Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN THỊ QUÍ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn Th.S. NGUYỄN VĂN TOÀN BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Quí Ngày, tháng, năm sinh: 25/05/1988 Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học MSSV: 0852010136 Nơi sinh: Nam Định I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất amoniac II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thiết kế dây chuyền sản xuất amoniac Thiết kế thiết bị tổng hợp amoniac Phân bố mặt bằng phân xưởng sản xuất amoniac III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 04/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S. Nguyễn Văn Toàn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày tháng năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu MỞ ĐẦU Amoniac (NH 3 ) là một trong những hợp chất có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học. Trước đây, trong thời kỳ Chiến tranh Thế giới thứ II, NH 3 lỏng từng được sử dụng làm thuốc phóng tên lửa. Trước khi diclorodiflorometan (Freon 12 hay R12) và một số chất hữu cơ chứa flo, clo (nhóm các chất CFC) được phát minh ra và áp dụng làm môi chất lạnh, thì NH 3 lỏng là môi chất lạnh độc tôn. Tuy nhiên, do tính độc hại và hiệu suất năng lượng thấp mà NH 3 lỏng đã có thời phải nhường chỗ cho các CFC trong lĩnh vực làm lạnh, nhất là các thiết bị làm lạnh dân dụng công suất nhỏ (tủ lạnh, máy điều hòa không khí, v.v…). Tuy nhiên, đối với các dây chuyền lạnh công suất lớn, NH 3 lỏng vẫn phát huy tác dụng, nhất là từ năm 1994 khi nhiều nước có lệnh cấm sản xuất và sử dụng nhóm các chất CFC để giảm hiện tượng phá hủy tầng ozon [3]. Hiện nay, NH 3 được sử dụng nhiều nhất trong sản xuất phân bón và một số hoá chất cơ bản. Trong đó, lượng sử dụng cho sản xuất phân bón (cả dạng rắn và lỏng) chiếm phần lớn, đến trên 80% sản lượng NH 3 toàn thế giới. Bên cạnh đó, NH 3 vẫn được sử dụng trong công nghiệp đông lạnh (sản xuất nước đá, bảo quản thực phẩm, v.v .), trong các phòng thí nghiệm, trong tổng hợp hữu cơ và hóa dược, y tế và cho các mục đích dân dụng khác. Ở nước ta, NH 3 đã được sử dụng khá lâu trong công nghiệp làm lạnh. Tuy nhiên, việc sử dụng còn giới hạn ở quy mô nhỏ. Trong những năm gần đây, trong ngành công nghiệp trong nước, amoniac lại nổi lên như là một sản phẩm trung gian, một tiền chất quan trọng, có nhu cầu lớn trong công nghiệp sản xuất các loại phân bón chứa đạm và phân tổng hợp (urê, DAP, v.v…). Nguyên liệu sản xuất NH 3 là nitơ và hydro. Nguồn gốc nitơ vô tận là không khí. Nguồn hydro cũng ngày càng đa dạng: ban đầu là than, sau đó than được thay Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu thế bằng dầu, khí,…[1].Tới năm 1990 tỷ trọng khí trong cơ cấu nguyên liệu đã lên đến 78.7%. Cùng với sự phát triển của công nghiệp khai thác, chế biến khí tự nhiên và dầu mỏ người ta đã chuyển sang sử dụng nguyên liệu này vì vốn đầu tư ít, tiêu hao năng lượng thấp [1]. Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào, nên việc phát triển công nghệ sản xuất NH 3 từ khí tự nhiên ở nước ta là hướng đi đúng đắn, nhằm tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu sẵn có này. Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này, tôi đi sâu vào tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất amoniac từ khí tự nhiên. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Th.S. Nguyễn Văn Toàn, người đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản đồ án này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt những năm học vừa qua. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới gia đình, người thân, và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên tôi về mọi mặt trong suốt thời gian học tập ở trường giúp tôi hoàn thành khóa học và bản đồ án tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, tháng 07 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Quí Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢN VẼ TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP AMONIAC 1 1.1. Vài nét về lịch sử và một số mốc quan trọng 1 1.1.1. Vài nét về lịch sử phát hiện amoniac .1 1.1.2. Một số mốc quan trọng .1 1.2. Tính chất của amoniac .2 1.2.1. Tính chất vật lý .2 1.2.2. Tính chất hóa học .4 1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng amoniac .6 1.3.1. Ứng dụng của amoniac .6 1.3.2. Sản xuất và tiêu thụ amoniac 7 1.4. Nguyên liệu tổng hợp amoniac 9 1.4.1. Nguyên liệu 9 1.4.2. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất amoniac từ các loại nguyên liệu khác nhau .11 1.5. Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp amoniac .13 1.5.1. Cân bằng hóa học của phản ứng tổng hợp amoniac .22 1.5.2. Động học quá trình tổng hợp amoniac 29 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 29 2.1. Tổng hợp amoniac áp suất cao 30 2.2. Tổng hợp amoniac áp suất trung bình 31 2.3. Tổng hợp amoniac áp suất thấp .33 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 36 3.1. Lựa chọn .36 3.1.1. Lựa chọn nguyên liệu .37 3.1.2. Lựa chọn công nghệ 38 3.2. Giới thiệu công nghệ 38 3.2.1. Nguyên lý hoạt động của dây chuyền 39 3.2.2. Các quá trình xảy ra trong dây chuyền 41 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 41 4.1. Tính toán các cân bằng vật chất 41 4.1.1. Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 41 4.1.2. Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao .49 4.1.3. Cân bằng vật chất giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 50 4.1.4. Cân bằng vật chất giai đoạn metan hóa .51 4.1.5. Cân bằng vật chất giai đoạn tổng hợp amoniac .53 4.2. Tính các cân bằng nhiệt lượng 56 4.2.1. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên 57 4.2.2. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao 62 4.2.3. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 63 4.2.4. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn metan hóa .65 4.2.5. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn tổng hợp amoniac 67 4.3. Tính toán tháp tổng hợp amoniac .69 4.3.1. Tính toán thể tích từng lớp xúc tác 69 4.3.2. Tính toán chiều cao từng lớp xúc tác 74 4.3.3. Chiều cao toàn tháp 74 4.3.4. Thiết bị trao đổi nhiệt đỉnh tháp 75 4.3.5. Tính toán cơ khí 76 CHƯƠNG V: XÂY DỰNG CÔNG NGHIỆP 80 5.1. Chọn địa điểm xây dựng 80 5.1.1. Các yêu cầu chung 80 5.1.2. Các yêu cầu về kỹ thật xây dựng .80 5.1.3. Các yêu cầu về môi trường và vệ sinh công nghiệp .81 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu 5.1.4. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy .81 5.2. Yêu cầu và giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 83 5.2.1. Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy .83 5.2.2. Giải pháp thiết kế xây dựng tổng quan mặt bằng nhà máy 83 CHƯƠNG VI: AN TOÀN VÀ VỆ SINH LAO ĐỘNG .88 6.1. An toàn lao động 88 6.1.1. Mục đích 88 6.1.2. Ý nghĩa .88 6.1.3. Nội quy an toàn khi vào các công trình trong nhà máy 88 6.1.4. Các biện pháp an toàn lao động 88 6.2. Công tác vệ sinh lao động 90 6.2.1. Vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy 90 6.2.2. Hệ thống thông gió .91 6.2.3. Hệ thống che mưa, che nắng cho phân xưởng sản xuất .91 6.2.4. Hệ thống vệ sinh cá nhân 91 KẾT LUẬN .92 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số hóa lý cơ bản của NH 3 3 Bảng 1.2: Sản lượng amoniac của thế giới trong các năm gần đây .7 Bảng 1.3: So sánh sản xuất amoniac từ các nguyên liệu khác nhau 9 Bảng 1.4: Cơ cấu nhiên liệu sản xuất NH 3 trong những năm qua . 10 Bảng 1.5: Tính năng và đặc điểm một số loại xúc tác hiện đang được sử dụng trên thế giới 22 Bảng 3.1: Thành phần khí tự nhiên tiêu biểu . 36 Bảng 4.1: Thành phần khí tự nhiên 41 Bảng 4.2: Thành phần oxy kỹ thuật .41 Bảng 4.3: Bảng tra khối lượng phân tử của các cấu tử .46 Bảng 4.4: Bảng tổng kết cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên .48 Bảng 4.5: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ cao .50 Bảng 4.6: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 51 Bảng 4.7: Bảng cân bằng vật chất cho giai đoạn metan hóa . 53 Bảng 4.8: Nồng độ hỗn hợp khí vào tháp . 53 Bảng 4.9: Bảng cân bằng vật chất tháp tổng hợp amoniac .56 Bảng 4.10: Giá trị )( 298 iH o của các cấu tử 59 Bảng 4.11: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn chuyển hóa khí tự nhiên . 61 Bảng 4.12: Bảng cân bằng nhiệt lượng chuyển hóa CO nhiệt độ cao . 63 Bảng 4.13: Bảng cân bằng nhiệt lượng chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 65 Bảng 4.14: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn metan hóa 67 Bảng 4.15: Bảng cân bằng nhiệt lượng giai đoạn tổng hợp amoniac 69 Bảng 5.1: Các hạng mục công trình của phân xưởng . 85 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu . TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất amoniac II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thiết kế dây chuyền sản xuất amoniac Thiết kế thiết bị tổng hợp amoniac Phân. RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN THỊ QUÍ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA