Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Urê là một hợp chất được tổng hợp trong các quá trình biến đổi hóa học. Là loại phân bón quan trọng kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển nhanh được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp, đặc biệt là ở nước ta một nước có nền nông nghiệp rất phát triển. Hiện nay nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất phân urê. Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng nguồn nguyên liệu là khí tự nhiên hiện nay đang đứng đầu nước ta về sản xuất phân đạm urê với công suất 80.0000 tấnnăm và đã hoạt động được hơn 10 năm cung cấp nguồn phân bón quan trọng cho đất nước. Tính cấp thiết của đề tài: Đối với đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, quá trình mô phỏng công nghệ được xem là rất quan trọng đối với một quy trình sản xuất đang hoạt động, đặc biệt là nhà máy Đạm Phú Mỹ. Mô phỏng quy trình công nghệ giúp ta có được một sơ đồ tổng thể về công nghệ của nhà máy với các thông số tương ứng với quá trình hoạt động của một nhà máy thật sự, để từ đó ta có thể thử nghiệm các thông số mới và tối ưu hóa để nâng cao sản lượng sản phẩm cũng như có thể tiết kiệm các chi phí về nguyên liệu, năng lượng, thiết bị… đem lại lợi nhuận rất lớn cho nhà máy. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ. Mô phỏng lại quy trình công nghệ sản suất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ với các cụm công nghệ sau: Cụm cao áp, cụm trung áp, cụm thấp áp, cụm cô đặc chân không So sánh và đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu từ Đạm Phú Mỹ Khảo sát và tối ưu hóa công nghệ sản xuất Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ Tính toán thiết kế thiết bị tổng hợp Urê. Phương pháp: Nghiên cứu lý thuyết: Thu tập các tài liệu về: Sản xuất urê, thông tin về nhà máy Đạm Phú Mỹ, hướng dẫn mô phỏng và tính toán công nghệ, thiết bị. Sử dụng các thông tin trên mạng Internet và sách báo về các vấn đề liên quan đến thiết kế, mô phỏng quy trình sản xuất urê. Tham khảo các báo cáo về các đề tài tương tự đã được thực hiện trước đây. Nghiên cứu thực tế: Thực tập trực tiếp tại nhà máy Đạm Phú Mỹ để có được cái nhìn thực tế về công nghệ tại nhà máy để tìm hiểu về quy trình công nghệ và thiết bị thực tế. Gặp gỡ và tiếp thu kinh nghiệm trực tiếp từ các cán bộ, kỹ sư tại nhà máy và các thầy, cô trong Khoa Hóa học và Công Nghệ Thực Phẩm trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu Sử dụng công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng ProII (phiên bảng 8.1) để mô phỏng công nghệ; Sử dụng các thuật toán của phần mềm ProII để tiến hành khảo sát và tối ưu hóa công nghệ; Sử dụng các phần mềm chuyên dụng: autocad 2007, word và excel 2007 và các phần mềm hổ trợ khác để khảo sát, xây dựng sơ đồ công nghệ để và hoàn thành báo cáo. Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ : Các thiết bị và các dòng công nghệ đang được sử dụng tại nhà máy; Phần mềm mô phỏng ProII. Ý nghĩa khoa học của đồ án: Tài liệu nghiên cứu về công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ, về bản chất và các quá trình tổng hợp urê; Tài liệu tham khảo cho các vấn đề nghiên cứu, mô phỏng và tối ưu hóa quy trình công nghệ đối với nhà máy Đạm Phú Mỹ nói riêng và các quy trình công nghệ thuộc lĩnh vực hóa học và dầu khí nói chung. Tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu khoa học về công nghệ và mô phỏng sau này.
MỞ ĐẦU Urê là một hợp chất được tổng hợp các quá trình biến đổi hóa học Là loại phân bón quan trọng kích thích sinh trưởng, giúp phát triển nhanh được sử dụng phổ biến nông nghiệp, đặc biệt là ở nước ta một nước có nền nông nghiệp rất phát triển Hiện nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất phân urê Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng nguồn nguyên liệu là khí tự nhiên hiện đứng đầu nước ta về sản xuất phân đạm urê với công suất 80.0000 tấn/năm và đã hoạt động được 10 năm cung cấp nguồn phân bón quan trọng cho đất nước Tính cấp thiết của đề tài: Đối với đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, quá trình mô phỏng công nghệ được xem là rất quan trọng đối với một quy trình sản xuất hoạt động, đặc biệt là nhà máy Đạm Phú Mỹ Mô phỏng quy trình công nghệ giúp ta có được một sơ đồ tổng thể về công nghệ của nhà máy với các thông số tương ứng với quá trình hoạt động của một nhà máy thật sự, để từ đó ta có thể thử nghiệm các thông số mới và tối ưu hóa để nâng cao sản lượng sản phẩm cũng có thể tiết kiệm các chi phí về nguyên liệu, lượng, thiết bị… đem lại lợi nhuận rất lớn cho nhà máy Mục tiêu của đề tài: - Nghiên cứu công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ Mô phỏng lại quy trình công nghệ sản suất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ với các cụm công nghệ sau: Cụm cao áp, cụm trung áp, cụm thấp áp, cụm cô đặc chân không - So sánh và đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu từ Đạm Phú Mỹ - Khảo sát và tối ưu hóa công nghệ sản xuất Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ - Tính toán thiết kế thiết bị tổng hợp Urê Phương pháp: Nghiên cứu lý thuyết: - Thu tập các tài liệu về: Sản xuất urê, thông tin về nhà máy Đạm Phú Mỹ, hướng - dẫn mô phỏng và tính toán công nghệ, thiết bị Sử dụng các thông tin mạng Internet và sách báo về các vấn đề liên quan đến thiết kế, mô phỏng quy trình sản xuất urê Tham khảo các báo cáo về các đề tài tương tự đã được thực hiện trước Nghiên cứu thực tế: Thực tập trực tiếp tại nhà máy Đạm Phú Mỹ để có được cái nhìn thực tế về công nghệ tại nhà máy để tìm hiểu về quy trình công nghệ và thiết bị thực tế ii - Gặp gỡ và tiếp thu kinh nghiệm trực tiếp từ các cán bộ, kỹ sư tại nhà máy và các thầy, cô Khoa Hóa học và Công Nghệ Thực Phẩm trường ĐH Bà Rịa – - Vũng Tàu Sử dụng công cụ hỗ trợ: Sử dụng phần mềm mô phỏng Pro/II (phiên bảng 8.1) để mô phỏng công nghệ; Sử dụng các thuật toán của phần mềm Pro/II để tiến hành khảo sát và tối ưu hóa - công nghệ; Sử dụng các phần mềm chuyên dụng: autocad 2007, word và excel 2007 và các phần mềm hổ trợ khác để khảo sát, xây dựng sơ đồ công nghệ để và hoàn thành báo cáo Đối tượng nghiên cứu: - Quy trình công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ : Các thiết bị và các dòng công nghệ - được sử dụng tại nhà máy; Phần mềm mô phỏng Pro/II Ý nghĩa khoa học của đồ án: - Tài liệu nghiên cứu về công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ, về bản chất và các quá - trình tổng hợp urê; Tài liệu tham khảo cho các vấn đề nghiên cứu, mô phỏng và tối ưu hóa quy trình công nghệ đối với nhà máy Đạm Phú Mỹ nói riêng và các quy trình công nghệ - thuộc lĩnh vực hóa học và dầu khí nói chung Tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu khoa học về công nghệ và mô phỏng sau này iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể ban giám hiệu trường Đại học Bà rịa – Vũng Tàu, khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học năm Đại học có được môi trường học tập và làm việc tốt nhất Cám ơn bố mẹ đã dành tình cảm cùng những điều kiện tốt nhất cho đường Đại Học này, và cũng gửi lời cảm ơn đến những người bạn, những người bên cạnh sẵn sàng giúp đỡ và hỗ trợ mỗi gặp khó khăn Trong suốt thời gian bốn tháng thực hiện đồ án này, nhận giúp đỡ tận tình q thầy Khoa Hóa Công nghệ thực phẩm; đặc biệt là CBHD - Th.S Tống Thị Minh Thu cùng hỗ trợ các cán kỹ thuật Tổng Cơng ty Phân bón Hóa chất Dầu khí Để giờ đây, với tất cả sự giúp nhận được từ các thầy, cô ; các anh, chị - đã hoàn thành được Đồ Án Tốt Nghiệp với đề tài : “ Nghiên cứu và mô phỏng quy trình sản suất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng phần mềm Pro/II ” Tôi xin gửi lời cảm ơn đến CBHD - Th.S Tống Thị Minh Thu cùng q thầy Khoa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm các cán kỹ thuật Tổng Cơng ty Phân bón Hóa chất Dầu khí lời cảm ơn chân thành Xin chân thành cảm ơn! Kính chúc q thầy sức khỏe! Tuy nhiên, giới hạn thời gian cho phép, Đồ án được hoàn thành chắc chắn vẫn còn những thiếu xót nhất định Rất mong nhận trao đổi đóng góp ý kiến q thầy độc giả để tơi có có điều kiện hồn thiện Vũng Tàu, Ngày 12 tháng 07 năm 2013 Sinh viên thực hiện Hồ Tiến Nam iv MỤC LỤC 1.1.2.Tổng quan xưởng sản xuất nhà máy .2 Bảng 1.1 Thơng tin nguồn khí ngun liệu .3 Bảng 1.2 Tính chất vật lý NH3 .4 Bảng 1.3 Bảng tính chất vật lý CO2 1.2.1.Các phương pháp tổng hợp Ure CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT URE CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 21 Bảng 2.1 Danh sách ký hiệu thiết bị sơ đồ công nghệ .22 Bảng 2.2 Sự thay đổi các thông số vận hành máy nén CO2 .27 Bảng 2.3 Sự thay đổi thông số vận hành của cụm cao áp 31 Bảng 2.4 Sự thay đổi các thông số vận hành của cụm phân hủy trung áp 37 Bảng 2.5 Sự thay đổi các thông số vận hành của thiết bị phân hủy thấp áp 39 Bảng 2.6 Sự thay đổi thông số vận hành của thiết bị cô đặc chân không 42 2.4.Kết luận về công nghệ sản xuất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ 44 Sau nghiên cứu về quy trình công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ, ta nhận thấy rằng, là một quy trình sản xuất urê rất hiện đại đạt công suất 2200 tấn/ngày, được áp dụng phương pháp tuần hoàn dung dịch cacbamat, với hệ thống xử lý và thu hồi hiện đại đã tận dụng và hồi lưu gần hoàn toàn lượng nguyên liệu dư 44 Quy trình công nghệ này đã hoạt động được 10 năm và cần phải được tối ưu hóa để nâng cao thêm suất… bước đầu tiên của quá trình tối ưu hóa công nghệ là dựa vào các phần mềm mô phỏng Pro/II, để tiến hành mô phỏng lại quy trình, từ sơ đồ quy trinh mô phỏng thành công ta sẽ tiến hành khảo sát và tối ưu hóa Bước mô phỏng quy trình và tối ưu hóa sẽ được thực hiện đồ án này ở các chương kế tiếp 44 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ 45 Bảng 3.1 Thành phần nguyên liệu đầu vào xưởng Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ 47 Bảng 3.2 Thông số cài đặt mô phỏng của các dòng công nghệ đầu vào 51 Bảng 3.3 Các dòng hồi lưu cần được khai báo 52 Bảng 3.4 Cách cài đặt hệ số Phương trình phản ứng 60 Bảng 3.5 Các thông số yêu cầu cho dòng nguyên liệu đầu vào tháp tổng hợp Urê 61 v Bảng 3.6 Cách cài đặt Controler cho nguyên liệu đầu vào R-01 63 Bảng 4.1.So sánh kết quả sản phẩm mô phỏng thiết bị R-01 với số liệu nhà máy 76 Bảng 4.2 So sánh kết quả mô phỏng thiết bị R-01 sau chuyển đổi cacbamat với số liệu nhà máy .76 Bảng 4.3 So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị E-01 với số liệu từ nhà máy 77 Bảng 4.4 So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-02 với số liệu từ nhà máy 78 Bảng 4.5 So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-03 với số liệu từ nhà máy 78 Bảng 4.6 So Sánh kết quả lượng nguyên liệu CO2 đầu vào mô phỏng và số liệu từ nhà máy 79 Bảng 4.7 Kết quả lượng nguyên liệu NH3 đầu vào được sử dụng 79 Bảng 4.8 So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-04 với số liệu từ nhà máy 80 Bảng 4.9 Kết quả dòng sản phẩm mô phỏng của thiết bị V-14 81 Bảng 4.10 Kết quả dòng sản phẩm mô phỏng của thiết bị V-15 .81 Bảng 4.11 Ảnh hưởng của công suất reboiler thiết bị V-02 đến lượng nguyên liệu NH3 được sử dụng 82 Bảng 4.12 Ảnh hưởng của công suất reboiler vào lượng NH3 sản phẩm đáy thiết bị V-03 84 Bảng 4.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của thiết bị F-2 đến lượng nguyên liệu NH3 sử dụng 85 Bảng 4.14 So sánh kết quả trước và sau tối ưu quy trình với số liệu từ nhà máy 86 Bảng 5.1.Cân phân tử 90 Bảng 5.2 Tỷ lệ lưu lượng khối phần khối lượng cho chất phản ứng sản phẩm 91 Bảng 5.4.Thống kê so sánh thông số thiết bị tổng hợp Ure 94 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TGĐ : Tổng giám đốc ĐTXD : Đầu tư xây dựng IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry (Liên hiệp Hóa học Thuần túy Ứng dụng Quốc tế) UAP : Urê amoni photphat UAS : Urê amoni sunfat UAN : Urê amoni nitrat MDEA : Methyl diethanol amin amca : amonium cacbamat RXC : Phản ứng RXC : Phản ứng RXC : Phản ứng RST : Nhóm phản ứng RST : Nhóm phản ứng STT : Số thứ tự ix Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhà máy Đạm Phú Mỹ [9] 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển Nhà máy Đạm Phú Mỹ trực thuộc Cơng ty Cổ Phần Phân Đạm Hóa chất Dầu Khí, đươc đặt khu cơng nghiệp phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diện tích 63ha, nhà máy đạm nước, xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời nhà máy hóa chất có dây chuyền cơng nghệ tự động hóa tân tiến nước ta Cung cấp 40% nhu cầu urê nước, Đạm Phú Mỹ có vai trò lớn việc tự chủ nguồn phân bón nước nơng nghiệp Viêt Nam Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ để nhập phân bón từ nước ngồi lớn nguyên liệu để sản xuất phân Urê nguồn khí đồng hành (Associated Gas) phải đốt bỏ giàn khoan nguồn khí thiên nhiên (Natural Gas) phát nhiều phía Nam Sản phẩm nhà máy Đạm Phú Mỹ tiêu thụ rộng khắp thị trường nước, đặc biêt vụ lúa đồng sông Cửu Long Nhà máy khởi cơng xây dựng theo hợp đồng (Chìa khóa trao tay) Tổng cơng ty Dầu Khí Việt Nam tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amoniac với Haldoe Topsoe ( công suất 1.350 tấn/ngày ) công nghệ sản xuất Urê Snamprogeti (công suất 2.200 tấn/ngày) Ngành Cơng nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang Khoa Hóa Học Cơng Nghệ Thực Phẩm Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT Hội đồng thành viên Tổng Giám Đốc Phó TGĐ kỹ thuật Phòn g kỹ thuật Phòng kt kế hoạch Giám Đốc nhà máy Phó TGĐ đầu tư Nhà máy Đạm Các chi nhánh Ban quản lý ĐTXD Phòng tổ chức nhân Phó TGĐ thương mại Phịng xuất nhập Phịng tài kế tốn Phịng thương mại vật liệu Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức nhân nhà máy Đạm Phú Mỹ 1.1.2 Tổng quan xưởng sản xuất nhà máy 1.1.2.1 Phân xưởng tổng hợp Amoniac a Nguyên liệu Có chức tổng hợp Amoniac CO từ khí thiên nhiên từ mỏ Bạch Hổ không khí - Các thông tin nguồn khí: Ngành Cơng nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang Khoa Hóa Học Cơng Nghệ Thực Phẩm CHƯƠNG V: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỞNG HỢP URÊ 5.1 Mục đích Trong quy trình công nghệ mà nghiên cứu và mô phỏng, thiết bị tổng hợp urê R01 được xem là thiết bị quan trọng nhất quyết định sản lượng sản phẩm urê tạo thành Do đó, tính toán thiết kế thiết bị này phù hợp với các thông số hoạt động của quy trình để đạt được sản lượng yêu cầu là một bước không thể thiếu Trong phạm vi đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, sẽ tiến hành tính toán thiết kế lại thiết bị tổng hợp urê R-01 dựa các kết quả công nghệ được mô phỏng từ đó đánh giá và so sánh với thiết bị thực tế sử dụng tại nhà máy Yêu cầu đạt được đối với thiết bị: Thiết bị phải đáp ứng được yêu cầu về sản lượng urê sản phẩm yêu cầu là 2200 tấn/ngày 5.2 - Các thông số đầu vào Sản lượng Urea đạt 2200 T/ngày Nhiệt độ phản ứng T = 188 oC = 461 K P: Áp suất làm việc = 152.8 bar = 15280 kPa Năng lượng hoạt hóa q trình tổng hợp Urea E = 4.2*104 Hằng số tốc độ ko = 1.9*105 Độ chuyển hóa sản phẩm XA = 0.63 Tỉ số đường kính độ dài thiết bị phản ứng nhà máy Đạm Phú Mỹ L/D = 19 - S: Áp lực làm việc tối đa = 6370000 kPa - CC: Hệ số ăn mịn = 10% 5.3 Tính tốn cân vật chất cho thiết bị tổng hợp R-01 [2] Trong toán học, cân khối lượng chung cân vật chất viết sau: Đầu vào + tạo thành - đầu - tiêu thụ = tích lũy Với đồ án ta sử dụng phương trình cân đơn giản là: n m ∑G = ∑G i =1 v i y =1 r y Tương ứng là: Tổng lượng đầu vào = Tổng lượng đầu Trong đó: Giv: dịng vật chất vào thiết bị thứ i(kgmol/h) Gyr :dòng vật chất khỏi thiết bị thứ y (kgmol/h) Bằng cách thực tính tốn cân khối lượng (vật chất), xác định lượng nguyên liệu cần thiết để sản xuất Giá trị thu sau đưa vào hệ thống mơ (Pro/II), để chương trình mơ tính tốn lượng cần thiết cho trình đạt xác định liệu trình có tính khả thi thực tế hay khơng Một số thông tin cần thiết cân khối lượng sau: a) b) c) d) e) f) Trọng lượng phân tử Urea: 60.0556 kg/kmol Trọng lượng phân tử Carbamate: 78.07 kg/kmol Trọng lượng phân tử Amoniac: 17.0306 kg/kmol Trọng lượng phân tử CO2: 44.0098 kg/kmol Trọng lượng phân tử nước: 18.0153 kg/kmol Yêu cầu sản lượng: g) Độ chuyển hóa Carbamte thành Urea: 63% h) Điều kiện trình: Nhiệt độ: 188-190 độ C Áp suất: 152 – 157 barg Các phương trình phản ứng cho q trình tổng hợp Urea là: 2NH3 + CO2 NH4 COONH + 32560 Kcal/ kmol (carbarmate) (1) NH4COONH2 NH2CONH2 + H2O - 4200 kcal/ kmol (2) Phương trình tổng quát theo độ chuyển hóa: 2NH3 + CO2 0.37NH4 COONH + 0.63NH2CONH2 + 0.63H2O (3) (32560 Kcal/ kmol - 0.63*4200 kcal/ kmol) Bảng cho thấy cân phân tử phương trình Sự cân phân tử thực cách cân phân tử chất phản ứng phía bên trái sản phẩm phía bên phải Bảng 5.1.Cân phân tử Tham gia Tạo thành C=1 C=0.37+0.63=1 H=6 O=2 H=0.37*6+0.63*4+0.63*2=6 O=0.37*2+0.63+0.63=2 Sau cân đối phân tử hai bên chất phản ứng sản phẩm, yếu tố điều chỉnh tính tốn Hệ số hiệu chỉnh giá trị giả sử nhân với phương trình (2) để có lượng chất phản ứng cần thiết để sản xuất lượng Urea theo yêu cầu Hệ số hiệu chỉnh = sản lượng Bắt buc ì chuyn i =1526.25 ữ 0.63= 2422.62 Nhõn phng trình (3) với yếu tố điều chỉnh 4845.24NH3 + 2422.62CO2 896.37NH4 COONH + 1526.25NH2CONH2 + 1526.25H2O + (72470254.68 kcal/ kmol) (4) Với phương trình (4), lượng NH CO2 cần thiết để sản xuất sản xuất lượng Urea yêu cầu 1526.25 kmol/giờ tương ứng với 4845.24 kmol/giờ NH 2422.62 kmol/giờ CO2 Bảng 5.2 cho thấy tốc độ dòng chảy phân tử khối lượng chất phản ứng sản phẩm trình Bảng 5.2 Tỷ lệ lưu lượng khối phần khối lượng cho chất phản ứng sản phẩm Chất phản ứng Lưu lượng mol Thành phần (kmol / giờ) NH3 4845.24 CO2 2422.62 Thành phần Sản phẩm Lưu lượng mol Urea Carbamat H2O Tổng lưu lượng 7267.86 - Sản phẩm thực tế ( có điều chỉnh tỉ lệ đầu vào thích hợp) 5.4 Tính toán thiết bị chính 5.4.1 Tính thời gian lưu (kmol / giờ) 1526.25 896.37 1526.25 3948.87 [3] Biểu thức tính thời gian lưu dạng phản ứng kiểu Plug Flow Reactors (PFR): t = C Ao XA ∫ o dX A (1) −rA t: thời gian lưu (phút) -rA: lưu lượng phản ứng CAo: nồng độ ban đầu Ta có: -rA = k.CA (2) Hằng số tốc độ phản ứng k: E k = ko exp − RT 4.2*104 − = 1.9 *105 * e 8.314*461 = 3.3( s −1 ) ÷ Năng lượng hoạt hóa q trình tổng hợp Urea E = 4.2*10 o Hằng số tốc độ k = 1.9*10 o Nhiệt độ phản ứng T = 188 C = 461 K, R = 8.314 A ε = (2-1)/1 = A= X 0.63 CA = C Ao (1 − X A ) (3) 1+ ε A X A Thay (2), (3) vào (1) ta có: thời gian lưu của quá trình tổng hợp urê thiết bị R01 là: t = [−(1 + ε A ) ln (1 − X A )] k t = 0.6 giây = 36 phút 5.4.2 Thể tích, chiều dài và đường kính thiết bị Ta có: vo = 351 m3/h = 5.85 m3/phút (dựa theo mô phỏng) Vậy theo công thức : t = V vo o Ta có: thể tích thiết bị V = t * v = 36 * 5.85 = 210.6 m Với : tỉ số đường kính độ dài thiết bị phản ứng nhà máy Đạm Phú Mỹ L/D = 19 V = (π / 4) D (19* D) Đường kính thiết bị D = 2.418 m làm tròn = 2.42 m Chiều dài thiết bị L = D * 19 = 45.94 m làm tròn = 46 m 5.4.3 Độ dày thân thiết bị: s= P * ri + Cc SJ − 0.6 P P: Áp suất làm việc = 152.8 bar = 15280 kPa ri: Bán kính thiết bị = 2.42/2 = 1.21 m S: Áp lực làm việc tối đa = 6370000 kPa CC: Hệ số ăn mịn = 10% J: thơng số hiệu chỉnh chung = s = 0.1015 m = 105 mm làm tròn = 110 mm 5.4.4 Đường kính ngoài thiết bị Chọn vật liệu làm vỏ thiết bị SLS 316 Đặc điểm bật vật liệu SLS 316: - Khả chống ăn mịn cao - Khơng gây nhiễm cho sản phẩm - Hình dạng bên ngồi đẹp - Dễ làm - Chịu áp lực lớn, khối lượng riêng khơng cao Đường kính ngồi thiết bị Độ ăn mòn SLS 316 3mm/năm Tuổi thọ dự kiến thiết bị = 30 năm Độ ăn mòn 20 năm = 0.09 m/30 năm Độ dày tối thiểu = 0.09 m, độ dày sử dụng = 0.09 m Vậy tổng đường kính thiết bị = D +2.s + 2.S = 2.42 +2{0.11} + 2{0.09} (m) = 2.42 + 0.22 + 0.18 m = 2.82 m 5.4.5 Số đĩa sử dụng tháp - Các đĩa được đặc tháp tổng hợp nhằm mục đích tạo trở lực tăng thời gian lưu, để quá trình trộn lẫn giữa các nguyên liệu được tốt hơn, phản ứng xảy triệt để hơn; - Ngày nay, quy ước khoảng cách đĩa thiết bị tổng hợp Ure 2.5m; - Khoảng cách phần rỗng đỉnh đáy là: m Số đĩa sử dụng = (46 – 3x2 )/2.5 + = 17 Vậy ta chọn số đĩa sử dụng tháp 17 đĩa 5.5 Kết quả tính toán thiết bị tổng hợp urê 5.5.1 So sánh và đánh giá kết quả tính toán Bảng 5.4.Thống kê so sánh thông số thiết bị tổng hợp Ure Thông số Tính tốn Của nhà máy Biến thiên (%) Đường kính (m) 2.42 2.36 2.54 Đường kính ngồi (m) 2.82 2.76 2.17 46 45 2.22 110/90 110/90 0/0 17 17 Lưu lượng sản phẩm (Kg/h) 272616 269810 +1.04 Lưu lượng Urê 91748 91592 +0.17 Nồng độ Urê (%) 33.65 33.95 -0.88 Chiều dài (m) Độ dày lớp (mm) Số đĩa Nhận xét: Dựa vào số liệu bảng 5.4 ta có thể nhận thấy, với sản lượng urê tăng 1.04% nên các thông số về kích thước thiết bị được tính toán có phần lơn so với thông số từ thiết bị thực tế tại nhà máy Điều này cho thấy việc tính toán thiết bị tổng hợp urê là phù hợp với kết quả mô phỏng và tối ưu công nghệ 5.5.2 Bảng vẽ thiết bị 5.5.3 Cấu tạo và đặc điểm thiết bị tổng hợp Ure Tháp tổng hợp Ure R-01 thiết bị phản ứng hình trụ đứng có chiều cao làm việc hữu ích 46000mm, đường kính tháp 2.42 m Vì lý kinh tế, kỹ thuật, thiết bị chế tạo có kết cấu vỏ 02 lớp Lớp vỏ bên sử dụng vật liệu thép cácbon chiu áp lực, lớp vỏ phía dùng vật liệu thép đặc biệt AISI 316 L Mod có thành phần 25-22-2 Cr/Ni/Mo loại thép có tình chất bền mơi trường ăn mịn Các vị trí kết nối miệng ống dùng vật liệu ANSI B-36-10 Các mặt bích, bu lơng, đai ốc dùng vật liệu TB-5002, ANSI B-1-1 2A, ANSI-1-1 2B Ống tháo niệu lắp đặt phía bên tháp từ xuống qua đĩa đưa khỏi tháp từ đĩa thứ 16 Ống cố định vị trí, vị trí phía đỉnh, đĩa thứ đĩa thứ 13 Bên tháp có lắp đặt 17 đĩa lỗ có khoảng cách 2500mm Vật liệu làm đĩa, bulông giống vật liệu lớp vỏ Để thuận lợi cho trình tháo lắp, đĩa chia nhỏ thành 03 mảnh ghép lại với bulông Các đĩa bắt cố định vào gối đỡ bu lông, gối đỡ đĩa hàn trực tiếp vào lớp lót CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết Luận Đối với đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, đã hoàn thành các mục tiêu đặt của đồ án bao gồm các nội dung sau: Phần lý thuyết: Tìm hiểu về các phương pháp và quy trình sản xuất Urê thế giới; Tìm hiểu về bản chất phương pháp và công nghệ sản xuất Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng Pro/II Phần mô phỏng: Mô phỏng thành công quy trình sản xuất Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ để thu được sản lượng urê 91722 kg/h với nồng độ 99.74% bằng phần mềm Pro/II với các cụm công nghệ sau: Cụm tổng hợp urê (cụm cao áp), cụm trung áp, cụm thấp áp và cụm cô đặc chân không; So sánh, đánh giá và biện luận kết quả mô phỏng; Khảo sát và tối ưu hóa các thông số quy trình được mô phỏng Các thông số được tối ưu sau: - Công suất nhiệt reboiler của thiết bị V-02 và V-03 để đánh giá khả thu hồi NH3, công suất được tối ưu là 20MkJ/h (V-02) và 11 MkJ/h (V-03) - Nhiệt độ thiết bị làm mát và ngưng tụ F-2 để đánh giá khả thu hồi NH của thiết bị Nhiệt độ tối ưu là 137 oC Phần tính tốn: 6.2 Tính tốn và thiết kế thiết bị tổng hợp urê Kiến nghị Sau hoàn thành đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, có một số kiến nghị sau: Quy trình mô phỏng này chỉ mới được thực hiện ở cụm chính, nên tiếp tục mô phỏng hoàn thiện các cụm còn lại gồm: cụm nén CO 2, cụm chưng cất và xử lí nước, thiết bị tạo hạt Trong giới hạn quy trình mô phỏng đã thực hiện, quá trình sử dụng và trao đổi nhiệt giữa các dòng và thiết bị chủ yếu cài đặt trực tiếp, nên bổ sung các dòng nước mang nhiệt hoặc các dòng nước làm mát, cho các thiết bị trao đổi nhiệt để đánh giá được mức độ tiêu thụ lượng quy trình mô phỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ mơn QT TBCN hố chất trường ĐHBK- Hà Nội Sổ tay QT TBCN hoá chất, tập NXB Khoa học kỹ thuật ,1978 [2] Bộ mơn QT TBCN hố chất trường ĐHBK- Hà Nội Sổ tay QT TBCN hoá chất, tập NXB Khoa học kỹ thuật ,1978 [3] Hồ Lệ Viên Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Mai Xuân Kỳ Thiết bị phản ứng công nghiệp hóa học, tập NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [5] Mai Xuân Kỳ Thiết bị phản ứng công nghiệp hóa học, tập NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [6] Phan Minh Tân Công nghệ sản xuất phân đạm Trung tâm nghiên cứu công nghệ lọc hóa dầu, trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, 2002 [7] Lê Thị Như Ý Giáo trình thiết kế mô phỏng bằng phần mềm Pro/II Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh, 2008 [8] Tổng công ty dầu khí Việt Nam, ban quản lý dự án nhà máy đạm Phú Mỹ Công nghệ sản xuất Urê [9] Giáo trình đào tạo các cương vị vận hành hiện trường nâng cao Tổng công ty Phân Bón và Hóa Chất Dầu Khí, 2006 [10] Snamprogetti Urea Until Process Book, volume Petrovietnam Phu My – Fertilizer Project, 2002 [11] SimSci-Esscor Pro/II TM 9.0 Keyword Manual, 2010 [12] SimSci-Esscor Pro/II 8.1 Getting Started Guide, 2008 [13] Pro/II academic manual Student Edition [14] Simulation sciences inc Pro/II casebook Urea Plant, 1995 ... 2.4.Kết luận về công nghệ sản xuất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ 44 Sau nghiên cứu về quy trình công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ, ta nhận thấy rằng, là một quy trình sản... đồ công nghệ để và hoàn thành báo cáo Đối tượng nghiên cứu: - Quy trình công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ : Các thiết bị và các dòng công nghệ - được sử dụng tại nhà máy; ... về công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ, về bản chất và các quá - trình tổng hợp urê; Tài liệu tham khảo cho các vấn đề nghiên cứu, mô phỏng và tối ưu hóa quy trình công nghệ