Tổng hợp Vinyl Axetat từ Axetylen và axit Axetic bằng phương pháp công nghiệp

ng tự như trên ta áp dụng công thức ( * ) để tính nhiệt lượng của từng cấu tử = 20 542 ´ 0,406 ´ 220 = 1 834 811,44 kcal / h. = 3032,31 ´ 0,573 ´ 220 = 382 252,99 kcal / h. = 23 276,88 ´ 0,496 ´ 220 = 2 539 973,146 kcal / h. = 882,17 ´ 0,27 ´ 220 = 52 400,89 kcal / h. = 156,62 ´ 0,24 ´ 220 = 8 269,536 kcal / h. = 632,86 ´ 0,545 ´ 220 = 75 879,91 kcal / h. = 30,06 ´ 0,654 ´ 220 = 4 325,03 kcal / h. = 12,32 ´ 0,412 ´ 220 = 1 116,68 kcal / h. Đối với CH3COOH, tính toán chung cho CH3COOH nên ta đặt : = + = 144,45 + 346,81 = 491,26 ( kg / h ) Suy ra = 491,26 ´ 0,387 ´ 220 = 42366,26 ( kcal / h ) Do đó ta có : Qhỗn hợp khí sản phẩm = 1834 811,44 + 382 252,99 + 2 539 973,146 + 52 400,89 + +8 269,54+75879,814+ 4 325,03 + 1116,68 + 42 366,26 = 4 941 395,89 Vậy Qhỗn hợp khí sản phẩm = 4 941 395,89 ( kcal / h ) Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh là Nhiệt lượng bị mất mát trong thiết bị phản ứng ra môi trường xung quanh do toả nhiệt hoặc do truyền nhiệt thường có giá trị bằng 5% tổng nhiệt lượng của đầu vào thiết bị phản ứng. Do đó ta có : Qmất mát = 5% ´ (10 691 184,43 + QDầu mang vào ) ( kcal / h ) = 0,05 ´ 10 691 184,43 + 0,05 ´ QDầu mang vào ( kcal / h ) = 5 345 559,22+ 0,05 ´ QDầu mang vào ( kcal / h ) Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang ra là Dầu tải nhiệt khi đi ra khỏi thiết bị phản ứng có nhiệt độ là 140 O C do đó nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang ra là : QDầu mang ra = mDầu . CP Dầu ra. t Dầu ra ( kcal / h ). = mDầu . 0,563. 140 ( kcal / h ) = 78,82. mDầu Vậy tổng nhiệt lượng ở đầu ra của thiết bị phản ứng là : Qra = Qhỗn hợp khí sản phẩm + Qmất mát + QDầu mang ra = 4 941 395,89 + 534 559,22 +( 0,05 ´ QDầu mang vào ) + QDầu mang ra ( kcal / h ) = 5 475 955,22 + 0,05 ´ QDầu mang vào + QDầu mang ra ( kcal / h ) Tính lượng dầu tải nhiệt cần đưa vào để khống chế nhiệt độ trong thiết bị phản ứng là : Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng : Qvào = Qra Ta có : 10 691 184,43 + QDầu mang vào = 5 475 955,22 + 0,05 ´ QDầu mang vào + QDầu mang ra 5 215 293,32 = QDầu mang ra - 0,95´ QDầu mang vào 5 215 293,32 = 78,82. mDầu - 0,95´ 34,3 . mDầu 5 215 293,32 = 46,235. mDầu Suy ra : mDầu = = 112 789,30( kg / h ) Vậy lượng dầu lưu chuyển ở bên ngoài các ống trong thiết bị phản ứng để khống chế nhiệt độ thiết bị phản ứng là : mDầu = 112 789,30 (kg/h) Từ đó ta tính được : Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang vào là : QDầu mang vào = 112 789,30 ´ 0,49 ´ 70 = 610451,51 ( kcal / h ) Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang ra là : QDầu mang ra = 112 789,30 ´ 0,563 ´ 140 = 1402792,64 ( kcal / h ) Nhiệt lượng bị mất mát ra môi trương xung quanh là : Qmất mát = 5% ´ (1655304,07 + QDầu mang vào ) ( kcal / h ) = 5% ´ (1655304,07 + 610451,51 ) ( kcal / h ) = 113287,78 ( kcal / h ) Bảng cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng Nhiệt lượng đầu vào (kcal / h) Nhiệt lượng đầu ra ( kcal / h ) Qhỗn hợp khí ( C2H2, CH3COOH tinh khiết + tạp chất, N2, O2, C4H4 ) 3874322,08 Qhỗn hợp khí sản phẩm (VA, EDA, C2H2 dư , CH3COOH tinh khiết còn dư + tạp chất , N2, O2, C4H4, CH3CHO và ( CH3 )2 CO ) 4941395,08 QCác phản ứng ( Phản ứng chính và phản ứng phụ ) 6 816 862,35 Qmất mát 728 008,30 QDầu mang vào 3 868 981,69 QDầu mang ra 8 890 762,01 Tổng nhiệt lượng đầu vào Qvào 14 560166,12 Tổng nhiệt lượng đầu ra Qra 14 560166,11 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG TẠI THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU ( THIẾT BỊ SỐ ( 4 ) ) 1. Tính nhiệt lượng ở đầu vào Đầu vào của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu gồm có hỗn hợp khí sản phẩm ( gồm có VA, EDA, C2H2 dư , CH3COOH tinh khiết còn dư + tạp chất , N2, O2, C4H4, CH3CHO và ( CH3 )2 CO ) ) và hỗn hợp khí nguyên liệu đầu ( gồm có C2H2 tinh khiết , CH3COOH tinh khiết và tạp chất , N2, O2 và C4H4 ) Nhiệt lượng do hỗn hợp khí sản phẩm mang vào Nhiệt lượng do hỗn hợp khí sản phẩm mang vào chính là lượng nhiệt mà hỗn hợp khí sản phẩm đã mang ra khỏi thiết bị phản ứng ( thiết bị số ( 5 ) ). Do đó ta có: Q1 = Qhỗn hợp khí sản phẩm mang vào = 4 941 395,80 ( kcal / h ) Nhiệt lượng do hỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang vào Hỗn hợp khí nguyên liệu đi vào thiết bị gia nhiệt có nhiệt độ là 60 OC và có khối lượng bằng khối lượng của hỗn hợp khí nguyên liệu đi vào thiết bị phản ứng ( thiết bị số ( 5 ) ). Khối lượng các cấu tử : Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) C2H2 30045,04 N2 882,17 O2 156,62 C4H4 632,86 CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) 17 340,69 Nhiệt lượng từng cấu tử được tính theo công thức : Qi = Gi.CPi.ti ( kcal / h ) Trong đó : Gi : Khối lượng cấu tử i , kg/h. CPi : Nhiệt dung riêng của cấu tử i , kcal / kg.độ. ti : Nhiệt độ của cấu tử i , O C Nhiệt dung của các cấu tử ở 60 OC : = 0,43 kcal / kg.độ [ I – 197 ] = 0, 27 kcal / kg.độ ( Nhiệt dung riêng của khí N2 không thay đổi trong khoảng nhiệt độ 0 ¸1400 OC ) = 0, 24 kcal / kg.độ ( Nhiệt dung riêng của khí O2 không thay đổi trong khoảng nhiệt độ 0 ¸500 O C ) = 0, 545 ( kcal / kg. độ ). Với CH3COOH , ta sử dụng công thức thực nghiệm với các hệ số đã cho ở phần trên nên ta có : = 5,2 + .( 273 + 60 ) +.( 273 + 60) 2 = 0,309 kcal / kg.độ = 30045,04 ´ 0,43 ´ 60 = 775 162,032 kcal / h. = 882,17 ´ 0,27 ´ 60 = 14 291,15 kcal / h. = 156,62 ´ 0,24 ´ 60 = 2255,33 kcal / h. = 632,86 ´ 0,545 ´ 60 = 20 670,98 kcal / h. = 17 340,69 ´ 0,309 ´ 60 = 321 496,39 kcal / h Suy ra nhiệt lượng do hỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang vào là : Q2 = Qhỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang vào = + + + + = 775162,032+14 291,15+2255,33 + 20670,98 +321496,39 =1 133 875,88 Vậy tổng nhiệt lượng đầu vào là : QVào = Q1 + Q2 = 4941395,80+1133875,88=6 075 271,68 kcal / h. 2. Tính nhiệt lượng ở đầu ra Đầu ra của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu gồm có hỗn hợp khí sản phẩm ( gồm có VA, EDA, C2H2 dư , CH3COOH tinh khiết còn dư + tạp chất , N2, O2, C4H4, CH3CHO và ( CH3 )2 CO ) ) và hỗn hợp khí nguyên liệu đầu ( gồm có C2H2 tinh khiết , CH3COOH tinh khiết và tạp chất , N2, O2 và C4H4 ) Nhiệt lượng do hỗn hợp khí sản phẩm mang ra Hỗn hợp khí sản phẩm đi ra khỏi thiết bị gia nhiệt có nhiệt độ là 110 OC và có khối lượng chính bằng khối lượng của nó khi đi vào ( Khối lượng không đổi do không có phản ứng nào xảy ra trong đó ) và bằng khối lượng của hỗn hợp khí sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng ( thiết bị số (5)). Do đó ta có khối lượng các cấu tử trong hỗn hợp khí sản phẩm khi đi ra khỏi thiết bị gia nhiệt là : Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) Nhiệt dung riêng tại 110 OC ( Kcal / kg.độ ) Sản phẩm VA 20542 0,332 Sản phẩm phụ EDA 3032,31 0,579 C2H2 tinh khiết 23276,88 0,414 N2 882,17 0,27 O2 156,62 0,24 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 0,545 CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) 491,26 0,33 CH3CHO 30,06 0,654 (CH3)2CO 12,32 0,412 áp dụng công thức tính nhiệt lượng cho từng cấu tử ta có : = 20 542 ´ 0,327 ´ 110 = 738 894,74 kcal / h. = 3032,31 ´ 0,5747 ´ 110 = 191 693,54 kcal / h. = 491,26´ 0,33 ´ 110 = 17 832,74 kcal / h = 23 276 ´ 0,414 ´ 110 = 1 060 028,12 kcal / h. = 882,17 ´ 0,27 ´ 110 = 26 200,45 kcal / h. = 156,62 ´ 0,24 ´ 110 = 4134,77 kcal / h. = 632,86 ´ 0,545 ´ 110 = 37 939,96 kcal / h. = 30,06 ´ 0,654 ´ 110 = 2 162,52 kcal / h. = 12,32 ´ 0,412 ´ 110 = 558,34 kcal / h. Suy ra : Q3 = + ++ + + + + + + = 2 079 443,18 kcal / h. Nhiệt lượng do hỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang ra Nhiệt lượng do hỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang ra chính là lượng nhiệt mà hỗn hợp khí nguyên liệu đã mang vào thiết bị phản ứng ( thiết bị số ( 5 ) ). Do đó ta có: Q4 = 3 874 322,08 kcal / h Nhiệt lượng bị mất mát ra môi trường xung quanh Giả sử nhiệt lượng bị mất mát ra môi trường xung quanh có giá trị bằng 2% tổng nhiệt lượng của đầu vào. Do đó ta có : Qmất mát = 2% ´ QVàO = 2% ´ 6075271,68 =121 505,4 kcal / h Vậy ta có bảng cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Nhiệt lượng đầu vào (kcal / h) Nhiệt lượng đầu ra (kcal / h) Qhỗn hợp khí sản phẩm mang vào 4941395,80 Qhỗn hợp khí sản phẩm mang ra 2079443,18 Qhỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang vào 1133875,88 Qhỗn hợp khí nguyên liệu đầu mang ra 3874322,08 Qmất mát 121505,43 Tổng nhiệt lượng đầu vào Qvào 6075271,68 Tổng nhiệt lượng đầu ra Qra 6075270,69 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Để thuận tiện cho việc thiết kế chế tạo lắp đặt vận hành ,đặc biệt là có thể sử dụng vật liệu sẵn có trên thị trường hiện nay ta chia ra thiết kế ba dây chuyền làm việc song song . Toàn bộ phân xưởng đảm bảo công suất theo thiết kế là :150 000 tấn/ năm. Để phân xưởng làm việc liên tục ta thiết kế 5 dây truyền, trong đó có 2 dây truyền dự phòng. Thiết bị phản ứng là loại thiết bị truyền nhiệt có dạng ống chùm có kích thước: ( Theo [ IV – 323 ] ) Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt là: dng = 0,057 ( m ) Bề dày của ống truyền nhiệt được chọn là : dống = 0,0035 ( m ) Chiều dài ống truyền nhiệt là : lống = 5,0 ( m ) Do thiết bị làm việc với hỗn hợp nguyên liệu có chứa axit axetic ở nhiệt độ cao nên vật liệu dùng để chế tạo thiết bị phản ứng phải có độ bền với axit axetic và phải chịu được nhiệt độ cao. Do đó theo [ II – 326 ] ta chọn vật liệu dùng để chế tạo thiết bị phản ứng là thép cacbon không gỉ X17H13M2T. Đây là loại thép có hàm lượng C < 0,1%, Crôm < 17 %, Niken < 13%, Môlipđen » 2% và Titan không quá 1 ¸1,5%. Do các phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng đều là phản ứng toả nhiệt nên tác nhân dùng để khống chế nhiệt độ trong thiết bị phản ứng được sử dụng là Dầu tải nhiệt với các thông số như đã nói ở phần B. Thiết bị cần phải có kết cấu bù giãn nở bằng cách ghép vào vỏ thiết bị một vành có tính đàn hồi do chênh lệch nhiệt độ giữa ống và vỏ lớn hơn 50 O C [II - 50] I.Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng được tính theo công thức: ( m2 ) [ II– 46 ] Trong đó : +) là lượng nhiệt trao đổi, được xác định theo phương trình: ( kcal / h ) Với : là khối lượng chất tải nhiệt ( kg / h ) là nhiệt dung riêng của chất tải nhiệt tại to = ( kcal / kg.độ ) là hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể ( hay động lực của quá trình ) , O C. Theo [ VI – 193 ] = với ,: hiệu số nhiệt độ của hai lưu thể (l – lớn, n – nhỏ) +) K là hệ số truyền nhiệt ( kcal / m2.h.độ ) * ) Khối lượng chất tải nhiệt = mDầu = 112 798,30( kg / h ) * ) Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể: Lưu thể thứ nhất là hỗn hợp khí có nhiệt độ đầu vào là = 180 OC và nhiệt độ đầu ra là = 220 O C. Lưu thể thứ hai là dầu tải nhiệt có nhiệt độ đầu vào là = 70 OC và nhiệt độ đầu ra là = 140 O C. Suy ra = - = 220 - 70 = 150 O C = - = 180 - 140 = 40 O C. Từ đó ta có : = = = 83,31 O C *) Nhiệt dung riêng của dầu tải nhiệt tại to = 83,31 O C là = 0,503 kcal / kg.độ [ I – 192 ] *) Hệ số truyền nhiệt K được tra theo [ VI – 220 ] và ta chọn giá trị : K = 20 ( kcal / m2.h.độ ) Thay các giá trị trên vào công thức tính ta có : = = = 2836,88 ( m2 ) Vậy bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị phản ứng là = 2836,88 ( m2 ) 2.Tính đường kính của thiết bị phản ứng Số ống truyền nhiệt trong thiết bị phản ứng và cách bố trí các ống trên mạng ống. Số ống truyền nhiệt trong thiết bị phản ứng được tính theo công thức n = [ VI – 294 ] Trong đó : là bề mặt trao đổi nhiệt , = 2836,88( m2 ) là chiều dài của ống xúc tác, = lống =5,0 ( m ) là đường kính trong của ống xúc tác , (m): = dng - 2´ dống = 0,057 - 2 ´ 0,0035 = 0,05( m ) Thay các giá trị vào công thức ta có n = » 3170 ( ống ) Để thuận lợi cho việc chế tạo,lắp đặt và sử dụng ta thiết kế 3 thiết bị làm việc song song với công suất 150 000 tấn/năm. Như vậy số ống xúc tác ở mỗi thiết bị là n1: n1= 3170 :3 = 1056,68 (ống) Quy chuẩn và chọn theo [ II – 46 ] ta có n1 = 1027 ( ống ) Vậy số ống truyền nhiệt trong thiết bị phản ứng là 1027 ống. Cách bố trí các ống trên mạng ống Các ống được lắp trên mạng ống theo hình sáu cạnh đều và bằng cách hàn. Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh đều là b = 37 ống [ II– 48]. Bước ống ( Khoảng cách giữa các tâm của hai ống liền nhau ) t = (1,2 ¸ 1,5).dng. Ta chọn t = 1,5.dng Suy ra t =1,5.0,057 = 0,085 ( m ). Vậy ta có t = 0,085 ( m ) Khoảng cách từ ống đến vỏ thiết bị: t - dng = 0,085 - 0,057 = 0,028 > 0,006 (m).Luôn thỏa mãn theo [ VI - 272 ] Tính đường kính của thiết bị phản ứng Đường kính trong của thiết bị phản ứng được tính theo công thức D = t.( b - 1 ) + 4.dng Thay các giá trị thu được ở trên vào ta có D = 0,085.( 37 - 1 ) + 4. 0,057 = 3,28 ( m ) Vậy đường kính trong của thiết bị phản ứng là D = 3,2 ( m ). 3.Tính chiều cao của thiết bị phản ứng Tính thể tích của thiết bị phản ứng Theo [ IV – 323 ], Vận tốc thể tích ( hay lưu lượng riêng ) trong thiết bị phản ứng là w = 300 ¸ 400 ( h -1 ). Do thiết bị phản ứng là loại thiết bị làm việc liên tục ( Nguyên liệu cho vào và sản phẩm được lấy ra liên tục ) nên ta có : w = ( h-1 ) [ IX - 4 ] Trong đó : là lưu lượng thể tích của khối phản ứng ( m3 / h ) là thể tích của thiết bị phản ứng ( m3 ) Suy ra thể tích của thiết bị phản ứng là : = ( m3 ) Tính Giả sử khối phản ứng chỉ gồm 2 cấu tử chính là C2H2 , CH3COOH tinh khiết và các cấu tử đó đều là các chất khí lý tưởng đi vào thiết bị phản ứng ở 180OC tương ứng với 453 OK. Do đó = + ( m3 / h ) Với : là lưu lượng thể tích của C2H2 ( m3 / h ) là lưu lượng thể tích của CH3COOH ( m3 / h ) Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng để tính thể tích của các chất khí : ® Trong đó: là áp suất của khí, ở đây =1 at (do làm việc ở áp suất khí quyển) là số mol của khí, kmol / h là hằng số , = 0,083 l. at / mol.OK = 0,083 m3. at / kmol .OK là nhiệt độ tuyệt đối của khí, OK. = 453 OK là lưu lượng thể tích của khí , m3 / h Lượng C2H2 đi vào thiết bị phản ứng là 30045,04 ( kg / h ) tương ứng với = ( kmol / h ) Suy ra = = 43448,59 ( m3 / h ) Lượng CH3COOH đi vào thiết bị phản ứng là 16993,88 ( kg / h ) tương ứng với = = 283,23 ( kmol / h ) Suy ra = =10649,21 ( m3 / h ) Do đó = + ( m3 / h ) = 43448,59+10 649,21 = 54097,80 ( m3 / h ) Do w = 300 ¸ 400 ( h -1 ), theo [ IV – 323 ] nên ta chọn w = 400 ( h -1 ) Thay các giá trị trên vào ta có = = = 135,24 ( m3 ) Vậy thể tích của mỗi thiết bị phản ứng là : = 135,24:3 = 45,08 ( m3 ) Tính chiều cao của thiết bị phản ứng Từ công thức tính thể tích của thiết bị = ´ = ´ ( m3 ) Trong đó : là diện tích tiết diện ngang của thiết bị phản ứng ( m2 ) là chiều cao của thiết bị phản ứng ( m ) là đường kính trong của thiết bị phản ứng, D = 3,2 ( m ) Suy ra ta có = = = 5,61 ( m ) Quy chuẩn giá trị ta có : = 5 ( m ) Vậy chiều cao của mỗi thiết bị phản ứng là 5 ( m ) 4.Tính số ngăn của thiết bị phản ứng Tốc độ chảy thực tế của hỗn hợp phản ứng ( theo giả thiết ở trên chỉ tính cho 2 cấu tử chính là C2H2 và CH3COOH ) được xác định theo công thức : = [ VI – 294 ] Trong đó: là lưu lượng thể tích của khối phản ứng, = 54 097,8 ( m3 / h ) là đường kính trong của ống truyền nhiệt, = 0,050 ( m ) là số ống truyền nhiệt, = 1027 ống Suy ra ta có = = 2,487m / s Tốc độ chảy giả thiết được xác định theo công thức = [ VI – 294 ] Trong đó: Re là chế độ chuyển động giả thiết, do quá trình cấp nhiệt tốt nhất ở chế độ xoáy với giá trị Re > 104 , nên ta chọn Re = 3.10 4 [ VI – 294 ] là độ nhớt của khối phản ứng tại nhiệt độ trung bình ( Dttb = 83,31 OC), N.s/ m2 , được xác định theo công thức : [ I – 85 ] Với : ,là phần thể tích của C2H2 và CH3COOH trong hỗn hợp Do = 54 097,8 ( m3 / h ) ; = 43 448,59 ( m3 / h ) và = 10 649,21 ( m3 / h ) nên ta có : = và = 1 - 0,8 = 0,2 , độ nhớt của C2H2 và CH3COOH trong hỗn hợp, N.s/ m2 Sử dụng toán đồ [ I – 117 ] tra độ nhớt của C2H2 và CH3COOH tại Dttb = 83,31 O C ta có : = 0,0115.10-3 Ns / m2 và = 0,0094.10-3 Ns / m2 , , là trọng lượng phân tử của hỗn hợp , của C2H2 và CH3COOH tương ứng. = 26 ( kg / kmol ); = 60 ( kg / kmol ); = .+ ..60 = 0,8 ´ 26 + 0,2 ´ 60 = 32,8 ( kg / kmol ) Suy ra ta có: ® ( Ns / m2 ) Vậy ( Ns / m2 ) là khối lượng riêng trung bình của khối phản ứng, kg / m3 , được xác định theo công thức : =(kg/m3) Trong đó: + = 30045,04 + 16993,88 = 47038,92 (kg / h) = 54 097,8 ( m3 / h ) Suy ra = = ( kg / m3 ) là đường kính trong của ống truyền nhiệt = 0,050 ( m ) Thay các giá trị trên vào công thức tính ta có : = = 7,32 ( m / s ) Do = =2,94 Nên theo [VI – 296 ]ta cần phải chia ngăn. Quy chuẩn ta lấy số ngăn là : N = 3. Tính bề dày của thân thiết bị phản ứng Dựa vào đường kính trong ( D = 3,2 ( m ) ) của thiết bị phản ứng và theo [ II – 359 ] thì thân của thiết bị phản ứng là thân hình trụ hàn. Khi chế tạo loại này ta cần chú ý : [ II – 359 ] Đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt Chỉ hàn giáp mối Bố trí các đường hàn dọc ( ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận ) cách nhau ít nhất là 100 mm Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát Không khoan lỗ qua mối hàn Do thiết bị phản ứng làm việc dưới áp suất khí quyển nên ta có thể coi thiết bị không chịu ảnh hưởng của áp suất ngoài. Do đó bề dày thân hình trụ của thiết bị phản ứng được xác định theo công thức : dthân thiết bị = ( m ) [ II – 360 ] Trong đó : là đường kính trong của thiết bị phản ứng, D = 3,2 ( m ) là áp suất làm việc của thiết bị , thiết bị làm việc dưới áp suất khí quyển nên ta có = 1at = 9,81 ´ 104 ( N / m2 ) là ứng suất cho phép ( N / m2 ) = và = [ II – 355 ] Với : là hệ số điều chỉnh , theo [ II – 356 ] chọn = 1,0 là hệ số an toàn theo giới hạn bền, theo [ II – 356 ] chọn = 2,6 là hệ số an toàn theo giới hạn chảy, theo [ II – 356 ] chọn = 1,5 là giới hạn bền khi kéo, do thân thiết bị được chế tạo bằng thép cacbon không gỉ X17H13M2T nên theo [ II – 310 ] ta có =540.106 (N / m2) là giới hạn bền chảy, theo [ II – 310 ] ta có = 220.10 6 (N / m2) Thay các giá trị trên vào công thức thu được hai giá trị của : = = = 207,69.106 (N / m2) và = = = 146,67.106 (N / m2) So sánh 2 giá trị và theo [II – 367] ta chọn giá trị bé hơn = 146,67.106 (N / m2) là hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc Giá trị hệ số bền hàn của thân hình trụ được xác định bằng = 0,95 [ II – 362 ] là số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dài ( m ) = + + [ II – 363 ] là bổ sung do ăn mòn , chọn = 1 ( mm ) là đại lượng bổ sung do hao mòn, coi = 0 do trong nguyên liệu không chứa các hạt rắn là đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, chọn = 0,8 ( mm) [ II – 364] Suy ra = + + = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 ( mm ) = 1,8.10 -3 ( m ) Từ các giá trị trên , thay vào công thức ta có dthân thiết bị = ( m ) Do = = 1420,35 > 50 nên ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu số. [ II – 360] Suy ra dthân thiết bị = = = 2,93.10-3 ( m ) Chọn giá trị dthân thiết bị = 10 ( mm ) Tiến hành kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử (dùng nước) và giá trị của bề dày thân thiết bị vừa chọn áp suất thử po được xác định theo công thức : po = pth + p l ( N / m2 ) [ II – 366 ] Với +) pth là áp suất thử thuỷ lực ( N / m2 ) pth = plàm việc + 0,1 ( N / m2 ) [ II – 358 ] = 9,81.104 + 0,1.106 = 0,1981.106 ( N / m2 ) +) p l là áp suất thuỷ tĩnh của nước ( N / m2 ) p l = g. rl. Hl ( N / m2 ) g : gia tốc trọng trường , g= 9,81 m /s2 rl : khối lượng riêng của nước , rl = 1000 kg / m3 Hl : chiều cao cột chất lỏng, chính là chiều cao của thiết bị ( do khi dùng nước để kiểm tra ứng suất của thành thiết bị ta giả thiết là trong tháp chứa đầy nước ), do đó Hl =5 ( m ). Suy ra p l = 9,81 ´ 1000 ´ 5 = 0,04905.106 ( N / m2 ) Vậy áp suất thử po = pth + p l = ( 0,1981 + 0,04905 ).106 = 0,24715.106 ( N / m2 ) Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử = £ [ II – 365 ] Trong đó : D là đường kính trong của thiết bị , D = 3,2 ( m ) là bề dày vừa chọn của thân thiết bị , = 10 -2 ( m ) là giới hạn bền chảy, = 220.10 6 ( N / m2) Suy ra = = 4 368 904,11 < =183,33.106 Điều này luôn thoả mãn. Do đó giá trị bề dày vừa chọn là thích hợp. Vậy bề dày của thân thiết bị là dthân thiết bị = 10 ( mm ). 6.Chọn ống dẫn và bích cho nguyên liệu đầu và sản phẩm. Ta thiết kế 3 thiết bị phản ứng làm việc song song đám bảo đúng năng suất theo yêu cầu. Như vậy lưu lượng thể tích của khí nguyên liệu đưa vào mỗi thiết bị là: fV1 = = 18032,6 (m3/h) = 5,01 m3/s Tốc độ trung bình của khí nguyên liệu vào chọn là: w = 15 (m/s) = 0,425 (m) Vậy ta có: Đường kính ống dẫn nguyên liệu vào: Do lượng tạp chất so với lượng khí nguyên liệu là không đáng kể nên ta chọn ống dẫn nguyên liệu có : dt =0,450 (m) Nguyên liệu vào sản phẩm ra đều ở thể khí và lượng vào bằng lượng ra nên gần đúng ta chọn ống dẫn sản phẩm ra có : dt’ = 0,450 (m) Chọn bích cho ống dẫn nguyên liệu đầu và sản phẩm Theo {II-420] chọn kiểu 1 Dt = 450 mm D0 = 461 D = 570 db : M16 Db = 530 Z = 20 cái DI = 500 h = 20 7. Chọn nắp và đáy thiết bị. Nắp và đáy thiết bị dạng elip có cùng một kích thước có chiều dày được xác định đường kính trong của thiết bị Đáy và nắp đều lỗ d = 461 (mm) - Chọn đáy và nắp có kích thước như sau: + Đường kính trong Dt = 3,2 m + Chiều dầy S = 10 mm + Chiều cao phần lồi hb = 800 (mm), h = 40 mm Chọn bích cho đáy và nắp Dt =3200 M27 D = 3370 Z = 64 cái Db = 3310 D1 = 3720 Các thông số về thiết bị phản ứng Thiết bị phản ứng là loại thiết bị trao đổi nhiệt có dạng ống chùm được cấu tạo từ vật liệu là thép cacbon không gỉ X17H13M2T. Thiết bị có kết cấu bù giãn nở bằng cách ghép vào vỏ thiết bị một vành có tính đàn hồi Thiết bị có : Đường kính là = 3,2 ( m ) Chiều cao là = 6,82( m ) Bề dày là dthân thiết bị = 10 ( mm ) Số ống truyền nhiệt là = 1027 ( ống ) với đường kính ngoài của mỗi ống là dng = 0,057 (m), bề dày ống là dống = 0,0035 (m), chiều dài ống là lống =5,0(m). Các ống được lắp trên mạng ống theo hình sáu cạnh đều và bằng cách hàn. PHẦN IV XÂY DỰNG GIỚI THIỆU CHUNG Nhà máy sản xuất Vinyl Axetat từ nguyên liệu là Axetylen và Axit Axetic với công suất 150.000 tấn / năm được xây dựng tại vùng trung du Bắc Bộ thuộc ngoại thành Thành Phố Việt Trì - Tỉnh Phú Thọ. Đặc điểm nhà máy là nhà máy hoá chất hoạt động liên tục với nguyên liệu và sản phẩm đều là những hoá chất độc hại và có khả năng gây cháy nổ, do đó nó có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người và ảnh hưởng tới môi trường cảnh quan và sinh thái. Không những chỉ có sản phẩm chính mà tất cả các sản phẩm phụ cũng đều rất độc hại. Vì các lý do đó mà việc xác định địa điểm xây dựng và cách bố trí các công trình phải được tính toán cẩn thận. Đảm bảo các yêu cầu là giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường và sức khoẻ của người lao động cũng như cư dân sinh sống xung quanh nhà máy. PHÂN TÍCH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY: Nhà máy sản xuất Vinyl Axetat có năng suất 150.000 tấn/năm. Nhà máy sử dụng nguyên liệu chính là Axetylen và Axit Axetic, nguồn nguyên liệu này được cung cấp từ nhà máy hoá chất Việt Trì, đây là một điều kiện thuận lợi để xây dựng nhà máy. Các yêu cầu chung khi chọn địa điểm xây dựng + Địa điểm xây dựng phải phù hợp với quy hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng đã được cung cấp có thẩm quyền phê duyệt. + Nhà máy ở gần khu sản xuất nguyên liệu, gần nơi tiêu thụ sản phẩm hạn chế tối đa chi phí vận chuyển nguyên liệu. + Địa điểm xây dựng phải ở nơi cuối hướng gió, mật độ dân cư thưa cách xa nguồn nước sạch và phải ở vùng có nhiều cây xanh. + Địa điểm xây dựng phải tận dụng được tối đa hệ thống giao thông quốc gia, nguồn nguyên liệu và hệ thống cung cấp điện. + Địa điểm xây dựng phải ở gần nơi cung cấp vật liệu xây dựng, cũng như việc cung cấp nhân lực và vận hành nhà máy về sau. Các yêu cầu về khu đất xây dựng + Chọn khu đất có kích thước hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng, khu dất xây dựng phải cao ráo thoáng đãng, có độ dốc tự nhiên tốt từ 0,5 ¸ 1%. + Khu đất được chọn phải không có mỏ khoáng ở dưới và nền đất phải chắc, nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát hoặc đá ong… và cường độ khu đất phải là 1,5 ¸ 2,5 Kg/cm2. + Diện tích khu đất được tính toán thoả mãn mọi điều kiện của dây chuyền công nhệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình. + Khu đất xây dựng phải ở nơi đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác 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 cộng… nhằm mang lại hiệu quả kinh tế. Các yêu cầu bảo vệ môi trường + Phải đảm bảo 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 và bố trí hướng cho phù hợp hướng gió để bảo vệ môi trường. + Khu đất cũng như địa điểm xây dựng phải đảm bảo được việc nước thải cũng như các chất thải khác không ảnh hưởng tới môi trường sống xung quanh. PHÂN TÍCH TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY: Tổng mặt bằng nhà máy được thiết kế dựa trên nguyên tắc phân vùng Nguyên tắc phân vùng + Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người thiết kế sẽ tận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiết kế biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Tổng mặt bằng của nhà máy được phân làm 4 vùng chính: - Vùng trước nhà máy. - Vùng sản xuất. - Vùng phụ trợ phục vụ sản xuất. - Vùng kho tàng và phục vụ giao thông. + Vùng trước nhà máy bao gồm các nhà hành chính quản lý, hội trường, nhà ăn các gara để xe đạp, xe máy, ôtô, cổng ra vào và phòng bảo vệ. + Vùng sản xuất bao gồm phân xưởng sản xuất, phòng điều khiển trung tâm, nhà phục vụ sinh hoạt, kho nguyên liệu và kho sản phẩm. + Vùng phụ trợ phục sản xuất bao gồm các kho công cụ, phân xưởng cơ khí, trạm điện, bộ phận nước sinh hoạt, sử lý nước thải và nhà cứu hoả. + Vùng kho tàng phục vụ giao thông bao gồm nơi xuất sản phẩm, hệ thống đường giao thông trong nhà máy. Đường ôtô là các loại đường bê tông 2 làn xe chạy mỗi làn 2,5 m, vỉa hè đi bộ rộng 1 m và đường đi vào các nhà rộng 3 m. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng Ưu điểm + Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây truyền sản xuất. + Thích hợp với các nhà máy có những xưởng, những công đoạn có đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. + Đảm bảo được yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy nổ… + Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. + Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. + Phù hợp với đặc điểm khí hậu nước ta. Nhược điểm + Dây truyền sản xuất phải kéo dài. + Hệ thống mạng lưới kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng. + Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. Các công trình hạng mục trong nhà máy). STT Tên công trình Dài (m) Rộng (m) Diện tích (m2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Phòng bảo vệ Gara ôtô con Nhà để xe máy, xe đạp Nhà hành chính Hội trường, nhà ăn Trạm xá - Y tế Nhà nghỉ thay ca Nhà thay quần áo – Vệ sinh – Nhà tắm Nhà cứu hoả - Đội xe vận tải Phòng quản lý và điều hành phân xưởng Trung tâm nghiên cứu thí nghiệm Khu phụ trợ cung cấp điện nước Kho vật tư ( chi tiết,phụ tùng thay thế…) Phòng bảo vệ Khu sản xuất chính Khu Vực đặt máy bơm, máy nén Khu vực chứa nguyên liệu Khu vực chứa sản phẩm chính Khu vực chứa sản phẩm phụ Khu đất dự trữ Khu vực xử lý khí thải Khu vực xử lý nước thải 9 30 24 30 24 18 18 18 24 12 18 18 18 9 48 12 50 18 9 12 20 6 9 9 18 18 6 12 9 12 9 12 12 18 6 24 12 18 12 6 9 12 54 270 216 540 432 108 216 162 288 108 216 216 216 54 1152 144 900 216 54 1900 108 240 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Để đánh giá lựa chọn phương án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy người ta dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: - Diện tích tổng mặt bàng nhà máy : 24700 m2 - Diện tích xây dựng: 6768 m2 - Diện tích sử dụng:15200 m2 - Hệ số xây dựng: - Hệ số sử dụng Sơ đồ dây chuyền sản xuất của phân xưởng : Bốc hơi và gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu đầu Trộn nguyên liệu đầu ( nguyên liệu mới + tuần hoàn ) Thiết bị phản ứng Hệ thống các tháp chưng luyện Sản phẩm Hệ thống các thiết bị ngưng tụ THIẾT KẾ NHÀ SẢN XUẤT. Giới thiệu các yêu cầu thiết kế. Dây truyền sản xuất Vinyl Axetat bao gồm chủ yếu là các thiết bị dạng tháp, thiết bị cao nhất là tháp chưng luyện , cao 14 m. Ngoài ra còn có các thiết bị chưng cất, ngưng tụ, thùng chứa, bơm … ở mỗi tháp trong dây truyền đều có các sàn thao tác và hệ thống cầu thang. Các thiết bị ngưng tụ, hồi lưu đặt ở trên cao đều có các giá đỡ. Các đường ống dẫn khí, lỏng đặt ở trên cao đều có giàn đỡ. Các yêu cầu thiết kế mặt bằng: + Thoả mãn các yêu cầu về công nghệ, bố trí sản xuất hợp lý, dễ thao tác và dễ di chuyển. Các bộ phận liên hệ trực tiếp được với nhau, đảm vận chuyển trong và ngoài thuận tiện phù hợp với dây chuyền sản xuất. + Đảm bảo điều kiện làm việc cho công nhân, tận dụng triệt để ánh sáng tự nhiên, thoáng khí để thoát nhanh khí độc, nhiệt thừa ra ngoài. Bảo đảm vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động. + Xác định hệ thống lưới cột, hình dạng mặt bằng theo yêu cầu thống nhất của xây dựng công nghiệp. + Bảo đảm yêu cầu phát triển mở rộng của nhà máy trong tương lai, dự kiến trước hướng phát triển mở rộng để tận dụng không phải sửa chữa, phá bỏ đi. Phân xưởng sản xuất được thiết kế theo kiểu khung thép và được đặt bán lộ thiên – lộ thiên Nhịp nhà L = 24 m Chiều cao H1 = 6 m ; H2 =6 m Lưới cột B = 9´ 6 m Giới thiệu mặt cắt và các yêu cầu thiết kế Phân xưởng sản suất được đặt bán lộ thiên - lộ thiên, được thiết kế bằng khung thép Các thiết bị chính như thiết bị phản ứng chính, thiết bị gia nhiệt và hệ thống các thiết bị ngưng tụ… được đặt trong nhà, còn hệ thống các tháp chưng được đặt ngoài trời. Nền nhà là loại nền Ximăng và Bêtông, loại nền nầy chịu được khoáng chất hợp chất vô cơ và kiềm yếu. - Cột nhà bằng thép dùng móng đơn dưới cột. Loại móng này thường đặt trên một lớp lót móng dày 100 mm. Nếu đất khô cũng có thể dùng lớp lót bằng đá răm, nếu đất ướt dùng Bêtông gạch vỡ hoặc Bêtông mác 50. IV. GIAO THÔNG TRONG NHÀ MÁY VÀ CÁC ĐƯỜNG ỐNG. Đường giao thông trong nhà máy chủ yếu là đường bộ, đường ôtô. Đường ôtô được đổ bằng Bêtông nhựa có 2 làn xe mỗi làn 4,5 (m), một đầu nối với đường quốc lộ một đầu nối với trục đường phụ xung quanh nhà máy. Đường giao thông có bề rộng là 6 (m), vỉa hè đi bộ có bề rộng là 1,5 m. Trong nhà máy có đường nối liền các khu với nhau bảo đảm mật độ giao thông vận chuyển các vật tư nguyên liệu được dễ dàng và thuận tiện. Hai bên đường trồng cây cảnh và các vườn hoa đảm bảo cảnh quan cho môi trường nhà máy. Các đường ống chính trong nhà máy như đường ống cấp nước phục vụ sản xuất, sinh hoạt, đường ống nước thải, các đường ống dẫn nguyên liệu lỏng, khí đặt trên mặt đất và ngầm dưới mặt đất. Kết cấu các công trình xây dựng như nhà hành chính, hội trường, nhà ăn, bộ phận vệ sinh, nước sinh hoạt là nhà mái bằng tường gạch cột Bêtông, nhà hành chính, nhà ăn và hội trường xây 2 tầng, còn lại là nhà 1 tầng. V/ một số yêu cầu khi xây dựng nhà máy: Phải phù hợp với dây truyền sản xuất, nghĩa là phải đảm bảo giữa công nghệ và xây dựng, khi bố trí phải đảm bảo dây truyền sản xuất là ngắn nhất mà không cắt nhau chồng chéo lên nhau. Bố trí thiết bị ngắn gọn, nhà cửa xây dựng đúng quy cách chắc chắn cho khoảng vài chục năm. Các ống thải khí được đặt ở cuối hướng gió, đảm bảo chiều cao để các khí thải được khuếch tán đi xa. Bố trí các đường cấp nhiên liệu, nguyên liệu và các đường dây cung cấp năng lượng cho phân xưởng sản xuất phải thuận tiện hợp lý và an toàn, kho nguyên liệu phải đặt ở đầu dây chuyền, kho sản phẩm đặt ở cuối dây chuyền. Kết luận: Mặc dù có nhiều điểm chưa phù hợp khi chọn Việt Trì làm địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất Vinyl Axetat. Tuy nhiên xét một cách tổng thể thì cũng có nhiều thuận lợi bởi vì nhà máy nằm trong khu công nghiệp hóa chất nên rất thuân lợi cho viêc cung cấp nguyên liệu, có đường giao thông thuân lợi … PHẦN 5 AN TOÀN LAO ĐỘNG Tổ chức an toàn và bảo hộ lao động trong nhà máy là một công việc không thể tách rời khỏi sản xuất. Bảo vệ tốt sức khoẻ lao động cho người sản suất cho phép đẩy mạnh sức sản xuất nâng cao năng suất lao động. Nguyên nhân xảy ra tai nạn lao động : Thường do các nguyên nhân chính sau khi đo kỹ thuật, do tổ chức (tổ chức giao nhận), do vệ sinh công nghiệp . Trong nhà máy sản xuất VA bị ô nhiễm chủ yếu bởi khí Hydrocarbon ( Hydrocarbon mạch thẳng có tính độc hơn Hydrocarbon mạch nhánh, Hydrocarbon vòng độc hơn mạch thẳng ) . ảnh hưởng bởi các khí phụ như khí CO2, Bụi … Để chống bụi cần thiết phải sử dụng các biện pháp tối thiểu sau: Cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất để hạn chế tác dụng của các hợp chất độc hại. Bao kín thiết bị Thay đổi phương pháp công nghệ làm sạch Thông gió hút bụi Bảo đảm vệ sinh công nghiệp Do trong nhà máy sử dụng nguyên liệu đầu là các hợp chất dễ cháy nổ và độc hại nên cần thiết phải đảm bảo an toàn. Nếu khối lượng lớn khí tạo ra áp suất cao dẫn đến nổ có thể gây chấn thương cho công nhân thậm chí phá huỷ phân xưởng. Như vậy có thể nói rằng phòng chống cháy nổ là khâu rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho phân xưởng Các biện pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ : Thay khâu sản xuất nguy hiểm bằng khâu ít nguy hiểm. Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuấtt có tính chất nguy hiểm để đảm bảo an toàn. Thiết bị bảo đảm kín hạn chế hơi, khí cháy thoát ra xung quanh khu sản xuất . Loại trừ khả năng phát sinh mồi lửa tại những nơi có liên quan đến cháy nổ. Khả năng tạo nồng độ nguy hiểm của các chất cháy Tai những nơi có thể gây cháy nổ cần đặt biển cấm, dụng cụ chữa cháy ở những nơi dễ thấy và thuận tiện thao tác. Xây dựng đội ngũ chữa cháy chuyên nghiệp và nghiệp dư thường xuyên kiểm tra diễn tập. Khi có sự cố cháy nổ xảy ra , tuỳ tính chất nguy hiểm của nơi tạo cháy , cần phải nhanh chóng thi hành các biện pháp kĩ thuật cần thiết ở những khu vực lân cận như ngừng công tác, cắt điện , phát tín hiệu cấp cứu chữa cháy. Trên đây chỉ là một số biện pháp tối thiểu trong công tác phòng chống cháy nổ, bảo hộ lao động trong nhà máy song cần thiết phải tuyên truyền mọi người thực hiện tốt biện pháp phòng ngừa , đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. PHẦN 6 PHẦN TÍNH TOÁN KINH TẾ I. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA TÍNH TOÁN KÍNH TẾ Khi đầu tư 1 nhà máy , xí nghiệp hay một doanh nghiệp thì lợi ích nó mang lại đực qan tâm hàng đầu.Vì vậy một bước quan trọng trong công việc thiết kế đó là phải tính toán đến hiệu quả kinh tế. Tính toán kinh tế giúp ta thấy được tổng quan hiệu quả kinh tế của một dự án,từ đó hoạch định ra phương thức tổ chức sản xuất hợp lý nhất,đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.nó tác động đến sự điều chỉnh cân bằng của các yếu tố xác lập nên dự án sao cho họp lý và khả thi như:Vốn đầu tư,giá thành nguyên vật liệu và sản phảm,tổ chức quản lý và sản xuất.cuối cùng điều quan trọng nhất của tính toán kinh tế là chỉ ra được hiệu quả kinh tế của dự ánvà quyết định dự án có được mang ra thục hiện hay không. Nội dung tính toán kinh tế. 1. Xác định chế độ công tác của phân xưởng. Theo phần thiết kế công nghệ thì dây chuyền sản xuất sẽ hoạt động liên tục 24/24 giờ được chia làm 3 ca,mỗi ca làm việc 8 giờ.Số ngày làm việc trong một năm là 30 ngày,35ngày dành cho sửa chữa,bảo dưỡng và nghĩ lễ tết cho công nhân. Năng suất của phân xưởng là :18 939,394 kg/h. Sản phẩm vinyl axetat có độ tinh khiết 99.9 % Năng suất của nhà máy : 150 000 tấn/năm. 2. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng. a. Nhu cầu về nguyên liệu. -Năng suất của quá trình : 18 939.394 kg/h. \ -Lượng khí C2H2 nguyên liệu cần : 30045,04 (kg/h ) -Lượng CH3COOH nguyên liệu : 16993,88 (kg/h ) - Lượng xúc tác : = 9.8 (kg/h ) -Lượng hơi nước : 12140,79 (kg/h ) -Lượng dầu tải nhiệt : 112798,30 (kg/h ) -Lượng nước muối 0oC : 54973,62 (kg/h ) -Lượng NH3 lỏng : 34213,4 (kg/h ) Bảng nhu cầu về nguyên liệu STT Tên nguyên liệu Nhu cầu trong năm (tấn) 1 C2H2 kỹ thuật 237 956,4 2 CH3COOH 134 591,53 3 Xúc tác 77,62 4 Dầu tải nhiệt(Tuần hoàn ) 451,192 5 Nước muối (Tuần hoàn) 549,73 6 NH3 Lỏng 340,4 7 Nước 250C 1 574,5 8 Hơi nước 96 148,8 b. Nhu cầu về điện năng : Điện năng tiêu thụ trong phân xưởng sản xuất được tính theo công thức : W=K1.K2.Swi=1. S.ni.ti Trong đó : W : điện năng dùng trong một năm Ni : công xuất thiết bị tiêu thụ điện thứ i Ti : số loại thiết bị thứ i K1 : hệ số phụ tải thường lấy k1=0.75 K2 : hệ số tải Bảng nhu cầu về điện năng trong công nghệ TT Tên thiết bị Công suất Số lượng Tổng công suất K1 K2 Ti(h) Nhu cầu điện trong năm kw/h 1 Bơm a xit 5.4 3 16,2 0.75 1.05 8160 104101,2 2 Máy nén 1200 3 3600 0.75 1.05 8160 23 133 600 3 Máy bơm dẫn sp 1.5 6 9 0.75 1.05 8160 173 502 Tổng cộng 24 411 203,2 -Điện dùng thắp sáng cho phân xưởngcủa 2 ca chiều và đêm (16/24h) cho phân xưởng xản xuất , còn các phòng (24/24h) Ws = Sni=1. S . ni . P . Ti . Kw Ni : số bóng đèn loại i P : Công xuất đèn loại i (w/h) Ti : Thời gian sử dụng trong năm (h) Bảng nhu cầu về điện thắp sáng TT Tên công trình Loại bóng(w) Số lượng (cái) Thời gian sử dụng(h) Nhu cầu trong năm (kw/h) 1 Khu nhà xản xuất 150-220 174 4640 121104 2 P.quản đốc,thường trực Bảo vệ, cầu thang, WC 100-220 33 4640 15312 3 P .thay đồ 75W-20V 12 500 450 4 Tổng cộng 209 535,2 Lượng điện tiêu thụ cả năm của phân xưởng : 24 411 203,2 + 209 535,2 = 24 620 738,4 KW. Lượng điện chi phí cho một tấn sản phẩm là : Q = = 164 138,3 Bảng chi phí nguyên vật liệu , nhiên liệu và năng lượng . TT Tên nguyên liệu năng lượng Đơn vị Lượng dùng trong năm Đơn giá (đ) Thành tiền (đ) 1 CH3COOH tấn 237 956,4 10.106 142840,5.106 2 C2H2 tấn 134 591,53 5.106 2886675.106 3 Xúc tác kg 77 620 500000 28380.106 4 Nước làm lạnh tấn 3 702 105 2000 7404,21.106 5 Nước muối OoC tấn 441 540 6000 2649,24.106 6 NH3 lỏng tấn 274 725 400000 109890.106 7 Hơi nước tấn 97 515 30000 2 925.106 8 Điện kw 66 428 239,8 800 53 151,6.106 9 Tổng cộng 4 519 471,5.106 II.3. Tính vốn cố định : Vốn đầu tư xây dựng : V xd Đơn giá xây dựng nhà lộ thiên khung bê tông cốt thép toàn khối , kết cấu bao che nhẹ : 1600 000đ/m2 . Tổng diện tích xây dựng : 1620 m2 V xd = 1620. 1600 000 =2592 000 000 = 2592.106 đ Vốn đầu tư thiết bị , máy móc : Vtb . Bảng chi phí đầu tư thiết bị TT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá (đ) Thành tiền(đ) 1 Thiết bị P .Ư 9 90.106 810.106 2 Thiết bị trộn C2H2 3 15.106 45.106 3 Thiết bị trộn CH3COOH 3 10.106 30.106 4 Thiết bị bốc hơi 3 30.106 90.106 5 Thiết bị trao đổi nhiệt 3 50.106 150.106 6 Tổ hợp xyclon 6 10.106 60.106 7 Thiết bị làm lạnh 9 25.106 225.106 8 Thiết bị phân riêng 9 3.106 27.106 9 Thiết bị đun nóng 3 30.106 90.106 10 Thiết bị ngưng tụ VA 3 30.106 90.106 11 Thiết bị ngưng tụ EDA 3 10.106 30.106 12 Máy nén 6 4.106 24.106 13 Máy bơm nước (1) 3 3.106 9.106 14 Máy bơm nước (2) 3 2.106 6.106 15 Máy bơm nước muối 3 1,5.106 4,5.106 16 Máy bơm NH3 lỏng 3 1,5.106 4,5.106 17 Máy bơm VA thô 3 2.106 6.106 18 Thùng chứa sản phẩm thô 3 5.106 15.106 19 Thùng chứa VA tinh khiết 3 4.106 12.106 20 Thùng chứa EDA 3 1.106 3.106 21 Tổng cộng 1731.106 - Chi phí lắp đặt : 20% Vtb -Chi phí dụng cụ đo : 20% Vtb -Chi phí vận chuyển : 10% Vtb Tổng cộng 50% Vtb = 252,5.106 Tổng số vốn đầu tư thiết bị là : (1671+865,5).106 =2596,5.106 (đ) Các vốn đầu tư khác : Vk Gồm những chi phí để vận chuyển, khảo sát thiết kế , đào tạo cán bộ , chiếm 10% tổng số vốn đầu tư cố định : Vdt = Vxd+Vtb+Vk Vdt =Vxd+Vtb+0.1Vdt Vxd+Vtb (2527,2+2272,5).106+ Vdt = --------- = ------------------ =5795,01.106. 0.9 0.9 Vậy Vk = 5 795,01.106. 4 . Nhu cầu về lao động : Do đạc điểm của quá trình sản xuất là liên tục và tự động hoá trong sản xuất Nhiệm vụ chủ yếu của công nhân là kiểm tra , quan sát chế độ làm việc của máy móc thiết bị và chất lượng sản phẩm để điều chỉnh cho thích hợp . Dưới đây là bảng phân bổ số lượng công nhân trực tiếp sản xuất : Bảng bố trí công nhân nơi sản xuất TT Nơi làm việc Số lượng thiết bị Số công nhân 1 ca Tổng số công nhân trong 1 ngày (3 ca) 1 Bộ phận phản ứng 3 3 9 2 Máy nén,bơm,điện 15 3 9 3 Bộ phận làm lạnh 9 3 9 4 Tháp chưng luyện 9 3 9 5 Bộ phận sản phẩm 3 3 9 6 Tổng cộng 45 Thời gian làm việc thực tế trong năm là : 330 ngày ( trừ ngày nghỉ lễ, phép … ) . Số ngày làm việc thực tế của dây chyền là 342 ngày . Vậy hệ số điền khuyết là Kđk = =1,03 Vậy số công nhân thực tế trong phân xưởng là : 45 . 1,03 = 46,36 người Lấy số công nhân thực tế trong phân xưởng là 46 người . Cán bộ kỹ thuật : 6 người ( quản đốc , phó quản đốc ). Thư ký văn phòng : 1 người . Hành chính : 8 người . Bảo vệ : 9 người Vậy tổng số người làm việc trong phân xưởng là 60 người . 5 . Quỹ lương công nhân và nhân viên toàn phân xưởng Mức lương công nhân trực tiếp là : 2 000 000đ/tháng. Lương gián tiếp và tổ trưởng tính theo hệ số Bảng thống kê quỹ lương công nhân TT Nghành nghề Số người Hệ số Lương tháng(đ/n) Lương tháng toàn bộ(đ) Lương cả năm toàn bộ(đ) 1 Công nhân trực tiếp 33 1 2.106 66.106 792.106 2 Tổ trưởng 3 1,2 2,4.106 7,2106 86,4.106 3 Quản đốc 3 1,5 3.106 9.106 108.106 4 P quản đốc 3 1,4 2,8.106 8,4.106 100,8.106 5 Thư ký 1 1,3 2,6.106 2,6.106 31,2.106 6 Hành chính 8 1,1 2,2.106 17,6.106 211,2.106 7 Bảo vệ 9 1 2.106 18.106 216.106 8 Tổng cộng 127.106 1545,4.106 Bồi dưỡng ca đêm lương : 127.106..0,02 =2,54.106đ. Bồi dưỡng độc hại lương : 1545,4.106. 0,01 =15.454.106đ Tổng quỹ lương cả năm : (1545,4+2,54+15,454) . 106 = 1563,394.106đ 6. Tính khấu hao Khấu hao thiết bị nhà xưởng như sau : -Nhà xản xuất có thời gian khấu hao là 20 năm . 2596,5.106 Mức khấu hao là : ---------- =129,775.106 đ/năm . 20 -Thiết bị máy móc lấy thời gian khấu hao là 10 năm . 2589,2.106 Mức khấu hao là : ------ =258,92.106 đ/năm. 10 -Tổng mức khấu hao toàn bộ phân xưởnh là : 129,775.106 + 258,92.106 = 387,92.106 đ/năm . -Khấu hao sửa chữa lớn lấy bằng 50% khấu hao cơ bản . 387,92.106 . 0,5 =193,96.106 đ/năm . -Tổng mức khấu hao cả năm là : 193,96 .106 + 387,92.106 = 581,87.106 đ/năm. -Mức khấu hao trên một đơn vị sản phẩm: 581,87.106 :150 000 =3879,14 đ/năm. 7. Thu hồi sản phẩm phụ -Lượng Etyliden diaxetat trong một năm : 2 971,66 .342.24 = 24 391 385,28 kg/năm=24 391,39tấn/năm. - Tổng giá thành EDA: 24 391,39 . 25.106 = 609 784,63.106đ 8. Các khoản chi phí khác. Chi phí quản lý doanh nghiệp lấy 8% giá thành sản phẩm. Chi phí bán hàng lấy 7% giá thành sản phẩm. Thuế giá trị gia tăng bằng 5% doanh thu phân xưởng. 9. Tính giá thành sản phẩm . Giá thành đơn vị sản phẩm và phương án giá đượchình thành trong bảng VI.9 với năng xuất sản phẩm VA:150 000 tấn / năm. Bảng tính giá thành một đơn vị sản phẩm và toàn bộ sản lượng. Khoản mục Đơn vị Định mức tiêu hao SP Đơn giá (đ) Chi phí cho 1 ĐVSP(đ) Chi phí cho toàn bộ sản lượng Số lượng dùng Thành tiền 1 2 3 4 5 6 7 I –NgL,NL CH3COOH Tấn 0,8657 10.106 6,657.106 47613,5 1476135.106 C2 H2 Tấn 3,499 5.106 17,495.106 192445 2762225.106 Xúc tác Kg 0,344 500000 172000 18920 36460.106 Nước Tấn 22,437 2000 44874 1234035 6468,07.106 Nước muối Tấn 2,676 6000 16056 147180 2675,21.106 NH3lỏng Tấn 1,665 400000 666000 91575 129864.106 Hơi nước Tấn 0,591 30000 17730 32505 2789,12.106 Điện Kw 402,595 800 322076 22,14.106 542646.106 Tổng CP, NL,NL 27390736 1506488,3.106 II- CP nhân công Tiền lương 11712,2 7614,25.106 Bảo hiểm XH 1191 245,9.106 III- CP chung phân xưởng 425,98.106 KH cơ bản,SC 2661,3 425,98.106 CP khác(4%) 468,5 20,87.106 Công CP SX 27406769 4507589,45 IV-C/phí QLDN 2192541,52 360801,69 V-CP bán hàng 1918473,83 309835158 G/thành toàn bộ 31517784,35 51236459,54 Giá bán 34000000 510.1010 ổng doanh thu của phân xưởng trong năm : 510.1010+609 784,63.106=5 709 784,63.106 đ/năm. Thuế giá trị gia tăng : 5%.5709784,63.106=285489,23.106 đ/năm. Lợi nhuận của một năm là : L= 5709784,63.106 - 285489,23.106 –5201077,338.106 L = 223218,063.106đ/năm Thời gian thu hồi vốn : Tth = Vđt/KH+L = 2 058 245,12.106/(223218,063.106 + 520,79.106)= = 9,199 năm. Như vậy thời gian thu hồi vốn là 9năm 2tháng. PHẦN 7 KẾT LUẬN Với đề tài tốt nghiệp ‘thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl Axetat từ axetylen và axit axetic trên xúc tác axetat kẽm tên than hoạt tính với công suất 150 000 tấn / năm’. Sau một thời gian tìm tài liệu, nghiên cứu và tính toán, với sự hướng dẫn tận tình của thầy cô em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đầy đủ các yêu cầu của bản nhiệm vụ đề ra.Với trình độ và thời gian có hạn xong em cũng rút ra được một số nhận xét trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án: Vinyl Axetat là một monome có vai trò rất quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại, đặc biệt là công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp Vinyl hoá là một quá trình quan trọng trong quá trình tổng hợp các hợp chất trung gian phục vụ cho việc tổng hợp ra các sản phẩm hữu cơ cuối cùng có giá trị. Nguyên liệu chính dùng cho quá trình sản xuất VA là Axetylen và axit Axetic. Đây đều là những chất tương đối độc hại và dễ cháy nổ, do đó có khả năng gây nguy hiểm cho con người. Vì vậy khu vực sản xuất phải luôn được đảm bảo về các yêu cầu cháy nổ cũng như vệ sinh môi trường. Từ lâu, công nghệ sản xuất Vinyl Axetat đã được ứng dụng vào trong sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Tuy nhiên, mỗi dây chuyền công nghệ của từng hãng đều có những ưu nhược điểm khác nhau, nhưng nhìn chung thì chế độ công nghệ của tất cả các dây chuyền đó đều phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau : Nhiệt độ phản ứng Loại xúc tác dùng cho phản ứng Tỷ lệ của các cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu đầu Vinyl Axetat có thể được sản xuất bằng nhiều công nghệ khác nhau,mỗi công nghệ đều có các ưu nhược điểm khác nhau,tuy nhiên khi thiết kế ngoài lựa chọn công nghệ thì việc chọn nguyên liệu cho quá trình sản xuất đó cũng là một yếu tố quyết định cho việc đầu tư,đặt địa điểm nhà máy.Ngày nay ngoài các nguyên liệu truyền thống thì việc sử dụng nguyên liệu từ quá trình chế biến dâù khí đang là một hướng để tiếp cận với nguồn nguyên liệu rồi rào và rẻ tiền. Để hoàn thành bản đồ án em xin trân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất , khoa Hoá trường ĐHBK Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập I. Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật 1982. Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất , khoa Hoá trường ĐHBK Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập II. Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật 1982. Encyclopedia of Polymer. Science and Technology . Vol 15 Encyclopedia of Chemical Technology ( Second Edition ). Vol 21 Tủ sách Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1963 GS. TS. Nguyễn Bin Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm – Tập I Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Đỗ Văn Đài – Nguyễn Bin – Phạm Xuân Toản – Đỗ Ngọc Cử Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – Tập 1a Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1999 Đỗ Văn Đài – Nguyễn Bin – Phạm Xuân Toản – Đỗ Ngọc Cử Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – Tập 1b Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1999 Trần Công Khanh. Bộ môn Tổng Hợp Hữu Cơ - khoa Hoá ĐHBK HN Thiết bị phản ứng trong sản xuất các hợp chất hữu cơ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản 1986 Phan Minh Tân Tổng hợp hữu cơ và Hoá dầu – Tập II Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh 1993 Nguyễn Mai Liên Tổng hợp hữu cơ cơ bản Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản 1963 Vương Đình Nhàn Sổ tay tóm tắt kỹ sư hoá chất. Hà Nội - 1961 Hoàng Trọng Yêm – Nguyễn Đăng Quang Hoá học Hữu cơ, tập 2 – 1996 PGS. Ngô Bình Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Hà Nội - 1997 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol A8.1995 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol A27.1995 MỤC LỤC Phần Mở đầu Phần I: Tổng quan lý thuyết A . Tính chất nguyên liệu I. Tính chất củaAxetylen 1. Tính chất vật lý 2. Tính chất hoá học 3. Điều chế Axetylen II. Tính chất của Axit Axetic 1. Tính chất vật lý 2. Tính chất hoá học 3. Các phương pháp điều chế Axetylen III . Tính chất của VinylAxetat 1. Tính chất vật lý 2. Tính chất hoá học B. Các phương pháp sản xuất VinylAxetat I. Quá trình tổng hợp VA từ Etylen và axitAxetic 1. Kháiniệmchung 2. Tiến hành trong pha lỏng 3. Tiến hành trong pha khí II. Quá trình tổng hợp VA từ Etyliden Diaxetat 1. Khái niệm chung 2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động III. Một số phương pháp khác C. Phương pháp sản xuất VA từ Axetylen và axit Axetic 1. Khái niệm chung 2. Tiến hành trong pha lỏng 3. Tiến hành trong pha khí Phần 3: Tính toán A. Cân bằng vật chất I. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng II. Tính cân bằng vật chất cho hệ thống ngưng tụ III. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng 1. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng ( 15 ) 2. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng ( 16 ) 3. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng ( 17 ) B. Cân bằng nhiệt lượng I. Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị phản ứng II. Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu C. Tính toán thiết bị chính Phần 4: Xây dựng công nghiệp I. Phân tích đia điểm xây dựng nhà máy 1. Các yêu cầu chung khi chọn địa điểm xây dựng 2. Các yêu cầu về khu đất xây dựng 3. Các yêu cầu bảo vệ môi trường II. Phân tích tổng mặt bằng nhà máy 1. Nguyên tắc phân vùng 2. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng 3. Các công trình hạng mục trong nhà máy 4. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật III. Thiết kế nhà sản xuất IV. Giao thông trong nhà máy và các công trình khác Phần 5: An toàn lao động Phần 6: Tính toán kinh tế Phần 7: Kết luận Tài liệu tham khảo