Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa HN Thiết kế xưởng sản xuất Ure công suất 600.000Tnăm đi từ than cám theo công nghệ lò Shell hiện đại

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 1




Phần I
Tổng quan về ngành công nghiệp ure trong nước và trên thế giới
Hiện nay với việc phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới, nền đại
công nghiệp đã và đang tạo ra cho xã hội loài người một khối lượng vật chất khổng lồ,
đời sống người dân không ngừng cải thiện, các nhu cầu của con người ngày càng được
giải quyết một cách vẹn toàn, tuy nhiên kéo theo đó là quá trình công nghiệp hóa, đô thị
hóa diễn ra rất mạnh mẽ. Đồng thời với việc dân số thế giới đang tăng hàng ngày, đã dẫn
đến một thực trạng là diện tích đất canh tác đang dần bị thu hẹp trong khi nhu cầu lương
thực lại ngày càng gia tăng. Đặt ra những vấn đề cấp thiết cần giải quyết: Giảm đói nghèo
và tình trạng mất an ninh lương thực.
Như vậy phân bón được coi như là một giải pháp then chốt nhằm tăng năng suất cây
trồng, đảm bảo sản lượng vẫn tăng trưởng trong khi diện tích canh tác bị thu hẹp. Có thể
thấy phân bón đóng một vai trò to lớn đối với sự phát triển ổn định của xã hội.
Ngành công nghiệp sản xuất Urê trên thế giới đang phát triển khá nhanh thể hiện qua
các con số mô tả lượng urê được tiêu thụ (nguồn-IFA):
Năm
1973
1997
2003
Sản lượng TT(Triệu tấn)
8,3
37,6
50

Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA) cũng dự báo nhu cầu phân bón thế giới vụ mùa
(2011/2012) tiếp tục tăng cao và trong năm 2012 sẽ trở nên cân đối hơn thể hiện qua bảng
sau:
Sản phẩm
Cung-cầu
2010
2011
2012
Ure (Triệu tấn)
Cung
155,6
158,9
167,1
Cầu
149,6
155,3
163,6
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 2



Hình 1:Biểu đồ thể hiện quan hệ cung-cầu lượng Urê trên thế giới
Để đánh giá sản lượng Urê ta có thể đánh giá thông qua sản lượng NH
3
. Trong đó sản
lượng NH
3
thế giới vào khoảng 134,8 triệu tấn trong năm 2010, trong giai đoạn 2010-

2014 tổng sản lượng NH
3
thế giới có thể tăng tới 184,2 triệu tấn dinh dưỡng (N).Trong
đó khu vực Nam Á (Ấn Độ,Pakistan); Đông Á (Trung Quốc,Việt Nam) đóng góp tới 51%
phần sản lượng tăng thêm. Phần còn lại đến từ Châu Phi (Algeria, Ai Cập) và Tây Á
(Iran, Qatar, Saudi Arabia và Abu Dhabi).
Hiện nay có khoảng 65 nhà máy phân đạm trên toàn thế giới đang được xây dựng
hoặc đang trong kế hoạch xây dựng, trong đó có 23 nhà máy thuộc về Trung Quốc.
( trích dẫn từ nguồn –Báo cáo tháng ngành hàng phân bón, tháng 3/2011; Trung tâm
thông tin PTNNNT–Viện chính sách và chiến lược PTNNNT–Bộ Nông nghiệp & PTNT)
Tại Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất Urê đang phát triển khá nhanh.Thể hiện
qua các con số dưới đây:
• Trước năm 2005 Cả nước chỉ có một nhà máy đạm Hà Bắc với công suất chỉ 150
nghìn tấn Urê/năm. Sử dụng công nghệ lạc hậu, đi từ nguyên liệu than cục (Hiện
nay sau khi cải tạo, nâng cấp công suất đã tăng lên 190 nghìn tấn Urê/năm-năm
2010)
• Sang năm 2005, nước ta có thêm nhà máy đạm Phú Mỹ với công suất 750 nghìn
tấn Urê/năm, sử dụng công nghệ tiên tiến, đi từ nguyên liệu là khí thiên nhiên.Tức
0
50
100
150
200
250
2010
2011
2012
Cầu
Cung
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 3

năng lực sản xuất hiện tại của nước ta là khoảng 940 nghìn tấn Urê/năm. Nước ta
đang có các nhà máy đạm sắp đi vào hoạt động là:
 Nhà máy đạm Ninh Bình với công suất 560 nghìn tấn Urê/năm, sử dụng công
nghệ lò phun (lò Shell) đi từ than cám.
 Nhà máy đạm Cà Mau với công suất 800 nghìn tấn Urê/năm, đi từ nguyên liệu là
khí thiên nhiên.
 Ngoài ra nhà máy phân đạm Hà Bắc đang khởi công dây chuyền sản xuất số 2 với
công suất 320 nghìn tấn Urê/năm, sử dụng công nghệ lò Shell đi từ than cám.
Trong tương lai có thể có thêm một nhà máy phân đạm nữa ở Nghi Sơn-Thanh
Hóa.
Như vậy qua so sánh ta nhận thấy trước năm 2005 nước ta chỉ có duy nhất nhà máy phân
đạm Hà Bắc với năng lực sản xuất là 150 nghìn tấn Urê/năm thì trong tương lai 3-4 năm
tới năng lực sản xuất toàn ngành sẽ đạt tối thiểu là 2 triệu 620 nghìn tấn Urê/năm. Đây là
một bước phát triển lớn đối với ngành công nghiệp sản xuất Urê tại Việt Nam.
Phần 2
Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất Urê
2.1 Nguyên liệu sản xuất Urê:
Công thức phân tử của Urê là (NH
2
)CO(NH
2
), vậy để sản xuất Urê ta phải đi từ các
nguyên liệu có chứa C,H,N,O. Trong thực tế công nghiệp :
• N (Nitơ) lấy từ không khí.
• H (hidro) lấy từ nước (H
2
O) hoặc từ Hidro cacbon (C

n
H
m
).
• C (cacbon) Lấy từ than đá hoặc khí thiên nhiên-khí đồng hành.
• O (oxi) lấy từ nước (H
2
O) và không khí.
Tóm lại, nhà máy Urê dùng nguyên liệu là không khí, hơi nước kết hợp với một trong
hai nguyên liệu sau:
• Than.
• Khí thiên nhiên-khí đồng hành.
Trên thế giới cũng có những nước sử dụng dầu mỏ làm nguyên liệu, song ở Việt Nam
khó có triển vọng sử dụng loại nguyên liệu này nên ta không đề cập ở đây.
Trong hai loại nguyên liệu thông dụng là than và khí thiên nhiên-khí đồng hành thì
trước những năm 1960, ngành sản xuất Urê đi từ than chiếm chủ đạo. Nhưng bước sang
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 4

những năm1960 trở đi, khí thiên nhiên-khí đồng hành vươn lên vị trí số một, do lúc này
công nghệ khai thác khí phát triển, cho phép xây dựng đường ống dẫn khí dài hàng trăm
km từ đại dương vào đất liền. So với nguyên liệu sản xuất từ than, khí thiên nhiên-khí
đồng hành có những ưu điểm nổi bật: Sử dụng nguyên liệu khí thiên nhiên-khí đồng hành
cho phép xây dựng nhà máy Urê với công suất lớn, chi phí xây dựng và vận hành thấp,
giá thành sản phẩm hạ, ít ô nhiễm môi trường. Cụ thể được minh họa trong bảng sau:
Loại nguyên liệu Khí thiên nhiên Dầu nhẹ (Naptha) Dầu nặng (Mazut,FO) Than
Chi phí đầu tư
xây dựng
1 1,15 1,5 2,5

Chi phí năng
lượng vận hành
1 1,1 1,3 1,7
Chi phí nguyên
liệu
a >a >>a >>>a

Các nguyên liệu được sử dụng hiện nay ở nước ta:
• Nhà máy Đạm Hà Bắc cũ sử dụng nguyên liệu là than cục.
• Nhà máy đạm Ninh Bình, đạm Hà Bắc mở rộng sử dụng nguyên liệu là than cám.
• Nhà máy đạm Phú Mỹ, đạm Cà Mau sử dụng nguyên liệu là khí thiên nhiên-khí
đồng hành.
Bản đồ án này được trình bày trên cơ sở xưởng sản xuất Urê đi từ nguyên liệu là than
cám, dùng công nghệ lò Shell trong công đoạn khí hóa than (Hiện đang áp dụng tại nhà
máy đạm Ninh Bình).
Ở trên ta đã đề cập một cách tổng quát đến các nguyên liệu phục vụ cho việc sản xuất
Urê, tuy nhiên trong khuôn khổ nhiệm vụ thiết kế của bản đồ án ta sẽ xuất phát với các
nguyên liệu là CO
2
và NH
3
- Đây là những nguyên liệu trực tiếp tổng hợp nên Urê.
2.1.1 Nguyên liệu CO
2
:
Khí CO
2
ở điều kiện thường là khí không màu, hóa lỏng ở P=35,54at;T=0
0
C,

không màu.Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ CO
2
lỏng chuyển thành CO
2
rắn màu trắng như tuyết
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 5

(đá khô).Do đó CO
2
tồn tại ở 3 trạng thái rắn,lỏng,khí tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ
môi trường nén và có điểm ba ở trạng thái cân bằng rắn-lỏng-khí với điểm tới hạn:
• Nhiệt độ tới hạn:304,2
0
K;
• Áp suất tơi hạn:73,834 bar;
Cân bằng rắn-hơi được xác định bằng phương trình:
mmHgTTTP ;.10.527,2lg.431,21.455,2206361,58lg
31 −−
+−−=

Cân bằng lỏng rắn của CO
2
có dạng:
mmHgTP ;198,3lg.687,2)3515lg( −=+

Ở 216,53
0
K và P=5,113 at có nhiệt chảy lỏng của CO

2
là 46,39 kcal/kg.Còn nhiệt
hóa hơi từ CO
2
lỏng là 129,53 kcal/kg.
Khí CO
2
đi vào tháp tổng hợp Urê cần đạt yêu cầu ≥ 98% (Theo yêu cầu thiết kế
là 98,3%).
2.1.2 Amôniăc:

Amôniăc có điểm đặc biệt gọi là điểm ba ứng với cân bằng của các pha rắn-lỏng-
khí ở nhiệt độ 195,2
0
K và áp suất 45,58mmHg.
Các thông số tới hạn của NH
3
như sau:
• Nhiệt độ tới hạn:405,56
0
K;
• Áp suất tới hạn:115,2 at;
• Thể tích tới hạn: 0,00426 m
3
/kg.
Do đó muốn có NH
3
lỏng phải nén khí NH
3
tới áp suất cần thiết tùy theo nhiệt độ

nén để chuyển toàn bộ khối NH
3
phục vụ cho tổng hợp Urê về trạng thái lỏng.
Để biết áp suất cân bằng (bão hòa) rắn-hơi cần phải biết quan hệ phụ thuộc áp suất
hơi cân bằng và nhiệt độ theo phương trình:
mmHgTTP
n
;lg.8163,1.00,17901497593lg
1
−−=
−

Cân bằng lỏng hơi của NH
3
lỏng trong sổ tay nhiệt động có giá trị sau:


GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 6

Nhiệt độ (
0
C)
P(at)
V
lỏng
(m
3
/kg)

V
hơi
(m
3
/
kg)
ΔH
hóa hơi
(kcal/kg)
0
4,38
1,567
219,2
301,7
20
8,74
1,634
149,9
283,6
80
42,32
1,99
29,22
208

Do vậy yêu cầu NH
3
lỏng có thành phần càng cao càng tốt, tối thiểu là 99,5%.
2.1.3 Sản phẩm Urê:
• Urê có công thức phân tử: (NH

2
)CO;
• Khối lượng riêng d=1,34g/cm
3
;
• Nhiệt độ nóng chảy T=132-135
0
C;
• Thành phần:45-46%N và <2%biuret;
Tính chất:Urê có dạng tinh thể hình viên tròn như trứng cá, màu trắng đục hay
trắng ngà, không mùi, hòa tan nhanh trong nước và rất linh động.
Ở nhiệt độ > 20
0
C Urê hút ẩm chảy nước trở nên nhớt và lạnh, có thể vón cục và
đóng tảng gây ảnh hưởng xấu đến trạng thái vật lý của hạt Urê.
Ứng dụng lớn nhất của Urê là sử dụng làm phân bón,Urê là loại phân đạm chứa
hàm lượng N nhiều nhất, có tác dụng tốt đối với việc nâng cao năng suất, chất lượng sản
phẩm cây trồng.
Ngoài ra Urê còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác: Làm
nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo có giá trị (chất dẻo chứa amin), keo dán tổng hợp,
thuốc thấm ướt vải,sợi tổng hợp.v.v
2.2 Cơ sở hóa lý:
Giai đoạn tổng hợp trong xưởng Urê được mô tả tóm lược bởi sơ đồ sau:





GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 7




















ĐÓNG



CO
2

(Khí CO
2

được chứa trong kho chứa,
nguồn CO
2
được tách ra từ khí than)


NH
3

( NH
3
lỏng chứa trong kho chứa,nguồn NH
3

được lấy từ quá trình tổng hợp NH
3
dựa trên
các khí N
2
;H
2
từ quá trình khí hóa than)
Nén
Nén


TỔNG HỢP URÊ
NH
3
+ CO

2
= NH
4
COONH
2
(cacbamat)
NH
4
COONH
2
↔ NH
2
CONH
2
(Urê) + H
2
O
Điều kiện làm việc:T=180
0
C ÷210
0
C
P=145 at ÷ 250 at
Thiết bị: Tháp tổng hợp Urê; máy nén CO
2
; bơm pittông cao áp NH
3
lỏng

CHƯNG PHÂN GIẢI

Tách các chất chưa phản ứng để thu hồi và cho quay trở về tháp tổng hợp, đồng thời nâng cao nồng độ URÊ
Điều kiện làm việc:
+Trung áp (P=3-18at)
+Nhiệt độ (T=110-180
0
C)
+Ăn mòn thiết bị mạnh
Thiết bị: Tháp chưng phân giải lần 1 và 2; thiết bị phân ly

CÔ ĐẶC DUNG DỊCH URÊ
Cô đặc nâng cao nồng độ Urê.
Điều kiện làm việc:
T=100-150
0
C
P=0,03-0,3at (đk chân không)
Thiết bị:Các thiết bị cô đặc;bơm tuy-e.



TẠO HẠT URÊ
Phun Urê lỏng từ trên cao để cho
Urê
kết tinh thành các hạt tròn.
Thiết bị:Tháp tạo hạt; thùng chứa
Urê lỏng
ĐÓNG BAO XUẤT
KHO
Đóng bao và xuất kho
Thiết bị:Máy đóng bao

Urê 33%
Urê
71%
Urê
99,7%
Urê
hạt
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 8

Để xây dựng mô hình động học tổng hợp Urê phải lựa chọn cơ chế phản ứng xảy
ra trong tháp tổng hợp:
2.2.1 Cơ chế phản ứng:
Có nhiều quan điểm khác nhau về cơ chế phản ứng tạo Urê từ NH
3
và CO
2
;ở đây
ta giới thiệu sơ qua 2 cơ chế:
• Cơ chế xyanat:
CO
2
và NH
3
tác dụng với nhau tạo ra cacbamat amôni rồi từ đó phân hủy thành
Urê theo phản ứng nối tiếp nhau:
2NH
3
+ CO

2
= NH
2
COONH
4

NH
4
COONH
2
↔ NH
2
−CO−OH + NH
3

NH
2
−CO−OH ↔ HO∙CN + H
2
O ↔ HN : CO + H
2
O
NH
3
+ HN : CO↔HN:C ↔ (NH
2
)
2
CO.

• Cơ chế tự xúc tác của CO
2
và NH
3
để tạo cabamat amôni:
O=C=O↔O=C
+
-O
-
↔
-
O-C
+
=O
O=C
+
-O
-
+ :NH
3
→ O=C
+
-O
-
→O=C-OH + NH
3
→O=C-O
-
+NH
4

+





O=C-O
-
+ NH
4
+
↔
-
O-C
+
-O
-
+ NH
4
+
→
-
O -C-OH → O
-
- C-OH
2
+
→
-
O-C H

2
O
+



→O=C

NH
3
O
NH
3
H
+
NH
2
NH
2
NH
2
NH
2
OH
-
+ NH
3

NH
2

NH
3
+
H
+
NH
2
NH
2
NH
2
NH
2
NH
2
NH
2
(I)

(II)

(III)

(IV)

(V)

(VI)

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 9




2.2.2 Động học phản ứng:
Theo quan điểm của các nhà nghiên cứu về phản ứng tổng hợp Urê thì động học
phản ứng có thể xảy ra ở pha khí hoặc pha lỏng.
Ở đây ta quan tâm đến phản ứng xảy ra trong pha lỏng.
Phản ứng tổng quát: 2NH
3
+ CO
2
↔ CO(NH
2
)
2
+ H
2
O + Q (1)
Phản ứng trên xảy ra qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1:Tạo cacbamat amon
NH
3(l)
+ CO
2(k)
↔ NH
4
COONH

2
+Q
1
(1a)
Giai đoạn 2: Phân giải cacbamat tạo Urê
NH
4
COONH
2
↔ NH
2
CONH
2
(Urê) + H
2
O
– Q
2
(1b)
Quá trình điều chế Urê là quá trình dị thể trong hệ khí-lỏng, xảy ra trong vùng
động học và tốc độ của nó được giới hạn bởi giai đoạn chậm nhất. Giai đoạn tách nước
amoni cacbamat (1b) xảy ra tương đối chậm nên có thể coi là giai đoạn khống chế tốc độ
của quá trình tổng hợp urê.
Sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp: Urê; cacbamt; H
2
O; NH
3
;…
• Phản ứng (1a) là phản ứng gần như hoàn toàn, xảy ra nhanh nên theo
nguyên tắc sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp không chứa ( NH

3
+ CO
2
).Tuy
nhiên trong thực tế người ta lấy dư NH
3
nên sản phẩm ra khỏi tháp tổng
hợp chứa một lượng lớn NH
3
.
• Phản ứng (1b) là phản ứng thuận nghịch, hiệu suất phân hủy cacbamat (ŋ)
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ lấy dư NH
3
…Tuy
nhiên giá trị (ŋ) cực đại là 68%.
Trong điều kiện công nghiệp thường ŋ ≈ 65%, điều này có nghĩa là sản
phẩm ra khỏi tháp tổng hợp gồm rất nhiều cấu tử : Urê,cacbamat,NH
3
.
Urê trong đó có nồng độ thường 30÷35%.
Điều này dẫn đến sau khi ra khỏi tháp tổng hợp hỗn hợp phản ứng phải trải
qua một quá trình phân giải, chưng luyện, cô đặc rất phức tạp và tốn kém
nhằm:
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 10

 Nâng cao hàm lượng Urê đến mức cần thiết (>99,5%).
 Thu hồi lại cấu tử chưa phản ứng tuần hoàn lại tháp tổng hợp.

2.2.3 Ảnh hưởng các điều kiện công nghệ tới cân bằng phản ứng tổng hợp Urê:
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng phản ứng tạo Urê, ta có thể kể tới một
số yếu tố ảnh hưởng chính sau:
• Nhiệt độ;
• Áp suất;
• Thời gian đun nóng cabamat amoni;
• Ảnh hưởng của khí tạp đến hiệu suất tạo Urê;
• Tỷ lệ thành phần NH
3
/CO
2
;
• Lượng nước sinh ra trong quá trình tổng hợp.
2.2.3.1 Nhiệt độ:
Với các tỷ lệ NH
3
/CO
2
khác nhau và áp suất khác nhau hiệu suất tạo Urê ở tháp
tổng hợp dòng chảy thay đổi về đến giá trị cực đại,sau đó tăng nhiệt độ thì hiệu suất giảm
đối với mọi áp suất tương ứng 190÷400 at. Vì vậy ứng với mỗi tỷ lệ mol NH
3
/CO
2
sẽ có
một P xác định tại nhiệt độ phù hợp sẽ cho hiệu suất chuyển hóa tốt nhất.Ngoài ra từ
phản ứng (1a) và (1b) ta cần điều chỉnh nhiệt độ sao cho phản ứng (1b) chuyển dịch theo
chiều thuận và tránh phản ứng (1a) phân ly ngược lại.
Phản ứng (1b) là phản ứng thu nhiệt, quyết định đến hiệu suất của quá trình chung.
Do đó về nguyên tắc thì nhiệt độ càng cao hiệu suất phân hủy cacbamat càng cao.Trong

thực tế nhiệt độ phải đủ cao để duy trì hệ ở trạng thái chảy lỏng.Tuy nhiên nhiệt độ cao
quá thì tốc độ ăn mòn thiết bị sẽ tăng nhanh.
Quá trình phân hủy Urê → Biuret cũng xảy ra. Do đó người ta thường chọn t
0
=
180÷210
0
C.
2.2.3.2 Áp suất:

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 11


Hình 2:Sự phụ thuộc của hiệu suất tạo Urê vào áp suất

Áp suất phải đủ lớn và có giá trị thích hợp để duy trì hệ ở trạng thái lỏng ( Nếu áp
suất bé hơn giá trị này , NH
3
dễ dàng biến đổi thành trạng thái khí).
Khi áp suất tăng hiệu suất tạo Urê cũng tăng. Tuy nhiên trong công nghiệp người
ta thường chọn P= 140÷250 at.
Chẳng hạn: Xưởng Urê cũ ở đạm Hà Bắc có P=200 at.
Xưởng Urê mới ở đạm Hà Bắc mới và đạm Ninh Bình có P=158 at.
2.2.3.3 Thời gian đun nóng cabamat amoni:
30
40
50
60

210 280
40
Hieu suat phan giai cacbamat (%)
Ap suat (at)
350
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 12


Hình 3:Sự phụ thuộc của hiệu suất tạo Urê vào nhiệt độ và thời gian lưu
khối phản ứng trong thiết bị

Hiệu suất Urê càng lớn khi nhiệt độ càng cao, tuy nhiên khi nhiệt độ cao hơn
180
0
C thì các đường cong hiệu suất đi qua cực đại, tức khi kéo dài thời gian đun nóng
hỗn hợp thì mức độ chuyển hóa cacbamat amoni tạo Urê giảm xuống do các phản ứng
phụ sinh ra, nên cần tiến hành ở nhiệt độ không quá 200
0
C.
2.2.3.4 Ảnh hưởng của khí tạp đến hiệu suất tạo Urê:
Khí tạp làm giảm tốc độ phản ứng và hiệu suất tạo thành Urê .
• Nếu nồng độ khí tạp = 1÷2% thì ŋ ≈ 65%;
• Nếu nồng độ khí tạp = 14÷15% thì ŋ ≈ 45%.
0
10
20
30
40

50
60
70
80
1
2 3 4 5
Hieu suat phan giai cacbamat (%)
Thoi gian phan giai cacbamat (h)
200
C
180
C
160
C
140 C
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 13

Tuy nhiên trong nguyên liệu đầu vào người ta thường bổ sung khoảng 0,5%O
2
theo
đường NH
3
( giúp giảm tốc độ ăn mòn thiết bị do trong tháp O
2
tác dụng với vật liệu làm
tháp tạo hợp chất bền bao phủ bề mặt thiết bị).
2.2.3.5 Tỷ lệ thành phần NH
3

/CO
2
:

Hình 4:Sự phụ thuộc của hiệu suất tạo Urê vào lượng dư NH
3

Tỷ lệ này quyết định đến lượng lấy dư NH
3
trong hỗn hợp ban đầu giúp làm tăng
khả năng tạo pha lỏng và giảm tác dụng của H
2
O sinh ra. Lượng NH
3
dư sẽ liên kết với
nước sinh ra và làm cho cân bằng phản ứng phân hủy amoni cacbamat thành Urê theo
phản ứng:
NH
2
COONH
4
↔NH
2
COONH
2
+ H
2
O
Chuyển dịch về phía tạo sản phẩm Urê, hiệu suất tạo Urê sẽ tăng.Ngoài ra NH
3

còn hạn chế thủy phân cacbamat thành các sản phẩm phụ, làm giảm ăn mòn thiết bị.
50
60
70
80
3
4 5 6
2
Hieu suat tao Ure (%)
Luong du NH
3
(NH
3
/CO
2
)
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 14

Tỷ lệ trên đưa vào phụ thuộc vào việc thiết kế hệ thống(áp suất,nhiệt độ,lượng
nước quay trở lại…). Tỷ lệ này theo lý thuyết là NH
3
/CO
2
= 2. Nhưng trong thực tế
thường lấy tỷ lệ này =3÷4. Nghĩa là dư từ 50÷100%.
2.2.3.6 Lượng nước sinh ra trong quá trình tổng hợp:
Nước tham gia vào phản ứng. Ở thời điểm ban đầu sự có mặt của nước giúp cho

quá trình chảy lỏng của cacbamat dễ dàng hơn do đó hiệu suất tạo thành Urê tăng nhanh,
tuy nhiên do phản ứng sinh ra nước làm nhiệt độ phản ứng tăng nên về cuối quá trình
nước lại có tác dụng ngược lại, làm dịch chuyển cân bằng của phản ứng (1b) làm giảm
hiệu suất tạo Urê.Để hạn chế ảnh hưởng xấu của nước người ta lấy dư NH
3
, lúc đó H
2
O
sẽ tham gia phản ứng với NH
3
:
NH
3
+ H
2
O ↔ NH
4
OH
Phần 3
Chọn và biện luận dây chuyền thiết bị trong công nghệ sản xuất Urê
Căn cứ vào cơ sở hóa lý trên của quá trình sản xuất Urê người ta có thể tổng hợp
Urê dựa trên các công nghệ:
• Công nghệ tổng hợp urê không tuần hoàn khí không phản ứng;
• Công nghệ sản xuất Urê tuần hoàn khí nóng;
• Công nghệ sản xuất Urê tuần hoàn toàn bộ dạng lỏng.
3.1 Công nghệ tổng hợp urê không tuần hoàn khí không phản ứng
Sơ đồ không tuần hoàn khí không phản ứng được thực hiện đầu tiên vào năm 1922 ở
Đức trên thiết bị tổng hợp Urê năng suất 1,2 tấn/giờ.

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 15

Sơ đồ nguyên lí:













Thuyết minh lưu trình:
 Khí CO
2
được nén tới P=150 at; t=200
0
C, sau đó loại khí O
2

lẫn cấp cho tháp tổng
hợp Urê.
 NH
3
lỏng nén đến 150 at.
 Khí CO
2
và NH
3
có áp suất được phối hợp với nhau trong tháp tổng hợp Urê.
 Nhiệt phản ứng đốt nóng khối sản phẩm phản ứng đi ra khỏi tháp dùng để chế tạo
hơi nước với công suất 1 tấn Urê/0,8 tấn hơi nước. Sau thời gian <2h ở
t=160÷170
0
C; P=150 at đạt hiệu suất chuyển hóa khỏang 50%, còn lại khí không
chuyển hóa đưa đi phân ly bằng cách dãn áp từ 150 at xuống áp suất thường và
t=80÷95
0
C, đưa vào tháp chưng phân giải để tách NH
3
và CO
2
còn lại trong dung
dịch sau phản ứng. Dung dịch đưa đi cô đặc, sấy phun hoặc tạo hạt được Urê dưới
dạng hạt do vê viên từ bột Urê hay qua tháp tạo hạt. Phần nguyên liệu không phản
ứng đưa đi phân xưởng thu hồi đưa về kho chứa để tái sử dụng hoặc dùng vào các
mục đích khác.
1
2
3

4
5
6
7

8
CO
2

NH
3

Khí
Khí
Đi sản xuất (NH
4
)
2
SO
4

Urê sản phẩm
Hình 5:Sơ đồ nguyên lí công nghệ
tổng hợp Urê không tuần hoàn khí
không phản ứng
1,2 : Máy nén CO
2
và NH
3

3: Tháp tổng hợp Urê
4: Thiết bị chưng phân giải cấp 1
5: Thiết bị phân ly khí
6: Thiết bị chưng phân giải cấp 2
7: Thiết bị cô đặc dung dịch Urê
8: Thiết bị sấy phun tạo hạt
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 16

Dung dịch sau chưng tách đưa đi cô đặc đến nồng độ Urê 93% rồi cung cấp cho
sấy phun để thu Urê bột cung cấp cho tạo hạt, vê viên và sấy sản phẩm cuối cùng.
Các khí thoát ra khi chưng tách, cô đặc và phân ly đều đưa đi chế biến tạo sản
phẩm khác không tuần hoàn trở lại quá trình sản xuất Urê.
• Ưu điểm : Lưu trình công nghệ, thiết bị đơn giản.
• Nhược điểm: Hiệu suất tạo Urê thấp, không tuần hoàn được lượng nguyên
liệu chưa phản ứng.
3.2 Công nghệ sản xuất Urê tuần hoàn khí nóng
 Quá trình thực hiện bằng cách nén hỗn hợp khí ẩm chứa 45% NH
3
, 26%CO
2
,
29% H
2
O tới áp suất làm việc của tháp tổng hợp cho phép giảm 5 lần lượng NH
3

dư đi chế tạo amoni sunphat.
 Khi tỷ lệ NH

3
/CO
2
= 2,5; H
2
O/CO
2
= 0,625 mức độ chuyển hóa NH
3
thành Urê
đạt 90%, để tránh tạo amoni cacbamat phải đốt nóng hỗn hợp khí khi nén rất phức
tạp cho tổ chức và quản lý sản xuất.Do đó phương pháp này được đề xuất tổng
hợp ở P=200 at, T=200
0
C.
Sơ đồ nguyên lí:

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 17


Hình 6: Sơ đồ nguyên lí công nghệ tổng hợp Urê tuần hoàn khí
nóng





Thuyết minh lưu trình:

Khí NH
3
và CO
2
được nén hóa lỏng nhờ máy nén (1) và (2) tới áp suất tổng hợp rồi trộn
lẫn với khí nóng tuần hoàn ở t=315÷335
0
C dưới tác động của máy nén (3). Hỗn hợp có
t=185÷260
0
C đưa vào thiết bị tổng hợp trao đổi nhiệt (4) xảy ra quá trình tạo Urê. Nhiệt
phản ứng tỏa ra dùng để chế tạo hơi nước.
CO
2
NH
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Hoi nuoc
Nuoc
Khi tro
Dung dich

cacbamat
Hoi nuoc
Hoi nuoc
Nuoc
Nuoc
Nuoc
1:Máy nén khí CO
2
; 6,7:Thiết bị chưng phân giải cacbamat cấp 1 và 2;
2:Máy nén NH
3
; 8:Thiết bị hấp thụ;
3:Máy nén tuần hoàn; 9:Thiết bị làm mát;
4:Thiết bị phản ứng trao đổi nhiệt; 10:Bơm tuần hoàn
5:Thiết bị phân ly tách
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 18

Hỗn hợp chảy lỏng đưa đi dãn áp 3 cấp từ 15÷30 at; 1,5÷5 at và độ chân không, sau đó
qua bộ phận phân ly giọt và đốt nóng để phân hủy cacbamat amoni. Pha khí từ thiết bị
chưng phân giải cacbamat amoni do giảm áp ở thiết bị 7 được đưa vào thiết bị hấp thụ
dạng đệm 8 bằng dung dịch tuần hoàn đã qua làm lạnh ở 9 nhằm thu hồi NH
3
và CO
2

không phản ứng, khí trơ còn lại phóng không nếu hết NH
3
, nếu chứa NH

3
quá tiêu chuẩn
phải đưa qua hệ thống làm sạch NH
3
, một phần dung dịch liên tục qua bơm 10 vào thiết
bị phân giải cấp 1 trong thiết bị 6, khí ra khỏi phân giải cấp 1 trộn lẫn với khí ra khỏi thiết
bị phân ly 5 về cung cấp cho máy nén tuần hoàn 3. Khi giảm áp hỗn hợp chảy lỏng ra
khỏi tháp tổng hợp từ 225 at xuống 20 at về đốt nóng hỗn hợp đó tới 150
0
C có thể đạt
mức độ phân giải cacbamat amoni 90%.
Tiếp tục nén khí từ 20 lên 225 at, nhiệt độ pha khí tăng lên đến 425
0
C còn sau đó đem
trộn với khí nguyên liệu mới chứa NH
3
và CO
2
thì nhiệt độ giảm xuống còn 210÷260
0
C.
• Ưu điểm: Giảm đầu tư xây dựng và chi phí sản xuất,giải quyết được vấn đề
nguyên liệu dư chưa phản ứng hết.
• Nhược điểm: Ăn mòn thiết bị rất mạnh, hiệu suất tạo Urê không cao.
3.3 Công nghệ sản xuất Urê tuần hoàn toàn bộ dạng lỏng

Phương pháp này hiện đang được áp dụng rộng rãi cả trên thế giới và tại Việt Nam nhờ
có các ưu điểm nổi bật sau:
• Hiệu suất tổng hợp cao;
• Chi phí năng lượng thấp;

• Tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu đưa vào nhờ quá trình tuần hoàn dịch lỏng.
Bản đồ án này được trình bày dựa trên công nghệ sản xuất Urê tuần hoàn toàn bộ dạng
lỏng tại nhà máy đạm Ninh Bình.
Sơ đồ nguyên lí:
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 19


Hình 7:Sơ đồ nguyên lí công nghệ tổng hợp Urê tuần hoàn toàn
bộ dạng lỏng



Thuyết minh lưu trình:
•
Tại tháp tổng hợp (1):
Nguyên liệu cho tổng hợp Urê là NH
3
lỏng và CO
2
khí được nén đến áp suất 158 at và
đưa vào tháp tổng hợp (1)

Điều kiện làm việc tại tháp tổng hợp : P=158 at
158 at
188°C
1
2
3a

3b
4
5a
5b
8
7
6
di thu hoi
NH3 va
CO2
di thu hoi
NH3 va
CO2
di thu hoi
NH3 va
CO2
bom tuy-e
di xu ly khi
147at
204°C
33%
43%
18 at
158 °C
63%
4,6 at
145 °C
71%
hoi
nuoc

nuoc ngung
hoi nuoc
nuoc ngung
hoi nuoc
nuoc
ngung
0,3 at
102 °C
hoi nuoc
nuoc ngung
0,3 at
128 °C
hoi nuoc
nuoc ngung
0,03 at
136 °C
85%
95%
99,7%
bom tuy-e
di xu ly khi
bom tuy-e
di xu ly khi
khi thai
Ure di dong
bao
Nuoc
Hat khong dat yeu cau
CO
2

NH
3
Dich cacbamat
tuan hoan
hoi nuoc
nuoc ngung
1: Tháp tổng hợp Urê 5a,5b: Thiết bị cô đặc lần 1,2
2: Thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ 6: Thùng hòa tan sản phẩm không đạt yêu
cầu
3a,3b:Thiết bị chưng phân giải lần 1,2 4: Thiết bị bốc hơi nhanh(cô đặc sơ bộ
)
7: Thùng chứa Urê lỏng 8:Tháp tạo hạt
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 20

t = 188
0
C.
Khi ra khỏi tháp tổng hợp, nồng độ dung dịch Urê đạt 33%, còn lại là các chất chưa phản
ứng và các sản phẩm trung gian. Dung dịch này được đưa qua quá trình chưng phân giải
ở các thiết bị chưng phân giải tiếp theo để nâng cao nồng độ.
Các sản phẩm chưa phản ứng cũng sẽ được thu hồi và tuần hoàn lại tháp tổng hợp.
•
Tại thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ (2):
Dịch nóng lỏng của Urê đã tạo thành trong tháp tổng hợp được tiết lưu từ 158 at xuống
147 at và đi vào thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ (2).
Điều kiện làm việc tại thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ: P = 147 at;
t= 204
0

C.
Tại đây dịch nóng Urê sẽ qua bộ phận phân phối lỏng phía trên và phân phối vào trong
các ống trao đổi nhiệt nhờ vòng phân phối lỏng và chảy xuống các ống trao đổi nhiệt theo
dạng màng mỏng, phía ngoài vỏ là dòng hơi bão hòa trung áp đi gia nhiệt bên ngoài,
đường hơi đi vào phía trên và ngưng tụ lỏng ra phía dưới.
Hỗn hợp khí sau quá trình phân giải bay lên và được đưa qua năm ống phân phối khí phía
trên (chủ yếu khí ở đây là NH
3
) sau đó được đưa đi ngưng tụ hóa lỏng NH
3
, rồi quay trở
về tháp tổng hợp nhập chung với đường NH
3
mới.
Phần phía dưới nhận dung dịch Urê đạt nồng độ 43% được đưa sang thiết bị chưng phân
giải (3a) rồi (3b).
•
Tại thiết bị chưng phân giải lần 1 và lần 2 (3a,3b):
Dịch Urê có nồng độ 43% ra khỏi thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ (2) được đưa sang thiết
bị chưng phân giải (3a) rồi (3b).
Điều kiện làm việc:
Tại thiết bị (3a):P = 18 at;
t=158
0
C.

Tại thiết bị (3b):P=4,6 at;
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 21

T = 145
0
C.
Tại 2 thiết bị này quá trình xảy ra với dịch Urê và dòng hơi nước bão hòa đi vào gia
nhiệt có nguyên tắc cũng giống như thiết bị phân ly lỏng-khí sơ bộ (2),chỉ khác nhau ở
cấu tạo (gồm thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước, buồng bốc hơi, khoang chứa dịch Urê sau
phân giải).
Quá trình chưng phân giải được mô tả qua 2 giai đoạn:
 Phân hủy cacbamat chưa chuyển thành Urê tạo lại khí NH
3
và CO
2
;
 Đuổi NH
3
và CO
2
ra khỏi dung dịch qua quá trình chưng.
Áp suất ở thiết bị chưng phân giải (3a) được duy trì ở P=18at do áp suất này bằng áp suất
hơi bão hòa của NH
3
ở nhiệt độ t=158
0
C nên khí thoát ra chủ yếu là NH
3
.
Dịch Urê đi ra khỏi thiết bị chưng phân giải (3a) và (3b) có nồng độ lần lượt là: 63% và
71% và được dẫn sang hệ thống thiết bị cô đặc.
Khí tại (3b) được đưa đi hấp thụ hỗn hợp khí ( CO

2
, NH
3
) tạo dung dịch cacbamat sau đó
được tuần hoàn trở lại tháp tổng hợp.
•
Tại các thiết bị cô đặc (4, 5a, 5b):

Dịch Urê sau khi ra khỏi thiết bị chưng phân giải (3b) được đưa sang hệ thống cô đặc (4,
5a, 5b).
Điều kiện làm việc tại thiết bị cô đặc sơ bộ (4):P=0,3 at;
t=102
0
C.
Dịch Urê ra có nồng độ đạt 85% tiếp tục được đưa sang thiết bị cô đặc (5a) rồi (5b).
Điều kiện làm việc tại các thiết bị này lần lượt là:
Tại (5a): P= 0,3 at;
t=128
0
C.
Tại (5b): P=0,03 at;
t=136
0
C.
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 22

Điều kiện làm việc ở các thiết bị cô đặc trên đều ở áp suất thấp(áp suất chân không) có ưu
điểm:

 Tốc độ bay hơi cao;
 Nhiệt độ sôi của dịch giảm làm giảm hàm lượng Biuret (Biuret sinh ra khi nồng độ
Urê cao và nhiệt độ cao).
Tại các thiết bị trên được tách ra và nồng độ Urê được nâng cao từ 85% lên 95% rồi
99,7% theo nguyên tắc hơi thứ thoát ra khỏi nồi cô đặc là hơi nước. Tuy nhiên ở đây do
một phần Urê bị phân hủy khi cô đặc (3-5%). Do đó hơi thứ thoát ra khỏi các nồi cô đặc
có chứa (CO
2
, NH
3
). Để thu hồi lại lượng nguyên liệu này đồng thời bảo vệ môi trường
làm việc người ta đưa hơi thứ sang thiết bị hấp thụ để tạo dịch cacbamat sau đó tuần hoàn
về tháp tổng hợp, dịch ra khỏi thiết bị cô đặc được dẫn sang thùng chứa Urê lỏng (7) để
phục vụ cho công đoạn tạo hạt.
•
Tại thiết bị tạo hạt (8):

Để tạo hạt Urê người ta phun Urê nóng lỏng từ đỉnh tháp tạo hạt. Các hạt Urê khỏi vòi
phun, rơi xuống trong lòng tháp. Trong quá trình rơi các hạt Urê được làm nguội bởi
dòng không khí chuyển động ngược chiều từ đáy tháp đi lên. Dòng không khí này có tác
dụng vừa làm tăng hiệu suất truyền nhiệt vừa làm tăng thời gian hạt Urê rơi xuống nên
quá trình kết tinh của Urê xảy ra dễ dàng hơn. Tuy nhiên dòng không khí này cũng làm
tổn thất một lượng Urê khá lớn do bị cuốn ra ngoài (0,5-1%).
Trong quá trình rơi ở tháp tạo hạt, hạt Urê xảy ra 3 quá trình:
 Làm nguội giọt lỏng;
 Kết tinh hạt;
 Làm nguội hạt rắn.
Hạt Urê kết tinh được phân loại qua sàng, các hạt có kích thước đạt yêu cầu được đem đi
đóng bao,các hạt có kích thước không đạt yêu cầu được đưa trở lại thùng hòa tan sản
phẩm không đạt yêu cầu (6), sau đó được đưa trở lại thiết bị cô đặc tiến hành cô đặc với

dịch mới Urê đi vào.



GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 23

Phần 4
Tính Kỹ Thuật

4.1 Tính cân bằng chất và cân bằng nhiệt toàn xưởng sản xuất
4.1.1 Cân bằng chất tổng hợp Urê
Thông qua nhiệm vụ thiết kế xưởng sản xuất Urê với công suất 600.000 tấn
Urê/năm.Thời gian vận hành thực tế tại nhà máy là 320 ngày/năm (Do thời gian phải
ngừng sản xuất, bảo trì, sửa chữa thiết bị là ≈ 45 ngày) như vậy công suất tương đương
tính theo giờ:
78125
320.24
10.600
6
=
(kg/h) ta có các số liệu ban đầu như sau:
Năng suất thiết bị tính đối với Urê 100% (kg/h)
78125 (kg/h)
Thành phần NH
3
lỏng (mới và trong tuần hoàn %)

NH

3

99,5
H
2
O
0,5
Thành phần khí CO
2
(% thể tích)
CO
2

98,3
Các khí khác
1,7
Hàm lượng NH
3
trong dung dịch nước của các muối amoni quay lại chu trình (%)
40
Áp suất trong tháp tổng hợp (at)
158
Nhiệt độ (
0
C)
188
Tỷ số mol của các cấu tử được cung cấp vào tháp tổng hợp-NH
3
:CO
2

:H
2
O
4,6:1:0,4
Mức chuyển hóa amoni cacbamat thành Urê (%)
67
Tổn thất Urê (%)

Khi chưng luyện
5
Khi bốc hơi cô đặc
(Dạng không hoàn lại được)
1
0,5
Khi kết tinh (không hoàn lại được)
1

4.1.1.1 Tính lượng chất đưa vào tháp tổng hợp:
Khi mức tổn thất là :5+1+1=7% , để thu được 78125kg/h thành phẩm thì lượng Urê phải
được tạo thành trong tháp tổng hợp là:
78125.1,07=83593,75 (kg/h)
Các phản ứng chủ yếu của quá trình tổng hợp Urê:
GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 24

CO
2
+ 2NH
3

= NH
2
COONH
4
+ 159,32KJ (1)
NH
2
COONH
4
= CO(NH
2
)
2
+ H
2
O - 26,27 KJ (2)
Lượng tiêu hao theo lý thuyết của NH
3
và CO
2
khi tạo ra được 1000kg Urê được xác
định theo phản ứng tổng:
CO
2
+ 2NH
3
= CO(NH
2
)
2

+ H
2
O + 133,05 KJ (3)
Lượng NH
3
tiêu hao:
)(67,566
60
1000.17.2
)(3
kg
lt
NH
m ==

Lượng CO
2
tiêu hao:
)(33,733
60
1000.44
)(2
kg
lt
CO
m ==

( Ở đây 17; 60; 44 lần lượt là khối lượng phân tử tương ứng với NH
3
; CO(NH

2
)
2
; CO
2
)
Lượng các chất phản ứng cần đưa vào chu trình để tạo thành 83593,75 (kg/h) Urê:
Lượng NH
3
cần lấy: 83593,75.566,67.10
-3
=47370,07 (kg/h)
Lượng CO
2
cần lấy: . 83593,75.733,33.10
-3
=61301,80 (kg/h)
Lượng tiêu hao thực tế các chất phản ứng có tính đến mức chuyển hóa amoni cacbamat
để tạo thành Urê và tỷ số mol đã chọn của các chất phản ứng:


72,162612
67.60
100.6,4.17
.75,83593
3
==
NH
m
(kg/h)

65,91495
67.60
100.1.44
.75,83593
2
==
CO
m
(kg/h)

01,14972
67.60
100.4,0.18
.75,83593
2
==
OH
m
(kg/h)
(Ở đây 4,6; 1; 0,4 là các hệ số tính tỷ số mol NH
3
; CO
2
; H
2
O. 65 là mức chuyển hóa
amoni cacbamat thành Urê, %)

GVHD: Th.s Nguyễn Nguyên Ngọc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -SVTH: Nguyễn Văn Chiến-CNVC K52 Page 25

4.1.1.2 Tính lượng NH
3
; CO
2
và H
2
O theo dung dịch muối amoni quay trở về chu
trình:
Gọi hàm lượng phần trăm NH
3
, CO
2
và H
2
O trong dung dịch muối amoni là α, β, γ. Theo
số liệu ban đầu chọn α=40%.
Khi đó thành phần dung dịch muối amoni được xác định như sau:

,
60
44
.78125
60
)1.(44
.75,83593
'
2

P
m
CO
+
−
=
η
η
(4)
( Ở đây η là mức chuyển hóa amoni cacbamat thành Urê bằng 0,67 ; P là tổn thất Urê khi
chưng luyện bà bốc hơi trừ lượng không hoàn lại được: P=0,05+0,01-0,005=0,055.
Mặt khác ta có:
β
α
.
''
23
CONH
mm =
(5)

β
γ
.
''
22
COOH
mm =
(6)
Khi thay các giá trị bằng số ta có:

61,33344
60
055,0.44
.78125
67,0.60
)67,01.(44
.75,83593
'
2
=+
−
=
CO
m
(kg/h)
Việc xác định hàm lượng phần trăm CO
2
và H
2
O trong dung dịch muối amoni được thực
hiện theo phương trình:
β+γ =1-α=1-0,4=0,6
→ γ= 0,6- β
Lượng NH
3
mới và NH
3
quay trở về, không tính NH
3

quay về theo dung dịch muối
amoni:
A
1
=
'
33
NHNH
mm −

Lượng nước vào theo NH
3
mới và NH
3
quay về được xác định theo phương trình:
B
1
=
005,01
005.0
) (
005,01
005,0
).(
''
2333
−
−=
−
−

β
α
CONHNHNH
mmmm