Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá với năng suất 5000 tấn/năm

t: 914,64 14 148,89kg 86   Tổng lượng sunfit natri kỹ thuật là: 914,64 + 148,89 = 1063,53 kg III.1.2.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị. a. Lượng sunfo axit chưa phản ứng: 98 1898,37 1898,37 37,97kg 100    b.Lượng sunfit natri chưa phản ứng: 98 756,95 756,95 15,14kg 100    Phản ứng trung hoà H2SO4 xem như xảy ra hoàn toàn. c. Lượng sunfonat tạo thành từ phản ứng (5): 1898,37 180 98 2119,45kg 158 100    d. Lượng khí SO2 tạo thành: 756,95 64 98 157,69 64 100 456,89kg 126 100 126 100       e. Lượng nước trong khối phản ứng: Nước tạo ra từ các phản ứng (5) và (6): 1898,37 18 98 157,69 18 128,50kg 2 158 100 126       -Nước có trong khối sunfo : 54,09 kg -Nước trong sunfit natri kỹ thuật: 148,89 kg - Vậy tổng lượng nước trong phản ứng: 54,09 + 148,89 + 128,50 = 331,48 kg g. Lượng sunfat natri tạo thành: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 46 157,69 142 177,71kg 126   Bảng cân bằng vật chất giai đoạn trung hoà: Bảng 2a : Lượng vào TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối sunfo C6H5SO3H 1898,37 91,05 H2O 54,09 2,60 H2SO4 122,65 5,88 Tạp chất 9,86 0,47 Cộng 2084,97 100,00 sunfit natri Na2SO3 914,64 86,00 H2O 148,89 14,00 Cộng 1063,53 100,00 Tổng cộng 3148,50 Bảng 2 b : Lượng ra TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối sunfonat C6H5SO3H chưa phản ứng 37,97 1,41 Na2SO3 15,14 0,56 C6H5SO3Na 2119,45 78,74 H2O 331,48 12,3 Na2SO4 177,71 6,60 Tạp chất trong benzen 9,86 0,37 Cộng 2691,61 100,00 Khí bay ra SO2 456,89 Tổng cộng 3148,50 III.1.3 Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm. -Phản ứng xảy ra trong quá trình nóng chảy: C6H5SO3Na + 2NaOH  C6H5ONa + Na2SO3 + H2O (7) Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 47 180 2 x 40 116 126 18 III.1.3.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị. a. Khối sunfonat bao gồm: -C6H5SO3H : 37,97kg -Na2SO3 : 15,14kg -C6H5SO3Na : 2119,45kg -H2O : 331,48 kg -Na2SO4 : 177,71 kg -Tạp chất : 9,86 kg b. Lượng kiềm kỹ thuật . Thành phần 85% NaOH; 14% H2O; 1% tạp chất được cho dư 20% so với lý thuyết bao gồm: -Lượng NaOH: 2119,45 2 40 120 1130,37kg 180 100     -Lượng nước trong xút kỹ thuật: 1130,37 14 186,18kg 85   -Lượng tạp chất có trong xút kỹ thuật: 1130,37 1 13,30kg 85   Tổng lượng kiềm kỹ thuật: 1329,85 kg III.1.3.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị. a. Lượng sunfonat natri không phản ứng: 96 2119,45 2119,45 84,78kg 100    b. Lượng kiềm chưa phản ứng: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 48 2119,45 2 40 96 1130,37 226,07kg 180 100      c. Lượng phenolat natri tạo thành: 2119,45 116 96 1311,23kg 180 100    d. Lượng sunfit natri: - Tạo thành do phản ứng (7): 2119,45 126 96 1424,27kg 180 100    - Có trong khối sunfonat: 15,14 kg Vậy tổng lượng sunfit nattri là : 1439,41kg e. Tổng lượng nước: - Tạo thành do phản ứng (7): 2119,45 18 96 203,47kg 180 100    - Có trong khối sunfonat : 331,48 kg - Có trong xút kỹ thuật : 186,18 kg  Vậy tổng lượng nước là : 721,13 kg g. Tổng lượng tạp chất: Gồm tạp chất của C6H6 , tạp chất của kiềm và C6H5SO3H chưa phản ứng trong sunfonat : 9,86 + 13,30 + 37,97 = 61,13 kg h. Sunfat natri có trong khối sunfonat: Na2SO4 =177,71 kg Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 49 Bảng cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm: Bảng 3a : Lượng vào TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối sunfo C6H5SO3H 37,97 1,41 Na2SO3 15,14 0,56 C6H5SO3Na 2119,45 78,74 H2O 331,48 12,32 Na2SO4 177,71 6,60 Tạp chất 9,86 0,37 Cộng 2691,61 100,00 Kiềm NaOH 1130,37 85,00 H2O 186,18 14,00 Tạp chất 13,30 1,00 Cộng 1329,85 Tổng cộng 4021,46 Bảng 3b: Lượng ra TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) 1 C6H5SO3Na chưa phản ứng 84,78 2,11 C6H5ONa tạo thành 1311,23 32,61 NaOH dư 226,07 5,62 Na2SO3 1439,41 35,79 Na2SO4 177,71 4,42 H2O 721,13 17,93 Tạp chất 61,13 1,52 Tổng cộng 4021,46 100,00 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 50 III.1.4. Giai đoạn dập tắt. III.1.4.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị: a. Khối phản ứng từ giai đoạn nóng chảy kiềm gồm có: C6H5SO3Na chưa phản ứng : 84,78kg C6H5ONa tạo thành : 1311,23kg NaOH dư : 226,07kg Na2SO3 : 1439,41kg Na2SO4 : 117,71kg H2O : 721,13kg Tạp chất : 61,13kg Vậy lượng khối phản ứng giai đoạn nóng chảy kiềm là: 4021,46 kg. b. Lượng nước cần để dập tắt (bằng khối lượng toàn bộ khối phản ứng trên): 4021,46 kg. III.1.4.2.Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị: - Lượng nước : 4021,46 +721,13 = 4742,59 kg - Và khối lượng vật chất của các thành phần khác từ giai đoạn chảy kiềm đã kể trên. Bảng cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt: Bảng 4a : Lượng vào TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối phản ứng C6H5SO3Na tạo thành 84,78 2,11 C6H5ONa chưa phản ứng 1311,23 32,61 NaOH dư 226,07 5,62 Na2SO3 1439,41 35,79 Na2SO4 177,71 4,42 H2O 721,13 17,93 Tạp chất 61,13 1,52 Cộng 4021,46 100,00 Nƣớc 4021,46 100,00 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 51 Tổng cộng 8042,92 Bảng 4b: Lượng ra : TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối phản ứng C6H5SO3Na 84,78 1,05 C6H5ONa 1311,23 16,30 NaOH 226,07 2,81 Na2SO3 1439,41 17,90 Na2SO4 177,71 2,21 H2O 4742,59 58,97 Tạp chất 61,13 0,76 Tổng cộng 8042,92 100,00 III.1.5. Giai đoạn lọc. III.1.5.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị: Là toàn bộ lượng vật chất ra khỏi thiết bị dập tắt. III.1.5.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị. a. Dung dịch lọc: Theo số liệu đã cho dung dịch lọc có thành phần như sau: C6H5ONa : 25% NaOH : 3,0% Na2SO3 : 3,0% Na2SO4 : 0,5% H2O : 68,5% Như vậy khối lượng các chất trong dung dịch lọc sẽ là: - Lượng phenolat natri: 98 1311,23 1285,01kg 100   - Tổng lượng dung dịch là : Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 52 1285,01 100 5140,02kg 25   -Lượng sunfit natri : 3 5140,02 154,20kg 100   -Lượng sunfat natri : 0.5 5140,02 25,70kg 100   -Lượng kiềm : 3 5140,02 154,20kg 100   -Lượng nước : 68,5 5140,02 3520,92kg 100   b. Bã lọc gồm có: -Lượng sunfit natri : 1439,41 – 154,20 = 1285,21 kg -Lượng sunfat natri : 177,71 – 25,70 = 152,01 kg -Lượng kiềm : 226,07 – 154,20 = 71,87kg -Lượng sunfonat natri : 84,78 kg -Lượng nước : 4742,59 – 3520,92 = 1221,67 kg -Tạp chất : 61,13 kg -Lượng phenolat natrri: 1311,23 – 1285,01 = 26,22 kg *Bảng cân bằng vật chất giai đoạn lọc: Bảng 5a: Lượng vào: TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) 1 C6H5SO3Na 84,78 1,05 C6H5ONa 1311,23 16,30 NaOH 226,07 2,81 Na2SO3 1439,41 17,90 Na2SO4 117,71 2,21 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 53 H2O 4742,59 58,97 Tạp chất 61,13 0,76 Tổng cộng 8042,92 100,00 Bảng 5b : Lượng ra: TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) dung dịch lọc C6H5ONa 1285,01 25,00 NaOH 154,20 3,00 Na2SO3 154,20 3,00 Na2SO4 25,70 0,50 H2O 3520,92 68,50 Cộng 5140,03 100,00 bã lọc C6H5SO3Na 84,78 2,92 C6H5ONa 26,22 2,90 NaOH 71,87 2,48 Na2SO3 1285,21 44,27 Na2SO4 152,01 5,24 H2O 1221,67 42,09 Tạp chất 61,13 2,11 Cộng 2902,89 100,00 Tổng cộng 8042,92 III.1.6. Giai đoạn axit hoá. Trong quá trình axit hoá, xảy ra các phản ứng: 2C6H5ONa + SO2 + H2O  2C6H5OH + Na2SO3 (8) 2 x 116 64 18 2 x 94 126 2NaOH + SO2  Na2SO3 + H2O (9) 2 x 40 64 126 18 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 54 III.1.6.1.Lƣợng vật chất vào thiết bị: a.Toàn bộ lượng dung dịch lọc: 5140,03kg có thành phần như trong bảng 5b b.Tổng lượng SO2 : 1285,01 64 154,20 64 477,85kg 2 116 2 40       III.1.6.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị . a.Lượng phenol tạo thành: 1285,01 2 94 99 1030,89kg 2 116 100      b.Tổng phenolat dư : 99 1285,01 1285,01 12,85kg 100    c.Tổng lượng sunfit natri: 1285,01 126 99 154,20 126 154,20 1087,98kg 2 116 100 2 40         Coi phản ứng trung hoà kiềm xảy ra hoàn toàn. d. Lượng nước: 154,20 18 1285,01 18 99 3520,92 3456,91kg 2 40 2 116 100         e.Lượng SO2 dư: 154,20 64 1285,01 64 99 477,85 3,55kg 2 40 2 116 100         g.Lượng sunfat natri: 25,7kg *Bảng cân bằng lƣợng vật chất giai đoạn axit hoá: Bảng 6a: Lượng vào TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Khối dung dịch C6H5ONa 1285,01 25,00 NaOH 154,20 3,00 Na2SO3 154,20 3,00 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 55 lọc Na2SO4 25,7 0,50 H2O 3520,92 68,50 Cộng 5140,03 100,00 Khí SO2 477,85 Tổng cộng 5617,88 Bảng 6b : Lượng ra : TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) 1 C6H5OH tạo thành 1030,89 18,36 2 C6H5ONa dư 12,85 0,23 3 Na2SO3 1087,98 19,38 4 Na2SO4 25,7 0,46 5 H2O 3456,91 61,57 Cộng 5614,33 100,00 6 SO2dư 3,55 100,00 Tổng cộng 5617,88 III.1.7. Giai đoạn lắng: III.1.7.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị: Toàn bộ phối phản ứng từ giai đoạn axit hoá: 5614,33 kg được chuyển sang thiết bị lắng (khí SO2 coi như thoát ra ngoài). III.1.7.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị: Sau khi lắng khối phản ứng phân thành 2 lớp: a. Dung dịch lắng: (phenol) Có thành phần 85% phenol và 15% nước nặng: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 56 97 1030,89 999,96kg 100   -Lượng phenol: 999,96 15 176,46kg 85   -Lượng nước: Vậy lượng dung dịch lắng phenol là: 999,96 + 176,46 = 1176,42 kg b. Bã lắng gồm có: -Phenol: 1030,89 – 999,96 = 30,93 kg -Phenolat natri: 12,85 kg -Natri sunfit: 1087,98 kg -Natri sunfat: 25,7 kg -Nước: 3456,91 – 176,46 = 3280,45 kg *Bảng cân bằng vật chất giai đoạn lắng: Bảng 7a: Lượng vào TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) 1 C6H5OH 1030,89 18,36 2 C6H5ONa 12,85 0,23 3 Na2SO3 1087,98 19,38 4 Na2SO4 25,7 0,46 5 H2O 3456,91 61,57 Tổng cộng 5614,33 100,00 Bảng 7b : Lượng ra TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) Dung dịch C6H5OH 999,96 84 H2O 176,46 15 Cộng 1176,42 100,00 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 57 Bã lắng C6H5OH 30,93 0,70 C6H5ONa 12,85 0,29 Na2SO3 1087,98 24,51 Na2SO4 25,7 0,58 H2O 3280,45 73,92 Cộng 4437,91 100,00 Tổng cộng 5614,33 *Bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1000kg sản phẩm: TT Tên chất Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%) 1 Benzen kỹ thuật 986,08 99% C6H5 + 1% tạp chất 2 Axit H2SO4 kỹ thuật 1354,29 96%H2SO4 + 4%H2O 3 Na2SO3 kỹ thuật 1063,53 86%Na2SO4 +14%H2O 4 Kiềm kỹ thuật 1329,85 85% NaOH + 14%H2O +1% tạp chất Vậy tiêu hao nguyên liệu cho 5000 tấn sản phẩm là : TT Tên chất vào Trọng lƣợng (tấn) Thành phần (%) 1 Benzen kỹ thuật 4930,40 99% C6H5 + 1% tạp chất 2 Axit H2SO4 kỹ thuật 6771,45 96%H2SO4 + 4%H2O 3 Na2SO3 kỹ thuật 5317,65 86%Na2SO4 +14%H2O 4 Kiềm kỹ thuật 6649,25 85% NaOH + 14%H2O +1% tạp chất III.2. Tính toán thiết bị sunfo hoá. Thời gian làm việc của thiết bị trong 1 năm là: 320 ngày (đã trừ ngày nghỉ , thời gian bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ). Năng suất của phân xưởng sản xuất phenol là: 5000 tấn /năm.  Năng suất 1 ngày đêm của một phân xưởng là: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 58 63,15 320 5000  (tấn / ngày) Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có thể tích khối sunfo hoá cho một tấn sản phẩm là: 1667,98 (lít). Thể tích khối phản ứng để đạt năng suất 15,63 tấn /ngày là: 1667,98 x 15,63 = 26070,53 (lít) Tiến hành sunfo hoá trong điều kiện thiết bị làm việc gián đoạn với thời gian sunfo hoá một mẻ là 10 giờ. Vậy số mẻ có thể thực hiện trong một ngày đêm của một thiết bị là: 24/10 = 2,4 (mẻ). Thể tích khối phản ứng trong một mẻ là : 26070,53 10862,72(lit) 2,4  Chọn thiết bị có thể tích là 3500 lít với hệ số đầy là 0,75; thể tích làm việc của thiết bị là : 3500 x 0,75 = 2625 (lít) Số mẻ cần tiến hành trong một ngày đêm của toàn phân xưởng là: 93,9 2625 53,26070  (mẻ) Số thiết bị cần có là: 14,4 4,2 93,9  (thiết bị) Số thiết bị cần đặt: 5 thiết bị. Vậy hệ số dự trữ năng suất là: 5 4,14 100 20,77% 4,14      III.2.1. Kích thước của thiết bị sunfo hoá được chọn như sau: Kích thước chung chọn theo 8-53. - Thể tích : V = 3500 (l) Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 59 - Chiều cao : H = 2270 (mm) - Đường kính trong : Dt = 1400 (mm) - Chiều dày : S = 10 (mm) - Trọng lượng : G = 1597,21 (kg) Kích thước các phần của thiết bị sunfo hoá: * Phần thân: - Đường kính trong : Dt = 1400 (mm) - Đường kính ngoài : Dn =1420 (mm) - Chiều cao: H = 1425 (mm) - Trọng lượng : G = 980 ( kg) * Phần đáy: - Đường kính ngoài: Dn = 1420 (mm) - Chiều dày: S = 10 (mm) - Chiều cao : H = 486 (mm) - Trọng lượng: G = 412,4 (kg) * Phần nắp: - Đường kính ngoài : Dn = 1420 (mm) - Chiều dày: S = 10 (mm) - Chiều cao: H = 200 (mm) - Trọng lượng : G = 204,76 (kg) III.2.2. Tính chiều dày thân thiết bị: Bề dày thân thiết bị hình trụ, làm việc dưới áp suất bên trong, được tính theo công thức :    zR PD S 200 9-33 D: đường kính trong của thiết bị = 1400 (mm) P: áp suất làm việc của thiết bị: 3 (kg/cm2) Rz: ứng suất kéo cho phép với thép Rz = 8 (kg/cm 2 ) 9-31  : hệ số bền của đường hàn: 0,9 9-33 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 60 C: hệ số dự phòng ăn mòn 2 – 6 (mm). Chọn C = 5 (mm) 9-33 92,75 89,0200 31400    S (mm) Qui chuẩn chọn S = 10 (mm) III.2.3. Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị: Chiều dày đáy hoặc nắp thiết bị làm việc dưới áp suất bên trong, có hình bầu dục xác định theo công thức :     y R DP S u n 200 1 (mm) 9-33 P: áp suất làm việc của thiết bị: 3 (kg/cm2). Dn: đường kính ngoài của thiết bị: 1400 + 2 x 10 = 1420 (mm) Rn: ứng suất uốn cho phép. Ru = 1,4 x Rz = 1,4 x 8 = 11,2 (kg/cm 2 ) 9-33 y: thừa số của dạng hình đáy phụ thuộc tỉ lệ chiều cao đáy và đường kính ngoài của thiết bị. H/D > 1/3 nên y= 0,7 [9-34] : hệ số hình dạng đáy với đáy nguyên: 2 2 5 7C mm      Vậy 33,877,0 2,11200 31420 1    S (mm) Qui chuẩn chọn S1 = 10 (mm) Thiết bị sunfo hoá đã chọn có kích thước bảo đảm an toàn cho sản xuất và năng suất phân xưởng, hình 3.1 sau: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 61 III.3. Cân bằng nhiệt lƣợng quá trình sunfo hoá 9. Thời gian làm việc của thiết bị trong một năm là 320 ngày (đã trừ ngày nghỉ tết, thời gian bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ). Năng suất 1 ngày đêm của phân xưởng là: 63,15 320 5000  (tấn / ngày) Thời gian sunfo hoá của 1 mẻ là 10h. Đặt 5 thiết bị phản ứng, số mẻ sunfo hoá trong 1 ngày của phân xưởng là: 12 10 524   (mẻ) Năng suất của thiết bị trong một mẻ là: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 62 3,1 12 63,15  (tấn) Quá trình sunfo hoá được tiến hành qua 2 giai đoạn: 1. Đun nóng axit từ nhiệt độ đầu t1 = 25 0 C đến t2 = 100 0 C 2. Sục hơi benzen ở t0 =1550C qua dung dịch axit sunfuric vào chung với khối phản ứng ở 1600C trong suốt quá trình. III.3.1. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn đun nóng axit: Phương trình cân bằng: Q1 = Q2 + Q3 +Q4 Trong đó: Q1: lượng nhiệt cần cung cấp, Kcal. Q2: lượng nhiệt lượng cần thiết để đun nóng axit 25 0 C đến 1000C, Kcal. Q3: lượng nhiệt cần để đun nóng thiết bị, Kcal. Q4: lượng nhiệt mất mát ra môi trường, Kcal. III.3.1.1. Nhiệt đun nóng axit Q2: Q2 = G2 x C2 x (tc-tđ) Trong đó: G2: lượng dung dịch axit sunfuric kỹ thuật 96% . C2: nhiệt dung riêng của axit sunfuric 96%. tđ: nhiệt độ đầu của axit 25 0 C. tc: Nhiệt độ của thiết bị lúc cuối 100 0 C. Từ bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1000 kg sản phẩm ta có lượng H2SO4 kỹ thuật là 1354,29 kg. Vậy lượng dung dịch axit H2SO4 96% cho một mẻ là: G2= 1354,29 x 1,3 = 1760,58 kg C2: nhiệt dung riêng của axit sunfuric 96% được tính từ các nhiệt dung riêng của các thành phần: -Nhiệt dung riêng của H2SO4 (20 0 C): CH2SO4 = 0,345 Kcal/Kg độ [9-142] -Nhiệt dung riêng của H2O (15 0 C) : CH2O = 1 Kca1/kg độ 9-141 CH2SO4 96%= aH2SO4 x CH2SO4 + aH2O x CH2O Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 63 =0,96 x 0,345 + 0,04 x 1 C2 = CH2SO4 96%= 0,376 Kcal/Kg độ Vậy : Q2 = 1760,58 x 0,376 x (100-25) = 49648,36 Kcal III.3.1.2. Nhiệt đun nóng thiết bị Q3. Q3 = G3 x C3 (tc – tđ) G3: Trọng lượng thiết bị sunfo hoá 1597,21 kg C3: Nhiệt dung riêng của thép 0,12 Kcal/ Kg độ 9-140 tđ: Nhiệt độ của thiết bị lúc ban đầu 25 0 C. Q3 = 1597,21 x 0,12 x (100 – 25) = 14374,89 Kcal III.3.1.3. Nhiệt mất mát Q4 đƣợc coi bằng 5% lƣợng nhiệt cần cung cấp: Q4 = 0,05Q1 III.3.1..4. Lƣợng nhiệt cần cung cấp : Q1 = 49648,36 + 14374,89 + 0,05Q1 Vậy Q1 = 67392,89 Kcal III.3.1.5. Lƣợng hơi đốt cần thiết : D 1QD r  r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước có áp suất P = 8at r = 526Kcal/Kg 8-146 67392,89 D 128,12kg 526   III.3.2. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn sunfo hoá: Phương trình cân bằng nhiệt lượng Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 +Q6 Trong đó: Q1: Nhiệt trao đổi với tác nhân, Kcal. Q2: Nhiệt do nguyên liệu mang vào, Kcal. Q3: Nhiệt tách ra từ quá trình sunfo hoá, Kcal. Q4: Nhiệt do sản phẩm mang ra, Kcal Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 64 Q5: Nhiệt đun nóng thiết bị, Kcal Q6: Nhiệt mất mát ra môi trường, Kcal. III.3.2.1. Nhiệt độ nguyên liệu mang vào: Q2 Q2 = Qa + Qb *Qa : nhiệt do axit mang vào, Kcal. Qa = Ga x Ca x ta Ga: Lượng axit kỹ thuật 96% mang vào dùng cho một mẻ: 1760,58 kg. Ca : Nhiệt dung riêng của axit sunfuric ở 100 0 C: 0,37 Kcal/kgđộ [9- 145] ta: Nhiệt độ cuối của axít : ta=100 o C.  Qa=1760,58 x 0,37 x 100 = 65141,46 kcal * Qb: nhiệt do benzen mang vào, Kcal. Qb = Gb x Cb x tb Gb: Lượng benzen vào cho một mẻ, kg Từ bảng nguyên liệu cho 1 tấn sản phẩm ta có khối lượng benzen kỹ thuật là: 986,08 kg Gb=986,08 x 1,3 =1281,90 kg Cb: Nhiệt dung riêng của benzen: 0,37 Kcal/kgđộ [9-145] (Coi tạp chất trong benzen có cùng nhiệt dung riêng như benzen) tb: Nhiệt độ của hơi benzen vào: 155 0 C Qb = 1281,9 x 0,37 x 155 = 73516,97 Kcal Vậy Q2 = 65141,46 + 73516,97 = 138658,43 Kcal III.3.2.2. Nhiệt của quá trình sunfo hoá: Q3 Q3 = Qp + Qn Trong đó: Qp nhiệt phản ứng , Kcal. Qn: Nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân, Kcal. a. Nhiệt phản ứng. QP = Gb 1000 p b q M Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 65 Với Gb: Lượng benzen đã chuyển hoá: Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có trọng lượng tịnh benzen là: 976,22 kg. Lượng bezen đã chuyển hoá là: Gb = 976,22 x 0,96 x 1,3 = 1218,32 kg * Mb: Khối lượng mol của benzen = 78 * qp: Nhiệt phản ứng của 1 mol được tính theo: qp = (qC6H5SO3H + qH2O )– (qH2SO4 + qC6H6) Trong đó: * qH2O: Nhiệt sinh của nước : 68,40Kcal/gmol 8-65 * qH2SO4: Nhiệt sinh của H2SO4: 193,80 Kcal/gmol 8-65 * qC6H5SO3H: Nhiệt sinh của benzen sunfo axit được tính theo công thức 6 5 3 a ch C H SO H n q qq   8-65 Trong đó: n: Số nguyên tử cùng tên. qa: Nhiệt cháy 1g mol nguyên tố. - Nhiệt cháy 1g mol cacbon : qC = 94,38 Kcal - Nhiệt cháy 1g mol hidro: qH = 34,19 Kcal - Nhiệt cháy 1g mol lưu huỳnh: qS = 69,30Kcal - Nhiệt cháy 1g mol oxi: q0 = 0 8-64 a n q 6 94,38 6 34,19 69,30 840,72Kcal      qch: Nhiệt cháy của benzen sunfo axit được tính theo công thức chung qch = 26,05n +  n: Là số điện tử chuyển dịch. Trong đó C6H5SO3H có: 5 Nguyên tử C chuyển dịch 4 điện tử 1 Nguyên tử C chuyển dịch 3 điện tử 5 Nguyên tử H chuyển dịch 1 điện tử n = 5 x 4 + 1 x 3 + 5 x 1 = 28 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 66 : Hệ số hiệu chỉnh tương ứng với nhóm đã cho (SO3H). SO3H = - 23,4 Kcal/gmol [8-71] Số nhóm thế giống nhau: 1 qch = 26,05 x 28 + (-23,4) = 706 Kcal/gmol  qC6H5SO3H = 840,72 – 706 = 134,72 Kcal/gmol * qC6H6: Nhiệt sinh của benzen được tính tương tự. Benzen có: 6 cacbon chuyển dịch 4 điện tử. 6 hydro chuyển dịch 1 điện tử và không có nhóm thế Vậy n = 6 x 4 + 6 x 1 = 30 qch = 26,05 x 30 = 781,5 Kcal/gmol a n q 6 94,38 6 34,19 771,42Kcal     qC6H6 = 771,42 – 781,5 = - 10,08 Kcal/gmol p 1000 Q 1218,32 19,4 303018,05kcal 78     Vậy qp = (134,72 + 68,4) – (193,8 + (-10,08)) = 19,40 Kcal/gmol b. Nhiệt thay đổi nồng độ của tác nhân Qn: Qn = G(1-S)qn Kcal Trong đó: * G: Lượng H2SO4 đã phản ứng. Lượng axit sunfuric đã phản ứng ở giai đoạn sunfo hoá là: G = 1177,47 x 1,3 = 1530,71 kg * S: Nồng độ ban đầu của tác nhân sunfo hoá tính theo % SO3. Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có: - Trọng lượng tinh H2SO4 là: 1300,12 kg Suy ra lượng SO3 có trong axit đầu là: 80 1300,12 1061,32kg 98   Trọng lượng H2SO4 kỹ thuật là: 1354,29 kg. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 67 Vậy nồng độ tác nhân sunfo hoá là: 1061,32 S 100 78,37% 1354,29    * qn: nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân. qn = qs - q Trong đó: qs: Nhiệt hoà SO3 vào nước tạo axit sunfuric có nồng độ ban đầu S (Kcal/kg) . q: Nhiệt hoà SO3 vào nước tạo axit sunfuric có nồng độ cuối  (axit đã làm việc)( Kcal/kg ). Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có lượng H2SO4 chưa phản ứng: 122,65 kg. Vậy lượng SO3 trong axit sau phản ứng: 122,65 80 100,12kg 98   Vậy nồng độ cuối của axit đã làm việc là:  = %39,7100 29,1354 12,100  Theo [8-168]: qs (%SO3) = 1300 Kcal/kgH2O [10-168] q (%SO3) = 850 Kcal/kgH2O  qn = 1300 – 850 = 450 Kcal/kg H2O Vậy nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân là: Qn = 1530,71 x (1 – 0,7837) x 450 = 148991,66 Kcal Do đó Q3 = 303018,05 + 148991,66 = 452009,71 kcal III.3.2.3. Nhiệt do sản phẩm mang ra: Q4 Q4 = QL + QH Trong đó: QL: Nhiệt do khối sunfo (sản phẩm lỏng ) mang ra, Kcal. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 68 QH: Nhiệt do hơi C6H6 và hơi nước mang ra, Kcal. a. Nhiệt do khối sunfo mang ra: QL = G x C x t G: Trọng lượng khối sunfo. G = 2084,97 x 1,3 = 2710,46 kg t: Nhiệt độ khối phản ứng ra 1600C. C: Nhiệt dung của hỗn hợp sản phẩm được tính từ nhiệt dung của các thành phẩn có trong hỗn hợp. C6H5SO3H – 91,05% CC6H5SO3H = 0,42 Kcal/kg độ H2O – 2,60% CH2O = 1 Kcal/kg độ H2SO4 – 5,88% CH2SO4 = 0,3445 Kcal/kg độ Tạp chất – 0,47% Ctạp chất = 0,37 Kcal/kg độ C = CC6H5SO3 x aC6H5SO3 + CH2O x aH2O + CH2SO4 x aH2SO4 + Ctạp chất x atạp chất a: nồng độ các thành phần.  C = 0,9105 x 0,42 + 0,026 + 0,0588 x 0,3445 + 0,0047 x 0,37 C = 0,43 kcal/kgđộ QL= 2710,46 x 0,43 x 160 = 186479,64 Kcal b. Nhiệt do hơi benzen và hơi nước mang ra. QH = (GbCb + GnCn) t + Gnrn Trong đó: * Gb: Trọng lượng hơi benzen: Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có: - Trọng lượng hơi benzen chưa phản ứng là: 39,05 kg Vậy cho một mẻ 1,3 tấn là: 39,05 x 1,3 = 50,77 kg * Gn: Trọng lượng hơi nước. Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có lượng hơi nước là: 216,35 kg. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 69 Vậy cho một mẻ 1,3 tấn là: 216,35 x 1,3 = 281,26 kg * t: Nhiệt độ hơi benzen và hơi nước: 1600C * Cb: Nhiệt dung riêng của benzen: 0,37 Kcal/kg độ * Cn: Nhiệt dung riêng của nước: 1 Kcal/kg độ * rn: ẩn nhiệt hoá hơi của nước: 490 Kcal/kg [9-280]  QH = (50,77 x 0,37 + 281,26 x 1) x 160 + 281,26 x 490 = 185824,58 Kcal Vậy Q4 = 186479,65 + 185824,58 = 372304,23 Kcal III.3.2.4. Nhiệt đun nóng thiết bị Q5: Q5 = G x C (t2 – t1) G: Trọng lượng thiết bị: 1597,21 kg C: Nhiệt dung riêng của thép 0,12 Kcal/kg độ [9-140] t1: Nhiệt độ của thiết bị lúc đầu: 100 0 C t2: Nhiệt độ của thiết bị lúc cuối : 160 0 C Q5 = 1597,21 x 0,12 x (160 – 100) = 11499,91 Kcal III.3.2.5. Nhiệt mất mát ra môi trƣờng bằng 5% lƣợng nhiệt cung cấp. III.3.2.6. Nhiệt cần trao đổi với tác nhân. 4 5 2 3 1 Q Q Q Q Q 0,95     1 372304,23 11499,91 138658,43 452009,71 Q 0,95     1Q 217751,58kcal  III.3.2.7. Lƣợng nƣớc cần để làm lạnh khối phản ứng đƣợc tính theo công thức: 1 2 1( ) Q G C t t   C: Nhiệt dung riêng của nước: 1 Kcal/kg độ t1: Nhiệt độ của nước vào: 25 0 C Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 70 t2: Nhiệt độ của nước ra: 45 0 C 217751,58 G 10887,58kg 1 (45 25)     CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ XÂY DỰNG Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 71 IV.1. Xác định địa điểm xây dựng và thiết kế tổng mặt bằng nhà máy [10]: IV.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu: Nhiệm vụ: nghiên cứu, phân tích, tổng hợp mọi số liệu của dự án để đưa ra các giải pháp bố trí thực tế trên điạ hình một khu đất cụ thể được lựa chọn làm cơ sở sản xuất. Yêu cầu : phải phù hợp với dây chuyền sản xuất, đảm bảo khả năng phát triển của nhà máy trong tương lai. Bố trí giao thông trong và ngoài nhà máy thuận tiện. Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp thuận lợi trong xây dựng . IV.1.2. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng : - Xác định địa điểm xây dựng hợp lý sẽ tạo điều kiện tốt cho giai đoạn chuẩn bị đầu tư, là cơ sở phát triển sản xuất , kinh doanh của nhà máy , vốn đầu tư cũng như giá thành của sản phẩm của nhà máy, trong giai đoạn trước mắt cũng như định hướng lâu dài của kế hoạch 5 năm, 10 năm. - Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy với các nhà máy lân cận. - Địa điểm lựa chọn xây dựng phải đảm bảo gần với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm của nhà máy. Gần nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén... Như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. - Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động liên tục của nhà máy , vậy cần chú ý đến các yếu tố sau: + Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm đường bộ, đường sắt, đường sông, đường biển kể cả đường hàng không. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 72 + Phù hợp và tận dụng mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các hệ thống kỹ thuật khác. + Nếu địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì phải xét đến khả năng xây dựng nó trước mắt, cũng như trong tương lai. - Địa điểm xây dựng được chọn cần lưu ý tới các điều kiện sau: + Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí giá thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lượng vận chuyển vật tư xây dựng từ nơi xa đến. + Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này. Do vậy trong thiết kế cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở các địa phương lân cận trong quá trình đô thị hoá. - Về địa hình khu đất: Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Kích thước, hình dạng và qui 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 như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy, khu đất được lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau: + Khu đất phải cao ráo tránh ngập lụt trong mùa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải dễ dàng. + Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên tốt nhất là i = 0,51% để hạn chế tối đa cho kinh phí san lấp mặt bằng (thông thường chi phí này khá lớn chiếm từ 1015% giá trị công trình). - Khu đất lựa chọn không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định( như có hiện tượng động đất, xói mòn hay hiện tượng cát chảy). Cường độ khu đất xây dựng là 1,52,5 kg/cm2. Nên xây dựng trên nền sét, đất đá mong, đất đồi,.. Để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình nhất là các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 73 - Khu địa điểm xây dựng được chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Điều đó không tránh khỏi là trong quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra chất độc hại như: Khí độc, nước bẩn, khói, bụi, tiếng ồn,.. Hoặc các yếu tố bất lợi khác như: dễ cháy nỗ, ô nhiễm môi trường,... Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu của môi trường công nghiệp tới khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần thoả mãn các điều kiện sau: + Địa điểm xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu quy phạm, qui định về mặt bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp tuyệt đối không được xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên. + Vị trí xây dựng nhà máy thường phải ở cuối hướng gió chủ đạo, bởi vì trong công nghiệp hoá chất nói chung và nhà máy chế biến dầu mỏ nói riêng, thường bị ô nhiễm bởi khí hyđro cacbon và các khí phụ khác nên địa điểm sản xuất đặt xa khu dân cư để hạn chế tối đa những ảnh hưởng xấu. Nguồn nước thải của nhà máy được xử lý phải hạ lưu và cách bến dùng của khu dân cư tối thiểu là 500m. Sơ đồ dây chuyền sản xuất: Nguyên liệu Giai đoạn sunfo hoá Giai đoạn trung hoà Giai đoạn nóng chảy kiềm Giai đoạn axit hoá sản phẩm chính phenol Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 74 IV.1.3. Địa Điểm Xây Dựng: Từ các cơ sở trên , ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất phenol tại Dung Quất – Quảng Ngãi. Nơi được chính phủ phê duyệt xây dựng khu công nghiệp. Đối với địa điểm này mang nhiều yếu tố thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy sản xuất phenol như: Mạng lưới giao thông. Hướng Đông cách cách khoảng 6 km là biển, với độ sâu và rộng rất thuận lợi cho các tàu tải trọng lớn cập bến và có thể có nhiều tàu cập bến một lần. Hướng Tây Nam là mạng lưới giao thông quốc gia cả đường bộ và đường sắt. Hướng Bắc giáp khu kinh tế mở Quảng Nam. Vì vậy về mặt giao thông sẽ rất thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu về nhà máy cũng như việc vận chuyển sản phẩm của nhà máy đi tiêu thụ. Mặt khác vật liệu, vật tư xây dựng nhà máy lấy ngay trong nội tỉnh. Nguồn nhân công dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy cũng như việc vận hành nhà máy sau này. Một vấn đề cũng rất cần thiết nữa là: Kích thước và hình dáng khu đất rất thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Khu đất cao ráo, không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu đất khoảng 1% với nền đất sét kết hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu tải trọng lớn. Với địa hình của nhà máy là hướng Đông giáp biển và hướng gió chủ đạo là hướng Tây Nam vì vậy các chất khí, bụi của nhà máy sẽ ít hoặc không ảnh hưởng đến khu dân cư. IV.1.4. Tổng mặt bằng nhà máy: Nhà máy sản xuất phenol chiếm một diện tích khá rộng lớn trong đó bao gồm các liên hợp các phân xưởng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sản phẩm của phân xưởng này là nguyên liệu của phân xưởng kia, vì vậy đòi hỏi Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 75 các phân xưởng phải được phân bố một cách hợp lý phù hợp với mối liên hệ của các phân xưởng. Điều kiện làm việc trong nhà máy có những công đoạn đòi hỏi rất khắt khe về chế độ công nghệ. Mặt khác sản phẩm của nhiều quá trình dễ cháy nổ do đó cần đặc biệt chú ý và tuyệt đối đảm bảo an toàn chống cháy nổ trong các phân xưởng và an toàn nhà máy. Giữa các phân xưởng sản xuất phải có khoảng cách đảm bảo an toàn và thuận lợi cho quá trình lưu thông của dòng người, dòng xe đồng thời nguyên liệu và nhiên liệu, xúc tác, các hoá chất phụ trợ và thiết bị, phương tiện khác cũng phải đảm bảo lưu thông. Các hạng mục công trình nhà máy được xây dựng thoả mãn tính chất hợp khối phục vụ quá trình sản xuất liên tục đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp và điều kiện mỹ quan. Với tính chất của một nhà máy sản xuất hoá chất, vì vậy vấn đề tránh độc hại cho người cũng như không gây ô nhiểm môi trường cần được chú ý đặc biệt. Bảng 1: Các hạng mục công trình trong nhà máy sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá với năng suất là 5000 tấn/năm. Các hạng mục công trình Dài(m) Rộng (m) Diện tích (m 2 ) 1. Phân xưởng sản xuất phenol 42 24 1008 2. Nhà sửa chữa cơ khí 30 15 450 3. Bể nước 9 6 54 4. Phòng bảo vệ 6 6 36 5.Nhà hành chính 30 12 360 6. Nhà ăn 30 12 360 7. Gara ôtô con 24 12 288 8. Gara ôtô tải trọng lớn 24 12 288 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 76 9. Bãi đỗ xe 18 12 216 10. Trạm cứu hoả 18 12 216 11. Kho chứa nguyên liệu 24 15 360 12. Nhà để xe đạp ,xe máy 18 12 216 13. Trạm điện 18 9 162 14. Trạm bơm 18 9 162 15. Khu xử lý nước thải 30 9 270 16. Kho thành phẩm 24 15 360 17. Khu xử lý phế thải 30 9 270 18. Phòng vệ sinh 6 6 36 Tổng 5184 IV.2. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy [10]. IV.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy là một giai đoạn quan trọng, nhiệm vụ của nó là nghiên cứu,phân tích ,tổng hợp mọi dữ liệu của dự án sang các giải pháp bố trí thực tế trên địa hình một khu đất cụ thể đã được chọn làm cơ sở cho việc tổ chức xây dựng nhà máy sản xuất phenol. *Nhiệm vụ chính khi thiết kế nhà máy: +Đánh giá các điều kiện tự nhiên, nhân tạo của khu đất xây dựng nhà máy làm cơ sở cho các giải pháp bố trí sắp xếp các hạng mục công trình, các công trình kỹ thuật, biện pháp giải quyết các vấn đề vi khí hậu của nhà máy và các nhà sản xuất...Sao cho phù hợp tối đa yêu cầu dây chuyền công nghệ của nhà máy lân cận trong vùng công nghiệp. Xác định cơ cấu mặt bằng, hình khối kiến trúc của các hạng mục công trình, định hướng nhà, tổ chức mạng lưới công trình phục vụ công cộng, trồng cây xanh, hoàn thiện khu đất xây dựng, hướng phân chia thời kỳ xây dựng. Nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 77 + Giải quyết các vấn đề có liên quan đến môi trường qua các giải pháp để đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp, chống ồn chống ô nhiễm mặt nước và khí quyển, cũng như các vấn đề liên quan đến an toàn sản xuất như hoả hoạn hoặc các sự cố đặc biệt khác. + Giải quyết các quan hệ về cảnh quan đô thị với môi trường xung quanh tạo khả năng hoà nhập của nhà máy với các nhà máy lân cận, phù hợp hài hoà với không gian tự của vùng. * Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: Để có được phương án tối ưu khi thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể như sau: + Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được mức cao nhất của dây chuyền công nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn nhất, không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Bảo đảm mối liên hệ mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông, các mạng lưới cung cấp kỹ thuật khác bên trong và bên ngoài nhà máy. + Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân thành các khu vực chức năng theo đặc điểm của sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối lượng phương tiện vận chuyển, mật độ nhân công,.. Tạo điều kiện tốt cho việc quản lý vận hành của các khu vực chức năng. + Diện tích khu đất xây dựng được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của dây chuyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cường vận dụng các khả năng hợp khối nâng tầng sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh tổ chức môi trường công nghiệp và định hướng phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai. + Tổ chức hệ thống giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây chuyền công nghệ, đặc tính hàng hoá đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý, luồng người luồng hàng phải ngắn nhất không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra, còn phải chú ý khai thác phù hợp với mạng lưới giao thông quốc gia cũng như các cụm nhà máy lân cận. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 78 + Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trường bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng gió chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho việc thông thoáng tự nhiên hạn chế bức xạ nhiệt của mặt trời truyền vào nhà. + Khai thác triệt để các đặc điểm khí hậu địa phương nhằm giảm đến mức có thể chi phí san nền, xử lý nền đất, tiêu huỷ, xử lý các công trình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình. + Phải đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải chống ô nhiễm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công cộng... Nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích xây dựng. + Phân chia thời kỳ sản xuất hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sớm đưa nhà máy vào sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư xây dựng. + Bảo đảm các yêu cầu thẩm mỹ của từng công trình, tổng thể nhà máy. Hoà nhập đóng góp cảnh quan xung quanh tạo thành khu kiến khu công nghiệp đô thị. IV.2.2. Những giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế tổng mặt bằng nhà máy cần vận dụng linh hoạt các biện pháp có tính nguyên tắc sau, để đạt được hiệu quả cao nhất khi tiến hành nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng. Đây là một biện pháp có tính định hướng ban đầu để có thể đi đến giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy hợp lý. Thực chất của biện pháp này là phân chia các bộ phận chức năng của nhà máy thành các nhóm theo đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điểm sản xuất, khối lượng và đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điểm phân bố nhân lực, đặc điểm và các yêu cầu vệ sinh công nghiệp cũng như các Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 79 đặc thù sự cố của các công đoạn sản xuất. Những nhóm chức năng này sẽ được bố trí trên các khu đất của nhà máy công nghiệp trong mối quan hệ của công nghệ sản xuất cũng như các yêu cầu về quy phạm sự cố và vệ sinh công nghiệp. Trên cơ sở nguyên lý người ta đưa ra các biện pháp phân chia khu đất xây dựng nhà máy thành các vùng chức năng. *Giải pháp phân vùng: Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người ta thiết kế sẽ vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiết kế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Biện pháp bày phân chia khu đất thành 4 vùng chính. 3 4 2 1 + Vùng trước nhà máy: Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào, gara ôtô và xe đạp... Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trước nhà máy hầu như được dành diện tích cho bãi đỗ xe ôtô, xe gắn máy, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuỳ theo yêu cầu đặc điểm sản xuất, quy mô của các nhà máy có diện tích từ 420% diện tích toàn nhà máy. + Vùng sản xuất: Nơi bố trí các nhà và các công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, như các xưởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm 2252% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lưu ý một số điểm sau: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 80  Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng như về hướng .  Các nhà sản xuất chính , phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần nơi phía cổng hoặc gần trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng.  Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy cách vệ sinh công nghiệp. + Vùng các công trình phụ: Nơi đặc các nhà và công trình cung cấp năng lượng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi.... Xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Tuỳ theo yêu cầu mức độ của công nghệ mà vùng này có diện tích từ 1428% tổng diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình trên vùng này người ta thiết kế cần lưu ý một số điểm sau: Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và tiêu thụ năng lượng ( khai thác tối đa hệ thống cung cấp ở trên không và ngầm dưới mặt nước). Tận dụng các khu đất không thuận lợi về hướng hoặc giao thông để bố trí các công trình phụ. Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất không thuận lợi đều phải chú ý bố trí cuối hướng gió chủ đạo. + 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 nhà máy... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và qui mô nhà máy vùng này thường chiếm từ 2337% tổng diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này nguời thiết kế cần lưu ý một số điểm sau: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 81 Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hưóng. Nhưng phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng cho việc nhập, xuất hàng của nhà máy. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ, hệ thống kho tàng có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. Vì vậy người thiết kế có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. Ƣu nhƣợc điểm của của giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: + Ưu điểm: Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của quá trính sản xuất nhà máy. Thích hợp với những nhà máy có các xưởng, những công đoạn có các đặc điểm sản xuất khác nhau. Đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh trong sản xuất như 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 nước ta. + Nhược điểm: Dây chuyền sản xuất phải kéo dài. Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng. Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. * Giải pháp hợp khối: Để đạt hiệu quả cao trong ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tự động hoá sản xuất, phù hợp với xu hướng phát triển trong công tác thiết kế nhà máy công nghiệp trên thế giới và việt nam hiện nay. Khi sử dụng nguyên tắc thiết kế này cần lưu ý các yêu cầu : Các xưởng sản xuất, các công trình kỹ thuật có đặc điểm giống nhau, hoặc không ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình tổ chức vận hành sản xuất. Đặc điểm vệ sinh công nghiệp giống nhau, tương tự hoặc ít gây ô nhiễm độc hại hoặc có sự cố công nghiệp ảnh hưởng đến các bộ phận khác. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 82 Các chế độ vi khí hậu bên trong các điều kiện chiếu sáng tương tự nhau. Đặc điểm địa chất của khu đất cho phép , các yêu cầu của sản xuất không ảnh hưởng lẫn nhau, các phương thức tổ chức giao thông chiều đứng đơn giản có thể áp dụng giải pháp nâng tầng. Hợp khối các công trình có ưu điểm sau: + Ưu điểm: Số lượng các công trình giảm, thuận lợi cho quy hoạch mặt bằng chung. Tiết kiệm đất xây dựng từ 1030%. Rút ngắn mạng lưói giao thông vận chuyển từ 2025%. Giảm giá thành xây dựng từ 1018%. Rút ngắn thời gian xây dựng từ 2025%. Năng suất lao động tăng từ 2025%. + Nhược điểm: Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam nếu áp dụng không hợp lý sẽ gặp các nhược điểm sau: Không phù hợp với các xưởng, các công đoạn sản xuất có đặc điểm, tính chất sản xuất khác nhau. Điều kiện thông thoáng chiếu sáng tự nhiên kém. Gặp nhiều khó khăn trong việc thoát nước mái. Trong các điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi sẽ rất tốn kém cho chi phí san nền và gia cố nền móng. Bởi vậy, khi thiết kế cần xem xét kỹ các điều kiện của giải pháp hợp khối các công trình để lựa chọn các biện pháp thiết kế thích hợp. Nâng cao mật độ xây dựng. Để tiết kiệm diện tích đất xây dựng một cách tối đa khi thiết kế mặt bằng chung nhà máy, ngoài giải pháp hợp khối phải chú ý tính toán hợp lý diện tích của các hạng mục công trình trên cơ sở yêu cầu dây chuyền sản xuất và lựa chọn hình dạng của nhà và công trình gọn gàng phù hợp với hình dạng của khu đất, để hạn chế các khu đất không sử dụng được gây lãng phí đất. Bố trí khoảng cách các công trình hợp lý đảm bảo các quy phạm về phòng hoả, cách ly theo điều kiện vệ sinh công nghiệp đảm bảo các điều kiện mở rộng nhà máy. Trong quá trình nghiên cứu thiết kế quy hoạch mặt bằng nhà máy cần lưu ý đến yếu tố phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai, trong các trường hợp sau: Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 83 Nâng cao công suất của nhà máy, mở rộng sản xuất sản phẩm mới, thay thế các máy móc thiết bị mới. Trong xây dựng mở rộng nhà máy cần phải thoả mãn các điều kiện sau: Trong quá trình xây dựng mở rộng nhà nhà máy không được ảnh hưởng đến các công trình hiện có, không phá vỡ không gian kiến trúc đã có mà phải tăng thêm khả năng thẩm mỹ hoàn chỉnh không gian dự kiến. Tuyệt đối không ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất đã có, dự kiến các vị trí khu đất có thể phát triển để khi mở rộng không ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất và hệ thống giao thông của nhà máy. IV.2.3. Mặt bằng nhà máy: Vì nhà sản xuất có dây chuyền sản xuất, tính chất và đặc điểm của sản xuất gần giống nhau do đó thiết kế mặt bằng phân xưởng sản xuất theo nguyên tắc hợp khối với tổng diện tích là : 5184 (m2). KẾT LUẬN Qua bốn tháng làm việc được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là cô TS. Nguyễn Hồng Liên , cùng với sự cố gắng của bản thân , nay em đã hoàn thành bản đồ án được giao : “Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá với năng suất 5000 tấn/năm”. Với những nội dung chính sau: 1. Sơ lược về: công thức, tính chất, cấu tạo, và ứng dụng của phenol. 2. Tổng quan về các phương pháp sản xuất phenol, so sánh và chọn được phương pháp sản xuất phù hợp với điều kiện trong nước. 3. Trình bày những nét cơ bản về lý thuyết các quá trình hoá học chính: sunfo hoá và nóng chảy kiềm. 4. Xây dựng dây chuyền sản xuất phenol. 5. Tính cân bằng vật chất các giai đoạn. 6. Tính một thiết bị phản ứng và cân bằng nhiẹt lượng ở thiết bị đó. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 84 Trong quá trình làm bản đồ án này em đã hiểu thêm rất nhiều về việc thiết kế , tính toán một phân xưởng sản xuất, tính toán và thiết kế cho một dự án đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp của nhiều ngành , nhiều lĩnh vực khác nhau như : Khoa học , xã hội , kinh tế ,...Tuy nhiên khi đưa một thành quả của việc nghiên cứu vào sản xuất thực tế là một quá trình hết sức phức tạp. Quá trình làm bản đồ án này cũng đã giúp em cũng cố lại những kiến thức mà em đã học trong nhà trường từ trước đến nay, cụ thể là nắm được lý thuyết về các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm , hiểu được các cơ chế phản ứng , biết cách tính toán được các thiết bị,... Trong khuôn khổ bản đồ án này có thể còn có những thiếu sót do việc tính toán chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết và bước đầu làm quen với công tác thiết kế , xây dựng phân xưởng. Em rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô và bạn bè để bản đồ án được hoàn thiện và khi áp dụng vào thực tế. Một lần nữa , em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các quí thầy cô trong bộ môn và các bạn trong lớp đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội , ngày ....... tháng...... năm 2004 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 85 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Nguyễn Minh Phong 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Barbara Elvers , Stephen Hawkins. Ullmann’s Encyclopendia of industrial Chemistry .Vol A19,1991. [2]. Nguyễn Minh Châu . Giáo trình Hoá hữu cơ. Trường ĐHSP Qui Nhơn, 1996. [3].Alain – Chauvel Petrochemiscal Process. Gulf Publishing Company (Paris), 1989. [4]. Barbara Elvers , Stephen Hawkins. Ullmann’s Encyclopendia of industrial Chemistry .Vol A20,1992. [5]. RA.LINDIN, V.A . MOLOSCO , L.L. ANDREEVA, người dịch: Lê kim Long và Hoàng Nhuận. Tính chất lý hoá học các chất vô cơ . NXB KH & KT , 2001 [6] PGS. TS Lê Mậu Quyền, hoá học vô cơ, nhà xuất bản khoa học và kĩ thật, 2000. [7].Vũ Thế Trí . Kỹ thuật tổng hợp các chất hữu cơ trung gian, Trường ĐHBK Hà Nội, 1974. [8]. A.Г. Касаτκин и А. Н.Праноьскuй. просецы и аппараты npouышности органическово синтеза, Москва,1979. [9]. Ю.И.Дытнерский, người dịch: Vương Đình Nhàn . Sổ tay tóm tắt của kỹ sư hoá chất .NXB Giáo Dục Hà Nội . 1961. [10]. PGS. Ngô Bình, TS. Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình Tính. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, bộ môn xây dựng công nghiệp, 1997.