Thiết kế phân xưởng sản xuất Axit Nitric

Đưa ra vấn đề thiết kế  Đề xuất xây dựng phân xưởng sản xuất axit nitric với công suất 200.000 tấn/năm, dự kiến được xây dựng ở Thái Bình  Các phân xưởng khác cùng trong nhà máy là p

LOGO

Môn: Thiết kế quy trình trong công nghệ lọc dầu

Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất Axit Nitric

Giáo Viên Hướng Dẫn

Th.s Phạm Trung Kiên

Nhóm 2:

Nguyễn Thị Ngọc Dung Ngô Văn Duy

Phạm Vũ Dũng Đào Thị Thanh Hải Mai Văn Để

I Đưa ra vấn đề thiết kế

 Đề xuất xây dựng phân xưởng sản xuất axit nitric với

công suất 200.000 tấn/năm, dự kiến được xây dựng ở Thái Bình

 Các phân xưởng khác cùng trong nhà máy là phân xưởng sản xuất amoniac và amoni nitrat

 Khoảng 70% lượng sản phẩm của nhà máy sẽ được tiêu thụ tại chỗ để sản xuất amoni nitrat tinh thể

 Nhà máy sử dụng công nghệ hiện đại của CHLB Đức và

các thiết bị của các nước G7, Liên minh châu Âu

x

1.2 Xác định các thông tin cơ bản của bài toán

Axit nitric là một axit mạnh và là một

tác nhân có khả năng oxit hóa lớn, nó

có rất nhiều ứng dụng trong công

nghiệp chế biến hóa chất

Nó có giá trị thương mại, sử dụng làm

tác nhân nitrat hóa, oxi hóa, làm dung

môi, tác nhân oxi hóa, xúc tác và tác

nhân thủy phân

khoảng 65% axit nitric được dùng để

sản xuất amoni nitrat ( đặc biệt là sản

xuất phân bón)

Sử dụng các phương pháp truyền thống như:

• Chưng cất với tác nhân hydrat hóa là H 2 SO 4 hoặc Mg(NO 3 ) 2

• Phản ứng với các oxit nito bổ sung

Oxit nito được hấp thụ bằng nước thu được acid có nồng độ từ 50-68% khối lượng

Sử dụng oxi không khí oxi hóa để thu được NO, NO 2

Các bước sản xuất acid nitric

để hình thành các phương pháp sản xuất cho nhà máy sản xuất

axit nitric thương mại

Nó là một axit mạnh và điện li gần như hoàn toàn thành các ion

trong dung dịch loãng

Nó cũng là một tác nhân oxi hóa mạnh nhưng lại thụ động với

một số kim loại như: sắt, nhôm

Ứng

dụng

Axit nitric có những ứng dụng vô cùng đa dạng trong công nghiệp hóa chất Nó có ứng dụng thương mại như làm tác nhân nitrat hóa, tác nhân oxi hóa, dung môi, tác nhân hoạt hóa, làm

tác nhân xúc tác và thủy phân

Ứng dụng quan trọng nhất là sử dụng để sản xuất amoni nitrat trong các ngành công nghiệp phân bón và thuốc nổ, chúng chiếm khoảng 65% lượng sản phẩm trên thế giới của axit nitric

Nó còn ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác như: tẩy thép không gỉ, luyện thép, sản xuất thuốc nhuộm, chất dẻo và

sợi tổng hợp Hầu hết các phương pháp được sử dụng trong việc thu hồi urani như : trao đổi ion và chiết bằng dung môi đều sử dụng axit nitric

Nguy

cơ

tiềm ẩn các nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người khi

xử lí và vận hành với axit nitric

gây ăn mòn nó thâm nhập và phá hủy da cùng với các mô

bên trong, khi tiếp xúc có thể gây bỏng nặng

các oxit của ni tơ là sản phẩm trung gian trong quá trình

sản xuất cũng là các chất độc

Cần đánh giá các mối nguy hiểm trong quá trình thiết kế nhà máy nhằm hạn chế những ảnh hưởng không mong muốn xảy ra

Diagram

Năm 1901, Wilhelm

Ostwald đã lần đầu

tiên đạt được quá trình

oxy hóa amoniac bằng

xúc tác trên chất xúc

tác Pt Các oxit của ni

tơ được tạo ra dễ dàng

làm lạnh và hòa tan

trong nước để tạo ra

dung dich axit nitric

Phương pháp sản xuất Acid

Cho đến đầu thế kỷ 20, axit nitric được sản xuất bằng cách cho axit sunfuric phản ứng với kali nitrat hoặc natri nitrat

nay

Các nhà máy sản xuất ở Mỹ

amoniac ở áp suất khí quyển, trong khi phân xưởng hấp thụ lại vận hành

ở áp suất cao (nâng cao tốc

độ hấp thụ)

Nỗ lực để giảm sự mất mát xúc tác trong quá trình Các bộ lọc

để thu hồi Pt trong các giai đoạn khác nhau của quá trình

 1.5 Quá trình oxi hóa amoniac

Các phản ứng xảy ra khi thực hiện quá trình

II Nghiên cứu tính khả thi

- Nhìn chung, tình hình sản xuất các hóa chất cơ bản, trong đó có axit nitric

ở Việt Nam chưa phát triển đủ mạnh

- Sản lượng các hóa chất vô cơ cơ bản như H2SO4, NaOH, HNO3… chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong nước, mà vẫn phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu từ nước ngoài

- Ở Việt Nam, axit nitric hầu như chỉ được sử dụng để sản xuất amoni nitrat (phân bón nitơ và thuốc nổ phục vụ khai thác mỏ và an ninh quốc phòng)

- Nguồn HNO3 chủ yếu dựa vào nguồn cung nhập khẩu từ nước ngoài (Hàn Quốc)

 2.2 thị trường toàn cầu

Phân phối thị trường trên thế giới

 Sản xuất trên thế giới hiện nay là khoảng 34 triệu tấn mỗi năm, và trên 30% được sản xuất tại Hoa Kỳ

 Lượng sản xuất còn lại, khoảng 60% ở tại châu Âu Liên Xô (6 triệu tấn), Anh (3,3 triệu tấn), Ba Lan (2,4 triệu tấn) và Pháp (1,5 triệu tấn) là nhà sản xuất chính

 Tính khả thi của dự án là việc xây dựng 1 nhà máy sản xuất amoni nitrat với công suất 200.000 tấn/năm sẽ yêu cầu khoảng 158.000 tấn axit nitric mỗi năm

 Nguồn hóa chất như axit nitric vẫn còn phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, vì vậy, đây là dự án có ý nghĩa lớn trong việc tự chủ, ổn định, phát triển kinh tế, đảm bảo an ninh chính trị, quốc phòng cho đất

nước

III Lựa chọn quá trình vận hành

Quá trình áp suất đơn

Quá trình áp suất kép

Bảng So sánh hai quá trình

Bảng So sánh năng lượng của quá trình

Mối tương quan giữa áp suất vận hành, nhiệt độ tấm lọc xúc

tác và độ chuyển hóa

 Kết luận quá trình

 Qui trình đơn áp dường như được ưa chuộng cho nhà máy sản xuất

280 tấn/ngày axit nitric 60%

 Lợi thế chi phí đầu tư của quá trình này vượt quá những lợi ích về cơ cấu chi phí vận hành của quá trình áp suất kép

 Hơn nữa, nhiệt độ cao hơn và hiệu ứng thuận lợi về áp suất cho phép phục hồi nhiều hơn năng lượng từ quá trình này

 Sự lựa chọn này, được thực hiện trên cả hai cơ sở kinh tế và vận hành

IV Lựa chọn vị trí nhà máy

 Chú ý khi lựa chọn nhà máy

 Một số yếu tố quan trọng để lựa chọn vị trí

 Địa hình thích hợp, dưới bề mặt, thoát nước, vv…

 Giao thông phù hợp cho vận chuyển nguyên liệu và hóa chất, và xây dựng một nhà máy hóa chất

 Gần mạng lưới giao thông lớn, ví dụ như đường giao thông, đường sắt, sân bay, đường thủy, cảng

 Có một lực lượng lao động địa phương và khoảng cách giữa các cộng đồng địa phương

 Sẵn có nguồn nước sinh hoạt và nước làm mát nhà máy

 Sự tồn tại của các dịch vụ được trang bị để đối phó với một tai nạn

công nghiệp chính

 Điều kiện khí hậu, ví dụ độ ẩm, tốc độ gió tối đa và hướng, lượng mưa, vv…

 Xem xét vị trí

- Axit nitric và khí nito oxit có trong quá trình này có tính độc cao Vì vậy, phải lựa chọn địa điểm và bố trí nhà máy sao cho hạn chế được ảnh hưởng của nó tới môi trường và con người

- Phân xưởng axit nitric chỉ là một phần của tổ hợp nhà máy hóa chất, gồm cả phân xưởng amoniac và phân xưởng amoni nitrate.Nghiên cứu đặc điểm của ba phân xưởng trong nhà máy để lựa chọn vị trí thích hợp

- Các địa điểm được chọn cho mỗi phân xưởng là một phần của nhà

máy hóa chất lớn hơn có diện tích khoảng 10 ha

- Dễ tiếp cận cảng, các cơ sở đường sắt lân cận, nguồn nước sông nhiều( cho mục đích làm mát quá trình)

 Lựa chọn địa điểm

- Đặt gần thị trường đã tính toán trước

- Sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có( bao gồm cảng và hai đường sắt)

- Chi phí ít nhưng có hiệu quả

- Lượng lao động tại nhà máy phù hợp

- Trong việc xác định vị trí cho phân xưởng axit nitric, cần xem xét các yếu tố khác một cách rộng hơn Phân xưởng này là một phần của phức hợp hóa chất lớn liên quan đến việc sản xuất amoniac( nguyên liệu là axit nitric) và amoni nitrate( sử dụng hầu hết các sản phẩm axit nitric)

- Một vị trí có diện tích khoảng 10 ha là đạt tiêu chuẩn

Vị trí ở Thái Thọ - Thái Thụy - Thái Bình

Thuận lợi

-Gần đường quốc lộ

-Nước sẵn có cho quá trình làm mát (

không sử dụng trong phân xưởng acid

nitric

-Nước sẵn có cung cấp cho quá trình (

cần xử lý trước khi đưa vào sử dụng)

-Có thể sử dụng nhiều nguồn nước

- không gần cảng, không có đường tàu

- mâu thuẫn với bản quy hoạch khu vực hiện tại và có thể gặp phải sự phản đối quyết liệt từ chính quyền

Là nơi thích hợp cho việc tiêu thụ nhiều axit nitric, cùng với đó sản phẩm còn lại được xuất bán ra các thị trường khác, hai vấn đề cần bận tâm là vị trí

V vấn đề môi trường

- May mắn là nhà máy axit nitric đơn áp lực là nhà máy khá sạch sẽ.Nó không có dòng chất thải lỏng trong hoạt động bình thường và phát thải khí được giới hạn tới xử lý khí thải

- Sự sạch sẽ này là kết quả làm việc với các dòng nguyên liệu tinh khiết

và giai đoạn hấp thụ hiệu quả cao

- Tác động môi trường khác cần xem xét là tiếng ồn.Máy nén khí với bộ giãn nở khí thải và tuabin hơi nước có thể gây ra vấn đề này

- thiết bị này phải được đặt trong cấu trúc chống ồn, với những người làm việc bên trong tòa nhà yêu cầu phải mang dụng cụ bảo vệ tai

- Trong tiêu chuẩn phát thải công nghiệp, một mục cần quan tâm là

mức phát thải oxit nitơ cho phép Giới hạn phát thải các oxit nitơ trong nước là 0,20 g/m3 chất thải lỏng

- Nếu phát thải khí thải thông thường vượt quá thông số kỹ thuật thiết

kế, thì buồng đốt xúc tác sẽ được yêu cầu

- Thiết bị này cho phép giảm mức độ oxit nitơ trong khí thải xuống dưới

400 ppm

- Trong trường hợp có tai nạn nghiêm trọng, lượng lớn các nitơ oxit có thể được thải vào khí quyển và sản phẩm axit nitric cũng có thể thoát

ra theo các đường cống rãnh

- Cần chú trọng vào pha loãng bất kỳ chất thải lỏng nào khi thải ra Sau

đó gió có thể phân tán các đám mây oxit nitơ.May mắn là đám mây khí này không dễ cháy, nhưng nó lại rất độc hại

- Các khí oxit nito có thể gây ravấn đề nghiêm trọng về hô hấp và tim

- Với sự phát tán khí rộng lớn, các khu vực trong đường đi của đám

mây có thể cũngphải được sơ tán dân cư

- Công nhân được cử đến để sửa chữa hoặc đánh giáthiệt hại phải được trang bị vật dụng chặt chẽ, quần áo chịu axit và một dụng cụ thở khép kín

- Ngưỡng giới hạn cho axit nitric là chỉ có 2ppm.Nếu hít phải lượng từ 200-700 ppm có thể gây tử vong trong vòng 5-8 giờ

- Bất cứ ai tiếp xúc vớikhí oxit nitơ cần được quan sát trong 48 giờ

- Điều cần thiết là ống đứng cao được sử dụng để hỗ trợ trong việc phân tán hiệu quả của khí thải