Đề án Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE từ iso - Butan

6 C +5 H2O 12174,064 7652,256 0 13705,303 744,865 863,046 226,028 648,522 184,748 71,479 1826,104 1739,136 16261,071 13705,303 744,865 863,046 226,028 648,522 184,748 71,479 Tæng 36270,283 36270,230 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 62 I.4. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch−ng cÊt: Dßng s¶n phÈm ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt ®−îc ®−a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng ch−ng cÊt. V× vËy thµnh phÇn vµ l−îng c¸c cÊu tö vµo thiÕt bÞ ph¶n øng thø hai gièng nh− b¶ng 16. L−îng c¸c cÊu tö ®i vµo thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm gåm : GIso- 84HC nguyªn liªu= 36270,303 kg/h Ph¶n øng x¶y ra trong thiÕt bÞ: Iso - C4H8 + MeOH MTBE 30,435 kmol/h 30,435kmol/h 30,435 kmol/h L−îng MTBE t¹o ra ë thiÕt bÞ ph¶n øng ch−ng cÊt lµ: 215,220 - 184,785 = n=30,435 kmol/h = 2678,280 Kg/h L−îng iso - C4H8 cßn l¹i ch−a ph¶n øng lµ: 32,609 - 30,435 = 2,174 Kmol/h = 121,744 Kg/h L−îng Metanol cßn l¹i sau th¸p ch−ng cÊt lµ: 1739,136 - 30,435 ×32 = 765,216 Kg/h Do vËy ta tãm t¾t c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch−ng t¸ch nh− ë b¶ng sau: B¶ng 21: C©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ch−ng cÊt: CÊu tö L−îng vµo kg/h L−îng rakmol/h iso-C4H8 Metanol(100% Kl) MTBE n-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C +5 H2O 1826,104 1739,136 16261,071 13705,303 744,853 863,044 226,025 648,522 184,748 71,479 121,744 765,216 18939,394 13705,303 744,853 863,044 226,025 648,522 184,748 71,479 Tæng 36270,283 36270,245 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 63 I.5. TÝnh l−u l−îng thÓ tÝch nguyªn liÖu d¹ng láng ®−a vµo thiÕt bÞ èng chïm: L−u l−îng thÓ tÝch nguyªn liÖu d¹ng láng ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: vφ = hh 0G ρ , m 3/h Trong ®ã: G0 : L−îng nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ, Kg/h hhρ : Khèi l−îng riªng cña hçn hîp nguyªn liÖu, Kg/m3 vφ : L−u l−îng thÓ tÝch, m3/h Khèi l−îng riªng cña hçn hîp nguyªn liÖu ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ∑ρ χ=ρ 1 i hh 1 (**) Trong ®ã: iχ :PhÇn khèi l−îng cña cÊu tö i iρ : Khèi l−îng riªng cña cÊu tö i. Kg/m3 ë 25 0C ta cã khèi l−îng riªng cña c¸c cÊu tö d¹ng láng nh− sau: 10HCiso 4−ρ = 540 Kg/m3 104HCn−ρ = 573 Kg/m3 84HCiso−ρ = 587,9 Kg/m3 84HCn−ρ = 598,4 Kg/m3 83HC ρ = 490 Kg/m3 63HC ρ = 506 Kg/m3 MeOHρ = 786,64 Kg/m3 +ρ 5C = 624 Kg/m3 OH2 ρ = 997,08 Kg/m3 PhÇn khèi l−îng cña c¸c cÊu tö ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 64 84HCiso−χ = 335.0283,36270 064,12174 = 104HCiso−χ = 378.0283,36270 303,13705 = 104HCn−χ = 378,0283,36270 865,744 = 84 HCn− χ = 0238,0 283,36270 044,863 = 83HC χ = 006,0 283,36270 028,226 = 63HC χ = 018,0 283,36270 522,648 = +χ 5C = 005,0 283,36270 748,184 = MeoHχ = 211,0283,36270 256,7652 = OH2 χ = 002,0 283,36270 479,71 = ThÕ vµo c«ng thøc (**) ta ®−îc: hhρ = 597,855 Kg/m3 VËy l−u l−îng thÓ tÝch cña nguyªn liÖu ®−a vµo thiÕt bÞ èng chïm lµ: vφ = 667,60855,597 283,36270G hh 0 ==ρ (m 3/h) Trong ®ã : ThÓ tÝch metanol nguyªn liÖu cÇn ®−a vµo: VMeOH = 799,908,997 97,318 64,786 133,239.32 =×+× m3/h ThÓ tÝch iso-buten nguyªn liÖu cÇn ®−a vµo lµ: 60,667 - 9,799 = 50,868 m3/h §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 65 II. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l−îng. ViÖc tÝnh to¸n nhiÖt l−îng cho thiÕt bÞ ph¶n øng ch−ng t¸ch lµ rÊt phøc t¹p v× vËy trong khu«n khæ b¶n ®å ¸n nµy, vÊn ®Ò tÝnh to¸n nhiÖt cho thiÕt bÞ nµy kh«ng ®−îc ®Ò cËp ®Õn. Víi thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt c©n b»ng nhiÖt l−îng ®−îc tÝnh nh− sau: Hçn hîp nguyªn liÖu iso-C4H10 vµ metanol ë nhiÖt ®é 60 0C ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng: Tæng c¸c dßng nhiÖt vµo = Tæng c¸c dßng nhiÖt ra Hay Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 Trong ®ã: Q1 : Dßng nhiÖt do hçn hîp mang vµo, Kw. Q2: L−îng nhiÖt do n−íc lµm l¹nh mang vµo, Kw. Q3: L−îng nhiÖt t¶o ra do ph¶n øng tæng hîp, Kw. Q4: L−îng nhiÖt do s¶n phÈm mang ra, Kw. Q5: L−îng nhiÖt do chÊt t¶i nhiÖt mang ra, Kw. X¸c ®Þnh c¸c dßng nhiÖt ®i vµo thiÕt bÞ + Dßng nhiÖt do hçn hîp nguyªn liÖu vµo: Q1 = Gnguyªn liÖu . Cp nguyªn liÖu . tng.liÖu Kcal/h Víi : Q1 : NhiÖt do hçn hîp nguyªn liÖu ®−a vµo, Kcal/h. Cp : NhiÖt dung riªng trung b×nh cña hçn hîp nguyªn liÖu, Kj/Kmol.®é. t1 : NhiÖt ®é nguyªn liÖu vµo lµ, tng.liÖu = 60 oC Gnguyªn liÖu : L−îng nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ, Kmol/h TÝnh nhiÖt dung riªng cña hçn hîp nguyªn liÖu mang vµo: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp nguyªn liÖu láng vµo thiÕt bÞ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: CP nguyªn liÖu i i p.xC∑= Kj/mol.®é Trong ®ã: ipC : NhiÖt dung riªng cña c¸c cÊu tö i trong nguyªn liÖu, kcal/kmol.®é xi : phÇn tr¨m khèi l−îng cña cÊu tö i. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 66 NhiÖt dung riªng cña mét sè cÊu tö ë thÓ láng nh− b¶ng sau: B¶ng 22: NhiÖt dung riªng cña mét sè cÊu tö ë thÓ láng TÝnh ipC cña c¸c cÊu tö trong hçn hîp: CP (n-C 4 H 8 )(300 K) = (20,54 + 18,96 + 21,08)/3 = 20,19 kcal/mol.®é CP(n- 84HC )(298K) = (20,47 + 18,86 + 20,99)/3 = 20,11 kJ/mol.®é CP (iso-C 84 H )(400 K) = (26,04 + 24,33 + 26,02)/3 = 25,46 kJ/mol.®é CP(MeOH) = 1391,6 - 12,364.T + 3,781.10 - 2.T2 - 3,719.10 - 5.T3 kJ/kmol.®é CP (MTBE) = 53,176+ 0,7173.T - 0,1533. 10-2.T2+ 0,202. 10-5.T3 kJ/kmol.®é V× hµm l−îng H2O (trong MeOH) vµ C + 5 trong hçn hîp nguyªn liÖu lµ nhá nªn khi tÝnh to¸n ta bá qua. Chän nhiÖt ®é nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ lµ 600C. Thay nhiÖt ®é t = 600C (T = 3330K) ta tÝnh ®−îc: CP (MeOH) = 93,822 KJ/kmol.®é = 22,445 Kcal/Kmol.®é T¹i nhiÖt ®é 333 K dùa vµo b¶ng 23 ta dïng ph−¬ng ph¸p néi suy ta cã: CP (iso- 84HC ) = 23,099 CP (iso- 104HC ) = 25,402 CP (n- 84HC ) = 21,929 CP (n- 104HC ) = 25,466 CP ( 83HC ) = 19,270 NhiÖt dung riªng, Kcal/Kmol.®é CÊu tö 298 K 300 K 400 K Iso-C4H8 Buten-1 Cis- buten-2 Tran-buten-2 n-C4H10 Iso-C4H10 C3H8 C3H6 21,3 20,47 18,86 20,99 23,29 23,14 17,57 15,27 21,39 30,54 18,96 21,08 23,3 23,25 17,66 15,34 26,57 26,04 24,03 26,02 29,6 29,77 32,54 19,1 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 67 CP ( 63HC ) = 16,581 Thay sè vµo c«ng thøc: CP (nguyªn liÖu) i i p .xC∑= = CP nguyªn liÖu = x iso- 84HC . CP iso- 84HC + x iso- 104HC . CP(iso- 104HC ) + x n- 84HC . CP (n- 84HC ) + x n- 104HC . CP (n- 104HC ) + xMeOH.CP (MeOH). B¶ng 23: Thµnh phÇn vµ khèi l−îng cña c¸c cÊu tö vµo thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt CÊu tö kg/h % mol Kmol/h Iso-C4H8 I o-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C +5 MeOH H2O 12174,064 13705,303 744,865 863,046 226,025 648,522 184,968 7652,256 71,479 29,050 31,584 1,712 2,060 0,687 2,016 0,343 31,968 0,534 217,394 236,298 12,843 15,412 5,137 15,412 2,566 239,133 3,971 Tæng 36270,283 100 748,167 CP nguyªn liÖu = 23,265 kcal/mol.®é G1 = 748,167 kcal/h T1 = 60 OC VËy: Q1= QngliÖu. CP ngliÖu . tngliÖu = 748,167.23,265.60 = 1044366,315 kcal/h + Dßng nhiÖt do n−íc lµm l¹nh mang vµo: Q2 = G . CP 1. t1 Víi : G : Khèi l−îng n−íc l¹nh mang vµo, kcal/h. Q2 : L−îng nhiÖt do hçn hîp lµm l¹nh mang vµo, kcal/h. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 68 1pC : NhiÖt dung riªng cña n−íc. T1 : NhiÖt ®é n−íc lµm l¹nh. Chän nhiÖt ®é n−íc lµm l¹nh lµ 1t = 25 0C T¹i 25o C (289o K) theo b¶ng 23 ta cã: Cp(i-C 4 H1 10 ) = 21,3 Kcal/Kmol.®é Cp(iso -C 4 H1 10 ) = 23,14 Kcal/Kmol.®é Cp(n-C 4 H 8 ) = 20,11 Kcal/Kmol.®é Cp(n-C 4 H 10 ) = 23,9 Kcal/Kmol.®é Cp(C 3 H 8 ) = 15,57 Kcal/Kmol.®é Cp(C 3 H 6 = 15,27 Kcal / Kmol.®é ThÕ T = 289o K vµo biÓu thøc Cp(MeOH) ta ®−îc : Cp(MeOH) = 81,08 KJ/Kmol.®é = 19,397 Kcal/Kmol.®é VËy: Cp1 = 0,2906.21,3 + 0,31584.23,14 + 0,01712.20,11 + 0.0206.23,9 + + 0,00687.15,57 + 0,0216.15,27 + 0,31968.23,9 = 21,034 Kcal/Kmol.®é Suy ra: Q2 = G2 . 21,034.25 = 525,845.G2 + L−îng nhiÖt táa ra do ph¶n øng tæng hîp lµ: Q3= ΔH.n Kcal/h Trong ®ã: ΔH : nhiÖt ph¶n øng (®é lín), Kcal/mol ΔH = 37 KJ/mol = 8,852 ( Kcal/h) n : Lµ sè mol MTBE t¹o thµnh, mol Q3 : nhiÖt to¶ ra do ph¶n øng tæng hîp MTBE, Kcal/h Q3= 8,852.184,785 .10 3 = 1630727,625 Kcal/h * C¸c dßng nhiÖt ®i ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng gåm: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 69 + NhiÖt l−îng do dßng s¶n phÈm mang ra: Q4= Gsp. Cpsp. Tsp , Kcal/h Trong ®ã: Q4 : nhiÖt l−îng do dßng s¶n phÈm mang ra, Kcal/h Gsp : l−îng s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ, Kmol/h Cpsp: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng, Kcal/Kmol.®é Tsp: nhiÖt ®é s¶n phÈm ra, o C Chän Tsp = 80 0C = 353 0K. ThÕ Tsp vµo biÓu thøc tÝnh Cp(MeOH) vµ Cp(MTBE) ta ®−îc : Cp(MeOH) = 102,699 KJ/Kmol.®é = 24,569 Kcal/Kmol.®é Cp(MTBE) = 204,211 KJ/Kmol.®é = 48,854 Kcal/Kmol.®é T¹i 353 o K : dùa vµo sè liÖu ë b¶ng 23 vµ dïng ph−¬ng ph¸p néi suy ®−îc: Cp(i-C 4 H1 10 ) = 26,686 Kcal/Kmol.®é Cp(iso -C 4 H1 10 ) = 24,135 Kcal/Kmol.®é Cp(n-C 4 H 10 ) = 26,686 Kcal/Kmol.®é Cp(n-C 4 H 8 ) = 22,983 Kcal/Kmol.®é Cp(C 3 H 8 ) = 20,246 Kcal/Kmol.®é Cp(C 3 H 6 = 17,333 Kcal / Kmol.®é CPsp = Σ C ip . xi CPsp = 0,0579 × 24,135 + 0,965 × 24,569 + 0,328 × 48,485 + + 0,419 × 26,706 + 0,027 × 26,686 + 0,009 × 22,983 + 0,027 × 20,246 +0,005 ×17,333. = 32,748 , Kcal/Kmol.®é Do ®ã: Q4 = Gsp. Gsp. Tsp= 563,407×32,748×80 = 1476043,249 KJ/h + Dßng nhiÖt do nguyªn liÖu lam l¹nh mang ra: Q5 = G ×CP × t2 , Kcal/h Trong ®ã: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 70 Q5 : L−îng nhiÖt do nguyªn liÖu lµm l¹nh mang ra, Kcal/h Cp2: NhiÖt dung riªng cña nguyªn liÖu lµm l¹nh, kcal/Kmol.®é t 2 : NhiÖt ®é ra khái thiÕt bÞ cña nguyªn liÖu lµm l¹nh, o C Chän nhiÖt ®é cña n−íc ®i ra lµ 2t = 60 0C = 333 K T¹i T = 333 K ta tÝnh ®−îc nhiÖt dung riªng cña hçn hîp nguyªn liÖu lµ: CP 2 )C50( o = 23,265 kcal/mol.®é VËy suy ra: Q5 = G ×23,265×60 = 1395,9 × G Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng chung cho thiÕt bÞ ta cã: ∑ NhiÖt l−îng ®i vµo = ∑ NhiÖt l−îng ®i ra Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 hay: 1044366,315+G×525,845 + 1630727,625 = 1476043,249+G×1395,9 (*) Gi¶i ph−¬ng tr×nh (*) ta ®−îc: G = 1378,132 kmol/h Thµnh phÇn vµ l−îng c¸c cÊu tö trong nguyªn liÖu lµm l¹nh nh− b¶ng sau: B¶ng 24: Thµnh phÇn vµ l−îng c¸c cÊu t− trong nguyªn liÖu lµm l¹nh Thµnh phÇn kg/h kmol/h % mol iso-C4H8 Metanol iso-C4H10 n-C4H10 n-C4H8 C3H8 C3H6 C +5 H2O 22427,166 13926,848 1374,832 1443,082 532,504 1224,872 196,812 31722,408 133,956 400,485 435,214 23,704 28,389 9,509 27,838 4,686 440,589 7,442 29,06 31,584 1,718 2,06 2,016 0,434 2,016 31,968 0,534 Tæng 73182,474 1378,132 100 Thay gi¸ trÞ G vµo biÓu thøc tÝnh Q2 , Q5 ta ®−îc Q2 = 525,845.1378,132 = 724683,854 kcal/h §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 71 Q5 = 3099,126.75,285.50 = 1923734,459 kcal/h B¶ng 25: C©n b»ng nhiÖt l−îng cña thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. NhiÖt vµo (Kcal/h) NhiÖt ra (Kcal/h) Q1 = 1044366,315 Q2 = 7246+83,854 Q3 = 1630787,625 Q4 = 147603,349 Q5 = 1923734,459 Qvµo = 3399777,794 Qra = 3399777,708 III.TÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh: Theo kÕt qu¶ trªn thiÕt bÞ chÝnh lµm viÖc ë nhiÖt ®é kho¶ng t0= 60÷800C. Ph¶n øng tæng hîp MTBE ®−îc tiÕn hµnh trong pha láng ë ®iÒu kiÖn 600- 800C P =7 -15 at, sö dông xóc t¸c nhùa tao ®æi ion Amberlyst 15 cã tÝnh chÊt vËt lý ®Æc tr−ng nh− ®· tr×nh bµy. III.1. TÝnh to¸n thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ ph¶n øng:  Ph¶n øng tæng hîp cã ph−¬ng tr×nh sau: Iso-C4H8 + MeOH → MTBE §©y lµ ph¶n øng thuËn nghÞch to¶ nhiÖt, d¹ng bËc 2 tèc ®é x¶y ra trªn xóc t¸c Amberlyst 15 lµ. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng cã thÓ viÕt : BA BA CC.k d dC d dC r ×=τ−=τ−= - )CC()CC(k d )CC(d B0BA0A A0A ττ τ −×−=τ − τ×=××− −− τ τ dk )CC()CC( CC(d B0B0B0A )a0A LÊy tÝch ph©n 2 vÕ ta ®−îc: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 72 τ=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ × ××− τ .k CC CC lg )CC( 303,2 0B0A A0B 0B0A , (**) Trong ®ã: τ : Thêi gian l−u, gi©y k : H»ng sè vËn tèc ph¶n øng CA0, C Aτ : Nång ®é lóc ban ®Çu vµ sau thêi gian l−u τ cña iso-buten, mol/lit CB0, C τB : Nång ®é lóc ban ®Çu vµ thêi gian τ cña metanol, mol/lÝt * X¸c ®Þnh h»ng sè vËn tèc k: C¸c tÝnh chÊt cña xóc t¸c Amberlý 15 nh− sau:[5] Tèc ®é ph¶n øng r = 0,0151 mol/h.mequiv §é axit : C = 4,75 mequiv/gxt §é chuyÓn ho¸ : XMeOH = 7,2% DiÖn tÝch bÒ mÆt : A = 42,0 m2/g ThÓ tÝch mao qu¶n : V = 0,35 ml/g §−êng kÝnh mao qu¶n : D = 343 A0 §−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng : dp = 0,74 mm ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo nång ®é chÊt tham gia ph¶n øng vµ h»ng sè tèc ®é: ω = k. C1.C2 suy ra k = 21CC ω (1) Trong ®ã : ω : Tèc ®é ph¶n øng. C1, C2: LÇn l−îc lµ nång ®é cña isobuten vµ Metanol, mol/lit H»ng sè vËn tèc ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh ®éng häc sau + X¸c ®Þnh C1 vµ C2 nh− sau: Gäi M lµ khèi l−îng mol trung b×nh cña nguyªn liÖu, ta cã: M = +×χ+×χ+×χ −−−−− 8H4C8H4Cn10H4ciso8H4Ciso8H4Ciso8H4Ciso MMM +×χ+×χ+×χ+×χ+ −− MeOHMeOH6H3C6H3C8H3C8H3C10H4Cn10H4Cn MMMM ++ ×χ+×χ+ 5522 CCOHOH MM §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 73 Trong ®ã, Mi , Xi lµ khèi l−îng mol, nång ®é phÇn molcña c¸c cÊu tö i Thay sè vµo ta cã: M = 0,2906 ×56 + 0,3158×32 + 0,0172×56 + 0,021×58 + 0,005×44 +0,020×42 + 0,3197×72 + 0,0054×18 + 0,0043×44 = 52,884 (g) Theo tÝnh to¸n ë phÇn c©n b»ng vËt chÊt ta ®· cã khèi l−îng riªng cña nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ èng chïm lµ: hhρ = 597,855 Kg/m3 Suy ra tæng sè mol trong mét lÝt nguyªn liÖu lµ: n = 305,11 884,32 855,597 = mol Nh− vËy sè mol c¸c chÊt trong 1 lÝt nguyªn liÖu lµ: Sè mol cña iso-buten: niso-buten = 0,2906×11,305 = 3,285 mol/lit Sè mol metanol: nMeoH = 0,3158×11,305 = 3,570 mol/lit Ta cã: ω = C× r = 4,75× 0,0151 = 0,071725 Ta cã ph¶n øng: Iso-C4H8 + MeOH → MTBE Ban ®Çu: 3,825 T = τ: 3,825 - 3,57.xMeOH 3,57 - 3,57. xMeOH 3,57 xMeOH Vµ ta cã MeOHχ = 7,2% VËy sau ph¶n øng: 84HCiso C − = 3,285 – 3,57.0,072 = 3,028 mol/lÝt MeOHC = 3,57 – 3,57.0,072 = 3,313 mol/lÝt VËy k = xt 2 21 g.h.mol lit0071498,0 313,3.028,3 071725,0 CC ==ω Träng l−îng riªng cña xóc t¸c: ρ = 760 Kg/m3 = 760000 g/m3 = 760 g/lÝt Do ®ã: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 74 k = 0,0071498. xt 2 g.h.mol lÝt = 0,0071498 760 1 mol lÝt 2 k = 5,434 s.mol lit 0015094,0 h.mol lÝt = * X¸c ®Þnh CA0, CB0 vµ CAt, CBt. CA0 = (niso-buten)/ (thÓ tÝch hçn hîp nguyªn liÖu vµo) CA0 = 583,310.667,60 10.394,217 3 3 = lÝt mol T−¬ng tù: CB0 = 942,310.667,60 10.133,239 3 3 = lÝt mol X¸c ®Þnh Cat, vµ CBt: L−îng vµ thµnh phÇn cña cÊu tö ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng nh− sau: B¶ng 26: Thµnh phÇn vµ l−îng c¸c cÊu tö ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng thø nhÊt. CÊu tö Kmol/h Kg/h ρ , g/lÝt V, l/mol V, l/h iso-C4H8 iso-C4H10 n-C4H10 n- C4H8 C3H8 C3H6 Metanol H2O MTBE C +5 32,609 236,298 12,482 15,412 5,137 15,441 54,348 3,971 184,785 2,566 1826,104 13705,302 744,853 863,044 226,025 648,522 1739,136 71,479 16261,071 184,748 538 480 530 538 428 446 763,7 971,83 730,4 582 0,1041 0,1208 0,1094 0,1041 0,1028 0,0942 0,0419 0,0185 0,1205 0,1237 3394,597 28544,799 1365,531 1604,337 528,084 1454,542 2277,181 73,464 22266,593 317,414 Tæng 563,049 36270,285 61826,542 ThÓ tÝch cña dßng s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: : §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 75 V = 61826,542 lit/h VËy : CAt = 527,0542,61826 10.609,32 3 = mol/lit CBt = 880,0542,61826 10.384,54 3 = mol/lit *X¸c ®Þnh thêi gian Thay c¸c sè liÖu võa tÝnh ®−îc vµo ph−¬ng tr×nh (*) ta ®−îc: 88,0.583,3 527,0.942,3lg. )942,3583,3(0015094,0 303,2 ×−=τ τ= 770,121 gi©y = 0,214 h * X¸c ®Þnh thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ. V = (1 + m) τ×φ× v Trong ®ã: m : HÖ sè dù tr÷, chän m = 0,5 vφ : ThÓ tÝch hçn hîp dßng vµo, m3/h τ : Thêi gian l−u, h Vr : ThÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ, m 3 VËy : Vr = (1 =0,5)×60,667×0,214 = 19,474 m3 ≈ 19 m3 III.2. TÝnh to¸n kÝch th−íc thiÕt bÞ ph¶n øng: ThiÕt bÞ ph¶n øng lµ thiÕt bÞ èng chïm cã cÊu t¹o bªn ngoµi lµ vá bäc, bªn trong lµ c¸c èng chøa xóc t¸c nhùa trao ®æi ion. Hçn hîp nguyªn liÖu ®−îc ®−a vµo thiÕt bÞ ë ®Ønh vµ tõ ch¶y trong èng chøa xóc t¸c. Ph¶n øng x¶y ra trong èng ë nhiÖt ®é kho¶ng t0 = 60 - 800C. §©y lµ ph¶n øng táa nhiÖt, ®Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é kh«ng t¨ng cao ta cÇn thiÕt kÕ ®−êng kÝnh èng phï hîp vµ dïng n−íc l¹nh ®Ó ®i ngoµi èng lÊy nhiÖt ®i. *TÝnh sè èng cña thiÕt bÞ: Ta cã: shVr ×= Trong ®ã: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 76 h : chiÒu cao cña thiÕt bÞ, m S : TiÕt diÖn ngang cña thiÕt bÞ V× hçn hîp ph¶n øng chØ ®i vµo trong c¸c èng chøa xóc t¸c nªn tiÕt diÖn ngang S lµ tæng c¸c tiÕt diÖn ngang cña c¸c èng trong thiÕt bÞ. S = n × S1 Trong ®ã: n : sè èng S1 : TiÕt diÖn ngang mét èng: m 2 Ta cã: S1 = 4 d14,3 2èng× dèng : Lµ ®−êng kÝnh trong cña èng, m Ta chän dèng = 100 mm vµ chiÒu dµy èng 3 mm S1 = 00785,04 1,0.14,3 2 = m2 ChiÒu cao cña èng lµ: h = τ×ω , m Trong ®ã: h : ChiÒu cao cña èng, m ω : Tèc ®é dßng ®i trong èng, m/s. chän ω = 0,01 m/s τ : Thêi gian l−u, gi©y VËy ta cã: h = 0,01× 770,121 = 7,7 m Suy ra sè èng cña thiÕt bÞ lµ: n = 314 0785,07,7 19 Sh V 1 r =×=× èng n = 314 èng NÕu xÕp èng theo h×nh lôc gi¸c th× ta cã c«ng thøc; n = 3a.(a - 1) + 1 [20-48] Trong ®ã: n : Sè èng §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 77 a : Sè èng trªn mét c¹nh cña h×nh lôc gi¸c ngoµi cïng Thay n = 314 vµo c«ng thøc ta cã 314 = 3.a(a - 1) + 1 Gi¶i ph−¬ng tr×nh nµy ta ®−îc a = 10,73 Ta lÊy a = 10 èng VËy sè èng cña thiÕt bÞ theo quy chuÈn lµ: n = 3a.(a - 1) + 1 = 3.10(10-1) + 1 = 217 èng * TÝnh ®−êng kÝnh cña thiÕt bÞ: §−êng kÝnh cña thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm ®−îc x¸c ®Þnh dùa theo c«ng thøc: D = t.( b - 1 ) + 4.d ,m Trong ®ã: D : ®−êng kÝnh thiÕt bÞ, m. t : b−íc èng, m. b: sè èng trªn ®−êng chÐo h×nh lôc gi¸c d : ®−êng kÝnh ngoµi cña èng, m. Ta cã: d = 0,1 + 0,003.2 = 0,106 m b = 2a - 1 = 2.10 - 1 = 19 èng B−íc èng t th−êng lÊy lµ t= 1,25.d. d : §−êng kÝnh ngoµi cña èng, d= 0,057 + 0,003. 2= 0,063 m. VËy t = 1,25. 0,106 = 0,132 m. §−êng kÝnh thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: D = 0,132 (19 - 1) + 4. 0,106 = 2,8 m. Chän vËt liÖu lµm thiÕt bÞ lµ thÐp CT3 VËy kÝch thø¬c thiÕt bÞ ph¶n øng nh− sau: - ChiÒu cao thiÕt bÞ ( chiÒu cao èng) H : 7,7 m. - §−êng kÝnh thiÕt bÞ D : 2,8 m. - Sè èng n : 271èng. - §−êng kÝnh èng d : 0,106 m. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 78 - ChiÒu dµy èng s : 0,003 m. - B−íc èng t : 0,132 m. III.3.TÝnh to¸n c¬ khÝ mét sè chi tiÕt chñ yÕu cña thiÕt bÞ: Chän vËt liÖu lµm thiÕt bÞ lµ thÐp CT3. - X¸c ®Þnh chiÒu dµy th©n thiÕt bÞ [ ] CP.σ2 .PDS t tt ++ϕ= , m Trong ®ã: Dt : ®−êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ, m. ϕ : hÖ sè bÒn thµnh h×nh trô theo ph−¬ng trôc däc, ϕ=0,95. Pt : ¸p suÊt trong cña thiÕt bÞ, N/m 2. C : HÖ sè bæ sung do ¨n mßn, bµo mßn vµ dung sai vÒ chiÒu dµy, m ϕ : HÖ sè bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph−¬ng däc, víi thiÕt bÞ hµn däc, hµn tay b»ng hå quang ®iÖn øng víi thÐp CT3 vµo 2 líp th× ϕ = 0,95.[20-360] ¸p suÊt trong cña thiÕt bÞ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Pt = Plv + Ptt , N/m 2 Trong ®ã: Plv : ¸p suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ N/m 2. Pmt = 1,03. 10 5 N/m2 Ptt: ¸p suÊt thñy tÜnh cña n−íc. Ptt = ρ. g. h, N/m2 Trong ®ã: g : Lµ gia tèc träng tr−êng, g = 9,81 m/s2 H : Lµ chiÒu cao cña cét chÊt láng, h= 7,7 m ρ : Lµ khèi l−îng riªng trung b×nh cña hçn hîp chÊt láng. ρ= 597,855 kg/m3. Do ®ã: Ptt = ρ. g. H = 9,81×597,855×7,7= 45160,173 N/m2. VËy ¸p suÊt ë trong thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: Pt = 1,03. 10 5 + 45160,173= 1,4816. 105 N/m2. Ta tÝnh hÖ sè bæ sung do ¨n mßn, bµo mßn, dung sai vµ chiÒu dµy. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 79 C = C1 + C2 + C3, m 2 Víi: C1 : bæ sung ¨n mßn: víi thÐp CT3 tèc ®é gØ lµ 0,06 mm/n¨m, thêi gian lµm viÖc tõ 15 ÷20 n¨m. C1 = 1 mm. C2 : bæ sung do bµo mßn do nguyªn liÖu kh«ng chøa h¹t r¾n chuyÓn ®éng nªn C2 = 0. C3 : Dung sai vÒ chiÒu dµy, C3 = 0,8 mm. Do ®ã: C = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 mm = 0,0018 m. * øng suÊt cho phÐp cña thÐp CT3 theo giíi h¹n bÒn ®−îc x¸c ®Þnh theo : [ kσ ] = η×σ k t k n , N/m2. Trong ®ã: η : hÖ sè ®iÒu chØnh thiÕt bÞ ®−îc c¸ch li víi nguån nãng trùc tiÕp nªn thuéc lo¹i nhãm 2 lo¹i 1 VËy η = 1. nk : hÖ sè an toµn theo giíi h¹n bÒn. Tra b¶ng XIII.3 [20-356] ta ®−îc nk = 2,6. σkt: øng suÊt giíi h¹n bÒn vµ b»ng 380.106 N/m2. Tra b¶ng XII.4 [20-309] ta ®−îc σkt = 380. 108 N/m2. Do ®ã: [ kσ ] = 380.106 .1/2,6 = 146.108 N/m2 øng suÊt cho phÐp theo giíi h¹n ch¶y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc [20-355]: [ kσ ] = c c t c n n ×σ , N/m2. Trong ®ã: t cσ : giíi h¹n ch¶y ë nhiÖt ®é t, tra b¶ng XII.4 [20-309] ta ®−îc cσ = 240.106 N/m2. nc : hÖ sè an toµn theo giíi h¹n ch¶y. Tra b¶ng XIII.3 [20-356] ta ®−îc nc = 1,5. VËy øng suÊt cho phÐp giíi h¹n ch¶y lµ §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 80 8 6 c 10.60,115,1 10.240 =×=σ N/m2 §Ó ®¶m b¶o bÒ ta lÊy gi¸ trÞ bÐ nhÊt trong hai kÕt qña trªn, tøc lµ: [σ ] = [σk] = 1,46.108 N/m2. Tr−êng hîp ë ®©y ®−êng kÝnh thiÕt bÞ Dt =2,8 m, víi hµn tay b»ng hå quang vµ c¸ch hµn gi¸p mèi hai bªn. Ta tra b¶ng XIII.8[20-362] ta chänϕ = 0,95. [ ]σ ϕ× /Pt = 112,937 10.4816,1 10.46,1 5 8 = > 50 V× vËy ta bá qua ®¹i l−îng Pt ë mÉu sè trong c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy th©n thiÕt bÞ [20-384]. Do ®ã chiÒu dµy th©n thiÕt bÞ ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: S = [ ] C..2 PD tt =ϕσ m S = 294,310.8,1 10.4615,1.2 10.4816,1.8,2 3 95,0.8 5 == − mm Theo b¶ng XII.11[20-384] ta chän S = 4 mm * KiÓm tra øng suÊt cña thµnh thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thö: [ ] ( ) 2,1.CS.2 P.)CS(D 'c0t σ≤ϕ− −+=σ [20-365] Trong ®ã: P0 : ¸p suÊt thö tÝnh to¸n, N/m 2 P0 = Pth + Pt N/m 2 P1 : ¸p suÊt thuû tØnh cña n−íc, NB/m 2 Pt = hhρ .g . H = 1,5.1,4816.105 = 2,22.105 VËy: P0 = 2,22.10 5 + 0,7554.105 = 2,9774.105 N/m2 Suy ra : ( )[ ] ( ) 6 5 10.748,143 95,0.0018,0004,0.2 10.9774,2.0018,04,,08,2 =− −+=σ N/m2 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 81 6 6' c 10.200 2,1 10.240 2,1 ==σ N/m2 V× σ < 'cσ nªn S = 4mm lµ ®¶m b¶o ®é bÒn III.3.1 TÝnh ®−êng kÝnh èng dÉn nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm: §−êng kÝnh èng dÉn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: d®Ønh = ω.785,0 V m Trong ®ã: ϖ : VËn tèc trung b×nh cña hçn hîp dßng chän w= 0,2 m/s V : L−u l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp , m3/s. * èng dÉn nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ: Theo tÝnh to¸n ë phÇn tr−íc ta ®· cã l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp vµo thiÕt bÞ lµ: V = 60,667 m3/h Theo b¶ng II.2[19-369] ta chän tèc ®é trung b×nh cña hçn hîp vµ thiÕt bÞ lµ: ω = 0,2 m/s ThÕ sè vµo ta cã: d®Ønh = 2,0.785,0 016852,0 = 0,328 m Theo b¶ng XII.32[20-434] ta chän d1 = 400 mm * èng dÉn s¶n phÈm: Theo tÝnh to¸n ë phÇn tr−íc ta ®· cã l−u l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp ra khái thiÕt bÞ lµ: V = 60,667 m3/h = 0,016852 m3/s Theo b¶ng II.2[19-369] ta chän tèc ®é trung b×nh cña hçn hîp vµ thiÕt bÞ lµ: ω = 0,2 m/s ThÕ vµo ta cã: d2 = 2,0.785,0 016852,0 = 0,328 m §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 82 Theo b¶ng XII.32[20-434] ta chän d1 = 400 mm * èng dÉn nguyªn liÖu lµm l¹nh: Theo tÝnh to¸n ë phÇn c©n b»ng nhiÖt l−îng ta ®· cã nguyªn liÖu cÇn lµm l¹nh lµ: 73182,474 Kg/h. Khèi l−îng riªng cña hçn hîp dïng lµm l¹nh ®· tÝnh ®−îc lµ: ρ = 597,855 Kg/m3 VËy l−u l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp nguyªn liÖu lµm l¹nh lµ: V = 408,122 855,597 474,73182 = m3/h = 0,034 m3 /h Theo b¶ng II.2[19-369] ta chän tèc ®é dßng trung b×nh cña hçn hîp nguyªn liÖu lµm l¹nh lµ ω = 0,3 m/s Thay vµo ta cã: d = 379,0 3,0.785,0 034,0 = m Theo b¶ng XIII.32[20-434] ta chän d3 = 400 mm III.3.2. TÝnh chiÒu dµy ®¸y vµ n¾p th¸p: §¸y vµ n¾p th¸p còng ®−îc lµm tõ vËt liÖu cïng lo¹i víi th©n th¸p. Ta dïng lo¹i ®¸y, n¾p elÝp cã gê cho th©n hµn. ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p lµm viÖc chÞu ¸p suÊt trong ®−îc tÝnh theo c«ng thøc. [20-385] [ ] Ch.2 D P.k.8,3 PDS b t thk tt +×−ϕσ= Trong ®ã: ϕh : hÖ sè bÒn cña mèi hµn h−íng t©m (nÕu cã). Tra b¶ng XIII.8 [20-362] ta ®−îc ϕh = 0,95. hb: ChiÒu cao phÇn låi cña ®¸y, m. k : HÖ sè kh«ng thø nguyªn. Tra b¶ng XIII.10 [20-382] ta ®−îc hb= 400 mm. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 83 HÖ sè k ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. tD d 1k −= Trong ®ã: Dt : §−êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ, m d : Lµ ®−êng kÝnh lín nhÊt cña lç kh«ng t¨ng cøng d = 0,15m. N¾p hµn tõ hai nöa tÊm víi nhau tõ hai phÝa b»ng tay, [σk]= 1,46.106 N/m2 , σc= 240.106 N/m2. 9464,0 8,2 15,0 1k =−= Ta tÝnh gi¸ trÞ: 30909,88695,0.9464,0. 10.4816,1 10.46,1.k. p s 5 8 k t k >==ϕ Do ®ã ®¹i l−îng Pt ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy ®¸y, n¾p ë trªn cã thÓ bá qua. * ChiÒu dµy cña n¾p thiÕt bÞ: S = [ ] Ch.2 D .k.8,3 PD b t hk tt +×ϕσ m C 4,0.2 8,2 95,0.94643,0.10.4615,1.8,3 10.4816,1.8,2S 8 5 +×= Suy ra S - C = 3 mm. V× S - C < 10 nªn ta t¨ng thªm 2 mm so víi gi¸ trÞ C tÝnh ë th©n th¸p [20-384]. VËy C = 0,0018 + 2. 10-3 = 0,0038 m). VËy S = 0,003 + 0,0038 = 0,0068 (m). Dùa vµo b¶ng XIII.11 [20-384] ta quy chuÈn chiÒu dµy cña n¾p elÝp cã gê lµ S = 8mm. ChiÒu cao gê h = 25 mm. ChiÒu cao phÇn låi hb= 400 mm. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 84 * KiÓm tra øng suÊt thµnh cña n¾p thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thö: ( )[ ] ( ) 2,1CS.k.6,7 P.CSh.2D 'c h 0b 2 t σ≤−ϕ −+=σ Thay vµo ta ®−îc: ( )[ ] ( ) 6 52 10.196 0038,00008,04,0.95,0.946,0.6,7 10.9774,2.0038,0008,0.28,2 =− −+=σ N/m2 6 6' c 10.200 2,1 10.240 2,1 ==σ N/m2 V× 2,1 ' cσ<σ nªn S = 8 mm lµ ®¶m b¶o ®é bÒn. * ChiÒu dµy ®¸y th¸p: §¸y thiÕt bÞ ph¶i chÞu t¸c dông cña ¸p suÊt thuû tÜnh, do ®ã: ( ) [ ] Ch.2 D .k.8,3 PPDS b t hk tttt +×ϕσ += m Trong ®ã: Pt : ¸p suÊt ë trong thiÕt bÞ, N/m 2. Ptt : ¸p suÊt thñy tÜnh cña cét chÊt láng max(khi cã sù cè). ( ) C 4,0.2 6,1 95,0.94643,0.10.4615,1.8,3 173,4516010.4816,18,2S 8 5 +×+= S - C = 0,0038 m V× S - C < 10 nªn ta t¨ng thªm 2 mm so víi gi¸ trÞ C tÝnh ë th©n th¸p tøc lµ. C = 0,0038 + 0,0038 = 0,0076 m. Ta quy chuÈn chiÒu dµy ®¸y elÝp cã gê lµ S = 8 mm. ChiÒu cao gê h = 25 mm. ChiÒu cao phÇn låi hb= 400 mm. III.3.3. Chän mÆt bÝch cho thiÕt bÞ: *. BÝch nèi n¾p vµ ®¸y víi th©n thiÕt bÞ. Chän bÝch liÒn b»ng thÐp ®Ó nèi n¾p vµ ®¸y th¸p víi th©n thiÕt bÞ. Tra b¶ng XIII. 27 [ 20-417] øng víi d = 2800 mm ta cã kÝch th−íc cña bÝch nh− sau ta ®−îc b¶ng sau: §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 85 B¶ng 27: KÝch th−íc bÝch ®Ó nèi n¾p vµ ®¸y th¸p víi th©n thiÕt bÞ. * BÝch nèi èng dÉn víi thiÕt bÞ: Chän bÝch liÒn b»ng kim lo¹i ®en nèi thiÕt bÞ víi èng dÉn [20-409]. Do èng dÉn nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ èng dÉn s¶n phÈm vµ èng dÉn nguyªn liÖu lµm l¹nh cã ®−êng kÝnh gièng nhau (d = 400 mm) nªn bÝch nèi c¸c èng dÉn nµy víi thiÕt bÞ cã kÝch th−íc gièng nhau: Dùa vµo b¶ng XIII.26 [20- 409] ta cã kÝch th−íc cña bÝch nh− sau: B¶ng 28: KÝch th−íc cña bÝch nèi víi c¸c èng dÉn. KÝch th−íc nèi Bul«ng D Db D1 D0 db z h Py.10 -6 N/m2 Dt mm mm C¸i 0,1 2800 2970 2910 2870 2819 M20 60` 40 KÝch th−íc nèi Py. 10-6 N/m2 Dy èng Dn D Db D1 Bul«ng h èng dÉn mm Db ,mm Z, c¸i C¸i 0,1 400 515 475 450 411 M16 8 16 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 86 Pcz TI Ch−¬ng II tù ®éng ho¸ trong ph©n x−ëng I. môc ®Ých cña tù ®éng ho¸: M« h×nh tù ®éng ho¸ trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ lµ qu¸ tr×nh sö dông c¸c dông cô, thiÕt bÞ m¸y mãc tù ®éng ®iÒu khiÓn sù ho¹t ®éng cña c¸c bé phËn trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ theo ®óng yªu cÇu ®· ®−îc t¹o dùng theo chÕ ®é c«ng nghÖ cña d©y chuyÒn ®ã. Môc ®Ých cña viÖc ®−a hÖ thèng m« h×nh ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ nµy vµo d©y chuyÒn c«ng nghÖ lµ nh»m lµm cho m¸y mãc thiÕt bÞ ho¹t ®éng theo chÕ ®é tèi −u nhÊt, chÝnh x¸c nhÊt, tr¸nh ®−îc sù cè x¶y ra trong thao t¸c ®iÒu khiÓn, bé phËn nµy tù ®éng b¸o ®éng khi cã sù cè x¶y ra. MÆt kh¸c, nhê nh÷ng c«ng dông cña hÖ thèng tù ®éng ho¸ nµy mµ trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ cho phÐp tr¸nh nhÇm lÉn, gi¶m sè l−îng c«ng nh©n lµm viÖc trong nhµ m¸y, ®ång thêi t¨ng n¨ng suÊt lao ®éng. Nhê hÖ thèng tù ®éng ho¸ mµ trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ cã nh÷ng n¬i sinh khÝ ®éc h¹i hay dÔ g©y ch¸y næ, lµm cho c«ng nh©n kh«ng thÓ ®iÕu khiÓn trùc tiÕp ®−îc, khi ®ã sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng sÏ ®¶m b¶o tÝnh m¹ng cho c«ng nh©n. Nh− vËy, viÖc ¸p dông hÖ thèng m« h×nh ®iÒu khiÓn tù ®éng tron d©y chuyÒn c«ng nghÖ kh«ng chØ lµ mét vÊn ®Ò cÇn thiÕt mµ cßn cã tÝnh b¾t buéc ®èi víi c«ng nghÖ. §èi víi d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt phenol th× ta cã mét sè ký hiÖu cña dông cô tù ®éng sau: - Dông cô ®o nhiÖt ®é: - Dông cô ®o ¸p suÊt: - Dông cô ®o l−u l−îng: - Dông cô ®o nhiÖt ®é hiÓn thÞ t¹i chung t©m ®iÒu khiÓn: - Dông cô ®o nhiÖt ®é truyÒn xa t¹i trung t©m ®iÒu khiÓn: - ThiÕt bÞ ®o ¸p suÊt tù ®éng ®iÒu chØnh (van an toµn): ↑ t0 TT §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 87 - Bé ®iÒu chØnh møc chÊt láng tù ghi cã b¸o ®éng khÝ l¾p t¹i trung t©m ®iÒu khiÓn: LRA - Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt tù ghi vµ hiÓn thÞ, khÝ cô l¾p t¹i trung t©m ®iÒu khiÓn: - C¬ cÊu ®iÒu chØnh: - C¬ cÊu chÊp hµnh: - Tù ®éng më khi mÊt tÝn hiÖu: - Tù ®éng ®ãng khi mÊt tÝn hiÖu: HÖ thèng tù ®éng ho¸ ®iÒu chØnh bao gåm ®èi t−îng ®iÒu chØnh (§T) vµ bé ®iÒu chØnh (B§C). Bé ®iÒu chØnh cã thÓ bao gåm: Bé c¶m biÕn vµ bé khuÕch ®¹i. Bé c¶m biÓn dïng ®Ó ph¶n ¸nh sù sai lÖch c¸c th«ng sè ®iÒu chØnh so víi gi¸ trinh cho tr−íc vµ biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu. Bé khuÕc ®¹i lµm nhiÖm vô khuÕc ®¹i tÝn hiÖu cña bé c¶m biÕn ®Õn gi¸ trÞ cã thÓ ®iÒu chØnh c¬ quan ®iÒu khiÓn (CQ§K), c¬ quan nµy t¸c ®éng lªn ®èi t−îng nh»m xo¸ ®i ®é sai lÖch cña c¸c th«ng sè ®iÒu chØnh. M¹ch ®iÒu chØnh ®−îc khÐp kÝn nhê quan hÖ ng−îc tõ ®èi t−îng ®Õn bé ®iÒu chØnh. Quan hÖ nµy ®−îc gäi lµ håi tiÕp chÝnh. II. Mét sè d¹ng tù ®éng ho¸ trong c«ng nghiÖp: 1. Tù ®éng kiÓm tra vµ tù ®éng b¶o vÖ: Tù ®éng kiÓm tra c¸c th«ng sè c«ng nghÖ (nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng, nång ®é) kiÓm tra c¸c th«ng sè c«ng nghÖ ®ã cã thay ®æi hay kh«ng. NÕu cã th× c¶nh b¸o chØ thÞ ghi l¹i gi¸ trÞ thay ®æi ®ã. BiÓu diÔn s¬ ®å tù ®éng kiÓm tra vµ tù ®éng b¶o vÖ Trong ®ã: §T - §èi t−îng hiÖu chØnh. CB – c¶m biÕn ®èi t−îng. PIR §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 88 BK§ - Bé khuÕch ®¹i. N – Nguån cung cÊp n¨ng l−îng. T – ChØ thÞ b»ng v¹ch hoÆc sè. C – C¶nh b¸o. G – Ghi l¹i sù thay ®æi. P – Ph©n lo¹i. 2. Tù ®éng ®iÒu khiÓn: Trong ®ã gåm: §T - §èi t−îng ®iÒu chØnh. CB – C¶m biÕn ®èi t−îng. SS – Bé khuÕch ®¹i. N – Nguån cung cÊp n¨ng l−îng. B§ - Bé ®Æc cho phÐp ta ®Æt tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, nã lµ mét tæ choc c¸c t¸c ®éng cã ®Þnh h−íng ®iÒu khiÓn tù ®éng. 3. D¹ng tù ®éng ®iÒu chØnh: Bao gåm: §T - §èi t−îng ®iÒu chØnh. CB – C¶m biÕn ®èi t−îng. SS – Bé khuÕc ®¹i. B§ - Bé ®Æc. CCCH– C¬ cÊu chÊp hµnh. B§K – Bé so s¸nh N – Nguån cung cÊp n¨ng l−îng. c T g p Bk®cb®t n BD SS CB®t N §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 89 §T CB SS BD CCCH B§K N Trong tÊt c¶ c¸c d¹ng tù ®éng ®iÒu khiÓn th−êng sö dông nhÊt lµ kiÓu hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn cã tÝn hiÖu ph¶n håi (m¹ch ®iÒu khiÓn khÐp kÝn). Gi¸ trÞ th«ng tin ®Çu ra cña thiÕt bÞ dùa trªn sù kh¸c nhau gi÷a c¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc cña biÕn ®iÒu khiÓn víi gi¸ trÞ tiªu chuÈn Trong ®ã: Y - §¹i l−îng ®Æt. X - §¹i l−îng ra. N – T¸c nh©n nhiÔu. O - §èi t−îng ®iÒu chØnh. XPH – TÝn hiÖu ph¶n håi. CB – C¶m biÕn. §T – PhÇn tö ®Æt trÞ. §C – PhÇn tö ®iÒu chØnh. XCB – Gi¸ trÞ c¶m biÕn. X§T – Gi¸ trÞ ®Æt trÞ. XtrÞ sè = X§T – XCB. SS – PhÇn so s¸nh PhÇn tö c¶m biÕn: lµ phÇn tö lµm nhiÖm vô nhËn tÝn hiÖu ®iÒu chØnh X vµ dÞch chuyÓn nã ra 1 d¹ng th«ng sè kh¸c cho phï hîp víi thiÕt bÞ ®iÒu chØnh. n §¹i l−îng ra X§T §¹i l−îng ®Æt X XCB Ph¶n håi Y §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 90 PhÇn tö ®Æt trÞ: lµ bé phËn Ên ®Þnh c¸c sè cÇn duy tr× hoÆc gi¸ trÞ ph¹m vi c¸c th«ng sè cÇn duy tr× (X§T). Khi th«ng sè vËn hµnh lÖch ra khái gi¸ trÞ ®ã th× thiÕt bÞ ®iÒu chØnh tù ®éng ph¶i ®iÒu chØnh l¹i c¸c th«ng sè cho phï hîp, th−êng trªn bé ®Æt trÞ cã thiÕt kÕ c¸c vÝt hoÆc c«ng t¾c ®Ó ng−êi ®iÒu chØnh dÔ dµng thay ®æi c¸c gi¸ trÞ (®Æt c¸c th«ng sè ®iÒu chØnh) cho phï hîp khi ®iÒu chØnh. PhÇn tö so s¸nh: lµ c¬ cÊu tiÕp nhËn gi¸ trÞ cña phÇn tö ®Þnh trÞ quy ®Þnh (X§T) so s¸nh víi gi¸ trÞ th«ng sè nhËn ®−îc tõ c¶m biÕn XCB, x¸c ®Þnh sai lÖch cña 2 th«ng sè X = X§T – XCB, ®Ó ®−a ra tÝn hiÖu vµo c¬ cÊu ®iÒu chØnh. C¬ cÊu ®iÒu chØnh: cã nhiÖm vô biÕn c¸c tÝn hiÖu ®· nhËn vÒ sai lÖch X ®Ó g©y ra t¸c ®éng ®iÒu chØnh trùc tiÕp. Gi¸ trÞ ®iÒu chØnh ®−îc thay ®æi liªn tôc t−¬ng øng víi sù thay ®æi liªn tôc cña c¬ cÊu ®iÒu chØnh. III. CÊu t¹o mét sè thiÕt bÞ tù ®éng ho¸: 1. Bé c¶m biÕn P: Trong c¸c bé ®iÒu chØnh th−êng sö dông bé c¶m biÕn P kiÓu nµy, nã gåm: kiÓu hép xÕp, pist«ng, èng cong ®µn håi, viÖc chän bé c¶m biÕn P phô thuéc vµo viÖc c¶m biÕn ®iÒu chØnh vµ ®é chÝnh x¸c theo yªu cÇu. 2. Bé c¶m øng nhiÖt ®é: Ho¹t ®éng cña bé c¶m øng nhiÖt ®é dùa trªn nguyªn lý gi·n në nhiÖt, mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é cña chÊt khÝ vµ Phbh cña nã trong mét hÖ kÝn dùa trªn nguyªn lý nhiÖt ®iÖn trë. C¶m øng P kiÓu mµng ΔZ ΔZ C¶m øng P kiÓu hép xÕp §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 91 3. Bé c¶m biÕn møc ®o chÊt láng: Møc chÊt láng cã thÓ ®o ®−îc b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, nh− ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt vµ cã ®é chÝnh x¸c kh¸ cao lµ ph−¬ng ph¸p ®o b»ng phao. 4. Bé c¶m biÕn l−u l−îng: Bé c¶m biÕn l−u l−îng ®−îc x©y dung trªn c¬ së sù phô thuéc vµo biÓu thøc sau: Q = f x v. f – DiÖn tÝch èng dÉn. v – Tèc ®é chÊt láng ch¶y trong èng theo ®Þnh lý Becnuli. ρν ΔΡ×= 2 −ρ Tû träng cña chÊt láng. C¶m øng nhiÖt ®é Δ C¶m øng nhiÖt ®é Δ KiÓu phao KiÓu mµng §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 92 ΔP - §é chªnh lÖch P chÊt láng. NÕu tû träng kh«ng ®æi th× l−u l−îng V phô thuéc vµo hai th«ng sè lµ tiÕt diÖn f vµ ®é chªnh lÖch ¸p suÊt ΔP. Ta cã hai c¸ch ®o l−u l−îng: + Khi tiÕt diÖn kh«ng ®æi th× ®o l−u l−îng b»ng ®é chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau thiÕt bÞ cã èng hÑp. + Khi ®é chªnh lÖch ¸p suÊt kh«ng ®æi th× ®o tiÕt diÖn cña èng sÏ x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng cña dßng ch¶y. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 93 Ch−¬ng iii an toμn lao déng vμ b¶o vÖ m«i tr−êng I. An toμn lao ®éng I.1. Môc ®Ých Ngµnh c«ng nghiÖp hãa dÇu nãi chung rÊt ®éc h¹i, v× vËy trong qu¸ tr×nh lao ®éng s¶n xuÊt cã nhiÒu yÕu tè g©y ¶nh h−ëng ®Õn søc kháe con ng−êi vµ m«i tr−êng xung quanh. §Ó ®¶m b¶o quy tr×nh ho¹t ®éng cña nhµ m¸y th× vÊn ®Ò an toµn lao ®éng- vÖ sinh m«i tr−êng cÇn ph¶i ®−îc quan t©m, thùc hiÖn tèt c¸c néi quy, quy ®Þnh ®· ®Ò ra. §èi víi ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE, c«ng nh©n ph¶i lµm viÖc trong m«i tr−êng ®éc h¹i, dÓ ch¸y næ, nguy c¬ m¾c bÖnh nghÒ nghiÖp cao. V× vËy, c«ng t¸c ®¶m b¶o an toµn lao déng v« cïng thiÕt thùc vµ quan träng. Hµng n¨m, l·nh ®¹o nhµ m¸y kÕt hîp víi tæ chøc c«ng ®oµn nhµ m¸y ®Ó tæ chøc häc tËp, båi d−ìng, kiÓm tra vÒ an toµn lao ®éng cho tÊt c¶ c¸c c¸n bé, c«ng nh©n trong ph©n x−ëng. I.2. C«ng t¸c ®¶m b¶o an toµn lao ®éng a. C«ng t¸c gi¸o dôc t− t−ëng C«ng t¸c b¶o hé lao ®éng mang tÝnh chÊt quÇn chóng, v× vËy c«ng t¸c nµy phÇn lín lµ do c¸n bé, c«ng nh©n viªn chøc trong toµn nhµ m¸y tù gi¸c thùc hiÖn. Ph©n x−ëng ph¶i th−êng xuyªn tæ chøc tuyªn truyÒn, gi¸o dôc ®Ó mäi ng−êi thÊm nhuÇn c¸c néi quy cña nhµ m¸y vÒ c«ng t¸c b¶o hé lao ®éng, ®ång thêi ph¶i th−êng xuyªn kiÓm tra viÖc thùc hiÖn c¸c quy ®Þnh an toµn trong thao t¸c, kÞp thêi gi¶i quyÕt c¸c sù cè x¶y ra. b. Trang bÞ b¶o hé lao ®éng Trong nhµ m¸y, nhÊt lµ trong ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE viÖc cÊp ph¸t ®Çy ®ñ c¸c trang thiÕt bÞ b¶o hé lao ®éng nh− quÇn ¸o, giÇy, mò, g¨ng tay lµ rÊt cÇn thiÕt. §©y lµ c¸c yÕu tè gióp ng¨n ngõa tai n¹n lao ®éng vµ c¸c bÖnh nghÒ §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 94 nghiÖp. §ång thêi cÇn ph¶i th−êng xuyªn nh¾c nhë, kiÓm tra viÖc thùc hiÖn cña c«ng nh©n trong vÊn ®Ò nµy. c. C«ng t¸c vÖ sinh trong lao ®éng CÇn lµm tèt c«ng t¸c vÖ sinh lao ®éng ®Ó tr¸nh c¸c bÖnh nghÒ nghiÖp. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i cã hÖ thèng th«ng giã vµ chiÕu s¸ng cho ph©n x−ëng. + HÖ thèng th«ng giã: Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh m¸y mãc, cã c¸c qu¸ tr×nh gia nhiÖt, ph¸t nhiÖt, cã c¸c h¬i khÝ ®éc h¹i, do ®ã cÇn ph¶i cã c¸c biÖn ph¸p th«ng giã cho tõng c«ng ®o¹n. Ngoµi th«ng giã tù nhiªn, cÇn bè trÝ hÖ thèng hót giã. Gi¶i ph¸p thiÕt kÕ kiÕn tróc ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ th«ng giã tù nhiªn cho ph©n x−ëng s¶n xuÊt: - Chän h×nh thøc m¸i nhµ thÝch hîp - Chän h−íng nhµ hîp lý ®ãn ®−îc giã m¸t vÒ mïa hÌ - §èi víi ph©n x−ëng s¶n xuÊt MTBE mang tÝnh nãng, ®éc th× cÇn ph¶i lµm cöa m¸i vµ cã tÊm ch¾n giã bªn cöa m¸i ®Ó t¨ng hiÖu øng ®èi l−u vµ hót kh«ng khÝ tõ trong nhµ ra ngoµi. - ThiÕt kÕ 2 tÇng cöa sæ trë lªn - §Æt ®−êng èng dÉn nhiÖt chÝnh ®i ë ngoµi nhµ, dÉn c¸c ®−êng èng nh¸nh vµo nhµ ®Ó ®ì lµm nãng bÇu kh«ng khÝ trong nhµ do hiÖn t−îng tæn thÊt nhiÖt g©y ra. + HÖ thèng chiÕu s¸ng: CÇn ®¶m b¶o c¸c yÕu tè chiÕu s¸ng tù nhiªn vµ nh©n t¹o ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng nh©n lµm viÖc tho¶i m¸i vµ ®¹t n¨ng suÊt cao, tr¸nh ®−îc bÖnh nghÒ nghiÖp. §Æc biÖt, cÇn ®¶m b¶o ¸nh s¸ng cho c«ng nh©n lµm viÖc ca ®ªm. *C¸c yªu cÇu vÒ chiÕu s¸ng tù nhiªn: - §é chiÕu s¸ng ®¶m b¶o theo tiªu chuÈn - §é chiÕu s¸ng ph©n bè ph¶i t−¬ng ®èi ®Òu, tr¸nh chæ s¸ng chæ tèi - Tr¸nh ¸nh n¾ng chiÕu trùc tiÕp vµo nhµ §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 95 - CÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c yªu cÇu vÒ th«ng giã, che m−a, che n¾ng vµ thÈm mü kiÕn tróc chung cña nhµ. *C¸c biÖn ph¸p chiÕu s¸ng tù nhiªn: - KÕt hîp chiÕu s¸ng tù nhiªn qua c¸c cöa sæ bªn vµ qua cöa sæ m¸i ®Ó ¸nh s¸ng ®Òu vµ tèt h¬n. - Dïng kÝnh chèng nãng ®Ó lÊy ¸nh s¸ng - Ph¶i tæ chøc lau cöa sæ, cöa kÝnh, cöa m¸i th−êng xuyªn, s¬n trÇn vµ t−êng nhµ ®Ó tËn dông sù chiÕu s¸ng tù nhiªn. Khi s¬n ph¶i chó ý ®Õn sù ®iÒu hßa mµu s¾c, sù ph¶n chiÕu vµ bèi c¶nh t−¬ng ph¶n trong nhµ s¶n xuÊt. Nªn chän mµu nh¹t, dÞu m¸t, tr¸nh nh÷ng mµu chãi, cã ®é t−¬ng ph¶n cao ®Ó b¶o vÖ m¾t vµ kh«ng g©y mÖt mái cho c«ng nh©n. + HÖ thèng che m−a, che n¾ng cho ph©n x−ëng s¶n xuÊt: KÝch th−íc cöa hîp lý, chän c¸c h×nh thøc che m−a, che n¾ng thÝch hîp sao cho võa che m−a, che n¾ng võa lÊy ®−îc ¸nh s¸ng, th«ng giã tèt, gãp phÇn t¨ng vÎ ®Ñp kiÕn tróc cho ph©n x−ëng s¶n xuÊt. + HÖ thèng vÖ sinh c¸ nh©n: Ph©n x−ëng ph¶i cã khu vÖ sinh riªng ë mçi nhµ, ph¶i cã phßng thay quÇn ¸o, t¾m röa, vÖ sinh ®Ó ®¶m b¶o søc khoÎ cho c«ng nh©n. II. Nh÷ng yªu cÇu vÒ phßng chèng ch¸y næ Nh− chóng ta ®· biÕt nguyªn liÖu còng nh− s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh isome hãa ®Òu dÔ bÞ ch¸y næ. V× vËy vÊn ®Ò cÇn quan t©m lµ phßng chèng ch¸y næ. D−íi ®©y lµ nh÷ng yªu cÇu vÒ ch¸y næ. 1. §Ó phßng chèng ch¸y ph¶i thùc hiÖn c¸c biÖn ph¸p sau ®©y: + Ng¨n ngõa nh÷ng kh¶ n¨ng t¹o ra m«i tr−êng ch¸y. + Ng¨n ngõa nh÷ng kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån ch¸y trong m«i tr−êng cã thÓ ch¸y ®−îc. + Duy tr× nhiÖt ®é cña m«i tr−êng thÊp h¬n nhiÖt ®é cho phÐp lín nhÊt cã thÓ ch¸y ®−îc. Ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån g©y ch¸y. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 96 §Ó ng¨n ngõa kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn nh÷ng nguån g©y ch¸y trong m«i tr−êng ch¸y ph¶i tu©n theo nh÷ng quy t¾c vÒ: + Nång ®é cho phÐp cña c¸c chÊt ch¸y ë d¹ng khÝ, h¬i hoÆc d¹ng l¬ löng trong kh«ng khÝ. Nãi c¸ch kh¸c lµ ph¶i tiÕn hµnh qu¸ tr×nh ngoµi giíi h¹n ch¸y næ cña hçn hîp hydrocacbon víi kh«ng khÝ vµ oxi. + Tu©n theo nh÷ng quy ®Þnh vÒ sö dông, vËn hµnh vµ b¶o qu¶n m¸y mãc, thiÕt bÞ còng nh− vËt liÖu vµ c¸c s¶n phÈm kh¸c cã thÓ lµ nguån ch¸y trong m«i tr−êng ch¸y. + Sö dông thiÕt bÞ phï hîp víi lo¹i gian phßng sö dông vµ c¸c thiÕt bÞ bªn ngoµi phï hîp víi nhãm vµ h¹ng cña c¸c hçn hîp nguy hiÓm ch¸y næ. + ¸p dông quy tr×nh c«ng nghÖ vµ sö dông thiÕt bÞ b¶o ®¶m kh«ng ph¸t sinh ra tia löa ®iÖn. + Cã biÖn ph¸p chèng sÐt, nèi ®Êt cho nhµ x−ëng, thiÕt bÞ. + Quy ®Þnh nhiÖt ®é nung nãng cho phÐp lín nhÊt cña bÒ mÆt thiÕt bÞ, s¶n phÈm, vËt liÖu tiÕp xóc víi m«i tr−êng ch¸y. + Sö dông nh÷ng thiÕt bÞ kh«ng ph¸t ra tia löa ®iÖn khi lµm viÖc víi nh÷ng chÊt dÔ ch¸y næ. + Lo¹i trõ nh÷ng ®iÒu kiÖn cã thÓ dÉn ®Õn tù ch¸y do nhiÖt ®é, do t¸c dông hãa häc vµ do vi sinh vËt ®èi víi c¸c vËt liÖu vµ kÕt cÊu cña c¬ së s¶n xuÊt. C¸c biÖn ph¸p an toµn + Tr−íc khi giao viÖc ph¶i tæ chøc cho c«ng nh©n vµ nh÷ng ng−êi cã liªn quan häc tËp vÒ c«ng t¸c an toµn ch¸y næ. §èi víi nh÷ng m«i tr−êng lµm viÖc ®Æc biÖt nguy hiÓm vÒ ch¸y næ th× c¸n bé vµ c«ng nh©n cÇn ®−îc cÊp giÊy chøng nhËn vµ ®Þnh kú kiÓm tra l¹i. + Mçi ph©n x−ëng, xÝ nghiÖp ph¶i x©y dùng c¸c tiªu chuÈn quy ph¹m, néi quy an toµn phßng vµ ch÷a ch¸y thÝch hîp. + §Þnh kú tæ chøc kiÓm tra viÖc thùc hiÖn c¸c quy ®Þnh vÒ phßng ch¸y, ch÷a ch¸y vµ b¶o qu¶n c¸c ph−¬ng tiÖn phßng, ch÷a ch¸y. + X©y dùng c¸c ph−¬ng ¸n ch÷a ch¸y cô thÓ, cã kÕ ho¹ch ph©n c«ng cho tõng ng−êi, tõng bé phËn. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 97 + C¸ch ly m«i tr−êng ch¸y víi c¸c nguån g©y ch¸y ph¶i ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸c biÖn ph¸p sau ®©y: - C¬ khÝ hãa, tù ®éng hãa c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cã liªn quan ®Õn sö dông vËn chuyÓn nh÷ng chÊt dÔ ch¸y. - §Æt c¸c thiÕt bÞ nguy hiÓm vÒ ch¸y næ ë n¬i riªng biÖt hoÆc ë ngoµi trêi. - Sö dông nh÷ng thiÕt bÞ s¶n xuÊt, bao b× kÝn cho nh÷ng qu¸ tr×nh dÔ ch¸y næ. - Sö dông nh÷ng ng¨n, khoang, buång c¸ch ly cho nh÷ng qu¸ tr×nh dÔ ch¸y næ. Bªn c¹nh nh÷ng tai n¹n cã thÓ x¶y ra do ch¸y næ th× cßn mét vÊn ®Ò cÇn ®−îc quan t©m ®ã lµ “§éc tÝnh cña c¸c hãa chÊt vµ c¸ch phßng chèng”. Nh− chóng ta ®· biÕt hÇu hÕt c¸c hãa chÊt trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh ®Òu cã thÓ g©y t¸c h¹i ®Õn c¬ thÓ con ng−êi. Cã thÓ ph©n chia c¸c hãa chÊt nh− sau: + Nhãm 1: Gåm nh÷ng chÊt cã t¸c dông lµm ch¸y hoÆc kÝch thÝch chñ yÕu lªn da vµ niªm m¹c nh−: amoniac, v«i... + Nhãm 2: Gåm nh÷ng hãa chÊt kÝch thÝch chøc n¨ng h« hÊp. - Nh÷ng chÊt tan ®−îc trong n−íc: NH3, Cl2, CO2.. - Nh÷ng chÊt kh«ng tan ®−îc trong n−íc: NO3, NO2,... + Nhãm 3: Nh÷ng chÊt g©y ®éc cho m¸y, lµm biÕn ®æi ®éng m¹ch, tñy x−¬ng. Lµm gi¶m c¸c qu¸ tr×nh sinh b¹ch cÇu nh−: benzen, toluen, xilen... Nh÷ng chÊt lµm biÕn ®æi hång cÇu thµnh nh÷ng s¾c tè kh«ng b×nh th−êng nh− c¸c amin, CO, C6H5NO2... + Nhãm 4: C¸c chÊt ®éc ®èi víi hÖ thÇn kinh nh−: x¨ng, H2S, chØ sè ®é nhít, anilin, benzen... Qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu ng−êi ta ®Ò ra c¸c phßng tr¸nh nh− sau: + Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i chó ý ®¶m b¶o an toµn cho c¸c kh©u ®Æc biÖt lµ th¸o, n¹p s¶n phÈm, läc, sÊy, nghiÒn lµ nh÷ng kh©u mµ c«ng nh©n th−êng ph¶i tiÕp xóc trùc tiÕp. + Duy tr× ®é ch©n trong s¶n xuÊt. + Thay nh÷ng chÊt ®éc ®−îc sö dông trong nh÷ng qu¸ tr×nh b»ng nh÷ng chÊt Ýt ®äc h¹i h¬n nÕu cã thÓ. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 98 + Tù ®éng hãa, b¸n tù ®éng nh÷ng qu¸ tr×nh sö dông nhiÒu hãa chÊt ®éc h¹i. + Bªn c¹nh nh÷ng biÖn ph¸p kü thuËt th× ng−êi lao ®éng cÇn ®−îc häc tËp vÒ an toµn vµ ph¶i cã ý thøc tù gi¸c cao. 2.C¸c biÖn ph¸p chèng ch¸y §Ó thùc hiÖn ®−îc tèt viÖc chèng ch¸y th× tr−íc hÕt chóng ta ph¶i cã ®Çy ®ñ c¸c ph−¬ng tiÖn, vËt liÖu ch÷a ch¸y phï hîp víi tõng nguån ch¸y. C¸c c«ng nh©n ph¶i ®−îc thùc hµnh chèng ch¸y, hoÆc ph¶i cã ®éi ngò phßng chèng ch¸y chuyªn nghiÖp . C¸c ph−¬ng tiÖn vµ vËt liÖu chèng ch¸y cÇn thiÕt nh− sau: + C¸c lo¹i xe cøu háa + C¸c b×nh cøu háa t¹i chç + C¸c ®−êng èng ®Én chÊt liÖu chèng ch¸y + C¸c vËt liÖu chèng ch¸y cÇn thiÕt nh−: n−íc, c¸t, c¸c hãa chÊt chèng ch¸y ®Æc biÖt §èi víi c¸c lo¹i hãa chÊt dÔ ch¸y nãi chung, ®Æc biÖt lµ c¸c nhãm thuéc hä x¨ng dÇu th× c¸c lo¹i b×nh bät, hoÆc CO2, hãa chÊt t¹o bät nh»m ng¨n chÆn sù tiÕp xóc cña kh«ng khÝ víi c¸c t¸c nh©n g©y ch¸ylµ rÊt tèt. Khi ®· x¶y sù cè, cã ch¸y næ x¶y ra th× lËp tøc ng−êi ph¸t hiÖn ®Çu tiªn ph¶i kÞp thêi b¸o ®éng cho c¸c lùc l−îng phßng chèng ch¸y næ biÕi, huy ®éng mäi lùc l−îng ®Õn øng cøu. Ng¨n chÆn ®−êng ch¸y, phong táa ®¸m ch¸y. §ång thêi dïng c¸c b×nh ch÷a ch¸y t¹i chç dËp t¾t ®¸m ch¸y hoÆc h¹n chÕ sù l©y lan cña ®¸m ch¸y trong khi chê c¸c lùc l−îng ch÷a ch¸y ®Õn. III. B¶o vÖ m«i tr−êng Trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp, nhÊt lµ c«ng nghiÖp hãa chÊt, c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu má lu«n lu«n cã c¸c hÖ thèng b×nh chøa, thiÕt bÞ cã dung tÝch, ®−êng èng vµ ¸p lùc cao,... Tõ c¸c thiÕt bÞ ®ã lu«n lu«n cã mét l−îng h¬i khÝ cña chÊt chøa bªn trong thiÕt bÞ tho¸t ra ngoµi qua khe hë cña mèi hµn, lµm « nhiÔm bÇu kh«ng khÝ xung quanh. Bªn c¹nh ®ã lµ c¸c chÊt th¶i vµ khÝ th¶i cña nhµ m¸y còng gãp phÇn lµm « nhiÔm m«i tr−êng. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 99 Nhµ m¸y s¶n xuÊt MTBE còng lµ mét nhµ m¸y hãa chÊt vµ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, nhµ m¸y ®· sö dông mét l−îng n−íc lµm l¹nh lín vµ t¹o ra mét l−îng khÝ th¶i t−¬ng ®èi lín. Cïng víi l−îng h¬i khÝ tho¸t ra tõ c¸c bån, bÓ chøa nÕu kh«ng cã biÖn ph¸p xö lý sÏ g©y « nhiÔm m«i tr−êng nghiªm träng. Sau ®©y, t«i xin ®Ò xuÊt ph−¬ng ¸n xö lý chÊt th¶i cña nhµ m¸y s¶n xuÊt MTBE. • ChÊt th¶i cña nhµ m¸y- BiÖn ph¸p xö lý, b¶o vÖ m«i tr−êng: +Trong qu¸ tr×nh dehydro hãa iso-butan ®· t¹o ra mét l−îng khÝ th¶i giµu H2. KhÝ th¶i nµy lµ phÇn kh«ng ng−ng trong thiÕt bÞ t¸ch. Theo phÇn tÝnh to¸n ë tr−íc, ta thÊy l−îng khÝ th¶i nµy chøa chñ yÕu lµ H2, CH4, C2H4, C2H6 (V× trong thµnh phÇn iso-butan nguyªn liÖu kh«ng chøa hîp chÊt sunfua nªn chÊt th¶i còng kh«ng cã hîp chÊt nµy). Víi thµnh phÇn khÝ th¶i nh− vËy, nÕu ta cho th¶i vµo khÝ quyÓn th× sÏ g©y « nhiÔm m«i tr−êng ®ång thêi l·ng phÝ mét nguån nhiªn liÖu ®¸ng kÓ, V× vËy, ta thu håi l−îng khÝ th¶i nµy, cho tuÇn hoµn mét phÇn trë l¹i ®Ó æn ®Þnh ho¹t tÝnh xóc t¸c, mét phÇn lín cßn l¹i ®−îc ®−a ®i xö lý ®Ó sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c nh− s¶n xuÊt ®iÖn cho ph©n x−ëng, dïng cho c¸c qu¸ tr×nh lµm l¹nh, sö dông lµm nhiªn liÖu khÝ hoÆc dïng ®Ó s¶n xuÊt H2 tinh khiÕt. +Trong qu¸ tr×nh ete hãa vÉn cßn mét phÇn hçn hîp C4 ch−a tham gia ph¶n øng vµ ®−îc t¸ch ra ë th¸p hÊp thô metanol d−íi d¹ng dßng Raffinat-2. Dßng nµy bao gåm c¸c cÊu tö trong iso-buten nguyªn liÖu (i-C4H8, n-C4H10, n- C4H10, C3H8,...), mét l−îng Ýt MTBE, MeOH vµ H2O. Hçn hîp Raffinat-2 sau khi thu håi ®−îc ®em xö lý lo¹i c¸c cÊu tö chøa oxy nh−: MeOH, MTBE, H2O (víi l−îng nhá), lo¹i propan vµ propylen... ®Ó ®¹t tiªu chuÈn nh− khÝ iso-butan nguyªn liÖu råi cho tuÇn hoµn trén víi dßng nguyªn liÖu míi. +Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt còng sö dông mét l−îng n−íc lµm l¹nh lín, do ®ã còng cÇn ph¶i xö lý l−îng n−íc nµy sau khi thùc hiÖn qu¸ tr×nh lµm l¹nh ®Ó thu håi n−íc s¹ch ®em ®i sö dông l¹i. VÒ mÆt an toµn lao ®éng vµ b¶o vÖ m«i tr−êng, c¸c thiÕt bÞ ¸p lùc ph¶i ®−îc thö nghiÖm ®é kÝn vµ cho phÐp cã mét ®é kÝn khÝt nhÊt ®Þnh (hay ®é hë) ®−îc tiªu chuÈn hãa tïy thuéc theo møc ®é ®éc h¹i hoÆc nguy hiÓm ch¸y næ cña m«i tr−êng chøa ®ùng bªn trong thiÕt bÞ. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 100 Ngoµi ra, hµng th¸ng hoÆc ®Þnh kú nhµ m¸y cÇn kiÓm tra chÊt l−îng n−íc th¶i còng nh− khÝ th¶i ®Ó ®¶m b¶o m«i tr−êng kh«ng bÞ « nhiÔm bëi chÊt th¶i tõ nhµ m¸y. Bªn c¹nh ®ã, mçi mét c¸n bé, c«ng nh©n viªn chøc trong nhµ m¸y ®Òu ph¶i cã ý thøc b¶o vÖ m«i tr−êng, c¶nh quan chung cña nhµ m¸y, cña céng ®ång vµ cña toµn x· héi. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ px s¶n xuÊt MTBE tõ iso-butan Lª kh¸nh Toµn HD-1 K48 Tr−êng §HBK Hµ Néi 101