Đề tài Tính toán thiết kế nhà máy sản xuất bột nhẹ (caco3) năng suất tấn/ngày

h T = 4,8.10-9 (tích số tan) Tuy nhiên trường hợp này do thời gian phản ứng nhanh, đồng thời kết tủa tạo ra nhanh chóng nên nồng độ CO2 cân bằng trong dung dịch xem như là 0 1.6.3.1. Định nghĩa thời gian phản ứng: Thời gian phản ứng là thời gian cần thiết để cấu tử A bất kì với nồng độ CA biến đổi hoàn toàn hay biến đổi đạt trạng thái cân bằng C*A với tốc độ r(CA) = cosnt Nếu phản ứng là bậc 1 thì r(CA) = k(CA - C*A) k: hằng số tốc độ phản ứng CA: nồng độ cấu tử hòa tan trong dung dịch CA*: nồng độ cân bằng của cấu tử trong dung dịch 1.6.3.2. Thuyết thay đổi bề mặt mới của Higbie Quá trình di chuyển vật chất của cấu tử khí A đến bề mặt phân chia pha, qua màng lỏng vào pha lỏng là quá trình không ổn định. Song song với sự di chuyển của A, do chế độ chuyển động xoáy của pha lỏng nên luôn có các phân tố của pha lỏng di chuyển đến bề mặt phân chia pha, hòa tan cấu tử khí và di chuyển trở lại pha lỏng. Quá trình này làm thay đổi bề mặt tiếp xúc pha và luôn có những phân tố lỏng mới di chuyển đến rồi lại di chuyển rời khỏi bề mặt phân chia pha. Thuyết này cho kết quả công thức tính hệ số cấp khối liên hệ với hệ số khuếch tán như sau t* : thời gian dừng của các phân tố trên bề mặt phân chia pha Dựa vào thuyết màng chúng ta có thể xây dựng phương trình cân bằng vật chất, để từ đó dễ dàng xác định được tốc độ hấp thụ hóa học của quá trình làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế thiết bị phản ứng. Ở đây nếu ta giả sử dụng lượng Ca(OH)2 tham gia phản ứng rất nhiều so với lượng CO2 tham gia thì xem như phản ứng giả bậc 1. 1.6.4. Giới thiệu các thiết bị phản ứng dùng cho hệ khí – lỏng trong công nghiệp 1.6.4.1. Thiết bị sủi bọt Là thiết bị trong đó chất khí được phân tán trong chất lỏng và là loại được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp. Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo đơn giản, không có các bộ phận chuyển động, thiết bị làm việc gần như theo chế độ khuấy lý tưởng, dễ khống chế nhiệt độ. Nhượt điểm: mối quan hệ giũa chiều cao cột chất lỏng và đường kính thiết bị, vì bề mặt tiếp xúc pha sẽ giảm rất mạnh theo chiều cao tính từ vị trí sục khí. Ngoài ra cung phải thấy rằng ở thiết bị loại này tồn tại một sự khuấy trộn ngược trong pha lỏng rất lớn. Ứng dụng phổ biến nhất trong các quá trình sinh hóa vì cũng chỉ có loại thiết bị này mới có thể chứa một lượng chất lỏng lớn. 1.6.4.2. Thiết bị khuấy trộn Được sử dụng khá phổ biến trông công nghiệp đặc biệt trong ngành công nghiệp hóa chất. Tuy nhiên năng suất của thiết bị thấp, hiệu quả truyền khối không cao, tiêu tốn nhiều năng lượng cho động cơ khuấy trộn. Mặt khác, trong công nghiệp thường ít khi người ta tiến hành phản ứng trong một thiết bị khuấy duy nhất mà chúng thường được nối tiếp lẫn nhau thành một dãy, gọi là dãy hoặc chuổi thiết bị phản ứng khuấy trộn. Do vậy sẽ tốn kém năng lượng lớn trong việc vận hành, cũng như chi phí đầu tư nhiều thiết bị. 1.6.4.3. Thiết bị phun tia Loại thiết bị này thật ra ít được sử dụng trong công nghiệp và thường được sử dụng khi trong pha khí và pha lỏng có những phần tử rắn. Ưu điểm lớn nhất của thiết bị này là có bề mặt tiếp xúc pha lớn. Nhượt điểm lớn nhất của thiết bị là bộ phận phun lỏng, huyền phù…. Để hoạt động tốt đòi hỏi công suất lớn, tốn kém nhiều năng lượng. Chú thích: 1: dòng khí nhiễm bẩn, 2: dòng lỏng, 3: dung dịch, 4: khí trơ 1.6.4.4. Tháp đĩa Trường hợp phải điều chỉnh nhiệt độ cho quá trình hấp thụ và cho quá trình phản ứng hóa học, tháp đĩa là thích hợp hơn cả. Nó cũng được sử dụng khi lượng chất lỏng không nhiều, và chính các đĩa chia tháp làm nhiều bậc và do đó hạn chế gần như toàn diện hiện tượng khuấy trộn ngược. Nhượt điểm lớn nhất của tháp đĩa là không làm việc vối hệ dạng huyền phù 1.6.4.5. Tháp đệm Đệm được chất đầy trong tháp chủ yếu nhằm phân nhánh các màng chất lỏng và do đó để làm chất lỏng quanh đệm được trộn lẫn tốt vào nhau. Ưu điểm nữa của thiết bị loại tháp đệm là không cần có bộ phận chuyển động, bề mặt tiếp xúc pha đủ lớn và tiết kiệm năng lượng, do trở lực của tháp không phải là cao lắm. Đệm có thể đổ đống hay xếp theo một trật tự nào đó, tùy theo kích thước của tháp. Một điều chú ý là khi chiều cao tháp đủ lớn thì dọc chiều cao phải bố trí thiết bị phân phối chất lỏng để hạn chế hiệu ứng thành khi thiết bị làm việc. Ưu điểm nổi trội của thiết bị tháp đệm so với tháp đĩa là nó làm việc được với cả chất lỏng dạng huyền phù nếu có cơ cấu đệm thích hợp. Tính toán đơn giản hơn nhiều so với tháp đĩa. Năng suất của thiết bị đệm không cao Nhận xét Việc lựa chọn thiết bị để tiến hành quá trình rõ ràng phải xuất phát từ cơ sở lý thuyết đã được trình bày ở phần trên và từ kết quả thực nghiệm. Do vậy thiết bị được sử dụng trong qui trình này là thiết bị tháp đệm loại đệm được sử dụng là đệm kích cấu, có hình dạng cấu tạo như hình vẽ Vật liệu chế tạo các đệm kích cấu trên từ các loại thép hợp kim, thép không gỉ, nhựa, gốm…. tùy vào môi trường làm việc chúng ta chọn vật liệu chế tạo cho thích hợp. Có bề mặt tiếp xúc pha/thể tích thiết bị phản ứng tương đối lớn từ 55-750 m2/m3. Tùy vào mục đích sử dụng, hơn nữa nó còn có nhiều ưu điểm như làm việc được với sản phẩm dạng huyền phù, do trở lực thấp, không bị tắt ngẵn khi làm việc ở chế độ huyền phù, năng suất làm việc cao. Tuy nhiên hiện nay trong nước vẫn chưa sản xuất, do vậy việc sử dụng đệm kích cấu sẽ làm tốn kém kinh tế đầu tư sẽ là nguyên đẩy giá thành sản phẩm cao nên khó tiêu thụ sản phẩm đây cũng là vấn đề cần được quan tâm. Phần 3: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BỘT NHẸ 1. QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ 1.1. Sơ đồ qui trình công nghệ Trên cơ sở lý thuyết đã được phân tích như trên chúng ta đưa ra sơ đồ khối qui trình sơ đồ công nghệ sản xuất bột nhẹ năng suất 2 tấn/ngày như sau 1.2. Thuyết minh qui trình công nghệ Năng suất nhà máy là 2000 kg/ngày, làm việc liên tục 24h mỗi ngày Đá vôi được vận chuyển từ nơi sản xuất, khi đó đá vôi đã được xử lý thô về kích thước và hình dáng, sẽ được vận chuyển về nhà máy bằng các phuơng tiện thích hợp, và được lưu trữ trong nhà kho, lượng đá vôi được lưu trữ là bao nhiêu tùy thuộc vào qui mô sản xuất của nhà máy. Từ nhà kho đá vôi sẽ được nhập liệu cho lò nung vôi bằng gầu tải 1 với tỉ lệ giữa đá vôi và than là 9:1. Trước khi nhập liệu cho lò nung, người ta sẽ mồi lửa trong lò nung với một lượng vôi và than đã được xếp sẵn trong lò nung theo một tỉ lệ 1/3 so với chiều cao lò. Lò nung đạt được nhiệt độ thích hợp khoảng 700 oC thì tiến hành nhập liệu. Lò nung hoạt động theo chế độ liên tục vì khói thải của lò nung được sử dụng cho phản ứng tạo bột nhẹ. Sản phẩm của lò nung là vôi sống, khi sản phẩm ra khỏi lò sẽ được vận chuyển bằng băng tải vào thiết bị thổi khí nhằm làm sạch lớp tro của than bám lên trên bề mặt của vôi trước khi tiếp tục đi vào bồn chứa 1 bằng gầu tải 2. Khói thải của lò nung sẽ dẫn qua thiết bị làm nguội và làm sạch tro, bụi cơ học, sau đó được chia thành 2 dòng, dòng 1 tiếp tục làm nguội thấp đến nhiệt độ khoảng 25 oC đến 40 oC có thể bằng nuớc hoặc bằng cách đối lưu nhiệt tự nhiên. Dòng 2 sẽ được làm sạch và được giữ ở mức nhiệt độ cao để sử dụng nhiệt cho thiết bị sấy phun. Vôi sống ở bồn chứa 1, và nước được vận chuyển đến thiết bị khuấy trộn 1 bằng gầu tải 3 và bằng bơm, sản phẩm sau khi ra bồn khuấy 1 sẽ được đưa vào các bồn lắng nhằm 2 mục đích là loại bỏ được các tạp chất cơ học không tan trong nước hoặc đá vôi chưa chín, đồng thời là quá trình làm nguội sản phẩm bằng không khí, sau đó sản phẩm từ bồn lắng sẽ được vận chuyển vào bồn khuấy 2 cùng vời lượng nước thích hợp, lần này nhằm làm giảm nhiệt độ sản phẩm, đồng thời pha loãng nồng độ sản phẩm, sau đó sản phẩm sẽ được đưa đến bồn chứa 2 và gọi là vôi tôi. Vôi tôi được vận chuyển đến thiết bị phản ứng tháp phun, khói thải chứa CO2 được nạp vào tháp ở phía đáy, sản phẩm thu được sẽ được đưa vào các bể lắng với mục đích nhằm loại bỏ bớt nước, huyền phù thu được sẽ được bơm vận chuyển vào thiết bị sấy phun, nhiệt độ sấy của thiết bị lấy từ khói thải lò nung vôi, Sản phẩm sau khi sấy sẽ được đưa vào bồn chứa 3. Là sản phẩm cuối cùng của qui trình sản xuất. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ I. LÒ NUNG VÔI 1. GIÓI THIỆU 1.1. Các loại lò nung vôi Trong nhân dân các lò thủ công các lò thủ công thường được đắp bằng đất hoặc xây bằng gạch thường và người ta nung theo phương pháp gián đoạn từng mẻ. Làm như vậy tất nhiên hiệu suất và chất lượng không cao, song bù lại là tiện lợi và phù hợp vói việc sử dụng cho xây dựng tại chỗ. Trong công nghiệp người ta sử dụng lò xây bằng gạch chịu lửa và công nghệ nung liên tục. 1.2. Hình dáng cấu tạo lò nung vôi công nghiệp Chú thích: 1: Nguyên liệu ban đầu 2: Gầu tải nhập liệu 3: Cổng nhập liệu 4: Vôi trong lò nung 5: Cổng tháo vôi trong lò nung 8 6: Cửa lấy sản phẩm ra ngoài 7: Cửa thoát khói lò nung 1.3. Nguyên lý hoạt động của lò nung Đá vôi nguyên liệu với kích thước từ 60 đến 200 mm, sau đó được trộn với than cốc (kích thước hạt cỡ 30 đến 70 mm) với tỉ lệ khoảng 9:1 và được đưa vào lò theo cửa nạp nguyên liệu 2 qua thiết bị cửa 3. Khi than cháy hết, nhiệt độ của lò có thể lên tới 1200 oC. Thời gian chuyển dịch của đá trong lò được tính toán theo kích thước lò và bản chất của nguyên nhiên liệu sao cho đủ để chín vôi. Nghĩa là toàn bộ khối đá carbonat đã được phân hủy tạo thành canxi oxyt. Vôi sống được lấy ra liên tục ở cửa 5 có nhiệt độ khoảng 300 oC, nhờ có sự làm nguội của không khí. Không khí vào lò theo cửa 8 được trao đổi nhiệt với sản phẩm vôi sống trước khi ra lò và tại các tầng cuối của lò. Thông thường trong các lò công nghiệp, 80% lượng nhiệt được sử dụng cho quá trình phân hủy carbonat. 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm Phụ thuộc vào hai yếu tố chính là chất lượng đá vôi nguyên liệu và hiệu quả làm việc của lò. 1. THIẾT KẾ LÒ NUNG VÔI 2.1. Nguyên liệu 2.1.1. Thành phần ban đầu Số liệu dựa trên mỏ đá Thanh Nghị Thành phần đá vôi Hàm lượng (%) CaCO3 90.24 MgCO3 0.52 SiO2 + các hợp chất không tan trong HCl 0.98 Al2O3 và Fe2O3 0.24 H2O 8.26 Số liệu dựa trên chất lượng than thương phẩm Mạo Khê, loại than cục 2MK, lấy ở mức độ trung bình Thành phần than thương phẩm Hàm lượng (%) C 84,3 S 0,7 Tro 10 Nước 5 Hiệu suất lò nung vôi 90 % Hiệu suất nhiệt lượng sử dụng của lò 80 % Độ cháy của C thành CO2 97,4 % Độ cháy của C thành CO 1,5 % Hiệu suất than sử dụng cho lò nung 90 % Hiệu suất không khí sử dụng 90 % Độ ẩm tương đối của không khí (tại tp. HCM đo tại phòng thí nghiệm Quá Trình & Thiết Bị) 69,4 % Nhiệt độ không khí vào 25 oC – 30 oC Nhiệt độ không khí ra 800 oC – 900 oC Nhiệt độ vôi tháo ra khỏi lò 300 oC Nhiệt độ đá vôi vào lò 25 oC Nhiệt độ của than vào lò 25 oC Thành phần không khí vào lò Oxi 20 % Nitơ và khí trơ 80 % Năng suất vôi nhập liệu 3636 kg/ngày 2.2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG CHO LÒ NUNG 2.2.1. Phương trình cân bằng năng lượng a. Tính toán tổng lượng nhiệt thu vào Tính lượng than nhập liệu cho 1 ngày Lò nung làm việc ổn định ở nhiệt độ khoảng 850 oC đến 1200 oC, trong khoảng nhiệt độ này xem như enthanpy của các phản ứng hóa học thay đổi không đáng kể. Entanpy của phản ứng được tính theo công thức Cp CO2 = 10,55+2,16.10-3.T-2,04.140-5.T-2 cal/(K.mol) Cp CaO = 11,67 + 1,08.10-3.T – 1,56.10-5.T-2 cal/(K.mol) Cp CaCO3 = 24,98 + 5,24.10-3.T – 6,20.10-5.T-2 cal/(K.mol) ΔCp = Cp CO2 + Cp CaO - Cp CaCO3 Xem phản ứng xảy ra bắt đầu ở nhiệt độ 850 oC ΔH1123 = -40,252 Kcal/mol Như vậy để nung vôi chín chiếm 90 %, với khối lượng vôi phân hủy là Kg = 32724 mol Lượng nhiệt cần cung cấp là cho vôi phân hủy là 32724.40,252 = 1,32.106 Kcal (1) Lượng nhiệt cần cung cấp cho phản ứng Xem entanpy thay đổi không đáng kể Lượng nhiệt cần cung cấp cho MgCO3 (2) Lượng nhiệt cần cung cấp để làm bay hơi nước lúc đầu khi mồi lò nung, vì sau khi lò nung hoạt động ổn định thì, hầu như lượng nước bay hơi do nhiệt độ khói lò của lò nung cung cấp nên chúng ta chỉ tính cho giai đoạn đầu. -10,519 Kcal/mol Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá chuyển hóa trên là Quá trình chuyển nước dạng lỏng sang dạng hơi cần tốn Kcal (3) Để phân hủy nước thành H2 và O2 cần cung cấp nhiệt độ cao trên 2000 oC, do vậy ở nhiệt độ lò nung nước không bị phân hủy. Giả sử bỏ qua các phản ứng phụ khác xảy ra trong lò được bỏ qua như Ngoài ra Al2O3 thì do nhiệt độ nóng chảy đến 2054 oC do vậy nó được xem như là trơ trong lò nung. Fe2O3 có nhiệt độ nóng chảy là 1565 oC, nên nó được xem là chất trơ trong lò nung nếu như chúng ta cho là không xảy ra các phản ứng khử giữ oxyt sắt với H, C, CO.. SiO2 có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 1650 oC do vậy nó được xem như là một khí trơ trong lò nung. Vậy tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho các phản ứng xảy ra ở trên (1),(2),(3) ta có Q tổng = 1,32.106 + 5.984 + 194496,31 = 1527686,758 Kcal = 6323695 Kj Do hiệu suất nhiệt lượng dùng trong lò nung là 80 % nên lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho lò nung là Q thu +tổn thất = Kj (I) b. Tính toán tổng lượng nhiệt tỏa ra Dựa vào tổng lượng nhiệt thu, chúng ta xác định lượng than cần tiêu thụ theo phương trình cân bằng nhiệt Q tỏa = Q thu + Q tổn thất Phần lớn nhiệt lượng tỏa ra do C cháy C (r) + O2 (k) = CO2 (k) + 94,052 Kcal/mol (4) C (r) + O2 (k) = CO (k) + 26,416 Kcal/mol (5) S (r) + O2 (k) = SO2 (k) + 70,96 Kcal/mol (6) 2CO + O2 = 2CO2 + 135.276 kcal/mol (7) Các phản ứng phụ khác xem như được bỏ qua (không đàng kể) Giả sử dùng 1 Kg than nguyên liệu Khối lượng C chiếm 0.843 (Kg) Khối lượng S chiếm 0.007 (Kg) Khối lượng C tham gia phản ứng (4) Kg Lượng nhiệt sinh ra cho phản ứng này là Kcal Khối lượng C tham gia phản ứng (5) Kg Lượng nhiệt sinh ra cho phản ứng này là Kcal Lượng nhiệt sinh ra do phản ứng (7) Kcal Lượng nhiệt sinh ra ở phản ứng (6) Kcal Vậy tổng lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 1 Kg than Q = 6435 + 27,85 + 142,6 + 15,52 = 6620,97 Kcal = 27587,375 Kj Q tỏa = 27587,375 Kj (II) c. Tính toán năng suất của không khí nhập liệu cho lò nung Tính cho 1 Kg than Từ các phản ứng (4),(5),(6),(7) ta tính lượng O2 cần thiết Lượng O2 cho phản ứng (4) Kg Lượng O2 cho phản ứng (5) Kg Lượng O2 cho phản ứng (6) Kg Lượng O2 cho phản ứng (7) Kg Tổng lượng O2 cung cấp cho lò nung = 2,189 + 0,0169 + 0,007 + 0,0169 = 2,2298 Kg Năng suất không khí cần cung cấp cho lò nung ứng với 1 Kg than sử dụng Kg Từ (I),(II) ta tính được lượng than cần cung cấp cho lò nung là G than = Kg Do hiệu suất sử dụng than chiếm 90 % nên lượng than cần cung cấp là Kg Lượng không khí cần cung cấp cho lò nung ứng với 320 Kg than là Kg Do hiệu suất không khí sử dụng hiệu quả chiếm 90 % nên lượng không khí cần thiết là Kg Lượng CO2 sinh ra do than cháy ứng với 1 Kg than G = 3,05638 Kg/ngày Kết luận: Năng suất than nhập liệu của than G than = 320 Kg/ngày Năng suất không khí nhập liệu G k = 3964,088 Kg/ngày Lượng nhiệt đã sử dụng cho lò Q = 7904618,75 Kj Tổng lượng CO2 sinh ra do khi 287 Kg than cháy G = 877,181 Kg/ngày 2.2. 2. Phương trình cân bằng vật chất cho lò nung Kcal/mol Để đảm bảo năng suất bột nhẹ là 2 tấn/ngày thì lượng đá vôi cần là 3.636 m3/ngày đã được tính ở phần chỉ tiêu tiêu hao đá. Nguyên liệu đá vôi cần nhập liệu là trong 1 ngày Kg Hiệu suất nung của lò được xem là 90 %, Khi nung lượng đá vôi bị phân hủy là Kg Lượng đá vôi không bị phân hủy là 3636 – 3272,4 = 363,3 Kg Lượng CaO sinh ra là Kg Lượng CO2 sinh ra do đá vôi phân hủy là 3272,4 – 1832,544 = 1439,856 Kg Lượng MgCO3 trong khối lượng nguyên liệu ban đầu Kg Lượng SiO2 và các hợp chất không tan trong HCl có trong nguyên liệu ban đầu Kg Lượng Al2O3 + Fe2O3 có trong nguyên liệu là Kg Lượng H2O có trong nguyên liệu là Kg Giả sử MgCO3 phân hủy hoàn toàn theo phản ứng Lượng CO2 sinh ra do MgCO3 phân hủy là Kg Kết luận: Năng suất đá vôi nhập liệu G đá = 3,636 m3/ngày Năng suất CaO thu được G vôi sống = 1832,544 Kg/ngày Năng suất khí CO2 thoát ra do nung vôi G = 1449,836 Kg/ngày Nhận xét: Từ cân bằng năng lượng và cân bằng vật chất cho lò nung ta thấy Kg/ngày Xem các khí khác thoát ra cùng với khói lò không đáng kể Tổng năng suất khói thải ra khỏi lò nung G khói thải = Kg/ngày Tỉ lệ CO2 chứa trong khói thải của lò nung là Bàn luận: Do hạn chế thời gian làm đồ án nên chỉ tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng, chưa đi vào thiết kế chi tiết lò nung như chiều cao và đường kính, hệ số an toàn cho lò nung, chiều cao của các đoạn làm nguội, nung, sấy nguyên liệu vào, của tháp, trên cơ sở đó sẽ tính toán được nhiệt độ khói lò nung, nhiệt độ vôi ra khỏi lò. Do vậy trong đồ án này các giá trị hiệu suất được chọn trên phương diện kỹ thuật lò nung, các thông số khác được chọn dựa theo số liệu theo sách vở, số liệu đây chỉ phù hợp cho thiết kế qui mô nhỏ dạng pilot làm thử, từ đó có những đánh giá nhận xét, và các số liệu nhận được sẽ khách quan hơn. II. THIẾT BỊ HÒA TAN CaO 1. GIỚI THIỆU Bồn khuấy trộn làm việc liên tục vì quá trình liên tục sẽ dễ dàng điều khiển tự động hóa, thời gian khuấy để đạt cùng yêu cầu công nghệ nhỏ hơn so với quá trình gián đoạn, năng lượng tiêu hao riêng nhỏ hơn và kích thước thiết bị nhỏ gọn hơn nếu cùng năng suất hoặc năng suất lớn hơn nếu cùng kích thước. 1.1. Hình dáng và cấu tạo bồn khuấy Chú thích 1: Cổng nhập liệu của dòng lỏng 2: Cổng nhập liệu của vôi sống 3: Cổng tháo chất rắn không tan 4: Cổng tháo dung dịch vôi tôi 5: Trục khuấy 6: Động cơ quay trục khuấy 7: Cổng thoát khí 8: Bộ phận đỡ động cơ 1.2. Nguyên tắt hoạt động Nguyên liệu là vôi sống được đưa vào bồn khuấy bằng gầu tải theo cổng nhập liệu số 2, nước được nhập liệu bằng bơm bởi cổng số 1, được cánh khuấy 5 khuấy trộn sau đó sản phẩm được tháo ra tại cổng 4, sản phảm đáy gồm những hợp chất khó tan tháo ra ở cổng 3 theo định kỳ, thiết bị làm việc liên tục, sản phẩm sẽ đưa xuống bể lắng, tại đây các hợp chất không tan và một phần đá vôi chưa chín sẽ được thải bỏ, sản phẩm dạng huyền phù sẽ được chảy tự động qua bể lắng khác, nhằm mục đích làm nguội sản phẩm bằng môi trường ngoài, và được cung cấp thêm nước, sau đó toàn bộ sản phẩm ở bể được bơm vào bồn khuấy thứ 2, tại đây sản phẩm sẽ được pha loãng thêm nước để hạ nhiệt độ sản phẩm, đồng thời tăng khả năng hòa tan của vôi sống trong nước, sản phẩm được đưa xuống bể và được bơm vào bể chứa sản phẩm. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng Chủ yếu là nhiệt độ tỏa ra trong quá trình hòa tan vôi sống sẽ làm hạn chế vôi tan trong nước, do đó cần cung cấp một lượng nước phù hợp cho quá trình hòa tan, chế độ khuấy trộn cũng ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán cấu tử trong quá trình hòa tan. Thời gian khuấy trộn thông thường tối thiểu 2 h để vôi sống có khả năng trương lên khi thấm nước. Nhập liệu liên tục với lượng phù hợp, lượng nước đủ để hòa tan vôi sống trong thời gian khuấy trộn. 2. THIẾT KẾ BỒN KHUẤY TRỘN 2.1. Nguyên liệu 2.1.2. Thành phần nhập liệu Vôi sống dạng bột CaO H2O sạch ít nhiễm các ion kim loại nặng 2.1.3. Thông số trạng thái Nhiệt độ nước vào thiết bị 25oC Nhiệt độ nước ra thiết khỏi thiết bị 50 oC Giả sử tổn thất nhiệt qua thành thiết bị là 0 Hiệu suất phản ứng hòa tan của CaO 80% Khối lượng riêng của nước 997,08 kg/m3 Nhiệt dung riêng của nước trong khoảng nhiệt độ (25 oC – 70 oC) 4,174 Kj/(Kg.oK) 2.2. Cân bằng vật chất & năng lượng cho thiết bị Để sản xuất 2 tấn/ngày sản phẩm bột nhẹ, cần 76,34 Kg/h CaO Phản ứng xảy ra khi hòa tan CaO trong nước CaO + H2O --> Ca(OH)2 Giả sử enthanpy của dung dịch thay đổi không đáng kể trong khoảng từ 25 oC đến 100 oC thì enthanpy của phản ứng trên là 15.6 kcal/mol,lượng nhiệt tỏa ra tương ứng với 76,34 Kg CaO trong 1 h là Kcal = 88616 Kj Theo phương trình cân bằng năng lượng Qt = Qn + Qm Kw Qt : tổng lượng nhiệt tỏa Qn : tổng lượng nhiệt nước hấp thụ Qm : nhiệt tổn thất do truyền qua thành thiết bị phản ứng. Do bỏ qua nhiệt tổn thất qua thành của thiết bị phản ứng thì lượng nước cần cung cấp cho thiết bị hòa tan vôi tối thiểu trong 1h được xác định theo công thức Qt = Gn . Cn . (tc – td) Kj Gn : năng suất nhập liệu của nước trong Kg/h tc , td : nhiệt độ đầu vào và ra của nước, oC Cn : nhiệt dung riêng của nước, Kj/(Kg.oK) Kg/h Năng suất nhập liệu tương ứng là 0,8517 m3/h Gn : đây là nước cần cấp để giải nhiệt cho thiết bị Lượng nước cần cung cấp cho phản ứng tối thiểu theo phương trình phản ứng là 19,63 kg/h Năng suất nước nhập liệu 0,0197 m3/h Nồng độ của Ca(OH)2 mol/l Khối lượng hỗn hợp sản phẩm thu được trong 1h kg Khối lượng riêng của dung dịch Ca(OH)2 Trong đó X1, X2 là nồng độ phần khối lượng các cấu tử có trong hỗn hợp kg/m3 kg/m3 Trong đó X1, X2 là % khối lượng các cấu tử có trong hỗn hợp Năng suất sản phẩm là 88,82 m3/h 2.3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 2.3.1. Các thông số của thiết bị bồn khuấy Thể tích nước chứa trong bồn khuấy trộn nhằm tạo không gian khuấy trộn cho quá trình hòa tan được thuận lợi, đồng thời lượng vôi nhập liệu được xem là đạt tiêu chuẩn về độ chín của vôi, lượng nước trong bồn khuấy trộn lớn sẽ làm cho thời gian lưu trong thiết bị lâu đủ thời gian để đá vôi tan ra. Các thông số được chọn dựa trên kinh nghiệm thực tế Φ đuờng kính thân bồn khuấy 1000 mm Φ đuờng kính ống nhập liệu và tháo liệu (nước) 160 mm H1 chiều cao thân trụ 1400 mm H2 chiều cao thân nón 400 mm Hệ số làm đầy φ 0,63 Như vậy V hình nón cụt = .. H2 . (R2 +R . r + r2 ) m3 V hình trụ = p. Φ2.H1 = . 3,14.12.1,4 = 1,26 m3 V bồn khuấy = 0,124 + 1,26 = 1,384 m3 Thể tích (V) nước chứa trong bồn khuấy là 0,87 m3 2.3.2. Cánh khuấy Do dung dịch khuấy dạng huyền phù nên cánh khuấy được chọn là cánh khuấy mỏ neo Φ: đường kính trục khuấy 100 mm Φ: đường kính cơ cấu khuấy 800 mm n: số vòng/s 0,3 – 0,97 N: công suất của động cơ 0,01 – 1,43, Kw (Số liệu được lấy dựa theo bảng 2.4 sách “Các Máy Khuấy Trộn Trong Công Nghiệp – Nguyễn Minh Tuyển, trang 44) Kết luận Vậy năng suất dòng nhập liệu của CaO là 76,34 Kg/h Lượng CaO phản ứng cần thiết là 61,08 kg/h Năng suất nhập liệu của nước là 0,8714 m3/h Năng suất dòng sản phẩm là 88,82 m3/h Loại cánh khuấy mỏ neo Thể tích nước bồn khuấy 1,384 m3 Thể tích nước chứa trong bồn 0,87 m3 Bàn luận Việc tính toán thiết kế thiết bị dựa trên cở sở của các quá trình truyền nhiệt, truyền khối, các thông số được chọn mang tính chất cơ sở lý thuyết và khả thi cho thiết bị cũng như phù hợp cho kỹ thuật phản ứng. III. THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÍ LÒ VÔI 1. GIỚI THIỆU Để làm sạch khói thải loại bỏ những tạp chất cơ học chúng ta có rất nhiều phương pháp như Làm sạch bằng phương pháp khô Làm sạch bằng phương pháp ướt Thiết bị lọc Do nhiệt độ khói thải cao, lại nhiễm bụi nên phương án tối ưu là làm sạch bằng phương pháp ướt 1.1. Hình dáng cấu tạo Chú thích 1: Cửa nhập liệu của khói thải 2: Cửa nhập liệu của nước 3: Của tháo nước nhiễm bẩn 4: Cửa thoát khí sạch 5: Mặt bích gắn bulong 1.2. Nguyên tắt hoạt động Khói lò sẽ được dẫn vào thiết bị làm nguội và đồng thời rửa bụi bằng tháp đệm nhằm làm giảm trở lực trong so với bồn sục nước, trở lực lớn nên chi phí năng lượng sẽ cao hơn, dung môi làm sạch khí là nước theo cổng 2, khí trơ đi ra ngoài theo cổng 4 được chia thành hai dòng (nhiệt độ của khí trơ lúc này vẫn còn cao), dòng 1 sẽ tiếp tục được làm nguội bằng nước hoặc làm nguội tự nhiên trên đường ống dẫn đến khi đạt nhiệt độ là khoảng 25 oC, sau đó được dẫn vào thiết bị phản ứng kết tủa với Ca(OH)2. Dòng 2 sẽ được quạt hút hút về thiết bị sấy để sấy khô sản phẩm bột nhẹ, nhiệt độ của dòng tác nhân sấy khoảng 150 oC đến 200 oC. Dòng nước thải trong quá trình xử lý sẽ được lọc bẩn và làm nguội để sử dụng lại. 2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÓI LÒ 2.1. Nguyên liệu 2.1.1. Thành phần nhập liệu Khói lò, nước 2.1.2 Thông số trạng thái Đầu vào Năng suất khói lò 6291,105 kg/ngày Nhiệt độ khói lò 900 oC Cpk không khí lấy gần đúng ỏ 900 oC 1,29 Kj/(Kg.K) Cpk không khí lấy gần đúng ỏ 300 oC 1,122 Kj/(Kg.K) Nhiệt độ nước 25 oC Cpn nước lấy gần đúng (ở nhiệt độ tính toán) là 4,174 Kj/(Kg.K) Lượng khí CO2 tổn thất khi làm sạch 5% Đầu ra - sử dụng cho thiết bị sấy 300 oC - sử dụng cho thiết bị phản ứng 25 oC 2.2. Cân bằng vật chất và năng lượng Q khói tỏa = Q nước nhận Q khói tỏa = G khói lò.Cpk.(t vào – t ra) = 6291,105 . 1,29 . (900 – 300) = 4869315,27 Kj/ngày Q nước nhận = Gn . Cpn . (t ra – t vào) Kg/ngày - Tính toán dòng khí cho phản ứng kết tủa lượng CO2 cần là 960 Kg/ngày Nhiệt độ khói lò cần giảm đến 25 oC để sử dụng cho thiết bị kết tủa. Lượng nước cần dùng Q khói tỏa = G khói lò.Cpk.(t vào – t ra) = 2594,59 . 1,122 . (300 – 25) = 800560,7445 Kj/ng Q nước nhận = Gn . Cpn . (t ra – t vào) Kg/ngày Tính lượng CO2 còn lại trong khói thải sau khi qua thiết bị làm sạch khí Lượng CO2 tổn thất kg/ngày Năng suất khói thải CO2 khi ra khỏi thiết bị làm nguội khí kg/ngày kg/ngày Tỉ lệ CO2 trong khói thải Bàn luận : Người ta có 2 cách trong việc làm giảm nhiệt độ khói lò nung Một là làm nguội bằng không khí, tức là dẫn khí trong ống cho tỏa nhiệt ra môi trường, các ống dẫn khí thiết kế là những ống cong để tăng bề mặt truyền nhiệt tự nhiên cho đến nhiệt độ đạt yêu cầu, phương pháp này có rất nhiều ưu điểm như chi phí năng lượng thấp trong việc xử lý làm nguội khói lò bằng phương pháp cưỡng bức. Hai là làm nguội bằng nước, phương pháp này nhanh hơn nhưng chi phí năng lượng cao hơn, lượng nước sử dụng lớn. Tuy nhiên trong bài toán này do khói lò có tạp chất cơ học nên để đảm bảo độ tinh khiết sản phẩm nên chọn phương án hai. Lượng nước sử dụng cho thiết bị này là Gn = 16251,873 kg/ngày. Nhiệt độ khói lò sử dụng cho thiết bị phản ứng tạo bột nhẹ là 25 oC Nhiệt độ khói lò sử dụng cho thiết bị sấy không khí là 300 oC IV. THIẾT BỊ SẤY PHUN 1. GIỚI THIỆU 1.1. Hình dáng, cấu tạo Chú thích 1 : Dòng khí nòng 2 : Thiết bị phun huyền phù 3 : Cửa thoát khí ẩm 4 : Của tháo sản phẩm bột khô 1.2. Nguyên tắt hoạt động Dụng dịch chứa CaCO3 dạng huyền phù được bơm hút phun thành những giọt có kích thước nhỏ trong thiết bị từ trên cao, dòng khí nóng vào thiết bị từ cửa 1 hướng dưới lên, khi hai pha tiếp xúc nhau, lượng ẩm sẽ bị bốc hơi thoát ra ngoài theo cửa 3, sản phẩm khô sẽ rớt xuống đáy và được tháo ra ngoài theo cửa 4, có thể được tháo ra ngoài nhờ vít tải... 2. TÍNH TOÁN BUỒNG SẤY 2.1. Nguyên liệu Bột nhẹ dạng huyền phù Khí nóng từ khói lò nung 2.2. Thông số trạng thái Độ ẩm bột nhẹ ban đầu ω1 37 % - 47 % Nhiệt độ tác nhân sấy 200 oC Nhiệt độ ra khỏi buồng sấy 100 oC Độ ẩm sản phẩm ω2 10,53 % - 12,87 % Năng suất tính theo vật liệu khô G1 90,09 kg/h Thông số không khí ngoài trời Nhiệt độ 25 oC – 30 oC Độ ẩm 69,4 % Enthanpy của không khí Io 58,3 Kj/Kg kk Độ chứa hơi do 0,0135 Kj ẩm/Kg kk Nhiệt dung riêng của không khí 200 oC Cp 1,026 Kj/Kg K Kết cấu tạo sương dưới áp suất 60 at, hệ số lưu lượng vòi phun μ 0,6 Giả sử tổn thất nhiệt trong quá trình sấy Δ -96,296 Kj/kg ẩm Khối lượng riêng của dung dịch huyền phù 2830 Kg/m3 Giá trị cường độ bốc hơi A (8 – 12) kg/m3.h Thời gian sấy điều kiện tối ưu t 7 phút Năng suất sản phẩm 2000 kg/ngày 2.3. Cân bằng vật chất & năng lượng Lưu lượng dịch thể đưa vào buồng sấy Kg/h G1 : năng suất sản phẩm G2 : năng suất nhập liệu (dạng huyền phù) Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h W = G – G1 = 136,047 – 90,9 = 45,147 kg Tính toán quá trình sấy thực Giá trị I1 được xác định theo giả tích như sau I1 = 1,004 t1 + d1(2500 + 1,842 t1) = 1,004. 200 + 0,0135.(2500 + 1,842 . 200) = 239,523 kj/kg kk Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy thực d2 = d1 + = 0,0135 + = 0,050 Kj ẩm/kg kk I2 = 1,004 t2 + d2(2500 + 1,842 t2) = 1,004.100 + 0,05.(2500 + 1,842.100) = 234,61 kj/kg kk Lượng không khí thực tế cần thiết l = = = 27,397 kg kk/kj ẩm L = W.l = 27,397 . 45,147 = 1236,89 kg kk/h Đường kính tiết diện ra của vòi phun = 1,7. 10-5 m3/s = 6,69. 10-3 m = 6,69 mm Thể tích buồng sấy xác định theo công thức V = m3 Chọn thể tích chế tạo thiết bị là 1 m3 Chọn đường kính thiết bị D = 0,8 m Chiều cao thiết bị là H = m Vậy chọn thiết bị chiều cao tương ứng là 2 m Tổng nhiệt lượng tiêu hao Q = L.(I1 – Io) = 1236,89 . (239,523 – 58,3) = 224152,92 kj/h V. THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Hình dáng cấu tạo Chú thích 1: dòng khí 2: dòng lỏng 3: dung dịch 4: khí trơ 5: cửa sữa chữa 6: thiết bị phân phối lỏng 7: mặt bích gắn bulong 1.2. Nguyên lý hoạt động Khói lò được dẫn vào thiết bị theo cửa số 1, dung môi là vôi tôi được nhập liệu qua cửa số 2, hai pha tiếp xúc nhau trên bề mặt riêng của lớp đệm và xảy ra phản ứng, sản phẩm dạng huyền phù được tháo ra ngoài theo cổng 3, sau đó được đưa qua các bể lắng để tách bớt nước trước khi chúng được phun vào máy sấy, khí trơ trong khói thải được thoát ra ngoài theo cửa số 4 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 2.1. Nguyên liệu Khí CO2, sữa vôi dùng dư 20% 2.2. Thông số trạng thái nhập liệu Nhiệt độ dòng khí 25 oC Nhiệt độ dòng lỏng 25 oC Năng suất sản phẩm thu được trong mỗi giờ 90.9 kg/h Năng suất nhập liệu của Ca(OH)2 là 80,72 kg/h Năng suất nhập liệu của dd Ca(OH)2 88,82 m3/h Khối lượng riêng của Ca(OH)2(r) ở 25 oC 2211 kg/m3 Khối lượng riêng của dung dịch Ca(OH)2 10,47 kg/m3 Khối lượng riêng của nước ở 25 oC 997,08 kg/m3 Năng suất nhập liệu của CO2 , 38,39 kg/h Năng suất của khói thải nhập liệu là 103,77 kg/h Bề mặt riêng của lớp đệm σ 55-750 m2/m3 Hệ số khuếch tán của CO2 trong nước 0.1387 . 10-4 m2/s Khối lượng riêng của khói lò ở 25 oC, ρ 1,295 kg/m3 Độ nhớt động lực học của khói lò ở 25 oC, µ 15,8.10-6 N.s/m2 Độ nhớt động học của khói lò ở 25 oC, v 12,2.10-6 m2/s Bề mặt riêng của đệm, σ 700 m2/m3 Đường kính tương đương de, 0,005 m 2.3. Cân bằng vật chất và năng lượng 2.3.1. Tính toán đường kính tháp đệm năng suất nhập liệu của dòng khí m3/h Giá trị Re của dòng khí Trong đó Mặt khác Trong đó là vận tốc dòng khí chảy trong ống m/s Đường kính thiết bị m Vậy chọn giá trị đường kính tháp là m 2.3.2. Tính chiều cao tháp đệm Xác định hệ số cấp khối của CO2 Ta có Mặt khác Do phản ứng một chiều nên nồng độ cân bằng , mol/m3.s Dựa vào phương trình cân bằng vật chất trong thiết bị ta có phương trình sau Trong đó V: thể tích hỗn hợp phản ứng trong tháp : độ chuyển hóa của CO2 và xem như chuyển hóa hoàn toàn nên : năng suất nhập liệu của CO2 trong 1 h (mol/s) m3 Thể tích tự do của lớp đệm m3/m3 Thể tích của thiết bị m3 Chiều cao thiết bị Trong đó H: chiều cao cột đệm A: tiết diện ngang của thiết bị m Chiều cao làm việc của tháp là 4,5 m, Chọn toàn bộ chiều cao tháp là 6 m. Kết luận Chiều cao cột đệm 4,5 m Chiều cao tháp đệm 5,2 m Đường kính thiết bị 0,8 m 2 đáy của tháp dạng hình nón cụt 2.3.3. Tính bền cho thiết bị 2.3.3.1. Chọn vật liệu chế tạo Môi trường làm việc có độ bazơ mạnh, làm việc ở nhiệt độ, áp suất thường. Do vậy vật liệu phải có tính chồng ăn mòn với môi trường kiềm. Nên vật liệu chế tạo là gang chịu kiềm, kí hiệu là G.K Gang này được chế tạo bằng cách cho vào gang xám một ít chất trợ dung ta sẽ có gang chịu kiềm. Bảng: Thành phần hóa học của gang chịu kiềm Thành phần hóa học Mã hiệu gang G.K-1 G.K-2 C tổng 3,2 ÷ 3,6 3,2 ÷ 3,6 C liên kết 0,5 ÷ 0,8 0,5 ÷ 0,8 Si 1,2 ÷ 1,5 1,5 ÷ 2,0 Mn 0,5 ÷ 0,8 0,4 ÷ 0,8 P 0,2 ÷ 0,3 0,3 S bé hơn 0,1 0,1 Cr 0,6 ÷ 0,8 0,4 ÷ 0,6 Ni 0,8 ÷ 1,0 0,35 ÷ 0,5 Cơ tính Độ võng, mm ; đối với mẫu dài L=600 mm 8 ÷ 9 8 ÷ 9 σB, N/mm2 320 ÷ 380 320 ÷ 380 Độ cứng HB 200 ÷ 320 210 ÷ 260 2.3.3.2. Tính bền cho thân thiết bị Thân thiết bị là thân trụ hàn, làm việc với áp suất thường. Chọn tốc độ ăn mòn của thiết bị C = 0,75 mm/năm. Trong đó có sử dụng các biện pháp chống ăn mòn đơn lẻ như, bên trong và bên ngoài thân thiết bị được sơn một lớp sơn chống ăn mòn với môi trường làm việc. Giả sử thời gian sử dụng thiết bị là 10 năm. Thì bề dày thiết bị bị ăn mòn là 7,5 mm. Như vậy thân thiết bị được chọn có bề dày là 13 mm. 2.3.3.3. Tính bền cho mối ghép bích Do thiết bị làm việc áp suất thường nên việc tính bền cho thiết bị hết sức đơn giản. Loại bích dùng cho thiết bị là bích hàn phẳng. Các số liệu cho bích tra sổ tay như sau Bảng 14: các số liệu của mặt bích liền phẳng (tra trong sách SỔ TAY QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA CHẤT – tập 2, Bảng XIII, trang 421 ) đường kính trong của thiết bị 800 mm đường kính ngoài của thiết bị 819 mm đường kính ngoài của bích 1019 mm đường kính vòng của bulong 925 mm bu lông đặt cách thân thiết bị 50 mm đường kính bulong M30 số lượng bu lông 40 chiều dày của mặt bích 40 mm CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Chọn bơm Ứng với mỗi thiết bị ta có năng suất nhập liệu khác nhau, do đó tương ứng với mỗi năng suất đó chúng ta sẽ chọn lựa các loại máy bơm cho phù hợp, sao cho ở chế độ năng suất như thế máy bơm hoạt động tốt nhất và công suất tiêu thụ năng lượng của nó là thấp nhấp. Nếu nhập liệu là khí ta chọn quạt hút theo đúng năng suất tính toán, nếu nhập liệu là nước thì ứng với năng suất trong qui trình ta chọn máy bơm cho phù hợp. Chúng ta không cần tính toán, chỉ cần ra cửa hàng xem các catalog về máy bơm có trình bày đầy đủ về năng suất, công suất, tiêu hao năng lượng…. mà chọn theo nhu cầu của chúng ta. 2. Các thiết bị vận chuyển trong nhà máy Các thiết bị như gầu tải, băng tải để vận chuyển vật liệu, sản phẩm…, các xe tải đưa các sản phẩm đến nhà kho, các thiết bị nâng đỡ để hỗ trợ trong việc sản xuất 3. Các tiện nghi hỗ trợ sản xuất 3.1. Hệ thống đường ống dẫn Lựa chọn phù hợp với tiêu chuẩn, phù hợp với điều kiện chống ăn mòn ở điều kiện làm việc. Đường kính ống phải được tính toán và lựa chọn hợp lý để đảm bảo tính kinh tế của dự án, cách bố trí các đường ống sao cho dễ kiểm soát, dễ sữa chữa, dễ nhận biết lưu chất chảy trong ống bằng cách sơn màu đường ống để làm dấu. Lựa chọn các van trên đường ống cho phù hợp vừa bảo vệ được thiết bị, và đường ống dẫn. Đặt biệt cần quan tâm tính toán đến vấn đến vấn đề tổn thất áp suất trên đương ống, nhất là các đường ống dẫn hơi, dẫn nhiệt… 3.2. Dụng cụ đo và kiểm soát quá trình Ở mỗi thiết bị nếu đòi hỏi phải biết nhiệt độ, áp suất, lưu lượng… để làm thông số điều khiển cho hệ thống thì cần phải được tính toán để chọn dụng đo có khoảng đo phù hợp 3.3. Các nguồn cung cấp năng lượng cho nhà máy Tính toán năng lượng cần thiết cho nhà máy như năng lượng điện, nước, hơi để cung cấp cho nhà máy hoạt động, 3.4. Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy Tính toán xây dựng hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy hợp lý, như các đường cấp nước sạch sinh hoạt cho nhà máy, các đường cấp nước cho từng phân xưởng hoạt động của nhà máy, các đường nước thải của nhà máy và các đường thoát nước mưa, nước sinh hoạt của nhà máy phải riêng với đường dẫn nước thải của nhà máy để giảm chi phí xử lý nước thải của nhà máy PHẦN 4: TÍNH KINH TẾ CHO NHÀ MÁY 1. NGUỒN NHÂN LỰC CHO NHÀ MÁY 1.1. Công nhân trực tiếp làm tại phân xưởng cho nhà máy STT Loại công việc Tổng số công nhân 1 2 3 4 5 6 Phân xưởng lò nung Phân xưởng hòa tan CaO Phân xưởng xử lý khói lò nung Phân xưởng sản xuất bột nhẹ Phân xưởng sây bột nhẹ Phân xưởng đóng gói sản phẩm, dán nhãn 6 4 1 4 2 8 Phân xưởng lò nung: 2 công nhân làm việc tại cổng tháo sản phẩm, 2 công nhân đảm trách nhập liệu, 2 công nhân dảm trách việc kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm trong quá trình vận chuyển sản phẩm lên bồn chứa. Phân xưởng hòa tan CaO: 2 công nhân làm việc vận chuyển nguyên liệu, 1 công nhân giám soát nhập liệu, 1 công nhân giám soát tháo sản phẩm Phân xưởng xử lý khói lò nung: do qui trình khép kín nên tự động hóa nên chỉ cần 1 công nhân giám sát quá trình Phân xưởng sản xuất bột nhẹ: 2 công nhân chịu trách nhiệm khâu nhập liệu, 2 công nhân chịu trách nhiệm khâu sản phẩm Phân xưởng sấy bột nhẹ: 2 công nhân tham gia giám sát Phân xưởng đóng gói dán nhãn sản phẩm: 8 công nhân trong đó bao gồm cả công nhân vận hành máy và công nhân dán nhãn cho sản phẩm 1.2. Nguồn lao động gián tiếp trong nhà máy Giám đốc 1 người Thư kí 1 người Kế toán 2 người Kĩ sư 2 người Thủ quĩ 1 người Thủ kho 1 người Phòng vật tư 1 người Tài xế 1 người Bảo vệ 4 người Tạp vụ 2 người 1.3. Tiền lương cho nguồn lao động trong nhà máy Lương lao dộng trực tiếp 2,5 triệu/tháng Lương lao động gián tiếp bình quân 6 triệu/tháng Chi phí cho bảo hiểm, tiền thưởng, phúc lợi xã hội là 50 triệu/tháng Tổng chi phí = 2,5.25 + 8.16 + 50 = 240,5 triệu/tháng 2. VỐN DẦU TƯ 2.1. Vốn cho xây dựng nhà máy Bao gồm vốn xây đựng các phân xưởng, xây dựng các nhà hành chính, nhà kho, các bể lắng trọng lực… Giả sử là 1 tỉ đồng 2.2. Vốn đầu tư mua trang thiết bị Các trang thiết bị cần mua như Thiết bị chính: thiết bị hòa tan CaO, thiết bị làm sạch khói lò, thiết bị phản ứng tạo sản phẩm CaCO3, thiết bị sấy phun, thiết bị đóng gói sản phẩm, bồn chứa sản phẩm Thiết bị phụ: bơm nước, quạt hút, ống dẫn, các van khóa, các dụng cụ đo nhiệt độ và đo lưu lượng, thiết bị thổi khí làm sạch vôi chín, bulong, mặt bích, đệm.. Tổng chi phí cho vốn đầu tư giả sử là 2,5 tỉ đồng 2.3. Chi phí nguyên nhiên liệu, năng lượng cho nhà máy Chi phí mua than đốt cho lò nung, năng lượng điện để chạy các động cơ điện và sử dụng trong nhà máy, xăng cho quá trình vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm bằng phương tiện giao thông Giả sử chi phí cho một ngày là 300 triệu đồng 2.4. Các khoản chi phí khác trong 1 năm Lãi xuất ngân hàng với 1,6 % vốn vốn đầu tư gồm xây dựng và vật tư Tổng chi phí là = 1,6 %.3,5 (tỉ) = 56 triệu đồng/năm Là số tiền trả lãi ngân hàng hàng năm 3. GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 3.1. Tổng chi phí Chi phí trong một năm Tổng chi phí = chi phí vốn đầu tư trang thiết bị + chi phí xây dựng + chi phí nguyên nhiên liệu + chi phí lãi ngân hàng + chi phí lao động, phúc lợi, quảng cáo sản phẩm = 2,5 + 1 + 0,3 + 0,056 + (240,5.12 + 114) = 7,36 tỷ đồng Năng suất sản phẩm trong 1 năm G = 2000.365 = 730000 kg/năm 3.2. Tổng doanh thu Scp: tổng chi phí G: năng suất sản phẩm trong 1 năm Khấu hao chi phí trong 1 sản phẩm là nghìn đồng Giá bán sản phẩm là 12000 / kg sản phẩm Lợi nhuận khi bán được 1 sản phẩm = 12000 – 10083 = 1917 nghìn đồng Lợi nhuận trước thuế trong 1 năm = 730000.12000 - 7360000000 = 1,4 tỉ đồng Lợi nhuận sau thuế = 1,4 – 1,4.2% = 1,372 tỉ đồng/năm PHẦN 5 : XÂY DỰNG NHÀ MÁY Để xây dựng nhà máy thích hợp chúng ta cần lựa chọn địa điểm xây dựng trước khi tiến hành thiết kế tổng quan nhà máy. 1. LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 1.1. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng Xác định mục đầu tư Các tài liệu qui hoạch lãnh thổ, vùng kinh tế, bản đồ qui hoạch các khu công nghiệp tập trung của thành phố. Các dữ liệu điều tra cơ bản gồm Các tài liệu tự nhiên Tài liệu thủy văn địa chất ở địa phương Tài liệu kỹ thuật thi công xây dựng Khí hậu xây dựng Tài liệu kinh tế kĩ thuật Tài liệu kiến trúc đo thị văn hóa xã hội 1.2. Các yêu cầu đối với dịa điểm xây dựng Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng của nhà máy được chia thành 2 loại: 1.2.1. Các yêu cầu chung Về qui hoạch: Địa diểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp lãnh đạo có thẩm quyền phê duyệt, Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy với các nhà lân cận. Về các điều kiện tổ chức sản xuất: Địa điểm xây dựng cần thõa mãn các điều kiện sau: phải gắn với vùng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất, và gắn với nơi tiêu thụ sản phẩm của nhà máy, gắn các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như điện, nước như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. Điều kiện hạ tầng kĩ thuật: Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động liên tục của nhà máy, do vậy cần phải chú ý các yếu tố sau Phù hợp và vận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm: đường bộ, đường sắt , đường sông, đường biển kể cả đường không. Phù hợp và vận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lưới kĩ thuật. Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kĩ thuật trên phải xét đến khả năng xây dựng hiện tại và tương lai có khả thi không. Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm bớt chi phí giá thành đầu tư xây dựng của nhà máy, hạn chế tối đa vận chuyển vật tư từ xa đến. Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy sau này. Do vạy trong quá trình thiết kế cần xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp công nhân ở địa phương khác. 1.2.2. Các yêu cầu về kĩ thuật xây dựng Về địa hình: Khu đất 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 khu đất nếu không hợp lý sẽ gây 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. Do đó khu đất dược lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện thuận lợi 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 = (0,3 – 3) % để hạng chế tối đa cho kinh phí san lấp mặt bằng cũng như giảm chi phí năng lượng cho việc lưu thông các động cơ trong nhà máy Về địa chất: Khu đất được lựa chọn cần lưu ý các yêu cầu sau: không nămf trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định như hiện tượng động đất, xói mòn, 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… để giảm chi phí gia cố nền móng các hạng mục công trình có tải trọng lớn. Vị trí: cần cách xa khu dân cư ít nhất 1 km nếu nhà máy có nguồn độc hại, nhằm hạn chế gây ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng. Và cách ít nhất là 500 m nếu không có nguồn độc hại. Các yếu tố ảnh hưởng đến: 1.2.3. Qui hoạch địa điểm xây dựng Phải đảm bảo hành lang an toàn khi xây dựng, thông thường các đường giao thông luôn có lộ giới. Do vậy khi công ty gần đường giao thông, có một phần đất của công ty nằm trong phạm vi mốc ranh giới đường thì tuyệt đối không được xây dựng trên phần đất đó. Chọn hướng gió và hướng chiếu sáng sao cho phù hợp Việc chọn hướng gó hợp lý nhằm tạo điều kiện cho các chất độc của công ty được gió cuốn đi không gây ảnh hưởng đến hoạt động, sinh hoạt, sản xuất tại công ty đó. Khi xây dựng lò đốt cho công ty cần chọn xác định được hướng gió vào và ra khỏi công ty để xây dụng cho hợp lý. Hướng chiếu sáng cũng rất quan trọng, đối với nhà máy hóa chất các hóa chất dễ bay hơi nên cần giảm độ chiếu sáng trong nhà máy. Để giảm cường độ sáng các phân xưởng nên xây theo hướng Bắc –Nam là hướng mặt tiền hoặc sau lưng của phân xưởng. Hoặc xây dựng theo hướng sao cho phương chiếu sáng hợp với phân xưởng góc 45 o. Xây dưng nhà máy cũng cần quan tâm đến vần đề cảnh quan nhà máy vừa tạo được ấn tượng của nhà máy trong khu công nghiệp, vừa tạo được niềm tin ở khách hàng. Phù hợp với địa hình đất đai. Kiến trúc phải phù hợp với lô đất Tỉ lệ xây dựng hợp lý, đảm bảo tỉ lệ cây xanh, đường giao thông cho nhà máy 1.2.4. Các khối nhà chính trong nhà máy Khu sản xuất Kho bãi Khu động lực (trạm phát điện, nồi hơi, nhiên liệu….) Khu hành chính phục vụ sản xuất Khu xử lý nước cấp, chất thải của nhà máy Các điểm chú ý khi bố trí các khối nhà trong nhà máy Nếu qui mô không lớn thì nên kết hợp các nhà chức năng vào một khối nhà để giảm chi phí xây dựng. Bố trí giao thông hợp lý, không giao với khu vực đi lại của công nhân Cô lập các khu vực ô nhiễm, dễ cháy nổ (đặt ở cuối hướng gió, cuối khu nhà…) Tăng độ chiếu sáng tự nhiên của khôi nhà (bố trí hướng Nam –Băc, khoảng cách giữa ác lô nhà phải lớn hơn chiều cao nhà) Các phân xưởng phục vụ sản xuất phải đặt gần phân xưởng chính. Khu năng lượng phải đặt gần khu sản xuất để giảm tiêu hao khi vận chuyển, nhưng phải cách ly an toàn. Kho bãi phải bố trí thuận lợi cho việc giao thông Nhà vệ sinh không đặt quá xa nơi làm việc. 2. XÂY DỰNG NHÀ MÁY 1.1. Các yêu cầu khi xây dựng Việc chọn lựa phương pháp xây dựng nhà máy phụ thuộc rất nhiều đến qui trình công nghệ sản xuất trong nhà máy, khi chúng ta hiểu rõ được qui trình sản xuất chúng ta sẽ đưa ra phương án xây dựng nhà máy cho phù hợp 1.2. Các phương án xây dựng 1.2.1. Nhà một tầng Kết cấu đơn giản. Dễ bố trí thiết bị trong dây chuyền công nghệ. Chiếm nhiều diện tích đất. Sử dụng cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp có nhiều thiết bị nặng. 1.2.2. Nhà nhiều tầng: Cấu tạo phức tạp, không gian hẹp. Không tốn nhiều diện tích đất xây dựng. Dùng bố trí các dây chuyền sản xuất cần tận dụng chiều cao. 1.2.3. Phân xuởng lộ thiên: Kết cấu đơn giản, chi phí xây dựng thấp. Sử dụng khi cần lắp đặt thiết bị có kích thước lớn, dây chuyền cần có sự thông thoáng. Nhược điểm: việc bảo vệ thiết bị không bị tác động của môi trường là tốn kém. 1.2.4. Bố trí hành lang: Hành lang phải bố trí phù hợp với chiều giao thông. Đảm bảo chiều rộng để dễ di chuyển B ³ 1,4 m 1.2.5. Bố trí cầu thang: Cách bố trí: + Giữa nhà. + Hai đầu nhà. Phải có cầu thang thoát hiểm. Cầu thang phải được chiếu sáng (tỉ lệ chiếu sáng tự nhiên ³ 50%). 1.2.6. Bố trí cửa ra vào: Bề rộng cửa B ³ 0,8 m. Xưởng sản xuất phải bố trí ít nhất từ 2 cửa trở lên. Khoảng cách từ chỗ công nhân làm việc xa nhất đến vị trí cửa: + Khu nguy hiểm £ 40m. + Khu không nguy hiểm £ 100m. 1.2.7. Yêu cầu thông gió: Sử dụng phương pháp đối lưu tự nhiên (Bố trí hướng nhà). Sử dụng phương pháp nhân tạo (Dùng quạt). Yêu cầu thông gió phải đảm bảo giải tỏa nhiệt phát ra do sản xuất và con người. (Nếu Q ³ 24 Kcal/h sẽ gây nóng). Lưu ý: Giảm bụi và điều chỉnh độ ẩm trong không gian. + Làm việc (Độ ẩm thấp da bị khô, Độ ẩm cao da khó thoát mồ hôi). + Nếu môi trường có j > 80% và v > 2m/s thì công nhân được giảm giờ làm. 1.2.8. Yêu cầu chiếu sáng: Ưu tiên chiếu sáng tự nhiên: Bố trí hướng nhà (Hướng Bắc – Nam). Tăng diện tích cửa sổ. Sử dụng cửa mái, tôn sáng. Sử dụng các loại đèn có công suất nhiệt thấp. Bố trí đèn hợp lý, kết hợp chiếu sáng tự nhiên với chiếu sáng nhân tạo 1.2.9. Tiếng ồn: Tiếng ồn cho phép: + Yếu < 40 dB. + Trung bình (40 ¸ 90) dB. + Lớn > 90 dB. Nếu tiếng ồn vượt mức cho phép từ (15 ¸ 20)dB thì hiệu suất lao động giảm từ 10 ¸ 20%. Phải có các biện pháp giảm tiếng ồn, cách ly nguồn gây ra tiếng ồn. 1.3. Các công trình phụ 1.3.1. Cổng nhà máy: Là hình thức bộ mặt của Nhà máy. Cần quy hoạch theo mức độ giao thông của nhà máy. Chiều rộng cổng từ (4,5 ¸ 10)m. Bố trí theo cạnh dài của lô đất và hướng vào khu dân cư, trục giao thông. Cần bố trí cổng phụ nếu mật độ giao thông cao. Đường giao thông nội bộ: Phương tiện giao thông nội bộ: Đường ôtô. Đuờng ray. Đường ống vận chuyển. Băng chuyền. Đường ôtô: Loại 1: Hàng hóa vận chuyển > 1,2 triệu tấn/năm. Loại 2: Hàng hóa vận chuyển (0,3 ¸ 1,2) triệu tấn/năm. Loại 3: Hàng hóa vận chuyển < 0,3 triệu tấn/năm. b. Đường ống, cáp treo, cẩu chạy: Bố trí trên không nên chiếm ít diện tích. Vận chuyển dễ dàng từ vị trí này sang vị trí khác với khoảng cách ngắn. Chi phí chế tạo, vận hành cao. 2.3.3. Bố trí mạng ống công nghiệp: a. Các loại mạng ống công nghiệp: Ống dẫn nước (nước cấp, nước thải). Ống dẫn nhiên liệu (gas, dầu). Đường điện động lực. Đường dây liên lạc. b. Cách bố trí: Bố trí nổi (Chi phí thấp, dễ sửa chữa, tốn diện tích, thiếu mĩ quan, không an toàn). Bố trí chìm (Chi phí trung bình, khó sưả chữa, an toàn, ít chiếm diện tích, mĩ quan). Bố trí trên cao (Chi phí cao, ít tốn diện tích) c. Nguyên tắc bố trí: Nên ghép chung vào một khu vực để dễ sửa chữa, kiểm soát. Đặt dọc theo đường giao thông để dễ thi công, sửa chữa. Khoảng cách giữa các mạng lưới phải được đảm bảo. Hai mạng lưới giao nhau thì phảivuông góc. Bố trí cây xanh trong nhà máy: a. Khu vực trồng cây: Đường đi. Hàng rào. Diện tích cảnh quan. b. Yêu cầu: Diện tích trồng cây phải chiếm từ (10 ¸ 15) % diện tích lô đất. Không trồng cây to vì dễ phá huỷ công trình ngầm. Không trồng cây có trái dễ gây ô nhiễm. Không trồng ở vị trí cản gió và chiếu sáng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] . NGUYỄN AN TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC CHẤT VÔ CƠ TẬP 1 +2 NXB KHOA HỌC & KỸ THUẬT, 1983 [2] . NGÔ THỊ NGA KỸ THUẬT PHẢN ỨNG, NXB KHOA HỌC & KỸ THUẬT 2002 [3] . MAI XUÂN KỲ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA HỌC TẬP 1 + 2 NXB KHOA HỌC & KỸ THUẬT 2006 [4] . VŨ BÁ MINH QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM TẬP 4 – KỸ THUẬT PHẢN ỨNG, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP, HỒ CHÍ MINH 2004 [5] . TRỊNH VĂN DŨNG QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM – BÀI TẬP TRUYỀN KHỐI, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP, HỒ CHÍ MINH 2008 [6] . TRẦN VĂN PHÚ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY NXB GIÁO DỤC 2001 [7] . HOÀNG MINH NAM GIÁO TRÌNH - CƠ SỞ THIẾT KẾ NHÀ MÁY HÓA VÀ THỰC PHẨM ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2006 [8] . HOÀNG ĐÌNH TÍN – BÙI HẢI BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT VÀ TRUYỀN NHIỆT NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH, 2002 [9] . NGUYỄN THỊ HƯƠNG – LÊ SONG GIANG CƠ LƯU CHẤT, 2001 [10] . SỔ TAY QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA CHẤT TẬP 1 + 2 NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT, 2006 [11] . NGUYỄN BIN CÁC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM – PHÂN RIÊNG DƯỚI TÁC DỤNG NHIỆT NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT [12] . BỘ MÔN MÁY THIẾT BỊ BẢNG TRA CỨU QUÁ TRÌNH CƠ HỌC, TRUYỀN NHIỆT – TRUYỀN KHỐI NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH, 2006 [13] . BỘ MÔN HÓA LÝ SỔ TAY TÓM TẮT CÁC ĐẠI LƯỢNG HÓA LÝ [14] . HỒ LÊ VIÊN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ HÓA CHẤT VÀ DẦU KHÍ NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT, 2006 [15] . NGUYỄN MINH TUYỂN CÁC MÁY KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT [16] . NGUYỄN VĂN LỤA QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM TẬP 1 KHUẤY LẮNG LỌC, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH, 2005 [17] . VŨ BÁ MINH – HOÀNG MINH NAM QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM TẬP 2 - CƠ HỌC VẬT LIỆU RỜI, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH, 2004 [18] . BỘ MÔN MÁY THIẾT BỊ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP, ĐỂ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT NHẸ NĂNG SUẤT 10 TẤN/NGÀY ĐÊM – LÊ THỊ THU TÂM