Đề tài Hóa học và công nghệ chế tạo Polyuretan

Chiều dày của đáy thiết bị, S = 8 mm hb: Chiều cao phần nồi của đáy thiết bị, hb = 0,4 m * Chọn vật liệu làm nắp giống thân và đáy của thiết bị là thép CT3 có chiều dày bằng chiều dày của thân vì nắp không phải chịu (rất nhỏ) áp suất thuỷ lực. Vậy chọn chiều dày của nắp là 8 mm. 2.4.2. Tính cánh khuấy, môtơ cánh khuấy. [1] Muốn tạo các huyền phù, nhũ tương và những hỗn hợp vật lý đồng nhất trong ngành hoá chất người ta thường dùng các quá trình khuấy trộn. - Ngoài ra người ta còn ứng dụng khuấy trộn để tăng cường các quá trình trao đổi nhiệt và chuyển khối có kèm theo hiện tượng đảo lẫn hoặc cần thiết để thực hiện có hiệu quả nhiều phản ứng hoá học. - Các quá trình khuấy trộn đặc trưng bởi 2 yếu tố: hiệu quả khuấy trộn và tiêu hao năng lượng. Thường người ta quan niệm hiệu quả khuấy trộn là chất lượng của kết quả khuấy trộn đã đạt được theo thời gian. - Trong trường hợp chung khi cánh khuấy quay thì nó thực hiện công dùng để khắc phục trở lực của các lực quán tính và lực ma sát của chất lỏng cần khuấy trộn. Tuy nhiên ảnh hưởng riêng của các lực này khác nhau trong giai đoạn mở máy và giai đoạn làm việc của máy khuấy. Như vậy khi mở máy thì các cánh khuấy gặp một trở lực rất lớn về phía chất lỏng, mà quán tính khối lượng của nó cần phải được khắc phục. Muốn làm chất lỏng chuyển động thì phần lớn công của máy khuấy dùng để thắng các trở lực bên trong chất lỏng (các trở lực ma sát, va đập của các chất lỏng vào thành thiết bị). Vì vậy mà công suất mở máy luôn luôn lớn hơn công suất làm việc. - Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy người ta thường chú ý đến những yếu tố sau: + Chọn cánh khuấy. + Thời gian khuấy. + Công suất tiêu hao. + Số vòng quay. + Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt. Có các loại cánh khuấy sau: + Cánh khuấy kiểu mái chèo: Dùng để khuấy trộn các chất lỏng có độ nhớt thấp, để hoà tan và huyền phù hoá những chất rắn có khối lượng riêng bé và còn dùng để khuấy trộn sơ bộ các chất lỏng có độ nhớt thấp hơn 200000cP. Những cánh khuấy này không dùng để hoà tan nhanh, không làm phân tán mịn và cũng không dùng để tạo những huyền phù chứa pha rắn có khối lượng riêng lớn được. + Cánh khuấy hình khung: Dùng để điều chế huyền phù, nhũ tương. Loại cánh khuấy này dùng không thích hợp đối với chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy trộn hỗn hợp, trong đó pha rắn có khối lượng riêng lớn. + Cánh khuấy tuốc bin: Loại này dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao (m = 5.105cP), để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan nhanh nhất chất rắn hoặc để khuấy trộn chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn lên đến 80%. + Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trường hợp không thể dùng các loại cánh khuấy trên. Loại này dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao. - Trong phạm vi đồ án này do phản ứng toả nhiệt mạnh, để tránh hiện tượng toả nhiệt cục bộ, đồng đều sản phẩm, tăng cường quá trình nhiệt, ngăn cản quá trình kết tủa và nắng cặn ở thành và đáy, tránh hiện tượng sản phẩm bị vón cục, mặt khác độ nhớt của hỗn hợp phản ứng không lớn lắm do đóta chọn cánh khuấy hình mỏ neo hay cánh khuấy hình khung cho thiết bị phản ứng. d: Đường kính trục cánh khuấy, (m) b: Chiều rộng cánh khuấy, (m) Hkh: Chiều cao của cánh khuấy, (m) DM: Đường kính của cánh khuấy, (m) Chiều ngang của cánh khuấy chọn bằng 0,7 lần đường kính trong của thiết bị DM = 0,7 x 1,6 = 1,12 Làm tròn DM = 1,2 m Khoảng cách cánh khuấy đến đáy thiết bị chọn bằng 0,1 m, chiều cao của cánh khuấy Hkh = (0,9 á 1)DM =(0,9 á1)1,2 Vậy ta chọn Hkh = 1,1 m Bề rộng thanh khuấy chọn đồng đều bằng 0,05 m và làm bằng vật liệu CT3 * Cơ cấu khuấy trộn gồm những phần đối xứng là: + Cánh nằm ngang (I): Kích thước 1100 x 50 x 50 mm + Cánh thẳng đứng (II): Kích thước 1200 x 50x 50 mm + Phần giá đỡ của cánh khuấy (III) có đường kính ngoài R2 = 1200 mm, cũng làm bằng thép góc 50 x 50 mm như cánh khuấy thẳng đứng. Nc = Nng + Nđ + Ngđ (kw) Nng: Công suất làm quay các cánh khuấy nằm ngang. (kw) Nđ: Công suất làm quay các cánh khấy thẳng đứng. (kw) Ngđ: Công suất làm quay phần giá đỡ. (kw) Tính công suất Nng áp dụng công thức: Bề mặt chính diện của cánh khuấy (Fch ) : Fch = b.h = (0,5 – 0,05) x 0,05 = 0,0225 m2 Ta có bảng [2] b/h 1 2 4 10 18 > 18 j 1,1 1,15 1,19 1,29 1,4 2,0 n: Số vòng quay của máy khuấy trong 1 phút, n=50 vòng/phút j: Hệ số phụ thuộc vào cánh khuấy nằm ngang, chọn j =1,28 z: Số đôi cánh khuấy nằm ngang, z = 1 h: Hiệu suất cơ học của cơ cấu chuyển động, = 0,75 r : Khối lượng riêng của hỗn hợp, rhh = 1010 kg/m3 Nng = 0,27 kw * Tính công suất của Nđ: Nđ D1: Đường kính vòng tròn quyết bởi cạnh trong cùng của cánh khuấy, (m). D2: Đường kính vòng tròn quyết bởi cạnh ngoài cùng của cánh khuấy, (m). do đó :j = 1,28 z = 1 Nđkw * Tính công suất Ngđ: Công suất để làm quay phần giá đỡ của cánh khuấy (III) : R2 = 1,2; R1 = R2 – (0,05 x 2) = 1,2 – 0,1 = 1,1 m Ngđ R1, R2: Bán kính đường cong ứng với phần trong và phần ngoài của cánh khuấy: Ngđ Ngđ = 15,72 (kw) Công suất cần thiết dùng cho toàn bộ cánh khuấy chuyển động được là: Nc = 0,27 + 2,7 + 15,72 Nc = 18,69 (Kw) Chuẩn hoá cánh khuấy có những thông số sau: Dm (m) Fch (m2) b/h j n (V/ phút) N (kw) 1,2 0,0225 0,9 1,28 50 18,69 Công suất động cơ: h: Hiệu suất truyền động của động cơ. h = 0,7 Đường kính trục cánh khuấy được xác định như sau: Trong đó: MX : Mômen xoắn được xác định như sau: N: Công suất tiêu tốn (kw) n: Số vòng quay (V/ph) d = 47,78(mm) 2.4.3. Tính lớp vỏ gia nhiệt. - Lớp vỏ gia nhiệt tạo với lớp vỏ trong của thiết bị phản ứng, vỏ làm bằng thép CT3. + Đường kính trong của thiết bị chính là 1,6 (m) nên chọn đường kính trong của vỏ gia nhiệt là 1,8 (m) và chiều dày là 8 (mm). + Chiều cao lớp vỏ gia nhiệt lấy bằng chiều cao của chất lỏng cộng thêm (20 cm) . Vậy chiều cao của cột chất lỏng được tính như sau: Trong đó: hb: Phần cao đáy thiết bị h = 0,4 (m) S : Tiết diện ngang của thiết bị (m2) Vđ : Thể tích phần đáy của thiết bị Vđ = 0,578 (m3) Vngl: Thể tích nguyên liệu, (m3) Qui chuẩn h = 1,4 (m) 2.4.4. Tính chiều dày lớp bảo ôn. - Bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường từ bề mặt thiết bị phản ứng. Do vậy nó có tác dụng làm giảm nhiệt mất mát ra ngoài, và như vậy làm giảm lượng chất tải nhiệt cần để đun nóng thiết bị phản ứng. Thành của thiết bị bảo ôn như sau: Vật liệu bảo ôn được chọn là bông thuỷ tinh - Có các thông số sau: t1: Nhiệt độ của chất tải nhiệt (0C) t2: Nhiệt độ của không khí, t2 = 25 0C d1: Chiều dày của tấm thép (mm) d2: Chiều dày của lớp bảo ôn. (mm) tT1: Nhiệt độ bề mặt của tấm thép giáp với chất tải nhiệt (0C) tT2: Nhiệt độ bề mặt của bảo ôn giáp với không khí (0C) lt: Hệ số dẫn nhiệt của thép (w/m.độ) l0: Hệ số dẫn nhiệt của bảo ôn (w/m.độ) - Coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trường là truyền nhiệt đẳng nhiệt và ổn định. Như vậy nhiệt tải riêng đến thành thiết bị (q1), nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành (q2) và nhiệt tải riêng do bức xạ từ thành thiết bị vào không khí (q3) sẽ bằng nhau. à q1 = q2 = q3 Ta có: q1 = a1. Dt1= a1. (t1- tT1) q3 = a2. (tT2 – t2) Trong đó: l1: Hệ số dẫn nhiệt của thép CT3 (w/m. độ) l2: Hệ số dẫn nhiệt của bảo ôn (w/m. độ) a1: Hệ số cấp nhiệt của dầu tải nhiệt (w/m. độ) a2: Hệ số cấp nhiệt do tổn thất ra môi trường xung quanh (w/m. độ) a2 = 9,3 + 0,058.tT2 {2 – 311} Chọn: tT2 = 35 (oC) à a2 = 11,33 (w/m. độ) Có q2 = q3 nên : à Bỏ qua nhiệt trở trong vỏ bọc và ngoài lớp bảo ôn . Tính chiều dày lớp bảo ôn (của sản phẩm rượu hoá Dầu ve) TT1 = t1 = 240 (0C) l1 = 50,2 (w/m. độ) l2 = 0,125 (w/m. độ) Thay số vào ta có: Quy chuẩn = 230 (mm) Kiểm tra lại nhiệt độ bảo ôn: Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh Các thông số của dầu BOT tại 240 (0C) áp suất 1 (at) + Khối lượng riêng: rhh = 1010 (kg/m3) + Nhiệt dung riêng: CP = 1,8 (kJ/kg.độ) + Chuẩn số Pran: Pr = 18,5 + Hệ số dẫn nhiệt: l = 0,128 (w/m. độ) + Nhiệt độ sôi: 258 (0C) + Độ nhớt: mm = 80,7 . 10-5 (N.s/m2) - Khi đun nóng dầu tải nhiệt chuyển động trong khoảng không gian giữa vỏ áo và thân thiết bị, thiết diện của khoảng không gian hình vành khăn nên chuẩn số Nuxen được xác định như sau: Nu = 0,021 . Re8 .Pr0,4 . {Pr/(D - d)}0,45 (2) W: Vận tốc của dầu, chọn w = 0,25 (m/s) dtđ: Đường kính tương đương với thiết diện hình vành khăn D : Đường kính vỏ áo, D = 1800 (mm) d: Đường kính thân thiết bị = 1600 + (2x8) = 1616 (mm) dtđ = (D – d) : 2 = (1800 – 1616 ) : 2 = 184 : 2 = 0,092 (m) Vậy : Nu = 0,021 . (2,667 . 105)0,8 . (18 . 5)0,4 . Mà : (w/m. độ) Nhiệt độ bảo ôn là: Sai số (35 – 34,86)/ 35 Ê 5% chấp nhận được Chọn tT2 = 35 (0C) 2.4.5. Các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng. - Các ống nối dùng để nối thiết bị với đường ống thiết bị. Đó là một đoạn ống có bích chế tạo bằng vật liệu vỏ được đúc với thân. Đường kính của ống dẫn nguyên liệu được tính theo công thức: Q: Lưu lượng của lưu thể (m3/s) V: Vận tốc của lưu thể trong ống (m/s) Nước chảy do áp lực thì V = 0,8 á 1,5 m/s Giả thiết thời gian nạp liệu là 15 phút * ống dẫn Dầu ve vào nồi phản ứng : md/v = 731,86 kg Do đó: Q = 8,47 . 10-4 (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) D = 0,0268 (m) = 26,8 mm Qui chuẩn lên: 30 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn Toluen vào nồi phản ứng: mt/l = 855,53 kg Qn: Lưu lượng Toluen cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của Toluen (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn Toluen vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,031 m = 31 mm Qui chuẩn = 40 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn Glyxerin vào nồi phản ứng : mg = 121,95 kg Qn: Lưu lượng Glyxerin cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của Glyxerin (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn Glyxerin vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,012 m = 12 mm Qui chuẩn = 15 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn nguyên liệu 102-T vào nồi phản ứng : m102-T = 990,62kg Qn: Lưu lượng nguyên liệu 102- T cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của nguyên liệu 102 -T (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn nguyên liệu 102 -T vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,034 m = 34 mm Qui chuẩn = 40 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm 2.4.6. Chọn mặt bích, đệm, bulông. - Bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác của thiết bị lại với nhau. - Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối và áp suất của môi trường. - Trên hình dưới đây thể hiện kiểu mặt bích được chọn: Do thiết bị làm việc ở áp suất không cao lắm cho nên ta chọn kiểu bích liền là bộ phận nối liền với thân thiết bị. - Đáy của thiết bị được hàn với thân giáp mối hàn, hai bên hàn điện bằng tay. Nắp thiết bị có lỗ để đổ nguyên liệu vào và lắp cánh tay khuấy. Tất cả đều được tăng cường. Nắp nối liền với thân thiết bị bằng mặt bích và bulông. Bulông có vòng đệm bằng đồng.(Hình vẽ ) Chọn bích liền bằng thép kiểu I với thông số sau: áp suất Py = 105 (N/m2) Các thông số của hình vẽ trên như sau: Dt: 1,6 (m) D: 1740 (mm) Db: 1690 (mm) D0: 1614 (mm) Bulông db: M20 z: 32 cái (số bulông cần dùng) h = 28 (mm) 2.4.7. Tính tai treo của thiết bị. - Thiết bị hoá chất đang dùng, tháp, nồi phản ứng hay các thiết bị chứa đều có sức nặng lớn, do bản thân nó cũng có các vật liệu chứa bên trong. Do đó khi lắp đặt cơ cấu giữa chúng phải chịu ứng suất uốn, cắt rất lớn và cũng phải chịu các rung động khi làm việc. - Để giữ các thiết bị này có thể sử dụng chân đỡ hoặc tai treo. Tai treo có ưu điểm gọn nhẹ, không làm vướng các cơ cấu khác, phân bố tải trọng đều, giá thành rẻ, vì vậy ta chọn tai treo. - Để xác định kích thước tai treo phải tính tải trọng cần đỡ. - Khối lượng của toàn bộ thiết bị khi chưa có nguyên liệu là: G1 = Gvỏ + GT/bị + Gb + GCK + Gđc + Gbô Gvỏ: Khối lượng của vỏ gia nhiệt (kg) GT/bị: Khối lượng của thiết bị (kg) Gb: Khối lượng của mặt bích (kg) Gck: Khối lượng của cánh khuấy (kg) Gđc: Khối lượng của động cơ (kg) Gbô: Khối lượng của bảo ôn (kg) GT/bị = Gt + Gn + Gđ Gt: Khối lượng của thân tháp (kg) Gn: Khối lượng của nắp (kg) Gđ: Khối lượng của đáy (kg ) Gt = rt + V rt : Khối lượng riêng của thép (kg/m3) rt = 7,85 . 103 (kg/m3) Dn: Đường kính ngoài của thiết bị (m) Dn = 1,616 (m) Dt: Đường kính trong của thiết bị (m) Dt = 1,6 (m) h: Chiều cao của thân tháp (m) h = 2,1(m) * Khối lượng thân thiết bị : Gt = 7,85 x 103 x 0,044 Gt = 0,3454 x 103 Gt = 345,4 (kg) Gđ = 7,85 x 103 x 0,005 x 2,9 Gđ = 114 (kg) Gn = 7,85 x 103 x 0,004 x 2,9 Gn = 91 (kg) GT/bị = 345,4 + 114 + 91 GT/bị = 550,4 (kg) * Khối lượng vỏ gia nhiệt : Gvỏ = 347,9 (kg) * Khối lượng của bích và bulông: Gb = 57 (kg) * Khối lượng của cánh khuấy: Gck = 100 (kg) * Khối lượng của động cơ và bộ phần chuyển động Gđc = 300 (kg) r: Khối lượng riêng của bông thuỷ tinh , r = 200 (kg/m3) * Khối lượng của bảo ôn : Gbô = 8,86 (kg) Vậy tổng khối lượng thiết bị là: G1 = 347,9 + 550,4 + 57 + 100 +300 + 8,86 G1 = 1364,16 kg mnl = G1 + G2 + G3 + G4 mnl = 731,86 + 121,91 + 855,53 + 990,62 mnl = 2699,92 (kg) Vậy khối lượng toàn bộ thiết bị khi có cả nguyên liệu là: M = 1364,16 + 2699,92 M = 4064,08 (kg) Ta chọn tai treo loại 4 tai, vậy tải trọng đặt lên mỗi tai là: (N) Vật liệu làm tai treo bằng thép CT3 có hình dạng như sau: Trong đó: S = 8(mm) H = 170 (mm) L = 110 (mm) a = 15 (mm) d = 23 (mm) B1 = 90 (mm) l = 45 (mm) 2.5. Tính toán bơm. * Quá trình vận chuyển chất lỏng từ thấp lên cao, từ thiết bị này lên thiết bị khác, hay muốn cung cấp năng lượng cho chất lỏng làm tăng áp suất của nó lên cao. Vì vậy phải dùng bơm. Bơm là máy thuỷ lực để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. * Có rất nhiều loại bơm với những đặc trưng và cấu tạo tính năng, phạm vi sử dụng khác nhau. Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia bơm làm 3 loại: 1> Bơm thể tích: chất lỏng được hút vào và đẩy ra của bơm do sự thay đổi thể tích trong bơm nhờ một bộ phận chuyển động tịnh tiến hay quăng, do đó thế năng và áp suất của chất lỏng tăng lên. 2> Bơm ly tâm: Chất lỏng được hút vào và đẩy ra của bơm nhờ sức ly tâm tạo nên trong chất lỏng khi guồng quay. 3> Bơm không có bộ phận dẫn động: gồm có một số bơm đặc biệt như: bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, xiphông … không có bộ phận dẫn động như: động cơ điện, máy hơi nước, mà dùng luồng khí hay hơi làm nguồn động lực để chất lỏng chuyển động. * Với bơm ly tâm có những ưu điểm sau: cung cấp đều, quay nhanh, cấu tạo dơn giản, có thể bơm các chất lỏng không sạch, không có suppap nên ít bị tắc và hư hỏng. - Tính bơm vận chuyển dầu Ve: Trong 1 mẻ sản xuất khối lượng cần bơm lên thùng là: M = 731,86 kg r = 960 kg/m3 M 731,86 v = = r 960 V = 0,762 m2 Thời gian bơm là 5 phút, vậy năng suất của bơm cần có là: G = 0,0025 m/s áp suất toàn phần do bơm tạo ra được xác định theo công thức: Trong đó: H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra. p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, N/m2 r : Khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm. g: Gia tốc trọng trường, m/s2 H0: Chiều cao nâng chất lỏng, H0 = 10 m. Tính Dp = Dpđ + Dpms + Dpc + DpH + Dptb + Dpk [1] Dp : áp suất toàn phần để khắc phục tất cả trở lực trong hệ thống. Dpđ: áp suất động học tại vận tốc cho dòng, N/m2 Dpms: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng, N/m2 Dpc: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ. DpH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh. Trong phạm vi của đồ án này ta bỏ qua áp suất của DpH, Dptb, DpK Do vậy: Dp = Dpđ + Dpms + Dpc + Tính áp suất động lực học: Ta chọn w = 1,5 m/s r = 960 kg/m3 n/m2 Dpđ = 1080 N/ m2 + Tính áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng: Dpms l: Hệ số ma sát w: vận tốc dòng chảy Đường kính ống dẫn được tính theo công thức: Trong đó: G: Lưu lượng Dầu ve, G = 0,0025 m/s w: Vận tốc trung bình, w = 1,5 m/s à Qui chuẩn d = 0,04 m = 40 mm + Tính hệ số ma sát l Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ chảy dòng xác định bằng chuẩn số Raynol Trong đó: dtđ: Đường kính tương đương, dtđ = 0,044 m. r : Khối lượng riêng, r = 960 kg/m3 m: Độ nhớt Dầu ve, m = 0,73 . 10-3 (N.s/m2) Thay số được chuẩn số Raynol Vì Re = 8,6794 . 104 > 104 do đó chế độ chảy dòng trong đường ống là hệ số chảy xoắn. - Tính l + Khu vực nhẵn thuỷ học x: Độ nhẵn tuyệt đối của ống dẫn. x = 0,2 x 10-3 m [1] + Khu vực xuất hiện vùng nhóm. Regh = 1,2451 . 104 Vì Regh < Re = 1,2451 . 104 < 8,6794 . 104 Nên dòng chảy ở khu vực là quá độ l = 0,0008 Chọn L = 30 m. - áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng được tính như sau : Dpms = 590 Ns/m2 - Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ [ 1] x: Hệ số trở lực cục bộ - Chọn đượng ống dùng khuỷu kiểu vuông góc 900 có hệ số trở lực cục bộ đối với ống nối có đường kính ống 40 mm, xkhuỷu = 1,26. Trên đường ống dẫn có 4 khuỷu. Van trên đường ống từ thùng chứa đến thùng lường có 1 van tiêu chuẩn có hệ số trở lực cục bộ đối van tiêu chuẩn, xvan = 4. Hệ số trở lực cục bộ của đường ống từ thùng chứa dầu ve đến thiết bị phản ứng. x = xkhuỷu + xvan x = 4.1,26 + 4 = 9,04 - Như vậy áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ là: Dpc = 9763,2 N/m2 Dp = Dpđ + Dpms + Dpc Dp = 1080 + 590 + 9763,2 Dp = 11433, 2 (N/m2) Vậy à hm = 1,21 áp suất toàn phần do bơm tạo ra được xác định như sau: Vì p1 = p2 = 1 at H = H0 + hm = 10 + 1,21 H = 11,21 m + Công suất tiêu thụ trên trục bơm xác định theo công thức sau: Trong đó: h: Hiệu suất toàn phần của bơm h = h0 x ht/l x hck [1] Tra bảng [1 - 493] được các hiệu suất đối với bơm ly tâm. h0 = 0,85 á 0,96, chọn h0 = 0,92 ht/l = 0,8 á 0,85, chọn ht/l = 0,82 hck = 0,92 á 0,96, chọn hck = 0,94 Hiệu suất toàn phần của bơm h = 0,92 x 0,82 x 0,94 h = 0,70 + Tính công suất yêu cầu của bơm N = 0,381 + Tính công suất động cơ điện N Nđc = htr . hđc Trong đó: Nđc: Công suất của động cơ điện, Kw N: Công suất của bơm, Kw htr: Hiệu suất truyền động, htr = 0,9 hđc : Hiệu suất động cơ điện, hđc = 0,95 0,381 Nđc = 0,9 . 0,95 Nđc = 0,45 Kw Chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. Ncđc = b . Nđc b: Hệ số dự trữ công suất, tra bảng [1 - 493] b = 3 Vậy công công suất của bơm ly tâm là: Ncđc = 3 . 0,45 Ncđc = 1,35 Kw 2.6. Tính cân bằng nhiệt lượng. * Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng toàn bộ hệ thống: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Qm Trong đó: Q1: Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng thân thiết bị Q2: Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng vỏ gia nhiệt Q3: Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng cánh khuấy Q4: Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng hỗn hợp phản ứng Q5: Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng lớp bảo ôn Qm: Nhiệt lượng mất mát 2.6.1. Tính cân bằng nhiệt lượng của sản phẩm rượu hóa dầu ve. +Tính Q1: Q1 = Gt/b . (tc – tđ) . Ctb tđ = 25 0C tc = 240 0C tc – tđ = 240 - 25 = 215 0C Gt/b: Khối lượng của thân thiết bị, Gt/b = 345,4 (kg) C : Nhiệt dung riêng của các thành phần trong hợp kim Xi: Thành phần khối lượng Với thiết bị làm bằng thép CT3 ta có : Nguyên tố Thành phần % Nhiệt dung riêng Đơn vị C Fe 0,3 99,7 7500 1098 J/kg. độ J/kg. độ Ctb = (0,003 x 7500) + (0,997 x 1098) Ctb = 1117,206 (J/kg. độ) Q1 = 345,4 x 1117,206 x 215 = 82,96 . 106 (J) + Tính Q2 Q2 = Gv . Cv . (tc – tđ) Q2 = 347,9 x 1117,206 x 215 Q2 = 83,57 . 106 (J) + Tính Q3 Q3 = Gck . Cck . (tc – tđ) Q3 = 100 . 1117,206 . 215 Q3 = 24,02 . 106 (J) + Tính Q4 Q4 = G4 . C4 . (tc – tđ) G4: Khối lượng hỗn hợp phản ứng C4: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp phản ứng. C4 = C1.X1 + C2.X2 + C3.X3 + ... + Cn.Xn Theo tính toán phần trước X1 = 26% X2 = 4% X3 = 34% X4 = 35% G4 = mn/l = 2699,92 kg Nhiệt dung riêng của các phần tử tham gia phản ứng MC= n1 C 1+ n2 C2 +. . .+ nn Cn M: Khối lượng của hợp chất Cn: Nhiệt dung riêng nguyên tử của các nguyên tố tương ứng. nn: Số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất. Nguyên tố Ci C H O 11700 18000 25100 = 2765,21 (J/kg. độ) = 2455,43 (J/kg. độ) O =16 H =1 C =12 C4 = (2765,21 . 0,04) + (2455 ,43 . 0,34) C4 = 945,46 (J/kg.độ) Vậy: Q4 = 2699,92 . 945,46 . 215 Q4 = 548,82 . 106 (J) + Tính Q5 Q5 = Gbô . Cbô . (tc – tđ) Q5 = 8,86 . 0,84 . 103 . 215 Q5 = 1600,116 . 103 (J) + Tính nhiệt lượng mất mát Qm Theo phương trình truyền nhiệt có Qm = K1 . F1. t . Dt Trong đó: K1: Hệ số truyền nhiệt từ dầu tải nhiệt ra môi trường xung quanh. l1 = 50,2 (W/m2. độ) lbò = 0,125 (W/m2. độ) a1 = Hệ số cấp nhiệt từ dầu tải đến vỏ a1 = 1621 (W/m2. độ) a2 = Hệ số cấp nhiệt từ bảo ôn ra không khí a2 = 11,33 (W/m2. độ) K1 = 0,529 F1: Diện tích bề mặt của bảo ôn F1 = 2 . p . R . h = 2 . 3,14 . 0,8 . 2,2 F1 = 11,05 (m2) Qm = 11,05 x 0,529 x t x Dt Thời gian nung nóng hỗn hợp Q = K2 . F1 . t . Dt K2: Hệ số truyền nhiệt từ thành thiết bị vào hỗn hợp phản ứng (W/m2. độ) a1: Hệ số cấp nhiệt từ dầu tải nhiệt ra thành thiết bị (W/m2. độ) a2: Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị tới hỗn hợp phản ứng ở chế độ khuấy trộn (W/m2. độ). Trong đó: D: Đường kính thiết bị (m) l: Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp chất lỏng (N.s/m2) n: Số vòng quay của cánh khuấy m: Độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt (N.s/m2) m1: Độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình (N.s/m2) Đối với thiết bị vỏ bọc ngoài ta có: C = 0,36, n = 0,67 Nhiệt độ trung bình của dầu tải nhiệt là 240 (0C) Nhiệt trung bình của hỗn hợp là: ttb = 186 (0C) Trong đó: A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng đây là chất lỏng không liên kết nên A= 3,58 . 10-8 Cr: Nhiệt dung riêng đẳng áp M: Khối lượng mol của hỗn hợp M = (0,04 x 92) + (0,34 x 92) M = 34,96 (g/mol) Cp = 945,46 (J/kg. độ) Độ nhớt của hỗn hợp tại nhiệt độ trung bình m = 0,4 . 103 (N.s/m2) Độ nhớt của hỗn hợp ở nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt: m1 = 0,5 . 103 (N.s/m2) Re = 6,31 . 103 pr = 1,512 . 106 l = 0,11 (W/m. độ) Do đó : Nu = 229,78 Có : a2 = 15,79 (W/m2. độ) K2 = 9,17 Dt1 = 240 - 25 Dt1 = 215 (0C) Dt2 = 240 - 35 Dt2 = 205 (0C) Dtb = 210 (0C) Mặt khác Q4 = K2 . F1 . Dtb . t ị Thay số vào ta có: t = 25791,6 (s) Qm = 0,529 . 11,05 . 210 . 25791,6 Qm = 31,66 . 106 (J) ị Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Qm Q = 82,96.106 + 83,57.106 + 24,02.106 + 548,82.106 + 1,6001.106 + 31,66.106 Q = 772,63 . 106 (J) Lượng dầu tải nhiệt cần thiết để đun nóng là Theo công thức : Q = m . c . (tc - tđ) --> Vậy: m = 1,996 . 106 (kg) 2.6.2. Tính cân bằng nhiệt lượng của sản phẩm Tiền Polyme KT. Ta cũng tính giống như sảm phẩm Rượu hoá dầu ve + Tính Q1: Q1 = Gt/b . (tc – tđ) . Ctb tc = 55 0C tđ = 250C tc – tđ = 55 - 25 = 30 0C Q1 = 345,4 . 1117,206 . 30 Q1 = 11,57 .106 (J) + Tính Q2: Q2 = Gv . (tc – tđ) . Cv Q2 = 347,79 . 1117,206. 30 Q2 = 11,66. 106 (J) + Tính Q3 : Q3 = Gck . (tc – tđ) . Cck Q3 = 100 . 1117,206. 30 Q2 = 3,35 . 106 (J) + Tính Q4 : Q4 = G4 . (tc – tđ) . C4 Q4 = 2699,92 . 945,46 . 30 Q4 = 76,58 . 106 (J) + Tính Q3 : Q5 = Gbo . (tc – tđ) . Cbo Q3 = 8,86 . 1117,206. 30 Q2 = 223,27 . 103 (J) + Tính Qm : Qm = K1. F1 . Dtb . t Qm = 0.529. 11.05. Dtb . t Dt1 = 55 - 25 Dt1 = 30 (0C) Dt2 = 55 - 35 Dt2 = 20 (0C) Dtb = 24,69 (0C) Theo công thức : Q4 = K2 . F1 . Dtb . t ị Thay số vào ta có : t = 30609,95 (s) Q = 11,57.106 + 11,66 .106 + 3,35.106 + 76,58.106 + 0,22. 106 + 4,42. 106 Q = 107,8 .106 (J) Vậy lượng dầu cần thiết để đun nóng là : Q = m . (tc – tđ ). C --> Vậy: m = 1,996 . 106 (kg) Chương iii xây dựng - Để một nhà máy được hình thành, ngoài việc giải quyết tốt vấn đề công nghệ cần phải chú ý đến việc lựa chọn địa điểm để xây dựng nhà máy. Muốn vậy cần phải chú ý đến những vấn đề sau: - Những xu hướng mới trong xây dựng công nghiệp hiện nay. Một trong những vấn đề quan trọng của quy hoạch sản xuất công nghiệp ở mỗi nước là phải xác định vị trí của xí nghiệp công nghiệp, các khu công nghiệp để có thể đảm bảo tốt hiệu quả kinh doanh. - Thông thường việc thiết kế các khu công nghiệp, nhóm xí nghiệp, các xí nghiệp riêng lẻ hay từng toà nhà, công trình … đều phải thoả mãn cao nhất cơ cấu tổ chức sản xuất chung, công nghệ sản xuất, yêu cầu tổ chức lao động, thẩm mỹ kiến trúc đồng thời tạo điều kiện để thoả mãn khả năng sử dụng các phương pháp xây dựng công nghiệp tiên tiến, nhờ đó nâng cao tốc độ và đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất. - Trong những thập kỷ gần đây, do nhu cầu ngày càng tăng của sản xuất xã hội, do đó hiệu quả kinh tế trong xây dựng và sản xuất, người ta đã nghiên cứu xây dựng các xí nghiệp hiện đại với các toà nhà có tính linh hoạt và vạn năng cao, có thể thoả mãn nhu cầu thường xuyên thay đổi công nghệ sản xuất và hiện đại hoá thiết bị do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật. - Có nhiều xu hướng mới trong xây dựng công nghiệp hiện nay, song thực tế cho thấy những xu hướng chính sau: Cải tiến công tác kế hoạch và chuẩn bị đầu tư: nội dung chủ yếu của nó là tập chung giải quyết vấn đề nghiên cứu các chương trình đầu tư lãnh thổ hợp lý, nghiên cứu cải tạo nâng cấp các khu công nghiệp cũ. Xây dựng khối liên hợp và hợp tác trong sản xuất, xây dựng nhà công nghiệp kiểu vạn năng nhằm mục đích đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất trong sản xuất. Tạo điều kiện tốt nhất lao động và đạt được hiệu quả cao trong đầu tư xây dựng tăng năng xuất lao động, tiết kiệm đất đai xây dựng và thời gian đầu tư các công trình. Xây dựng bằng kết cấo kim loại nhẹ và chịu nhiệt lớn. Đó là mức độ phát triển cao nhất trong lĩnh vực vật liệu kết cấu vì chúng có nhiều ưu điểm như có trọng lượng riêng nhẹ hơn bê tông cốt thép, đáp ứng tốt công nghiệp hoá xây dựng. 3.1. Yêu cầu về lựa chọn xây dựng địa điểm. 3.1.1. Yêu cầu chung. - Nhà máy phải gần đường cung cấp nguyên liệu cho sản xuất để chi phí cho vận chuyển, giảm giá thành sản phẩm. Cần nghiên cứu trữ lượng của nguyên liệu có thể cung cấp trong thời gian bao lâu. - Giảm các nguồn cung cấp năng lượng (điện, than, khí đốt) trong nhà máy sử dụng nguồn năng lượng lớn nhất để phục vụ cho dây truyền sản xuất và các phòng ban phụ trợ cho sản xuất. - Trong dây truyền sản xuất thì nước là nguyên liệu chính tham gia vào phản ứng, ngoài ra nó còn phục vụ cho nhiều việc khác nữa trong nhà máy nên cần xem xét kỹ vấn đề cấp thoát nước của địa phương nơi đặt nhà máy để đảm bảo cấp thoát nước được dễ dàng không ảnh hưởng đến vệ sinh công nghiệp. - Đảm bảo giao thông vận tải thuận tiện: đây là các yếu tố đảm bảo hoạt động liên tục của nhà máy, chọn địa điểm xây dựng gần đường quốc lộ để nguyên liệu ra vào một cách dễ dàng giảm hiện tượng ùn tắc giao thông hoặc đường lầy lội, sạt nở không đi được. - Địa điểm xây dựng tránh nơi quá đông người như thành phố, thị xã giảm ảnh hưởng đến sức khoẻ nhân dân. - Tóm lại việc lựa chọn địa điểm xây dựng là một trong những vấn đề phức tạp trong quá trình thiết kế xây dựng nhà máy. Rất khó tìm được 1 địa điểm thoả mãn toàn bộ yêu cầu trên. Cần nghiên cứu xem xét yêu cầu nào là cơ bản, quan trọng để lựa chọn địa điểm xây dựng cho hợp lý. 3.1.2. Yêu cầu về khu đất. 3.1.2.1. Về mặt địa chất. - Các xí nghiệp công nghiệp nói chung đều phải xây dựng trên nền đất tốt, tránh nơi mực nước ngầm cao, chảy cát, ngập nước … lớp đất có sức chịu < 1.105 N/m2 lớp đất có lớp đá cứng trên bề mặt thì cũng không nên sử dụng loại đất này. Thường xây dựng trên nền đất chịu lực từ 2.106 á 2.105 N/m2. 3.1.2.2. Về mặt địa hình. - Sau khi xác định những yêu cầu ở trên để bố trí nhà máy thì việc tiến hành khảo sát cụ thể chỗ đất xây dựng là một vấn đề quan trọng. Trước hết phải tiến hành xem xét khu đất có đủ diện tích hình dạng có phù hợp với nhà máy không, độ bằng phẳng của khu đất giảm chi phí nền tốt nhất, là khu đất có độ nghiêng là 1% để dễ dàng thoát nước khi mưa. Khu đất cao ráo, tránh ngập nước trong mùa mưa. 3.1.3. Yêu cầu về vệ sinh công nghiệp. - Khi chọn địa điểm xây dựng nhà máy phải xem xét đến sự liên hệ giữa khu dân cư và khu nhà máy. Trong quá trình sản xuất, nhà máy thải ra khói bụi, hơi độc hại, nước bẩn hoặc phát sinh tiếng ồn hoặc gây nguy hiểm về hoả hoạn, vì vậy có khu cách ly theo tiêu chuẩn. Nhiều nhà máy thải quá nhiều hơi độc bụi qua hệ thống thông gió hay ống khói phải chọn khu đất ở phía cuối gió so với khu dân cư và phải có vùng cây xanh xung quanh bảo vệ. - Tóm lại việc xác định địa điểm xây dựng nhà máy là một việc phức tạp và khó khăn, cần phải cân nhắc nhiều mặt, nhiều lĩnh vực để so sánh các phương án. Trong thực tế không có địa điểm nào thoả mãn được toàn bộ yêu cầu trên, cơ sở phân tích cân nhắc xem xét yêu cầu nào là cơ bản. 3.1.4. Địa điểm đặt nhà máy. - Do các yêu cầu trên cần được thoả mãn trong việc lựa chọn xây dựng nhà máy, nên chọn xây dựng trên quốc lộ 5 tại Hương Yên – Hải Dương. - Địa điểm là trên đường QL5 cách Hà Nội khoảng 30 km về phía Đông Nam. Chọn Thành Phố Hải Dương tỉnh Hải Dương hay Thị Xã Hưng Yên Tỉnh Hưng Yên làm nơi xây dựng nhà máy vì tỉnh Hải Dương, Hưng Yên có những chính sách hấp dẫn đầu tư rất tốt trong những năm gần đây như : dễ xin được giấy phép làm nhà máy, giá thuê mặt bằng rẻ, giá thuê nhân công rẻ. Khu công nghiệp tập trung nên thuận lợi về điện nước. Ngoài ra, năm trên QL5 là giáp ranh giữa 3 tỉnh phát triển ở phía bắc là Hải Phòng, Quảng Ninh, Hà Nội tức là có giao thông thuận lợi gần vùng nguyên liệu, vùng tiêu thụ sản phẩm…. 3.2 Thiết kế tổng mặt bằng. 3.2.1. Yêu cầu chung. - Để có được phương pháp tối ưu khi thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy thoả mãn yêu cầu sau: - Đáp ứng được yêu cầu dây chuyền công nghệ là ngắn nhất, không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Đảm bảo sự liên hệ các bộ phận bên trong và bên ngoài nhà máy. -Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được tiến hành theo các khu vực chức năng theo đặc điểm sản xuất, yêu cầu vệ sinh … tạo điều kiện tốt cho việc quản lý vận hành các khu vực chức năng. - Diện tích khu đất xây dựng phải được tính toán thoả mãn yêu cầu đòi hỏi của dây truyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cường vận dụng các khả năng hợp khối nâng tầng sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh tổ chức môi trường công nghiệp và định hướng phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai. - Tổ chức giao thông vận chuyển phù hợp với dây truyền công nghệ đa tính hàng hoá, luồng người, luồng hàng… ngoài ra còn chú ý khai thác phù hợp mạng lưới giao thông quốc gia. Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng gió chủ đạo khoảng cách các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế tạo điều kiện cho việc giao thông tự nhiên, hạn chế bức xạ nhiệt của mặt trời vào nhà. Khai thác triệt để các địa điểm địa hình tự nhiên đặc điểm khí hậu của địa phương. Phải đảm bảo mối liên hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích xây dựng. 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. Đảm bảo 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. 3.2.2. Nguyên tắc phân vùng. Phương pháp phân vùng chia nhà máy thành 4 vùng chính: 3.2.2.1. Vùng trước nhà máy. - Nơi bố trí các bộ phận hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào, gara ôtô, xe máy, 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 ô tô, xe máy, xe đạp, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuy có nhiều đặc điểm sản xuất, quy mô của nhà máy, vùng này có diện tích từ – 20% diện tích của toàn nhà máy. 3.2.2.2 Vùng sản xuất. - Nơi bố trí các nhà máy và công trình nằm trong dây truyền sản xuất chính của nhà máy. Vùng này chiếm khoảng 22 – 25% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trọng. Khi bố trí cần lưu ý: Ưu tiên điều kiện địa hình. Nhà sản xuất chính bố trí thuận lợi giao thông, ưu tiên về hướng. - Phân xưởng bụi, ồn… đặt cuối gió. Tuân thủ chặt chẽ theo quy phạm an toàn, vệ sinh công nghiệp. 3.2.2.3 Vùng các công trình phụ. - Nơi đặt các công trình cung cấp năng lượng và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Vùng này chiếm khoảng từ 14 – 28% diện tích toàn nhà máy. 3.2.2.4 Vùng kho tàng phục vụ giao thông. - Bố trí các hệ thống kho tàng, bến bãi các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga nhà máy. Vùng này chiếm khoảng 23 á 27% diện tích toàn nhà máy. 3.2.3 Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng. 3.2.3.1 Ưu điểm. - Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây truyền sản xuất của nhà máy. - Thích hợp với các nhà máy có những xưởng có các công đoạn có đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. - Đảm bảo được 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 như khí độc, bụi, cháy nổ. - Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. - Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. - Phù hợp với đặc điểm khí hậu xây dựng ở nước ta. 3.2.3.2 Nhược điểm. - Dây truyền sản xuất phải kéo dài. - Hệ thống đường ống kỹ thuật và hệ thống giao thông tăng. - Hệ thống xây dựng, hệ thống sử dụng thấp. 3.3 Những căn cứ để thiết kế phân xưởng. - Công nghệ sản xuất + Dây chuyền sản xuất gián đoạn + Thiết bị được bố trí, phù hợp với yêu cầu và diện tích lắp đặt, thiết kế phân xưởng sản xuất. Đặc điểm sản xuất của phân xưởng: + Thiết kế phân xưởng phải đảm bảo hệ thống thông gió, đảm bảo đủ ánh sáng tự nhiên. + Ngoài ra, nước thải của phân xưởng vẫn còn lẫn các tạp chất do đó cần phải có hệ thống xử lý nước thải. Điều kiện thực tế về kinh tế và kỹ thuật + Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật của cả nước ta hiện nay có thể đảm bảo kỹ thuật đối với một nhà máy hoá chất nói chung và phân xưởng sản xuất nhựa polyurethan dạng Tiền Polyme KT nói riêng. + Do kinh phí để xây dựng một phân xưởng sản xuất nhựa không lớn lắm cho nên hoàn toàn có thể xây dựng được các nhà máy. 3.4. Lựa chọn quy mô và kích thước chính của các công trình trong nhà máy. - Do đặc điểm kỹ thuật công nghệ và yêu cầu về điện, tính lắp đặt, sửa chữa và thao tác. Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Polyuretan dạng Tiền Polyme KT là nhà 2 tầng. Với năng suất 800tấn/năm thì nhà máy phải có yêu cầu về phân xưởng và các phân xưởng phụ trợ như sau: - Phân xưởng sản xuất nhựa Polyuretan dạng Tiền Polyme KT Nhà 2 tầng : Dài 30 m Rộng 18 m Công trình cung cấp năng lượng + Trạm biến thế điện + Nhà máy cung cấp hơi đốt. + Nhà cung cấp nước. + Các nhà kho: kho nguyên liệu, kho sản phẩm Khu nhà sinh hoạt, hành chính và phục vụ. Các công trình cấp thoát nước trong nhà máy. + Công trình cấp nước: gồm trạm bơm, bể nắng, bể lọc, đường ống + Công trình thoát nước: gồm trạm xử lý nước bẩn, trạm xử lý nước thải, hệ thống cống rãnh thoát nước. - Các công trình giao thông vận tải trong nhà máy, đảm bảo cho vận chuyển nguyên liệu vào cũng như sản phẩm tại kho ra. * Mặt bằng tổng thể của phân xưởng như sau: + Tầng 1: - Phòng cung cấp năng lượng. - Phòng vệ sinh và phòng thay quần áo. + Tầng 2: - Phòng quản đốc. - Phòng nghỉ của nhân viên. - Phòng thí nghiệm, đo lường sản phẩm. 3.5. Giải pháp cấu tạo nhà máy sản xuất. - Do đặc điểm của nhà máy sản xuất như trên nên ta chọn phương pháp xây dựng nhà bê tông cốt thép - Kiểu móng: Móng là kết cấu dưới cột, trực tiếp nhận tải trọng từ cột xuống và truyền xuống nền móng (đất) - Cột chọn loại: bê tông cốt thép 400 x 400 - Tường: tường gạch Có tác dụng ngăn, bảo vệ khung nhà không bị tác động trực tiếp của môi trường bên ngoài bảo vệ máy móc trong nhà không bị mưa nắng. Chọn loại tường bao 220 m, tường ngăn 110m. - Mái: chọn mái bê tông lắp ghép Gồm các lớp sau: + Lớp lá nem 20mm. + Lớp vữa tổng hợp 15mm. + Gạch lá nem 20mm. + Vữa ximăng 15mm. + Đan BTCT 40mm. + Panen mái 300mm. - Nền nhà: Gồm các lớp sau + Bê tông át phan 30mm. + Bê tông sỏi 100 mm. + Đất đầm chặt 200 mm. Cầu thang: bố trí thanh chiều dài 1,2m. Cửa ra vào phân xưởng + Cửa chính: 3 x 4 m + Cửa phụ: 2 x 3 m. + Cửa sổ: 1,5 x 2 m 3.6. Giải pháp thông gió. + Đối với nước ta khí hậu nóng ẩm, chủ yếu cho thoát nhiệt ra ngoài vào mùa hè nên kết cấu bao che cần thoáng, hở, mỏng, gọn nhẹ và triệt để thông gió tự nhiên. Trong các nhà máy hoá chất thường có môi trường ăn mòn mạnh nên việc sử dụng hệ thống nhân tạo rất đắt vì phải bảo vệ bơm và đường ống cho nên trên thực tế các nhà máy hoá chất sử dụng hệ thống thông gió tự nhiên là chủ yếu. + Để tạo sự thông thoáng trong phân xưởng chủ yếu phải dùng giải pháp thông gió tự nhiên. Thông gió tự nhiên do đối lưu và gió thổi. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa trong nhà và ngoài trời sẽ gây lên sự chuyển động của không khí gọi là hiện tượng đối lưu. Nếu nhiệt độ trong nhà lớn hơn không khí bị đun nóng, nhẹ sẽ bốc lên cao quá cửa mái và cửa sổ cao, không khí lạnh sẽ qua cửa sổ thấp tạo thành dòng đối lưu. + Ngoài hiện tượng đối lưu tự nhiên của không khí phân xưởng còn được thông gió nhờ gió thổi. Muốn lợi dụng được gió phải chọn địa hình và hướng công trình hợp lý như cửa của công trình đón được hướng gió mát, tránh gió lạnh, tránh ánh sáng mặt trời dọi thẳng vào cửa. Đặc biệt cần bố trí cửa sổ, cửa chính cho hợp lý. Chương IV Điện Nước 4.1. Điện. - Trong phân xưởng sản xuất điện không chỉ dùng cho mục dích chiếu sáng mà còn dùng để vận hành máy móc và rất nhiều mục đích khác cho nên chi phí cho tiêu thụ điện năng rất lớn. Cần bố trí màng lưới điện và hệ thống chiếu sáng hợp lý để tiết kiệm điện nhằm mục đích hạ giá thánh sản phẩm . 4.1.1.Điện chiếu sáng. - Nhà Xưởng sản xuất 3 ca 1 ngày nên cần tận dụng ánh sáng tự nhiên vừa ảnh hưởng tốt tới sức khoẻ con người vừa tiết kiệm điện do đó trong xây dựng người ta bố trí tối đa cửa sổ - Việc bố trí số đèn và loại đèn phục thuộc vào diện tích xây dựng và chiều cao nhà. Có 2 loại đèn được sử dụng : + Đèn dây tóc + Đèn neon - Việc bố trí đèn căn cứ theo các thông số sau: H : Chiều cao đèn tính từ mặt sàn hoàn thiện đến vị trí đèn H> Hmin Hmin : = 3 á 4 (m) đối với đèn thông thường sử dụng công suất nhỏ hơn 200 W L : Khoảng cách giữa các đèn - Nếu chiếu sáng đồng đều thì đèn được nắp khắp phòng tạo thành hình chữ nhật - Có : h = H – H0 Trong đó - h : Chiếu cao tính toán - H0 : Chiều cao của thiết bị cao nhất - Nếu đặt một hàng đèn thì L/h = 1,8 á 2 (m) - Nếu đặt nhiều hàng đèn thì L/h = 1,8 á 2,5 (m) - Khoảng cách từ đèn đến ngoài cùng của tường là K Nếu sát tường có người làm việc thì K= (0,25 á 0,32 )L Nếu sát tường khôngcó người làm việc thì K= (0,4 á 0,5 )L - Số lượng đèn và công suất tiêu thụ để chiếu sáng cho toàn phân xưởng được tính toán trong bảng sau. Bảng 9 : Công suất tiêu thụ của bóng đèn TT Tên phòng Công suất (W) Số lượng Tổng công suất (W) 1 Phân xưởng sản xuất 100 30 3000 2 Công trình phụ 75 4 300 3 Phòng thí nghiệm 100 4 400 4 Phòng quản đốc 100 2 200 5 Phòng trực 100 2 200 6 Nhà để xe 100 4 400 7 Nhà kho 100 6 600 8 Bảo vệ 75 2 150 9 Phòng hành chính 100 2 200 10 Tổng 850 56 5459 4.1.2. Năng lượng cho động cơ. Năng lượng dùng cho dây chuyền sản xuất xác định theo bảng sau: Bảng 10 : Công suất tiêu thụ của thiết bị TT Tên thiết bị Côngsuất (Kw) Số lượng Tổngcông suất (Kw) 1 Bơm ly tâm 1,35 2 2,7 2 Động cơ khuấy 18,69 2 37,38 3 Thiết bị phản ứng 5 2 10 4 Thiết bị sấy 5 1 5 5 Thiết bị lọc 3 1 3 6 Tổng 33,04 58,8 4.1.3. Lượng điện tiêu thụ hàng năm cửa phân xưởng 4.1.3.1. Điện năng thắp sáng. Acs = Pcs + T.K Trong đó : K : Hệ số đồng thời, K = 0,9 Pcs : Công suất chiếu sáng, Pcs = 5,459 Kw Thời gian chiếu sáng trong 1 năm T = T1. T2 T1 : Thời gian chiếu sáng trong 1 ngày = 24 giờ T2 : Thời gian làm việc trong 1 năm = 290 ngày T = 24 . 290 = 6960 giờ Acs = 5,459 . 0,9. 6960 = 34195,176 Kw 4.1.3.2. Điện năng cho động lực. Ađl = Kc Pđl . T Trong đó : Kc : Hệ số đồng thời, Kc = 0,5 Pđl : Công suất chiếu sáng, Pđl = 33,04 Kw Thời gian chiếu sáng trong 1 năm T = T1. T2 T1 : Thời gian chiếu sáng trong 1 ngày = 24 giờ T2 : Thời gian làm việc trong 1 năm = 290 ngày T = 24 . 290 = 6960 giờ Ađl = 33,04 . 0,5 . 6960 = 34195,176 Kw * Toàn bộ điện năng tiêu thụ của phân xưởng dùng trong 1 năm : A = Kn (Acs + Ađl ) K : Hệ số tính đến tổn hao mạng hạ áp, K =1,03 A = 1,03. ( 34195,176 + 114979,2) A = 153649,61 Kw 4.2. Nước. * Nước dùng trong phân xưởng nhằm phục vụ 2 mục đích : + Nước dùng sinh hoạt + Nước dùng sản xuất 4.2.1. Nước sinh hoạt. - Theo tiêu chuẩn nước sinh hoạt của người lao động trong nhà máy xí nghiệp là :75 lít/người/ngày Số công nhân sản xuất : 12 người Số người gián tiếp : 3 người Tổng số : 15 người Vậy tiêu tốn nước sinh hoạt cho 1 năm : 15 . 75. 290 = 326250 Lít = 326,25 m3 4.2.2. Nước sản xuất. + Nước làm lạnh cho các thiết bị trong 1 ngày : 3,25 m3 + Nước dùng để rửa cho các thiết bị trong 1 ngày : 1 m3 + Trong 1 ngày cần 4,25 m3 để phục vụ sản xuất Vậy tiêu tốn nước sản xuất cho 1 năm : 4,25 x 290 = 1232,5 m3 Do đó lượng nước cần dùng cho 1 năm : 326,25 + 1232,5 = 1558,75 m3 Chương V An toàn lao động - An toàn cho người lao động là một vấn đề được quan tâm hàng đầu trong sản xuất . Hiện nay an toàn lao động được các tổ chức đứng ra bảo vệ và có những qui định cụ thể cho các ngành sản khác nhau. Đối với công nghệ hoá học có những đằc trưng riêng như : Sự độc hại của hoá chất, ảnh hưởng của chúng đến sức khoẻ của con người, khi đã bị xâm nhập vào cơ thể con người sẽ bị phá huỷ các chức năng hoạt động sinh lý bình thường của con người. - Mức độ ảnh hưởngcủa các loại hoá chất tuỳ thuộc vào liều lượng, thời gian tác dụng, đường xâm nhập và tình hình sức khoẻ của người lao động. Vị vậy đẻ đảm bảo sức khoẻ cho người lao động góp phần nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Đảm bẩon toàn xã hội, hạn chế thiệt hại về tài sản cho cá nhân , tập thể và cho nhà nước, ngoài ra còn tránh được ảnh hướn đến môi trường xung quanh và nơi đặt dây chuyền sản xuất. - Phân xưởng sản xuất nhựa Polyuretan dạng tiền Polyme là một dây chuyền sản xuất thuộc ngành hoá chất, thuộc nhóm độc hại . Nội dung của vấn đề an toàn lao động bao gồm các vấn đề chính sau : 5.1. An toàn lao động trong nhà máy. * Tổ chức hành chính của nhà máy phải có ban an toàn lao động, có nhiệm vụ nghiên cứu soạn thảo nội qui về an toàn lao động. Nội qui an toàn lao động bao gồm những yêu cầu chung của ngành và những yêu cầu riêng của nhà máy, xí nghiệp , phân xưởng. - Để đảm bảo an toàn trong sản xuất cán bộ công nhân viên của nhà máy, phân xưởng phải học nội qui về an toàn lao động trong nhà máy, xí nghiệp . Từng bộ phận cụ thể trong nhà máy, xí nghiệp có những yêu cầu riêng về an toàn lao động, an toàn vận hành máy móc thiết bị để công nhân thao tác và là việc tại khu vực đó tuân theo. Ban an toàn của nhà máy, xí nghiệp và phân xưởng có trách nhiệm thường xuyên theo dõi kiểm tra việc thực hiện nội qui an toàn lao động. Theo định kỳ có các lớp tổ chức học cho cán bộ công nhân viên trong nhà máy, xí nghiệp và phân xưởng, có các hình thức khen thưởng kịp thời đến từng cá nhân , các tập thể thực hiện tốt an toàn lao động, đồng thời cũng hình thức kỷ luật nghiêm khắc đối với những cá nhân và đơn vị vi phạm các nội qui an toàn lao động cũng như gây mất an toàn lao động. 5.2. Nguyên nhân gây mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp * Do đặc điểm của ngành công nghiệp hoá chất mà có thể ra tai nạn hoặc các bệnh nghiệp do các nguyên nhân sau : Thiết bị để hở do các công đoạn thao tác thủ công như : lấy mẫu và kiểm tra sản phẩm Do việc che bít các đầu thiết bị, các hệ thống truyền tải kém, gioăng các đầu nối bơm, ống nối các thiết bị. Do mở cửa, mở nắp các đường ống để nạp nguyên liệu tạo ra lỗ hở. Thiết bị, các đường ống bị hoá chất ăn mòn gây ra rò rỉ. * Để khắc phục những nguyên nhân trên ta phải lắp đặt các thiết bị thật kín, khít, tự động hoá công nghệ, tình trạng thoát hơi khí độc trong điều kiện áp suất dương khắc phuc bằng cách chuyển sang làm viểc trong chân không. * Ngoài ra trong phân xưởng còn bố trí nhiều loại thiết kế xen kẽ nhau trên mặt bằng phân xưởng : thiết bị điện , đường ống, bể chứa……. Do đó dễ va chạm nhầm lẫn gây ra tai nạn lao động. Bởi vậy thiết bị phải tuân thủ các qui định chung của ngành và có các biển báo ở những nơi quan trọng và nguy hiểm, phải giữ khoảng cách giữa các thiết bị đúng theo tiêu chuẩn * Với những phân xưởng có những hoá chất dễ bay hơi, dễ ăn mòn, gây bỏng có thể dẫn đến tai nạn bệnh nghề nghiệp cho người lao động. Thiết bị phản ứng có gia nhiệt trong quá trình sản xuất làm tăng nhiệt độ trong phân xưởng gây nên ảnh hưởng đến điều kiện làm việc. Vì vậy cần có các biện pháp khắc phục, phòng chống các tác hại của hoá chất trong môi trường làm việc 5.3. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động. * Toluen là chất lỏng có mùi đăc trưng, nếu để bay hơi với tốc độ lớn có thể gây ra ngộ độc. Do vậy chống ngộ độc phải bố trí hệ thống gió phù hợp với nhà xưởng sản xuất, tránh để Toluen trong các thùng chứa hở, các đường ống tránh rò rỉ. * Các phương pháp đảm bảo điều kiện môi trường làm việc : cm2 Cường độ bức xạ 0,25 – 1 Kcal/ cm2/giây Tốc độ chuyển động của không khí 0,3 m/s thông gió chung 0,7- 2 m/s thông gió bộ phận Nhiệt độ thích hợp của không khí 20- 25 0C Độ ẩm tương đối không quá 80 % Thiết bị điện : Thiết bị điện bố trí ít người qua lại nhưng phải thuận tiện khi có sự cố xảy ra, tránh những nơi ẩm ướt, dây phải được kiểm tra thường xuyên tránh hiện tượng rò rỉ. Đóng cắt nguồn điện đúng qui trình, qui phạm không sử dụng làm việc riêng. Khi sửa chữa các thiết bị điện, hệ thống dây dẫn, đèn chiếu sáng phải do thợ điện của nhà máy có trang bị bảo hộ lao động đảm nhận Hệ thống chiếu sáng : Cần bố trí một cách khoa học, đủ ánh sáng trong quá trình thao tác và đi lại trong nơi sản xuất, tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên. Thông gió : Là một khâu quan trọng để tạo không khí bình thường trong phân xưởng, là biện pháp cơ bản để giảm nhiệt độ nơi làm việc. Biện pháp thông gió ngoài tác dụng làm giảm nhiệt độ trong phân xưởng còn có tác dụng làm giảm nồng độ hoá chất tạo không khí trong sạch hơn nơi làm việc cho người lao động. Kết luận Kính thưa các thầy cô! Được nhận đề tài: “Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Polyuretan dạng tiền Polyme công suất 800 tấn/năm”. Trong quá trình làm đồ án, với sự lỗ lực tìm hiểu tài liệu của mình, đặc biệt được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS Bùi Chương, thầy giáo TS. Bạch Trọng Phúc cùng các thầy cô trong Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trong đồ án này em đã trình bày : * Phần tổng quan.Tìm hiểu được : Nguồn gốc ra đời và sự phát triển nhựa Polyuretan. Các nguyên liệu và phương pháp điều chế nhựa Polyuretan. Vẽ sơ đồ thiết bị sản xuất nhựa Polyuretan. Nắm được tính chất của nhựa Polyuretan. Các ứng dụng chính của nhựa Polyuretan. * Phần cân bằng vật chất. - Tìm hiểu, nêu được mục đích và ý nghĩa. - Tính toán được một công đoạn sản xuất. + Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất. + Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất. + Cân bằng vật chất cho 800 tấn tiền Polyme trong một năm sản xuất. - Tính toán được kích thước các thiết bị phản ứng gồm: + Vỏ thiết bị. + Cánh khuấy, mô tơ cánh khuấy. + Lớp vỏ gia nhiệt. + Chiều dày lớp bảo ôn. + Các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng. + Mặt bích, đệm bulông. + Tai treo của thiết bị. - Tính được công suất bơm. - Tính cân bằng nhiệt lượng: + Cho sản phẩm Rượu hóa Dầu ve. + Cho sản phẩm Tiền Polyme. * Phần xây dựng. - Biết tìm hiểu, lựa chọn mặt bằng địa điểm xây dựng. - Thiết kế được mặt bằng tổng thể. - Cách bố trí thiết bị trong nhà xưởng. - Giải pháp cấu tạo nhà sản xuất, giải pháp thông gió * Phần điện nước. - Phần điện: + Tính được điện chiếu sáng, điện cho động cơ cho một ngày, một năm sản xuất. - Phần nước: + Đã tính được nước sinh hoạt, nước sản xuất cho một ngày, một năm sản xuất. Đến nay đồ án thiết kế đã được hoàn thành. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay chưa có nhà máy sản xuất Polyuretan, do đó trong quá trình tính toán không tránh khỏi sai sót do điều kiện thực tế chưa có. Do kiến thức của bản thân còn hạn chế và thời gian nghiên cứu có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp của thầy cô và các bạn. Cuối cùng em xin trân trọng cám ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Văn Chương, thầy giáo TS. Bạch Trọng Phúc cùng toàn thể các thầy cô trong Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp em hoàn thành đồ án này! ‏ ‏ TàI Liệu THAM KHảO Polyurethans ( PUR), Desmodur/Desmophen. GB. Lackrohstoff und Sondergebiete- Bayer (1986) DD Coating raw Materials. Introduction Chemsityproducts, application, industrial hygiene Bayer. 3. Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Bộ môn Cao phân tử- Trường Đại Học Bách Khoa Hà nội 4. Clive H. Hare Polyuretan I, II – Paintindia, Februry 1997 5. Johnson Keith Polyurethane coatings- Park Rigde Noyes. Data Copo (1972) L. N Philips, D.B Parkerr Polyurethans. Chemistry and Technology and Properties Lands, ILF FE Books, 1964 E.N. Doyle The Development and Use of Polyurethane Products John Wiley & Sons, New York, 1974. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập I Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 1992. 9. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập II Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 1990. 10. Hồ Lê Viên, Phạm Hữu Đỉnh. Máy và thiết bị sản xuất hoá chất, cơ sở lý thuyết và tính toán. Trường Đại học Bách khoa Hà nội, năm 1971 {trang 232- 256} 11. Ngô Bình. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội , năm 1997. 12. Thiết bị khuấy trộn trong công nghiệp. Bộ môn máy hoá, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.