tổng hợp luận văn hệ thống phụ trợ

 Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tương đđương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác 1.2.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất Nitrogen có thể bị mất đế

Lời cảm ơn!

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Vũ Bá Minh và các Thầy Cô Khoa Hoá – Bộ môn Máy và Thiết bị Khoa Công Nghệ Hoá Học và Dầu Khí Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM trong thời gian qua đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi sai sót trong quá trình tinh toán, thiết kế

Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, nhận xét cùng sự giúp đỡ và chỉ dẫn của quý Thầy Cô để em cũng cố thêm kiến thức, bổ sung luận án thiết kế được hoàn thành tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô!

Lời cảm ơn!

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Vũ Bá Minh và các Thầy Cô Khoa Hoá – Bộ môn Máy và Thiết bị Khoa Công Nghệ Hoá Học và Dầu Khí Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM trong thời gian qua đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi sai sót trong quá trình tinh toán, thiết kế

Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, nhận xét cùng sự giúp đỡ và chỉ dẫn của quý Thầy Cô để em cũng cố thêm kiến thức, bổ sung luận án thiết kế được hoàn thành tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô!

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN URÊ 4

1.1 Sơ lược về Urê: 4

1.2 Những nét nổi bật về Urê : 6

1.3 Nhu cầu sử dụng phân bón trong nước và trên thế giới 8

1.4 Tình hình sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 9

1.5 Qui trình sản xuất urê trên thế giới 10

13

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP URÊ 15

2.1 Tổng hợp urê và thu hồi NH3 - CO2 cao áp: 15

2.2 Làm sạch urê và thu hồi NH3 - CO2 trung & thấp áp 16

2.4 Tạo hạt urê: 20

2.5 Xử lý nước thải: 20

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 22

3 Tổng quan nhà máy 22

3.1 Lịch sử hình thành và phát triển 22

3.2 Sơ đồ tổ chức bố trí nhân sự 23

3.3 Địa điểm xây dựng – Mặt bằng nhà máy 24

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 25

4.1 Thiết bị chính 25

4.1.1 Thiết bị phản ứng 25

4.1.2 Thiết bị phân huỷ cao áp 29

4.1.3 Thiết bị phân huỷ trung áp 31

4.1.4 Thiết bị phân huỷ thấp áp 33

4.1.5 Thiết bị tiền cô đặc chân không 34

4.1.6 Thiết bị cô đặc lần 1 35

4.1.7 Thiết bị cô đặc lần 2 37

4.1.8 Thiết bị tạo hạt 39

4.2 Thiết bị phụ 41

4.2.1 Thiết bị ngưng tụ trung áp 41

4.2.2 Thiết bị ngưng tụ cacbamat 42

4.2.3 Bình tách cacbamat 43

4.2.4 Tháp hấp thụ trung áp 44

4.2.5 Thiết bị ngưng tụ amoniac 45

4.2.6 Tháp thu hồi amoniac trung áp 46

4.2.7 Tháp rửa khí trung áp 48

4.2.9 Tháp rửa khí thấp áp 50

4.2.10 Thiết bị phân huỷ urê 51

4.2.11 Thùng chứa nước ngưng 51

Cân Bằng Nhiệt 52

4.3 Thiết bị chính 52

4.3.1 Thiết bị phản ứng 52

4.3.2 Cụm phân hủy và thu hồi cao áp 57

4.3.4 Cụm phân huỷ và thu hồi thấp áp 62

4.3.5 Thiết bị tiền cô đặc chân không 65

4.3.6 Thiết bị cô đặc lần 1 67

4.3.7 Thiết bị cô đặc lần 2 70

4.3.8 Tháp tạo hạt 73

4.4 Thiết bị phụ 74

4.4.1 Thiết bị ngưng tụ cacbamat 74

4.4.2 Tháp hấp thụ trung áp 77

4.4.3 Thiết bị ngưng tụ amoniac 77

4.4.4 Tháp thu hồi trung áp 79

4.4.5 Tháp rửa khí trung áp 79

4.5 Tính cơ khí cho thiết bị chính xưởng sản xuất Urê 80

4.5.1 Thiết bị phản ứng R-1001 80

4.5.2 Tháp tạo hạt Z1008 85

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG PHỤ TRỢ, PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ CHẤT THẢI VÀ CÁC VẤN ĐỀ AN TOÀN TRONG NHÀ MÁY 89

5.1 Các hệ thống phụ trợ 89

5.2 Nước thải 90

5.2.1 Tác động của ô nhiễm nước đối với các hệ sinh thái nói chung và sức khoẻ cộng đồng 90

5.2.2 Phương án xử lý nước thải trong nhà máy 90

5.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải để tái sử dụng 91

5.2.4 Giảm nhiễm bẩn nước thải 92

5.3 Nước thải trong sinh hoạt 94

5.4 Khí thải và chất thải rắn 96

5.5 An toàn lao động: 98

5.5.1 Các tiêu chuẩn áp dụng trong phòng cháy và chống cháy 98

5.5.2 Các chất có thể gây nổ 99

5.5.3 Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) 99

5.5.4 Hệ thống phát hiện lửa và khí 100

5.5.5 Giám sát và kiểm tra các thiết bị phòng cháy chữa cháy (PCCC) 100

CHƯƠNG VI: BỐ TRÍ MẶT BẰNG XÂY DỰNG 101

6.1 Chọn địa điểm xây dựng 101

6.2 Thống kê các công trình 103

6.3 Tính các hệ số KSD, KXD : 104

CHƯƠNG VII: TÍNH KINH TẾ 105

7.1 Xác định chế độ làm việc của nhà máy thiết kế 105

7.2 Tính toán nhu cầu về điện 105

7.2.1 Nhu cầu điện thắp sáng 105

7.2.2 Nhu cầu điện cho sản xuất 107

7.3 Nhu cầu về lao động 107

7.4 Đầu tư trang thiết bị 108

7.5 Thời gian thu hồi vốn 109

7.5.1 Xác định hiệu suất vốn đầu tư 109

7.5.2 Thời gian thu hồi vốn 110

KẾT LUẬN 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN URÊ

1.1 Sơ lược về Urê:

1.1.1 Khái niệm :

Urê là một hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxi và hydro, với công thứcCON2H4 hay (NH2)2CO.

Tên quốc tế : Diaminomethanal

Urê còn được biết đđến như là cacbamua, đặc biệt là trong tên gọi sử dụng

ở Châu Âu theo giới thiệu tên gọi khôngđđộc quyền quốc tế Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773 Nó là hợp chất hữu cơ được tổng hợp nhân tạo đđầu tiên từ các chất vô cơ vào năm 1828 bởi Frieldrich Woehler, là người đđiều chế ra nó bằng cách cho xyanat kali phản ứng với sulfatamoniac

Khối lượng riêng : 750kg/m3

Bảng 1.1: Độ tan của Urê theo nhiệt độ

73% (30oC)Hiệu ứng nhiệt trong nước : 57,8 cal/g (thu nhiệt)

Tỷ lệ đđạm rất cao 45-48 % đđạm nguyên chất

1.1.2.2 Tính chất hóa học :

Giống như những loại phân đạm khác, phân urê acid hóa đất :

(NH2)2CO + 4O2 = 2HNO3+ CO2 + H2OPhân urê dễ bị phân huỷ :

+ Trong không khí ẩm:

2NO + (NH2)2CO + ½O2 = 2N2+ H2O + CO2+ Trong môi trường đất ẩm :

urease(NH2)2CO + 3H2O -> CO2 + 2NH4OH

1.1.3 Ứng dụng của urê:

Trong công nghiệp urê được sử dụng để:

 Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đđặc biệt là nhựa urê-fomaldehyt

 Như một thành phần của phân hóa học và chất bổ sung vào thức ăn chođđộng vật, cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng

 Như là một thành phần bổ sung trong thuốc lá, nóđđược thêm vào để tăng hương vị

 Như là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm

 Là loại phân bón tốt cho cả hoa màu và lúa

 Phân urê có tính kiềm nên có khả năng cải tạo đất chua, nên có thể dùng thay thế cho xuyn phát đạm và clorua đạm ở vùng đất chua

 Phân urê không gây mặn, dùng cho vùng mặn rất tốt

1.2 Những nét nổi bật về Urê :

Trong số các sản phẩm hóa học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp phân đđạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Ammonium(NH4NO3), urê… thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội của nó về mọi phương diện

Bảng 1.2 : Sản lượng tiêu thụ urê (trên toàn thế giới)

Tiêu thụ

(Triệu tấn)

1.2.1 Ưu điểm của Urê

 Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng

tưới gốc hoặc sử dụng như phân phun qua lá đối với một số loại cây trồng

 Khi sử dụng urê không gây hiện tượng cháy nổ nguy hiểm cho người

sử dụng và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gây cháy nổ)

 Với hàm lượng đạm cao, 46%, sử dụng urê giảm bớt được chi phí vậnchuyển, công lao động và kho bãi tồn trữ so với các sản phẩm cung cấp

đđạm khác

 Việc sản xuất urê thải ra ít chất độc hại cho môi trường

 Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản

tương đđương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác

1.2.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất

Nitrogen có thể bị mất đến 65% vào bầu khí quyển dưới dạng NH3 hoặcrửa trôi và ngấm xuống đất dưới dạng NO3 nếu phân urêđđược bón bằng cách trảitrên mặt đất và để yên đó đến 24 giờ trong điều kiện không khí nóng và ẩm Những cách làm gia tăng hiệu quả của việc sử dụng urê là bón trộn vào đất, trong giai đoạn chuẩn bị đất trồng, pha với nước trong hệ thống tưới tiêu hoặc tưới nước ngay sau khi bón với lượng nước tương đương một trận mưa khoảng 6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngấm xuống đến vùng không xảy ra hiện tượng mất đạm do bốc hơi ammonia

Sự thất thoát đạm liên quan tới nhiệt độ và độ pH của đất Sự thất thoátNitrogen trong urê tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ vàđđộ pH của đất Bảng 1.3 và1.4 dưới đây nói lên sự thất thoát đạm dưới dạng khí ammonia khi bón urê bằng cách trải lên bề mặt đất:

Bảng 1.3: Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi khí ammonia theo nhiệt độ đất

Thời gian(Ngày) 7 o C 15 Nhiệt độ đất o C 25 o C 32 o C

1.2.3 Sự cần thiết của phân đạm đối với cây trồng:

Trong quá trình phát triển của cây từ nảy mầm, đâm chồi nảy lộc đến sinh trưởng và phát triển thì cây cần hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng nào đó đủ để phát triển

Những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chia thành 3 nhóm chính :

 Nhóm dinh dưỡng chính (dinh dưỡng đa lượng): Gồm các chất mà cây(thực vật) cần một lượng lớnđđể phát triển gồm có: Đạm (Nitơ), lân (photpho) vàkali (K)

 Dinh dưỡng trung lượng: Canxi (Ca), Magiê (Mg), lưu huỳnh (S)

 Dinh dưỡng vi lượng: Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bor (B),

Molypden (Mo)…

Trong đó, đđạm là yếu tố quan trọng nhất giúp cây phát triển tốt, nhiềucành, thân chắc khoẻ…Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn ít tạpchất nên được lựa chọn và sử dụng

1.3 Nhu cầu sử dụng phân bón trong nước và trên thế giới

Tính đến thời điểm 2006/07 Việt Nam sử dụng mỗi năm 2.604.000 tấnPhân NPK- đã quy đổi ra N, P2O5, K2O trong đó có 1.432.000 tấn N, 634.000 tấn

P2O5, và 538.000 tấn K2O Lượng phân mà Việt Nam sử dụng chiếm khoảng1,6% trên tổng số lượng phân tiêu thụ trên toàn thế giới Trong tổng số phân bón 162.750.000.000 tấn NPK đã quy đổi mà toàn thế giới sử dụng hàng năm, Trung Quốc là quốc gia sử dụng phân bón lớn nhất, với 48.800.000 tấn, gấp 20 lần lượng phân mà Việt Nam sử dụng Nước sử dụng phân NPK đứng thứ 2 là Ấn Độ,với 22.045.000 tấn Nước Mỹ đứng vị trí thứ 3 với 20.821.000 tấn Khối EU gồm

15 nước nhưng chỉ sử dụng 13.860.000 tấn Thái Lan mặc dù là một nước nông nghiệp mạnh trong khu vực và có diện tích trồng trọt lớn hơn nhiều lần so với

Việt Nam, nhưng mỗi năm chỉ sử dụng 1.690.000 tấn ít hơn Việt Nam gần 1 triệu tấn/năm.

Trong tổng số phân bón mà Việt Nam sử dụng thì lượng phân bón dùng cholúa là nhiều nhất, chiếm 68,5% (1.783.000 tấn); tiếp đến là cây ngô chiếm

9,8% (256.000 tấn); thứ 3 là mía chiếm 3,6% (95.000 tấn); thứ 4 là rau quả

chiếm 1,6% (41.000 tấn); thứ 5 làđđậu nành chiếm 1,1% (28.000 tấn) Các câytrồng còn lại chiếm 15,3% (398.000 tấn)

Số liệu nói trên cho thấy Việt Nam mặc dù hội nhập thế giới muộn nhưng

mức độ sử dụng phân bón là rất lớn so với diện tích trồng trọt mà nước ta sởhữu Và chỉ cần so sánh với nước láng giềng Thái Lan thì chúng ta có thể thấy,nông dân mình sử dụng nhiều phân bón quá!

1.4 Tình hình sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam

Trong 10 năm trở lại đây, nhà nước ta luôn thúc đẩy quan hệ hợp tác đối ngoại

nhằm thu hút nguồn vốn đđầu tư nước ngoài vào Việt Nam, nâng cao cơ sở hạ tầng, giải quyết vấn đề việc làm của nông dân, là việc làm đúng theo chỉ đạo chung của chính phủ

Tuy nhiên, thời gian gần đây con người bắt đầu quan tâm đến vấn đề lươngthực và quỹ đất nông nghiệp Đặt biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long ở Việt Nam

Theo Bộ Tài Nguyên- Môi Trường, diện tích đất nông nghiệp sẽ tăng từ8.973.783 ha của năm 2000 lên 9.363.063 ha vào năm 2010 Tuy nhiên, theo tình hình hiện nay điều này khó thành hiện thực Bởi các nghiên cứu cho thấy đất nông nghiệp đang bị thu hẹp dần, thay vào đó là các khu công nghiệp, khu đđô thị mới hay dự án sân Golf ở ĐBSCL Theo thống kê của Bộ Tài Nguyên-Môi

Trường, trong năm từ 2001-2007 tổng diện tích đất nông nghiệp đã thu hồi chuyểnsang phi nông nghiệp là 500.000 ha, chiếm hơn 5% đất nông nghiệp đang sử dụng.Riêng năm 2007, diện tích đất trồng lúa cả nước giảm 125.000 ha

Xu thế đô thị hóa càng gây ảnh hưởng trầm trọng đến diện tích đất trồng lúa

Trong thời gian vừa qua của năm 2008 có một vài cơn sốt giá gạo ảo làm ảnh hưởng đến lòng tin của người dân Theo số liệu thống kê thì năng suất lúa luôn tăng

1.5 Qui trình sản xuất urê trên thế giới

1.5.1 Công nghệ tổng hợp Urê

Các phương pháp sản xuất urê từ khí thiên nhiên được sử dụng hiện nay trên thế giới, căn cứ vào khả năng thu hồi vật liệu thô, đđã phát triển thành ba công nghệ chính như sau:

Công nghệ không thu hồi (Once-through process): CO2 và NH3 ra khỏi khu

vực tổng hợp ( quá trình stripping cacbamat được xem là một phần khu vực tổng hợp) được mang đến các phân xưởng khác NH3 sẽ được trung hòa với các axit (như axit nitric) đđể sản xuất các loại phân bón như là ammonium sulphat và ammonium nitrat

Công nghệ thu hồi một phần (Partial recycle process): CO2 và NH3 được tách

một phần khỏi lưu chất phản ứng trong công đoạn phân hủy, sau đóđđược thu hồi trong một thiết bị hấp thụ, phần còn lạiđđược mang đến các phân xưởng khác giống như công nghệ không thu hồi

Công nghệ thu hồi hoàn toàn (Total recycle process): CO2 và NH3 được tách

hoàn toàn trong các thiết bị phân hủy nhiều giai đoạn và được thu hồi đến thiết bị phản ứng

Ngày nay, chỉ có công nghệ thu hồi hoàn toàn được áp dụng Tổng chuyển hóa NH3 khoảng 99% Kết quả không có sản phẩm phụ chứa Nitơ tạo thành và việc sản xuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO2 và NH3 từ xưởng NH3 Tuy nhiên,công nghệ này cũngđđắt nhất về chi phí đầu tư và vận hành Việc phânhủy cacbamat được thực hiện bằng việc kết hợp gia nhiệt, giảm áp và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng của một hoặc nhiều thành phần) Các công nghệ xuyên suốt hoặc thu hồi một phần thường đòi hỏi chi phí đđầu tư thấp hơn, cũng như chi phí vận hành thấp hơn nhưng độ tin cậy giảm (do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởng urê và các phân xưởng khác), tính linh hoạt giảm (do tỷ lệ các sản phẩm phụ) và khó đồng bộ giữa 2 phân xưởng Dịch urê thu được sau công đoạn phân hủy thường đạt nồng độ 65-77% Dịch này có thể được

sử dụng để sản xuất các loại phân bón chứa Nitơ hoặc chúngđđược cô đđặc để sảnxuất urê

1.5.2 Công nghệ Urê không thu hồi

Vấn đề chủ yếu của việc sản xuất urê là phân ly cacbamat amôn chưa chuyển hóa và Amoniac dư của dung dịch urê tuần hoàn

Cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và khí CO2 bằng cách gia nhiệt hỗn hợp dòng công nghệ ở điều kiện thấp áp Khí NH3 và CO2 thoát khỏi dịch urê và được sử dụng để sản xuất các muối amôn bằng cách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric Một nhà mấy như thế này sẽ có chi phíđđầu tư tương đối thấp, nhưng có lượng khí thải tương đối lớn

Do nhu cầu về urê cấp phân bón tinh khiết ngày càng tăng, nên các nhà máy đi theo công nghệ không thu hồi ít có tính hấp dẫn, bởi vì nó sản xuất ra quá nhiều muối amôn với mức tuần hoàn nhỏ.

1.5.3 Công nghệ tuần hoàn dung dịch

Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng công nghệ của tháp tổng hợp trong các công đoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau ( cao áp, trung áp và thấp áp) được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp dung dịch cacbamat amôn lỏng có chứa Amoniac Hầu như toàn bộ gần một nửa công suất urê của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này

1.5.4 Công nghệ C cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu

Tháp tổng hợp vận hành ở điều kiện áp suất khoảng 25MPa (246at) và khoảng 195oC với tỷ lệ mol toàn phần NH3:CO2 khoảng 4:1 (nạp nguyên cộng với tuần hoàn) Theo báo cáo người ta đã thu được hiệu suất chuyển hóa

cacbamat thành urê của mỗi chu trình tương đối cao

Cacbamat chưa chuyển hóa và NH3 dư được thu hồi trong dòng thải của tháp tổng hợp trước tiên là tháp phân hủy cao ápđđốt nóng bằng hơi trung áp, với áp suất phân huỷ khoảng 17 MPa (xấp xỉ 168 at) và nhiệt độ khoảng 155oC, sau đđó chuyển sang tháp phân hủy thấp áp gia nhiệt bằng hơi thấp áp có áp suất P=300 kPa (khoảng 3 at) và nhiệt phân huỷ là130oC (xem hình 1)

Khí thấp áp được ngưng tụ trong tháp hấp thụ thấp áp và dịch lỏng được bơm lên cho tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí của thiết bị phân hủy cao áp Amoniac dư chưa hấp thụ của tháp hấp thụ cao áp được ngưng tụ trong tháp ngưng tụ NH3 bởi vì dịch cacbamat cô đặc được thu hồi trong tháp hấp thụ cao áp

Người ta có thể thu được urê kết tinh trong môi trường chân không từ dung dịch 72,74% trọng lượng trong tháp phân huỷ thấp áp Sản phẩm qua ly tâm, rửa, sấy khô và sau đó được đưa lênđđỉnh của tháp tạo hạt để tái nóng chảy Sản phẩmurê nóng chảy cuối cùng được phân ra thành các hạt nhỏ thông qua hệ thống phuntạo hạt thành các hạt hình cầu Quá trình làm nguội tạo hạt cho sản phẩm này được thực hiện bởi dòng không khí ngược chiều và sau cùng được đưa ra ở dưới đáy tháp tạo hạt

Phương pháp kết tinh trung gian cho phép sản xuất được urê có hàm lượng biuret ở mức dưới 0,5% trọng lượng phù hợp cho mục đích thương phẩm và sử dụng

Nhiệt toả ra trong quá trình tuần hoàn ngưng tụ carbamate được tận dụng cấp nhiệt cho quá trình bay hơi nước và amonia trong thiết bị tiền cô đặc chân không

Tháp tổng hợp được lót một lớp hợp kim đặc biệt đđể chống ăn mòn Các chi tiết khác của thiết bị trong dây chuyền được chế tạo bởi thép không rỉ 316L,

316, 304L và 303 tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ làm việc và nồng độ

carbamate trong dịch urê

Nếu nồng độ cacbamat và nhiệt độ quá trình cao hơn thì cần phải có thiết

bị bằng thép không rỉ 316L và 316SS còn ở những nơi có nồng độ cacbamat và nhiệt đđộ làm việc thấp thì dùng thiết bị có vật liệu 304L và 304SS

Không khí thụ đđộng hóađđược đưa vào trong thiết bị phân hủy cao áp để tạo lớp ôxit trên bề mặt bên trong thiết bị tăng cường khả năng chống ăn mòn cho thiết bị bằng thép không rỉ

Trong nhiều năm qua người ta đã tiến hành các bước cải tiến công nghệ Hiện nay có nhiều nhà máy urê công suất đến 1.800 tấn/ngày đang sử dụng công nghệ này

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG

HỢP URÊ

2.1 Tổng hợp urê và thu hồi NH3 - CO2 cao áp:

Urê được tạo thành qua phản ứng tổng hợp từ NH3 (lỏng) và CO2 (khí) trongtháp tổng hợp urê R-1001 NH3 và CO2 phản ứng tạo thành ammonicacbamat,một phần ammonicacbamat tách nước tạo thành urê

Các phản ứng xảy ra như sau:

2 NH 3 + CO 2 ⇔ NH 2 COONH 4

NH 2 COONH 4 ⇔ (NH 2 ) 2 CO + H 2 O

Trong điều kiện phản ứng T = 188-190 0C, P = 152 – 157 barg Phản ứng thứnhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn, phản ứng thứ hai xảy ra chậm nên quyếtđịnh vận tốc phản ứng

Phần ammonicacbamat tách nước được xác định bằng tỉ lệ các chất phản ứngkhác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổng hợp

Tỉ lệ mol NH 3 /CO 2 trong khoảng 3,3 đến 3,6

Tỉ lệ mol H 2 O/CO 2 trong khoảng 0,5 đến 0,7

Ammonia lỏng nạp liệu vào xưởng urê được cho qua bộ lọc FL-1002A/B.Sau đó đi vào tháp thu hồi ammonia T-1005 và được tập trung trong bồn chứa V-

1005 Từ bồn chứa V-1005, ammonia được bơm lên áp suất 22 barg bằng bơm tăngáp P-1005A/B một phần ammonia này được đưa đến tháp hấp thu trung áp T-1001,phần còn lại đi vào cụm tổng hợp cao áp

Ammonia vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm ammonia cao áp 1001A/B lên áp suất 220 barg Trước khi vào tháp tổng hợp, ammonia được gianhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ ammonia E-1007 và được sử dụng làm lưu chấtđẩy trong bơm phun cacbamat J-1001, tại đây cacbamat từ bình tách cacbamat V-

P-1001 được đẩy lên áp suất tháp tổng hợp Hỗn hợp lỏng ammonia và cacbamat đivào tháp tổng hợp urea, tại đây hỗn hợp này sẽ phản ứng với dòng CO2 nạp liệu

CO2 từ xưởng ammonia ở áp suất 0,18 barg và nhiệt độ 45 0C đi vào máy nén

K-1001 và đi ra với áp suất 157 barg

Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO2 ở đầu vào máy nén

K-1001 để thụ động hoá các bề mặt thép không rĩ của các thiết bị cao áp, do đó bảovệ chúng khỏi bị ăn mòn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng

Hỗn hợp sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tổng hợp R-1001 được cho vào phần trêncủa thiết bị stripper E-1001 hoạt động ở áp suất 147 barg Đây là thiết bị phân huỷkiểu màng trong ống thẳng đứng, trong đó lỏng được phân phối trên bề mặt gianhiệt dưới dạng màng và chảy xuống đáy nhờ trọng lực Thực tế đây là thiết bị traođổi nhiệt vỏ ống thẳng đứng với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ và đầu ống được

thiết kế đặc biệt cho phép phân phối đồng đều hỗn hợp dịch sau phản ứng Thực tếmỗi một ống có một đầu phân phối kiểu lồng (ferrule) được thiết kế để phân phốiđều dòng lỏng xung quanh thành ống dưới dạng màng Đường kính các lỗ của đầuphân phối có tác dụng phân phối và điều khiển lưu lượng chảy qua lỗ Khi mànglỏng chảy nó được gia nhiệt và sự phân huỷ cacbamat xảy ra Hàm lượng CO2 trongdung dịch giảm do Stripping NH3 khi NH3 sôi, hơi tạo thành thực chất là NH3 và

CO2 bay lên đỉnh ống trao đổi nhiệt Nhiệt phân huỷ cacbamat được cung cấp nhờsự ngưng tụ hơi bão hòa 21,8 barg

Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị E-1001 và dung dịch thu hồi từ đáytháp hấp thụ trung áp T-1001 đi vào các thiết bị ngưng tụ cacbamat E-1005A/B Ởđây chúng ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơmphun cacbamat J-1001

Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao khoảng 146 barg cho phép tạo ra hơibão hòa 4,9 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbamat E-1005A Và hơi 3,4barg ở phía vỏ của thiết bị E-1005B

Từ đỉnh của bình tách V-1001 khí không ngưng bao gồm khí trơ (không khíthụ động) chứa một lượng nhỏ NH3 và CO2 được đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phânhuỷ trung áp E-1002

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH PHẦN TỔNG HỢP VÀ THU HỒI CAO ÁP

2.2 Làm sạch urê và thu hồi NH3 - CO2 trung & thấp áp

Làm sạch urea và thu hồi khí xảy ra trong hai giai đoạn giảm áp suất như sau:

KHÍ

3

Cacbamat tuần hòan

Giai đoạn 1 ở áp suất 18,5 barg

Giai đoạn 2 ở áp suất 4 barg

Các thiết bị trao đổi nhiệt trong đó xảy ra quá trình làm sạch urea được gọi là cácthiết bị phân huỷ bởi vì trong các thiết bị này xảy ra sự phân huỷ cacbamat

Giai đoạn làm sạch và thu hồi urea ở áp suất 18,5 barg:

Dung dịch với hàm lượng CO2 thấp từ đáy thiết bị stripper E-1001 được giảnnở đến áp suất 18,5 barg và đi vào phần trên thiết bị phân huỷ trung áp Thiết bịnày được chia thành 3 phần chính:

Bình tách đỉnh V-1002, ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi vàobó ống

Thiết bị phân huỷ kiểu màng trong ống E-1002A/B, ở đây cacbamat đượcphân huỷ Nhiệt cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi 4,9 barg (ở phía vỏ của phần trên E-1002A) và nước ngưng hơi ở áp suất 22 barg (ở phía vỏ của phần dưới E-1002B)

Bình chứa dung dịch urea Z-1002, bình này tập trung dung dịch urea đã làmsạch giai đoạn 1 có nồng độ 60-63 % khối lượng dung dịch urê

Khí giàu NH3 và CO2 ra khỏi bình tách đỉnh V-1002 được đưa vào phía vỏ của thiết

bị cô đặc chân không sơ bộ E-1004, ở đó khí được hấp thụ riêng một phần

Tổng nhiệt tạo thành từ phía vỏ do ngưng tụ/hấp thụ/phản ứng của các chấtđược dùng để bốc hơi Urea đến nồng độ 84-86%, do đó cho phép tiết kiệm hơi thấpáp ở giai đoạn cô đặc chân không thứ nhất

Từ phía vỏ của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ E-1004, pha hỗn hợp đượcđưa vào thiết bị ngưng tụ trung áp E-1006, tại đây CO2 được hấp thụ gần như hoàntoàn và nhiệt ngưng tụ được lấy đi nhờ nước làm mát từ thiết bị ngưng tụ AmoniaE-1009

Từ E -1006 pha hỗn hợp chảy vào tháp hấp thụ trung áp T-1001, ở đây phakhí tách ra và đi vào bộ phận tinh chế Đây là tháp hấp thụ kiểu chuông (bell) hấpthụ CO2 và tinh chế NH3

Các đĩa nạp liệu bằng dòng hồi lưu NH3 sạch, để cân bằng năng lượng vàocột và để tách CO2 và H2O có trong dòng khí NH3 và khí trơ bay lên

NH3 hồi lưu được lấy từ bồn chứa amonia V-1005 và được đưa vào cột bằngbơm tăng áp amonia P-1005

Dòng NH3 và khí trơ bão hòa với vài ppm CO2(20-100ppm) ra khỏi đỉnh bộphận tinh chế, được ngưng tụ riêng phần trong thiết bị ngưng tụ amonia E-1009 Từđây dòng 2 pha được đưa vào bồn chứa Amonia V-1005

Dòng không ngưng tụ bão hòa Amonia rời V-1005 bay dọc trong tháp thu hồiamonia T-1005, ở đây một lượng Amonia được ngưng tụ nhờ Amonia lỏng đến từxưởng Amonia

Dòng khí rời đỉnh T-1005 bay dọc trong tháp hấp thụ Amonia trung áp

E-1011, ở đây hàm lượng NH3 được giảm triệt để nhờ dòng dung dịch Amonia loãng

ngược chiều hấp thụ khí amonia Khí amonia trong pha khí được hấp thụ , nhiệt tạothành sẽ làm tăng nhiệt độ của dòng lỏng đi xuống, do đó làm cản trở sự hấp thụtiếp tục amonia Để duy trì nhiệt độ thích hợp , một dòng nước làm mát được cungcấp ở phía vỏ của E-1011.

Tháp rửa khí trơ trung áp T-1003, được nối vào phần trên của E-1011, gồm 3đĩa van ở đây khí trơ được rửa lần cuối bằng nước sạch Hàm lượng amoniatrongdòng khí bay lên là thấp nhất và do đó nhiệt độ ít nhạy với nhiệt hấp thu Cuốicùng khí trơ được tập trung vào ống khói

Từ đáy E-1011, dung dịch NH3 – H2O được tuần hoàn lại tháp hấp thụ trungáp T-1001 bằng bơm P-1007

Dòng ra khỏi đáy T-1001 được tuần hoàn bằng bơm dung dịch cacbamat caoáp P-1002 về cụm thu hồi tổng hợp sau khi gia nhiệt sơ bộ ở phía ống của thiết bịgia nhiệt cacbamat cao áp E-1013 Trong thiết bị trao đổi nhiệt này lưu chất gianhiệt phía vỏ là nước ngưng quá trình từ đáy tháp chưng cất T-1002

Giai đoạn làm sạch và thu hồi ở áp suất 4 barg.

Dung dịch với hàm lượng CO2 rất thấp ra khỏi thiết bị phân hũy trung áp được giảnnở đến áp suất 4 barg và đi vào phần trên của thiết bị phân hủy thấp áp Thiết bị này đượcchia thành 2 phần chính:

 Bình tách đỉnh V-1003, ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi vào bóống;

Dòng CN, Urê chiếm 63.37%

Nước làm mát vào

Nước làm mát ra

Dòng thu hồi cacbamat

Thu hồi

NH3 tinh

DD NH3 từ bồn thu hồi

Dd NH3 từ tháp rửa khí trơ

Dòng

CN vào tiền cô đặc chân không

Hơi nước 3.4 bar

Dd urê 85%

Dd Urê 99.8%

Hơi nước tách ra

Nước ngưng

 Thiết bị phân hủy kiểu màng ống E-1003, ở đây cácbonát được phân hủy và nhiệtđược cung cấp nhờ ngưng tụ hơi thấp áp bão hòa 4.9 barg;

 Bình chứa dung dịch urea Z-1003, bình này tập trung dung dịch urea đã làm sạchgiai đoạn 2 có nồng độ 69-71%kl

Khí ra khỏi V-1003 trước tiên

được trộn với hơi ở bộ phận tinh

chế của tháp chưng T-1002, và sau

đó được đưa vào phía vỏ của thiết

bị gia nhiệt sơ bộ amonia cao áp

E-1007, ở đây chúng được ngưng tụ

riêng phần Nhiệt ngưng tụ được thu

hồi ở phía ống để gia nhiệt sơ bộ

amonia lỏng cao áp( nạp liệu vào

tháp tổng hợp Urê )

Dòng phía vỏ của E-1007

được đưa vào thiết bị ngưng tụ thấp áp E-1008, ở đây hơi NH3 và CO2 còn lại được ngưngtụ hoàn toàn Nhiệt ngưng tụ được lấy đi nhờ nước làm mát ở phía ống

Dung dịch cácbonát ra khỏi E-1008 được thu hồi vào bồn chứa dung dịch cácbonátV-1006 Từ đây nó sẽ được tuần hoàn về T-1001 bằng bơm P-1003 qua phía vỏ E-1004 vàsau đó qua thiết bị ngưng tụ trung áp E-1006

Một phần nhỏ dung dịch cácbonát thấp áp cũng được làm dòng hoàn lưu của bộphận tinh cất của tháp chưng T-1002

Bồn V-1006 được trang bị một tháp rửa khí trơ thấp áp T-1004 để giúp điều khiểnáp suất của giai đoạn thu hồi thứ 2 T-1004 được nối với phần trên của E-1012, nơi mànước làm mát được cung cấp để lấy nhiệt hấp thu

2.3 Cô đặc:

Dung dịch urea ra khỏi đáy thiết bị phân hủy

thấp áp được giản nở tới áp suất 0,33 bar và đi vào

phần trên của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ Thiết

bị này cũng chia thành 3 phần chính:

 Bình tách đỉnh V-1004, ở đây khí nhẹ được

tách ra trước khi dung dịch đi vào bó ống Hơi

được tách ra nhờ hệ thống chân không thứ

nhất PK-1003:

 Thiết bị cô đặc kiểu màng E-1004, ở đây

lượng cacbamat còn lại được phân hủy và

nước được bốc hơi Nhiệt được cung cấp nhờ

ngưng tụ riêng phần(phía vỏ) khí đến từ thiết bị phân hủy trung áp;

 Bình chứa lỏng ở đáy Z-1004, ở đây tập trung dung dịch urê 85% nhờ bơm P-1006bơm vào đáy thiết bị cô đặc chân không thứ nhất E-1014 Thiết bị này hoạt động ởcùng áp suất như phía ống E-1004 ( tức là 0,33 bar)

Dòng CN urê 63,37%

Hơi nước bão hòa 4,9barg Hơi nước ngưng

tụ

Ra đuốc

NH3 vào tiền gia nhiệt

Nước làm mát vào

Nước làm mát vào

Nước rửa khí

Hơi bão hòa áp suất 3,4 barg được cung cấp vào phía vỏ E-1014 để cô đặc dung dịch Ureachảy trong ống.

Pha hỗn hợp ra khỏi phía ống E-1014 đi vào bình tách chân không khí lỏng thứ nhất

V-1014, từ đây một lần nữa hơi được tách ra nhờ hệ thống chân không thứ nhất PK-1003trong khi nhờ trọng lực urê nóng chảy khoảng 95% đi vào đáy thiết bị cô đặc chân khôngthứ hai E-1015 ,hoạt động ở áp suất 0,03 bar

Hơi bão hòa ở áp suất 3,4 barg được cung cấp vào phía vỏ E-1015 để cô đặc urê chảytrong ống

Pha hỗn hợp ra khỏi phía ống của E-1015 đi vào bình tách chân không khí – lỏngthứ hai V-1015, từ đây hơi nước được tách ra nhờ hệ thống chân không thứ hai PK-1004,trong khi urê nóng chảy (khoảng 99,75%) được đưa tới tháp tạo hạt

2.4 Tạo hạt urê:

Urea nóng chảy ra khỏi bình chứa Z-1015

được đưa đến vòi phun tạo hạt Z-1009 bằng bơm

ly tâm P-1008

Hạt urea nóng chảy từ vòi tạo hạt rơi dọc

theo tháp tạo hạt bằng gió tự nhiên Z-1008, đóng

rắn và làm lạnh khi tiếp xúc với dòng không khí

ngược chiều

Amonia tự do (vài ppm) có trong urea nóng chảy

từ Z-1015 có thể được thải ra khí quyển do lôi

cuốn theo dòng khí làm lạnh thổi qua tháp tạo hạt

Để giảm sự thoát khí, dung dịch acid sunfuric

98%, từ bồn chứa V-1040, được phun vào dòng

urea nóng chảy bằng bơm định lượng P-1020, ở đầu vào bơm P-1008 bằng cách này

H2SO4 phản ứng với NH3 tạo thành amônisunfat, muối này sẽ trộn lẫn và đóng rắn cùngvới sản phẩm urea

Urea được tập trung ở giữa đáy tháp tạo hạt bằng cào quay hình nón, chúng rơi vàobăng tải của tháp tạo hạt N-1001

Sàng Z-1012, phía dưới của N-1001 sẽ loại bỏ urea vón cục, urea này đươc xả trựctiếp và được hòa tan trong bồn chứa urea kín TK-1003 thông qua băng tải tuần hoàn ureaN-1002

Cuối cùng sản phẩm urea được đưa tới giao diện bằng băng tải sản phẩm N-1003.N-1003 được trang bị một cầu cân đơn nhạy W-1001

2.5 Xử lý nước thải:

Cụm này cung cấp những điều kiện để xử lý nước nhiễm NH3- CO2 và urea từ các hệ thống chân không, để thu được nước ngưng quá trình hầu như không chứa NH3 – CO2 – Urea được đưa tới Xưởng Phụ Trợ

Urê 99.8%

Urê sản phẩm Hơi nước, NH3, bụi urê

Hơi nước 5bar

Đến thiết bị thủy phân urê Từ thiết bị thủy phân urê Nhập liệu

Nước sạch Thu hồi CO2 & NH3

Cacbonat từ 20 P-1003

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

3 Tổng quan nhà máy

3.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Nhà máy Đạm Phúm Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Đạm và Hóa chất Dầu khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diện tích 63ha, là nhà máyđđạm đầu tiên trong nước được xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hóa chất có dây chuyền công nghệ về tự động hóa tiên tiến nhất ở nước ta hiện nay Cung cấp 40% nhu cầu phân urê trong nước, Đạm Phú Mỹ có vai trò rất lớn trong việc tự chủ nguồn phânbón trong một nước nông nghiệp như Việt Nam Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra

để nhập phân bón từ nước ngoài về là rất lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân Urê là nguồn khí đồng hành(Associated Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên(Natural Gas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam Sản phẩm của nhà máy Đạm Phú Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước, đặc biệt tại vựa lúađđồng bằng sông Cửu Long

Nhà máyđđược khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC (Chìa khoá trao tay)giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đđồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amôniắc với Haldoe Topsoe (công suất 1,350 tấn/ngày) và công nghệ sản xuất Urê với Snamprogetti (công suất 2.200 tấn/ngày)

 Khởi công xây dựng nhà máy: 03/2001

 Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003

 Ngày ra sản phẩm amonia đầu tiên: 04/2004

 Ngày ra sản phẩm urê đầu tiên: 04/06/04

 Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004

 Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004

Nhà máy sản xuất phân Đạm Phú Mỹ bao gồm 4 phân xưởng chính:

Phân xưởng tổng hợp Amơniắc

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và sản xuất CO2 từ khí thiên nhiên và hơi nước Sau khi tổng hợp, Amôniắc và CO2 sẽđđược chuyển sang phân xưởng urê

Phân xưởng tổng hợp urê

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và CO2 thành dung dịch urê Dung dịch urê sau khi đãđđược côđđặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quá trình tạohạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m Phân xưởng urê có thể đạt công suất tối đa 2.385tấn/ngày.

Phân xưởng phụ trợ

Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi phụ trợ và 1 tuabin khí phát điện công suất 21 MWh, có bồn chứa Amôniắc 35.000 m3 tương đương 20.000 tấn, dùng để chứa Amôniắc dư và cấp Amôniắc cho phân xưởng urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng Amôniắc ngừng máy

Xưởng sản phẩm

Sau khi được tổng hợp, hạt urê được lưu trữ trong kho chứa urê rời Kho urê rời có diện tích 36.000m2, có thể chứa tối đa 150.000 tấn Trong kho có hệ thống điều hòa không khí luôn giữ cho độ ẩm không vượt quá 70%, đảm bảo urê không bị đóng bánh Ngoài ra, còn có kho đóng bao urê, sức chứa 10.000 tấn, có 6dây chuyền đóng bao, công suất 40 tấn/giờ/chuyền

3.2 Sơ đồ tổ chức bố trí nhân sự

HỘI ĐỒNG THÀNH VIÊN

TỔNG GIÁM ĐỐC

PHÓ TGĐ

KỸ THUẬT

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY

PHÓ TGĐ ĐẦU TƯ

PHÓ TGĐ THƯƠNG MẠI

CÁC CHI NHÁNH

PHÒNG TCNS- TIỀN LƯƠNG

PHÒNG TÀI CHINH KẾ TOÁN

BAN QUẢN LÝ ĐẦU

TƯ XD

PHÒNG XUẤT NHẬP KHẨU

PHÒNG THƯƠNG MẠI VẬT TƯ

PHÒNG

KỸ

THUẬT

3.3 Địa điểm xây dựng – Mặt bằng nhà máy

Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ đđược xây dựng trong khu công nghiệp Phú Mỹ I huyện Tân Thành tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu với diện tích quy hoạch

63 ha

Sơ đồ nhà máy Đạm Phú Mỹ trong khu công nghiệp.

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

− Hàm lượng amoniac trong muối quay về: 47,41%

− Aùp suất tháp tổng hợp: 157×105 N/m2

− Nhiệt độ tháp tổng hợp: 1900C

− Tỷ số mol các cấu tử cấp vào: NH3:CO2:H2O = 3,3:1:0,43

− Độ chuyển hóa amoni cacbamat thành urê với thời gian lưu 45 phút 63%

− Tổn thất urê: Cô đặc urê lần 1: 0,136%

Cô đặc urê lần 2: 0,272%

Tạo hạt: 0,029%

Tổng lượng hao hụt urê cho cả quá trình sản xuất: 0,437%

Để sản xuất 91.667 kg urê/h thì tại tháp tổng hợp lượng urê tạo thành:

Gurê thực tế = Gurê Tkế 1,004.37 =92.067,6 kg/h

Lượng nguyên liệu cần dùng cho tháp tổng hợp ứng với hiệu suất 63% để sảnxuất 92.067,6 kg/h:

h kg G

h kg G

h kg G

M

M G

O

H

CO

TT ure ure

NH NH

/94,851.18

/63,168.1076,067.926063

100144

/640.1366,067.92.60.63

100.3,3.17

63

100.3,3

2

2

3 3

y

z m m

y

x m m

P m

CO O

H

CO NH

CO

2 2

2 3

2

' '

' '

'

60

44667.9160

)1(446,067.92

=

=

×+

−

×

=

ηη

Ở đây η=0,63: hiệu suất chuyển hóa amoni cacbamat thành urê trong tháptổng hợp

P = (0,136 + 0,272) - 0,029 = 0,379% là lượng urê tổn thất đã quay về đđược

Thay vào ta được

h Kg

P

m CO

/16,907.3960

00379,044667.9163,060

)63.01(446,067

92

60

44667.9160

)1(446,067.922

'

=

×

×+

−

×

=

ηη

h kg

13,0)(

87,99

13,087

,99

13,0

87,99

13,0

3 3

' 2

1 3

O H

A NH

O H

NH

O

H

( )163,2486,177

87,99

13,0)1.474,016,907.39640.136(

87,99

13,0)640

.136

58

16,907.399

.525,094,851

18

94,851

'

2 2

2

y

y y

m y z

O H O

H O

H

CO

mat amonicacba cândung

3578,0

18,987.207,704.6263,2486

Thay các giá trị x, y, z vào ta tính được:

h kg y

z m m

h kg y

x m

m

CO O

H

CO NH

/749.18

/660,878.52

2 2

2 3

' '

' '

Tổng lượng dung dịch muối amoni cacbamat vào tháp ( NH3 + CO2 + H2O):

GHlưu=G’NH3+G’CO2+G’H2O= 52.878,660 + 39.907,16+18.749

= 111.534,82 kg/h

Lượng amoniac mới bơm từ tháp thu hồi amoniac trung áp:

GAmoniac mới = Gtổng - GHlưu = 136.640 – 52.878,660 = 83.761,34 kg/h

Lượng nước theo amoniac mới:

GNước mới = 0,0013×GAmoniac mới = 108,89 kg/h

Lượng CO2 mới lấy từ máy nén CO2:

44

7863,168.10744

78

2 2

⇒

Lượng amoniac tiêu hao (phản ứng):

h kg

78

17275,980.189) (

Lượng amoniac còn lại (chưa phản ứng):

h kg

h kg G

O

H

ure

/28,620.2763,078

1875,980.189

/6,067.9263,078

6075,980.189

Tổng lượng nước ra khỏi tháp phản ứng:

GH2O tổng = GH2O pư + GH2O muối amoni + GH2O Amoniac mới

=27.620,28+18.851,99+108,89

= 46.581,11kg/hLượng amoni cacbamat còn dư chưa chuyển hóa thành urê:

h kg

100

6310075,980.189

4.1.2 Thiết bị phân huỷ cao áp

− Aùp suất trong thiết bị: 148×105N/m2

− Nhiệt đđộ trong thiết bị: 1900C

− Mức đđộ đđuổi NH3 dư: 23%

− Mức đđộ phân huỷ amoni cacbamat: 62%

− Hàm lượng hơi nước đuổi ra: 5,8%

− Hàm lượng dịch nóng lỏng vào: xem dịch ra của thiết bị phản ứng

Tại thiết bị phân huỷ cao áp áp suất đã hạ xuống nhằm tạo điều kiện thuận lợicho sự phân huỷ amoni cacbamat theo phản ứng:

NH 4 COONH 2 = 2NH 3 + CO 2

Lượng NH4COONH2 phân huỷ được:

GAmoni cacbamat p.huỷ = 70.292,88×0,62 = 43.581,59kg/h

Lượng khí thoát ra là:

Với NH3: GNH3 = GAmoni cacbamat p.huỷ

Amoni cacbamat chưa phân huỷ:

GAmoni cacbamat = Gdauvào – Gphuỷ

= 70.292,88 – 43.581,59 = 26.711,29 kg/hLượng NH3 trong pha lỏng thoát ra = 53.827,88 x 0.23 = 12.380,41 kg/h

NH3 tự do còn lại trong pha lỏng = Gtư do đầu vào – Gtư do thoát ra

= 53.827,88 – 12.380,41 = 41.447,47kg/hTổng lượng NH3 thoát ra theo pha khí

Gtổng = GNH3 tự do + GNH3 của phản ứng

= 12.380,41 + 18.997,1 = 31.377,51 kg/h

Lượng nước bốc hơi chiếm 5,8% pha hơi:

h kg G

G G

G

h O H

k NH k

CO

h O H

/64,445.3)49,584.2451,377.31(2,94

8,5

2,94

8,5

) (

) ( )

(

) (

2

3 2

2

=+

×

=

⇒

=+

Lượng nước còn lại trong pha lỏng = Gvào - Gthoát theo pha khí

= 46.581,11 – 3.445,64 = 43.135,47 kg/h

Bảng 4.2

Tổng cộng 262.769,46 100,00 262.769,46 100,00

4.1.3 Thiết bị phân huỷ trung áp

− Aùp suất trong thiết bị: 19,5×105N/m2

− Nhiệt đđộ làm việc: 2040C

− Mức đđộ đđuổi NH3 dư: 87 %

− Mức đđộ phân hủy amoni cacbamat: 83 %

− Hàm lượng hơi nước trong pha hơi/khí: 16 %

− Hàm lượng dịch nóng lỏng đầu vào: xem đầu ra của bảng 4.2

Lượng amoni cacbamat phân hủy được = 26.711,29x0,83 = 22.170,37 kg/h

Amoni cacbamat phân hủy theo phản ứng

NH4COONH2 = 2NH3 + CO2

78 2x17 44

Khí CO2 = 12.506,36kg / h

78

4437,170

G G

G

h O H

k NH k

CO

h O H

/36,091.11)36,506.1230,723.45(84168416

) (

) ( )

(

) (

2

3 2

2

=+

=

⇒

=+

Lượng nước còn lại trong pha lỏng = GH2O đầu vào – GH2O bay hơi

Tổng cộng 203.361,83 100,00 203.361,83 100,00

4.1.4 Thiết bị phân huỷ thấp áp

− Aùp suất làm việc của tháp:5×105N/m2

− Nhiệt độ làm việc: 1650C

− Mức độ phân huỷ amoni cacbamat: 65%

− Mức độ đđuổi NH3 tự do: 70%

− Hàm lượng hơi nước đầu ra: 49%

− Thành phần dịch nóng lỏng vào thiết bị: xem bảng 4.3

Tại thiết bị phân huỷ thấp áp amoni cacbamat tiếp tục bị phân huỷ Tương tự nhưtrên ta cóđđược kết quả như sau :

Tổng cộng 134.040,80 100,00 134.040,80 100,00

4.1.5 Thiết bị tiền cô đặc chân không

− Aùp suất bên trong thiết bị:0,33x105N/m2

− Nhiệt độ làm việc: 1000C

− Mức độ đđuổi NH3 tự do: 65%

− Mức độ phân huỷ amoni cacbamat: 70%

− Hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí-hơi:85%

− Thành phần dịch nóng lỏng vào thiết bị: xem bảng 4.4

Tương tự như trên ta có bảng kết quả tính toán sau

Tổng cộng 120.857,82 100,00 120.857,82 100,00

4.1.6 Thiết bị cô đặc lần 1

− Aùp suất bên trong thiết bị: 0,33x105N/m2

− Nhiệt đđộ làm việc: 1280C

− Mức độ phân huỷ amoni cacbamat: 78%

− Mức độ đuổi NH3: 85%

− Hàm lượng nước còn lại trong dịch ra : 5%

− Hao hụt urê: 0,136%

− Thành phần dịch nóng lỏng: xembảng 4.5

Lượng amoni cacbamat phân huỷ:

476,79×0,78 = 371,90 kg/h

Lượng amoni cacbamat còn lại là: = 476,79 – 371,90 = 104,89 kg/h

Lượng khí thoát ra từ quá trình phân huỷ amoni cacbamat là:

78

17290,

78

4490,

Lượng khí NH3 thoát ra từ pha lỏng = 565,76 x 0,85 = 480,90 kg/h.

Lượng NH3 còn lại trong pha lỏng = 565,76 – 480,90 = 84,86kg/h

Tại côngđđoạn này urê bị lôi cuốn trong quá trình hút chân không

Lượng urê đã bị lôi cuốn:

Gurê p.huỷ = 92067,6 125,21

100

136,

Lượng urê còn lại = 92.067,6 – 125,21 = 91.942,39 kg/h

Tổng lượng NH3 thoát ra khỏi thiết bị dạng khí (NH3 tự do + NH3 do amonicacbamat phân huỷ ):

)89,10476,8439,942.91(955

955

) (

) (

) (

2 2

3 2

h kg G

G

G G

G

G

L O H

L O H

cacbamate NH

Ure

L O H

=

⇔

++

×

=

⇒

=+

Tổng cộng 106.311,14 100,00 106.311,14 100,00

4.1.7 Thiết bị cô đặc lần 2

− Aùp suất bên trong thiết bị: 0,33x105N/m2

− Nhiệt đđộ làm việc: 1360C

− Mức độ phân huỷ amoni cacbamat: 100%

− Mứcđđộ đuổi NH3: 20%

− Hàm lượng nước còn lại trong pha lỏng: 0,25%

− Hao hụt urê: 0,272%

− Thành phần dịch nóng lỏng: xembảng 4.6

Amoni cacbamat phân huỷ tạo CO2 và NH3

78

17289,

78

4489,

Lượng NH3 bị đuổi từ dịch NH3 = 0,2×84,86 = 16,97 kg/h

Lượng NH3 còn lại = 84,86 – 16,97 = 67,89 kg/h

Lượng urê bị lôi cuốn = 91942,39 250,08

100

272,0

=

Lượng urê còn lại = 91942,39 – 250,08 = 91692,31 kg/h

Tổng lượng NH3 thoát ra ở pha khí (NH3 bay hơi từ dung dịch + NH3 do amonicacbamat phân huỷ ):

G

G G

G

L O H

L O H

NH Ure

L O

H

/98,229

)31,692.9189,67(75,99

25,0

75,99

25,0

) (

) (

) (

2 2

3 2

Lượng nước bay hơi = 4.849,06 – 229,98 = 4.619,08 kg/h

Tổng cộng 96.731,12 100,00 96.731,12 100,00

4.1.8 Thiết bị tạo hạt

Các số liệu ban đầu:

− Tổn thất urê: 0,029%

− Nồng đđộ axit sunfuric: 97,87%

− Thành phần dịch nóng lỏng: xem bảng 4.7

Urê sau khi cô đặc lần 2 có nồng độ cao (khoảng 99,70%) được đưa vào tháptạo hạt Nhưng để hạn chế sự giải phóng khí NH3 ra môi trường tại tháp tạo hạt người

ta đã sử dụng axit sunfuric để trung hòa khí NH3 dư tạo thành muối amoni sulphattheo dịch vào tháp tạo hạt và trộn lẫn với hạt urê

Trong công nghiệp, lượng H2SO4 đđược bơm vào dòng dung dịch thông quamột bơm định lượng Theo bài toán thiết kế thì ta chọn một lượng cố định để giải bàitoán thiết kế

Axit sunfuric với nồng độ 97,87% đđược phun vào với lưu lượng 180 kg/h

Nước theo dung dịch axit vào thiết bị tạo hạt:

83,3180100

H2SO4 + NH3 = (NH4)2SO4

Lượng NH3 bị trung hòa:

12,6198

17217

13217

,

Muối amoni sunfat sẽ được đóng rắn và tạo hạt cùng với urê

Tổng lượng nước còn lại trong urê:

229,98 + 3,83 = 233,81 kg/h

Lượng urê bị tổn thất:

59,2631,692.91100