Quá trình sản xuất đạm hai lá

Lời cảm ơn Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới K S Vương Thị Bích Hiền đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cũng như định hướng về mặt kiến thức và tạo điều kiện tốt nhất giúp đỡ nhóm em suốt thời gian thực hiện đề tài này Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Viện Kỹ Thuật Hoá Học đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành đồ án này Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2018 Nhóm thực hiện MỤC LỤC Lời cảm ơn 1 Lời mở đầu 4 Phần mở đầu I Lý do chọn đề tài 5 II Mục đíc.

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới K.S Vương Thị Bích Hiền đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cũng như định hướng về mặt kiến thức và tạo điều kiện tốt nhất giúp đỡ nhóm em suốt thời gian thực hiện đề tài này Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Viện Kỹ Thuật Hoá Học đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2018

Nhóm thực hiện

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Lời mở đầu 4

Phần mở đầu I Lý do chọn đề tài 5

II Mục đích nghiên cứu 5

Nội dung Phần I: Giới thiệu Viện KTHH và ngành KTHH I Giới thiệu về ngành KTHH 6

II Giới thiệu về Viện KTHH 7

III Giới thiệu về bộ môn Hoá-Lý 10

Phần II: Nhu cầu sử dụng 11

Phần III: Tính của nguyên liệu và sản phẩm I Axit Nitric 11

II Amoniac 13

III Amoni Nitrat 14

Phần IV: Phương pháp sản xuất đạm 2 lá I Quá trình UCB 23

II Công nghệ Stamicarbon 24

III Quá trình công nghệ NSM/NORK HYDRO 25

Kết Luận 27

Tài liệu tham khảo 28

Lời Mở Đầu

Phân đạm 2 lá (hay còn gọi là phân đạm amoni nitrat) chiếm 11% lượng tiêu thụ trên thế giới,sở dĩ nó có thể chiếm lượng tiêu thụ lớn như vậy là vì nó có thể cung cấp đồng thời 2 ion amoni và nitrat đề có lợi cho cây trồng

Vì vậy trong đồ án này, với đề tài “ Quá trình sản xuất Đạm hai lá”, nhóm em muốn đưa ra tổng quát các tính chất hoá lý của hợp chất, đưa ra những công nghệ sản xuất hiện có trên thế giới, sau đó lựa chọn, mô phỏng công nghệ thích hợp, tối

ưu hoá quá trình… nhằm mong chúng ta có thể hiểu rõ hơn và tìm cách làm chủ được công nghệ trong sản xuất sau này

PHẦN MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đạm hai lá có vai trò rất quan trọng.Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng amoni nitrat

là rất lớn khoảng 100.000 tấn/năm, dự kiến 150.000 tấn vào năm 2020 Nhưng tínhđến đầu năm 2015 lượng amoni nitrat của nước ta chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài, đặc biệt là Trung Quốc

Hiện nay dây truyền tổng hợp Ammonium Nitrate phải mua bản quyền từ nước ngoài, vì vậy việc để có thể làm chủ công nghệ thì việc nghiên cứu và mô phỏng

hệ thống thiết bị này là hết sức cần thiết

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu nhu cầu sử dụng phân đạm amoni nitrat trong và ngoài nước

- Nghiên cứu về sản xuất phân đạm đạm amoni nitrat

* Nội dung kết quả đạt được:

- Tìm hiểu tổng quan về amoni nitrat, các tính chất hoá lý và ứng dụng trong thực tiễn

- Tìm hiểu được phương pháp sản xuất phân đạm amoni nitrat

NỘI DUNG

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC VÀ

NGÀNH KỸ THUẬT HOÁ HỌC

I GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH KĨ THUẬT HOÁ

Kỹ thuật hoá học cũ kỹ như các ngành công nghiệp chế biến Di sản của nó bắt nguồn từ quá trình lên men và bốc hơi do các nền văn minh ban đầu vận hành Kỹ thuật hoá học hiện đại nổi lên với sự phát triển của các hoạt động sản xuất hoá chất, quy mô lớn trong nửa sau của thế kỷ 19 Trong suốt quá trình phát triển của

nó như là một kỷ luật độc lập, kỹ thuật hoá học đã được hướng tới giải quyết các vấn đề về thiết kế và vận hành các nhà máy lớn để sản xuất liên tục

Sản xuất hoá chất vào giữa thế kỷ 19 bao gồm các hoạt động thủ công khiêm tốn Gia tăng nhu cầu, mối quan tâm của công chúng khi phát thải nước thải độc hại, và sự cạnh tranh giữa các quy trình đối thủ đã tạo ra những ưu đãi cho hiệu quảcao hơn Điều này dẫn đến sự xuất hiện của sự kết hợp với các nguồn lực cho các hoạt động lớn hơn và gây ra sự chuyển đổi từ một nghề thủ công sang một ngành công nghiệp dựa trên khoa học Kết quả là một nhu cầu cho các nhà hoá học với kiến thức về quy trình sản xuất, được gọi là các nhà hoá học công nghiệp hoặc các nhà công nghệ hoá học Các kỹ sư hoá học đã được sử dụng chung vào khoảng năm 1900 Mặc dù xuất hiện trong sản xuất hoá chất truyền thống, nó đã được thông qua vai trò của nó trong sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí mà kỹ thuật hoá học đã trở thành vững chắc thành lập như là một kỷ luật độc đáo Nhu cầu về các nhà máy có khả năng vận hành các quy trình tách vật lý liên tục ở mức hiệu quả cao là một thách thức mà nhà hoá học hoặc kỹ sư cơ khí truyền thống không thể đáp ứng được

Một bước ngoặt trong việc phát triển kỹ thuật hoá học là ấn phẩm vào năm 1901 của sách giáo khoa đầu tiên về chủ đề này, bởi George E Davis, một nhà tư vấn hoá học của Anh Điều này tập trung vào việc thiết kế các mặt hàng thực vật cho các hoạt động cụ thể Khái niệm về một nhà máy chế biến bao gồm một số hoạt động, chẳng hạn như trộn, bay hơi và lọc, và các hoạt động này về cơ bản tương tự,bất kể sản phẩm, dẫn đến khái niệm hoạt động đơn vị Điều này lần đầu tiên được phát minh bởi kỹ sư hoá học người Mỹ Arthur D Little vào năm 1915 và hình thành cơ sở cho việc phân loại kỹ thuật hoá học đã chi phối chủ đề này trong 40 năm tới Số lượng w động đơn vị — khối xây dựng của nhà máy hoá chất - không

lớn Sự phức tạp phát sinh từ nhiều điều kiện khác nhau mà theo đó các hoạt động của đơn vị được thực hiện.

Trong cùng một cách mà một nhà máy phức tạp có thể được chia thành các hoạt động đơn vị cơ bản, do đó các phản ứng hoá học liên quan đến các ngành công nghiệp có thể được phân loại thành các nhóm nhất định hoặc các quy trình đơn vị (ví dụ, polyme hoá, este hoá và nitrat hoá) Việc phân loại này thành các quy trình đơn vị đã mang lại sự hợp lý hoá cho việc nghiên cứu kỹ thuật quy trình

Nghiên cứu các hiện tượng cơ bản mà dựa trên kỹ thuật hoá học đã yêu cầu mô

tả của chúng ở dạng toán học và đã dẫn đến các kỹ thuật toán học phức tạp hơn Sự

ra đời của các máy tính kỹ thuật số đã cho phép tính toán thiết kế tốn kém được thực hiện nhanh chóng, mở đường cho việc tối ưu hoá chính xác các quy trình côngnghiệp Các biến thể do các thông số khác nhau, chẳng hạn như nguồn năng lượng được sử dụng, bố trí nhà máy và các yếu tố môi trường, có thể dự đoán chính xác

và nhanh chóng để có thể lựa chọn kết hợp tốt nhất

Kỹ thuật hoá học bao gồm những nguyên lý được ứng dụng trong một loạt các ngành công nghiệp đa dạng như hoá dầu, gốm sứ, lọc dầu, kim loại cơ bản, nhựa, công nghệ sinh học, chế biến thực phẩm, dược phẩm, thuỷ tinh và hoá chất nói chung

Sau khi hoàn tất phần kiến thức nền tảng về khoa học và kỹ thuật của ngành Kỹ thuật Hoá học trong hai năm học đầu, sinh viên có thể chọn học các môn tự chọn thuộc phần kiến thức chuyên ngành như: kỹ thuật chế biến dầu khí (lọc hoá dầu),

kỹ thuật hoá hữu cơ (hoá mỹ phẩm, hương liệu, nhuộm in,…), kỹ thuật hoá vô cơ (phân bón, xi măng, silicat, ), kỹ thuật phân tích – hoá lý, kỹ thuật quá trình và thiết bị

II GIỚI THIỆU VỀ VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

Văn phòng Viện: 214-C4

Tel/Fax: +84-24-38680070

Hotline: +84-919680070

Email: SCE@hust.edu.vn

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (Hanoi University of Science and

Technology) được thành lập ngày 15 tháng 10 năm 1956 là trường Đại học kỹ thuậthàng đầu tại Việt Nam Đồng thời cũng là một trong những trung tâm nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ lớn nhất của Việt Nam Quá trình hình thành, xây dựng và phát triển của viện Kỹ thuật hoá học cũng gắn liền với trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tháng 7 năm 1956 Khoa Hoá-Thực phẩm là một trong những Khoa được thành lập đầu tiên của Trường Đại học Bách Khoa Hà nội Năm

1999, 3 Bộ môn Công nghệ Sinh học Thực phẩm, Công nghệ Lương thực Thực phẩm, Công nghệ Thực phẩm nhiệt đới tách khỏi Khoa và cùng Trung tâm Công nghệ Sinh học thành lập Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Đến nay, trên cơ sở các nhóm ngành Hoá học hình thành Khoa Công nghệ Hoá học gồm

14 Bộ môn và 01 Phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hoá dầu & Vật liệu Xúc tác

7 Công nghệ Hữu cơ-Hoá dầu

8 Công nghệ các chất Vô cơ

9 Công nghệ Điện hoá và Bảo vệ Kim loại

10 Quá trình-Thiết bị công nghệ Hoá học-Thực phẩm

11 Công nghệ Vật liệu Silicát

12 Xây dựng Công nghiệp

13 Công nghệ Xenluloza-Giấy

14 Công nghệ Hoá dược & Bảo vệ thực vật

15 Phòng Thí nghiệm Công nghệ Lọc hoá dầu và Vật liệu Xúc tác Hấp phụ

Trong suốt quá trình hình thành và phát triển , viện Kỹ thuật hoá học tuy gặp nhiều khó khăn

song cũng đạt được những thành tựu to lớn Cùng với quá trình đổi mới và phát triển của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kỹ thuật hoá học đang tích cực triển khai các hoạt động đổi mới trên toàn bộ các lĩnh vực: Đào tạo, Nghiên cứu khoa học và xây dựng cơ sở vật chất Chương trình đào tạo được đổi mới toàn diệntheo hướng hiện đại và hội nhập Đa dạng hoá các loại hình đào tạo Mở rộng các chương trình đào tạo đặc biệt (Kỹ sư tài năng, chương trình tiên tiến), phát triển đào tạo sau đại học (Cao học, Nghiên cứu sinh) Kết hợp đào tạo lý thuyết và kỹ năng thực hành Gắn chặt đào tạo và nghiên cứu khoa học Hoạt động nghiên cứu

khoa học, hợp tác trong và ngoài nước được phát triển mạnh mẽ Trang thiết bị, cơ

sở vật chất cho học tập, thực hành và nghiên cứu được tăng cường và ngày càng hoàn thiện.Cơ chế quản lý mới theo hướng tự chủ, tự chịu trách nhiệm đang được triển khai từng bước Một môi trường học tập, làm việc và nghiên cứu khoa học thuận lợi, thân thiện đã được tạo lên, có sức hấp dẫn đối với sinh viên và cán bộ khoa học có trình độ cao

III GIỚI THIỆU VỀ BỘ MÔN HOÁ LÝ

Địa chỉ: Phòng 422 - Nhà C1 - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Số 1, đường Đại Cồ Việt, Hà Nội

Điện thoại: 04 38 680 109

Email: sce-dpc@hust.edu.vn

Hoá lý là một trong những bộ môn cơ bản được hình thành trong giai đoạn đầu thành lập Viện Kỹ thuật hoá học Bộ môn Hoá Lý - Khoa Công nghệ Hoá học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hiện nay có 14 cán bộ gồm 11 TS,3 ThS Trong đó:

Trưởng bộ môn: TS Nguyễn Vân Anh

Phó trưởng bộ môn: ThS Lê Trọng Huyền

Các chuyên ngành đào tạo:

 Đại học: Ngành Kỹ thuật hoá học, định hướng chuyên sâu Công nghệ Hoá lý; Ngành Hoá học, định hướng Hoá lý

 Cao học: Hoá lý thuyết - Hoá lý

 Tiến sĩ: Hoá lý thuyết - Hoá lý

Các hướng nghiên cứu:

 Vật liệu lai tạo hữu cơ-vô cơ (polymer dẫn điện lai tạo hạt nano kim loại, oxit kim loại và vật liệu cacbon) ứng dụng trong y sinh và môi trường

 Nghiên cứu chế tạo vật liệu tính năng cao từ cao su tự nhiên

 Nghiên cứu cơ chế và động học của phản ứng bằng phương pháp hoá học lượng tử

 Các phương pháp hoá lý xử lý nước bề mặt và nước thải, xây dựng mô hình quản lý môi trường

 Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học, điện hoá ứng dụng trong y sinh và môi trường

 Bảo vệ và chống ăn mòn kim loại

 Xúc tác phức chất đồng thể

 Dị thể hoá xúc tác đồng thể ứng dụng trong phản ứng quang hoá

PHẦN II: NHU CẦU SỬ DỤNG

 Với hàm lượng Nito chiếm khoảng 33%-35% và giá thành sản xuất công nghiệptương đối rẻ nên nó đã trở thành 1 trong các loại phân bón quan trọng Trên thế giới, phân bón Amoni Nitrat chiếm khoảng 11% phân đạm được sản xuất hàng năm Mặc dù phân bón Amoni Nitrat có tính chua tuy nhiên đây là loại phân quý chứa cả 2 gốc Amoni và Nitrat, có thể dùng cho nhiều loại đất và nhiều loạicây trồng cạn Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm dễ chảy rữa, phân huỷ

và rửa trôi Phân này được dùng để pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới chocây trong nhà kính và các loại cây ăn quả Để làm phân bón người ta sản xuất Amoni Nitrat dưới dạng hạt chứa 97% Amoni Nitrat, độ ẩm không quá 1,5% và tơi xốp

 Nhu cầu tiêu thụ đạm Amoni Nitrat trên toàn thế giới từ tháng 7-8 năm 2008:

Tổng nhu cầu là 39 triệu tấn

 Ở Việt Nam nhu cầu sử dụng Amoni Nitrat là rất lớn khoảng 100.000 tấn/năm

và dự kiến 150.000 tấn/năm vào năm 2020

 Công ty TNHH Một thành viên 95 trước thuộc Bộ Quốc Phòng với sản lượng Amoni Nitrat 20.000 tấn/năm

 Nhà máy sản xuất Amoni Nitrat Thái Bình của Tổng công ty Công nghiệp Hóa chất mỏ Nhà máy có công suất 200.000 tấn/năm,sử dụng công nghệ UHDE, trong đó Amoni Nitrat dạng hạt xốp sản lượng 100.000 tấn/năm

PHẦN III: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

I AXIT NITRIC

Axit Nitric là axit vô cơ có công thức hoá học là HNO3 Axit Nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm Trong tự nhiên, Axit Nitric hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là

1 trong những tác nhân gây ra mưa axit

Nó là 1 chất axit độc và ăn mòn và dễ gây cháy Axit Nitric không màu còn nếu

để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các Oxit Nito Nếu 1 dung dịch có hơn 86% Axit Nitric nó được gọi là Axit Nitric bốc khói Axit Nitric bốc khói có đặc trưng Axit Nitric bốc khói trắng và Axit Nitric bốc khói đỏ, Tùy thuộc vào số lượng Nito Dioxit( NO2) hiện diện

 Điều này có nghĩa Axit Nitric khan nên được cất chứa ở nhiệt độ dưới 0oC

để tránh bị phân huỷ Chất Nito Dioxit(NO2) vẫn hòa tan trong Axit Nitric tạo cho nó có màu vàng hoặc đỏ ở nhiệt độ cao hơn Trong khi axit tinh khiết có xu hướng bốc khói trắng khi để ra không khí, axit với Nito

Dioxit(NO2) bốc khói hơi có màu nâu hơi đỏ cho nên mới có tên Axit bốc khói trắng và Axit bốc khói đỏ

trọng nhất là muối Amoni Nitrat Do tính chất oxi hoá mạnh của nó, Axit Nitric không giải phóng hidro(H2) khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái oxi hoá cao hơn ( trừ 1 số ngoại lệ) Vì vậy cần sửdụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axit này

Axit Nitric là 1 axit mạnh với hằng số cân bằng axit ( pKa = -2) : trong nước

nó hoàn toàn điện ly thành các ion NO3và H+

 Các đặc tính Oxi hoá:

Phản ứng với nhiều kim loại và phản ứng có thể gây nổ tuỳ thuộc vào nồng độ, nhiệt độ và tác nhân gây liên quan , sản phẩm tạo ra cuối cùng có thể gồm nhiều loại và nhiều sản phẩm khử đa dạng như N2, N2O, NH4NO3, Phản ứng xảy ra với hầu hết các kim loại trừ các kim loại quý như: Au,Pt

và 1 số hợp kim Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng oxi hoá chủ yếu với axit đặc thường tạo ra Nito Dioxit (NO2)

 HNO3 phục vụ cho các hoạt động thí nghiệm liên quan tới việc khử clorit

 HNO3 ở nồng độ 0,5-2% được sử dụng với tư cách là 1 hợp chất nền để xác định được dấu vết kim loại trong dung dịch Trong trường hợp này, để tỉ lệ thành công cao nhất cần phải sử dụng HNO3 cực kì tinh khiết bởi có 1 số lượng những ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phân tích

 Ứng dụng trong ngành luyện kim và tinh lọc bởi vì nó có phản ứng với phần lớn các kim loại hiện nay

 Ứng dụng trong việc tổng hợp các chất hữu cơ

 Ứng dụng để làm các chất khử màu clorometric test dùng để phân biệt

heroin và mocphin

 Trong Amoniac, N có số oxi hoá thấp nên Amoniac có tính khử.

 Amoniac tương đối kém bền bởi nhiệt Nó có thể phân huỷ ở nhiệt độ cao

 Tác dụng với các ion kim loại, có tính bazo yếu, đặc biệt có khả năng tạo phức

 Việc sản xuất nitrat amoni công nghiệp thì đơn giản về mặt hoá học dù về công nghệ thì đầy thách thức Phản ứng trung hòa của Amoniac với Axit Nitric tạo ra dung dịch Amoni Nitrat: HNO3 + NH3 =NH4NO3 (aq) Để sản xuất quy mô công nghiệp, phản ứng này được thức hiện bằng cách sử dụng khí Amoni khan và Axit Nitric đậm đặc Phản ứng xảy ra mãnh liệt và tỏa nhiệt Người không kinh nghiệm, không đủ thiết bị, không chuẩn bị sẵn không nên thực hiện với khí khan và axit đặc như thế này, dù với sự loãng lớn của nước cũng không nên xem thí nghiệm này là dễ Sau khi dung dịch muối được tạo thành , thường thì nồng độ khoảng 83%, lượng nước dư đượclàm khô đến mức amoni nitrat có nồng độ khoảng 95%-99,9% (amoni nitrat chảy), tuỳ theo mức độ.

 Amoni Nitrat được dùng làm phân bón trực tiếp Trên thế giới, Amoni Nitrat chiếm khoảng 11% lượng phân bón nito cho cây trồng do hàm lượng nito cao và tương đối rẻ

 Ngoài ra Amoni Nitrat cũng được dùng làm chất oxy hoá và làm thành phần của 1 số loại thuốc nổ

1, Tính Chất Vật Lý

Amoni Nitrat là chất bột màu trắng ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, nóng chảy ở nhiệt độ 169,9oC, khối lượng phân tử 80,04336 g/mol Khối lượng riêng 1,73 g/cm3 Nhiệt độ sôi khoảng 210oC ở áp suất khí quyển và bị phân huỷ ở khoảng nhiệt độ này Amoni Nitrat rất dễ tan trong nước

Các dạng tinh thể của Amoni Nitrat: