xởng urê1 I- Lu trình công nghệ: - NH 3 lỏng có áp suất 1,95ữ2,1 MPa, nhiệt độ từ 15ữ30 o C, nồng độ NH 3 99,8% từ kho cầu thuộc Xởng Tổng hợp NH 3 đợc cấp đến công đoạn, đợc đa qua đồng hồ đo lu lợng FI 721 vào bộ lọc 704A,B để lọc những tạp chất rồi qua van điều tiết LIC 721 vào thùng chứa NH 3 -705, thùng chứa 705 luôn ở mức 2/3 dịch diện, từ ngăn 1 thùng chứa này NH 3 đợc dẫn tới bơm, nhờ bơm NH 3 Piston cao áp 706 nâng áp suất lên 20,0 MPa đi qua thiết bị gia nhiệt NH 3 lên nhiệt độ khoảng 35ữ50 o C (chạy máy bình thờng, 150 o C khi chạy máy ban đầu) rồi đa vào tháp tổng hợp 708B. Ngăn thứ 2 của thùng chứa 705, NH 3 đợc qua FI 724 và FI 725 khống chế nhiệt độ phần đỉnh và đáy hấp thụ đoạn I - 715. - Khí CO 2 từ công đoạn Tinh chế (Xởng tổng hợp NH 3 ) cấp sang có các chất lợng nh sau: CO 2 98 %, H 2 S 30 mg/Nm 3 , áp suất: 300 ữ 600 mmH 2 O, nhiệt độ: 30 ữ 45 o C. Khí CO 2 trớc khi vào máy nén đợc bổ sung 1 lợng không khí nén để đảm bảo nồng độ O 2 /CO 2 = 0,5% thể tích, đợc nén qua các đoạn 1, 2 và 3 lên áp suất P = 3,36 MPa, đợc đa qua tháp khử H 2 S, ra tháp khử bảo đảm hàm lợng H 2 S 5mg/Nm 3 tiếp tục đa vào nén đoạn 4 đoạn 5 nâng áp suất khí lên 20,0 MPa và nhiệt độ 120 o C đa vào tháp tổng hợp 708B. -Tại tháp tổng hợp Urê (708B) xảy ra phản ứng tổng hợp. Hiệu suất chuyển hoá là 65 ữ 68%, thời gian lu lại của nguyên vật liệu từ 45 ữ 60 phút tuỳ theo phụ tải, dung dịch ra khỏi 708B gồm có Urê, carbamat, NH 3 tự do, khí không tham gia phản ứng và nớc, qua van điều tiết (PIC 727 ) áp suất giảm xuống còn 1,65 ữ 1,7 MPa, nhiệt độ 120 o C đa vào thiết bị dự phân ly (710A). Phần pha khí đợc tách ra ở 710A cùng với khí phân giải ở 710B (đã qua gia nhiệt cho dung dịch cô đặc đoạn I ) vào thiết bị làm lạnh 731B,C hạ nhiệt độ xuống 90 ữ 100 o C rồi tiếp tục đa vào hấp thụ đoạn I-715. Phần dịch tiếp tục đi vào phân giải đoạn I (710B) tại đây pha khí đợc tách ra, bay lên trên, còn dung dịch đa sang thiết bị gia nhiệt (711), tại đây dung dịch đợc gia nhiệt lên đến nhiệt độ 155ữ160 o C (bằng hơi nớc 1,27 MPa) đa sang phân ly phân giải đoạn I-712, lợng khí ở đây có nhiệt độ cao đợc đa trở lại thiết bị 710B trợ nhiệt cho dịch từ 710A xuống rồi cùng với lợng khí ở 710B bay lên. Dịch ở 712 qua van điều tiết lần thứ hai LIC 722 áp suất giảm xuống 0,25 ữ 0,35 MPa, nhiệt độ từ 110 ữ 120 o C đa sang phân giải đoạn II (713) ở phần trên khí đợc tách ra, bay lên đỉnh thiết bị, còn dung dịch đợc qua thiết bị 714 dùng hơi nớc 1,27 MPa tăng nhiệt lên 145 ữ 150 o C đa vào phần dới của 713 khí ở đây ra tập trung ở đỉnh, còn dịch Urê ra ở phần đáy qua tiết lu lần nữa ở LIC 724 về áp suất thờng vào thiết bị bốc hơi nhanh (730) rồi vào gia nhiệt cô đặc đoạn I (731A), phần dới đợc gia nhiệt bằng khí hn hợp từ 710B, đoạn trên dùng hơi nớc 1,27 MPa tăng nhiệt độ dung dịch Urê lên 120 ữ130 o C. Sau phân ly dịch Urê ở thiết bị 732, dung dịch tiếp tục qua gia nhiệt ở thiết bị 733 để nâng nhiệt độ lên 136ữ140 o C vào thiết bị phân ly 734 phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có nồng độ 99,8% xuống bơm Urê đậm đặc (735A,B) bơm lên đỉnh tháp, nhờ vòi phun tạo hạt, hạt Urê rơi từ đỉnh tháp xuống, ở đỉnh tháp có lắp 2 quạt gió, hút gió ngợc từ dới lên để làm lạnh hạt Urê, rơi xuống đáy tháp, nhờ hệ thống sàng phân loại để loại bỏ những hạt không hợp cách, hạt Urê hợp cách đợc dẫn vào băng tải số 1, đến bộ làm lạnh và phun chất trợ gia chống đóng cục, qua hệ thống băng tải 2, sản phẩm Urê đợc chuyển sang bộ phận đóng bao, xếp dỡ rồi xếp vào kho. -Phần hơi thứ từ các thiết bị 730, 732, 734 đợc các bơm tuye 742, 743, 744, 746 hút qua các bộ làm lạnh, ngng tụ 739, 740, 741,745 dịch ngng tụ đợc tập chung về thùng chứa 747. Dung dịch ở 747 nhờ bơm 748 A,B bơm lên tháp hấp thụ 720, 721 để hấp thụ với khí phân giải ở 713 đa sang, dung dịch ở 720 do bơm 722 A,B,C tăng áp lên 1,7 MPa cùng với khí ở 710B qua trao đổi nhiệt với dung dịch Urê ở 731A đa về hấp thụ đoạn I (715). Khí từ hấp thụ ở 720 còn lại đợc hấp thụ tiếp ở thiết bị 721. Dịch của 721 do bơm 722C,B nâng áp lên 1,7 MPa đa vào hấp thụ khí trơ 719, hấp thụ khí không ngng tụ ở 717A,B-718. Dung dịch hấp thụ của 719 đợc đa về phần đỉnh của tháp hấp thụ đoạn I (715) để rửa lợng Carbamat tích tụ ở trên các tầng đĩa. Khí NH 3 từ đáy tháp 715 bay lên phần đỉnh và đợc rửa bằng NH 3 lỏng để khử triệt để lợng CO 2 , lợng khí NH 3 từ 715 lên 717 A,B-718 đợc làm lạnh, ngng tụ về thùng chứa 705 cùng với NH 3 từ kho cầu đa vào. Khí không hấp thụ hết ở 719 và 721 tập trung đa vào tháp hấp thụ khí cuối 723, dịch đa về thùng chứa 725A,B, khí còn lại ở hấp thụ 723 thải ra ngoài. II - Cơ sở của quá trình tổng hợp Urê: Ngời ta điều chế Urê bằng cách: 2NH 3 + CO 2 = (NH 2 ) 2 CO + H 2 O + Q Nhng thực tế xảy ra theo 2giai đoạn : Giai đoạn 1. 2NH 3 + CO 2 NH 4 COONH 2 + Q 1 Giai đoạn 2. NH 4 COONH 2 (NH 2 ) 2 CO + H 2 O - Q Đầu tiên chúng tạo dịch cácbamát và tiêp đó dịch cácbamát này phân huỷ thành Urê và nớc. giai đoạn 2 này phản ứng tuơng đối chậm cho nên nó khỗng chế quá trình tổng hợp. Pha lỏng gồm các muối chảy lỏng -Amônicácbamát -Urê -Amônicácbônát và nớc ,phản ứng xẩy ra chủ yếu trong pha lỏng vì khối lợng các chất ban đầu cầng cao thì áp suất trong tháp càng tăng và càng giảm khối lợng cácbamat amôn , có thể phân giải thành Amôniắc và dioxitcacbon . Và đồng thời tăng mức độ chuyển hoá cacbamát amon thành Urê. III.Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tổng hợp urê. 1- ảnh hởngcủa NH 3 d. nh hởng lớn nhất của việc tăng hiệu suất của Urê là lợng NH 3 d trong thực tế sản xuất ở hổn hợp ban đầu với tính toán .Lợng NH 3 tác dụng với nớc sinh ra trong quá trình tổng hợp Urê và làm chuyển dịch cân bằng về phía tạo ra nhiều Urê .và làm cho thuỷ phân cácbamátamon tạo thành sản phẩm phụ bị chậm lại .Đng thời giảm ăn mòn thiết bị .Lợng d NH 3 còn làm thấp điểm nóng chảy cacbamát. 2- ảnh hởng của CO 2 . Trong tổng hợp Urê lợng CO 2 d không ảnh hởng đến hiệu suất Urê ,nhng nồng độ của nó trong khí ban đầu lại có ý nghĩa rất lớn .Nếu nòng độ CO 2 thấp thì phần lớn trong khí CO 2 có chứa các khí tạp chất nh (H 2 , N 2 , O 2 , CO) cho nên nó làm giảm áp suất riêng phần của Amôniắc . Do đó làm giảm độ hoà tan của nó bên trong pha lỏng. Phần nữa nó lại gây ăn mòn thiết bị . 3- Độ cha đầy. Độ chứa đầy là lợng nguyên liệu đợc chứa trong một đơn vị thể tích thùng phản ứng . = w/ v (g/cm 3 ) Trong đó: () làđộ chứa đầy, (w) là lợng nguyên liệu trong tháp . Ta có thể đỏnh giá sự ảnh hởng của tỷ trọng dịch trong tháp đối với tốc độ chuyển hoá cácbamát thành Urê . Giai đoạn đầu của phản ứng có tốc độ chuyển hoá nhỏ khi tỷ trọng hổn hợp trong tháp nhỏ, lúc này sự tăng tỷ lệ pha khí trong hệ 2 pha dẫn đến tốc độ phản ứng tăng. Nhng càng về sau khi khối lợng dịch trong tháp càng lớn thì tốc độ phản ứng càng tăng mạnh và ngợc lại. Thực tế thì độ chứa đầycó ý nghĩa không lớn lắm ,vì ở đây ta sản xuất liên tục cho nên ở trong tháp luôn ở điều kiện đầy mà quan trọng là ở tỷ khôí của phản ứng. 4 - ảnh hởng của nhiệt độ và thời gian : - Urê đợc tạo thành từ dịch cácbamat chy lỏng. Nhng quá trình tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn điểm cháy lỏng của dịch Cácbamat sạch hơn vì việc đun nóng các bamát sẽ giải phóng nớc. Nớc sẽ hạ thấp nhiệt độ chảy lỏng của nó. Chẳng hạn khi dịch có chứa 9,2% nớc thì nhiệt độ nóng chảy của nó ở 140 o C, nhng khi chứa 14% nớc thì nhiệt độ nóng chảy ở 130 o C. Mặt khác dới tác dụng của nớc, một phần cácbamat chuyển thành amôni cacbamát và sau đó tạo thành Bicabomát. Chính những chất này chúng làm giảm nhiệt độ chảy lỏng của cácbamát. -Tốc độ phản ứng tổng hợp U rê đợc đặc trng bằng hiệu suất chuyển hoá của CO 2 trong một đơn vị thời gian. Với cùng thời gian phản ứng nh nhau mà nhiệt độ khác nhau, thì khi tăng nhiệt độ hiệu suất chuyển hoá tăng. Mặt khác khi tăng nhiệt độ thuận lợi với nồng độ amôniắc trong pha lỏng và tính thu nhiệt của phản ứng tách nớc của dịch cacbamát giai đoạn 2. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm nóng chảy của cacbamat, thì phản ứng đầu tiên có cácbamát rắn tạo thành Urê rắn tốc độ rất chậm, sau một thời gian nhất định Urê và nớc tạo thành làm hạ nhiệt độ nóng chảy của hệ hoá lỏng, khi đó tốc độ phản ứng tăng dần và đạt cân bằng. Khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ điểm nóng chảy cacbamát, do cácbamát ở thể lỏng nên tốc độ tạo thành Urê khá nhanh đều đạt cân bằng. - nhiệt độ tơng đối cao (180 ữ200 o C) hiệu suất chuyển hoá CO 2 ngợc lại bị hạ thấp, điều này do phản ứng phụ xây ra. Nếu nhiệt độ cao hơn 200 o C thì việc ăn mòn thiết bị bởi hỗn hợp phản ứng tăng nhanh. Vì thế cho nên thực tế tổng hợp ở t o <200 o C. 5- ảnh hởng của áp suất: -Trong quá trình tổng hợp Urê thì áp suất không phải là biến số độc lập nó phụ thuộc vào nhiệt độ và tỷ lệ NH 3 ; CO 2 và H 2 O ; CO 2 . -Các bamát có áp suất hơi cao, vì vậy ngời ta phải tiến hành tổng hợp ở áp suất cao, áp suất tổng hợp thờng cao hơn áp suất cân bằng. Nếu áp suất tổng hợp thấp hơn áp suất cân bằng không những NH 3 trong pha dịch thoát ra làm cho NH 3 trong pha dịch giảm và đồng thời có thể làm cho cácbamát phân giải từ đó làm giảm hiệu suất chuyển hoá CO 2 . -p suất không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và còn phụ thuộc các tỷ lệ NH 3 : CO 2 trong hỗn hợp ban đầu, P tăng đột biến khi tăng hàm lợng CO 2 ,còn d NH 3 không dẫn đến sự tăng P nhanh nh vậy. D NH 3 bị 2 giảm khi bổ sung nớc vào hệ. Tốc độ tạo thành cácbamát tăng gần nh theo tỷ lệ bình phơng của áp suất. ở áp suất khí quyển việc tạo thành Cácbamát rất chậm nhng ở P=100at và t = 150 o thì xẩy ra tức thời. -Trong quá trình tổng hợp Urê một số chất khác do phản ứng phụ tạo thành amôncácbômát và Amôn bicacbamát NH 4 HCO 3 đều làm giảm nhiệt độ nóng chảy của cácbamát và chúng nh một chất xúc tác thúc đy quá trình tổng hợp Urê. Cho nên ta thờng nói phản ứng tổng hợp Urê là phản ứng tự xúc tác. Vì vậy P chung của cácbamát luôn < P cân bằng của toàn hệ Urê - Cácbamát và nớc. 6- ảnh hởng của hàm lợng khí trơ: Trong quá trình tổng hợp U rê khi độ thuần CO 2 thấp , nghĩa là vẫn có lẫn nhiều khí tạp chất (khí trơ). Khí trơ vào tháp sẽ làm giảm hiệu suất tổng hợp của Urê, công suất của máy nén. Bởi lẽ lợng khí trơ chiếm một phần thể tích tháp tổng hợp. 7 - ảnh hởng của chế độ thủy động: Do sự chênh lệch về t o và khác nhau về tỷ trọng nên các nguyên liệu trong tháp tổng hợp xảy ra hiện tợng đảo trộn. Kết quả của sự đảo trộn làm cho nguyên liệu có nồng độ Urê ở phần đỉnh cao lại trộn lẫn với phần ở đáy có nồng độ U rê thấp bởi tháp có đờng kính lớn. Vì thế trong quá trình tổng hợp Urê để tránh hiện tợng đó, ngời ta đã bố trí các tấm ngăn làm cho dịch không quay lại đợc khi dịch qua tấm ngăn có mặt cắt thu nhỏ nên tốc độ dòng chảy lớn, diện tích tiếp xúc giữa NH 3 và CO 2 cũng tăng lên làm cho tốc độ phản ứng tăng nhanh và hiệu suất chuyển hoá thành Urê tăng. IV- Các điều kiện tổng hợp Urê trong công nghiệp: Trong công nghiệp tổng hợp Urê yêu cầu về chất lợng sau : *NH 3 nguyên liệu trong sản xuất Urê là NH 3 lỏng hàm lợng > 99,8% trọng lợng, hàm lợng khí trơ hoà tan trong NH 3 càng nhỏ càng tốt . Nếu trong NH 3 có hoà tan tơng đối nhiều H 2 và N 2 thì sau khi vào tháp tổng hợp Urê sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất tổng hợp. Hàm lợng dầu không đợc lớn hơn 15 PPM. Nếu hàm lợng dầu lớn sẽ bám lên bề mặt trao đổi nhiệt sẽ làm giảm hiệu suất truyền nhiệt. Trong phơng pháp Stripping CO 2 còn có khả năng Ôxy hoá ở nhiệt độ cao, dẫn đến sự cố nổ rất nguy hiểm. *Khí CO 2 : CO 2 98,5% ( thể tích gốc khô). Khí trơ không tham gia vào phản ứng 1,5 % tạp chất S 15mg/Nm 3 . Hàm lợng S càng nhỏ càng tốt . Bởi vì tạp chất Sunfua có khả năng ăn mòn rất mạnh. Hàm lợng H 2 trong khí trơ phải khống chế < 1,2% thể tích. Nếu hàm lợng H 2 trong khí trơ tăng thì ở bộ phận nào đó của hệ thống tổng hợp Urê sẽ tạo NH 3 - H 2 - O 2 đây là hỗn hợp nổ nguy hiểm. Để ngăn ngừa thiết bị sản xuất ăn mòn. cho nên ngời ta đã bổ sung vào khí nguyên liệu CO 2 1 lợng Ô xy hoặc không khí nhất định khoảng 0,55 % thể tích. *Điều kiện làm việc của tháp tổng hợp : - Nhiệt độ 188 ữ 190 o C áp suất 200 at - Tỷ lệ NH 3 /CO 2 = 3,8 ữ 4,5 - Lợng d NH 3 có tác dụng điều chỉnh t o phản ứng nâng cao hiệu suất tổng hợp, ngăn ngừa ăn mòn, nhng nếu ta đổ lợng d lớn thì dẫn đến thiết bị thu hồi NH 3 lớn cồng kềnh phức tạp. Tỷ lệ H 2 O/CO 2 = 0,5 ữ 0,7. Thời gian lu lại của vật liệu trong tháp khoảng 45 ữ 60 phút. - Sau khi đa nguyên liệu NH 3 và CO 2 vào tháp chúng tạo thành cacbamát. Tốc độ phản hứng này rất nhanh và toả nhiệt ln, khi thành phần vật liệu đa vào tháp ở mức độ nhất định. Nhiệt độ tăng đến mức độ nào đó thì hiệu suất chuyển hoá CO 2 giảm xuống, hơn nữa nhiệt độ chỉ tăng đều một mức giới hạn nào đó để tránh ăn mòn thiết bị. Nhiệt lợng toả ra sẽ quyết định nhiệt độ cần thiết gia nhiệt cho tháp. Hiện nay điểm nóng chảy của cacbamát 152 o C vì thế xét về góc độ công nghệ tháp tổng hợp phải gia nhiệt đều 130ữ150 o C. - Mặt khác khi đa nguyên liệu vào tháp phản ứng giữa NH 3 và CO 2 tạo thành cacbamat có tốc độ rất nhanh và toả nhiệt lớn, làm cho nhiệt độ lớp lót bằng thép không rỉ tăng nhanh còn nhiệt độ thép tăng chậm tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài lớn. Vì hệ số giãn của thép không rỉ =1,5 lần thép các bon. Làm cho lớp lót thân thùng phát sinh ứng xuất nhiệt có khả năng phá huỷ kết cấu của thép hoặc lớp lót. Vì vậy ta phải gia nhiệt trớc để tâng nhiệt độ tháp tạo điều kiện cho tháp giãn nở đồng đều. Đồng thời với việc tăng nhiệt độ là tăng áp xuất. Khi đa nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ trong tháp khoảng150 0 C, và áp suất phân giải của cácbamát ở 150 0 C khoảng70 at .Để cácbamát không bị phân giải thì áp suất thao tác thực tế của tháp tổng hợp lớn hơn áp suất phân giải của cácbamát . Đó là nguyên nhân trớc khi đa nguyên liệu vào tháp phải tăng áp suất lên 80 ữ 100at. V- Cơ sở quá trình chng cất và phân giải dịch urê: - Trong dịch sản xuất Urê từ tháp ra có chứa NH 4 COONH 2 ,NH 3 , CO 2 , H 2 O, CO(NH 2 ) 2 . Để thu hồi các khí trong quá trình chuyển hoá cha hết nh NH 3 ,CO 2 ,nm trong dung dịch cácbamát ngời ta tiến hành công đoạn chng cất phân giải trung ,thấp áp . Phản ứng tạo thành là quá trình giảm thể tích. Giảm áp suất và tăng nhiệt độ làm cacbamát cha chuyển hoá nằm trong dung dịch tổng hợp sẽ phân giải thành khí NH 3 và CO 2 . Quá trình giảm áp và gia nhiệt vừa có lợi cho quá trình phân giải cácbamát ,vừa có lợi cho việc tách NH 3 và CO 2 d thừa trong dung dịch tổng hợp. 3 - Trong dây chuyền tổng hợp Urê ngời ta tiến hành phân giải dịch sau khi ra khỏi tháp tổng hợp ở 2 giai đoạn , giai đoạn đầu tiến hành ở trung áp 17 at giai đoạn này khoảng 90% cácbamát bị phân huỷ. Trong hệ thống thu hồi phân giải trung áp có quá trình phân giải, hấp thụ và ngng tụ. Quá trình phân giải đòi hỏi áp suất phải thấp thì hiệu suất mới cao còn hấp thụ và ngng tụ là qúa trình ngợc lại của quá trình phân giải. Vì vậy việc lựa chọn áp suất thao tác thích hợp là một thể thống nhất rất mâu thun, sự lựa chọn áp suất thống nhất ở nhiệt đọ nớc làm lạnh của bộ ngng tụ NH 3 ,vì phải làm lạnh ngng tụ khí NH 3 thành NH 3 lỏng ,mà nhiệt độ ngng tụ NH 3 khống chế bằng nhiệt độ nớc làm lạnh nhng nhiệt độ nớc làm lạnh lại quyết đinh bởi điều kiện khí hậu và chất lợng nứơc (với tác nhân làm lạnh là nớc ở nhiệt độ môi trờng thì NH 3 ngng tụ ở áp suất 17 at).Vì vậy ngng tụ NH 3 đã lựa chọn đợc nhiệt độ ngng tụ thì quyết đợc áp suất ngng tụ ,thì khi đó áp suất thấp nhất của hệ thu hồi phân giải cácbamát sau hấp thụ trung áp cần tho mãn điều kiện về các vấn đề cân bằng nớc của hệ thống. Đồng thời còn phải xét tới hiệu suất phân giải cácbamát và hiệu suất bốc hơi của NH 3 ở phân giải trung áp .Với nhiệt độ của tác nhân lạnh là nớc ở môi trờng áp suất phân giải là 17at .Điều kiện lựa chọn phải thoả mãn ngng tụ NH 3 . Xét điều kiện tổng quát thành phần và nhiệt độ hấp thụ trung áp . Xét tới nhiệt độ phân giải trung áp và hiệu suất phân giải. Điều kiện lựa chọn áp suất để đáp ứng yêu cầu trên nên chọn áp suất tuần hoàn trung áp 17at ,áp suất cao không thể tách hoàn toàn các chất không tham gia phản ứng hết NH 3 và CO 2 ra khỏi dung dịch. Để làm đ- ợc điều này ta cần phải hạ thấp áp suất xuống từ 2 ữ 3 at . áp suất càng thấp thì lợng NH 3 bay hơi càng tốt và hiệu suất phân giải càng cao. NH 4 COONH 2 2NH 3 + CO 2 và kèm theo một số phản ứng phụ . NH 4 COONH 2 + H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 (NH 4 ) 2 CO 3 NH 4 HCO 3 + NH 3 NH 4 HCO 3 (NH 4 ) 2 CO 3 + CO 2 +H 2 O Trong quá trình phân giải một phần Urê bị phân huỷ theo: (NH 2 )CO + H 2 O NH 2 CO 2 NH 4 (NH 4 ) 2 CO 3 2(NH 2 ) 2 CO NH 2 CONHCONH 2 + NH 3 (NH 2 ) 2 CO NH 4 CNO NH 3 + HNCO HNCO H 3 N 3 CO 3 Để ngăn ngừa sự hình thành Biuret (NH 2 CONHCONH 2 ) trong quá trình phân giải cần rút ngắn thời gian lu dịch và chng cất ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ phân giải trung áp . VI. Cơ sở hoá lý của quá trình cô đặc: 1 - Quá trình bốc hơi; -Bốc hơi là quá trình làm giảm lợng NH 3 tự do và CO 2 trong dung dịch Urê từ hệ thống thấp áp. Hàm lợng NH 3 tự do ở thấp áp khoãng 1,4% sau qua bốc hơi nhanh giảm xuống còn khoãng 0,3%, khi bốc hơi cô đặc sự mất mát Urê đợc xác định bởi sự thuỷ phân và sự chuyển hoá thành Biuret. (NH 2 )CO + H 2 O NH 3 + CO 2 (NH 2 ) 2 CO NH 2 - CO - NH- CO- NH 2 + NH 3 - Sự mất mát Urê khi chng bốc hơi giảm xuống khi tăng cờng độ gia nhiệt .Độ mất mát khi chng bốc hơi giai đoạn 2 thấp hơn ở giai đoạn 1 ,trong đó sự khác nhau về giá trị tuyệt đối các mất mát này tăng lên khi giảm áp suất chân không. Tuy nhiên sự chng bốc dịch Urê làm khối lợng nhiều chất mất đi theo hơi kể cả Urê ,sự phân bố cân bằng Urê pha lỏng và pha hơi đợc tính nh sau : CO(NH 2 ) 2 lỏng CO(NH 2 ) 2 hơi K = P k /N k = P.N k .N l Trong đó : N k - Đơn vị phần mol Urê trong pha khí . N l - Đơn vị phần mol Urê trong dung dịch . P k - áp suất hơi Urê. P - áp suất chung của hệ . -Mục đích của việc xác định cân bằng lỏng hơi trong giai đoạn chng bốc hơi là để cô đặc dịch Urê tới nồng độ yêu cầu ,nhằm giảm thấp sự tạo thành Biuret. Trong Urê phản ứng tạo thành Biuret xuất hiện ở nhiệt độ nóng chảy của Urê, mặt khác khi cô đặc diễn ra quá trinh tạo thành Biuret và quá trình ngợc lại là amoni hoá Biuret .Nếu hàm lợng Biuret lớn hơn hàm lợng cân bằng thì diễn ra quá trình hình thành Urê từ Biuret .Vậy khi áp suất amôniắc trên dịch nóng chảy tăng lên nồng độ Biuret cân bằng trong pha lỏng giảm xuống tức là cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành Urê. NH 2 CONHCONH 2 + NH 3 2(NH 2 ) 2 CO 4 -Bằng thực nghiệm cho thấy, tốc độ tạo thành Biuret tăng lên khi nhiệt độ tăng. Vì vậy quá trình cô đặc phải tìm cách hạ thấp nhiệt độ tới mức có thể đợc. Để đạt đợc nồng độ Urê 99,7% trớc khi tạo hạt thì phân áp hơi nớc trong pha khí phải hạ thấp .Việc giảm áp suất khi cô đặc phải dựa trên nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của nó. Nếu dịch Urê bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh làm tinh thể tách ra gây tắc thiết bị ,cho nên chng bốc theo 2 giai đoạn. Trong giai đoạn 1 bốc hơi ở áp suất cao hơn 0,273 at tuyệt đối (200 mm Hg) một chút làm cho bốc hơi một lợng lớn nớc để nâng nồng độ dung dich lên 95%. Nhiệt độ bão hoà của dung dịch urê 95% là 120 0 C . Do đó khống chế nhiệt độ cao hơn một chút từ 128 ữ 132 0 C để tránh kết tinh. Nếu nh áp suất cô đặc đoạn một quá cao thì lợng nớc bốc hơi ít ti đến bốc hơi đoạn 2 sẽ bốc hơi quá tải. Bởi vì dung dịch sau khi cô đặc đoạn 2 để đa đi tạo hạt phải đạt nồng độ 99,7 % cho nên áp suất cô đặc duy trì thấp tơng ứng với nhiệt đố sôi của dung dịch 138 ữ 142 0 C. Khi nồng độ dung dịch Urê ở 99,7% và nhiệt độ 140 0 C thì áp suất hơi nớc bão hoà của dung dịch sẽ là 25 mmHg . Thời gian lu của dung dịch càng dài thì sự thuỷ phân của URê càng cao , nên việc cô đặc trong áp suất chân không vừa rút ngắn thời gian bốc hơi vừa hạn chế sự tạo thành Biuret. -Để đảm bảo thời gian lu trong thiết bị bốc hơi của dịch phải đảm bảo có tốc độ bốc hơi cao vì thế phải: + Liên tục cung cấp nhiệt . + Rút lợng hơi đã sinh thành ra ngoài . -Để nâng cao hệ số truyền nhiệt chọn thiết bị cô đặc bốc hơi loại màng. Nguyên tắc của thiết bị cô đặc bốc hơi loại màng là: dịch Urê vào đáy các ống chùm, hơi nớc đi ngoài ống gia nhiệt cho dịch chứa trong ống, nớc bốc hơi lên dơi tác dụng của dòng hơi kéo lên phía trên làm cho dung dịch tạo thành màng mỏng bám dọc theo vách ống chùm và ngợc lên phía trên với tốc độ lớn để vào bộ phận phân ly và men theo các cánh xoắn ốc tiếp tục lên phía trên ,sau đó đợc tách ra và đa đi tạo hạt . 2- Quá trình tạo hạt: Khi dịch Urê từ cô đặc đoạn 2 đạt nồng độ 99,7% đợc bơm 735 A,B đa lên đỉnh tháp vào vòi phun để tạo hạt. Dịch Urê đợc vòi phun quay văng ra ở nhiệt độ cao gặp luồng không khí lạnh đi từ dới lên (dòng khí này do quạt ở đỉnh tháp hút) chúng tạo thành dòng xoáy của lực li tâm của vòi phun kết hợp với lực hút của quạt gió , cho nên các giọt Urê đợc vê laị tròn đều và trong quá trình đó đờng đi của các hạt Urê từ đỉnh tháp xuống đến đáy có thời gian dài hơn cho nên chúng cũng đợc làm nguội đi cơ bản và qua sàng phân loại xuống băng tải đa đi đóng bao. VII-Các quy trình thao tác Xởng Tổng Hợp Urê 1.Cơng vị nén CO 2 1.1.Nhiệm vụ cơng vị: Cơng vị nén CO 2 là một trong những cơng vị quan trọng của quá trình sản xuất Urê. Khí nguyên liệu CO 2 đợc đa tới từ phân xởng tinh chế ,khí sau khi qua nén đoạn 3 qua tháp khử lu huỳnh về nén đoạn 4 vào đoạn 5 đợc nén tới 200 Kg/cm 2 (Đã đợc bổ xung không khí) dùng để tổng hợp Urê. Trong quá trình thao tác, thờng xuyên duy trì áp lực ổn định, vận hành an toàn, cung cấp khí CO 2 đúng quy cách cho tổng hợp Urê và đặt nền móng tốt cho vịêc sản xuất Urê của toàn phân xởng. 1.2.Chỉ tiêu công nghệ: 1.2.1.áp suất: Cửa vào nén đoạn 1: 200 ữ 300mmH 2 O Cửa ra nén đoạn 1: 2,4 Kg/cm 2 Cửa ra nén đoạn 2: 10,5Kg/cm 2 Cửa ra nén đoạn 3: 33,6Kg/cm 2 Cửa ra nén đoạn 4: 80,5Kg/cm 2 Cửa ra nén đoạn 5: 210,0Kg/cm 2 Dầu tuần hoàn : 3,0Kg/cm 2 Dầu ống nhánh : 1,5Kg/cm 2 (Quá 4 phút áp suất dầu không lên đợc sẽ tự động ngừng máy). Nớc làm lạnh : 1,2Kg/cm 2 ( Khi áp suất nớc nhỏ hơn áp của khoá liên động máy sẽ tự ngừng). 1.2.2.Nhiệt độ: Nhiệt độ cửa ra đoạn 1:140 O C, Sau làm lạnh: 35 ữ 40 O C Nhiệt độ cửa ra đoạn 2:140 O C, Sau làm lạnh: 35 ữ 40 O C Nhiệt độ cửa ra đoạn 3:140 O C, Sau làm lạnh: 35 ữ 40 O C Nhiệt độ cửa ra đoạn 4:140 O C, Sau làm lạnh: 35 ữ 40 O C Nhiệt độ cửa ra đoạn 5:120 O C. Nhiệt độ gối đỡ trục : 60 O C. (Khi tới 60 O C sẽ báo cảnh, đến 65 O C tự động ngừng). 5 1.2.3.Điện: Công suất 703A,B,C: 1000kw/h Công suất 703D,E: 475kw/h. Điện thế máy chính: 6.000 Vol. Điện thế chỉnh lu: 77 Vol. Dòng điện máy chính: 114 A. Dòng chỉnh lu: 183 A. Cos máy chính: 0,9. Độ cách điện: 6 M 4-Năng suất: Năng suất 703A,B,C: 3300Nm 3 /h. Năng suất 703D,E: 2100Nm 3 /h. 5- Phân tích: Thuần độ khí CO 2 98,0 %V Hàm lợng H 2 S trong CO 2 vào 300 mg/m 3 Hàm lợng H 2 S sau khi qua khử 15 mg/m 3 Ô xy bổ xung vào khí CO 2 : Ban đầu: 0,8 %V Chạy máy bình thờng: 0,55 %V 2.Cơng vị tuần hoàn hiện trờng 2.1.Nhiệm vụ cơng vị: Cơng vị khống chế là cơng vị chủ chốt nhất trong dây chuyền sản xuất Urê, có trách nhiệm tiếp nhận CO 2 và NH 3 , thông qua các cơng vị nén, bơm, để tổng hợp ra Urê đồng thời phân giải thu hồi các chất cha phản ứng cho tuần hoàn trở lại chu trình. Ngoài ra phải duy trì sản xuất ổn định, nâng cao chất l- ợng sản phẩm. 2.2.Chỉ tiêu công nghệ: 2.2.1.áp suất: Tháp tổng hợp Urê PIC 727 = 200Kg/cm 2 Tuần hoàn đoạn I PIC 722 = 17 0,5Kg/cm 2 Tuần hoàn đoạn II PIC 737 = 2 0,2Kg/cm 2 Hệ thống chng nhả NH 3 PIC 745 = 3,5 0,2Kg/cm 2 Độ chân không cô đặc đoạn I PIC 753 = 500 ữ 520mmHg Độ chân không cô đặc đoạn II PIC 751 = 700 ữ 720mmHg Bộ bão hoà hơi nớc P 785 = 2,8 ữ 3,0Kg/cm 2 2.2.2.Nhiệt độ: Cửa ra bộ gia nhiệt 707 TI 722-3 = 35 ữ 50 O C Tháp tổng hợp 708 TIC 725-1-2 = 188 2 O C Dịch đáy tháp hấp thụ 715 TIC 732 = 85 ữ 95 O C Khí ra hấp thụ 715 TIC 733 = 45 ữ 50 O C Dịch ra phân ly phân giải đ.1 TIC 731 = 155 ữ 160 O C Dịch ra phân ly phân giải đ.2 TIC 738 = 145 ữ 150 O C Dịch ra hấp thụ 720 TIC 740 40 O C Dịch ra hấp thụ 721 TIC 722-7 = 35 ữ 40 O C Khí ra đỉnh 727 TIC 744 = 110 ữ 115 O C Dịch đáy tháp 727 TIC 743 = 145 ữ147 O C Dịch ra khỏi 732 TIC 748 = 125 ữ130 O C Dịch ra khỏi 734 TIC 750 = 136 ữ 140 O C 2.2.3.Thành phần: Dịch đáy 715 CO 2 = 30 ữ 34% Khí ra đỉnh 715 CO 2 = 70 PPM Dịch ra 720 CO 2 = 14 ữ 16% Dịch ra 721 NH 3 25 % 3.Cơng vị DCS 6 3.1.Nhiệm vụ cơng vị: Cùng với cơng vị tuần hoàn hiện trờng, tiếp nhận hơi 1,27 MPa, nớc tuần hoàn, NH 3 , CO 2 hợp cách thông qua nhiều cơng vị nh : Cơng vị nén, bơm v.v để tổng hợp thành Urê, đồng thời phân giải, hấp thụ tuần hoàn thu hồi lợng NH 3 d cha tham gia phản ứng. Cơng vị này là cơng vị điều hành trung tâm, chủ yếu trong việc hạ thấp định mức tiêu hao nguyên liệu cho 1 đơn vị sản phẩm, nâng cao hiệu suất thu hồi NH 3 , CO 2 , giảm bớt Urê bị tổn thất theo pha khí cũng nh pha lỏng, nâng cao chất lợng sản phẩm Urê. 3.2.Chỉ tiêu công nghệ: 3.2.1.áp suất: tt Hạng mục đơn vị áp suất Ký hiệu 1 Tháp tổng hợp Urê MPa 20,0 PIC727 2 Tuần hoàn đoạn I MPa 1,7 0,05 PIC 722 3 Tuần hoàn đoạn II MPa 0,2 0,02 PIC 737 4 Hệ thống chng nhả NH 3 MPa 0,35 0,2 PIC 745 5 Chân không cô đặc đoạn I KPa 34,65 ữ 32 PIC 753 6 Chân không cô đặc đoạn II KPa 8 ữ 5,33 PI 751 7 Bộ b o hoà hơi nã ớc cao áp MPa 0,38 ữ 0,40 PI 785 8 Bộ b o hoà hơi nã ớc thấp áp MPa 0,05 ữ 0,1 PI 779 9 áp suất hơi nớc vào hệ thống MPa 1,27 PIC 755 3.2.2.Nhiệt độ: tt Hạng mục đơn vị Nhiệt độ Ký hiệu 1 Cửa ra bộ gia nhiệt 707 O C 35ữ50 TI 722-3 2 Tháp tổng hợp 708B O C 188 2 TI 725-1,-2 1762 TI 725-3 3 Dịch đáy tháp hấp thụ 715 O C 85ữ95 TIC 732 4 Khí ra hấp thụ 715 O C 45ữ50 TI 733 5 Dịch ra phân ly phân giải đoạn I O C 155ữ160 TIC 731 6 Dịch ra phân ly phân giải đoạn II O C 145ữ150 TIC 738 7 Dịch ra hấp thụ 720 O C 35 TIC 740 8 Dịch ra hấp thụ 721 O C 28 ữ35 TI 722-7 9 Khí ra đỉnh 727 O C 115ữ120 TI 744 10 Dịch đáy tháp 727 O C 145 ữ147 TI 722-9 11 Dịch ra khỏi 732 O C 125ữ130 TIC 748 12 Dịch ra khỏi 734 O C 136ữ140 TIC 750 13 Khí ra khỏi 718 O C 28ữ32 TI 722 11 14 Dch ra khỏi 719 o C 33ữ35 TI 722 - 6 3.2.3.Thành phần: - Dịch đáy 715 : CO 2 = 30ữ34% . - Khí ra đỉnh 715 : CO 2 75 PPM. - Dịch ra 720 : CO 2 20 %. - Dịch ra 721 : NH 3 30 %, CO 2 2%. 4.Quy trình Thao tác Cơng vị Bơm 4.1. Nhiệm vụ cơng vị: Cơng vị bơm cũng là một trong những cơng vị chủ yếu thuộc dây chuyền sản xuất Urê, dùng bơm để nâng áp đạt yêu cầu công nghệ và vận chuyển nguyên vật liệu đến các thiết bị, thùng chứa theo yêu cầu. Ngoài ra còn phải chấp hành nghiêm chỉnh nội quy an toàn cấp 1, 2, 3 và mọi chế độ quy định của Công ty, xởng và phân xởng. Đồng thời chấp hành nghiêm túc mệnh lệnh trong sản xuất của tổ trởng, trởng ca đảm bảo sản xuất đạt hiệu quả, an toàn. 4.2.Chỉ tiêu công nghệ bơm: 4.2.1.Nhiệt độ: TT Hạng mục Đơn vị chỉ tiêu Ký hiệu 7 4.2.2.Dịch diện: - Thùng chứa 725 thấp nhất 1/2 kính thăm thứ nhất, cao nhất 1/2 kính thăm thứ 4, bình thờng 1/2 kính thăm thứ 2. - Thùng chứa 747 duy trì 3/4 thùng chứa đảm bảo độ chân không cô đặc. - Thùng chứa 749 duy trì 3/4 thùng chứa. 4.2.3.Các chỉ tiêu công nghệ đối với các bơm: - áp suất dầu biến tốc 716 : 0,7 ữ 0,8 MPa - áp suất tháp tổng hợp PIC 727 : 20,0 MPa. - p suất khí nén tại thùng hoãn xung : 2,2 MPA TT Chỉ tiêu Bơm 706 Bơm 716 Bơm 722 Bơm 709 Bơm 735 2Z 1 áp cửa vào (MPa) 1,8 1,8 0,3 0,3 ữ 0,5 0,0035 0,103 2 áp cửa ra (MPa) 20 20 1,8 22,0 0,8 2,2 3 T o cửa vào ( o C) 25 ữ 35 85 ữ 95 35 90 ữ100 136 ữ 140 30 4 Dòng điện đ/cơ (A) 290 220 16 37 30 5 T o các chi tiết ma sát và động cơ ( o C) 60 60 60 60 60 6 P dầu tuần hoàn (MPa) 0,3 ữ0, 5 0,3 ữ0, 5 0,4 ữ0, 6 0,4 ữ0, 6 5.Cơng vị đóng bao urê 5.1. Nhiệm vụ cơng vị: -Cơng vị đóng bao Urê hạt rời thơng phẩm vào trong bao PP - PE để bảo quản tránh hút ẩm và vận chuyển thuận lợi cho ngời tiêu dùng. -Là cơng vị cuối cùng kiểm tra chất lợng hạt đạm nh : Mầu sắc, kích thớc hạt đạm, độ đồng đều của hạt, độ ẩm mang tính định tính và đảm bảo định lợng bao đạm Urê trớc khi đóng gói xuất xởng theo đúng quy định về chất lợng hành hoá ra thị trờng. 5.2.Các chỉ tiêu công nghệ: - Nhiệt độ đạm máy đóng bao : 50 o C. - áp suất khí nén máy đóng bao : 0,4 MPa P 0,6 MPa. - Mầu sắc hạt đạm : Trắng trong. - Kích thớc hạt đạm : 1,0 mm 2,5 mm. - Chữ và số trên vỏ bao PP phải rõ ràng, đầy đủ đúng quy định của Công ty. - Bao PE phải lồng sát đáy vỏ bao PP. - Trọng lợng 1 bao Urê sản phẩm : 50 0,2 kg. 8 . thành Biuret. Trong Urê phản ứng tạo thành Biuret xuất hiện ở nhiệt độ nóng chảy của Urê, mặt khác khi cô đặc diễn ra quá trinh tạo thành Biuret và quá trình ngợc lại là amoni hoá Biuret .Nếu. hoá Biuret .Nếu hàm lợng Biuret lớn hơn hàm lợng cân bằng thì diễn ra quá trình hình thành Urê từ Biuret .Vậy khi áp suất amôniắc trên dịch nóng chảy tăng lên nồng độ Biuret cân bằng trong pha. + NH 3 (NH 2 ) 2 CO NH 4 CNO NH 3 + HNCO HNCO H 3 N 3 CO 3 Để ngăn ngừa sự hình thành Biuret (NH 2 CONHCONH 2 ) trong quá trình phân giải cần rút ngắn thời gian lu dịch và chng cất ở