- Nguyễn Quang Thành ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Nguyễn Quang Thành ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. - VŨ HỒNG THÁI Hà Nội – 2017 SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần 1 ngày CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Quang Thành Đề tài luận văn: Nghiên cứu, tính toán và mô hình hóa thiết bị phản ứng trong dây chuyền sản xuất DAP Chuyên ngành: Máy và thiết bị hóa chất – dầu khí Mã số SV: CB140075 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày với các nội dung sau. - Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nên trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. - Trừ các phần tham khảo được nêu rõ trong Luận văn. - Tác giả Nguyễn Quang Thành - LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện Luận văn này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ hỗ trợ của thầy cô, bạn bè và gia đình. - Luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. - Vũ Hồng Thái người đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, khuyến khích, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tác giả hoàn thành luận văn này. - Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất, cùng toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, ủng hộ trong suốt thời gian làm luận văn. - Hà Nội, Tháng năm 2017 Học viên Nguyễn Quang Thành Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU. - Định nghĩa về phân bón. - Sơ lược về phân bón DAP. - Nguyên liệu sản xuất. - Công nghệ sản xuất DAP trên thế giới. - Các quá trình trong công nghệ sản xuất DAP. - Các công đoạn chính trong sản xuất DAP. - 14 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG VÀ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG. - Phân loại phản ứng hóa học. - Khái niệm cơ bản về thiết bị phản ứng. - Thiết bị phản ứng. - Vận tốc phản ứng. - Điều kiện phản ứng. - Ứng dụng mô hình thiết bị phản ứng trong nhà máy sản xuất phân bón. - Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và phản ứng ống. - Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất DAP. - Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và thiết bị phản ứng ống. - 28 Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TIỀN TRUNG HÒA VÀ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ỐNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP. - Cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng. - Xác định kích thước thiết bị phản ứng. - Tính bền cho thiết bị phản ứng. - Tính toán các chi tiết, phụ kiện của thiết bị phản ứng. - TÍNH TOÁN CHO MỘT TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP CÔNG SUẤT 330.000 TẤN/ NĂM. - MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG. - 74 Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Ngành phân bón có vai trò rất quan trọng cho nông nghiệp, thực tế ở Việt Nam đã có khá nhiều nhà máy phân bón như NPK, Phân lân nung chảy, supe, đạm, DAP, ...trong đó phân bón DAP có giá trị quan trọng do có giá trị dinh dường cao mà hiện tại việt nam chưa khai thác hết tiềm năng. - Thiết bị phản ứng trong nhà máy DAP có giá trị quan trọng nhất trong dây chuyền thiết bị DAP, quyết định đến năng suất chất lượng sản phẩm. - Các thiết bị phản ứng thực tế hiện nay các nhà máy không chế tạo mà lựa chọn của các hãng cung cấp. - Việc nghiên cứu tính toán thiết bị này để đảm bảo cho việc lựa chọn nhà cung cấp phù hợp và điều chỉnh trong quá trình vận hành để nhà máy hoạt động tốt nhất. - Sau hơn thời gian nghiên cứu nỗ lực dưới sự hướng dẫn tận tình và nghiêm khắc của thầy T.S Vũ Hồng Thái và toàn bộ các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất Dầu Khí-Viện Kỹ Thuật Hóa Học. - Và đặc biệt sự động viên, giúp đỡ của thầy Vũ Hồng Thái đã tiếp thêm cho em động lực để hoàn thành tốt luận văn này. - Luận văn còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý, phê bình của các thầy cô trong hội đồng và bạn bè cùng lớp để em có thể rút ra được những kinh nghiệm quý báu phục vụ cho quá trình làm việc sau này. - Học viên Nguyễn Quang Thành Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 1 Ri Vận tốc phản ứng chuyển hoá chất i mol/l.s 2 Xi Độ chuyển hóa của chất i 3 Ci0 Nồng độ chất phản ứng i đi vào mol/l 4 Ci1 Nồng độ chất phản ứng i đi ra mol/l 5 Si Độ chọn lọc với sản phẩm i 6 Ci Nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng mol/l 7 tTB Thời gian lưu trung bình h 8 VR Thể tích TBPƯ m3 9 FV Lưu lượng của dòng m3/h 10 QA Nhiệt lượng truyền cho chất A kJ/h 11 Qc Nhiệt lượng cần cấp cho lưu thể vào kJ/h 12 tA Nhiệt độ môi chất A vào K 13 tpu Nhiệt độ của phản ứng K 14 CA Nhiệt dung riêng của môi chất A kJ/Kg.độ 15 Qe Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường kJ/h 16 Qt Nhiệt lượng tỏa ra kJ/h 17 mi Khối lượng NH3 tiêu tốn cho phản ứng i kg/h 18 Δhi Hiệu ứng nhiệt của phản ứng i kJ/kgNH3 19 Qgn Nhiệt lượng cần cấp thêm kJ/h 20 QLP Nhiệt lượng hơi thấp áp kJ/h 21 CLP Nhiệt dung riêng của hơi thấp áp kJ/Kg.độ 22 tLP Nhiệt độ hơi của hơi thấp áp vào K 23 Mv Tổng khối lượng môi chất vào kg/h 24 Mr Tổng khối lượng môi chất ra kg/h 25 Ml Tổng khối lượng lưu trong thiết bị kg/h Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 5 STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 26 MA Khối lượng môi chất A vào kg/h 27 MNH3k Khối lượng NH3 vào dạng khí kg/h 28 MNH3l Khối lượng NH3 vào dạng lỏng kg/h 29 Mdsr Khối lượng dịch sau rửa trừ H3PO4 và H2SO4 kg/h 30 Mnc Khối lượng nước công nghệ vào kg/h 31 MTGS Nước từ tháp rửa đến kg/h 32 Mpb Khối lượng dịch phá bọt kg/h 33 MLP Khối lượng hơi thấp áp kg/h 34 Mbra Tổng khối lượng bùn ra kg/h 35 Mkra Tổng khối lượng khí ra kg/h 36 ρ Khối lượng riêng trung bình của lưu thể vào kg/m3 37 V′ Lưu lượng thể tích của lưu thể m3/h 38 τi Thời gian phản ứng (i) diễn ra h 39 ki Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (i) 1/h 40 ui Độ chuyển hóa phản ứng (i) mol/l 41 τ Thời gian lưu h 42 τct Thời gian chuyển tiếp h 43 τn Thời gian nạp h 44 τod Thời gian ổn định h 45 τth Thời gian tháo h 46 VR Thể tích thiết bị m3 47 z Năng suất dự trữ 48 ϕ Hệ số chứa 49 MMP Khối lượng hơi trung áp vào kg/h 50 Vđpu Thể tích đầu thiết bị phản ứng m3 51 D Đường kính một đoạn thiết bị m 52 L Chiều dài một đoạn thiết bị m 53 S Chiều dày thiết bị m Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 6 STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 54 Dt Đường kính trong thiết bị m 55 [σ] Ứng suất cho phép N/m2 56 ϕ Hệ số mối hàn 57 C Hệ số dư mm 58 C1 Độ dư ăn mòn mm 59 C2 Độ dư gia công mm 60 C3 Độ dư bào mòn mm 61 P Áp suất thực tế N/m2 62 Pt Áp suất thiết kế N/m2 63 Plv Áp suất làm việc N/m2 64 Ptt Áp suất thủy tĩnh N/m2 65 r Bán kính lỗ khoét trên nắp m 66 Dđ Đường kính đáy m 67 P0 Áp suất thử N/m2 68 σ Ứng suất thử N/m2 69 σc Ứng suất giới hạn chảy N/m2 70 σ0 Ứng suất do lực nén gây ra N/m2 71 Dn Đường kính ngoài của ống m 72 P Lực nén dọc trục N 73 σth Ứng suất tới hạn N/cm2 74 E Mô đun đàn hồi của vật liệu N/cm2 75 pth Áp suất tới hạn N/cm2 76 Ltrụ Chiều dài ống m 77 dk Đường kính cánh khuấy m 78 b Chiều cao cánh khuấy m 79 h Khoảng cách tầng dưới cánh khuấy và đáy m 80 v Vận tốc vòng đầu cánh m/s 81 n Số vòng quay thích hợp vòng/phút Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 7 STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị 82 N Công suất kW 83 ξk Hệ số công suất 84 Nđc Công suất động cơ kW 85 dt Đường kính trục m 86 η Hiệu suất chung 87 ηtd Hiệu suất truyền động 88 ηđc Hiệu suất động cơ 89 α Hệ số cấp nhiệt W/m2K 90 λ Hệ số dẫn nhiệt W/mK Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. - Phân bón DAP Hình 2. - Dây chuyền sản xuất DAP Hình 3. - Lưu đồ khối của công nghệ sản xuất Hình 4. - Minh họa một thiết bị làm việc gián đoạn Hình 5. - Sơ đồ công nghệ sản xuất DAP Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 9 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN DAP 1.1. - Định nghĩa về phân bón Phân bón là chất bổ sung cho đất để thúc đẩy cây cối phát triển các loại chất dinh dưỡng có trong phân bón là nitơ, phốt pho, kali và các chất dinh dưỡng khác (vi chất dinh dưỡng) được thêm vào với những số lượng nhỏ. - Phân bón thường được dùng rải trực tiếp trên đất và cũng được phun trên lá (dinh dưỡng qua lá). - Các loại phân bón thường cung cấp, theo các thành phần tỷ lệ khác nhau. - Sơ lược về phân bón DAP 1.2.1. - Do có 2 thành phần dinh dưỡng được hình thành bởi phản ứng hóa học nên tên gọi đầy đủ là phân bón phức hợp Diamomonium phosphate. - Phân bón DAP Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 10 1.2.2. - Công dụng chính Thế mạnh đặc biệt của sản xuất DAP là sử dụng rất hiệu quả tài nguyên. - Thường sử dụng quặng apatit để sản xuất super lân hoặc lân nung chảy chỉ phân hủy được 50% P2O5 có trong quặng, phần còn lại bỏ lãng phí tài nguyên. - Ngược lại sử dụng apatit để sản xuất DAP thì thu hồi được P2O5 tới 95%. - Cung cấp thành phần dinh dưỡng cao cho cây trồng. - Mặt khác, phân bón DAP sản xuất tại VN bổ sung một khoáng chất làm chậm quá trình tan trong nước nên cây trồng có thể hấp thụ tối đa dinh dưỡng, tránh bị rửa trôi gây tổn thất. - DAP có hàm lượng dinh dưỡng cao nên DAP còn làm nguyên liệu cho sản xuất các loại NPK từ thấp đến cao thùy theo nhu cầu từng thời điểm của cây trồng. - Phân DAP phù hợp cho các loại cây trồng và thổ nhưỡng Việt Nam, khác hẳn với phân đơn thông thường có tính kiềm hoặc tính axit thì phân DAP được hình thành trên cơ sở phản ứng trung hòa nên nó là trung tính tốt cho cây và không ảnh hưởng đến thổ nhưỡng. - Nguyên liệu chính để sản xuất DAP gồm 2 thành phần chính: Luận văn tốt nghiệp GVHD : TS. - Vũ Hồng Thái HVTH: Nguyễn Quang Thành Trang 11 Acid phosphoric: Thường H3PO4 đem phản ứng ở nồng độ 48% P2O5. - Để sản xuất DAP ta thường sử dụng H3PO4 được chế tạo theo phương pháp nhiệt. - Để trung hòa acid trong quá trình sản xuất phải chuyển NH3 sang dạng lỏng, tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nhiệt độ của khí NH3 được khống chế cho phù hợp. - Độ sạch NH3 lỏng càng cao thì chất lượng phân bón càng tốt. - Cơ sở hóa học Cơ chế dựa theo 2 phản ứng hóa học chính là phản ứng trung hoà giữa ammonia với acid phosphoric và acid sulfuric. - 1200 kcal/kg NH3(g) (6) Phản ứng thứ nhất và thứ hai mạnh hơn các phản ứng còn lại, vì ammonia có xu hướng như sau: Đầu tiên nó sẽ phản ứng với acid sulfuric, rồi khi phản ứng trung hoà giữa hydro của acid sulfuric đầu tiên kết thúc thì phản ứng tiếp theo mới xảy ra. - Ngoài các phản ứng chính nêu trên, những phản ứng phụ khác cũng xảy ra, giữa ammonia, acid phosphoric và một số tạp chất. - Hơn 100 sản phẩm được tạo ra từ những phản ứng khác nhau, hàm lượng từ mức ppm đến 1% acid phosphoric.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt