Đồ án Thiết Kế Phân Xưởng sản xuất Aromatic Từ LPG

lò, Kg/h . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 83 - TTB : là nhiệt độ trung bình trong lò, o K . - Z : là hệ số nén của hỗn hợp - MTB : là khối lƣợng phân tử trung bình trong lò phản ứng của hỗn hợp khí - PTB : là áp suất trung bình trong lò phản ứng, Pa . ( ) (968 441) 01 1 704,5 2 2 T T V RT K TB + + = = = 6 62. 2.3,4.10 0,01975.10 61 3,39.10 2 2 P PxtP TB é ù ê úë û - D - = = = Thay vào công thức ta tính đƣợc : 622,4.236718,235.704,5.0,1.10 .1 5,977 63600.18,76.273.3,39.10 V G = = - Diện tích lƣới tại ống trung tâm nhƣ sau : F1 = . D . H Trong đó: - D : là đƣờng kính lƣới, (m) . - H : là chiều cao lƣới, (m) Đƣờng kính của lò thứ nhất đƣợc chọn 1,5m, đƣờng kính lƣới 0,5m . Chiều cao của lƣới xúc tác đƣợc tính nhƣ sau : H = Hxt - 0,4 = 5,4213 – 0,4 = 5,0213 (m) Suy ra FCL = 5,0213 . 0,5 . 3,14 = 4,93 (m 2 ) . Vậy ta đƣợc 5,977 0,7585 7,88 V G F CL w= = = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 84 - Khối lƣợng riêng của hỗn hợp khí ở cửa ra của lò phản ứng thứ nhất đƣợc tính nhƣ sau : hh = i . Yi = 8,04 Trong đó : - i : là khối lƣợng riêng của từng cấu tử i, kg/m3 . - Yi : hàm lƣợng của cấu tử i tại TTB = 704,5 o K. Tính độ nhớt động học theo công thức sau : 1 ' ' ' 1 2 ... 1 2 v hh y y yn v v vn = + + + = 63,482.10- (m/s) Vậy ( ) 0,3521,35 61,21 .8,04225.(1 0,524) 1,62.101 . . 17458,94 0,29 3 34,06.10 4.06.10 .1,210,5241 P xt H æ ö÷ç ÷ç ÷ç ÷ç ÷ç ÷è ø -D - = = - - (Pa/m) Chiều dày lớp xúc tác trong lò phản ứng thứ nhất : 2. 2.0,02 1,5 2.0,04 2.0,02 0,51 0.44 1 2 2 D D T CH d- - - - - - = = = Ta có 1 P xt D = 0,44. 17458,94= 7681,934 [Pa] Ta thấy: Pxt1 < Pxt = [ ] 60,01975.10 Pa , thỏa mãn điều kiện 3.5.2 Thiết bị phản ứng thứ hai Lƣợng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò 2: 29,921 (tấn / h) Vì độ chuyển hoá là 64% nên ta có . 22,95 . 10 3 . 0,77 = 17671,5 (kg / h) Đổi thể tích từ điều kiện chuẩn sang điều kiện làm việc: P . V / T = Po . Vo / To ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 85 V = Po . Vo . T / P . To Thế số: V = 1 . 22,4 . 803 / ( 3,5 . 273 ) = 18,2 m3 Thể tích của lò 2 làm việc: Vr = 17671,5. 18,2 / 51,96 = 6189,7864 (m 3 / h) - Chiều cao lớp xúc tác trong lò phản ứng (2) Hxt =Vtx/F Trong đó: - Vxt là thể tích lớp xúc tác trong lò: Vxt = 4995 / 680= 7,3455 (m 3 ) - F là tiết diện vòng giữa các ống lọc (m2). Giá trị F đƣợc tính theo công thức: F= [ ]2 2. ( 2 2.0,02) 2 24 Dt D p d- - - (m 2 ) Trong đó: - Dt2 là đƣờng kính lò phản ứng (2) chọn Dt2= 1,65 m - bề dày thân lò, chọn =0,04m - D2 đƣờng kính ống trung tâm chọn D2=0,5m Vậy F= ( ) 23,14 2. 1,65 2.0,04 2.0,02 0,5 1,31 4 é ù ê ú ê úë û - - - = (m 2 ) Chiều cao của lớp xúc tác: Hxt = 7,3455 / 1,31= 5,61 (m) Chiều cao của lò phản ứng: H1= 5,61 + 2.1,31 + 1 = 9,23 (m) Qui chuẩn là 10 m Chiều dày lớp xúc tác trong lò phản ứng thứ hai : 2. 2.0,02 1,65 2.0,04 2.0,02 0,52 0,515 1 2 2 D D T CH d- - - - - - = = = (m) 3.5.3. Thiết bị phản ứng thứ ba - Lƣợng nguyên liệu đã chuyển hoá ở lò số 3: mng3 = 45,9 (tấn / h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 86 - Chiều cao lớp xúc tác trong lò phản ứng (3) Hxt =Vtx/F Trong đó: - Vxt là thể tích lớp xúc tác trong lò, Vxt = 3. 4,897= 14,7 (m 3 ) - F là tiết diện vòng giữa các ống lọc (m2). Giá trị F đƣợc tính theo công thức F= [ ]2 2. ( 2 2.0,02) 3 34 Dt D p d- - - (m 2 ) Trong đó: - Dt3 là đƣờng kính lò phản ứng (2) chọn Dt3= 2,34 m - bề dày thân lò, chọn =0,04m D1 đƣờng kính ống trung tâm chọn D3=0,5m Vậy F= ( ) 23,14 2. 2,34 2.0,04 2.0,02 0,5 3,67 4 é ù ê ú ê úë û - - - = (m 2 ) Chiều cao của lớp xúc tác Hxt =14,7 / 3,67= 4, (m) Chiều cao của lò phản ứng H1=4, + 2.2,34 + 1 = 9,68 (m) → Quy chuẩn là: 10m Chiều dày lớp xúc tác trong lò phản ứng thứ ba : 2. 2.0,02 2,34 2.0,04 2.0,02 0,53 0,86 1 2 2 D D t CH d- - - - - - = = = (m) 3.5.4. Thiết bị phản ứng thứ tƣ - Chiều cao lớp xúc tác trong lò phản ứng (4) Hxt =Vtx/F Trong đó: -Vxt là thể tích lớp xúc tác trong lò Vxt = 4,5. 4,897= 20,037 (m 3 ) - F là tiết diện vòng giữa các ống lọc (m2). Giá trị F đƣợc tính theo công thức: F= [ ]2 2. ( 2 2.0,02) 4 44 Dt D p d- - - (m 2 ) Trong đó: - Dt4 là đƣờng kính lò phản ứng (2) chọn Dt4= 2,866m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 87 - bề dày thân lò, chọn =0,04m - D4 đƣờng kính ống trung tâm chọn D4=0,5m Vậy F= ( ) 23,14 2. 2,866 2.0,04 2.0,02 0,5 5,723 4 é ù ê ú ê úë û - - - = (m 2 ) Chiều cao của lớp xúc tác: Hxt = 20,037 / 5,723 = 3,5 (m) Chiều cao của lò phản ứng: H1= 3,5 + 2.2,866 + 1 = 10,232 (m) → Qui chuẩn là: 11m Chiều dày lớp xúc tác trong lò phản ứng thứ hai : 2. 2.0,02 2,866 2.0,04 2.0,02 0,53 1,123 1 2 2 D D t CH d- - - - - - = = = (m) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 88 CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TÁI SINH XÚC TÁC 4.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG Các số liệu ban đầu. Lƣợng xúc tác tuần hoàn GXT = 33,3 (tấn / h). Kích thƣớc cực đại của các hạt xúc tác:105 . Mật độ lớp sôi của xúc tác nc = 680 kg / m 3 . Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi lò phản ứng to = 510oC Lƣợng cốc đƣa vào lò tái sinh cùng với lƣợng xúc tác g = 1,197 (tấn / h). Lƣợng cốc còn lại trên xúc tác sau khi tái sinh: 0,2% khối lƣợng xúc tác Lƣợng hơi nƣớc đƣa vào cùng với lƣợng xúc tác Gn = 2710 kg / h . Nhiệt độ trong lò tái sinh tp = 600 o C . Áp suất biên trên lớp giả sôi 2,3 at . Nhiệt độ của không khí tB = 80 o C Tính toán quá trình cháy cốc: Để tính toán quá trình cháy cốc , ta phải biết thành phần nguyên tố của nó , thông thƣờng làm nhƣ sau: Bảng thành phần của cốc . Thành phần Hàm lƣợng ( khối lƣợng ) Cacbon Hydro Lƣu huỳnh 86,0 8,5 5,5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 89 Quá trình cháy cốc phụ thuộc vào hệ số dƣ không khí , điều kiện chất lƣợng và mức độ làm việc của xúc tác . Biết lƣợng cacbon có trong cốc là 86% và cho tỉ lệ thể tích ( ở điều kiện tiêu chuẩn ) ,CO2: CO = 1,85 , Ta tính lƣợng cacbon có trong 1 kg cốc khi cháy đã tạo thành CO2 và CO và xác định lƣợng sản phẩm đƣợc tạo thành . Vì 1 kg cốc chứa 0,86 kg cacbon nên: CCO2 và CCO tƣơng ứng với lƣợng cacbon đã tạo thành , xác định lƣợng CO2 đƣợc tạo thành từ CCO2 ( kg cacbon ) , biết rằng khi đốt 1 kmol cacbon cần 1 kmol O2 ( tính kg / kg cốc ) . mCO2 = CCO2 + CCO . 1 .32 / 12 = 3,67 CCO2 kg / kg cốc . Tƣơng tự ta tính cho CO: mCO = CCO + CCO .1 /2 . 32 / 12 = 2,34 CCO kg / kg cốc . Thể tích của CO2 và CO ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ là: VCO2 = ( 3,67. CCO2 / 44 ) . 22,4 = 1,87 . CCO2 m 3 / kg cốc . VCO = ( 2,34 . CCO / 28 ) . 22,4 = 1,87 . CCO m 3 / kg cốc Do đó: VCO2 / VCO = 1,87. CCO2 / 1,87. CCO = CCO2 / CCO . Vì: CCO2 / CCO = 1,85 . Ta lập đƣợc hệ: CCO2 + CCO = 0,86 ( 1 ) . CCO2 / CCO = 1,85 ( 2 ) . Giải ra ta đƣợc: CCO2 = 0,558 kg / kg cốc . CCO = 0,302 kg / kg cốc . Từ đó ta tính ra các đại lƣợng sau: VCO2 = 1,042 m 3 / kg cốc . VCO = 0,563 m 3 / kg cốc . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 90 mCO2 = 2,048 kg / kg cốc . mCO = 0,707 kg / kg cốc . Lƣợng hơi đƣợc tạo thành khi đốt cháy hydro của cốc ( tính cho 1 kg cốc ) là: mH2O = H2 + H2 /2 1 / 2 . 32 = 0,765 kg / kg cốc . Và: VH2O = 0,765 / 18 . 22,4 = 0,952 m 3 / kg cốc . Lƣợng SO2 đƣợc tạo thành khi đốt cháy lƣu huỳnh: mSO2 = S + S / 32 . 32 = 2 S = 2 . 0,055 = 0,11 kg / kg . VSO2 = 0,11 / 64 22,4 = 0,038 m 3 / kg . Do ta tính đƣợc khối lƣợng của các sản phẩm , khi đốt cháy các thành phần của cốc: m = mCO2 + mCO + mH2O + mSO2 m = 2,595 kg / kg . Trong các sản phẩm cháy , ngoài các thành phần trên còn có lƣơng nƣớc , không khí và oxi dƣ Vậy thể tích của các sản phẩm cháy khi tái sinh xúc tác là: VTP = V + VN2 + V’O2 + V’N2 m 3 / kg cốc . - VN: thể tích nƣớc dùng để đốt cốc . - V’O2: thể tích oxi dƣ - V’N2:thể tích nitơ dƣ Ta tính lƣợng oxi dùng để đốt cốc: ( tính cho 1 kg cốc ) . mO2 = m - 1 = 3,63 - 1 = 2,63 m 3 / kg VO2 = mO2 . 22,4 / 32 = 1,84 m 3 / kg Lƣợng Nitơ tƣơng ứng với không khí đã dùng mN2 = mO2 0,77 / 0,23 = 2,63 . 0,77 / 0,23 = 8,80 kg / kg . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 91 VN2 = mN2 22,4 / 28 = 8,8 22,4 / 28 = 7,045 m 3 / kg Lƣợng Nitơ trong không khí dƣ: VN2 = V’O2 . 0,79 / 0,21 = 3,762 . V’O2 m 3 / kg Xác định lƣợng oxi dƣ theo phƣơng trình sau: = V’O2 / ( 2,595 + 7,042 + V’O2 + 3,762 . V’O2 . vì lƣợng oxi dƣ bằng 13% sản phẩm cháy nên: V’O2 / VTP = 0,13 Giải ra ta đƣợc: V’O2 = 0,132 m 3 / kg m’O2 = V’O2 . 32 / 22,4 = 0,132 . 32 / 22,4 = 0,189 kg / kg Sau đó ta tính đƣợc các đại lƣợng sau: V’N2 = 3,762 . V’O2 = 3,762 . 0,132 = 0,496 m 3 / kg m’N2 = V’N2 . 28 / 22,4 = 0,496 . 28 / 22,4 = 0,62 kg / kg Vậy thể tích sản phẩm cháy khi tái sinh xúc tác là: mTP = m + mN2 + mO2 + m’N2 = = 3,63 + 8,80 + 0,189 + 0,62 = 13,243 kg / kg VTP = V + VN2 + V’O2 + V’N2 = 2,595 + 7,043 + 0,132 + 0,496 =10,266 m 3 / kg Bảng thành phần của khí tái sinh: Cấu tử Lƣợng khí nhận đƣợc khi đốt cháy 1 kg cốc . Thành phần của khí khi tái sinh ( khối lƣợng ) 222 22 NON O TP O 'V'VVV 'V V 'V ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 92 m 3 / kg Kg / kg Am khô CO2 CO SO2 N2 O2 Tổng khí khô H2O Tổng cộng khí ẩm 1,042 0,563 0,038 7,539 0,132 0,9314 0,952 10,266 2,048 0,707 0,11 9,424 0,189 12,478 0,765 13,243 15,46 5,337 0,83 71,142 1,427 94,20 5,775 100,00 16,11 5,66 0,83 75,52 4,53 100,00 Xác định lƣợng không khí lý thuyết tiêu hao để đốt cháy 1 kg cốc: Lo = mO2 + mN2 = 2,63 + 8,804 = = 11,43 kg / kg Vo = VO2 + VN2 = 1,84 + 7,043 = 8,88 m 3 / kg Lƣợng không khí thực tế tiêu hao để tái sinh xúc tác: Lƣợng oxi thực tế đã dùng: mO2 + m’O2 = 2,63 + 0,189 = 2,82 kg / kg VO2 + V’O2 = 1,84 + 0,132 = 1,97 m 3 / kg Lƣợng Nitơ tƣơng ứng: mN2 + m’N2 = 8,804 + 0,620 = 9,42 kg / kg VN2 + V’N2 = 7,043 + 0,469 = 7,54 m 3 / kg Vậy lƣợng không khí thực tế đã tiêu hao: LTT = 2,82 + 9,42 = 12,24 kg / kg VTT = 1,97 + 7,54 = 9,51 m 3 / kg Hệ số dƣ của không khí đã tái sinh xúc tác: = LTT / Lo = 12,24 / 11,43 = 1,07 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 93 Lƣợng cốc còn lại sau tái sinh: go = 0,002 . 33,3 = 0,0666 (tấn / h) Lƣợng cốc đã đốt cháy: gB = g - go = 0,999 - 0,0666 = 0,9324 (tấn / h) Lƣợng không khí đã dùng để đốt cốc: GB = 12,24 . 0,9324 = 11,4126 (tấn / h) Lƣợng khí tái sinh ẩm: GBT = gB + GB = 0,9324 + 11,4126 = 12,354 (tấn / h) Tính lƣợng tiêu hoá hơi nƣớc để khử hấp phụ: Ngƣời ta dùng hơi nƣớc quá nhiệt để khử hấp phụ của hơi sản phẩm tái sinh trên xúc tác . Lƣợng hơi nƣớc tiêu hao khoảng 5 10 kg cho một tấn xúc tác . Nếu ta dùng 5kg / 1 tấn xúc tác thì lƣợng hơi nƣớc phải dùng là: Go = 5 . 33,3 = 166,5 kg / h Cân bằng vật chất của lò tái sinh: Thành phần đƣa vào Ký hiệu Số lƣợng (kg/kg). Thành phần lấy ra Ký hiệu Số lƣợng (kg/kg) Xúc tác Cốc Hơi nƣớc để vận chuyển xúc tác Hấp phụ Không khí GK g Gn Go GB 33300 999 2710 166,5 11412,6 Xúc tác Cốc còn lại Lƣợng khí tái sinh ẩm Hơi nƣớc để vận chuyển xúc tác Hơi nƣớc để khử hấp phụ GK go GBT Gn Go 33300 66,6 12354 2710 166,5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 94 4.2. Cân bằng nhiệt cho thiết bị tái sinh: Để tính cân bằng nhiệt của lò xúc tác , ta phải biết đƣợc nhiệt hàm của các thành phần có trong cân bằng ở trong nhiệt độ tƣơng ứng và biết nhiệt cháy của cốc . Ta có nhiệt hàm riêng phần của mỗi cấu tử bằng tích nhiệt hàm riêng với phần trăm khối lƣợng: qi = q’i ai trong đó: ai: phần khối lƣợng . qi: nhiệt hàm riêng . Cấu tử Thành phần ai (phần khối lƣợng) Nhiệt hàm riêng Kcal / kg CO2 CO SO2 N2 O2 H2O 15,46 5,39 0,83 71,16 1,43 5,76 149,0 155,6 90,5 154,2 142,3 287,9 23,0 8,39 0,75 109,84 2,03 16,60 Tổng cộng 100,00 160,60 Nhiệt hàm của khí ẩm ở 600oC , bằng tổng nhiệt hàm riêng phần của các cấu tử có trong nó: q = qi = 160,60 kcal / kg Nhiệt hàm của không khí ở 80oC . q = 19,24 kcal / kg ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 95 Hàm nhiệt của xúc tác và cốc tính theo công thức: qt k = C t kcal / kg . o C Trong đó: C : tỉ nhiệt của xúc tác hay cốc , kcal / kg . oC t : nhiệt độ của xúc tác hay cốc Tỉ nhiệt của xúc tác là: C = 0,042 kcal / kg . oC Và của cốc: C = 0,447 kcal / kg . oC . Nhiệt hàm của hơi quá nhiệt và hơi nƣớc bảo hòa: tra ở bảng I – S ta đƣợc . Ơ nhiệt độ: 230oC nhiệt hàm q = 700 kcal / kg 530 oC nhiệt hàm q = 824 kcal / kg 600 oC nhiệt hàm q = 884 kcal / kg nhiệt cháy của cốc xác định theo công thức: Qc = 0,558 . QCO2 + 0,302 . QCO + 0,085 . QH2O + 0,055 QSO2 Trong đó : QCO2 , QCO , QH2O , QSO2: hiệu ứng nhiệt của phản ứng oxi hóa cacbon , hydro , và lƣu huỳnh Qc = 0,558 . 8137 + 0,302 . 2452,6 + 0,085 . 28905 + + 0,055 . 2181 = 7855 kcal / kg Từ đó lập đƣợc bảng của lò tái sinh nhƣ sau: Đầu vào của lò tái sinh: Thành phần Số lƣợng Kg / h Nhiệt độ o C Nhiệt hàm kcal/kg Lƣợng nhiệt Kcal / kg Xúc tác Cốc Không khí Hơi nƣớc vận 33300 66,6 12354 530 530 80 33,38 905,25 19,24 1111554 904344,75 219578,424 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 96 chuyển xúc tác Hơi nƣớc để khử hấp phụ Nhiệt cháy của cốc Tổng cộng 2710 166,5 1118 530 600 600 824 884 7855 2233040 147186 8781890 13397593,17 Đầu ra của lò tái sinh: Thành phần Số lƣợng Kg / h Nhiệt độ oC Nhiệt hàm kcal/kg Lƣợng nhiệt Kcal / kg Xúc tác Cốc còn lại Khí ẩm Hơi nƣớc để vận chuyển xúc tác Hơi nƣớc để khƣ hấp phụ Mất mát Lƣợng nhiệt dƣ lấy theo hiệu số Tổng cộng 33300 66,6 12354 2710 166,55 600 600 600 600 600 162,2 360 160,6 884,0 884,0 5401260 23976 1984052,4 2395640 147186 848071,258 3445478,77 16961425,1 6 4.3 TÍNH KÍCH THƢỚC CHO THIẾT BỊ TÁI SINH Đƣờng kính của lò tái sinh: ( m ) . S4 D ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 97 S : tiết diện ngang của lò tái sinh . S = V / ( 3600 . ) V: thể tích hơi mà khí đi qua tiết diện đã cho của lò tái sinh m3 h. : vận tốc cho phép của khí ở trong tiết diện tự do: m / s Với: Ơ đây: Gi / Mi : lƣợng hỗn hợp khí, (kmol / h) tp: nhiệt độ trong lò tái sinh, tp = 600 o C . p: áp suất tuyệt đối trên lớp giả sôi của xúc tác, p = 2,3 at . khối lƣợng phân tử của khí ẩm: khi đó ta có: Gi / Mi = GB / MB + Go / Mo =12354 / 29 + 166,5 / 18 = 435,25 kmol/ h Thế số vào đƣợc: V = 13555,3445 m3 / h chọn vận tốc chuyển động thẳng = 0,55 m / s . Thế số vào đƣợc: S = 6,846 m3 / s Vậy đƣờng kính đƣợc xác định: D 2 = 4 . 8,21 / 3,14 Do đó: D = 3 m Chiều cao của lò tái sinh: Chiều cao của lò tái sinh đƣợc xác định bỡi công thức: H = V / S ( m ) . Trong đó: p273 t273 M G 4,22 V p i i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 98 V: thể tích của khí và hơi đi qua tiết diện của lò S : diện tích tiết diện ngang của lò ( m2 ) . V = GK / nc Gk: lƣợng xúc tác có trong lò, ( kg ) nc: tỉ trọng của lớp xúc tác, kg / m 2 . GK = gB / KP Trong đó: gB: lƣợng cốc đƣợc đốt cháy , kg / h . KP: tốc độ riêng tái sinh một tấn xúc tác , kg / tấn . h Thông thƣờng ngƣời ta lấy tốc độ riêng xúc tác từ 50 ÷ 115 kg / tấn . h Chọn kp = 60 kg / tấn . h Vậy: GK = gB / KP = 999 / 60 = 16,65 tấn . Thế số vào ta đƣợc: H = 4,053 m HTB = 4,053 + 1,7 = 5,8 m . Chọn 1,7 m là bù đáy và nắp Vậy chiều cao thiết bị tái sinh là 5,8 m . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 99 CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Bề mặt trao đổi nhiệt: Nhiệt lƣợng của sản phẩm mang ra: Q = 152838543 kcal / h Hỗn hợp sản phẩm ở nhiệt độ 510oC xuống 200oC Nguyên liệu ở 80o C t1 = 200 - 80 = 120 o C t2 = 510 - 80 = 430 o C Vì: t2 / t1 = 430 o / 120 o = 3,6 > 2 Nên: Thế số ta đƣợc: ttb = 243 o C Bề mặt truyền nhiệt đƣợc xác định: F = Q / K . ttb Theo sổ tay tính toán công nghệ hóa chất chọn: K = 98,5 w / m 2 Vậy: F = 152838543 . 4,186 / ( 98,5 . 243 . 3600 ) = 7,43 m2 Chọn đƣờng kính ống là , d = 0,035 m . Chiều cao ống : H = 2 m Do đó số ống xác định là: n = 7,43 / ( 3,14 . 2 . 0,035 ) = 34 ống Đƣờng kính thiết bị trao đổi nhiệt: Đƣờng kính thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc xác định theo công thức sau: D = t . ( b – 1 ) + 4 . dn = 0,052 . ( 6 – 1 ) + 4 . 0,04 = 0,42 m. Trong đó: chọn dn = 0,04 m. 12 12 tb ttln tt t ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 100 t: là bƣớc ống, t = 1,3 . dn ; b: số ống của đƣờng chéo chính, 6 ống. Chọn: D = 0,5 m . * Xác định chiều dày của thiết bị Chiều dày của thành thiết bị dƣợc tính theo công thức: ( m) Trong đó: Dt : là đƣờng kính trong của thiết bị ( m ) Pt : là áp suất trong của thiết bị N / m 2 , Pt = 3,5 at C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (mm). C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn , thép CT3 có vận tốc gỉ là C1=1mm, thời gian làm việc từ 15 đến 20 năm. C2: bổ sung do bào mòn , C2 = 0 . C3: bổ sung do dung sai về chiều dày C3 = 0,8 mm Vậy: C = C1 + C2 + C3 = 1,8 mm . : ứng suất cho phép của thép CT3 Theo giới hạn thang bền đƣợc xác đinh theo công thức: II - 356 ; N/m3 Do thiết bị cánh li với nguồn đốt nóng cần thiết nên, = 0,95 NK: hệ số an toàn theo giới hạn kéo , NK = 2,6 k: ứng suất kéo của thép CT3, k = 380. 10 6 N / m 2 C P2 .PD S th tt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 101 Do đó: k = k . / NK = 380 . 10 6 . 0,95 / 2,6 = 138,8 . 10 6 N /m 2 Ứng suất theo giới hạn bền chảy đƣợc xác định theo công thức sau: II-356 . c = c . / Nc . N / m 3 c: ứng suất theo giới hạn chảy, c = 240 . 10 6 N /m 2 Nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy ; Nc = 1,5 Do đó : c = c . / Nc = 240 . 10 6 . 0,95/ 1,5 = 152 . 10 6 N / m 3 . Để đảm bảo bền ta lấy giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị trên: = c = 138,8 . 10 6 N / m 3 Với : Pt = 3,5 at = 3,43 . 10 5 N / m 2 Vì: . / Pt = 138,8 . 10 6 . 0,95/3,43 . 10 5 = 384,43 50 N/m 3 . Nên bỏ qua đại lƣợng Pt ở mẫu phƣơng trình tính chiều dày . Vậy chiều dày của thiết bị là : S = ( 0,5 . 2,9 . 10 5 ) / ( 2 . 138,8 . 10 6 . 0,95) + C S = 0,7 . 10 -3 + 1,8 . 10 -3 ( m ) . Do đó: S = 2.5 mm Ta chọn S = 4 mm * Chiều dày của đáy, nắp thiết bị: Ta chọn nắp elip có gờ , chiều dày của elip đƣợc tính theo công thức: Trong đó: hp : chiều cao phần lồi của nắp, hp = 125 mm ; II - 388 . m.C h2 D PK8,3 PD S p t tk tt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 102 Dt : đƣờng kính trong của thiết bị , Dt = 0,5 mm d: là đƣờng kính cảu lỗ không tăng cứng , d = 0,3 m K : hệ số không thứ nguyên và xác định theo công thức sau: II-385 . K = 1 - 0,3 / 0,5 = 0,4 C : là đại lƣợng bổ sung ; C = 1,8 mm k : 138,8 . 10 6 N / m Pt : 0,343 . 10 6 N / m Vì : . k . / Pt = 138,8 . 10 6 . 0,4 . 0,95 / 0,343 . 10 6 = 148,6 > 30 N/ m 2 Do đó ta có thể bỏ qua Pt dƣới mẫu, trong công thức chiều dày của nắp elip : Thế số vào ta đƣợc: S = 1,8 . 10 -3 + C < 4 mm Do đó ta chọn: C = ( 0,8 + 2 ) . 10-3 ( m ) Vậy : S = 1,8 . 10-3 + 2,8 . 10-3 = 4,6 . 10-3 mm Chọn S = 5 mm Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thức: II – 368 2 t b o 2c b D 2 h s c P N /m 7,6 K h S C 1,2 Thế số vào ta đƣợc: = 108,84 . 10 6 N / m 2 c / 1,2 = 240 . 10 6 / 1,2 = 200 N / m 2 > 173,56 N / m 2 Chọn giá trị: S = 5 mm . m.C h2 D PK8,3 PD S p t tk tt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 103 Chọn giá trị: h = 10 mm, hb = 0,125 m, Dt = 0,5 m. Bảng chọn chỉ số tối thiểu về chỉ tiêu công nghệ: Dt = 0,5 m D = 630 mm . Db = 580 mm Dl = 550 mm Do = 511 mm Loại bulông : M 30 Số bulông = 16 cái h = 20 mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 104 CHƢƠNG 6. TÍNH TOÁN KINH TẾ - Để phù hợp với tính toán quốc tế, dƣới đây là khoảng tiền đều tính theo đơn vị tiền tệ USD . 6.1. Chế độ vận hành của phân xƣởng . - Số ngày hoạt động trong 1 năm: 335 (ngày) - Số giờ hoạt động trong 1 ngày: 24 (giờ) . - Hiệu suất của sản phẩm = 77% . - Nguồn nguyên liệu là LPG (C3- C4) . - Vốn đầu tƣ ban đầu bao gồm cả vốn đầu tƣ cho thiết bị và vốn đầu tƣ cho xây dựng. Định mức đầu tƣ : 250 USD / tấn . Vậy tổng vốn đầu tƣ là : 250 . 106 (USD) . 6.2. Hoạch toán chi phí : - Chi phí cho nguyên liệu : Năng suất là 1.000.000 tấn / năm, với đơn giá là 210 USD / tấn . Thành tiền : 210.106USD . - Chi phí cho xúc tác : Chất xúc tác là ZSM5 với lƣợng là 33300 kg/h với đơn giá là 7,86 (USD/kg) Thành tiền : 33300. 7,86 = 255744 (USD) . - Chi phí cho phục vụ sản xuất : Tiêu hao xúc tác trong 1 năm là 2% tổng chi phí xúc tác cho một năm. Thành tiền : 0,02 . 255744 = 5114,88 (USD) . - Chi phí cho năng lƣợng điện : Chi phí cho năng lƣợng điện, với lƣợng điện tiêu thụ thụ là 105.106 (kw.h / năm), có giá tiền : 0,086 USD . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 105 Tiêu thụ điện năng trong 1 năm là : 0,086 . 105 . 10 6 = 9,03.10 6 USD . - Chi phí lƣơng công nhân : Phân xƣởng gồm 100 ngƣời, lƣơng bình quân là 2100 USD / năm . Thành tiền: 100 . 2100 = 0,21.106 USD . - Trích theo lƣơng bằng 20% lƣơng chính : Thành tiền: 0,2 . 0,21 . 106 = 0,042 . 106 USD . Tổng tiền lƣơng = lƣơng chính + trích theo lƣơng . = 0,21 . 10 6 + 0,042 . 10 6 = 0,252 . 10 6 USD . - Chi phí cho phân xƣởng : Khấu hao toàn bộ : trong vòng 20 năm là 5% vốn đầu tƣ ban đầu . Thành tiền : 0,05 . 250 . 106 = 12,5.106 USD . Chi phí vận chuyển lấy 3% vốn đầu tƣ ban đầu : Thành tiền : 0,03 . 250 . 106 = 7,5.106 USD . Chi phí dành cho sửa chữa : lấy bằng 4% khấu hao toàn bộ . Thành tiền : 0,04 . 12,5 . 106 = 0,5.106 USD . - Chi phí dành cho quản lí : Lấy bằng 7% tổng chi phí ( nguyên liệu + sản xuất + tổng tiền lƣơng công nhân ) . Thành tiền : 0,07.( 250.106 + 0,0063.106 + 9,03.106 + 0,252.106 ) = = 18,15 .10 6 USD . - Chi phí dành cho bán hàng : Lấy bằng 3% chi phí ( phân xƣởng + quản lí ). Thành tiền : 0,03 . ( 12,5 . 106 + 7,5 . 106 + 18,15 . 106 ) = = 1,145 . 10 6 USD . - Tổng chi phí : ( nguyên liệu + xúc tác + sản xuất + công nhân + phân xƣởng + quản lí + bán hàng ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 106 Thành tiền: 210.10 6 + 255744 + 5114,88 + 9,03.10 6 + 0,252.10 6 + 12,5.10 6 + 7,5.10 6 + 0,5.10 6 + 18,15.10 6 + 1,45.10 6 ) = 259,64286.10 6 (USD) . Vậy giá thành sản suất cho 1 tấn nguyên liệu : G = ( tổng chi phí ) / ( năng suất ) . = 259,991.10 6 / 1000000 = 259,64286 (USD / tấn). Ta có bảng tóm tổng chi phí cho chế biến 1 tấn nguyên liệu : Khoảng mục Số lƣợng Đơn giá Thành tiền (USD) 1. Nguyên liệu 2. Xúc tác 3. Sản xuất Tiêu hao xúc tác Chi phí điện năng 4. Lƣơng công nhân 5. Chi phí phân xƣởng Khấu hao toàn bộ Chi phí vận chuyển Chi phí sửa chữa 6. Chi phí quản lí 7. Tổng chi phí bán hàng 1000000 (tấn) 33300 kg kg 105 kW.h/năm 210 (USD/tấn) 7,68 (USD/tấn) 7,68 (USD/tấn) 0.086 USD/kWh 210.10 6 255744 5114,88 9,03.10 6 0,252.10 6 12,5. 10 6 7,5. 10 6 0,5. 10 6 18,5. 10 6 1,145. 10 6 Tổng 259,64286.1 0 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 107 6.3. Tính giá thành sản phẩm Để tính đƣợc giá thành từng loại sản phẩm, ta phải xác định đƣợc hệ số phân bố theo giá bán . Sản Phẩm Hiệu suất sản phẩm (tấn) Giá bán sản phẩm (USD/tấn) Giá danh thu (USD) Chi phí phân bổ Giá thành USD/tấn C3H8 C4H10 43,14% 56,86% 270 270 116,48 153,52 112,019 147,640 259,66 259,66 Tổng 100% 540 270 259,659 519,32 Hệ số phân bố : hpb = ( chi phí ) / ( danh thu ) . = 259,67 / 270,0 = 0,9617 . Chi phí phân bố = (giá danh thu) . (hệ số phân bổ) . Giá thành = ( chi phí phân bổ ) / ( hiệu suất ) . Đối với C3H8 = 112,019 . 100 / 43,14 = 259,66 . - Tính lợi nhuận : L = lợi nhuận cả năm . = ( giá bán sản phẩm - giá thành sản phẩm ) . (sản lƣợng sản phẩm) = ( 270 + 270 - 259,66 - 259,66 ) . 10 6 = 20,682 . 10 6 USD . - Thuế VAT : Thuế = 10% doanh thu + 10% ( nguyên liệu + xúc tác ) . = 0,01 . 270 . 10 6 + 0,01 . ( 210 . 10 6 + 0,246 . 10 6 ) = = 4,803 . 10 6 USD . Lãi suất sau thuế : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 108 20,68 . 10 6 - 4,803 . 10 6 = 15,877 . 10 6 USD . - Tính thời gian thu hồi vốn : t = ( vốn đầu tƣ ) / ( lợi nhuận sau thuế + khấu hao ) . = 250 . 10 6 / ( 15,877 + 12,5 ) . 10 6 = 11,86 năm . - Tính hệ số hiệu quả vốn đầu tƣ : E = Lợi nhuận trong một năm / vốn đầu tƣ . = 15,877 . 10 6 / 250 . 10 6 = 6,35 . 10 6 USD . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 109 CHƢƠNG 7. TÍNH TOÁN XÂY DỰNG 7.1. Những cơ sở để xác định địa điểm xây dựng. Việc lựa chọn địa điểm xây dựng là bƣớc đầu tiên và khá quan trọng của việc thiết kế. Nó đòi hỏi nhà thiết kế phải tìm hiểu các thông số kỹ thuật của nhiều ngành, nhiều lĩnh v dựngực khác nhau nhƣ: địa chất, thuỷ văn của địa phƣơng, khí hậu để xây dựng, các tài liệu về kiến trúc - đô thị và văn hoá xã hội . Do đó việc lựa chọn một địa điểm xây dựng hợp lý: ngƣời ta nguyên cứu rất kỹ lƣỡng về tất cả các mặt nhƣ: phải có địa hình bằng phẳng, có khoảng cách an toàn với khu dân cƣ... 7.2 Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng . a, Các địa điểm xây dựng : Về mặt quy hoạch: địa điểm đƣợc chọn phải phù hợp với quy hoạch chung của cả vùng đã đƣợc các cấp có chính quyền phê duyệt và có khả năng hợp tác sản xuất với các nhà máy lân cận. Về điều kiện tổ chức sản xuất : - Thuận lợi cho việc cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm . - Gồm nguồn cung cấp năng lƣợng: điện, nƣớc, than, dầu... để hạn chế chi phí vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm, để gốp phần phát triển của nhà máy . Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật: địa điểm đƣợc chọn phải phù hợp với hệ thống giao thông quốc gia: đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng thuỷ và kể cả đƣờng hàng không. Ngoài ra còn phải vận dụng tối đa mạng lƣới cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lƣới kỹ thuật khác . Về điều kiện xây lắp và vận hành : - Địa điểm đƣợc chọn phải tính tới khả năng cung cấp nguyên liệu, vật tƣ xây dựng . - Có khả năng cung ứng công nhân trong quá trình xây dựng nhà máy, cũng nhƣ quá trình vận hành sau này . Về điều kiện chính trị - xã hội: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 110 Địa điểm xây dựng phải thuộc vùng có điều kiện chính trị - xã hội ổn định . b, Các yếu tố về kỷ thuật xây dựng: Khu đất phải cao ráo không ngập lụt vào mùa mƣa lũ, có nƣớc ngầm thấp, tạo điều kiện cho việc thoát nƣớc bề mặt dễ dàng. Khu đất tƣơng đối bằng phẳng, tốc độ nghiêng là i = 0,5 1% . Về địa chất : - Khu đất đƣợc chọn không đƣợc nằm dƣới vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định. - Cƣờng độ khu đất xây dựng là 1,5 - 2,5 kg/cm2. c, Các yêu cầu về môi trƣờng vệ sinh công nghiệp: Đảm bảo các khoảng cách bảo vệ, vệ sinh công nghiệp thích hợp, nên trồng nhiều cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên. Vị trí xây dựng phải cuối hƣớng gió chủ đạo, nguồn nƣớc thải đƣợc sử lý ở cuối hạ lƣu. 7.3 Các nguyên tắc thiết kế xây dựng: Việc xây dựng cần tuân theo nguyên tắc sau đây: - Cần bố trí các hạng mục chính trong một dây chuyền một cách hợp lý, để thuận lợi cho hoạt động và vận hành. - Bố trí các hạng mục một cách hợp lý để tiết kiệm diện tích . - Các công trình phụ trợ đƣợc đặt gần các công trình chính để giảm chi phí vận chuyển. - Các công trình gây ô nhiễm, độc hại cần nên đặt xa khu hành chính, và ở cuối hƣớng gió chủ đạo . - Đƣờng giao thông phải bố trí hợp lý, để xe ô tô ra vào thuận lợi. a, Bố trí mặt bằng nhà máy : - Quá trình Xyclar là một quá trình sản xuất liên tục. - Trong quá trình vận hành có thể thải ra khí độc và nƣớc ô nhiễm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 111 - Toàn bộ dây chuyền đều lộ thiên. Với quá trình Cyclar sản xuất các hợp chất thơm (BTX) từ LPG phải liên hệ chặt chẽ với chế biến khí, crăc kinh ... b. Mặt bằng phân xƣởng : Các hạng mục công trình trong phân xƣởng Reforming của quá trình thơm hoá từ LPG. STT Tên công trình SL Kích Thƣớc Diện tích (m 2 ) Dài (m) Rộng (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Thiết bị tái sinh xúc tác Thiết bị phản ứng Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị tách lỏng khí Thiết bị gia nhiệt Bơm và máy nén Trạm điện Nhà để xe Phòng hoá nghiệm Phòng bảo vệ Nhà điều khiển Nhà cơ khí Nhà cứu hoả Nhà hành chính + hội trƣờng Nhà ăn Thiết bị chứa khí nhẹ Bể chứa nguyên liệu Bể chứa sản phẩm BTX 1 4 1 1 4 3 1 2 1 5 1 1 1 1 1 2 6 2 12 12 12 12 8 8 6 30 12 6 6 12 24 24 24 8 30 20 12 12 12 12 8 8 6 12 9 6 6 12 9 12 12 8 30 20 144 144 144 144 256 192 36 720 108 180 36 144 216 288 288 144 5400 800 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 112 STT Tên công trình SL Kích Thƣớc Diện tích (m 2 ) Dài (m) Rộng (m) 19 20 21 22 23 24 25 Thiết bị chứa H2 Thiết bị chứa C9+ Nhà y tế Nhà nghỉ công nhân Bể chứa nƣớc Nhà sản xuất nƣớc Khu xử lý nƣớc thải 2 1 1 6 1 1 1 8 12 15 24 9 12 12 8 9 12 12 6 9 9 144 108 180 54 108 108 108 Tổng 9970 Tổng diện tích phân xƣởng : F = 9970 . 4 = 39880 m 2 + Chiều dài phân xƣởng: 200 m. + Chiều rộng phân xƣởng: 199 m. Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật : - Hệ số xây dựng : KXD = ( A + B ) / F . 100%. Với: A: Diện tích đất nhà và công trình ( m2 ). B: Diện tích kho bãi lộ thiên ( m2 ). KXD = 9970 . 100 / 39880 = 25% - Hệ số sử dụng : KSD = ( ( A + B + C ) / F ) . 100% . Trong đó : C : diện tích đất chiếm của đƣờng lộ. C = 15952 m . Do đó : KSD = ( 9970 + 15952 ) / 39880 . 100 = 65% Chỉ tiêu kinh tế kỷ thuật xác định KSD thì hai chỉ tiêu này thoả mãn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 113 CHƢƠNG 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG 1. An toàn lao động trong phân xƣởng Cyclar Trong quá trình sản xuất các nhà máy hoá chất nói chung và các nhà máy lọc dầu nói riêng, thì vấn đề an toàn lao động và bảo vệ môi trƣờng, có vai trò hết sức quan trọng nhằm cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đảm bảo sức khoẻ, an toàn công trình cho nhà máy. Để đảm bảo an toàn lao động ta phải nắm đƣợc các nguyên nhân gây ra tai nạn, cháy nổ. Sau đây là các nhóm nguyên nhân chính gây ra cháy, nổ. a. Nguyên nhân do kỹ thuật: Nguyên nhân này phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng máy móc, thiết bị đƣờng ống nơi làm việc... bao gồm: - Sự hỏng hóc các máy móc chính và các dụng cụ, phụ tùng. - Sự rò rỉ các đƣờng ống. - Không đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các thiết bị máy móc. - Thiếu rào chắn, bao che. b. Nguyên nhân do tổ chức. Nguyên nhân này phụ thuộc vào việc tổ chức hoặc giao nhận công việc không đúng quy định, bao gồm. - Vi phạm nguyên tắc quy trình kỷ thuật. - Tổ chức lao động và chỗ làm việc không đúng yêu cầu. - Giám sát kỷ thuật không đúng ngành nghề, chuyên môn. - Ngƣời lao động chƣa nắm vững đƣợc điều lệ, quy tắc an toàn lao động. c. Nguyên nhân do vệ sinh: - Môi trƣờng không khí bị ô nhiễm. - Công tác chiếu sáng và thông gió không đƣợc tốt. - Tiếng ồn và chấn động mạnh. - Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 114 2. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ: Nhƣ chúng ta đã biết, nguyên liệu cũng nhƣ sản phẩm quá trình, Reforming xúc tác đều dễ bị cháy nổ. Vì vậy vấn đề quan tâm là phòng chống cháy nổ. Dƣới đây là những yêu cầu về cháy nổ: a. Phòng chống cháy: - Phòng chống cháy phải thực hiện các biện pháp sau đây: - Ngăn ngừa những khả năng tạo ra môi trƣờng cháy. - Ngăn ngừa những khả năng xuất hiện những nguồn cháy trong môi trƣờng có thể cháy đƣợc. - Duy trì áp suất của môi trƣờng thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất có thể cháy đƣợc. b. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy: Để ngăn ngừa khả năng xuất hiện xuất hiện những nguồn gây cháy, trong môi trƣờng cháy phải tuân theo những quy tắc về: - Nồng độ cho phép của các chất cháy ở dạng khí, hơi hoặc dạng lơ lửng trong không khí. Nói cách khác thì phải tiến hành quá trình ngoài giới hạn cháy nổ của hỗn hợp hydrocacbon với không khí và oxy. - Nồng độ cần thiết của các chất giảm độ nhạy trong chất cháy nổ ở dạng khí, hơi hoặc lỏng. - Tính dễ cháy của các chất, vật liệu thiết bị và kết cấu. c Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy: - Tuân theo những quy định về sử dụng, vận hành và bảo quản máy móc, thiết bị cũng nhƣ vật liệu và các sản phẩm khó có thể là nguồn cháy trong môi trƣờng cháy. - Sử dụng thiết bị điện phù hợp với loại gian phòng sử dụng điện và các thiết bị bên ngoài phù hợp với nhóm và hạng của các hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ . - Áp dụng quy trình công nghệ và sử dụng thiết bị bảo đảm không phát sinh ra tia lửa điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 115 + Có biện pháp chống sét, nối đất cho nhà xƣởng, thiết bị. + Quy định nhiệt độ nung nóng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị, sản phẩm và bề mặt tiếp xúc với môi trƣờng cháy. + Sử dụng những thiết bị không phát ra tia lửa điện khi làm việc với những chất dễ cháy nổ. + Loại trừ những điều kiện có thể dẫn đến tự cháy do nhiệt độ, do tác dụng hoá học và do vi sinh vật đối với các vật liệu và kết cấu của cơ sở sản xuất. 3.Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ: Để đảm bảo an toàn cháy nổ cần thực hiện những biện pháp sau đây: + Trƣớc khi giao việc cần tổ chức cho công nhân và những ngƣời liên quan học tập về công tác an toàn cháy nổ. Đối với những trƣờng hợp lao động trong môi trƣờng đặc biệt nguy hiểm về cháy nổ thì cán bộ và công nhân cần đƣợc cấp giấy chứng nhận định kỳ kiểm tra lại. + Mỗi phân xƣởng, xí nghiệp phải xây dựng các tiêu chuẩn quy phạm, nội quy an toàn phòng và chữa cháy thích hợp. + Định kỳ tổ chức kiểm tra việc thực hiện các quy định về phòng cháy, chữa cháy và bảo quản các phƣơng tiện phòng chữa cháy. + Trang bị phƣơng tiện phòng cháy, chữa cháy và sắp xếp thời gian tập dƣợt cho cán bộ công nhân và đội chữa cháy. + Xây dựng các phƣơng án chữa cháy cụ thể, có kế hoạch phân công cho từng ngƣời, từng bộ phận. + Cách ly môi trƣờng cháy với các nguồn gây cháy phải đƣợc thực hiện bằng các biện pháp sau đây: -Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình công nghệ có liên quan đến sự vận chuyển các chất dễ cháy. - Đặt các thiết bị nguy hiểm về cháy nổ ở nơi riêng biệt hoặc ngoài trời. -Sử dụng những thiết bị sản xuất, bao bì kín cho những chất dễ cháy nổ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 116 - Sử dụng những ngăn, khoảng , buồn cách ly, cho những quá trình dễ cháy nổ. Bên cạnh những tai nạn có thể xảy ra do cháy nổ, thì còn một vấn đề cần đƣợc quan tâm đó là ( độc tính của các hoá chất và cách phòng chống ). Nhƣ chúng ta đã biết hầu hết các hoá chất, trong những điều kiện nhất định sẽ gây tác hại đến cơ thể con ngƣời. Có thể chia thành: - Những chất có tác dụng làm cháy hoặc kích thích chủ yếu lên da và niêm mạc nhƣ: amôniăc, vôi... - Các hoá chất kích thích chức năng hô hấp và những chất tan đƣợc trong nƣớc: NH3, Cl2, SO2... - Những chất gây độc hại cho máu, làm biến động mạch máu, tuỷ xƣơng, làm giảm các quá trình sinh bạch cầu nhƣ: benzen, toluen, xylen... Những chất làm biền đổi hồng cầu thành những sắc tố bình thƣờng nhƣ các Amin, CO, C6H5NO2... - Các chất độc cho hệ thần kinh nhƣ: xăng, H2S, anilin, benzen... Qua quá trình nguyên cứu, ngƣời ta đề ra các phƣơng pháp phòng tránh nhƣ sau: + Trong quá trình sản xuất phải chú ý đẩm bảo an toàn, cho các khâu đặc biệt là tháo, nạp sản phẩm, lọc, sấy, nghiền... Là những khâu công nhân thƣờng phải tiếp xúc thƣờng xuyên. + Duy trì độ chân không trong sản xuất. + Thay những chất độc trong những quá trình bằng những chất ít độc hại hơn nếu có thể. + Tự động hoá, bán tự động những quá trình sử dụng hoá chất độc hại. + Bên cạnh những biện pháp kỷ thuật thì ngƣời lao động cần đƣợc học tập về an toàn và phải ý thức tự giác cao. 4. Yêu cầu đối với bảo vệ môi trƣờng: Mặt bằng nhà máy phải chọn tƣơng đối bằng phẳng, có hệ thống thoát nƣớc, và sử lý nƣớc thải tốt. Đặt nhà máy cách khu dân cƣ một cách ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 117 an toàn, cuối hƣớng gió và trồng nhiều cây xanh quanh nhà máy. Công tác chiếu sáng tốt và đảm bảo môi trƣờng thông thoáng cho công nhân làm việc. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 118 KẾT LUẬN Sau một thời gian làm việc khẩn trƣơng, em đã hoàn thành về cơ bản đồ án môn học với đề tài: Thiết kế phân xƣởng Cyclar sản xuất các chất thơm (BTX) từ LPG, trong quá trình làm đồ án em rút ra một số nhận xét sau: Các hydrocacbon thơm đặc biệt BTX là hợp chất trung gian quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ và hoá dầu, từ các hợp chất này sản xuất ra hàng loạt các hợp chất khác. Sự phát hiện ra các xúc tác mới có thể làm thay đổi về công nghệ sản xuất, nâng cao đƣợc hiệu suất quá trình, đồng thời mở rộng nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất. Trong đồ án này em lựa chọn công nghệ tối ƣu để thu đƣợc hiệu suất hydrocacbon thơm là cao nhất, từ nguồn nguyên liệu là LPG. Em đã tính toán đƣợc những vấn đề chính của quá trình nhƣ: cân bằng vật chất, cân bằng năng lƣợng, kích thƣớc cơ bản của thiết bị trong sơ đồ công nghệ. Bài viết không thể tránh khỏi sai sót trong việc trình bày mong có sự đóng gốp của cô giáo và các bạn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm thanh Huyền, Nguyễn thị hồng Liên. "Công nghệ tổng hợp hữu cơ hoá dầu". NXB KHTN - 2006 2. Đinh Thị Ngọ "Hoá học dầu mỏ" Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, xuất bản năm 1999. 3. Lê Văn Hiếu "Công nghệ chế biến dầu mỏ" Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nôị, 2000. 4. Trần Mạnh Trí "Dầu mỏ và dầu khí ở Việt Nam". Nhà xuất bản thành phố Hồ Chí Minh, 1999. 5. Kiều Đình Kiểm "Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu"Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nôị, 1999. 6. Phan Minh Tân "Tổng hợp hữu cơ và hoá dầu", tập 1. Trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 1996. 7. " Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất " tập 1, Bộ môn quá trình và thiết bị hoá chất. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nôị,1978. 8. " Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất " tập 2, Bộ môn quá trình và thiết bị hoá chất. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nôị,1999. 9. " Sổ tay tóm tắt các đại lƣợng vật lý ". Bộ môn hoá lý Trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 1983. 10. " Hoá học hữu cơ ". Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 11 Nguyễn Thị Minh Hiền "Chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành" Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, xuất bản năm 2000. 12. " Aromatics manufacture derivatives ". 1968 by Marshall sitting. 13. " Handbook of petrochemicals and processes ". GMargaret Well BSC, FPRI, 1991. 14. " Handbook of petroleum refining processes ". Boston. Mc Graw - Hill,1997. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 120 15. M.Gisnet and N.SGnep and F.Alrio " Aromatization of short chain alkanes on zeolit catalysts ". Appl. Catal. A,1992, vol 89, pp130. 16. Hydrocacbon processing, march 1995, pp 100. 17. Hydrocacbon processing, march 2001, pp 84. 18. W.J.H.Dehetog, G.F.Fromen," Catalytic rout for aromatics production from LPG ". Appl.Catal.A,1999, vol189, pp 63 - 75. 19. lpg.html 20. 21. www.uop.com/objects/46%20Cyclar.pdf 22. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 121 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU............................................................................................... PHẦN I. TỔNG QUAN........................................................................ Chƣơng 1. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm............................. A. Nguyên liệu LPG......................................................................... 1. Các đặc tính của LPG.............................................................. 2. Phân loại LPG........................................................................... 3. Các phƣơng pháp tồn chứa và bảo quản................................... 4. Nhận xét.................................................................................... B. Hydrocacbon thơm....................................................................... 1. Các tính chất vật lý của hydrocacbon thơm.............................. 2. Tính chất hoá học của Benzen - Toluen - Xylen...................... 3. Ứng dụng của hợp chất thơm.................................................... Chƣơng 2. Các phƣơng pháp sản xuất Hydrocacbon thơm................. 1. Quá trình Platforming với xúc tác cố định của UOP..................... 2. Quá trình CCR Platforming của UOP........................................... 2.1 Nguyên lý làm việc.................................................................... 2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình.......................................... 2.3 Ƣu và nhƣợc điểm..................................................................... 3. Quá trình Cyclar............................................................................ 3.1 Quy trình hoá học...................................................................... 3.2 Mô tả quá trình........................................................................... 3.3 Chất lƣợng và sản phẩm............................................................ 4. Quá trình Aromizer của hãng IFP.................................................. 1 3 3 3 4 10 11 12 13 13 14 19 20 21 21 23 24 27 28 29 30 35 36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 122 Chƣơng 3. So sánh và lựa chọn sơ đồ công nghệ................................ 1. Tính năng và lợi ích...................................................................... 2. Kinh tế.......................................................................................... PHẦN III. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH................................................. Chƣơng 1. Tính cân bằng vật chất của hệ thống................................. Chƣơng 2. Tính cân bằng nhiệt lƣợng................................................ 2.1 Nhiệt lƣợng nguyên liệu mang vào........................................... 2.2 Nhiệt lƣợng xúc tác mang vào.................................................. 2.3 Nhiệt lƣợng cần thiết lò ống cung cấp cho toàn phản ứng....... 2.4 Tính nhiệt lƣợng mang ra......................................................... Chƣơng 3. Tính toán cho thiết bị phản ứng....................................... 3.1 Tính toán cho thiết bị phản ứng số 1........................................ 3.1.1 Tính cân bằng vật chất..................................................... 3.1.2 Tính cân bằng nhiệt lƣợng............................................... 3.2 Tính toán cho thiết bị phản ứng số 2........................................ 3.2.1 Tính cân bằng vật chất..................................................... 3.2.2 Tính cân bằng nhiệt lƣợng............................................... 3.3 Tính toán cho thiết bị phản ứng số 3........................................ 3.3.1 Tính cân bằng vật chất..................................................... 3.3.2 Tính cân bằng nhiệt lƣợng............................................... 3.4 Tính toán cho thiết bị phản ứng số 4........................................ 3.4.1 Tính cân bằng vật chất..................................................... 3.4.2 Tính cân bằng nhiệt lƣợng............................................... Chƣơng 4. Tính toán thiết bị tái sinh xúc tác...................................... 4.1 Tính cân bằng vật chất.............................................................. 4.2 Tính cân bằng nhiệt lƣợng........................................................ 37 38 38 40 40 44 45 46 47 47 52 52 52 56 61 61 63 68 68 70 75 75 76 88 88 93 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xƣởng sản xuất Aromatic Từ LPG _______________________________ Nguyễn Văn Hiếu_HD1001 123 4.3 Tính kích thƣớc......................................................................... Chƣơng 5. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt........................................ Chƣơng 6. Tính toán kinh tế............................................................... 6.1 Chế độ vận hành của phân xƣởng............................................. 6.2 Hạch toán chi phí...................................................................... 6.3 Tính giá thành sản phẩm........................................................... Chƣơng 7. Tính toán xây dựng........................................................... 7.1 Chọn địa điểm xây dựng........................................................... 7.2 Các yêu cầu của địa điểm xây dựng......................................... 7.3 Các nguyên tắc xây dựng.......................................................... Chƣơng 8. An toàn lao động............................................................... 8.1 An toàn lao động trong phân xƣởng Xyclar............................. 8.2 Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ.................................. 8.2 Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ............ 8.3 Yêu cầu đối với bảo vệ môi trƣờng.......................................... KẾT LUẬN........................................................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... MỤC LỤC............................................................................................. 95 99 104 104 104 105 108 108 108 109 113 113 114 115 115 118 117 119