Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương

Thiết bị chứa, bồn, ống dẫn, phải đảm bảo kín, nhất là ở nồi trùng hợp. - Chống nóng: do có nhiều bộ phận sử dụng hơi đốt và khí nóng nên cần có các biện pháp chống nóng như: các lớp bảo ôn, hệ thống thông gió, thoát nhiệt, đảm bảo yêu cầu. - Chống bụi: bụi trong phân xưởng chủ yếu là bụi PVC nồng độ giới hạn cho phép trong không khí ở nơi làm việc phải nhỏ hơn 10mg/m3, có biện Sinh Viên Thực Hiện -94- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 pháp bao cho kín thiết bị có chứa PVC như: sấy, sàng, đóng bao, có thể bố trí hệ thống hút bụi trong phân xưởng.

pdf95 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 22/07/2016 | Lượt xem: 1292 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
tra đƣợc nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc: CH2O=4,174 (kJ/kg.độ) Nhiệt dung riêng trung bình của VCM. CVCM=1,438 (kJ/kg.độ ). Ta có phƣơng trình cân bằng nhiệt . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -59- QVC=mVC.CVC.(t-tVC) QH2O=mH2O.CH2O.(tH2O-t0) Trong đó : QVC: Lƣợng nhiệt VCM nhận vào. QH2O : Lƣợng nhiệt nƣớc toả ra . mVC : Khối lƣợng VCM trong một mẻ. mVC= 11029 (kg/ 1 mẻ sản phẩm ) mH2O: Khối lƣợng nƣớc trong một mẻ. mH2O= 18095,788(kg/1 mẻ sản phẩm) t0: Nhiệt độ đầu của hỗn hợp. tH2O:Nhiệt độ đầu của nƣớc. tH2O= 20 0 C tVC=-20 0 C. Ta có nhiệt độ của VCM nhận vào bằng nhiệt lƣợng của nƣớc toả ra: QVC=QH2O mVC.Cvc.(t0-tVC)=mH2O.CH2O.(tH2O-to) (mVC.CVC+mH2O.CH2O).t0=mH2OCH2O.tH2O+mVC.CVC.tVC OHOHVCVC VCVCVCOH CmCm tCmtC 22 2H2OH2O 0 . ....m t       Ct 00 06,15 179,4.788,1809523,1.11029 2023,1.1102920.179,4.788,18095     Ban đầu ta giả thiết nhiệt độ đầu của hỗn hợp là td=15 0 C. Ta nhận thấy: tđ  t0. Vậy nhiệt độ đầu của hỗn hợp là: tđ =15,06 0 C. Nhiệt độ trùng hợp là : tTH = 40 0 C. Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp: C tt t THtb 00 53,27 2 4006,15 2      Xác định khối lƣợng riêng và nhiệt dung riêng của hỗn hợp. IV.1.Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng: Ta có: khối lƣợng riêng của VCM : VC = 850 (kg/m 3 ). khối lƣợng riêng của H2O : H2O = 998,25 (kg/m 3 ). Theo công thức (1-2) của [20] ta có khối lƣợng riêng cuả hỗn hợp lỏng: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -60- .... 1 2 2 1 1   xx hh Với hỗn hợp VC và nƣớc : OH OH VC VC hh xx 2 21   Trong đó: xVC : Nồng độ phần khối lƣợng của VC. xH2O : Nồng độ phần khối lƣợng của H2O. VC : Khối lƣợng riêng của VC. H2O: Khối lƣợng riêng của H2O. Mặt khác ta có: OHVC VC VC mm m X 2  (1) xH2O = 1- xVC (2) Theo điều kiện ban đầu, ta có: VCOH VC OH mm m m  65,165,1 11029 788,18095 2 2 377,0 65,2 )1(  VC VC VC m m X 65,2 65,1 65,2 1 12  OHX 607,936 1 25,998.65,2 65,1 850.65,2 11 2 2  OH OH VC VC hh XX   hh = 936,607 (kg/m 3 ). IV.2.Nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng: Theo công thức (4-100) của [22], ta có nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng: Chh.hh = XVC.CVC.VC + (1-XVC).CH2O.H2O . Trong đó: XVC : Phần thể tích của VC trong hỗn hợp. Với :VVC = mVC/VC = 11029/850 = 12,975. VH2O = mH2O/H2O = 18095,788/998,25 = 18,128. CVC :Nhiệt dung riêng của VC, CVC = 1,483 J/kg.độ). CH2O : Nhiệt dung riêng của H2O, CH2O =4,174( J/kg.độ). hh : Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -61- H2O : Khối lƣợng riêng của H2O. VC : Khối lƣợng riêng của VC. Vậy: hh OHOHVCVCVCVC hh CXC C   22 .).1(..X  )./(138,3 607,936 174,4.25,998).417,01(850.438,1.417,0 doKgKJChh    Vậy : Nhiệt cấp vào để đƣa nhiệt độ ban đầu ở 150C đến nhiệt độ trùng hợp 400C là: QC = hh.VR.Chh.(tTH-tđ) = 936,607.3,138.42,4.(40-15)= 3115417,132 (KJ)  3,12.106(KJ). V.TÍNH LƢU LƢỢNG NƢỚC CẦN ĐUN NÓNG: Thiết bị trùng hợp là loại thiết bị 2 vỏ, chất tải nhiệt đƣợc chọn là hơi nƣớc bão hoà và đi ở phần không gian giữa hai vỏ. Chọn điều kiện sôi của nƣớc ở điều kiện thƣờng t=tr=100 0 C (chính là nhiệt độ của nƣớc đun nóng). . Nhiệt độ vào của nƣớc đun nóng tv=138 0 C. . Thời gian đun nóng t=1(h). Nhiệt lƣợng cấp vào để đun nóng là: ).(10.12,31 10.12,3 6 6 KJ t Q Q Ct  Lƣợng nhiệt mà nƣớc đun nóng cấp vào cho hỗn hợp chính bằng nhiệt lƣợng hỗn hợp nhận vào. Lƣợng nhiệt hỗn hợp nhận vào: Qn = H2O.VH2O.CH2O(tV-tr) =Qt. Với tv = 138 0 C, tr = 100 0 C.  Nhiệt độ trung bình của nƣớc: C tt t vrtb 0119 2 100138 2      Ứng với nhiệt độ này tra bảng (I.5) và (I.14) của [20] ta có: Khối lƣợng riêng của nƣớc : H2O = 943,3 (kg/m 3 ). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -62- Nhiệt dung riêng của nƣớc : CH2O= 1,014 (kcal/kg.độ) = 4,245 (kJ/ kg.độ)  Qt = H2O.VH2O.CH2O(tV-tr) =Qt )/(5,20 )100138.(245,4.4,943 10.12,3 ).(. 3 6 22 2 hm ttC Q V rvOHOH t OH       Vậy lƣu lƣợng nƣớc cần phải đun nóng: VH2O = 20,5 (m 3 /h). Mặt khác theo công thức (5-17) của [24] ta có phƣơng trình truyền nhiệt: Q = K.F.ttb = Qt. Trong đó: ttb: Hiệu nhiệt độ trung bình của hỗn hợp. F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt. K : Hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ). Theo [24] ta có: 21 11 1     K Trong đó: 1: Hệ số cấp nhiệt từ nƣớc đến thành thiết bị. 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến môi trƣờng khuấy.  : Chiều dày thành thiết bị.  : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm thiết bị. Tính 1: Theo công thức (4-54) của [22], ta có: 11 .).(.  T f rrNS HPGC  Trong đó: CS, f: Các hệ số. HT: Chiều cao phần trụ vỏ bọc (chỉ tính phần ra nhiệt). N : Hệ số dẫn nhiệt của nƣớc. Pr : Chuẩn số Prandtr. Gr : Chuẩn số Grashooff. Ta có chiều cao phần ngập hỗn hợp phản ứng: Hhh =4,026 (m). Chọn HT = 4,1(m). Tra bảng (I.129) của [20] ta có hệ số dẫn nhiệt của nƣớc ở nhiệt độ 19 0 C là : Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -63- N= 59,0.10 -2 (kcal/m.h.độ) = 68,5.10-2(W/m.độ). Với nhiệt độ t =1190C tra bảng (I.249) của [20] ta có: Pr = 1,47. Theo công thức (4-55) của [22] ta có: 23 )..(..  NNtbtNt ttHgGr  Trong đó: g: gia tốc trọng trƣờng (m/s2) N : Hệ số giãn nở nhiệt thể tích của nƣớc. Tra bảng (I.249) của [20] ta có: N = 38,64.10 -4 (độ-1). tT : Nhiệt độ thành thiết bị, chọn : tT = 119 0 C. tNtb = 114 0 C. N : Độ nhớt động học của nƣớc. Với t = 1190C tra bảng (I.249) của [20] ta có: N = 0,252.10 -6 (m/s 2 ).  23 )..(..  NNtbTNt ttHgGr  = 9,81.(4,1) 3 .38,64.10 -4 .(119-114).(0,252.10 -6 ) -2 = 2,057.10 13 Gr.Pr = 2,057.1013.1,47 = 3,024.1013> 2.107 Tra bảng (4.3) của [22] ta có: Cs = 0,137 f = 0,34  11 .).(.  T f rrNS HPGC  = 0,137.68,5.10 -2 .(3,024.10 13 ) 0,34 .4 -1 = 898,957 (W/m 2 .K). Tính 2: Theo công thức (4-48) của [22] ta có: 2= aS + aV Trong đó: aS : Hệ số cấp nhiệt của dòng song song với thành thùng khuấy. aV : Hệ số cấp nhiệt của dòng vuông góc với thành thùng khuấy. Nhƣ vậy 2 đƣợc xác định theo công thức: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -64- 2 = a2.N 0,29 .D 0,71 +a3.N 0,18 .D 0,72 Trong đó : a2, a3: Hệ số và đƣợc xác định theo (4-49),(4-50) của [22] a2 = 0,2037.a1. 0,58 .-0,54 a3 = 0,93.a1.  0,36 .-0,24 Trong đó: a1: hệ số và đƣợc xác định theo công thức (4-51) của [22] a1= (C. 2 ) 0,33 C : nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng. C= 3,138.10 3 (KJ/kg.độ).  : Hệ số dẫn nhiệt của nhũ tƣơng.  = 0,509 (W/ m.độ).  : Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng.  = 936,607 (kg/m3).  : Độ nhớt động học của nhũ tƣơng, (Ns/m2). Theo công thức (I.15) của [20] ta có: ) .6 1( 1 0 0 P P x        Trong đó: x: Nồng độ pha phân tán tính bằng phần thể tích (nồng độ VC). x=0,377. 0 : Độ nhớt của môi trƣờng (pha liên tục). 0 =H2O =0,4688.10 -3 (Ns/m 2 ). P: Độ nhớt của pha phân tán. P = VC =2,64.10 -6 (Ns/m 2 ). ) .6 1( 1 0 0 P P x        )/(10.762,0 10.64,210.4688,0 10.64,2.6 .377,01( 377,01 10.4688,0 23 63 63 mN         a2 = 0,2037.a1. 0,58 .-0,54 = 0,2037.9,76.(936,607) 0,58 .(0,762.10 -3 ) -0,54 = 5077,967. a3 = 0,93.a1.  0,36 .-0,24 = 0,93.9,76.(936,607) 0,36 .(0,762.10 -3 ) -0,54 = 597,067 N: Công suất khuấy trộn. N =20,61 (KW). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -65- D : Đƣờng kính trong của thiết bị, D = 3 (m). 2 = a2.N 0,29 .D 0,71 +a3.N 0,18 .D 0,72 = 5077,967.120,613 0,29 .3 -0,71 + 597,067.20,61 0,18 .3 0,82 = 5597,74 + 2534,225 = 8131,965 (W/m 2 .K). Hệ số truyền nhiệt k: ) . (783,418 965,8131 1 85,16 02,0 756,927 1 1 11 1 2 21 Km W K         Hiệu nhiệt độ trung bình của hỗn hợp: Nhiệt độ trùng hợp, tTH = 40 0 C. Nhiệt độ vào của nƣớc, tV = 138 0 C. Nhiệt độ ra của nƣớc, tr = 100 0 C. Hiệu số nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất của môi trƣờng khuấy và chất mang nhiệt:  t1 = tV – tTH = 138 – 40 =98 0 C.  t2 = tr – tTH = 100 – 40 =60 0 C. Ta có: 2 60 98 2 1    t t Theo công thức (4-466) của [22] ta có: C tt ttb 021 79 2 6098 2      Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = 23,125 (m2).(theo B .III.1 ở phần II) QTD =K.F.ttb =3600. 418,783.23,125.79 = 15,63.10 5 (KJ) Vì q = 1(tthiết bị – tT) Suy ra: CF Q t qt t tb tb T 0 5 1 .1 1 1 34,83 756,927 152,23 10.63,15 119.756,927 .            Vậy lƣu lƣợng nƣớc đun nóng là: VH2O = 20,5 (m 3 /h). Thời gian đun nóng là 1 giờ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -66- C. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I.TÍNH THIẾT BỊ TRÙNG HỢP: I.1.CHỌN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Có rất nhiều thiết bị đƣợc sử dụng trong dây chuyền công nghệ sản xuất các hợp chất hữu cơ khác nhau. Thiết bị trùng hợp để sản xuât PVC từ VC thƣờng đƣợc dùng là thiết bị dạng thùng dùng để thực hiện phản ứng trong pha lỏng và có cánh khuấy để tăng cƣờng sự khuếch tán, trộn lẫn, tiếp xúc pha, tăng khả năng truyền nhiệt. Ta chọn thiết bị loại 2 vỏ để trùng hợp VC vì khi trùng hợp tạo thành sản phẩm PVC có thể bám lên thành thiết bị nên khi sử dụng thiết bị loại này việc lấy sản phẩm và cấp nhiệt thuận lợi hơn. Nguyªn liÖu Nuí c vµo lµm m¸ t (lµm nãng) Th¸o s¶n phÈm Nuí c ra sau khi lµm m¸ t(lµm nãng) S¬ ®å nguyªn lý thiÕt bÞ trï ng hî p VC I.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC HÌNH HỌC: I.2.1.Các thông số ban đầu: Nhiệt độ làm việc : t = 25400C Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -67- Thời gian chuẩn bị: 3 giờ Nămg suất thiết bị : Q = 40.000 tấn PVC/ năm. vc = 0,85 kg/dm 3 = 850 kg/cm 3 . PVC = 1,45 kg/dm 3 = 1450 kg/cm 3 . Nhiệt độ sôi của vinyl clorua : tsvc = -13,8 0 C. Áp suất hơi bão hoà của vinyl clorua : Po(vc) = 3,3 at. Khối lƣợng phân tử của vinyl clorua: Mvc = 62,5. Coi các thành phần nhƣ chất đệm, chất nhũ hoá, chất khơi mào ít ảnh hƣởng đến thể tích (xem thể tích của chúng rất nhỏ). I.2.2. Xác định thể tích thiết bị:  Thể tích vùng phản ứng: Ta có: VR = VVC + VH2O Trong đó: VVC : Thể tích của VC (m 3 ) VH2O : Thể tích của nƣớc (m 3 ).  VR = VVC + VH2O = OH OH VC VC mm 2 2   Với mVC : khối lƣợng VC đƣa vào nồi trùng hợp. mH2O : khối lƣợng nƣớc đƣa vào nồi trùng hợp. Theo số liệu ban đầu ta có tỉ lệ : VCOH VC OH mm m m  4,14,1 2 2 Vì ta giả thiết các chất khởi đầu, chất nhũ hoá, chất đệm rất nhỏ so với khối lƣợng vinylclorua. Theo phƣơng trình bảo toàn khối lƣợng VC tham gia vào một mẻ trùng hợp là: mVC = Qmẻ = 11029 (kg VC/mẻ sản phẩm).  mH2O= 1,4  mVC = 1,4  11029 = 15440,6 ( kg H2O/ mẻ sản phẩm) Khi đó ta có : - Thể tích của VC trong thiết bị là: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -68- )(975,12 850 11029 3m m V VC VC VC   Ở nhiệt độ phản ứng ta tra [20], ta đƣợc khối riêng của nƣớc: H2O = 998,25 (kg/m 3 ). Ta có: 3 2 2 20 468,15 25,998 6,15440 m m V OH OH H   -Thể tích chứa của thiết bị không tính đến chất khởi đầu, chất nhũ hoá, chất đệm là: Vkđ = VVC + VH2O = 12,975 + 15,468 = 28,443 (m 3 ). Theo [19], ta cần tính thêm năng suất dự trữ phòng khi dừng máy bất thƣờng. Với thiết bị có cơ cấu khuấy chuyển động với vận tốc lớn, có áp suất lớn, chịu nhiệt độ thì có năng suất dự trữ: Z = 1520%. Hệ số đầy của thiết bị:  = 0,75  0,8 Ta chọn: Theo công thức [V.10] của [19] ta có thể tích thiết bị phản ứng: )(889,40 8,0 15,01(443,28)1( 3m ZV V KdR       Gọi : D_ là đƣờng kính thiết bị. H_ Chiều cao thiết bị. Trong thực tế với thiết bị phản dạng ống trụ, ngƣời ta thƣờng chọn các kích thƣớc sao cho tỉ lệ : D/H = 0,6. Theo [19] chọn: DT = 3000 (mm) = 3(m) DT : Đƣờng kính trong thiết bị. Chọn đáy và nắp thiết bị là hình elíp, chọn bán trục dài : Hệ số dự trữ: Z=0,15 Hệ số đầy :  =0,8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -69- ).(5,1)(1500 2 3000 2 mmm D a T  Chọn bán trục ngắn: b = 0,25.DT = 0,25. 3000 = 750 (mm) = 0,75 (m).  Phần thể tích của đáy và nắp thiết bị : )(83,375,0)5,1(14,3 3 2 3 2 322 mbaVV nd  . Thể tích phần hình trụ: Vtrụ = VR - Vđ -Vn = 40,889 – 3,53 –3,53 = 33,829 (m 3 ). Với DT = 3000 (mm), ta có diện tích mặt cắt ngang của phần hình trụ là: )(065,7 4 314,3 4 2 22 m D S Ttru      Ta có: VTrụ = HTrụ  STrụ. Trong đó: HTrụ: Chiều cao phần hình trụ (không kể đáy và nắp).  )(788,4 065,7 829,33 m S V H tru tru Tru  Chọn Htrụ = 5000 (m) = 5(m). Vậy thể tích thực của thiết bị là: VR = VTrụ + Vđ + Vn = 35,325 + 3,53 +3,53 = 42,385 (m 3 ). Chiều cao phần hỗn hợp phản ứng trong thiết bị là: )(026,4 065,7 443,28 m S V H trô vd hh  Chiều cao cả thiết bị là: H = HTrụ + 2b = 5 + 2  0,75 = 6,5 (m). Các kích thƣớc của thiết bị phản ứng: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -70- H Hhh Htrô PhÇn hçn hî p ph¶n øng a D b b D Số liệu: DT = 3000 (mm) = 3 (m). H = 6500 (mm) = 6,5 (m). b = 750 (mm) = 0,75 (m). a = 1500 (mm) = 1,5 (m). Hhh = 4026 (mm) = 4,026 (m). Htrụ = 5000 (mm) = 5 (m). Vđ = Vn = 3,53 (m 3 ). Vtrụ = 35,325 (m 3 ). Vhh = 28,443 (m 3 ). VR = 42,385 (m 3 ). II.TÍNH KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Có rất nhiều kiểu máy khuấy, số các kiểu máy khuấy lớn hơn nhiều so với kiểu các thiết bị khác trong công nghiệp nhƣ thiết bị trao đổi nhiệt hoặc các tháp chuyển khối. Là vì cấu trúc của thiết bị khuấy đƣợc xác định không chỉ bằng kiểu cấu trúc của cơ cấu khuấy mà còn bằng kiểu thùng khuấy. Cả thùng khuấy và cơ cấu khuấy đều có ảnh hƣởng quyết định đến quá trình làm việc của máy khuấy. Vì vậy khi muốn so sánh các máy khuấy trộn khác nhau cần phải biết chính xác kích thƣớc hình học của thùng khuấy lẫn cánh khuấy. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -71- Ngoài thùng khuấy cơ cấu khuấy ra các bộ phận khác cũng ảnh hƣởng rất quan trọng tới sự làm việc của máy khuấy nhƣ: trục khuấy, hộp đệm bịt kín, bộ phận truyền động, ống bọc nhiệt kế, áp kế, ống tháo sản phẩm, ống nạp vật liệu... II.1.CƠ CẤU KHUẤY: II.1.1. Chọn cơ cấu khuấy: Qúa trình khuấy trộn cơ học các chất lỏng đƣợc thực hiện nhờ cánh khuấy. Trong công nghiệp có rất nhiều dạng cánh khuấy thƣờng gặp các dạng cánh khuấy nhƣ: cánh khuấy kiểu mái chèo, cánh khuấy kiểu chong chóng, tua bin khí, tua bin hơi,... Đến nay, chƣa có một tiêu chuẩn nào để lựa chọn cơ cấu khuấy tƣơng ứng cho quá trình đã cho. Cho nên khi lựa chọn cơ cấu khuấy phải chú ý đến các kinh nghiệm cũng nhƣ thiết bị thí nghiệm. Độ nhớt đóng vai trò quan trọng khi lựa chọn cơ cấu khuấy. Cơ cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn lỏng có độ nhớt thấp và sử dụng cơ cấu khuấy quay chậm để khuấy trộn chất lỏng có nhiệt độ cao. Chức năng của cánh khuấy là tạo kích thƣớc hạt nhũ tƣơng và duy trì sự phân bố đồng đều các hạt nhũ tƣơng cũng nhƣ hạt PVC. Đồng thời tăng hiệu quả cho quá trình truyền nhiệt. Đối với thiết bị trùng hợp VC tốc độ cánh khuấy cao đƣợc sử dụng nhiều. Hầu hết các chất keo đƣợc sử dụng để làm tăng cƣờng sự ổn định cho giọt VC rất hiệu quả. Các chất này làm cho VC rất khó kết hợp với nhau. Do khối lƣợng riêng của PVC khác khối lƣợng riêng của VC nên giọt VC kém ổn định. Khuấy trộn điều khiển đƣợc sự kết hợp tạo PVC, tăng cƣờng truyền nhiệt. Trong sản xuất PVC thƣờng sử dụng cánh khuấy kiểu mái chèo, nghiêng 45900. Cơ cấu khuấy kiểu mái chèo nghiêng đƣợc sử dụng cho các chất lỏng khó khuấy trộn. Cơ cấu khuấy này sẽ hoà tan và tạo nhũ tƣơng hoá các chất lỏng huyền phù hoà với nồng độ rắn tới 30%, tăng cƣờng quá trình trao đổi nhiệt, chống nhựa bám vào bề mặt trao đổi nhiệt. Vậy ta chọn cơ cấu khuấy kiểu mái chèo nghiêng 450. [22] II.1.2.Tính chọn các kích thƣớc cánh khuấy: Sơ đồ cấu tạo của cánh khuấy: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -72- dk A A b A A S¬ ®å cÊu t¹o cña c¸nh khuÊy Theo [23] ta có: - Đƣờng kính cánh khuấy : dk = (0,50,7)DT = 1,52,1(m). Theo [23] chọn : dk = 2 (m). - Chiều cao cánh khuấy: b = (0,08 0,12)  dk = 160  240 (mm) Chọn b = 200 (mm). - Chọn số tầng cánh khuấy: 2 tầng. - Số cánh trên một tầng khuấy: 2 cánh. - Khoảng cách từ cơ cấu khuấy dƣới đến đáy thùng. h = (0,1  0,3)  DT = 300  900 mm. Chọn h = 600 mm. - Khoảng cách giữa 2 cơ cấu khuấy: 2000 m. II.1.3.Tính số vòng quay của cánh khuấy: Theo bảng (2.1) của [22] ta có: Vận tốc vòng thích hợp của đầu cánh khuấy chọn n1 = 3 m/s.  Số vòng quay thích hợp của cơ cấu khuấy ( theo công thức 2.1 của [19]) ta có: 85,31 9,014,32 603 2 60        R n   (vòng/phút). R: bán kính cánh khuấy. R = 1000 mm = 1 m. II.2.TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TRONG THIẾT BỊ KHUẤY Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -73- II.2.1. Tính thời gian đồng đều hoá: Thời gian khuấy trộn để các môi trƣờng có thể trộn lẫn hoặc tan lẫn vào nhau tới mức độ đồng đều có thể chấp nhận ( thƣờng mức độ đồng đều Iđ = 0,99) là thời gian đồng đều hoá . Thời gian này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: số vòng quay, loại cơ cấu khuấy, đặc trƣng của thùng khuấy... Dùng phƣơng pháp phân tích thứ nguyên ta có thể xác định đƣợc quan hệ phụ thuộc giữa thời gian đồng đều hoá và các yếu tố nêu trên. Công thức (4-3) của [22]. .n = k = const. k : Hệ số thời gian, phụ thuộc theo công thức (4-4) của [22] Ta có : k = C  (D/dk) 2 Trong đó: C: Hằng số thời gian theo bảng (4-1) của [22] ta tra đƣợc C = 9,2. D: Đƣờng kính trong thùng (D = 3 m). dk: Đƣờng kính cánh khuấy ( dK = 2 m).  k = C. 7,20 2 3 2,9 22             kd D n: Vận tốc vòng của cơ cấu khuấy (n = 28,66 v/p = 0,477 v/s)  : Thời gian đồng đều. .n = k.   = k/n = 20,7/0,477= 43,396 (s) = 0,72 (p). II.2.2. Tạo và duy trì hệ nhũ tƣơng: Điều kiện để tạo nhũ tƣơng là chuyển động của các môi trƣờng phải đạt đƣợc giá trị nhỏ nhất của chuẩn số Reynolds khuấy (Reko). Trị số Reko phụ thuộc vào các yếu tố hình học của cơ cấu khuấy và thùng khuấy đồng thời phụ thuộc vào các tính chất vật lý của môi trƣờng đƣợc khuấy. Thùng khuấy ở đây là thùng khuấy trơn theo công thức (4-2) của [20] 03,013,04,0 2 322 .0Re                                    l g l lg l lk l lk l lk ko dgd C dn           Trong đó: dk : Đƣờng kính cánh khuấy (dk = 2000 mm). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -74- l : Khối lƣợng riêng của pha liên tục. l = H2O = 983,24 (kg/m 3 ). g : Khối lƣợng riêng của pha giọt. g = VCM = 850 (kg/m 3 ). l : Độ nhớt của pha liên tục. l = H2O = 0,4688. 10 -3 (Ns/m 2 ). g: Độ nhớt của pha phân tán. g =VCM =2,46.10 -6 (Ns/m 2 ).  : Sức căng bề mặt của pha phân tán trong pha liên tục ( = 0,03 N/m)  g - l  : Trị số tuyệt đối của chênh lệch khối lƣợng riêng giữa pha phân tán và pha liên tục. Với thùng khuấy không có tấm chắn: c =2,285 25,104,013.03,023 ,                                        kl g l lg l lk l lk oek d Ddgd CR         = 2,85.2305,29.5,82.0,77.0,81.1,66 = 0,4.10 5 Mặt khác ta lại có: l lko oek dn R    2 , 0058,0 24,983.8,1 10.4,0.10.4688,0 2 43 2 0, 0      lk ekl d R n   (vòng/giây) =0,35 (vòng/ phút). n0 : số vòng quay nhỏ nhất. 0Vậy n = 28,66 (vòng/phút) > n0 = 0,35(vòng/phút)  với số vòng quay nhƣ vậy đủ điều kiện để nhũ tƣơng hoá. II.3.TÍNH CÔNG SUẤT CƠ CẤU KHUẤY: II.3.1. Công suất khuấy duy trì hệ nhũ tƣơng: Theo công thức (5-8) của [23] ta có: Công suất khuấy trộn: 26,0 ..736,0        k t d D QSN Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -75- Trong đó: S: Hệ số công suất khuấy. 32 kdnS  : Độ nhớt của hệ nhũ tƣơng. )/(10.1,2 6 1 1 23 mNSx x g g nt                   . n: Vận tốc của cơ cấu khuấy (n=0,477 v/s). dk: Đƣờng kính cơ cấu khuấy (dk = 2 m). Q: Hệ số không thứ nguyên ( Q= 2,1.10-2Rent 0,88 ). Rent: Chuẩn số Re của hệ nhũ tƣơng. 6 3 22 10.867,0 10.1,2 2.477,0.83,953 Re     nt knt nt dn   . nt: Khối lƣợng riêng của hệ nhũ tƣơng. Dt : Đƣờng kính trong của thiết bị, Dt = 3 (m). dk: Đƣờng kính cánh khuấy, dk = 1,8(m).  S = n2.d3k = 2,1.10 -3 .(0,477) 2 .(2) 3 = 3,82.10 -3 (kw).  Q = 2,1.10-2.(0,867.106)0,88= 3,53.103 Suy ra: )(02,12 2 3 .10.53,3.10.82,3.736,0...736,0 26,0 33 26,0 1 kw d D QSN k t               N2 = 0,7.N1 = 0,7.12,02 = 8,414 (kw). Vậy công suất để duy trì hệ nhũ tƣơng là: N= N1 + N2 = 12,02 + 8,414 = 20,434 (kw). II.3.2. Công suất cơ cấu khuấy: Vậy để duy trì đƣợc hệ nhũ tƣơng thì công suất khuấy của động cơ phải lớn hơn công suất để duy trì hệ nhũ tƣơng. N = 20,434 (kw). Công suất này chƣa kể đến tổn hao do ma sát, do đặt thêm các ống. Theo công thức (5-20) của [23] ta có:   )( .1 kw NNq N dkdc    Trong đó: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -76- q : tổng các hệ số tăng công suất trong thiết bị có đặt cánh tăng khuấy nên ta có q = (1015)%. Chọn q = 15%.  : Hệ số truyền động. Nđ : Công suất tiêu hao do lớp đệm. Chƣa xét đến công suất tiêu hao do lớp đệm ta có công suất động cơ là: Nđc = (1 + q).Nk = (1+0,15).20,434 = 23,4991 (Kw). 1.Cöa nuí c vµo gia nhiÖt 2C¸nh khuÊy 3.Cöa nuí c gia nhiÖt 4.Thï ng khuÊy 5.Hép ®Öm lµm kÝn 6.§ éng c¬ ®iÖn 7.Bé phËn truyÒn ®éng 8Khí p nèi ®µn håi 9.Vá bäc 10.Cöa nuí c gia nhiÖt 11.trôc 12.Cöa th¸o s¶n phÈm H×nh vÏ 1:ThiÕt bÞ ph¶n øng PHẦN III : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ I.CHỌN VẬT LIỆU LÀM THIẾT BỊ: Điều kiện làm việc của thiết bị phản ứng: - Nhiệt độ trùng hợp t = 400C, áp suất p =8 at. - Nhiệt độ nƣớc gia nhiệt tn = 138 0 C, áp suất P = 2,5 at. Chọn vật liệu làm thiết bị theo bảng (XII.4) của [21] ta chọn vật liệu là: X17H13M2T. Các thông số của vật liệu: - Giới hạn chảy: ch = 220.10 6 (N/m 2 ). - Giới hạn bền kéo: K = 540.10 6 (N/m 2 ). - Hệ số an toàn bền, theo [21] ta có: nc = 1,5 ; nk = 2,6. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -77- Ứng suất cho phép:   )/(10.69,207 6,2 10.540 26 6 mN nK K K      )/(10.67,146 5,1 10.220 26 6 mN nc ch ch    Do đó ứng suất cho phép  146,67.106(N/m2). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -78- 1. Tính bền thân thiết bị: Theo công thức (XIII.8) của [21] ta có chiều dày của đáy thiết bị:   C P DP S t     .2 . Trong đó: S: chiều dày thân thiết bị. P: áp suất làm việc, P = Pđ + .g.H (N/m 2 ). H: khoảng cách từ mặt thoáng đến mặt cắt qua mối hàn. H = Hhh - b - 50 = 4026-750-50=3236(mm). : Khối lƣợng riêng của môi trƣờng khuấy.  = 936,67 (kg/m3). P=Pđ + .g.H = 8.10 5 + 936,67.9,81.3,236 =8,297.10 5 (N/m 2 ). : Hệ số mối hàn. Chọn =0,95. C: Hệ số dƣ. C = C1 + C2 + C3 C1: Độ dƣ ăn mòn, chọn C1=1. C2 : Phần bù cho gia công, chọn C2=1. C3 : Độ dƣ do bào mòn, chọn C3 =1.  C = 1+1+1 = 3 (mm).   C P DP S t     .2 . (1) Xét :   5095,0. 10.297,8 10.67,146 . 5 6 K P   Ta có thể bỏ qua P ở mẫu số ở biểu thức (1), khi đó biểu thức đƣợc viết lại:   )(0119,0003,0 95,0.10.67,146.2 10.3.297,8 .2 . 6 5 mC DP S t   Chọn S = 0,016 (m). Kiểm tra lại khả năng chịu áp suất, ta kiểm tra theo áp suất thử bởi công thức theo [21]:   )( 2,1)(2 .)( 0     Ct CS PCSD   Áp suất thử P0 đƣợc xác định: P0 = Pth + Pt Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -79- Trong đó: Pth : áp suất thử thuỷ tĩnh lấy theo, Pth = 1,5.P =1,5.8,297.10 5 (N/m 2 ) =12,45.10 5 (N/m 2 ). Pt : áp suất thuỷ tĩnh trong phần dƣới thân thiết bị. Pt = g..H Với : khối lƣợng riêng của nƣớc, 1000 kg/m3. H = Htrụ +b = 5 + 0,75 =5,57 (m) g: gia tốc trọng trƣờng, g=9,81 m/s2. Pt = 9,81.5,75.1000 = 0,564.10 5 (N/m 2 ) Vậy P0 = 12,45.10 5 + 0,564.10 5 = 13,014.10 5 (N/m 2 ).     2,1 10.220 )003,0016,0(2 10.014,13.)003,0016,0(3 2,1)(2 .)( 650        Ct CS PCSD    = 150,81.106 (N/m2) < 183,33.106 (N/m2). Thoả mãn điều kiện. Do đó chiều dày thiết bị là : S = 16 (mm) =0,016(m). 2.Tính đáy và nắp thiết bị: Chiều dày đáy và nắp đƣợc xác định theo công thức [XIII.4] của [21]:   ).( .2..8,3 . mC h D PK PD S b t kK t     Trong đó: hb : chiều cao phần lồi của đáy, hb = 0,75(m). K : hệ số bền của mối hàn, K = 1. K: hệ số không thứ nguyên, xác định nhƣ sau: K= 1-d/Dt = 1 - 200/3000 = 0,933. d: đƣờng kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, d = 200(mm). Dt: đƣờng kính thiết bị, Dt = 3000 (mm). P : áp suất làm việc của thiết bị; P = 8,297.105 (N/m2). Xét:   309,1641.933,0. 10.297,8 10.67,146 .. 5 6 K P K  Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -80- Do đó ta bỏ qua P ở mẫu số:   )(016,0003,0 75,0.2 3 1.933,0.10.67,146.8,3 10.297,8.3 .2..8,3 . 6 5 mC h D K PD S b t kK t   Chọn Sđ = Sn = 0,02 (m). Điều kiện thử bền:   2,1)(...6,7 .)(22 ch bK bt CShK PCShD          )./(10.298,828 )003,002,0.(75,0.1.933,0.6,7 10.297,8.003,002,0(75,0.23 25 52 mN    = 828,298.10 5 (N/m 2 )  220.106/1,2 = 1833.105(N/m2). Thoả mãn điều kiện bền. Chọn chiều dày đáy và nắp là: Sđ = Sn = = 20 (mm) = 0,02(m). 3.Tính chọn bích và bu lông: Căn cứ vào số liệu nồi trùng hợp: Dt = 3 (m), P = 8.10 5 N/m 2 . Tra bảng [XIII – 27] ta có: - Đƣờng kính ngoài của bích: D = 3215 mm. - Đƣờng kính đến tâm bu lông : Db = 3140 mm. - Đƣờng kính ngoài của thiết bị: Dn = D0 = 3032 mm. - Đƣờng kính trong thiết bị : Dt = 3000 mm. - Đƣờng kính tính đến mép gờ: Dl = 3085 mm. - Đƣờng kính bu lông: M36 - Số bu lông : 48 cái. Chiều rộng miếng đệm: b = (D - Db)/2 -16 = (3215 -3140)/2 - 16 = 21,5 mm. Lực tải trọng tác dụng lên 1 bu lông theo [21] ta có: n bDP n P P .4 ) 3 2 (. 20 '   ,  = 1,2  1,4 Với P = 8 at. D0 = 3032 mm. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -81- b: chiều rộng của miếng đệm, b = 21,5 mm = 2,15 cm. n : số bu lông, n = 76 cái. Thay số: )(665,10735 764 4,1 )15,2 3 2 2,303(14,38 2' kgP    Vậy tải trọng tác dụng lên 1 bu lông là : 10735,665 (kg). II.tính chiều dày áo gia nhiệt: Chất tải nhiệt là nƣớc đi trong không gian giữa hai vỏ: t = 138 0 C. P =2,5 at. 1.Chọn vật liệu làm vỏ: Chọn vật liệu làm vỏ là thép CT4 Theo [XII.4] của [21] ta có:  = 128.106 (N/m2). 2.Chiều dày vỏ: Chiều dày vỏ đƣợc xác định theo điều kiện bền:   C P PD S tv     .2 . Trong đó: Dtv : đƣờng kính trong của áo; Dtv = 3 +2.0,016 +2.0,15= 3,332(m) Khoảng không gian nƣớc gia nhiệt đi giữa áo gia nhiệt và thành thiết bị bằng 0,15 (m). P: áp suất làm việc, P = 2,5.105 (N/m2). C: hệ số dƣ, C= C1 +C2 +C3 C1: độ dƣ ăn mòn, chọn C1=1. C3: độ dƣ bào mòn, chọn C3=1. C2: độ dƣ để bù lƣợng dung sai do gia công, chọn C2=0.   ).(00524,0002,0 10.5,295,0.10.128.2 10.5,2.12,3 .2 . 56 5 mC P PD S tv       Chọn S = 0,006(m). Vậy chiều dày của áo gia nhiệt là: S = 0,006(m). III.Tính chọn các kích thƣớc phụ và thiết bị phụ: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -82- 1. Chọn cửa tháo liệu: Chọn cửa tháo liệu có đƣờng kính d=200(mm). Tiết diện lỗ tháo liệu: )(0314,0 4 )2,0.(14,3 4 . 2 22 m d S   2.Chọn cửa quan sát: Cửa quan sát dùng để quan sát trạng thái bên trong thiết bị, chọn cửa quan sát có đƣờng kính d= 100(mm). 3.Xác định cửa ngƣời: Cửa ngƣời dùng để xem xét bên trong thiết bị, để tháo lắp, sửa chữa các thiết bị bên trong. Khi tiến hành trùng hợp gián đoạn cửa ngƣời phải đảm bảo mở nhanh, đóng nhanh, đảm bảo độ kín. Vì thế ta chọn kết cấu cửa ngƣời dạng hình tròn có đƣờng kính d = 400(mm). 4. Các cửa công nghệ khác: . Đƣờng kính cửa ống lắp ống hút chân không :  = 50(mm). . Đƣờng kính cửa tháo VC dƣ : = 50(mm). . Đƣờng kính cửa nạp nƣớc và chất ổn định :  = 150(mm). . Đƣờng kính cửa nạp VC :  = 100 (mm). . Đƣờng kính cửa nạp chất khơi mào và chất nhũ hoá: =50 (mm) 5.Yêu cầu đối với việc bố trí các ống, cửa trên nắp thiết bị: Việc bố trí các ống trên nắp thiết bị phải đảm bảo đƣợc độ bền là lớn nhất. Nguyên tắc bố trí: . Khoảng cách giữa hai lỗ gần nhau không đƣợc bé hơn đƣờng kính của lỗ có kích thƣớc bé. . Khoảng cách từ mép lỗ đến thành thiết bị không bé hơn (0,1.Dt+S). . Không làm lỗ ở phần có chuyển tiếp. . Bán kính uốn của thành lỗ không nhỏ hon chiều dày vỏ thiết bị. . Các lỗ có kích thƣớc lớn ƣu tiên lắp gần tâm. 6.Chọn thiết bị sấy: Chọn thiết bị sấy phun Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sấy phun theo [21] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -83- 1 2 3 7 7 1010 11 9 12 8 6 4 5 D u n g d Þc h Hình 6: sơ đồ cấu tạo máy sấy phun 1. Phòng sấy; 2. vòi phun; 3. cửa điều chỉnh không khí nóng. 4. lọc không khí; 5, 10. quạt; 6. caloriphe; 7. xiclon; 8. lò đốt. 9. cào; 11. tháp rửa; 12. bơm dung dịch vào phòng sấy; 13. bơm dung dịch lên tháp rửa. 7. Chọn máy ly tâm: Các mấy ly tâm dùng để tách các hỗn hợp lỏng không đồng nhất dƣới tác dụng của trọng lực ly tâm, gọi là máy ly tâm. Trong công nghiệp hoá chất, các máy ly tâm đƣợc dùng với mục đích sau: - Tách huyền phù thành pha lỏng và pha rắn. - Tách nhũ tƣơng của hệ thống các chất lỏng không tan vào nhau. - Tách pha lỏng ra khỏi các vật liệu rời. Theo bảng (III.28) của [20] ta chọn máy ly tâm có ký hiệu là : C 1200-2 có: + Đƣờng kính trong của rôto : d = 1200 mm. + Dung tích: V = 325 lít. + Tải trọng giới hạn: 500 kg. + Số vòng quay : 975 vòng/phút. + Yếu tố phân ly lớn nhất : 640. + Công suất động cơ điện: 40 kw. Hình 7: Máy ly tâm kiểu treo tháo bã ở dƣới theo [20] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -84- H u y e àn p h u ø BaõNöôùc loïc 4 1 2 5 3 6 1. rôto 2. trục 3. ổ trục 4. bạc đỡ 5. chóp nón 6. động cơ điện Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -85- PHẦN IV : THIẾT KẾ XÂY DỰNG I-Giới thiệu chung: Muốn xây dựng một nhà máy công nghiệp thích hợp trƣớc hết cần phải xác định địa điểm xây dựng mới thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Nhà máy sản xuất PVC từ VC hoạt động liên tục với nguyên liệu và sản phẩm đều là những hoá chất độc hại và có khả năng gây cháy nổ. Do đó nó ảnh hƣởng trực tiếp tới sức khoẻ con ngƣời và ảnh hƣởng tới môi trƣờng cảnh quan và sinh thái chung quanh. Vì lý do đó mà việc xác định địa điểm xây dựng và cách bố trí các công trình phải đƣợc tính toán cẩn thận. Đảm bảo các yêu cầu là giảm tới mức tối thiểu vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và sức khoẻ của của ngƣời lao động cũng nhƣ dân cƣ sinh sống xung quanh nhà máy. II- Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng: 1-Yêu cầu chung về chọn địa điểm xây dựng: Về qui hoạch: Địa điểm xây dựng phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã đƣợc các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy và khả năng hợp tác sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận. Về điều kiện tổ chức sản xuất : Nhà máy phải gần với nguồn cung cấp nguyên liệu, gần với tiêu thụ sản phẩm, gần với các nguồn cung cấp năng lƣợng, nhiên liệu nhƣ : điện, nƣớc ...Nhƣ vậy sẽ hạn chế tối đa chi phí khi vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật : Địa điểm xây dựng phải phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm : đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng sông,đƣờng biển và kể cả đƣờng hàng không, phù hợp với hệ thống mạng lƣới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lƣới kỹ thuật khác. Nếu địa phƣơng chƣa có sẵn các điều Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -86- kiện hạ tầng kỹ thuật thì phải xem xét đến khả năng xây dựng nó trƣớc mắt cũng nhƣ trong tƣơng lai. Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy : +Địa điểm xây dựng phải gần nơi cung cấp vật liệu, vật tƣ xây dựng để giảm chi phí giá thành đầu tƣ xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lƣợng vật tƣ từ nơi xa đến. +Địa điểm xây dựng phải đáp ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng nhƣ vận hành nhà máy sau này. 2-Các yêu cầu về khu đất xây dựng: Về địa hình : + Khu đất phải có kích thƣớc và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trƣớc mắt cũng nhƣ việc mở rộng nhà máy trong tƣơng lai. Kích thƣớc và quy mô diện tích của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây khó khăn trong quá trình thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ cũng nhƣ việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. + Khu đất có kích thƣớc hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng. Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mƣa lũ, có mực nƣớc ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nƣớc thải dễ dàng. + Khu đất phải tƣơng đối bằng phẳng với độ dốc tự nhiên tốt từ 0,5  1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt bằng. Về địa chất : + Khu đấùt phải không có mỏ khoáng ở dƣới và nền đất phải chắc, nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát hoặc đá ong ...và cƣờng độ khu đất là 1,5  2,5Kg/cm2 . + Khu đất xây dựng phải ở nơi đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công ngiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải chống ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ các công trình hành chính phục vụ công cộng ... nhằm mang lại hiệu quả kinh tế . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -87- 3-Các yêu về bảo vệ môi trƣờng : Khi địa điểm xây dựng đƣợc chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cƣ đô thị và khu công nghiệp. Điều đó không tránh khỏi vì quá trình sản xuất các nhà máy thƣờng thải ra các chất độc hại nhƣ khí độc, nƣớc bẩn, khói bụi, tiếng ồn ... hoặc các yếu tố bất lợi khác nhƣ dễ cháy nổ, ô nhiễm môi trƣờng ... Để hạn chế tối đa ảnh hƣởng xấu của nhà máy đến khu dân cƣ, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phƣơng, cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Phải đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trƣờng bằng các giải pháp phân khu và bố trí hƣớng nhà máy cho phù hợp với hƣớng gió để bảo vệ môi trƣờng. + Khu đất cũng nhƣ địa điểm xây dựng đảm bảo việc thoát nƣớc thải cũng nhƣ các chất thải khác không ảnh hƣởng tới môi sống xung quanh. vị trí nhà máy thƣờng ở cuối hƣớng gió chủ đạo, nguồn nƣơc thải của nhà máy đã đƣợc xử lý phải ở hạ lƣu và cách biệt nƣớc sinh hoạt của dân cƣ tối thiểu phải lớn hơn 500m. Nhƣ vậy dựa vào các yêu cầu trên, xây dựng nhà máy sản xuất PVC từ VC trong khu công nghiệp Dung Quất – Quảng Ngãi có những thuận lợi sau: gần với nơi cung cấp nguyên liệu là từ nhà máy lọc dầu số 1, mạng lƣới giao thông liên lạc thuận lợi : hƣớng Đông có cảng biển nƣớc sâu thuận lợi cho việc nhập xuất nguyên liệu, sản phẩm đi tiêu thụ; hƣớng Tây Nam là mạng lƣới giao thông quốc lộ 1A, đƣờng sắt; mạng lƣới giao thông trong khu công nghiệp xây mới hoàn toàn; hƣớng Bắc là khu kinh tế mở Chu Lai thuận lợi cho giao lƣu giữa các nhà máy. Nhƣ vậy về mặt giao thông là rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. Nguồn nhân công trong tỉnh dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy và vận hành nhà máy . Bên cạnh đó khu công nghiệp Dung Quất có những chính sách ƣu đãi về đầu tƣ xây dựng nhà máy , nhƣ miễn tiền thuê đất trong 20 năm... Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -88- III-Phân tích tổng mặt bằng nhà máy : Tổng mặt bằng nhà máy đƣợc thiết kế dựa trên nguyên tắc phân vùng. 1-Nguyên tắc phân vùng: Tuỳ theo đặc tính sản xuất của nhà máy mà phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiển thiết kế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất . Tổng mặt bằng nhà máy đƣợc chia làm 4 vùng chính: + Vùng trƣớc nhà máy : Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt , cổng ra vào, gara ô tô xe máy, xe đạp, phòng bảo vệ, nhà ăn ...Diện tích từ 4  20% tổng diện tích toàn nhà máy. + Vùng sản xuất : Vùng sản xuất bao gồm phân xƣởng sản xuất chính, phòng điều khiển trung tâm, nhà kho nguyên liệu và kho sản phẩm ...Diện tích từ 22  25% tổng diện tích toàn nhà máy . + Vùng phụ trợ phục vụ sản xuất : Vùng này bao gồm các kho công cụ, phân xƣởng cơ khí , trạm điện, bộ phận nƣớc sinh hoạt, xử lý nƣớc thải, nhà cứu hoả ... Diện tích từ 19  28% tổng diện tích toàn nhà máy. + Vùng kho tàng và phục vụ giao thông : Vùng này bao gồm nơi xuất sản phẩm, hệ thống kho hàng, bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá ... Diện tích từ 23  37% tổng diện tích toàn nhà máy. Ƣu nhƣợc điểm của nguyên tắc phân vùng:  Ƣu điểm: + Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các phân xƣởng, theo các công đoạn của dây chuyền sản xuất . + Thích hợp với các nhà máy có những, những công đoạn có đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -89- + Đảm bảo đƣợc yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh, các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất nhƣ khí độc, bụi, cháy nổ ... + Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. + Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. + Phù hợp với đặc điểm khí hậu nƣớc ta.  Nhƣợc điểm: + Dây chuyền sản xuất phải kéo dài. + Hệ thống mạng lƣới kỹ thuật và mạng lƣới giao thông tăng. + Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. Bảng : Các hạng mục công trình trong nhà máy sản xuất PVC. STT Tên công trình Dài (m) Rộng (m) Diện tích (m 2 ) Số lƣợng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Phòng bảo vệ Gara ô tô con Nhà để xe đạp, xe máy Nhà hành chính Nhà ăn Trạm y tế Phòng điều hành nhà máy Khu vệ sinh tắm rửa Khu chứa sản phẩm Khu sản xuất chính Kho vật tƣ Trạm điện Nhà cứu hoả, đội xe tải Trạm bơm Khu chứa nƣớc Khu chứa nguyên liệu Khu xử lý nƣớc thải 6 18 18 30 30 12 12 18 18 48 18 12 18 12 36 18 18 6 12 12 18 18 9 12 12 12 24 12 6 12 6 12 12 12 36 216 216 540 540 108 144 216 216 1008 216 72 216 72 432 216 216 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -90- 18 19 Khu xử lý khí thải Khu đất dự trữ 18 48 9 24 108 1152 1 1 Tổng 6048 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -91- 2-Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản: Để đánh giá lựa chọn phƣơng án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy ngƣời ta còn dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, trong đó có 2 chỉ tiêu quan trọng nhất là hệ số xây dựng và hệ số sử dụng.  Diện tích tổng mặt bằng nhà máy S = 20000 m2  Tổng diện tích xây dựng Sxd = 6048 m 2  Tổng diện tích sử dụng Ssd = 14000 m 2 Hệ số sử dụng: %24,30 20000 6048  S S K xdxd Hệ số sử dụng: %70 20000 14000  S S K sdsd PHẦN V : AN TOÀN LAO ĐỘNG Vấn đề an toàn lao động là một vấn đề đặt lên hàng đầu trong quá trình làm việc sản xuất. Khi điều kiện về an toàn lao động đƣợc đảm bảo là đảm bảo đến tính mạng, sức khoẻ cho ngƣời sống trong môi trƣờng sản xuất và Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -92- trực tiếp sản xuất. Vì thế, góp phần nâng cao năng suất lao động và hạn chế đƣợc thiệt hại về tài sản của tập thể và nhà nƣớc. Phân xƣởng sản xuất nhựa PVC là một bộ phận trong xí nghiệp hoá chất, do vậy vấn đề về an toàn lao động phải đƣợc thực hiện nghiêm ngặt để tránh những thiệt hại về ngƣời và của. Nội dung an toàn lao động gồm những vấn đề chính sau: 1.Tổ chức đảm bảo an toàn lao động ở nhà máy: Ở nhà máy phải có nội quy về an toàn lao động, trong đó phải nêu lên đƣợc một cách đầy đủ về nội qui cần thực hiện trong quá trình làm việc. Để đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất, bất cứ ai, cán bộ hay công nhân viên nhà máy cũng nhƣ khách đến công tác, khi vào nhà máy đều đƣợc phổ biến một cách nghiêm túc về an toàn lao động. Ở các bộ phận sản xuất đều phải có những quy định cụ thể về an toàn lao động để công nhân thao tác và làm việc tuân theo. Chính quyền phải thƣờng xuyên theo dõi và kiểm tra việc thực hiện an toàn lao động. Chính quyền và đoàn thể phải thƣờng xuyên giáo dục cán bộ công nhân viên, cảnh giác và luôn có tinh thần tự giác, tự nguyện trong vấn đề chấp hành nội qui an toàn lao động. Phải có hình thức khen thƣởng kịp thời đối với từng cá nhân, tập thể thực hiện, cảnh giác và luôn có tinh thần tự giác, tự nguyện trong vấn đề chấp hành nội qui an toàn lao động. 2.Những nguyên nhân gây ra mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp: Công nghiệp hoá chất nói chung và nhựa PVC nói riêng đều có thể gây ra tai nạn và bệnh nghề nghiệp. - Phân xƣởng dùng nhiều loại thiết bị bố trí xen kẽ nhau trên mặt bằng (thiết bị điện, cơ khí, đƣờng ống . . .). Do đó dễ gây ra nhầm lẫn, va chạm trong thao tác gây ra tai nạn. - Phải xƣởng có nhiều hoá chất dễ cháy nỗ, độc hại dễ gây ra tai nạn cho ngƣời sản xuất. Trong quá trình sản xuất gây ra nhiều bụi, nhiều quá trình nhiệt gây nóng ảnh hƣởng tới sức khoẻ của công nhân. Những vấn đề chung nhƣ: vệ sinh công cộng, nơi nghỉ ngơi, vấn đề cải tạo môi trƣờng nếu không thực hiện tốt đều có thể ảnh hƣởng xấu tới ngƣời lao động. 3. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động: - Đối với thiết bị điện: bố trí thiết bị điện tránh những nơi ẩm ƣớt, các dây điện phải có lớp bọc lót cách điện. Đóng ngắt cầu dao phải tuân theo đúng qui định, không tự ngắt điện, sử dụng làm việc riêng. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -93- Khi sửa chữa các thiết bị điện, hệ thống dây dẫn, đèn chiếu sángphải do thợ điện của nhà máy, phải đƣợc bảo hộ tốt trong quá trình làm việc. - Đối với thiết bị cơ khí: thƣờng xuyên thực hiện chế độ kiểm tra, bảo dƣỡng, sửa chữa theo định kỳ. Vận hành thiết bị theo đúng qui định. - Thực hiện tất cả chế độ bàn giao giữa các ca về tiến độ sản xuất tình trạng máy móc, thiết bị và các vấn đề liên quan. - Chiếu sáng: cần bố trí chiếu sáng đủ cho công nhân làm việc và đi lại trong nơi sản xuất. - Chất nổ: trong phân xƣởng sản xuất PVC có thể gây nổ bất cứ lúc nào đặc biệt là giai đoạn phản ứng trùng hợp xảy ra, nếu khâu kỹ thuật điều khiển không tốt. Trong quá trình trìng hợp nếu áp suất tăng quá qui định (lớn hơn 10 at) thì cần phải hạ áp suất xuống ngay bằng phƣơng pháp nhƣ: phóng ra, hạ nhiệt độ phản ứng xuống, đặc biệt lúc đó phải cho thoát ra môi trƣờng càng nhanh càng tốt. - Chống cháy: trong sản xuất dùng các chất khởi đầu, chất đệm, chất ổn định là các hoá chất dễ phân huỷ hoặc dễ bay hơi nên khi gặp tia lửa điện hoặc tàn lửa thì dễ bắt cháy, đặt biệt quán triệt cán bộ, công nhân viên không đƣợc hút thuốc lá ở nơi làm việc. Các công cụ chứa đựng và nồi phản ứng phải kín, mỗi một bộ phận sản xuất đều phải trang bị bình chữa cháy. -Chống độc: tại phân xƣởng sản xuất thì VC là chất độc, ở nhiệt độ thƣờng là chất khí không màu, hoá lỏng ở –13,90C, hơi VC có tác dụng gây mê, chóng mặt, rối loạn cảm giấc, mất phƣơng hƣớng. Do đó nồng độ giới hạn cho phép cuả VC trong không khí ở nơi sản xuất < 0,03 mg/lít. Cần phải bảo ôn cẩn thận để có thể bảo quản VC ở trạng thái lỏng trong thiết bị chứa. Thiết bị chứa, bồn, ống dẫn, phải đảm bảo kín, nhất là ở nồi trùng hợp. - Chống nóng: do có nhiều bộ phận sử dụng hơi đốt và khí nóng nên cần có các biện pháp chống nóng nhƣ: các lớp bảo ôn, hệ thống thông gió, thoát nhiệt, đảm bảo yêu cầu. - Chống bụi: bụi trong phân xƣởng chủ yếu là bụi PVC nồng độ giới hạn cho phép trong không khí ở nơi làm việc phải nhỏ hơn 10mg/m3, có biện Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -94- pháp bao cho kín thiết bị có chứa PVC nhƣ: sấy, sàng, đóng bao, có thể bố trí hệ thống hút bụi trong phân xƣởng. Ngoài những vấn đề trên cần bố trí thích hợp các công trình vệ sinh công cộng, nơi nghỉ ngơi, nơi làm vệ sinh cá nhân cho công nhân. Do vậy nếu vấn đề an toàn lao động đƣợc thực hiện tốt thì đảm bảo năng suất lao động nhà máy đề ra, không thiệt hại về ngƣời và cũng nhƣ về mặt kinh tế cả nhà máy Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -95- KẾT LUẬN Sau một thời gian làm việc tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu em đã hoàn thành bản đồ án thiết kế với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.sĩ Đào Quốc Tuỳ. Qua quá trình làm đồ án đã giúp em phần nào củng cố lại kiến thức đã học và hiểu thêm đƣợc phần nào các phƣơng pháp sản xuất khác tuy chỉ trên lý thuyết. Điều đó đã giúp em tự tin hơn khi bƣớc vào môi trƣờng sống mới. Vì thời gian có hạn và sự hạn chế về kiến thức nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những thiếu sót; mong đƣợc sự thông cảm và chỉ bảo thêm của các thầy, cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn để bản đồ án của em hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà nội, ngày 4 tháng 6 năm 2004 Sinh viên Đỗ Văn Niên

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfsan_xuat_pvc_theo_phuong_phap_trung_hop_nhu_tuong_6074.pdf
Luận văn liên quan