ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT URÊ.DOC

Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê MỞ ĐẦU Trong công nghiệp việc sản xuất Urê bằng phương pháp tổng hợp từ ammoniac và khí cacbonic được thực hiện vào năm 1868 do A.I Badarôp đưa ra. Urê là loại phân đạm chứa nhiều hàm lượng Nitơ nhất (46%), có tác dụng tốt đối với việc nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm cây trồng. Urê không chỉ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp mà nó còn được ứng dụng trong nhiều nghành công nghiệp khác như: Công nghiệp sản xuất nhựa, tổng hợp keo, , Ngoài ra Urê có cũng được sử dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp dược phẩm và sản xuất sợi. Nước ta là một nước nông nghiệp, trên 70% dân số sống bằng nghề nông.Vì vậy nông nghiệp là một nghành quan trọng cần được đầu tư phát triển để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, và trở thành một cường quốc xuất khẩu lương thực, do đó phân bón phục vụ nông nghiệp là rất quan trọng và cần thiết. Nhu cầu phân bón ở nước ta hiện nay ước tính khoảng 3500000 tấn/năm.(Theo www.cuctt.mard.gov.vn thống kê năm 2006). Để đạt được mục tiêu đó thì việc nghiên cứu tìm ra các loại phân bón mới có tác dụng nâng cao nâng suất chất lượng sản phẩm cây trồng và giá thành rẻ là điều rất cần thiết. Đồng thời cũng phải nghiên cứu các biện pháp cải tiến công nghệ, thiết bị cũng như việc đầu tư thay thế các dây chuyền sản xuất hiện đại để nâng cao năng suất chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Hiện nay ở nước ta năng lực sản xuất phân bón phục vụ nông nghiệp của nhà máy vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước.Do đó hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu một lượng khá lớn phân bón nông nghiệp của nước ngoài. Nguyên liệu để sản xuất Urê là từ NH 3 và CO 2 . Hiện nay ở nước ta có hai nhà máy sản xuất Urê là nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc ở Bắc Giang và nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu. Nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu sử dụng dây chuyền công nghệ của hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) và của hãng Snamprogetti (Ý) đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là khí đồng hành, tạo ra NH 3 lỏng và khí CO 2 đưa và tổng hợp Urê. Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là than đá tạo ra NH 3 lỏng và khí CO 2 , sử dụng dây chuyền công nghệ tuần hoàn lỏng toàn bộ cho quá trình tổng hợp Urê. Phần tính toán thiết kế Xưởng sản xuất Urê dưới đây, được trình bày dựa trên dây chuyền của Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc. Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 1 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM URÊ (NH 2 ) 2 CO I. NGUYÊN LIỆU. 1. Đioxit Cacbon: Công thức hoá học : CO 2 Khối lượng phân tử : 44 (Đ.V.C) Ở điều kiện thường điôxit cacbon là chất khí không màu. Ở 0 C 0 khi nén đến áp suất 35,5 atm thì điôxit cacbon sẽ hoá lỏng. Chất lỏng không màu. Tiếp tục hạ nhiệt độ nó tạo băng CO 2 trắng. Trong sản xuât Ure, nguốn nguyên liệu CO 2 thường được sản xuất từ than, khí thiên nhiên…Để đạt được yêu cầu về độ sạch của CO 2 , khí sau khi sản xuất được tinh chế và làm sạch. Trong thành phần khí theo CO 2 vào tháp tổng hợp Ure người ta quan tâm nhất là hàm lượng khí H 2 S vì nó gây ăn mòn thiết bị rất mạnh và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trong thành phần khí ngoài ra còn có các khí khác như N 2 , H 2 …Hiện nay ở công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc CO 2 được sản xuất từ than Antraxit 2. Amoniac Công thức hoá học: NH 3 Khối lượng phân tử: 17,03 (Đ.V.C) Ở điều kiện thường, Ammoniac là chất khí không màu, có mùi khai và xốc. Một số hằng số hoá lý cơ bản của Ammoniac: Nhiệt độ sôi : -33,75 o C Nhiệt độ nóng chảy : -77,75 o C Nhiệt độ kết tinh : 132,4 o C Thể tích phân tử ( 0 o C, 760 atm ) : 22,081 lít Tỷ trọng ( 0 o C, 760 atm ) : 0,771 g/lít Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 2 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Amoniac là chất hoà tan tốt trong nước. Ở nhiệt độ thường và áp suất ngoài trời 1 lít nước hoà tan gần 750 lít NH 3 khí. Ở nhiệt độ thường NH 3 rất ổn định, ở nhiệt độ cao ≥ 1200 o C thì bị phân huỷ. Trong sản xuất Ure, Ammoniac được điều chế từ N 2 , H 2 . Nồng độ của NH 3 trong đó rất cao đạt ≥ 99,8 % khối lượng. Phần còn lại chủ yếu là nước và 1 lượng nhỏ khí hoà tan khác. Trong sản xuất Ure thì yêu cầu về nguồn nguyên liệu NH 3 cho tổng hợp Ure là NH 3 lỏng giàu, lượng khí. Nguồn nguyên liệu chủ yếu ở nước ta hiện nay để sản xuất hai khí nguyên liệu này là than, qua nhiều giai đoạn do đó thiết bị sản xuất cồng kềnh. Nên chi phí đầu tư lớn, làm tăng giá thành sản phẩm. Hiện nay ở nước ta có nguồn nguyên liệu là khí đồng hành có thể dùng sản xuất khí nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Urê.Nếu sử dụng nguồn nguyên liệu là khí đồng hành cho việc sản xuất nguyên liệu tổng hợp Urê thì chi phí đầu tư sẽ giảm so với dây chuyền sản xuất Urê từ khí nguyên liệu được sản xuất từ than. Xét tình hình cụ thể ở nước ta hiện nay để sản xuất Urê sử dụng nguyên liệu là than vẫn có hiệu quả tương đối cao bởi một số điều kiện sau: + Khí sản xuất khí nguyên liệu thì tiêu thụ một lượng than rất lớn nên giải quyết được tình trạng trì trệ của nghành than hiện nay do tạo được công ăn việc làm và thu nhập ổn định cho người lao động ngành than. + Là cơ sở để xây dựng một liên hợp sản xuất nhiều mặt hàng phân bón và hoá chất như Urê, NPK, SODA, DAP, H 2 SO 4 , , 3. Yêu cầu về nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Urê. a. Yêu cầu về NH 3 : Nguyên liệu dùng trong sản xuất Urê là NH 3 lỏng, lượng nước dầu và khí trơ hoà tan trong NH 3 lỏng càng ít càng tốt.Hàm lượng NH 3 trong Amoniac lỏng nói chung không nhỏ hơn 99,8%. Hàm lượng khí trơ hoà tan trong NH 3 phải thật nhỏ.Nếu trong NH 3 có hoà tan nhiều H 2 và N 2 thì sau khi vào tháp tổng hợp Urê sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất tổng hợp Urê. Lượng dầu chứa trong NH 3 lỏng không được lớn hơn 15ppm, nếu hàm lượng dầu quá lớn sẽ làm bẩn bề mặt trao đổi nhiệt. Trong NH 3 lỏng thường chứa bột xúc tác tổng hợp NH 3 , bởi vậy phải đuư lọc sạch trước khi vào tháp tổng hợp Urê, nếu không sẽ che phủ tạo lớp cặn trên bề bặt truyền nhiệt. b. Yêu cầu về nguyên liệu CO 2 ; Khí CO 2 dùng cho tổng hợp Urê phải đáp ứng những yêu cầu sau: Nồng độ CO 2 ≥ 98,5% khí trơ không tham gia vào phản ứng tổng hợp ≤ 1,5% tạp chất lưu huỳnh < 15 mg/m 3 tiêu chuẩn Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 3 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Hàm lượng lưu huỳnh trong khí CO 2 càng nhỏ càng tốt bởi hợp chất sunfua có khả năng gây ăn mòn rất mạnh đối với các thiết bị sản xuất Urê vì vậy phải khử bỏ lưu huỳnh trước khi vào tháp tổng hợp. Hàm lượng H 2 trong khí trơ cần khống chế < 1,2% .Nếu hàm lượng H 2 tăng lên thì ở bộ phân nào đó trong hệ thống tổng hợp Urê sẽ tạo thành NH 3 – H 2 - O 2 là một hỗn hợp khí nổ rất nguy hiểm khi gặp tia lửa. Để ngăn ngừa thiết bị sản xuất Urê bị ăn mòn trước khi đưa khí CO 2 vào tháp tổng hợp người ta đưa vào cùng một luợng không khí hoặc oxi nguyên chất chiếm khoảng 2,5% thể tích không khí và duy trì hàm lượng O 2 trong CO 2 là 0,5% thể tích. II. SẢN PHẨM URÊ. 1. Tính chất vật lý: Công thức hoá học : (NH 2 ) 2 CO Khối lượng phân tử : 70 (Đ.V.C) Phân Urê hay còn gọi là Cacbamit, là phân có chứa nhiều nitơ nhất ( 46%). Urê tinh khiết là tinh thể màu trắng, tỷ trọng 1,33 g/cm 3 , nhiệt độ nóng chảy khoảng 132,4 o C. Thành phần của phân Urê bao gồm: - Hàm lượng Urê nguyên chất: 99,2% - Hàm lượng Fe: 0,005% - Hàm lượng NH 3 tự do: < 0,015% 2. Tính chất hóa học: a. Tác dụng nhiệt: Urê khi đốt nóng dưới áp suất khí quyển, đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy (t o nc ) sẽ bị phân hủy thoát NH 3 . Cơ chế của quá trình như sau: (NH 2 ) 2 CO → NH 4 OCN NH 4 OCN → HOCN + NH 3 Axit xyanic HOCN + (NH 2 ) 2 CO → NH 2 CONHCONH 2 Biure Hợp chất Biure là thành phần có hại đối với cây trồng, nó làm cây trồng bị bạc lá. Vì vậy cần phải tổng hợp Urê trong điều kiện thích hợp tránh việc tạo Biure b. Độ tan của Urê trong các dung môi: Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 4 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Urê tan tốt trong nước, rượu và dung dịch amoniac. Dung dịch Urê bão hòa ở nhiệt độ t o = 20 o C có 51,83% (NH 2 ) 2 CO t o = 60 o C có 78,8% (NH 2 ) 2 CO t o = 120 o C có 95% (NH 2 ) 2 CO Ở nhiệt độ trên 130 o C, dung dịch nước cacbamit sẽ bị phân hủy thành NH 3 và CO 2 . c. Tác dụng với các axit: Urê tác dụng với các axit tạo thành các muối khác nhau: - Hợp chất muối Nitrat: (NH 2 ) 2 CO.HNO 3 ít tan trong nước, khi bị đốt nóng sẽ phân hủy và nổ. - Hợp chất muối phốt phát: (NH 2 ) 2 CO.H 3 PO 4 hòa tan tốt trong nước và phân ly hoàn toàn. d. Tác dụng với các muối: Urê có phản ứng với một số muối tạo thành các phức, thường có chứa tới 2 cấu tử phân bón như Ca(NH 3 ) 2 .4CO(NH 2 ) 2 Ca(H 2 PO 4 ) 2 .H 2 O + (NH 2 ) 2 CO → CO(NH 2 ) 2 .H 3 PO 4 + CaHPO 4 .H 2 O 3. Ứng dụng của Urê: a. Trong nông nghiệp: Urê là loại phân đạm có thành phần Nitơ nhiều nhất (46%) khối lượng, cung cấp một hàm lượng đạm lớn cho cây trồng. Urê có thể dung 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. Vì vậy phân Urê được sử dụng rất rộng rãi trong nông nghiệp. b. Trong công nghiệp: Urê được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa Urê- formandehit. Urê là thành phần chính của phân hóa học Urê và được dùng để bổ sung thức ăn cho động vật, nó cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng. Được sử dụng để thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay. Nó không gây hiện tượng ăn mòn như muối. Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 5 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Urê là một thành phần bổ sung cho thuốc lá để thêm hương vị. Urê là thành phần của dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm. c. Trong phòng thí nghiệm: Urê là chất biến tính protein mạnh. Thuộc tính này được sử dụng để làm tăng độ hòa tan của một số protein. Vì tính chất này nó được sử dụng trong các dung dịch đặc tới 10M. d. Trong y học: Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu để giúp cho quá trình tái hydrat hóa của da. Urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần như không đổi, nồng độ Urê trong máu chỉ ra vấn đề với sự bài tiết nó hoặc trong một số trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều Urê trong cơ thể.( Theo www. wikipedia.org) Nồng độ Urê cao trong cơ thể có thể sinh ra các rối loạn thần kinh. Thời gian dài bị Uremia có thể làm đổi màu da sang màu xám. Tóm lại Urê có vai trò to lớn trong rất nhiều nghành và trong đời sống con người, trong đó nhấn mạnh đến vai trò là phân bón trong sản xuất nông nghiệp. Vì vậy nghiên cứu, thiết kế dây chuyền sản xuất Urê có ý nghĩa rất quan trọng. Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 6 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT URÊ TỪ NH 3 LỎNG VÀ KHÍ CO 2 I. Lựa chọn dây chuyền sản xuất: Tổng hợp trực tiếp Urê từ NH 3 và CO 2 bao gồm một số giai đoạn : - Tác dụng giữa NH 3 và CO 2 ( quá trình tổng hợp) - Chưng cất sản phẩm tổng hợp - Chế biến dịch Urê thành sản phẩm Những phương pháp tổng hợp Urê ít khác nhau bởi những điều kiện quá trình tổng hợp và chúng được phân loại chủ yếu là theo phương pháp sử dụng các khí chưng luyện. Hiện nay có 3 phương pháp phổ biến để sản xuất Urê. 1. Phương pháp không tuần hoàn NH 3 dư: Trong dây chuyền sản xuất phâm đạm Urê khi thực hiện quá trình không tuần hoàn amoniac dư người ta dùng nó để chế biến các sản phẩm phụ khác như: amoni nitrat, amoni sunfat, các muối amoni khác hoặc NH 3 lỏng. Nếu tiến hành sản xuất Urê theo phương pháp này ta có thể kết hợp để sản xuất các sản phẩm khác, khi đó lại cần phải có chi phí đầu tư cho các dây chuyền sản đó. 2. Phương pháp bán tuần hoàn: Trong phương pháp có tuần hoàn amoniac chưa bị chuyển hóa thành Urê thì người ta tách nó khỏi khí chưng luyện Urê chảy lỏng và cho quay trở lại chu trình. Việc chưng luyện có thể tiến hành một cấp hay hai cấp. Khi chưng luyện một cấp, Urê chảy lỏng từ tháp tổng hợp ra được tiết lưu đến 1,2 at và được đưa vào chưng luyện ở 70 o C. Amoniac và sản phẩm phân hủy các muối amoni thu được sau khi chưng luyện được đưa vào chế biến thành amoni nitrat hoặc các sản phẩm khác. Dung dịch Urê được bốc hơi cô đặc, sau đó kết tinh. Khi chưng luyện Urê chảy lỏng hai cấp thì phần lớn Urê chảy lỏng được quay trở lại chu trình. Tăng lượng NH 3 dư khi tổng hợp Urê sẽ tăng được phần NH 3 chưng cấp ở cấp I của chưng luyện và lượng NH 3 được chế biến thành NH 4 NO 3 bị giảm. Điều đó cho phép sử dụng lượng NH 3 dư trong quá trình tổng hợp lớn hơn so Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 7 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê với chưng luyện một cấp. Khí sau khi chưng luyện hai cấp là CO 2 , NH 3 và hơi nước có thể đem đi chế biến thành amoni nitrat hoặc muối amoni quay lại quá trình. 3. Phương pháp tuần hoàn lỏng: So với các phương pháp khác thì phương pháp sản xuất Urê cùng với sự quay trở lại toàn bộ các khí chưng luyện chưa hấp thụ ở dạng lỏng được sử dụng phổ biến hiện nay trong công nghệ sản xuất Urê. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này so với các phương pháp khác ở chỗ lưu trình đơn giản thiết bị chắc chắn đáng tin cậy, định mức tiêu hao có thể giảm tới mức tối thiểu. Hiện nay tồn tại một số phương pháp tái sinh khí chưng luyện nhằm tuần hoàn chúng: 1- Ép nóng 2- Hấp thụ các khí bằng dầu khoáng 3- Hấp thụ chọn lọc NH 3 và CO 2 (tuần hoàn khí) 4- Quay NH 3 và CO 2 trở lại chu trình ở dạng dịch lỏng của các muối amoni (tuần hoàn lỏng) Theo phương pháp ép nóng thì hỗn hợp NH 3 và CO 2 được nén ở 175 ÷ 210 0 C, nghĩa là những điều kiện loại trừ sự tạo thành amoni cacbamat rắn. Phương pháp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì những khó khăn sinh ra khi nén hỗn hợp khí ở nhiệt độ cao và ít kinh tế mặc dù là sử dụng NH 3 cao đến 93%. Hãng CHEMICO của Mỹ đề ra tuần hoàn NH 3 và CO 2 thực hiện ở trạng thái nóng đồng thời phân hủy amoni cacbamat theo các giai đoạn 70 at, 14 ÷ 28 at và 1 at. Khí chưng luyện thoát ra được nén đến áp suất 210 at là áp suất quá trình tổng hợp phải thực hiện. Việc đốt nóng các khí xảy ra do nén đoạn nhiệt. Nhiệt dư trong quá trình tổng hợp được sử dụng để chế tạo hơi nước. Khi hấp thụ NH 3 và CO 2 bằng dầu khoáng trơ thì huyền phù amoni cacbamat được tạo thành đi vào tháp tổng hợp. Quá trình tổng hợp được tiến hành ở 210 at và 180 0 C. Mức độ chuyển NH 3 và CO 2 thành Urê là 40 ÷ 50%. Nhiều phương pháp dựa vào hấp thụ chọn lọc một trong các cấu tử NH 3 và CO 2 đã được đưa ra. Ví dụ: hấp thụ chọn lọc NH 3 từ các khí chưng luyện bởi dung dịch Urê nitrat (phương pháp INVENTA). Dioxit cacbon không bị hấp thụ, thải đi Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 8 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê hoặc sử dụng lại chu trình. Hấp thụ chọn lọc khí CO 2 từ khí chưng luyện (phương pháp CHEMICO) là một ví dụ khác, theo phương pháp này thì quá trình tổng hợp được tiến hành ở 170 atm và 175 ÷ 185 0 C, khi có mặt lượng dư NH3 lớn (NH3/CO2= 6/1); điều đó cho phép nâng cao mức độ chuyển amoni cacbamat thành Urê đến 76%. Việc hấp thụ khí CO 2 nhờ mono etanol amin. Ngày nay đối với phương pháp này, chế độ kỹ thuật đã khác đi chút ít. Quá trình này đã được tiến hành dưới áp suất 280 at và ở nhiệt độ 205 ÷ 232 0 C, tỷ số NH 3 : CO 2 = (4 ÷ 4,5):1. Hiệu suất Urê khi ấy là 80 ÷ 85%. Tháp tổng hợp được lót bằng zinconi để nâng cao độ bền. Nhiệt được sử dụng để chế tạo hơi nước. Quá trình được tiến hành theo hai cấp. Việc hấp thụ khí CO 2 từ khí chưng luyện được tiến hành chọn lọc bằng mono etanol amin. Một phương pháp hỗn hợp tuần hoàn các khí trở lại tháp tổng hợp đã được nghiên cứu 75% NH 3 và CO 2 chưa phản ứng được quay trở lại chu trình ở dạng dung dịch của các muối amoni; 25% còn lại nhờ vào hấp thụ chọn lọc. Khi hấp thụ chọn lọc bằng dung dịch mono etanol amin thì quá trình có thể được thực hiện với sự tuần hoàn một bộ phận hoặc toàn bộ khí chưng luyện trở lại chu trình. Những phương pháp thực hiện tuần hoàn NH 3 và CO 2 trở lại chu trình ở dạng dung dịch các muối amoni (tuần hoàn lỏng) là phương pháp triển vọng nhất vì tính kinh tế của nó. Gần đây nhiều hãng sản xuất tiến hành làm việc theo sự cải tiến của phương pháp này. Để điều chỉnh nhiệt độ, tháp được trang bị một vỏ lạnh. Quá trình được tiến hành trong những điều kiện được kiểm tra nghiêm ngặt thì hiệu suất tổng hợp Urê đạt đến 68%. Quá trình tiến hành chưng luyện Urê được tiến hành theo hai cấp, cấp áp suất dưới 20 at và gần đến áp suất khí quyển. Amoniac và cacbon dioxit quay toàn bộ trở lại chu trình ở dạng dung dịch các muối amoni. Quá trình bốc hơi dung dịch Urê được tiến hành dưới áp suất chân không cho đến khi hàm ẩm 0,6%. Sản phẩm thu được ở dạng hạt có độ tinh khiết cao và có hàm lượng Biure nhỏ. Theo phương pháp Toyo Koatsu (Nhật Bản) thì việc tác dụng tương tác của NH 3 và CO 2 theo thông số kỹ thuật khác đi chút ít, áp suất 220 ÷ 230 at, nhiệt độ 180 ÷ 190 0 C và tỷ số mol NH 3 : CO 2 = (3,5 ÷ 4,5) : 1. Khi ấy mức độ chuyển hóa Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 9 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê CO 2 thành Urê là 58%. Urê chảy lỏng được đưa vào chưng luyện ở 17 atm và 2 ÷ 3 atm. Khác với phương pháp Montecatin là trong phương pháp này có một bộ phận NH 3 thoát ra ở cấp chưng luyện thứ nhất ở dạng chảy lỏng tinh khiết, được đưa quay trở lại chu trình. Một bộ phận NH 3 khác và CO 2 được đưa quay trở lại dung dịch ở dạng các muối amoni. Thành phẩm được sản xuất không những ở dạng tinh thể nhỏ mà còn ở dạng hạt. Theo phương pháp STEMI CACBON thì quá trình tuần hoàn NH 3 và CO 2 chưa phản ứng được thực hiện như phương pháp TOYO KOATSU. Quá trình tổng hợp được tiến hành ở 175 ÷ 190 0 C, áp suất 200 atm và tỷ số mol NH 3 : CO 2 = 4,5 : 1. Mức chuyển hóa CO 2 thành Urê là 62%. Quá trình chưng luyện Urê chảy lỏng được tiến hành theo hai cấp ở các áp suất tương ứng 18 atm và 3 atm. Trước khi tạo hạt kết tinh dung dịch được bốc hơi đến nồng độ 99,8% CO(NH 2 ) 2 trong thiết bị bốc hơi hai cấp. Quá trình bốc hơi tiến hành dưới áp suất chân không (ở cấp I áp suất 300 mmHg, cấp II là 15 mmHg). Urê kỹ thuật thu được trực tiếp từ dung dịch 70 ÷ 74% đã được chế biến trước bằng than hoạt tính nhằm cải thiện phẩm chất của nó. Ngày nay, hãng STEMI CACBON đã đưa một loạt những cải thiện vào phương pháp này, điều đó đã cho phép hạ thấp hệ số tiêu hao và giá thành của sản phẩm. Theo phương pháp mới quá trình tổng hợp Urê được tiến hành ở áp suất 130 atm, nhiệt độ 180 0 C và tỷ số mol NH 3 : CO 2 = 4 : 1, nghĩa là giảm so với khi chưa cải tiến. Urê chảy lỏng từ tháp tổng hợp ra cùng với áp suất ấy được đưa vào tháp thổi để phân hủy amoni cacbamat. Amoni dư và sản phẩm phân hủy amoni cacbamat là NH 3 và CO 2 dạng khí được thổi khỏi dung dịch chảy lỏng nhờ vào CO 2 mới cung cấp vào tháp bằng máy nén và chúng được quay trở lại tháp tổng hợp. Quá trình chưng luyện hai cấp dưới áp suất được tiến hành tiếp theo. Nhiệt dư được tạo thành khi tổng hợp được sử dụng để sản xuất hơi nước. Hãng TOYO KOATSU đã đề ra phương pháp liên hợp sản xuất NH 3 và Urê hạ thấp đến 6 ÷ 7 % chi phí kinh doanh và 5 ÷ 10% đầu tư cơ bản. Bản chất của phương pháp là chế biến CO 2 từ khí thu được bởi khí metan và cacbon oxit thành Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 10 [...]... thấp Dây chuyền sản xuất khép kín, liên tục mà không cần thêm dây chuyền để sản xuất các sản phẩm chứa amoni khác Trong khuôn khổ trong cuốn đồ án này em được giao thiết kế dây chuyền sản xuất phân xưởng tổng hợp Urê mà không sản xuất các sản phẩm khác Để tận dụng được toàn bộ nguyên liệu, tránh gây tổn thất, mất mát nguyên liệu trong quá trình sản xuất nên trong cuốn đồ án em chọn dây chuyền sản xuất. .. 4,5 : 1 : 0,7 Tổn thất Urê trong quá trình sản xuất (% khối lượng): - Khi chưng luyện: 5% - Khi bốc hơi cô đặc: 1% ( trong đó có 0,5% không hoàn lại được) Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 27 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê - Khi kết tinh tạo hạt: 1% Mức độ tổn thất toàn bộ là: 5 + 1 + 1 = 7% 2 Tính toán: Do tổn thất Urê trong toàn bộ dây chuyền là 7% , nên muốn thu được 19531 kg Urê... tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN VI TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT Dây chuyền sản xuất Urê năng suất 150.000 tấn/năm Thời gian dừng máy trong năm: 1 Thời gian dừng đại tu: 30 ngày 2 Thời gian ngừng sửa chữa nhỏ: 10 ngày 3 Thời gian ngừng bất thường: 5 ngày Thời gian chạy máy trong năm: 365 – (30 + 10 + 5) = 320 ngày A CÂN BẰNG VẬT LIỆU Tính năng suất dây chuyền trong thời... ứng, ăn mòn thiết bị… Do đó cần khống chế nhiệt độ làm việc ở nhiệt độ thích hợp đối với thừng phương pháp sản xuất Thời gian lưu lại của hỗn hợp phản ứng trong tháp tổng hợp ở điều kiện 200 atm và 190oC khoảng từ 45 ÷ 60 phút, đảm bảo mức độ chuyển hóa amoni cacbamat thành Urê lớn nhất và hạn chế phân ứng phụ Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 24 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN... Minh Thành – CN Vô cơ K47 12 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN III CƠ SỞ HOÁ LÝ TỔNG HỢP URÊ TỪ AMONIAC LỎNG VÀ KHÍ CACBONIC Tổng hợp Urê từ khí CO2 và NH3 lỏng được tiến hành qua hai giai đoạn nối tiếp nhau: - Tác dụng của CO2 và NH3 - Chưng cất sản phẩm tổng hợp và chế biến dung dịch Urê thành sản phẩm Khi tổng hợp Urê những phản ứng thuận nghịch xảy ra kế tiếp nhau, đầu tiên thu... K47 19 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê vậy khi tổng hợp Urê ở nhiệt độ từ 180 ÷ 200oC để đảm bảo hiệu suất phản ứng, cân bằng và động lực quá trình mà không ảnh hưởng đến ăn mòn thiết bị 3.3 Ảnh hưởng của độ chứa đầy Độ chứa đầy là lượng nguyên liệu chứa trong một đơn vị thể tích thiết bị γ (g/cm3) γ= ω (g/cm3) trong đó v ω - lượng nguyên liệu chứa trong tháp (g) v – thể tích thiết. .. của cacbamat giảm Hình 1 Giản đồ tan của hệ H2O – NH2COONH4 Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 13 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 152 0 ( C) 140 Amonicacbamat 100 60 (NH4)2CO3.2NH4HCO3 20 0 Amonicabonat 0 20 40 60 80 100 NH4COONH2 ( %KL) Urê được tạo thành chỉ trong pha lỏng, bởi vì amoni cacbamat rắn khi đun nóng giải phóng nước rất chậm Hình 2 Giản đồ trạng thái của hệ Urê – amoni... hiệu suất chuyển hoá tăng không đáng kể Mặt khác khi tăng áp suất thì tiêu hao động lực cũng tăng lên và yêu cấu kết cấu đối với tháp tổng hợp cũng cao Vì vậy việc lựa chọn áp suất thao tác được lấy theo áp suất cân bằng của hỗn hợp ở đỉnh tháp làm chuẩn và cao hơn 20% tức là 196 ÷ 200 at Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 11 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 2.2 Nhiệt độ: Nhiệt độ tháp... lượng NH 3 dư trong hỗn hợp ban đầu với lượng tính toán lý thuyết Amoniac dư làm giảm tác dụng có hại của nước tách ra trong quá trình Ngoài ra NH 3 dư làm giảm ăn mòn thiết bị Ảnh hưởng của NH3 đến hiệu suất cân bằng của Urê được thể hiện ở hình 9 Hình 9 Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 22 (HiÖu suÊt Ure %) Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 80 70 60 50 2 3 4 5 6 NH3 :CO2 Tuy vậy không... Thành – CN Vô cơ K47 1,2 21 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Lượng nước sinh thành được tác dụng với lượng amoniac dư và tạo thành NH4OH và do đó cân bằng bị phá vỡ và việc tạo thành Urê tiếp tục xảy ra Tuy vậy, do việc tạo thành NH4OH nên tỷ lệ NH3/CO2 giảm và hiệu suất cân bằng giảm Một nguyên nhân nữa là do một phần amon cacbamat tác dụng với nước tạo sản phẩm phụ amoni cacbonat . K47 3 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Hàm lượng lưu huỳnh trong khí CO 2 càng nhỏ càng tốt bởi hợp chất sunfua có khả năng gây ăn mòn rất mạnh đối với các thiết bị sản xuất Urê. tổng hợp Urê trong điều kiện thích hợp tránh việc tạo Biure b. Độ tan của Urê trong các dung môi: Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 4 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Urê tan. chuyền sản xuất Urê có ý nghĩa rất quan trọng. Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 6 Đồ án tốt nghiệp -Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê PHẦN II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT URÊ TỪ NH 3