Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetaldehyt

+ CH3OH. Quá trình oxy hoá butan hoặc hỗn hợp propan-butan với xúc tác ở pha hơi tạo nhiều sản phẩm như : CH3CHO, HCHO, CH3OH… Tỷ lệ hydrocacbon/oxy = 5/1¸20/1 Nhiệt độ là 4000C, áp suất là 100Psi. Thời gian phản ứng của hỗn hợp trong zôn phản ứng là 0,25¸2 giây. Thời gian lưu ngắn để ngăn cản sự phân huỷ sản phẩm, sau khi ra khỏi vùng phản ứng thì sản phẩm phải được làm lạnh để giảm nhiệt độ. *Công nghệ sản xuất axetaldehyt của hãng Colanese Corp không dùng xúc tác. Trong sự biến đổi dòng hydrocacbon được nén với không khí và khí tuần hoàn chứa hydrocacbon không phản ứng CO3,CO2,H2. Toàn bộ khí được đun nóng tới 3700C dưới áp suất 70 Bar và oxy hoá ở 4500C. Sự phân huỷ các peroxyt .Các khí nóng được đưa đi làm lạnh rồi cho vào bể chứa để tách hơi và dung dịch. Phần dung dịch ở đáy bể là axit axetic và formandehyt. Hỗn hợp khí bay lên vào thiết bị hấp thụ bằng nước để thu hồi các hợp chất oxy hoá và các hydrocacbon chưa phản ứng sẽ được tái sử dụng. Sản phẩm oxy hoá vào thiết bị chưng nhanh và được làm tinh khiết bằng quá trình chưng cất đẳng phí. Hơi axetaldehyt thu được trên đỉnh thiết bị. Sự oxy hoá của n- butan tạo ra axetaldehyt, formandehyt, metan, axeton và các dung dịch hỗn tạo như các sản phẩm chính.Các andehyt khác, alcolhol, axeton, glycol, và các peroxit khác,các axit hữu cơ tạo thành với nồng độ thấp hơn. Thành phần của hỗn hợp sản phẩm phụ thuộc vào mức của hydro được đưa vào đầu như nguyên liệu gốc. Kết quả thu được axetaldehyt cao nhất là sự oxy hoá n-butan với oxy hơn là với không khí. V-SẢN XUẤT AXETALDEHYT TỪ NGUỒN C1. Vào những năm 1973 đến 1974 giá dầu tăng nên nguồn C1 trở nên quan trọng và là nguồn nguyên liệu cho hoá học hữu cơ và thay thế cho dầu. Tuy nhiên với quá trình sản xuất axetaldehyt thì dường như nguồn C1 chưa quan trọng lắm bởi từ nguồn này thu được hiệu suất axetaldehyt thấp. V.1- sản xuất axetandehyt trực tiếp từ khí tổng hợp. (H.6) Sơ đồ sản xuất axetaldehyt từ khí tổng hợp Khí tổng hợp (CO + H2) qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi vào thiết bị phản ứng loại ống chùm. Hỗn hợp sản phẩm gồm axit axetic, etanal, hydrocacbon no, chủ yếu là C2H4, CO và H2 dư được qua thiết bị làm lạnh rồi cho vào tháp hấp thụ. Dung dịch lỏng từ đáy thiết bị được đưa đi ngưng tụ, làm lạnh một phần được đưa lên đỉnh tháp hấp thụ để làm chất hấp thụ, một phần được đưa sang tháp thiết bị chứa sản phẩm axit axetic thô. Hơi bay lên từ đỉnh tháp hấp thụ cho sang tháp hấp thụ bằng nước khác (2). Tại đây khí chưa phản ứng gồm CO, H2 dư được quay trở lại thiết bị phản ứng, hỗn hợp lỏng ở đáy thiết bị hấp thụ thứ 2 được đưa vào bình ổn định. Sau đó dung dịch được bơm vào tháp chưng cất thu hơi axetaldehyt thô. Axit axetic thô được đưa đi chưng cất nhiều giai đoạn thu được axit axetic tinh khiết. Trong quá trình này thu được một phần nhỏ axetaldehyt. Hiệu suất axetaldehyt thu được là 30%. Chất xúc tác là hợp chất Co, Ru, được hoạt hoá bằng các hợp chất iốt hoặc MgCl2 với chất mang là silicat. Tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng mà các sản phẩm có độ chọn lọc và hoạt tính khác nhau. Khi tăng áp suất riêng phần của CO và tỷ lệ CO/H2 thì độ chọn lọc của axetaldehyt và metan giảm, độ chọn lọc của axit axetic tăng lên bởi vì sự tạo thành axit axetic. Khi giảm áp suất riêng phần của H2 sẽ làm giảm hoạt tính của axit axetic và hoạt tính tổng cộng giảm. Theo phương pháp này thì độ chọn lọc thấp do đó không có ứng dụng trong công nghiệp. Phương pháp này chỉ để sản xuất ra axit axetic, còn axetaldehyt chỉ là sản phẩm phụ. V.2 sản xuất axetaldehyt từ methanol, metyl axetat hoặc anhydrit axetic. Hydromin hoá metanol với CO/H2 cũng tạo ra axetaldehyt hay còn gọi là tổng hợp oxo. Xúc tác sử dụng cho quá trình là Co, Ni và muối sắt. Nhiệt độ phản ứng là 180¸2000C, áp suất từ 30¸40Mpa. Độ chọn lọc của axetaldehyt là 80% khi dùng xúc tác Co-Ni hoặc sắt-coban cacbonyl cùng với amin bậc ba, phosphin thì độ chọn lọc sẽ cao hơn. Trong quá trình hydrocacbonyl của metyl axetat với chất xúc tác là Pd hoặc Rh khi có mặt phosphin bậc ba và các hợp chất ion thì độ chọn lọc cũng cao hơn. Tuy nhiên quá trình này không được ứng dụng trong công nghiệp. VI- SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT AXETALDEHYT. Phương pháp sản xuất axetaldehyt từ Etanol được sử dụng đầu tiên bằng quá trình oxy hoá sau đó là quá trình dehydro hoá. Tuy nhiên cả hai quá trình này đều đem lại hiệu quả kinh tế thấp, hiệu suất của các quá trình không cao. Do sự tồn tại khuyết điểm về nhiệt của cả hai quá trình oxy hoá và dehydro hoá. Với quá trình kết hợp cả hai quá trình này (oxy hoá và hydro hoá) thì không cần cấp nhiệt cho phản ứng hoặc lấy nhiệt thừa đi trong quá trình oxy hoá. Phương pháp này do sử dụng hai tháp hấp thụ (một tháp sử dụng dung dịch tuần hoàn, một tháp sử dụng nước) nên sẽ hấp thụ được sản phẩm triệt để. Nhưng do giá thành đầu tư ban đầu quá lớn nên ngày nay phương pháp này cũng Ýt được sử dụng. Phương pháp sản xuất axetaldehyt từ axetylen là phương pháp được sử dụng nhiều và thông dụng nhất. Quá trình hydrat hoá axetylen ở pha lỏng là quá trình được sử dụng nhiều nhất, thu được hiệu suất sản phẩm cao, tuy nhiên quá trình này có thể ảnh hưởng do xúc tác sử dụng là thuỷ ngân rất độc. Để hạn chế sự độc hại của thuỷ ngân người ta thay thế quá trình này bằng quá trình hydrat hoá trong pha hơi. Nhưng do quá trình này lại phải sử dụng nhiều thiết bị phản ứng do đó vốn đầu tư cao. Hiện nay nghành công nghiệp dầu khí đang phát triển quá trình sản xuất axetaldehyt từ axetylen dần dần được thay thế bởi nguồn nguyên liệu là etylen dễ kiếm, giá thành rẻ hơn. Etylen được oxy hoá trực tiếp bằng oxy. Với phương pháp này có hai loại công nghệ sản xuất đó là công nghệ một cấp và hai cấp. Cả hai công nghệ này đều cho hiệu suất axetandehyt cao. Công nghệ một cấp đòi hỏi etylen có độ sạch, còn công nghệ hai cấp thì không cần. Trong công nghệ dung dịch CuCl2- PdCl2 ăn mòn rất cao nên đòi hỏi thành thiết bị phải sử dụng Ti hoặc hợp kim của Ti đây là một loại kim loại đắt tiền, dẫn đến vốn đầu tư lớn. Mặt khác vấn đề cần chú ý là xử lý các sản phẩm phụ bị clo hoá, đặc biệt là axetaldehyt bị clo hoá là một chất rất độ, chúng có tính sát trùng và ngăn cản sự oxy hoá sinh học Hydrocabon no là nguồn nguyên liệu rẻ tiền tuy nhiên quá trình sản xuất axetaldehyt từ nguồn nguyên liệu này vẫn chư phát triển rộng rãi, do khi kết thúc quá trình còn có các sản phẩm oxy hoá khác được tạo thành cùng với axetaldehyt. Quá trình này chỉ được sử dụng với qui mô nhỏ, khi mà cả sản phẩm chính và phụ của quá trình đều được sử dụng. Các phương pháp tổng hợp từ metanol và oxyt cacbon hiện nay đang được quan tâm đặc biệt. Quá trình sản xuất axetaldehyt từ khí tổng hợp có độ chọn lọc thấp do đó Ýt có ứng dụng trong công nghiệp. Đi từ khí tổng hợp thì axetaldehyt chỉ là sản phẩm phụ của quá trình. Vậy đến nay thì quá trình sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen vẫn bảo toàn giá trị của nó. PHẦN II. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG. Các số liệu ban đầu: Thành phần hỗn hợp khí nguyên liệu gồm: C2H2 : 99%. H2O : 0,03%. O2 : 0,01% N2 : 0,96% Mức độ chuyển hoá 50 ¸ 60% Nước sử dụng trong quá trình là nước công nghiệp, coi như là nước kỹ thuật (nước không có tạp chất) Thành phần sản phẩm: CH3CHO : 97% CH3COOH+ :3% Tổn thất : 4% I- CÂN BẰNG VẬT CHẤT. *Xác định thời gian làm việc của phân xưởng. Chọn thiết bị làm việc trong phân xưởng là loại thiết bị phản ứng tháp sủi bọt làm việc liên tục.Thiết bị chỉ ngừng làm việc khi cần phải sửa chữa . Thời gian làm việc thực tế được xác định theo công thức. TTT = T – TNG Trong đó: TTT : số ngày làm việc thực tế trong một năm T : tổng số ngày trong năm(365 ngày) TNG : số này nghỉ để duy tu bảo dưỡng thiết bị. Ở đây ta chọn số ngày nghỉ của thiết bị là 30 ngày. TTT = 365 – 30 = 335(ngày). Do thiết bị làm liên tục trong ngày nên ta có số giờ làm việc trong một năm. TTT = 335 . 24 = 8040(giờ/năm). I.1- Tính cân bằng vật chất đối với tháp dehydro hoá(2). 1) Lượng C2H2 cần dùng để sản xuất CH3CHO Năng suất sản xuất CH3CHO trong một giờ là. Mặt khác trong quá trình sản xuất do tổn thất một lượng CH3CHO là 4% nên năng suất thực tế của thiết bị là. Năng suất tổn thất là: Tổng năng suất là: Phương trình phản ứng của quá trình Phản ứng chính. Hg2+ H2SO4 C2H2 + H2O ® CH3CHO (1) Phản ứng phụ: CH3CHO + 1/2O2 ® CH3COOH (2) C2H2 + CH3CHO ® CH3-CH=CH-CHO (3) Theo phương trình phản ứng (1) thì cứ 26(kg) C2H2 thì tạo ra 44(kg) CH3CHO.Vậy để tạo thành 19403(kg) CH3CHO thì ta cần một lượng C2H2 là. Tuy nhiên mức độ chuyển hoá của C2H2 là 55% đối với mỗi lần phản ứng. Vậy lượng C2H2 thực tế cần dùng là. Vậy ta có một lượng C2H2 dư là. Thành phần nguyên liệu đưa vào sản xuất ban đầu là:C2H2- 99%; H2O- 0,03%; O2- 0,01%; N2- 0,96%. - Lượng C2H2 thực tế đưa vào thiết bị là. - Lượng hơi nước lẫn trong nguyên liệu đưa vào. - Lượng O2 lẫn trong nguyên liệu đưa vào - Lượng N2 lẫn trong nguyên liệu đưa vào. Vậy: lượng C2H2 nguyên chất đưa vào thiết bị là. Lượng H2O cần dùng cho quá trình. Để tiện cho quá trình tình toán ta coi như nước dùng trong quá trình sản xuất là nước kỹ thuật (nước đã loại bỏ tạp chất). Vậy lượng nước cần dùng theo phương trình (1) ta có. Tính tiêu hao nguyên liệu cho sản phẩm phụ. Trong quá trình sản xuất sản phẩm tạo thành ngoài CH3CHO còn có CH3COOH và CH3-CH=CH-CHO. Ta có phương trình phản ứng. CH3CHO + 1/2O2 ® CH3COOH (2) C2H2 + CH3CHO ® CH3-CH=CH-CHO (3) Theo đề ra ta có 3% lượng CH3CHO tham gia phản ứng phụ. Vậy lượng CH3CHO tham gia phản ứng phụ là. Lượng CH3CHO thực tế thu được là. Theo phương trình (2) với 44(kg) CH3CHO tác dụng với 16(kg) O2 thì tạo thành 60(kg) CH3COOH. Vậy với 582,09 (kg) CH3CHO thì tạo thành một lượng CH3COOH là. Ta có trong nguyên liệu mang vào có một lượng O2 là 2,1(kg) do đó lượng CH3CHO cần cho phản ứng là. Lượng CH3COOH được tạo thành là. Theo phương trình (3) với 44(kg) CH3CHO tác dụng với 26(kg) C2H2 thì tạo thành 70(kg) C3H5CHO. Vậy với 582,09 (kg) CH3CHO tác dụng với n(kg) C2H2 thì tạo thành m(kg) CH3COOH. Lượng CH3CHO tham gia phản ứng (3) là. Lượng C3H5CHO được tạo thành là. Lượng C2H2 cần thiết để tham gia phản ứng phụ (3) là. Lượng C2H2 còn lại sau quá trình phản ứng là. Trong quá trình sản xuất ta có phương trình cân bằng vật chất là. Bảng cân bằng vật chất Các cấu tử vào (Kg/h) Các cấu tử ra (Kg/h) C2H2(kỹ thuật) 20846,2 CH3CHO 18820,91 O2 2,1 CH3COOH 7,875 N2 202,14 C3H5CHO 916,865 H2O 6,32 C2H2(dư) 9040,25 H2O(ngl) 7937,6 N2 202,14 H2O 6,32 åGvào 28994,36 åGra 28994,36 I.2- Cân bằng vật chất đối với tháp hấp thụ(5). Sản phẩm sau khi ra khỏi tháp dehydro hoá qua hệ thống làm lạnh, phần ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh chủ yếu là nước được cho quay lại tháp hydro hoá. Dung dịch axetaldehyt cùng với hơi và khí không ngưng khác được đưa sang tháp hấp thụ. Tại tháp hấp thụ ta dùng nước để hấp thụ axetylen. Sản phẩm đi vào tháp hấp thụ gồm có: CH3CHO, CH3COOH, C3H5CHO, C2H2(dư), N2. CH3CHO,CH3COOH C3H5CHO,C2H2,H2O (5) C2H2,N2 H2O CH3CHO,CH3COOH C3H5CHO,C2H2,N2 Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình. G.(yđ - yc) = L(xc – xđ). Trong đó: L : lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ(kg/h). G : lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ.(kg/h). yđ, yc : nồng độ đầu và cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kg/kg khí trơ). xđ, xc : nồng độ đầu và cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (kg/kg dung môi). Khối lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ là. Gvào = GCH3CHO + GCH3COOH + GC3H5CHO + GC2H2 + GN2 Gvào = 18820,91 + 7,875 + 916,865 + 9040,25 + 202,14 Gvào = 28988,04 (kg/h). Coi C2H2 bị hấp thụ 90%. Vậy lượng khí C2H2 bị hấp thụ là. GC2H2(ht) = 0,9.9040,25 = 8136,23 (kg/h) Vậy lượng khí C2H2 không bị hấp thụ là. GC2H2(không ht) = (1- 0,9).9040,25 = 904,025 (kg/h) Mặt khác ta biết dung dịch axetaldehyt đi ra khỏi tháp hấp thụ chứa 9% axetaldehyt. Vậy lượng dung dịch đi ra khỏi tháp hấp thụ là. Hỗn hợp đi ra khỏi đáy tháp hấp thụ gồm có: CH3CHO, CH3COOH, C3H5CHO, C2H2 bị hấp thụ và H2O. Gđáy = GCH3CHO + GCH3COOH + GC3H5CHO + GC2H2(bị hấp thụ) + GH2O Þ GH2O = Gđáy – (GCH3CHO + GCH3COOH + GC3H5CHO + GC2H2(bị hấp thụ)) Þ GH2O = 209121,22 – (18820,91 + 7,875 + 916,865 + 8136,23) Þ GH2O = 181239,34 (kg/h). Theo phương trình cân bằng vật chất. Bảng cân bằng vật chất Các cấu tử vào (Kg/h) Các cấu tử ra (Kg/h) CH3CHO 18820,91 CH3CHO 18820,91 CH3COOH 7,875 CH3COOH 7,875 C3H5CHO 916,865 C3H5CHO 916,865 C2H2 9040,25 C2H2(bị hấp thụ) 8136,23 N2 202,14 C2H2(không bị hấp thụ) 904,025 H2O 181239,34 N2 202,14 H2O 181239,34 åGvào 210227,38 åGra 210227,385 I.3-Cân bằng vật chất đối với tháp chưng (7). Sau khi ra khỏi tháp hấp thụ hỗn hợp được đưa sang tháp bốc hơi tại đây Axetylen thoát ra ở đỉnh tháp. H2O CH3COOH C2H2 (7) CH3CHO,CH3COOH C3H5CHO,C2H2,H2O CH3CHO, C3H5CHO H¬i Hỗn hợp vào thiết bị phản ứng gồm có: CH3CHO, CH3COOH, C3H5CHO, C2H2 bị hấp thụ và H2O. Lưu lượng hỗn hợp vào thiết bị phản là: Gvào = GCH3CHO + GCH3COOH + GC3H5CHO + GC2H2(bị hấp thụ) + GH2O Gvào = 18820,91 + 7,875 + 916,865 + 8136,23 + 181239,34 Gvào = 209121,22 (kg/h). Ra khỏi thiết bị phản ứng ở đỉnh tháp là : C2H2, dung dịch CH3CHO và C3H5CHO. Lưu lượng C2H2 ra khỏi đỉnh tháp là: GC2H2= 8136,23 (kg/h). Lưu lượng dung dịch CH3CHO và C3H5CHO ra khỏi tháp là. G = 18820,91 + 916,865 = 19737,77(kg/h). Đi ra ở đáy thiết bị phản ứng gồm có: CH3COOH và H2O. Lượng nước đi ra ở đáy tháp là. Gđáy= GCH3COOH + GH2O Gđáy= 7,875 + 181239,34 Gđáy= 181247,21(kg/h) Theo phương trình cân bằng vật chất. Bảng cân bằng vật chất Các cấu tử vào (Kg/h) Các cấu tử ra (Kg/h) CH3CHO 18820,91 CH3CHO 18820,91 CH3COOH 7,875 C3H5CHO 916,865 C3H5CHO 916,865 Hỗn hợp ra ở đáy 181247,21 C2H2 8136,23 C2H2 8136,23 H2O 181239,34 åGvào 209121,22 åGra 209121,22 I.4-Cân bằng vật chất đối với tháp tinh luyện (11). CH3CHO C3H5CHO (11) CH3CHO C3H5CHO Hỗn hợp đi vào thiết bị phản ứng gồm có: CH3COOH, C3H5CHO. Lượng hỗn hợp đi vào đỉnh tháp là: Gvào = GCH3CHO + GC3H5CHO = 18820,91 + 916,865 = 19737,78(kg/h). Đi ra khỏi đỉnh tháp tinh luyện thu được Axetatdehyt 99%. Vậy lượng Axetatdehyt đi ra khỏi đỉnh tháp là. GCH3CHO = 0,99. 18820,91 = 18632,7(kg/h). Còn 1% Axetatdehyt đi ra cùng C3H5CHO. Lượng hỗn hợp chất đi ra khỏi đáy tháp là. Gđáy = 916,865 + 0,01. 18820,91 =1105,07 (kg/h). Dung dịch C3H5CHO đi ra ở đáy tháp được hồi lưu một phần (5%). Vậy lượng dung dịch C3H5CHO bị hồi lưu là. GC3H5CHO = 1105,07.0,05 = 55,25(kg/h). Vậy lượng hỗn hợp chất thực đi ra khỏi đáy tháp là. Gđáy = 1105,07 - 55,25 = 1049,82 (kg/h) Theo phương trình cân bằng vật chất : Bảng cân bằng vật chất Các cấu tử vào (Kg/h) Các cấu tử ra (Kg/h) CH3CHO 18820,91 CH3CHO 18632,7 C3H5CHO 916,865 Hỗn hợp ra khỏi đáy tháp: C3H5CHO,… 1105,07 åGvào 19737,77 åGra 19737,77 II-TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG. Phản ứng tạo thành axetaldehyt là một phản ứng toả nhiệt. Do đó, để duy trì phản ứng liên tục ta cần phải cung cấp cho quá trình một lượng nhiệt cần thiết. Ở đây ta chọn nhiệt độ nguyên liệu vào là 250C, nhiệt độ đầu ra của sản phẩm là 970C Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có: åQvào = åQra II.1-nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào. Nguyên liệu đầu vào của quá trình gồm có C2H2 và nước, do đó ta có Qnl = Qaxetylen + Qnước Trong đó. Qaxetylen :nhiệt lượng do C2H2 mang vào.(kcal/h) Qnước :nhiệt lượng do H2O mang vào.(kcal/h) Mặt khác ta có lượng nhiệt được xác định theo công thức. Trong đó: Q : nhiệt lượng do dung dịch mang vào(kcal/h) T : nhiệt độ của cấu tử i Gi : khối lượng riêng của cấu tử i tại nhiệt độ t (kcal/kg.độ) Nhiệt độ của nguyên liệu ở đầu vào là 250C, tra sổ tay và nội suy ta có nhiệt dung riêng của các cấu tử là: Cấu tử C2H2 H2O O2 N2 Cp(kcal/kg.độ) 0,41 0,9989 0,22 0,25 Nhiệt lượng do C2H2 kỹ thuật mang vào Nhiệt lượng do các cấu tử khác lẫn trong nguyên liệu mang vào. vậy: Qaxetylen = qC2H2 + qH2O + qN2 + qO2 Qaxetylen = 213673,55 + 157,58 + 1263,38 + 11,55 Qaxetylen = 205890,99(kcal/h) Nhiệt lượng do H2O (nguyên liệu ) mang vào Þ II.2-nhiệt lượng do các phản ứng tạo thành. Ta có các phản ứng xẩy ra trong quá trình. C2H2 + H2O ® CH3CHO (1) DH1 = 38,8(kcal) CH3CHO + 1/2O2 ® CH3COOH (2) C2H2 + CH3CHO ® CH3-CH=CH-CHO (3) áp dụng công thức: Q = a. DH Trong đó: a :sè mol của sản phẩm phản ứng. DH :hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Mặt khác ta có: Nhiệt cháy của CH3CHO là DHc = -1168,79(kj/kmol) Nhiệt cháy của CH3COOH là DHc = -874,8(kj/kmol) Vậy Nhiệt cháy của CH3CHO ở 298K là: DH298 = -39,76(kcal/kmol) Nhiệt cháy của C2H2 ở 298K là: DH298 = -39,76(kcal/kmol) Nhiệt cháy của C3H5CHO ở 298K là: DH298 = -39,76(kcal/kmol) Tại 298K ta có Cấu tử CH3CHO C2H2 C3H5CHO Cp(kcal/kg.độ) 0,358 0,41 0,96 Vậy nhiệt dung riêng của phản ứng ở 298K là: CP = CP(C3H5CHO) - (CP(CH3CHO) + CP(C2H2)) CP = 0,96 - (0,41+0,358) = 0.192(kcal/kg.độ) Nhiệt cháy của phản ứng ở 298K. DHPƯ = DHC3H5CHO – ( DHCH3CHO + DHC2H2) DHPƯ = -65,13 – (-29,76 + 54,19) = -79,56(kcal/kmol) Nhiệt cháy của phản ứng ở 370K. DHT(379)= DHT(298) + CPòdt. DHT(379)= -79,56 + 0,192.(370 - 298) = -65,736(kcal/kmol) Þ QPư = Q1 + Q2 + Q3 QPư = 16596,62 + 9,12 + 816 = 17421,74(kcal/h) II.3-nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng nguyên liệu đến nhiệt độ cần thiết. Tại 610C tra sổ tay và nội suy ta có: Cấu tử C2H2 H2O N2 O2 Cp(kcal/kg.độ) 0,43 0,994 0,258 0,2207 Nhiệt lượng để đốt nóng C2H2là: QC2H2 = qC2H2 + qH2O + qN2 + qO2 Với: QC2H2 = 499878,2 + 383,207 + 3181,28 + 28,27 = 503470,96(kcal/h) Nhiệt lượng để đốt nóng H2O đến nhiệt độ phản ứng. II.4-nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị phản ứng. Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng bao gồm: CH3CHO, CH3COOH, C3H5CHO, C2H2, H2O, N2. Tra bảng và nội suy ta có nhiệt dung riêng của các cấu tử ở 970c là: Cấu tử CH3CHO CH3COOH C3H5CHO C2H2 H2O N2 Cp(kcal/kg.độ) 0,3321 0,54015 95 0,455 1,0068 0,2493 Sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng ở 970C. Nhiệt lượng do từng cấu tử mang ra là: Þ QSP = qCH3CHO + qCH3COOH + qC3H5CHO + qC2H2 + qH2O + qN2 QSP = 1334282,49(kcal/h) II.5-nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh. Ở đây ta lấy Qmm = 5%(Qnl + Qđn + Qpư) Qmm = 0,05.(402326,75 + 984759,4 + 503470,96) Qmm = 70225,4(kcal/h) Bảng cân bằng nhiệt lượng. Lượng nhiệt vào Lượng nhiệt ra Qcấu tử Kcal/h Qcấu tử Kcal/h Qnl 402326,75 QSP 1334282,49 Qđn 984759,4 Qmm 70225,4 Qpư 17421,74 Qtông 1404507,89 Qtông 1404500,89 PHẦN III .TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I.TÍNH LƯỢNG XÚC TÁC ĐI QUA THIẾT BỊ. Chọn quá trình làm việc của thiết bị phản ứng ở nhiệt độ 940C và áp suất 2at. Thể tích của xúc tác được xác định theo công thức. Vxt = Qv.t Trong đó: Qv : lưu lượng hỗn hợp khí đi qua thiết bị phản ứng m3/s t : thời gian tiếp xúc của hỗn hợp với xúc tác trong thiết bị phản ứng Trong thiết bị loại tầng sôi này ta chọn (t= 0,5s) với thời gian này đủ để phản ứng tạo axetandehyt *Tính thể tích hỗn hợp khí qua thiết bị. Biết hỗn hợp khí đi vào thiết bị gồm:C2H2,N2,O2,H2O. Lưu lượng thể tích của chúng được tính theo công thức: Trong đó: G : lượng khí đi qua thiết bị phản ứng trong một giờ. : khối lượng riêng của khí(kg/m3) được tính theo công thức: Với: M : khối lượng phân tử khí (kg/mol). P : áp suất của thiết bị(at) Po : áp suất ở điều kiện tiêu chuẩn. T : nhiệt độ chuyển khối của khí. *Lưu lượng thể tích của C2H2 qua thể tích của thiết bị là. với lượng khí C2H2 là: GC2H2 = 20846,2(kg/h) Lượng thể tích của các chất lẫn trong nguyên liệu ban đầu là: *Lưu lượng thể tích của O2. Với lượng khí O2 là: GO2 = 2,1(kg/h) *Lưu lượng thể tích của N2. Với lượng khí N2 là: GN2 = 202,14(kg/h) *Lưu lượng thể tích của H2O. Với lượng khí H2O là: GH2O = 6,32 + 7937,6 = 7943,92(kg/h) Vậy tổng thể tích của hỗn hợp khí qua thiết bị phản ứng là. Qhh = LC2H2 + LO2 + LN2 + LH2O Qhh = 12071,88 + 0,988 + 108,68 + 6675,56 = 18857,11(m3/h) Qhh = 18857,11(m3/h) = 5,24(m3/s) Lượng khí đi qua lớp xúc tác chính là lượng khí đi vào thiết bị phản ứng , vậy lưu lượng khí đi vào thiết bị là. Qv = Qhh = 5,24(m3/s) Vậy thể tích xúc tác trong thiết bị khi xúc tác và hỗn hợp phản ứng tiếp xúc là. Vxt = Qv.t = 5,24.0,5 = 2,62(m3) II.TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH. Gọi thời gian lưu trong thiết bị là t, ta có thể lấy t = 10(s). Vậy thể tích của thiết bị là: V = Qv. t Trong đó: Qv : lưu lượng thể tích hỗn hợp khí. Þ V = 5,24.10 = 52,4(m3). Biết được thể tích của thiết bị có tthể xác định được chiều cao hoặc đường kính của thiết bị bằng cách chọn một trong hai đại lượng rồi tính. Kết quả thu được phù hợp với giá trị của các thông số thì ta lấy giá trị đó. Đường kính của thiết bị được xác định theo công thức. (2) *Giả thiết chọn chiều cao của thiết bị là H = 10(m), thay vào công thức (2) ta có Quy chuẩn về D = 1,3(m) *Giả thiết chọn chiều cao của thiết bị là H = 11(m), thay vào công thức (2) ta có Quy chuẩn về D = 1,3(m) *Giả thiết chọn chiều cao của thiết bị là H = 12(m), thay vào công thức (2) ta có Quy chuẩn về D = 1,2(m) Vậy: Theo các kết quả tính toán ta thấy với tháp có đường kính D = 1,2(m) và chiều cao là H = 12(m) là phù hợp nhất cho quá trình sản xuất axetaldehyt với công suất là 150.000(tấn/năm). III.TÍNH TOÁN CƠ KHÍ. III.1. Tính kích thước ống dẫn. Đường kính của ống dẫn được xác định theo công thức. Trong đó: V : lưu lượng khí đi trong thiết bị(m3/h). Chọn vận tốc nguyên liệu (khí) đi trong ống là: w = 25(mm/s) *Đường kính ống dẫn hơi nước vào Chọn ống có đường kính d = 0,3(m) và chiều dầy là S = 4(mm). *Đường kính ống dẫn C2H2 vào Chọn ống có đường kính d = 0,4(m) và chiều dầy là S = 4(mm). *Đường kính ống sản phẩm ra khỏi thiết bị. Sản phẩm sau phản ứng đi ra khỏi thiết bị gồm có: CH3CHO, CH3COOH, C3H5CHO,C2H2(dư),N2,H2O. +Lượng khí C2H2(dư) đi ra : GC2H2 = 9040,25(kg/h) Khối lượng riêng của C2H2 là: dC2H2=1,8995(kg/m3). +Lượng CH3CHO đi ra : GCH3CHO = 18820,91(kg/h) Khối lượng riêng của CH3CHO là: dCH3CHO=3,18(kg/m3). +Lượng CH3COOH đi ra : GCH3COOH = 7,875(kg/h) Khối lượng riêng của CH3COOH là: +Lượng C3H5CHO đi ra : GC2H5CHO = 916,865(kg/h) Khối lượng riêng của C3H5CHO là: +Lượng H2O đi ra : GH2O = 6,23(kg/h) Khối lượng riêng của H2O là: dH2O=1,19(kg/m3). +Lượng N2 đi ra : GN2 = 202,14(kg/h) Khối lượng riêng của N2 là: dN2=1,86(kg/m3). Vậy tổng lưu lượng khí đi qua ống dẫn sản phẩm là. V = VC2H2 + VCH3CHO + VCH3COOH + VC3H5CHO + VH2O + VN2 V = 4759,28 + 5918,52 + 1,976 + 197,22 + 5,235 + 108,68 V = 10990,9(m3/h) = 3,05(m3/s) Chọn ống có đường kính d = 0,4(m) và chiều dầy là S = 4(mm). III.2. Tính chiều dầy thân thiết bị. Thiết bị thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công thức. Trong đó: Dt : đường kính trong của thiết bị (m). : hệ số bền của thân hình trụ theo phương dọc. C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dầy (m). Pt : áp suất trong của thiết bị (N/m2). Do hàn giáp nối bằng hồ quang điện nên tra bảng ta có j = 0,95. Pt = 2at = 2.105 N/m2. C = C1+ C2 + C3. C1: hệ số bổ sung do ăn mòn vật liệu của môi trường trong thời gian làm việc của thiết bị. Vì vậy làm thiết bị bằng thép không gỉ nên độ ăn mòn hàng năm C1= 1 mm = 0,001 m. C2: bổ sung do bào mòn. Do nguyên liệu không có hạt rắn và lớp xúc tác là tĩnh nên ta có. C2 = 0. C3: là đại lượng bổ sung do dung sai âm về chiều dầy, C3 được chọn theo chiều dầy của thiết bị. Þ C = C3 + 0 + 0,001(m). Tra bảng ứng suất cho phép của loại vật liệu (thép không gỉ) X18H10T là: sk = 550.106 (N/m2). Ứng suất giới hạn bền được xác định theo công thức Trong đó: : là hệ số điều chỉnh, do thiết bị được cách ly với nguồn nóng trực tiếp nên thuộc nhóm hai. Loại hai tra bảng ta có h = 1. Hệ sè an toàn theo giới hạn bền của thép không gỉ X18H10T là nk = 2,6. Vậy ta có Ứng suất cho phép của giới hạn chẩy của thép không gỉ X18H10T được xác định theo công thức. Trong đó: sch:ứng suất giới hạn bền chẩy của thép không gỉ X18H10T tra bảng ta có sch = 220.106(N/m2). nch: hệ số an toàn chẩy theo giới hạn chẩy . nch = 1,5. Thay sè ta có. Vậy để đảm bảo độ bền của thiét bị ta lấy ứng suất cho phép của thiết bị theo ứng suất nhỏ nhất tức là. [s] = [sch] = 146,67(N/m2). Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc j = 0,95. Do: Vậy có thể bỏ qua đại lượng Pt ở mẫu trong công thức tình chiều dầy của thân thiết bị. Chọn C3 = 0,8(mm) = 0,8.10-3(m). Vậy bề dầy của thân thiết bị là. S = 0,86.10-3 + 1.10-3+ 0,8.10-3 = 2,66.10-3(m) Quy chuẩn ta chọn S = 6(mm). *Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử, ta đổ đầy nước vào thiết bị phản ứng sau đó kiểm tra ứng suất. Do môi trường làm việc là hỗn hợp khí-lỏng do đó áp suất làm việc được xác định theo công thức. P0 = Pth + P1 Trong đó: +P1: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng. Được xác định theo công thức. P1 = g.r1.H1(N/m2). Với . H1: chiều cao cột chất lỏng (m) (H = 12(m)). r1: khối lượng riêng của chất lỏng (r1 = 1000(kg/m3)). G: gia tốc trọng trường (g = 9,81(m/s2)). Þ P1 = 9,81.1000.12 = 1,18.105(N/m2). +Pth: áp suất thử thuỷ lực (N/m2). Với áp suất thử. Pth = 1,5.Pt = 1,5.2.105 = 3.105(N/m2). Vậy: P0 = 3.105 + 1,18.105 = 4,18.105(N/m2). Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức sau: Kết luận: Với chiều dầy của thân thiết bị S = 6(mm) đảm bảo cho vấn đề thiết kế thiết bị phản ứng. III.3. Tính đáy và nắp thiết bị. Nắp và đáy cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị và được chế tạo cùng loại với vật liệu làm thân thiết bị là thép không gỉ X18H10T. Ở đây ta chọn nắp và đáy thiết bị là hình elip có gờ. Vì ta chọn nắp và đáy cùng vật liệu với thân nên có hệ số bền j = 0,95. Ứng suất [s] = [sch] = 146,67.106(N/m2). Chiều dầy của đáy và nắp được xác định theo công thức. Trong đó: Dt:đường kính trong của tháp. k: hệ số không thứ nguyên. k được xác địng theo công thức . Ở đây d là đường kính lớn nhất ( hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn) chọn nắp và đáy có lỗ 0,4(m). Vậy: jh: hệ số bền của mối hàn hướng tâm. Tra bảng jh = 0,95. hb: chiều cao phần lồi của nắp và đáy. Tra bảng hb = 0,375(m). Do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số. Vậy: S – C = 1,1(mm)<10(mm). Vậy thêm 2(mm). S = 1,1.10-3 + 2.10-3 + 1,8.10-3 = 4,9.10-3(m). Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thuỷ lực theo công thức. P0 = Pth + P1 = 3.105 + 1,18.105 = 4,18.105(N/m2). Vậy chiều dầy của nắp và đáy có thể chấp nhận được trong thiết kế thiết bị phản ứng là: S = 6(mm). *Chọn bích nối nắp và đáy với thân hình trụ (Bích liền bằng thép) PY.106(N/m2) Dt Kích thước nối Kiểu bích (kiểu 1) D Db D1 D0 Bulông h mm db z 0,1 1500 1640 1590 1560 1513 M20 32 25 *Chọn bích nối ống dẫn với thân hình trụ (Bích bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn) PY.106(N/m2) DY ống Kích thước nối Kiểu bích (kiểu 1) Dn Db D1 D0 Bulông h Mm db z 0,25 300 325 435 395 365 M20 12 22 400 426 535 495 465 M20 16 22 PHẦN IV: XÂY DỰNG NHÀ CÔNG NGHIỆP. I. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY. Việc xác định địa điểm xây dựng của nhà máy, xí nghiệp công nghiệp là một nhiệm vụ rất quan trọng. Do địa điểm xây dựng được lựa chọn sẽ ảnh hưởng tới nhiều yếu tố như: ảnh hưởng lớn tới xây dựng, sản xuất và kinh doanh… Vì vậy yêu cầu của việc chọn địa điểm phải phù hợp với dây chuyền sản xuất, đảm bảo khả năng phát triển của nhà máy hiện tại và trong tương lại *Địa điểm xây dựng nhà máy. Nhà máy sản xuất axetaldehyt được thiết kế, xây dựng tại khu công nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi. *Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy. - Xác định địa điểm xây dựng hợp lý sẽ tậo điều kiện thuận lợi cho việc chuẩn bị đầu tư, cơ sở để phát triển nhà máy, thuận lợi trong việc kinh doanh, giá thành của nguyên liệu và sản phẩm… - Địa điểm xây dựng của nhà máy phải phù hợp với quy hoặch của nhà máy, để đảm bảo sự phát triển của nhà máy, tạo điều kiện sản xuất với các phân xưởng khác, không gây trở ngại cho các phân xưởng xây dựng sau. - Địa điểm xây dựng nhà máy phải gần các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi… gần với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm của nhà máy như vậy sẽ hạn chế được tối đa các chi phí vận chuyển. - Địa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia, mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lưới kỹ thuật khác, gần nơi cung cấp nguồn nhân lực cho nhà máy. - Địa điểm được chọn cần lưu ý đến: + Khả năng của nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí giá thànhđầu tư xây dựng cơ bản, hạn chế việc vận chuyển vật tư từ nơi xa đến. + Khả năng cung ứng nhân lực cho nhà máy. *Đặc điểm sản xuất của nhà máy. Nhà máy sản xuất acetaldehyt là một nhà máy hoá chất, bên ngoài sản phẩm chính còn có các sản phẩm phụ như: axit axetic, aldehyt crotomic… .Do đó, ta phải thiết kế thêm nhiều khu liên hiệp sản xuất để tận dụng tối đa nguồn sản phẩm phụ, sản phẩm của phân xưởng này là nguyên liệu cho phân xưởng khác. Là một nhà máy sản xuất hoá chất nên không thể tránh khỏi những độc hại, do đó ta phải chú ý đến điều kiện làm việc của công nhân cũng như dân cư ở gần nhà máy. Đảm bảo trong vấn đề xử lý rác thải, nước thải. Từ nguyên liệu đến sản phẩm của nhà máy là những chất dễ nổ, cho nên trong quá trình sản xuất ta cần chú ý đến khâu an toàn trong lao động và sản xuất. *Địa điểm xây dựng nhà máy. Dựa vào các yêu cầu trên ta chọn nhà máy sản xuất axetaldehyt được thiết kế, xây dựng tại khu công nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi. Đây là khu công nghiệp đã được nhà nước phê duyệt cho xây dựng. II. YÊU CẦU VỀ KHU ĐẤT XÂY DỰNG. Khu đất xây dựng phải có hình dáng phù hợp, ở đây ta chọn khu đất có hình chữ nhật, khu đất phải có đủ diện tích để đáp ứng cho việc xây dựng nhà máy trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Quy mô của khu đất phải phù hợp cho việc bố trí công nghệ, cũng như việc bố trí các hạng mục khác như: tổ chức giao thông trong và ngoài nhà máy,… trên mặt bằng của khu đất đó. Khu đất xây dựng phải đảm bảo cách khu dân cư đô thị, đảm bảo về vvấn đề vệ sinh môi trường. Khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp tuyệt đối không được xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp. Khu đất phải cao ráo tránh ngập lụt trong mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải và nước mặt dễ dàng, tránh hiện tượng lún sau khi xây dựng. Khu dất phải tương đối bằng phẳng có độ dốc tự nhiên tốt nhất là i = 0,5¸1% để hạn chế tối đa kinh phí san lấp mặt bằng. Về mặt địa chất khu đất được lựa chọn không nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định. Cường độ chịu lực là 1,5¸2,5KG/cm3. Vị trí xây dựng nhà máy thường ở cuối hướng gió chủ đạo, bởi vì trong công nghiệp hoá chất nói chung và nhà máy chế biến dầu mỏ nói riêng , thường bị ô nhiễm do có các khí độc…, để hạn chế tối đa những ảnh hưởng xấu. Nguồn nước thải của nhà máy được xử lý phải ở hạ lưu cách bến dùng của dân cư tối thiểu 500(m). III. MẶT BẰNG NHÀ MÁY. *Trong thiết kế tổng mặt bằng nhà máy sản xuất acetaldehyt dùa theo nguyên tắc phân vùng. Theo nguyên tắc này tổng diện tích của nhà máy được chia ra làm bốn vùng chính. Các hạng mục của nhà máy được xây dựng cần thoả mãn tính chất phục vụ cho quá trình sản xuất được liên tục. Diện tích của các hạng mục nh­ sau. Nhà máy làm việc ba ca một ngày, vì vậy nhà máy có khoảng 150 công nhân và 20 công chức nên số ca làm việc có số lượng người nhiều nhất là: 50 +20 = 70(người) - Nhà vệ sinh, nhà tắm và nhà thay quần áo có chiều dài là 18(m), chiều rộng là 6(m), cao 3(m).Vậy tổng diện tích khu công trình phụ là: 18´6 = 108 (m2). - Nhà hành chính: chọn chiều dài nhà hành chính là 30(m), chiều rộng là 12(m). Vậy diện tích nhà hành chính là: 24 ´ 12 = 288(m2) - Phòng thường trực có diện tích là: 12 (m2). - Hội trường và nhà ăn: nhà được xây với chiều dài là 30(m), chiều rộng 12(m).Vậy diện tích nhà là: 24 ´ 12 = 288(m). - Nhà để xe cứu hoả có diện tích là: 162(m2). - Nhà để xe có diện tích là: 270(m2) *Nhà sản xuất chính Trong nhà máy thì khu này được bố trí ở giữa nhà máy. Do dây chuyền sản xuất acetatdehyt ngoài thiết bị chính còn có các thiết bị phụ, vì vậy ta phải bố trí sao cho phù hợp với quá trình sản xuất liên tục. Nhịp nhà. Được lựa chọn căn cứ vào kích thước thiết bị bố trí theo chiều ngang của nhà, yêu cầu của thiết bị vận chuyển. Ở đây ta chọn đường đi trong nhà máy là 6(m), khoảng cách an toàn cho công nhân làm việc, khoảng cách an toàn từ thiết bị chính là 2(m). Vậy ta chọn nhịp nhà là 18(m). Chiều cao nhà. Căn cứ vào chiều cao của thiết bị là 12(m),ta chọn nhà không cầu trục. Vậy chiều cao nhà là 15(m). Chiều dài. Chiều dài nhà công nghiệp xác định theo kích thước của thiết bị bố trí theo dọc nhà, dựa vào kích thước của thiết bị của nhà máy này ta chọn chiều dài nhà công nghiệp là 36(m). Vậy tổng diện tích của khu sản xuất là: 18 ´ 36= 648(m2). *Khu kho. Đây là khu chứa nguyên liệu và sản phẩm, do đó khu này cần được bố trí sao cho gần bộ phận phục vụ và vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm là gần nhất, Ýt gây trở ngại cho quá trình sản xuất. Kho chứa nguyên liệu thường được đặt ở đầu dây chuyền sản xuất, kho chứa thành phẩm đặt ở cuối dây chuyền sản xuất. Kho chứa nguyên liệu. Nguyên liệu chính để sản xuất acetatdehyt là axetylen và nước, do axetylen là chất khí do đó nguyên liệu này thường được đóng vào bình khoảng 50(kg/bình). Với 1(m2) thì xếp hai chồng, mỗi chồng là 10 bình. Vậy với 1(m2) chứa được một lượng nguyên liệu là: 2´10´50 = 100 (kg). Diện tích sử dụng thường xuyên của kho là 75%, kho thường dự trữ nguyên liệu trong vòng nửa tháng. Năng suất của thiết bị là 150.000(tấn/năm).Vì vậy ta chọn chiều dài kho chứa nguyên liệu là 36(m), chiều rộng là 18(m), chiều cao là 8(m). Vậy tổng diện tích kho chứa nguyên liệu là: 36 ´ 18 = 648(m2) Kho chứa sản phẩm được xây dựng gần phân xưởng hoàn thiện sản phẩm để thuận tiện cho việc vận chuyển sản phẩm. Vì vậy chọn chiều dài kho chứa sản phẩm là 30(m), chiều rộng là 18(m), chiều cao là 6(m). Vậy diện tích kho chứa sản phẩm là. 24´12= 288(m2). - Nhà cơ khí xây dựng ở phía sau nhà máy, có chiều dài là 24(m2), chiều rộng là 12(m2). Diện tích nhà cơ khí: 24 ´ 12 = 288(m2) - Trạm điện có diện tích 81(m2). - Trạm bơm có diện tích 81(m2). - Khu xử lý nước có diện tích là: 216(m2). - Khu chứa nước để sản xuất có diện tích là: 288(m2). Khu đất dự trữ có diện tích là: 720(m2) Bảng các hạng mục công trình trong thiết kế mặt bằng. STT Tên công trình Kích thước Chiều rộng (m) Chiều dài (m) Diện tích (m2) Số lượng 1 Phòng trực 3 4 12 2 2 Nhà để xe cứu hoả 9 18 162 1 3 Nhà để xe, gara ôtô 9 18 162 2 4 Nhà hành chính 12 24 288 1 5 Nhà hội trường 12 24 288 1 6 Nhà vệ sinh 6 18 108 1 7 Nhà thí nghiệm và điều khiển 9 18 162 1 8 Khu sản xuất chính 18 36 648 1 10 Kho chứa nguyên liệu 18 36 648 1 11 Kho chứa sản phẩm 12 24 288 1 12 Khu chứa nước để sản xuất 12 24 288 1 13 Khu xử lý nước thải 12 18 216 1 14 Trạm bơm 9 9 81 1 15 Trạm điện 9 9 81 1 16 Nhà cơ khí 12 24 288 1 17 Khu đất dự trữ 24 30 720 2 Tổng 5334 IV. THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY. *Nhiệm vô trong thiết kế tổng mặt bằng nhà máy Nghiên cứu, đánh giá, phân tích, tổng hợp mọi dữ liệu của dự án sang các giải pháp bố trí thực tế trên địa hình của khu đất được chọn để làm cơ sở cho việc tổ chức xây dựng nhà máy. - Đánh giá các điều kiện tự nhiên, nhân tạo của khu đất xây dựng nhà máy làm cơ sở cho các giải pháp bố trí và sắp xếp các hạng mục công trình, sao cho phù hợp tối đa các yêu cầu dây chuyền công nghệ của nhà máy. - Xác định cơ cấu mặt bằng, hình khối kiến trúc của các hạng mục công trình, định hướng nhà, tổ chức các mạng lưới đường giao thông ,công trình công cộng…Nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy. - Giải quyết các vấn đề liên quan đến môi trường qua các giải pháp để đảm bảo yêu cầu vệ sing công nghiệp, chống ô nhiễm nước và không khí, và các vấn đề liên quan đến an toàn sản xuất. - Giải quyết các quan hệ về cảnh quan đô thị với môi trường xung quanh, phù hợp hài hoà với môi rường tự nhiên. - Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương án thiết kế về các phương diện nh­ hiệu quả sử dụng đất, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. *Các yêu cầu trong thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy cần thoả mãn các yêu cầu sau: - Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được mức cao nhất của dây chuyền công nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn nhất, không trùng lặp, hạn chế tối đa sự giao nhau.Bảo đảm mối liên hệ mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông, các mạng lưới cung cấp kỹ thuật khác trong và ngoài nhà máy. - Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân thành các khu vực chức năng theo đặc điểm của 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 được xây dựng 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 vận dụng các khẳ 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 mở rộng 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 đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý, luồng người luồng hàng phải ngắn nhất không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra, còn phải chú ý khai thác phù hợp với mạng lưới giao thông quốc gia còng nh­ của 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 yêu cầu 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 của mặt trời truyền vào nhà. - Khai thác triệt để các đặc điểm địa hình tự nhiên, đặc điểm khí hậu địa phương nhằm giảm đến mức tối đa chi phí sàn nền, xử lý nền đất, tiêu thuỷ, xử lý các công trình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình. - Phải đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp vơí 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 phục vụ công cộng… Nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích đất xây dựng. - Phân chia thời kỳ xây dựng hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sắm đưa nhà máy vào sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư. - 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. V. NGUYÊN TẮC TRONG THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY. Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế tổng mặt bằng nhà máy cần vận dụng các nguyên tắc, để đạt được hiệu quả cao nhất trong khi tiến hành nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng nhà máy.Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người thiết kế sẽ vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Thực tế thiết kế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Trong thiết kế tổng mặt bằng nhà máy sản xuất acetaldehyt dùa theo nguyên tắc phân vùng. Theo nguyên tắc này tổng diện tích của nhà máy được chia ra làm bốn vùng chính. *Vùng trước nhà máy. Đây là nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, cổng ra vào, gara ôtô, nhà xe…Đối với nhà máy có qui mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trước nhà máy hầu như được dành diện tích cho bãi đỗ xe, phòng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan.Vùng này có diện tích từ 4¸20% diện tích toàn nhà máy. *Vùng sản xuất. Nơi bố trí các nhà và các công trình trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy như: các xưởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ…Tuỳ theo đặc điểm sản xuất qui mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm từ 22¸52% diện tích của toàn nhà máy. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lưu ý các điểm. - 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 gần phía cổng hoặc gần trục giao thông chình của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. - Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, lượng nhiệt, khí thải… nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo qui phạm an toàn vệ sinh công nghiệp. *Vùng các công trình phụ. Nơi đặt các công trình cung cấp năng lượng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi… Xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Tuỳ theo mức độ của công nghệ yêu cầu vùng này có diện tích từ 14¸28%tổng diện tích của toàn nhà máy.Bố trí các công trình ở vùng này lưu ý một số điểm sau. - Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thồng cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và tiêu thụ năng lượng - Tận dụng các khu đất không thuận lợi về về hường hoặc giao thông. - Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất thải bất lợi đều phải chú ý bố trí cuối hướng gió. *Kho tàng và phục vụ giao thông. Khu vực này được bố trí các hệ thống kho tàng bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá,…Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và qui mô của nhà máy mà vùng này thường chiếm từ 23¸37% tổng diện tích nhà máy, vùng này khi thiết kế cần lưu ý một số điểm sau. - Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hướng. Nhưng phải phù hợp với nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy. - Trong nhiều trường hợp do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ, hệ thồng kho tàng có thể bố trí gần trực tiếp với bộ phận sản xuất. Đối với phưong pháp phân vùng có ưu và nhược điểm sau. *Ưu điểm. - Dễ dàng quản lý theo nghành, theo các xưởng, theo công đoạn của quá trình sản xuất. - Thích hợp với với nhà máy có nhiều phân xưởng và công đoạn sản xuất khác nhau. - Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp. - Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông trong nhà máy. - Thuận lợi cho quá trình phát triển và mở rộng nhà máy. - Phù hợp với đặc điểm kkhí hậu 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, hệ số sử dụng thấp. Với các công trình khi xây dựng tuân theo phương pháp hợp khối. *Khi sử dụng nguyên tắc này cần lưu ý các yêu cầu sau. - Các xưởng sản xuất, các công trình kỹ thuật có đặc điểm giống nhau hoặc không ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình sản xuất. - Đặc điểm vệ sinh công nghiệp giống nhau hoặc Ýt ảnh hưởng nhau trong quá trình sản xuất. - Không có công đoạn sản xuất gây ô nhiễm độc hại hoặc sự cố ảnh hưởng đến các bộ phận khác. - Các chế độ khí hậu bên trong và hệ thống chiếu sáng như nhau. - Đặc điểm địa chất của khu đát cho phép, các yêu cầu của sản xuất không ảnh hưởng lẫn nhau, các phương thức tổ chức giao thông chiều đứng đơn giản có thể áp dụng iện pháp nâng tầng. *Với phương pháp này có ưu và nhược điểm sau. - Ưu điểm. Số lượng các công trình giảm, thuận lợi cho qui hoặch mặt bằng chung.Tiết kiệm đất xây dựng từ 10¸30%. Rút ngắn mạng lưới giao thông vận chuyển từ 20¸25%. Giảm giá thành xây dựng 10¸18%. Rút ngắn thời gian xây dựng từ 20¸25%. Năng suất lao động tăng từ 20¸25%. - Nhược điểm. Không phù hợp với các phân xưởng, các công đoạn sản xuất có đặc điểm, tính chất khác nhau. Điều kiện thông thoáng chiếu sáng tự nhiên kém.Gặp nhiều khó khăn trong việc tổ chức thoát nước. Trong các điều kiện địa hình không thuận lợi sẽ tốn kém cho chi phí san nền và gia cố nền móng. Đối với nhà máy sản xuất acetaldehyt khi thết kế xây dựng mặt bằng phân xưởng sản xuất theo nguyên tắc hợp khối. Các chỉ tiêu xây dựng. - Diện tích xây dựng: 6444m2 - Diện tích sử dụng: 8964m2 - Diện tích toàn nhà máy:25776m2 - Hệ số xây dựng: 25% - Hệ số sử dụng: 38% PHẦN V: AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG PHÂN XƯỞNG Trong công nghệ hoá học nói chung và trong việc sản xuất các sản phẩm từ nguyên liệu liên quan đến hoá học nói riêng, việc đảm bảo an toàn cho người lao động là một nhiệm vụ không thể thiếu trong việc thiết kế phân xưởng sản xuất. Trong phân xưởng sản xuất axetandehyt, trong sản xuất cả nguyên liệu và sản phẩm đều là chất dễ cháy nổ, do đó, cần đưa ra những nguyên tắc an toàn trong sản xuất cho người lao động. Công tác bảo đảm an toàn cho người lao động. 1) Giáo dục người lao động về an toàn lao động. Các công tác bảo hộ cho người lao động trong phân xưởng sản xuất axetaldehyt mang tình chất quần chúng, vì vậy công tác náy phảI do toàn thể cán bộ công nhân trong toàn thể nhà máy tự giác thực hiện. Tuy nhiên, hàng năm nhà máy cũng phải tổ chức đào tạo cho toàn thể cán bộ công nhân viên trong nhà máy về vấn đề an toàn trong sản xuất, đồng thời cũng phải đưa ra những qui định cụ thể về an toàn lao động trong nhà máy bắt buộc mọi người phải thực hiện, thường xuyên kiểm tra việc thực hiện quy định, an toàn khi thoa tác, kịp thời giải quyết khi có sự cố xẩy ra. 2) Trang bị bảo hộ lao động Trong nhà máy sản xuất axetandehyt, đặc biệt là bộ phận trực tiếp sản xuất thì việc cấp phát đầy đủ các trang bị bẩo hộ như quần áo, mũ, găng tay,… là điều rất cần thiết. Mhững dụng cụ này nhằm ngăn ngừa các tai nạn lao động và bệnh nghề nghiệp. Thường xuyên nhắc nhở cán bộ công nhân viên trong nhà máy thực hiện đúng nội qui an toàn. 3) Các biện pháp kỹ thuật về an toàn lao động. Công tác an toàn trong nhà máy sản xuất, ngoài những yếu tố nêu trên thì yếu tố kỹ thuật cũng hết sức quan trọng, trong đó có các yếu tố sau: - Trang bị đầy đủ các công cụ sản xuất theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. - Khi thiết kế cấn đặt các phân xưởng có tính chất độc hại ở cuối hướng gió chủ đạo. - Các hệ thống chuyển động nh­ môtơ phải có che chắn, kiểm tra nguyên vật liệu trước khi đưa vào sản xuất. - Trang bị và bảo dưỡng thường xuyên các hệ thống van, bộ phận động, ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm. - Tuyệt đối sản xuất theo yêu cầu công nghệ, khi sử dụng các háp chất dễ cháy nổ, gây bang phải hết sức cẩn thận. 4) Công tác vệ sinh lao động. Cần làm tốt công tác vệ sinh lao động để tránh các bệnh nghề nghiệp, trong phân xưởng sản xuất phải có hệ thống thông gió, chiếu sáng thích hợp. - Hệ thống thông gió. Trong quá trình sản xuất không thể tránh khỏi những khí độc, nhiệt thoát ra từ nồi hơi, thiết bị sản xuất chính. Cho nên cần có hệ thống thông gió, hút gió cho tong bộ phận trong phân xưởng. - Hệ thống chiếu sáng. Cần đảm bảo hệ thống chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo đủ ánh sáng cho công nhân làm việc, tránh các bệnh nghề nghiệp vế mắt, làm việc được chính xác có năng suất cao, có thể làm việc được ca đêm. - Hệ thống vệ sinh cá nhân. Trong phân xưởng sản xuất cần có hệ thống vệ sinh cá nhân như nhà thay quần áo, rửa tay … để đảm bảo sức khoẻ cho công nhân làm việc. Qua đó ta thấy công tác đảm bảo an toàn trong nhà máy là công việc không thể thiếu. Nhà máy thực hiện tốt công tác này sẽ đảm bảo được sức khoẻ cho công nhân và công đồng, dẫn tới năng suất sẽ cao hơn. KẾT LUẬN Sau mét thời gian cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp với đề tài là ²Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetaldehyt² đã được hoàn thành đúng thời gian, tuy nhiên còn có nhiều thiếu sót do thời gian làm việc không nhiều, chưa cập nhật được các vấn đề mới hiện nay, tài liệu tham khảo còn hạn chế… Nhưng qua thời gian nghiên cứu và làm đồ án này giúp em hiểu được tầm quan trọng của việc sản xuất axetaldehyt nói riêng cũng như các hợp chất hữu cơ khác trong công nghiệp, đặc biệt là việc tận dụng nguồn nguyên liệu từ các sản phẩm dầu khí. Sản xuất axetaldehyt hiện nay là một vấn đề còn rất mới, nhưng axetaldehyt là sản phẩm trung gian vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hoá dầu. Sau khi hoàn thành đồ án này đã giúp em củng cố thêm nhiều kiến thức, biết cách tính toán thiết kế một quá trình sản xuất, cách tra tìm tài liệu, do chưa có kinh nghiệm nên việc lựa chọn công nghệ không được phù hợp với thực tế sản xuất hiện nay. Với đồ án này trong quá trình làm, do thời gian có hạn nên không thể tránh những sai sót, vì vậy em mong thầy cô và các bạn giúp đỡ và đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Hà Nội: 05/2003 Sinh viên Bùi Hồng Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tổng hợp hữu cơ cơ bản. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 1994. [2]. Tập thể tác giả Giáo trình hoá học hữu cơ tập I. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 1998. [3]. Tập thể tác giả Giáo trình hoá học hữu cơ tập II. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 1998. [4]. PGS Phan Minh Tân Tổng hợp hữu cơ hoá dầu tập I. Trường đại học Bách Khoa TPHCM xuất bản năm. [5]. PGS Phan Minh Tân Tổng hợp hữu cơ hoá dầu tập II. Trường đại học Bách Khoa TPHCM xuất bản năm. [6]. PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền. Chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 2002. [7]. Tập thể tác giả. Quá trình thiết bị trong công nghệ hoá học tập I. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1992. [8]. Tập thể tác giả. Quá trình thiết bị trong công nghệ hoá học tập II . Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1992. [9]. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình thiết bị trong công nghệ hoá học tập I. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1992. [10]. Tập thể tác giả . Sổ tay quá trình thiết bị trong công nghệ hoá học tập II. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1998. [11]. PGS. Ngô Bình. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1997. [12]. Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry Vol A1. [13]. Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry Vol A10. [14]. Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry Vol A16. [15]. Encyclopedia of chemical Technology Vol A1. [16]. Journal of the electrochemical society Vol A143- 1996