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 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
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 14/10/2017 với các nội dung sau:
- Chỉnh sửa lại các lỗi chính tả.
- Chỉnh sửa lại cách ghi tài liệu tham khảo.
- Chỉnh sửa lại công thức số (1.24) cho đúng.
Ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn
Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014
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.
Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. 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. Thầy không chỉ là một người thầy, mà còn là một nhà khoa học, một đồng nghiệp mà tác giả suốt đời biết ơn và ngưỡng mộ.
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
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................................ 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................................................ 8
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................................................... 9
TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN DAP ............................................................................................................ 9
1.1. Định nghĩa về phân bón .................................................................................................................. 9
1.2.
Sơ lược về phân bón DAP ............................................................................................................... 9
1.2.1.
Định nghĩa ............................................................................................................................... 9
1.2.2.
Công dụng chính ................................................................................................................... 10
1.2.3.
Nguyên liệu sản xuất. ............................................................................................................ 10
1.2.4.
Cơ sở hóa học ........................................................................................................................ 11
1.3. Công nghệ sản xuất DAP trên thế giới .......................................................................................... 12
1.3.1.
Các quá trình trong công nghệ sản xuất DAP ....................................................................... 12
1.3.2.
Các công đoạn chính trong sản xuất DAP ............................................................................ 12
CHƯƠNG 2 .................................................................................................................................................. 14
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG VÀ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG .............................................. 14
2.1.
Phân loại phản ứng hóa học .......................................................................................................... 14
2.2. Khái niệm cơ bản về thiết bị phản ứng ......................................................................................... 15
2.2.1.
Thiết bị phản ứng .................................................................................................................. 15
2.2.2.
Vận tốc phản ứng .................................................................................................................. 15
2.2.3.
Độ chuyển hóa của chất i ...................................................................................................... 15
2.2.4.
Độ chọn lọc đối với sản phẩm i ............................................................................................ 16
2.2.5.
Điều kiện phản ứng ............................................................................................................... 16
2.2.6.
Phân loại TBPƯ .................................................................................................................... 17
2.2.7. Ứng dụng mô hình thiết bị phản ứng trong nhà máy sản xuất phân bón .............................. 21
2.3. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và phản ứng ống .......................................... 21
2.3.1.
Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất DAP .................................................................... 21
2.3.2. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và thiết bị phản ứng ống ...................... 24
CHƯƠNG 3. ................................................................................................................................................. 28
Trang 1
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
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 ............................................................... 28
3.1. Cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng ............................................................................................ 28
3.2. Xác định kích thước thiết bị phản ứng .......................................................................................... 31
3.3.
Tính bền cho thiết bị phản ứng ..................................................................................................... 38
3.4.
Tính toán các chi tiết, phụ kiện của thiết bị phản ứng .................................................................. 41
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................................ 47
PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN CHO MỘT TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP CÔNG SUẤT 330.000 TẤN/ NĂM ............................................................................................................. 49
PHỤ LỤC 2. MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG .............................................................................. 74
Trang 2
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
MỞ ĐẦU
Việt Nam có diện tích tự nhiên 331.128 km2, nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Các điều kiện tự nhiên thuận lợi cùng với nguồn nhân lực dồi dào là cơ sở ngành
nông nghiệp Việt Nam phát triển.
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.
Một lần nữa em xin chân thành cản ơn thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành
đồ án này.
Hà Nội, Ngày.... tháng... năm 2017.
Học viên
Trang 3
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị
Vận tốc phản ứng chuyển hoá chất i mol/l.s 1 Ri
Độ chuyển hóa của chất i 2 Xi
Nồng độ chất phản ứng i đi vào mol/l 3 Ci0
Nồng độ chất phản ứng i đi ra 4 Ci1
mol/l 5 Độ chọn lọc với sản phẩm i
Si
mol/l 6 Ci Nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng
h 7 Thời gian lưu trung bình tTB
m3 Thể tích TBPƯ 8 VR
9 Lưu lượng của dòng m3/h FV
Nhiệt lượng truyền cho chất A kJ/h 10 QA
Nhiệt lượng cần cấp cho lưu thể vào kJ/h 11 Qc
12 Nhiệt độ môi chất A vào K tA
13 Nhiệt độ của phản ứng K tpu
Nhiệt dung riêng của môi chất A kJ/Kg.độ 14 CA
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường kJ/h 15 Qe
Nhiệt lượng tỏa ra kJ/h 16 Qt
kg/h 17 mi Khối lượng NH3 tiêu tốn cho phản ứng i
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng i 18 Δhi kJ/kgNH3
Nhiệt lượng cần cấp thêm kJ/h 19 Qgn
Nhiệt lượng hơi thấp áp kJ/h 20 QLP
Nhiệt dung riêng của hơi thấp áp kJ/Kg.độ 21 CLP
22 Nhiệt độ hơi của hơi thấp áp vào K tLP
Tổng khối lượng môi chất vào kg/h 23 Mv
24 Mr Tổng khối lượng môi chất ra kg/h
Trang 4
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Tổng khối lượng lưu trong thiết bị kg/h 25 Ml
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị
kg/h 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
Khối lượng nước công nghệ vào kg/h 30 Mnc
Nước từ tháp rửa đến kg/h 31 MTGS
Khối lượng dịch phá bọt 32 Mpb kg/h
Khối lượng hơi thấp áp kg/h 33 MLP
Tổng khối lượng bùn ra kg/h 34 Mbra
Tổng khối lượng khí ra kg/h 35 Mkra
36 Khối lượng riêng trung bình của lưu thể vào kg/m3 ρ
37 V′ Lưu lượng thể tích của lưu thể m3/h
38 Thời gian phản ứng (i) diễn ra h τi
39 Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (i) 1/h ki
40 Độ chuyển hóa phản ứng (i) mol/l ui
41 τ Thời gian lưu h
42 Thời gian chuyển tiếp h τct
43 Thời gian nạp h τn
44 Thời gian ổn định h τod
45 Thời gian tháo h τth
Thể tích thiết bị m3 46 VR
47 z Năng suất dự trữ
48 ϕ Hệ số chứa
Khối lượng hơi trung áp vào kg/h 49 MMP
Thể tích đầu thiết bị phản ứng m3 50 Vđpu
Đường kính một đoạn thiết bị 51 D m
Chiều dài một đoạn thiết bị 52 L m
Trang 5
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Chiều dày thiết bị 53 S m
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị
Đường kính trong thiết bị m 54 Dt
Ứng suất cho phép 55 N/m2 [σ]
Hệ số mối hàn 56 ϕ
Hệ số dư 57 C mm
Độ dư ăn mòn mm 58 C1
Độ dư gia công mm 59 C2
Độ dư bào mòn mm 60 C3
Áp suất thực tế N/m2 61 P
Áp suất thiết kế N/m2 62 Pt
Áp suất làm việc N/m2 63 Plv
Áp suất thủy tĩnh N/m2 64 Ptt
Bán kính lỗ khoét trên nắp 65 r m
Đường kính đáy m 66 Dđ
Áp suất thử N/m2 67 P0
Ứng suất thử N/m2 68 σ
Ứng suất giới hạn chảy N/m2 69 σc
Ứng suất do lực nén gây ra N/m2 70 σ0
Đường kính ngoài của ống m 71 Dn
72 P Lực nén dọc trục N
Ứng suất tới hạn N/cm2 73 σth
74 E Mô đun đàn hồi của vật liệu N/cm2
75 Áp suất tới hạn N/cm2 pth
Chiều dài ống m 76 Ltrụ
77 Đường kính cánh khuấy m dk
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
Trang 6
HVTH: Nguyễn Quang Thành
81 n Số vòng quay thích hợp vòng/phút
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị
82 N Công suất kW
83 Hệ số công suất ξk
Công suất động cơ kW 84 Nđc
85 Đường kính trục m dt
86 η Hiệu suất chung
87 Hiệu suất truyền động ηtd
88 Hiệu suất động cơ ηđc
89 α Hệ số cấp nhiệt W/m2K
Trang 7
HVTH: Nguyễn Quang Thành
90 λ Hệ số dẫn nhiệt W/mK
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
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. TBPƯ bán liên tục
Hình 6. Mô hình đẩy lý tưởng
Hình 7. Mô hình khuấy lý tưởng
Trang 8
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Hình 8. Sơ đồ công nghệ sản xuất DAP
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
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:
- Ba chất dinh dưỡng cơ bản: nitơ, phốt pho, và kali. - Ba chất dinh dưỡng hàng hai như canxi(Ca), sulfur (S), magiê (Mg). - Và vi chất dinh dưỡng hay vi lượng khoáng: Bonron (Bo), clo (Cl), mangan (Mn),
sắt (Fe), kẽm (Zn), đồng (Cu), mô líp đen (Mo) và selen (Se).
Các chất dinh dưỡng được tiêu thụ với những số lượng lớn và hiện diện trong mô cây
với các số lượng từ 0,2% đến 4,0% (theo cơ sở trọng lượng khô).
1.2. Sơ lược về phân bón DAP
1.2.1. Định nghĩa
DAP: là tên viết tắt của từ tiếng anh Diammonium phosphate, có công thức hóa học là (NH4)2HPO4, cug cấp 2 thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là P2O5 và Nitơ. 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. Viết tắt DAP.
Trang 9
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Hình 1. Phân bón DAP
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
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%. Như vậy hiệu quả sử dụng tài nguyên là rõ rệt.
Cung cấp thành phần dinh dưỡng cao cho cây trồng. Thông thường đối với phân đơn thì thành phần dinh dưỡng cao nhất là 46% N đối với Urê; 16,5% P2O5 đối với supe lân; phân lân nung chảy thì thấp hơn; trong khi đó phân phức hợp DAP có hàm lượng dinh
dưỡng thấp nhất là 61% (45%P2O5 và 16%N).
Cung cấp 2 thành phần dinh dưỡng thiết yếu đối với quá trình sinh trưởng của cây
trồng nên giúp cây trồng tăng trưởng và phát triển nhanh. 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.
Giúp cứng cây, tăng sức đề kháng, hạn chế sâu bệnh, giúp cây phát triển lành mạnh
về thể chất, đặc biệt là giàu thành phần P2O5 nên cây trồng tăng sức đề kháng với thời tiết, chịu rét tốt hơn, hạn chế sâu bệnh
DAP cung cấp đầy đủ và cân đối khoáng chất cho cây trồng đồng thời giúp cây trồng
trao đổi chất tốt với môi trường nên tăng được năng suất củ quả, tăng chất lượng nông sản.
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. Có thể bón trực tiếp cho các loại cây từ cây lương thực như lúa ngô khoai sắn đên
cây công nghiệp như cà phê, hạt tiêu, ... phù hợp với cả cây ăn quả, cây cho hoa, cây lấy lá, cây cảnh , ...
1.2.3. Nguyên liệu sản xuất.
Trang 10
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Nguyên liệu chính để sản xuất DAP gồm 2 thành phần chính:
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
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. H3PO4 thu được thường lẫn tạp chất do quặng mang vào, tuy nhiên không ảnh hưởng đến cây trồng.
Ammonia: Nguồn nhiên liệu NH3 thường được nhập ngoại qua cảng biển, chuyển về các kho chứa ở dạng lỏng. 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.
Yêu cầu kỹ thuật cho Ammonia lỏng.
- Hàm lượng: 99,5% trọng lượng. - Hàm lượng dầu ≤ 0,2% trọng lượng hoặc ≤ 8mg/l. - Hàm lượng sắt ≤ 2mg/l. - Hàm lượng nước ≤ 0,1 % trọng lượng.
Ngoài ra còn có H2SO4
1.2.4. 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.
(1) H2SO4 + 2NH3(l) (NH4)2SO4 (AMS) + 1500 kcal/kg NH3(l).
(2) H2SO4 + 2NH3(g) (NH4)2SO4 (AMS) + 1800 kcal/kg NH3(g)
(3) H3PO4 + NH3(l) NH4H2PO4 (MAP) + 1200 kcal/kg NH3(l)
(4) H3PO4 + 2NH3(g) NH4H2PO4 (MAP) + 1500 kcal/kg NH3(g)
(5) NH4H2PO4 + NH3(l) (NH4)2HPO4 + 900 kcal/kg NH3(l)
(6) H3PO4 + NH3(g) NH4H2PO4 (MAP) + 1200 kcal/kg NH3(g)
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
Trang 11
HVTH: Nguyễn Quang Thành
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.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
1.3. Công nghệ sản xuất DAP trên thế giới
Diammonium phosphate – DAP là loại phân bón phức hợp giàu dinh dưỡng, dễ hòa
tan trong nước, không có tạp chất làm chai cứng đất. Để sản xuất phân DAP chỉ có một
phương pháp duy nhất là phương pháp trung hòa.
Phản ứng chính được thể hiện bằng phương trình:
(1) H3PO4 + 2NH3 → (NH4)2HPO4
Về công nghệ sản xuất, phần lớn các quá trình công nghệ được phát triển bởi các nhà
bản quyền như: Cross (Tây Ban Nha), Incro (Tây Ban Nha), Uhde BmbH (Đức),
Raytheon Engineers and Constructors (Mỹ), Jacobs Engineering (Mỹ).
1.3.1. Các quá trình trong công nghệ sản xuất DAP
Công nghệ sản xuất DAP trên thế giới hiện nay có 2 quá trình chủ yếu là:
- Quá trình khô - Quá trình ướt
1.3.2. Các công đoạn chính trong sản xuất DAP
Đối với sản xuất DAP, quá trình ổn định và phổ biến nhất là quá trình bùn (slurry
process). Trong quá trình này Acid phosphoric được trung hòa một phần bằng ammonia ở thiết bi ̣ trung hòa (tạo bùn), phần còn lại được trung hòa hoàn toàn trong thiết bị tạo hạt. Quá trình này có tên gọi là quá trình bùn TVA thông thường và được áp dụng ở nhiều nhà
máy phân bón trên thế giới.
Hiện nay quá trình thiết bị phản ứng kiểu ống là quá trình bùn đã được cải tiến trở nên thịnh hành trong sản xuất DAP. Sự cải tiến của quá trình phản ứ ng ống so với quá trình bùn thông thường là phản ứ ng trung hòa acid phosphoric không những xảy ra trong thùng trung hòa sơ bộ mà còn xảy ra một lượng lớn trong thiết bi ̣ phản ứ ng kiểu ống. Quá trình này có các công đoạn là:
Công đoạn tiền trung hòa và phản ứ ng ống Công đoạn rửa khí kép
Công đoạn khử bụi
Công đoạn bốc hơi ammonia
Trang 12
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Công đoạn làm lạnh khí bằng ammonia
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Hình 2. Dây chuyền sản xuất DAP
Bùn đã trung hòa nhận được trong quá trình phản ứ ng ống có đặc tính vật lý tốt hơn
so với quá trình thông thường cụ thể là:
Hàm lượng nước thấp.
Nhiệt độ cao.
Trang 13
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Bùn được phun mù vào một dòng xoáy của hơi nước.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG VÀ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
2.1. Phân loại phản ứng hóa học
STT Tiêu chuẩn phân loại Loại phản ứng hóa học
1 Cơ chế phản ứng
Phản ứng một chiều Phản ứng hai chiều Phản ứng song song Phản ứng nối tiếp Phản ứng đơn giản Phản ứng phức tạp (đồng thời xảy ra nhiều phản ứng)
Số phân tử tham gia phản ứng 2 Phản ứng đơn phân tử Phản ứng hai, đa phân tử
Bậc phản ứng 3 Phản ứng bậc 1, bậc 2, ... Phản ứng bậc số nguyên, bậc phân số
Phản ứng đẳng tích, đẳng nhiệt, đẳng áp, Điều kiện thực hiện phản ứng đoạn nhiệt, 4
Phản ứng gián đoạn, liên tục, bán liên tục
Phản ứng đồng thể: phản ứng xảy ra
5 trong hệ đồng nhất, các cấu tử tham gia trong hệ cùng một trạng thái pha (khí, lỏng) Trạng thái pha của hệ phản ứng
Trang 14
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra trong hệ không đồng nhất, các cấu tử tham gia phản ứng ở trạng thái từ hai pha trở lên
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
2.2. Khái niệm cơ bản về thiết bị phản ứng
2.2.1. Thiết bị phản ứng
Hệ thống thiết bị thực hiện các phản ứng hoá học tạo ra sản phẩm của một quá trình
sản xuất, do đó quyết định năng suất (do vận tốc phản ứng r) và hiệu quả (độ chuyển hoá X và độ chọn lọc S) của sản xuất.
Trong sơ đồ công nghệ TBPƯ như sau.
Hình 3. Lưu đồ khối của công nghệ sản xuất
Trong đó hệ thống thiết bị chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, tách và tinh chế sản phẩm có
thể gồm một số lượng lớn các thiết bị thực hiện các quá trình chuyển khối và truyền nhiệt
như chưng luyện, hấp thụ,hấp phụ, trích ly, đun nóng, làm lạnh, ngưng tụ , ...
2.2.2. Vận tốc phản ứng
dCi
Vận tốc phản ứng chuyển hoá chất i: Ri
Ri = ±
(1.1)
dt
Ci: Nồng độ cấu tử i, dấu cộng là tạo thành (sản phẩm phản ứng), dấu trừ là tiêu
hao (chất phản ứng), mol/l.
2.2.3. Độ chuyển hóa của chất i
Xi = = 1-
(1.2)
(𝐶𝑖0−𝐶𝑖1) 𝐶0
𝐶𝑖1 𝐶𝑖0
Trong đó: Ci0- Nồng độ chất phản ứng i đi vào (hay nồng độ ban đầu), mol/l.
Trang 15
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Ci1- Nồng độ chất phản ứng i đi ra (hay nồng độ cuối), mol/l.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
2.2.4. Độ chọn lọc đối với sản phẩm i
j = 1, n
(1.3)
Si =
𝐶𝑖 𝛴𝐶𝑗
Trong đó: Ci -nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng, mol/l.
ΣCj -tổng nồng độ các sản phẩm trong hỗn hợp phản ứng, mol/l.
2.2.5. Điều kiện phản ứng
Nhiệt độ phản ứng: có thể từ nhiệt độ phòng đến 800÷900°C, cá biệt có thể đến
1300÷1500°C. Đồng thời phải có những giải pháp hợp lý cấp hay giải nhiệt phản ứng.
Áp suất: có thể từ áp suất khí quyển 0,1 MPa đến 70 MPa.
Trong nhiều phản ứng pha khí thường dùng áp suất khoảng 2÷3 MPa để giảm thể
tích TBPƯ, tăng cường vận tốc phản ứng và hệ số trao đổi nhiệt với thành thiết bị.
Với mỗi áp suất cần có dạng hình học của thiết bị phù hợp: hình ống, hình cầu chịu
áp suất tốt hơn hình hộp, mặt phẳng.
Phản ứng trong thiết bị có thể tiến hành ở các trạng thái pha khác nhau:
+ Đồng thể: khí, lỏng.
+ Các hệ dị thể khí-rắn, khí-lỏng, lỏng-rắn.
+ Các hệ ba pha: khí-lỏng-rắn, lỏng-lỏng-rắn, khí-lỏng-lỏng, ...
Tính đa dạng của TBPƯ còn do từng hãng, trên thế giới có những hãng có công
nghệ, xúc tác và hệ thống TBPƯ riêng của mình.
Đặc điểm của thiết bị phản ứng
Do trong TBPƯ các quá trình hoá học (phản ứng) và vật lý (chuyển khối: dòng chảy, khuếch tán, và các quá trình nhiệt: truyền nhiệt, toả và thu nhiệt) xảy ra đan xen và ảnh
hưởng lẫn nhau.
Trong đó, các quá trình vật lý thường tuyến tính với nhiệt độ, còn các phản ứng hoá
học phụ thuộc vào nhiệt độ ở dạng hàm mũ theo phương trình Arrhénius (phi tuyến).
Trang 16
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Ảnh hưởng của môi trường
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Ảnh hưởng của pH môi trường, tốc độ khuấy trộn (trong thiết bị khuấy lý tưởng), tạp
chất, ...là đáng kể đối với phản ứng trong thiết bị, đôi khi là tác nhân chính ảnh hưởng đến
phản ứng và thiết kế thiết bị phản ứng.
2.2.6. Phân loại TBPƯ
2.2.6.1. Theo chế độ làm việc
a. Thiết bị làm việc gián đoạn
Các bước của quá trình: nạp liệu, đun nóng, tiến hành phản ứng, làm nguội và tháo
sản phẩm, được thực hiện trong một thiết bị.
Do đó các thông số như nồng độ, nhiệt độ, áp suất, ...thay đổi theo thời gian.
Hình 4. Minh họa một thiết bị làm việc gián đoạn
b. Thiết bị làm việc bán liên tục:
Chất phản ứng: Một chất cho gián đoạn, một chất cho liên tục.
Chất cho gián đoạn thường là chất lỏng, ví dụ chất A.
Chất cho liên tục thường là chất khí hay có thể là chất lỏng, ví dụ chất B. Phản ứng
Trang 17
HVTH: Nguyễn Quang Thành
hóa học diễn ra giữa A và B: A + B → C
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Hình 5. TBPƯ bán liên tục
c. Thiết bị làm việc liên tục
Đây là loại thiết bị thường gặp trong công nghiệp với qui mô sản xuất lớn.
Trạng thái ổn định (steady state): Trạng thái đạt được của TBPƯ sau khi mở máy
một thời gian, ở trạng thái này các thông số của quá trình không thay đổi theo thời gian t,
lúc đó sản phẩm thu được có chất lượng ổn định. Từ khi mở máy đến trạng thái ổn định ta có giai đoạn quá độ, thời gian quá độ phụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong thiết bị và độ
phức tạp của hệ thống TBPƯ.
d. Thời gian lưu trung bình
Thời gian lưu thực của chất phản ứng trong thiết bị khác nhau, phụ thuộc vào chế độ
dòng chảy. Ta có thời gian lưu trung bình theo định nghĩa sau
𝑉𝑅 𝐹𝑉
(1.5) tTB =
Trong đó: tTB -Thời gian lưu trung bình, h.
VR -Thể tích TBPƯ, m3.
FV -Lưu lượng của dòng, m3/h.
2.2.6.2. Theo chế độ dòng chảy
Trang 18
HVTH: Nguyễn Quang Thành
a. Mô hình đẩy lý tưởng
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Là mô hình dòng chảy trong thiết bị chuyển động tịnh tiến theo thứ tự trước sau như
chuyển động của pit-tông trong xi lanh
Do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi từ từ, bắt đầu ở đầu vào là CA0 đến đầu ra là
CAL
Hình 6. Mô hình đẩy lý tưởng
b. Mô hình khuấy lý tưởng
Là mô hình dòng chảy trong thiết bị được khuấy trộn mạnh, chất phản ứng đi vào
được trộn lẫn đồng đều ngay tức khắc trong thiết bị, do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi
đột ngột ở tại đầu vào của thiết bị. Cũng do khuấy trộn nồng độ chất phản ứng trong khắp thiết bị đồng đều và bằng đầu ra là C1.
Do nồng độ chất phản ứng trong thiết bị thấp (nhất là khi độ chuyển hoá X yêu cầu
cao) nên vận tốc phản ứng thấp và do đó năng suất TBPƯ theo mô hình khuấy lý tưởng
thấp hơn đẩy lý tưởng.
Nói một cách khác, để đảm bảo độ chuyển hoá X như nhau thiết bị theo mô hình khuấy lý tưởng cần có thể tích VR lớn hơn nhiều so với mô hình đẩy lý tưởng, đặc biệt khi
Trang 19
HVTH: Nguyễn Quang Thành
X yêu cầu cao.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Hình 7. Mô hình khuấy lý tưởng
2.2.6.3. Theo trạng thái pha
Hệ đồng thể: Cần được khuấy trộn để đồng đều về nồng độ các cấu tử và nhiệt độ
trong thiết bị phản ứng.
Hệ dị thể: Đối với hệ này cần chú ý tạo bề mặt tiếp xúc pha lớn để tăng cường vận
tốc phản ứng.
+ Hệ dị thể lỏng-lỏng: Cần được khuấy trộn tốt, tạo nhũ tương bề mặt tiếp xúc lớn.
+ Hệ dị thể khí-lỏng: Để đảm bảo bề mặt tiếp xúc pha của hệ này cần khuấy trộn
hoặc sủi bọt hoặc dùng đệm rắn có bề mặt riêng lớn.
+ Hệ dị thể khí-rắn và lỏng-rắn: Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt của chất rắn , do vậy
chất rắn (là xúc tác) thường là vật liệu xốp có bề mặt riêng lớn hoặc có độ phân tán cao.
Trong công nghiệp cũng hay gặp hệ nhiều pha: khí - lỏng - rắn, lỏng - lỏng - rắn.
2.2.6.4. Theo chế độ nhiệt
Đoạn nhiệt
+ Không có bộ phận trao đổi nhiệt.
+ Hay sử dụng vì đơn giản, cho các phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp hay ít nhạy
với sự thay đổi nhiệt độ.
Trang 20
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Đẳng nhiệt:
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
+ Thường gặp ở các thiết bị có khuấy trộn tốt.
+ Trong tài liệu đôi khi gọi thiết bị phản ứng xúc tác khí - rắn dạng ống chùm có bề
mặt trao đổi nhiệt lớn là thiết bị tựa đẳng nhiệt, tuy vậy ở thiết bị loại này vẫn tồn tại
gradien nhiệt độ theo đường kính và hướng trục ống xúc tác.
Tự nhiệt:
+ Hay dùng khi có thể vì đơn giản và kinh tế.
+ Phản ứng toả nhiệt đủ lớn và có khả năng trao đổi nhiệt phản ứng với nguyên liệu
vào để đạt nhiệt độ mà phản ứng có thể tiến hành.
Chế độ nhiệt theo qui hoạch:
+ Thường dùng để đạt chế độ nhiệt tối ưu cho quá trình phản ứng.
+ Gặp ở thiết bị loại ống, thiết bị có nhiều ngăn đoạn nhiệt và hệ thống nhiều thiết
bị khuấy nối tiếp.
2.2.7. Ứng dụng mô hình thiết bị phản ứng trong nhà máy sản xuất phân bón
Hiện nay, chỉ có một số ít nhà máy hóa chất hoạt động sử dụng cả 2 mô hình thiết bị
phản ứng khuấy lý tưởng và đẩy lý tưởng. Trong số đó, điển hình là nhà máy sản xuất
phân bón DAP, với thiết bị phản ứng tiền trung hòa hoạt động dựa trên nguyên lý của thiết
bị phản ứng khuấy lý tưởng và thiết bị phản ứng ống hoạt động dựa trên nguyên lý của
thiết bị phản ứng đẩy lý tưởng. Do đó, luận văn xin phép được nghiên cứu tính toán thiết
kế cho hai thiết bị trên của nhà máy sản xuất phân bón DAP. Bởi hiện tại ở Việt Nam
100% các thiết bị này đều phải nhập khẩu nguyên chiếc theo bản quyền của nhà cung cấp.
Việc tính toán thiết kế các thiết bị này phần nào giúp giải quyết vấn đề về chuyển giao
công nghệ cũng như vận hành các thiết bị phản ứng nói trên.
2.3. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và phản ứng ống
2.3.1. Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất DAP
Nguyên liệu sản xuất DAP:
Trang 21
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất DAP là:
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
+ Acid phosphoric: Để sản xuất phân bón thường sử dụng H3PO4 chế tạo theo phương pháp trích ly. Ngoài ra H3PO4 còn lẫn ít tạp chất do quặng mang vào không ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của cây trồng. Thường dùng axit H3PO4 nồng độ 48% P2O5.
+ Ammonia: Thông thường NH3 để sản xuất DAP được lấy từ các phân xưởng tổng hợp NH3 trong các kho chứa NH3 lỏng. Để trung hòa axit trong quá trình sản xuất phải chuyển NH3 lỏng thành khí. Tùy thuộc phương pháp sản xuất mà áp suất, nhiệt độ của khí NH3 được khống chế cho phù hợp. Độ sạch của NH3 lỏng càng cao thì chất lượng phân bón càng tốt.
Sơ đồ nguyên lý
+ Bước 1: Công đoạn trung hòa diễn ra ở trong 2 thiết bị phản ứng tiền trung hòa
và phản ứng ống.
Acid phosphoric có nồng độ 48% P2O5 cấp từ kho axit cùng với hơi ammonia được đưa vào thiết bị tiền trung hòa. Bên trong thiết bị này với cánh khuấy có tác dụng làm
giảm bọt giảm lượng bọt bị cuốn đi và chống lắng khi các thiết bị khác bị dừng. Thiết bị
này được thiết kế có khoảng trống lớn do tạo bọt làm tăng thể tích, thời gian lưu nhỏ, đảm bảo khả năng hòa tan P2O5 là tốt nhất.
Tùy theo lượng chất hữu cơ có trong axít mà hệ thống nạp chất phá bọt có thể được
yêu cầu. Thiết bị được cấp thêm bùn gồm huyền phù các muối thu hồi ở các bộ phận phụ
trợ trong dây chuyền sản xuất đưa lại để tăng hàm lượng muối amoni photphat trong dung
dịch sau trung hòa.
Trang 22
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Song song với đó là trung hòa ammonia lỏng để tạo DAP trong thiết bị phản ứng kiểu ống. Nếu cần bổ sung thêm H3PO4 thì cấp thêm H3PO4 vào thiết bị phản ứng ống để đạt mức độ trung hòa và năng suất thiết bị phản ứng.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Tiền trung hòa
Ống phản ứng
Tạo hạt
H3PO4 NH3
Sấy
Làm mát
Sàng
Phủ dầu
Đóng bao
Bụi phát sinh
Hình 8. Sơ đồ công nghệ sản xuất DAP
+ Bước 2: Công đoạn tạo hạt
Hệ thống tạo hạt có tác dụng chuyển bùn thành dạng hạt. Quá trình tạo hạt được diễn ra trong thiết bị tạo hạt dạng thùng quay, tại đó bùn phốt phát được phun lên một lớp liệu khô làm mầm tạo hạt. Tác dụng quay tròn trong thiết bị tạo hạt làm cho bùn bám ngay trên bề mặt hạt và nhờ quá trình tuần hoàn nên sản phẩm đồng đều, hạt tròn tạo thành theo lớp.
Trang 23
HVTH: Nguyễn Quang Thành
+ Bước 3: Sấy và sàng phân loại
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Hạt có độ ẩm ra khỏi thiết bị tạo hạt sau khi qua sàng đục lỗ ở vỏ quay của thiết bị
tạo hạt, hạt rơi xuống thiết bị sấy bằng máng dẫn. Trong thiết bị sấy hạt phân bón cùng
chiều với dòng khí nóng. Sản phẩm sau khi sấy đưa qua máy dẫn đến gầu nâng thứ nhất và
qua sàng phân loại hạt to. Các sản phẩm quá cỡ được làm nhỏ bằng máy nghiền và được tuần hoàn lại cùng với các hạt nhỏ mịn qua sàng. Sản phẩm ra khỏi lớp giữa của sàng sẽm
được làm nguội rồi tới thiết bị bọc dầu để tránh kết dính sản phẩm. Sản phẩm sau đó đưa
qua máy sàng đánh bóng kép, tại đây 5÷10% hạt quá cỡ và hạt mịn cuối cùng bị loại ra.
Các hạt này cùng với bụi và sản phẩm loại ra được tuần hoàn lại với thiết bị tạo hạt.
+ Bước 4: Đóng bao sản phẩm
Các hạt sản phẩm đạt yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật: kích thước, độ ẩm, ... sẽ được đưa đến hệ thống đóng bao, tại đây sản phẩm sẽ được định lượng rồi đóng bao. Cuối cùng, sản
phẩm được đưa về kho chứa chờ xuất ra thị trường.
2.3.2. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa và thiết bị phản ứng ống
2.3.2.1. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng tiền trung hòa
a. Phản ứng chính:
(1) 2NH3(k) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1800 kcal/kg NH3
(2) NH3(k) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1500 kcal/kg NH3
(3) NH3(k) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 1200 kcal/kg NH3
(4) H3PO4 + NH3(l) = NH4H2PO4 + 1700 kcal/kg NH3
(5) NH4H2PO4 + NH3(l) = (NH4)2HPO4 + 1500 kcal/kg NH3
(6) H2SO4 + 2NH3(l) = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
b. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu đầu vào:
Acid sulfuric, acid phosphoric, ammonia (lỏng + khí), cùng các phụ gia khác.
Sản phẩm:
MAP, DAP với tỉ lệ nguyên tử N:P vào khoảng 1,3÷1,4.
Trang 24
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Điều kiện làm việc
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Phân bón Diammonium phosphate (DAP) được tạo ra chủ yếu nhờ các phản ứng (2),
(3), (5), (6). Ở nhiệt độ thường, các phản ứng này diễn ra khá chậm, sản phẩm tạo ra ở
trạng thái rắn, nhớt. Do vậy, để tạo ra môi trường huyền phù cũng như sản phẩm đạt tỉ lệ
yêu cầu, cần tiến hành ở nhiệt độ cao.
+ Nhiệt độ làm việc: 110÷120°C. Do đó, cần phải nâng nhiệt độ của nguyên liệu
đầu vào đến nhiệt độ làm việc. Đồng thời, căn cứ vào nhiệt lượng tỏa ra ở các phản ứng để
đưa ra lưu lượng hơi thấp áp thích hợp để gia nhiệt cho nguyên liệu.
+ Áp suất làm việc: Bao gồm áp suất thủy tĩnh và áp suất hoạt động. Áp suất hoạt
động của thiết bị được tính toán thiết kế sao cho thuận lợi nhất với các phản ứng diễn ra trong thiết bị.
+ Độ nhớt của môi trường: Độ nhớt của môi trường là một thông số quan trọng
trong việc tính toán kích thước thiết bị, cơ cấu khuấy trộn cũng như điều kiện làm việc
khác (nhiệt độ, áp suất đầu phun, ...). Độ nhớt được tính toán dựa trên thành phần nguyên liệu đầu vào. Trong dung dịch vào (gồm có H3PO4, H2SO4, phụ gia, tạp chất, nước công nghệ, ...) cùng với lượng NH3 (cả ở dạng lỏng) dựa trên số liệu thực nghiệm đo được, thì độ nhớt trung bình của môi trường là vào khoảng 700÷900 cP.
+ Một số thông số vật lý, thông số kỹ thuật khác: pH, nhiệt dung riêng, khối lượng
riêng được tra từ dung dịch đầu vào, ...
c. Kích thước hình học:
Dựa theo kích thước hình học hợp lý nhất đã được nghiên cứu từ trước, ta chọn hình
dạng của thiết bị phản ứng tiền trung hòa là dạng hình trụ-côn-trụ. Với một số mục đích:
+ Tăng thời gian tiếp xúc của các pha lỏng và khí.
+ Giảm diện tích bề mặt ở pha lỏng.
2.3.2.2. Mô tả khái quát về thiết bị phản ứng ống
a. Phản ứng chính
Phản ứng chính giữa acid phosphoric, acid sulfuricvà ammonia diễn ra trong thiết bị
phản ứng ống, theo phương trình:
Trang 25
HVTH: Nguyễn Quang Thành
(4) H2SO4 + 2 NH3 (l) = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
(5) H3PO4 + NH3(l) = NH4H2PO4 + 1700 kcal/kg NH3
(6) NH4H2PO4 + NH3(l) = (NH4)2HPO4 + 1500 kcal/kg NH3
Trong thiết bị phản ứng ống chỉ diễn ra phản ứng đồng thể giữa pha lỏng của NH3 và
hỗn hợp dung dịch chứa H3PO4 và H2SO4
b. Nguyên lý hoạt động
Nguyên liệu đầu vào:
Acid sulfuric, acid phosphoric trong dịch vào, ammonia (lỏng), nước, cùng các phụ
gia khác, ...
Sản phẩm:
MAP, DAP với tỉ lệ nguyên tử N:P vào khoảng 1,5÷1,6.
Điều kiện làm việc
Diammonium phosphate (DAP) được tạo ra chủ yếu nhờ các phản ứng (5), (6). Phản
ứng tạo ra DAP dạng bùn rất nhớt, đồng thời, hệ phản ứng đang ở trong ống. Do đó, để
tránh đóng rắn gây tắc ống, cũng như để giảm độ nhớt của hệ, cần phải nâng đến nhiệt độ
cần thiết.
+ Nhiệt độ làm việc: 130÷140°C. Cần phải nâng nhiệt độ của nguyên liệu đầu vào
đến nhiệt độ làm việc. Đồng thời, căn cứ vào nhiệt lượng tỏa ra ở các phản ứng để đưa ra
lưu lượng hơi trung áp thích hợp để gia nhiệt cho phản ứng.
+ Áp suất làm việc: Theo nhiều nghiên cứu thì áp suất ảnh hưởng rõ rệt đến năng
suất của thiết bị phản ứng ống. Phản ứng diễn ra ở áp suất khoảng 4÷6 atm là hợp lý nhất.
+ Độ nhớt môi trường: Một thông số quan trọng cần được khống chế để tránh gây
tắc thiết bị cũng như ống, dựa trên số liệu thực nghiệm đo được, thì độ nhớt trung bình của môi trường là vào khoảng 700÷900 cP.
+ Một số thông số vật lý, thông số kỹ thuật khác: pH, nhiệt dung riêng, khối lượng
riêng được tra từ dung dịch đầu vào, ...
c. Kích thước hình học
Ống phản ứng có kích thước nhỏ gồm 1 đầu phản ứng và ống phân phối bùn được
Trang 26
HVTH: Nguyễn Quang Thành
thiết kế phù hợp. Trong quá trình này, acid phosphoric và ammonia được trộn lẫn với
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
nhau, phản ứng xảy ra và tạo ra amoniphotphat, đồng thời nước bốc hơi. Phản ứng này
được thực hiện dọc theo ống phân phối, đồng thời bùn được hình thành, sau đó sẽ được
Trang 27
HVTH: Nguyễn Quang Thành
phân phối trực tiếp tới lớp hạt có trong thùng tạo hạt.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
CHƯƠNG 3. 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
3.1. Cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng
3.1.1. Cân bằng nhiệt cho thiêt bị phản ứng tiền trung hòa
Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng trong thiết bị
(1) 2NH3(k) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1800 kcal/kg NH3
(2) NH3(k) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1500 kcal/kg NH3
(3) NH3(k) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 1200 kcal/kg NH3
(4) NH3(l) + 7H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
(5) NH3(l) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1200 kcal/kg NH3
(6) NH3(l) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 900 kcal/kg NH3
a. Nhiệt độ hỗn hợp vào
Nhiệt độ hỗn hợp vào được cấp theo đầu bài, bao gồm: H3PO4, NH3 (lỏng + khí), hơi
thấp áp, H2SO4, nước công nghệ, dịch phá bọt, nước từ tháp rửa.
b. Nhiệt dung riêng của hỗn hợp vào
Từ các thông số về nhiệt độ và nồng độ của các chất trong dung dịch vào, ta tra được
nhiệt dung riêng của các chất
c. Phương trình cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng cần cấp cho lưu thể vào Qc (kJ/h)
Các lưu chất cần cấp là NH3, H3PO4, H2SO4 và nước
Ta có:
(1.6) Qc = QNH3 + QH3PO4 + QH2SO4 + Qnước + Qe
QNH3: Nhiệt lượng truyền cho NH3(kJ/h):
(1.7) QNH3 = mNH3.CNH3.(tpu-tNH3)
Trang 28
HVTH: Nguyễn Quang Thành
QH3PO4: Nhiệt lượng truyền cho H3PO4(kJ/h):
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
(1.8) QH3PO4 = mH3PO4.CH3PO4.(tpu-tH3PO4)
QH2SO4: Nhiệt lượng truyền cho H2SO4(kJ/h):
(1.9) Q H2SO4 = m H2SO4.C H2SO4.(tpu-t H2SO4)
QH2O: Nhiệt lượng truyền cho nước (kJ/h)
(1.10) QH2O = mH2O. CH2O.(tbh-tH2O) + i.mH2O + mh.Cph.(tpu-tbh)
Qe: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường (kJ/h). Trong tính toán lựa chọn lượng nhiệt
tổn thất ra môi trường là 20% tổng lượng Qc cho nguyên liệu.
Nhiệt lượng tỏa ra Qt (kJ/h)
Nhiệt lượng tỏa ra ở (6) phản ứng
6 𝑖=1
(kJ/h) (1.11) 𝑄𝑡 = ∑ 𝑄𝑖
Qi : Nhiệt lương tỏa ra ở phản ứng i (kI/h)
(1.12) Qi = miΔHi
mi: Khối lượng NH3 tiêu tốn (kg/h)
Δhi: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng i (kJ/kgNH3)
Phương trình cân bằng nhiệt:
(1.13) Qt + Qgn = Qc
Qgn: Nhiệt lượng cần cấp thêm (kJ/h). Ở đây, gia nhiệt bằng hơi thấp áp
(1.14) Qgn = QLP = CLP.mLP.(tLP-tpu)+R
Từ đó tính được lưu lượng hơi cần cấp:
𝑄𝐿𝑃 𝑅+𝐶𝐿𝑃(𝑡𝐿𝑃−𝑡𝑝𝑢)
(kg/h) (1.15) 𝑚𝐿𝑃 =
3.1.2. Cân bằng nhiệt cho thiêt bị phản ứng ống
Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng trong thiết bị
(4) NH3(l) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
(5) NH3(l) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1200 kcal/kg NH3
Trang 29
HVTH: Nguyễn Quang Thành
(6) NH3(l) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 900 kcal/kg NH3
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
a. Nhiệt độ hỗn hợp vào
Nhiệt độ hỗn hợp vào được cấp theo đầu bài, bao gồm: H3PO4, hơi trung áp, H2SO4,
NH3 lỏng, nước công nghệ.
b. Nhiệt dung riêng của hỗn hợp vào
Từ các thông số về nhiệt độ và nồng độ của các chất trong dung dịch vào, ta tra được
nhiệt dung riêng của các chất.
c. Phương trình cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng cần cấp cho lưu thể vào Qc (kJ/h)
Các lưu chất cần cấp là NH3, H3PO4, H2SO4 và nước
Ta có
(1.16) Qc = QNH3 + QH3PO4 + QH2SO4 + Qnước + Qe
QNH3: Nhiệt lượng truyền cho NH3(kJ/h):
QNH3 = mNH3.CNH3.(tpu-tNH3)
QH3PO4: Nhiệt lượng truyền cho H3PO4(kJ/h):
(1.17) QH3PO4 = mH3PO4.CH3PO4.(tpu-tH3PO4)
QH2SO4: Nhiệt lượng truyền cho H2SO4(kJ/h):
(1.18) Q H2SO4= m H2SO4.CH2SO4.(tpu-tH2SO4)
QH2O: Nhiệt lượng truyền cho nước (kJ/h)
(1.19) QH2O = mH2O. CH2O.(tbh-tH2O) + i.mH2O + mh.Cph.(tpu-tbh)
Qe: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường (kJ/h) Trong tính toán nhóm nghiên cứu lựa
chọn lượng nhiệt tổn thất ra môi trường là 10% tổng lượng Qc cho nguyên liệu
Nhiệt lượng tỏa ra Qt (kJ/h)
Nhiệt lượng tỏa ra ở (3) phản ứng
3 𝑖=1
(1.20) 𝑄𝑡 = ∑ 𝑄𝑖
Qi : Nhiệt lương tỏa ra ở phản ứng i (kI/h)
Trang 30
HVTH: Nguyễn Quang Thành
(1.21) Qi = miΔHi
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
mi: Khối lượng NH3 tiêu tốn (kg/h)
Δhi: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng I (kJ/kgNH3)
Phương trình cân bằng nhiệt:
(1.22) Qt + Qgn = Qc
Qgn: Nhiệt lượng cần cấp thêm (kJ/h). Ở đây, gia nhiệt bằng hơi trung áp
(1.23) Qgn = QMP = CMP.mMP.(tMP-tpu)+R
Từ đó tính được lưu lượng hơi cần cấp:
𝑄𝑀𝑃 𝑅+𝐶𝑀𝑃(𝑡𝑀𝑃−𝑡𝑝𝑢)
(kg/h) (1.24) 𝑚𝑀𝑃 =
3.2. Xác định kích thước thiết bị phản ứng
3.2.1. Xác định kích thước hình học thiết bị phản ứng tiền trung hòa
a. Thể tích thiết bị
Thiết bị phản ứng tiền trung hòa hoạt động theo mô hình thiết bị phản ứng khuấy lý
tưởng làm việc liên tục. Thực tế, để xác định được thể tích thiết bị với cơ sở lý thuyết thiết
bị phản ứng khuấy lý tưởng như trên là một điều cực kỳ khó khăn. Bởi lẽ, trong thiết bị
phản ứng tiền trung hòa không chỉ diễn ra một hay hai phản ứng, mà xảy ra rất nhiều phản
ứng. Cơ chế phản ứng có thể là chuỗi, là song song, ...Ngoài ra, điều kiện môi trường cũng
như điều kiện phản ứng phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Xin phép được đơn giản hóa các phản
ứng cũng như lược bỏ các phản ứng không gây ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán.
Ngoài ra, trong quá trình tính toán, một số thông số, hệ số được lấy với số thực tế là điều
kiện môi trường lý tưởng, bởi việc xác định các thông số này chủ yếu dựa trên điều kiện thực tế cùng nhiều yếu tố khác. Cụ thể, trong thiết bị phản ứng tiền trung hòa diễn ra các phản ứng chính như sau:
(1) 2NH3(k) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1800 kcal/kg NH3
(2) NH3(k) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1500 kcal/kg NH3
(3) NH3(k) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 1200 kcal/kg NH3
(4) NH3(l) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
Trang 31
HVTH: Nguyễn Quang Thành
(5) NH3(l) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1200 kcal/kg NH3
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
(6) NH3(l) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 900 kcal/kg NH3
Để xác định thể tích thiết bị, ta cần xác định được thời gian lưu và lưu lượng thể tích.
Lưu lượng thể tích
Từ các thông số đầu vào và đầu ra được cấp từ nhà máy, ta có phương trình cân bằng
chất như sau:
(1.25) Mv = Mr + Ml
Mv: Tổng khối lượng môi chất vào (kg/h)
(1.26) Mv = MNH3 k + MNH3l + MH3PO4 + MH2SO4 + Mdsr + Mnc + MTGS + Mpb + MLP
MNH3k: Khối lượng NH3 vào dạng khí (kg/h); số thực tế
MNH3l: Khối lượng NH3 vào dạng lỏng (kg/h); số thực tế
MH3PO4: Khối lượng H3PO4 vào (kg/h) (Trong dịch sau rửa + H3PO4 bổ sung); số
thực tế
MH2SO4: Khối lượng H2SO4 vào (kg/h) (Trong dịch sau rửa); số thực tế
Mdsr: Khối lượng dịch sau rửa (kg/h) (Trừ H3PO4 và H2SO4); số thực tế
Mnc: Khối lượng nước công nghệ vào (kg/h); số thực tế
MTGS: Nước từ tháp rửa đến (kg/h); số thực tế
Mpb: Khối lượng dịch phá bọt (kg/h); số thực tế
MLP: Khối lượng hơi thấp áp vào (kg/h); số thực tế
Mr: Tổng khối lượng lưu thể ra
Mr = Mbra + Mkra
Mbra: Tổng khối lượng bùn ra (kg/h)
Mkra: Tổng khối lượng khí ra (Gồm hơi thấp áp + Nước bốc hơi + NH3 khí); số thực
tế
Ml: Tổng khối lượng lưu trong thiết bị (kg/h)
⇒ Ml = Mv + Mr
Trang 32
HVTH: Nguyễn Quang Thành
ρ: Khối lượng riêng trung bình của lưu thể vào (kg/m3)
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Từ đó, tính được lưu lượng thể tích của lưu thể (m3/h)
𝑀𝑙 𝜌
(1.27) 𝑉′ =
Thời gian lưu -[6]
Do các phản ứng (1) và (4) xảy ra với tốc độ cao hơn hẳn so với tốc độ phản ứng của các phản ứng (2), (3), (5) và (6), nên thời gian lưu chung của hệ phản ứng được quyết định
bởi thời gian lưu của các phản ứng (2), (3), (5), (6). Ở đây, để đơn giản hóa và thuận tiện
cho tính toán động học (bởi việc tính toán động học cho các phản ứng diễn ra song song
như trên là gần như không thể), ta coi các phản ứng (2), (3), (5), (6) diễn ra lần lượt.
Xác định thời gian phản ứng theo – [6].
1
Từ phương trình động học, ta xác định được thời gian phản ứng, h:
𝑢2 ∫ 0
𝑘2
𝑑𝑢2 1−𝑢2
(1.28) 𝜏2 =
τ2: Thời gian phản ứng (2) diễn ra, h.
k2: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (2), đây là một đại lượng rất khó xác định và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào
từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệmm, 1/h.
1
u2: Độ chuyển hóa phản ứng (2), số thực tế
𝑢3 ∫ 0
𝑘3
𝑑𝑢3 1−𝑢3
(1.29) 𝜏3 =
τ3: Thời gian phản ứng (3) diễn ra, h.
k3: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (3), đây là một đại lượng rất khó xác định và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệm, 1/h.
u3: Độ chuyển hóa phản ứng (3), số thực tế
1 0) 0−𝐶𝐵 𝑘5(𝐶𝐴
0(1−𝑢𝐴) 𝐶𝐵 0𝑢𝐴 0−𝐶𝐴 𝐶𝐵
(1.30) ln 𝜏5 =
Trang 33
HVTH: Nguyễn Quang Thành
K5: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (5), đây là một đại lượng rất khó xác định và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệm, 1/h.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
τ5: Thời gian diễn ra phản ứng (5), h.
A: Nồng độ ban đầu của H3PO4, mol/l.
C0
B: Nồng độ ban đầu của NH3, mol/l.
C0
1
uA: Độ chuyển hóa phản ứng (5)
𝑘6
(1.31) 𝜏6 = − ln(1 − 𝑢6)
τ6: Thời gian diễn ra phản ứng (6), h
k6: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (6), đây là một đại lượng rất khó xác định và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào
từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệm, 1/h.
u6: Độ chuyển hóa phản ứng (6)
Thời gian lưu: (1.32) τ = τ2+ τ3+ τ5+ τ6+ τct
(1.33) Với τct = τn+ τod+ τth
τct: Thời gian chuyển tiếp
τn: Thời gian nạp, h.
τod: Thời gian ổn định, h.
τth: Thời gian tháo, h.
Từ đó ta tính được thể tích thiết bị
Thể tích thiết bị
𝑉′(1+𝑧) 𝜑
(1.34) 𝑉𝑅 =
z: Năng suất dự trữ
ϕ: Hệ số chứa
b. Kích thước hình học
Để tăng thời gian tiếp xúc giữa NH3 và H3PO4, qua đó tăng hiệu quả phản ứng, đồng
thời để giảm chiều cao thiết bị, ta lựa chọn hình dạng Trụ-Côn-Trụ.
Trang 34
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Trước hết ta chọn đường kính trung bình Dtb, m.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
𝜋𝐷2 4𝑉
(1.35) ⇒ 𝐻 =
Để hài hòa về mặt hình dáng và hợp lý về mặt kết cấu, ta nên lựa chọn tỉ lệ đường
kính phần thân trụ dưới, trụ trên và đoạn côn trong khoảng D/H = 1÷2.
3.2.2. Xác định kích thước hình học thiết bị phản ứng ống
a. Thể tích thiết bị
Thiết bị phản ứng ống hoạt động theo mô hình thiết bị phản ứng đẩy lý tưởng làm
việc liên tục. Thực tế, để xác định được thể tích thiết bị với cơ sở lý thuyết thiết bị phản
ứng đẩy lý tưởng như trên là một điều cực kỳ khó khăn. Bởi lẽ, trong thiết bị phản ứng
ống không chỉ diễn ra một hay hai phản ứng, mà xảy ra rất nhiều phản ứng. Cơ chế phản
ứng có thể là chuỗi, là song song, ... Ngoài ra, điều kiện môi trường cũng như điều kiện
phản ứng phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Xin phép được đơn giản hóa các phản ứng cũng như
lược bỏ các phản ứng không gây ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán. Ngoài ra, trong
quá trình tính toán, một số thông số, hệ số được lấy với số thực tế là điều kiện môi trường
lý tưởng, bởi việc xác định các thông số này chủ yếu dựa trên điều kiện thực tế cùng nhiều
yếu tố khác. Cụ thể, trong thiết bị phản ứng tiền trung hòa diễn ra các phản ứng chính như
sau:
(4) NH3(l) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 1500 kcal/kg NH3
(5) NH3(l) + H3PO4 = NH4H2PO4 + 1200 kcal/kg NH3
(6) NH3(l) + NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4 + 900 kcal/kg NH3
Để xác định thể tích thiết bị, ta cần xác định được thời gian lưu và lưu lượng thể tích.
Lưu lượng thể tích
Từ các thông số đầu vào và đầu ra được cấp từ nhà máy, ta có phương trình cân bằng
chất như sau:
(1.36) Mv = Mr + Ml
Mv: Tổng khối lượng môi chất vào, kg/h.
(1.37) Mv = MNH3l + MH3PO4 + MH2SO4 + Mdsr + Mnc + MMP
Trang 35
HVTH: Nguyễn Quang Thành
MNH3l: Khối lượng NH3 lỏng vào, kg/h; số thực tế
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
MH3PO4: Khối lượng H3PO4 vào, kg/h (Trong dịch sau rửa + H3PO4 bổ sung); số thực
tế.
MH2SO4: Khối lượng H2SO4 vào, kg/h (Trong dịch sau rửa); số thực tế.
Mdsr: Khối lượng dịch sau rửa, kg/h (Trừ H3PO4 và H2SO4); số thực tế.
Mnc: Khối lượng nước công nghệ vào, kg/h; số thực tế
MMP: Khối lượng hơi trung áp vào, kg/h; số thực tế
Mr: Tổng khối lượng môi chất ra
Mr = Mbra + Mkra (1.38)
Mbra: Tổng khối lượng bùn ra, kg/h.
Mkra: Tổng khối lượng khí ra (Gồm hơi trung áp + Nước bốc hơi) , kg/h; số thực tế.
Ml: Khối lượng lưu trong thiết bị, kg/h.
⇒ Ml = Mv + Mr
ρ: Khối lượng riêng trung bình của lưu thể vào, kg/m3.
Từ đó, tính được lưu lượng thể tích của lưu thể, m3/h.
𝑀𝑙 𝜌
(1.39) 𝑉′ =
Thời gian lưu
Do phản ứng (4) xảy ra với tốc độ cao hơn hẳn so với tốc độ phản ứng của các phản
ứng (5) và (6), nên thời gian lưu chung của hệ phản ứng được quyết định bởi thời gian lưu
của các phản ứng (5), (6). Ở đây, để đơn giản hóa và thuận tiện cho tính toán động học
(bởi việc tính toán động học cho các phản ứng diễn ra song song như trên là gần như không thể), ta số thực tế các phản ứng (5), (6) diễn ra lần lượt.
Từ phương trình động học, ta xác định được thời gian phản ứng, h:
1 0) 0−𝐶𝐵 𝑘5(𝐶𝐴
0(1−𝑢𝐴) 𝐶𝐵 0𝑢𝐴 0−𝐶𝐴 𝐶𝐵
(1.40) ln 𝜏5 =
Trang 36
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Τ5: Thời gian phản ứng (2) diễn ra, h.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
k5: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (5), đây là một đại lượng rất khó xác định và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào
từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệm, 1/h.
1
u5: Độ chuyển hóa phản ứng (5) Số thực tế
𝑘6
(1.41) 𝜏6 = − ln(1 − 𝑢6)
τ6: Thời gian diễn ra phản ứng (6), h.
k6: Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng (6), đây là một đại lượng rất khó xác định
và bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như môi trường, nhiệt độ, áp suất, và phụ thuộc vào
từng loại phản ứng. Nó được xác định chủ yếu dựa trên thực nghiệm, 1/h.
u6: Độ chuyển hóa phản ứng (6)
Thời gian lưu (1.42) τ = τ5+ τ6+ τn+ τod+ τth
τn: Thời gian nạp, h.
τod: Thời gian ổn định, h.
τth: Thời gian tháo, h.
Từ đó ta tính được thể tích thiết bị
Thể tích thiết bị, m3.
𝑉′(1+𝑧) 𝜑
(1.43) 𝑉𝑅 =
z: Năng suất dự trữ
ϕ: Hệ số chứa
b. Kích thước hình học
Thiết bị phản ứng ống được cấu tạo bởi 2 thành phần chính là: Đầu phản ứng và ống
phân phối
Đầu phản ứng
Trang 37
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Do đầu phản ứng chỉ có tác dụng hòa trộn các dòng lưu thế để đạt độ đồng đều trước khi đưa vào ống, nơi các phản ứng chính diễn ra, nên thể tích ở đây không cần lớn, ta chỉ nên chọn.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
(1.44) Vđpu =(15÷20)% VR
Ở đầu phản ứng có 2 đường vào, một của H3PO4 và dịch sau rửa, một của NH3 và nước công nghệ. Do tổng lưu lượng của H3PO4 lớn hơn của NH3 và nước công nghệ nên chọn tỉ lệ thể tích:
(1.45) VH3PO4: VNH3 = 60:40
Từ đó, tính được kích thước thể tích của các đầu phản ứng.
Sau khi chọn trước chiều dài (L) của buồng vào, ta tính được đường kính theo công
4𝑉𝐿
thức:
𝜋
(1.46) 𝐷 = √
Ống phân phối
Do ống phản ứng được cắm vào máy tạo hạt thùng quay, nên chiều dài ống được
khống chế và điều chỉnh sao cho hiệu quả tạo hạt là tốt nhất.
Sau khi lựa chọn được chiều dài (L) hợp lý của ống, ta tính được đường kính tương
4𝑉𝐿
ứng của ống theo công thức:
𝜋
(1.47) 𝐷 = √
3.3. Tính bền cho thiết bị phản ứng
3.3.1. Tính bền thiết bị phản ứng tiền trung hòa
a. Tính chiều dày của thiết bị
Chiều dày thân: S, m. – theo [5-360]
𝑃𝐷𝑡 2[𝜎]𝜑−𝑃
(1.48) 𝑆 = + 𝐶
Trong đó:
Dt: Đường kính trong thiết bị, m
[σ]: Ứng suất cho phép, N/m2
ϕ: Hệ số mối hàn
Trang 38
HVTH: Nguyễn Quang Thành
C: Hệ số dư, mm.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
(1.49) C = C1 + C2 + C3
C1: Độ dư ăn mòn, mm; C2: Độ dư gia công, mm; C3: Độ dư bào mòn, mm.
P: Áp suất thiết kế
(1.50) P= 1,25Pt
(1.51) Pt = Plv + Ptt
Plv: Áp suất làm việc, N/m2; số thực tế
Ptt: Áp suất thủy tĩnh, N/m2.
(1.52) Ptt = ρgH
Chiều dày nắp
𝑃
Nắp phẳng, có công thức tính chiều dày, mm:
(1.53) 𝑆 = 0,3(𝐷 − 𝑟)√ [𝜎]
Chiều dày đáy
𝐷đ𝑃 2[𝜎]𝜑
(1.54) 𝑆 =
b. Kiểm tra bền
Theo ứng suất thử - [5-365]
[𝐷𝑡+(𝑆−𝐶)]𝑃0 2(𝑆−𝐶)𝜑
𝜎𝑐 1,2
(1.55) 𝜎 = ≤
P0: Áp suất thử, N/m2
(1.56) P0 = 1,25 Ptk
σc: Ứng suất giới hạn chảy, N/m2.
3.3.2. Tính bền thiết bị phản ứng ống
a. Tính chiều dày của thiết bị
Chiều dày ống và đầu phản ứng: S, m. - [5-360]
𝑃𝐷𝑡 2[𝜎]𝜑−𝑃
(1.57) 𝑆 = + 𝐶
Trang 39
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Trong đó:
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Dt: Đường kính trong thiết bị, m.
[σ]: Ứng suất cho phép, N/m2.
ϕ: Hệ số mối hàn
C: Hệ số dư, m
(1.58) C = C1 + C2 + C3
P: Áp suất thiết kế, N/m2.
(1.59) P= 1,25Pt
(1.60) Pt = Plv + Ptt
Plv: Áp suất làm việc, N/m2; số thực tế.
Ptt: Áp suất thủy tĩnh, N/m2.
Chiều dày đáy: S, m.
𝐷đ𝑃 2[𝜎]𝜑
(1.61) 𝑆 =
b. Kiểm tra bền
Kiểm tra bền đáy theo ứng suất thử: Ứng suất cho phép σ, N/m2. – [5-365]
[𝐷𝑡+(𝑆−𝐶)]𝑃0 2(𝑆−𝐶)𝜑
𝜎𝑐 1,2
(1.62) 𝜎 = ≤
P0: Áp suất thử, N/m2.
(1.63) P0 = 1,25 Ptk
σc: Ứng suất giới hạn chảy, N/m2.
1
Kiểm nghiệm độ ổn định của ống
+
𝜎0 𝜎𝑡ℎ
𝑝 𝑝𝑡ℎ
(1.64) 𝑋 =
𝑃
σ0: Ứng suất do lực nén gây ra, N/m2.
𝐷𝑛(𝑆−𝐶)𝜋
(1.65) 𝜎0 =
Dn: Đường kính ngoài của ống, m.
Trang 40
HVTH: Nguyễn Quang Thành
P: Lực nén dọc trục, N:
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
𝑝(𝜋𝐷𝑛)2 4
(1.66) 𝑃 = 𝑝𝑆𝑡𝑑 =
kE(S−C)
σth: Ứng suất tới hạn, N/cm2.
Dn
(1.67) σth =
k: Hệ số thực nghiệm, thông thường k=0,24
E: Mô đun đàn hồi của vật liệu, N/cm2.
pth: Áp suất tới hạn, N/cm2.
𝑘𝐸𝑆2 𝐿𝑡𝑟ụ𝐷𝑛√𝐷𝑛 𝑆
(1.68) 𝑝𝑡ℎ =
Ltrụ: Chiều dài ống, m.
3.4. Tính toán các chi tiết, phụ kiện của thiết bị phản ứng
3.4.1. Tính toán các chi tiết, phụ kiện của thiết bị phản ứng tiền trung hòa
a. Cơ cấu khuấy
Loại cánh khuấy:
Mái chèo 4 cánh, 2 tầng, với mục đích
Tầng 1 (tầng dưới): Tạo chuyển động+ Ngăn kết tinh
Tầng 2 (tầng trên): Khuấy trộn mãnh liệt + Phá bọt
Hai tầng được bố trí nghiêng 45° ngược nhau.
Kích thước cánh khuấy
Đường kính cánh khuấy dk, m
(1.69) dk = (0,4÷0,5).D
Chiều cao cánh khuấy b, m
(1.70) b = (0,1; 0,2; 0,5).D
Khoảng cách tầng dưới và đáy h, m
(1.71) h = (0,1÷0,5).D
Trang 41
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Tốc độ quay
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Vận tốc vòng đầu cánh, m/s.
v = (1,5÷3,5) (1.72)
Số vòng quay thích hợp n, vòng/phút.
20vth dk
(1.73) n =
Công suất khuấy trộn và chọn động cơ
Công suất khuấy trộn N, kW.
5𝜌
(1.74) 𝑁 = 𝜉𝑘𝑛3𝑑𝑘
(1.75) ξk: Hệ số công suất: ξk = Euk
𝑁
Công suất động cơ Nđc, kW.
𝜂
(1.76) Nđc =
Tính toán trục khuấy
Chọn vật liệu làm trục: 904L.
M
Đường kính trục: dt, m
3 dt ≥ √
0,2[τ]
(1.77)
b. Tính chọn bơm
Bơm dịch vào
Từ lưu lượng thể tích dịch vào, ta chọn lưu lượng bơm: Qtt>Qlt
Chiều cao cột áp cần thiết: H, m.
QgH
Công suất yêu cầu trên trục: N, kW.
1000η
(1.78) N =
η: Hiệu suất chung của bơm.
Công suất động cơ: N, kW.
𝑁 𝜂𝑡đ𝜂đ𝑐
Trang 42
HVTH: Nguyễn Quang Thành
(1.79) 𝑁đ𝑐 =
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
ηtd: Hiệu suất truyền động.
ηđc: Hiệu suất động cơ.
Với Q, H, N ta chọn được loại bơm phù hợp nhất
Tính toán tương tự với các loại bơm khác.
c. Tính toán lớp bảo ôn
Mục đích của lớp bảo ôn
Giảm tổn thất nhiệt từ thiết bị
Đảm bảo duy trì điều kiện làm việc
Đảm bảo nhiệt độ bề mặt thiêt bị không vượt quá giới hạn
Tính chiều dày lớp bảo ôn
Vật liêu bảo ôn: Bông khoáng
Chuẩn số Gr
𝑔.𝑑3.𝛽.𝛥𝑡 𝜈2
(1.80) 𝐺𝑟 =
Δt: Chênh lệch nhiệt độ mặt trong và ngoài lớp bảo ôn, °C.
β: Hệ số giãn nở thể tích không khí, 1/°C.
ν: Độ nhớt động học không khí ở 25°C.
Chuẩn số Pr
𝜈.𝐶𝑝.𝜌 𝜆𝑘𝑘
(1.81) Pr =
Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp không khí, kJ/kg.
λkk: Hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K.
Điều kiện: Gr.Pr > 2.107
Chuẩn số Nu:
(1.82) 𝑁𝑢 = 0,135(𝐺𝑟. Pr)0,33
Trang 43
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Hệ số cấp nhiệt: α, W/m2K.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
𝑁𝑢.𝜆𝑘𝑘 𝐷𝑡
(1.83) 𝛼 =
Nhiệt lượng truyền ra ngoài: qt, J.
(1.84) 𝑞𝑡 = 𝛼𝛥𝑡2
Δt2: Chênh lệch nhiệt độ mặt ngoài lớp bảo ôn và môi trường, oC.
Chiều dày lớp cách nhiệt: δ, m.
𝜆𝑉𝐿.𝛥𝑡 𝛼.𝛥𝑡2
(1.85) 𝛿 =
λVL: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bảo ôn, W/mK.
3.4.2. Tính toán các chi tiết, phụ kiện của thiết bị phản ứng ống
a. Bơm
Bơm dịch vào
Từ lưu lượng thể tích dịch vào, ta chọn lưu lượng bơm: Qtt>Qlt
Chiều cao cột áp cần thiết: H, m.
𝑄𝑔𝐻
Công suất yêu cầu trên trục: N, kW
1000𝜂
(1.86) 𝑁 =
η: Hiệu suất chung của bơm
Công suất động cơ: N, kW.
𝑁 𝜂𝑡đ𝜂đ𝑐
(1.87) 𝑁đ𝑐 =
ηtd: Hiệu suất truyền động
ηđc: Hiệu suất động cơ
Với Q, H, N ta chọn được loại bơm phù hợp nhất
Tính toán tương tự với các loại bơm khác.
b. Tính toán lớp bảo ôn
Mục đích của lớp bảo ôn
Trang 44
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Giảm tổn thất nhiệt từ thiết bị
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Đảm bảo duy trì điều kiện làm việc
Đảm bảo nhiệt độ bề mặt thiêt bị không vượt quá giới hạn
Tính chiều dày lớp bảo ôn
Vật liêu bảo ôn: Bông khoáng.
Chuẩn số Gr
𝑔.𝑑3.𝛽.𝛥𝑡 𝜈2
(1.88) 𝐺𝑟 =
Δt: Chênh lệch nhiệt độ mặt trong và ngoài lớp bảo ôn, °C.
β: Hệ số giãn nở thể tích không khí, 1/°C.
ν: Độ nhớt động học không khí ở 25°C.
Chuẩn số Pr
𝜈.𝐶𝑝.𝜌 𝜆𝑘𝑘
(1.89) Pr =
Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp không khí, kJ/kg.
λkk: Hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K.
Điều kiện: Gr.Pr > 2.107
Chuẩn số Nu:
(1.90) 𝑁𝑢 = 0,135(𝐺𝑟. Pr)0,33
Hệ số cấp nhiệt: α, W/m2K.
𝑁𝑢.𝜆𝑘𝑘 𝐷𝑡
(1.91) 𝛼 =
Nhiệt lượng truyền ra ngoài: qt, J.
(1.92) 𝑞𝑡 = 𝛼𝛥𝑡2
Δt2: Chênh lệch nhiệt độ mặt ngoài lớp bảo ôn và môi trường (oC)
Chiều dày lớp cách nhiệt: δ, m.
𝜆𝑉𝐿.𝛥𝑡 𝛼.𝛥𝑡2
(1.93) 𝛿 =
Trang 45
HVTH: Nguyễn Quang Thành
λVL: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bảo ôn, W/mK.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu tính toán và tiến hành mô phỏng thiết bị phản ứng trong nhà máy DAP rút ra những kết luận sau:
1. Đã nghiên cứu tổng quan về các tính chất vật lý và hóa học của nhiên liệu cũng nhưng sản phẩm của quá trình sản xuất.
2. Đã nghiên cứu tổng quát về kỹ thuật sản xuất DAP nói chung đang áp dụng tại Việt Nam và thế giới đi sâu nghiên cứu thiết bị phản ứng trong nhà máy DAP.
3. Đã nghiên cứu tính toán lý thuyết và áp dụng với một trường hợp cụ thể với năng suất tương đương nhà máy DAP II.
4. Đã áp dụng các bài toán cân bằng chất, cân bằng nhiệt và áp dụng phần mềm mô phỏng ASPEN để tính toán mô phỏng các dòng động học trong thiết bị phản ứng, tính chất thành phần của sản phẩm và tính toán kích thước cũng như chiều cao thiếtbị.
Trang 46
HVTH: Nguyễn Quang Thành
5. Kết quả tính toán phù hợp với thực tế của thiết bị hấp thụ tại Công ty Cổ phần DAP số II – VINACHEM, cho thấy các giả thuyết tính toán đưa ra là đáng tin cậy. Đây là cơ sở quan trọng để tính toán thiết bị trong các thiết bị phản ứng ở Việt Nam.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- [1] GS. TSKH Nguyễn Minh Tuyển, (1984), Các máy khuấy trộn trong công
nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật.
- [2] Hồ Hữu Phương, (1977), Giáo trình cơ sở tính toán thiết bị hóa chất, NXB
- Khoa tại chức ĐHBKHN. [3] Hồ Lê Viên, (2001), Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất, NXB
Khoa học kỹ thuật.
- [4] GS. TSKH Nguyễn Bin, PGS. TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh
Văn Huỳnh, PGS. TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm
Xuân Toản, TS Trần Xoa, (2006), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất,
Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật.
- [5] GS. TSKH Nguyễn Bin, PGS. TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh
Văn Huỳnh, PGS. TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm
Xuân Toản, TS Trần Xoa, (2006), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất,
Tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật.
-
[6] PGS. TS Mai Xuân Kỳ, (2006), Thiết bị phản ứng trong công nghệ hóa học, Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật.
[7] Hà Thị An, Quá trình và thiết bị thủy cơ, NXB Đại học tại chức ĐHBKHN
[8] Nguyễn Văn May, Bơm, quạt, máy nén, NXB Khoa học kỹ thuật
- - - [9] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Thiết kế dẫn động cơ khí, Tập 1, NXB Khoa học kỹ
thuật
- [10] GS. TSKH Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Tập 2,
NXB Khoa học kỹ thuật.
-
[11] Hồ Lê Viên, Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo, Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật. [12] Trần Văn Địch, Sổ tay mác thép thế giới, NXB Khoa học kỹ thuật.
[13] Nguyễn Văn Hòa, Kỹ thuật đo và điều khiển, NXB Khoa học kỹ thuật [14] ASME B313 [15] INCRO- DAP- Book [16] ASME Section VIII, Div I, 2010
[17] Eugene F. Megyesy, (2001), Pressure vessel handbook 12th
Trang 47
HVTH: Nguyễn Quang Thành
- - - - - - - - [18] A. Keith Escoe, (1986), Mechanical design of process systems [19] http://www.chemguide.co.uk/physical/basicrates/arrhenius.html
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
-
[20] http://www.thermexcel.com/english/tables/vap_eau.htm
[21] http://www.cheresource.com
Trang 48
HVTH: Nguyễn Quang Thành
- - [22] http://www.engineeringtoolbox.com
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN CHO MỘT TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DAP CÔNG SUẤT 330.000 TẤN/ NĂM
Trang 49
HVTH: Nguyễn Quang Thành
a. Phản ứng tiền trung hòa
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 50
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 51
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 52
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 53
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 54
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 55
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 56
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 57
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 58
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 59
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 60
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 61
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 62
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
b. Phản ứng ống
Trang 63
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 64
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 65
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 66
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 67
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 68
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 69
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 70
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 71
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 72
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 73
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
PHỤ LỤC 2. MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
Trang 74
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
1 – Nhập dữ liệu
Trang 75
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
2- Chọn hệ phương trình
Trang 76
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
3- Vào môi trường mô phỏng và lựa chọn thiết bị đẩy lý tưởng và thiết bị khuấy lý tưởng (phản ứng ống)
Trang 77
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
4- Nhập các thành phần dòng
Trang 78
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 79
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 80
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 81
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 82
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 83
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 84
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 85
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 86
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 87
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
5- Phản ứng khuấy lý tưởng
Trang 88
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 89
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
6- Thiết bị khuấy lý tưởng
Trang 90
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
7- Phản ứng đẩy lý tưởng (phản ứng ống)
Trang 91
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 92
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 93
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
8 –Thiết bị đẩy lý tưởng
Trang 94
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
9 –Chạy chương trình aspen
Trang 95
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 96
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Trang 97
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
10- Đánh giá về mô phỏng bằng aspen cho tính toán thiết bị phản ứng DAP
Biểu đồ so sánh khối lượng sản phẩm ra giữa thực tế và mô phỏng
Trang 98
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Luận văn tốt nghiệp
GVHD : TS. Vũ Hồng Thái
Chương trình aspen là chương trình mô phỏng khá toàn diện với cơ sở dữ liệu rất lớn, là một chương trình rất hữu ích cho việc mô phỏng đánh giá đối với các thiết bị hóa học nói chung và thiết bị phản ứng nói riêng
Trong đề tài này đã đã đưa ra mô hình với các thiết bị phản ứng, sản phẩm của mô phỏng đã đánh giá tương đối chính xác thực tế nhà máy.
Có sự sai khác khoảng 20% giá trị so với thực tế là do việc các thông số như hệ số k, E chưa được chuẩn xác. Điều này ngoài các tài liệu cần được xác định theo các thì nghiệm.
Do H2SO4 là axit mạnh nên gần như cả thực tế và mô phỏng đều ưu tiên phản ứng hết với NH3 sau đó mới đến H3PO4, nhưng do hàm lượng H2SO4 không nhiều nên vẫn đảm bảo chất lượng phốt pho trong sản phẩm.
Trang 99
HVTH: Nguyễn Quang Thành
Thiết bị tiền trung hòa cho ra thành phần diammonium phosphate nhiều hơn ammonium phosphate, thiết bị phản ứng ống cho giá trị ngược lại. Từ đó để điều chỉnh tỷ lệ Phốt pho và Nitơ hợp lý và theo nhu cầu thị trường.
