Đồ án Quy trình tổng hợp nhựa alkyt

các thiết bị hóa chất, thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bệ mà phải có tai treo hay chân đỡ. Ở đây, do thiết bị có kích thước nhỏ và có tải trọng trung bình nên ta sử dụng tai treo để treo thiết bị lên cao cho gọn. Để lựu chọn tai treo cho hợp lý thì ta phải xác định được khối lượng của toàn bộ thiết bị cần treo. Khối lượng của toàn tháp G = Gth + Gđáy + Gnắp + Gnl + Gbo , kg. Trong đó : + Gth:khối lượng thân thiết bị, kg. Gth= r..( Dn2 - Dt2 ).Hthân , kg. Ở phần tính trên ta đã tính được Dt = 1,4 (m). s = 0,006 (m). nên Dn = 1,4 + 2.0,006 = 1,412 (m). Hthân = 2,227 (m). và r = rX18H10T = 7,9.103 (kg/m3). Do đó Gth = 7,9.103..( 1,4122 - 1,42 ).2,227 = 467 (kg). + Vì đáy và nắp có khối lượng như nhau nên Gđáy + Gnắp = 2.Gđáy. Tra bảng [T384-STHC II ] ta có Gđáy = 106 (kg). + Gnl : khối lượng nguyên liệu , kg. Gnl = 3650,92 (kg). + Gbo : khối lượng lớp bảo ôn, kg. Vật liệu bảo ôn là bông thủy tinh nên ta có rbo = 200 (kg/m3). Gbo = rbo..( Dn2bo - Dt2bo ).Hthân , kg. Ta có Dtbo = Dn = 1,412 (m). dbo = 0,186 (m). nên Dnbo = 1,412 + 2.0,186 = 1,784 (m). Do đó Gbo = 200..( 1,7842 - 1,4122 ).2,227 = 415,7 (kg). Vậy G = 467 + 2.106 + 3650,92 + 415,7 = 4746 (kg). hay G = 4746.9,81 = 46558 (N). Ta sử dụng 4 tai treo để treo thiết bị nên tải trọng nên mỗi tai treo là: G1 = = 11640 (N/tai treo). Tra bảng [T438-STHC II ],ta có được các thông số về tai treo : Hình 4 : Cấu tạo tai treo G1 x10-4 N Bề mặt đỡ F.104 m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 N/m2 L B B1 H s l a d Khối lượng một tai treo kg mm 2,5 173 1,45 150 120 130 215 8 60 20 30 3,48 II.2.2.Tính nồi pha loãng Nồi pha loãng là nơi chứa và pha loãng nhựa tạo thành phẩm. Do điều kiện làm việc tương tự nồi phản ứng chính nên cũng có cấu tạo tương tự. Chọn Dt = 1600 (mm). H = 3200 (mm). s = 6 (mm). Nồi pha loãng cũng cần cánh khuấy và ta cũng chọn cánh khuấy dạng khung. Tra bảng [T616-STHC I ], ta có các thông số của cánh khuấy. = 1,11 nên d = = 1,44 (m). Quy chuẩn d = 1400 (mm). h = 0,44.d = 0,44.1400 = 616 (mm). s = 0,066.d = 0,066.1400 = 92,4 (mm). Căn cứ vào đường kính cánh khuấy d, tra bảng [T623-STHC I ], ta có các thông số về công suất tiêu tốn N và vận tốc quay n của cánh khuấy. d , mm n , vòng/s N , kW 1400 0,3 ¸ 1,16 0,04 ¸ 22,9 Vậy ta chọn cánh khuấy với đường kính d =1400 (mm),có vận tốc quay n =1,2 vòng/s và có công suất tiêu tốn là N = 15 (kW). II.3.Tính toán thiết bị phụ II.3.1.Tính thiết bị chưng cất hỗn hợp xylen- nước II.3.1.1.Xác định đường kính tháp + Công thức chuyển đổi phần khối lượng sang phần mol: x = , phần mol. Trong đó : an : nồng độ phần khối lượng của nước (cấu tử dễ bay hơi trong dung dịch). Mn, Mx : khối lượng phân tử của nước và xylen. Mn = 18 (kg/kmol). Mx = 106 (kg/kmol). Với nguyên liệu đầu aF =0,1 suy ra xF = 0,396. Với sản phẩm đỉnh a P = 0,98 suy ra xp =0,997. Với sản phẩm đáy aW = 0,02 suy ra xw = 0,107. Với khối lượng đầu vào F = 15,66 (kg/h). + Khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp được xác định theo công thức: M = Mn.x + Mx.( 1- x ). Trong đó : M : khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp. x : nồng độ phần mol. Do đó xF = 0,396 suy ra MF = 71,152 (kg/kmol). xP = 0,997 suy ra MP = 18,264 (kg/kmol). xW = 0,107 suy ra MW = 96,584 (kg/kmol). + Hệ phương trình cân bằng vật chất toàn tháp : GF = GP + GW. xF.GF = xP.GP + xw.GW. GF = . Thay số và giải hệ phương trình trên ta được : GP = 0,071 (kmol/h). GF = 0,22 (kmol/h). GW = 0,148 (kmol/h). + Chỉ số hồi lưu tối thiểu : xF = 0,396 su ra yF* = 0,621. Rmin = Chỉ số hồi lưu thích hợp là Rth = 2,5 ứng với số đĩa lý thuyết Ntl = 5. + Phương trình cân bằng vật chất và năng lượng : G’1 =g’1 + GW G’1.x1 = g1’.yw + GW.xw. g’1 .r’1 = g1.r1. Trong đó : G’1: lượng chất lỏng ra khỏi đoạn chưng, kmol/h. g’1: lượng hơi đi vào thiết bị, kmol/h r’1:: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất, kJ/kg. r’1 = ra .y’1+ (1-y’1).ra r’1= 2264.0,168+ (1- 0,168).7985= 7023,87 (kJ/kg). r1 = 4432,26 (kJ/kg). g1= R.GP =3,7.0,071 = 0,263 (kmol/h). g’1= 0,166 (kmol/h). G’1= 0,314 (kmol/h). + Khối lượng phân tử của hơi vào thiết bị : Myw = yw.MA + (1-yw)MB. Myw = 91,216 kg/kmol. + Nồng độ trung bình pha lỏng : xtb’= + Nồng độ trung bình pha hơi : ytb’ = Với L = = 3,079. nên suy ra ytb’ = 0,2998. - Nhiệt độ trung bình dòng hơi tương ứng với nồng độ y’tb = 0,2998 là ttb = 106 0C hay ttb = 379 0K. - Khối lượng riêng trung bình của hơi được xác định theo công thức [T183-STHC II ]: . = 2,56 (kg/m3). - Nhiệt độ trung bình của pha lỏng tương ứng với nồng độ xtb = 0,2415 là ttb =103,210C hay ttb = 376,21 0K. - Khối lượng riêng trung bình của dòng lỏng được xác định theo công thức [T183-STHC I ] : Trong đó r1 và r2 là khối lượng riêng của nước và xylen ở 103,21 0C. Tra bảng [T9-STHC I ] có r1 = 956,12 (kg/m3). r2 = 860 (kg/m3). anồng độ phần khối lượng của dung dịch nước –xylen. atb = 0,05. Thay vào phương trình trên ta có rx’ = 868,3 (kg/m3). - Độ nhớt của hỗn hợp lỏng được xác định theo công thức [T84-STHC I]: lgmx = xtb.lgmn + (1-xtb).lgmx Với mn và mx là độ nhớt của nước và xylen ở 103,21 0C. Tra bảng [T91-STHC I ] ta có : mn = 0,2838.10-3 (N.s/m2). mx = 0,2646.10-3 (N.s/m2). Vậy thay số vào ta có : lgmx = 0,2415.lg(0,2838.10-3) + (1- 0,2415).lg(0,2646.10-3) suy ra mx = 0,269.10-3 (N.s/m2). - Độ nhớt trung bình của dòng hơi được xác định theo công thức [T85-STHC I ]: với M:khối lượng phân tử của hỗn hợp hơi. M = ytb.Mn + (1- ytb).Mx M = 0,2998.18 + (1- 0,2998).106 = 79,6176 (kg/kmol). Thay số và giải phương trình trên ta có my = 0,2658.10-3 (N.s/m2). - Sức căng bề mặt của dòng lỏng : Với sức căng bề mặt của nước dn = 38,68 (N/m2). sức căng bề mặt của xylen dx = 36,64 (N/m2). at b = 0,05. nên dx = 37,34 (N/m2). - Tốc độ trung bình của dòng hơi : Với h : khoảng cách giữa các đĩa. Giả thiết đường kính thiết bị là 0,5 thì khoảng cách giữa các đĩa là h = 0,17. j : hệ số phụ thuộc sức căng bề mặt,j = 0,8. . - Lượng hơi trung bình trong thiết bị. gtb = = 0,1095 (mol/h). hay gtb = 0,1095.79,6176 = 8,718 (kg/h). - Đường kính thiết bị : D = 0,0188. = 0,045 (m). Quy chuẩn D = 50 (mm). II.3.1.2.Xác định chiều cao tháp chưng luyện. - Vận tốc hơi trong thiết bị được xác định theo công thức [T184-STHC II ] : wy = 8,5.10-5.C. Với C =356 nên wy = 8,5.10-5.356. = 0,556 (m/s). - Hệ số khuyếch tán trong pha hơi được xác đinh theo công thức [T127-STHC II ] : Dy = , (m2/s). Trong đó : T = 376,21 0K ; P =1at. Vn và Vx là thể tích mol của hơi nước và xylen, cm3/mol. Tra bảng [T127-STHC II ] ta có : VA = 18,86 (cm3/mol) ; VB = 0,12 (cm3/mol). Thay số vào ta có : Dy = = 0,8.10-4 m2/s. - Chuẩn số Re tính cho pha hơi : Rey = - Hệ số cấp khối với pha hơi : = 0,0267 (kmol/m2.s) - Hệ số khuyếch tán trong pha lỏng được xác định theo công thức [T136-STHC II ] : Dx = 7,4.10-12. , m2/s. Trong đó : b : thông số tính đến liên kết phân tử trong dung môi, b = 2,6. m : độ nhớt của dung môi, m = 0,3246 (cP). Thay số vào ta có : Dx = 7,4.10-12. = 0,36.10-7 (m2/s). - Chuẩn số Pran tính cho pha lỏng : Pr = . - Hệ số cấp khối trong pha lỏng : bx = , kmol/m2.s bx = = 0,226 (kmol/m2.s). Từ kết quả tính như trên ta được số đĩa thực tế Ntt = 6 đĩa. Vậy chiều cao tháp chưng luyện : H = NTT( h + S) + 0,8 = 6.(0,17 + 0,004) + 0,8 = 1,8 (m). II.3.2.Tính thiết bị ngưng tụ hỗn hợp xylen - nước Thiết bị này có chức năng là ngưng tụ,làm lạnh hỗn hợp đẳng phí xylen- nước. + Tính toán lượng nhiệt trao đổi theo phương trình cân bằng nhiệt : Q = G .C.Dt. Trong đó : G : khối lượng chất tải nhiệt, kg. C : Nhiệt dung riêng của chất tải nhiệt. - Nhiệt trao đổi gồm 2 giá trị nhiệt ngưng tụ Q1 và nhiệt làm lạnh Q2. Nên Q = Q1 + Q2. - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đẳng phí là : 131 0C. Phần trăm trong hỗn hợp là 10%. Nhiệt lượng ngưng tụ : Q1 = G . ( 0,9.rn + 0,1.rx) Với G : lượng chất lỏng ngưng tụ được . rn : ẩn nhiệt hoá hơi của nước. rx : ẩn nhiệt hoá hơi của xylen. Trong phần cân bằng ta đã tính được lượng H2O ngưng tụ được cho một mẻ sản xuất là 63 (kg).Dó đó lượng chất lỏng ngưng tụ là G = = 70 (kg). Tra bảng [T250-STHCI ] ta có ẩn nhiệt hoá hơi của nước và xylen ở 1310C là : rn = 554 (kcal/kg). rx = 97 (kcal/kg) . Do đó Q1 = 70.(0,9.554 + 0,1.97) = 35581 (kcal). - Lượng nhiệt làm lạnh được tính theo công thức : Q2 = G .C.Dt Với C = 0,9.Cn + 0,1.Cx. Tra bảng [T92-STHCI ] ta có : Cn = 1 (kcal/kg.độ). Cx = 0,529 (kcal/kg.độ). Nên C = 0,9.1 + 0,1.0,529 = 0,9529 (kcal/kg,độ). - Hỗn hợp hơi xylen – nước được làm lạnh từ 1310C xuống 400C. nên Dt = 131- 40 = 910C. Do đó Q2 = 70.0,9525.91 = 6070 (kcal). Vậy tổng lượng nhiệt trao đổi là : Q = Q1 + Q2 = 35581 + 6070 = 41651 (kcal). + Ta dùng nước ở 200C để làm lạnh, nước ra khỏi thiết bị làm lạnh là 350C, nên có lượng nước cần để làm lạnh hỗn hợp hơi xylen- nước từ 1310C là: Gn = = 2776,7 (kg). + Tính hiệu nhiệt độ trung bình : = nếu . nếu Trong đó : Dt1 và Dt2 : là hiệu số nhiệt độ ở hai đầu thiết bị trao đổi nhiệt. Dt1 = 131 - 20 = 111 0C. Dt1 = 131 - 35 = 96 0C. Nhận thấy < 2 nên = 103,5 0C. + Tính hệ số cấp nhiệt ( Hệ số cấp nhiệt phía chất lỏng ngưng tụ được tính theo công thức : a2 = Với Nu = 0,021. Trong đó : Pr1 là chuẩn số pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường. Các thông số khác tính theo nhiệt độ trung bình của dòng. e1: hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài l và đường kính d của ống,lấy = 1,03. Chuẩn số Pr : Pr = Với :độ nhớt của hỗn hợp ở 103,5 0C , N.s/m2. c :nhiệt dung riêng của hỗn hợp, J/kg.độ. l : hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp, W/m.độ. - Tính m. Tra bảng [T20-STHC I ] ta có độ nhớt của xylen và nước ở 103,5 0C : mn = 0,276.10-3 (N.s/m2). mx = 0,29.10-3 (N.s/m2). Do đó độ nhớt của hỗn hợp xylen - nước được tính theo công thức : lgm = 0,9.lgmn + 0,1.lgmx = 0,9.0,276.10-3 + 0,1.0,29.10-3 suy ra m = 0,277.10-3 (N.s/m2). - Tính c. Nhiệt dung riêng của nước cn = 4200 (J/kg.độ). Nhiệt dung riêng của xylen cx = 2000 (J/kg.độ). Nen nhiệt dung riêng của hỗn hợp xylen- nước : c = 0,9.cn + 0,1.cx = 0,9.4200 + 0,1.2000 = 3989 (J/kg.độ). - Tính l Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp được xác định theo công thức [T19-STHC II ]: ,W/m.độ Trong đó : A: hệ số phụ thuộc vào mức dộ liên két của chất lỏng,A= 4,22.10-8. r : là khối lượng riêng của chất lỏng , kg/m3. M : khối lượng phân tử dung dịch . M = 0,9.18 + 0,1.106 = 16,8 Khối lượng riêng của nước và xylen ở 103,5 0C. rn = 958 (kg/m3). rx= 830 (kg/ m3). nên r = 0,9.958 + 0,1.830 = 945,2 (kg/m3). Do đó l = 4,22.10-8.945,2. = 0,52 (W/m.độ). Vậy Pr = = 2,13. - Ta giả thiết Re , và ta coi tỷ số 1. Nên Nu = 0,021.1,03.(104)0,8.2,130,43.1 = 56,46. Ở đây ta chọn đường kính ống truyền nhiệt dn = 32 mm, bề dầy d = 2 (mm) và chiều dài ống truyền nhiệt H = 1,5 (m) nên đường kính trong của ống truyền nhiệt dt = 28 (mm). Vậy a2 = = 1048,5 (W/m2.độ) + Hệ số cấp nhiệt ở phía hơi ngưng tụ : , W/m2.độ Trong đó : r : ẩn nhiệt hoá hơi. r = (0,9.554 + 0,1.97 ).4,18.103 = 2,12.106 (J/kg) Dt : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành . Dt = 131 - 130 = 1 0C. A :hệ số phụ thuộc màng chất lỏng, A = 202,36. H : chiều dài ống truyền nhiệt , H = 1,5 (m) nên a1 = 2,04.202,36. = 14233,64 (W/m2.độ). + Tính hệ số truyền nhiệt K: Do ống truyền nhiệt ở dạng tròn nên khi tính hệ số truyền nhiệt K ta tính ở trường hình trụ : K = , W/m2. Với l : hệ số dẫn nhiệt của thép CT3, l = 54,4 (W/m.độ). K = = 942,7 (W/m2). + Bề mặt truyền nhiệt : F = Trong đó : Q : lượng nhiệt trao đổi , Q = 41651 (kcal). Dt = 103, 50 C. Nên F = = 0,43 (m3). + Số ống truyền nhiệt : n = = 3,26 (ống). Dựa vào bảng [T48-STHC II ] ta quy chuẩn ống n =7 (ống).Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là : b =3. + Đường kính của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức : D = t.b + dn.b Trong đó : dn: là đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 0,032 (m). t : bước ống,ta chọn t = 1,5.dn = 1,5.0,032 = 0,048 (m). Vậy đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt là : D = 0,048.3 + 0,032.3 = 0,24 (m). Quy chuẩn D = 300 (mm). II.3.3.Tính toán thùng phân tầng II.3.3.1.Tính đường kính và chiều cao thùng phân tầng. Thùng phân tầng dùng để tách hỗn hợp xylen - nước sau khi đã được ngưng tụ. Như phần cân bằng vật chất ta đã tính được hỗn hơp xylen - nước vào thùng phân tầng ở nhiệt độ 30 0C gồm có 63 (kg) nước và 7 (kg) xylen. Ta có rn = 995 (kg/m3). rx = 860 (kg/m3). Vậy thể tích của nguyên liệu vào thùng phân tầng trong một mẻ là : V = = 0,071 (m3). Chọn hệ số điền đầy thùng 0,7 nên thể tích thực của thùng phân tầng là : Vt = = 0,1 (m3). Mặt khác ta có : Vt = p..H. Ở đây ta chọn H = 2.D nên Vt = 2.p. suy ra D = = 0,399 (m). Quy chuẩn D = 0,4 (m). và H = 2.0,4 = 0,8 (m). II.3.3.2.Tính chiều dày thùng phân tầng Chọn vật liệu làm thùng phân tầng là thép CT3,có : Giới hạn bền kéo sk = 380.106 (N/m2). Giới hạn bền chảy sc = 240.106 (N/m2). Khối lượng riêng r = 785,9 (kg/m3). Và thân thùng được chế tạo bằng cách hàn dọc thân với đáy nón,hệ số bền hàn là j = 0,95. Chiều dày thiết bị được xác định theo công thức [T360-STHC II ] : s = , m. + Tính áp suất làm việc trong thiết bị P. P = Pkq + P1. Trong đó Pkq: áp suất khí quyển, Pkq = 105 (N/m2). P1: áp suất của cột chất lỏng trong thiết bị , N/m2. P1 = r.g.H Với r : khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng, kg/m3 r = 0,9.995 + 0,1.860 = 981,5 (kg/m3). g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m2/s). H : chiều cao của nồi phản ứng, H = 0,8 (m). Nên P1 = 981,5.9,81.0,8 = 7703 (N/m2). Do đó P = 105 + 7703 = 107703 (N/m2). + Xác định ứng suất giới hạn bền [s]. Ứng suất cho phép của thép X18H10T theo giới hạn bền kéo được xác định theo công thức [T355-STHC II ] : [sk] = sk. , N/m2. Với sk : giới hạn bền kéo, sk = 380.106 (N/m2). h : hệ số hiệu chỉnh. Tra bảng [T356-STHC II ],chọn h = 0,9. nk : hệ số an toàn giới hạn bền. Tra bảng [T356-STHC II ],chọn nk= 2,6. Suy ra [sk] = 380.106. = 131,5.106 (N/m2). Ứng suất cho phép của thép X18H10T theo giới hạn bền chảy được xác định theo công thức [T355-STHC II ] : [sc] = sc. , N/m2. Với sc : giới hạn bền chảy, sc = 240.106 (N/m2). h : hệ số hiệu chỉnh. Tra bảng [T356-STHC II ],chọn h = 0,9. nc : hệ số an toàn giới hạn bền. Tra bảng [T356-STHC II ],chọn nc= 1,5. Suy ra [sc] = 240.106. = 144.106 (N/m2). Để đảm bảo bền,ta lấy ứng suất bền là giá trị bé trong hai giá trị trên : [s] = [sc] = 131,5.106 (N/m2). + Xác định hệ số bổ xung c. Hệ số bổ xung c được xác định theo công thức [T363-STHC II ] : c = c1 + c2 + c3 Trong đó : - c1 : hệ số bổ xung do ăn mòn. Thép X18H10T là vật liệu bền nên ta chọn c1 = 1 (mm). - c2 : hệ số bổ xung do hao mòn, c2 = 0 (mm). - c3 : hệ số bổ xung do dung sai theo chiều dày. Tra bảng [T364-STHC II ], chọn c3 = 0,22 (mm). Do đó c = 1 + 0 + 0,22 = 1,22 (mm). Vậy chiều dày của nồi phản ứng là : s = + 1,22.10-3 = 1,4.10-3 (m). Chọn chiều dày của thùng phân tầng là s = 2 (mm). + Kiểm tra độ bền của thiết bị theo áp suất thử. Ứng suất ở thân thiết bị theo áp suất thử được xác định theo công thức [T365-STHC II ] : s = £ Trong đó : - P0 : áp suất thử tính toán được xác định theo công thức [T366-STHC II ]: P0 = Pth + P1. Với Pth: áp suất thử thủ lực,chọn Pth = 1,5.P Do đó P0 = 1,5.P + P1 = 1,5.107703 + 7703 P0 = 169257,5 (N/m2). Suy ra s = = 45,8.106 (N/m2). = 200.106 (N/m2). Nhận thấy s < ,thỏa mãn yêu cầu về độ bền. Vậy chiều dày của thùng phân tầng là s = 2 (mm). II.3.3.3.Tính và chọn tai treo cho thùng phân tầng. + Thể tích thùng phân tầng : V = .(Dn2 - Dt2 ). Có Dn = Dt + 2.s = 0,4 + 2.0,002 = 0,404 (m). nên V = .(0,4042 - 0,42 ) = 0,002 (m3). + Tải trọng của vỏ thùng : Gvỏ = rCT3.V.g = 785,9.0,002.9,81 = 15,42 (N). + Tải trọng của nguyên liệu : Gnl = mnl.g = 70.9,81 = 686,7 (N). Vậy tải trọng của thùng phân tầng là : G = Gvỏ + Gnl = 15,42 + 686,7 = 702,12 (N). Ta sử dụng 4 tai treo để treo thíêt bị,vậy tải trọng lên mỗi tai treo là : G1 = = 175,53 (N/tai treo). Tra bảng [T438-STHC II ],ta có được các thông số về tai treo : G1 x10-4 N Bề mặt đỡ F.104 m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 N/m2 L B B1 H s l a d Khối lượng một tai treo kg mm 0,1 42,5 0,24 80 55 70 125 4 30 10 4 0,53 II.3.4.Tính thùng chứa nguyên liệu và sản phẩm Thùng chứa nguyên liệu và sản phẩm được thiết kế theo dạng hình trụ, đáy và nắp phẳng,có tỷ lệ H/D = 1,5.Chọn hệ số điền đầy thùng là 0,85.Các thùng đều được làm bằng vật liệu là thép không gỉ X18H10T và có chiều dày là 6(mm).Các thùng được thiết kế để chứa nguyên liệu và sản phẩm đủ cho 10 mẻ hay 10 ngày sản xuất. Ta có : Vthùng = , m3. mà Vthùng = .D2.H , m3. = 1,5. nên D = , m. II.3.4.1.Tính thùng chứa dầu chẩu. Lượng dầu chẩu dùng cho 1 mẻ sản xuất là 1,637 (m3). Vậy lượng dầu chẩu cần cho 10 mẻ sản xuất là 16,37 (m3). Do đó đường kính của thùng là : D = = 2,54 (m). Làm tròn D = 2600 (mm). Và chiều cao của thùng là H = 1,5.2600 = 3900 (mm). II.3.4.2.Tính thùng chứa xylen. Lượng xylen dùng cho 1 mẻ sản xuất là 0,128 (m3). Vậy lượng xylen dùng cho 10 mẻ sản xuất là 1,28 (m3). Do đó đường kính của thùng là : D = = 1,09 (m). Làm tròn D = 1100 (mm). Và chiều cao của thùng là H = 1,5.1100 = 1650 (mm). II.3.4.3.Tính thùng chứa xăng pha loãng. Lượng xăng cần thiết để pha loãng 1 mẻ nhựa là : V = = 1,4375 (m3). Vậy lượng xăng cần thiết để pha loãng 10 mẻ nhựa là 14,375(m3). Do đó đường kính của thùng là : D = = 2,43 (m). Làm tròn D = 2600 (mm). Và chiều cao của thùng là H = 1,5.2600 = 3900 (mm). II.3.5.Tính và chọn bơm vận chuyển chất lỏng Ta sử dụng bơm ly tâm để vận chuyển chất lỏng vì bơm ly tâm có các ưu điểm sau : Cung cấp chất lỏng đều đặn. Số vòng quay lớn nên có thể truyền động trực tiếp từ động cơ điện. Thiết bị có cấu tạo đơn giản. Có thể bơm chất lỏng không sạch do khe hở giữa thân và cánh guồng tương đối lớn. Không có suppat nên ít bị tắc và hư hỏng. II.3.5.1.Tính bơm vận chuyển dầu chẩu. Lượng dầu chẩu cần thiết cho một mẻ sản xuất là 1,637 (m3). Giả sử thời gian bơm là 10 (phút) thì năng suất bơm là : Q = = 9,822 (m3/h). Giả thiết chiều dài tổng cộng của đường ống là L = 30(m),có 1 van và 2 khuỷu ghép 900,bơm chất lỏng với vận tốc w = 1,5 (m/s). Áp suất toàn phần của bơm cần tạo ra được xác định theo công thức [T438-STHC I ] : H = + hm + h0 , m. Trong đó : P1,P2 : áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút. P1 = P2 = 1 (at) nên H = hm + h0 , m. h0 : chiều cao nâng chất lỏng, m. Chọn h0 = 7 (m). hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống, m. hm = , m. Với DP = DPd + DPm + DPc + DP1 + DPk. Trong đó : DP : áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ thống, N/m2. DPd : áp suất động lực học, N/m2. DPm : áp suất để khắc phục trở lực của ma sát, N/m2. DPc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ, N/m2. DP1 : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2. DPk : áp suất bổ xung ở cuối ống dẫn trong trường hợp cần thiết, N/m2. Nhưng DP1 và DPk có giá trị nhỏ hơn nhiều so với DPd, DPm và DPc nên ta bỏ qua 2 giá trị này.Do đó DP = DPd + DPm + DPc. + Tính DPd DPd được xác định theo công thức [T376-STHC I ] : DPd = = 1057,5 (N/m2). + Tính DPm DPm được xác định theo công thức [T376-STHC I ] : DPm = l.. Với l : hệ số ma sát. dtd : đường kính tương đương của ống, m. dtd = = 0,048 (m). Làm tròn dtd = 50 (mm). Xác định chuẩn số Re cho chế độ chảy trong ống : Re = Với m là độ nhớt của dầu ở 25 0C,ta có m = 33.10-3 (N.s/m2). nên Re = = 2136,36. Nhận thấy Re < 2300,vậy chất lỏng chảy trong ống ở chế độ chảy dòng. Tra bảng [T378-STHC I ],ta có l = 0,03. Vậy DPm = 0,03. = 19035 (N/m2). + Tính DPc DPc được xác định theo công thức [T377-STHC I ] : DPc = e.r. Trong đó e : hệ số trở lực cục bộ. Tra bảng [T396-STHC I ] có ekhuỷu = 0,8. evan = 4. Do hệ thống có 2 khuỷu 900 và 1 van nên : DPc = (2. ekhuỷu + evan ). r. DPc = (2.0,8 + 4).940. = 5922 (N/m2). Vậy DP = DPd + DPm + DPc. DP = 1057,5 + 19035 + 5922 = 26014,5 (N/m2). Suy ra hm = = 2,82 (m). Vậy chiều cao toàn phần của bơm là : H = hm + h0 = 2,82 + 7 = 9,82 (m). Công suất của bơm là : Nb = , kW. Với h : hiệu suất chung của bơm,chọn h = 0,8. Nb = = 0,3 (kW). Công suất của động cơ được xác định theo công thức [T439_STHC I ]: Nđc = , kW. Với htr : hiệu suất truyền động,chọn htr = 0,9. hdc : hiệu suất động cơ điện,chọn hdc = 0,8. Nên Nđc = = 0,416 (kW). Thông thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán,chọn hệ số dự trữ là 1,7. Vậy ta chọn động cơ có công suất là : Ndctt = 0,416.1,7 = 071 (kW). II.3.5.2.Tính bơm vận chuyển xylen. Lượng xylen cần thiết cho một mẻ sản xuất là 0,128 (m3). Giả sử thời gian bơm là 5 (phút) thì năng suất bơm là : Q = = 1,536 (m3/h). Giả thiết chiều dài tổng cộng của đường ống là L = 30(m),có 1 van và 2 khuỷu ghép 900,bơm chất lỏng với vận tốc w = 1,5 (m/s) và chiều cao nâng chất lỏng h0 = 7 (m). Tính toán tương tự như trên,ta có : DPd = = 967,5 (N/m2). dtd = = 0,019 (m). Làm tròn dtd = 20 (mm). Tra toán đồ [T90-STHC I ] độ nhớt của xylen ở 25 0C là m = 0,8.10-3 (N.s/m2). Nên Re = = 32250. Xét Regh = 6. Với e : độ nhám tuyệt đối,tra bảng [T381-STHC I ] có e = 0,2.10-3 (m). Nên Regh = 6. = 1158,4. Ren = 220. = 220. = 39122,1. Nhận thấy Regh < Re < Ren,vậy chát lỏng chảy trong ống theo chế độ chảy xoáy và ở khu vực quá độ. Tra bảng [T379-STHC I ] có l = 0,04. Nên DPm = l. = 0,04. = 58050 (N/m2). DPc = (2. ekhuỷu + evan ). r. DPc = (2.0,8 + 4).860. = 5418 (N/m2). Vậy DP = DPd + DPm + DPc. DP = 967,5 + 58050 + 5418 = 64435,5 (N/m2). Suy ra hm = = 7,64 (m). Vậy chiều cao toàn phần của bơm là : H = hm + h0 = 7,64 + 7 = 14,64 (m). Công suất của bơm là : Nb = = = 0,066 (kW). Nđc = = 0,092 (kW). Nđctt = 0,092.1,7 = 0,16 (kW). Vậy ta sử dụng bơm có công suất 0,16 (kW) để bơm xylen từ thùng chứa lên thùng lường. II.3.5.3.Tính bơm vận chuyển dung môi xăng pha sơn. Lượng dung môi cần thiết để pha loãng 1 mẻ sản xuất là 1,4375 (m3). Giả sử thời gian bơm là 15 (phút) thì năng suất bơm là : Q = = 5,75 (m3/h). Giả thiết chiều dài tổng cộng của đường ống là L = 30(m),có 2 van và 2 khuỷu ghép 900,bơm chất lỏng với vận tốc w = 1,5 (m/s) và chiều cao nâng chất lỏng h0 = 7 (m). Tính toán tương tự như trên,ta có : DPd = = 900 (N/m2). dtd = = 0,037 (m). Làm tròn dtd = 40 (mm). Tra toán đồ [T90-STHC I ] độ nhớt của xylen ở 25 0C là m = 2,3.10-3 (N.s/m2). Nên Re = = 20870. Regh = 6. = 2558. Ren = 220. = 220. = 85236. Nhận thấy Regh < Re < Ren,vậy chát lỏng chảy trong ống theo chế độ chảy xoáy và ở khu vực quá độ. Tra bảng [T379-STHC I ] có l = 0,03. Nên DPm = l. = 0,03. = 20250 (N/m2). DPc = (2. ekhuỷu + 2.evan ). r. DPc = (2.0,8 + 2.4).800. = 8640 (N/m2). Vậy DP = DPd + DPm + DPc. DP = 900 + 20250 + 8640 = 29790 (N/m2). Suy ra hm = = 3,8 (m). Vậy chiều cao toàn phần của bơm là : H = hm + h0 = 3,8 + 7 = 10,8 (m). Công suất của bơm là : Nb = = = 0, (kW). Nđc = = 0,236 (kW). Nđctt = 0,236.1,7 = 0,4 (kW). Vậy ta sử dụng bơm có công suất 0,4 (kW) để bơm xăng pha loãng. II.3.5.4.Tính bơm vận chuyển nhựa từ nồi phản ứng sang nồi pha loãng và từ nồi pha loãng sang thùng chứa xản phẩm. Lượng nhựa cần vận chuyển là 2,956 (m3). Nhựa có khối lượng riêng r = 1234 (kg/m3) và có độ nhớt m = 3,412 (N.s/m2).Do nhựa có độ nhớt cao nên ta sử dụng bơm răng khía. Giả sử thời gian bơm là 30 (phút) thì năng suất bơm là : Q = = 5,912 (m3/h). Giả thiết chiều dài tổng cộng của đường ống là L = 20 (m),có 1 van và 2 khuỷu ghép 900,bơm chất lỏng với vận tốc w = 1(m/s) và có chiều cao nâng chất lỏng h0 = 7 (m). Tính toán tương tự như trên,ta có : DPd = = 617 (N/m2). dtd = = 0,046 (m). Làm tròn dtd = 50 (mm). Re = = 20,6 Nhận thấy Re < 2300,vậy chất lỏng chảy trong ống ở chế độ chảy dòng. Tra bảng [T379-STHC I ] có l = 0,7. Nên DPm = l. = 0,07. = 17276 (N/m2). DPc = (2. ekhuỷu + evan ). r. DPc = (2.0,8 + 4).1234. = 3455 (N/m2). Vậy DP = DPd + DPm + DPc. DP = 617 + 17276 + 3455 = 21348 (N/m2). Suy ra hm = = 1,76 (m). Vậy chiều cao toàn phần của bơm là : H = hm + h0 = 1,76 + 7 = 8,76 (m). Công suất của bơm là : Nb = = = 0,197 (kW). Nđc = = 0,274 (kW). Nđctt = 0,274.1,7 = 0,47 (kW). Vậy ta sử dụng 2 bơm có công suất 0,47 (kW) để bơm nhựa từ nồi phản ứng sang nồi pha loãng và từ nồi pha loãng sang thùng chứa sản phẩm. II.4.Tính toán nhiệt cho quá trình II.4.1.Tính cân bằng nhiệt lượng Giả thiết nhiệt độ môi trường là 25 0C. Và ta sử dụng dầu để đun nóng thiết bị có tđ0 = 25 0C và ts0 = 300 0C. + Tính lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng từ 25 0C lên đến 260 0C , Q1. Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng. Q1 = Q11 + Q12 + Q13. Trong đó : Q11 : lượng nhịêt cần thiết để gia nhiệt cho thiết bị. Q12 : lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ cho hỗn hợp phản ứng. Q13 : lượng nhiệt thất thoát ra môi trường. - Tính Q11 : Q11 = c.G.Dt. Với c : nhiệt dung riêng của thép, J/kg.độ. Tra bảng [T162-STHC I ] có c = 0,5.103 (J/kg.độ). G : khối lượng của thiết bị , kg. G = 678 (kg). Dt : sự chênh lệch nhiệt độ. Q11 = 0,5.103.678.(260 - 25) = 79655 (kJ). - Tính Q12 : Lượng xúc tác PbO là rất nhỏ so với các chất khác nên ta có thể bỏ qua. Q12 = (cAP.GAP + cpenta.Gpenta + cdc.Gdc + cxylen.Gxylen + cdm.Gdm).Dt Trong đó : cAP và cpenta : nhiệt dung riêng của anhydritphtaleic và pentaerytrit và được xác định theo công thức [T152-STHC I ] : M.c = n1.c1 + n2.c2 + ... Với M : khối lượng mol của hợp chất, kmol/kg. c : nhiệt dung riêng của hợp chất, J/kg.độ. n1,n2,... : số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất. c1,c2,... : nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố, J/kg nguyên tử.độ. Tra bảng [T152-STHC I ] có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố là : Nguyên tố c, J/kg nguyên tử.độ C 11700. H 18000. O 25100. Với AP (C8H4O3) thì 148.cAP = 8.11700 + 4.18000 + 3.25100 suy ra cAP = 1627,7 (J/kg.độ). Với Pentaerytrit (C5H12O4) thì 136.cpenta = 5.11700 + 12.18000 + 4.25100 suy ra cpenta = 2756,6 (J/kg.độ). cdc và cdm : nhiệt dung riêng của dầu chẩu và dung môi xăng và được xác định theo công thức [T153-STHC I ] : c = , J/kg.độ. Với dt : khối lượng riêng tương đối của chất lỏng ở 15,6 0C. t : nhiệt độ của chất lỏng,lấy t = Dttb = 117,5 0C. Với dầu chẩu, dt = 0,95 nên cdc = = 2138,4 (J/kg.độ). Với xăng pha loãng có dt = 0,8 nên cdm = = 2276 (J/kg.độ). Tra bảng [T191-STHC I ] ta có cxylen = 0,45 (kcal/kg.độ). hay cxylen = 1884 (J/kg.độ). Vậy Q12 = (1627,7.538,72 + 2756,6.312 + 2138,4.1539,2 + 1884.110 + + 2276.300 ).(260 - 25 ). Q12 = 1390824 (kJ). - Tính Q13. Ta lấy nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài bằng 5% nhiệt cung cấp. Vậy Q1 = Q11 + Q12 + 0,05.Q1 suy ra Q1 = = 1547873 (kJ). + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng alcol phân. CH2- OCOR1 CH - OCOR2 CH2- OCOR3 CH2- OH CH - OCOR2 CH2- OH HO- CH2- C- CH2- OH CH2- OH CH2- OH + + HO- CH2- C- CH2- OH CH2- OCOR3 CH2- OCOR1 + Ta có hiệu ứng nhiệt của phản ứng : Q2 = åqs + åqd Với Q2 : nhiệt tạo thành của sản phẩm. qs : nhiệt tạo thành của sản phẩm. qd : nhiệt tạo thành của nguyên liệu đầu. Nhiệt tạo thành của một chất được xác định bằng công thức : q = 944,38.C + 34,194.H - qc Trong đó C : số nguyên tử cacbon. H : số nguyên tử hydro. qc : nhiệt cháy của một chất. Với hợp chất có công thức tổng quát CxHyOz thì : qc = 102.x + 27,5.y - 45.z. Do đó : q(C5H12O4) = 944,38.5 + 34,194.12 - ( 102.5 + 27,5.12 - 45.4 ) = 4472,23 (kcal). q(C43H80O10) = 944,38.43 + 34,194.80 - ( 102.43 + 27,5.80 - 45.10 ) = 37607,86 (kcal). q(C21H42O6) = 944,38.21 + 34,194.42 - ( 102.21 + 27,5.42 - 45.6 ) = 18239,03 (kcal). q(C60H80O12) = 944,38.60 + 34,194.80 - ( 102.60 + 27,5.80 - 45.12 ) = 51612,23 (kcal). Vậy nhiệt của phản ứng là : Q2 = ( 37607,86 + 18239,03 ) - ( 4472,23 + 51612,32 ) Q2 = - 237,66 (kcal). hay Q2 = - 237,66.4,18.103 = - 993,42 (kJ). Dấu (-) thể hiện phản ứng là tỏa nhiệt. + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng este hóa. - Nhiệt tạo thành của nguyên liệu đầu : q(C43H80O10) = 37607,86 (kcal). q(C8H10O3) = 944,38.8 + 34,194.10 - ( 102.8 + 27,5.10 - 45.3 ) = 9940,98 (kcal). - Nhiệt tạo thành của sản phẩm. q(C51H10O3) = 944,38.51 + 34,194.10 - ( 102.51 + 27,5.10 - 45.3 ) = 43163,32 (kcal). Vậy Q3 = 43163,32 - (37607,86 + 9940,98) = - 4385,52 (kcal). hay Q3 = - 4385,52.4,18.103 = - 18331,47 (kJ). Dấu (-) thể hiện phản ứng là toả nhiệt. Vậy tổng năng lượng cho cả quá trình là : Q = Q1 + Q2 + Q3 Q = 1547873 + (- 993,42) + (- 18331,47) = 1528548 (kJ). II.4.2.Tính thiết bị cấp nhiệt Thiết bị này dùng để đun nóng dầu tuần hoàn cấp nhiệt cho bộ phận phản ứng. Để đảm bảo nhiệt độ cho quá trình phản ứng ta phải nâng nhiệt độ của dầu lên 3000. Nhiệt độ ban dầu của dầu t1d = 250C. Nhiệt độ ra của dầu t1c = 300 0C. Nhiệt độ ban dầu của khí đốt t2d = 1000 0C. Nhiệt độ ra của dầu t2c = 300 0C. Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, dầu tải nhiệt đi trong ống hơi đốt đi bên ngoài ống . Đường kính ống dn =32 mm. Chiều dày ống s = 2,3mm. Chiều dài ống l = 1500 mm. Bước ống t = 1,5.dn = 1,5 .0,032 = 0,048 (m). + Tính hệ số cấp nhiệt. - Hệ số cấp nhiệt về phía dầu : Trong đó Nu = 0,021. Pr = . Với m = 3,2.10-3 (N.s/m2). C : nhiệt dung riêng , C =5542 (J/kg.độ). r : khối lượng riêng, r = 925 (kg/m3). = 0,397 (W/m.độ). Pr= = 44,67. Ta giả thiết :Re 104. = 46,88 nên e1 = 1,03. Do đó Nu = 0,021.1,03.(104)0,8.44,670,43.1 = 175,62. Vậy a2 = = 2178,78 (W.m2.độ). + Hệ số cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ : . Dt : chênh lệnh nhiệt độ giữa hỗn hợp và thành ống. Giả thiết Dt = th - t1 = 1,5 0C. A: hệ số, A = 67,78. 4445,58 (W/m2độ). + Hệ số truyền nhịêt K: Dùng thép CT3 để chế tạo thiết bị cấp nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của CT3 là l = 54,4 w/ m2.độ. K= = 1387,58 (W/m2.độ). + Bề mặt truyền nhiệt : F = Q: nhiệt lượng trao đổi,Q = 1528548 (kJ). thời gian truyền nhiệt, t = 12 (h). Dt : hiệu số trung bình, Dt = 100 0C. Do đó F = = 2,2 (m2). + Số ống truyền nhiệt : n = = 16,7 (ống). Dựa vào bảng [T48-STHC II ] ta quy chuẩn ống n =19 (ống). Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là : b =5. + Đường kính của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức : D = t.b + dn.b D = 0,048.5 + 0,032.5 = 0,4 (m). Vậy thiết bị cấp nhiệt có đường kính là D = 0,4 (m). PHẦN III: ĐIỆN NƯỚC III.1. Điện Trong phân xưởng sản xuất, điện không những dùng để chiếu sáng, chạy máy... , nó còn ảnh hưởng đến giá thành của sản phẩm. Do đó khi sử dụng điện cần phải bố trí sao cho hợp lý nhất để vừa đảm bảo kỹ thuật, an toàn cho người sử dụng vừa đảm bảo sao cho tiết kiệm nhất. III.1.1. Điện chiếu sáng. Nhà sản xuất thường hoạt động 2 ca nên được thiết kế để tận dụng tốt ánh sáng tự nhiên, ánh sáng tự nhiên tốt sẽ ảnh hưởng tới sinh lý con người. Trong xây dựng thường tận dụng ánh sáng tự nhiên bằng hệ thống cửa sổ. Dùng loại đèn một dây tóc có chụp bảo vệ chống cháy nổ. Bố trí mắcđiện phải đảm bảo chiếu sáng phục vụ sản suất. Số bóng cần thiết tính theo công thức: n = . Trong đó H : chiều cao nhà. L’: khoảng cách giữa các đèn. L”: chiều dài nhà. l : khoảng cách từ tường đến nơi treo đèn. hc: chiều cao treo đèn đến sàn. hV: khoảng cách từ đèn đến sàn. h: khoang cách từ đèn đến bề mặt làm việc. h,: chiều cao làm việc. Vậy: - Số bóng theo chiều dài nhà là: n=, lấy n = 5 bóng. - Số bóng tính theo chiều ngang nhà là: n=, lấy n = 3 bóng. Vậy tổng số bóng tầng một là:2.3.5 =30 bóng . - Số bóng được bố trí theo bảng sau: STT Tên phòng Công suất(W) Số lượng Tổng công suất (W) 1 Phân xưởng chính 150 30 4500 2 Công trình phụ 80 4 320 3 Phòng thí nghiệm 100 2 200 4 Phòng quản đốc 100 2 200 5 Phòng trực 100 4 400 6 Gác phụ 100 1 100 Tổng 5720 III.1.2 Năng lượng cho động lực. Năng lượng dùng trong sản suất được tổng kết tại bảng sau: STT Tên thiết bị Công suất (Kw) Số lượng Thời gian (giờ) Tổng công suất (Kw) 1 Động cơ cánh khuấy 1,5 4 15 90 2 Bơm chất lỏng 1 5 0,5 2,5 3 Bơm khí 1 1 5 5 4 Phòng điều hành 3 1 4 12 5 Tổng số 6,5 11 24,5 109,5 Vậy lượng điện tiêu thụ hàng năm là : - Chiếu sáng: Acs=Pcs..k Trong đó k : hệ số đồng thời, k = 0,9. Pcs : công suất chiếu sáng, Pcs= 5,720 (kW) : thời gian tiêu thụ điện, = 2860 (h/năm). Acs= 5,720.2860.0,9 = 14724 (kW/năm). - Điện năng dùng trong sản xuất. Asx=kc.Psx .t kc: hệ số tiêu dùng, kc = 0,5. Psx: công suất tiêu dùng trong sản xuất. Asx = 0,5.109,5.2860 = 156585 (kW/năm). Điên năng tiêu dùng trong toàn phân xưởng sản xuất: A = km.(Asx+Acs) km: Hệ số tổn hao điên áp, km=1,03. A=1,03.(14724 + 156585) = 176448 (kW/năm) III.2. Nước dùng trong quá trình sản xuất Nước dùng trong phân xưởng gồm nước dùng trong sản xuất và nước dùng trong sinh hoạt. + Nước dùng trong sinh hoạt. Nước dùng trong sinh hoạt với mỗi người lao động là 75l/người. Số công nhân trong phân xưởng tham gia trực tiếp và gián tiếp vào quá trình sản xuất là 16 người Vậy nước sinh hoạt dùng trong một ngày là 75.16 =1200 (lit/ngày). + Nước dùng trong sản xuất. - Nước dùng trong thiết bị ngưng tụ và trong quá trình làm lạnh: 0,72.3600.8=20736(kg). - Lượng nước trung bình để rửa thiết bị phản ứng trong một ngày là : 1000(kg). Vậy tổng lượng nước dùng trong một ngày là: 1000 + 20736 = 21736(kg). Lượng nước dùng trong một năm sản xuất là 21736.290=6303440(kg). Tương đương 6318,5(m3). PHẦN IV: XÂY DỰNG IV.1.Lựa chọn địa điểm xây dựng Lựa chọn xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Nomura TP Hải Phòng. Khu công nghiệp Nomura là một trong các khu công nghiệp nằm trong khu quy hoạch của TP Hải Phòng nhằm phát triển kinh tế vùng phía Tây Bắc thành phố, đồng thời là địa điểm để di chuyển các nhà máy cũ trong nội đô nhằm tránh ô nhiễm cho thành phố. Khu công nghiệp nằm trên quốc lộ 5 Hải Phòng - Hà nội, nằm cách cảng Hải Phòng 20 km và nằm gần hệ thống đường sắt Hải Phòng - Hà nội. Hệ thống giao thông, cơ sở hạ tầng tại đây được thành phố rất quan tâm đầu tư nên khu công nghiệp có thể đáp ứng mọi yêu cầu về giao thông, năng lượng hay bảo vệ môi trường. Nguyên liệu chính cho sản xuất nhựa là bột AP, penta được nhập từ Malaysia, Trung Quốc qua cảng Hải Phòng. Một số phụ liệu khác có thể nhập dễ dàng qua các hướng giao thông khác như đường sắt hay đường bộ. Điện, nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt được cung cấp từ kênh phân phối của khu công nghiệp. Nhà máy không đòi hỏi nhiều về số lượng nhân công song lại đòi hỏi cao về trình độ do đó công nhân trong nhà máy được tuyển dụng chủ yếu từ các trường đại học trong khu vực. Việc xây dựng nhà máy sản xuất nhựa alkyt tại Hải Phòng có các điều kiện thuận lợi như nhà máy nằm gần công ty sơn Hải Phòng là một trong các đơn vị tiêu thụ sản phẩm chính cho nhà máy. Hiện nay trên thị trường sơn công nghiệp trong cả nước nói chung và miền Bắc nói riêng hiện đang có nhu cầu rất lớn, nhà máy ra đời sẽ góp phần cung cấp thêm những sản phẩm có chất lượng nâng cao năng lực cạnh tranh của sơn Việt Nam. Hải Phòng là thành phố có nền công nghiệp tương đối phát triển lại nằm ở trung tâm đồng bằng sông Hồng, là một trong ba đỉnh của tam giác kinh tế phía bắc Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh nên là thị trường tiêu thụ rộng lớn. Từ các yếu tố thuận lợi nêu trên việc xây dựng nhà máy tại đây là hoàn toàn có tính khả thi. IV.2.Thiết kế tổng mặt bằng IV.2.1.Đặc điểm sản xuất của nhà máy Sản phẩm chính của nhà máy là nhựa alkyt được sản xuất trên dây chuyền công nghệ tự động nên không đòi hỏi cao về mặt bằng. Nguyên liệu và sản phẩm đều được bảo quản trong các thiết bị kín nên ít có khả năng rò gỉ gây ô nhiễm môi trường. Các thiết bị làm việc tương đối êm đềm ít gây ồn ít toả nhiệt do vậy phân xưởng không yêu cầu cao về thông gió hay sử lý nước thải. Để thuận tiện hơn bố trí thêm một xưởng gia công sơn tại nhà máy.Phân xưởng này đòi hỏi cao về thông gió, chiếu sáng và các điều kiện đảm bảo môi trường làm việc an toàn cho công nhân. Ngoài ra nước thải từ đây cũng đòi hỏi phải được xử lý trước khi thải ra hệ thống nước thải của khu công nghiệp. IV.2.2.Thiết kế tổng mặt bằng Từ các yêu cầu cụ thể của sản xuất ta bố trí tổng mặt bằng nhà máy theo giải pháp phân vùng như sau: Nhà máy được chia làm hai vùng cơ bản : Vùng sản xuất bao gồm các phân xưởng sản xuất, phân xưởng gia công sơn, các bộ phận phụ trợ như kho tàng, bộ phận cung cấp năng lượng, xử lý nước thải… Vùng hai bao gồm nhà hành chính và các công trình phục vụ sinh hoạt khác như hội trường, nhà ăn, các công trình phúc lợi khác. Bao quanh các khu vực là thảm cây xanh rộng lớn nhằm ngăn cách tiếng ồn và ô nhiễm từ khu vực sản xuất sang khu hành chính. Phân xưởng sản xuất, kho tàng được lựa chọn kết cấu nhà khung thép ZAMIL để dễ dàng thiết kế thi công hay sửa chữa. Nhà hành chính và các công trình phục vụ sinh hoạt khác được xây dựng bằng nhà bê tông kiên cố vừa an toàn vừa tạo cảnh quan cho nhà máy. Các phân xưởng sản xuất nhựa và gia công sơn được bố trí ở trung tâm nhà máy các bộ phận phụ trợ bao quanh nhằm tạo sự liên hệ trực tiếp và ngắn nhất giữa các bộ phận, phục vụ tốt nhất cho sản xuất, vận chuyển. Hướng gió chủ đạo tại đây là gió đông nam nên việc bố trí các công trình theo hướng nhà hành chính các công trình phục vụ sinh hoạt các bộ phận ít ô nhiễm ở đầu hướng gió, các bộ phận độc hại hơn ở cuối hướng gió. Từ giải pháp quy hoạch trên và diện tích xây dựng, sử dụng của từng công trình sân bãi và các hạng mục khác ta xác định được các chỉ tiêu như sau: Tên công trình Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Chiều cao (m) Diện tích (m2) Kết cấu Nhà xe 25 4,5 4,5 112,5 Zamil Khu hành chính 20 8 4,2x3 160 BTCT Khu sinh hoạt chung 20 10 4,2x2 200 BTCT Khu điện nước 10 9 4 90 BTCT Phòng bảo vệ 4 4 3,7 16 BTCT Xưởng sản xuất nhựa 18 12 14 216 Zamil Kho nguyên liệu 18 12 8,4 216 Zamil Xưởng gia công sơn 24 18 14 432 Zamil Xưởng cơ khí 18 12 8,4 216 Zamil Kho sản phẩm 12 12 8,4 144 Zamil Tổng 1802,5 Ngoài ra hệ thống đường đi và sân bãi có tổng diện tích là : 1800 (m2). Và diện tích của cả khu đất là : 8100 (m2). Kxd = Tổng diện tích các công trình Diện tích khu đất Từ các số liệu trên ta có thể tính được các hệ số Kxây dựng và Ksử dụng để đánh giá sự khả quan của việc quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy. = = 0,23. Ksd = Tổng diện tích các công trình + tổng diện tích đường đi,sân bãi Diện tích khu đất Ksd = = 0,45. IV.2.3.Tổ chức hệ thống kỹ thuật Nhà máy có công suất trung bình, lượng hàng hoá và nguyên liệu vận chuyển không nhiều nên hệ thống giao thông được bố trí bao gồm một đường lớn hai làn mỗi làn rộng 7m phục vụ cho vận chuyển hàng hoá. Đường giao thông này nằm ngăn cách giữa khu sản xuất và khu hành chính nên đảm bảo không giao cắt với các hướng giao thông khác.Do số lượng nhân công trong nhà máy không nhiều nên bố trí hệ thống vỉa hè rộng 5m có trồng cây xanh phục vụ cho công nhân đi lại. Các hệ thống kỹ thuật khác như khu vực cung cấp dầu nóng cho thiết bị phản ứng, xử lý nước thải, điện… được bố trí dọc theo phân xưởng nhằm phục vụ tốt nhất cho sản xuất. Điện chiếu sáng tổ chức đảm bảo chiếu sáng chung cho toàn phân xưởng ngoài ra trên các hệ thống đòi hỏi cao về chiếu sáng hay thao tác kỹ thuật cũng được bố trí chiếu sáng cục bộ. Hệ thống thoát nước được tổ chức đồng bộ tránh ngập úng vào mùa mưa. Nước thải được đưa về trạm xử lý sơ bộ rồi thải ra hệ thống nước thải chung của khu công nghiệp. IV.3.Thiết kế nhà sản xuất IV.3.1.Đặc điểm sản xuất của phân xưởng Nhựa alkyt được sản xuất trên dây truyền công nghệ tự động được mô tả như sau : Thùng chứa sản phẩm Nguyên liệu Lỏng : dầu chẩu,xylen dung môi pha loãng Rắn : bột AP, bột pentaeritril Thùng lường(3) Cân tự động Nồi phản ứng (1) Nồi pha loãng (2) Sơ đồ khối các thiết bị có liên quan đến nồi phản ứng (1) : Bình phân ly (6) hỗn hợp xylen-nước Nồi phản ứng (1) Sinh hàn làm mát (4) Thiết bị ngưng tụ (5) xylen Từ sơ đồ khối dây chuyền sản xuất, ta thấy do yêu cầu của kỹ thuật thì các thiết bị như thùng lường (3), sinh hàn làm mát (4), thiét bị ngưng tụ (5) và bình phân ly (6) phải được bố trí ở trên nồi phản ứng (1). Và sản phẩm nhựa được bơm từ nồi phản ứng (1) sang nồi pha loãng (2). Do đó ta bố trí nồi phản ứng (1) cao hơn nồi pha loãng (2) để tạo ra được một áp lực nhất định cho việc vận chuyển nhựa sang nồi pha loãng (2) dễ dàng hơn. Còn sản phẩm đã được pha loãng ở nồi pha loãng (2) cũng được bơm hút qua đường tháo sản phẩm ở dưới đáy thiệt bị sang thùng chứa sản phẩm (thùng chứa sản phẩm được bố trí ở ngoài bố trí nhà sản xuất), do đó ta bố trí thùng pha loãng (2) có một độ cao nhất định so với nền nhà. Các thiết bị khác được bố trí ở các độ cao khác nhau trên các sàn thao tác có bố trí hệ thống cầu thang bằng thép ốp sát tường để có thể đi lại và thực hiện thao tác kỹ thuật cần thiết. Nguyên liệu lỏng được đưa vào thiết bị phản ứng bằng các đường ống. Nguyên liệu rắn được đưa qua cửa ở trên nắp nồi phản ứng (1). Và khối lượng nguyên liệu rắn cho một mẻ sản xuất là không lớn (khoảng 600 kg). Hơn nữa khối lượng thiết bị cũng không lớn (khoảng 1 tấn ). Do các lý do trên,ta sử dụng một monoray để đưa nguyên liệu vào thiết bị và để di chuyển thiết bị khi lắp đặt và bảo dưỡng. Các thiết bị đều kích thước nhỏ và trung bình : Nồi phản ứng (1) có D = 1,4(m) , H = 3(m). Nồi pha loãng (2) có D = 1,6(m) , H = 3,2(m). Các thiết bị (4),(5),(6) đều có đường kính nhỏ hơn 1(m) và chiều cao không quá 1,5(m). Chiều cao của toàn bộ dây chuyền sản xuất khoảng 10(m). IV.3.2.Giảt pháp thiết kế Dây chuyền sản xuất nhựa alkyt là một dây chuyền khép kín, các nguyên liệu lỏng đều được vận chuyển trong đường ống kín nên mức độ rò rỉ găy ô nhiễm môi trường là hạn chế và trong quá trình làm việc các thiết bị vận hành khá yên tĩnh và lượng nhiệt trao đổi ra môi trường là không lớn lắm. Hơn nữa, số lượng công nhân trong phân xưởng là rất ít, với mỗi ca làm việc chỉ cần 4 người. Và do yêu cầu của sản xuất thì trong phân xưởng chỉ cần một phòng điều hành và một phòng thí nghiệm với tổng diện tích khoảng 72 (m2). Do đó ta chọn nhà sản xuất có kích thước như sau : Nhịp nhà L = 12(m). Bước cột B = 6 (m). Chiều dài nhà là 18 (m). Chiều rộng nhà là 12 (m). Chiều cao nhà H = 14 (m). Nhà sản xuất sử dụng kết cấu nhà khung thép tiền chế ZAMIL do nhà ZAMIL có nhiều ưu điểm như : dễ chế tạo có thể chế tạo tại nhà máy rồi thi công tại hiện trường, giảm được thời gian thi công, nhà thép ZAMIL có khả năng thay thế, sửa chữa hay mở rộng rất thuận tiện. Ngoài ra nhà ZAMIL còn thuận tiện cho việc bố trí dây chuyền thiết bị trong nhà xưởng do sự linh hoạt về không gian sử dụng. Do dây chuyền công nghệ là tự động, ít gây độc hại ra môi trường xung quanh nên phân xưởng không có yêu cầu cao về chiếu sáng hay thông gió. Do vậy hệ thống chiếu sáng và thông gió chủ yếu dựa trên tự nhiên. Tại các vị trí gần dây chuyền có bố trí các bóng đèn chiếu sáng để dễ dàng thao tác hay kiểm tra trong điều kiện thời tiết xấu hay ca đêm. Hệ thống cửa chính được bố trí thuận lợi nhất cho sản xuất bao gồm 1 cửa rộng 4m ở chính giữa nhằm phục vụ đi lại vận chuyển hàng hoá nguyên liệu. Ngoài ra còn bố trí thêm cửa phụ đối diện với cửa chính nhằm đón gió thông gió cho xưởng và là cửa thoát hiểm khi có sự cố cháy nổ. Hệ thống cửa sổ bố trí theo hướng Đông - Tây nhằm tận dụng để thông gió triệt để và lấy ánh sáng chiếu sáng tự nhiên cho nhà. Cửa sổ rộng 3m cao 4m kết cấu khung kim loại cửa kính trong suốt có thể dóng mở tự động. Các hệ thống kỹ thuật bao gồm đường dây điện, hệ thống cấp nhiệt cho thiết bị phản ứng, các đường ống dẫn … được bố trí thuận tiện. Hệ thống điện bố trí ngầm trong tường, dưới sàn có thêm các hộp kỹ thuật để dễ dàng tháo lắp kiểm tra khi cần. Các đường ống dẫn được đặt lộ thiên ở độ cao phù hợp với dây chuyền công nghệ yêu cầu để có thể kiểm soát dễ đang các sự cố dò gỉ Nhà điều hành là nơi đặt các thiết bị điều khiển điện tử đắt tiền nên có yêu cầu cao về nhiệt độ và độ ẩm. Do vậy nhà điều hành được xây dựng với yêu cầu đặc biệt để có thể lắp đặt hệ thống điều hoà 24/ 24h. Tóm lại từ các thiết kế cụ thể nêu trên phương án thiết kế đã bảo đảm các yêu cầu đặt ra về công nghệ, chiếu sáng, thông gió… giảm các tác động bất lợi tới người lao động, sử dụng thuận tiện an toàn tiết kiệm đất xây dựng và trên hết là thuận lợi nhất cho sản xuất. PHẦN V : KINH TẾ V.1. Tổng quan dự án Hiện nay theo thống kê của các cơ quan quản lý, sản lượng sơn các loại của toàn bộ các công ty sản xuất tại Việt Nam là khoảng 60.000 tấn/năm, trong đó sơn alkyt chiếm khoảng 75% (45.000tấn). Như vậy nhựa alkyt để sản xuất sơn là 20.000 tấn.Trong đó sản lượng sơn trên thế giới là 22 triệu tấn/năm. Bình quân đầu người là 4kg/người/năm. Ở các nước phát triển, mức tiêu thụ sơn là 18- 20 kg/người/năm. Trong khi đó tại VN mức tiêu thụ sơn bình quân đầu người là 0,8 kg/người/năm. Một con số quá thấp thể hiện thị trường còn đầy tiềm năng. Sản lượng nhựa alkyt do công ty sơn trong nước chỉ đạt 4000 tấn/năm. So với nhu cầu 20.000 tấn (đạt 20 % ) số còn lại phải nhập khẩu . Nhựa alkyt được dùng để sản xuất các loại sơn có tính năng bền đẹp, bóng, dễ gia công nhằm để phục vụ cho nhiều ngành, lĩnh vực trong nền kinh tế quốc dân. Dựa trên những tính năng ưu việt của nhựa alkyt với giá thành tương đối thấp và sản lượng thị trường đòi hỏi nhiều. Việc thiết kế dây truyền sản xuất nhựa alkyt với công suất 1000 tấn/năm là nhu cầu cần thiết và phù hợp với điều kiện kinh tế của nước ta hiện nay. V.2.Tính vốn đầu tư V.2.1.Vốn cố định Đây là tổng giá trị dùng để đầu tư xây dựng, mua thiết bị máy móc ... + Vốn đầu tư xây dựng : TT Các công trình Diện tích (m2) Đơn giá (đ/m2) Thành tiền (triệu đồng) 1 Phòng bảo vệ 12 1500 000 18 2 Nhà ăn 160 3000 000 480 3 Nhà xe 180 1500 000 270 4 Khu năng lượng 64 1500 000 96 5 Kho nguyên liệu 80 1500.000 120 6 Kho thành phẩm 80 1500 000 120 7 Nhà hành chính 200 10 000 000 2000 8 Phân xưởng sản xuất 216 2500 000 540 9 Tổng 3644 + Vốn đầu tư mua thiết bị máy móc. Vốn đầu tư thiết bị máy móc được thống kê ở bảng dưới đây : STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá,VNĐ Thành tiền,triệu đồng 1 Nồi phản ứng 1 50 000 000 50 2 Nồi pha loãng 1 50 000 000 50 3 Cánh khuấy 2 500 000 0,5 4 Hộp giảm tốc 2 300 000 0,3 5 Thùng lường 1 500 000 0,5 6 Sinh hàn 1 5 000 000 5 7 Thiết bị ngưng tụ 1 2 000 000 2 8 Thiết bị phân ly 1 1 000 000 1 9 Thùng chứa 3 7 000 000 7 10 Bơm 5 700 000 0,7 11 Mô tơ 2 400 000 0,4 12 Tổng 117,4 Vậy vốn đầu tư cho thiết bị là: Vtb = 117,4 (triệu đồng). Tổng vốn đầu tư cố định : Vcđ = Vxd + Vtb + V k Trong đó : Vxd: Vốn đầu tư xây dựng Vtb:Vốn đầu tư thiết bị Vk: Vốn đầu tư khác (10% vốn đầu tư ) Vcđ = 3644 + 117,4 + 0,1.V Suy ra V = 4180 (triệu đồng). V.2.2.Vốn lưu động Đây là giá trị đầu tư cho nguyên liệu và tiền lương cho CBCNV… Theo thống kê thì với loại sản phẩm này khả năng tiêu thụ là khá nhanh nên ta lấy một chu kỳ kinh doanh là 3 tháng. Nên ta tính vốn lưu động là các khoảng chi trong vòng 3 tháng. - Chi phí cho nguyên vật liệu ban đầu : STT Tên nguyên liệu Số lượng tấn/3tháng Giá mua triệu đồng/tấn Chi phí cho 3 tháng triệu đồng 1 Penta 20,28 7 141,96 2 Dầu chẩu 111,54 3,5 390,39 3 AP 34,6 6,5 224,9 4 PbO 0,078 2 0,156 5 Xylen 8,58 6 51,48 6 Xăng pha loãng 84,4 5,5 464,2 7 Tổng 1273 - Chi phí lương cho CBCNV trong 3 tháng là: CBCNV Số lượng, người Hệ số Lương cơ bản tr.đồng/ng/th Lương triệu đồng/3th Trực tiếp sx 200 1.2 1,2 288 Kỹ thuật 15 1.8 32,4 Hành chính 60 1,8 129,6 Tổng 450 Vậy vốn lưu động là Vlđ = Vnl + Vl = 1273 + 450 = 1723 (triệu đồng). Vậy tổng vốn đầu tư là : V = Vcđ + Vlđ = 4180 + 1723 = 5903 (triệu đồng). V.3.Tính lãi suất và thời gian thu hồi vốn V.3.1.Tính giá thành đơn vị sản phẩm + Chi phí nguyên liệu cho một năm sản xuất là 1273,1.4 = 5092,4 (triệu đồng). + Chi phí lương cho CBCNV trong một năm là 450.4 = 1800 (triệu đồng). + Khấu hao tài sản cố định A = 0,02.Vxd + 0,05.Vtb A = 0,02.3644 + 0,05.117,4 = 78,75 (triệu đồng). + Chi phí điện nước : Ở phần điện nước ta đã tính được lượng điện và nước sử dung trong một năm là : Lượng dùng Giá đơn vị Giá thành 176448 (kW) 3000 VNĐ/kW 530 (triệu) 6318,5 (m3) 5000 VNĐ/m3 316 (triệu) Bảng tổng hợp các chi phí như sau: Chi phí chủ yếu Tiền (triệu đồng) Nguyên liệu, điện, nước 5938,4 Lương công nhân 1800 Khấu hao tài sản cố định 78,75 Chi phí khác 870 Tổng chí phí 8687,15 Giá thành 1 đơn vị sản phẩm: Gđv = Tổng vốn chi phí Sản lượng cả năm , triệu đồng/tấn sản phẩm. = 8,68715 (triệu đồng/ tấn sản phẩm). V.3.2.Lãi và thời gian thu hồi vốn Với giá bán ra trên thị trường 1đơn vị sản phẩm là: 10.5 tr.đ/tấn sp. Nên lợi nhuận trước thuế của nhà máy trong 1 năm là : LNTT = 1000 (10.5 - 8,68715) = 1812,85 (triệu đồng). Nhà máy phải chịu thuế lợi với thuế suất 25% nên lợi nhuận sau thuế của nhà máy trong 1 năm là : LNST = 1812,85.(1- 0,25 ) = 1359,6375 (triệu đồng). Kỳ hoàn vốn = Thu nhập hàng năm Vốn đầu tư Khấu hao + lợi nhuận sau thuế Vốn đầu tư = Vậy thời gian hoàn vốn của dự án là : Kỳ hoàn vốn = = 4,1 (năm). + Xác định giá trị hiện tại ròng NPV : Thời gian sống của dự án là 15 năm Tỷ lệ chiết khấu r = 10%. Khoản thu hàng năm của dự án là Ti = 1438,3875 (triệu đồng). NPV = - V + = - 5903 + NPV = 5037,5 NPV > 0. Vậy dự án là hoàn toàn khả thi.