Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Mtbe

cân bằng nhiệt lượng như sau: Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 Trong đó: Q1- nhiệt lượng do hỗn hợp nguyên liệu mang vào, Kj/h Q2 – nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào, Kj/h Q3 – nhiệt lượng do các phản ứng hoá học tạo ra, Kj/h Q4 – nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra, Kj/h Q5 – nhiệt lượng do chất tải nhiệt mang ra, Kj/h. 1. Nhiệt lượng do hỗn hợp nguyên liệu mang vào: Q1 = G1. CPhh .t1 Với G1- lưu lượng khối lượng của hỗn hợp nguyên liệu mang vào CP hh – nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp nguyên liệu t1 – nhiệt độ nguyên liệu mang vào, t1 = 60OC Bảng 20: Hỗn hợp nguyên liệu vào: STT Cấu tử Kmol/h Kg/h %KL 1 Iso-C4H8 55,358 3100,050 27,681 2 iso-C4H10 90,258 5234,964 46,744 3 n-C4H10 5,951 345,158 3,082 4 n-C4H8 4,794 268,464 2,398 5 C3H8 1,984 87,298 0,779 6 C3H6 3,729 156,618 1,398 7 C5 0,827 57,890 0,517 8 CH3OH 60,291 1929,322 17,227 9 H2O 1,082 19,488 0,174 Tổng 224,274 11207,070 100 Tính CP hh của hỗn hợp nguyên liệu vào: Nhiệt dung riêng (CP hh) của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức: CP hh = ồ CPi . xi (1) [9] Trong đó: CP i là nhiệt dung riêng của cấu tử i trong hỗn hợp. xi là phần trăm khối lượng của cấu tử i. Tính CiP của cấu tử i trong hỗn hợp: [3] CP (i-C4H8) = 596,89 – 4,6378T + 1,44.10-2T2 – 1,372.10-5T3, Kj/kmol.độ CP(i-C4H10) = 9,597 + 344,46.10-3T – 162,15.10-6T2, Kj/kmol.độ CP(n-C4H8) = 20,762 + 250,637.10-3T – 75,854.10-6T2, Kj/kmol.độ CP(MTBE) = 53,176 + 0,7173T – 0,1533.10-2T2 + 0,202.10-5T3 , Kj/kmol.độ CP(CH3OH) = 1391,6 – 12,364 + 3,781.10-2T2 – 3,179.10-5T3, Kj/kmol.độ CP(n-C4H10) = 4,357 + 72,552.10-3T – 18,14.10-6T2, Kcal/kmol.độ CP(C3H8) = 0,41 + 64,71.10-3T – 22,582.10-6T2, Kcal/kmol.độ CP(C3H6) = 2,974 + 45,024.10-3T – 11,38.10-6T2, Kcal/kmol.độ CP(C5) ằ 0 Thay nhiệt độ t = 60 oC = 333K, ta tính được: CP (i-C4H8) =142,379, Kj/kmol.độ CP(i-C4H10) = 106,379, Kj/kmol.độ CP(n-C4H8) = 95,813, Kj/kmol.độ CP(MTBE) = 196,635 , Kj/kmol.độ CP(n-C4H10) = 110,792, Kjl/kmol.độ CP(C3H8) = 81,319, Kj/kmol.độ CP(C3H6) = 69,827, Kj/kmol.độ CP(C5) ằ 0 CP(H2O) = 4190 J/kg.độ = 75,22 Kj/kmol.độ CP(CH3OH) = 293,222, Kj/kmol.độ Thay các số liệu vào công thức (1), ta có: CPhh = ồCiP . xi = CP(i-C4H8). xi-C4H8 + CP(i-C4H10). xi-C4H10 + CP(n-C4H8). xn-C4H8 + CP(n-C4H10). xn-C4H10 + CP(C3H8). xC3H8 + CP(C3H6). xC3H6 + CP(C5). xC5 + CPH2O.xH2O + CP(CH3OH). xCH3OH = 142,379. 0,27681 + 106,322. 0,46744 + 95,8130. 0,02398 + + 110,792 . 0,03082 + 81,319 . 0,00779 + 69,827.0,01398 + 75,22 . 0,00174 + 293,222. 0,17227 = 109,826 (Kj/kmol.độ) Vậy Q1 = G1. CPhh. T1 =224,274.109,826 . 60 = 1477866,979 (Kj/h). 2. Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào: Q2 = G2H2O. CP2H2O . t2H2O , Kj/h Trong đó: G2H2O – khối lượng nước làm lạnh đi vào, Kmol/h CP2H2O – nhiệt dung riêng của nước, Kj/kmol.độ t2H2O – nhiệt độ nước làm lạnh, chọn t2H2O = 25 oC Tra sổ tay hoá lý ta có nhiệt dung riêng của nước tại t = 25 oC là CPH2O = 75,22 Kj/kmol.độ Vậy Q2 = G2H2O .75,22 . 25 = 1880,5. G2H2O, Kj/h 3. Nhiệt lượng do các phản ứng hoá học toả ra: Phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng toả nhiệt, DH = - 37 Kj/mol Vậy ta có nhiệt lượng toả ra do phản ứng tổng hợp là: Q3 = DH .n Với: n là số mol MTBE tạo thành (mol/h) n = 54,804 (kmol/h) = 54,804.103 (mol/h) Vậy Q3 = 54,804.103 . 37 = 2027748 (Kj/h) = 2,028.106 (Kj/h) 4. Nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra: Ta có công thức tính Q4 như sau: Q4 = GSP .CPSP . tSP Bảng 21: Dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị ống chùm bao gồm: STT Cấu tử Kg/h %KL Kmol/h 1 iso-C4H8 465,024 4,159 8,304 2 CH3OH 438,451 3,911 13,701 3 MTBE 4147,811 37,007 47,054 4 iso-C4H10 5234,964 46,707 90,258 5 n-C4H10 345,158 3,079 5,951 6 n-C4H8 268,464 2,395 4,794 7 C3H8 87,298 0,790 1,984 8 C3H6 156,618 1,397 3,729 9 C5 57,890 0,516 0,827 10 H2O 4,429 0,039 0,246 Tổng 11207,930 100 176,848 Ta tính nhiệt dung riêng của các cấu tử ở nhiệt độ sản phẩm ra ta chọn là: TSP = 80 oC = 353 oK CP (i-C4H8) =150,297, Kj/kmol.độ CP(CH3OH) = 340,228, Kj/kmol.độ CP(MTBE) = 204,211, Kj/kmol.độ CP(i-C4H10) = 110,986, Kj/kmol.độ CP(n-C4H10) = 115,817, Kjl/kmol.độ CP(n-C4H8) = 99,785, Kj/kmol.độ CP(C3H8) = 85,434, Kj/kmol.độ CP(C3H6) = 72,939, Kj/kmol.độ CP(C5) ằ 0 CP(H2O) = 75,22 Kj/kmol.độ Ta có: CPSP = ồCiP. xi = 154,6468 (Kj/kmol.độ) Vậy nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra là: Q4 = 176,848 .154,6468 .80 = 2187918,183 (Kj/h) =2,188.106(Kj/h) 5. Dòng nhiệt do chất tải nhiệt mang ra: Ta có Q5 = G5H2O.CP5H2O(50oC) .t5H2O Trong đó: G5H2O – khối lượng nước làm sạch đi ra, kmol/h CP5H2O – nhiệt dung riêng của nước ở 50 oC, Kj/kmol.độ T5H2O – nhiệt độ của nước đi ra, oC Ta tra nhiệt dung riêng CPH2O ở 50 oC ta được 75,285 Kj/kmol.độ Ta có cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng: Tổng nhiệt lượng vào = Tổng nhiệt lượng ra Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 Giả sử khối lượng chất tải nhiệt đi vào = Khối lượng chất tải nhiệt đi ra Ta có G2H2O = G5H2O = GH2O , ta có 1,478.106 + 1880,5.GH2O + 2,028.106 = 2,188.106 + 3764,250 .GH2O Giải ra ta được: GH2O =699,668 (Kmol/h) = 12594,384 (kg/h) Như vậy nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào là: Q2 = 1880,5 .G2H2O = 699,688. 1880,5 = 1.322.106 (Kj/h) Nhiệt lượng do chất tải nhiệt mang ra: Q5 = 699,688 .3764,250 = 2,64.106 (Kj/h) Bảng 22: Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ete hoá(ống chùm): Nhiệt lượng mang vào Nhiệt lượng mang ra Thành phần Lượng, kj/h Thành phần Lượng, Kj/h Q1 1,478.106 Q4 2,188.105 Q2 1,322.106 Q5 2,640.106 Q3 2,028.106 Tổng 4,828.106 4,828.106 B- tính thiết bị chính: 1. Tính thể tích làm việc của thiết bị phản ứng:[8] Phản ứng tổng hợp MTBE được tiến hành trong điều kiện t o = 60 – 80OC. iso- C4H8 + CH3OH MTBE Đây là phản ứng bậc hai. Phương trình động học của phản ứng là : r = -, coi Ci-C4H8 = CCH3OH =C ú - ú - . Lấy tích phân hai vế ta được phương trình sau: ú (1) Số mol iso- C4H8 trong hỗn hợp vào Thể tích hỗn hợp vào, m3 * Ta xác định C0 và Ct như sau: Co = Bảng 23: Hỗn hợp nguyên liệu vào: Cấu tử Kmol/h Kg/h r, g/l Thể tích mol (l/mol) V (l/h) iso- C4H8 55,358 3100,050 587,9 0,095 5259,010 iso- C4H10 90,258 5234,964 540 0,107 9657,606 n-C4H10 5,951 345,158 573 0,101 564,691 n-C4H8 4,794 268,464 598,4 0,0936 448,718 C3H8 1,984 87,298 490 0,0898 178,163 C3H6 3,729 156,618 510 0,0824 307,270 C5 0,827 57,890 510 0,0824 68,145 CH3OH 60,291 1929,322 763,7 0,0419 2526,193 H2O 1,082 19,488 983 0,0183 19,801 Tổng 224,274 11207,070 19029,700 Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào là: 19029,700(l/h) = 19,030 (m3/h) Do đó: C0 = (mol/m3 ) Số mol iso-C4H8 còn lại trong hỗn hợp ra Thể tích hỗn hợp ra, m3 Tính Ct = Bảng 24: Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng: Cấu tử Kmol/h Kg/h r, g/l Thể tích mol (l/mol) V (l/h) iso-C4H8 8,304 465,024 587,9 0,095 788,880 CH3OH 13,701 438,451 763,7 0,0419 574,072 MTBE 47,054 4147,811 730,4 0,1205 5670,007 iso- C4H10 90,258 5234,964 540 0,107 9657,606 n-C4H10 5,951 345,158 573 0,101 601,051 n-C4H8 4,794 268,464 598,4 0,0936 448,718 C3H8 1,984 87,298 490 0,0898 178,163 C3H6 3,729 156,618 510 0,0824 307,207 C5+ 0,827 57,890 510 0,0824 68,145 H2O 0,246 4,429 983 0,0183 4,502 Tổng 176,848 11207,930 13195,410 Thể tích dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng = 13,195 (m3/h) Vậy Ct = (mol/m3 ) * Xác định hằng số vận tốc k: Với Amberlyst 15 ta có : r = 0,0151 mol/h.mequiv [24] c = 4,75 mequiv/g.t Độ chuyển hoá metanol là: XMe = 7,2% Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng và hằng số tốc độ: Ta có: W = k. C1. C2 Với C1, C2 là nồng độ của iso- C4H8 và CH3OH => k = ; Ta xác định C1, C2: Ta có: ri-C4H8 = 587,9 g/l = 10,500 mol/l [1] rMeOH = 763,7 g/l = 23,875 mol/l [2] Như vậy: số mol CH3OH trong một lit dung dịch là: 23,875 mol/l Số mol iso-C4H8 trong một lit dung dịch là: 10,500 mol/l Ta gọi: x là thể tích (lit) của CH3OH trong một lit dung dịch hỗn hợp. (1- x) (lit) là thể tích của iso-C4H8 Ta có tỷ lệ: CH3OH/iso-C4H8 = 1,1/1 = 1,1 x. 23,875 = 1,1[(1 – x) .10,500] x = 0,326 (lit) Vận tốc đo được là vận tốc của phản ứng giữa metanol và hỗn hợp iso- C4H8 Có chứa 33,983% iso- C4H8 Vậy Co CH3OH = 0,326 . 23,875 .0,34 = 2,646 (mol/l) Coiso-C4H8 = 2,646/ 1,1 = 2,405 (mol/l) (vì CCH3OH / Ci-C4H8 = 1,1) Ta có phản ứng: iso- C4H8 + CH3OH đ MTBE Ban đầu 2,405 2,646 0 t 2,405 – 2,646.xCH3OH 2,646 – 2,646.xCH3OH 2,646.xCH3OH Với xCH3OH = 7,2% Như vậy sau phản ứng: C1 = Ciso-C4H8 = 2,405 – 2,646. 0,072 = 2,214 (mol/l) C2 = CCH3OH = 2,646 – 2,646 . 0,072 = 2,448 (mol/l) Do đó hằng số vận tốc phản ứng: k = (l2/mol.h.gxt ) = 0,013.10-6 [(m3)2/mol.h.gxt ] Ta sử dụng loại xúc tác Ambalyst 1d với các thông số như sau: Đường kính hạt: dhat = 0,74 mm Bề mặt riêng : A = 42 m3/g Trọng lượng riêng khối xúc tác: rkhối = 760 kg/m3 = 760.103 gxt/m3 => k = Vậy hằng số vận tốc phản ứng k = 0,010 (m3/mol.h) * Thay các số liệu vào phương trình (1), ta có: => t = 0,125 (h) Do đó thể tích làm việc của thiết bị là: Vr = m . f . t (m3 ) [8] Trong đó : m là hệ số dự trữ, m = 1,5 f là thể tích hỗn hợp dòng vào, m3/h t là thời gian lưu, h Vr = 1,5 . 19,030 . 0,125 = 3,570 (m3 ) 2. Tính kích thước thiết bị phản ứng: Tốc độ dòng trong ống, ta chọn w = 0,01 (m/s) Do đó chiều cao của ống là: hống = w.t = 0,01. 0,125 . 3600 = 4,500 (m ) (t là thời gian lưu, h; t = 0,125.3600s) Đường kính của thiết bị phản ứng ống chùm được xác định dựa trên số ống theo công thức: D = t(b –1) + 4d, m [10] Trong đó: D là đường kính trong thiết bị, m t là bước ống, m b là số ống trên đường chéo hình lục giác. d là đường kính ngoài của ống, m Ta có: Vr = h. S h là chiều cao thiết bị ( bằng hống) S là tiết diện ngang Vì hỗn hợp phản ứng chỉ đi vào trong các ống chứa xúc tác nên tiết diện ngang S là tổng các tiết diện ngang của các ống chùm. S = n. s n là số ống. s là tiết diện ngang của một ống Mà s = dống là đường kính trong của ống, m (lấy dống = 25 – 50mm) Ta chọn dống = 50mm và chiều dày ống = 3mm Do đó s = (m2) Vr = h.S = h.n.s Số ống của thiết bị là: n = (ống) Ta qui chuẩn số ống của thiết bị như sau: - Nếu xếp ống theo hình lục giác thì ta có công thức: n = 3a(a – 1) + 1, [10] Trong đó: n là số ống a là số ống trên một cạnh hình lục giác. Ta có: n = 3a (a – 1) + 1 => 405 = 3a(a – 1) + 1 => a ằ 13 (ống) Như vậy số ống của thiết bị theo qui chuẩn là: n = 3a(a – 1) + 1 = 3 .13(13 –1) + 1 = 469 (ống) Đường kính thiết bị phản ứng: D = t(b – 1) + 4d Trong đó: t là bước ống, t = 1,25d – 1,5d (chọn d=1,25d) d là đường kính ngoài của ống, d = 0,05 + 0,003.2 = 0,056 (m) t = 1,25d = 1,25. 0,056 = 0,07(m) = 70(mm) Số ống trên đường chéo chính: b = 2a – 1 = 2. 13 – 1 = 25 (ống) Vậy D = t(b – 1) + 4d = 0,07(25 – 1) + 4. 0,056 ằ 2(m) Vậy đường kính của thiết bị phản ứng là D = 2 (m) Tóm lại: kích thước của thiết bị phản ứng như sau: Chiều cao thiết bị: H = 4,5 (m) Đường kính thiết bị D = 2 (m) Số ống: n = 469 (ống) Đường kính ống: d = 0,05 (m) Chiều dày ống = 3 mm = 0,003(m) Bước ống: t = 0,07 (m) 3. Chiều dày của thân thiết bị: Thân thiết bị hình trụ, làm việc ở áp suất khí quyển có chiều dày được xác định theo công thức: , m [10-360] Trong đó: Dtr: đường kính trong thiết bị Dtr = 2 (m) j: hệ số bền hàn của thân hình trụ theo phương dọc do hàn giáp mối hai bên bằng hồ quang điện nên j = 0,95 [10-362] Pt: áp suất trong thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, (N/m2) Pt = PLV + Ptt (N/m2) [10-366] Trong đó: PLV là áp suất làm việc của thiết bị, N/m2 PLV = 1,03.105 (N/m2 ) Ptt là áp suất thuỷ tĩnh của nước. Ptt = r.g.H, N/m2 Trong đó: g là gia tốc trọng trường, g = 9,810 (m/s2 ) H là chiều cao của cột chất lỏng, H = 4,500 (m) r là khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp chất lỏng Với là phần trăm khối lượng ,% là khối lượng riêng của cấu tử thành phần, kg/m3 Bảng 25: Hỗn hợp nguyên liệu vào: STT Cấu tử r, kg/m3 Kg/h %KL 1 Iso-C4H8 587,9 3100,050 27,681 2 iso-C4H10 763,7 5234,964 46,744 3 n-C4H10 730,4 345,158 3,082 4 n-C4H8 540 268,464 2,398 5 C3H8 573 87,298 0,779 6 C3H6 598,4 156,618 1,398 7 C5 490 57,890 0,517 8 CH3OH 510 1929,322 17,227 9 H2O 510 19,488 0,174 Tổng 11207,070 100 đ r = 884 (kg/m3) Do đó: Ptt = r.g.H = 9,81. 884. 4,5 = 39024,180 (N/m2) Vậy áp suất ở trong thiết bị là: Pt = 1,03 .105 + 0,390. 105= 1,42 .105 (N/m2) Ta tính hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai và chiều dày: C = C1 + C2 + C3 [10.363] 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. Đối với vật liệu bền (0,05 – 0,1mm/năm) ta có thể lấy C1 = 1mm (tính theo thời gian làm việc từ 15 – 20 năm). C2: là đại lượng bổ sung do hao mòn. Do nguyên liệu không có hỗn hợp rắn chuyển động lớp xúc tác là tĩnh nên ta có thể bỏ qua C2 (tức C2= 0) C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày được chọn theo chiều dày tấm vật liệu. C3 = 0,5mm. Vậy C = 0,001 + 0 + 0,5.10-3 = 0,0015, m * ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền được xác định theo công thức: [sk] = , N/m2 [10-355] Trong đó: h là hệ số điều chỉnh nk – hệ số an toàn theo giới hạn bền. stk là ứng suất giới hạn bền, N/m2 s: ứng suất của thiết bị. Tra bảng XII.4 Tính chất cơ học của thép tấm [10-309] => σk = 380.106 N/m2 nk: hệ số an toàn theo giới hạn kéo của thép. Tra bảng XIII.3 Giá trị hệ số an toàn bền của một số vật liệu cơ bản [10-356] => nk = 2,6. η: hệ số điều chỉnh. Tra bảng XIII.2 ta chọn η = 1 [10-356] => [sk] = (N/m2) * ứng suất cho phép theo giới hạn chảy xác định theo công thức: [sC] = N/m2 Trong đó: σc: giới hạn bền khi chảy. Tra bảng XII.4 [10-309] => σc= 240 .106 N/m2 nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy. Tra bảng XIII.3 [10-356] => nk = 1,5. η: hệ số điều chỉnh. Tra bảng XIII.2 [10-356]. Chọn η = 1 => [sc] = = (N/m2) Để đảm bảo bền ta lấy giá trị bé nhất trong hai kết quả trên, tức là: [s] = [sk] = 146.106 (N/m2 ) Trường hợp ở đây đường kính thiết bị Dt = 2(m) với hàn tay bằng hồ quang và cách hàng giáp mối hai bên ta tra bảng XIII.8 [10-362] ta chọn j =0,95 Theo [10-360] : Thì ta bỏ qua đại lượng Pt ở mẫu số trong công thức tính chiều dày thân tháp. Do đó chiều dày thân tháp được xác định như sau: S = Vậy chọn s = 12 (mm) *Kiểm tra ứng suất của thành theo P thử áp suất thử Po được tính như sau : Po = Ptl + Ptt Với : P tl là áp suất thuỷ lực Ptt là áp suất thuỷ tĩnh của nước áp suất làm việc là 0,142. 10 6 N/m2 nằm trong khoảng 0,07 ữ 0,5.106 N/m2,nên ta chọn Po = 1,5.P [10-358] Vậy Po = 1,5 .0,142. 10 6 = 0,213.106 (N/m2 ) Xác định ứng suất ở thân thiêt bị theo ứng suất thử , ta sử dụng công thức sau: Vậy chiều dày thân thiết bị là 12 (mm) là đảm bảo bền 4. Tính đáy và nắp thiết bị: Đáy và nắp tháp cũng được làm từ vật liệu cùng loại với thân tháp. Ta dùng loại đáy và nắp elip có gờ cho thân. Chiều dày của đáy và nắp làm việc chịu áp suất trong được tính theo công thức: Chiều dày S được xác định như sau: S = [10-385] Trong đó hb: chiều cao phần lồi của đáy. Tra bảng XIII.10 [10-382]. Với Dtr = 2000 mm thì hb = 500 mm. φh: hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, φ = 0,95. K: hệ số bền của đáy: K = = 1 – d/Dtr d: đường kính của lỗ lớn nhất không tăng cứng, ta tính theo nắp thiết bị có cửa để dung dịch vào d = 0,15(m). Nắp hàn từ hai phía bằng tay, hàn từ hai nữa tấm với [sk] = 146.106 N/m2 và [sc] = 240.106 N/m2 Ta tính: K = = 1 – d/Dtr = 1 – 0,15/2 = 0,925 Vì: Do đó đại lượng Pt ở mẫu số của công thức tính chiều dày đáy nắp ở trên có thể bỏ qua. Vậy chiều dày của đáy và nắp được tính: S = , m = + C, m Đại lượng bổ sung C: Vì S – C = 8,2 mm < 10 mm nên ta tăng thêm 2 mm so với giá trị C tính ở thân tháp. Vậy C = 0,0015 + 2.10-3 = 0,0035 (m) Vậy: S =0,0082 + 0,0035 = 0,0117 (m) =11,7(mm) Dựa vào bảng XIII.1 [10-384] ta qui chuẩn chiều dày của đáy và nắp elip có gờ là: S = 12 (mm). * Kiểm tra ứng suất thành củanắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực. N/m2 [10-387] < = σ = [Dtr2 + 2.hb(S – C)] . Po σc 7,6.k.φh.hb(S – C) 1,2 Thay số ta có: σ = [22 + 2.0,5.(12 – 3,5).10-3] .0,142.106 7,6.0,925.0,95.0,5(12 – 3,5).10-3 => σ = 190.106 (N/m2) = 200.106 N/m2. Vậy σ < σc/1,2 = σc 240.106 1,2 1,2 Vậy chiều dày đáy và nắp thiết bị là 12 (mm) Chiều cao gờ: h = 40(mm.) Chiều cao phần lồi: hb = 500(mm) 5-Tính đường kính các ống dẫn *ống dẫn nguyên liệu: (m) [9] Trong đó: w: vận tốc trung bình của hỗn hợp dòng, chọn w= 1 m/s v: lưu lượng thể tích của hỗn hợp , m3/s. lưu lượng thể tích của hỗn hợp: V= (m3/s) Vậy =0,150(m) *ống dẫn sản phẩm: Sản phẩm đi ra có Gsp = Gngl nên đường kính ống dẫn sản phẩm tính được là dsp = 0,150(m) * ống dẫn nước vào và ra (m) [9] lưu lượng thể tích của hỗn hợp: V= (m3/s) Vậy =0,200(m) 6-Tổng kết kích thước thiết bị chính Chiều cao thiết bị: H = 4,5 (m) Đường kính thiết bị D = 2 (m) Số ống: n = 469 (ống) Đường kính ống: d = 0,05 (m) Chiều dày ống = 3 mm = 0,003(m) Bước ống: t = 0,07 (m) Đường kính ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm: d = 0,15(m) Đường kính ống dẫn nước vào và ra: d =0,2(m) Chiều dày thân thiết bị s = 12 (mm) chiều dày đáy và nắp thiết bị là 12 (mm) Chiều cao gờ h = 40 (mm) Chiều cao phần lồi hb =500(mm) 6- Chọn mặt bích: Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. *Ta chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn. Dựa vào bảng XIII.26 [10-410] ta chọn kiểu bich 1 ứng với kích thước như sau: Pb*10-6 N/m2 Dy Kích thước nối Kiểu bích Dn D Db D1 Bu lông 1 db Z (cái) h 0,25 150 159 260 225 202 M16 8 16 * Ta chọn bích liền bằng thép để nối nắp và đáy tháp với thân thiết bị : Tra bảng XIII.27 [ 10-417] ta được bảng sau: Tra bảng XIII.27 Bích liền bằng thép để nối thiết bị [10-423] Pb*10-6 N/m2 Dtr Kích thước nối Kiểu bích D Db D1 D0 Bu lông 1 db Z (cái) h 0,3 2200 2160 2100 2060 2015 M27 48 40 Chương IV: xây dựng I. Chọn Địa điểm xây dựng . 1- Những cơ sở để xác định việc xây dựng. [14] Để chọn một địa điểm xây dựng, trước hết người ta phải tiến hành điều tra cơ bản, nghĩa là thu thập và xử lý các số liệu về tất cả các mặt như: Tài nguyên khoáng vật, đất đai, dân số, nguồn nguyên liệu, nhiên liệu có liên quan đến khu vực đó. Tóm lại địa điểm được chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau: 1.1-Về địa hình: + Khu đất xây dựng phải có hình dạng và kích thước thuận lợi cho việc xây dựng và bố trí mặt bằng sản xuất trước mắt cũng như việc phát triển mở rộng về sau. + Khu đất cần cao ráo để tránh ngập lụt trong mùa mưa, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải, nước mặt. + Khu đất phải tương đối bằng phẳng, có độ dốc tự nhiên từ 0,5-1o để hạn chế tối đa việc san lấp vì thông thường chi phí cho vấn đề này chiếm từ 10-15% giá trị, mặt khác lại thuận lợi cho việc cấp thoát nước trong mùa mưa. - Về địa chất: Khu đất xây dựng không được nằm trên vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định mà phải nằm trên vùng đất ruộng (đất sét hoặc sét pha cát), đất đá ong hoặc đất đồi được san lấp để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng các hạng mục công trình. 1.3- Về mặt quy hoạch: Địa điểm được chọn phải phù hợp với quy hoạch chung cả vùng và có thể nói rộng hơn là các cụm kinh tế, công nghiệp chung của cả nước. 1.4- Về điều kiện tổ chức: - Thuận lợi cho việc cung cấp nguyên liệu - Thuận lợi cho việc tiêu thụ sản phẩm. - Gần nguồn cung cấp năng lượng: điện, hơi đốt, nhiên liệu 1.5- Về điều kiện kỹ thuật hạ tầng: - Địa điểm lựa chọn cần có vị trí phù hợp để có thể phát huy tối đa những ưu thế, những thuận lợi của hệ thống giao thông quốc gia và quốc tế như: đường bộ, đường sắt, đường thuỷ và đường không. - Thuận lợi về thông tin liên lạc. 1.6-Về điều kiện vận hành và vận hành máy móc: - Địa điểm được lựa chọn cần phải tính đến khả năng cung cấp nguyên vật liệu, vật tư xây dựng. - Có khả năng cung cấp nhân công trong qúa trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành sau này. 1.7-Về điều kiện chính trị xã hội: Địa điểm được chọn phải thuộc vùng có điều kiện chính trị, xã hội ổn định. 2- Lựa chọn địa điểm xây dựng Với yêu cầu cấp thiết cần phải xây dựng nhà máy hoá dầu ở Việt Nam, các nhà công nghệ đã lựa chọn một số địa điểm để xây dựng nhà máy như: tại Hải Phòng, Dung Quất - Quảng Ngãi, Qui Nhơn - Bình Định, Bà Rịa - Vũng Tàu. Các nhà công nghệ đã đi đến thống nhất là xây dựng nhà máy hoá dầu đầu tiên (trong đó bao gồm phân xưởng sản xuất MTBE) ở Việt Nam tại Khu công nghiệp Dung Quất - tỉnh Quảng Ngãi. Đặc điểm của khu vực Quảng Ngãi. - Về dân cư và kinh tế : + Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc miền Trung nước ta. Nền kinh tế nhìn chung chưa phát triển, các ngành dịch vụ, thương mại chưa mạnh. + Trình độ dân trí chưa cao và không đồng đều. - Về khí hậu: Một năm thường có 2 mùa là mùa mưa và mùa khô. Khí hậu nói chung không ôn hoà. Quanh năm nắng nóng, nhiệt độ khá cao thường vào khoảng trên 30o C. - Đặc điểm về địa hình: Quảng Ngãi có địa hình không bằng phẳng, phía Tây là dãy Trường sơn, phía Đông giáp với biển. Tất nhiên khu vực Quảng Ngãi phải phù hợp với yêu cầu độ dốc i < 1% và không nằm trên các mỏ có độ chịu nén tốt. Qua những đặc điểm trên thì người ta nhận thấy địa điểm được chọn có những ưu nhược điểm sau: * ưu điểm: [28] - Dung Quất nói riêng và Quảng Ngãi nói chung nằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế của chính phủ với dự án phát triển khu công nghiệp tập trung và công nghệ cao. - Phía Bắc giáp với tỉnh Quảng Nam có khu kinh tế mở Chu Lai và cách thành phó Đà Nẵng khoảng 200km, là một thành phố công nghiệp có tốc độ phát triển nhanh chóng, như vậy sẽ có những thuận lợi nhất định trong khi xây dựng cũng như khi vận hành. - Có sân bay Chu Lai, cảng nước sâu Dung Quất cùng với hệ thống giao thông đường bộ xuyên quốc gia đi qua nên thuận lợi về giao thông. * Nhược điểm: [15] - Xa nguồn nguyên liệu, nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất chủ yếu là từ quá trình chế biến dầu, các mỏ khí còn ở rất xa. - Việc cung cấp nguyên liệu rất khó khăn. - Cơ sở hạ tầng chưa phát triển do đó sẽ gặp nhiều khó khăn khi xây dựng cũng như vận hành nhà máy sau này. - Khí hậu khắc nghiệt, thường hay có bão lũ. II.Các nguyên tắc khi thiết kế xây dựng [14] Việc xây dựng cần phải tuân theo những nguyên tắc sau: + Cần bố trí các hạng mục trong dây chuyền một cách thích hợp để đảm bảo các hạng mục đó hoạt động thuận tiện và hợp lý nhất. + Các hạng mục đó cần thiết kế gọn gàng, hợp lý và tiết kiệm diện tích đất. + Triệt để việc bố trí mặt bằng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo xả cặn và sản phẩm cũng như tiết kiệm năng lượng. + Khi bổ trí các công trình trên mặt bằng cần phải dự kiến trước các hạng mục sẽ xây dựng ở giai đoạn sau tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng sản xuất. Tránh gây ảnh hưởng sản xuất khi cần mở rộng. + Các công trình phụ trợ cần đặt gần các công trình chính để giảm chi phí vận chuyển. + Các công trình gây nhiễm bẩn, độc hại nên bố trí riêng biệt xa các công trình chính, cuối hướng gió và ít người qua lại. + Trạm biến thế đặt gần nơi sử dụng điện nhiều nhất như máy bơm máy nén và gần đường nội bộ. + Đường giao thông nội bộ cần phải bố trí hợp lý thuận tiện đến từng công trình và chiều rộng đủ lớn để xe ô tô có thể vào được. + Đảm bảo mỹ quan cho toàn nhà máy. Trong thực tế, người ta thường phân nhà máy thành 4 vùng chính sau đây: 1 2 4 3 1. Vùng trước nhà máy: Đây là nơi bố trí nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoat, cổng ra vào, gara ô tô xe máy, xe đạp. Diện tích vùng này tuỳ theo đặc điểm sản xuất mà qui mô của nó có diện tích từ 4 ữ 20% diện tích toàn nhà máy. 2. Vùng sản xuất: Nơi bố trí các nhà và công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, cũng như xưởng sản xuất chính, phụ sản xuất phụ trợ. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên được ưu tiên về địa hình, địa chất cũng như về hướng. Đối với nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ có nhiều công nhân thì nên bố trí gần phía cổng hoặc gần trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. Còn các nhà xưởng gây tiếng ồn, khói bụi, nhiệt thải nhiều hoặc dễ có sự cố thì phải bố trí cuối hướng gió và tuân thủ vệ sinh an toàn công nghiệp. Diện tích vùng này chiếm từ 22 ữ 52% diện tích nhà máy. 3. Vùng các công trình phụ: Nơi đặt nhà và các công trình cung cấp năng lượng bao gồm công trình cung cấp điện, hơi nước, xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Diện tích vùng này thường chiếm từ 14 ữ 28% diện tích toàn nhà máy. 4. Vùng kho tàng và phục vụ giao thông: Đây là vùng bố trí hệ thống chứa sản phẩm (chính, phụ), nguyên liệu, bến bãi bốc dỡ hàng hoá. Qui mô khu vực này thường chiếm 23 ữ 37% diện tích nhà máy. Dựa trên những phân tích như trên, ta có sơ đồ bố trí nhà máy như sau: Bảng thống kê các thông số chính của nhà máy: Khu vực TT Các hạng mục Số lượng Kích thước (m) Diện tích S = a.b (m2) Dài: a Rộng: b Trước nhà máy 1 Phòng bảo vệ 4 4 3 48 2 Nhà hành chính quản lý 1 24 9 216 3 Gara ôtô, xe máy, xe đạp 1 24 12 288 4 Nhà gửi đồ và thay đồ 1 9 6 54 5 Hội trường - nhà ăn 1 24 9 216 Khu sản xuất phụ trợ 6 Trạm điện 1 9 9 81 7 Trạm cơ khí - sửa chữa 1 12 12 144 8 Trạm bơm nước 1 9 9 81 9 Bể chứa nước sạch 1 9 9 81 10 Sản xuất hơi nước 1 9 9 81 11 Bơm nén 1 9 9 81 Khu sản xuất chính và phụ trợ 12 Lò ống 1 12 12 144 13 T.B dehydro hoá 1 12 12 144 14 Hệ thiết bị tái sinh 1 12 12 144 15 T.B sấy 1 12 12 144 16 Tháp phân ly áp suất cao 1 12 12 144 17 Tháp tách sản phẩm nhẹ 1 12 12 144 18 T.B ống chùm 1 12 12 144 19 T.B phản ứng- chưng tách 1 12 12 144 20 Tháp hấp thụ metanol 1 12 12 144 21 Tháp tách metanol - nước 1 12 12 144 22 Trạm cứu hoả 1 9 9 81 23 Trạm y tế 1 9 9 81 24 Nhà điều khiển trung tâm 1 18 9 162 25 Nhà KCS 1 9 9 81 26 Nhà thí nghiệm 1 9 9 81 Khu kho tàng và tổ chức giao thông 27 Trạm bơm ng.l vào, sp ra 2 9 9 162 28 Bể chứa MTBE 3 6 6 108 29 Bể chứa sản phẩm nhẹ 3 6 6 108 30 Bể chứa khí giàu H2 3 6 6 108 31 Bể trộn trung gian 3 6 6 108 32 Bể chứa metanol 3 6 6 108 33 Bể chứa izo-buten 3 6 6 108 34 Bể chứa ng.liệu izo-butan 6 6 6 216 35 Trạm xử lý nước thải 1 18 18 324 Tổng 4647 III. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản [14] Để đánh giá lựa chọn phương pháp thiết kế thì các chỉ tiêu cần tính toán là: hệ số xây dựng và hệ số sử dụng và mật độ xây dựng. + Hệ số xây dựng: + Hệ số sử dụng: Trong đó: F: diện tích nhà máy A: diện tích chiếm đất của nhà máy và công trình B: diện tích kho, bãi lộ thiên (nền bê tông) C: diện tích chiếm đất của đường sắt, bộ, mặt bằng hệ thống ống kỹ thuật, hè rãnh thoát nước Khu đất xây dựng tổng mặt bằng nhà máy có dạng chữ nhật với chiều dài 200m và chiều rộng 150m, vậy tổng diện tích sẽ là: F = 200 x 150 = 30000 (m2) Ta có: diện tích nhà máy F = 30000 (m2 ) diện tích chiếm đất của nhà máy và công trình A = 4647 (m2 ) diện tích kho, bãi lộ thiên (nền bê tông) B = 3000 (m2 ) diện tích chiếm đất của đường sắt, bộ, mặt bằng hệ thống ống kỹ thuật, hè rãnh thoát nước C = 14000 (m2 ) . 100 = 25% . 100 = Kxd = Hệ số xây dựng: A + B 4647 + 3000 F 30000 .100 . 100 = Hệ số sử dụng: Ksd = A + B + C 4647 + 3000 + 14000 F 30000 Ksd =72% 72 Đối với nhà máy hóa chất thì có chỉ tiêu: Kxd = 25 ữ 30%. Ksd = 65 ữ 75%. Các hệ số Kxd , Ksd mà ta tính được thoả mãn chỉ tiêu trên do đó phương án xây dựng trên có thể chấp nhận được. Chương V: tính toán kinh tế I. Mục đích và yêu cầu đây là phần rất quan trọng trọng thiết kết xây dựng. Một công trình có khả thi hay không đều cần phải được đánh giá qua tính toán kinh tế. Bởi vì đối với nhà kinh doanh thì lợi nhuận phải luôn đặt lên hàng đầu. Mục đích của quá trình tính toán kinh tế: + Xác định mức chi phí cho phương án kỹ thuật được đề xuất. + Xác định các kết quả do phương án kỹ thuật đề xuất đem lại. + Xác định hiệu quả kinh tế của phương án kỹ thuật đưa lại để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế. Tính toán kinh tế quyết định phương án thiết kế có được áp dụng vào sản xuất hay không. Một phương án thiết kế tốt phải đảm bảo về trình độ kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và đồng thời đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất. II. Xác định chi phí 1. Chi phí xây dựng cho đầu tư cơ bản: Giả thiết: + Giá thành trung bình xây dựng nhà xưởng là: 3 triệu VNĐ/m2 + Giá thành trung bình xây dựng công trình phụ trợ (cầu cống, đường xá) là: 2 triệu VNĐ/m2. khi đó: Chi phí xây dựng nhà xưởng: T1 = 4647 . 3 (Triệu VNĐ) = 13941 (Triệu VNĐ) Chi phí xây dựng công trình phụ trợ: T2 = 3000 . 2 (Triệu VNĐ)= 6000 (Triệu VNĐ) Chi phí khảo sát thiết kế xây dựng: tính bằng 1% chi phí xây dựng T3 = (T1 + T2) . 1% = (13941 + 6000). 1% = 199,41 (Triệu VNĐ) Vậy tổng chi phí xây dựng là: T = T1 + T2 + T3 = (13941 + 6000 + 199,41) = 20140,41(Triệu VNĐ) 2. Chi phí cho máy móc thiết bị Máy móc được chuyển giao từ đối tác nước ngoài là hãng UOP theo kiểu trọn gói. Bao gồm: + Chi phí mua máy móc thiết bị: C1 + Chi phí vận chuyển và lắp đặt: C2 + Chi phí chạy thử và chuyển giao công nghệ: C3 Theo tính toán của các nhà công nghệ thì giá thành thiết bị là 6,5 triệu USD, còn chi phí lắp đặt, vận chuyển và chạy thử, chuyển giao công nghệ là 2 triệu USD. Vậy tổng chi phí là 8,5 triệu USD tương đương 136000 triệu VNĐ. (Tỉ giá trao đổi ngoại tệ hiện tại là 1USD = 16000 VNĐ) 3. Chi phí vận hành dây chuyền a. Chi phí nguyên liệu: gồm izo-butan, metanol, H2, + Chi phí mua nguyên liệu: lượng nguyên liệu 9549,850 (kg/h) hay 9,6 (tấn/h) Vậy lượng nguyên liệu tiêu tốn cho cả phân xưởng trong 1 năm là: 9,6 . 8280 (giờ) = 79488(tấn/năm) Đơn giá: 14 triệu VNĐ/tấn. Vậy chi phí nguyên liệu: 79488.14 (Triệu VNĐ) = 1112832 (Triệu VNĐ/năm) + Chi phí mua metanol: lượng metanol 1820,239(Kg/h) hay 1,8 3(tấn/h) Vậy lượng metanol tiêu tốn trong 1 năm: 1,83. 8280 = 14904 (tấn/năm) Đơn giá: 12 (Triệu VNĐ/tấn). Vậy chi phí nguyên liệu metanol kỹ thuật: 14904. 12 (Triệu VNĐ) = 178848 (Triệu VNĐ/năm) Vậy tổng chi phí mua nguyên liệu là: 1112832 + 178848 = 1291680 (Triệu VNĐ/năm) b. Chi phí xúc tác: Nhựa trao đổi ion, rây phân tử (aluminosilicat), Cr2O3-Al2O3. Chi phí cho xúc tác lấy bằng 4% chi phí nguyên liệu: 51667,2(Triệu VNĐ/năm). Vậy chi phí cho nguyên liệu và xúc tác là: 1291680 + 51667,2 = 1343347,2 (Triệu VNĐ) c. Chi phí nhân công sản xuất: Quản đốc: 1 người Phó quản đốc: 2 người Kỹ sư hoá dầu: 3 người Kỹ sư điện: 3 người Kỹ sư tự động hoá: 3 người Công nhân kỹ thuật: 9 người Chia thành 3 ca, mỗi ca làm 8 tiếng Lương bình quân: 3 triệu/người/tháng Trả lương nhân công phân xưởng trong 1 năm là: 3. 21. 12 = 756(Triệu VNĐ/năm) Trích 10% quĩ lương để trả bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế và 10% lương để trả phụ cấp khác: 756. 20% = 151,2 (Triệu VNĐ/năm) Vậy tổng quĩ lương: 756 + 151,2 = 907,2 (Triệu VNĐ/năm) Chi phí lương cho 1 đơn vị sản phẩm: 907,2/40000 = 0,0226(Triệu/tấn) d. Chi phí cho nhiên liệu và năng lượng Điện, khí đốt, hơi nước, khí nén, nước làm lạnh. Giả sử chi phí này tính cho 1 năm là: 3600 triệu VNĐ/năm e. Chi phí khấu hao tài sản cố định Khấu hao tài sản cố định là sự chuyển dần giá trị của nó vào giá thành sản phẩm, do đó nhằm mục đích tích luỹ tiền để khôi phục hoàn toàn giá thành sử dụng của nó khi thời hạn khấu hao kết thúc. + Vốn đầu tư cho xây dựng là: 20140,41 (triệu VNĐ) + Vốn đầu tư cho thiết bị là: 6,5 triệu USD = 104000 (triệu VNĐ) Nhà sản xuất có thời gian khấu hao là 20 năm, do đó mức khấu hao theo tài sản là: 20140,41/20 = 1007,020 (triệu VNĐ/năm) Thiết bị có thời gian làm việc chung là 20 năm. Do đó mức khấu hao trong 1 năm là: 104000 (triệu VNĐ)/20 = 5200 (triệu VNĐ/năm) Khấu hao sửa chữa lấy bằng 2% khấu hao thiết bị và khấu hao nhà xưởng: (1007,020 + 5200) . 0,02 = 124,140 (triệu VNĐ/năm) Vậy tổng mức khấu hao trong 1 năm là: 1007,020 + 5200 + 124,140 = 6331,161 (triệu VNĐ/năm) Mức khấu hao tính cho một đơn vị sản phẩm: 6331,161 (triệu VNĐ)/40000 (tấn) = 158279 (đồng/tấn) Bảng 26: Chi phí biến đổi Chi phí Thành tiền (triệu VNĐ) Nguyên liệu, xúc tác 1343347,2 Nhiên liệu 3600 Nhân công 907,2 Tổng 1347854,400 Ta có: + Quản lý hành chính: 50 triệu VNĐ + Vốn đầu tư ban đầu = Chi phí cố định + Chi phí biến đổi Lãi = lãi suất . vốn đầu tư ban đầu Bảng 27: Tổng vốn đầu tư cần: Vốn Thành tiền (triệu VNĐ) Cố định 124140,410 Nguyên liệu, xúc tác 1291680 Nhiên liệu 3600 Nhân công 907,2 Quản lý chung 50 Tổng 1416777,610 Vốn lưu động là: 1416777,610 – 1347854,400 = 68923,210 (triệu VNĐ) Ta xem toàn bộ vốn lưu động là đi vốn vay với lãi suất 0,6%/năm. Vậy lãi phải trả trong 1 năm là: 68923,210 . 0,6% = 413,539 triệu VNĐ/năm Bảng 28: Chi phí sản xuất cho 40000 tấn sản phẩm/năm Chi phí Thành tiền (triệu VNĐ) Khấu hao 6331,161 Chi phí biến đổi 1347854,400 Chi phí quản lý chung 50 Lãi phải trả 413,539 Tổng 1354649,100 Vậy giá thành của một đơn vị sản phẩm tại nơi sản xuất là: 1354649,1/40000 =33,9(triệu VNĐ/tấn) = 33900000 (đồng/tấn) Giá thành sản phẩm bán = giá thành tại nơi sản xuất + chi phí bán hàng + lãi Giả sử: + Thuế lấy bằng 5% giá bán + Chi phí bán hàng lấy bằng 10% giá bán. + Lãi dự kiến lấy bằng 5% giá bán. Vậy giá thành sản phẩm = 33,9 + 33,9. 20% = 41 (triệu VNĐ/tấn) * Tham khảo giá thành MTBE tại Mỹ [16]. Giá thành MTBE giữ ở mức gia 20 ữ 30$/gallon. (Quy đổi: 1 gallon USA = 3,7854 lít và tỉ trọng MTBE ở 200C là 0,7407 g/cm3) Nếu giá thành MTBE giữ ở mức khoảng 20$/gallon tương đương 20$/2,804Kg. Tức bằng 57,061(TriệuVNĐ/tấn) thì giá thành sản phẩm của nhà máy sản xuất MTBE tại Dung Quất là hoàn toàn phù hợp. III. Xác định hiệu quả kinh tế: Ta có: Q0 . Gb = K + C1 + Q0 . C Trong đó: Q0: sản lượng hoà vốn. Gb: giá bán thành phẩm, Gb = 41 (triệu VNĐ) K: khấu hao tài sản cố định trong 1 năm, K = 6331,161 (triệu VNĐ) C1: chi phí chung, C1 = 13354649,100(triệu VNĐ) C: chi phí biến đổi cho 1 đơn vị sản phẩm, C = 33,9 (triệu VNĐ) = 191687,466tấn = Vậy: Q0 = K + C1 6331,161 + 1354649,1 Gb – C 41 – 33,9 Vậy thời gian thu hồi vốn là: 191687,466/40000 = 5,8 (năm) Phương án được coi là khả thi nếu thời gian hoàn vốn nhỏ hơn thời gian khấu hao. Trên đây ta đã tính khấu hao trong 20 năm. Vậy với phương án ta chọn thì thời gian hoàn vốn là 5,8 năm nhỏ hơn thời gian khấu hao do đó dự án hoàn toàn khả thi. Chương Vi: An toàn lao động và bảo vệ môi trường I- khái quát [15] trong quá trình sản xuất ở các nhà máy hoá chất nói chung và nhà máy sản xuất MTBE nói riêng thì vấn đề an toàn lao động và bảo vệ môi trường là hết sức quan trọng. Chi phí dành cho công tác này thường chiếm đến 40%chi phí vận hành. Một trong những vấn đề được quan tâm nhất là an toàn cháy nổ.Tất nhiên còn có những nguyên nhân khác gây ra tai nạn. Có thể chia nguyên nhân gây tai nạn thành ba nhóm: 1. Nguyên nhân do kỹ thuật: Nguyên nhân này phụ thuộc vào tình trạng máy móc, thiết bị, đường ống, nơi làm việc bao gồm: + Sự hư hỏng máy móc chính và dụng cụ, phụ tùng. + Sự hư hỏng các đường ống. + Các kết cấu thiết bị, dụng cụ, phụ tùng không hoàn chỉnh + Không bảo đảm khoảng cách an toàn giữa các máy móc. + Thiếu rào chắn, ngăn che. 2. 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 quy tắc quy trình kỹ thuật. + Tổ chức lao động, chỗ làm việc không đúng yêu cầu + Giám sát kỹ thuật không đầy đủ. + Vi phạm chế độ làm việc + Sử dụng lao động không đúng ngành nghề, chuyên môn. + Người lao động chưa nắm vững được điều lệ, quy tắc an toàn trong lao động. 3. Nguyên nhân do vệ sinh: + Môi trường không khí ô nhiễm + Điều kiện khí hậu không thích nghi + Công tác chiếu sáng và thông gió không được tốt + Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân. II- Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ: [15] Như chúng ta đã biết nguyên liệu metanol dễ bị cháy nổ. Vì vậy vấn đề cần quan tâm là phòng chống cháy nổ. 1. Phòng chống cháy: Để phòng chống cháy ta thực hiện những biện pháp sau đây: + Ngăn ngừa khả năng tạo ra môi trường cháy. + Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy trong môi trường dễ bị cháy. + Duy trì nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ cho phép lớn nhất có thể cháy được. + Duy trì áp suất của môi trường thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất có thể cháy được. 2. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy: Để ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy trong môi trường cháy, phải tuân theo những quy tắc về: + Nồng độ cho phép của những chất cháy ở dạng khí hoặc dạng lơ lửng trong không khí. Nói cách khác là phải tiến hành 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 ở dạng khí hoặc hơi lỏng. + Tính dễ cháy của các chất, vật liệu, thiết bị và kết cấu. 3. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy: + Tuân theo những quy định về sử dụng, vận hành và bảo vệ máy móc, thiết bị cũng như vật liệu và các sản phẩm khác có thể là nguồn cháy trong môi trường cháy. + Sử dụng thiết bị điện phù hợp với loại gian phòng sử dụng điện và các thiết bị điện 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 tia lửa điện. + Có biện pháp chống sét cho nhà xưởng, thiết bị + Quy định nhiệt độ nung nóng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị, sản phẩm và vật liệu tiếp xúc với môi trường cháy. + Sử dụng những thiết bị không phát ra tia lửa điện khi làm việc với chức năng chất dễ cháy nổ. + Loại trừ những điều kiện có thể dẫn đến tự cháy do nhiệt độ, do chất xúc tác, dụng cụ hoá học và do sinh vật với các vật liệu và kết cấu của cơ sở sản xuất. III- Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ: [15] Những biện pháp an toàn cháy nổ cần thực hiện những biện pháp sau đây: + Trước khi giao việc phải tổ chức cho công nhân và những người liên quan học tập về công tác an toàn cháy nổ. Đối với những môi trường làm việc đặc biệt nguy hiểm về cháy nổ thì cán bộ và công nhân cần được cấp giấy chứng nhận và định kỳ kiểm tra lại. + Mỗi phân xưởng, xí nghiệp cần phải xây dựng các tiêu chuẩn quy phạm, nội quy an toàn và chữa cháy thích hợp. + Mỗi phân xưởng, xí nghiệp cần thực hiện các quy định về phòng cháy, chữa cháy và bảo quản các phương tiện phòng, chữa cháy. + Trang thiết bị phương tiện và chữa cháy, sắp xếp cho cán bộ công nhân có thời gian tập dượt. + Xây dựng các phương án chữa cháy với các nguồn gây cháy. + Với các nguồn gây cháy phải được thực hiện bằng các biện pháp sau đây: - Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình công nghệ có liên quan đến sử dụng vận chuyển những chất dễ cháy. - Đặc biệt các thiết bị sản xuất, bao bì kín cho những chất dễ cháy nổ - Sử dụng những ngăn, khoan, buồng cách ly cho những quá trình để cháy nổ. Bên cạnh những tai nạn có thể xảy ra do cháy nổ thì còn một vấn đề cần được quan tâm đó là "Độc tính của các hoá chất và cách phòng chống". Như chúng ta đã biết hầu hết những hoá chất trong những điều kiện nhất định đều có thể gây tác hại đến con người. Có thể phân chia những hoá chất như sau: + Nhóm 1: Gồm những chất có làm cháy hoặc chủ yếu kích thích lên da và niêm mạc như: amoniac, vôi... + Nhóm 2: Gồm những hoá chất kích thích chức năng hô hấp - Những chất tan trong nước: NH3, Cl2, SO2,... - Những chất không tan trong nước như: NO3, NO2,... + Nhóm 3: Những chất gây độc hại cho máy, làm biến đổi động mạch, tuỷ xương. Làm giảm quá trình sinh bạch cầu như: Benzen, Toluen, Xylen,... Những chất làm biến đổi hồng cầu thành những sắc tố không bình thường như: các amin, CO, C6H5NO2,... + Nhóm 4: Các chất độc hại đối với hệ thần kinh như: xăng, H2S, CS...anilin, benzen.... Qua quá trình nghiên cứu người ta đề ra các phương pháp phòng tránh sau: + Trong quá trình sản xuất phải chú ý bảo đảm an toàn cho các khâu đặc biệt là tháo, nạp sản phẩm, lọc, sấy, nghiền là những khâu mà công nhân thường phải tiếp xúc trực tiếp. + Duy trì độ chân không trong sản xuất + Thay những chất độc dùng trong quá trình bằng những chất ít độc hại hơn nếu có thể. + Tự động hoá, bán tự động hoá những quá trình sử dụng nhiều hoá chất độc hại. + Bên cạnh những biện pháp kỹ thuật, người lao động cần phải học tập về an toàn và có ý thức tự giác cao. IV. Bảo vệ môi trường [16] Trong nhiều ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, công nghiệp chế biến dầu mỏ luôn luôn có các hệ thống bình chứa, thiết bị có dung tích, đường ống và áp lực cao,... Từ các thiết bị đó luôn luôn có một lượng hơi khí của chất chứa bên trong thiết bị thoát ra ngoài qua khe hở của mối hàn, làm ô nhiễm bầu không khí xung quanh. Bên cạnh đó là các chất thải và khí thải của nhà máy cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường. Nhà máy sản xuất MTBE cũng là một nhà máy hóa chất và trong quá trình làm việc, nhà máy đã sử dụng một lượng nước làm lạnh lớn và tạo ra một lượng khí thải tương đối lớn. Cùng với lượng hơi khí thoát ra từ các bồn, bể chứa nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Sau đây, tôi xin đề xuất phương án xử lý chất thải của nhà máy sản xuất MTBE. 1-Chất thải của nhà máy và biện pháp xử lý để bảo vệ môi trường: + Trong quá trình dehydro hóa iso-butan đã tạo ra một lượng khí thải giàu H2. Khí thải này là phần không ngưng trong thiết bị tách. Theo phần tính toán ở trước, ta thấy lượng khí thải này chứa chủ yếu là H2, CH4, C2H4, C2H6 (Vì trong thành phần iso-butan nguyên liệu không chứa hợp chất sunfua nên chất thải cũng không có hợp chất này). Với thành phần khí thải như vậy, nếu ta cho thải vào khí quyển thì sẽ gây ô nhiễm môi trường đồng thời lãng phí một nguồn nhiên liệu đáng kể, Vì vậy, ta thu hồi lượng khí thải này, cho tuần hoàn một phần trở lại để ổn định hoạt tính xúc tác, một phần lớn còn lại được đưa đi xử lý để sử dụng cho các mục đích khác như sản xuất điện cho phân xưởng, dùng cho các quá trình làm lạnh, sử dụng làm nhiên liệu khí hoặc dùng để sản xuất H2 tinh khiết. +Trong quá trình ete hóa, vẫn còn một phần hỗn hợp C4 chưa tham gia phản ứng và được tách ra ở tháp hấp thụ metanol dưới dạng dòng Raffinat-2. Dòng này bao gồm các cấu tử trong iso-buten nguyên liệu (i-C4H8, n-C4H10, n-C4H10, C3H8,...), một lượng ít MTBE, MeOH và H2O. Hỗn hợp Raffinat-2 sau khi thu hồi được đem xử lý loại các cấu tử chứa oxy như: MeOH, MTBE, H2O (với lượng nhỏ), loại propan và propylen... để đạt tiêu chuẩn như khí iso-butan nguyên liệu rồi cho tuần hoàn trộn với dòng nguyên liệu mới. + Trong quá trình sản xuất cũng sử dụng một lượng nước làm lạnh lớn, do đó cũng cần phải xử lý lượng nước này sau khi thực hiện quá trình làm lạnh để thu hồi nước sạch đem đi sử dụng lại. Về mặt an toàn lao động và bảo vệ môi trường, các thiết bị áp lực phải được thử nghiệm độ kín và cho phép có một độ kín khít nhất định (hay độ hở) được tiêu chuẩn hóa tùy thuộc theo mức độ độc hại hoặc nguy hiểm cháy nổ của môi trường chứa đựng bên trong thiết bị. Ngoài ra, hàng tháng hoặc định kỳ nhà máy cần kiểm tra chất lượng nước thải cũng như khí thải để đảm bảo môi trường không bị ô nhiễm bởi chất thải từ nhà máy. 2- Xử lý nguồn nước nhiễm MTBE [16] MTBE là chất được cho là gây ra bệnh ung thư, thiếu máu và bạch cầu khi sử dụng phải. MTBE thoát ra ngoài do sự rò rỉ các bồn chứa xăng hoặc do quá trình bơm rót, vận chuyển mà rơi xuống đất, nó sẽ đi vào lòng đất và đi vào nguồn nước ngầm mà chúng ta đang sử dụng. Do MTBE có mùi rất đặc trưng nên chúng ta có thể nhận biết mùi của MTBE chỉ với nồng độ khoảng 45 microgam và nhận biết vị của MTBE ở nồng độ còn thấp hơn, 39 microgam. Có nhiều phương pháp để xử lý ô nhiễm nguồn nước đã áp dụng nhưng để chọn được phương pháp có hiệu quả nhất thì vẫn còn đang tiếp tục nghiên cứu. Người ta có thể sử dụng các phương pháp xử lý như: + Phương pháp sinh học + Phương pháp phun rửa + Sử dụng các chất hoạt tính như: than hoạt tính, silicagel + Phương pháp oxy hoá * Phương pháp sinh học: Trong nước ngầm thì sự thoái hoá sinh học của MTBE diễn ra rất chậm, nguyên nhân là do các lớp đất đá chứa nước thường không đủ chất dinh dưỡng để vi khuẩn có thể hoạt động, do đó mà phương pháp xử lý nguồn nước nhiễm MTBE thường cho hiệu quả rất thấp. * Phương pháp phun rửa trong không khí xử lý nước ngầm bị ô nhiễm các chất hữu cơ dễ bay hơi. Mặc dù phương pháp này rẻ tiền nên được áp dụng khá phổ biến, tuy nhiên phương pháp này cần số lượng tháp rửa rất lớn nên cũng không hiệu quả, đặc biệt về mặt kinh tế. * Phương pháp sử dụng chất hoạt tính: phương pháp này có hiệu quả khi nồng độ MTBE 10 ữ 100 microgam/l tuy nhiên khi nồng độ MTBE cao trên 100 microgam/l thì phương pháp này lại tỏ ra kém hiệu quả. * Hiện nay, phương pháp oxy hoá bằng tia cực tím và H2O2 do các nhà khoa học Anh và Canada nghiên cứu đang hứa hẹn xử lý nguồn nước nhiễm MTBE đạt hiệu quả cao. Đây là phương pháp phối hợp tia cực tím với các chất oxy hoá như H2O2 hoặc Ozon để tạo ra các gốc hydroxyl (-OH); các gốc này phản ứng với các hợp chất hữu cơ rất đáng kể mà tốc độ phản ứng lại lớn. Bản chất của phương pháp tia cực tím/H2O2 là sự quang phân H2O2 để tạo ra các gốc hydroxyl có khả năng oxy hoá mạnh. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp ozon là không tạo ra các ion bromat (là chất có khả năng gây ung thư) từ bromua; mặt khác cũng không phải xử lý khí thải và rửa các chất hữu cơ dễ bay hơi. Phương pháp này có thể xử lý nước nhiễm MTBE ở nồng độ lớn khoảng 0,1 ữ 80 miligram/l. Thực nghiệm cho thấy rằng: khi xử lý MTBE có hàm lượng khoảng 10 microgam/l bằng tia cực tím với liều lượng 4,3 kwh/m3 và H2O2 với nồng độ 30 mg/l thì mức độ ô nhiễm MTBE trong nước giảm hàng nghìn lần. Tuy nhiên để có thể ứng dụng vào thực tế thì đòi hỏi phải nghiên cứu thêm. Tuy nhiên, một phương pháp khá đơn giản để loại trừ MTBE thấm vào nước ngầm là xây dựng các bể chứa MTBE 2 lớp đồng thời kiểm tra định kì các bể chứa này. kết luận Sau hơn 3 tháng làm việc khẩn trương, với sự nỗ lực của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình của cô giáo pgs.ts đinh thị ngọ, em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE năng suất 40000 tấn/năm”. Do thời gian có hạn và sự hiểu biết còn hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những sai sót. Tuy nhiên thông qua quá trình thiết kế này,kĩ năng tính toán, tra cứu, sắp xếp cũng như khả năng nhìn nhận một cách tổng hợp và có hệ thống của người thiết kế, một kĩ sư tương lai được nâng cao lên rất nhiều. Đồ án giúp cho sinh viên biết vận dụng kiến thức của nhiều môn học vào việc thiết kế một dây chuyền sản xuất có tính khả thi cao trong thực tế. Qua thời gian học tập, tham khảo tài liệu để tính toán thiết kế. Ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo pgs.ts đinh thị ngọ, và các thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành bản đồ án theo đúng yêu cầu và kịp thời hạn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn pgs.ts đinh thị ngọ người đã tận tình hướng dẫn,giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2006 Sinh Viên: Trịnh Huy Thắng Tài liệu tham khảo 1. PGS-TS Đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ và khí. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2004 2. Hồ Công Xinh- Nguyễn Thị Thanh-Vũ Đào Thắng-Dương Văn Tuệ-giáo trình hoá học hữu cơ-trường Đại học Bách khoa Hà Nội -1998 3. Bộ môn hoá lý- Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý, ĐH BK HCM- 1990. 4. Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2000. 5. Nguyễn Thị Minh Hiền. Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2004 6. Vương Đình Nhàn. Sổ tay tóm tắt của kỹ sư hoá chất. Nhà xuất bản giáo dục1961. 7. Kiều Đình Kiểm. Xăng không chì, chất lượng và an toàn môi trường. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2001. 8. Trần Công Khanh. Thiết bị phản ứng trong sản xuất các hợp chất hữu cơ – Trường ĐHBK Hà Nội xuất bản năm 1986. 9. PTS. Trần Xoa, PGS. PTS Nguyễn Trọng Khuông – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập 1 – Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật – 1992. 10. 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 – Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật – 1999. 11. Thế giới mới – Tạp chí của Bộ giáo dục và đào tạo, số 7/2000. 12. Tạp chí Giao thông vận tải, số 1 + 2/2000. 13. Tạp chí Giao thông vận tải, số 3/2000. 14. PGS-TS Ngô Bình, TS Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình Tính. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Trường ĐHBK Hà Nội, 1997. 15. Văn Đình Đệ; Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động; NXB GD 2003. 16. Hoàng Vân; “Xử lý nước nhiễm MTBE bằng phương pháp tia cực tím kết hợp H2O2”; Tạp chí Công nghiệp hoá chất; số 8/2001. 17. Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A4, 1990 18. Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A16 19. Applied Catalysis, Vol. 134, No. 1, 1996 20. Hydrocacbon Processing, 1/1993, Vol. 72, No. 1. 21. Hydrocacbon Processing, 2/1993, Vol. 72, No. 2. 22. Hydrocacbon Processing, 11/2001, Vol. 80, No. 11. 23. Industrial & Engineering Chemistry Research, 4/2001, Vol. 40, No. 7. 24. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1/2001, Vol. 40, No. 1. 25. Robert A. Meyers – Handbook of Petroleum refining Process. 26. Oil & Gas Journal, 2001, Vol. 99, No. 9 27. Encylopeadia of chemical Technology, Vol A7, 1996 28. The Project to produce Metyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) 29. Chem Systems’ Perp Report – Process Evaluation Research Planning, MTBE, 94/95- 4. 30. Edward J. Swain; “U.S. MTBE production at a record high in 1998”; Oil and Gas Journal, 6/1999, Vol 97 No. 24, pp 99 - 101 31. MTBE, methanol, isobutane, isobutene.