Thiết kế phân xưởng cracking xúc tác năng suất 3,5 triệu tấn/năm

hẩm. Nguyên liệu mới có thể được trộn với phần tuần hoàn (HCO) và cặn đáy, sau đó cho qua lò đốt nóng nguyên liệu Cracking. Nguyên liệu Cracking được tiếp xúc với xúc tác nóng đã tái sinh 2 ở đáy của ống đứng, khi đó nguyên liệu bay hơi cùng với hỗn hợp của hơi nóng và xúc tác được đi lên phía trên tới đỉnh của ống đứng, đồng thời xảy ra các phản ứng Cracking xúc tác. Hầu hết nguyên liệu đều tham gia phản ứng và chuyển hoá trong ống đứng, còn rẽater được dùng như một thiết bị tách xúc tác và hơi hydrocacbon. Một bộ phận được thiết kế đặc biệt, bố t rí ở gần van chặn, dùng hơi nước để thổi xúc tác và dầu, làm như vậy sẽ hạn chế đến mức tối đa hiện tượng trộn quay trở lại của xúc tác và hơi khí đã làm việc. Vùng ống đứng và bộ phận tách hơi của reactor được thiết kế cho quá trình FCC với thời gian tiếp xúc ngắn giữa xúc tác và dầu. Sau khi tách khỏi xúc tác, hơi sản phẩm nóng được chuyển tới cột phân đoạn. Xúc tác đã làm việc được cho qua vùng tách hơi (còn gọi là bộ phận rửa xúc tác) bằng cách thổi hơi nước vào. Bộ phận rửa không chỉ làm nhiệm vụ đuổi hết hydrocacbon hấp phụ trên xúc tác mà còn làm tơi các hạt xúc tác để chúng không dính vào nhau trước khi sang lò tái sinh. Cần điều chỉnh một tốc độ hơi thích hợp cho nhiệm vụ này. Cần thiết phải kiểm tra chặt chẽ thời gian lưu của xúc tác trong bộ phận rửa để tránh phải dùng quá nhiều không khí trong lò tái sinh. áp suất trong reactor được khống chế bằng bộ phận điều chính áp suất của cột phân đoạn. + Lò tái sinh và khối tận dụng nhiệt của khói lò: Xúc tác có chứa cốc (cốc bám trên xúc tác) được chuyển qua van điều khiển và khống chế bởi bộ kiểm tra mức xúc tác trong lò phản ứng, sau đó đi vào lò tái sinh. Xúc tác vào lò tái sinh theo hướng tiếp tuyến với thành lò. Mục đích chính của tái sinh là đốt cháy cốc bám trên xúc tác đã làm việc bằng oxy của không khí, khi đó tạo thành CO, CO2, hơi nước, nhờ vậy mà đã trả lại bề mặt hoạt tính cho xúc tác. Sau khi nén, không khí để đốt được cho vào đáy lò tái sinh, qua lưới phân phối để trộn có hiệu quả không khí và xúc tác. Sự cháy cũng xảy ra trong lớp sôi và để đạt được điều đó, tốc độ của không khí phải đạt lớn hơn 1 m/s. Xúc tác đã tái sinh được chuyển vào ống đứng sau khi đã đuổi được sạch khí qua một van lá mà sự hoạt động van này được khống chế, điều khiển tự động nhờ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ của reactor, rồi sau đó xúc tác được trộn với nguyên liệu Craking và hoàn thành một chu trình. Đồng thời người ta tháo xúc tác bẩn đã già hoá ra, bổ sung xúc tác mới để đảm bảo độ hoạt tính ổn định của xúc tác theo thời gian làm việc. Khí của quá trình cháy cốc và các hạt xúc tác chuyển động từ "pha đặc" vào pha loãng ở đỉnh lò tái sinh, qua hai cấp xyclon để giữ lại các hạt xúc tác và tách khí. Sau đó, khí khói được qua buồng lắng để tách tiếp bụi xúc tác, rồi qua bộ phận tận dụng nhiệt , tiếp theo khí khói được làm sạch bụi xúc tác bằng lọc điện rồi đi ra ngoài theo ống khói. Các phản ứng xảy ra khi tái sinh xúc tác: C + O2 đ CO2 + Q = 33,927 - 34,06 MJ/Kg C + 1/2O2 đ CO + Q = 10,629 - 10,314 MJ/Kg CO + 1/2O2 đ CO2 + Q = 23,650 - 23,755 MJ/Kg H2 + 1/2O2 đ H2O + Q = 1210,043 - 1210,252 MJ/Kg S + O2 đ SO2 + Q = 9,132 - 9,222 MJ/Kg SO2 + 1,2O2 đ SO3 MeO + SO3 đ MeSO4 MeSO4 + 4H2 đ MeO + H2S + 3H2O + Bộ phận phân chia sản phẩm: Hơi sản phẩm được nạp vào cột phân đoạn chính để chia thành các sản phẩm khác nhau, xăng và phần nhẹ hơn được cho qua bộ phận ngưng tụ rồi vào thiết bị tách khí. Sau khí tách khí, ta nhận được phân đoạn C1, C2 ở số I, các sản phẩm này có thể được dùng làm khí nguyên liệu cho dây chuyền. Phân đoạn C3, C4 chứa nhiều propylen và buten ở II được dùng làm nguyên liệu cho dây chuyền alkyl hoá và sản phẩm tiếp theo là xăng đã khử butan ở III. Từ cột phân đoạn chính, ta còn nhận được các phân đoạn sản phẩm như naphta nặng số IV, LCO số V và HCO số VI. Phần HCO có thể cho tuần hoàn lại ống đứng của reactor qua đường VII, và cuối cùng là phần dầu cặn đã được làm sạch khỏi bùn xúc tác 9. Một phần sản phẩm đỉnh của thiết bị tách bùn xúc tác cũng được cho tuần hoàn cùng với HCO. Chương III. Tính toán công nghệ I. Số liệu đầu [6,8] - Năng suất: 3.500.000 tấn/năm - Nhiệt độ cracking 4850C - Lượng xúc tác tuần hoàn GK: 2578 tấn/giờ - Tỷ trọng lớp giả sôi: 400Kg/m3 - Nhiệt độ xúc tác ra khỏi lò: 500 - 5200C - Nhiệt độ không khí đưa vào lò: 2300C. - Kích thước cực dại của hạt xúc tác: 150 mm - Lượng cốc đưa vào lò tái sinh cùng với xúc tác Dg : 20 tấn/giờ - Lượng cốc còn lại trên xúc tác sau khi đã tái sinh: 0,2% khối lượng - Lượng hơi nước đưa vào cùng xúc tác G: 4130Kg/giờ - Nhiệt độ trong lò tái sinh, tp: 6000C - áp suất bên trên lớp giả sôi, p: 2,3 at Bảng 11: Thành phần nguyên tố trong cốc. Thành phần Hàm lượng ( khối lượng ) Cacbon 87,0 Hydro 9,0 Lưu huỳnh 3,0 II. Tính toán 1. Tính toán cân bằng vật chất cho lò tái sinh. - Biết lượng cácbon có trong cốc là: 87,0% và tỷ lệ thể tích (ở điều kiện tiêu chuẩn) CO2 : CO = 1,85 - Ta tính lượng cácbon có trong một kg cốc khi cháy đã tạo thành CO2 và CO và xác định lượng sản phẩm được tạo thành. Vì 1kg cốc có chứa 0,87 kg cacbon nên: Cco2 + Cco = 0,87 CCO2 và CCO : Tương ứng với lượng cácbon đã tạo thành CO2 và CO. - Xác định lượng CO2 được tạo thành từ CCO2 kg cácbon biết rằng khi đốt 1 Kmol C cần 1 Kmol O2. mCO2 = CCO2 + = 3,67 CCO2 (kg/kg) Tương tự ta có lượng CO: mCO = CCO + = 2,34 CCO (kg/kg) - Thể tích của CO2 và CO ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ là VCO2 = = 1,87 .CCO2 (m3/kg) VCO = = 1,87 .CCO (m3/kg) Vậy theo phần trên đã cho ta có: Kết quả tính toán ta nhận được hệ phương trình sau: CCO2 + CCO = 0,87 Giải ra ta được. CCO2 = 0,546 (Kg/Kg) CCO = 0,305 (Kg/Kg) Thay các giá trị vào ta tìm được. VCO2 = 1,87 . 0,564 = 1,055 (m3/kg) VCO = 1,87 . 0,305 = 0,570 (m3/kg) mCO2 = 3,67 . 0,564 = 2,069 (Kg/kg) mCO = 2,34 . 0,305 = 0,714 (Kg/kg) - Lượng hơi nước được tạo thành khi đốt cháy Hydro của cốc (tính cho 1 Kg cốc) mH2O = H2 + Và VH2O = - Lượng SO2 được tạo thành khi đốt cháy lưu huỳnh. mSO2 = S + Và VSO2 = - Lượng tổng cộng các sản phẩm khi đốt cháy các thành phần Sm = mCO2 + mCO + mH2O + mSO2 = 2,069 + 0,714 + 0,810 + 0,06 = 3,653 (Kg/kg) Sv = VCO2 + VCO + VH2O + VSO2 = 1,055 + 0,570 + 1,008 + 0,021 = 2,654 (m3/kg) Trong sản phẩm cháy, ngoài các thành phần trên, ta thấy nó còn chứa nitơ của không khí và oxy dư. Thừa nhận lượng oxy dư trong sản phẩm cháy là 1,3% (theo thể tích). Vậy thể của sản phẩm cháy khi tái sinh xúc tác sẽ là: VTP = SV + VN2 + V'O2 + V'N2 (m3/kg) Trong đó: VN2 thể tích của nitơ chứa trong không khí đã được dùng để đốt cốc. V'O2: Thể tích của oxy dư . V'N2; Thể tích của nitơ trong không khí dư. Lượng oxy đã dùng để đốt cốc ( Tính cho 1 kg cốc) mO2 = Sm - 1 = 3,653 - 1 = 2,653 (Kg/kg) vO2 = (m3/kg) Lượng nitơ tương ứng với không khí đã dùng mN2 = ( Kg/kg) vN2 = (m3/kg) Lượng nitơ trong khí dư V'N2 = - Xác định lượng oxy dư theo phương trình = Suy ra V'O2 = 0,135 (m3/kg) Hay ta có m'O2 = (Kg/kg) Thay vào ta tìm được. V'N2 = 3,762 . 0,0,135 = 0,508 (m3/kg) m'N2 = (Kg/kg) Vậy thể tích của sản phẩm cháy khi tái sinh xúc tác là: VTP = SV + VN2 + V'O2 + V'N2 = 2,645 + 7,106 + 0,135 + 0,508 = 10,403 (m3/kg) mTP = Sm + mN2 + m'O2 + m'N2 = 3,653 + 8,882 + 0,193 + 0,635 = 13,363 (Kg/kg) - Lượng không khí lý thuyết tiêu hao để đốt cháy 1 kg cốc Lo = mO2 + mN2 = 2,653 + 8,882 = 11,535 (Kg/kg) Vo = VO2 + VN2 = 1,857 + 7,106 = 8,963(m3/kg) - Lượng không khí thực tế tiêu hao để tái sinh xúc tác (tính cho 1 kg cốc). - Lượng oxy thực tế đã dùng: mO2 + m'O2 = 2,653 + 0,193 = 2,846 (Kg/kg) VO2 + V'O2 = 1,857 + 0,135 = 1,992(m3/kg) - Lượng nitơ tương ứng là: mN2 + m'N2 = 8,882 + 0,635 = 9,517 (Kg/kg) VN2 + V'N2 = 7,106 + 0,508 = 7,614 (m3/kg) Vậy không khí thực tế đã tiêu hao là; L = 2,846 + 9,517 = 12, 363 ( Kg/kg) V = 1,992 + 7,614 = 9,606 ( m3/kg) Hệ số dư của không khí tái sinh xúc tác là: b = Lượng cốc còn lại trên xúc tác sau khi đã tái sinh Dgo = 0,02 . GK = 0,002 . 2578 = 5,156 (T/giờ) Lượng cốc đã đốt cháy DgB = Dg - Dgo =20 - 5,156 = 14,844 (T/giờ) Lượng không khí đã dùng để đốt cốc. GB = 12,363 . DgB = 12,363. 14,844 = 183516,372 (Kg/giờ) Lượng khí tái sinh ẩm. G'B = DgB + GB = 14844 + 183516,372 = 198360,372 (Kg/giờ) Người ta dùng hơi nước quá nhiệt để khử hấp phụ của hơi sản phẩm khí tái sinh trên xúc tác. Lượng hơi nước tiêu hao khoảng 5 á 10 kg cho 1 tấn xúc tác. Nếu ta dùng 5kg/1 tấn xúc tác thì lượng hơi nước phải dùng là: G0 = 5.2578 = 12890 (kg/giờ) Bảng 12: Cân bằng vật chất của lò tái sinh Thành phần Ký hiệu Số lượng (Kg/giờ) Đưa vào - Xúc tác GK 2578000 - Cốc Dg 20000 - Không khí GB 183516,372 - Hơi nước để vận chuyển xúc tác G 4130 - Hơi nước khử hấp phụ G0 12890 Tổng 2798536,372 Lấy ra - Xúc tác GK 2578000 - Cốc còn lại Dg0 5156 - Khí tái sinh ẩm G'B 198360,372 - Hơi nước để vận chuyển xúc tác G 4130 - Hơi nước khử hấp phụ G0 12890 Tổng 2798536,372 2. Tính cân bằng nhiệt cho lò tái sinh Thành phần (khối lượng) của các cấu tử CO2: (khối lượng) Tương tự: CO : 5,343 (khối lượng) SO2 : 0,449 (khối lượng) N2: 71,219 (khối lượng) O2 : 1,444 (khối lượng) H2O: 6,062 (khối lượng) Nhiệt hàm của khí ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất, tuy nhiên trong giới hạn của áp suất thường dùng ở trong là tái sinh có thể bỏ qua mà chỉ tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ. Ta đã biết thành phần của khí ẩm và nhiệt hàm riêng của các cấu tử có trong khí ẩm ở 6000C. Vì vậy ta có thể tính được nhiệt hàm riêng phần của từng cấu tử: Nhiệt hàm riêng phần của mỗi cấu tử sẽ bằng tích của nhiệt hàm riêng với phầm trăm khối lượng của nó trong khí ẩm. Bảng 13: Thành phần (khối lượng ) và nhiệt hàm (Kcal/Kg) của các cấu tử có trong khí ẩm 6000C Cấu tử Thành phần (khối lượng ) Nhiệt hàm (Kcal/kg) Riêng Riêng phần CO2 15,483 149,0 23,070 Co 5,343 155,6 8,314 SO2 0,449 90,5 0,406 N2 71,219 154,2 109,820 O2 1,444 142,3 2,055 H2O 6,062 287,9 17,452 Tổng cộng 100,000 161,117 Nhiệt hàm của khí ẩm ở 6000C sẽ bằng tổng nhiệt hàm riêng phần của các cấu tử có trong nó. Nhiệt hàm của xúc tác và cốc có thể tính theo công thức: = c.t (Kcal/kg) c: Tỷ nhiệt của xúc tác hay cốc ( Kcal/kg. 0C) t: Nhiệt độ của xúc tác hay cốc (0C) Trong tính toán người ta sử dụng tỷ nhiệt của xúc tác là 0,27 Kcal/kg0C của cốc là 0,6 Kcal/kg0C Do vậy: đối với xúc tác = 0,27 x 510 = 137,7 (Kcal/kg) = 0,6 x 510 = 306 (Kcal/kg) Nhiệt cháy của cốc tính theo công thức: = 0,558. QCO2 + 0,302.QCO + 0,085.QH2O+0,055.QSO2 : Nhiệt cháy thấp của cốc ( Kcal/kg) QCO2, QCO ,QH2O,QSO2: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng oxy hóa cácbon, hydro và lưu huỳnh. = 0,558 . 8137 + 0,302 . 2452,6 + 0,085 . 28950 + 0,055 . 2181 = 7855 (Kcal/kg) Bảng 14: Cân bằng nhiệt của lò tái sinh Thành phần Số lượng (Kg/giờ) Nhiệt độ (0C) Nhiệt hàm (Kcal/kg) Lượng nhiệt (Kcal/giờ) Đưa vào - Xúc tác 2578000 510 137,7 354990600 - Cốc 20.000 510 306,0 6120000 - Không khí 183516,372 230 55,3 10148455,37 - Hơi nước để vận chuyển xúc tác 4130 510 838,2 3461766 - Hơi nước khử hấp phụ 12890 230 700,00 9023000 Tổng 500343441,37 Lấy ra - Xúc tác 2578000 600 162,2 418151600 - Cốc 5156 600 360,0 3093600 - Khí ẩm 198360,372 600 160,6 31856675,74 - Hơi nước để vận chuyển xúc tác 4130 600 884,0 3650920 - Hơi nước khử hấp phụ 12890 600 884,0 11394760 - Mất mát 2000000 Tổng 470147555,7 - Lượng nhiệt dư(lấy theo số hiệu) 30195885,67 Tổng cộng 500343441,37 * Tính cân bằng vật chất cho các vùng chính của lò. Vùng 1: Không khí chuyển động cùng chiều với xúc tác. ở đây đốt cháy 75 á 80% lượng cốc cần phải đốt. Vùng 2: Không khí chuyển động ngược chiều với xúc tác, ở đây đốt cháy một phần cốc còn lại (20á25%) Nhiệt toả ra khi đốt cháy vùng này được dùng để sản xuất hơi nước. Vùng 3: Thực hiện tách hơi sản phẩm cháy hấp phụ trên xúc tác Vùng 4: Nằm bên dưới lươi phân phối Vùng 5: Nằm bên trên lớp sôi, vùng này thực hiện việc tách bụi xúc tác ra khỏi dòng hơi sản phẩm cháy. Phương trình cân bằng nhiệt của vùng thứ nhất có dạng: QK1 + QDg + QB + QP1 QP = QK2 + QK3 + QBT + + QP2 QP Lượng nhiệt mang vào bởi (Kcal/kg) QK1: Xúc tác tuần hoàn QDg: Cốc QB: Không khí QP1: Hơi nước để vận chuyển xúc tác QP: Nhiệt cháy của cốc (Kcal/kg) Lượng nhiệt mang ra bởi (Kcal/kg) QK2: Xúc tác QDg: Cốc còn lại QB: Khí ẩm QP2: Hơi nước để vận chuyển xúc tác QP: Mất mát vào môi trường (Kcal/giờ) Dựa vào cân bằng nhiệt để xác định lượng cốc được đốt cháy trong vùng khí thứ nhất, quá trình tính toán trình bày trong bảng. Bảng 15:Kết quả tính toán nhiệt hàm Ký hiệu Nhiệt độ (0C) Số lượng (Kg/giờ) Nhiệt hàm (Kcal/kg) Số lượng nhiệt (Kcal/giờ) Đầu vào QK1 510 2578000 137,7 354990600 QDg 510 20.000 306,0 6120000 QB 230 12,363. x 55,3 683,6739.x QP1 510 4130 838,2 3461766 QP x 7855,0 7855.x Tổng cộng Q1 364572366 + 85386739 x Lấy ra QK2 600 257800 162,2 418151600 QK3 600 20000-x 360,0 7200000-360.x QBT 600 13,363.x 160,6 2146,098.x QP2 600 4130 884,0 3650920 QP 500000 Tổng cộng Q2 429502520 + 1786098.x Từ bảng trên ta có phương trình 364572366 + 85386739 x = 429502520 + 1786098 x Trong đó x là lượng cốc được đốt cháy trong vùng thứ nhất. Giải phương trình trên ta được x = 9615,613 (Kg/giờ) Vậy lượng cốc được đốt cháy trong vùng thứ hai là: 14844 - 9615,613 = 5228,387 (Kg/giờ) Lượng không khí cần thiết để đốt cốc trong vùng thứ nhất 12,363 .x = 12,363 . 9615,613 = 118877,824 (Kg/giờ) Lượng không khí cần thiết để đốt cốc trong vùng thứ hai. 183516,372 - 118877,824 = 64638,548 (Kg/giờ) Lượng khí ẩm tái sinh được tạo thành khí đốt cốc ở vùng thứ nhất sẽ là: G''B = 13,363 .x = 13,363 . 9615,613 =128493,437 (Kg/giờ) Lượng khí ẩm tái sinh được tạo thành khí đốt cốc ở vùng thứ hai sẽ là: G'''B = 198360,372 - 128493,437 = 69866,935 (Kg/giờ) Dựa vào các số liệu đã có ta thiết lập cân bằng vật chất cho các vùng chính của lò tái sinh. Bảng 16: Cân bằng vật chất của các vùng chính Thành phần Vùng thứ nhất Vùng thứ hai Vùng tách Vào (Kg/giờ) Ra (Kg/giờ) Vào (Kg/giờ) Ra (Kg/giờ) Vào (Kg/giờ) Ra (Kg/giờ) - Xúc tác 2578000 2578000 2578000 2578000 2578000 2578000 - Cốc 20000 10384,387 10384,387 5156 5156 5156 - Không khí 118877,824 64638,548 - Hơi nước để vận chuyển xúc tác 4130 4130 4130 4130 4130 4130 - Khí ẩm tái sinh 128493,437 69866,935 - Hơi nước để khử hấp phụ 12890 12890 Tổng cộng 2721007,524 2721007,524 2657152,935 2657152,935 2600176 2600176 3. Tính toán lò tái sinh Diện tích tiết diện ngang của lò tái sinh và các vùng chính của nó theo công thức: S = V: Thể tích hơi và khí đi qua tiết diện đã cho của lò tái sinh (trên lớp giả sôi) (m3/giờ) ω: Tốc độ cho phép của khí ở trong tiết diện tự do (m/giây) Xác định thể tích hơi và khí theo công thức V = (1) : Lượng hỗn hợp khí ( Kmol/giờ) tp = 6000C: Nhiệt độ trong lò tái sinh ế: 2,3 at: áp suất tuyệt đối trên lớp giá sôi của xúc tác. Xác định sơ bộ trọng lượng phân tử của khí ẩm M'B = 22,4. Khi đó: = = 7609,848 (Kmol/giờ) - Đối với vùng thứ nhất: = = 4465,609 (Kmol/giờ) G"B: Lượng khí ẩm tái sinh được tạo thành khi đốt cốc ở vùng thứ hai. - Đối với vùng tách (Khử hấp phụ) = = 716,111 (Kmol/giờ) Tốc độ của khí ở trong tiết diện tự do của lò tái sinh có thể đạt 0,8m/giây. Thừa nhận tốc độ khí trong các tiết diện khác của lò tái sinh. Thay các kết quả đã cho vào công thức (1) ta xác định được thể tích khí ở trong tiết diện của lò tái sinh và các vùng chính của lò. Kết quả tính toán trình bày trong bảng 16 Bảng 17: Kết quả tính toán. Tiết diện V(m3/giờ) ω(m/giây) S(m2) Lò tái sinh 236999,681 0,55 119,697 Vùng thứ nhất 139076 0,55 70,193 Vùng thứ hai 75621,133 0,55 38,193 Vùng tách 22302,427 0,80 7,744 Trước hết ta xác định đường kính của vùng kính. DT = (m) Hình15: Sơ đồ để xác định kích thước lò tái sinh. Đường kính của vùng thứ hai. D2 = d: Đường kính các ống xoắn làm lạnh, d= 60 mm D2 = = 7,769 (m) Đường kính của lò tái sinh bằng đường kính của vùng thứ nhất, khi xác định nó phải tính cả chiều dày tấm ngăn hình trụ. Tấm ngăn hình trụ có chiều dày d = 20mm khi đó đường kính lò tái sinh sẽ là: DP = D1 = DP = D1 = = 12,281 (m) Qui chuẩn Dp = 12(m) Chiều cao lò tái sinh và các vùng chính - Chiều cao vùng thứ nhất bằng chiều cao lớp giả sôi của xúc tác. h1 = V1: Thể tích lớp giả sôi (m3) S1: Tiết diện ngang của vùng thứ nhất (m3) Xác định thể tích lớp giả sôi theo công thức; V1 = G1: Lượng xúc tác có trong vùng thứ nhất (kg) d: Tỷ trọng của lớp giả sôi: (kg/m3) Xác định lượng G1 G1 = x: Lượng cốc được đốt cháy trong vùng thứ hai (Kg/giờ) KP: Tốc độ riêng tái sinh 1 tấn xúc tác (Kg/T.giờ) Tốc độ riêng tái sinh xúc tác bằng 50 á 115 Kg/T.giờ và trị số của tốc độ riêng tái sinh xúc tác trong vùng thứ nhất nhỏ hơn vùng thứ hai. Nếu lấy tốc độ riêng tái sinh xúc tác ở vùng thứ nhất bằng 65 Kg/T.giờ và ở vùng thứ hai bằng 100Kg/T.giờ thì: G1 = V1 = h1 = Để hiệu quả tái sinh xúc tác cao nhất thì chiều cao của lớp giả sôi không được nhỏ hơn 3m. - Chiều cao vùng thứ hai G2 = V2 = h2 = - Chiều cao lớp giả sôi của xúc tác nằm trên vùng thứ hai. h3 = h1 - h2 = 4 - 3,4 = 0,6 (m) Thể tích của lớp này: V3 = h3.S2 = 0,6.38,193 = 22,916 (m3) Lượng xúc tác sôi ở lớp này G3 = V3.d = 22.916 x 400 = 9166,4 (kg) Chiều cao h4 ở dưới lưới phân phối lấy h4 = 6 (m). Chiều cao vùng tách h5 , lấy h5= 10(m) Vậy chiều cao chung của lò tái sinh HP= h1 + h4 + h5 = 5 + 6 + 10 = 21 (m) Bảng 18: Kích thước lò tái sinh Đường kính 12(m) Chiều cao 21(m) Chương 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 ônhiễm 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. cHương V : Tính toán kinh tế I. Mục đích: Tính toán kinh tế là phần quan trọng trong thiết kế xây dựng nhà máy. Nó quyết định phương án thiết kế có đưa vào sản xuất hay không. Một phương án được thiết kế tối ưu nhất phải đảm bảo về trình độ kỹ thuật, sản xuất chất lượng sản phẩm đồng thời đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất. Tính toán kinh tế là tính hiệu quả kinh tế của phương án thiết kế. Nếu vấn đề kinh tế được thoả mãn thì bản thiết kế được đưa vào sản xuất khi đó ta sẽ biết được vốn đầu tư cho nhà máy, biết được lợi nhuận mà nhà máy thu được hàng năm và thời gian thu hồi vốn dự án. II. Chế độ công tác của phân xưởng: Số giờ làm việc trong một năm là 8250h. Thời gian còn lại khoảng 21 ngày là thời gian bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị và nghỉ lễ. Lượng sản phẩm thu được trong một năm tính theo đơn vị thùng: 1 thùng = 150 lít. Năng suất tính theo nguyên liệu mới, kg/h : Hiệu suất xăng được tính theo công thức : Trong đó : Vx : Hiệu suất xăng tính theo phần trăm trọng lượng. V’x : Hiệu suất xăng tính theo phần trăm trọng lượng nguyên liệu mới. dx, dNL : Tỷ trọng tương đối của xăng và nguyên liệu. Ta có dx= 0,76, dNL = 0,91 V’x được xác định từ đồ thị sau: 10 20 30 40 50 60 70 Hiệu suất xăng khử butan (% thể tích) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Độ sâu biến đổi (% thể tích) Hình 16 : Đồ thị xác định hiệu suất xăng Cho độ sâu biến đổi là 75% thể tích nguyên liệu đầu. Khi đó từ đồ thị ta có V’x = 54%. Vậy : trọng lượng. Suy ra : Gx = 0,451. 424757,3 = 191565,5 (kg/h). + Hiệu suất khí thu được khi cracking phần cất chân không sôi trong giới hạn 350-500oc sẽ vào khoảng 17,7% trọng lượng theo nguyên liệu mới (Xk=17,7%). Suy ra Gk= Xk. GNL = 0,177 . 424757,3 = 75182,0(kg/h). + Gasoil nhẹ có hiệu suất 15,7% trọng lượng theo nguyên liệu mới. Do đó : Gnhẹ = 0,157 . 424757,3 = 66686,9 (kg/h). + Gasoil nặng có hiệu suất 12,8% trọng lượng theo nguyên liệu mới. Do đó: Gnặng = 0,128 . 424757,3 = 554368,9(kg/h). Lượng sản phẩm thu được trong năm tính theo đơn vị thùng(1 thùng= 150lít). Ta tính được hệ số giữa thùng và tấn như sau : Đối với sản phẩm khí : Dựa theo sản phẩm khí đang lưu hành ngoài thị trường 1 bình gas 20 lít sẽ chứa 12kg gas. Vậy Do đó 1 thùng 150 lít sẽ chứa được: 150 . 0,6 = 90 kg khí. 1000kg khí sẽ chứa đựng trong Vậy 77,4375 tấn/h khí sẽ chứa trong : 77,4375 . 11,0 = 860,0 (thùng/h). Đối với sản phẩm xăng : Một thùng 150 lít sẽ chứa trong: 150 . 0,76 = 114(kg xăng). Một tấn xăng sẽ chứa được trong : Vậy 191,5655 (tấn/h) sẽ chứa trong: 191,5655 . 9,0 = 1724,0(thùng/h). Đối với sản phẩm gasoil nhẹ : Một thùng 150 lít sẽ chứa được 150 . 0,93 = 139,5kg gasoil nhẹ. Một tấn gasoil nhẹ sẽ chứa trong: Vậy 66,6869 (tấn/h) sẽ chứa trong 66,6869 . 7,17 = 478,0(thùng/h). Đối với sản phẩm gasoil nặng : Một thùng 150lít sẽ chứa được 150 . 0,94 = 141kg gasoil nặng. Một tấn gasoil nặng sẽ chứa trong : Vậy 54,3689 (tấn/h) sẽ chứa trong 54,3689 . 7,0 = 381,0(thùng/h). Bảng 20: Lượng sản phẩm thương phẩm của quá trình cracking xúc tác Tên sản phẩm Lượng(kg/h) Lượng(thùng/h) Lượng(thùng/năm) Khí 75182,0 860,0 7100160 Xăng 191565,5 1724,0 14233344 Gasoil nhẹ 66686,9 478,0 3946368 Gasoil nặng 54368,9 381,0 3145536 Tổng 387803,3 3443 28428851 Vậy lượng sản phẩm thương phẩm tính trong một năm : 28428861(thùng/năm) III. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng Chi phí nguyên liệu và năng lượng cho 1 tấn sản phẩm : + Nguyên liệu là phần cất chân không, có Do đó, một thùng 150 lít sẽ chứa được trong nên 3.500.000.000 tấn/năm (tức 424757,3 kg/h) sẽ chứa được trong 424,7573 . 7,0 = 2973 (thùng/h). + Hệ số tiêu hao tính cho 1 thùng sản phẩm : Nguyên liệu: Hơi nước: 4,5 Nước: 0,8 Điện: 0,9 Nhiên liệu đốt lò: 0,01 (tấn/thùng sản phẩm). Bảng 21: Tính chi phí cho nguyên liệu và năng lượng STT Tên Đơn vị Hệ số tiêu hao cho 1 thùng sản phẩm Đơn giá (USD) Thành tiền (USD) 1 Nguyên liệu Thùng 0,86 17 14,62 2 Hơi nước m3 4,5 0,35 1,575 3 Nước m3 0,8 0,07 0,056 4 Điện kW.h 0,9 0,8 0,72 5 Nhiên liệu đốt Tấn 0,01 10 0,1 Tổng chi phí nguyên liệu và năng lượng cho 1 thùng sản phẩm 17,071 IV. Xác định nhu cầu công nhân cho phân xưởng + Công nhân phục vụ cho phân xưởng: Thợ điện: 3 người. Thợ cơ khí: 3 người. Công nhân trên dây chuyền: 18 người. + Số cán bộ quản lý phân xưởng: Bảo vệ: 11 người (phòng kỹ thuật, phòng hành chính, phòng quản đốc, phó quản đốc phân xưởng; mỗi phòng có 1 bảo vệ; tại 3 cửa ra vào nhà máy mỗi cửa có 2 bảo vệ). Hành chính: 2 người. Cán bộ kỹ thuật: 2 người. Quản đốc: 1 người. Phó quản đốc: 1 người. Kế toán: 2 người. Thư ký: 1 người. Tổng số lao động trong phân xưởng: 44 người. Bảng 22: Bảng tính chí phí cho công nhân STT Nơi làm việc Số người Lương/1tháng tính cho 1 người (USD) Lương/1tháng tính cho tất cả (USD) Lương/1năm tính cho tất cả (USD) 1 Bơm+máy nén 5 150 750 9000 2 Thiết bị nhiệt 5 150 750 9000 3 Các thiết bị chính 8 150 1200 14400 4 Bảo vệ 11 50 550 6600 5 Thợ điện 3 180 540 6480 6 Thợ cơ khí 3 180 540 6480 7 Hành chính 2 160 320 3840 8 Kỹ thuật 2 210 420 5040 9 Kế toán 2 210 420 5040 10 Thư ký 1 150 15 1800 11 Quản đốc 1 225 225 2700 12 Phó quản đốc 1 220 220 2640 Tổng tiền lương cho lao động 73020 Ngoài ra, còn trích 19% theo quỹ lương cho bảo hiểm xã hội. Do đó, chi phí tiền lương cho công nhân tính trên 1 thùng sản phẩm : USD/thùng sản phẩm. V. Tính khấu hao cho phân xưởng Vốn đầu tư cho xây dựng: Vxd = 150.000.000 USD Vốn đầu tư cho thiết bị: VTB = 500.000.000 USD Các chi phí khác lấy bằng 5% vốn đầu tư: Suy ra Vdt = Vxd + VTB + 0,05 Vdt Suy ra Vdt = = USD. Tính khấu hao cơ bản: + Nhà sản xuất có thời gian khấu hao cơ bản là 20 năm, do đó mức khấu hao theo tài sản là: Mức khấu hao là USD/năm. + Thiết bị có thời gian làm việc chung là 20 năm, do đó mức khấu hao trong 1 năm là: USD/năm. + Khấu hao sửa chữa lấy bằng 5% khấu hao cơ bản: Mức khấu hao là: 0,05.(7.500.000 + 25.000.000) = 1.625.000 USD/năm. Do đó, tổng mức khấu hao trong 1 năm là: 7.500.000 + 25.000.000 + 1.625.000 =34.125.000 USD/năm. Nên mức khấu hao tính cho 1 thùng sản phẩm : USD/thùng sản phẩm. VI. Tính các chi phí khác cho 1 thùng sản phẩm + Chi phí khác cho phân xưởng lấy 2% chi phí sản xuất (CPSX). CPSX = 0,02 . CPSX + khấu hao + tiền lương + Tổng chi phí nguyên liệu và năng lượng. CPSX = 0,02 . CPSX + 0,98 + 0,003 + 18,118 à CPSX = 19,49 USD/thùng sản phẩm. Do đó, các chi phí khác là: 19,49 . 0,02 = 0,3898 USD/thùng sản phẩm. + Chi phí cho quản lý doanh nghiệp và chi phí bán hàng lấy bằng 2% giá thành tính cho 1 thùng sản phẩm. GTSP = 0,02 . GTSP + CPSX àGTSP == USD/thùng sản phẩm. Và khi đó chi phí quản lý doanh nghiệp và chi phí bán hàng là: 0,02 . 19,89 = 0,398 USD/thùng sản phẩm. Bảng 23: Các chi phí tính cho 1 thùng sản phẩm STT Khoảng chi phí Chi phí/thùng sản phẩm(USD) 1 Nguyên liệu và năng lượng 18,118 2 Chi phí cho công nhân 0,003 3 Khấu hao 0,98 4 Chi phí cho quản lý+bán hàng 0,398 5 Chi phí sản xuất 19,49 6 Các chi phí khác 0,3898 Tổng các chi phí 39,3788 Vậy tổng chi phí trong 1 năm sản xuất của phân xưởng: 39,3788 . 28428851 = 1119494038 USD/năm. VII. Xác định hiệu quả kinh tế ở nước ta, từ trước cho đến nay các sản phẩm xăng dầu phần lớn nhập từ nước ngoài nên ngoài tiền công vận chuyển còn có tiền xuất nhập khẩu. Chính vì vậy, giá thành của sản phẩm khá cao. Nếu ta sản xuất và chế biến được sản phẩm dầu mỏ thì giá thành của xăng dầu sẽ hạ rất thấp. Tuy nhiên có thể chấp nhận giá thành lưu thông ngoài thị trường. Bảng 24: Bảng quy định giá bán các sản phẩm của phân xưởng STT Tên sản phẩm Đơn giá cho 1 thùng sản phẩm (USD) Lượng sản phẩm (thùng/năm) Thành tiền (USD/năm) 1 Khí 24 6890233 165365592 2 Xăng 80 13871127 1109690160 3 Gasoil nhẹ 58 3947800 228972400 4 Gasoil nặng 33 3182672 105028176 5 Cốc 100 (USD/tấn) 234900 (tấn/năm) 23490000 Tổng doanh thu của phân xưởng trong 1 năm 1632546328 + Lợi nhuận của phân xưởng: Lợi nhuận của phân xưởng (LN) = Doanh thu(DT) - Tổng chi phí(TCP) -Thuế(T). Trong đó: thuế lấy bằng 5% doanh thu (DT) LN = DT - TCP - 0,05.DT = (1-0,05) . 1632546328 – 1119494038 = 431424973,6 USD/năm. + Doanh lợi của vốn đầu tư: DL = Vsx= TCP + Vdt = 1119494038 + 684210526 = 1803704564 USD/năm. Ú DL = + Thời gian thu hồi: Thv= năm. Vậy thời gian thu hồi vốn của phân xưởng là gần 4 năm. Chương VI: An toàn lao động và bảo vệ môi trường [15] 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.