Luận văn Thiết kế phân xưởng sản xuất keo phênol-Formalđêhyd tan trong cồn

2 cho 1 mẻ sản xuất Chọn hệ số đầy cho thùng lường là a = 0,8 Tương tự thùng chứa ta có: Þ D = 0,49 (m) Þ H = 0,59 (m) Qui chuẩn: D = 0,5m H = 0,6m Chọn S = 4mm 4. Thùng lường rượu êtylic Thể tích của êtylic cho 1 mẻ sản xuất Chọn hệ số đầy cho thùng lường là a = 0,8 Tương tự ta có: Þ D = 0,798 (m) Þ H = 0,958 (m) Qui chuẩn: D = 0,8m H = 1m Chọn S = 4mm III. BỂ ĐUN NÓNG PHÊNOL TINH THỂ Mỗi thùng phuy chứa phênol tinh thể có kích thước . D = 0,6 m H = 1m Þ Thể tích mỗi thùng phuy Vt = p. Þ Số thùng cần cho 1 thùng chứa là n = Do đó ta thiết kế 1 bể đun nóng cho 15 thùng phuy để đun nóng phênol. Bể có dạng hình hộp chữ nhật có cạnh 3,5 và 2,5 chiều cao của hình hộp là 1,5m. Dưới đáy bể có hệ thống ống xoắn ruột gà để đun nóng chảy phênol trong bể phênol sau khi nóng chảy được vận chuyển qua thùng chứa. IV. TÍNH VÀ CHỌN BƠM Ta dùng 2 loại bơm : bơm li tâm và bơm chân không. 1. Bơm ly tâm để bơm phênol * Thời gian bơm phênol lên thùng được khống chế trong 10 phút. * Năng suất của bơm được tính . V- Thể tích phênol trong 1 mẻ sản xuất t - Thời gian bơm lên thùng lường (h) t = Q - Năng suất bơm Q = * Đường kính ống dẫn được tính theo công thức w - Vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống Ta chọn chất lỏng chuyển động trong ống là 2m/s Þ Qui chuẩn d = 42mm Áp suất toàn phần của bơm đượ tính theo công thức II-185 STTIT534 (m) - Trong đó: P1, P2 - là áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút (P1=P2=1at) H0 - là chiều cao hút và đẩy của bơm chọn H0=10m Hm- là trở lực thủy lực trong mạng ống được tính theo công thức 1.1202 QTTBT1 T164 Hm = H1+åHs H1- là tổng áp suất lên thành ống l - hệ số ma sát của trở lực l = f(Re,e) Re - chuẩn số râynol Re = m - độ nhớt động lực của phênol Tra bảng I-101STTI T101 ở 400C ta có m = 4,77.10-3. Þ Re = Ta thấy Re > 10.000 nên l được tính theo công thức (1-101 QTTBT1 T67) n - hệ số độ nhám e - chiều cao của gờ nhám. Chọn ống thép mới không hàn nên e = 0,08mm theo bảng II-15 STTI T466 r - bán kính ống dẫn Þ l - chiều dài ống dẫn, toàn bộ ống dẫn có chiều dài là 15m Þ + Trở lực cục bộ Với åe = åekhuỷu + åeđột thu + åeđột mở + åe van Trên đường ống có 3 khủyu cong 900 nên theo bảng II-16 STTII T467 tacó ekhuỷu = 1 Þ åekhuỷu = 3 1=3 Có 2 đột thu 1 chỗ vào ống hút ta lấy e = 0,5 và 1 chỗ vào bơm ta lấy e = 0,2 Þ åeđột thu = 0,5 +0,2 = 0,7 Có 1 đột mở 1 chỗ ra của bơm lấy e = 0,09 Có 2 van : 1 van ở cửa vào bơm và 2 van ở cửa ra ta chọn van tiêu chuẩn Þ e = 4,9 Þ åevan = 2 4,9 = 9,8 Þ H3 = (m) Þ Hm = 1,966+2,77 = 4,736 (m) Þ Áp suất toàn phần của bơm là: H = H0 + Hm = 10 + 4,736 = 14,736 (m) * Công suất của bơm - Công suất lý thuyết của bơm được xác định theo công thức II-189 STTII T535. N = (KW) Trong đó : Q - Năng suất của bơm Q = H - Áp suất toàn phần của bơm H = 14,736 m r - Khối lượng riêng của phênol r = 1058 kg/m3 g - Gia tốc trọng trường h - Hiệu suất bơm h = 0,72 - 0,93 chọn h = 0,8 Þ N = (kw) * Công suất của động cơ điện - Công suất của động cơ điện được tính theo công thức II-190 STTI T536 (kw) Trong đó : N - Công suất của bơm N = 0,44 (kw) htr - Hiệu suất truyền động chọn h= 0,9 hđc - Hiệu suất động cơ điện chọn h= 0,9 Þ nđc = (kw) Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán để dự trữ khi xảy ra trường hợp quá tải b - Hệ số dự trữ công suất do Nđc = 0,54 nhỏ hơn 1 nên chọn b =2 Þ Dựa vào bảng II-39 STTI T447 ta chọn loại bơm X có các thông số: + Năng suất 3¸288 m3/h + Áp suất toàn phần 10¸143 (m) + Số vòng quay 1 450¸2900 v/phút + Nhiệt độ chất lỏng 40¸900C Chọn dộng cơ điện thuộc dãy động cơ không đồng bộ A2 công suất 1,1 kw 2. Bơm ly tâm để bơm formalđêhyd Tương tự như bơm ly tâm để bơm phênol ta có : * Năng suất của bơm Khống chế thời gian bơm formalđêhyd lên thùng lường là 10 phút (m3/h) * Đường kính ống dẫn d = Qui chuẩn d = 42mm * Áp suất toàn phần (m) Ta có Re = m: độ nhớt của formalđêhyd m = 0,6327.10-3 (Ns/m2) Þ Re = Do Re > 10.000 nên được tính theo công thức tương tự bơm phênol ta có: Þ Þ Ta có = 2,77 (m) Þ Hm = 1,32 + 2,77 = 4,09 (m) Þ Áp suất toàn phần của bơm H = H0 + Hm = 10 + 4,09 = 14,09 (m) * Công suất của bơm (tương tự như bơm phênol) - Công suất lý thuyết N = (kw) N = - Công suất của động cơ điện (kw) Þ Nđc = (kw) - Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán để dự trữ khi xảy ra trường hợp quá tải. (b = 2 do Nđc < 1kw) Þ = 2 0,509 = 1,019 kw Dựa vào bảng II-393 STTI T447 ta chọn loại bơm có X có các thông số + Năng suất 3¸288 m3/h + Áp suất toàn phần 10¸143 m + Số vòng quay 1450¸2900 v/phút + Nhiệt đô chất lỏng 40¸900C Chọn động cơ điện thuộc động cơ không đồng bộ A2 có công suất 1 kw 3. Tính và chọn bơm chân không Trong quá trình sản xuất nhựa rezolic, có độ chân không cần thiết lớn nhất là 300 mmHg, đồng thời tạo độ chân không để hút nước ngưng, với độ chân không như vậy ta dùng bơm chân không vòng nước, vì bơm chân không vòng nước có thể tạo độ chân không 92% (ở 200C) và theo lý thuyết có thể tạo độ chân không đến 98%, năng suất của bơm từ 0,25¸465m3/phút - Công suất bơm Công suất của bơm được áp dụng theo công thức. N = (kw) Q - Năng suất của bơm m3/s (lấy Q = 0,005 m3/s) H - Áp suất do bơm tạo ra lấy H = 1060 mm. Hg = (N/m2) h - Hiệu suất của bơm lấy h = 0,45 N = (kw) - Công suất của động cơ điện (kw) Dựa vào bảng II-59 STTI T514 ta chọn bơm chân không vòng nước loại KHB-8 có các thông số. Năng suất khoảng 620 mmHg Công suất động cơ điện 2,2 KW V. TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ . - Ta thiết kế thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm được dùng cho 2 quá trình. + Ngưng tụ hồi lưu khi phản ứng đa tụ nhựa + Ngưng tụ khi sấy - Thiết bị này có ưu điểm là bề mặt truyền nhiệt tương đối cao, phù hợp với yêu cầu ngưng tụ lỏng, dễ chế tạo, làm sạch sửa chữa. - Ta chọn + Chiều dài của ống l = 1,5 m + Đường kính của ống d = 0,035 m + Độ dày của ống 0,0025 m + Nhiệt độ ban đầu của nước làm lạnh 250C + Nhiệt độ của hỗn hợp ban đầu là 900C 1. Tính hệ số cấp nhiệt a1 đối với hơi nước ngưng tụ Áp dụng công thức V-106 STTII T28 ta có (W/m2độ) Trong đó: A - Hệ số có giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tụ ở 700C tra bảng ta có A = 162 r - Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước r = 2302,74.103 J/kg (theo toán đồ hình I-65 STTI T255) H - chiều cao bề mặt truyền nhiệt H = 1,5m DtT1 - hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành ống ta giả sử chọn DtT1 = 30C Lúc đó nhiệt độ thành ống phía ngưng tụ tT1 = 90 - 3 = 870C Do đó a1 = 2,04 162 Vậy q1 = a1Dt =88393 = 26517 2.Hệ số cấp nhiệt a2 đối với nước làm lạnh. Hiệu số nhiệt độ giữa 2 bề mặt tường ống DtT = tT1 - tT2 = q.år - Trong đó: år = r1 + : tổng nhiệt trở r1, r2 - nhiệt độ của cặn ở 2 phia tường r1 = r2 = 0,464.10-3 (theo bảng V-1STTII T4) dt = 2,5mm bề dày của thép l = 50,2 - hệ số dẫn nhiệt của của thép CT3 Þ DT = q1.år = 26517 0,978.10-3 = 25,90C » 260C - Nhiệt độ thành ống phía nước lạnh tT2 = tT1 - DT = 87 - 26 = 610C Mà t2 = Dt2 = tT2 -t2 = 61 - 35 = 260C - Hệ số cấp nhiệt a2 = - Trong đó : d - đường kính ngoài của ống d = 0,035 + 0,0025 2 = 0,04 m l - hệ số dẫn nhiệt của nước tra bảng I-129 STTI T113 ta có l = 53,1.10-2 Kcal/mhđộ = 0,618 Nu - chuẩn số nuxen Giả sử dòng chảy của nước làm lạnh là dòng chảy xoáy (Re = 104) nên chuẩn số Nu được tính Nu = 0,021 e.Re0,8.Pr0,43 . (V-40 STTII T40) e - Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào H/d = 37,5 Do đó e = 1,03 với Re = 104 Pr = Chuẩn số pran Trong đó C - Nhiệt dung riêng của nước C = 4186,8 (J/kgđộ) m - Độ nhớt của nước m = 1,005.10-3 (Ns/m2) (bảng I-101STTIT101) l - Hệ số dẫn nhiệt của nước l = 0,618 pr = Chọn Vậy Nu = 0,021 1,03 (104)0,8 (6,8)0,43 (1)0,25 = 78,17 Þ a2 = Vậy q2 = a2. Dt2=1207,713 26 = 31400,538 So sánh Ta thấy nên ta giả thiết lại Giả thiết DtT1 = 2,5 - Tính toán tương tự trên, ta có tT1 = t1 - DtT1 = 90 - 3,5 = 86,50C Þ a1 = 2,04 162 Þ q1 = a1. Dt1=8504,848 3,5 = 29766,968 Hiệu số nhiệt độ của tường phía nước làm lạnh tT2 = tT1- DT= 86,5 - 26 = 60,50C Dt2 = tT2 - t2 = 60,5 - 35 = 25,50C Þ q2 = a2 Dt2 = 1207,7 25,5 = 30796,682 So sánh Ta thấy phù hợp Nên 3. Tính bề mặt truyền nhiệt Áp dụng Trong đó q - nhiệt tải riêng q = 30281,825 Q- nhiệt lượng trao đổi (W) Xem quá trình trao đổi nhiệt từ hơi ra cho nước là quá trình truyền nhiệt qua tường ống một lớp trong trạng thái nhiệt ổn định nên áp dụng công thức 7-16QTTBT1 T213 Q = Trong đó : r1 - Bán kính trong của ống r1 = r2 - Bán kính ngoài của ống r2 = l - Chiều dài ống l = 1,5 m tT1 - Nhiệt độ tường bên trong tT1 = 86,50C tT2 - Nhiệt độ tường bên ngoài tT1 = 60,50C Thay vào Q = Þ F = (m2) 4. Tính số ống truyền nhiệt F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt dtb - Đường kính trung bình của ống truyền nhiệt l - Chiều dài ống Thay vào Qui chuẩn lấy n = 19 ống theo bảng V-11 STTII T48 5. Tính đường kính thiết bị ngưng tụ - Ống truyền nhiệt cao 1,5 m - Đường kính ngoài ống truyền nhiệt: 0,04 m - Bố trí mạng ống theo hình 6 cạnh đều tính theo công thức b = 2a - 1 (V-139 STTII T48) a: tổng số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng. Mà tổng số ống n = 3a(a-1) + 1 = 19 Þ a = 3 Þ b = 2 3 - 1 = 5 - Đường kính trong thiết bị ngưng tụ được xác định Dt = t(b-1) + 4d (m) V-140 STTII T49 t - bước ống chọn t = 1,5d = 1,5 0,035 Þ Dt = 0,0525 (5-1).t4 0,035 = 0,35m = 350mm Vậy đường kính thiết bị ngưng tụ là 350mm VI. THIẾT BỊ HÒA TAN - Thiết bị hòa tan dùng để hòa tan nhựa trong cồn - Thể tích chất lỏng trong thùng Vcl = Vnhựa + Mà Vnhựa = (m3) = (m3) Þ VCT = 1,896 + 0,436 = 2,382 (m3) Chọn hệ số đầy a = 0,65 Þ V = m3 Tương tự ta tính được đường kính thiết bị V = Vt + Vđ = m3 Þ D3 = m3 Þ D = 1,495 (m) H = 1,20 = 1,79 Qui chuẩn D = 1,5 m H = 1,8 m S = 6 mm CHƯƠNG III CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG I. NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA HỖN HỢP KHI CHO VÀO NỒI PHẢN ỨNG - Nhiệt độ phênol nóng chảy vào nồi phản ứng là 400C, sẽ cung cấp cho 2 cấu tử còn lại là formalđêhyd và Ba(OH)2 đồng thời còn có nhiệt độ thành trong của thiết bị. - Nhiệt độ lúc đó gọi là nhiệt độ thành bình và được tính theo phương trình cân bằng nhiệt. - Khi đó : + Trọng lượng phênol cho vào nồi G1 = 1462,234 kg + Trọng lượng Ba(OH)2 và formalđêhyd cho vào nồi G2 = 1528,522 (kg) + Trọng lượng của thiết bị G3 = Gt + 2Gn + Gck với Gt = 735 kg Gđ = Gn = 145 kg Gck = 200 kg Þ G3 = 735 + 2 145 + 200 = 1225 kg + Nhiệt dung riêng của phênol ở 450C là C1 = 2347 (J/kgđộ) + Nhiệt dung riêng của hỗn hợp formalin và Ba(OH)2 ở 250C là C2 = CF xF + CB xB Với CF, CB - Nhiệt dung riêng của HCHO và Ba(OH)2 ở 250C Mà nhiệt dung riêng của HCHO được tính CHCHO = n1C1 + n2C2 + n3C3 với n1, n2 , n3 - số nguyên tử của nguyên tố trong hợp chất C1, C2, C3- nhiệt dung riêng nguyên tử của các nguyên tố tương đương tra bảng I-141 STTI T152 ra được Þ CHCHO = (J/kgđộ) Nồng độ của CH2O ở 37% nên nhiệt dung riêng của dung dịch formalin được tính theo công thức I-14 STTI T152 Þ CF = CHCHO 0,37 + 4186 (1-0,37) = 2426,67 0,37 + 4186 (1-0,37) = 3535 (J/kgđộ) Nhiệt dung riêng của Ba(OH)2 được tính (J/kgđộ) Þ CB = 700 0,3 + 4168 0,7 = 3140,2 (J/kgđộ) xF, xB - phần khối lượng của HCHO và Ba(OH)2 xF = xB = 0,062 Þ C2 = 3535 0,938 + 3140,2 0,062 = 3508,759 (J/kgđộ) C3 - Nhiệt dung riêng của thép C3 = 500(J/kgđộ) theo bảng I-144 STTI T162. - Nhiệt độ của phênol t1 = 450C - Nhiệt của formalin và Ba(OH)2 lúc đó là 250C Ta có phương trình cân bằng nhiệt G1.C1(t1 - ttb) = G2C2 (ttb-t2) + G3C3 (ttb - t3) Þ ttb = = Như vậy sau khi trộn đều hỗn hợp trong thiết bị phản ứng (không kể vỏ bọc) có nhiệt độ là 350C II. GIAI ĐOẠN NHIỆT ĐỘ HỖN HỢP Ở 35¸650C Đun nóng hỗn hợp từ 35¸650C ta dùng hơi nước bão hòa. Nhiệt lượng của hơi nước lúc này là đun nóng hỗn hợp, vỏ thiết bị, vỏ bọc thiết bị, lớp bông thủy tinh và 1 phần mất mát do bức xạ và đối lưu. 1. Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng hỗn hợp 35¸650C Coi quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến hỗn hợp là quá trình truyền nhiệt đẳng nhiệt q = q1 = q2 = q3 Nhiệt độ của hơi nước để đốt nóng là 1200C Giả thiết Dt1 = t1 - tt1 = 30C Þ tT1 = t1 - Dt1 = 1200C - 30C = 1170C a. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ Áp dụng công thức V-101 STTII T28 a1 = 2,04.A Trong đó A - hệ số ở 1200C thì A = 188 H - chiều thiết bị A = 2m r - Ẩn nhiệt ngưng của hơi nước r = 1674,72.103 J/kg Þ a1 = 2,04 188 W/m2độ q1 = a1 Dt1 = 8815,273 3 = 26.445,818 J/kg b. Tính hệ số cấp nhiệt a2 phía hỗn hợp phản ứng Hiệu số nhiệt độ giữa hai phần thiết bị DtT = tT1 + tT2 = q1å1 Trong đó år = r1 + r2 + r1 = r2 = 0,173.10-3 m2độ/W Þ år = 0,173 10-3 2 + m2độ/W Þ DtT = q.år = 26445,819 0,52.10-3 = 13,75 » 140C Þ Nhiệt số thành trong của tường tT2 = tT1 - DtT = 117 - 14 = 1030C - Hiệu số nhiệt độ giữa thành trong thiết bị và dung dịch là DtT2 = tT2 - t2 = 103 - 65 = 380C - Hiệu số cấp nhiệt khi có khuấy trộn nên được tính theo công thức V-67 STTII T22 Nu = C. Trong đó: Nu = C., Re = , Pr = a2 - Hệ số cấp nhiệt W/m2độ Dt - Đường kính trong của thiết bị (m) Dt = 1,6m n - Số vòng quay của cánh khuấy v/s n = 0,5 v/s d - Đường kính của cánh khuấy (m) d = 1,44m Cp- Nhiệt dung riêng đẳng áp J/kgđộ r - Khối lượng riêng của chất lỏng kg/m3 r = 1023,881 (kg/m3) mt - Độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt m - Độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình ttb = 0,5 (tđ+tc) Do thiết bị có vỏ bọc ngoài nên C = 0,36, m = 0,0,67 Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng tính theo công thức I-32STTIT123 - A- Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng do chất lỏng không liên kết Þ A = 4,22.10-8 - Cp - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hỗn hợp chất lỏng J/kgđộ. Cp = C1.x1 + C2.x2 C1 - Nhiệt dung riêng của phênol ở là C1 = 2347 J/kgđộ x1 = C2 - Nhiệt dung riêng của formalđêhyd và Ba(OH)2 C2 = 3508,759 J/kgđộ x2 = Þ Cp = 2347 0,49 + 3508,759 0,51 = 2939,497 J/kgđộ Trong đó m1, m2, m3: nồng độ phần mol của các cấu tử tương ứng: phênol, formalđêhyd và Ba(OH)2. m1 = x1, x2, x3: nồng độ phần khối lượng của cấu tử tương ứng trên x1 = 0,49 x2 = x3 = Þ m1 = Þ m2 = Þ m3 = Þ M = 0,244 94 + 0,748 30 + 0,009 171 = 46,915 Do đó l = 4,22.10-8 2939,497 1023,881. - mt - Độ nhớt của chất lỏng ở bề mặt truyền nhiệt ta chọn độ nhớt của hỗn hợp ở 1030C = 1,05.10-3 Ns/m2 - m - Độ nhớt của chất lỏng ở ttb = 500C là m = 3,43.10-3 Ns/m2 Ta có Re = Pr = Þ Nu = 0,36 (309,493.103)0,67 (28,81)0,33= 3118,779 Vậy a2 = q2 = a2.DtT2 = 682,233 38 = 25924,835 J/kg So sánh Nên gỉa thiết Dt1 = 30C chấp nhận Do đó q = J/kg Tính nhiệt lượng đun nóng hỗn hợp Q = Trong đó: : khối lượng của hỗn hợp = 2990,756 (kg) : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp = 2939,497 J/kgđộ tc, tđ: Nhiệt độ cuối và đầu của hỗn hợp Þ Q1 = 2990,756 2990,497 (65-35) = 268315405,4 = 64086 (kcal) 2. Nhiệt lượng để đun nóng vỏ bọc nồi phản ứng a. Tính nhiệt độ trung bình của vỏ bọc DtT1 = tT1 - tT2 = år.q år = r1 + Þ DtT1 = 0,293.10-3 26185,327 = 7,70C t1 tT1 tT2 tT3 Þ tT2 = tT1 - DtT1 = 117 - 7,7 = 109,30C Þ ttb = 0C b. Nhiệt lượng để đun nóng vỏ bọc Q2 = Gv.Cv (ttb-tmt) - Gv - trọng lượng của vỏ bọc Gv = 405 + 123 = 528 kg - Cv - nhiệt dung riêng của thép Cv = 0,5.103 J/kgđộ Þ Q2 = 528 500 (113,15 - 25) = 23271600; J = 5558,236 Kcal 3. Nhiệt lượng cung cấp cho lớp bảo ôn Q3 = GboCbo(t'tb-tmt) - Gbo = 98kg: trọng lượng bảo ôn - Cbo = 0,92.103 J/kgđộ: Nhiệt dung riêng của bông thủy tinh t'tb = 0C Þ Q3 = 98 0,92.103 (72,1 - 25) = 4246,536 KJ =1014,268 (Kcal) 4. Nhiệt lượng cung cấp cho cánh khuấy Q4 = Gck.Cck.(tc-tđ) = 200 500 (65-55) = 3000 KJ = 716,538 (Kcal) 5. Nhiệt lượng làm nóng nồi phản ứng Q5 = Gn.Cn(t'tb - tđ2) = (735 + 2 145) 500 (110 -35) = 38437,5 KJ = 9180,639 (Kcal) 6. Nhiệt lượng mất mát trong quá trình phản ứng Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh do hiện tượng bức xạ và đối lưu gây ra. Qm = Qbx1 + Qđl1 + Qbx2 + Qđl2 Trong đó: Qbx1, Qđl1 : nhiệt mất mát ở phần không có bảo ôn Qbx2, Qđl2 : nhiệt mất mát ở phần có bảo ôn a. Nhiệt mất mát ở phần không có bảo ôn Phần không có bảo ôn gồm phần trên của vỏ bọc và nắp thiết bị. - Diện tích gồm nắp thiết bị tra STTII T382 với đường kính Dt = 1,6m Þ Fn = 3,03m2 - Diện tích gồm hình trụ không có bảo ôn Hk = H - Hr = 2 - 1,5 = 0,5m Þ Fk = Hk.p.D = 0,5 3,1416 1,6 = 2,51 (m2) Vậy diện tích phần không có bảo ôn là F1 = 3,03 + 2,51 = 5,54 (m2) * Nhiệt mất mát do bức xạ được xác định theo công thức Qbx1 = C.F1 ().t Với C - Hệ số bức xạ phụ thuộc tính chất bề mặt truyền nhiệt + Đối với vật đen tuyệt đối ta có hệ số C0= 4,98.10-8 (Kcal/m2h) + Vì vật liệu bằng thép nên ta phải thêm hệ số điều chỉnh C = C0.P + Với P - hệ số điều chỉnh của thép P = 0,9 Þ C = 4,98.10-8 0,9 = 4,45.10-8 (Kcal/m2h) + Thời gian truyền nhiệt t = 30 phút + F1 - Diện tích truyền nhiệt F1 = 5,54 (m2) + T1, T2 - Nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt bức xạ T1 = 3230K T2 = 2980K Do đó Qbx1 = 4,45.10-8.5,54 Kcal * Nhiệt mất mát do đối lưu Áp dụng công thức Qđl1 = m.F1 Trong đó: m - Hệ số phụ thuộc tính chất vị trí bề mặt đối lưu + Bề mặt nằm ngang m = 2,8 + Bề mặt đứng m = 2,2 Nhiệt mất mát do đối lưu qua nắp và thân thiết bị không có bảo ôn. - Nhiệt mất mát do đối lưu qua nắp thiết bị (nằm ngang) Qđlnắp = 2,8 3,03 (Kcal) - Nhiệt mất mát do đối lưu qua thân không có bảo ôn (thẳng đứng) Qđlthân = 2,2 2,51 (Kcal) Þ Nhiệt mất mát đối lưu ở phần không có bảo ôn Qđl1 = Qđlnắp + Qđlthân = 112,097 + 72,96 = 185,057 (Kcal) b. Nhiệt mất mát do bức xạ Diện tích hình trụ có bảo hòa F = p.D.H = 3,1416 = 4,269 (m2) Diện tích đáy tra bảng XIII-10STTII T382 có F = 3,8 m2 Þ F'1 = 4,269 + 3,8 = 8,069 m2 * Nhiệt mất mát do bức xạ Qbx2 = 4,45.10-8 8,069 (3084 - 2984) 0,5 = 199,828 (Kcal) * Nhiệt mất mát do đối lưu Tương tự ta có - Nhiệt mất mát do đối lưu ở bề mặt nằm ngang Qđln = 2,8 3,8. (Kcal) - Nhiệt mất mát do đối lưu ở bề mặt thẳng đứng Qđlt = 2,2 4,296. (Kcal) Þ Nhiệt mất mát do đối lưu ở phần bảo ôn QđlII = 61,11 54,283= 115,393 (Kcal) Vậy nhiệt mất mát trong quá trình đun nóng hỗn hợp phản ứng từ nhiệt độ 35¸650C là: QmI = 396,597 + 185,057 + 199,828 + 115,393 = 896,875 (Kcal) 7. Nhiệt hữu ích và tổn thất ở giai đoạn 35¸650C * Nhiệt hữu ích QI = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 64086 + 5558,236 + 4246,536 + 716,538 + 9180,639 = 83787,949 (Kcal) * Nhiệt tổn thất QI = 896,875 (Kcal) III. GIAI ĐOẠN HỖN HỢP NHIỆT ĐỘ Ở 65¸980C Trong giai đoạn này nhiệt độ nâng lên do nhiệt lượng tỏa ra do phản ứng, nguồn cung cấp từ bên ngoài = 0. Trong phản ứng ngưng tụ để tạo nhựa nhiệt tỏa ra là 140 Kcal trên 1 kg phênol nguyên chất tham gia phản ứng. - Lượng phênol nguyên chất tham gia phản ứng trong 1 mẻ (kg) - Nhiệt lượng tỏa ra trong 1 mẻ Qpư = 1432,989 140 = 200618,5 (Kcal) - Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng trong giai đoạn này Qpư + C0G0t1 + CnGnq1 = C0G0t2 + CnGnq2 + Qm - Trong đó: G0 - Khối lượng của hỗn hợp đầu G0 = 2990,756 (Kg) C0 - Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C0 = 2939,497 (J/kgđộ) Gn - Khối lượng của nước để khống chế nhiệt độ Cn - Nhiệt dung riêng của nước ở 250C Cn = 1Kcal/kgđộ t1 - Nhiệt độ đầu của quá trình t1 = 650C t2 - Nhiệt độ cuối của quá trình t2 = 980C q1- Nhiệt độ đầu của nước làm lạnh q1= 250C q2- Nhiệt độ cuối của nước làm lạnh q2= 450C Qm - Nhiệt mất mát trong quá trình này Thường lấy Qm= 5%.Qpư = 0,05.Qpư = 10030,925 (Kcal) Þ GnCn(q2-q1) = Qpư + G0C0 (t1 - t2) - Q Þ Gn = = (kg) Trong quá trình phản ứng phải tỏa ra một nhiệt lượng QII để tiếp tục duy trì phản ứng là QII = Qpư- Q = 200618,5 - 10030,925 = 190587,575 (Kcal) IV. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH SẤY. Quá trình sấy được thực hiện tại thiết bị phản ứng, thời gian sấy trong 3h ở nhiệt độ 800C và 300mmHg. Do đó nhiệt lượng cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt lượng mất mát ra môi trường và nhiệt do hơi nước bốc ra. 1. Nhiệt độ hơi nước bốc ra - Lượng nước được tách ra sau khi đi qua thiết bị ngưng tụ trong quá trình sấy là 446,872 1,333 = 1015,293 (kg) Nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình làm lạnh Qs = Gn r r - ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở 800C có r = 510 Kcal/kg (theo toàn đồ hình I-65 STTI T255) Þ Qs = 1015,293 510 = 517799,43 (Kcal) 2. Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh Ta lấy khoảng 5% nhiệt lượng cung cấp Qm = 0,05Qs 3. Nhiệt lượng cần cung cấp QIII = Qs + Qm = 517799,43 + 0,05 517799,43 = 543689,4 (Kcal) V. LƯỢNG HƠI ĐỐT NÓNG CHO NỒI PHẢN ỨNG Nhiệt lượng tổng cộng là do hơi nước bão hòa ở 119,60C cung cấp là do nhiệt lượng của phản ứng tao ra. Nhiệt do hơi cung cấp Qh = QI + QmI + QIII = 83787,949 + 896,875 + 543689,4 = 628374,224 (Kcal) Mà Qh = D.r r là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước bão hòa ở 1200C Theo bảng hình 10 1-65 STTI S255 ta có r = 527 (Kcal/kg) D - Lượng hơi đốt (Kg) Þ D = (Kg) Do đó lượng hơi đốt dùng trong 1 ngày 1192,361 3 = 3577,083 (Kg) Lượng hơi đốt dùng cho cả năm 3577,083 300 = 1073,125 (Tấn)  TÍNH XÂY DỰNG I. CHỌN ĐỊA ĐIỂM: Phân xưởng sản xuất keo phênol - formalđêhyd được xây dựng trong khu công nghiệp Hòa Khánh - Thành phố Đà Nẵng. 1. Địa điểm: Phân xưởng nằm trong tiểu khu công nghiệp hóa chất thuộc khu công nghiệp Hòa Khánh, cách trung tâm Thành phố Đà Nẵng 10km về phía Tây - Bắc. Phía Bắc giáp quốc lộ 1A, đường sắt thống nhất, khu công nghiệp nằm ở tả ngạn sông CuĐê gần cảng Quận Liên Chiểu. Mặt bằng xây dựng rộng, thoáng mát, cường độ chịu lực của đất 2¸2,5 kg/m3. Phân xưởng quay về hướng Đông Nam để đón gió mát và thông thoáng. 2. Nguyên liệu: Các nguyên liệu được mua ở các nơi khác (từ các nhà máy điều chế nguyên liệu) được vận chuyển về nhà máy theo các con đường. + Đường bộ (chủ yếu quốc lộ 1A) + Đường sắt thống nhất. + Đường thủy (qua cảng Liên Chiểu). 3. Đặc điểm khí hậu: Đà Nẵng thuộc khu vực khí hậu niềm Nam, nằm ở phía Nam so với đèo Hải Vân, chịu hướng gió chính là Đông Nam. - Lượng mưa trung bình năm từ 1600¸2300 mm/năm. - Nhiệt độ trung bình năm từ 24¸280C - Nhiệt độ trung bình các tháng khắc nghiệt biến thiên từ 21¸290C nhiệt độ các tháng thấp nhất 12¸150C, tháng cao nhất từ 37¸390C. - Mùa nóng kéo dài nhất thường vào tháng 5. - Mùa rét từ tháng 12 đến tháng 2 (năm sau). 4. Vấn đề môi trường: Với chủ trương của Đảng và Nhà nước ta xây dựng ở miền Trung khu công nghiệp với quy mô lớn ngang bằng với các khu công nghiệp ở hai đầu đất nước. Nên hiện nay rất nhiều dự án đã đang và sẽ được thực thi trong đó khu công nghiệp Hòa Khánh - Đà Nẵng là một trọng yếu. Xây dựng một phân xưởng sản xuất keo phênol - formalđêhyd thuộc khu công nghiệp Hòa Khánh. Do nguyên liệu độc hại (phênol, formalđêhyd) hàm lượng cho phép môi trường không quá 0,005 mg/lit, nên cần bố trí vị trí thích hợp, phải tránh xa khu dân cư ít nhất 500(m) và ở cuối hướng gió chủ đạo, các thùng chứa nguyên liệu phải đặt cuối hướng gió, do đó ta xây dựng phân xưởng theo hướng Đông Nam để bảo đảm thông thoáng về mùa hè, chống rét về mùa đông, đồng thời tránh xa bức xạ nhiệt của ánh sáng mặt trời. II. BỐ TRÍ THIẾT BỊ VÀ BỐ TRÍ NHÀ XƯỞNG: - Căn cứ vào dây chuyền công nghiệp, kích thước của thiết bị ta chọn nhà có bước cột 66m, chiều cao 14m, dài 36m, rộng 18m. - Phân xưởng sản xuất nằm trong khu công nghiệp hóa chất do khu công nghiệp nhận phần thi công theo đặc điểm của phân xưởng. - Công nghệ gián đoạn, các thiết bị như: thùng lường phải đặt cao và có thể tự chảy vào thiết bị phản ứng, sản phẩm nhựa tạo ra trong thiết bị phản ứng sẽ chảy hoàn toàn xuống thiết bị hòa tan. - Do đặc điểm bố trí thiết bị mà ta chia làm 3 sàn tương ứng với mỗi sàn có chức năng thao tác riêng. + Sàn dưới (mặt đất) đặt thiết bị hòa tan và thùng chứa đóng gói keo. + Sàn giữa đặt thiết bị phản ứng, thiết bị ngưng tụ, thiết bị tao chân không. + Sàn trên cùng đặt các thùng lường nguyên liệu. - Tất cả các sàn này đặt ở gian giữa của phân xưởng. - Bố trí hầm đun nóng phênol, các thùng chứa nguyên liệu, bơm được đặt ở cuối hướng gió chủ đạo của phân xưởng tức là phía Nam. - Bên tường phía Đông theo thứ tự gian ngoài vào ta bố trí một kho nguyên liệu, một phòng quản đốc, một phòng kỹ thuật (KCS + thí nghiêm), một phòng nghỉ giữa ca, một phòng cho kế toán và hành chính, một phòng để đồ cá nhân và vệ sinh cho công nhân. Dọc theo phân xưởng phía gian cuối bố trí nhà vệ sinh (1 phòng nam, một phòng nữ). - Gian cuối ở bên tường phía Nam bố trí một kho chưa sản phẩm keo, và cửa vận chuyển đến phân xưởng đóng lon, gói, nhãn hiệu (ở bên ngoài phân xưởng sản xuất chính). - Các thùng chứa nước thải bố trí bên ngoài phân xưởng và sau lưng phân xưởng (phía Tây). - Xung quanh có xây tường cách nền 1,5 (m), trên tường ta bố trí các cửa sổ thoáng mát và bảo đảm đủ ánh sáng. Cửa sổ có lắp lá kính đóng mở được. - Trần gian nhà có lắp một hệ thống cần cẩu để vận chuyển nguyên liệu từ kho đến các thùng chứa, ngoài ra còn dùng để vận chuyển các thiết bị chính khi lắp đặt và sửa chữa. - Toàn bộ phân xưởng có 4 cửa ra vào, được bố trí ở nơi thuận tiện cho việc đi lại và vận chuyển trong phân xưởng và công tác chữa cháy. - Hành lang đi lại trong phân xưởng rộng, lối ở giữa rộng 4m. - Trên mái có bố trí cửa trôi (theo qui cách nhà công nghiệp) để lấy ánh sáng tự nhiên và thông gió. III. CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU NHÀ PHÂN XƯỞNG. a. Móng: Móng bằng bê tông cốt thép. b. Tường: Xung quanh xây tường dày 220mm các tường ngăn giữa các phòng dày 110mm c. Dầm: + Dầm móng có kích thước 240 240 + Dầm chính của bể dỗ 300 400 + Dầm phụ của bể đỗ: 200 300 d. Sàn công tác: Bằng bê tông cốt thép dày 100m e. Nhiệm vụ của mái: Mái bê tông có tác dụng che mưa, nắng, cách nhiệt, chống thấm. Được cấu tạo từ trên xuống dưới theo từng lớp sau: + Vữa xi măng + Bê tông cách nhiệt. + Bê tông chống thấm. + Vữa xi măng. + Panel mái. + Dầm và kèo. f. Nền: Nền được cấu tạo từ trên xuống dưới như sau: + Vữa xi măng. + Bê tông. + Đất dầm chặt. Thông số móng a = 1550 mm b = 1550 mm c = 1150mm a1 = 950 mm H = 850 mm h = 300 mm  TÍNH ĐIỆN NƯỚC I. TÍNH LƯỢNG ĐIỆN NƯỚC DÙNG TRONG MỘT NĂM. 1. Điện dùng cho sản xuất Dựa vào công suất làm việc của thiết bị và thời gian sử dụng có bảng: STT Tên thiết bị Số lượng Công suất (kw/h) Số giờ sử dụng cho từng thiết bị Nhu cầu (KW/năm) 1 ngày 1 năm 1 2 3 4 5 6 Động cơ cánh khuấy của nồi phản ứng Bơm ly tâm Bơm chân không Bếp điện dùng cho thí nghiệm Hầm đun phênol Động cơ dùng cho cánh khuấy của thiết bị hòa tan. 1 3 2 1 1 1 6 1,1 2,2 1,2 1,8 3 21 0,5 6 8 8 8 6300 150 1800 2400 2400 2400 37800 165 3960 2880 4320 7200 Tổng điện năng tiêu thụ cho 1 năm là: Wsx = K1.K2.åNi.ti Trong đó: - K1: hệ số phụ tải cosj; K1 = 0,75 - K2: hệ số tiêu tốn K2 = 1,05 - Ni: công suất động cơ thứ i - ti: thời gian sử dụng của động cơ thứ i (h/năm). Thay số vào: (từ bảng) Wsx = 0,751,05.(6x6300+31,150+22,21800+1,22400 + 1,82400 + 3 2400) = 47734,3 (KW) Wsx = 47734,3 (KW) 2. Điện chiếu sáng: Mục đích: Điện chiếu sáng đảm bảo cho công nhân làm việc thao tác thuận lợi vào lúc trời tối và ban đêm. Ánh sáng phải phù hợp với tính chất sản xuất và tâm sinh lý của con người. Vì vậy mà ngoài việc sử dụng ánh sáng tự nhiên còn phải dùng diện để thắp sáng. Người ta quy định độ dọi sáng để cần quan sát vào các vật nhỏ từ 75¸150lux Đối với nhà sinh hoạt cần 50lux - Có hai loại đèn chiếu sáng: Đèn dây tóc phát sáng có công suất 75W, 100W. Đèn ống có công suất 20W, 40W - Trong phân xưởng ta đặt loại đèn ống vì công suất bé và bảo đảm dược độ sáng, tỏa nhiệt ít, tiêu tốn điện ít. - Công suất của đèn chiếu sáng xác định theo công thức: Pcs = Pr.S Trong đó: Pcs : Công suất điện cần thiết (KW) Pr : Công suất riêng của đèn (KW/m2) S : Diện tích cần chiếu sáng (m2) Đối với nhà sản xuất diện tích 200¸500m2 ta cần độ dội sáng cần thiết là 75lux, ứng với chiếu sáng 5 (W/m2). - Gian nhà sản xuất phải bố trí đủ ánh sáng cho thao tác công nhân. - Do phân xưởng sản xuất có diện tích 6318 = 432(m2), và sàn công tác có diện tích là 36 m2 Nên diện tích phân xưởng cần chiếu sáng là: 432+36=468 (m2) Pcs = 4685 = 2340 (W) Như vậy trong phân xưởng cần: = 24 (cái) loại 100W. Ta bố trí đèn như sau: - Một bóng cho phòng quản đốc. - Hai bóng cho phòng nghỉ giữa ca. - Hai bóng cho phòng kỹ thuật và KCS. - Một bóng cho kho nguyên liệu. - Hai bóng cho phòng vệ sinh. - Một bóng cho phòng thay quần áo. - Còn lại 14 bóng bố trí 10 bóng cho khu vực sản xuất, bố trí hành lang đi lại 4 bóng. Ngoài ra ở cửa chính đặt 1 bóng đèn cao áp có công suất 300W. Tổng cộng công suất sử dụng cả phân xưởng. W = 24100 + 300 = 2700 (W) Ở đay ta tính toán với loại bóng đèn 100(W). Nếu thay bằng bóng Neon 40(W) thì tùy theo công suất, độ chiếu sáng mà tính thích hợp. Thời gian chiếu sáng là 16giờ/ ngày do đó tổng số giờ sử dụng một năm: 16296 = 4736 Lượng điện sử dụng trong một năm: Wcs = 47362700 = 12787200(W) = 12787,2(KW) 3. Điện để sinh hoạt: Điện cung cấp cho thiết bị sinh hoạt gồm: - Bạ quạt trần (1KW/giờ) Một cái cho phòng giám đốc . Một cái cho phòng kỹ thuật và KCS. Một cái cho phòng nghỉ giữa ca. - Trung bình quạt trần làm việc khoảng 5¸6 tháng một năm (khoảng 160 ngày/năm). - Quạt thông gió: 4 cái, mỗi cái 1,5 (KW), tổng cộng là 6KW. - Vậy điện sinh hoạt cho một năm là: Wsh = 3160241 + 6 250 24 = 47520 (KW) Tổng lượng điện dùng cho cả năm là: W = Wsx + Wsh + Wcs = 47734,3 + 12787,2 + 47520 = 108041,5 (KW) II. TÍNH LƯỢNG NƯỚC DÙNG CHO SẢN XUẤT VÀ SINH HOẠT. 1. Lượng nước dùng cho nồi phản ứng và thiết bị ngưng tụ. Lượng nước dùng để ngưng tụ, hồi lưu, khi phản ứng tạo nhựa và sấy nhựa. Nhiệt độ ban đầu của nước làm lạnh t1 = 250C Nhiệt độ cuối của nước làm lạnh là t2 = 450C Lượng nước cần dùng: Q = G1.C(t2 - t1) (J) (*) Với: Q: Nhiệt lượng trao đổi trong các thiết bị tổng cộng là: Q1 = 22132,26 (J) G1: Lượng nước làm lạnh (kg/s) C: Nhiệt dung riêng của nước C = 4186,8 (J/kgđộ). G1 = (kg/s) Lượng nước lạnh vào trong nồi phản ứng (làm việc 2 giờ). 0,264 2 3600 = 1900,8 (kg) Lượng nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ (làm việc 5 giờ). 0,264 5 3600 = 4752 (kg) Như vậy nước làm lạnh một mẻ sản xuất 1900,8 + 4752 = 6652,8 (kg) Nước làm lạnh trong một ngày: 6652,8 3 = 19958,4 (kg) Hay (m2) Lượng nước làm lạnh trong một năm 20 300 = 6000 m3 2. Lượng nước sinh hoạt: - Lượng nước mỗi ngày công nhân dùng trong sinh hoạt khoảng 0,5m3, số công nhân viên trong xưởng là 36 người nên một năm dùng: 300 36 0,5 = 5400 (m3) - Lượng nước dùng trong phòng thí nghiệm, phòng kỹ thuật mỗi ngày 1m3, nên một năm là 300m3. - Vậy lượng nước dùng trong một năm là: å = 6000 + 5400 + 300 = 11700 (m3).  TÍNH TOÁN KINH TẾ I. Ý NGHĨA, MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC TÍNH TOÁN KINH TẾ: Khi tiến hành thiết kế và xây dựng một nhà máy hay một phân xưởng, ngoài việc kết hợp, quốc phòng và nhu cầu tiêu dùng sản xuất của nó, người ta cần quan tâm đến vấn đề quang trọng nhất của nó đó là tính kinh tế. Tính toán phần kinh tế để nắm được cần đầu tư cho khảo sát, xây dựng và vốn đầu tư cho thiết bị máy móc. Nắm được quá trình trình thu mua nguyên liệu, nắm được tiền tiêu hao điện năng, nước, hơi nước và các khoảng chi phí khác. Bố trí một số cán bộ công nhân viên và phân cấp số lượng cho phù hợp. Từ đó họach toán kinh tế cho toàn bộ nhà máy, tính được giá thành thực tế của sản phẩm và lập được giá bán ra theo quy định của nhà nước, qua đó biết được lợi nhuận của nhà máy và thời gian hoàn vốn của nhà máy. II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN. 1. Xác định chế độ công tác của phân xưởng: Thời gian làm việc của phân xưởng là 300 ngày/năm. hay 300 24 = 7200 (giờ/năm) 2. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng: a. Nhu cầu về nguyên liệu : Theo bảng tính toán của phần cân bằng vật chất thì ta có bảng nhu cầu về nguyên liệu như sau: STT Tên nguyên liệu Lượng cần dùng cho một năm (tấn) 1 2 3 4 Phênol Formalđêhyd 37% Xúc tác Ba(OH)2 30% Rượu C2H5OH 96% 1316,011 1289,692 85,978 309,812 * Giá đơn mua nguyên liệu Phênol :7500 (đồng/kg) Formalđêhyd 37% :4000 (đồng/kg) Xúc tác Ba(OH)2 30% :1000 (đông/kg) Rượu C2H5OH 96% :3000 (đồng/kg) Do chi phí vận chuyển và bốc dỡ nên cứ 1 tấn nguyên liệu chi phí 2% so với giá mua nguyên liệu. Do đó giá thực tế của nguyên liệu là: Phênol : 7.500 1.000(1+2%) = 7.650.000 (đồng/tấn) Formalđêhyd 37% : 4.000 1.000(1+2%) = 4.080.000 (đồng/tấn) Xúc tác Ba(OH)2 30% :12.000 1.000(1+2%) = 10.200.000 (đông/tấn) Rượu C2H5OH 96% : 3.000 1.000(1+2%) = 3.060.000 (đồng/tấn) Vậy chi phí nguyên liệu dùng cho một năm sản xuất Phênol :1.316,011 7.650.000 =10.067.484.150 (đồng) Formalđêhyd 37% :1.289,692 4.080.000 = 5.261.943.360 (đồng) Xúc tác Ba(OH)2 30% : 85,97810.200.000 = 876.975.600 (đồng) Rượu C2H5OH 96% : 309,812 3.060.000 = 948.024.720 (đồng) Tổng chi phí mua nguyên liệu : 17.154,427.830 (đồng) b. Nhu cầu về năng lượng (Đã tính ở phần trước). Ta có bảng sau: STT Tên nguyên liệu Dùng cho một năm 1 2 3 Nước Hơi nước Điện 11.700 (m3) 1.073,125 (tấn) 108.041,5 (KW) * Giá đơn mua năng lượng: Nước : 2.000 (đồng/m3) Hơi nước : 400 (đồng/kg) Điện :1.200 (đồng/KW) Vậy chi phí mua năng lượng dùng cho một năm sản xuất. Nước : 2.00011.700 = 23.400.000 (đồng) Hơi nước : 4001.073,1251.000 = 429.250.000 (đồng) Điện :1.200 108.041,5 = 129.649.800 (đồng) Tổng chi phí mua năng lượng: 582.299.800 (đồng). Vậy chi phí mua nguyên liệu và năng lượng là: Vnl + ngl = 17.154.427.830 + 582.299.800 = 17.736.727.630 (đồng) 3. Tính chi phí xây dựng. Nhà xưởng thiết kế một tầng. Chiều cao nhà 14 (m) Diện tích mặt bằng 1836 = 648 (m2) Dùng hai sàn làm việc, mỗi sàn có diện tích là: 310 = 30 (m2) Dùng một sàn làm việc có diện tích: 33 = 9 (m2). Cả ba sàn làm việc đều đổ bê tông cốt thép. Giá tiền chi phí: Chi phí cho mặt bằng: 648750.000 = 486.000.000 (đồng). Chi phí ch ba sàn làm việc: 69 600.000 = 41.400.000 (đồng) Vậy chi phí cho xây dựng là: Vxd = 527.400.000 (đồng). 4. Chi phí đầu tư cho thiết bị: STT Tên thiết bị Số lượng (cái) Tiền (đồng/cái) Thành tiền (đồng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Nồi phản ứng Cánh khuấy Động cơ cánh khuấy Hộp giảm tốc Thiết bị ngưng tụ Hầm đun phênol Thùng chứa phênol Thùng chứa formalđêhyd Thùng lường phênol Thùng lường Thiết bị giản khí Bơm li tâm Bơm chân không Quạt gió Thiết bị hòa tan Thùng chứa rượu êtylic Bể chứa nước thải 1 2 2 2 1 1 1 1 1 3 2 3 2 6 1 1 1 45.000.000 1.500.000 1.800.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000 2.500.000 1.500.000 2.500.000 1.500.000 500.000 1.200.000 1.300.000 500.000 20.000.000 1.000.000 1.000.000 45.000.000 3.000.000 3.600.000 3.000.000 1.500.000 1.500.000 2.500.000 1.500.000 2.500.000 4.500.000 1.000.000 3.600.000 2.600.000 3.000.000 20.000.000 1.000.000 1.000.000 Tổng chi phí mua thiết bị: V*tb = 110.600.000 (đồng) Chi phí lắp đặt và vận chuyển: Lấy 30% so với vốn mua thiết bị. Do đó chi phí thực tế để mua thiết bị là: Vtb = V*tb + 30%V*tb = (1+30%) 110.600.000 Vtb = 143.780.000 (đồng) Vốn đầu tư thiết bị và xây dựng: V = Vxd + Vtb + Vk Vk: Chi phí khác, Lấy Vk = 10%V Vậy: V = (đồng) V = 745.755.556 (đồng) Tính nhu cầu lao động: - Tính thời gian làm việc trong năm; Số ngày nghỉ: 52 ngày chủ nhật + 7 ngày nghỉ lễ tết + 10 ngày nghỉ sửa chữa máy + 10 ngày nghỉ khác Số ngày làm việc: 365 - (52 + 7 + 10 + 10) = 286 (ngày). Hệ số điều khuyết là: Phân bố nhân viên trong phân xưởng: Stt Ngành nghề Nơi làm việc Số lượng nv/ca Số ca 1ngày Số nv 1ngày 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Quản đốc Kỹ sư hóa Hành chính, kế toán Nấu nhựa Hòa tan nhựa Nấu phênol Đóng gói Chuẩn bị nguyên liệu Y tế Bảo vệ Phòng quản đốc Phòng kỷ thuật Phòng hành chính, kế toán Bộ phận nấu Bộ phận hòa tan Bộ phận nung phênol Khu đóng gói Kho nguyên liệu Phòng y tế Phòng bảo vê 1 1 2 2 2 1 2 2 1 1 1 3 1 3 3 3 3 3 1 3 1 3 2 6 6 3 6 6 1 3 Số nhân viên là: 38 người (chưa điều khuyết), với số điều khuyết là 1,03 thì số nhân viên trong phân xưởng là: 38 1,03 = 39 người * Quỹ lương phân xưởng: - Quỹ lương công nhân: Thu nhập bình quân mỗi công nhân là 500.000 đồng/tháng, có 35 người công nhân trực tiết sản xuất nên 500.00035 =17.500.000 đông/tháng. - Trưởng mỗi ca phụ cấp là 5% so với lương tháng vì có ba ca nên 35%500.000 = 75.000 đồng/tháng. - Lương của kỹ sư: 800.000 đồng/tháng. Có 3 kỹ sư nên 3800.000 =2.400.000 đồng/tháng. - Lương của quản đốc: 1.000.000 đồng/tháng. Vậy quỹ lương tháng của phân xưởng là: 17.500.000 + 75.000 + 2.400.000 + 1.000.000 = 20.975.000 (đồng/tháng). Quỹ lương một năm của phân xưởng: QL = 20.975.000 12 = 251.700.000 (đồng/tháng). * Tính giá thành sản phẩm: - Bảo hiểm xã hội và ytế (BHXH) lấy bằng 17% quỹ lương: BHXH = 17%QL = 17%251.700.000 = 42.789.000 (đồng/năm). - Chi phí (CP) sử dụng máy móc: CPsdm = KHcb + KHsc Trong đó: KHcb: Khấu hao cơ bản lấy bằng 10%Vtb KHcb = 10%Vtb = 14.378.000 (đồng/năm) KHsc: Khấu hao sữa chữa lấy bằng 5%Vtb KHsc = KHcb + KHsc = 21.567.000 (đồng) - Chi phí quản lý phân xưởng lấy bằng 20% QL CPpl = 20%QL = 50.340.000 (đồng/năm) - Chi phí phân xưởng lấy bằng 15%QL CPpx = 15%QL = 37.755.000 (đồng/năm) - Chi phí khác lấy bằng 1% so với giá thành phân xưởng. Stt Tên khoảng mục Chi phí toàn phân xưởng (đồng/năm) Chi phí cho 1 tấn sản phẩm (đồng/năm) 1 2 3 4 5 6 7 Nguyên liệu, năng lượng Quỹ lương Bảo hiểm xã hội Chi phí phân xưởng Chi phí quản lý Khấu hao sửa chữa Chi phí khác 17.736.727.630 251.700.000 42.789.000 37.755.000 50.340.000 7.189.000 62.061.434 14.780.606,36 209.750,00 35.657,50 31.462,50 41.950,00 5,990,84 51.717,86 Tổng cộng 18.188.562.060 15.157.135,06 Vậy giá thành của một tấn sản phẩm là: 15.157.135,06 (đồng/tấn) Suy ra giá bán buôn 1 tấn keo phênol-formalđêhyd tan trong cồn là: 17.000.000 (đồng/tấn) hay 17.000 (đồng/kg). Doanh thu trong một năm: DT = 1.20017.106 = 204.108 (đồng). Thuế doanh thu: Tdt = 4%DT = 4% 204.108 = 816.106 (đồng) Vốn sản xuất phân xưởng: Vsxpx = Vcđ + Vlđ Trong đó: Vcđ : Vốn cố định, Vcđ = 5.816.370.349 (đồng) Vlđ : Vốn lưu động DT-Tdt-C Số vòng quay vốn lưu động/năm Vlđ = (đồng) Trong đó: C: các phụ chi, lấy C = 2%.DT = 408.106 (đồng). Vlđ = = (đồng). Vsxpx = Vcđ + Vlđ =5.816.370.349 + 4.794.106 = 10.610.370.350 (đồng) Tính lợi nhuận phân xưởng trong một năm: L = DT - Tdt - Ttvsx - Tcptpx Trong đó: Ttvsx : Thuế vốn xuất khẩu, lấy Ttvsx = 8,5%.Vsxpx = 901.881.479 (đồng). Tcptpx: Chi phú toàn phân xưởng, Tcptpx = 18.188.562.060 (đồng). Do đó: Lợi nhuận phân xưởng trong một năm: L = 204.108 - 816.106 - 901.881.479 - 18.188.562.060 = 493.556.461 (đồng). Mức hoàn vốn = = % Tỷ suất lợi nhuận = = % Thơig ian hoàn vốn: Thv = Thv = năm Vậy thời gian hoàn vốn là 1,5 năm. AN TOÀN LAO ĐỘNG I. GIỚI THIỆU CHUNG: Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, một yếu tố không kém phần quang trọng đó là yếu tố an toàn về lao động. Để tránh những sự cố tai nạn lao động trong sản xuất ảnh hưởng đến tính mạng và năng suất lao động của công nhân, người ta phải đề ra những biện pháp an toàn lao động, loại trừ mức tối đa những tai nạn lao động xảy ra, do đó trong thiết kế và sản xuất ta tính đến những khả năng có thể xảy ra như là chất nổ, ảnh hưởng chất độc, tai nạn trong thao tác... Làm ảnh hưởng đến tính mạng và sức khỏe của công nhân. Những biện pháp bảo vệ con người trong sản xuất đã được nhà nước ta quy định thành văn bản và được thi hành trong các xí nghiệp nhà máy. 1. Các loại hình tai nạn trong lao động: - Chấn thương, gây thương tích, tàn tật. - Nhiễm độc nghề nghiệp. - Bệnh nghề nghiệp. a. Chấn thương: Là trường hợp tai nạn, kết quả là gây chấn thương, có thể dẫn đến tàn tật cho cơ thể, tùy mức độ chấn thương mà làm cho người lao động có thể làm sau thời gian bình phục hoặc có thể ngừng hẳn. b. Nhiễm độc nghề nghiệp: Là sự hủy hoại sức khỏe theo thời gian tác dụng của các chất độc trong quá trình lao động sản xuất, sự tác dụng hóa chất độc hại đến cơ thể con người bằng nhiều con đường khác nhau, nhưng quan trọng hơn hết là là qua con đường hô hấp, gây ra nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tính. c. Nhiễm độc nghề nghiệp: Là sự suy yếu dần sức khỏe của người làm việc, do kết quả của những điều kiện bất lợi tạo ra bỡi tình trạng sản xuất hoặc do thao tác công việc có tính chất thường xuyên áp đặt, làm cho người lao động không sao khắc phục được, chỉ liên tục làm việc theo máy móc. 2. Những nguyên nhân gây tai nạn: Do kỹ thuật Do tổ chức. Do vệ sinh trong thao tác. + Nguyên nhân kỹ thuật: Do sự hư hỏng (sự cố) về thiết bị máy móc, hoặc do kiến trúc xây dựng tại nơi đang thao tác, do thiếu kỹ thuật trong lao động hoặc do trình độ hiểu biết kém. + Nguyên nhân do tổ chức: Nguyên nhân này phát sinh do kết quả của việc tổ chức hoặc giao nhận công việc chưa đúng đắn, đó là: Vi phạm qui tắc, qui trình kỹ thuật. Tổ chức lao động cũng như tổ chức việc làm không đáp ứng nhu cầu. Thiếu hoặc giám sát kỹ thuật không đầy đủ. Vi phạm chế độ lao động. Sử dụng nhân công không đúng ngành nghề, chuyên môn. Cho công nhân làm việc nhưng chưa qua khâu hưởng dẫn, huấn luyện, chưa nắm vũng được những điều lệ, qui tắc kỹ thuật an toàn. + Nguyên nhân do vệ sinh sản xuất: Môi trường sản xuất bị ô nhiễm. Điêu kiện không khí không thích hợp. Thiếu ánh sáng, thông gió. Tiếng ồn quá mức cho phép . Nơi nghỉ không đảm bảo vệ sinh. Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân. Thiếu hoặc quan tâm chưa đúng về ytế. II. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM PHÂN XƯỞNG: Trong phân xưởng sản xuất keo phênol-formalđêhyd gồm có một phân xưởng chính. Nguyên liệu phênol, formalđêhyd, Ba(OH)2 là những chất có tính độc hại như đã trình bày ở lý thuyết. + Về nguyên liệu: Phênol có thể gây bỏng hoặc nhiễm độc da. Nồng độ cho phép phênol trong không khí là 0,004mg/lit. Formalđêhyd để gây tổn thương niêm mạc mắt, mũi và đường hô hấp. Nồng độ cho phép 0,001 mg/lit. + Về vấn đề khác: Kho chứa nguyên liệu sản xuất có nhiều chất khác nhau có thể gây ra hiện tượng phản ứng hóa học nếu không sắp xếp ngăn nắp và cách ly. Bể nung phênol hàm lượng hơi phênol có thể vượt qua giới hạn cho phép. Cần phải chú ý đến các thiết bị điện, chú ý đến các bộ phận truyền động của các động cơ, cần chú đến vấn đề vệ sinh công nghiệp và vấn đề thông gió. III. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Xuất phát từ những vấn đề đã nêu trên ta đề ra các biện pháp khắc phục sau: Chú ý đến việc thông gió tự nhiện và nhân tạo ở phía trên phân xưởng phải bố trí các cửa sổ để lấy gió tự nhiên, phải bố trí cửa trời, ở kho nguyên liệu phải bố trí quạt hút. Thiết kế xây dựng phải phù hợp: Hệ thống dầm cột, sàn chịu lực phải đảm bảo phù hợp. Thiết bị máy móc phải bảo đảm, đường ống kín, dẫn hơi phải có bảo ôn, ống dẫn hơi và ống dẫn formalin phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn và phải thường xuyên kiểm tra. Ánh sáng ban đêm (điện chiếu sáng) phải đảm bảo và đủ độ sáng cho công nhân làm việc Tổ chức công nhân phòng cháy nổ và nôi quy an toàn lao động, luôn tập huấn, nhắc nhở làm việc theo nôi quy nhu cầu, quy định về bảo hộ lao động trong sản xuất, đề phòng cháy nổ của hóa chất, đề phòng điện, tránh gây ra tia lửa điện. Bố trí các dụng cụ phòng cháy hợp lý, gần, tiện dễ dàng khi có sự cố. Qui định về phòng cháy: - Phải tuân theo nội quy của phân xưởng một cách nghiêm nhặt. - Phải kiểm tra điện , thiết bị đường ống, máy móc theo đúng định kỳ mỗi tháng hai lần. - Không hút thuốc và sử dụng tàn lửa trong khi làm việc. - Không được uống rượu hoặc ngủ say trong khi làm việc. - Không được tự tiện rời bỏ vị trí trong khi làm việc. - Khi gặp trường hợp bị bỏng phênol phải dùng cồn hoặc gluxerin để rửa ngay. - Khi bị bỏng vì nhiệt thì lập tức cởi bỏ quần áo ra và rửa sạnh vết thương, xoa thuốc lên vết bỏng và đưa đến phòng y tế. - Nếu khi có sự cố về điện phải tìm cách cắt cầu dao ngay. IV. XỬ LÝ NƯỚC THẢI: Xử lý nước thải là điều rất cần thiết đối với nhà máy hóa chất. Vì nó ảnh hưởng đến ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến môi trường, môi sinh. Hiện nay nước ta đã đề cao yếu tố môi trường. Khi sản xuất nhựa phênol-formalđêhyd nhận được một lượng nước bẩn chứa các cấu tử sau: Phênol : 10 ¸15 kg/m3 Formalđêhyd : 20¸30 kg/m3 Metanol : 10¸40 kg/m3 Mặt dù lượng phênol, metanol và formalđêhyd không đáng kể nhưng không cho phép tháo nước bẩn vào đường thải (theo tiêu chuẩn vệ sinh môi trường). Hàm lượng metanol có trong nước phụ thuộc vào nồng độ của nó trong formalin dùng để sản xuất nhựa. Tách mêtanol sau khi khử phênol không có gì khó khăn, thực hiện bằng phương pháp chưng cất lúc đó nước bẩn đã được tạm xử lý và dược tháo vào đường thải. Trong công nghệ sản xuất có nhiều phương pháp hoàn nguyên phênol từ nước chứa phênol, trong đó hay nhất phương pháp trích ly phênol bằng butylacetat. Nước bẩn và butylacetat được bơm ngược chiều nhau qua 4 thiết bị trích ly, butylacetat chứa phênol chảy ra từ thiết bị trích ly thứ nhất và được đem đi chưng cất trong chân không. Còn butylacetat được cho quay trở lại để trích ly phênol đem đi sản xuất nhựa. Nước cho vào thiết bị trích ly 0,25¸2 gam/lit phênol cho vào tháp để chưng cất butylacetat. Sau đó đun nước bay hơi trong thiết bị hở hay là xử lý bằng dung dịch Amoniắc, để kết hợp với formalđêhyd tạo thành urôtropin. Trong sản xuất có thể dùng chủ yếu phương pháp ngưng tụ phênol với formalđêhyd của nước lẫn trong môi triường acid tạo thành nhựa Novolắc hay ngưng tụ trong môi trường kiềm để tạo thành nhựa Rezolic. a. Tạo nhựa phênol và formalđêhyd bằng cách ngưng tụ trong môi trường acid. Tỷ lệ Phênol: Formalđêhyd trong nước bẩn điều chỉnh đến 100:40 bằng cách thêm từ từ lượng phênol (khoảng 35kg/m3 nước bẩn). Xúc tác H2SO4 5%. Nhựa thu được phải sấy khô dùng để sản xuất bột ép. b. Tạo nhựa phênol và formalđêhyd bằng cách ngưng tụ trong môi trường kiềm. Để ngưng tụ phênol với formalđêhyd người ta đun nóng nước bẩn cho đến sôi đồng thời thêm 0,8% NaOH hay Na2CO3 (kéo dài từ 1 giờ đến 1,5 giờ). Nhựa nhận được dùng để sản xuất bột ép. Nước còn lại sau khi tách riêng nhựa rồi đem đi xử lý tiếp. Đầu tiên thêm nước Metanol đã chưng cất được ở trên, cabonat natri hay nước amoniắc cho đến khi đạt được pH = 7,3¸8 sau đó thêm Clorua sắt, hay muối khác của sắt, sau 20¸30 phút sẽ kết tủa phức tạp chất của sắt với nhóm thích nước của nhựa và phần phênol còn lại. Tách phức tạp bằng cách lọc. Nước lọc chứa 20¸75% mg/lit phênol tự do, rồi tháo chảy ra đường ống nước thải. Thiết kế nhà máy hóa chất là một công việc khó khăn, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức toàn diện về mặt lý thuyết cũng như về quá trình công nghệ sản xuất, kỹ năng tính toán, những kiến thức về xây dựng, kinh tế và phải hiểu biết về luật lao động, an toàn lao động của nước ta. Mặt khác người thiết kế phải nắm vững thực tế để thiết kế công trình cho phù hợp với đặc điểm khí hậu, đất đai của địa phương (khu công nghiệp), để từ đó chọn được địa điểm xây dựng và bảo đảm tính lâu dài của công trình đạt hiệu quả cao. Trong đồ án này, tôi đã hoàn thành cơ bản các yêu cầu đề ra trong đề tài thiết kế Các yêu cầu: Phần I: Lý thuyết chung về nhựa phênol-formalđêhyd và keo phênol-formalđêhyd tan trong cồn. Phần II: Cân bằng vật chất. Phần III: Tính toán thiết bị chính, phụ. Phần IV: Tính cân bằng nhiệt Phần V: Tính xây dựng. Phần VI: Tính điện nước . Phần VII: Tính kinh tế. Phần VIII: An toàn lao động và vệ sinh môi trường. Do việc khảo sát thực tế không có, bên cạnh đó sự tra cứu tài liệu ngoại ngữ còn hạn chế và sự hiểu biết có hạn, nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quyển thuyết minh này . Vì vậy tôi rất mong nhận sự góp ý xây dựng chân thành của thầy, cô cùng các bạn đọc, để bản thân rút ra được kinh nghiệm và cũng cố thêm về kiến thức ngày càng hoang thiện hơn. Qua việc làm đồ án tốt nghiệp giúp tôi nắm vững kiến thức, hiểu được vai trò của người thiết kế, tập cho bản thân có tổ chức, kỷ thuật và tác phong công nghiệp, phù hợp với công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Dương Thế Hy, cùng các thầy cô trong bộ môn công nghiệp Polime đã giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp này Đà Nẵng 05/2001 MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu 1 Phần I : Tổng quan 2 I- Nguyên liệu 2 II- Phân loại nhựa phênol- formalđêhyd 10 III- Các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo thành và tính chất sản phẩm 11 IV- Nhựa phênol- formalđêhyd tan trong cồn 15 V- Ứng dụng của nhựa rezolic 18 VI- Ứng dụng nhựa phênol- formalđêhyd tan trong cồn để làm keo dán 23 VII- Quá trình sản xuất nhựa rezolic để làm keo 25 Phần II: Tính toán Chương I: Cân bằng vật chất 28 Chương II: Tính và chọn thiết bị 34 A. Thiết bị chính 34 B. Thiết bị phụ 48 Chương III: Cân bằng nhiệt lượng 63 Phần III: Tính xây dựng 73 Phần IV: Tính điện nước 77 Phần V: Tính toán kinh tế 81 Phần VI: An toàn lao động và vệ sinh môi trường 87 Kết luận 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Cơ sở QT và TB công nghệ hóa chất tập 1 và 2 2- Sổ tay QT và TB công nghệ hóa chất tập 1 và 2. 3- Kỹ thuật sản xuất chất dẻo 4- Tổng hợp các hợp chất cao phân tử . 5- Tính toán máy và TB hóa chất. 6- Các máy khuấy trộn trong công nghiệp. 7- Hóa học hữu cơ. 8- Giáo trình hóa học monome. 9- Vật liệu dẻo, tính chất và công nghệ gia công. 10- Xây dựng lộ thiên, bán lộ thiên trong các nhà máy hóa chất ở Việt Nam Võ Văn Đài, Nguyễn Trọng khuôn, Hồ Lê Viên Nhà XB KHKT Hà Nội . Võ Văn Đài, Nguyễn Trọng khuôn, Hồ Lê Viên Nhà XB KHKT Hà Nội Sách dịch của bộ môn Pôlime Trường ĐHBK Hà Nội. Nhà XB TP.HCM Nhà XB KHKT Hà Nội 1984 Nhà XB KHKT Hà Nội 1987 Đào Hùng Cường ĐHBK Đà nẵng Đào Hùng Cường ĐHBK Đà nẵng Nhà XB ĐHBK Hà Nội 1991 Phùng Như Thanh -nhà XB KHKT t1 2HCl