Đồ án Thiết kế phân xƣởng sản xuất NH3 năng suất 200.000 tấn/năm

hơi - khí mang vào, G1 = 330,505 kg/h. C1: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi - khí, Kcal/kg.K TV: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 298 K (25 0 C). * Tính C1: Bảng VII.38. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 298 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) CO2 CO H2 N2 CH4 8,807 6,880 6,933 6,959 8,416 0,200 0,246 3,466 0,249 0,526  0,338420,2490,090613,4660,013330,2460,552710,200C 1 00493,0526,0  Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 81 0,515 Kcal/kg.K Vậy: ,602507222980,515,505330Q1  Kcal/h. b. Lượng nhiệt mang ra:  Nhiệt do hỗn hợp hơi khí mang ra (Q3): r222 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G2: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 148,014 kg/h. C2: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K Tr: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 298 K (25 0 C). * Tính C2:  0,52601102,00,24975566,0466,30,202330,24602976,0C 2 00123,0200,0  0,903 Kcal/kg.K Vậy: 679,398292980,903,014148Q 2  Kcal/h.  Nhiệt mất mát (Q3): ,602507220,03Q0,03Q 13  1521,678 Kcal/h.  Nhiệt hấp thụ Q4: 321 QQQ 4 Q  9371,2451521,67839829,679,60250722  Kcal/h. Bảng VII.39. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị tách CO2. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 50722,602 Q2 Q3 Q4 39829,679 1521,678 9375,245 Tổng cộng 50722,602 Tổng cộng 50722,602 VII.7.4. Cân bằng nhiệt lƣợng ở thiết bị mêtan hoá: a. Lượng nhiệt mang vào:  Nhiệt do hỗn hợp hơi - khí mang vào (Q1): V111 TCGQ  Kcal/h. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 82 Trong đó: G1: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 148,014 kg/h. C1: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K TV: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 563 K (290 0 C). * Tính C1: Bảng VII.40. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 298 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) CO2 CO H2 N2 CH4 11,122 7,376 6,990 7,234 12,120 0,253 0,263 3,495 0,258 0,757  0,755660,2580,202333,4950,029760,2630,001230,253C 1 01102,0757,0  0,919 Kcal/kg.K Vậy: ,000765825630,919,014148Q1  Kcal/h.  Nhiệt phản ứng (Q2):    063,1118631,1214,4943.429405,4000,3211982,2Q2 545,2137183,0  7916,183 Kcal/h. b. Lượng nhiệt mang ra:  Nhiệt do hỗn hợp hơi khí mang ra (Q3): r333 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G3: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 148,014 kg/h. C3: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K Tr: Nhiệt độ ra của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 603 K (330 0 C). * Tính C3: Bảng VII.41. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 293 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) H2 CH4 N2 H2O 7,004 12,573 7,275 8,828 3,502 0,786 0,260 0,490 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 83  0,028470,7860,02015,49000,19572,50230,755660,260C 3 20682,0047100391,0706,0  0,914 Kcal/kg.K Vậy: ,732815763600,914,014148Q 3  Kcal/h.  Nhiệt mất mát (Q4) 3214 QQQQ  2921,451Q 4  Kcal/h. Bảng VII.42. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị mêtan hoá. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 76582,000 7916,183 Q3 Q4 81576,732 2921,451 Tổng cộng 84498,183 Tổng cộng 84498,183 VII.8. Cân bằng nhiệt ở hệ thống tổng hợp NH3 VII.8.1. Cân bằng nhiệt lƣợng ở tháp tổng hợp NH3. a. Lượng nhiệt mang vào:  Nhiệt do hỗn hợp hơi - khí mang vào (Q1): V111 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G1: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 140,818 kg/h. C1: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K TV: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 673 K (400 0 C). * Tính C1: Bảng VII.43. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 293 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) H2 N2 7,033 7,346 3,516 0,262 0,20573516,30,794270,262C 1  0,931 Kcal/kg.K Vậy: 349,882316730,931,818140Q1  Kcal/h. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 84  Nhiệt phản ứng (Q2): 278,8582155,132941,64Q2  Kcal/h. b. Lượng nhiệt mang ra:  Nhiệt do hỗn hợp hơi khí mang ra (Q3): r333 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G3: Lƣợng hỗn hợp hơi - khí mang vào, G1 = 140,819 kg/h. C3: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K Tr: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 803 K (530 0 C). * Tính C3: Bảng VII.44. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 293 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) H2 N2 NH3 7,099 7,479 11,949 3,549 0,267 0,703 0,02141,26700,04012,54930,7030,93847C 3  0,808 Kcal/kg.K Vậy: 747,91366803808,0,819140Q 3  Kcal/h.  Nhiệt mất mát (Q4) 3214 QQQQ  Kcal/h. 5446,88091366,747 - 8582,27888231,349Q4  Kcal/h. Bảng VII.45. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH3. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 88231,349 8582,278 Q3 Q4 91366,747 5446,880 Tổng cộng 96813,627 Tổng cộng 96813,627 VII.8.2. Cân bằng nhiệt ở tháp tách NH3. a. Lượng nhiệt mang vào:  Nhiệt do hỗn hợp hơi - khí mang vào (Q1): Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 85 V111 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G1: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 140,819 kg/h. C1: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K TV: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tv = 268 K (-5 0 C). * Tính C1: Bảng VII.46. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 293 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) H2 N2 NH3 6,931 6,933 7,906 3,465 0,248 0,465 0,4650,938470,24802141,03,4650,04012C 1  0,581 Kcal/kg.K Vậy: 645,219262680,581,819140Q1  Kcal/h. b. Lượng nhiệt mang ra:  Nhiệt do hỗn hợp hơi - khí mang ra (Q2): r222 TCGQ  Kcal/h. Trong đó: G2: Lƣợng hỗn hợp hơi khí mang vào, G1 = 140,819 kg/h. C2: Tỉ nhiệt trung bình của hỗn hợp hơi khí, Kcal/kg.K Tr: Nhiệt độ vào của hỗn hợp hơi - khí, Tr = 240 K (-33 0 C). * Tính C1: Bảng VII.57. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 293 K (25 0C). Cấu tử Cp(Kcal/mol.K) Cp(Kcal/kg.K) H2 N2 NH3 6,930 6,905 8,211 3,465 0,247 0,483 0,4830,938470,24702141,03,4650,04012C 2  0,597 Kcal/kg.K Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 86 Vậy: 546,201762400,597,819140Q2  Kcal/h.  Nhiệt mất mát ra môi trƣờng xung quanh (Q3) 099,1750546,20176645,21926QQQ 213  Kcal/h. Bảng VII.48. Cân bằng nhiệt ở thiết bị tách NH3. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 21926,645 Q2 Q3 20176,546 1750,099 Tổng cọng 21926,645 Tổng cọng 21926,645 VII.9. Hiệu chỉnh cân bằng nhiệt lƣợng theo năng suất: Bảng VII.52. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị reforming sơ cấp Nhiệt vào Kcal/h Nhiệt ra Kcal/h Q1 Q2 24550005,338 230009861,016 Q3 Q4 Q5 Q6 25409488,461 42984986,074 173437387,634 12728004,186 Tổng cộng 25455986,355 Tổng cộng 25455986,355 Bảng VII.53. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị reforming thứ cấp Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 Q3 42984986,074 7015908,047 1035516,021 Q4 Q5 59905202,973 451007,349 Tổng cộng 60356210,142 Tổng cộng 60356210,142 Bảng VII.54. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 24586813,297 5285639,472 Q3 Q4 29661691,535 210761,234 Tổng cộng 29872452,769 Tổng cộng 29872452,769 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 87 Bảng VII.55. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 19425030,684 2416858,547 Q3 Q4 20596130,544 1245758,687 Tổng cộng 21841889,231 Tổng cộng 12841889,231 Bảng VII.56. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị tách CO2. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 9434351,106 Q2 Q3 Q4 7408412,889 283030,616 1742907,601 Tổng cộng 9434351,106 Tổng cộng 9434351,106 Bảng VII.57. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị mêtan hóa Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 14487246,686 1497528,087 Q3 Q4 15432115,123 552659,650 Tổng cộng 15984774,773 Tổng cộng 15984774,773 Bảng VII.58. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH3. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Q1 Q2 315484458,314 307129038,767 Q3 Q4 3269689141,112 194924355,968 Tổng cộng 3464613497,080 Tổng cộng 3464613497,080 Bảng VII.59. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH3. Nhiệt vào Nhiệt ra Tên gọi Kcal/h Tên gọi Kcal/h Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 88 Q1 784676213,389 Q2 Q3 722046428,492 62629784,897 Tổng cộng 784676213,389 Tổng cộng 784676213,389 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 89 Chƣơng VIII. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ VIII.1. Tính tháp tổng hợp NH3. Chọn tháp tổng hợp loại có 2 lớp xúc tác, có trao đổi nhiệt ở đỉnh tháp. Các kích thƣớc cơ bản của tháp nhƣ sau: Đƣờng kính trong tháp: 1200 mm Đƣờng kính trong của giỏ xúc tác: 1050 mm. Đƣờng kính ngoài của giỏ xúc tác: 1100 mm. Đƣờng kính thiết bị trao đổi nhiệt: 400 mm. Đƣờng kính trong ống trung tâm: 120 mm VIII.1.1. Tính chiều dày thân tháp tổng hợp. Thiết bị làm việc ở áp suất 150 atm và nhiệt độ trung bình 500 0C. Chiều dày thân tháp hình trụ làm việc chịu áp suất trong Pt đƣợc tính nhƣ sau:   C Pζ2 PD S t tt      m Trong đó: Dt: Đƣờng kính trong của tháp, m. Chọn Dt = 1,2 m : Hệ số bền hàn thành hình trụ theo phƣơng dọc. Thiết bị hàn bằng tay bằng hồ quang điện, chọn  = 0,95 Pt: áp suất trong thiết bị, Pt = 150 atm (15.10 6 N/m 2 ). C: Đại lƣợng bổ sung phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đại lƣợng này tính theo công thức: 321 CCCC  m. Trong đó: C1: Hệ số bổ sung độ ăn mòn, với thép CT3 vận tốc gỉ là 0,06 mm/năm, thời gian làm việc từ 15  20 năm. Ta có thể lấy C1 = 1 mm. C2: Hệ số bổ sung do bào mòn. Ở đây xem độ bào mòn rất nhỏ có thể bỏ qua, nên C2 = 0. C3: Hệ số bổ sung do dung sai âm của chiếu dày. Chọn C3 = 0,6 mm. Nhƣ vậy: C = 1 + 0 + 0,6 = 1,6 mm. [k]: Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền kéo, xác định theo công thức:   k k k η ηζ ζ   N/m2 Trong đó: k: Ứng suất giới hạn bền kéo. ở đây chọn thép CT3 nên k = 380.10 6 N/m 2 . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 90 k: Hệ số an toàn theo giới hạn bền. Chọn k = 2,6 : Hệ số điều chỉnh, chọn  = 1 [c]: Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền chảy, xác định theo công thức:   c c c η ηζ ζ   N/m2 Trong đó: c: Ứng suất giới hạn bền kéo. Ở đây chọn thép CT3 nên c = 240.10 6 N/m 2 . c: Hệ số an toàn theo giới hạn bền. Chọn c = 1,5 : Hệ số điều chỉnh, chọn  = 1 Thay số:   6 6 k k k 101461 6,2 10380 η ηζ ζ      N/m2   6 6 c c c 101601 5,1 10240 η ηζ ζ      N/m2 Ứng suất cho phép của vật liệu:        6 kkb 10146ζζ,cζMinζ  N/m 2 Vậy chiều dày thân tháp: 070,0106,1 101595,0101462 10151,2 S 3 66 6      m. Chọn S = 80 mm. Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử.      1,2 cζ CS2 PCSD ζ Ot      N/m 2 Trong đó: Po: áp suất thử tính toán, đƣợc xác đinh theo công thức: 1tlo PPP  N/m 2 Với: tl P : Áp suất thử thuỷ lực, N/m2 66 ttl 1022,510151,5P1,5P  N/m2 1P : áp suất thuỷ tĩnh của nƣớc, N/m 2 61 101,345P  N/m 2 4852310522103451PPP 661tlo ,,,  N/m 2 . Thay các giá trị vào công thức kiểm tra ứng suất: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 91      172,626 0,95101,610802 1023,845101,610801 ζ 33 633       N/m 2 Ta thấy: 6 6 10200 2,1 10240 626,172    N/m2 , cho nên thoả mãn điều kiện bền trên. Do đó ta chọn S = 80 mm. VIII.1.2. Tính nắp, đáy thiết bị: Với thiết bị hình trụ hàn đặt thẳng đứng làm việc ở áp suất cao, chọn đáy bán cầu. s t Chiều dày đáy bán cầu xác định theo công thức: Đáy có lỗ (đƣờng kính lỗ dt = 200 ,mm) hàn từ hai nửa tấm. Vật liệu chế tạo là thép CT3 có [σ] = 146.10 6 (N/m 2 ).   C h2 D . P.k..8,3 P.D S b t hk t    ,(m) Trong đó: Dt : Đƣờng kính trong của thiết bị phản ứng (m) P : Áp suất làm việc, N/m h  : Hệ số bền hàn của mối hàn hƣớng tâm C : Hệ số bổ sung   k  : giới hạn bền khi kéo. k : Hệ số không thứ nguyên và đƣợc tính theo công thức: 0,833 1,200 0,200 1 tD td1k  Áp suất làm việc P = 15.106 (N/m2) Vì   307,7020,950,833 15.10 146.10 k P σ 6 6 h   Nên đại lƣợng P ở mẫu số của công thức tính chiều dày đáy không thể bỏ qua đƣợc. Do đó chiều dày tính theo công thức:Vì Dt = 2.hb nên   CP.k. k 3,8. .PD S h t    ζ ,m C 10.1595,0.833,010.146.8,3 10.15.2,1 S 6 . 6 6    Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 92 C042,0  ,m Chọn: C1 = 1(mm) C2 = 0(mm) C3 = 0,22(mm) Vậy S = 0,042.103 + 1,220 = 46,150 (mm) Chiều dày quy chuẩn S =50 (mm) Theo tính toán ở trên, chiều dày thân thiết bị là 80mm. Để đảm bảo cho tháp làm việc an toàn ta chọn chiều dày nắp là 160 mm. VIII.1.3. Đƣờng kính ống dẫn nguyên liệu vào, ra: * Đƣờng kính ống dẫn đƣợc tính theo công thức [V-369]   .785,0 V d t (m) Trong đó: : Tốc độ trung bình của khí đi trong ống, (m/s). Giá trị  thƣờng lấy  = 20 m/s. V: Lƣu lƣợng thể tích, (m3/s). Theo bảng VII.20. ta có V =1286,832 m3/h. Do vậy: 0,023 2036000,785 1286,832 d    m. Qui chuẩn d = 50 mm. * Chọn đường kính ống dẫn sản phẩm ra: Chọn d = 50 mm. VIII.1.4. Tính số ống của thiết bị trao đổi nhiệt đỉnh tháp. Ta có: n =3.a.(a +1) + 1 Trong đó: n : là tổng số ống. a : là số hình 6 cạnh. b : là số ống trên đƣờng xuyên tâm, b = 2.a + 1. Đƣờng kính phần trao đổi nhiệt tính theo công thức: d4)1b(tD  ,m Với d: là đƣờng kính ngoài của ống, Chọn ống truyền nhiệt có d = 40 mm. ( dtrong= 30 mm) t: bƣớc ống, chọn t =1,4.d. D = 0,4 m Suy ra: b = 5,286 (ống) Qui chuẩn b = 7 (ống) Suy ra: a = 3 (ống) Vậy n = 37 (ống). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 93 VIII.1.5. Tính chiều cao của tháp tổng hợp: 5.1. Thể tích từng lớp xúc tác: Giả thiết: Nồng độ NH3 vào tháp là 3,5% và nồng độ NH3 ra khỏi tháp là 17,3% và nồng độ NH3 ra khỏi lớp xúc tác thứ nhất là 10%. Ta có lƣợng hỗn hợp khí vào tháp theo bảng là: 1286,832 m3/h. + Năng suất riêng của tháp tính bằng kg NH3/m 3 xúc tác.h, tính theo công thức: δaV0,77g  Trong đó: * g: Năng suất riêng của tháp. * V: Tốc độ không gian, h-1 Trong công nghiêp thƣờng duy trì tốc độ không gian khoảng 20000 đến 50000 m 3 /m 3 .h, chọn V = 25000 m3/m3.h * a: Phần NH3 tạo thành tính theo công thức: 0 01 y100 yy a    Với y0: nồng độ NH3 vào tháp, % y1: nồng độ NH3 ra khỏi tháp, % * : Độ giảm thể tích hỗn hợp khí do phản ứng, xác định theo công thức: 1 0 y100 y100 δ    + Thể tích lớp xúc tác tính theo công thức: g G Vxt  m 3 G là lƣợng NH3 tạo thành qua quá trình, kg/h. *Với lớp xúc tác thứ nhất: 063,0 3,5100 5,310 a     941,0 10100 5,3100 δ     Suy ra: 1141,1980,9410,063250000,77g  kg NH3/m 3 xúc tác.h + Lƣợng NH3 tạo thành qua lớp xúc tác thứ nhất: 83,6441286,8326,5%V  ,6821731703,20644,83G  kg/h. + Thể tích lớp xúc tác thứ nhất: 517,1 198,1141 682,1731 g G V xt1  m3 * Với lớp xúc tác thứ 2: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 94 066,0 10100 103,17 a     938,0 17,3100 10100 δ     Suy ra: 1191,7290,9380,066250000,77g  kg NH3/m 3 xúc tác.h Lƣợng NH3 tạo thành: 3,93891286,832,3%7V  ,8131944703,20938,93G  kg/h. Vậy thể tích lớp xúc tác thứ 2: 632,1 729,1191 813,1944 g G V xt2  m 3 5.2. Chiều cao từng lớp xúc tác: + Diện tích mặt cắt ngang lớp xúc tác thứ nhất: )r(R3,14S 2 1 2 1  Với R: Bán kính trong giỏ xúc tác, R = 525 mm r1: Bán kính ngoài của thiết bị trao đổi nhiệt, r = 225 mm. Vậy: 0,707)225,0(0,5253,14S 221  m 2 . + Diện tích mặt cắt ngang của lớp xúc tác thứ hai: )r(R3,14S 2 2 2 2  Với r2: bán kính ngoài ống trung tâm, r2 = 65 mm. Vậy: 0,852)065,0(0,5253,14S 222  m 2 + Chiều cao lớp xúc tác thứ nhất: ,1552 0,707 1,517 hxt1  m. + Chiều cao lớp xúc tác thứ hai: 1,915 0,852 1,632 hxt2  m. 5.3. Chiều cao toàn tháp: n21dxt2xt1 hllhhhH  m. Trong đó: hxt1: Chiều cao lớp xúc tác thứ nhất, m. Chọn chiều cao của lớp xúc tác thứ nhất: 2,5 m. hxt2: chiều cao của lớp xúc tác thứ hai, m. Chọn chiều cao của lớp xúc tác thứ hai: 3 m. l1: Khoảng cách giữa hai lớp xúc tác, chọn l = 0,2 m. l2: Khoảng cách giữa giỏ xúc tác và nắp, chọn l2 = 0,2 m. hđ: Chiều cao đáy, hđ = 1,2 m. hn: Chiều cao nắp, hn = 0,16 m. Vậy 7,260,161,22,02,035,2H  m. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 95 VIII.2. Tính toán thiết kế lò Reforming hơi nƣớc: VIII.2.1. Tính đƣờng kính ống dẫn khí vào. Đƣờng kính ống dẫn hỗn hợp khí vào tính theo công thức: tb khi ong W.785,0 V d  Trong đó: Vkhí : Lƣu lƣợng thể tích hỗn hợp khí vào, (m 3 /h) Theo bảng VII.14. Vkhí = 4605,767 m 3 /h Wtb : Tốc độ trung bình của khí, (m/s) Vì hỗn hợp khí đi vào đƣợc nén nên chọn Wtb = 15 ÷ 25 (m/s). Ta chọn Wtb =20(m/s) Thay số vào công thức ta đƣợc: 0,285 .200,785.3600 4605,767 dong  ,m Quy chuẩn theo bảng XIII-26 [V-416] ta có dống =300 mm chọn bích có kích thƣớc nhƣ sau. Dy = 300(mm) Dn = 325(mm) Dσ = 585(mm) DI = 500(mm) D = 445(mm) Bulông: db = M42 Z = 8(cái) h = 36(mm) VIII.2.2. Tính các thông số của ống Reforming. VIII.2.2.1. Tính số ống của thiết bị. Quá trình Reforming sơ cấp chuyển hoá khoảng 35% lƣợng khí tự nhiên nên ta có lƣợng khí thực tế cần chuyển hoá là : ,01816124605,7670,350V  m 3 /h. Ta chọn cách bố trí ống xúc tác nhƣ trong thiết bị truyền nhiệt theo kiểu hình 6 cạnh, ống đứng. Đƣờng kính ống phản ứng ( 75 150 ,mm), ta chọn 100 ,mm Chiều cao ống lò (10 12) ,m ta chọn 10 (m) Tổng số ống trong lò: n =3.a.(a +1) + 1 Trong đó: n : là tổng số ống. a : là số ống trên một cạnh. b : là số ống trên đƣờng xuyên tâm, b = 2.a + 1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 96 Vì chỉ chuyển hoá một phần khí tự nhiên vào nên chọn số ống trong khoảng 100 200 ống. Tra sổ tay [V-48] ta đƣợc : b =13  a = 7. Từ đó, ta có:   27111773n  (ống). Lƣợng khí chuyển hoá trong một ống là: 12,693 127 1612,018 Vong  ,m 3 /h Ta dùng xúc tác Ni tẩm trên chất mang dƣới dạng vòng Raschig vách dày với đƣờng kính và chiều cao 16 (mm), lỗ giữa 6 8 (mm).Từ đó dựa vào sổ tay ta chọn xúc tác có khối lƣợng riêng xốp [V-193] 420 x  ,Kg/m3 Khối lƣợng xúc tác : 4 ρ0,3)(Hdπ m x 2 ong xt   Trong đó: dong: Đƣờng kính ống phản ứng ,m H: Chiều cao ống phản ứng ,m 0,3: Khoảng chừa ra để hàn giá đỡ xúc tác (m) mxt: Khối lƣợng xúc tác cần trong mỗi ống (kg) 32,000 4 1 4200,3)(10(0,1)3,14m 2xt  ,kg Hệ số tỷ lệ giữa lƣu lƣợng khí nguyên liệu trên mxt là: 0,397 32,000 12,693 m V ε xt ong  Do thiết bị làm việc ở áp suất P=4 MPa, nhiệt độ t =1000 0C và chịu sự ăn mòn của các oxit axit nên chọn vật liệu làm ống là CT3 ứng với chiều dày trong khoảng 11 18 (mm), chọn 15 (mm). Đƣờng kính thiết bị Reforming xác định theo công thức: d4)1b(tD  ,m Với: d: là đƣờng kính ngoài của ống reforming dong=0,13 (m). t: bƣớc ống, chọn t =1,4.d. ,70420,1341)(130,1301,4D  ,m Quy chuẩn theo bảng XIII-6 [V-359], Dt = 3 ,m VIII.2.2.2. Tính chiều dày thân thiết bị: Thiết bị làm việc ở áp suất 40 atm và nhiệt độ trung bình 1000 0C. Chiều dày thân tháp hình trụ làm việc chịu áp suất trong Pt đƣợc tính nhƣ sau:   C Pζ2 PD S t tt      m Tính toán tƣơng tự nhƣ ở thiết bị tổng hợp NH3 ta tính đƣợc S = 50 mm. VIII.2.23. Chọn đáy và nắp cho thiết bị. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 97 Nắp và đáy thiết bị dạng elip có cùng một kích thƣớc, có chiều dàyđƣợc chọn theo đƣờng kính trong của thiết bị. Nắp và đáy đều có lỗ đƣờng kính 350(mm), hàn từ hai nửa tấm, có 95,0 ,   )(N/m10146,000ζ 26 , P=4.10 6 (N/m 2 ). Theo bảng XIII-10 [V-382] có hb=1000 (mm) Chọn đáy và nắp thiết bị có kích thƣớc nhƣ sau: Dt = 4000 (mm) S = 60 (mm) hb = 1000 (mm) h = 60 (mm) VIII.3. Tính toán thiết kế lò Reforming tự nhiệt: VIII.3.1.Tính đƣờng kính ống dẫn nguyên liệu vào: Đƣờng kính ống dẫn đƣợc tính theo công thức [V-369]   .785,0 V d t (m) Trong đó: : Tốc độ trung bình của khí đi trong ống, (m/s). Giá trị  thƣờng lấy  = 25 m/s. V: Lƣu lƣợng thể tích, (m3/s). Theo bảng VII.15. ta có V = 10963,848 m3/h. Do vậy: 0,393 2536000,785 10963,848 d    m. Qui chuẩn d = 400 mm. VIII.3.2. Đƣờng kính ống dẫn sản phẩm ra: Chọn d = 400 mm. VIII.3.3. Tính đƣờng kính trung bình của lò: t D b h h Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 98 Vì thời gian lƣu của tác nhân trong thiết bị rất ngắn ( bé hơn 10s ) nên chọn: )s(4 u-l  Từ đó suy ra thể tích không gian trống của lò là: 12,1804,0453.ηVV T  l-utrèng ,m 3 Lƣợng khí chuyển hoá của lò này là: 10799,3900,98510963,848V  ,m3/h Suy ra lƣợng chất xúc tác cần ở đây là: kg 27202,494 0,397 10799,390 ε V mxt  Ta có: 3 x xt xt m, ,67864420 27202,494 ρ m V  Tổng thể tích lò: 76,858,67812,180VVV xttrènglß  64 ,m 3 Chọn chiều cao của lò 10 (m) Vậy đƣờng kính trung bình của lò là: 3,129 π.10 4.76,858 D  ,m Ta chọn đƣợc đƣờng kính của lò là D = 3200 ,(mm) Chiều cao của lớp xúc tác sẽ là: )( ,0468 3,14.3,2 4.64,678 h 2xt m Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 99 PHẦN III. XÂYDỰNG VIII.1. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG: Địa điểm xây dựng của các nhà máy nói chung và của một nhà máy hoá chất nói riêng có ảnh hƣởng lớn đến sự hoạt động của nó. Chính vì vậy việc chọn địa điểm xây dựng cho một nhà máy là rất quan trọng. VIII.1.1. Các yêu cầu chung. Nhà máy muốn hoạt động đƣợc cần phải có đủ nguyên vật liệu, năng lƣợng, ...do đó yêu cầu đầu tiên đối với địa điểm xây dựng là phải gần nơi có nguyên liệu hoặc phải thuận tiện cho việc cung cấp nguyên liệu, năng lƣợng, nƣớc, ... Thứ hai là phải chú ý đến khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng nhƣ vận hành của nhà máy sau này. Do vậy trong quá trình thiết kế, cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở địa phƣơng, ngoài ra cần tính đến khả năng cung cấp nhân công ở các địa phƣơng lân cận trong quá trình đô thị hoá. Tiếp đến phải thuận tiện trong việc giao thông vận chuyển nguyên liệu sản phẩm, đảm bảo mối liên hệ tốt với các nhà máy có liên quan. Có nhƣ vậy mới đảm bảo hoạt động liên tục của nhà máy. Địa điểm xây dựng phải gần nguồn cung cấp vật liệu xây dựng. Cần nghiên cứu khả năng cung cấp nguyên vật liệu xây dựng của địa phƣơng để chọn phƣơng án thiết kế nhà máy cho thích hợp, đở phải vận chƣyển vật liệu xây dựng từ xa đến, tiết kiệm đƣợc vốn đần tƣ xây dựng cơ bản. Bên cạnh đó địa điểm xây dựng cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: VIII.1.2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: *Về địa hình: - Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mƣa lũ, có mức nƣớc ngầm thấp tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo nƣớc thải và nƣớc mƣa dễ dàng. - Khu đất phải tƣơng đối bằng phẳng, có độ dốc thoát nƣớc tốt nhất là I = 0,5  1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt bằng. * Về địa chất: - Khu đất không đƣợc nằm trên vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định (nhƣ hiện tƣợng động đất, xói mòn đất, hiện tƣợng cát chảy...) - Cƣờng độ khu đất xây dựng là 1,5  2,5 kg/cm3. Nên xây dựng trên đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi, ... để giảm tối đa chi phí gia công nền móng của các hạng mục công trình nhất là các hạng mục công trình tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 100 VIII.1.3. Các yêu cầu về môi trƣờng và vệ sinh công nghiệp. Khi địa điểm xây dựng nhà máy đƣợc chọn, cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cƣ đô thị và khu công nghiệp. Bởi vì, trong quá trình sản xuất của nhà máy không tránh khỏi việc thải ra các chất độc hại nhƣ: khí độc, nƣớc bẩn, khói bụi, tiếng ồn, ... hoặc các yếu tố bất lợi khác nhƣ: hiện tƣợng dễ cháy nổ, ô nhiễm moi trƣờng, ... Địa điểm xây dựng nhà máy phải thoả mãn các yêu cầu quy phạm, quy định về bảo vệ môi trƣờng, vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ, vệ sinh công nghiệp. Tuyệt đối không đƣợc xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên. Phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại do khu công nghiệp gây nên. Vị trí xây dựng nhà máy thƣờng cuối hƣớng gió chủ đạo, nguồn nƣớc thải của nhà máy phải đƣợc xử lý. Ngoài ra địa điểm xây dựng cần phải gần nơi tiêu thụ sản phẩm, thuận lợi cho việc cung cấp nhân công và đảm bảo về mặt an ninh quốc phòng. Tóm lại, chọn địa điểm xây dựng nhà máy là một công tác quan trọng phức tạp đòi hỏi tổng hợp các kiến thức chung của nhiều ngành. Công tác chọn địa điểm xây dựng cần có sự tham gia của các kiến trúc sƣ, kĩ sƣ xây dựng, địa chất, kinh tế, kĩ sƣ công nghệ và các ngành có liên quan. Trên cơ sở những yêu cầu đặt ra em chọn địa điểm xây dựng phân xƣởng sản xuất NH3 tại khu công nghiệp Dinh Cố (Bà rịa – Vũng Tàu ). Đây là một khu công nghiệp lớn, vấn đề giao thông khá thuận tiện, gần vùng nguyên liệu khí tự nhiên. VIII.2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẶT BẰNG NHÀ MÁY: Trong bản đò án này thiết kế mặt bằng nhà máy theo nguyên tắc phân vùng. VIII.2.1. Vùng cạnh nhà máy Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, nhà phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào, nhà gữi xe, ... Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ mức độ hợp khối lớn. Vùng trƣớc nhà máy hầu nhƣ dành riêng cho các bãi đỗ xe, bản tin, và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này có thể chiếm 4  20% diện tích toàn nhà máy. VIII.2.2. Vùng sản suất. Nơi bố trí các nhà và dây chuyền sản suất chính của nhà máy nhƣ các phân xƣởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ, ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất của nhà máy mà các khu này có thể chiếm từ 22  25% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trong nhất của nhà máy, nên khi bố trí cần chú ý một số điểm sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 101 - Khu đất đƣợc ƣu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng nhƣ về hƣớng. - Các nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ có nhiều công nhân nên bố trí gần phía cổng hoặc gần phía trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ƣu tiên về hƣớng. - Các phân xƣởng trong quá trình sản xuất sẽ gây ra tiếng động xấu nhƣ: Tiếng ồn lớn, lƣợng bụi, nhiệt thải ra hoặc có nhiều sự cố (dễ cháy nổ hoặc rò rỉ hoá chất) nên đặt ở cuối hƣớng gió và luôn tuân thủ chặt chẽ các qui đinh về an toàn và vệ sinh công nghiệp. VIII.2.3. Các công trình phụ: Là nơi đặt các nhà và các công trình cùng cấp điện , nƣớc, xử lý nƣớc thải và các công trình bảo quản khác. Tuỳ theo mức độ của công nghiệp yêu cầu mà vùng này có diện tích khoảng 14  28% diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình này thì cần chú ý: Tận dụng các khu đất không có lợi cho hƣớng gió hoặc trục giao thông để bố trí các công trình phụ, các công trình thải ra nhiều bụi và chất thải bất lợi đều phải bố trí cuối hƣớng gió chủ đạo. VIII.2.4. Vùng kho tàng và phục vụ giao thông: Trên đó bố trí các hệ thống kho tàng bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga, ... Tuỳ theo đặc điểm và qui mô sản xuất, vùng này thƣờng chiếm 23  37% diện tích nhà máy, khi bố trí cần chú ý sao cho thuận lợi cho việc đi lại để thao tác xuất nhập nguyên liệu, sản phẩm đƣợc dễ dàng. Đồng thời hệ thống kho tàng nên gắn liền với bộ phận sản xuất. Do vậy nên bố trí hệ thống kho tàng ngay trong khu vực sản xuất. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 102 III.25. Các hạng mục công trình: TT Tên công trình Kích thƣớc Số lƣợng Chiều rộng Chiều dài DT ,m 2 1 Nhà hành chính 12 24 288 2 tầng 2 Hội trƣờng 12 24 288 1 3 Căn tin 9 12 108 1 4 Nhà để xe đạp, xe máy 9 12 108 1 5 Nhà để ôtô 9 18 162 1 6 Phòng thƣờng trực 5 10 50 1 7 Phòng bảo vệ 4 6 24 1 8 Phòng thí nghiệm 10 15 150 1 9 Phân xƣởng cơ khí 10 15 150 1 10 Nhà sản xuất chính 30 50 1500 1 11 Nhà sản xuất phụ trợ 20 30 600 1 12 Nhà sản xuất khí tổng hợp 30 50 1500 1 13 Bể chứa sản phẩm 15 25 375 1 14 Bể chƣa nguyên liệu 15 25 375 1 15 Trạm điện 9 12 108 1 16 Bộ phận cứu hoả 9 12 108 1 17 Phân xƣởng nƣớc 15 25 375 1 18 Trạm xử lý nƣớc 15 25 375 1 19 Nhà vệ sinh 9 12 108 1 20 ống khói 5 5 25 1 21 Khu đất dự trữ 30 120 3600 1 Tổng cộng 10487 Tổng nhân viên nhà máy khoảng 100 ngƣời, trong đó công nhân tực tiếp tham gia sản xuất là50 ngƣời. Nhà máy hoạt động liên tục 24/24 h, chia làm 3 ca, mỗi ca hơn 20 ngƣời làm việc. Trong đó phân xƣởng sản xuất khoảng 15 ngƣời. Nhà máy sản xuất NH3 đi từ nguyên liệu khí tự nhiên, năng suất 200.000 tấn/năm. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 103 Diện tích tổng mặt bằng nhà máy: 30.000 m2. Diện tích chiếm đất trên mặt bằng của các đƣờng ống kỹ thuật, các khu đất trồng cây xanh và đƣờng đi trong tổng mặt bằng là: 8500 m2. Hệ số xây dựng: 34,960%100 30000 10487 K xd  . Hệ số sử dụng: 63,290100 30000 850010487 K sd    %. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 104 Phần IV: TÍNH TOÁN KINH TẾ. Tính toán kinh tế là một khâu quan trọng không thể thiếu trong việc thiết kế xây dựng một nhà máy. Đặc biệt trong hoàn cảnh kinh tế nƣớc ta hiện nay cơ sở vật chất còn nhỏ bé, vì vậy, lựa chọn đƣợc một phƣơng án thiết kế cho phù hợp là rất cần thiết. Một bản đồ án đƣa ra chỉ có thể trở thành hiện thực khi nó vừa đảm bảo về yêu cầu kĩ thuật (sản phẩm làm ra có chất lƣợng tốt) vừa đảm bảo tính kinh tế. Điều đó có nghĩa là nếu nhà máy đƣa vào xây dựng thì phải làm ăn có lãi. Chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật khá quan trọng đƣợc chú ý nhiều, đó là thời gian thu hồi vốn đầu tƣ cho xây dựng nhà máy. Trên cơ sở kết quả của việc tính toán kinh tế có thể đánh giá phƣơng án thiết kế là tốt hay chƣa, từ đó mà lựa chọn một phƣơng án tốt nhất, phù hợp nhất với điều kiện thực tế của mình. Đó chính là nhiệm vụ của một kĩ sƣ công nghệ. Phần tính toán này nhằm xác định một số chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của nhà máy sản xuất NH3. IV.1. YÊU CẦU. Để thiết kế và xây dựng nhà máy cần tính toán đảm bảo 3 yêu cầu chính sau: - Đảm bảo yêu cầu kĩ thuật. - Đảm bảo mang lại hiệu quả kinh tế. - Đảm bảo nhu cầu lao động và vệ sinh môi trƣờng. IV.2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN: IV.2.1. Chế độ làm việc của phân xƣởng. Dây chuyền làm việc liên tục 24/24 h. Một năm làm việc 8000 giờ. Năng suất nhà máy 200.000 tấn/năm. IV.2.2. Nhu cầu: IV.2.2.1. Nhu cầu về nguyên vật liệu: Tính nhu cầu về nguyên liệu trong một giờ sản xuất. Năng suất của quá trình: 25000 kg/h. Lƣợng khí tự nhiên: 13721,853 kg/h. Lƣợng hơi nƣớc: 38003,351 kg/h. IV.2.2.2. Nhu cầu về năng lượng: Điện dùng cho chạy máy công nghiệp đƣợc tính theo công thức: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 105    n i TPKKW 1 ii21 Trong đó: W: Điện năng dùng trong một năm. Pi: Công suất động cơ loại i, KWh. n: Số động cơ, cái. K1: Hệ số phụ tải, thƣờng lấy 0,75 K2: Hệ số tổn thất, thƣờng lấy 1,05 Ti: Thời gian sử dụng trong năm: 8000 h. Tổng chi phí điện năng trong công nghiệp đƣợc lập trong bảng sau: Bảng IV.1. Tên thiết bị Pi n K1 K2 Ti W Máy nén 2000 4 0,75 1,05 8000 50400000 Bơm nƣớc 8 10 0,75 1,05 8000 504000 Bơm chân không 6 2 0,75 1,05 8000 75600 Bơm dung môi 6 8 0,75 1,05 8000 302400 Tổng cộng 51282000 Điện dùng thắp sáng cho phân xƣởng xác đinh theo công thức:    n i TPnKKW 1 ii21s Trong đó: Ws: Điện năng dùng trong một năm, KWh. P: Công suất đèn loại i, KWh. ni: Số bóng đèn loại i, cái n: Số loại bóng đèn K1: Hệ số phụ tải, thƣờng lấy 0,75. K2: Hệ số tổn thất, thƣờng lấy 1,05 Ti: Thời gian sử dụng trong năm: 8000 h. Tổng chi phí điện thắp sáng đƣợc lập trong bảng sau: Bảng IV.2. Tên công trình Loại bóng W- V ni Ti Ws Nhà sản xuất chính 150 - 220 76 8000 71820000 Nhà sản xuất phụ 150 - 220 40 8000 37800000 Nhà bảo vệ 150 - 220 6 8000 5670000 Khu cấp nguyên liệu 150 - 220 14 8000 13230000 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 106 Khu xử lý nƣớc thải 150 - 220 14 8000 13230000 Nhà để xe 150 - 220 30 8000 28350000 Nhà kho 150 - 220 20 8000 18900000 Khu vệ sinh 150 - 220 7 8000 6615000 Tổng 182385000 Vậy lƣợng điện tiêu thụ trong cả năm của toàn bộ phân xƣởng là: 51282000 + 182385000.10 -3 = 51464385 KWh. Lƣợng điện tiêu thụ cho 1 kg sản phẩm là: 0,257 800025000 51464385   KW.h IV.2.3. Chi phí nguyên vật liệu, nhiên liệu, năng lượng: Bảng IV.3. Tổng chi phí cho nguyên vật liệu, nhiên liệu, năng lượng cho 1 năm. Tên Đơn vị Lƣợng dùng trong 1 năm. Đơn giá (đ) Thành tiền (đ) Khí tự nhiên m3 151338400 5000 756692.106 Nƣớc m3 378346000 2000 756692. 106 Xúc tác cho chuyển hoá CO. kg 200000 20000 4000. 10 6 Xúc tác cho khí tổng hợp. kg 500000 20000 10000. 10 6 Xúc tác cho NH3. kg 500000 50000 25000. 10 6 Điện KW 51464385 1000 51464,385. 106 Tổng 160384,385. 106 Chi phí nguyên liệu và năng lƣợng cho 1 kg sản phẩm: 922,801 10200 10385,160384 6 6    đ. IV.2.4. Tính vốn đầu tƣ cố định. 4.1. Tính vốn đầu tư xây dựng (Vxd) Đơn giá xây dựng nhà lộ thiên khung bê tông cốt thép toàn khối, kết cấu bao che nhẹ: 1200000 đ/m2. Tổng diện tích xây dựng: 18987 m2. Vậy: 02278440000189871200000 xd V  đ. 4.2. Vốn đầu tư cho thiết bị máy móc.(Vtb) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 107 Tổng chi phí cho thiết bị bao gồm chi phí cho: Máy bơm, máy nén, thiết bị hấp thụ, thiết bị phản ứng, thiết bị trao đổi nhiệt. Sau khi tính toán ƣớc tính khoảng chi phí của chúng là: Vtb = 1.550.200.000 đ. 4.3. Nhu cầu lao động. Do đặc điểm của quản lý sản xuất liên tục, đƣợc tiến hành trong thiết bị kín, tự động hoá trong sản xuất. Cho nên nhiệm vụ chủ yếu của công nhân là kiểm tra, quan sát chế độ làm việc của máy móc và chất lƣợng của sản phẩm để điều chỉnh cho thích hợp. Bảng IV.4. Bảng phân bố lương công nhân trực tiếp sản xuất: Nơi làm việc Số lƣợng thiết bị Số công nhân trong một ca Tổng số công nhân trong một ngày Bộ phận phân xƣởng 5 5 15 Bộ phận lọc khí 1 1 3 Bộ phận làm mềm nƣớc 1 1 3 Bộ phận hoá hơi nƣớc 1 1 3 Bộ phận tách CO, CO2 2 2 6 Bộ phận tách NH3 1 3 6 Bộ phận hấp thụ ,nhả 2 1 3 Bộ phận trao đổi nhiệt 10 2 6 Máy nén, bơm, điện 8 2 6 Tổng 18 51 Số cán bộ nhân viên: Cán bộ kỹ thuật quản lý: 6 ngƣời Thƣ ký văn phòng : 1 ngƣời Hành chính : 2 ngƣời Bảo vệ : 8 ngƣời Vệ sinh : 5 ngƣời Đầu bếp : 3 ngƣời Vậy tổng số ngƣời làm việc trong nhà máy: 76 ngƣời. IV.2.5. Quỹ lƣơng công nhân và nhân viên trong nhà máy. Bảng IV.5. Thống kê quỹ lương: Chức vụ Số ngƣời Lƣơng tháng ( đ/ngƣời) Lƣơng tháng toàn bộ(đ) Lƣơng cả năm (đ) Công nhân trực tiếp 51 2.106 102. 106 1224. 106 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 108 Quản đốc 4 2,4.106 9,6. 106 115,200. 106 Giám đốc 1 3. 106 3. 106 36,000. 106 Phó giám đốc 1 2,5. 106 2,5. 106 30,000. 106 Thƣ ký 1 1,5. 106 1,5. 106 18,000. 106 Hành chính 2 1,5. 10 6 3. 10 6 36,000. 10 6 Bảo vệ, bếp, vệ sinh 16 1,2. 106 19,2. 106 230,400. 106 Tổng 76 140,800.106 16896,600. 106 - Lƣơng bồi dƣỡng ca đêm lấy bằng 2% tổng lƣơng cả năm: 66 10932,33710600,1689602,0  đ. - Lƣơng bồi dƣỡng độc hại lấy bằng 3% tổng lƣơng cả năm: 66 10898,50610600,1689603,0  đ. Vậy tổng quỹ lƣơng cả năm:   66 10430,1774110898,506932,337600,16896  đ. - Chi phí của quỹ lƣơng cả năm cho 1 kg sản phẩm: 707,88 10200 10430,17741 6 6    đ. - Chi phí bảo hiểm cho những ngƣời làm trong phân xƣởng: 6109,12500076  đ. (Với 25000 đ. là bảo hiểm xã hội của 1 ngƣời/năm). Chi phí bảo hiểm cho 1 kg sản phẩm: 0095,0 10200 10900,1 6 6    đ. IV.2.6. Tính toán khấu hao. Khấu hao của thiết bị nhà xƣởng nhƣ sau: - Nhà sản xuất có thời gian khấu hao là 20 năm. Mức khấu hao là: 1139220000 20 2278440000  đ/năm. - Thiết bị máy móc lấy thời gian khấu hao là 10 năm. Mức khấu hao là: 155020000 10 1550200000  đ/năm. - Khấu hao toàn bộ phân xƣởng là: 12942400001550200001139220000  đ/năm. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 109 - Khấu hao sữa chữa lấy bằng 50% khấu hao cơ bản. 647120000500,01294240000  đ/năm. - Tổng khấu hao cả năm: 19413600006471200001294240000  đ/năm. - Mức khấu hao trên một đơn vị sản phẩm: 800,9706 200000 1941360000  đ/tấn. IV.2.7. Các khoản chi phí khác:  Chi phí quản lý doanh nghiệp, lấy bằng 5% tổng chi phí(nguyên liệu, năng lƣợng + vốn đầu tƣ cố định + quỹ lƣơng):  6666 10600,1689610200,155010400,2278410385,16038405,0  610559,20161  đ/năm.  Chi phí bán hàng lấy bằng 8% tổng chi phí( nguyên liệu, năng lƣợng + vốn đầu tƣ cố định + quỹ lƣơng):   610600,16896200,1550400,22784385,16384080,0  610247,16129  đ/năm  Thuế doanh thu lấy bằng 10% tổng doanh thu. IV.2.8. Tính giá thành sản phẩm. Khoản mục Chi phí cho một đơn vị sản phẩm. Thành tiền (đ) Nguyên liệu và năng lƣợng Tiền lƣơng Bảo hiểm xã hội Khấu hao Quản lý doanh nghiệp Bán hàng Giá thành toàn bộ Giá bán 801,922 88,707 0,010 9,707 100,808 80,646 1081,800 1300,000 16384,385.10 6 17741,430.10 6 1,900.10 6 1941,36.10 6 20161,559.10 6 16129,247.10 6 216360,000.10 6 260000.10 6 - Tổng doanh thu của phân xƣởng trong một năm: 260000.10 6 đ. - Thuế doanh thu bằng 10% tổng doanh thu: 66 10260001,010260000   đ. - Lợi nhuận trong một năm sản xuất: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 110 66 104017610000)26216360(260000L  đ. + Vốn đầu tƣ cố định: 610600,24334  đ. + Vốn lƣu động bao gồm toàn bộ các khoản chi phí khác mà doanh nghiệp phải chi phí:  Chi phí nguyên liệu và năng lƣợng: 610385,16384  đ.  Chi phí lƣơng và bảo hiểm xã hội : 610330,17743  đ.  Chi phí quản lý doanh nghiệp : 610559,20161  đ.  Chi phí bán hàng : 610247,16129  đ. Tổng vốn lƣu động: 610521,70418  đ. Tổng vốn đầu tƣ : 66 10121,9475310)521,70418600,24334(V  đ. Doanh lợi vốn đầu tƣ: 0,186 1094753 1017640 V L 6 6     IV.2.9. Thời gian thu hồi vốn: ,8404 1017640101941,360 1094753 LKH V T 66 6       năm. Vậy thời gian thu hồi vốn là khoảng 5 năm. IV.3. KẾT LUẬN: Qua phần tính toán kinh tế trên đã giúp em cơ bản hiểu biết thêm về vấn đề đầu tƣ vào một phân xƣởng sản xuất nói chung và phân xƣởng sản xuất NH3 nói riêng. Với thời gian thu hồi vốn là 5 năm hoàn toàn thích hợp về mặt kinh tế. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 111 PHẦN V AN TOÀN LAO ĐỘNG. Trong các nhà máy nói chung và các nhà máy hoá chất nói riêng thì vấn đề an toàn lao động đƣợc quan tâm hàng đầu. Để đảm bảo thực hiện tốt quy trình lao động ta cần chú ý các yêu cầu sau: V.1. THIẾT KẾ MẶT BẰNG NHÀ MÁY: Sự an toàn của toàn bộ xí nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn vùng đất và bố trí đúng công trình đó. V.1.1. Những yêu cầu chung khi thiết kế: Những yêu cầu cần chú ý trong khi thiết kế nhƣ sau: - Kích thƣớc thể tích, diện tích, chiều cao phân xƣởng bố trí diện tích làm việc, máy móc thiết bị dụng cụ, nguyên liệu, sản phẩm phải hợp lý và an toàn. - Cao ráo, sạch sẽ, thoáng mát, lợi dụng đƣợc ánh sáng tự nhiên. - Cách âm, cách rung, ngăn cản đƣợc tiếng ồn hoặc từ phòng sản xuất khác. - Cách nhiệt tốt, chống nóng về mùa hè và giữ nhiệt vào mùa đông. - Các kết cấu xây dựng phải bền chắc về mặt chịu lực trong phân xƣởng có nhiệt độ cao và phân xƣởng hoá chất thì nên bền vững cả về mặt chịu lực và chống ăn mòn. V.1.2. Cấp thoát nƣớc và làm sạch nƣớc thải: Nƣớc là một dung môi hoà tan và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Nƣớc cung cấp cho nồi hơi, làm nguội máy và thiết bị, rửa và tinh chế thành phẩm, nƣớc sau khi sử dụng trong sản xuất nó chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ. Do đó cần phải đƣợc làm sạch trƣớc khi thải ra vùng dân cƣ và sông hồ để đảm bảo vệ sinh cho các nguồn nƣớc và sức khoẻ của nhân dân. Biện pháp làm sạch nƣớc thải của nhà máy có thể áp dụng phƣơng pháp làm sạch bằng hoá học, phƣơng pháp hoá lý, phƣơng pháp sinh học. V.2. KỸ THUẬT AN TOÀN KHI THIẾT KẾ SỬ DỤNG MÁY MÓC THIẾT BỊ : Máy móc ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Máy móc đƣa vào sử dụng sẽ giảm nhẹ sức lao động, cải thiện điều kiện làm việc, năng suất lao động tăng lên, nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Tuy nhiên nếu chƣa sử dụng thành thạo sẽ dẫn đến tai nạn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 112 V.2.1. Những nguyên nhân gây ra chấn thƣơng khi sử dụng máy móc thiết bị: Những nguyên nhân gây ra chấn thƣơng trong lao động do máy móc thiết bị thì rất khác nhau và phức tạp: + Do trong thiết kế xuất phát từ điều kiện làm việc thực tế của thiết bị đƣa vào các yêu cầu kĩ thuật. Ngƣời thiết kế cần tính toán về độ bền, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt sao cho máy có thể làm việc ổn định và an toàn. Nếu máy móc không thoả mãn các yêu càu trên thì dễ xảy ra tai nạn. + Do chế độ máy móc đƣợc tính toán tỉ mỉ, thiết kế chính xác nhƣng quá trình chế tạo lại không tốt cũng không thể cho máy móc làm việc bình thƣờng đƣợc. + Do chế độ bảo quản và sử dụng: Muốn máy móc sử dụng ổn định, có hiệu quả lâu bền phải thƣờng xuyên kiểm tra, điều chỉnh các cơ cấu an toàn cho phù hợp với chế độ làm việc của nhà máy. Nếu vi phạm quy trình công nghệ, không thƣờng xuyên bảo dƣỡng và duy trì chế độ làm việc hợp lý thì sẽ dễ dẫn đến tai nạn. V.2.2. Những biện pháp an toàn chủ yếu: + Cơ cấu che chắn và cơ cấu bảo vệ nhằm cách ly không nên ra vùng nguy hiểm, để bảo đảm an toàn sản xuất. + Cơ cấu phòng ngừa nhằm đề phòng sự cố của thiết bị có liên quan đến điều kiện an toàn của công nhân. + Tín hiệu an toàn. + Cơ khí hoá, tự động điều khiển từ xa. + Kiểm tra máy móc trƣớc khi vận hành. V.2.3. An toàn khi vận chuyển: Thiếu hiểu biết về chuyên môn, kinh nghiệm trong quá trình nâng hạ khi vận chuyển có thể gây tai nạn. Nơi làm việc không bằng phẳng hoặc thiếu ánh sáng cũng dễ gây tai nạn trong khi vận chuyển. Tất cả các máy móc, thiết bị nâng, vận chuyển nhất thiết phải tiến hành kiểm tra tại chổ sau khi lắp ráp, sau khi sửa chữa qua một quá trình làm việc quy định. V.3. AN TOÀN ĐIỆN: An toàn điện là một trong những vấn đề quan trọng của công tác an toàn. Thiếu hiểu biết về mạng điện, không tuân thủ các nguyên tắc về điện sẽ gây ra tai nạn. Nhất là điện, nhiều khi khó phát hiện trƣớc bằng giác quan mà cần phải hiểu biết về điện. Một số yêu cầu cơ bản về thiết bị điện : 1. Dây dẫn phải đƣợc bọc kỉ bằng vỏ nhựa hoặc cao su và có thể lồng vào ống kim loại để tránh bị dập. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 113 2. Cầu dao phải lắp ráp sao cho dễ điều khiển. V.4. AN TOÀN TRONG LAO ĐỘNG: Theo các số liệu từ ngành xây dựng, một trong các ngành sản xuất chiếm tỉ lệ cao trong tổng số các trƣờng hợp tai nạn lao động xảy ra hàng năm, nhƣng nguyên nhân chính thƣờng xảy ra có thể phân loại nhƣ sau: + Đi lại vấp ngã, sa hố. + Ngƣời ngã từ trên cao xuống. + Va đập, kẹt tay chân khi mang vác các nguyên liệu cồng kềnh. + Tai nạn gây ra do máy móc xây dựng. + Chiếu sáng chổ làm việc không đủ. + Đảm bảo thi công an toàn công tác xây dựng, lắp ghép để không xảy ra hoặc không có nguy cơ tai nạn. + Bố trí các máy móc xây dựng với tính toán đảm bảo tính an toàn. + Các thiết bị biện pháp phòng ngừa tai nạn điện trong khu sản xuất nói chung và máy móc thiết bị dùng điện nói riêng. + Các biện pháp bốc xếp, dở, vận chuyển các vật liệu cấu kiện nặng, cồng kềnh. + Quy định những vùng nguy hiểm. + Hình thức hàng rào bảo vệ khu công trƣờng. V.5. BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ TRONG NHÀ MÁY. Đối với các nhà máy có chứa các chất dễ cháy nhƣ khí xăng cần có nhà cứu hoả và bộ phận cứu hoả thƣờng trực. Nhà cứu hoả là nơi cất giữ các phƣơng tiện, dụng cụ chữa cháy nổ, nhà cứu hoả phải ở vị trí thuận lợi để khi có sự cố xảy ra đột ngột có thể xử lý nhanh và tránh thiệt hại cho nhà máy và tránh tai nạn cho công nhân làm việc trong nhà máy. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 114 KẾT LUẬN Sau hơn bốn tháng tập trung làm việc, đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của cô giáo PGS-TS Nguyễn Thị Minh Hiền cùng với sự nổ lực của bản thân, đến nay bản đồ án đã hoàn thành. Về nội dung bản đồ án, phần tổng quan đã nêu ra một cách tóm tắt các công nghệ hiện đại sản xuất NH3 trên thế giới, từ đó chọn công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế của nƣớc ta hiện nay để thiết kế công nghệ sản xuất NH3 đi từ khí tự nhiên. Phần tổng quan đã trình bày các vấn đề hoá học, hoá lý, xúc tác của quá trình sản xuất NH3. Ngoài ra phần tổng quan cũng đƣa ra một số tính chất của NH3 cần thiết cho tính toán công nghệ. Phần tính toán đã tính đƣợc cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lƣợng, tính chất và kích thƣớc cơ bản của thiết bị phản ứng từ đó vẽ đƣợc thiết bị chính. Phần thiết kế xây dựng đã chọn đƣợc địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất NH3, vẽ đƣợc mặt bằng nhà máy (bố trí các hạng mục công trình trong nhà máy). Phần kinh tế đã tính đƣợc tổng doanh thu của nhà máy, từ đó tính đƣợc lợi nhuận trong năm, doanh lợi vốn đầu tƣ và thời gian thu hồi vốn. Phần an toàn đã nêu ra những nguyên nhân và biện pháp phòng chống tai nạn trong quá trình sản xuất. Bản đồ án này đã đƣa ra một phƣơng hƣớng tính toán thiết kế phù hợp với trình độ khoa học kĩ thuật ở nƣớc ta hiện nay nên có thể sử dụng để tham khảo cho việc tính toán cụ thể hơn trƣớc khi đƣa vào xây dựng một nhà máy sản xuất NH3. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô đặc biệt là cô PGS-TS Nguyễn Thị Minh Hiền đã hƣớng dẫn em thực hiện bản đồ án này. Do trình độ ngoại ngữ có hạn, thời gian làm việc bị hạn chế nên bản đồ án chắc chắn có nhiều thiếu sót. Rất mong quý thầy cô chỉ ra những thiếu sót đó để em rút kinh nghiệm trong công tác sau này. Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2005 Sinh viên Võ Ngọc Đức Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền - Giáo trình chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành - NXB khoa học kĩ thuật - 2002. 2. Lê Mậu Quyền - Hoá học vô cơ, tập hai - NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp. 3. Lê Thị Tuyết - Công nghệ sản xuất các hợp chất Nitơ - Trƣờng ĐHBK Hà Nội - 2000. 4. Cơ sở lý thuyết và tổng hợp NH3 - NXB Kiev - 1969 (Dịch từ bản tiếng Nga). 5. P.V Đƣbina, A.X Xolovena, Y.U.I Visniak. Tính toán công nghệ sản xuất các hợp chất vô cơ - Tập 1 - NXB khoa học kĩ thuật -Nguyễn An Ninh dịch. 6. Hƣớng dẫn tính toán các quá trình chế bién khí tự nhiên - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội - Bộ môn nhiên liệu xuất bản 1978. 7. Sổ tay hoá lý - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội - Khoa tại chức - 1972. 8. Tập thể tác giả - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất - Tập 1 -NXB Khoa học kĩ thuật - 1998. 9. Tập thể tác giả - Sổ tay quá trình và thiét bị công nghệ hoá chất - Tập 2 -NXB Khoa học kĩ thuật - 1999. 10. Bộ môn xây dựng công nghiệp. Nguyên lý thiết kế xây dựng nhà máy hoá chất - Trƣờng ĐHBK Hà Nội, 1974. 11. Ngô Bình - Hƣớng dẫn thiết kế đồ án tồt nghiệp phần xây dựng. 12. Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp phần kinh tế. Trƣờng ĐHBK Hà Nội, 1973. 13. Ngô Bình - Cơ sơ xây dựng nhà công nghiệp- Trƣờng ĐHBK Hà Nội, 1997. 14. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol A2. 15. Encyclopedia of Chemical Technology. Vol A1. 16. F.J. Brykowski - Ammonia and synthesis gas- Park Ridge, New Jersey, USA, 1981. 17. Handbook of Petrochemicals and Processes. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 SVTH: Võ Ngọc Đức Trang: 116 18. Hydrocacbon processing, 2003. 19. chapter4/steamreform.htm 20. Applied Catalysis A: General 201(2000)p 71-80. 21. http:// www.haldortopsoe.com/site.nsf/all. 22. http:// www.bnl.gov/bnlweb/admindex.asp 23. http:// www.cheresources.com/premium_content.shtml 24. http:// www.ausetute.com.au/enthchan.html 25. http:// www.efma.org/Publications/BAT95/Bat01/section01.asp