[ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP] THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN THỊ QUÍ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Ngườ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN THỊ QUÍ

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

Th.S NGUYỄN VĂN TOÀN

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

CỘNG 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

MỞ ĐẦU

Amoniac (NH3) là một trong những hợp chất có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học

Trước đây, trong thời kỳ Chiến tranh Thế giới thứ II, NH3 lỏng từng được

sử dụng làm thuốc phóng tên lửa

Trước khi diclorodiflorometan (Freon 12 hay R12) và một số chất hữu cơ chứa flo, clo (nhóm các chất CFC) được phát minh ra và áp dụng làm môi chất lạnh, thì NH3 lỏng là môi chất lạnh độc tôn Tuy nhiên, do tính độc hại và hiệu suất năng lượng thấp mà NH3 lỏng đã có thời phải nhường chỗ cho các CFC trong lĩnh vực làm lạnh, nhất là các thiết bị làm lạnh dân dụng công suất nhỏ (tủ lạnh, máy điều hòa không khí, v.v…) Tuy nhiên, đối với các dây chuyền lạnh công suất lớn, NH3 lỏng vẫn phát huy tác dụng, nhất là từ năm 1994 khi nhiều nước có lệnh cấm sản xuất và sử dụng nhóm các chất CFC để giảm hiện tượng phá hủy tầng ozon [3]

Hiện 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

thế 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

LỜI 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

MỤC 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

AMONIAC 1

1.1 Vài nét về lịch sử và một số mốc quan trọng 1

1.1.1 Vài nét về lịch sử phát hiện amoniac 1

1.1.2 Một số mốc quan trọng 1

1.2 Tính chất của amoniac 2

1.2.1 Tính chất vật lý 2

1.2.2 Tính chất hóa học 4

1.3 Tình hình sản xuất và sử dụng amoniac 6

1.3.1 Ứng dụng của amoniac 6

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

CHƯƠNG 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

5.1.4 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

6.2.2 Hệ thống thông gió 91

6.2.3 Hệ thống che mưa, che nắng cho phân xưởng sản xuất 91

6.2.4 Hệ thống vệ sinh cá nhân 91

KẾT LUẬN 92

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH 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

DANH 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

DANH 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

TỪ VIẾT TẮT

CFC : Cloroflourocacbon

DAP : Diaminphotphoric

MDEA : Metyl dietanolamin