do an san xuat ure của nhà máy đạm cà mau

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Sa Nguyễn Văn Nguyễn Đức Lớp: DH10H1 1. Đề tài đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất urê của nhà máy đạm Cà Mau với công suất 2385 tấn/ngày. 2. Dữ liệu tính toán  Thành phần amoniac lỏng: 99,8%  Thành phần nước: 0,2%  Thành phần khí: CO 2 : 100%  Áp suất trong tháp tổng hợp: 157 10 5 N/m 2  Nhiệt độ tháp tổng hợp: 190 o C 3. Nội dung  Tổng quan  Thuyết minh sơ đồ công nghệ  Cân bằng vật chất  Cân bằng năng lượng  Tính toán thiết bị chính 4. Các bản vẽ  Bản vẽ sơ đồ công nghệ: 1 bản A1  Bản vẽ chi tiết tháp tổng hợp: 1 bản A1 (vẽ tay) 5. Ngày bàn giao đồ án: 6. Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng khoa Giảng viên hướng dẫn LỚP: DH10H1 1 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Nhận xét của giảng viên hướng dẫn LỚP: DH10H1 2 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại học Bà Rịa -Vũng Tàu đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đồ án công nghệ này. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô Tống Thị Minh Thu đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án công nghệ. Trong quá trình thực hiện đồ án công nghệ, chúng em đã học hỏi rất nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức bổ ích, mặc dù đã cố gắng nhưng không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn. Nhóm chúng em xin kính chúc các thầy cô sức khỏe và thành công trong cuộc sống cũng như công việc. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Tài Nguyễn Sa Pha Nguyễn Văn Sỹ LỚP: DH10H1 3 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Lời mở đầu Đồ án công nghệ là cơ hội tốt cho sinh viên khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm nắm vững kiến thức đã học, tiếp cận với thực tế thông qua tính toán các thiết bị với số liệu cụ thể. Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công viêc sau này. Do nước ta còn là nước nông nghiệp, nhu cầu phân bón lớn. Việc nghiên cứu để đưa vào sản xuất urê cao cấp tránh khỏi việc nhập khẩu, phụ thuộc vào urê nhập ngoại là sự quan tâm hàng đầu của Đảng và chính phủ ta. Do đó ngành công nghiệp sản suất phân bón cũng phát triển không ngừng, đặc biệt về sản phẩn urê ngày càng tăng (với nhà máy đạm Hà Bắc, nhà máy đạm Phú Mỹ, nhà máy đạm Cà Mau). Vấn đề đặt ra là việc sử dụng hiệu quả phân bón cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất. Xuất phát từ nhu cầu sử dụng phân urê để phục vụ cho ngành nông nghiệp nước ta, nhóm chúng em thực hiện đề tài: “Thiết kế phân xưởng sản xuất urê của nhà máy đạm Cà Mau” . Với kiến thức hạn hẹp nhóm chúng em mong được thầy cô đóng góp ý kiến. LỚP: DH10H1 4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 7 1.1 Tổng quan về urê 7 1.1.1 Lịch sử phát triển 7 1.1.2 Tính chất vật lý 7 1.1.3 Tính chất hóa học 8 1.1.4 Ứng dụng 11 1.1.5 Thị trường urê trên thế giới và việt nam 13 1.2 Nguyên liệu tổng hợp urê 15 1.2.1 Cacbondioxit 15 1.2.2 Amoniac 16 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 18 2.1 Sản xuất urê và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp 18 2.1.1 Lý thuyết tổng hợp urê 18 2.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ NH 3 /CO 2 18 2.1.3 Ảnh hưởng tỉ lệ H 2 O/CO 2 19 2.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ và áp suất 19 2.1.5 Sự hình thành buret 20 2.2 Quy trình sản xuất urê trên thế giới 21 2.2.1 Công nghệ không thu hồi 21 2.2.2 Công nghệ tuần hoàn chung 21 2.2.3 Công nghệ C cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui – Toatsu 21 2.2.4 Công nghệ Montedision 23 2.2.5 Công nghệ stripping CO 2 Stamircarbon 26 2.2.6 Công nghệ stripping NH 3 Snamprogetti 26 LỚP: DH10H1 5 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S 2.2.7 Công nghệ stripping khí áp cao 28 2.2.8 Đánh giá ,lựa chọn quy trình sản xuất urê 29 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT URÊ – XƯỞNG URÊ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU 30 3.1 Tổng quan nhà máy đạm Cà Mau 30 3.2 Mô tả công nghệ sản xuất urê 30 3.3 Tìm hiểu quy trình sản xuất urê 31 3.3.1 Công đoạn nén CO 2 31 3.3.2 Tổng hợp ure và thu hồi NH 3 – CO 2 cao áp 32 3.3.3 Phân hủy cacbanmat và thu hồi NH 3 – CO 2 trung và thấp áp 34 3.3.4 Cô đặc 37 3.3.5 Tạo hạt urê 39 3.3.6 Xử lí nước thải 39 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 40 4.1 Tính vật chất cân bằng năng lượng 40 4.2 Tính cân bằng nhiệt lượng 43 4.2.1 Nhiệt lượng vào 44 4.2.2 Nhiệt lượng ra 45 4.3 Tính cơ khí cho thiết bị chính 48 4.3.1 Thiết bị phản ứng 48 4.3.2 Tính độ dày thân thiết bị 49 4.3.3 Tính bề dày đáy và nắp 50 4.3.4 Tính trở lực cho tháp 51 4.3.5 Tính chân đỡ cho tháp 52 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 LỚP: DH10H1 6 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1.1 Tổng quan về urê 1.1.1 Lịch sử phát triển Urê được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 và được Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH4)2SO4 và potassium cyanate KOCN vào năm 1828. Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vấn đề quan trọng của một học thuyết sức sống. Năm 1870, urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng cácbamat amôn trong một ống bịt kín. Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau này. Cho tới những năm đầu thế kỷ 20 thì urê mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhưng ở mức sản lượng rất nhỏ. Sau đại chiến thế giới thứ II, nhiều nước và hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urê. Những hãng đứng đầu về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê trên thế giới như: Stamicarbon (Hà Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng này đưa ra công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp. 1.1.2 Tính chất vật lí Urê có công thức phân tử là CON 2 H 4 hoặc (NH 2 ) 2 CO. Tên quốc tế là Diaminomethanal. Ngoài ra urê còn được biết với tên gọi là carbamide , carbonyl diamide. Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh khiết cao đều có mùi khai. LỚP: DH10H1 7 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Bảng 2.1: Thành phần đặc tính của urê Tên thành phần Giá trị Tỉ trọng d, g/ cm 3 13,230 Dạng tinh thể và dạng bề ngoài Dạng kim, lăng trụ, tứ giác Điểm nóng chảy, 0 C 132,7 Chỉ số khúc xạ 1,484; 1,602 Năng lượng hình thành tự do ở 25 0 C, J/mol -197,15 Nhiệt nóng chảy, J/g 251 Nhiệt hòa tan trong nước, J/g 243 Nhiệt kết tinh, dịch ure nước 70%, J/g 460 Độ ẩm tương đối 81% (20 0 C) 73% (30 0 C) Nhiệt riêng, J/Kg.K 1439 1,661 1,887 2,10 ở 0 0 C 50 0 C 100 0 C 150 0 C Hàm lượng Nito 46,6% N 1.1.3 Tính chất hóa học Hòa tan trong nước, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amôn (1) cuối cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon. Phản ứng này là cơ sở để sử dụng urê làm phân bón. Trong môi trường đất ẩm : (NH 2 ) 2 CO + 3H 2 O CO 2 + 2NH 4 OH LỚP: DH10H1 8 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Trong không khí ẩm: 2NO + (NH 2 ) 2 CO + ½O 2 = 2N 2 + H 2 O + CO 2 Về mặt thương mại, urê được sản xuất ra bằng cách loại nước trực tiếp cacbamat amôn NH 2 COONH 4 ở mức áp suất và nhiệt độ nâng. Người ta thu được cacbamat amôn bằng cách cho phản ứng trực tiếp NH 3 với CO 2 . Hai phản ứng được tiến hành liên tục trong tháp tổng hợp cao áp. Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, urê phân hủy thành amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret (4). Biuret là sản phẩm phụ bất đắc dĩ chủ yếu có trong urê. Nếu trong sản phẩm đạm Urê cấp phân bón mà hàm lượng biuret vượt quá 2% trọng lượng sẽ gây độc hại đối với cây trồng. Urê đóng vai trò như một chất cơ sở đơn và tạo ra các muối có các acid. Cùng với acid nitric nó tạo ra nitrat urê CO(NH 2 ) 2 .HNO 3 và phân hủy nổ khi bị đốt nóng. Urê cứng ổn định ở nhiệt độ phòng và ở điều kiện thường áp. Đốt nóng ở điều kiện chân không và tại điểm nóng chảy thì nó sẽ thăng hoa mà không hề thay đổi. Trong môi trường chân không ở nhiệt độ 180-1900C, urê sẽ thăng hoa và chuyển hóa thành xianua amôn NH 4 OCN (5). Khi urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac ở mức nhiệt độ nâng và tăng khoảng vài trăm kPa (vài at.) thì nó sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn. Urê cứng hòa tan trong NH 3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH 2 ) 2 NH 3 phân hủy ở 450C. Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kim loại kiềm như NH 2 COHNM hoặc CO(NHM) 2 . Việc chuyển hóa urê thành biuret được xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéo dài. Ở điều kiện áp suất thấp 10-20 MPa (100-200 atm), khi đốt nóng cùng với NH 3 biuret sẽ tạo thành urê. Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO 3 với sự có mặt của hydroxid natri NaOH, sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt. Hydroxid natri xúc tiến làm thay đổi urê sang dạng imit (6). LỚP: DH10H1 9 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Mr. S Sau đó phản ứng với nitrat bạc. Các tác nhân oxi hóa với sự có mặt của natri hydroxidsẽ chuyển hóa urê thành nitơ và dioxid cacbon. Chất sau tức là CO2 phản ứng với hydroxid natri để tạo thành cacbonat natri (8): Phản ứng urê với các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường được gọi là urê than: Urê phản ứng với foocmandêhyd và tạo thành các hợp chất như monomethylolurea công thức: NH 2 CONHCH 2 OH, dimethylolurea HOCH2NHCONHCHOH và các hợp chất khác phụ thuộc vào tỷ lệ mol của fomanđêhyt đối với urê và dựa vào độ pH của dung dịch. Peroxyd hydro và urê là loại sản phẩm dạng bột tinh thể màu trắng. Peroxyd urê CO(NH) 2 .H 2 O 2 được người ta biết đến với tên gọi thương phẩm là Hypersol đây là chất tác nhân oxi hóa. Urê và acid malonic phản ứng cho ra đời chất acid barbituric (7), một hợp chất chủ yếu trong ngành hóa dược. LỚP: DH10H1 10 . có kế hoạch định hướng cho các doanh nghiệp nhập khẩu, đảm bảo cho các doanh nghiệp nhập khẩu, đảm bảo cung cầu cho cả nước. Hiệp hội Phân bón Việt Nam, các doanh nghiệp nhập khẩu cần liên kết. at. Ammonia rất dễ tan trong nước: Ở nhiệt độ phòng ( 20 0 C) thì 1 thể tích nước hòa tan khoảng 700 thể tích Ammonia theo phản ứng: NH 3 + H 2 O = HN 4 OH + Q (1) Khi tăng nhiệt độ, độ tan của Ammonia. (vài at.) thì nó sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn. Urê cứng hòa tan trong NH 3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH 2 ) 2 NH 3