6. Cấu trúc của luận văn
4.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền sản xuất
4.2.3. Tính tốn cơng suất vận hành máy nén khí nguyên liệu đầu vào 10K-4011
Thể tích đầu vào của khí nén được xác định theo công thức sau:
! =($)(8.314)(+,)(-,)
(.)(/,)
(4.25)
Trong đó: W là lưu lượng khối; T1 là nhiệt độ đầu vào; Z1 là hệ số nén của khí đầu vào; M là khối lượng phân tử; P1 là áp suất đầu vào.
Giả sử quá trình nén là đoạn nhiệt và đẳng entropy, ta có:
!"#=((*-,)/*%&' /0
/1 (*-,)/*
− 1 (4.26)
Trong đó: P2 là áp suất đầu ra; T là nhiệt độ tuyệt đối; R là hằng số chất khí; k là tỷ số nhiệt dung.
Các tính tốn này sẽ được thực hiện cho toàn bộ các cấp nén mà sẽ tiến hành cho từng cấp nén riêng biệt dựa trên việc áp dụng hệ số nén trung bình:
!"#$ =!&+ !(
2 (4.27)
Q trình nén đẳng nhiệt
Tính tốn áp giá trị nhiệt dung
!"#= %&'()*+ ,(.-1)/. 34 3+ (5-+)/5 − 1 (4.28) Biểu thức (4.28) có thể được viết dưới dạng:
!"#=8.314 * +,-./0 (2-1)/2 67 60 (8-0)/8 − 1 (4.29)
Cơng suất khí nén được xác định như sau:
!" = $ %&' h&' 3,600
(4.30) Ở đây h!"=0.83
Giá trị tương đối theo lý thuyết về sự chênh lệch của nhiệt độ đầu ra được tính theo biểu thức sau: !"#$%&'= !)+ ∆!#$%&' (4.31) ∆"#$%&' = ") *+ *) (--))/- − 1 (4.32) Nhiệt độ đầu ra thực tế ước tính như sau:
!"= !$+ ∆!'()*'+ (4.33) ∆"#$%&#'= ") *+ *) (--))/- − 1 h34 (4.34)
Quá trình đa biến
Q trình đẳng tích và đẳng áp là các trường hợp giới hạn của một loại quá trình thường được gọi là “quá trình đa biến”. Trong quá trình này áp suất và thể tích riêng của mơi chất đều biến đổi theo một quy luật riêng. Hiệu suất của quá trình đa biến được xác định bởi: ! !-1 = % %-1 h& (4.35)
Phương trình nhiẹt dung và cơng suất của khí dựa trên q trình nén đa biến là:
!"= $%&'()* + ,-1 /, 01 0* (3-*)/3 − 1 (4.36)
Hoặc có thể được viết dưới dạng sau: !"=8.314 ) *+,-./ 0-1 /0 32 31 (0-1)/0 − 1 (4.37)
Ở đây n là số mũ đa biến
!" = $ %&
h& 3 600
(4.37)
!"=!$%h&
h'( (4.38)
Nhiệt độ đầu ra thực tế có thể được xác định bằng các công thức từ (4.31) đến (4.34), nhưng thay thế (k-1)/k và !"# với (n-1)/n và !" tương ứng.
Kết quả tính tốn các thơng số cho máy nén khí nguyên liệu đầu vào 10K- 4011 tại nhà máy Đạm Phú Mỹ được trình bày trong bảng sau (Bảng 4.2)
Bảng 4.2. Các giá trị tính tốn vận hành cho máy nén khí 10K-4011 tại Nhà máy Đạm Phú Mỹ
Giá trị đầu vào
Nhiệt độ đầu vào T1 °C 20
Áp xuất đầu vào P1 barg 24.5
Lưu lượng thể tích F Nm3/h 38275
Khối lượng phân tử M kg/kmol 18.78
Tỉ số nhiệt dung k 1.24
Lưu lượng khối w kg/h 32089.49
Hệ số nén Z1 0.934
Giá trị đầu ra
Áp xuất đầu ra P2 barg 38.1
Hệ số nén Z2 0.935
Nhiệt độ đầu ra T2 °C 57
Mức tiêu thụ năng lượng
Hiệu suất đa biến !" 0.83
Hệ số nén trung bình Zavg 0.9345
Số mũ đa biến n 1.304091
Nhiệt dung quá trình đa
biến Hp KN.m/kg 54.89507
Cơng suất khí, chưa bao
KẾT LUẬN
Q trình nghiên cứu, phân tích và đánh giá đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac tại Nhà máy Đạm Phú Mỹ sẽ là cơ sở để nâng cao hiệu quả sản xuất sản phẩm của Nhà máy. Đặc biệt, quá trình nghiên cứu và đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào của dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac sẽ giúp giảm thiểu các sự cố có thể xảy ra, đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống dây chuyền cơng nghệ. Khí cơng nghệ tại đầu vào của nhà máy là Nature Gas (NG). Trong quá trình hoạt động, áp đầu vào phải được giữ ổn định. Nếu có dao động áp suất xảy ra sẽ dẫn đến việc dao động áp hệ thống và làm mất ổn định dây chuyền công nghệ. Nếu áp suất giảm đột ngột có thể mất dịng NG tạm thời và gây Trip tồn bộ Xưởng Amo…. Trong q trình hoạt động, Nhà máy Đạm Phú Mỹ có thể dùng 01 trong 02 loại khí là Nam Cơn Sơn (NCS) và khí Cửu long (CL). Đối với nguồn khí NCS thì áp cao và nhiệt trị thấp, khí CL thì áp thấp và nhiệt trị cao. Để đảm bảo vận hành ổn định dây chuyền công nghệ với áp suất NG cấp vào nhà máy Đạm tối thiểu 32-34 barg cho trường hợp phải sử dụng nguồn khí CL. Trường hợp này phải sử dụng máy nén khí tăng áp 10- K4011. Khi sử dụng nguồn khí NCS thì áp suất cấp đầu vào phải đạt 40 barg.
Trong q trình tổng hợp Amonia, giá trị áp suất có ảnh hưởng rất lớn đến dây chuyền công nghệ của nhà máy. Việc nâng cao áp suất có thể tăng được tốc độ tạo thành sản phẩm NH3. Bởi vì, đối với phản ứng thể khí, nâng cao áp lực sẽ nâng cao nồng độ thể khí, tăng lượng chất tham gia phản ứng chứa trong một đơn vị thể tích. Đồng thời nâng cao áp lực sẽ làm thu hẹp khoảng cách giữa các phần tử.
Bên cạnh đó lưu lượng khí cơng nghệ cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình vận hành sản xuất ammonia của nhà máy Đạm Phú Mỹ. Việc điều chỉnh sản lượng của sản phẩm đầu ra mang tính quyết định về lợi nhuận của nhà máy. Nếu lưu lượng khí công nghệ không đủ đồng nghĩa với tải của nhà máy giảm, vận hành bình thường tải của nhà máy đạt khoảng 100% công suất thiết kế với lưu lượng khí cơng nghệ NG đầu vào khoảng 38800 Nm3/h. Với lưu lượng giảm xuống thì tải của nhà máy giảm không đạt được sản lượng như thiết kế. Đối với yếu tố nhiệt độ, ta có thể thấy tốc độ phản ứng hoá học sẽ tăng rõ rệt cùng với sự tăng lên của nhiệt độ. Đó là do khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ di chuyển của các chất tham gia phản ứng tăng lên. Điều này làm tăng số lần va chạm giữa các phân tử, đồng thời làm tăng năng lực khắc phục lực cản khi các phần tử kết hợp với nhau, từ đó làm tăng số lần va chạm giữa các phân tử. Với phản ứng tổng hợp NH3 cũng tương tự như vậy, tăng
nhiệt độ sẽ tăng khả năng hấp phụ hoạt tính của N2, đồng thời cũng tạo điều kiện đẩy mạnh sự tiếp xúc giữa N2 hấp phụ và H2, làm tăng nhanh tốc độ phản ứng tổng hợp NH3. Do phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt. Vì vậy, ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cân bằng hoá học và với tốc độ phản ứng là mâu thuẫn nhau. Do đó, sẽ tồn tại một giá trị nhiệt độ dung hồ gọi là nhiệt độ thích hợp nhất. Ở giá trị nhiệt độ này, tốc độ phản ứng là lớn nhất và hiệu suất tổng hợp NH3 cũng là cao nhất, sản phẩm NH3 tạo thành là lớn nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Petroskills – Amomonia Plant Model. [2]. Steam Turbine Operation and Mainternan. [3]. Operating Manual for Ammonia Plant.
[4]. V - Mcherkassky, ‘Pums - Fans - Compressor’, Moscow - 1985
[5]. Nguyễn Minh Tuyển. ‘Bơm – Máy nén - Quạt trong công nghiệp’, Nxb KH và GD -1985.
[6]. National Productivity Council, India. Compressors. In: Technology Menu for Efficient Energy Use, Motor Drive Systems (NPC). 1993
[7]. McKane, A. and Medaris, B. The Compressed Air Challenge – Making a difference for US industry. 2003.