Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic

ại trong pha lỏng. CH3CHO dư (l): 0,5. 210,648 =105,324 kg/h CH3CHO dư (h): 0,5. 210,648 =105,324 kg/h +Lượng oxy cần thiết để tham gia vào các phản ứng oxy hoá: Phản ứng (1). kg/h. phản ứng (2). kg/h. phản ứng (3). kg/h. phản ứng (4). kg/h. phản ứng (5). kg/h. Vậy lượng oxy hoá cần thiết để tham gia vào các phản ứng oxy hoá là: 3676.765 + 57,449 + 12,767 + 38,299 + 47,875 = 3833,155kg/h. Giả thiết oxy hoá tham gia phản ứng với mức độ chuyển hoá 98% và độ tinh khiết của nó là 99% trọng lượng (còn lại 1% Nitơ) thì lượng oxy kỹ thuật cần dùng là: kg/h. Thành phần các khí có trong oxy kỹ thuật: Oxy: 3950,892. 0,99 = 3911,383 kg/h. Nitơ: 3950,892. 0,01 = 39,509 kg/h. Lượng oxy còn dư chưa sử dụng: 3911,383 – 3833,155 = 78,228 kg/h. Khối lượng các sản phẩm phụ tạo thành theo các phản ứng phụ: Theo phản ứng (2). CH3COOCH3 : kg/h. H2O: kg/h. CO 2: kg/h. Theo phản ứng (3). CH3CH(OCOCH3)2: kg/h. H2O: kg/h. Theo phản ứng (4). HCOOH: kg/h. H2O: kg/h. CO2 : kg/h. Theo phản ứng (5). H2O: kg/h. CO2: kg/h. Lượng nước trong sản phẩm ra bao gồm: nước trong axetaldehyt kỹ thuật, nước trong dung dịch xúc tác đầu vào, nó sinh ra từ các phản ứng (2), (3), (4), (5). 26,517+ 40,381 + 21,543 + 7,181 + 10,772 + 21,544= 127,938kg/h. Tổng lượng khí CO2 có trong phần khí ra khỏi thiết bị là : 52,662 + 26,331+ 52,662 = 131,655 kg/h. Tổng lượng Axit axetic có trong phần sản phẩm lỏng tại đầu ra của thiết bị oxy hoá : 13787,87 + 26,516 + 113,066 = 13927,452 kg/h. Bảng cân bằng vật chất: Nguyên liệu vào kg/h Sản phẩm ra kg/h * Axetaldehyt kỹ thuật 10606,646 Sản phẩm Axit axetic thô 13927,452 CH3CHO 10532,399 CH3 COOCH3 88,568 Paraldehyt 21,213 HCOOH 27,528 CH3COOH 26,517 CH3CH(OCOCH3)2 58,247 Nước 26,517 Paraldehyt 21,213 * Xúc tác lỏng 161,523 Nước 127.938 (CH3COO)2Mn 8,076 CH3CHO (dư) lỏng 105,324 CH3COOH 113,066 (CH3COO)2Mn 8,076 Nước 40,381 * Sản phẩm khí tách ra *oxy kỹ thuật 3950,892 CH3CHO (dư) hơi 105,324 oxy 3911,383 Oxydư 78,228 Nitơ 39,509 Nitơ 39,509 CO2 131.655 S 14719,061 S 14719,061 2.Cân bằng nhiệt lượng Việc tính cân bằng nhiệt lượng giúp ta xác định lượng nước cần thiết cho vào để làm lạnh vì các phản ứng xảy ra trong thiết bị toả nhiệt mạnh. Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có biểu thức: Tổng nhiệt vào (Qv) = Tổng nhiệt ra (Qr). Với : Qv = Q0 + Qpư + Qđn + Qhl Qr = Qsp + Qll + Qm+ Q’ Q0: Nhiệt do nhiên liệu mang vào. Qpư: Nhiệt tỏa ra khi phản ứng. Qđn: Nhiệt cần để đốt nguyên liệu tới nhiệt độ phản ứng. Qhl: Nhiệt do axetaldehyt hồi lưu mang vào. Qsp: Nhiệt do sản phẩm mang ra. Qll: Nhiệt lấy ra thông qua làm lạnh Qm: Nhiệt mất mát ra môi trường. 2.1. Tính lượng nhiệt do nguyên liệu mang vào. Chọn nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu trước khi đi vào thiết bị là 20oC. Nguyên liệu đi vào gồm có Axetaldehyt kỹ thuật, oxy kỹ thuật và dung dịch xúc tác lỏng do đó lượng nhiệt do nguyên liệu mang vào được xác định bởi công thức: Q0 = Q1 + Q2  + Q3 . Trong đó: Q1: Nhiệt lượng do Axetaldehyt kỹ thuật mang vào, kJ/h. Q2: Nhiệt lượng do oxy kỹ thuật mang vào, kJ/h. Q3: Nhiệt lượng do dung dịch xúc tác mang vào, kJ/h. Nhiệt lượng của dung dịch n cấu tử tại nhiệt độ t được xác định bởi công thức: Q = t.Ci.mi Trong đó: Q: Nhiệt lượng do dung dịch mang vào, J/h. t: Nhiệt độ của dung dịch, oC. Ci: Nhiệt dung riêng của cấu tử thứ i tại nhiệt độ, J/kg.oC. mi: Khối lượng của cấu tử thứ i, kg/h. Xác định nhiệt dung riêng của các cấu tử: + Tại 20oC, tra bảng ta có: Cấu tử: CP, kJ/kg.oC . CH3COOH 1,994 [1 – 172] Paraldehyt: 2,043 [1 – 190] Nước: 4,18 [1 – 166] CH3CHO 1,38 [12 – 32] + Tại 20oC, 4 at: oxy: 0,924 [1 – 203] Nitơ: 1,052 [1 – 202] Nhiệt dung riêng của một chất hoá học được xác định bằng công thức: M.C = n1.C1+ n2.C2 + n3.C3 M: khối lượng mol của một chất. C: Nhiệt dung riêng của hợp chất hoá học, J/kg.oC n1, n2, n3: số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất. C1, C2, C3: nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố tương ứng, J/kg.oC Nhiệt dung riêng của mangan axetat (C4H6O4Mn) là: M.C = nC.CC + nH.CH + nO.CO + nMn.CMn 173.C = 4.11700 + 6.18000 + 4.25100 + 1.33500 = 288700 C = 1668,7 J/kg.oC = 1,67 kJ/kg.oC Nhiệt lượng do dung dịch axetaldehyt kỹ thuật (gồm CH3CHO, CH3COOH, paraldehyt và nước) mang vào: Q1 =20.(10532,399.1,38 + 26,517.1,994 + 21,213.2,043 + 26,517.4,18) Q1 = 294835,295 kJ/h Nhiệt lượng do oxy kỹ thuật mang vào: Q2 = 20.(3911,383.0,924 + 39,509.1,052) Q2 = 73113,627 kJ/h Nhiệt lượng do dung dịch xúc tác mang vào: Q3 = 20.(8,076.1,67 + 113,066.1,994 + 40,381.4,18) Q3 = 8154,662 kJ/h Vậy: Q0 = Q1 + Q2 + Q3 = 294835,295 + 73113,627 + 8154,662 Q0 = 376103,584 kJ/h 2.2. Nhiệt lượng dùng để đun nóng nguyên liệu đến nhiệt độ phản ứng Qđn =Dt. Sci.mi Dt = 60 -20 = 400C Nhiệt dung riêng của các cấu tử ở 400C và áp suất khí quyển Cấu tử Cp,kJ/kg.độ CH3COOH 2,093 [1-166] H2O 4,175 [1-165] Paradehyt 2,043 [1-190] CH3CHO 1,38 [12-32] Tại 400C và áp suất 4 atm O2 0,9272 [1-203] N2 1,046 [1-202] Nhiệt lượng cần để đốt nóng axetaldehyt đến nhiệt độ phản ứng: Qđna = 40.(1,38.10532,399 + 2,093.26,517 + 2,043.21,213 + 4,175.26,517) =589770,293 kJ/h Nhiệt lượng cần để đốt nóng oxy kỹ thuật đến nhiệt độ phản ứng: Qđno = 40.(0,9272.3911,383 + 1,046.39,509) = 146718,429 kJ/h Nhiệt lượng cần để đốt nóng dung dịch xúc tác: Qđnx = 40.(1,67.8,706 + 2,093.113,066 + 4,175.40,381) = 16791,073 kJ/h Vậy nhiệt lượng cần để đốt nóng nguyên liệu đầu là: Qđn = Qđna + Qđno + Qđnx = 753279,795 kJ/h 2.3.Nhiệt lượng do axetaldehyt hồi lưu mang vào: Phần axetaldehyt ở thể hơi đi ra được ngưng tụ và hồi lưu trở lại thiết bị oxy hoá ở 200C Qhl = 1,38.20.105,324 =2906,942 kJ/h 2.4. Tính lượng nhiệt toả ra từ các phản ứng Tra sổ tay hoá lý ta có bảng nhiệt cháy các chất Chất DHc(kcal/mol) DHc(kj/mol) CH3CHO -285 -1193,01 HCOOH - 64,5 -269,997 CH3COOCH3 - 430,9 -1804,1 CH3COOH -208,3 -844,941 CH3CH(OCOCH3)2 -506,912 -2122,34 CH3CHO + 0,5O2 đ CH3COOH (1) DH1 = -1193,01 – (-844,941) =348,069 kj/mol Vậy nhiệt toả ra từ phản ứng (1) khi tạo thành 1314,55 kg/h CH3COOH là: kJ/h 2CH3CHO + 3/2O2 đ CH3COOCH3 + H2O + CO2 (2) đDH2 = 2.(-1193,01 – (-1804,1) = -581,92kJ/mol. Vậy nhiệt toả ra từ phản ứng (2) khi tạo thành 88,568kg/h CH3COOCH3 là: kJ/h. 3CH3CHO + O2 đ CH3CH(OCOCH3)2 + H2O (3) đ DH3 = 3.(-1193,01) – (-2122,34) = -1456,69 kJ/mol. Vậy nhiệt toả ra từ phản ứng (3) khi tạo thành 58,247kg/h CH3CH(OCOCH3)2 là : kJ/h CH3CHO + 2O2 đ HCOOH + H2O + CO2 (4) đ DH4 = -1193,01 – (-269,997) = 923,013 kj/mol Vậy nhiệt toả ra từ phản ứng (4) khi tạo thành 27,528 kg/h HCOOH là: kJ/h CH3CHO + 5/2O2 đ 2CO2 + 2H2O (5) DH5 = - 1193,01 kJ/mol. Vậy nhiệt toả ra từ phản ứng (5) khi 26,331 kg/h CH3CHO phản ứng là: Q5 = kJ/h. Vậy tổng lượng do các phản ứng sinh ra là: Qpư = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 Qpư = 59425065,678kJ/h. 2.5.Tính lượng nhiệt do sản phẩm mang ra: Sản phẩm ra khỏi thiết bị oxy hoá có nhiệt độ 70oC và gồm phần dung dịch lỏng và phần khí: + Tại 70oC, tra bảng ta có: Cấu tử: CP, kJ/kg.oC . CH3COOH 2,262 [1 – 172] HCOOH 1,825 [1 – 184] Paraldehyt: 2,043 [1 – 190] Nước: 4,19 [1 – 202] CH3CHOdư 1,38 [12 -32 ] CH3COOCH3 1,96 [1 – 189] + Tại 70oC, 4 at, ta tra bảng: CH3CHO 1,240 oxy : 0,930 [1 – 203] Nitơ : 1,046 [1 – 202] CO2 : 0,907 [1 – 205] Nhiệt dung riêng của CH3CH(OCOCH3)2 M.C= nc.Cc + nH.CH + no.Co 146.C = 6.11700 + 10.18000 + 4.25100 =350600 à C = 2,401 kJ/kg.độ Nhiệt do phần lỏng mang ra là: Qlỏng =70.(2,262.13927,452 + 1,825.27,528 + 2,043.21,213 + 4,19.127,938 + 1,38.105,324 + 1,96.88,568 + 8,076.1,67 +2,401.58,247 ) Qlỏng = 2272232,526 kJ/h Qhơi =70.(1,24.105,324 + 0,93.78,228 + 1,046 .59,509 + 0,907 131,655) = 26950,791 kJ/h Vậy nhiệt do sản phẩm mang ra là: Qsp = Qlỏng + Qhơi Qsp= 2272232,526 + 26950,791 = 2299183,317 kJ/h 2.6.Tính nhiệt lượng tách ra khi nâng nhiệt độ của CH3CHO hồi lưu đến nhiệt độ phản ứng Q’= 40.1,38.105,324 = 5813,884 kJ/h 2.7.Tính lượng nhiệt tách ra bằng cách làm lạnh Ta có : Q0 + Qđn + Qpư + Qhl = Qsp + Qll + Qm+ Q’ Q0 + Qđn +Qpư+ Qhl = 60557355,999 kJ/h Giả thiết lượng nhiệt mất mát bằng 5% tổng lượng nhiệt mang vào. Vậy Qm = 0,05. 60557355,999 Qm = 3027867,799kJ/h Vậy Qll= 60557355,999 – (2299183,317 + 3027867,799 + 5813,884) Qll = 55224490,999kJ/h 2.8.Tính lượng nước cần thiết để làm lạnh Người ta dùng nước để lấy nhiệt sao cho nhiệt độ của tháp luôn giữ ở khoảng 60 á 70oC. Nước đi vào có nhiệt độ 20oC và đi ra ở nhiệt độ là 60oC. Ta có: Qll = m.C.Dt Dt = t2 – t1 = 60 – 20 = 40oC m: khối lượng nước cần dùng để làm lạnh. (kg/h) C: Nhiệt dung riêng của nước. Cnước = 4,181 (kJ/kg.oC ) 55224490,999 = m.4,181.40 đ m = 330211,02 kg/h hay thể tích nước cần sử dụng trong 1 giờ là: V = = 330,872 m3/h Bảng cân bằng nhiệt lượng Lượng nhiệt vào kJ/ h Lượng nhiệt ra kJ/h -Do nguyên liệu mang vào (Q0) 376103,584 -Nhiệt do sản phẩm mang ra (Qsp) 2299183,317 Để đốt nóng nguyên liệu đến nhiệt độ phản ứng (Qđn) 753279,795 - Nhiệt do làm lạnh (Qll) 55224490,999 -Nhiệt toả ra khi phản ứng (Qpư) 59425065,678 Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh (Qm) 3027867,799 -Nhiệt do dòng hồi lưu mang vào (Qhl) 2906,942 -Nhiệt tách ra khi nâng nhiệt độ axetaldehyt đến nhiệt dộ phản ứng (Q’) 5813,884 S 60557355,999 S 60557355,999 iIi.tính toán cho thiết bị tách phần nhẹ 1.Cân bằng vật chất Hỗn hợp vào tháp chưng luyện gồm có các: Cấu tử lượng,kg/h CH3COOH 13927,452 CH3CH(OCOCH3)2 58,247 CH3CHO 105,324 CH3COOCH3 88,568 HCOOH 27,528 Paradehyt 21,213 Nước 127.938 (CH3COO)2Mn 8,076 Nhiệm vụ của tháp tách phần nhẹ là tách hết các cấu tử nhẹ khỏi sản phẩm thô như: CH3CHO, HCOOH, CH3COOCH3, nước. Giả thiết ở đây là các cấu tử nhẹ được tách triệt để. +)Sản phẩm đỉnh tháp: Lượng CH3CHO = 105,324 kg/h Lượng nước =127.938 kg/h Lượng HCOOH = 27,528 kg/h Lượng CH3COOCH3 = 88,568 kg/h +)Sản phẩm đáy: Lượng CH3COOH =13927,452 kg/h Lượng (CH3COO)2Mn = 8,076 kg/h Lượng CH3CH(OCOCH3)2 =58,247 kg/h Lượng Paradehyt =21,213 kg/h Bảng cân bằng vật chất Thành phần đi vào tháp Kg/h Thành phần ra khỏi tháp Kg/h H CH3COOH CH3CH(OCOCH3)2 CH3CHO CH3COOCH3 HCOOH Paradehyt Nước (CH3COO)2Mn 13927,452 58,247 105,324 88,568 27,528 21,213 127,938 8,076 +)Sản phẩm đỉnh tháp: CH3CHO nước HCOOH CH3COOCH3 +)Sản phẩm đáy: CH3COOH (CH3COO)2Mn CH3CH(OCOCH3)2 Paradehyt 105,324 127,938 27,528 88,568 13927,452 8,076 58,247 21,213 S 14364,346 S 14364,346 2.Cân bằng nhiệt lượng Qvào = Qra Các thông số nhệt độ tf= 700C tp= 400C tw=110 0C Qvào = Qhl + QF + QD Trong đó: Qhl: nhiệt do phần hồi lưu mang vào QF: nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào QD: nhiệt do hơi đốt cung cấp Qra = QW + QY + Qng + Qm Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Qm=5%.QD 2.1.Nhiệt do phần hồi lưu mang vào Qhl = SGi.Ci.t Gi: lượng cấu tử hồi lưu i Ci: nhiệt dung riên của cấu tử hồi lưu i Nhiệt độ của dòng hồi lưu vào là 200C Tại 200C có Cấu tử Cp, kJ/mol.độ CH3COOCH3 1,96 [1 - 189] CH3CHO 1,38 [12 - 32] HCOOH 2,05 [1 - 172] H2O 4,18 [1 - 165] Giả thiết lượng hồi lưu chiếm 10% lượng sản phẩm đỉnh, vậy ta có: G(CH3CHO) = 10,532 kg/h G(CH3COOCH3) = 8,857 kg/h G(HCOOH) = 2,753 kg/h G(H2O) = 12,794 kg/h Nhiệt lượng do dòng hồi lưu mang vào: Qhl = 20.(10,532.1,38 + 8,857.1,96 + 2,753.2,05 +12,794.4,18) = 1820,329kJ/h 2.2Nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào QF = Qlỏng = 2272232,526 kJ/h 2.3.Nhiệt do hơi mang ra ở đỉnh tháp QY = SGi.Ci..t Tại 400C, nhiệt dung riêng các cấu tử Cấu tử Cp, kJ/mol.độ CH3COOCH3 1,96 [1-189] CH3CHO 2,642 [1-195] HCOOH 2,14 [1-172] H2O 4,175 [1-165] Nhiệt lượng mang ra ở đỉnh tháp QY = 40.(1,96.88,568 + 2,642.105,324 + 2,14.27,528 + 4,175.127,938) = 41796,414 kJ/h 2.4.Nhiệt mang ra bởi sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy là 110 0C Cấu tử Cp, kJ/kg.độ CH3COOH 2,48 [1- 172 ] CH3CH(OCOCH3)2 2,642 Paradehyt 2,05 [1– 191] Bỏ qua lượng xúc tác ta có QW =110(2,48. 13927,452 + 2,642. 58,247 + 21,213.2,05) = 3821120,180 kJ/h 2.5.Nhiệt do nước ngưng mang ra Giả thiết nhiệt do nước ngưng mang ra bằng 20% nhiệt do hơi đốt cung cấp Qng = 0,2.QD Ta có phương trình Qhl + QF + QD = QW + QY + Qng + Qm = QW + QY + 0,2.QD + 0,05.QD QD = [((QW + QY) – (Qhl + QF)].1/0,75 =[(3821120,180 + 41796,414) – (1820,329 + 2272232,526).1/0,75 =2118484,985 kJ/h 2.6.Lượng hơi đốt cần dùng QD = D2.l2 = D2( r2 + C2q2) [2 – 197]] D2: Lượng hơi đốt cần để đun sôi dung dịch đáy tháp l2: Hàm nhiệt của hơi đốt r2: ẩn nhiệt hoá hơi q2: Nhiệt độ nước ngưng C2: Nhiệt dung riêng nước ngưng r2= 2221kJ/kg q2= 400C C2=4,178kJ/kg.độ Thay số vào ta có 2118484,985 D2 =887,093 kg/h Bảng cân bằng nhiệt lượng Lượng nhiệt vào kJ/h Lượng nhiệt ra kJ/h -Nhiệt do phần hồi lưu mang vào -Nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào -Nhiệt do hơi đốt cung cấp 1820,329 2272232,526 2118484,985 -Nhiệt do hơi ở đỉnh mang ra -Nhiệt do sản phẩm đáy mang ra - Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh -Nhiệt do nước ngưng mang ra 41796,414 3821120,180 105924,249 423696,997 S 4392537,84 S 4392537,84 iv.Tính toán cho thiết bị tách phần nặng 1.Cân bằng vật chất Hỗn hợp đi vào tháp tách sản phẩm nặng bao gồm: Cấu tử lượng, kg/h CH3COOH 13927,452 (CH3COO)2Mn 8,076 CH3CH(OCOCH3)2 58,247 Paradehyt 21,213 Hỗn hợp được gia nhiệt đến 1250C, chỉ có CH3COOH bay hơi ta thu được trên đỉnh tháp Bảng cân bằng vật chất Thành phần đi vào Kg/h Thành phần đi ra Kg/h CH3COOH (CH3COO)2Mn CH3CH(OCOCH3)2 Paradehyt 13927,452 8,076 58,247 21,213 +)Đỉnh tháp - CH3COOH +)Đáy tháp - (CH3COO)2Mn - CH3CH(OCOCH3)2 - Paradehyt 13927,452 8,076 58,247 21,213 S 14014,988 S 14014,988 2.Cân bằng nhiệt lượng Qvào = Qra Qvào = Qa + Qw + Qng + Qm Qra= QD + Qhl + Qf Trong đó Qa: Nhiệt do axit axetic mang ra ở đỉnh tháp Qw: Nhiệt do sản phẩm đáy mang ra Qng: Nhiệt do nước ngưng mang ra Qm: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh QD: Nhiệt do hơi đốt cung cấp Qhl: Nhiệt do lượng hồi lưu mang vào Qf : Nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào 2.1.Lượng nhiệt hơi đốt cần cung cấp QD= Dt.SCi.mi = ( 13927,452.2,561 + 58,247.2,642 + 21,213.2,043).(125 -110) = 896635,783 kJ/h 2.2.Nhiệt do nước ngưng đem ra Qng= 0,2. 896635,783 =179327,156 kJ/h 2.3.Nhiệt do hơi mang ra ở đỉnh Tại t =1000C CH3COOH có Cp =2,43 à Qa =2,43. 13927,452.100 = 3384370,836 kJ/h 2.4.Nhiệt do hồi lưu mang vào Cho lượng hồi lưu bằng 10% lượng sản phẩm đỉnh Qhl = 0,1.3384370,836 = 338437,084 kJ/h 2.5.Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh Qm = 0,05.QD = 0,05.896635,783 = 44831,789 kJ/h Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng Qa + Qw + Qng + Qm = QD + Qhl + Qf à Qw = 896635,783 + 338437,084 + 3821120,180 – ( 3384370,836 + 179327,156 + 44831,789) = 1447663,266 kJ/h Bảng cân bằng nhiệt lượng Lượng nhiệt vào kJ/h Lượng nhiệt ra kJ/h -Nhiệt do hơi đốt cung cấp -Nhiệt do phần hồi lưu mang vào -Nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào 896635,783 338437,084 3821120,180 - Nhiệt do axetic mang ra ở đỉnh -Nhiệt mang ra bởi sản phẩm đáy -Nhiệt do nước ngưng mang ra -Nhiệt mát ra môi trường xung quanh 3384370,836 1447663,266 179327,156 44831,789 S 5056193,047 S 5056193,047 v.tính toán thiết bị oxy hoá 1.Đường kính thiết bị Giả thiết chiều cao thiết bị là 15 m -Lượng dung dịch chứa trong thiết bị chiếm 80% chiều cao tưong ứng 12 m. -Vận tốc lỏng trong thiết bị từ 0,1- 0,5m/s chọn w = 0,25m/s Lượng hỗn hợp trong thiết bị V = V1 + V2 V1: Lượng oxy kỹ thuật, m3/h V2: Lượng axetaldehyt kỹ thuật, m3/h V1=[].22,4 = 2769,575 m3/h V2= m/rhh Trong đó: m: Lượng axetaldehyt kỹ thuật rhh: Khối lượng riêng 1/rhh =Sxi/ri xi: Phần trăm khối lượng cấu tử i ri: Khối lượng riêng của cấu tử i Thay số ta có rhh =775kg/m3 V2= 10606,646/ 775 = 137,557 m3/h V = V1 + V2 = 2769,575 + 137,557 = 2907,132 m3/h Đường kính thiết bị oxy hoá D = ,m D == 2,02 m Qui chuẩn D =2m Đường kính phần trên Dt = 1,2.2 =2,4 m Chiều cao tháp là 15m Phần trên: Ht = 3m Phần dưới: Hd =12m 2.Tính chiều dày của thiết bị Thiết bị thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong nên chiều dầy của thiết bị được tính theo công thức: , m [2 – 360] Trong đó : Dt: đường kính của thiết bị : Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc C: Hệ số ăn mòn bổ sung, bào mòn và dung sai về chiều dày, m. P: áp suất trong của thiết bị, N/m2 Chọn vật liệu để chế tạo thiết bị là thép X18H10T, là thép không gỉ vì axit axetic có tính ăn mòn thiết bị . Thiết bị hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện ứng với thép X18H10T ta có: = 0,95 [ 2-362] áp suất của thiết bị P = Ptt + Pmt Trong đó : Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của thiết bị, N/m2 Pmt: áp suất làm việc của thiết bị bằng 4 atm xấp xỉ bằng 4.105 N/m2 Ptt = Trong đó: : Khối lượng riêng trung bình của chất lỏng, Kg/m3 Khối lượng riêng của axetaldehyt bằng 775 Kg/m3 g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 H: Chiều cao của cột chất lỏng lấy tối đa bằng 80% chiều cao của tháp, m H = 12 m Suy ra: Ptt = 775.9,81.12 = 91223 N/m2 Vậy áp suất trong là : Pt = 91223 + 3.105 = 391223.105 N/m2 Pt 3,912.105 N/m2 Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn và dung sai âm về chiều dầy của thép tấm C = C1 + C2 + C3 , m Trong đó : C1: Bổ xung do ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn của vật liệu bởi môI trường và thời gian làm việc của thiết bị, m. Đối với thép X18H10T vận tốc gỉ là 0,06 mm/năm thời gian làm việc từ 15-20 năm. Theo tài liệu ta có C1 = 1 mm C2: Bổ sung do dung sai bào mòn C2 = 0 , do nguyên liệu không chứa các hạt rắn. C3: Bổ sung do dung sai về chiều dầy, lấy C3 = 0,5 mm Vậy hệ số bổ sung là: C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,5 = 1,5 mm ứng suất cho phép của thép X18H10T theo giới hạn bền N/m2 [2 -356] Trong đó : : Hệ số hiệu chỉnh với loại thiết bị này có = 1 [2 -310] : ứng suất giới hạn bền bằng 550.106 N/m2 [2 -310] nk: hệ số an toàn bằng 2,6 [2-356] Vậy ứng suất cho phép là: N/m2 ứng suất cho phép của thép X18H10T theo giới hạn chảy: , N/m2 [2 -356] Trong đó: : hệ số an toàn theo giới hạn chảy, bằng 1,5 : ứng suất giới hạn chảy bằng 220.106 N/m2 Vậy ứng suất cho phép là: , N/m2 Để đảm bảo tính bền ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị ứng suất trên để tính. Lấy N/m2 Khi đó ta có: do vậy có thể bỏ qua Pt ở mẫu Vậy chiều dầy của thiết bị là: +)Đối với đoạn dưới tháp (m) Ta chọn S = 6 mm. Đối với đoạn tháp trên Dt =2,4m Ta chọn S = 6 mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử Po P0 = P1 + Ptl Trong đó: Ptl: áp suất thuỷ lực bằng 1,5Pt Ta có: Ptl = 1,25 . 3,912.105 = 4,89.105 N/m2 P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước P1 = g.r.H =9,81.1000.12 = 1,18.105 N/m2 Suy ra P0 = 4,89.105+ 1,18.105 = 6,07.105 N/m2 * Công thức kiểm tra ứng suất: N/m2 Vế trái: N/m2 Ta thấy: = 170,7.106 N/m2 < 183,33.106 N/m2 thoả mãn yêu cầu . 2.Chọn nắp và đáy tháp +)Nắp Chọn nắp thiết bị là loại elíp có gờ cùng loại vật liệu với thân tháp. Ta có đường kính tháp là D = 2,4m, dựa vào số liệu ta có: Hb = 600 mm – Chiều cao phần lồi của nắp Chọn h = 40 mm. Đường kính phôi là 2901 mm. Chiều dày của nắp là: , m [2-385] Trong đó: K : Hệ số không thứ nguyên, lấy K = 1 N/m2 là ứng suất cho phép theo giới hạn bền. Pt: áp suất trong Pt = 3,912.105 N/m2 , Hình 8: Nắp thiết bị Ta có Do đó có thể bỏ qua Pt ở mẫu số Ta có: S - C = 3,54 < 10 mm nên hệ số C phải tăng thêm 2mm C = 1,5 + 2 = 3,5mm Vậy chiều dày nắp là: S =3,54 +3,5 =7,04 mm Ta chọn chiều dày của nắp là S = 8mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử P0 bằng công thức N/m2 Vế trái: N/m2 179,5.106 N/m2 < 183,3.106 N/m2 Vậy chiều dày của nắp là S = 6 mm. +)Chọn đáy Ta có đường kính phần dưới tháp là D = 2m, dựa vào số liệu ta có: Hb = 500 mm – Chiều cao phần lồi của nắp Chọn h = 40 mm. Đường kính phôi là 2432 mm. Chiều dày của nắp đáy là; , m [2-385] Trong đó: K: Hệ số không thứ nguyên, lấy K = 1 N/m2 là ứng suất cho phép theo giới hạn bền. Pt: áp suất trong Pt = 3,912.105 N/m2 , Ta có: Do đó có thể bỏ qua Pt ở mẫu số Ta có: S - C = 2,46 < 10 mm nên hệ số C phải tăng thêm 2mm C = 1,5 + 2 = 3,5mm Vậy chiều dày nắp là: S =2,46 +3,5 =5,96 mm Ta chọn chiều dày của đáy là S = 8mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị theo áp suất thử P0 bằng công thức: N/m2 Vế trái: N/m2 179,5.106 N/m2 < 183,3.106 N/m2 Vậy chiều dày của đáy là S = 8mm. 3.Chọn bích nối Hình9: Bích liền bằng thép để nối thiết bị Dt(mm) D(mm) Db(mm) D0(mm) z db Phần trên 2400 2630 2560 2415 32 M30 Phần dưới 2000 2170 2140 2090 35 M20 4.Đường kính các ống dẫn vào và ra của thiết bị chính +)Đường kính ống dẫn nguyên liệu vào d1 =300mm +)Đường kính ống dẫn oxy: d2 =150 mm +)Đường kính ống dẫn axit axetic: d3 = 200mm +)Đường kính ống dẫn nước vào, ra: d4= 150mm +)ống dẫn hỗn hợp hơi đỉnh tháp: d5 = 300mm vi.Tính toán kinh tế 1.ý nghĩa Tính toán kinh tế là một phần quan trọng bởi cho ta biết được dự án có khả thi hay không. Một cơ sở sản xuất muốn tồn tại thì phải đạt được lợi nhuận nhất định, nhất là trong điều kiện kinh tế thị trường cạnh tranh khốc liệt. Sản phẩm sản xuất ra phải được thị trường chấp nhận cả về chất lượng và giá cả thì hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất chính là yếu tố quyết định xem phương án thiết kế có được áp dụng vào thực tế hay không. 2. Nội dung tính toán kinh tế. Dây chuyền sản xuất liên tục, số ngày làm việc trong một năm là 330 ngày, mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca 8 tiếng. Năng suất 13257,57 kg/giờ (sản phẩm). Năng suất của một năm là 105000 tấn /năm. 2.1. Nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu và năng lượng. +) Nhu cầu về nguyên liệu. Ta tính nhu cầu về nguyên liệu cho quá trình. Nguyên liệu axetaldehyt cho quá trình: 10606,646 kg/h = 10,606tấn/h. Nguyên liệu oxy cho quá trình: 3950,592 kg/h = 3,950tấn/h Từ đó ta tính lượng tiêu hao cho một tấn sản phẩm như sau: - Lượng axetaldehyt trong một năm: 10,606.330 .24 = 83999,52tấn - Hệ số tiêu hao axetaldehyt: - Lượng oxy kỹ thuật trong một năm: 3,950.330. 24 = 31284 tấn - Hệ số tiêu hao oxy kỹ thuật: Nhu cầu về nguyên liệu. STT Tên nguyên liệu Hệ số tiêu hao Nhu cầu trong năm(tấn) 1 Axetaldehyt 0,8 83999,52 2 Oxy 0,298 31284 +)Nhu cầu về điện năng - Điện năng dùng cho chạy máy công nghệ được tính theo công thức: W = K1.K2n.ntbT W: Điện năng dùng trong 1 năm. Ntb: Công suất trung bình của động cơ n: Số động cơ. Ti: thời gian sử dụng trong một năm (h). K1: Hệ số phụ tải, thường lấy bằng 0,75. K2: Hệ số tổn thất, thường lấy bằng 1,05. Nhà máy sử dụng khoảng 12 động cơ công suất 8,6 kW W = K1.K2n.ntbT = 0,75.1,05.12.8,6.330.24 = 643658 Kw.h Điện năng dùng thắp sáng cho phân xưởng của 2 ca chiều và tối (16/24h) được tính theo công thức: Ws = ni P .Ti (kw.h) Ws: Điện năng dùng trong một năm (kw.h). ni: Số bóng đèn loại i P: Công suất đèn loại i (W) Ti: Thời gian sử dụng trong năm (h) Nhu cầu điện thắp sáng. STT Tên công trình Loại bóng (W) Số lượng (cái) Thời gian sử dụng(h) Nhu cầu điện trong năm (kW.h) 1 Nhà sản xuất chính 220 100 5280 116160 2 Nhà sản xuất phụ 220 40 5280 46464 3 Nhà bảo vệ 100 10 5280 5280 4 Khu cấp nguyên liệu 220 20 5280 23232 5 Khu xử lý nước thải 220 10 5280 11616 6 Nhà để xe 100 10 5280 5280 7 Gara ôtô 100 20 5280 10560 8 Nhà kho 200 10 5280 10560 9 Khu vệ sinh 100 10 5280 5280 10 Tổng cộng 234432 Lượng điện tiêu thụ trong cả năm của phân xưởng. 643658 + 234432= 878090 kw.h Hệ số tiêu hao điện: Nhu cầu về xúc tác trong một năm: 8,076.24.330 =93961,92kg +)Tính chi phí nguyên vật liệu và năng lượng: Chi phí nguyên vật liệu và năng lượng. STT Tên nguyên liệu, năng lượng Đơn vị Lượng dùng trong năm Đơn giá (đ) Thành tiền (đ) 1 Axetaldehyt Tấn 83999,52 65.106 5459968,8.106 2 Oxy kỹ thuật Tấn 31284 0,07.106 2189,88.106 3 Điện Kw.h 878090 1200 1053.106 Tổng cộng 5463211,68 2.2. Tính vốn đầu tư cố định. 2.2.1. Vốn đầu tư xây dựng: Vxd Đơn giá xây dựng nhà bê tông cốt thép toàn khối có bao che là 1,8triệu/m2. Tổng diện tích xây dựng: 3312 m2. Vxd = 3312 x 1,8 = 5961,6.106 (đồng). 2.2.2. Vốn đầu tư cho thiết bị, máy móc: Vtb. Chi phí cho toàn bộ dây chuyền được chuyển giao từ nước ngoài là 460000USD Tương đương với 7360.106 đ Chi phí (lắp đặt + vận chuyển ) bằng 5% giá thiết bị: 5%.4600000 = 23000 USD = 368.106 đ Tổng vốn đầu tư cho thiết bị là: 7360.106 + 368.106 = 7728.106 (đ) Tổng vốn đầu tư cố định: 7728.106+ 5961,6.106 = 13689,6.106 đ 2.3. Chi phí cho nhân công lao động 2.3.1.Nhu cầu về lao động. Dây chuyền hoạt động theo chế độ tự động hoá hoàn toàn, công nhân có nhiệm vụ kiểm tra, quan sát chế độ làm việc của máy móc thiết bị và chất lượng sản phẩm để điều chỉnh hợp lý. Tổng số công nhân hoạt động cho mỗi ca khoảng 25 người Số cán bộ, nhân viên: + Quản đốc: 1 người + Kỹ sư kỹ thuật: 4người + Thư ký văn phòng : 1 người + Hành chính: 3 người + Bảo vệ: 7 người Vậy tổng số người làm trong phân xưởng: 120 người. 2.3.2. Quỹ lương công nhân viên trong phân xưởng. Mức lương công nhân trực tiếp là 1800000 đ/tháng. Lương gián tiếp và tổ trưởng tính theo hệ số. Thống kê quỹ lương công nhân. STT Chức vụ Số người Hệ số Lương tháng (đ/người) Lương tháng toàn bộ (đ) Lương cả năm (đ) 1 Quản đốc 1 1.5 2,7.106 2,7.106 32,4.106 2 Cán bộ kỹ thuật 4 1.4 2,52.106 10,08.106 120,96.106 3 Công nhân trực tiếp 75 1 1,8.106 135.106 1620.106 4 Hành chính 3 1.1 1,92.106 5,76.106 69,12.106 5 Thư ký vănphòng 1 1.1 1,92.106 1,92.106 23,04.106 6 Bảo vệ 7 1 1,8.106 12,6.106 151,2.106 Tổng cộng 91 2016,72.106 Lương bồi dưỡng ca đêm: 1% lương. 2016,72.106 x 0,01 = 20,167.106 (đồng). Lương bồi dưỡng độc hại:1% lương. 2016,72.106 x 0,01 = 20,167.106 (đồng). Bảo hiểm xã hội trả cho nhân công 1,5% quĩ lương: 2016,72.106 x 0,015 = 30,24.106 (đồng). Tổng số tiền lương cả năm: 2016,72.106+ 20,167.106 + 20,167.106 + 30,24.106 =2087,294.106 (đồng). 2.4.Tính khấu hao. Khấu hao nhà xưởng lấy 15 năm 5961,6.106 x 0,15 = 894,24.106 đ/năm Khấu hao máy móc thiết bị lấy 10 năm 7360.106x 0,1 = 736.106đ/năm Tổng chi phí khấu hao của cả năm: 736.106 + 894,24.106 = 1630,24.106đ/năm Khấu hao trên 1 đơn vị sản phẩm. 1630,24.106: 105000 = 1552 đ/tấn. 2.5.Tính giá thành sản phẩm. Chi phí quản lý doanh nghiệp lấy 5% giá thành phân xưởng. 0,05 x (5961,6 + 7360).106 = 666,08.106.106 đ/năm. Chi phí bán hàng lấy 5% giá thành phân xưởng. 0,05 x (5961,6 + 7360).106 = 666,08.106 đ/năm. Giá thành sản phẩm Khoản mục Chi phí cho 1 tấn sản phẩm (đ) Chi phí cho toàn bộ sản lượng(đ) Nguyên liệu và năng lượng 5463211,68.106 Tiền lương và trích theo lương 19879 2087,294.106 Chi phí khấu hao phân xưởng 15526 1630,24.106 Chi phí QLDN và CPBH 12687 1332,16.106 Tổng cộng chi phí 5468261,374.106 Giá thành sản phẩm tại phân xưởng: 52,08.106 đồng/tấn Giá bán ra thị trường 65.106đồng/tấn 2.6. Tổng lợi nhuận cả năm. LN = (65.106 – 52,08.106) x 105000 = 1356600.106 đ 2.7. Thời gian thu hồi vốn Vốn đầu tư cố định: 5.253,9.106 đ. Vốn lưu động: + Chi phí nguyên liệu và năng lượng: 5463211,68.106 đ + Chi lương: 2087,294.106 đ + Chi phí quản lý và bán hàng: 1332,16.106 đ Tổng số vốn đầu tư là: Vđt = 5466631,134106 .đ Thời gian thu hồi vốn Tth = Vậy thời gian thu hồi vốn đầu tư là 4 năm Phần iv Thiết kế xây dựng I.cơ sở Chọn địa điểm xây dựng Việc lựa chọn địa điểm để xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic là hết sức quan trọng, đòi hỏi người thiết kế phải tính toán sao cho tối ưu hoá về mọi mặt, để đạt được điều đó người thiết kế phải thu thập, tìm hiểu và xử lý nhiều thông số của các ngành khác nhau như: địa chất, giao thông, xây dựng.., liên quan đến kế hoạch phát triển kinh tế của vùng cũng như của quốc gia 1.Về qui hoạch - Địa điểm xây dựng phải phù hợp với qui hoạch của địa phương đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt, có khả năng hợp tác với các nhà máy khác. 2.Điều kiện hạ tầng kỹ thuật -Phải đảm bảo thuận lợi về mặt giao thông liên lạc, gần đường giao thông như đường bộ, đường sắt, đường thuỷ -Phù hợp với mạng lưới thông tin, cung cấo điện, đây là các yếu tố rất quan trọng đối với mỗi đơn vị sản xuất. 3.Về địa hình Khu đất được chọn phải có diện tích và địa hình thuận lợi cho việc xây dựng. Diện tích phải đủ để bố trí các hạng mục công trình, lắp đặt dây chuyền công nghệ. Địa hình phải bằng phẳng để giảm chi phí cho việc san lấp mặt bằng, phải cao ráo tránh ngập lụt trong mùa mưa bão. 4.Về địa chất - Để giảm tối đa chi phí xây dựng nền móng công trình cần chọn nền đất sét pha cát, đất đá ong, đá đồi... tránh nguy cơ sụt lún, lở -Tránh các vùng mỏ khoáng sản, địa chất không ổn định 5.Về vệ sinh môi trường Đặc điểm của các nhà máy hoá chất là thường thải ra các chất độc hại như khí độc, bụi bẩn, khói, nước chứa hoá chất gây ô nhiễm môi trường. Để hạn chế tối đa sự ảnh hưởng tới môi trường, địa điểm xây dựng phải xa khu dân cư đô thị, khu di tích lịch sử cũng như danh lam thắng cảnh. Nước thải của nhà máy luôn là vấn đề nan giải vì vậy phải có hệ thống thải hợp lý cũng như phải xử lý tối đa các hoá chất gây ô nhiễm trước khi thải ra môi trường xung quanh, trồng cây xanh để góp phần xanh, sạch đẹp môi trường, tuy nhiên để chọn lựa được địa điểm vừa lý tưởng vừa thoả mãn được các yêu cầu về vệ sinh môi trường là rất khó khăn, do vậy cần cân nhắc kỹ lưỡng. 6.Yêu cầu về xây lắp cũng như vận hành nhà máy - Gần nguồn cung cấp vật liệu xây dựng, vật tư xây dựng để giảm giá thành, chi phí đầu tư xây dựng cơ bản - Đảm bảo cung ứng nguồn nhân lực cho quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này II.Thiết kế xây dựng tổng mặt bằng nhà máy Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng nhà máy theo nguyên tắc phân vùng. 1. Vùng trước nhà máy Bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào, nhà để xe, bảng tin và cây xanh làm đẹp cảnh quan. Diện tích vùng này có diện tích từ 4 á 20% diện tích toàn nhà máy. 2. Vùng sản xuất Bố trí các nhà máy và dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, như các xưởng sản xuất chính, sản xuất phụ trợ ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm từ 22 á 52% diện tích của toàn nhà máy. Là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lưu ý một số điểm sau đây: - Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình cũng như về hướng. - Các nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần phía cổng hoặc gần phía trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. - Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra các tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố (dễ cháy, dễ nổ hoặc rò rỉ các hoá chất bất lợi) nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ an toàn vệ sinh công nghiệp. 3. Vùng các công trình phụ Nơi đặt các nhà và công trình cung cấp năng lượng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi, nước, xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác Vùng này có diện tích 14 á 28% diện tích nhà máy nên khi bố trí các công trình trên vùng này người thiết kế cần lưu ý một số điểm sau đây: - Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lượng (khai thác tối đa hệ thống cung cấp ở trên không và ngầm dưới mặt đất). -Những khu đất không thuận lợi về hướng giao thông có thể bố trí các công trình phụ - Các công trình có nhiều bụi hoặc chất thải bất lợi đều phải chú ý bố trí cuối hướng gió. 4.Vùng kho tàng và phục vụ giao thông: Trên đó, bố trí các hệ thống kho, bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga nhà máy ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy vùng này thường chiếm từ 23 á 37% diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này người thiết kế cần lưu ý một số điểm sau: Bố trí các công trình phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của máy dễ dàng thuận tiện cho việc nhập và xuất hàng của nhà máy. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ hệ thống kho tàng có thể bố trí gắn liền trực tiếp với bộ phận sản xuất. Người thiết kế có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. 5. Các hạng mục công trình Bảng Các hạng mục công trình của nhà máy. STT Tên các hạng mục công trình Số lượng DàixRộng Diện tích 1 Nhà sản xuất chính (2 tầng) 1 30 x 18 1080 2 Nhà sản xuất phụ 1 30 x 12 360 3 Nhà hành chính (2 tầng) 1 24 x 9 432 4 Hội trường (2 tầng) 1 24 x 9 432 5 Phòng bảo vệ 3 3 x 3 27 6 Gara ôtô con 1 12 x 12 144 7 Nhà để xe đạp ,xe máy 1 18 x 9 162 8 Nhà ăn 1 12 x 12 144 9 Phân xưởng cơ khí 1 18 x 9 162 10 Bể chứa nguyên liệu 1 12 x 9 108 11 Gara ôtô tải 1 18 x 9 162 12 Trạm điện 1 9 x 9 81 13 Phân xưởng nước 1 18 x 18 324 14 Bể chứa sản phẩm 1 18 x 12 216 15 Phân xưởng xử lý nước thải 2 9 x 9 162 16 Bộ phận cứu hoả 1 12 x 9 108 17 Nhà điều khiển 1 18 x 9 162 18 Nhà thay quần ao, vệ sinh 1 18 x 6 108 19 Bể nước 1 9 x 9 81 20 Trạm bơm 1 9 x 9 81 21 Khu đất dự trữ 1 40 x 20 800 5336 Nhà máy sản xuất axit axetic đi từ nguyên liệu là axetaldehyt với công suất là 105000 tấn/năm . Diện tích mặt bằng nhà máy là: 5336.4 = 21334(m2). Hệ số xây dựng: 6. Giải pháp thiết kế xây dựng tổng mặt bằng nhà sản xuất Nhà sản xuất có tên là: '' Phân xưởng sản xuất axit axetic''. Phân xưởng hoạt động liên tục 24/24 giờ, chia làm 3 ca, mỗi ca khoảng 10 người làm việc 6.1. Kết cấu nhà sản xuất Kết cấu chịu lực + Sử dụng bê tông cốt thép toàn khối. + Cột bê tông cốt thép nhà không có cần trục kích thước tiết diện là 400x400mm. Móng trục bê tông cốt thép đổ toàn khối tại chỗ theo kích thước cột . + Dầm móng đặt nền móng có kích thước 250x400mm, l=5950mm. + Dầm sàn bê tông cốt thép đổ toàn khối có kích thước dầm chính 400x600mm. Dầm phụ 250x400mm - Mái che bằng bê tông cốt thép lắp ghép, có độ dốc i =1:12 - Nền và sàn chịu axit và cháy nổ. 6.2. Mặt bằng nhà sản xuất Do yêu cầu của dây chuyền công nghệ các thiết bị được bố trí ở giữa phân xưởng sản xuất. Để dây chuyền đảm bảo sản xuất một cách liên tục thuận lợi em bố trí các chi tiết theo quy tắc sau: - Thiết bị phản ứng có đường kính ngoài là 2512 - Khoảng cách giao thông bố trí là 2m mọi bên. - Khoảng cách an toàn để lắp đặt là 2m - Khoảng cách giao thông ở giữa là 3m Chiều dài nhà sản xuất xác định theo kích thước thiết bị bố trí dọc nhà . Chiều dài nhà là 30m - Chọn lưới cột là 6x6 m - Diện tích nhà sản xuất (2 tầng) là 2x(30x18) = 1080 m2 Bên trong nhà sản xuất được bố trí dây chuyên sản xuất axit axetic năng suất 105000 tấn/ năm Hầu hết các thiết bị được đặt ở tầng 1 trừ có thùng cao vị chứa nước mềm (21) là đặt trên tầng 2. Nhờ có 2 tầng nên nhiều thiết bị cao hơn 12 m sẽ được bảo đảm chắc chắn hơn, không những thế công nhân sẽ thao tác thuận lợi hơn . 6.3. Mặt cắt nhà sản xuất Do yêu cầu bố trí thiết bị nên chọn nhà sản xuất xây dựng 2 tầng . Về độ cao nhà thì căn cứ các điểm sau: - Căn cứ vào độ thông gió chiếu sáng, phân xưởng khi sản xuất có phát sinh rất nhiềunhiệt, khí độc nên đòi hỏi phải có thông gió, chiếu sáng tự nhiên - Căn cứ vào chiều cao thiết bị và yêu cầu vận chuyển lắp ráp thiết bị . Theo quy định thống nhất hoá chọn chiều cao của tầng 1 là 5,4m tầng 2 là 6 m Căn cứ vào chiều cao thông gió và chiếu sáng tự nhiên cho phân xưởng , thiết kế cửa ra vào có kích thước là 4,2x3 và cửa sổ có kích thước là 3x3 phần V an toàn lao động Trong các nhà máy công nghiệp nói chung đặc biệt là những nhà máy sản xuất hoá chất là thưòng thải các chất độc hại và dễ cháy nổ gây hậu quả xấu, vì vậy trong quá trình lao động sản xuất có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới những người lao động trực tiếp cũng như gián tiếp và môi trường xung quanh. Với mục tiêu sức khoẻ con người là trên hết, ‘’an toàn là bạn tai nạn là thù’’để đảm bảo và thực hiện tốt qui trình lao động ta cần chú ý đến các qui trình lao động sau: 1.Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: Mặt bằng nhà máy phải đảm bảo thải các chất độc hại thuận lợi, muốn vậy mặt bằng nhà máy phải đủ cao, việc thải nước phải dễ dàng, mặt khác phải chống được hiện tượng thấm. Mặt bằng cần phải chú ý đến hướng gió và hướng mặt trời, các bộ phận sản xuất có bụi, hơi khí độc, có tiếng ồn, cần đặt cuối hướng gió. Bố trí hướng nhà theo hướng mặt trời như thế nào để đảm bảo chống nóng tốt, nhưng lại đảm bảo đủ ánh sáng, khoảng cách chiếu sáng tự nhiên giữa các nhà được xác định theo công thức: B = ( H + h )/2 ( m ) Trong đó: B – Khoảng cách giữa các nhà, m H, h – Chiều cao giữa các nhà cạnh nhau, m Khoảng cách vệ sinh giữa các khu chế xuất và vùng dân cư là một yếu tố quan trọng. Để tránh gây độc hại đến môi trường xung quanh nhà máy, người ta phải đặt khoảng cách giữa các nhà máy là nhất định. 2.An toàn về giao thông trong nhà máy Trong khu vực chế biến, sản xuất có nhiều đường như: đường ô tô, đường goòng, đường sông, đường biển vì vậy việc bố trí đường đi phải khoa học, để vừa đảm bảo chống xảy ra tai nạn vừa đảm bảo phòng chống cháy nổ. Theo qui định: dọc đường ô tô phải có lề đường, vỉa hè, chiều rộng đường một chiều tối thiểu là 3,5m. ở giữa các ngã ba, ngã tư phải bố trí thẳng góc và có độ cao khác nhau. 3.An toàn cháy nổ Đặc điểm của hoá chất là rất dễ gây cháy nổ mà hậu quả của cháy nổ là rất nghiêm trọng vì vậy vấn đề phòng chống cháy nổ luôn được đặt lên hàng đầu. Để đảm bảo chữa cháy tốt, khi bố trí đường cần chú ý: đường có thể dẫn đến bất kì ngôi nhà nào kể cả 2 phía. Lối vào cho xe chữa cháy rộng ít nhất là 6m. Đối với đường cụt cần có bãi quay xe mỗi bên rộng ít nhất là 12m. Yêu cầu phòng cháy cho nhà máy: Tuỳ thuộc vào mức độ chịu lửa của các ngôi nhà mà bố trí khoảng cách cho thích hợp. Đối với các ngôi nhà có độ chịu lửa tốt thì khoảng cách tối thiểu là 10m, còn đối với các ngôi nhà có độ chịu lửa kém hơn thì có thể đến 20m, đối với các kho chứa nguyên liệu, vật liệu, sản phẩm cần có tiêu chuẩn bố trí khoảng cách cụ thể. Để chặn các đám cháy lan rộng có thể áp dụng các biện pháp như: + Phòng cháy trên đường ống: - Trên đường ống dẫn chất lỏng người ta đặt các van ngược, van thuỷ lực, tấm lưới lọctrên đường ống dẫn khí đặt các van thuỷ lực,bộ phận chặn lửa, màng chống nổ, áp suất nước trong các van thuỷ lực cao hơn áp suất khí trong hệ thống là 10 mmHg. - Tác dụng của các bộ phận chặn lửa là chia ngọn lửa ra thành nhiều dòng để ngọn lửa không có khả năng lan rộng ra được. Khi có nổ các sang nổ dễ dàng đi qua các lỗ hẹp của các lỗ hẹp của bộ phận chắn lửa. Để tăng hiệu quả ngăn chặn nổ, người ta còn đặt trước bộ phận chắn lửa một đoạn ống có đường kính gấp 3 – 4 lần đường kính ống dẫn khí. Ngoài ra để tránh sự phá hoại đường ống hay thiết bị khi có nổ thường dùng các van chống nổ, màng chống nổ. + Phòng chống cháy nổ trong khu vực nhà máy - Thay thế các khâu sản xuất nguy hiểm bằng những khâu ít nguy hiểm hơn. Cơ khí hoá, tự động hoá, liên tục hoá các quá trình sản xuất có tính chất nguy hiểm để đảm bảo an toàn. Thiết bị đảm bảo kín, hạn chế hơi, khí bay ra ở khu vực sản xuất, chọn những dung môi khó bay hơi, khó cháy thay cho các dung môi dễ cháy, dễ bay hơi. - Cách ly các thiết bị hay công đoạn sản xuất dễ gây cháy nổ ở khu vực riêng. Đặt chúng ở nưoi thoáng mát ngoài trời. - Loại trừ mọi khả năng phát sinh ra mồi lửa tại những nơi có liên quan đến chất cháy nổ. - Trước khi ngừng để sửa chữa hoặc cho thiết bị hoạt động trở lại cần thiết thổi hơi nước, khí trơ vào thiết bị đó. Tóm lại: tất cả các biện pháp trên cần được giải quyết tốt ngay từ khi chọn phương án thiết kế phân xưởng. + Những quy định đối với công nhân nhà máy về phòng chống cháy nổ: -Tất cả mọi cá nhân và tập thể, làm việc tại nhà máy phải thực hiện tốt các quy định của nhà nước và của nhà máy đề ra. - Cấm mang các vật liệu dễ cháy nổ vào nhà máy. - Cấm tự động đóng mở các van mà không liên quan đến chức năng của mình. - Cấn những người không liên quan vào khu vực nhà máy. - Các công nhân làm việc tại nhà máy phải được học nội quy phòng cháy và chữa cháy. 4.An toàn khi sử dụng máy móc trang thiết bị Việc trang bị máy móc sẽ làm giảm sức lao động, cải thiện điều kiện làm việc, làm cho năng suất tăng lên và nâng cao chất lượng sản phẩm . Tuy nhiên nếu thiết kế nhà máy chưa hoàn chỉnh, chế tạo sai qui tắc thì khi sử dụng máy dễ gây tai nạn. Nguyên nhân gây nhấn thương do thiết kế: máy móc cần thoả mãn các điều kiện về độ bền, độ cứng, chịu ăn mòn, khả năng chịu nhiệt, chịu chấn độngđể cho máy làm việc được ổn định và an toàn máy móc thiết bị không đảm bảo an toàn về điều kiện kỹ thuật sẽ dẫn tới tai nạn. Nguyên nhân do bảo quản và sử dụng: Muốn máy móc làm việc ổn định, có hiệu quả và bền phải có một chế độ bảo quản sử dụng chặt chẽ, nhất là đối với các loại máy móc tinh vi dễ hỏng, dễ nguy hiểm. Phải thường xuyên kiểm tra, điều chỉnh các cơ cấu an toàn cho phù hợp với chế độ làm việc của máy móc. Nếu vi phạm quy định công nghệ, không thường xuyên bảo dưỡng và duy trì chế độ làm việc của máy móc thì sẽ dẫn tới hỏng hóc và gây ra tai nạn lao động. 5. An toàn về điện An toàn về điện là một trong những vấn đề quan trọng của công tác an toàn. Nếu thiếu sự hiểu biết về các chất mạng điện, không tuân theo các nguyên tắc về kỹ thuật sẽ gây ra tai nạn nhất là điện, nhiều khi khó phát hiện bằng giác quan mà chỉ có thể nhận biết được khi tiếp xúc với phần tử mang điện. Chính vì lẽ đó công nhân làm việc phải có những hiểu biết về điện và người thiết kế công nghệ phải có một số yêu cầu về thiết bị điện như: + Dây dẫn cần phải cải tiến bằng vỏ cao su và có thể lồng vào trong ống kim loại để tránh bị dập + Cần phải lắp ráp sao cho an toàn và dễ điều khiển nhất 6.An toàn trong phòng hộ cá nhân. Để tránh bụi cho các cơ quan hô hấp thì ta phải dùng các dụng cụ tránh bụi như khẩu trang. Cần kiểm tra định kỳ để phát hiện và điều trị kịp thời cho những người bị nhiễm chất độc nghề nghiệp. Trong quá trình sản xuất, người công nhân hoặc người thiết kế công nghiệp cần chấp hành những quy định về an toàn lao động. Kết luận Cũng như các nước khác trên thế giới, nhu cầu về axit axetic ở Việt Nam ngày càng cao. Hàng năm chúng ta phải nhập một số lượng tương đối lớn từ nước ngoài, vì vậy phải chi phí một lượng ngoại tệ đáng kể. Việc sản xuất axit axit axetic có nồng độ cao có công nghệ phù hợp với điều kiện ở Việt Nam và vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu là có tính cấp bách và góp phần không nhỏ vào nền công nghiệp hoá học ở Việt Nam và sự phát triển của đất nước Với đề tài ‘’Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic từ axetaldehyt năng suất 105000 tấn/năm’’ sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo em đã hoàn đồ án đúng thời gian. Qua việc làm đồ án đã giúp em hệ thống lại những kiến thức đã học, hiểu được ứng dụng lý thuyết vào thực tế, tạo được kỹ năng tra cứu tài liệu cũng như có hướng giải quyết đúng đắn trước một vấn đề, thấy được từ nghiên cứu lý thuyết đến áp dụng vào thực tế sản xuất là cả một chặng đường. Do chưa quen với công việc thiết kế, với kiến thức còn hạn hẹp và trong thời gian ngắn nên bản đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót em mong được sự chỉ bảo của thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hữu cơ- Hoá dầu đặc biệt là thầy giáo Gs.Ts.Đào Văn Tường đã trực tiếp hướng dẫn rất tận tình giúp em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội ngày.tháng 5 năm 2004 Sinh viên thực hiện Nguyễn Công Thiện Tài liệu tham khảo 1.Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập I. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1978. 2.Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập II. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1999. 3.Sổ tay hoá lý, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1963 4. Nguyễn Mai Liên, Tổng hợp hữu cơ cơ bản, Trường Đại học Bách khoa Hà nội 1964, tr 125 – 130. 5.Trần Công Khanh, Giáo trình tổng hợp hữu cơ. Khoa Đại học tại chức trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 1974. 6.Tập thể tác giả, Giáo trình hoá học hữu cơ tập 2, Trường Đại học Bách khoa Hà nội 1964, tr 112-123, tr 133 – 140. 7.Trần Xoa, Nghiên cứu tinh chế Axit axetic theo phương pháp chưng bằng muối, Luận án Phó tiến sĩ khoa học, 1986, tr 1- 15. 8.Giáo trình hoá học và kỹ thuật tổng hợp hữu cơ. Khoa Đại học tại chức trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 1974. 9.Vũ Ngọc Hùng, Nghiên cứu nâng cao nồng độ Axit axetic từ dung dịch loãng bằng phương pháp chưng luyện đẳng phí. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Đại học Bách Khoa Hà Nội. 1999, tr 1 – 17. 10.Phan Minh Tân, Tổng hợp hữu cơ hoá dầu. Trường Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh. 1993, tr 263 – 268. 11.Kirk – Othmer, Encyclopendia of chemical technology, vol 1, Interscience Publishers, a division of John Wiley & Sons, Inc. New York. London. 1963, page 34 -77. 12.Barbara Elvers, Stephen Hawkins, Gail Schulz, Ullmann’s Encyclopendia of Industrial Chemistry, vol A1. VCH Verlagsgesellschaft mBh, D – Weinheim, Federal Republic of Germany. 1990, pg 31 - 63 13.Organic chemical process encyclopendia, 2nd Ed. Park Ridge (N.J) London. Noyes Development. 1969 page 15 Mở đầu 1 Phần I 2 Tổng quan 2 I.Giới thiệu chung về axit axetic 2 1.Tính chất vật lý 2 2.Tính chất hoá học của axit axetic 6 2.1.Tính axit 6 2.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử các bon 6 3.ứng dụng 8 3.1.Muối 8 3.2.Este 8 3.3.Axetylclorua 9 3.4.Amit 9 3.5.Axit phenyl axetic 9 3.6.Bảng một số ứng dụng 10 II.Tính chất của nguyên liệu 11 1.Giới thiệu chung về axetaldehyt 11 2.Tính chất vật lý 11 3.Tính chất hoá học 13 a.Phản ứng cộng hợp 13 b.Phản ứng oxy hoá khử 14 c.Phản ứng phân huỷ 14 d.Phản ứng ngưng tụ 14 e.Một số phản ứng khác 14 4.Sản xuất axetaldehyt 15 a.Đi từ eanol 15 b.Đi từ axetylen 15 c.Đi rừ etylen 16 d.Một số quá trình khác 16 III.Các quá trình sản xuất axit axetic 16 1.Quá trình cacbonyl hoá Metanol 17 1.1.Giới thiệu 17 1.2.Bản chất hoá học 17 1.3.Sơ đồ công nghệ 18 2.Quá trình oxy hoá trực tiếp hydrocacbon no 25 2.1.Cơ chế phản ứng 25 2.2.Sản xuất trong công nghiệp 28 3.Quá trình sản xuất axit axetic bằng phương pháp oxy hoá axetaldehyt trong pha lỏng 30 3.1.Cơ chế phản ứng 30 3.2.Xúc tác 31 3.3.Các yếu tố ảnh hưởng 33 4.Các phương pháp khác sản xuất axit axetic 35 +)Phương pháp Chemische Werke Hull 35 +)Phương pháp Beyer 35 +)Phương pháp lên men rượu 36 +)Phương pháp chưng phân huỷ gỗ cứng 36 +)Sản xuất từ Gasoil nhẹ 39 +)Quá trình tổng hợp axit axetic từ khí tổng hợp 40 IV.Nâng cao nồng độ và tinh chế axit axetic 40 1.Nâng cao nồng độ và tinh chế 40 2.Chất lượng sản phẩm 42 V.Các vấn đề liên quan 43 1.Hoá phân tích 43 2.Vật liệu xây dung 43 3.Khoa học chất độc và sức khoẻ nghề nghiệp 43 Phần II: Dây chuyền sản xuất 45 1.Giai đoạn oxy hoá axetaldehyt 45 2.Tinh chế sản phẩm thô 45 3.Giai đoạn làm sạch axit axetic 46 4.Dây chuyền sản xuất axit axetic 46 Phần III: Tính toán 49 I.Các số liệu ban đầu 49 II.Tính toán cho thiết bị oxy hoá 49 1.Cân bằng vật chất 49 2.Cân bằng năng lượng 53 2.1.Tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào 54 2.2.Tính nhiệt lượng để đun nóng nguyên liệu 55 2.3.Nhiệt lượng do axetaldehyt hồi lưu mang vào 56 2.4.Nhiệt lượng toả ra do phản ứng 56 2.5.Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra 57 2.6.Nhiệt lượng tách ra khi nâng nhiệt độ hồi lưu đến nhiệt độ phản ứng 58 2.7.Nhiệt tách ra bằng làm lạnh 58 2.8.Lượng nước cần thiết để làm lạnh 58 III.Tính toán cho thiết bị tách phần nhẹ 59 1.Cân bằng vật chất 59 2.Cân bằng nhiệt lượng 60 2.1.Nhiệt do hồi lưu mang vào 60 2.2.Nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào 60 2.3.Nhiệt do hơi mang ra đỉnh tháp 61 2.4.Nhiệt mang ra khỏi sản phẩm đáy 61 2.5.Nhiệt do nước nước ngưng mang ra 62 2.6.Lượng hơi đốt cần dùng 62 IV.Tính toán cho thiết bị tách phần nặng 63 1.Cân bằng vật chất 63 2.Cân bằng nhiệt lượng 63 2.1.Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp 64 2.2.Nhiệt lượng do nước ngưng đem ra 64 2.3.Nhiệt do hơi mang ra ở đỉnh 64 2.4.Nhiệt do hồi lưu mang vào 64 V.Tính toán thiết bị oxy hoá 65 1.Đường kính thiết bị 65 2.Tính chiều dày thiết bị 66 3.Chọn nắp và đáy tháp` 68 4.Chọn bích 70 5.Đường kính các ống dẫn 71 VI.Tính toán kinh tế 71 1.ý nghĩa 71 2.Nội dung 71 2.1.Nhu cầu về nguyên liệu nhiên liệu và năng lượng 71 2.2.Tính vốn đầu tư 73 2.2.1.Vốn đầu tư cho xây dung 73 2.2.2.Vốn đầu tư cho máy móc 74 2.3.Chi phí cho nhân công lao động 74 2.3.1.Nhu cầu về lao động 74 2.3.2.Quĩ lương cho nhân công 74 2.4.Tính khấu hao 75 2.5.Tính giá thành sản phẩm 75 2.6.Tổng lợi nhuận cả năm 76 2.7.Thời gian thu hồi vốn 76 Phần IV: Thiết kế xây dựng 77 I.Cơ sở chọn địa điểm xây dung 77 1.Về qui hoạch 77 2.Điều kiện cơ sở hạ tầng 77 3.Về địa hình 77 4.Về địa chất 77 5.Vệ sinh môi trường 77 6.Yêu cầu về xây lắp và vận hành 77 II.Thiết kế xây dung tổng mặt bằng 78 1.Vùng trước nhà máy 78 2.Vùng sản xuất 78 3.Vùng công trình phụ 78 4.Vùng kho tàng và phục vụ giao thông 79 5.Các hạng mục công trình 79 6.Giải pháp thiết kế 80 6.1.Kết cấu nhà sản xuất 80 6.2.Mặt bằng nhà sản xuất 80 6.3.Mặt cắt nhà sản xuất 81 Phần V: An toàn lao động 82 1.Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 82 2.An toàn giao thông 82 3.An toàn cháy nổ 82 4.An toàn sử dụng thiết bị máy móc 84 5.An toàn điện 84 6.An toàn phòng hộ cá nhân 84 Kết luận 85 Tài liệu tham khảo 86