Chống oxi hoá, chế tạo cao su tổng hợp - Naphto

8,028 kg Chúng ta giả thiết muối kết tinh chứa 17% ẩm và 3% tạp chất do đó khối lượng muối thô là: 4139,55 = 5174,483 kg -Lượng ẩm trong muối: 5174,483 = 879,654 kg -Lượng tạp chất: 5174,483 0,03 = 155,233 kg IV.1.4.2.b. Dung dịch lọc: Thành phần gồm có: -Nước: 8688,9 - 879,654 = 7809,246 kg -Muối Na2SO4: 299,65kg (với giả thiết Na2SO4 không bị lẫn -sunfo natri khi kết tinh và lọc) -Tạp chất: coi Na2SO3, -sunfoaxit và -sunfo natri naphtalen không kết tinh đều là tạp chất. Do đó lượng tạp chất trong dung dịch lọc: 89,335 + 29,973 + 98,958 + 128,028 – 155,233 = 191,061 kg Bảng 4: Cân bằng vật chất giai đoạn lọc Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 sunfo natri 4267,578 Bã lọc Nước 8688,9 sunfo natri 4139,55 Na2SO4 299,65 Nước 879,654 Na2SO3 29,973 Tạp chất 155,233 sunfo axit dư 98,958 Tổng 5174,437 Tạp chất 89,335 Dung dịch lọc Nước 7809,246 Na2SO4 299,65 Tạp chất 191,061 Tổng cộng 13474,394 Tổng cộng 13474,394 IV.1.5.Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm (γ = 98%) Phản ứng xảy ra trong quá trình nóng chảy: SO3Na ONa + 2 NaOH + Na2SO3 + H2O 230 2 x 40 166 126 18 IV.1.5.1. Lượng vật chất vào thiết bị a.Muối -sunfo natri naphtalen kỹ thuật: 5174,437 kg Trong đó: -sunfo natri tinh khiết: 4139,55 kg Nước: 879,654 kg Tạp chất: 155,233 kg b.Lượng kiềm kỹ thuật 86% (13% ẩm và 1% tạp chất) -Lượng NaOH tinh khiết cần dùng Dùng tỷ lệ NaOH-sunfo natri = 2,3 mol/ 1 mol 4139,55 = 1655,82 kg -Lượng xút kỹ thuật cần dùng : 1655,82 1925,372 kg -Lượng ẩm trong xút: 1925,372 0,13 = 250,298 kg -Tạp chất trong xút: 1925,372 0,01 = 19,254 kg IV.1.5.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. --naphtolat natri: = 2927,922 kg -Lượng Na2SO3 tạo thành: 0,98 =2222,398 kg -Nước tạo thành: 0,98 = 317,485 kg -Lượng NaOH dư: 1655,82 - 0,98 = 244,881 kg -Lượng -sunfo natri naphtalen dư (do hiệu suất chỉ đạt 98%): 4139,55 0,02 = 82,785 kg -Lượng tạp chất có trong khối phản ứng: 155,233 + 19,254 = 183,896 kg -Tổng lượng nước có trong thiết bị : 317,485 + 250,289 + 879,654 = 1447,437kg -Giả sử 5% nước bị bay hơi: 1447,437 0,05 = 72,372 kg -Nước còn lại: 1447,437 – 72,372 = 1375,065 kg Bảng 5: Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng Muối-sunfo natri Khối phản ứng -sunfo natri 4139,55 sunfo natri naphtolat 2927,922 Nước 879,654 Na2SO3 2222,398 Tạp chất 155,233 Nước 1375,065 Cộng 5174,437 NaOH 244,881 NaOHKT sunfo natri naphtalen 82,785 NaOH 1655,82 Tạp chất 174,487 Nước 250,298 Cộng 7027,538 Tạp chất 19,254 Hơi nước 72,372 Cộng 1925,372 Tổng cộng 7099,809 Tổng cộng 7099,809 IV.1.6.Cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt(γ = 100%) -Pha loãng khối phản ứng làm 3 lần Lượng nước cần dùng: 7027,538 = 16397,589 kg IV.1.6.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Nước lạnh: 16397,589 kg -Khối phản ứng từ thiết bị nóng chảy kiềm đưa sang: 7027,538 kg IV.1.6.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. Giả thiết 15% H2O bị bay hơi -Lượng nước có trong thiết bị: 16397,589 + 1375,065 = 17772,654 kg -Lượng nước bay hơi: 17772,654 0,15 = 2665,898 kg -Lượng nước còn lại: 17772,654 - 2665,898 = 15106,756 kg Bảng 6: Cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng Khối phản ứng Khối sản phẩm sunfo natrrinaphtolat 2927,922 -naphtolat 2927,922 Na2SO3 2222,398 Na2SO3 2222,398 Nước 1375,065 Nước 15106,756 NaOH 244,881 NaOH 244,881 sunfonatri naphtalen 82,785 sunfonatri 82,785 Tạp chất 174,487 Tạp chất 174,487 Cộng 7027,538 Cộng 20759,229 Nước lạnh 16397,589 Hơi nước 2665,898 Tổng cộng 23425,127 Tổng cộng 23425,127 IV.1.7.Cân bằng vật chất giai đoạn axit hoá(γ = 98%) Trong quá trình axit hoá xảy ra các phản ứng: ONa OH 2 + SO2 + H2O 2 + Na2SO3 (1) 2 x 166 64 18 2 x 144 126 2 NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O (2) 2 x 40 64 126 18 IV.1.7.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Khối phản ứng từ thiết bị dập tắt sang: 20759,229 kg -Khí SO2 từ thiết bị trung hoà sang: 728,803 kg IV.1.7.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. a.Sản phẩm tạo thành của phản ứng (1) --naphtol: 2489,086 kg - Na2SO3: 0,98 = 1088,975 kg b.Sản phẩm tạo thành của phản ứng (2) - Na2SO3: 385,688 kg -H2O: 55,098 kg -Lượng SO2 tham gia phản ứng (1):0,98 = 553,13 kg -Lượng SO2 tham gia phản ứng (2): 195,905 kg Ta có lượng SO2 còn thiếu: 728,803 – (553,13 + 195,905 ) = 20,232 kg -Lượng nước cần dùng trong phản ứng (1): 155,568 kg -Lượng nước có trong khối sản phẩm ra: 15106,756 + 55,098 - 155,568 = 15006,286 kg -Tổng lượng Na2SO3 tạo thành: 1088,975 + 385,688 = 1474,663 kg Do hiệu suất chỉ đạt 98% nên lượng -naphtolat natri dư 2927,922 0,02 = 58,558 kg Nếu xem-naphtolat natri dư,-sunfo natri có trong dung dịch đưa vào axit hoá đều là tạp chất thì lượng tạp chất là: 58,558 + 82,785 + 174,487 = 315,83 kg -Tổng lượng Na2SO3 có trong sản phẩm: 1474,663 + 2222,398 = 3697,061 kg Giả sử toàn bộ SO2 còn thiếu không còn dùng cho các giai đoạn sau Bảng 7: Cân bằng vật chất giai đoạn axit hoá Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 Khối phản ứng 1 Khối sản phẩm -naphtolat 2927,922 -naphtolat 2489,086 Na2SO3 2222,398 Na2SO3 3697,061 Nước 15106,756 Nước 15006,286 NaOH 244,881 Tạp chất 315,83 sunfonatri 82,785 Cộng 21508,263 Tạp chất 174,487 KhíSO2còn thiếu 20,232 Cộng 20759,229 2 Khí SO2 728,803 Tổng cộng 21488,032 Tổng cộng 21488,032 IV.1.8.Cân bằng vật chất giai đoạn lắng(γ = 99%) IV.1.8.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Khối dung dịch từ thiết bị axit hoá chuyển sang: 22667,727 kg IV.1.8.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. Sau khi lắng dung dịch bị phân thành 2 lớp: -Lớp -naphtol -Lớp dung dịch Na2SO3 trong H2SO4 Giả thiết thành phần lớp -naphtol gồm: -naphtol 80% Tạp chất 7% Ẩm 13% Lượng -naphtol tinh khiết nhận được sau khi lắng tách: 2489,086 0,99 = 2464,195 kg Khối lượng lớp -naphtol: 2464,195 : 0,8 = 3080,244 kg Tạp chất trong lớp -naphtol: 3080,244 0,07 = 215,617 kg Lượng ẩm trong lớp -naphtol: 3080,244 0,13 = 400,432 kg + Thành phần lớp dung dịch Na2SO3 - Nước: 15006,286 – 400,432 = 14605,854 kg Giả thiết 1% Na2SO3bị lẫn trong -naphtol. Lượng Na2SO3 còn lại trong dung dịch: 3697,061 – (3697,061 0,01) = 3660,091 kg -Nếu coi -naphtol còn trong dung dịch như tạp chất thì tổng lượng tạp chất là: 315,83 + (2489,086 0,01 + 3697,061 0,01) – 215,617 = 162,074 kg Bảng 8: Cân bằng vật chất giai đoạn lắng Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng -naphtolat 2489,086 1 Lớp-naphtol Na2SO3 3697,061 -naphtol 2464,195 Nước 15006,286 Nước 400,432 Tạp chất 315,83 Tạp chất 215,617 Cộng 3080,244 2 Lớp Na2SO3 Nước 14605,854 Na2SO3 3660,091 Tạp chất 162,074 Cộng 18428,019 Tổng cộng 21508,263 Tổng cộng 21508,263 IV.1.9.Cân bằng vật chất giai đoạn rửa(γ = 98,5%) Lượng nước dùng để rửa lấy khoảng 70 (l/mol) Ta có: -Lượng-naphtol đưa vào rửa: 2464,195 kg -Khối lượng riêng của -naphtol: 1,2 kg/l -Thể tích của -naphtol: = 2053,496 kg -Lượng nước cần dùng để rửa: 2053,496 = 1520,739 kg Giả thiết thành phần lớp-naphtol sau khi rửa: + -naphtol 82,64% + Tạp chất 3,52% + Ẩm 13,84 % - Lượng -naphtol tinh khiết trong lớp-naphtol là: 2464,195 0,985 =2427,232 kg -Khối lượng lớp-naphtol: = 2981,843 kg -Ẩm trong lớp-naphtol: 2981,843 0,1384 = 412,687 kg -Tạp chất trong lớp-naphtol: 2981,843 0,0352 = 104,96 kg Thành phần nước rửa -Nước: 1437,447 + 400,432 – 412,687 = 1425,192 kg --naphtol: 2464,195 – 2427,232 = 36,963 kg -Tạp chất: 215,617 – 104,96 = 110,657 kg Bảng 9: Cân bằng vật chất giai đoạn rửa Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng Lớp-naphtol Lớp-naphtol -naphtol 2464,195 -naphtol 2427,232 Nước 400,432 Nước 412,687 Tạp chất 215,617 Tạp chất 104,96 Nước 1425,192 Nước rửa -naphtol 36,963 Nước 1425,192 Tạp chất 110,657 Tổng cộng 4505,436 Tổng cộng 4505,436 IV.1.10.Cân bằng vật chất giai đoạn khử nước (γ = 99%) Giả sử thành phần -naphtol sau khi khử nước là: -naphtol 95% Ẩm 2% Tạp chất 3% IV.1.10.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Khối lượng nguyên liệu từ thiết bị rửa đưa sang: 2944,879kg IV.1.10.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. Khối lượng sản phảm sau khi khử nước:2427,232 : 0,95 = 2554,981 kg Lượng ẩm có trong sản phẩm: 2554,981 0,02 = 51,099 kg Tạp chất có trong sản phẩm: 2554,981 0,04 = 76,649 kg Lượng nước bay hơi: 412,687 – 51,099 = 361,588 kg Lượng tạp chất lấy ra: 104,96 - 76,649 = 28,311 kg Bảng 10: Cân bằng vật chất giai đoạn khử nước Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 -naphtol 2427,232 1 Sản phẩm Nước 412,687 -naphtol 2427,232 Tạp chất 104,96 Nước 51,099 Tạp chất 76,649 Cộng 2554,98 2 Hơi nước 361,588 Tạp chất 28,311 Tổng cộng 2944,879 Tổng cộng 2944,879 IV.2. Cân bằng nhiệt lượng IV.2.1. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị sunfo hoá Thực tế nguyên liệu cho 1 nồi sunfo hoá là: - Naphtalen kỹ thuật: (2819,326 : 2) 2,22 = 3129,452 kg - Axit H2SO4 96%: (2158,542 : 2) 2,22 = 2395,982 kg Cân bằng nhiệt gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Đun nóng chảy tới 1600C. - Giai đoạn 2: Cho từ từ axit vào, giữ ở 1600C trong 3 giờ. IV.2.1.1. Cân bằng nhiệt giai đoạn 1 Ta có phương trình cân bằng: Q1 = Q2 + Q3 + Q4 Ký hiệu: Q1: Nhiệt do chất tải nhiệt mang vào, Kcal. Q2: Nhiệt đun nóng naphtalen từ 250C đến 1600C, Kcal. Q3: Nhiệt đun nóng thiết bị, Kcal. Q4: Nhiệt mất mát ra môi trường, Kcal. -Tính Q2: Nhiệt đun nóng naphtalen. Q2 = G2[C2(t2 - t1) + + C2’(t2’- t2)] Trong đó:G2- Khối lượng naphtalen đưa vào thiết bị (G2 = 3129,452 kg). C2- Nhiệt dung riêng của naphtalen rắn (C2 = 0,315 Kcal/ kg.độ).[17] C2’- Nhiệt dung riêng của naphtalen lỏng(C2’ = 0,424 Kcal/ kg.độ).[17] - Nhiệt nóng chảy của naphtalen ( = 35 Kcal/ kg) [18]. t1 = 250C - Nhiệt độ đầu của naphtalen. t2 = 800C - Nhiệt độ nóng chảy của naphtalen. t2’ = 1600C Thay các số liệu vào ta có: Q2 = 3129,452 [ 0,315(80 - 25) + 35 + 0,424 (160 - 80 )] = 269899,588 Kcal. -Tính Q3: Nhiệt đun nóng thiết bị. Q3 = GTB.[CTB(t2’- t1)] Trong đó: GTB - Khối lượng thiết bị (GTB = 3219kg). CTB- Nhiệt dung riêng của gang (CTB = 0,12 Kcal/ kg.độ). [17]. t2’ = 1600C t1 = 250C Từ đó: Q3 = 3219 .[0,12(160 - 25)] = 52147,8 Kcal. -Tính Q4: Nhiệt mất mát Q4 được coi bằng 5% lượng nhiệt cung cấp hay Q4 = 0,05 Q1 Do đó: Q1 = Q2 + Q3 + 0,05 Q1 hay 0,95 Q1 = Q2 + Q3 = 322047,388 Kcal Suy ra : Q1 = 338997,2505 Kcal. Vậy cân bằng nhiệt: Q1 = Q2 + Q3 + Q4 = 338997,2505 Kcal. IV.2.1.2. Cân bằng nhiệt giai đoạn 2 Ta có phương trình cân bằng: Q1 + Q2 + Q3 =Q4 + Q5 + Q6 Ký hiệu: Q1: Nhiệt chứa trong naphtalen nóng chảy, Kcal. Q2: Nhiệt do axit mang vào, Kcal. Q3: Nhiệt phản ứng sunfo hoá, Kcal. Q4: Nhiệt chứa trong khối sản phẩm, Kcal. Q5: Nhiệt mất mát, Kcal. Q6: Nhiệt trao đổi với tác nhân toả nhiệt, Kcal. - Tính Q1: Q1 = G.C.t2’ Trong đó: G- Khối lượng naphtalen đưa vào thiết bị (G = 3129,452 kg). C- Nhiệt dung riêng của naphtalen nóng chảy(C = 0,424 Kcal/ kg.độ). [19] t2’ = 1600C Suy ra: Q1 = 3129,452 . 0,424 . 160 = 219302,024 Kcal. - Tính Q2: Q2 = Ga.Ca.t1 Ga - Khối lượng axit đưa vào thiết bị (Ga= 2395,982 kg). Ca- Nhiệt dung riêng của axit (Ca = 0,338 Kcal/ kg.độ). [17]. t1 = 250C Suy ra: Q2 = 2395,982 . 0,338 . 25 = 20246,048 Kcal. -Tính Q4: Nhiệt chứa trong khối sản phẩm Q4 gồm: Qa: Nhiệt chứa trong sunfo axit (Qa = G1.C1.t2’) Trong đó: G1 - Khối lượng sunfo axit ( cả và ) tạo thành. G1 = ( 3958,333 + 87,963) : 2 2,22 = 4491,389 kg C1- Nhiệt dung riêng của sunfo axit: C1 = [17] Trong đó: ci - Nhiệt dung nguyên tử i trong hợp chất. ni - Số nguyên tử nguyên tố i. M - Phân tử lượng của hợp chất. Ta có bảng nhiệt dung nguyên tử một số nguyên tố như sau: [19] Nguyên tố C H O S Các nguyên tố khác Ci (rắn) 1.8 2.3 4.0 5.4 6.3 Ci (lỏng) 2.8 4.3 6.0 7.4 8.0 Ta có sunfo axit naphtalen công thức phân tử là: C10H7SO3H Vậy: C1 = 0,413 Kcal/ kg.độ Từ đó: Qa = 4491,389 . 0,413 . 160 = 296790,985 Kcal. Qb: Nhiệt của naphtalen dư (Qb = Gb.Cb’.t2’) Trong đó:Gb - Khối lượng naphtalen dư Gb = ( 93,019 + 43,305) : 2 2,22 = 151,319 kg Cb’-Nhiệt dung riêng của naphtalen lỏng(Cb’ = 0,424 Kcal/ kg.độ).[17] Từ đó: Qb= 151,319 . 0,424 . 160 = 10265,539 Kcal/kg.độ. * Tính Qc (nhiệt của axít dư) Qc=Gc.Cc.160 Trong đó: Gc: Lượng axít dư (Gc=165,772 : 2 2,22 = 184,007 kg) Cc: Nhiệt dung của axit ở 1600C (Cc=0,438Kcal/kgđộ) Vậy Qc= 184,007 . 0,438 . 160 = 12895,2 Kcal * Tính Qd: Nhiệt làm bay hơi nước Qd=W.r Trong đó: W: Lượng nước bay hơi (W = 302,682 : 2 2,22=335,977 kg) r:Ẩn nhiệt bay hơi của nước ở 160oC (r=2089KJ/Kg=498,85Kcal/kg) [17]. Vậy Qd = 335,977 . 498,85 = 167602,127 Kcal * Tính Qe : Nhiệt của hơi nước còn trong khối sản phẩm Qe= Ge.Ce.160 Trong đó: Ge: Lượng nuớc còn lại (Ge=183,362 : 2 2,22 = 203,532 kg) Ce: Nhiệt dung của nước ở 160oC (Ce=1Kcal/kgđộ) Vậy Qe = 203,532 . 160 = 32565,12 Kcal Suy ra ta có: Q4 = Qa + Qb + Qc + Qd + Qe =296790,985+10265,539+ 12895,2+ 167602,127+ 32565,12 =520118,971Kcal -Tính Q3 Q3: Gồm 2 phần Q3=Qg+Qh + Qg: Nhiệt của quá trình sunfo hoá + Qh: Nhiệt pha loãng axit bởi nước Ta có: Qg=qg . Gphản ứng Trong đó: qg: Nhiệt sunfo hoá một kg naphtalen thành monosunfoaxit (qg=39,1Kcal/kg) Gphản ứng :Lượng naphtalen đã tham gia phản ứng (Gphản ứng=3129,452 . 0,92 = 2879,096 kg) Từ đó Qg=39,1 . 2879,096 = 112572,647 Kcal Nhiệt pha loãng axit Qh tính theo công thức: Qh=G . (1-S) . qh Trong đó: G: Lượng H2SO4 đã phản ứng: G = (2072,2 – 165,772) : 2 2,22 = 2116,135kg) S: Nồng độ đầu của SO3 trong axit (axit dùng là H2SO4 96%) Theo phương trình: H2SO4 SO3 + H2O 98kg 80kg 96kg 78,37kg Trong 100 kg dung dịch axit có 78,37 kg SO3 . Vậy S=78,37% Trong đó qh: Nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân (qh=qs-qI) qs: Nhiệt toả ra khi pha loãng axit tới nồng độ đầu 96%, qs0 qI: Nhiệt toả ra khi pha loãng axit tới nồng độ cuối Để tìm qI, ta cần biến nồng độ SO3 trong axit đưa ra Nồng độ cuối của axit: Nồng độ cuối của SO3 trong axit là: = 38,76% Ta có qI =-13,5 Kcal/kg nước [18]. Từ đó: qh= 0 – (-13,5) = 13,5 Kcal/kg nước Vậy Qh= 2116,135.(1 - 0,7837) = 475,72 Kcal Suy ra Q3=Qg+ Qh=112572,647 + 457,72 = 113030,367 Kcal -Tính Q5: Q5 = 6%(Q1+Q3) = 0,06.(212302,024 + 113030,367 ) = 19519,943 Kcal -Tính Q6: Ta có phương trình cân bằng nhiệt: Q1+ Q2 + Q3 + Q6 = Q4 + Q5. Suy ra Q6 = (Q4+Q5) - (Q1+Q2+Q3) = (520118,971+19519,943) – (212302,024+ 20246,048+ 113030,367) = 19519,943 Kcal Vậy cân bằng nhiệt: Q1+ Q2 + Q3 + Q6 = Q4 + Q5 = 539638,914 Kcal * Tổng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sunfo hoá: 338997,2505 + 194060,475 = 533057,726 Kcal Dùng hơi nước bảo hoà 10 at để gia nhiệt Ẩn nhiệt ngưng tụ: r = 482,7 Kcal/kg [17]. Vậy lượng hơi nước cần dùng: = 1104,325 kg IV.2.2 Cân bằng nhiệt giai đoạn nóng chảy kiềm Theo cân bằng vật chất, nguyên liệu cho vào một nồi phản ứng là - Muối β-sunfonatri naphtalen (5174,437 : 2 2,22 = 5743,625 kg) - Xút (1925,372 : 2 2,22 = 2137,163 kg) Ta chia quá trình làm hai giai đoạn: -Giai đoạn 1: Đun nóng chảy xút tới 300oC -Giai đoạn 2: Cho từ từ muối β vào nâng khối phản ứng lên 330oC và giữ ở đó 20 phút. IV.2.2.1 Cân bằng nhiệt giai đoạn 1 Kí hiệu: Q1: Nhiệt do chất tải nhiệt mang vào Q2: Nhiệt nấu nóng chảy xút Q3: Nhiệt dung nóng thiết bị Q4: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh -Tính Q2: Q2 = G2[C2(t2-t1)+λ] Trong đó G2: Khối lượng xút đưa vào (G2 = 2137,163 kg) λ: Nhiệt nóng chảy của NaOH rắn ( λ=40,3Kcal/kg) [17]. t1=25oC - Nhiệt độ đầu của NaOH t2= 300oC - Nhiệt nóng chảy của NaOH C2: Nhiệt dung của xút rắn tinh thể theo công thức Trong đó: ci: Nhiệt dung nguên tử nguyên tố i ni Số nguyên tử nguyên tố i có trong hợp chất M: Khối lượng phân tử của hợp chất C2 = Kcal/kgđộ Từ đó Q2 = 2137,163.[0,315 . (300-25) + 40,3] = 271259,414 Kcal -Tính Q3: Q3 = G3.C3.(t2-t1) Trong đó G3: Khối lượng thiết bị (G3=3219 kg) C3: Nhiệt dung của gang (C3=0,12Kcal/kgđộ) [17]. Vậy Q3=3219 . 0,12 . (300-25) = 106227 Kcal - Tính Q4: Nhiệt mất mát ra môi trường: Q4=5%Q1 Hay 0,95 Q1 = Q2+ Q3 Suy ra Q1=(Q2 + Q 3)/0,95=(271259,414 + 106227)/0,95 = 397354,12 Kcal. Vậy cân bằng nhiệt: Q1 = Q2 + Q3 + Q4 = 397354,12 Kcal IV.2.2.2 Cân bằng nhiệt giai đoạn 2 Có phương trình cân bằng nhiệt Q1 + Q2 +Q3+ Q7 = Q4 + Q5 + Q6 Ký hiệu: Q1: Nhiệt của xút nóng chảy Q2: Nhiệt do muối β mang vào Q3: Nhiệt phản ứng và nhiệt pha loãng Q4: Nhiệt chứa khối lượng phản ứng Q5: Nhiệt đốt nóng thiết bị Q6: Nhiệt mất mát Q7: Nhiệt trao đổi với chất tải nhiệt -Tính Q1: Q1= G1.C1.t2 Trong đó: G1: khối lượng xút đưa vào (G1 = 2137,163 kg) t2=300oC C1: nhiệt dung của axit lỏng Kcal/kg độ Vậy Q1=2137,163 . 0,478 . 300 = 323001,76 Kcal -Tính Q2: Q2 = Gm .Cm .t1 Trong đó Gm: Khối lượng muối đầu vào (Gm=5743,625 kg) t1=25oC Cm: Nhiệt dung riêng của muối C10H7SO3Na Kcal/kgđộ Suy ra Q2 = 5743,625 . 0,25 . 25 = 35897,656 Kcal -Tính Q3: Q3 gồm hai phần: + Nhiệt phản ứng: Qp + Nhiệt pha loãng xút: Qu Tính Qp: Qp=qp. G phản ứng Trong đó Gphản ứng- Lượng muối β đã phản ứng (Gphản ứng=5743,625. 0,8 . 0,95 = 4365,155 kg) qp: nhiệt phản ứng của 1kg muối β. Tính qp theo định luật Hex: với qπ: nhiệt tạo thành naphtolat natri. Qc: nhiệt tạo muối sunfo natri từ sunfo axit : nhiệt sinh của muối Na2SO3 (=262 Kcal/g mol) [19]. qnước: nhiệt sinh của nước (qnước= 69 Kcal/gmol)[19]. qNaOH: nhiệt tạo xút rắn 100% (qNaOH = 102,7 Kcal/gmol ) [19]. Từ đó: qp = qπ - qe+ 125,6 (=1: số nhóm sunfo trong phân tử) Tính nhiệt tạo thành naphtolat natri (qπ) qπ = qr + q ө+ q H - qB qr : nhiệt sinh của β- naphtol q ө: nhiệt sinh của xút (q ө = 102,7 Kcal/gmol ) [19]. q H : nhiệt trung hoà ( q H = 2,3 Kcal/gmol ) [19]. qB: nhiệt sinh của nước (qB = 69 Kcal/gmol) [19]. Nhiệt sinh của 1 chất tính theo công thức qr = [19]. Trong đó: : nhiệt cháy 1 mol nguyên tố ni: số nguyên tử của nguyên tố i có trong hợp chất qc: nhiệt cháy của hợp chất Tra được: Nguyên tố C H O 94,38 34,19 0 Suy ra: Kcal/g mol Nhiệt cháy qe của β- naphtol tính như sau: Ta có phương trình phản ứng cháy: 2C10H7OH + 23O2 → 8H2O + 20CO2 Theo công thức thực nghiệm: qc =48,97. n + 10,52 . m + Trong đó: m - số mol nước tạo thành n- số nguyên tử O2 cần để đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất (n = 23) - hệ số hiệu chỉnh ( = 3) Từ đó qc = 1171,39 Kcal/mol Như vậy: qr = 1217,32 - 1171,39 = 45,93 Kcal/mol Suy ra qπ = 45,93 + 102,7 + 2,3 – 69 = 81,39 Kcal/mol Tính nhiệt sinh của muối C10H7SO3Na Theo công thức qe = qs + Δq Ở đây Δq = 58,8 Kcal/gmol [19]. Với qs nhiệt sinh của muối β-sunfo axit Theo phương trình phản ứng ΔH = - 5 Kcal/mol Mặt khác ta có: ΔH = - (ΣqS cuối - ΣqS đầu) [19]. Tra được: q = 69 Kcal/gmol [19]. q= 194 Kcal/gmol[19]. q = -18 Kcal/gmol [19]. Suy ra: -5 = - [(qs + 69) – (194 - 18)] hay qs = 112 Kcal/gmol Như vậy qe = qs + Δq = 112 + 58,8 = 170,8 Kcal/g mol Nhiệt phản ứng qp = qπ – qe+ 125,6 = 81,39 – 170,8 + 125,6 = 36,73 Kcal/gmol qp = 36,73 . 1000 /230 = 159,69 Kcal/kg +Nhiệt phản ứng Qp: Qp = qp .Gphản ứng = 159,69 . 4365,155 = 697071,602 Kcal * Tính Qu : Qu = Gk . qk - Gn . qn Trong đó Gn: lượng axit 100% chưa phản ứng Qk: nhiệt pha loãng axit 100% tới nồng độ cuối Ck Lượng xút cho vào Gn = 1655,82 : 2 2,22 = 1837,96 kg Nồng độ đầu của xút 86% ; tra được qn = 60 Kcal/kg Tính Ck - nồng độ cuối của xút Lượng xút dư 244,881 : 2 2,22 = 271,818 kg Nước có trong khối phản ứng 1375,065 : 2 2,22 = 1526,322 kg Từ đó Tra được qk = 300 Kcal/kg Vậy Qu = 271,818 . 300 – 1837,96 . 60 = - 28732,2 Kcal Như vậy Q3 = Qp + Qu = 697071,602 – 28732,2 = 668339,402 Kcal -Tính Q4: Nhiệt chứa trong khối sản phẩm Q4 gồm: Qa: + Nhiệt chứa trong β-naphtolat natri Lượng β-naphtolat natri trong khối sản phẩm ra: 2927,922 : 2 2,22 = 3249,993 kg Nhiệt dung của muối β-naphtolat natri Kcal/kg độ. Nhiệt độ của sản phẩm ra t2’ = 330oC Ta có Qa = Ga . Ca . t2’ = 3249,993 . 0,434 . 330 = 490565,021 Kcal + Nhiệt chứa trong natri sunfit (Na2SO3) Lượng Na2SO3 tạo thành Gb = 2222,398 : 2 2,22 = 2466,862 kg Nhiệt dung riêng của Na2SO3: Kcal/kg độ Vậy ta có: Qb = Gb . Cb . t2’ = 2466,862 . 0,329 . 330 = 267827,2 Kcal + Nhiệt trong xút dư Qc = 271,818 . 0,478 . 330 = 42876,57 Kcal + Nhiệt trong muối β-sunfonatri dư: Qd = Gd . Cd . t2’ Lượng muối β-sunfonatri dư: Gd = 82,785 : 2 2,22 = 91,891 kg Nhiệt dung của muối β-sunfonatri lỏng (C10H7SO3Na) Kcal/ kg độ Vậy Qd = 91,891 . 0,398 . 330 = 12068,964 Kcal + Nhiệt của nước trong khối sản phẩm: Qe = GeCet2’ Lượng nước Ge = 1375,065 : 2 2,22 = 1526,322 kg Nhiệt dung riêng của nước Ce = 1 Kcal/kg độ [17]. Vậy Qe = 1526,322 . 1 . 330 = 503686,309 Kcal + Nhiệt bay hơi nước Qf = Gf . r Lượng nước bay hơi Gf = 72,372 : 2 2,22 = 80,333 kg Ẩn nhiệt bay hơi r = 0,808 . 330 = 266,8 Kcal/kg Vậy Qf =80,333 . 266,8 = 21432,844 Kcal - Nhiệt trong tạp chất: Lấy bằng 1% nhiệt của sản phẩm ra. Vậy Q4 = Qa + Qb + Qc+ Qd+ Qe+ Qf + 0,01Q4 Suy ra Q4 = (Qa + Qb + Qc+ Qd+ Qe+ Qf ) / 0,99 = 1313355,945 / 0,99 = 1326622,167 Kcal -Tính Q5 Nhiệt đốt nóng thiết bị Q5 = 3219 . 0,12 (330 - 300) = 11588,4 Kcal -Tính Q6 Q6 = 0,07.(Q1 + Q3) = 0,07.(306469,174 + 668339,402) = 68236,6 Kcal -Tính Q7 Ta có phương trình cân bằng nhiệt giai đoạn 2: Q1 +Q2 +Q3 +Q7 = Q4 +Q5 + Q6 Hay Q7 = (Q4 +Q5 + Q6) – (Q1 +Q2 +Q3 ) = 395740,935 Kcal Nhiệt cần cấp cho các quá trình Q = 397354,12 + 395740,935 = 793095,055 Kcal Ở đây, ta dùng khói lò để cấp nhiệt cho các thiết bị phản ứng Dùng nguyên liệu đốt lò có nhiệt trị q = 10000 Kcal/kg Với hiệu suất lò 90% thì lượng nhiên liệu cần dùng: G = kg IV.3 Tính thiết bị chính (thiết bị sunfo hoá) Ta có: thời gian trong một năm là 365 ngày Giả sử:- số ngày nghĩ chủ nhật và ngày lễ 50 ngày -Số ngày nghĩ kỹ thuật là 5 ngày Suy ra số ngày làm việc trong một năm là 365 – 50 – 5 = 310 ngày Thời gian làm việc của các nguyên công: -Sunfo hoá: 4 giờ -Thuỷ phân: 1 giờ -Trung hoà: 2 giờ -Kết tinh: 2 giờ -Lọc 2 giờ -Chảy kiềm và dập tắt: 2 giờ -Axit hoá: 2 giờ -Lắng, rửa: 4 giờ -Khử nước: 1 giờ Hai công đoạn trung hoà và axit hoá cần tiến hành đồng thời Do vậy thời gian cho ra một mẻ sản phẩm là 8 giờ -Số mẻ trong một ngày: 24/8 = 3 mẻ Năng suất xưởng sản xuất β-naphtol 2500 tấn/năm Vậy năng suất mẻ là 2500/3 . 310 = 2,69 tấn Ta có khối lương riêng của nguyên liệu -Naphtalen: 1,1789 kg/lit -H2SO4 96 %: 1,836 kg/lit Theo bảng 1, khối lượng nguyên liệu: -Naphtalen: 2819,326 kg -H2SO4 96%: 2158,542 kg Do đó thể tích của từng nguyên liệu như sau: -Naphtalen 2819,326 : 1,1789 = 2391,489 lít -H2SO4 2158,542 : 1,836 = 1175,676 lít Thể tích nguyên liệu tính cho 2,5 tấn sản phẩm: 2391,489 +1175,676 = 3959,553 lít Thể tích nguyên liệu cho một mẻ (3567,165: 2) 2,22 = 3959,553 lít Chọn thiết bị 2000 lít, hệ số đầy φ = 0,7 Thể tích làm việc của thiết bị = 2000 . 0,7 = 1400 lít Số thiết bị cần đặt 3959,553 : 1400 = 2,828 Vậy cần đặt 3 thiết bị sunfo hoá Chúng ta sẽ chọn thiết bị làm bằng chất liệu gang vì thiết bị phải làm việc ở nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh. chọn cánh khuấy mỏ neo, vỏ bọc ngoài bằng thép CT3 IV.3.1 Tính kích thước phần hình trụ Gọi D: đường kính trong của thiết bị (m) H: chiều cao phần hình trụ (m) - Thể tích phần hình trụ : V1 = (m3) [20]. Chọn D = 0,8 H hay H = 10D/8 Suy ra V1 = (m3) Thể tích phần đáy và nắp: (m3) [20]. -Thể tích toàn thiết bị: V = V1 + V2 = 2 m3 Giải ra ta được D = 1,15 m Chọn D = 1,2 m và H = 10 1,2 : 8 = 1,5 m Vậy đường kính trong của thiết bị D = 1,2 m Chiều cao phần hình trụ H = 1,5 m IV.3.2 Tính chiều dày thần thiết bị Theo công thức S (mm) [17]. p- Áp suất trong thiết bị (p = 3 at) [21]. D- Đường kính trong của thiết bị (D = 1,2m) [21]. φ- Hệ số bền hàn. Thiết bị đúc liền (φ=1) [17]. Rz- Ứng suất kéo cho phép với gang (Rz = 3 kg/mm2) [17]. C- Hệ số dự phòng ăn mòn 2 đến 6 ( Chọn C = 5mm) [17]. Từ đó S = (mm) Chọn S = 25mm IV.3.3 Tính chiều dày nắp nồi Theo công thức [17]. Trong đó: p- Áp suất trong của thiết bị (p = 3at) Dn- Đường kính ngoài thiết bị Dn= Dt + 2S [21]. (Dn = 1200 + 25 . 2 = 1250 mm) Rn-Ứng suất uốn cho phép của gang (Rn = 1,4. Rz = 1,4 . 3 = 4,2 kg/mm2) ε- Hệ số bổ sung vào chiều dày của nắp.Với nắp khoét lổ, ε = 3 + C (mm) [17]. y- Thừa số hình dạng của nắp, phụ thuộc vào a và h/Dn Giá trị a = (l+d)/Dn [17]. Trong đó l- Khoảng cách từ tâm nắp đến tâm lỗ (l = 300mm) d- Đường kính lỗ trên nắp (d = 100mm) a=(100+300)/1250 = 0,32 h-chiều cao của nắp (h = 200mm) Vậy h/Dn = 200/1250 = 0,16 Từ a và h/Dn suy ra y = 2,4 Vậy S = mm Chọn S=25mm IV.3.4 Tính chiều dày đáy nồi Theo công thức S [20]. Vì đáy liền nên a = 0 suy ra y = 2 Vậy mm Chọn S = 25 mm IV.3.5 Tính chiều dày thân vỏ bọc ngoài bằng thép được ghép với thiết bị bằng mặt bích Theo công thức (mm) [20]. Trong đó p- Áp suất trong vỏ bọc (p = 10at) D- Đường kính trong của vỏ bọc (D = 1350mm) [18]. C- Độ ăn mòn (C = 0,5mm) [17]. φ- Hệ số bền hàn (φ = 0,9) [17]. Rz- Ứng suất kéo cho phép (Rz = 200 kg/mm2) [17]. Suy ra (mm) Chọn S = 10mm IV.3.6 Tính chiều dài đáy vỏ bọc Theo công thức (mm) [20]. Vỏ bọc có khoét lỗ, do vậy ε= 3+0,5 = 3,5 mm p= 10at = 10 . 1,033 kg/cm2 Dn = Dt+ 2S [21]. ( Dn= 1350 + 2 . 10 = 1370 mm) y = 2,2 Vậy (mm) Chọn S = 10 (mm) IV.3.7 Đường kính ống cho axit vào Thời gian cho axit vào thiết bị là 10 phút. Tốc độ dòng nước chảy l (m/s) Thể tích axit cho một mẻ (1212,799 : 2) 2,22 = 1346,207 lít Lưu lượng dòng Vo = 1346,207 : (10 60) = 2,244 (lít/s) = 2,244 . 10-3 (m3/s) Tiết diện ống Suy ra D = 0,04998 (m) Chọn D = 60 (mm) IV.3.8 Đường kính ống tháo sản phẩm Chọn D = 80 (mm) IV.3.9 Đường kính ống cho naphtalen nguyên liệu vào Chọn D = 200 (mm) IV.3.10 Đường kính ống cho hơi nước, thoát hơi nước Chọn D = 20 (mm) IV.3.11 Đường kính ống tháo nước ngưng Chọn D = 80 (mm) CHƯƠNG V. XÂY DỰNG TỔNG MẶT BẰNG V.1. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy. V.1.1. Khái niệm chung . Sự tăng trưởng kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó có sự đóng góp đặc biệt quan trọng của nền kinh tế công nghiệp. Điều quan trọng nhất là phải xác định được địa điểm xây dựng hợp lý, điều đó sẽ phát huy được khả năng hợp tác với các xí nghiệp lân cận hình thành các khu công nghiệp tập trung lớn, tận dụng tối đa các cơ sở hạ tầng kỹ thuật, tạo điều kiện tốt cho cơ sở sản xuất công nghiệp phát triển trứoc mắt cũng như lâu dài, và hạn chế được các tác nhân ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh khu vực công nghiệp. Đây là điều mấu chốt quyết định sự tồn tại, phát triển của nhà máy, xí nghiệp sau này trong quá trình sản xuất và kinh doanh. Để làm tốt công tác lựa chon địa điểm xây dựng nhà máy đòi hỏi nhà thiết kế phải tập hợp, phân tích, ứng dụng được các kiến thức và công nghệ sản xuất, kinh tế, xây dựng, kiến trúc, môi trường, pháp lý, văn hoá xã hội và các kiến thức kỹ thuật khác . Trong mỗi quốc gia, sự phát triển của mỗi nền kinh tế phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, thể chế chính trị, chủ trường phát triển đường lối kinh tế. Trong từng giai đoạn phát triển, mỗi quốc gia đều có các định hướng quy hoạch có tầm chiến lược phù hợp với sự phát triển của thực tiển khách quan. V.1.2. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy. Việc xác định địa điểm xây dựng nhà máy, xí nghiệp công nghiệp thuộc một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của quy hoạch trong giai đoạn chuẩn bị đầu tư. Địa điểm được chọn hợp lý hay không sẽ ảnh hưởng rất lớn đến xây dựng, sản xuất, kinh doanh của nhà máy. Ngoài ra, nó còn tác động rất lớn đến môi trường sống của đô thị và khu dân cư lân cận, người ta thường dựa trên các cơ sở sau. V.1.2.1. Các cơ sở để xác định địa điểm xây dựng. V.1.2.1.1. Xác định mục tiêu đầu tư xây dựng nhà máy. Để xây dựng dự án đầu tư xây dựng nhà máy cần căn cứ vào cơ sở sau: -Yêu cầu phát triển kinh tế quốc dân trong giai đoạn trước mắt cũng như định hướng lâu dài của kế hoạch 5 năm, 10 năm. -Mục tiêu kinh tế kỹ của chương trình dự án đầu tư . V.1.2.1.2. Các tài liệu lựa chọn cho việc lựa chọn địa điểm xây dựng Việc thống kê và phân tích các tài liệu có liên quan đến công việc lựa chọn địa điểm xây dựng chia thành các nhóm sau: -Quy hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng kinh tế, phân bố sức sản xuất của các cấp có thẩm quyền phê duyệt. -Các tài liệu quy hoạch hiện có địa bàn dự kiến lựa chọn địa điểm xây dựng như bản đồ quy hoạch phân khu công nghiệp của tỉnh. V.1.2.1.3. Các tài liệu về điều tra cơ bản . a. Các tài liệu tự nhiên: -Tài liệu giới thiệu chung về hiện trạng khu đất bao gồm: vị trí, địa hình nguyên liệu, khoáng sản, đất đai nông nghiệp… -Tài liệu địa chất, thuy văn của đia phương. -Tài liệu khí hậu xây dựng. b. Các tài liệu kinh tế kỹ thuật: -Tình hình phát triển và khả năng hợp tác sản xuất công nghiệp trong vùng. -Tình hình cung cấp nguyên vật liệu, việc tiêu thụ thành phẩm, bán thành phẩm tại địa phương, trong nước và ngoài nước. -Tình hình cung cấp, xử lý nước thải,cung cấp nguồn điện và các nguồn năng lượng khác, cho sản xuất và phục vụ sinh hoạt. -Tình hình hệ thống hạ tầng kỹ thuật như: mạng lưới thông tin liên lạc, mạng lưới giao thông đường bộ, đường sắt, đường sông kể cả đường hàng không nếu có. -Tình hình sản xuất có tính truyền thống như: nông,lâm, ngư nghiệp và các nghề nghiệp phụ khác. -Tình hình dân cư và các tập tục sinh hoạt của địa phương. c. Các tài liệu về tổ chức thi công -Tình hình cung cấp vật tư xây dựng, đơn giá xây dựng… -Khả năng phương tiện tổ chức thi công trong vùng, cũng như điều kiện hợp tác liên doanh với các đơn vị khác. -Tình hình nhân lực của địa phương (chú ý tới tỷ lệ tăng dân số và tăng cơ học do quá trình đô thị hoá) để phục vụ cho quá trình quản lý thi công cũng như vận hành nhà máy sau này. d. Các tài liệu kiến trúc đô thị và văn hoá xã hội: -Đặc điểm kiến trúc đô thị, mối quan hệ mật thiết giữa khu công nghiệp và khu d dân cư trong vùng và kế hoạch phát triển trong tương lai. -Tài liệu văn hoá xã hội bao gồm: đặc điểm phong tục tập quán, dân cư, các di tích lịch sử, danh lam thắng cảnh, các khu vực nghĩ ngơi giải trí phục vụ công nông của địa phương. V.1.2.2. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng của nhà máy được chia làm 2 loai: V.1.2.2.1. Các yêu cầu chung. Áp dụng đối với đại đa số nhà máy, bao gồm các yêu cầu sau: a.Về quy hoạch: Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với quy hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng,quy hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà mý và khả năng hợp tác sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận. b.Về điều kiện tổ chức sản xuất: Địa điểm lựa chọn xây dựng phải thoả mãn các điều kiện sau: Phải với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm nhà máy.Gần các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén, than, dầu…như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, giá thành sản phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. c.Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật: Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động liên tục của nhà máy, do vậy cần chú ý các yếu tố sau: -Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm: đường bộ, đường sắt, đường sông, đường biển kể cả đường hàng không. -Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới kỹ cung cấp điện,thông tin liên lạc và các mạng lưới kỹ thuật khác. -Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì phải xét đến khả năng xây dựng nó trước mắt, cũng như trong tương lai.Nhiều nhà máy riêng khối lượng vận chuyển chiếm tới 40-60% giá thành của sản phẩm. d.Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy: Địa điểm xây dựng được lựa chọn cần lựa chọn cần lưu ý tới các điều kiện sau: -Khả năng nguồn cung cấp vật liệu,vật tư xây dựng để giảm chi phí giá thành đầu tư xây dựng của nhà máy, hạn chế tối đa lượng vận chuyển vật tư xây dựng từ nơi xa đến. -Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này. Do vậy, trong quá trình thiết kế cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở địa phương, ngoài ra còn phải tính tới khả năng cung cấp nhân công ở các địa phương lân cận trong quá trình đô thị hoá. V.1.2.2.2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng a.Về địa hình: Khu đất cần phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Kích thước hình dạng và quy mô diện tích của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây rất nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ, cũng như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy, khu đất được lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu: -Khu đất phải cao ráo tránh ngập úng trong mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải và nước mặt dễ dàng. -Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên tốt nhất là i = 0,5-1% để hạn chế tối đa kinh phí cho san lấp mặt bằng (thông thường chi phí này khá lớn, chiếm từ 10-15% giá trị công trình). b.Về địa chất: Khu đất được lựa chọn cần lưu ý các yêu cầu sau: -Không được nằm trên các vùng khoáng sản hoặc địa chất không ổn định (như có hiện tượng động đất, xói mòn đất hay hiện tượng cát chảy). -Cường độ khu đất xây dựng là 1,5-2,5 kg/cm2, nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi…để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. V.1.2.2.3. Các yêu cầu về môi trường vệ sinh công nghiệp Khi địa điểm xây dựng được chọn, cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Điều không tránh khỏi là trong quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra chất độc hại như: khí độc, nước bẩn, khói bụi,tiếng ồn…Hoặc các yếu tố bất lợi khác như: dễ cháy nổ, ô nhiễm môi trường…Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu của môi trường công nghiệp tới khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần thoả mãn các điều kiện sau: a. Đảm bảo các khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp thích hợp: Địa điểm xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu quy phạm, quy định về mặt bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp, tuyệt đối không được xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên -Đối với các cơ sở sản xuất công nghiệp, người ta phân cấp ra theo các mức độ ảnh hưởng khác nhau từ cấp I-V. Từ đó định ra các khoảng cách ly tương ứng đặc biệt đối với nhà máy sản xuất β-naphtol sử dụng các chất như: axit sunfuric (H2SO4), naphtalen…thuộc cấp I, khoảng cách ly vệ sinh rộng 1000m. b.Vị trí xây dựng nhà máy Thường ở cuối hướng gió chủ đạo, nguồn nước thải của nhà máy đã được xử lý phải ở hạ lưu và cách bến dung nước của dân cư tối thiểu > 500m. c.Khi xác định địa điểm xây dựng nhà máy trong khu vực thành phố, ngoài các yêu cầu trên, thông thường người ta chia thành 3 nhóm theo cấp độ vệ sinh, tính chất sản xuất, đặc điểm sản xuất... để dẫn tới quyết định lựa chọn địa điểm xây dựng thích hợp: -Nhóm thứ nhất: bao gồm các nhà máy thuộc cấp I có diện tích xây dựng > 100 ha, có khối lựơng vận chuyển vào ra rất lớn như luyện kim, khai thác khoáng sản, hoá chất cần phải đặt ngay gần nguồn cung cấp nguyên vật liệu và gần các hệ thống giao thông đường sắt, đường thuỷ, cần phải xây dựng ở ngoại vi thành phố hoặc cách xa khu dân cư. -Nhóm thứ hai: bao gồm các nhà máy thuộc cấp II, III, IV với diện tích xây dựng >10 ha và lượng vận chuyển > 10 tấn xe / ngày đêm (ví dụ như các nhà máy cơ khí,nhà máy dệt…). Nhóm các nhà máy này có thể đặt tại ngoại vi thành phố tạo thành các cụm công nghiệp. -Nhóm thứ ba: bao gồm các nhà máy thuộc cấp IV, V với diện tích xây dựng < 10 ha và lượng vận chuyển < 40.000 tấn/năm (ví dụ như nhà máy in, may mặc,cơ khí chính xác, nhà máy dược phẩm…). Những nhà máy nơi ít phát sinh các yếu tố bất lợi nên có thể bố trí bên trong thành phố hoặc khu vực lân cận khu dân cư. V.1.2.3. Các yêu cầu đặc biệt khác -Các xí nghiệp cần nhiều điện năng nên đặt tại các vùng lưới điện quốc gia hoặc xây dựng nhà máy điện riêng. -Các nhà máy có nhu cầu sử dụng nước lớn cần phải đặt tại các vùng có nguồn nước như: sông, hồ hoặc các mỏ nước lớn. -Các nhà máy cần nhiều nhân lực cần phải đặt gần các trung tâm dân cư, thành phố lớn. Tóm lại để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các yêu cầu trên. Nhưng trong thực tế rất khó khăn khi lựa chọn được địa điểm thoả mãn các yêu cầu đó, do vậy các chuyên gia cần phải nghiên cứu cân nhắc ưu tiên đến đặc điểm sản xuất riêng của nhà máy mà cân nhắc quyết định chọn địa điểm hợp lý và tối ưu nhất. V.2. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. V.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy là một giai đoạn quan trọng, nhiệm vụ của nó là nghiên cứu, phân tích, tổng hợp mọi dự liệu của dự án sang các giải pháp bố trí thực tế trên địa hình của một khu vực đất cụ thể đã được lựa chọn làm cơ sở cho việc tổ chức xây dựng nhà máy công nghiệp. V.2.1.1. Các nhiệm vụ chính khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy -Đánh giá các điều kiện tự nhiên, nhân tạo của khu đất xây dựng nhà máy làm cơ sở cho các giải pháp bố trí sắp xếp các hạng mục công trình,các công trình kỹ thuật,biện pháp giải quyết các vấn đề về khí hậu của nhà máy và các nhà sản xuất…sao cho phù hợp tối đa với yêu cầu dây chuyền công nghệ của nhà máy cũng như các nhà máy lân cận trong vùng công nghiệp. -Xác định cơ cấu mặt bằng, hình khối kiến trúc của các hạng mục công tình, định hướng nhà, tổ chức mạng lưới công trình phục vụ công cộng, trồng cây xanh, hoàn thiện khu đất xây dựng, định hướng phân chia thời kỳ xây dựng, nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy. -Giải quyết các vấn đề có liên quan đến môi trường qua các giải pháp để đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh công nghiêp, chống ồn, chống ô nhiễm mặt nước và khí quyển, cũng như các vấn đề liên quan đến an toàn sản xuất như hoả hoạn hoặc các sự cố đặc biệt khác. -Giải quyết các vấn đề về cảnh quan đô thị với môi trường xung quanh, tạo khả năng hoà nhập của nhà máy với các nhà máy lân cận, phù hợp hài hoà với không gian tự nhiên của vùng. -Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương án thiết kế về các phương diện như hiệu quả sử dụng đất, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chuyên ngành. V.2.1.2. Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Để có được phương án tối ưu khi thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn yêu cầu sau. a - Giải phap thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được mức cao nhất của dây chuyền công nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn nhất, không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Bảo đảm tối đa sự mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông các mạng lưới cung cấp kỹ thuật khác bên trong và bên ngoài nhà máy. b - Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân thành các khu vực chức năng theo đặc điểm của sản xuất, yêu cầu vệ sinh. Đặc điểm sự cố, khối lượng phương tiện vận chuyển, mật độ công việc… tạo điều kiện tốt cho việc quản lý vận hành của các khu vực chức năng. c - Diện tích khu vực xây dựng được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của dây chuyên công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cường vận dụng các khả năng hợp khối nâng tầng sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh tổ chức môi trường hướng nghiệp và định hướng phát triển nhà máy trong tương lai. d - Tổ chức hệ giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây chuyền công nghệ, đặc tính hàng hoá đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý, luồng người, luồng hàng phải ngắn nhất, không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra còn phải chú ý khai thác phù hợp với mạng lưới giao thông quốc gia cũng như các nhà máy lân cận. e - Phải thoả mãn các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trường bằng các giai pháp phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng gió chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho tự nhiên hạn chế bức xạ nhiệt mặt trời truyền vào nhà . f - Khai thác triệt để các đặc điểm của địa hình tự nhiên, đặc điểm khí hậu địa phương nhằm giảm đến mức có thể chi phí cho san nền, xử lý nền đất, tiêu nước, xử lý các công trình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình. g - Phải đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đản bảo kỹ thuật, xử lý chất thải, chống ô nhiểm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công cộng …nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích xây dựng. h - Phân chia thời kỳ xây dựng hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sớm đưa nhà máy vào sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư xây dựng. i - Đảm bảo các yêu cầu thẩm mỹ của từng công trình, tổng thể nhà máy. Hoà nhập đóng góp cảnh quan xung quanh tạo thành khung cảnh kiến trúc công nghiệp đô thị. V.2.2. Những biện pháp và các nguyên tắc trong thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Trong quá trình nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng nhà máy cần vận dụng linh hoạt các biện pháp có tính nguyên tắc sau để đạt được hiệu quả cao nhất khi tiến hành nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng: V.2.2.1. Biện pháp phân chia khu đất về phương diện chức năng. V.2.2.1.1. Khái niệm chung Đây là một biện pháp có tính định hướng ban đầu để có thể đi đến giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy hợp lý. Thực chất của biên pháp này là phân chia các bộ phận chức năng của nhà máy thành các nhóm theo đặc điểm sản xuất, khối lượng và đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điẻm phân bố nhân lực, đặc điẻm về các yêu cầu vệ sinh công nghiệp cũng như các đặc thù sự cố của các công đoạn sản xuất. Những nhóm chức năng này sẽ được bố trí trên các khu đất của nhà máy công nghiệp trong mối quan hệ của công nghệ sản xuất củng như các yêu cầu về các quy phạm sự cố và vệ sinh công nghiệp. Trên cơ sỡ nguyên lý người ta đưa ra các biện pháp phân chia khu đất xây dựng nhà máy thành các vùng chức năng như sau: 4 1 2 3 Hình vẽ : phân chia khu đất theo đặc điểm xây dựng : 1 – Khu trước nhà máy 2 – Khu sản xuất 3 – Khu các công trình phụ 4 – Khu kho tàng và giao thông V.2.2.1.2. Nguyên tắc phân vùng tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người thiết kế sẽ vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiếtkế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Biện pháp này chia nhà máy thành 4 vùng chính. a – Vùng trước nhà máy: Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt ,cổng ra vào, gara ôtô, xe đạp… Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trước nhà máy hầu như được dành diện tích cho bãi đỗ xe ôtô, xe gắn máy, xe đạp, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuỳ theo đặc điểm sản xuất, quy mô của nhà máy. b- Vùng sản xuất: Nơi bố trí các nhà máy và công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, như các xưởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ …tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy, diện tích vùng này chiếm từ 20 – 52 % diện tích của. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà nên khi bố trí cần lưu ý một số đặc điểm sau: - Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất 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 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, nổ hoặc rò rỉ các hoá chất bất lợi ) nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ các quy phạm an toàn vệ sinh công nghiệp. c – Vùng các công trình phụ : Nơi đặt nhà máy 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. Tuỳ theo mức độ của công nghệ yêu cầu, vùng này có diện tich từ 14 – 28 % diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình trên vùng này người thiết kế cần lưu ý các điểm sau : - Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lượng ( khai thác tối đa hệ thống cung cấp ở trên không và ngầm dưới mặt đất ). - Tận dụng các khu đất không lợi về hướng hoặc giao thông để bố trí các công trình phụ. - Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất thải bất lợi đều phải chú ý bố trí cuối hướng gió chủ đạo . d – Vùng kho tang và phục vụ giao thông : Trên đó, bố trí các hệ thống kho tàng, bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga nhà máy … tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy, vùng này thường chiếm từ 23 – 27 % diện tích nhà máy. Khi thiết kế vùng này, người thiết kế cần lưu ý các đặc điểm sau : - Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hướng, nhưng phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng thuận tiện cho việc nhập, xuất hàng của nhà máy. - Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ, hệ thống kho tàng có thể hợp lý gắn liền trực tiếp với bộ phận sản xuất. Vì vậy, người thiết kế cần phải bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. V.2.2.1.3. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng . a- Ưu điểm : - Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây chuyền sản xuất trong nhà máy. - Thích hợp với các nhà máy có những xưởng, những công đoạn có các đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. - Đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất những khí độc, bụi, cháy nổ. - Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. - Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. - Phù hợp với đặc điểm khí hậu xây dựng ở nước ta. b- Nhược điểm : - Dây chuyền sản xuất kéo dài. - Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng. - Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. V.2.3. Biện pháp hợp khối và nâng cao mật độ xây dựng. V.2.3.1. Mục đích - Để đạt hiệu quả cao trong sử dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tự động hoá sản xuất, phù hợp với hướng phát triển trong công tác thiết kế nhà công nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay . - Tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng là một trong những phương châm quan trọng của chủ đầu tư và người thiết kế. Để đạt được điều đó người thiết kế phải sử dụng nguyên tắc hợp khối và nâng cao mật độ xây dựng qua việc bố trí khu nhà và công trình trên khu đất. V.2.3.2 Nguyên tắc hợp khối . Khi sử dụng nguyên tắc thiết kế máy cần chú ý các điểm sau : - Các xưởng sản xuất, các công trình kỹ thuật có đặc điểm sản xuất giống nhau hoặc không ảnh hưởng đến nhau trong quá trình tổ chức vận hành sản xuất. - Đặc điểm vệ sinh công nghiệp giống nhau, tương tự hoặc ít ảnh hưởng đến nhau trong quá trình sản xuất. - không có những công đoạn gây ô nhiễm độc hại hoặc có sự cố công nghiệp ảnh hưởng đén các bộ phận khác. - Các chế độ về khí hậu bên trong, các điều kiện chiếu sáng tương tự nhau. - Đặc điểm địa chất của khu đất cho phép, các yêu cầu của sản xuất không ảnh hưởng lẫn nhau, các phương thức tổ chức giao thông, chiều đứng đơn giản có thể áp dụng giải pháp nâng tầng. V.2.3.3. Ưu nhược điểm của phương pháp a-Ưu điểm : - Số lượng công trình giảm, thuận lợi cho quy hoạch mặt bằng chung. - Tiết kiệm đất xây dựng từ 10 – 30 % - Rút ngắn mạng lưới giao thông vận chuyển 20 – 25 % - Giảm giá thành xây dựng 10 – 18 % - Rút ngắn thời gian xây dựng 20 – 25 % - Năng suất lao động tăng 20 – 25 % b- Nhược điểm. Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam nếu áp dụng không hợp lý sẽ gặp các nhược điểm sau : - Không phù hợp với các xưởng, các công đoạn sản xuất có các đặc điểm, tính chất sản xuất khác nhau. - Điều kiện thông thoáng, chiếu sáng tự nhiên kém. - Gặp nhiều khó khăn trong tổ chức thoát nước máy. - Trong các điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi sẽ rất tốn kém cho chi phí san nền và gia cố nền móng. V.2.3. Chú ý Trong quá trình nghiên cứu thiết kế quy hoạch mặt bằng nhà máy cần lưu ý đến yếu tố phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai trong các trường hợp sau : - Nâng cao công suất của nhà máy. - Mở rộng sản xuất sản phẩm mới . V.3.Thiết kế nhà máy sản xuất β - Naphtol V.3.1. Thiết kế phân xưởng sản xuất chính. Đối với nhà máy sản xuât β – Naphtol, ta thiết kế phân xưởng chính một tầng, diện tích rộng, có dàn thép để đỡ thiết bị ở trên cao. Phân xưởng hinh chữ nhật, có ưu điểm là đơn giản, dễ thống nhất hoá trong xây dựng, sử dụng diện tích tốt, dễ mở rộng theo chiều ngang hoặc chiều dọc hoặc mở rộng theo cả hai chiều. V.3.2. Các khu vực lân cận Các khu vực lân cận được bố trí dựa theo địa hình của khu đất và phân xưởng chính nhằm phục vụ tốt nhất các quá trình sản xuất. Đường giao thông chính nằm ở hướng nam, hướng gió chủ đạo là hướng bắc và đông nam. Các khu vực phục vụ quá trình sản xuất bao gồm : Kho thành phẩm. Kho nguyên liệu. Khu hành chính - kỹ thuật ( năm tầng ). Nhà ăn và hội trường ( hai tầng ). Khu thay đồ, vệ sinh. Trạm biến áp. Trạm cấp nước. Phòng bảo vệ. Nhà để xe. Trạm y tế. Khu cây xanh và đất dữ trữ mở rộng nhà máy. KẾT LUẬN