệt độ thường phản ứng diễn chậm có thể vài ngày K + NH3 Na + NH3 KNH2 + H2 NaNH2 + H2 Ở 800-900 oC nhơm tương tác với khí NH3 tạo thành nhôm nitrua hydro Al + NH3 - NH3 phản ứng với P nóng đỏ tạo N2 PH3 NH3 + P - AlN + H2 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 vơ số hợp chất cộng hợp hay hợp chất phối trí Các hợp chất cộng có tính chất tương tự hydrat Vì CaCl2.6H2O 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 NH3 có thể trung hòa axit mà khơng tạo thành nước Dung dịch SVTH: Hồng Văn Hải Trang: Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam NH3 có tác dụng bazơ chỗ tạo kết tủa hydroxit từ dung dịch chúng Một vài hợp chất khó tan dung dịch NH3 dư tạo phức ion Ví dụ muối sắt thì hợp chất hydroxit sắt bị kết tủa FeCl3 + NH4OH Fe(OH)3 + NH4Cl 1.4 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, NH3 dùng làm xúc tác chất điều chỉnh pH trình polyme hóa phenol-formaldehyt urêformaldehyt 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, NH3 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, NH3 chất độn quan trọng để sản xuất dạng th́c 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, NH3 kết tủa với nhơm sunfat SVTH: Hồng Văn Hải Trang: 10 Đồ án kỹ sư SVTH: Hoàng Văn Hải GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Trang: 74 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam  Vậy để đạt suất 200.000tấn/năm hay 23148 kg/h thì lưu lượng đầu vào dịng khí tự nhiên cần thiết 650 kgmole/h hay 21000kg/h SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 75 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG TÍNH TOÁN 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 ống trung tâm 200 1.2 Tốc độ không gian: Ở ta chọn tốc độ không gian là: 25000 m3/m3.h 1.3 Tính tốn 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 NH3 khỏi lớp xúc tác Trong thiết kế em xin giả thiết nồng độ NH3 khỏi lớp xúc tác sau: Bảng 10 Bảng nồng độ NH3 khỏi lớp xúc tác Lớp xúc tác SVTH: Hoàng Văn Hải Lớp Lớp Trang: 76 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 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. Trong đó: g : Năng suất riêng tháp V : Tốc độ không gian (h-1) a : Phần NH3 tạo thành đươc tính theo cơng thức: SVTH: Hồng Văn Hải Trang: 77 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam y1  y0 100  y0 a Với: y0 : Nồng độ NH3 vào tháp tổng hợp, % y1 : Nồng độ NH3 khỏi tháp tổng hợp, %  : Độ giảm thể tích hỗn hợp khí phản ứng xác định theo công thức:   100  y0 100  y1 Từ ta có thể tính lớp xúc tác theo cơng thức: Vxt  G g (m3 ) 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 : % Từ ta có: a    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  NH3 = 20,73 Kg/m3 SVTH: Hồng Văn Hải Trang: 78 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Tính theo kg/h là: G  v.  62,22  20,73  1289,92 Kg/h Thể tích lớp xúc tác thứ là: Vxt  G  2,3(m ) g 1.3.2 Lớp xúc tác 2: Nồng độ NH3 vào: 6% Nồng độ NH3 : 9,17 % Từ ta có: a   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.  65,75  20,73  1363 Kg/h Thể tích lớp xúc tác thứ hai là: Vxt  G  2,5(m ) g 1.4 Chiều cao lớp xúc tác: Diện tích mặt cắt ngang lớp xúc tác là: S = .(R2 - r2) Trong đó: SVTH: Hồng Văn Hải Trang: 79 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 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 = .(R2 - r2) = (0,5752 - 0,2502) = 0,84 (m2) Chiều cao lớp xúc tác tính theo cơng thức: h  Trong đó: V S h: Chiều cao lớp xúc tác (m) V : Thể tích lớp xúc tác (m ) S : Diện tích mặt cắt ngang lớp xúc tác (m ) * Lớp xúc tác 1: h1  V 2,3   2,7(m) S 0,84 * Lớp xúc tác 2: h2  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) 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) SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 80 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Vậy chiều cao toàn thiết bị là: H = 2,7 +3 +0,5+0,7+1,5= 8,4 (m) Từ kết 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 Cm  σ   Pt Trong đó: Dt: Đường kính tháp, m SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 81 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Chọn Dt = 1,4m : Hệ sớ bền hàn thành hình trụ theo phương dọc Thiết bị hàn tay hồ quang điện, chọn  = 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 số bổ sung độ ăn mòn, với thép CT3 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 mịn xem độ bào mịn 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 [k]: ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền kéo, xác định theo công thức: σ   ση  η N/m k k k Trong đó: k: ứng suất giới hạn bền kéo chọn thép CT3 nên k = 380.106 N/m2 k: Hệ sớ an tồn theo giới hạn bền Chọn k = 2,6 : Hệ số điều chỉnh, chọn  = [c]: ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền chảy, xác định theo công thức: σ   ση  η N/m c c c Trong đó: c: ứng suất giới hạn bền kéo chọn thép CT3 nên c = 240.106 N/m2 c: Hệ sớ an tồn theo giới hạn bền Chọn c = 1,5 : Hệ số điều chỉnh, chọn  = SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 82 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Thay số: σ   ση  η  3802,610 1  146 106 N/m2 k k k σ   ση  η  2401,510 c c 1  160 106 N/m2 c 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 m 6  146.10  0,95  15.10 Chọn S = 100 mm Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử σ D t  S  C P  S  C   O σ  c N/m2 1,2 Trong đó: Po: áp suất thử tính tốn, xác đinh theo cơng thức: Po  Ptl  P1 N/m2 Với: Ptl : áp suất thử thuỷ lực, N/m2 Ptl  1,5  Pt  1,5 15 106  22,5 10 N/m2 P1 : áp suất thuỷ tĩnh nước, N/m2 P1  1,345 106 N/m2 Po  Ptl  P1  1,345 106  22,5 106  23,485 N/m2 Thay giá trị vào công thức kiểm tra ứng suất: 1,4  (100.10  3   1,6.10 3 ) 23,845.10  12,55.10 N/m2 3 3  (100.10  1,6.10 ).0,95 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 83 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 240.10 Ta thấy: σ=12,55.10 ≤ N/m2 , thoả mãn điều kiện bền Do ta chọn 1,8 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 t s Chiều dày đáy bán cầu xác định theo công thức: Đáy có lỗ (đường kính lỗ dt = 200 ,mm) hàn từ hai nửa Vật liệu chế tạo thép CT3 có [σ] = 146.106 (N/m2) S D t P D t  C ,(m) 3,8. k .k. h  P 2hb Trong đó: Dt : Đường kính thiết bị phản ứng P : áp suất làm việc, (m) N/m  h : Hệ số bền hàn mối hàn hướng tâm C : Hệ số bổ sung  : giới hạn bền kéo k k : Hệ số không thứ nguyên tính theo cơng thức: k  1 dt 0,2  1  0,889 Dt 1,4 áp suất làm việc P = 15.106 (N/m2) Vì    k   P h 146.10   0,889  0,95  8,22  30 15.10 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 84 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam Nên đại lượng P mẫu số công thức tính chiều dày đáy khơng thể bỏ qua Do chiều dày tính theo cơng thức:Vì Dt = 2.hb nên S D t P  C ,m 3,8.σ k. h  P k   15.10  1,4 S 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) SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 85 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt tháp: Thiết bị trao đổi nhiệt loại thiết bị ống 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 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 ống xác định theo công 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 ớng đường chéo hình lục giác Từ rút ra: b  Dt   d n 450   30 1  1  t 39 Số ống cạnh 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 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 86 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam 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 q 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 cơng 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 công nghệ Hando Topso – Đan Mạch - Tính tốn cân vật chất toàn lưu trình thiết bị Qua q trình tìm hiểu mơ cơng nghệ, có phát sinh số vấn đề cần lưu ý: - Khi mơ thiết bị phản ứng, thay mơ thiết bị thực tế, ta mô cách đơn giản - Các thơng sớ mơ 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 công nghiệp, đặc biệt trung gian sản xuất Ure Vì vậy, cần nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất Aonia để mang lại hiệu kinh tế cao SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 87 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Nhâm Hóa học vô tập Nhà xuất giáo dục , Hà Nội 2006 [2] Đinh Thị Ngọ,Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2010 [3] Phạm Thanh Huyền,Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu Nhà xuất khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2006 [4] Nguyễn Thị Minh Hiền Công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Nhà xuất khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2010 [5] Nguyễn Bin Các q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm,tập4.Nhà xuất Khoa học kỹ thuật,2006 [6] http://www.topsoe.com [7] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry , Vol A2 , 1992 [8] Handbook of Petrochemicals and Processes [9]GS.TSKH Nguyễn Bin Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm,tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật , Hà Nội 2005 SVTH: Hoàng Văn Hải Trang: 88 ... Trang: 16 Đồ án kỹ sư GVHD: TS Chu Thị Hải Nam CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN 3.1 Sản xuất khí nguyên liệu 3.1.1 Thành phần và đặc tính khí tự nhiên, khí đồng hành Khí tự nhiên Việt... 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 NH3 từ khí tự nhiên với suất 200.000 tấn/năm” bao gồm phần sau: Phần I :... máy sản xuất amoniac 1000 tấn/ngày Từ số liệu ta thấy, chi phí đầu tư tiêu hao nặng lượng cho nhà máy sản xuất amoniac từ khí tự nhiên thấp  Đi từ khí tự nhiên để tổng hợp NH3 vượt trơi sản