Đồ án thiết kế các quá trình, thiết bị phục vụ cho ngành tổng hợp VinylClorua

ứng là: - Lượng Cl2: Kg/h - Lượng H2: Kg/h - Lượng N2: Kg/h Tổng lượng N2 do nguyên liệu Axetylen và HCl kỹ thuật mang vào thiết bị phản ứng là: Kg/h 2. Tính lượng nguyên liệu tiêu hao, sản phẩm tạo thành do phản ứng phụ. Trong quá trình phản ứng, nhiều phản ứng phụ xảy ra do điều kiện nhiệt độ cao, do tạp chất,... Xét phản ứng phụ xảy ra chủ yếu là phản ứng của hơi nước chứa trong nguyên liệu với Axetylen tạo thành Aldehyt và phản ứng cộng hai phân tử HCl vào Axetylen tạo thành 1,1-diclo-Etan. (2) (3) * Xét phản ứng phụ (2). Lượng Axetylen còn lại sau phản ứng (1) là: 20,510 Kg/h. Do phản ứng (2) có độ chuyển hoá là 0,35% nên lượng Axetylen tham gia phản ứng (2) là: Kg/h Lượng Axetylen còn lại sau phản ứng (2) là: Kg/h Lượng HCl tham gia phản ứng (2) là: Kg/h Lượng 1,1-dicloEtan tạo thành từ phản ứng (2) là: Kg/h Lượng HCl còn lại sau phản ứng (2) là: Kg/h * Xét phản ứng phụ (3). (3) Lượng H2O do nguyên liệu mang vào là: 0,311 Kg/h Lượng Axetylen tham gia phản ứng là: Kg/h Lượng Aldehyt tạo thành từ phản ứng là: Kg/h Lượng C2H2 còn lại ra khỏi thiết bị phản ứng là: Kg/h 3. Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng: Lượng chất đi vào thiết bị phản ứng Lượng chất ra khỏi thiết bị phản ứng Cấu tử Kg/h Cấu tử Kg/h C2H2 1.025,341 C2H2 dư 12,862 HCl 1.583,360 HCl dư 152,547 Cl2 4,697 Cl2 4,697 H2 0,324 H2 0,324 N2 40,844 N2 40,844 O2 0,104 O2 0,104 H2O 0,311 CH3-CHO 0,760 CH3-CHCl2 27,374 Vinyl Chloride 2.415,461 Tổng vào 2.654,981 Tổng ra 2.654,973 Bảng 4: bảng cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng Hình 8: Bảng cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng. II. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng. - Nhiệt độ đầu vào của nguyên liệu : t1 = 25 oC - Nhiệt độ đầu ra của sản phẩm : t2 = 120oC Theo thiết kế, chất tải nhiệt làm mát cho thiết bị phản ứng là dầu tải nhiệt có các thông số: - Nhiệt độ đầu vào : 70oC - Nhiệt độ đầu ra : 100oC - Nhiệt dung riêng dầu : Cpd = 0,43 Kcal/Kg.OC - Khối lượng riêng : Kg/m3 1. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào. Công thức tính nhiệt lượng của một chất đi vào, ra khỏi thiết bị phản ứng: Kcal/h Trong đó: - G : Lượng chất vào, ra khỏi thiết bị, Kg/h - CP : Nhiệt dung riêng của chất, Kcal/Kg độ - t : Nhiệt độ của chất, oC Việc quan trọng nhất trong việc tính nhiệt lượng của một chất ở đây là tính được nhiệt dung riêng của chất đó ở những nhiệt độ khác nhau do người sử dụng lựa chọn. Do không có công thức chung để tính nhiệt dung riêng cho tất cả các chất (chỉ có cho một số chất với công thức chung là:, và một số chất khác được cho dưới dạng bảng, giản đồ) nên thuật toán để xác định nhiệt dung riêng một cách chung nhất, thuận tiện nhất mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết là qui về chung thành dạng bảng nhiệt dung riêng của các chất phụ thuộc vào nhiệt độ với các khoảng nhiệt độ đủ nhỏ (20oC). Với bảng đã lập ta có thuật toán để xác định nhiệt dung riêng của một chất như sau: to 10 20 CP 30 50 Hình 9: Sơ đồ thuậ toán tìm nhiệt dung riêng một chất theo nhiệt độ. a. Tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng. Các cấu tử đi vào thiết bị phản ứng gồm: C2H2, HCl, Cl2, H2, N2, O2, H2O. Theo thiết kế, nhiệt độ của nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng là: t = 25OC, từ [I-227,231,232] ta tra được nhiệt dung riêng của các cấu tử trên. Cấu tử G (Kg/h) CP Q (Kcal/h) C2H2 1.025,341 0,41 10.509,745 HCl 1.583,360 0,20 7.916,800 Cl2 4,697 0,12 14,091 H2 0,324 0,34 2,754 N2 40,844 0,25 255,275 O2 0,104 0,23 0,598 H2O 0,311 0,45 3,499 Bảng 5: Nhiệt lượng do nguyên liệu đưa vào thiết bị phản ứng. Vậy tổng lượng nhiệt do nguyên liệu đưa vào thiết bị phản ứng là: Kcal/h b. Tính nhiệt lượng toả ra do phản ứng trong thiết bị phản ứng. - Với phản ứng chính. Kcal/Kmol Lượng nhiệt toả ra do phản ứng chính: Kcal/h - Với phản ứng phụ tạo diclo-Etan. Kcal/Kmol Lượng nhiệt toả ra do phản ứng: Kcal/h - Với phản ứng phụ tạo Aldehyt. Kcal/Kmol Lượng nhiệt toả ra do phản ứng: Kcal/h Vậy tổng lượng nhiệt sinh ra do phản ứng là: Kcal/h c. Tính nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị phản ứng. Theo thiết kế, nhiệt độ của sản phẩm mang ra là t = 120OC Tương tự như tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng ta có bảng nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị phản ứng: Vậy tổng lượng nhiệt do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị phản ứng là: Kcal/h Cấu tử G, Kg/h CP Q, Kcal/h C2H2 dư 12,862 0,46 709,982 HCl dư 152,653 0,22 4.027,980 Cl2 4,697 0,13 73,273 H2 0,324 0,35 13,608 N2 40,844 0,25 1.225,320 O2 0,104 0,29 3,619 CH3-CHO 0,760 0,37 33,744 CH3-CHCl2 27,374 0,30 985,464 Vinyl Chloride 2.415,461 0,21 60.869,620 Bảng 6: Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị phản ứng. d. Tính nhiệt lượng do dầu làm mát mang vào thiết bị phản ứng. Theo thiết kế, nhiệt độ của dầu làm mát mang vào là t = 70OC Vậy nhiệt lượng do dầu làm mát mang vào thiết bị phản ứng là: Kcal/h e. Tính nhiệt lượng do dầu làm mát mang ra khỏi thiết bị phản ứng. Theo thiết kế, nhiệt độ của dầu làm mát đi ra là t = 100OC Vậy nhiệt lượng do dầu làm mát mang ra khỏi thiết bị phản ứng là: Kcal/h f. Tính nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh. Trong quá trình làm việc, nhiệt của thiết bị phản ứng bị mất mát một phần ra môi trường xung quanh. Lượng nhiệt này lấy bằng 0,05 lượng nhiệt đưa vào thiết bị phản ứng và lượng nhiệt toả ra do phản ứng. Kcal/h Kcal/h Kcal/h * Ta có phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng. Tổng nhiệt lượng vào bằng tổng nhiệt lượng ra khỏi thiết bị. Kg/h = 73,400 m3/h Nhiệt lượng do dầu làm mát mang vào thiết bị phản ứng. Kcal/h Nhiệt lượng do dầu làm mát mang ra khỏi thiết bị phản ứng. Kcal/h Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh. Kcal/h Từ kết quả tính toán ta có bảng sau: Nhiệt lượng vào Nhiệt lượng ra Thành phần Kcal/h Thành phần Q, Kcal/h QNL 18.702,760 QSp 68.280,670 QPư 1.050.899,727 Qm 152.900,802 QVd 1.988.413,555 QRd 2.840.590,793 Tổng 3.058.016,042 Tổng 3.061.772,265 Bảng 7: Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng. Kết quả do máy tính đưa ra trong hình ở trang bên. Hình 10: Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng. Hình 11: Bảng tính chi tiết nhiệt lượng của các cấu tử. III. Tính thiết bị phản ứng chính. 1. Tính lượng xúc tác trong thiết bị. Thể tích xúc tác trong thiết bị được tính theo công thức: m3 Trong đó: - Vv : Lưu lượng thể tích của hỗn hợp khí đi qua thiết bị (qua lớp xúc tác), m3/s - t : Thời gian tiếp xúc của hỗn hợp khí với xúc tác trong thiết bị phản ứng, s. Theo thiết kế, thời gian phản ứng trong thiết bị là: t = 0,5 s. Lưu lượng thể tích của khí đi qua thiết bị được tính theo công thức: m3/h Trong đó: - G : Lưu lượng khối lượng của khí đi qua thiết bị, Kg/h. - : Khối lượng riêng của khí, Kg/m3. Công thức tính khối lượng riêng theo [I-5]: Kg/m3. (3.1.1) - M : Khối lượng mol của khí, Kg/Kmol. - p, p0 : áp suất làm việc của thiết bị và áp suất ở điều kiện tiêu chuẩn, at. - T : Nhiệt độ tuyệt đối của khí, oK. Theo thiết kế: - Nhiệt độ làm việc của thiết bị phản ứng là : - áp suất làm việc của thiết bị phản ứng là : p = 1at - Lưu lượng thể tích của Axetylen đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của HCl đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của Cl2 đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của H2 đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của N2 đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của O2 đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h - Lưu lượng thể tích của H2O đi qua thiết bị phản ứng: Kg/m3. m3/h * Tổng lưu lượng thể tích của hỗn hợp qua thiết bị: Vậy thể tích xúc tác trong thiết bị phản ứng là: m3 Chọn vận tốc hơi đi trong ống là: = 3 m/s. Vậy tổng diện tích các ống chứa xúc tác của thiết bị phản ứng là: ,m2 Chiều cao lớp xúc tác: ,m Chiều cao ống chứa xúc tác: ,m Trong công nghiệp, ống phản ứng thường được chọn loại có đường kính trong là 15mm, dày 1,5mm. 2. Tính số ống của thiết bị. Số ống của thiết bị được tính theo công thức: ,ống ống được bố trí trong thiết bị theo dạng hình lục giác đều. Theo [II-48] ta có công thức: b = 2a + 1 n = 3a(a - 1) + 1 Trong đó: - b: Số ống trên đường chéo xuyên tâm của hình lục giác. - a: Số ống trên một cạnh của hình lục giác ngoài cùng. - n: Số ống trong thiết bị Thay số ống n = 1.597 vào công thức trên ta tính được a = 23, theo [II-48] chọn thiết bị có n = 1.615 ống, các ống được bố trí hình lục giác đều, trong đó: - Tổng số ống nằm trên các hình lục giác đều là : 1.385 ống - Tổng số ống nằm trong các hình viên phân là : 228 ống 3. Tính đường kính thiết bị phản ứng. Theo [II-48], đường kính thiết bị phản ứng dạng ống chùm, ống xếp theo hình lục giác đều được tính theo công thức, ống xếp theo hình lục giác đều: ,m Trong đó: - t : Bước ống, thường chọn trong khoảng t = (1,2 1,5)d - d : Đường kính ngoài của ống, m Chọn t = 1,5d. Với đường kính ngoài của ống: d = 15 + 3 = 18 mm = 0,018 m. Ta có: t = 1,5x0,018 = 0,027 m. Thay các giá trị vào công thức trên ta tính được đường kính thiết bị: m Quy chuẩn ta được đường kính thiết bị phản ứng: D = 1,3 m. 4. Tính đường kính các ống dẫn. Đường kính ống dẫn được tính theo công thức [I-448]: ,m Trong đó: - Vv : Lưu lượng thể tích, m3/s. - : Vận tốc trung bình, m/s. a. Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào. Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 20oC = 293oK Khối lượng riêng của khí khi vào thiết bị phản ứng: , Kg/m3 , Kg/m3 Ta có bảng lưu lượng các khí đi vào thiết bị phản ứng. Theo bảng ta tính được lưu lượng thể tích của hỗn hợp khí nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng là : Theo [I-448] chọn 15 m/s. Vậy đường kính ống dẫn nguyên liệu vào: m Quy chuẩn ta được: dv = 250mm. Cấu tử KL phân tử, g/mol Lưu lượng khối lượng, Kg/h Khối lượng riêng, Kg/m3 Lưu lượng thể tích, m3/h C2H2 26 1.025,341 0,988 1.037,795 HCl 35 1.583,360 1,330 1.190,496 Cl2 73 4,697 2,774 1,693 H2 2 0,324 0,076 4,263 N2 28 40,844 1,064 38,387 O2 32 0,104 1,216 0,086 H2O 18 0,311 0,684 0,455 Tổng 2.273,175 Bảng 8: lưu lượng các khí đi vào thiết bị phản ứng: b. Tính đường kính ống dẫn sản phẩm ra. Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 120oC = 393oK Khối lượng riêng của khí khi vào thiết bị phản ứng từ công thức (3.1.1) là: , Kg/m3 Cấu tử KL phân tử, g/mol Lưu lượng khối lượng, Kg/h Khối lượng riêng, Kg/m3 Lưu lượng thể tích, m3/h C2H2 dư 26 12,862 0,728 17,668 HCl dư 35 162,653 0,980 165,972 Cl2 73 4,697 2,044 2,298 H2 2 0,324 0,056 5,786 N2 28 40,844 0,784 52,097 O2 32 0,104 0,896 0,116 CH3-CHO 44 0,760 1,232 0,617 CH3-CHCl2 101 27,374 2,828 9,680 Vinyl Chloride 64,5 2.415,461 1,806 1.337,465 Tổng 1.591,698 Bảng 9: lưu lượng các khí đi vào thiết bị phản ứng: Theo bảng trên ta đã tính được lưu lượng thể tích của hỗn hợp khí nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng là : Theo [I-448] chọn 15 m/s. Vậy đường kính ống dẫn nguyên liệu vào: m Quy chuẩn ta được: dr = 200mm c. Tính đường kính ống dẫn chất tải nhiệt vào và ra. Theo phần tính cân bằng nhiệt lượng ta có lưu lượng thể tích chất tải nhiệt vào thiết bị phản ứng là : Gd = 73,400 m3/h = 0,020 m3/s Theo [I-448] chọn 1,5 m/s. Vậy đường kính ống dẫn chất tải nhiệt vào là: m Quy chuẩn ta được: dd = 150mm IV. Tính toán cơ khí cho thiết bị phản ứng. Thiết bị phản ứng là loại thiết bị ống chùm dạng hình trụ, phía trên đầu thiết bị là phần phụ để ổn định áp suất của nguyên liệu trước khi đưa vào các ống phản ứng có chứa xúc tác. Phần phụ này cũng có dạng hình trụ, được hàn liền với phần thiết bị chính, có chiều cao, đường kính lớn hơn khoảng 20% so với chiều cao và đường kính phần chính. Phần chính và phần phụ của tháp được nối với nhau bằng phương pháp hàn. Nói chung, việc tính chiều dày cho các phần thiết bị là tương đối giống nhau về qui trình. Nó được biểu diễn trên sơ đồ thuật toán như sau: 1. Tính thân hình trụ. Thiết bị phản ứng có thân hình trụ, làm việc ở áp suất thường nên ta chế tạo thân thiết bị theo phương pháp hàn. Các yêu cầu khi chế tạo: - Đảm bảo đường kính hàn càng ngắn càng tốt. - Chỉ hàn giáp mối. - Bố trí các đường hàn dọc( ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận) cách nhau ít nhất 100mm. - Bố trí mối hàn ở chỗ dễ quan sát. - Không khoan lỗ qua mối hàn. Chiều dày của thân hình trụ chịu áp suất trong được tính theo công thức [II-360]. m Trong đó: - Dt : Đường kính trong của thiết bị, m - j : Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc. - : ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thiết bị. - C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m - Pt : áp suất trong của thiết bị, N/m2 Chọn hàn theo phương pháp hàn bằng tay dùng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên, theo [II-362] ta có j = 0,95. Do môi trường làm việc là hỗn hợp khí, ở áp suất thường nên áp suất trong thiết bị chính là áp suất làm việc. N/m2 * Tính ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thiết bị. Do trong quá trình làm việc, thành thiết bị luôn tiếp xúc với các chất có khả năng ăn mòn, ở nhiệt độ cao nên vật liệu làm thiết bị được chọn là thép X18H10T. Theo [II-355], ứng suất cho phép được xác định theo một trong hai công thức: N/m2 N/m2 Trong đó: - nk, nc : Hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy. - sk, sc : Giới hạn bền khi kéo và khi chảy, N/m2. - : Hệ số hiệu chỉnh. Do thiết bị là thiết bị loại I, các chi tiết, bộ phận, không bị đốt nóng, được cách ly với các nguồn đốt nóng trực tiếp bằng ngọn lửa, khí lò, điện trở nên theo [II-356], chọn h = 0,9. Theo [II-356], với vật liệu chế tạo thiết bị là thép không gỉ, làm bằng phương pháp cán, rèn, đập nên ta có : nk = 2,6 nc = 1,5 Theo [II-310] ta có: sk = 540.106 N/m2 sc = 220.106 N/m2 Thay các giá trị vừa tìm được vào công thức trên ta xác định được các ứng suất cho phép của vật liệu: N/m2 N/m2 Giá trị của được chọn theo giá trị bé hơn để đảm bảo an toàn nên ta lấy N/m2. * Tính số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày C. Ta có công thức tính đại lượng bổ sung, theo [II-363]: m Trong đó: - C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m. - C2 : bổ sung do hao mòn, m. - C3 : bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Theo [II-363] ta có: - Với vật liệu làm thiết bị là vật liệu bền, thời gian làm việc của thiết bị dài (15-20 năm) nên lấy C1 = 1 mm = 0,001 m. - Trong thiết bị không chứa các hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn nên lấy C2 = 0 m. - Theo [II-364], chọn dung sai chiều dày C3 = 0,40mm = 0,0004 m Thay các giá trị vừa tìm được vào công thức trên ta có: m * Tính chiều dày thân thiết bị. Ta có: Do đó ta có thể bỏ giá trị P ở mẫu số. Vậy chiều dày của thân thiết bị: m Chọn chiều dày thân thiết bị: S = 4mm * Kiểm tra ứng suất thiết bị theo áp suất thử. Theo [II-365] ứng suất tính theo áp suất thử phải thỏa mãn điều kiện: ,N/m2 Trong đó P0 là áp suất thử tính toán, được xác định theo công thức: P0 = Pth + P1 ,N/m2 Với: - Pth : áp suất thử thủy lực, N/m2 - P1 : áp suất thủy tĩnh của nước, N/m2 Theo [II-358], ta chọn: N/m2 Theo [II-360], P1 được tính theo công thức: P1 = r1.g.HL ,N/m2 Trong đó: - r1 : Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình, Kg/m3. - g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81N/m2 - HL : Chiều cao cột chất lỏng, lấy chiều cao lớn nhất, m. Chiều cao cột chất lỏng lấy bằng chiều cao thiết bị cộng với 0,6m phần ổn định áp suất phía trên thiết bị, ta có: HL = 3,6m. Nhiệt độ trung bình của thiết bị (tính theo nhiệt độ chất tải nhiệt): °C Tại ttb = 85°C theo [II-13] ta có: r1 = 968,65 kg/m3. Theo các giá trị vừa tính, ta có áp suất thử thuỷ tĩnh: N/m2 áp suất thử tính toán: N/m2 Ta có ứng suất tính theo áp suất thử: N/m2 Ta thấy Chiều dày của thiết bị đã tính ở trên thỏa mãn điều kiện bền. Vậy ta lấy chiều dày của thiết bị là 4mm cho cả phần chính và phần phụ của thiết bị. 2. Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp thiết bị là loại elip có gờ. Vật liệu chế tạo đồng nhất với vật liệu làm thân thiết bị: thép X18H10T. ở tâm nắp và đáy có ống đưa nguyên liệu vào, ống lấy sản phẩm ra. Chiều dày của đáy và nắp thiết bị được tính theo công thức [II-385]: ,m Trong đó: - C : Đại lượng bổ sung được tính theo công thức ,m + C1 : Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m. + C2 : Bổ sung do hao mòn, m. + C3 : Bổ sung do dung sai của chiều dày, m. - k : Hệ số không thứ nguyên, được xác định theo [II-385]: + d : Đường kính lớn nhất (hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn), của lỗ không tăng cứng, m. - ht : Chiều cao phần lồi của đáy, m. - jh : Hệ số bên của mối hàn hướng tâm nếu có. Đại lượng bổ sung C được lấy giống như trong phần tính thân thiết bị ta có: C = 1,4.10-3 m. Chọn hàn theo phương pháp hàn bằng tay dùng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên, theo [II-362] ta có jh = 0,95. a. Tính nắp thiết bị. Chọn phần phụ phía trên của thiết bị phản ứng có chiều cao là 600mm, đường kính trong là 1.600mm. Theo [II-382], với Dt = 1,6m thì: ht = 400mm Chiều cao gờ hb = 25mm Bề mặt trong F = 2,90m2 Hệ số k: Vì > 30 nên ta có thể bỏ giá trị của p ở mẫu số. Vậy chiều dày của nắp thiết bị: S = 0,0008 + C m Do S - C = 0,0008 m = 0,8 mm < 10 mm nên đại lượng bổ sung C được tăng cường thêm 2mm. Vậy CHiều dày của đáy thiết bị là: Sđ = 0,8 + 2 + 1,4 = 4,2 mm Quy chuẩn ta được Sđ = 6 mm Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo công thức [II-386]: ,N/m2 , N/m2 Ta thấy ứng suất thành của nắp thiết bị thoả mãn công thức. Vậy chiều dày nắp thiết bị là : Sđ = 6 mm b. Tính đáy thiết bị. Theo [II-382], với Dt = 1,3m thì: ht = 325mm Chiều cao gờ hb = 25mm Bề mặt trong F = 1,94m2 Hệ số k: Vì > 30 nên ta có thể bỏ giá trị của p ở mẫu số. Vậy chiều dày của đáy thiết bị: S = 0,0007 + C m Do S - C = 0,0007 m = 0,7 mm < 10 mm nên đại lượng bổ sung C được tăng cường thêm 2mm. Vậy Chiều dày của đáy thiết bị là: Sđ = 0,7 + 2 + 1,4 = 4,3 mm Quy chuẩn ta được Sđ = 6 mm Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị theo công thức [II-386]: Ta thấy ứng suất thành của đáy thiết bị thoả mãn công thức. Vậy chiều dày đáy thiết bị là : Sđ = 5 mm  Bảng 10: Các thông số kỹ thuật của đáy và nắp thiết bị. Tên bộ phận Đường kính trong, mm Chiều dày, mm ht, mm hd, mm F, m2 M, Kg Nắp 1.600 6 400 25 1,94 92,00 Đáy 1.300 6 325 25 2,90 137,00 3. Chọn mặt bích nối các phần của thiết bị. Bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Có nhiều kiểu bích khác nhau, nhưng do thiết bị làm việc ở áp suất thường nên ta chọn kiểu mặt bích liền. a. Bích nối nắp, đáy với thân thiết bị. Chọn bích liền bằng thép kiểu I theo [II-417] với các thông số như sau: P, N/m2 Dt, mm D, mm Db, mm D1, mm Do, mm Bulông h db Z 0,1.106 1600 1740 1690 1660 1613 M20 32 28 0,1.106 1300 1440 1390 1360 1313 M20 28 22 Bảng 11: Các thông số kỹ thuật của bích nối đáy và nắp với thân thiết bị. b. Bích nối thân thiết bị với các ống dẫn. Chọn kiểu bích liền bằng kim loại đen, kiểu I. Dựa vào đường kính của các ống, theo [II-414] ta có các thông số sau : Tên thiết bị P, N/m2 Dt, mm D, mm Db, mm D1, mm Do, mm Bulông h db Z ống ở nắp 0,25.106 250 273 370 335 312 M16 12 22 ống ở đáy 0,25.106 200 219 290 255 232 M16 8 16 ống ở thân 0,25.106 150 159 260 225 202 M16 8 16 Bảng 12: Các thông số kỹ thuật của bích ống dẫn với thiết bị. Các thông số do máy tính đưa ra ở trang bên. Hình 12: Bảng tính các thông số chi tiết của thiết bị phản ứng. Hình 11: Bảng hướng dẫn các chi tiết của thiết bị phản ứng. An toàn sản xuất trong nhà máy Với bất cứ một nhà máy, xí nghiệp sản xuất nào, từ quy mô nhỏ tới lớn thì việc đảm bảo an toàn trong sản xuất là một yêu cầu hết sức nghiêm ngặt. Trong ngành công nghiệp hoá chất, với tính chất đặc thù là khi xảy ra tai nạn thường phát sinh cháy nổ lớn, phát tán mạnh các chất độc hại,... gây tổn hại tới tính mạng, sức khoẻ nhiều người, tác động xấu tới môi trường... Do đó trong bất cứ thời điểm nào, việc thực hiện đầy đủ các qui định về an toàn trong môi trường làm việc phải được chấp hành nghiêm chỉnh. Cụ thể, các qui định về an toàn trong nhà máy được đưa ra như sau: I. An toàn về bố trí trang thiết bị trong nhà máy. Sự an toàn trong xí nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện mặt bằng và bố trí xây dựng trên đó. Khu đất phải tương đối bằng phẳng, có độ dốc đủ để tiêu thoát nước, thấm nước, có mực nước ngầm thấp hơn chiều sâu tầng hầm. Khi quy hoạch phải nghiên cứu các biện pháp tránh chất độc hại thải ra. Chú ý tới hướng gió khi đặt thiết bị, bồn bể chứa sao cho các bộ phận sản xuất có bụi, chất độc hại, tiếng ồn đặt ở cuối hướng gió. Chú ý tới điều kiện chiếu sáng giúp cho công nhân hoạt thao tác dễ dàng. Thiết bị phải được bối trí sao cho không khí có thể di chuyển tự do trong toàn bộ nhà máy giúp cho việc phân tán bụi bẩn, các chất độc hại, dễ cháy nổ ra khỏi khu vực. Trong nhà máy chế biến phải có đầy đủ trang thiết bị phòng chống cháy, nổ bao gồm: chăn cứu hoả, bình bọt, xe cứu hoả, máy cứu hoả, cát và hệ thống nước đủ để cứu hoả bất kỳ lúc nào và với thời gian dài đủ để dập tắt hẳn đám cháy. Tất cả các trang thiết bị này phải được bố trí một cách hợp lý để khi sự cố xảy ra thì với trang thiết bị phải thao tác kịp thời. Đường đi trong nhà máy phải đảm bảo cho xe cứu hảo đi lại thuận tiện, các thiết bị chữa cháy phải được đặt tại nơi dễ thấy, dễ lấy và phải được kiểm tra thường xuyên. Thiết bị trong nhà máy phải kín, không rò rỉ, các bể chứa nguyên liệu phải được nối đất bằng dây tiếp điện đề phòng xăng dầu khi bơm chuyển tích điện sẽ phóng điện, sét đánh gây cháy nổ, xung quanh khu bể chứa phải được xây tường ngăn cách với các khu vực khác. Bố trí kết cấu, màu sắc, các bộ phận, dụng cụ đo để đảm bảo dễ thao tác không nhầm lẫn khi vận hành. Bố trí đặt các nguồn điện, trang thiết bị điện, các loại cầu dao ngắt điện phù hợp với môi trường, đảm bảo an toàn. xây dựng các khu phân xưởng rễ cháy nổ ở vị trí cách ly với các khu vực khác, sử dụng vật liệu xây dựng bền, chịu nhiệt, nhẹ, bố trí nhiều cửa ra vào, đảm bảo quy chế an toàn. II. kỹ thuật an toàn trong công nghiệp. 1. An toàn cháy nổ. Tất cả các chất lỏng cháy đều có khả năng bốc hơi và cháy chỉ xảy ra trong pha hơi. Trên bề mặt của chất lỏng, ở bất cứ nhiệt độ nào đều có hơi của nó, lượng hơi phụ thuộc vào thành phần chất lỏng và nhiệt độ của nó. Để đảm bảo tránh được cháy và nổ khi tiến hành các quá trình kỹ thuật cần có các biện pháp său: + Thay thế các khâu sản xuất nguy hiểm bằng các khâu ít nguy hiểm hơn. + Cơ khí hoá tự động hoá liên tục các quá trình sản xuất. + Thiết bị đảm bảo kín, hạn chế hơi, khí cháy bay ra khu vực sản xuất. + Dùng các chất phụ gia trơ, các chất ức chế, các chất chống cháy nổ để giảm tính cháy nổ của hỗn hợp. + Loại trừ mọi khả năng phát sinh mồi lửa tại những nơi có liên quan đến chất cháy nổ. + Tránh mọi khả năng tạo ra nồng độ nguy hiểm của các chất chống cháy nổ. + Trước khi ngừng sửa chữa hoặccho thiết bị hoạt động trở lại phải thổi khí trơ, hơi nước vào thiết bị đó. 2. An toàn về điện. An toàn về điện là một trong những vấn đề quan trọng của công tác an toàn. Phải tuân theo nguyên tắc về kỹ thuật tránh gây ra tai nạn điện. + Dây điện phải được cải tiến bằng vỏ cao su và có thể nồng vào ống kim loại để tránh bị dập. + Cầu giao được lắp đặt sao cho dễ điều khiển nhưng cũng không quá thấp và phải để nơi kho ráo và an toàn đối với người điều khiển. + Các thiết bị sử dụng điện cần được nối đất, tránh hiện tượng tích tụ điện. 3. An toàn về độc hại. + Phân xưởng phải có hệ thống thông gió, chiếu sáng tự nhiên đảm bảo trong qúa trình làm việc tốt. + Hệ thống bể chứa, đường ống dẫn đảm bảo kín, không bị dò rỉ, bay hơi. + Dùng mặt nạ phòng độc khi thao tác trong bể chứa, có quần áo và dụng cụ bảo hộ đầy đủ. + Hạn chế tối đa sự tiếp xúc của con người khi tiếp xúc với hóa chất độc hại. Phân xưởng được tự động hóa cao. + Vệ sinh cơ thể sau khi rời nơi làm việc. + Các chế độ bồi dưỡng cho công nhân được đầy đủ, thường xuyên. 4. An toàn đối với các trang thiết bị trong nhà máy. a. Với máy nén. Khi nén khí do áp suất, nhiệt độ tăng cao và do có những quá trình hoá học do vậy có thể xảy ra cháy nổ gây tai nạn. Để hệ thống máy nén làm việc an toàn thì cần làm lạnh liên tục, máy nén áp suất thấp và năng suất thấp thì có thể làm lạnh bằng không khí. Do hiện tượng giảm nhiệt độ cháy bùng của dầu bôi trơn liên quan tới sự tăng áp suất nên nhiệt độ của máy nén không được quá 160oC ở trong máy nén 1 xy lanh và không quá 140oC ở trong máy nén nhiều xi lanh. Với máy nén 4-6 cấp nếu cần nén cao hơn thì phải có máy làm lạnh trung gian đặt ở ngoài và giữa mỗi cấp nén. b. Với đường ống dẫn và bể chứa khí. Đường ống dẫn dùng vận chuyển, bồn bể dùng tồn chứa chất khí, lỏng nguy hiểm, chịu áp suất cần phải chế tạo đảm bảo yêu cầu chịu áp suất, ăn mòn... Đường ống chế tạo từ các ống kéo liền không hàn, nối mặt bích tiến hành chỉ trong trường hợp cần thiết để lắp giáp và sửa chữa. ống dẫn sản phẩm đun nóng cần phải đặt cách xa đường ống dẫn khí hoá lỏng một khoảng 0,5 m và phải được bảo toàn. Trên các bồn bể chứa, các đoạn ống dẫn phải được lắp đặt các hệ thống van an toàn. Đề phòng hỏng hóc thiết bị, dùng van chỉnh lưu để giảm áp suất quá lớn của hơi, khí và khí không nén. Sau van chỉnh lưu ta đặt van an toàn để điều chỉnh áp suất sau khi van chỉnh lưu đẵ điều chỉnh. Tất cả các đường ống khi lắp ráp phải chú ý đến hiện tượng biến dạng và nứt do ứng suất nhiệt khi thay đổi nhiệt độ. + Không được đặt ống ngay trên nền nhà hoặc mặt đất. + Đường ống cần sơn màu khác nhau để dễ phân biệt. III. An toàn lao động và phòng chống độc hại với công nhân, môi trường - Công nhân làm việc trong nhà máy phải được học tập các thao tác về phòng cháy chữa cháy, nắm được kiến thức về độc hại và bảo vệ môi trường. - Trong công việc đòi hỏi công nhân phải có tay nghề để tránh hiện tượng xảy ra rơi vãi, gây sự cố dẫn đến cháy nổ thiệt hại đến tính mạng và tài sản. - Công nhân làm việc trực tiếp phải được trang bị dụng cụ bảo hộ lao động như: ủng, mũ áo, găng tay… - Trong nhà máy, người công nhân phải nghiêm chỉnh chấp hành mọi qui tắc, nội quy trong nhà máy như: trong nhà máy cấm mọi hình thức dùng lửa, cấm va trạm gây ra tia lửa điện, mang vật liệu dễ cháy nổ vào khu vực nhà máy, khi sửa chữa không dùng điện 220 V mà chỉ dùng điện 120 V thắp sáng. - Trong công tác bảo quản bồn bể chứa đòi hỏi phải đuổi hết hơi độc ra khỏi mới được vào trong. - Người lao động cần phải đượpc khám sức khoẻ định kỳ và phải có chế độ bồi dưỡng độc hại thích hợp với công việc. - Nguồn nước thải trong nhà máy phải được xử lý sạch các hợp chất có hại bằng các hệ thống xử lý nước thải rồi mới được thải ra ngoài tránh ô nhiễm môi trường và nguồn nước của dân cư lân cận nhà máy. Phần thiết kế xây dựng nhà máy I. Chọn địa điểm xây dựng. 1. Những cơ sở để xác định địa điểm xây dựng : Việc lựa chọn địa điểm xây dựng là bước đầu tiên khá quan trọng của công việc thiết kế. Nó đòi hỏi nhà thiết kế phải tìm hiểu các thông sồ kỹ thuật của nhiều nghành, nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất thuỷ văn của địa phương, khí hậu, xây dựng, các tài liệu về kiến trúc - đô thị văn hoá xã hội . Do đó, để chọn được một địa điểm xây dựng hợp lý người ta nghiên cứu rất kỹ lưỡng tất cả các mặt như: tài nguyên , khoáng vật , đất đai dân số, nguồn nước... có liên quan đến khu vực đó . a. Các yêu cầu chung * Về quy hoạch: Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công xuất của nhà máy và khả năng hợp tác sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận. * Về điều kiện tổ chức sản xuất Địa điểm lựa chọn xây dựng phải thoả mãn: gần với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm nhà máy, gần các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén, than, dầu..., như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. * Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật. Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động liên tục của nhà máy do vậy 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 và đường hàng không. - Phù hợp và vận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lưới kỹ thuật khác. - Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện kỹ thuật hạ tầng nói trên thì phải xét đến khả năng xây dựng nó trước mắt, cũng như trong tương lai. * Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy: Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng. Để giảm chi phí giá thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lượng vận chuyển vật tư từ nơi xa tới. Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này. Do vậy, trong quá trình thiết kế cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở địa phương, ngoài ra còn phải tính đến khả năng cung cấp nhân công ở các địa phương lân cận trong quá trình đô thị hoá. b. Các yêu cầu về khu đất 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 của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây rất nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ, cũng như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy khu đất được chọn cần đáp ứng yêu cầu sau: - Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước thải và nước mưa dễ dàng. - Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên, để hạn chế tối đa chi phí cho san lấp mặt bằng tốt nhất là i = 0,5-1%. * Về địa chất: Không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định (như có hiện tượng động đất, xói mòn đất hay hiện tượng cát chảy). Nếu cường độ khu đất xây dựng là 1,5- 2,5 kg/cm2 thì nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi... để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình, nhất là các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. c. Các yêu về môi trường và vệ sinh công nghiệp . Khi địa điểm xây dựng được chọn, cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Bởi trong quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra các chất độc như: khí độc, nước bẩn, khói bụi, tiếng ồn... Hoặc các yếu tố bất lợi khác như dễ cháy nổ, ô nhiễm môi trường... Để hạn chế tối đa của môi trường công nghiệp tới khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần phải thoả mãn các điều kiện: - Địa điểm xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu qui phạm, quy định về mặt bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảp vệ vệ sinh công nghiệp tuyệt đối không được xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên. - Vị trí xây dựng nhà máy thường ở cuối hướng gió chủ đạo, nguồn nước thải của nhà máy đã được sử lý phải ở hạ lưu và cách bến dùng nước của khu dân cư tối thiểu > 500m. * Tóm lại, để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các yêu cầu trên. Trong thực tế rất khó khăn khi lựa chọn được địa điểm thỏa mãn được tất cả các yêu cầu. Do vậy mà cần phải nghiên cứu cân nhắc ưu tiên các đặc điểm sản xuất riêng của nhà máy mà cân nhắc quyết định lựa chọn địa điểm hợp lý nhất và tối ưu nhất. d. Phân tích vị trí địa lý của khu đất. Ngành hóa dầu ở nước ta đang từng bước hội nhập với khu vực, tuy vậy vẫn còn rất nhiều những khó khăn trước mắt vì vậy địa điểm xây dựng nhà máy là vấn đề hết sức quan trọng. ở đây, ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu kinh tế Dung Quất - Quảng Ngãi. Nơi đã được chính phủ phê duyệt xây dựng khu công nghiệp và vừa mới chuyển sang thành khu kinh tế. Đối với địa điểm này, mang nhiều yếu tố thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy lọc hóa dầu như: - Mạng lưới giao thông tốt. Hướng Đông cách biển khoảng 6 km, bờ biển với độ sâu và rộng rất thuận tiện cho các tầu có tải trọng lớn cập bến và có thể cập bến nhiều tầu cùng một lúc. Hướng Tây Nam là mạng lưới giao thông quốc gia cả đường bộ và đường sắt. Hướng Bắc giáp khu kinh tế mở Quảng Nam. Vì vậy về mặt giao thông sẽ rất thuận tiện cho việc vận chuyển nhiên nguyên liệu về nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm của nhà máy đi tiêu thụ. - Nguyên vật liệu, vật tư xây dựng nhà máy lấy ngay trong nội tỉnh. Nguồn nhân công dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong qúa trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy cũng như việc vận hành nhà máy sau này. - Kích thước và hình dạng của khu đất rất thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy sau này. Khu đất rất cao ráo, không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu đất khoảng 1% với nền đất sét kết hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu tải trọng lớn. - Với địa hình nhà máy, hướng gió chủ đạo là gió Tây-Nam vì vậy các chất khí, bụi của nhà máy sẽ ít hoặc không ảnh hưởng đến khu dân cư. Tuy nhiên khu vực này lại có khí hậu khắc nghiệt, thường hay có bão lũ. II. phân tích - Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. 1. Nguyên tắc phân vùng. Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà ta thiết kế vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tế thì biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Biện pháp này chia diện tích nhà máy thành 4 vùng chính. * Vùng trước nhà máy: Vùng trước nhà máy là nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào gara ôtô, xe máy... Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trước nhà máy hầu như được dành diện tích cho bãi đỗ xe ôtô, xe gắn máy, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuỳ theo đặc điểm sản xuất, quy mô nhà máy, có thể chiếm 4-20% diện tích toàn nhà máy. * Vùng sản xuất: Đây là nơi bố trí các nhà máy và công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, như các xưởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm từ 22-52% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lưu ý một số điểm sau: - Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng như về hướng. - Các nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần phía cổng hoặc gần trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. - Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra các tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố (dễ cháy, nổ hoặc rò rỉ các hoá chất bất lợi) nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy định an toàn vệ sinh công nghiệp. * Vùng các công trình phụ. Đây là nơi đặt các nhà và công trình cung cấp năng lượng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi nước, xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Tuỳ theo mức độ của công nghệ yêu cầu mà vùng này có diện tích từ 14-8% diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình trên vùng ta cần chú ý các điểm sau: - Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lượng . - Tận dụng các khu đất không lợi về hướng hoặc giao thông để bố trí các công trình phụ. - Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất thải bất lợi đều phải bố trí cuối hướng gió chủ đạo. * Vùng kho tàng và phục vụ giao thông. Trên đó bố trí các hệ thống kho tàng, bến bãi các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga nhà máy... Tuỳ thuộc theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy vùng này thường chiếm từ 23-37% diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này ta cần lưu ý một số điểm sau: - Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hướng nhưng phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng thuận tiện cho việc nhập, xuất hàng của nhà máy. - Trong nhiều trường hợp, do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ, hệ thống kho tàng có thể bố trí gắn liền trực tiếp với bộ phận sản xuất. Vì vậy, người thiết kế có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. 2. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng. a. ưu điểm: - Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây chuyền sản xuất của nhà máy. - Thích hợp với các nhà máy có các xưởng, những công đoạn có các đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. - Đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy nổ. - Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. - Thuận lợi cho quá trình phát triển mở rộng của nhà máy. - Phù hợp với đặc điểm khí hậu của nước ta. b. Nhược điểm. - Dây chuyền sản xuất phải kéo dài . - Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng giao thông tăng. - Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. 3. Các hạng mục của công trình. a. Đặc điểm của dây chuyền sản xuất. - Quá trình hoạt động của dây chuyền là liên tục. - Năng suất dây chuyền không lớn. - Trong khi vận hành có thể thải khí độc và nước ô nhiễm. - Toàn bộ dây chuyền đều được che chắn tốt trong nhà xưởng. b. Thiết kế, tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản. Nhà máy chỉ gồm hai phân xưởng chính, năng suất của nhà máy không lớn lắm nên ta có thể phân bố dễ dàng các công trình hợp lý. Diện tích dành cho sản xuất là 50% và diện tích dành cho dự trữ 30% tổng mặt bằng nhà máy, còn lại dành cho trồng cây xanh và bố trí các hạng mục khác. STT Hạng mục C. dài (m) C. rộng (m) D. tích (m2) 1 Nhà bảo vệ 3 6 18 2 Đội vận tải 24 9 216 3 Kho chứa nguyên liệu 24 9 216 4 Kho chứa sản phẩm chính 18 9 162 5 Kho chứa sản phẩm phụ 9 9 81 6 Khu vực xử lý khí thải 9 9 81 7 Khu vực xử lý nước thải 9 9 81 8 Khu vực máy bơm 9 9 81 9 Khu cung cấp điện nước 12 9 108 10 Khu vật tư, phụ tùng thay thế 12 9 108 11 Nhà nghỉ, thay ca 12 9 108 12 Nhà vệ sinh - nhà tắm 9 9 81 13 Hội trường, nhà ăn 18 9 162 14 Nhà hành chính 24 9 216 15 Nhà để xe đạp, máy 18 9 162 16 Gara Ôtô 24 9 216 17 Phòng thí nghiệm, điều khiển 18 9 162 18 Xưởng sản xuất 36 18 648 Bảng 13: Các hạng mục công trình của nhà máy. 4. Các dữ liệu kinh tế kỹ thuật. Trong xây dựng, để đánh giá, lựa chọn phương án thiết kế mặt bằng nhà máy, người ta thường dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, trong đó có hai chỉ tiêu quan trọng nhất là hệ số xây dựng và hệ số sử dụng. Hệ số xây dựng: Kxd = ,% Hệ số sử dụng: Ksd = , % Trong đó: - F : Diện tích toàn nhà máy. F = 100x120 = 12.000 m2. - A : Diện tích xây dựng nhà máy và các công trình kỹ thuật, A = 2.907 m2. - B : Diện tích sân bê tông (kho, bãi), B = 1.000 m2. - C : Diện tích đường giao thông, hè, rãnh thoát nước, C = 5.000 m2. Vậy ta có: - Hệ số xây dựng: Kxd = = 33,56% - Hệ số sử dụng: Ksd = = 74,23% IV. các thông số kỹ thuật trong xây dựng. 1. Nhà sản xuất chính. - Nhà sản xuất chính có mái che, không có tường bao bọc để đảm bảo thông khí, tránh tối đa khả năng gậy độc hại cho con người, tránh sự tích tụ khí có khả năng gây cháy nổ. - Móng nhà làm bằng bê tông, có giắng móng. - Nền nhà làm bằng bê tông và xi măng cát sỏi. - Chọn bước cột bằng 6m, kích thước cột bằng 400x600 (mm). 2. Nhà hành chính, phòng họp, nhà nghỉ,... - Giằng móng bê tông cốt thép. - Nền vữa xi măng dày 30mm, lát gạch hoa. - Tường bao dày 220mm, tường ngăn dày 110mm - Kết cấu mái bằng, bê tông cốt thép dày 9mm. 3. Giao thông trong nhà máy. Đường giao thông trong khu vực nhà máy được trải nhựa, rộng 6m, bố trí thuận lợi cho việc đi lại, vận chuyển, sửa chữa lắp đặt thiết bị. Nhà máy cơ 2 cổng trong đó một cổng chính cho công nhân viên và một cổng phụ dùng cho xe chuyên chở nguyên vật liệu, sản phẩm. Tính toán kinh tế dây chuyền sản xuất I. Mục đích và ý nghĩa của việc tính toán kinh tế. Mọi nhà máy được xây dựng đều nhằm mục đích là tạo ra sản phẩm và có lãi. Tính toán kinh tế giúp ta thấy được tổng quát giá trị của một dự án, từ đó thấy được tính ưu nhược điểm cũng như cơ cấu hoạt động của dự án. Nó tác động đến sự điều chỉnh mức cân bằng của các thành phần lập lên dự án sao cho hợp lý như: tổ chức và kế hoạch sản xuất, tổ chức quản lý, vốn đầu tư, giá thành của nguyên vật liệu và sản phẩm. Cuối cùng, điều quan trọng nhất của tính kinh tế là xác định hiệu quả kinh tế của dự án và quết định dự án có được thực hiện hay không. Sau khi thiết kế phương án về kỹ thuật và công nghệ sản xuất VinylClorua với năng suất 20.000/năm công việc tiếp sau là phải tính toán hiệu quả kinh tế của phương án lựa chọn. Hiệu quả kinh tế của phương án được biểu hiện bằng chỉ tiêu thời gian thu hồi vốn đầu tư cho phương án thiết kế và có hệ số hiệu quả của vốn đầu tư. II. Nội dung tính toán kinh tế. Nội dung của việc tính toán kinh tế bao gồm: - Tính giá thành, giá tiêu thụ của sản phẩm. - Tính doanh thu, lợi nhuận hằng năm - Tính thời gian thu hồi vốn. 1. Tính giá thành và giá tiêu thụ sản phẩm trên thị trường. Việc tính giá thành và giá tiêu thụ sản phẩm trên thị trường dựa trên việc tính toán tất cả các chi phí cho quá trình sản xuất như: nguyên liệu, nhân công, khấu hao thiết bị,... a. Tính chi phí cho nguyên vật liệu. Theo giá thành trên thị trường thì nguyên liệu Axetylen và Axit Clohydric kỹ thuật có giá như bảng (14): Vậy chi phí cho nguyên liệu trong một năm là: 51.472,444 + 53.647,942105.120,386 ,triệu đồng STT Nguyên liệu Tiêu hao (Kg/năm) Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (triệu đồng) 1 Axetylen kỹ thuật 8.571.240,72 6.000 51.472,444 2 HCl kỹ thuật 13.411.985,40 4.000 53.647,942 Bảng 14: Chi phí nguyên liệu cho nhà máy. b. Chi phí nhân công. Số nhân công làm việc cho dây chuyền sản xuất (từ giám đốc tới công nhân) được tính dựa trên việc tính toán sao cho đảm bảo hoàn thành công việc. STT Chuyên môn Số nhân công/ca Số ca/ngày Số nhân công/ngày Lương, đồng/tháng Tổng 1 Kỹ sư vận chuyển khí 1 3 3 2.000.000 6.000.000 2 Kỹ sư hoá 3 3 9 2.000.000 18.000.000 3 Kỹ sư cơ khí 2 3 6 2.000.000 12.000.000 4 Kỹ sư điện 1 3 3 2.000.000 6.000.000 5 Tạp vụ, vệ sinh 1 3 3 1.000.000 3.000.000 6 Quản lý kho, thiết bị 2 3 6 2.000.000 12.000.000 7 Nhân viên bảo trì 3 3 9 2.000.000 18.000.000 Tổng cộng 13 39 55.000.000 Bảng 15: Chi phí nguyên liệu cho nhà máy. Thực tế để phòng trường hợp có người ốm đau,.. phải lấy thêm 1 kỹ sư, 1 công nhân phụ trách chung cho mỗi ca với mức lương 2.000.000đ/tháng. Vậy tổng lương là: 55.000.000 + 3x2.000.000 = 61 triệu đồng/tháng Chi phí cho cán bộ quản lý: STT Chức vụ Số lượng Lương, đồng/tháng Tổng, đồng 1 Giám đốc 1 3.000.000 3.000.000 2 Phó giám đốc 2 2.500.000 5.000.000 3 Kế toán, tài chính 3 2.000.000 6.000.000 4 Phòng kinh doanh 6 2.000.000 12.000.000 5 Bảo vệ 4 1.500.000 6.000.000 6 Lái xe 5 2.000.000 10.000.000 7 Tạp vụ 1 1.000.000 1.000.000 Tổng cộng 43.000.000 Bảng 16: Chi phí nguyên liệu cho nhà máy. Vậy tổng lương nhà máy phải trả là: 104 triệu đồng/tháng = 1.248 triệu đồng/năm c. Chi phí theo lương. Gồm: bảo hiểm xã hội, y tế, hoạt động công đoàn. Chi phí này bằng 19% quỹ lương, bằng: 0,19x1.248 = 273,12 , triệu đồng/năm d. Chi phí chung cho nhà máy. Vốn đầu tư: VXD = gXD.F  Trong đó: - gXD : Đơn giá xây dựng 1m2, gXD = 800.000 đ/m2. - F : Diện tích mặt bằng xây dựng, F = 2.907 m2. Vậy tổng chi phí xây dựng nhà máy: VXD = 2.907x800.000 = 2.355,6.106 ngàn đồng = 2,36 tỷ đồng. Vốn đầu tư thiết bị cho nhà máy: ,đồng Trong đó: - CM : Chi phí mua thiết bị. - CLD : Chi phí lắp đặt thiết bị, CLD = 10%CM. - CVC : Chi phí vận chuyển thiết bị, CVC = 6%CM. - CDK : Chi phí lắp đặt đường ống, thiết bị đo lường, CDK = 10%CM. - CP : Chi phí khác (điện nước), CP = 7%CM. Dây chuyền thiết bị sản xuất VinylClorua theo thiết kế có giá: 20 tỷ đồng. Do đó đầu tư cho thiết bị là: , triệu đồng Chi phí thuê đất lắp đặt nhà máy chiếm khoảng 10% tổng vốn đầu tư. Vậy: , triệu đồng Tổng vốn đầu tư: , triệu đồng e. Khấu hao cơ bản và sửa chữa. Khấu hao nhà xưởng trong 10 năm. , triệu đồng Chi phí sửa chữa nhà xưởng bằng 50% khấu hao, bằng 262,8 triệu đồng. Vậy khấu hao toàn bộ nhà xưởng: 525,6 + 262,8 = 887,4 , triệu đồng Khấu hao máy móc thiết bị trong 10 năm, bằng 2.660 triệu đồng. Khấu hao sửa chữa lớn cho máy móc thiết bị bằng 50% khấu hao, bằng 1.330 triệu đồng. Toàn bộ khấu hao sửa chữa máy móc: 1.330 + 2.660 = 3.990 triệu đồng. Vậy tổng khấu hao: 3.990 + 887,4 = 4.877,4 , triệu đồng Chi phí chung = Tổng vốn đầu tư + Tổng khấu hao = 36.733,4 Tổng chi phí nhà máy là: 143.374,91 triệu đồng, bao gồm: 1. Chi phí nguyên liệu : 105.120,386 triệu đồng 2. Chi phí nhân công : 1.248,0 triệu đồng 3. Chi phí theo lương : 273,12 triệu đồng 4. Chi phí chung : 36.733,4 triệu đồng f. Chi phí quản lý doanh nghiệp. Tổng chi phí sản xuất chiếm 92% giá thành sản phầm, còn lại chi phí doang nghiệp là 8%. 0,08x143.374,91 = 11.470,0 , triệu đồng Giá thành công xưởng = Tổng chi phí sản xuất + Chi phí quản lý = 143.374,91 + 11.470,0 = 154.844,91 triệu đồng Chi phí bán hàng bằng 7% giá thành công xưởng. 0,07x 154.844,91 = 10.839,14 , triệu đồng Tổng chi phí = 154.844,91 + 10.839,14 = 165.684,054 , triệu đồng g. Lợi nhuận. Năng suất dây chuyền là 20.000 tấn/năm, giá sản phẩm trên thị trường khoảng 14 triệu đồng/tấn. Vậy tổng foanh thu của nhà máy: 11x20.000 = 220.000 , triệu đồng Thuế VAT = 5%(Tổng doanh thu - Chi phí nguyên liệu) = 0,05x(220.000 - 105.120,386) = 5.743,98 , triệu đồng Doanh thu sau thuế = Tổng doanh thu - VAT = 220.000 - 5.743,98 = 214.256,02 , triệu đồng Vậy lợi nhuận = Doanh thu sau thuế - Giá thành toàn bộ = 2143.256,02 - 143.374,91 = 70.881,11 , triệu đồng III. Đánh giá hiệu quả đầu tư. 1. Hiệu quả kinh tế. Doanh lợi của vốn đầu tư: 2. Thời gian hoàn vốn đầu tư. năm 3. Kết luận. Qua quá trình tính toán thấy doanh lợi là 1,29% và thời gian thu hồi vốn là hai năm cho ta thấy phương án thiết kế dây chuyền là khả thi. Phụ lục Hình 12: Màn hình điều khiển của chương trình. Hình 13: Thông tin về chương trình. Hình 14: Cân bằng vật chất tháp sấy Axetylen. Hình 14: Cân bằng vật chất rửa nước. Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế với sự giúp đỡ tận tình của cô giáo PGS.TS. Nguyễn Thị Minh Hiền cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu, em đã hoàn thành bản đồ án: "Mô phỏng qúa trình sản xuất VinylClorua bằng máy tính. Thiết kế dây chuyền sản xuất VinylClorua với năng suất 20.000 tấn/năm". Những kết quả đã đạt được trong quá trình thiết kế: 1. Phần tổng quan đã đưa ra được tất cả các công nghệ đã và đang được sử dụng trên thế giới cùng ưu nhược điểm của từng công nghệ. Chọn công nghệ sản xuất VinylClorua đi từ Axetylen và HCl. Từ đó đưa ra được dây chuyền sản xuất của nhà máy. 2. Phần tính toán đã tính toán được cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và các thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng chính. 3. Phần an toàn đã đưa ra được các biện pháp nhằm bảo đảm an toàn tối đa cho nhà máy. 4. Phần xây dựng đã đánh giá và chọn địa điểm xây dựng nhà máy trong khu kinh tế Dung Quất - Quảng Ngãi với tổng diện tích mặt bằng là 12.000m2. 5. Phần kinh tế đã tính được thời gian hoàn vốn là 2 năm. 6. Quan trọng nhất là đã thiết kế thành công chương trình mô phỏng dùng để tính toán các quá trình của công nghệ sản xuất VinylClorua từ Axetylen và HCl. Chương trình chạy cho kết quả chính xác, ổn định, thân thiện với người sử dụng, có tính linh hoạt cao. Toàn bộ phần phản ứng đã được tính, phần tinh luyện sản phẩm phía sau do thiếu nhiều số liệu nên tạm thời vẫn chưa thể tính được. Tuy nhiên, do khả năng và thời gian có hạn, khối lượng công việc là rất lớn, và chưa có kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án này em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy cô giáo để có thể rút kinh nghiệm cho công tác sau này. Tài liệu tham khảo 1. PTS. Trần Xoa, PGS. PTS Nguyễn Trọng Khuông. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 1. NXB Khoa học và kỹ thuật -1992. 2. PTS. Trần Xoa, PGS. PTS Nguyễn Trọng Khuông, PTS. Phạm Xuân Toản. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2. NXB Khoa học và kỹ thuật - 1999. 3. Trần Công Khanh. Thiết bị tổng hợp hữu cơ. Khoa ĐH tại chức - trường ĐHBK Hà Nội 1974. 4. Trần Công Khanh. Thiết bị phản ứng trong sản xuất các hợp chất hữu cơ. Trường ĐHBK Hà Nội 1986. 5. Wolgany Gerhartx. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A6. 5. Wolgany Gerhartx. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemitry, Vol A10. 6. Nguyễn Mai Liên. Tổng hợp hữu cơ cơ bản. Bộ môn kỹ thuật hữu cơ. Trường ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. 7. Phan Minh Tân. Tổng hợp hữu cơ - hoá dầu, Tập 2. Trường ĐH Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. 8. Franks Roger G. E. Modeling and simulation in chemical engineering, New York. Wiley-Intercience 1972. 9. Alain Chauvel. PetroChemical Processing Vol 2. 1989. 10. Nguyễn Ngọc Bình Phương cùng tập thể tác giả. Thủ thuật lập trình Visual Basic 6. NXB GTVT - 2004. 11. Ngọc Anh Thư cùng tập thể tác giả. Giáo trình thuật toán, lý thuyết và bài tập. NXB Thống Kê - 2002.