TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Th.S NGUYỄN VĂN TOÀN
BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012
Trang 2CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-o0o -
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MSSV: 0852010136
I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất amoniac
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày tháng năm 2012
SINH VIÊN THỰC HIỆN
TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA
TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC & CNTP
Trang 3Hiện nay, NH3 được sử dụng nhiều nhất trong sản xuất phân bón và một số hoá chất cơ bản Trong đó, lượng sử dụng cho sản xuất phân bón (cả dạng rắn và lỏng) chiếm phần lớn, đến trên 80% sản lượng NH3 toàn thế giới Bên cạnh đó, NH3 vẫn được sử dụng trong công nghiệp đông lạnh (sản xuất nước đá, bảo quản thực phẩm, v.v ), trong các phòng thí nghiệm, trong tổng hợp hữu cơ và hóa dược, y tế và cho các mục đích dân dụng khác
Ở nước ta, NH3 đã được sử dụng khá lâu trong công nghiệp làm lạnh Tuy nhiên, việc sử dụng còn giới hạn ở quy mô nhỏ Trong những năm gần đây, trong ngành công nghiệp trong nước, amoniac lại nổi lên như là một sản phẩm trung gian, một tiền chất quan trọng, có nhu cầu lớn trong công nghiệp sản xuất các loại phân bón chứa đạm và phân tổng hợp (urê, DAP, v.v…)
Nguyên liệu sản xuất NH3 là nitơ và hydro Nguồn gốc nitơ vô tận là không khí Nguồn hydro cũng ngày càng đa dạng: ban đầu là than, sau đó than được thay
Trang 4thế bằng dầu, khí,…[1].Tới năm 1990 tỷ trọng khí trong cơ cấu nguyên liệu đã lên đến 78.7% Cùng với sự phát triển của công nghiệp khai thác, chế biến khí tự nhiên và dầu mỏ người ta đã chuyển sang sử dụng nguyên liệu này vì vốn đầu tư ít, tiêu hao năng lượng thấp [1]
Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào, nên việc phát triển công nghệ sản xuất NH3 từ khí tự nhiên ở nước ta là hướng đi đúng đắn, nhằm tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu sẵn có này
Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này, tôi đi sâu vào tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất amoniac từ khí tự nhiên
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Th.S Nguyễn Văn Toàn, người đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản đồ án này
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt những năm học vừa qua
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới gia đình, người thân, và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên tôi về mọi mặt trong suốt thời gian học tập ở trường giúp tôi hoàn thành khóa học và bản đồ án tốt nghiệp này
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Vũng Tàu, tháng 07 năm 2012 Sinh viên
Nguyễn Thị Quí
Trang 6MỤC LỤC
Trang MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢN VẼ TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP
1.3.2 Sản xuất và tiêu thụ amoniac 7
1.4 Nguyên liệu tổng hợp amoniac 9
1.4.1 Nguyên liệu 9
1.4.2 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất amoniac từ các loại nguyên liệu khác nhau 11
1.5 Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp amoniac 13
1.5.1 Cân bằng hóa học của phản ứng tổng hợp amoniac 22
1.5.2 Động học quá trình tổng hợp amoniac 29
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 29
2.1 Tổng hợp amoniac áp suất cao 30
2.2 Tổng hợp amoniac áp suất trung bình 31
2.3 Tổng hợp amoniac áp suất thấp 33
Trang 7CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG
NGHỆ 36
3.1 Lựa chọn 36
3.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 37
3.1.2 Lựa chọn công nghệ 38
3.2 Giới thiệu công nghệ 38
3.2.1 Nguyên lý hoạt động của dây chuyền 39
3.2.2 Các quá trình xảy ra trong dây chuyền 41
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 41
4.1 Tính toán các cân bằng vật chất 41
4.1.1 Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 41
4.1.2 Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao 49
4.1.3 Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 50
4.1.4 Cân bằng vật chất giai đoạn metan hóa 51
4.1.5 Cân bằng vật chất giai đoạn tổng hợp amoniac 53
4.2 Tính các cân bằng nhiệt lượng 56
4.2.1 Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 57
4.2.2 Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao 62
4.2.3 Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 63
4.2.4 Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn metan hóa 65
4.2.5 Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn tổng hợp amoniac 67
4.3 Tính toán tháp tổng hợp amoniac 69
4.3.1 Tính toán thể tích từng lớp xúc tác 69
4.3.2 Tính toán chiều cao từng lớp xúc tác 74
4.3.3 Chiều cao toàn tháp 74
4.3.4 Thiết bị trao đổi nhiệt đỉnh tháp 75
4.3.5 Tính toán cơ khí 76
CHƯƠNG V: XÂY DỰNG CÔNG NGHIỆP 80
5.1 Chọn địa điểm xây dựng 80
5.1.1 Các yêu cầu chung 80
5.1.2 Các yêu cầu về kỹ thật xây dựng 80
5.1.3 Các yêu cầu về môi trường và vệ sinh công nghiệp 81
Trang 85.1.4 Chọn địa điểm xây dựng nhà máy 81
5.2 Yêu cầu và giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 83
5.2.1 Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 83
5.2.2 Giải pháp thiết kế xây dựng tổng quan mặt bằng nhà máy 83
CHƯƠNG VI: AN TOÀN VÀ VỆ SINH LAO ĐỘNG 88
6.1 An toàn lao động 88
6.1.1 Mục đích 88
6.1.2 Ý nghĩa 88
6.1.3 Nội quy an toàn khi vào các công trình trong nhà máy 88
6.1.4 Các biện pháp an toàn lao động 88
6.2 Công tác vệ sinh lao động 90
6.2.1 Vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy 90
Trang 9DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số hóa lý cơ bản của NH3 3
Bảng 1.2: Sản lượng amoniac của thế giới trong các năm gần đây 7
Bảng 1.3: So sánh sản xuất amoniac từ các nguyên liệu khác nhau 9
Bảng 1.4: Cơ cấu nhiên liệu sản xuất NH3 trong những năm qua 10
Bảng 1.5: Tính năng và đặc điểm một số loại xúc tác hiện đang được sử dụng trên thế giới 22
Bảng 3.1: Thành phần khí tự nhiên tiêu biểu 36
Bảng 4.1: Thành phần khí tự nhiên 41
Bảng 4.2: Thành phần oxy kỹ thuật 41
Bảng 4.3: Bảng tra khối lượng phân tử của các cấu tử 46
Bảng 4.4: Bảng tổng kết cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 48
Bảng 4.5: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao 50
Bảng 4.6: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 51
Bảng 4.7: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn metan hóa 53
Bảng 4.8: Nồng độ hỗn hợp khí vào tháp 53
Bảng 4.9: Bảng cân bằng vật chất tháp tổng hợp amoniac 56
Bảng 4.10: Giá trị H298o (i)của các cấu tử 59
Bảng 4.11: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 61
Bảng 4.12: Bảng cân bằng nhiệt lượng chuyển hóa CO nhiệt độ cao 63
Bảng 4.13: Bảng cân bằng nhiệt lượng chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 65
Bảng 4.14: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn metan hóa 67
Bảng 4.15: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn tổng hợp amoniac 69
Bảng 5.1: Các hạng mục công trình của phân xưởng 85
Trang 10DANH MỤC BẢN VẼ
Bản vẽ dây chuyền công nghệ 40 Bản vẽ thiết bị tổng hợp amoniac 75 Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất amoniac 86
Trang 11DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ khối công nghệ tổng hợp amoniac từ khí tự nhiên 11
Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ tổng hợp amoniac từ naphta 12
Hình 1.3: Sơ đồ khối công nghệ tổng hợp amoniac từ than 12
Hình 1.4: Sơ đồ khối công nghệ tổng hợp amoniac từ phân đoạn dầu nặng 13
Hình 1.5: Đồ thị phụ thuộc nồng độ cân bằng vào nhiệt độ và áp suất 15
Hình 1.6: Đồ thị phụ thuộc nồng độ cân bằng vào áp suất và tỷ lệ mol cấu tử 17
Hình 1.7: Xúc tác tổng hợp amoniac 18
Hình 1.8: Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ 26
Hình 1.9: Quan hệ giữa nồng độ NH3 trong khí thoát khỏi tháp tổng hợp với tốc độ không gian ở các áp suất khác nhau 28
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ tổng hợp amoniac của hãng Kellogg 31
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ tổng hợp amoniac của hãng Krupp Uhde 33
Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ tổng hợp amoniac của hãng Haldor Topsoe 35
Trang 12TỪ VIẾT TẮT
CFC : Cloroflourocacbon DAP : Diaminphotphoric MDEA : Metyl dietanolamin