Thiết kế dây chuyền sản xuất urê

Đồ án tốt nghiệp ­Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê                        MỞ ĐẦU Trong   công   nghiệp   việc   sản   xuất   Urê     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       nước   nông   nghiệp,     70%   dân   số   sống     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 NH3 và CO2. 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    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 CO2 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 NH3 lỏng và khí CO2, 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 Đồ án tốt nghiệp ­Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê  PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM URÊ   (NH2)2CO I NGUYÊN LIỆU 1. Đioxit Cacbon: Công thức hoá học  : CO2 Khối lượng phân tử : 44  (Đ.V.C) Ở  điều kiện thường điôxit cacbon là chất khí không màu.  Ở  0 C0 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 CO2 trắng.  Trong sản xuât Ure, nguốn nguyên liệu CO2 thường được sản xuất từ than,  khí thiên nhiên…Để  đạt được yêu cầu về độ sạch của CO2, khí sau khi sản xuất  được tinh chế và làm sạch. Trong thành phần khí theo CO2 vào tháp tổng hợp Ure  người ta quan tâm nhất là hàm lượng khí H2S 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  N2, H2…Hiện nay   công ty Phân đạm và Hoá chất  Hà Bắc   CO2 được sản xuất từ than Antraxit  2. Amoniac Công thức hoá học:  NH3   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 oC  Nhiệt độ nóng chảy :   ­77,75 oC Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 Đồ án tốt nghiệp ­Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê  Nhiệt độ kết tinh :    132,4 oC Thể tích phân tử ( 0 oC, 760 atm ) :    22,081 lít Tỷ trọng (  0 oC, 760 atm ) :    0,771 g/lít 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 NH3 khí. Ở nhiệt độ thường NH3 rất ổn định, ở  nhiệt độ cao   1200 oC thì bị phân huỷ.  Trong sản xuất Ure, Ammoniac được điều chế từ N2 , H2. Nồng độ của NH3  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 NH3  cho tổng hợp Ure là NH3 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   giảm so với dây chuyền sản xuất Urê từ  khí nguyên liệu  được sản xuất từ  than Xét tình hình cụ  thể    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, H2SO4, , 3. Yêu cầu về nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Urê   a. Yêu cầu về NH3: Nguyên liệu dùng trong sản xuất Urê là NH3 lỏng, lượng nước dầu và khí  trơ  hoà tan trong NH3 lỏng càng ít càng tốt.Hàm lượng NH3 trong Amoniac lỏng  nói chung không  nhỏ hơn 99,8%. Hàm lượng khí trơ hoà tan trong NH 3 phải thật  nhỏ.Nếu trong NH3 có hoà tan nhiều H2 và N2 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  Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 Đồ án tốt nghiệp ­Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê  không được lớn hơn 15ppm, nếu hàm lượng dầu quá lớn sẽ làm bẩn bề mặt trao  đổi nhiệt. Trong NH3 lỏng thường chứa bột xúc tác tổng hợp NH3, 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 CO2; Khí   CO2  dùng   cho   tổng   hợp   Urê   phải   đáp   ứng     yêu   cầu   sau:   Nồng độ CO2 ≥ 98,5% khí trơ không tham gia vào phản ứng tổng hợp ≤ 1,5% tạp  chất lưu huỳnh [...]... hao 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 Urê theo phương pháp tuần hoàn lỏng để ... 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 Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 14 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Khi tổng hợp Urê những phản  ứng thuận nghịch xảy ra kế tiếp nhau, đầu tiên... cacbamat trong NH3 là không đáng kể. Nhưng khi có mặt Urê thì độ  tan của nó   tăng khá nhanh, điều đó cũng có ý nghĩa quan trọng trong quá trình tổng hợp Urê.   Như vậy, việc tăng lượng ammoniac cho quá trình tổng hợp Urê sẽ thúc đẩy sự  Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 16 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê chảy lỏng của cacbamat amon, nghĩa là tăng lượng pha lỏng và do đó hiệu suất  tổng hợp sẽ tăng 1. Cân bằng phản ứng tổng hợp Urê. .. Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 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 cacbamat – amoniac  NH 3 Z D 90 10 80 20 70 30 60 40 50 50 40 30 60 119 0 C 0 120 0 80 0 100 (NH2) CO 2 X E 90 80 70 90 A M 40 30 20 10 Y NH4COONH2          Trên đó giới hạn trường kết tinh (NH 2)2CO, NH2COONH4 và NH3. Đồng ... 11 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 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 0C và tỷ  số mol NH3 : CO2 = 4 : 1, nghĩa là giảm so  với khi chưa cải tiến. Urê chảy lỏng từ  tháp tổng hợp ra cùng với áp suất ... Các tiêu chi công nghệ chính của tháp tổng hợp là, áp suất, nhiệt độ,tỷ  lệ  phân   tử NH3 : CO2, tỷ lệ H2O : CO2, trong nguyên liệu đưa vào tháp tổng hợp Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 12 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 2.1 Áp suất : Trong thực tế sản xuất do thời gian vật liệu dừng trong thpá bị hạn chế, làm cho  pha lỏng và pha khí cũng như phản  ứng của nguyên liệu phản  ứng trước khi ra   khỏi tháp không thể đạt được trạng thái cân bằng hoàn toàn,vì thế thường là trị ...Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê 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 ... vật liệu làm nhân tố chính ngoài tốc độ phản ứng để xem  xét. Vì vậy chúng ta   chọn nhiệt độ khoảng 188 ÷ 190 0C         2.3. Tỷ lệ NH3 : CO2 Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 13 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê Xét về lý thuyết trong điều kiện nhất định thì tỷ lệ NH 3 : CO2 lớn thì hiệu suất  chuyển hoá cao và lượng Urê tạo ra cũng cao.Nếu tỷ  lệ NH 3 : CO2  lớn quá làm  cho   thời   gian   vật   liệu   dừng   lại   trong   tháp   ruát   ngắn  ... Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 17 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê                               K (NH 2 ) 2 CO x H 2 O NH 3 2 x CO2    Giả sử CO2 đưa vào là       1 mol                 NH3 đưa vào là       a mol  ( a ≥ 1)                H2O đưa vào là       b mol     Tại thời điểm cân bằng có x mol CO2 được chuyển hoá thành Urê khi đó thành  phần của các cấu tử:                 CO2                 1 –  x     mol ... Hình 3: Áp suất hơi cân bằng trên Urê chảy lỏng, thu được khi quan hệ theo  tỷ lệ NH3 : CO2 = 2 Nguyễn Minh Thành – CN Vô cơ K47 19 Đồ án tốt nghiệp  Thiết kế dây chuyền sản xuất Urê ( C) 500 0 2 400 3 300 1 4 200 100 0 100 150 200 250 (atm) Áp suất hơi trên Urê chảy lỏng phụ  thuộc không chỉ  vào nhiệt độ  chảy   lỏng, mà còn cả quan hệ giữa cấu tử NH 3 và CO2  trong hỗn hợp đầu. Nó sẽ tăng  đột biến khi tăng hàm lượng CO2 trong hỗn hợp ban đầu vượt qua tính toán lý