MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ THIẾT BỊ VÀ NHÀ MÁY HÓA CHẤT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ACID SUNFURIC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ THIẾT BỊ VÀ NHÀ MÁY HÓA CHẤT

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ACID SUNFURICGVHD: Hồ Tấn Thành

SVTH: 1 Doãn Hoàng Ngọc Anh 21128003

2 Nguyễn Thái Bảo 21128295

3 Dương Tấn Bi 21128007

4 Huỳnh Trần Giang Bình 21128280

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2023.

0

DANH SÁCH NHÓM VIẾT BÀI THUYẾT MINH1 Mã lớp môn học: FDMF232603_23_1_02CLC

2 Giảng viên hướng dẫn: Hồ Tấn Thành

3 Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid sunfuric4 Danh sách nhóm viết báo cáo:

gia % Kí tên

Mục lục

I.Tổng quan 4

1.Khái quát về acid sulfuric 4

2.Tính chất vật lý của acid sulfuric 4

II.Giới thiệu về sản phẩm acid H2SO4 9

III.Nguyên vật liệu 10

IV.Các phản ứng 10

V Thuyết minh QTCN 11

1.Sơ đồ QTCN (dạng sơ đồ khối) 11

2.Thuyết minh quy trình công nghệ 12

3.Thuyết minh chức năng, nhiệm vụ, công dụng và kích thước các thiết bị trong quy trình công nghệ 13

VI.Thiết bị chính – Tháp hấp thu 16

1.Chi tiết cấu tạo của tháp hấp thụ gồm 16

2.Nguyên lý hoạt động của thiết bị chính 17

3.Bản vẽ 18

VII.Thiết kế phân xưởng sản xuất chính 18

1.Lập bảng thống kê các thiết bị 18

2.Bản vẽ 19

VIII.Thiết kế nhà máy 20

1.Lập bảng thống kê các danh mục công trình 20

2.Thuyết minh bố trí nhà máy 21

3.Địa điểm xây dựng nhà máy 21

4.Phân tích yêu cầu chung của khu đất xây dựng 22

a)Việc bố trí mặt bằng : 222

b) Tương đối gần nguồn cung cấp nguyên liệu: 22

c)Về nguồn năng lượng: 22

d)Về cấp và thoát nước: 22

e)Về mặt giao thông vận tải rất thuận tiện: 23

f)Nguồn vật liệu xây dựng tại chỗ sẵn có: 23

g)Khu vực đáp ứng được nguồn nhân công cho xây dựng công trình và cho vận hành sản xuất: 23

5.Yêu cầu về vệ sinh công nghiệp 24

IX.Bản vẽ 24

X Kết luận 24

I.Tổng quan.

1.Khái quát v acid sulfuric.ề acid sulfuric.

Trong hóa học, acid sulfuric được xem là hợp chất của anhydrit sunfuric với nước Công thức hóa học SO3 H2O hoặc H2SO4, khối lượng phân tử 98,08.

sulfuric Nếu tỷ lệ SO3/H2O < 1 gọi là dung dịch acid sulfuric, tỷ lệSO3/H2O > 1 gọi

Thành phần của dung dịch acid sulfuric được đặc trưng bởi phần trăm khối lượng củaH2SO4, hoặcSO3.

2.Tính ch t v t lý c a acid sulfuric.ất vật lý của acid sulfuric ật lý của acid sulfuric.ủa acid sulfuric.

% H2SO4 % SO3 tự do

Hình 1: Đồ thị kết tinh của hệ nước và SO3

Ta thấy rằng:

Nhiệt độ kết tinh của dung dịch acid sunfuric và oleum tương đối cao, thậm chí ngay cả ở nhiệt độ vài chục độ.

Vì vậy, người ta qui định rất nghiêm ngặt nồng độ acid sunfuric và oleum sao cho chúng không bị kết tinh trong quá trình vận chuyển và bảo quản.

Từ tính chất này giúp cho ta lựa chọn thành phần acid sản xuất ra phải gần với điểm cực tiểu trên đồ thị kết tinh

Quan hệ giữa nhiệt độ sôi và nồng độ acid biểu diễn trên đồ thì sau:

Hình 2: Nhiệt độ sôi của acid sunfuric và oleum ở 760 mmHg

Qua đồ thị ta thấy rằng:

Khi tăng nồng độ thì nhiệt độ sôi của dung dịch acid sunfuric tăng đạt cực đại ( 336,5 oC ) ở 98,3 % H2SO4 sau đó lại giảm

Có thể tính áp suất hơi trên dung dịch acid sunfuric và oleum theo công thức sau:

T

Trong đó:

P: Áp suất hơi mmHg.

thể tích theo công thức trên nhưng giá trị A,B có khác đi.

Nói chung hơi trên dung dịch acid sunfuric và oleum có thành phần khác với thành

Khi tăng hàm lượng SO3 tự do tỷ trọng của oleum cũng tăng đạt cực đại ở 62%

Hình 3 Khối lượng riêng của acid sunfuric và oleum ở 20 0C.

Khi tăng nhiệt độ, tỷ trọng của acid sunfuric và oleum giảm Áp dụng tính chất này trong kỹ thuật sản xuất người ta xác định nồng độ của dung dịch acid sunfuric có nồng độ thấp dưới 95% bằng tỷ trọng của trọng kế

Khi tăng nồng độ, nhiệt dung của dung dịch acid sunfuric giảm Ngược lại, khi

của acid và oleum tăng

% H2SO4 | %SO3

Hình 4: Nhiệt dung của a xit sunfuric và oleum ở 20oC

Độ nhớt của acid sunfuric và oleum có ảnh hưởng rất lớn đến trở lực của acid khi chảy trong đường ống, máng dẫn, đến tốc độ truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm lạnh acid, tốc độ hoà tan của các muối Vì vậy giá trị độ nhớt được sử dụng nhiều trong tính toán kỹ thuật

Hình 5: Độ nhớt của a xit sunfuric và oleum ở 20 oC

Độ nhớt của acid sunfuric và oleum có giá trị cực đại ở nồng độ 84,5% H2SO4; 100% H2SO4 ; 50-55% SO3 tự do

Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt của acid giảm khá nhanh

3.Ứng dụng

nhiều lĩnh vực khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của acid sulfuric:

quá trình sản xuất hóa chất khác như acid nitric, acid phosphoric và nhiều loại muối sunfat Nó cũng được sử dụng để sản xuất phân bón, chất tẩy rửa, chất oxy hóa và nhiều sản phẩm hóa chất khác.

trình sản xuất pin điện chì-acid Nó được sử dụng để tạo ra dung dịch acid cho các tấm pin, cung cấp điện năng cho các thiết bị điện tử và ô tô.

để tẩy rửa và xử lý bề mặt thép Nó có thể loại bỏ các chất ô xi hóa và tạo ra bề mặt sạch hơn cho quá trình sơn và mạ.

nhiều dược phẩm Nó có thể được sử dụng để tác động lên một số chất tạo khối và chất điều chỉnh pH trong hoạt động sản xuất dược phẩm.

xuất điện từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau Nó có thể được sử dụng để loại bỏ chất ô xi hóa và các chất tạo cặn trong quá trình sản xuất điện từ nhiệt, năng lượng mặt trời hoặc điện từ.

Những ứng dụng này là chỉ một số trong số rất nhiều ứng dụng của acid sulfuric Với tính chất mạnh mẽ và đa dạng, acid sulfuric đã trở thành một chất có vai trò rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

II.Giới thiệu về sản phẩm acid H2SO4.

nhiều lĩnh vực khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của acid sunfuric:

1 Công nghiệp hóa chất: Acid sunfuric được sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình sản xuất hóa chất khác như acid nitric, acid phosphoric và nhiều loại muối sunfat Nó cũng được sử dụng để sản xuất phân bón, chất tẩy rửa, chất oxy hóa và nhiều sản phẩm hóa chất khác 2 Sản xuất pin điện: Acid sunfuric là một thành phần quan trọng trong

quá trình sản xuất pin điện chì-acid Nó được sử dụng để tạo ra dung dịch acid cho các tấm pin, cung cấp điện năng cho các thiết bị điện tử và ô tô.

3 Công nghiệp thép: Acid sunfuric được sử dụng để tạo ra dung dịch acid để tẩy rửa và xử lý bề mặt thép Nó có thể loại bỏ các chất oxi hóa và tạo ra bề mặt sạch hơn cho quá trình sơn và mạ.

4 Sản xuất dược phẩm: Acid sunfuric được sử dụng trong quá trình sản xuất nhiều dược phẩm Nó có thể được sử dụng để tác động lên một số chất tạo khối và chất điều chỉnh pH trong hoạt động sản xuất dược phẩm.

5 Sản xuất điện: Acid sunfuric cũng được sử dụng trong các quá trình sản xuất điện từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau Nó có thể được sử dụng để loại bỏ chất oxi hóa và các chất tạo cặn trong quá trình sản xuất điện từ nhiệt, năng lượng mặt trời hoặc điện từ.

Những ứng dụng này là chỉ một số trong số rất nhiều ứng dụng của acid sunfuric Với tính chất mạnh mẽ và đa dạng, acid sunfuric đã trở thành một chất có vai trò rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

III.Nguyên vật liệu.

Quặng pirit có nhiều ở Nga, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Canada, Bồ Đào Nha… Không khí, H2S04

10

IV.Các phản ứng.

Với quặng pirit:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

S2 + 2O2 → 2SO2

4Fe + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2

4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2

Sơ đồ khối sản xuất acid sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pyrit

2.Thuyết minh quy trình công nghệ.

tận dụng nhiệt, tách bụi trong cyclon và lọc điện khô, có nhiệt độ 300-400 °C đi vào công đoạn làm sạch khí để tách các tạp chất có hại đối với chất xúc tác Ở tháp rửa 1 và 2 tưới dung dịch acid sunfuric nồng độ tương đối thấp, các tạp chất trong khí phần lớn chuyển vào hạt mù acid Chỉ một phần rất nhỏ mù acid được tách ở các tháp rửa, phần còn lại tách ở các lọc điện ướt và tăng ẩm.

Do làm nguội hỗn hợp khí, nhiệt độ acid sunfuric sau khi tưới vào các tháp rửa và tăng ẩm sẽ tăng Vì vậy trước khi được tưới tuần hoàn lại các tháp, các dung dịch acid phải được làm nguội trong các giàn làm nguội acid.

cuốn theo dòng khí, nhờ quạt khí chung của hệ thống thổi qua truyền nhiệt ngoài và các truyền nhiệt trung gian trong tháp tiếp xúc để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ hoạt tính của xúc tác rồi vào lớp xúc tác thứ nhất.

nhiều nhiệt làm acid tưới bị nóng lên Vì vậy acid chảy ra từ các tháp đó phải được làm nguội trước khi tưới tuần hoàn trở lại.

acid tưới không đổi, phải bổ sung acid sấy vào thùng chứa acid monohydrat, bổ sung acid monohydrat vào thùng chứa oleum Oleum dư liên tục đưa về kho chứa oleum.

Ở tháp sấy, do hấp thụ hơi nước nên nồng độ acid tưới giảm Vì vậy phải bổ sung acid từ tháp monohydrat sang Lượng acid sấy dư liên tục đưa về kho chứa acid monohydrat.

Ở công đoạn rửa, do hấp thụ mù acid nên nồng độ acid chảy ra từ tháp tăng ẩm tăng, phải bổ sung nước để giữ cho nồng độ ổn định Lượng acid dư đưa sang tháp rửa II Lượng dư ở tháp rửa II đưa sang tháp rửa I Lượng dư ở tháp rửa I liên tục đưa về kho chứa acid loãng.

Như vậy, ở nhà máy sản xuất acid sunfuric thường có 3 dạng sản phẩm: oleum

loãng (từ tháp rửa-sau khi đã tách selen).

3.Thuyết minh chức năng, nhiệm vụ, công dụng và kích thước các thiết bị trong quy trình công nghệ.

Bảng 1 Kích thước các thiết bị có trong quy trình công nghệ sản xuất acid sulfuricbằng phương pháp tiếp xúc có nguyên liệu từ quặng pirit.

Từ các bộ phận trên, ta chia chúng thành 4 nhóm có các chức năng, nhiệm vụ và công dụng như sau:

Bộ phận kho chứa nguyên liệu gồm: cầu trục gầu ngoạm, máy nghiền quặng, sàng rung, thùng sấy quặng, băng tải chuyền quặng lên lò đốt Bộ phận này có nhiệm vụ là bốc dỡ quặng vào kho và xử lý, tinh chế quặng trước khi cho vào lò đốt.

Thứ 2, bộ phận lò đốt quặng gồm: lò đốt quặng( lò đốt kiểu lớp sôi), nồi hơi, cyclon, lọc điện khô, có nhiệm vụ đốt và xử lý khí khô trước khi cho khí đi vào bộ phận làm sạch khí.

Thứ 3, là bộ phận làm sạch khí gồm các thiết bị sau: tháp rửa khí 1, tháp rửa khí 2, lọc điện ướt cấp 1, lọc điện ướt cấp 2 và tháp tăng ẩm Nhiệm vụ của từng thiết bị là:

o Tháp rửa 1 sử dụng tháp rửa kiểu rỗng, tưới nồng độ acid tương đối thấp Các tạp chất trong hỗn hợp khí phần lớn được tách bỏ ở tháp này, một các tạp chất còn lại cũng như lượng mù được sinh ra sẽ được tách ở các tháp rửa 2-tăng ẩm và 2 cấp lọc điện ướt

Thứ 4, bộ phận sấy-tiếp xúc-hấp thụ gồm các thiết bị: tháp sấy, thiết bị tách giọt, máy thổi khí, tháp tiếp xúc, thiết bị trao đổi nhiệt, tháp làm lạnh S03, tháp hấp thụ oleum, tháp hấp thụ Monohydrat, tháp xử lý khí thải, ống khói khí thải Các thiết bị như tháp sấy, thiết bị tách giọt, có chức năng tách hơi nước trước khi đưa khí vào tháp tiếp xúc.

o Tháp sấy khí với mục đích để hấp thụ hơi nước trong hỗn hợp khí, sử dụng loại tháp đệm vì với loại tháp này có diện tích bề mặt đệm lớn nên có bề mặt tiếp xúc pha giữa pha lỏng và pha khí lớn, khí lưu lại trong tháp lâu nên khả năng hấp thụ hơi nước triệt để.

o Tháp tiếp xúc hay còn gọi là tháp oxh ở đây khí S02 được cho tiếp xúc với khí 02 thông qua các lớp tiếp xúc, sau đó cho ra khí S03 ở nhiệt độ cao.

o Thiết bị trao đổi nhiệt, và tháp làm lạnh S03 có nhiệm vụ làm giảm nhiệt độ S03 trước khi đưa khí So3 vào các tháp hấp thụ.

o Tháp hấp thụ có chức năng hấp thụ S03 để tạo ra Oleum và acid sulfuric.

o Tháp xử lý khí thải và ống khí khí thải có chức năng xử lý khí S03 còn dư trong hơi nước được tách ra trong 2 quá trình sấy và tác giọt acid, để thải ra môi trường.

Và còn 1 số thiết bị khác:

Bơm có chức năng và nhiệm vụ bơm dòng acid từ các thùng chứa về kho luu trữ Các thùng chưa có chức năng chứa acid trong quá trình sản xuất và ở kho.

VI.Thiết bị chính – Tháp hấp thu.

Tháp đệm được sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các quá trình khác Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đầy đệm.

1.Chi tiết cấu tạo của tháp hấp thụ gồm.

đến tháp hấp thụ tiến hành hấp thu tạo dung dịch Oleum.

16

6 Đĩa đỡ đệm.

đệm được ướt đều hơn, tăng diện tích tiếp xúc lớn hơn.

10 Ống dẫn khí ra: Khí sau khi qua quá trình hấp thu thứ nhất nhưng chưa hấp thụ hết trong acid còn dư lượng khí SO3 thì được dẫn qua thiết bị hấp thu tháp hấp thu thứ 2 để tiếp tục hấp thu cho ra dung dịch acid có nồng đồ loãng hơn.

2.Nguyên lý hoạt động của thiết bị chính.

Ở bề mặt phân chia giữa hai pha luôn luôn hình thành hai màng không chuyển động: màng khí và màng lỏng Các phân tử khí bị hấp thụ sẽ khuếch tán từ pha khí qua màng khí đến bề mặt phân chia pha, sau đó khuếch tán từ bề mặt phân chia pha qua màng lỏng vào pha lỏng.

Như vậy có thể xem quá trình hấp thụ là quá trình khuếch tán của khí qua màng lỏng và màng khí Tốc độ hấp thụ phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của khí qua hai màng đó hoặc chỉ do tốc độ khuếch tán của khí qua màng khí quyết định - nếu tốc độ khuếch tán của khí qua màng lỏng rất lớn và ngược lại.

nhau xảy ra hiện tượng hấp thụ, phản ứng tại tầng lớp đệm bên trong tháp.

3.Bản vẽ.

Hình 6 Bản vẽ chi tiết máy hấp thu.

VII. Thiết kế phân xưởng sản xuất chính. 1.Lập bảng thống kê các thiết bị.

Bảng 2 Các thiết bị được bố trí trong phân xưởng sản xuất chính.

10 Tháp hấp thụ oleum 1 D3500x14000

Phân xưởng được sắp xếp theo hình chữ U, với 3 dãy thiết bị nối tiếp nhau theo đúng quy trình công nghệ sản xuất acid sunfuric Trong đó

● Dãy thiết bị thứ nhất và thứ hai cách nhau 3m để thuận tiện cho xe qua lại.

● Dãy thiết bị thứ hai và dãy thứ ba cách nhau 1.8m, lấy tháp hấp thụ mono làm chuẩn.

Dãy thiết bị thứ nhất cách tường 1m và dãy thiết bị thứ ba cách tường 3m nhằm thuận tiện cho việc xe ra vào cấp nguyên liệu và lấy thành phẩm

Các thiết bị cách nhau 1m để dễ sửa chữa và đi lại

Phân xưởng gồm có 4 cửa ra vào và 5 cửa sổ, tận dụng hướng gió và ánh sáng mặt trời cho thông thoáng.

Phòng kiểm định được đặt ngay trong nhà máy để thuận tiện cho việc sửa chữa và kiểm định sản phẩm

2.Bản vẽ.

Hình 7 Bản vẽ bố trí phân xưởng sản xuất chính.

1.Lập bảng thống kê các danh mục công trình.

Bảng 3 Các danh mục công trình trong nhà máy.

11 Chốt bảo vệ 2000x2000x2500 4 2 chốt bảo vệ

2.Thuyết minh bố trí nhà máy.

Hướng gió chủ đạo Đông Nam

Trong nhà máy gồm có 15 hạng mục và bố trí như sau:

+ Nhà máy gồm 2 cổng :1cổng chính và 1 cổng phụ, mỗi cổng có 1 chốt bảo vệ + Nhà hành chính được bố trí ở gần cổng vào chính.

+ Từ cổng chính vào bên trái là bãi đỗ xe.

+ Nhà ăn được bố trí phía trên gần nhà hành chính và phân xưởng chính + Nhà vệ sinh đặt phía bên phải gần nhà ăn.

+ Kho chứa thành phẩm và nhà xe điện động đặt gần nhau và ở phía trên của phân xưởng chính thuận tiện cho việc vận chuyển sản phẩm.

+ Sau dãy nhà hành chính thì gồm phân xưởng chính, nhà lò hơi và nhà đốt quặng.

+ Từ cổng chính vào phía bên phải là khu vực đất mở rộng.

+ Phía dưới phân xưởng chính bao gồm kho nguyên vật liệu và kho chứa quặng + Ở góc dưới của nhà máy là trạm biến áp.

3.Địa điểm xây dựng nhà máy.

Phân xưởng nằm trong tổng thể nhà máy sản xuất phân bón hoá học được xây dựng tại địa điểm xã Cao mại huyện Lâm thao tỉnh Phú Thọ với tổng diện tích

phố Việt trì 15 km về phía Đông nam, cách thị xã Phú Thọ 8 km về phía Bắc, cách sông Hồng 1,5 km về phía Tây, cạnh nhà máy là quốc lộ 32 C.

Khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, hướng gió chủ đạo là Đông nam, độ ẩm trung bình 85%

4.Phân tích yêu cầu chung của khu đất xây dựng.

Đặt phân xưởng tại địa điểm này là hoàn toàn phù hợp với quy hoạch khu công nghiệp nặng của Trung ương, quy hoạch dân cư của địa phương.

Trong tỉnh có mỏ Pirit Thanh Sơn dùng cho dây chuyền acid 2, có nguồn quặng aptit vận chuyển theo tuyến đường sắt Lào Cai – Hà Nội về.

Việc tiêu thụ sản phẩm cũng thuận tiện: sản phẩm của dây chuyền acid chủ yếu cung cấp tại chỗ cho phân xưởng sản xuất phân bón trong liên hợp công nghiệp, sản phẩm phân bón phục vụ cho nông dân các vùng lân cận và trên miền Bắc.

Có lưới điện quốc gia Hà Nội–Thác Bà đi qua với 2 mạng lưới điện 110KV và 35KV rất thuận lợi và hoàn toàn chủ động về điện năng cho nhà máy hoạt động sản xuất liên tục.

22