Thiết kế phân xưởng cracking xúc tác

.933 0.934 0.76 0.7641 0.93 0.933 0.94 0.9429 Giới hạn sôi oC 350 - 500 195 - 500 40 - 195 195-350 350-500 Độ nhớt (CCT) 20oC 50oC 100oC - 25 6 - - - 0.7 0.5 - 5.1 3.5 1.5 - 26 6 Trọng lượng phân tử 360 248 105 200 340 T0sôi trung bình 410 209 111 275 403 II. Tính cân bằng vật chất. Theo tài liệu hướng dẫn tính toán các quá trình chế biến dầu mỏ thì đối với quá trình cracking xúc tác ta chọn số ngày làm việc là 320 ngày vì bỏ đi 15 ngày nghỉ và 30 ngày sữa chữa và bảo dưỡng. Theo bài ra năng suất của lò theo nguyên liệu mới là: 0,95 triệu tấn/ năm. Gc = 0,95x109/320x24 = 123698(kg/giờ) Chọn độ biến đổi là 75% trọng lượng theo nguyên liệu mới, khi đó người ta xác định được hiệu suất của sản phẩm thu là: a.Hiệu suất xăng: 54% thể tích theo nguyên liệu mới Đổi hiệu suất xăng theo trọng lượng nguyên liệu mới theo công thức: Xx = ( gx. Vx)/ gc Trong đó: Xx : là hiệu suất xăng ( % trọng lượng theo nguyên liệu mới) Vx : là hiệu suất xăng ( % thể tích theo nguyên liệu mới) gx, gc : là tỷ trọng tương đối của xăng và nguyên liệu mới Theo tài liệu ta có: gx =0,76 và gc = 0,91 do vậy Xx = 0,76x 54/ 0,91 = 45,1% trọng lựơng theo nguyên liệu mới. Trọng lượng etxăng ra khỏi lò phản ứng theo nguyên liệu mới là:123698x0,451=55788(kg/h) b.Hiệu suất cốc phụ thuộc vào độ sâu biến đổi đã cho theo đồ thị hình 58 (2-115) ta tìm được xc = 8,7% trọng lượng theo nguyên liệu mới c.Hiệu suất khí khi cracking xúc tác phần cất chân không có giới hạn sôI từ 350 – 500oC là xk=17,7% theo dự đoán(5-116) Lượng khí thoát ra khi cracking là:0,177x123698 = 21895(kg/h) d.Hiệu suất phần gazoin xúc tác ( gồm gazoin xúc tác nhẹ và nặng ) được xác định theo phương trình sau: x1 + x2 = 100 - ( 45,1 + 8,7 +17,7 ) = 28,5%(trọng lượng nguyên liệu mới) Trong đó x1 : hiệu suất phần gazoin xúc tác nhẹ x2: hiệu suất phần gazoin xúc tác nặng. * Phương trình cân bằng vật chất tổng quát cho thiết bị phản ứng là: Tổng lượng chất vào = Tổng lượng chất ra GC + GLCO + GHCO + GNV = GK + GC + GX + Gg nhe + Gg nặng + Gnr + (GLCO+GHCO)tuầnhoàn Trong đó: Gc : hàm lượng nguyên liệu mới đi vào thiết bị ( tấn/h) (GLCO+GHCO) : lượng gasoil tuần hoàn tính theo % trọng lượng nguyên liệu mới. (GLCO+GHCO) = 0,284x 123698 = 35130( kg/h) Hơi nước được dùng trong quá trình này là hơi nước quá nhiệt, ta thừa nhận rằng tiêu hao hơi nước để diều chỉnh mật độ của hỗn hợp là 1,6% trọng lượng theo nguyên liệu mới. Gn1 = 0,016x 123698 = 1979( kg/h) Thừa nhận tiêu hao hơi nước để tách một tấn xúc tác là 7kg. Với bội số tuần hoàn xúc tác là 7:1 theo nguyên liệu mới thì lượng xúc tác tuần hoàn vào thiết bị phản ứng sẽ là: Gxt = 7x 123698 = 865886 (kg/h) Khi đó lượng hơi nước đưa vào vùng tách là: Gn2 = 7x 10-3x 865886 = 6061 (kg/h) Vậy lượng nước tiêu tốn tổng cộng: Gnv = Gn1 + Gn2 =1979 + 6061 = 8040 (kg/h) Tổng lượng nguyên liệu vào lò phản ứng: Gvào = GC + GLCO + GHCO + GNV = 123698 + 35130 + 8040 = 166868 (kg/h) *Thành phần % của các cấu tử đi vào thiết bị phản ứng Nguyên liệu mới: x = (123698/ 166868)x 100% = 74,13% Xúc tác tuần hoàn: y = (35130/ 166868)x 100% = 21,05% Lượng hơi nước: z = (8040/ 166868)x 100% = 4,82% * Lượng sản phẩm ra khỏi lò phản ứng: Do sản phẩm khí chiếm 17,7% trọng lượng theo nguyên liệu mới nên lượng sản phẩm khí ra khỏi thiết bị phản ứng là: Gk = 0,177x 123698 = 21895 (kg/h) Xăng chiếm 45,1% nên ta có: Gx = 0,451x 123698 = 55788(kg/h) Gasoil nhẹ chiếm 15,7% nên ta có: Gg nhẹ = 0,157x 123698 = 19420 (kg/h) Gasoil nặng chiếm 12,8% nên ta có: Gg nặng = 0,128x 123698 = 15833 (kg/h) Cốc chiếm 8,7% nên ta có: Gcốc = 0,087x 123698 = 10762 (kg/h Bảng 13 : Cân bằng vật chất Các sản phẩm % theo nguyên liệu Số lượng Tấn/năm Tấn/ngày Tấn/giờ Lượng cấu tử vào Nguyên liệu 100% 950.000 2968,75 123,698 Lượng cấu tử ra Xăng 45,1 428450 1338,91 55,788 Khí 17,7 168150 525,47 21,895 Gasoil nhẹ 15,7 149150 466,09 19,421 Gasoil nặng 12,8 121600 378 15,833 Cốc 8,7 82650 256,28 10,762 Tổng 100% 950.000 2968,75 123,698 Lượng hơi nước trong quá trình không tham gia phản ứng nên vẫn là: Gnr = 8040 (kg/h) Lượng gasoil tuần hoàn chính bằng lượng đi vào thiết bị phản ứng: (GLCO+GHCO)tuần hoàn = (GLCO+GHCO) = 35130 (kg/h) Do vậy lượng chất ra là: Gra = GK + GC + GX + Gg nhe + Gg nặng + Gnr + (GLCO+ GHCO)tuần hoàn = = 21894,546 + 10762 + 55788 + 19420 + 15833 + 8040 + 35130 = 166868 (kg/h) * Thành phần % của các cấu tử đi ra khỏi thiết bị tính theo tải trọng của lò: Sản phẩm khí: a1 = (21895/ 166868)x 100% = 13,12% Xăng : a2 = (55788/ 166868)x 100% = 33,43% Gasoil nhẹ : a3 = (19420/ 166868)x 100% = 11,64% Gasoil nặng : a4 = (15833/ 166868)x 100% = 9,48% Cốc : a5 = (10762/ 166868)x 100% = 6,45% Hơi nước : a6 = (8040/ 166868)x 100% = 4,82% Gasoil tuần hoàn a7 = (35130/ 166868)x 100% = 21,06% e.Tính toán lượng sản phẩm cracking cùng với sự phân bố lượng gazoin nhẹ và nặng trong một giờ.Ta có bảng tính toán sau: Bảng 14: Tính toán lượng nguyên liệu vào và sản phẩm ra. Các thành phần Trọng lượng (kg/h) Thành phần % trọng lượng theo nguyên liệu mới % trọng lượng theo tải trọng lò Lượng vào 1.Nguyên liệu (350 – 500oC) 123698 - 74,13 2.Gazoil xúc tác tuần hoàn 35130 - 21,06 3.Hơi nước 8040 - 4,82 4.Tải trọng lò phản ứng 166868 - 100 Lượng ra 1.Khí 21895 17,70 13,12 2.Etxăng 55788 45,10 33,43 3.Gasoil nhẹ 19420 15,70 11,64 4.Gasoil nặng 15833 12,80 9,48 5.Cốc 10762 8,7 6,45 Tổng 123698 100 74.12 6.Gasoil xúc tác tuần hoàn 35130 28,4 21,06 7.Hơi nước 8040 4,82 Tổng cộng 166868 100 III. Tính cân bằng nhiệt lượng. Phương trình tổng quát cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng có dạng sau: Qc + Q(LCO+ HCO) + Qxt vào + Qn vào 1 + Qn vào 2 = Qk + Qcốc + Qx + Qg nhẹ + Qg nặng + Qxt ra + Qmm + Qcracking + Q n ra 2 + Qn ra 1 Trong đó: Vế trái của phương trình là lượng nhiệt mang vào thiết bị phản ứng (kcal/h) Qc : nhiệt lượng do nguyên liệu mới mang vào (kcal/h) Q(LCO+ HCO) : nhiệt lượng do gasoil tuần hoàn mang vào (kcal/h) Qxt vào: nhiệt lượng do xúc tác tuân hoàn mang vào (kcal/h) Qn vào 1 : lượng nhiệt do hơi nước mang vào ống vận chuyển (kcal/h) Qn vào 2 : lượng nhiệt do hơi nước mang vào vùng tách (kcal/h) Vế phải của phương trình là lượng nhịêt mang ra khỏi thiết bị phản ứng Qk : nhiệt lượng của khí mang ra (kcal/h) Qcốc : nhiệt lượng của cốc mang ra (kcal/h) Qx : nhiệt lượng của xăng mang ra (kcal/h) Qg nhẹ : nhiệt lượng của gasoil nhẹ mang ra (kcal/h) Qg nặng : nhiệt lượng của gasoil nhiệt lượng nặng mang ra (kcal/h) Qxt ra : nhiệt lượng của xúc tác tuần hoàn mang ra (kcal/h) Qmm : nhiệt lượng mất mát ra môi trường (kcal/h) Qcracking : nhiệt lượng tiêu hao do phản ứng (kcal/h) Q n ra 2 : nhiệt lượng do hơi nhiệt lượng nước từ vùng tách đi ra khỏi thiết bị (kcal/h) Qn ra 1: nhiệt lượng do hơi nước đi ra khỏi ống vận chuyển (kcal/h) Dựa vào tài liệu thực tế trong công nghiệp ta chọn các thành phần như sau: Nhiệt độ xúc tác vào thiết bị phản ứng: txt = 600oC Nhiệt độ của hơi nước đưa vào ống vận chuyển: tn1 = 600oC Nhiệt độ của hơi nước đi vào vùng tách: tn2 = 230oC Nhiệt độ của gasoil xúc tác tuần hoàn là: t(LCO+ HCO) = 288oC * Xác định hàm nhiệt của khí cracking: Do áp suất ở trong lò phản ứng tương đối nhỏ vì vậy coi rằng ảnh hưởng của áp suất lên hàm nhiệt là không đáng kể. Từ thành phần của khí cracking ta tìm được hàm nhiệt riêng của từng cấu tử. Từ đó ta tính được hàm nhiệt của sản phẩm khí cracking theo nguyên tắc hỗn hợp Bảng 15 : Hàm nhiệt của các sản phẩm khí cracking Cấu tử Thành phần (%trọng lượng) Hàm nhiệt (kcal/kg) 400oC 500oC 485oC H2S 4,80 4,95 6,29 6,1 H2 1,13 15,63 19,6 19,01 CH4 13,07 35,15 46,65 45,25 C2H4 3,22 6,6 8,79 8,53 C2H6 7,07 16,7 22,35 21,68 C3H6 18,22 37,1 49,5 48,02 C3H8 13,76 31,75 42,5 41,23 C4H8 22,28 47,7 63,6 61,69 C4H10 16,45 38 50,65 49,13 Tổng 100,00 233,58 309,93 300,64 Tổng hàm nhiệt riêng phần của các cấu tử sẽ là hàm nhiệt của khí cracking xúc tác ở nhiệt độ đã cho. Hàm nhiệt của khí cracking xúc tác ở 485oC được xác định bằng phép nội suy từ hàm nhiệt nó ở 400 và 500oC. Ta thu được hàm nhiệt của khí cracking xúc tác ở 485oC là : 300,64 (kcal/h) + Nhiệt lượng của khí mang ra khỏi thiết bị phản ứng là: Qk = 21895x 300,64 = 6582513(kcal/h) + Hàm nhiệt của khí hydrocacbon được xác định theo công thức sau: Qt = ( 50,2 + 0,109x t + 0,00014x t2) x ( 4 - d1515) - 73,8 Trong đó: Qt : là hàm nhiệt của hơi hydrocacbon (kcal/h) t : là nhiệt độ oC d1515: là tỷ trọng của hơi hydrocacbon. áp dụng công thức trên tính hàm nhiệt của hơi sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng ở 485oC. + Hàm nhiệt của hơi xăng ở 485oC là: qx = ( 50,2 + 0,109x 485 + 0,00014x 4852)x ( 4 - 0,76) - 73,8 = 366,83 (kcal/h) + Nhiệt lượng của xăng cracking mang ra khỏi thiết bị phản ứng : Qx = 366,83x 55788 = 20464712 (kcal/h) + Hàm nhiệt của hơi gasoil nhẹ ở 485oC là: qg nhẹ = ( 50,2 + 0,109x 485 + 0,00014x 4852)x (4- 0,93) - 73,8 = 343,71 (kcal/h) + Lượng nhiệt gasoil nhẹ mang ra khỏi thiết bị phản ứng: Qg nhẹ = 343,71x 19420 = 6674848 (kcal/h) + Hàm nhiệt của hơi gasoil nặng ở 485oC là: qg nặng = ( 50,2+ 0,109x 485 + 0,00014x 4852)x (4 - 0,94) -73,8 = 342,35 (kcal/h) + Lượng nhiệt gasoil nặng mang ra khỏi thiết bị phản ứng: Qg nặng = 342,35x 15833 = 5420428 (kcal/h) Hàm nhiệt của hydrocacbon lỏng được xác định theo công thức: q't = (1/ ( d1515)0,5)x ( 0,403x t + 0,000405x t2) Trong đó : q't : là hàm nhiệt của hydrocacbon lỏng (kcal/h) d1515: tỷ trọng của sản phẩm lỏng t : nhiệt độ oC + Ta có hàm nhiệt của gasoil lỏng tuần hoàn là : q(LCO + HCO) = ( 1/ 0,9340,5)x ( 0,403x 288 + 0,000405x 2882) = 154,85 (kcal/h) + Nhiệt lượng của gasoil lỏng mang vào thiết bị phản ứng là: Q(LCO + HCO) = 154,85x 35130 = 5439881 (kcal/h) Hàm nhiệt của cốc và xúc tác được xác định theo công thức: qkt = Cx t (kcal/h) Trong đó: qkt: là hàm nhiệt của xúc tác hay cốc (kcal/kg) C : là nhiệt dung riêng của cốc hay xúc tác (kcal/kg. độ) t : là nhiệt độ oC + Hàm nhiệt của xúc tác đi vào ống đứng: qxt vào = 0,27x 600 = 162 (kcal/kg) + Nhiệt lượng xúc tác đi vào thiết bị pjhản ứng là: Qxt vào = 162x 865886 = 140273532 (kcal/h) + Hàm nhiệt của xúc tác đi ra khỏi thiết bị phản ứng: qxt ra = 0,27x 485 = 130,95 (kcal/kg) + Nhiệt lượng xúc tác đi ra khỏi thiết bị phản ứng là: Qxt ra = 130,95x 865886 = 113413748 (kcal/h) + Hàm nhiệt của cốc đi ra khỏi thiết bị phản ứng: qcốc = 0,6x 485 = 291 (kcal/kg) + Nhiệt lượng của cốc mang ra khỏi thiết bị phản ứng: Qcốc = 291x 10762 =3131742 (kcal/h) Hàm nhiệt của hơi nước được xác định bằng phương pháp giản đồ và kết quả như sau: + Hàm nhiệt của hơi nước đưa vào ống vận chuyển ở 600oC là: qn vào 1 = 885,64 (kcal/kg) + Nhiệt lượng của hơi nước mang vào thiết bị phản ứng là: Qn vào 1 = 885,64x 1979 = 1752682 (kcal/h) + Hàm nhiệt của hơi nước đưa vào vùng tách ở 230oC là: qn vào 2 = 701(kcal/kg) + Nhiệt lượng của hơi nước đi vào vùng tách là: Qn vào 2 = 701x 6061 = 4248761 (kcal/h) + Hàm nhiệt của hơi nước ra khỏi ống vận chuyển ở nhiệt độ 485oC là: qn ra 1 = 825 (kcal/kg) + Nhiệt lượng do hơi nước ra khỏi ống vận chuyển mang ra là: Qn ra 1 = 825x 1979= 1632675(kcal/h) + Hàm nhiệt của hơi nước đưa vào vùng tách sau đó ra khỏi vùng tách ở 485oC là: qn ra 2 = 825 (kcal/kg) + Nhiệt lượng do hơi nước mang ra sau khi vào vùng tách là: Qn ra 2 = 825x 6061 = 5000325 (kcal/h) + Nhiệt tiêu hao cho phản ứng cracking: Phản ứng cracking kèm theo quá trình thu nhiệt, số liệu này phụ thuộc vào độ sâu biến đổi (% trọng lượng ). ở độ sâu biến đổi là 75% trọng lượng nguyên liệu thì hiệu ứng nhiệt là 49 (kcal/kg). Do đó nhiệt tiêu hao cho phản ứng là: Qcracking = 123698x 49 = 6061202(kcal/h) Mục đích của quá trình tính toán cân bằng nhiệt là xác định được lượng nhiệt mang vào của nguyên liệu, từ đó suy ra hàm nhiệt của nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng là bao nhiêu. Nhiệt mất mát ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt cân bằng: Qmm = (Qk + Qcốc + Qx + Qg nhẹ + Qg nặng + Qxt ra + Qcracking + Q n ra 2 + Qn ra 1)x 5% = (6582513 + 3131742 + 20464712 + 6674848 + 5420428 + 113413748 + 6061202+ 5000325 + 1632675)x 0,05 = 8419109 (kcal/h) * Lượng nhiệt mang vào thiết bị là: Qvào = Qc + Q(LCO+ HCO) + Qxt vào + Qn vào 1 + Qn vào 2 = Qc + 5439881 +140273532 + 1752682 + 4248761 = Qc + 151714856 (kcal/h) * Lượng nhiệt ra khỏi thiết bị là: Qra = Qk + Qcốc + Qx + Qg nhẹ + Qg nặng + Qxt ra + Qmm + Qcracking + Q n ra 2+ Qn ra 1 = 6582513 + 3131742 + 20464712 + 6674848 + 5420428 +113413748 + 8419109 + 6061202 + 5000325 +1632675 = 176801302 (kcal/h) Bảng 16: Cân bằng nhiệt của lò phản ứng cracking xúc tác Tên Trạng thái Nhiệt độ(0C) Số lượng kg/h Hàm nhiệt (Kcal/kg) Tổng cộng kcal/h Lượng nhiệt vào QC Lỏng tnl 123698 qc Qc QLCO+HCO) Lỏng 288 35130 154,8 5439881 Qxt vào Rắn 600 865886 162 140273532 Qn vào 1 Hơi 600 1979 885,64 1752682 Qn vào 2 Hơi 230 6061 701 4248761 Tổng Qc+151714856 Lượng nhiệt ra Qk Khí 485 21895 300,64 6582513 Qcốc Rắn 485 10672 291 3131741 Qx Hơi 485 55788 366,83 20464712 Qg nhẹ Hơi 485 19420 343,71 6674848 Qg nặng Hơi 485 15833 342,35 5420428 Qxt ra Rắn 485 - 130,95 113413748 Qn ra 1 Hơi 485 1979 825 1632675 Qn ra 2 Hơi 485 6061 825 5000325 Qmm - - - - 8419109 Qcracking - - - - 6061202 Cộng 176801320 * Cân bằng nhiệt lượng: Qc +151714856 = 176801302 Vậy Qc = 25086446(kcal/h) * Hàm nhiệt của nguyên liệu là: qc = Qc/ Gc = 25086446/ 123698 = 202,804 (kcal/kg). Giả sử nguyên liệu vào bộ phận khuấy trộn là ở pha lỏng, khi đó theo công thức xác định hàm nhiệt của hydrocacbon lỏng ta có: q'i = ( 1/ 0,91310,5). ( 0,403. t + 0,000405. t2) = 202,804 0,403. t + 0,000405. t2 = 193,792 t = 354,55oC Vậy nếu một phần nguyên liệu đang ở trạng thái hơi thì nhiệt độ của nguyên liệu ở bộ phận khuấy trộn phải nhỏ hơn 354,55 oC Iv. Đường kính của lò phản ứng  Đường kính của lò phản ứng được xác định bằng công thức: D = 1,128. S: là diện tích mặt cắt ngang của lò phản ứng (m2) S = V: Là thể tích hơi đi qua tiết diện tự do của lò phản ứng (m3/ h) : Là tốc độ hơi đi qua tiết diện tự do của lò phản ứng (m/ s) Đối với thiết bị cracking xúc tác ở trong lớp xúc tác giả sôi thì tốc độ trung bình của khí đi qau tiết diện tự do của lò phản ứng thường nằm trong khoảng 0,5 – 0,8 m/s. ở đây ta chọn = 0,63 m/s Thể tích hơi đi qua tiết diện tự do của lò phản ứng được xác định theo công thức sau : Trong đó: SGi / Mi : Là lượng hỗn hợp hơi ở trong lò phản ứng (kmol/h) tp : Nhiệt độ ở trong lò phản ứng ( tp = 485oC) p : áp suất tuyệt đối ở bên trên lớp giả sôi của lò phản ứng ( lấy p = 2 at) Để tính được SGi / Mi ta phải xác định được khối lượng phân tử trung bình của khí cracking theo công thức: Mk = Theo thiết kế thiết bị cracking xúc tác người ta sử dụng tài liệu phân tích sắc ký khí của sản phẩm khí nhận được.Dựa vào tài liệu (5-118) ta có bảng thành phần các khí sản phẩm cracking. Bảng 17: Thành phần của khí cracking Cấu tử Hiệu suất % trọng lượng theo nguyên liệu Số lượng Kg/h Kmol/h H2S 0,85 1051,433 30,925 H2 0,2 247,396 123,698 CH4 2,31 2875,424 178,589 C2H4 1,25 1546,225 55,22 C2H6 0,57 705,079 23,503 C3H6 3,22 3983,076 94,835 C3H8 2,43 3005,86 68,315 C4H8 3,95 4886,071 87,25 C4H10 2,92 3611,982 62,27 Tổng 17,7 21894,546 724,607 MK = =30,22 Ta có: MK, MX, Mg, Mh là trọng lượng phân tử trung bình của khí cracking, xăng, gazoil và phần hồi lưu. MK = 30,22; MX = 105; Mg nhẹ = 200; Mg nặng = 340; Mh = 248. 1969,909 (kmol/h) Vậy V= = 61259,119 (m3/h) Giá trị của đại lượng V vừa tìm được là lớn nhất vì thể tích tổng cộng của tất cả các sản phẩm cracking sẽ lớn hơn thể tích nguyên liệu. Chọn w = 0,53 m/s do đó diện tích tiết diện ngang của lò phản ứng là: Vậy đường kính của lò phản ứng là: Trong thực tế công nghiệp người ta sử dụng các lò phản ứng có đường kính từ 2,5 đến 12m. V. Tính chiều cao lò phản ứng. Xác định chiều cao lò phản ứng theo công thức: H= h + h1 + h2 + h3+ h4 + h5 h:chiều cao của lớp giả sôi ( m ) h1:chiều cao của vùng chuyển tiếp từ lớp giả sôi đến vùng tách ( nơi đặt thiết bị phân phối ) ( m ) h2:chiều cao vùng tách,thường lấy h2= 6 m h3:chiều cao vùng phân ly,chọn h3 = 6 m h4:chiều cao vùng đặt xyclon,nó phụ thuộc vào kích thước của xyclon và thường lấy h4= 6 m h5:chiều cao đỉnh lò phản ứng,đỉnh lò phản ứng có dạng bán cầu nên thường lấy nó bằng 0,5*D. h5 = 0,5*D = 0,5*6,39 = 3,195 (m) Chiều cao của lớp giả sôi ở trong công nghiệp thường nằm trong khoảng 4,5 – 5,5 m.Mặt khác cũng có thể tính theo công thức sau: h = trong đó :Vp :thể tích của không gian phản ứng ( m3 ) Gkp : lượng xúc tác có trong khoảng không gian phản ứng ( kg ) ρxt :mật độ lớp giả sôi của xúc tác,thường lấy bằng 450 – 500 kg/m3. Chọn ρxt = 500 kg/m3. Mà Gkp = theo công thức ( 5- 125 ) Gl : tải trọng lò phản ứng ( nguyên liệu mới + phần gazoin tuần hoàn ) kg/h ŋ : tốc độ trọng lượng dẫn nguyên liệu ( h-1 ).Với nguyên liệu nặng nó nằm trong khoảng 1,1 – 2,3 h-1 ( 5 - 125 ).Khi tuần hoàn có dùng giá trị lớn hơn.Chọn ŋ = 1,95 h-1 Vậy GKP = (kg) VP = (m3) h = (m) Nếu giá trị của h ( nhận được khi tính toán ) mà nằm ngoài khoảng cho phép thì ta phải giả thiết lại tốc độ trọng lượng dẫn nguyên liệu hay tốc độ cho phép của hơi ở trong tiết diện tự do của lò phản ứng để tính lại. Chiều cao vùng chuyển tiếp :h1 = h1’ + hk h1’ :chiều cao phần hình trụ vùng chuyển tiếp thường chọn h1’ = 4,5 m hk :chiều cao phần hình nón của vùng chuyển tiếp. Cho trước đường kính của vùng tách bằng 4,6 m và thừa nhận góc tạo bởi phần hình nón và thành thiết bị là 45o.Biết đường kính lò phản ứng D = 6,39 m, dựa vào hình 60 ( 5-124 ) ta tính được chiều cao hk= 2,25 m Vậy h1 = 4,5 + 2,25 = 6,75 (m) Tính H = 5,073 + 6,75 + 6 + 6 +6 +3,195 = 33,018 (m) Chiều cao của phần vỏ hình trụ là: Ht = h + h1’ +h3 + h4 = 5,073 + 4,5 + 6 + 6 = 21,573 (m) Ttrong thực tế công nghiệp tỷ số giữa chiều cao của phần vỏ hình trụ và đường kính: Ht : D = 1,4 – 4 ( 5 – 126 ) Trị số này càng nhỏ chứng tỏ lò phản ứng đó càng mạnh và càng bền vững. Ta có tỷ số:. VI. Tính áp suất ở đáy vùng tách và nhiệt độ của xúc tác lúc ra khỏi vùng tách. Muốn tính toán thuỷ lực hệ thống vận chuyển xúc tác bằng hơi ta phải xác định được áp suất ở đáy vùng tách theo công thức sau: Ph = p + *( h + h1 + h2 )*ρxt*g ( kg/m3 ) h,h1,h2 :chiều cao các lò phản ứng của lò phản ứng ( m ) p:áp suất bên trên lớp sôi,p = 2,2 *104 ( kg/m2 ) Thay số liệu vào công thức trên ta có: Ph = 2,2*104 + *( 5 + 6,75 +6)*500*9,81 kg/m2 ) Ph= 3,088*104 (kg/m2) = 3,088 at Muốn xác định được nhiệt độ của xúc tác lúc đi vào lò tái sinh ta cần phảI biết nhiệt độ của xúc tác dính cốc lúc đi ra khỏi vùng tách của lò phản ứng.Hơi nước quá nhiệt t = 230oC ; p = 4 at.Cho vào vùng tách nó được đun nóng đến 485oC nhờ nhiệt của xúc tác dính cốc,còn nhiệt độ của xúc tác sẽ giảm xuống một lượng là Δt Δt = i485 hàm nhiệt của hơi nước quá nhiệt ở đỉnh vùng tách lúc ra có t = 485oC và áp suất p = 3,08 at. i230 :hàm nhiệt của hơi nước quá nhiệt lúc đi vào vùng tách ở t = 230oC và áp suất p = 4 at Gxt:lượng xúc tác ( kg/h ) Cxt:tỷ nhiệt của xúc tác ( kcal/kgoC ) Cxt = 0,27 Δt = o C Vậy xúc tác dính cốc khi ra khỏi vùng tách nó có nhiệt độ là: tc = tp –Δt = 485 – 3,125 = 481,785 0C VII. Lựa chọn thiết bị phân phối dòng hơi-xúc tác của lò phản ứng. Lựa chọn tiết diện làm việc của thiết bị phân phối sao cho nó phải duy trì được trị số tốc độ dài của dòng tới và thường nằm trong khoảng 1- 2,5% tiết diện của lò phản ứng. Bộ phận phân phối có thể được cấu tạo theo dạng chùm ống hay dạng lưới nằm ngang.Chọn bộ phận phân phối có cấu tạo dạng bảy lưới nằm ngang. Theo các tài liệu thiết kế thì diện tích của các lưới chỉ được chiếm trong khoảng 60 % - 70% diện tích tiết diện ngang của lò phản ứng Chọn bằng 65%,diện tích các lưới sẽ là: = Diện tích của một lưới: Đường kính của lưới: Lấy tổng tiết diện làm việc của bộ phận phân phối bằng 2,2% tiết diện của lò phản ứng thì diện tích tiết diện làm việc của bộ phân phối sẽ bằng. Tiết diện của một lưới sẽ là: Nếu chọn đường kính của các lỗ ở trong lưới phân phối do= 40mm thì số lỗ ở trong một lưới sẽ là: N = Dựa trên cơ sở tiết diện làm việc của bộ phận phân phối ta sẽ xác định được đường kính ống dẫn hỗn hợp hơi – xúc tác. Dct= + Đường kính của các ống dẫn nhánh ( cho 7 lưới phân phối ) VIII. Xyclon của lò phản ứng. Người ta đặt xyclon ở trong lò phản ứng ( hay lò tái sinh ) là nhằm mục đích thu hồi bụi xúc tác bị cuốn theo hơi sản phẩm phản ứng ( hay sản phẩm cháy).Mức độ thu hồi các hạt xúc tác có kích thước nhỏ hơn 20 μ rất thấp,với các hạt có kích thước 20μ cũng không vượt quá 90%,còn với các hạt lớn hơn có thể thu hồi 100%.Mức độ làm sạch có thể dao động trong khoảng 65% - 98%.Trong trường hợp cần làm sạch ở mức độ cao hơn 99,8% - 99,9% ta dùng hai hay ba bậc xyclon. Trong phần tính toán xyclon ta chỉ giới hạn trong phạm vi xác định số lượng và trở lực thuỷ lực của xyclon.Quá trình tính toán như sau: Để tính toán ta phải dựa vào tốc độ qui ước của dòng hơi sản phẩm đI trong tiết diện tự do của xyclon và xác định tốc độ qui ước đó theo công thức sau: ( m/s) Trong đó : V:thể tích của dòng hơi sản phẩm ( m3/s ) S : tiết diện chung của các xyclon ( m2 ) Mức giảm áp suất trong xyclon được xác định như một trở lực cục bộ Δρ = ξ : hệ số trở lực. γh:Trọng lượng riêng của hơi sản phẩm ( N/m3 ) ρh:tỷ trọng của hơi sản phẩm ( kg/m3 ) g:gia tốc trọng trường ( m/s2 ) Trong công nghiệp hoá học người ta sử dụng rộng rãi một số loại xyclon sau: Bảng 18: Kích thước cơ bản của xyclon ЦH theo đường kính ( 524 – 13) Kích thước ký hiệu của xyclon Kiểu xyclon Loại ЦH – 24 Loại ЦH -15 Loại ЦH-11 Chiều cao cửa vào ( kích thước bên trong ) a 0,66*D 0,66*D 0,48*D Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 2,11*D 1,17D 1,56*D Chiều cao phần hình trụ h2 2,11*D 2,26*D 2,08*D Chiều cao phần hình nón h3 1,75*D 2,0*D 2,0*D Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 0,4*D 0,3*D 0,3*D Chiều cao chung H 4,26*D 4,56*D 4,38*D Đường kính ngoài của ống ra d1 0,6*D 0,6*D 0,6*D Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 0,3 – 0,4*D 0,3 – 0,4D 0,3- 0,4D Chiều rộng của cửa vào b/b1 0,26D/ 0,2D 0,26D / 0,2D 0,26D/0,2D Chiều dài của ống cửa vào l 0,6D 0,6D 0,6D Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích h5 0,24D – 0,32D 0,24 – 0,32D 0,24–0,32D Đường kính trong của xyclon D 400-1000 mm 40 – 800 mm 40 – 800 mm Hệ số trở lực của xyclon ξ 60 105 180 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào α 24o 15o 11o Các xyclon này được tính toán để sử dụng ở nhiệt độ khoảng 400oC và áp suất dư đến 2500 N/m2.Thông thường người ta cho biết trước trị số giảm áp suất của chúng bằng: ( theo 2-131 ) Ta tính được: ( m/s ) Từ đó xác định được tiết diện chung của xyclon: ( m2 ) Chọn loại xyclon ЦH -15 và lấy ta có: Tiết diện chung của các xyclon: Nếu dùng xyclon có đường kính D = 0,8 m,tiết diện của một xyclon sẽ là: Số xyclon cần dùng là: Ta lấy chẵn là 10 xyclon khi đó tiết diện chung thực tế của xyclon là: S = 0,5*10 = 5 m2 Kiểm tra lại cách chọn: Tốc độ qui ước của hơi sản phẩm đi trong xyclon: Để xác định độ giảm áp suất theo công thức:Ta phải biết tỷ trọng của hơI sản phẩm.Xác định tỷ trọng dòng hơi sản phẩm theo công thức: ρh = Mh :Trọng lượng phân tử trung bình của dòng hơi sản phẩm.Được tính như sau: п:áp suất tuyệt đối ở trên lớp sôi của lò phản ứng ( at ) tp :Nhiệt độ trong lò phản ứng ( oC ) Vậy kg/m3 Vậy độ giảm áp suất ở trong xyclon là: Với xyclon có D = 0,8 m thì cửa vào của dòng hơi sản phẩm sản phẩm có tiết diện là Sb = l*b = 0,2D*0,6D = 0,2*0,8*0,6*0,8 = 0,0768 m2 Vậy tốc độ dòng hơi sản phẩm lúc đi vào xyclon là: Thường tốc độ hơi sản phẩm đi vào xyclon nằm trong khoảng 15 – 25 m/s.Nếu các giá trị tính được của tốc độ hơi sản phẩm và trở lực thuỷ lực của xyclon mà không nằm trong phạm vi cho phép thì ta phải thay đổi đường kính D của xyclon hay cách bố trí chúng.Kết quả trên là hợp lý. PHầN IV: thiết kế xây dựng I. xác định địa điểm xây dựng nhà máy [7]. 1) Các cơ sở xác định địa điểm xây dựng của nhà máy: - Phân xưởng cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu, nhưng trong đồ án này chúng ta xem như là một nhà máy. - Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu là một bước đầu tiên và khá quan trọng của việc thiết kế. Đây là công việc khó khăn và phức tạp đòi hỏi những nhà thiết kế và quản lý phải tìm hiểu và kết hợp những số liệu, những thông số kỹ thuật của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa chất, thủy văn, kinh tế, công nghệ, kiến trúc đô thị hóa, xây dựng, văn hóa xã hội. Nhiều khi xây dựng nhà máy còn ít nhiều có liên quan đến chiến lược phát triển kinh tế xã hội của một vùng. Do đó, để lựa chọn một địa điểm nào đó trước hết người ta phải điều tra cơ bản, nghĩa là thu thập và xử lý các số liệu về tất cả các mặt như: tài nguyên, khoáng chất, đất đai, dân số, nguồn nguyên liệu, nhiên liệu, nguồn nước có liên quan đến khu vực đó. 2) Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng : 2.1 Các yêu cầu trung đối với địa điểm xây dựng: a) Về quy hoạch: Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với quy hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng, quy hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt tạo điều kiện phát huy tối đa công xuất của nhà máy và khả năng hợp tác sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận. b)Về điều kiện tổ chức sản xuất: Địa điểm chọn xây dựng phải đảm bảo các điều kiện sau: Phải gần các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm nhà máy. Gần các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén, than, dầu,.. như vậy xẽ hạn chế tối đa các chi phí vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm, góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. c) Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật: Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động của nhà máy.Do vậy cần chú ý các yếu tố sau : Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm: đường bộ, đường sông, đường biển và cả đường không. Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và mạng lưới khác. Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì phải xét đến khả năng xây dựng của các cơ sở hạ tầng trước mắt cũng như trong tương lai. d) Về điều kiện xây lắp và vận hành của nhà máy: Địa điểm xây dựng phải chú ý đến các điều kiện sau: Khả năng cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí gía thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy vì giảm chi phí đầu tư vật liệu xây dựng từ nơi xa đến. Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này. Do vậy trong quá trình thiết kế cần xác định số công nhân xây của nhà máy và khả năng cung cấp công nhân của địa phương. Ngoài ra còn phải tính khả năng cung cấp công nhân ở địa phương lân cận trong quá trình đô thị hoá. e) Về điều kiện chính trị, xã hội: Địa điểm được chọn phải phụ thuộc vào vùng có điều kiện chính trị xã hội ổn định. 2.2 Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: a) Về địa hình: Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như trong việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Kích thước và hình dạng và quy mô của khu đất, nếu không hợp lý sẽ gây rất nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế, bố trí dây truyền công nghệ, cũng như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy, khu đất cần lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu sau: Khu đất phải cao ráo để tránh ngập lụt trong mùa lũ, khu đất phải có mực nước thấp để tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải và nước mặt dễ dàng. Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ đốt tự nhiên tốt nhất là 0,5 á 1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt bằng (thông thường chi phí này khá lớn chiếm từ 10 á 15% giá trị công trình ) b) Về địa chất: Khu đất được lựa chọn phải đáp ứng các điều kiện sau: Không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định (như có hiện tượng động đất, sói mòn đất hay hiện tượng cát chảy) Cường độ khu đất xây dựng là 1,5 á 2,5 KG/cm2. Nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi để giảm tối đa chi phí gia có nền móng của các hạng mục công trình, nhất là hạng mục công trình có trọng tải bản thân và tải trọng động lớn . 2.3 - Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp: Khi chọn địa điểm xây dựng cần xét đến mối quan hệ vật thiết giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Đây là điều cần thiết trong quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra các chất độc như:Khi độc,nước bẩn, khói bụi tiếng ồn. Hoặc các yếu tố bất lợi khác như:dễ cháy nổ ô nhiễm môi trường. Để hạn chế tối đa ảnh hưởng của môi trường công nghiệp tới các khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần đảm bảo các điều kiện sau: a) Đảm bảo các khoảng cách bảo vệ sinh công nghiệp thích hợp: Địa điểm xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu qui phạm, quy định về mặt bảo vệ môi trường công ngiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp, tuyệt đối không được xây dựng các công trình xây dựng hoặc công viên. Phải trồng cây xanh đẻ hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây ra. Tóm lại, để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các yêu cầu trên. Do vậy các chuyên gia nghiên cứu cần cân nhắc và ưu tiên đến địa điểm sản xuất riêng của nhà máy để quyết định địa điểm hợp lý và tối ưu. II . thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng . 1) Yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng cracking xúc tác: 1.1. Các yêu cầu chung: Để có được phương án tối ưu khi lựa chọn và thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể sau: Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng các yêu cầu cao nhất của dây chuyền công nghệ sao chiều dài dây chuyền sản xuất nhắn nhất, không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Đảm bảo mối quan hệ mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông và các mạng lưới cung cấp kỹ thuật khác (Bên trong cũng như bên ngoài nhà máy). Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân chia thành các khu vực chức năng theo đặc điểm sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối lượng phương tiện vận chuyển, mật độ công nhân. Tạo điều kiện tốt cho việc quản lý vận hành của các khu vực chức năng. Diện tích khu đất công nghiệp được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của dây chuyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cường khả năng hợp khối nâng tầng, sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh, tổ chức môi trường công nghiệp và định hướng phát triển nhà máy trong tương lai. Tổ chức hệ thống giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây chuyền công nghệ, đặc tính hàng hoá để đáp ứng mọi yêu cầu để sản xuất và quản lý. Luồng người và luồng hàng hoá phải không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra cần phải chú ý khai thác tận dụng mạng lưới giao thông quốc gia và các cụm nhà máy lân cận. Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo vệ sinh môi trường bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng gió chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho việc thông thoáng tự nhiên, hạn chế bức xạ nhiệt vào trong nhà. Khai thác triệt để đặc điểm địa hình tự nhiên, đặc điểm khí hậu địa phương nhằm giảm tối thiểu các cho chi phí san nền, xử lý nền đất, tiêu và thoát nước cho các công rtình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình. Phải đảm bảo tốt mối quan hệ mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải, chống ô nhiễm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công trình hành chính phục vụ công cộng. Nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm xây dựng. Phân chia thời kỳ xây dựng hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sớm đưa nhà máy vào hoạt động sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư xây dựng. Bảo đảm các yêu cầu thẩm mỹ của từng công trình, tổng thể nhà máy. Hoà nhập, đóng góp cảnh quan xung quanh, tạo thành khung cảnh kiến trúc công nghiệp đô thị. Bảng 19: Các hạng mục trong phân xưởng cracking xúc tác STT Tên công trình Kích thước Diện tích (m2) Dài (m) Rộng (m) 1 Phòng bảo vệ 6 x 3 6 x 3 108 2 Nhà hành chính 36 12 432 3 Hội trường (tầng 2) 36 12 - 4 Nhà để xe đạp, xe máy 24 18 432 5 Nhà ăn 18 12 216 6 Nhà y tế 12 9 108 7 Phòng hoá nghiệm 18 12 216 8 Cứu hoả 18 12 216 9 Garaxe 18 18 324 10 Nhà bơm máy nén 24 12 288 11 Nhà điều khiển 24 12 288 12 Trạm điện 12 6 72 13 Nhà cơ khí 24 12 288 14 Lò tái sinh 18 12 216 15 Lò phản ứng 18 12 216 16 Tháp chưng phân đoạn 18 12 216 17 Tuabin khí 12 6 72 18 Sản xuất hơi nước 12 6 72 19 Lò đốt CO 12 6 72 20 ống khói 12 6 72 21 Làm lạnh 18 12 216 22 Trao đổi nhiệt 18 12 216 23 Nhà xử lý nước thải 18 12 216 24 Bể chứa nguyên liệu 40 x 6 40 x 6 9600 25 Bể chứa xăng 40 x 3 40 x 3 4800 26 Bể chứa gasoil nhẹ 40 x 2 40 x 2 3200 27 Bể chứa gasoil nặng 40 x 2 40 x 2 3200 28 Bể chứa cặn dầu 40 40 1600 1.2- Các yêu cầu riêng: Dựa vào phương án bố trí công nghệ và các tài liệu cơ sở liên quan mà tiến hành điều chỉnh bố trí lại công nghệ cho hợp lý hơn và đảm các yêu cầu: Thoả mãn yêu cầu công nghệ, bố trí đường sản xuất hợp lý, bố trí thiết bị đủ diện tích để công nhân thao tác. Các bộ phận liên hệ trực tiếp với nhau, đảm bảo trong và ngoài nhà thuận tiện phù hợp với dây chuyền sản xuất chung của nhà máy. Đảm bảo điều kiện làm việc tốt, triệt để chiếu sáng tự nhiên, thải được hơi độc, bụi ra ngoài. Bảo đảm vệ sinh trong công nghiệp và an toàn trong sản xuất. Xác định hình dáng mặt bằng, hệ thống lưới cột theo yêu cầu thống nhất hoá trong xây dựng. Bảo đảm yêu cầu phát triển mở rộng sản xuất trong tương lai của nhà máy, có dự kiến trước hướng mở rộng để khi quá trình công nghệ thay đổi nhưng vẫn sử dụng được, ít phải sửa chữa lại. 2. Thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng cracking xúc tác theo nguyên tắc phân vùng. Đặc điểm của dây chuyền sản xuất: Quá trình cracking xúc tác là quá trình sản xuất liên tục. Trong khi vận hành có thể thải ra khí độc, bụi và nước ô nhiễm. Toàn bộ dây chuyền đều lộ thiên. Cracking xúc tác là một phần của nhà máy lọc dầu, do đó quá trình này phải bố trí nằm trong khu liên hợp, hoạt động không thể tách riêng với các phân xưởng khác. Các hạng mục công trong phân xưởng cracking xúc tác được trình bày ở bảng 19 Bố trí các hạng mục trong phân xưởng cracking xúc tác theo nguyên tắc phân vùng: Vùng trước nhà máy nên bố trí ở đầu hướng gió chủ đạo. Vùng trước nhà máy nên bố trí phòng bảo vệ, hội trường, nhà để xe, nhà hành chính, nhà ăn, nhà sinh hoạt. Còn nhà để xe cơ giới và xe đạp cần bố trí sao cho thuận tiện cho việc vận chuyển ra vào nên bố trí nó ở gần cổng phụ. Vùng sản xuất: Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy do đó được bố trí theo nguyên tắc là: Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng như về hướng. Các nhà sản xuất chính, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí ở phía gần cổng chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra các tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố (dể cháy nổ, rò rỉ các hoá chất bất lợi, độc hại). Nên đặt cuối gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy định an toàn về vệ sinh công nghiệp. Bố trí phải đảm bảo dây chuyền sản xuất ngắn và thuận lợi, phù hợp và liên hợp với các phân xưởng sản xuất khác trong tổng mặt bằng nhà máy. Theo nguyên tắc trên trong vùng sản xuất của các phân xưởng cracking xúc tác bố trí các hạng mục công trình sau: Nhà cơ khí, nhà bơm và nén, nhà điều khiển, lò tái sinh, lò phản ứng, tháp chưng cất chính, tua bin khí, sản xuất hơi nước, lò đốt CO, ống khói và và bố trí gần bộ phận xử lý nhiệt là các nhà trao đổi nhiệt, làm lạnh. Vùng các công trình phụ: nhà sản xuất nước, cứu hoả, xử lý nước thải, trạm điện. Khi bố trí vùng các công trình phụ cần chú ý: hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lượng. Tận dụng các khu đất không lợi về hướng để bố trí các công trình phụ. Vùng cuối hướng gió thì bố trí các bể chứa nguyên liệu, bể xăng, bể đựng gasoil nặng và bể đựng cặn dầu. Các bể chứa nguyên liệu nên đặt ở sau so với các bể chứa sản phẩm, vì nếu có xảy ra sự cố lửa đối với bể chứa nguyên liệu thì ít ảnh hưởng tới bể chứa sản phẩm, còn nếu bố trí ngược lại thì rất khó để bảo vệ bể chứa sản phẩm. Vùng phía sau nên trồng nhiều cây xanh để giảm bớt các chất độc hại, và giảm bớt bụi. Các phòng bảo vệ nên đặt ở ngay cổng ra vào phân xưởng và vào khu sản xuất. Các khu vực còn lại thì trồng cây xanh để tạo cảnh quan cho nhà máy. Đường giao thông phục vụ đi lại cần đổ nhựa và dẫn đến tận các khu sản xuất. Diện tích chiếm đất của các nhà và công trình (A): A= 26972 [m2] Tổng diện tích phân xưởng (F): F = A x4 = 107888[m2] Diện tích kho, bãi lộ thiên(B): B= 10000 [m2] Diện tích chiếm đất của đường giao thông, của hệ thống ống vận chuyển vật chất, rãnh thoát nước, vỉa hè: C = 20.000[m2] Xác định hệ số xây dựng ( KXd): Xác định hệ số sử dụng ( KXd): *Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng: ưu điểm: Dễ dàng quản lý theo nghành, theo các phân xưởng, theo các phân đoạn của dây chuyền sản xuất trong nhà máy. Thích hợp với các nhà máy có những phân xưởng, những công đoạn có đặc điển, và điều kiện sản xuất khác nhau. Đảm bảo được vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy nổ. Dễ dàng bố chí hệ thống dao thông bên nhà máy. Thuận lợi trong quá trình mở rộng sản xuất của nhà máy. Phù hợp với đặc điểm khí hậu xây dựng ở nước ta. Nhược điểm: Dây chuyền sản xuất phải kéo dài. Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng. Hệ số xây dựng và hệ số sử dụng không cao. III. Thiết kế xây dựng phân xưởng cracking xúc tác: * Xây dựng lộ thiên phân xưởng cracking xúc tác: Nhà công nghiệp có các bao che cho thiết bị máy móc của máy móc của quá trình sản xuất và đảm bảo về khí hậu tốt nhất cho sản xuất và con người. Tuy nhiên do khoa học kỹ thuật phát triển, ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ có trình độ tự động hoá cao, quá trình sản xuất được tiến hành liên tục trong các thiết bị kín, có kích thước (đường kính và chiều cao) lớn, các quá trình vận chuyển chủ yếu bằng đường ống, thiết bị chịu đựng ăn mòn môi trường. Con người chủ yếu làm việc trong các phòng kiểm tra, điều khiển, khi có sự cố mới ra ngoài kiểm tra, xem xét và xử lý. Do đó một xu hướng thiết mới ra đời là bố trí thiết bị của quá trình sản xuất ra ngoài trời trên mặt bằng lộ thiên hoặc khung sàn lộ thiên (khung sàn không có tường và mái) mà không cần bao che, nghĩa là bộ phận xây dựng sản xuất xây dựng lộ thiên. Đây là hình thức có nhiều ý nghĩa to lớn về mặt tiến bộ khoa học kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế trong xây dựng và sử dụng. * ý nghĩa và tác dụng của hình thức xây dựng lộ thiên: Giảm tải trọng tác dụng lên công trình như kết cấu bao che, tải trọng, cần trục trong nhà. Do đó giảm được khối lượng xây dựng từ 20á 40%, tiết kiệm được vật liệu xây dựng. Giảm thời gian thiết kế, thời gian chuẩn bị và thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng. Tiết kiệm diện tích trên mặt bằng khi bố trí lộ thiên từ 10 á 50% diện tích đất xây dựng do đó tiết kiệm được đất xây dựng nhà máy. Nâng cao tính linh hoạt vạn năng của công trình, dễ dàng bố trí, lắp ráp sửa chữ thiết bị, dễ dàng mở rộng và cải tạo xí nghiệp trong tương lai. Giảm điện chiếu sáng, giảm thiết bị thông gió nhân tạo, giảm được nguy cơ cháy nổ vì bố trí thông thoáng và hợp lý. Giảm chi phí để bảo quản xử dụng sử chữ công trình. Công nhân làm việc tốt hơn và cảm thấy an toàn hơn. Do các ý nghĩa to lớn trên nên đã thu được hiệu quả kinh tế sau: Giảm tổng số đầu tư xây dựng từ 5 á20% so với xây dựng kín. Giảm giá thành xây xựng từ 8 á 50%, do đó giảm được giá thành sản phẩm từ 8 á 18% IV - Kết Luận Qua phần thiết kế xây dựng đã xác định được kích thước, cách bố trí các nhà, các công trình theo đúng quy định. Khi bố trí ta cần chú ý đến làm sao dây chuyền sản xuất liên tục và thuận lợi. Khoảng cách giữa các thiết bị hợp lý: Đủ điều kiện cho công nhân thao tác, điều hành và sửa chữa thiết bị. Giao thông trong và ngoài phân xưởng phải thuận tiện cho việc đi lại của các loại xe ra vào nhà máy. Sự hoạt động của các thiết bị của dây chuyền, đối với những nơi cần độ tin cậy cao và chính xác thì nên tự động hoá các bộ phận đó. PHầN V: An toàn lao động và bảo vệ môi trường [11] Khi thiết kế một nhà máy hay phân xưởng sản xuất thì vấn đề an toàn và bảo về môi trường có một vai trò hết sức quan trọng nhằm góp phần cải thiện điều kiện làm việc của người làm việc, môi trường trong khu vực và xung quanh phân xưởng. Nếu vấn đề an toàn và bảo vệ môi trường được thực hiện tốt thì sẽ góp phần đến lợi ích về mặt kinh tế và đảm bảo được sự ổn định về tài sản cũng như tính mạng của con người. Đặc biệt trong đồ án này, nhiệm vụ thiết kế là phân xưởng cracking xúc tác, đây là phân xưởng liên quan trực tiếp đến nguồn nhiên liệu dễ gây cháy nổ như xăng dầu, HCO, LCO, khí(C1,C2,C3,C4). Vì thế vấn đề về an toàn lao động và bảo về môi trường phải đặt lên hàng đầu. Dưới đây là những nguyên nhân và những yêu cầu cũng như những biên pháp để đảm bảo an toàn cháy nổ: 1. Nguyên nhân dẫn đến tai nạn và cháy nổ trong phân xưởng cracking xúc tác: a. Do nguồn điện : chập điện hay tĩnh điện. b. Do sức nóng hoặc tia nắng mặt trời. c. Do ma sát hoặc va chạm. d. Do áp lực thay đổi. e. Do nguyên nhân kỹ thuật: Nguyên nhân này chủ yếu phụ thuộc vào tình trạng máy móc, thiết bị, đường ống nơi làm việc bao gồm: Sự rò rỉ các đường ống. Thiếu hệ thống tín hiệu cơ cấu an toàn hoặc các tín hiệu cơ cấu an toàn bị hỏng. Sự hỏng hóc các máy móc chính và dụng cụ phụ tùng. Thiếu rào chắn bao che. Không đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các thiết bị máy móc. Không tiến hành cơ khí hoá và tự động hoá các khâu cần thiết. f. Do nguyên nhân 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 trình kỹ thuật. Tổ chức lao động và chổ làm việc không đúng yêu cầu. Bố trí đường đi, tổ chức việc đi lại và vận chuyển trong phân xưởng chưa tốt. Tổ chức tuyên truyền giáo dục về công tác bảo hộ lao động chưa tốt. g.Do nguyên nhân vệ sinh: Môi trường không khí bị ô nhiễm. Công tác chiếu sáng và thông gió chưa tốt. Tiếng động và rung động trong sản xuất quá giới hạn cho phép. Không thực hiện các yêu cầu về vệ sinh cá nhân. 2. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ trong phân xưởng cracking xúc tác: Như chúng ta đã biết, nguyên liệu cũng như sản phẩm của quá trình cracking xúc tác đều dể cháy nổ. Vì vậy vấn đề cần quan tâm là phòng chống cháy nổ. Dưới đây là những yêu cầu về phòng chống cháy nổ trong phân xưởng cracking xúc tác: Ngăn ngừa những khả năng tạo ra môi trường cháy. Duy trì áp suất của môi trường thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất có thể cháy được. Tuân theo những qui định về sử dụng, vận hành và đảm bảo 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 bên ngoài phụ thuộc với nhóm và hạng của các hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ. áp dụng qui trình công nghệ và sử dụng thiết bị đảm bảo không phát ra tia lửa điện. Có các biện pháp chống sét thích hợp. Qui định nhiệt độ nung nóng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị và vật liệu tiếp xúc với môi trường cháy. Loại trừ những điều kiện có thể dẫn đến sự 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. Ngoài ra còn có những yêu cầu khác như: chống độc hại cho công nhân, biện pháp an toàn chung đối với các thiết bị và an toàn giao thông trong nhà máy, an toàn đối với vệ sinh môi trường. 3. Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ trong phân xưởng cracking xúc tác: Lập ban chỉ huy phòng cháy chữa cháy và đội cứu hoả của nhà máy. Mỗi bộ phận, phòng ban phải xây dựng các tiêu chuẩn qui phạm, nội qui an toàn thích hợp. Định kì tổ chức kiểm tra việc thực hiện các qui định về phòng cháy chữa cháy và bảo quản các phương tiện phòng cháy chữa cháy. Trang bị phương tiện phòng cháy chữa cháy và sắp xếp thời gian tập dượt cho cán bộ công nhân và đội chữa cháy. Xây dựng các phương tiện chữa cháy cụ thể, có kế hoạch phân công cho từng người, từng bộ phận. Phải có các thiết bị phòng cháy đặt cố định trên các bể chứa xăng dầu, khi có sự cố xảy ra nó tự động làm việc. Cách ly môi trường cháy với môi trường gây cháy được thực hiện bằng các biện pháp sau: Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình công nghệ có liên quan đến sự vận chuyển những chất dễ cháy. Đặt các thiết bị nguy hiểm về cháy nổ riêng biệt hoặc ngoài trời. Sử dụng những thiết bị sản xuất, bao bì kín cho những chất cháy nổ. Sử dụng những ngăn khoang, buồng cách ly cho những quá trình dể cháy nổ. Trong quá trình sản xuất phải đảm bảo an toàn cho các khâu đặc biệt như tháo nạp sản phẩm mà công nhân phải tiếp xúc trực tiếp. Thay những chất độc hại được sử dụng trong quá trình sản xuất bằng những chất ít độc hại hơn nếu có thể. Tự động hoá, bán tự động hoá những quá trình sử dụng các hoá chất độc hại. Đặt biển báo ở những khu vực nguy hiểm. Hệ thống tín hiệu an toàn cho người lao động như: tín hiệu ánh sáng, tín hiệu âm thanh. Bên cạnh các biện pháp kỹ thuật thì người lao động cần được học tập về an toàn và phải có ý thức tự giác cao. Trong phân xưởng có rất nhiều các chất gây độc hại và dễ cháy nổ. Tuy nhiên, trong phần này ta chỉ trình bày một vài chất gây độc hại và đễ cháy nổ chính sau: Khí SO2 : là khí gây kích thích da, mắt, cơ quan hô hấp và có tác hại đến cơ quan tạo máu như thuỷ tạng. Với nồng độ 50mg/ m3kk à gây ho. Với nồng độ 1,5g/m3kk à gây tử vong sau 30 phút. Trong trường hợp nhiễm độc mãn tính: nồng độ SO2 trong không khí lớn hơn 20mg/m3kk sẽ có các triệu chứng khi tiếp xúc dài ngày như gây ra các bệnh về đường hô hấp, đau dạ dày và các bệnh về máu, gan. Khí CO2 : Nồng độ trên 1% gây nhức đầu đôi khi kèm theo mê man. Nồng độ trên 20% gây ngạt. Nồng độ trên 40% ngạt thở và chết rất nhanh. Khí CO: đặc biệt nguy hiểm vì nó liên kết với hemoglobin trong máu nhanh hơn oxi 250 lần vì thế nó ngăn cản chức năng vận chuyển oxi trong hemoglobin và làm nhức đầu, nặng hơn có thể gây ngất hay tử vong. Với nồng độ khoảng 12g/m3 nó sẽ gây tử vong rất nhanh. Khí NO2: gây ho, nhức đầu, viêm phế quản, phá huỷ răng, kích thích miên mạc mắt. Khí H2S : là khí rất độc tác dụng kích thích làm hư hại hệ thần kinh. Với các khí trên ta có biện pháp xử lí như sau: Khí SO2 , CO2 ta cho sục qua dung dịch kiềm. Khí CO cho qua nước vôi trong. Khí NO2 và H2S ta chỉ khống chế sao cho hàm lượng thấp không thể gây ra các độc hại khi tiếp xúc. Ngoài ra còn có các chất và khí như xăng, khí C1,C2: Với xăng rất dễ cháy nổ, hơi xăng với nồng độ cao có tác dụng kích thích và gây trạng thái say, nếu hít phải trong thời gian dài thì sẽ bị gây ngất và gây tử vong. Vì vậy, với xăng ta cần chú ý đến đường ống và bể chứa tránh rò rỉ ra môi trường xung quanh cũng như kết hợp các biện pháp để phòng chống cháy nổ. Các khí C1,C2 : rất nguy hiểm đến cháy nổ, vì thế nên tránh tiếp xúc với không khí. Kết luận Sau hơn 3 tháng nghiên cứu và tìm hiểu về dây chuyền Cracking xúc tác thì đây không phải là thời gian dài cho công nghệ hiện đại. Công nghệ này là công nghệ phức tạp khi nghiên cứu và thiết kế nó. Vì vậy mà trong bản đồ án này em chia thành 4 phần: Tổng quan về quá trình Cracking xúc tác: giới thiệu về quá trình Cracking xúc tác, cơ sở lý thuyết, nguyên liệu, sản phẩm, xúc tác, các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình, công nghệ. Tính toán cho thiết bị chính : Tiến hành tính cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và các kích thước chính của thiết bị phản ứng chính. Xây dựng: bố trí mặt bằng của phân xưởng Cracking xúc tác. An toàn: Các vấn đề về phòng cháy, chữa cháy, bảo hộ lao động. Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu về công nghệ Cracking xúc tác thông qua các tài liệu từ sách báo, tạp chí và mạng Internet nhưng do những hạn chế về thời gian, tài liệu, số liệu và trình độ, nên bản đồ án của em không thể đầy đủ và hoàn chỉnh được. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Hữu Trịnh đã tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản đồ án này. Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và của các bạn có quan tâm đến công nghệ này. Hải Phòng, ngày ..... tháng…...năm 2006 Thực hiện Nguyễn Thị Khoẻ Tài liệu tham khảo 1. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ – Hoá học dầu mỏ - ĐHBK Hà Nội 1999. 2. TS. Lê Văn Hiếu - Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 2001. 3. Võ Thị Liên - Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí - ĐHBK Hà Nội 1980. 4. Nguyễn Hữu Phú - Cracking xúc tác - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 5. Bộ môn nhiên liệu rắn tính toán công nghệ các quá trình - ĐHBK Hà Nội 1972. 6. Trần Mạnh Trí - Hoá học dầu mỏ và khí - ĐHBK Hà Nội 1974. 7. PGS. Ngô Bình - Xây dựng công nghiệp - ĐHBK Hà Nội 1997. 8. Bộ môn Xây dựng Công nghiệp - Hướng dẫn thiết kế - ĐHBK Hà Nội 9. Sổ tay các quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất - Tập I - 1978. 10. Sổ tay các quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất - Tập II - 1999. 11. Khuất Minh Tú - Bài giảng kỹ thuật an toàn lao động và vệ sinh môi trường trong công nghiệp hoá học. 12. Tạp chí Hydrocacbon Processing, November; 2000. 13. Robert A.Meyers. Hand book of Petroleum refining process 2thed. Elsevien Sciênc Publishers. 14. W.L.Nelsson Petroleum rafinery enginering. New York 1998. 15. Http:/ WWW.uop.com