THIẾT kế PHÂN XƯỞNG sản XUẤT NHỰA POLYVINYL CLORUA NĂNG XUẤT 45000 TẤNNĂM

LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

Giới thiệu về polyme và tiềm năng sử dụng

Hóa học các hợp chất cao phân tử là một trong những lĩnh vực khoa học phát triển nhanh chóng, bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ XX khi nó trở thành một bộ phận độc lập Ngày nay, ngành này đã đạt được trình độ phát triển cao, đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp như cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn và keo, vật liệu cách điện, và giấy, tất cả đều dựa vào việc chế biến các vật liệu cao phân tử.

Nguồn: Theo Plastic – the Fact 2010, Plasticeurope.org

Hình 1.1 Sản lượng nhựa tổng hợp của thế giới (1950-2009)

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Các hợp chất cao phân tử đóng vai trò quan trọng trong nhiều loại vật liệu chế tạo, nhờ vào các tính chất cơ học vượt trội như độ bền, độ đàn hồi và độ rắn Trong lĩnh vực này, kim loại là vật liệu duy nhất có khả năng cạnh tranh với các hợp chất cao phân tử.

Hợp chất cao phân tử đóng vai trò quan trọng trong đời sống hàng ngày và kỹ thuật, từ các sản phẩm thông dụng cho đến các ứng dụng trong công nghệ cao.

Các hợp chất cao phân tử tự nhiên như xenlulo và các dẫn xuất của nó, dầu thảo mộc, gelatin, và lignin, đóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất giấy, dệt may, keo dán và sơn.

Các hợp chất cao phân tử tổng hợp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kỹ thuật điện tử, chế tạo máy, sản xuất ô tô, xây dựng, hàng không vũ trụ và công nghiệp hóa chất.

Các hợp chất cao phân tử được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực nhờ vào những tính chất vượt trội mà khó có vật liệu nào khác có thể so sánh.

Hầu hết các hợp chất cao phân tử có trọng lượng nhẹ, với tỷ trọng dao động từ 0,8 đến 1,5 Chúng sở hữu độ bền riêng lớn, thể hiện sự bền vững trên mỗi đơn vị khối lượng.

 Một số hợp chất cao phân tử có khả năng cách âm, cách điện và cách nhiệt tốt (các polymer xốp)

Có những vật liệu có độ ma sát cao và ít bị mài mòn, thường được sử dụng làm má phanh xe, chẳng hạn như polyxenlulo và các hợp chất cao su Ngược lại, những vật liệu có độ ma sát thấp được ứng dụng làm bạc đỡ cho các ổ trục, điển hình là terflon và polyetylen.

Có những loại vật liệu bền với axit, bền với bazơ và các dung môi, phù hợp để làm thiết bị chứa hóa chất Đặc biệt, poly tetra flo etylen là một loại vật liệu nổi bật nhờ khả năng bền với nước cường tan.

 Một số có độ trong suốt rất cao nên được ứng dụng làm kính ô tô, máy bay (poly metyl meta acrylat)

 Có loại có độ đàn hồi cao nên được dùng làm các gối đỡ, các vòng đệm hay săm lốp xe (các loại cao su)

Chuyên ngành Hoá dầu Trang 3 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

Nguồn: Theo Plastic – The Fact 2010, Plasticeurope.org

Hình 1.2 Tình hình sản xuất nhựa tổng hợp năm 2009 theo các khu vực

Các hợp chất cao phân tử không chỉ sở hữu nhiều tính chất quan trọng mà còn có khả năng gia công dễ dàng bằng nhiều phương pháp, từ đó tạo ra các sản phẩm đa dạng.

Hợp chất cao phân tử có nhược điểm chính là khả năng chịu nhiệt kém, điều này hạn chế ứng dụng của chúng Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào việc phát triển phụ gia và chất độn để cải thiện đáng kể khả năng chịu nhiệt của các hợp chất này.

Các hợp chất cao phân tử có tuổi thọ lâu dài và sở hữu nhiều tính chất khác nhau Độ bền của chúng được hình thành nhờ vào sự linh động hạn chế của các phân tử và tốc độ khuyếch tán chậm.

Chính nhờ những lý do này, các hợp chất cao phân tử đã được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực, đánh dấu sự khởi đầu của "Thời kỳ của chất dẻo".

1.1.2 Giới thiệu về Polyvinyl Clorua

Polyvinylclorua (PVC) là một loại nhựa tổng hợp được bằng cách trùng hợp vinylclorua monomer (VCM):

PVC hiện là loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ ba trên toàn cầu, chỉ sau Polyethylen (PE) và Polypropylene (PP) Nhu cầu về các loại chất dẻo trên thế giới đã được thể hiện rõ qua bức tranh tổng thể vào năm 2009.

Hình 1.3 Nhu cầu các loại chất dẻo tổng hợp của thế giới năm 2009

Trong thời đại hiện nay, chúng ta sống trong môi trường ngập tràn nhựa tổng hợp, dẫn đến hiểu lầm về việc tiêu thụ dầu mỏ để sản xuất chất dẻo Mỗi khi thảo luận về chất thải từ dầu mỏ, nhiều người thường đổ lỗi cho các loại nhựa.

Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của polyvinyl clorua

Polyvinylclorua (PVC) là một loại nhựa nhiệt dẻo với cấu trúc vô định hình, được sản xuất trong công nghiệp dưới dạng bột có tỷ trọng từ 0,5 đến 1,4 g/cm³ PVC được trùng hợp qua cơ chế gốc tự do, nơi các phân tử kết hợp theo kiểu "đầu nối đuôi" để tạo thành mạch phát triển Trong cấu trúc phân tử, các nguyên tử clo xuất hiện ở vị trí 1 và 3, và nhiều phương pháp như hóa học, vật lý, và quang học đã được sử dụng để chứng minh đặc điểm này.

Ví dụ: Khử Cl trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch Polyvinylclorua trong dioxan với bột kẽm thì thấy có nhóm cyclo propan được tạo ra

Tùy thuộc vào điều kiện khử Clo, Polyvinylclorua (PVC) có thể chứa 13-16% Clo ở dạng nguyên tử Trong trạng thái không kéo căng, PVC hoàn toàn vô định hình, và chỉ khi được kéo căng mạnh mới có khả năng định hướng một phần mà không kết tinh Phân tử PVC cũng có cấu trúc nhánh, nhưng tỷ lệ này là khá thấp.

50 –100 mắc xích mới có một nhánh

Một số tính chất vật lý cơ bản của PVC:

Nhiệt độ hóa thủy tinh T g : 7580 0 C

Khối lượng riêng của vật liệu nằm trong khoảng 1,1 đến 1,4 g/cm³ Giới hạn bền kéo đạt từ 400 đến 600 kG/cm², trong khi giới hạn bền uốn dao động từ 900 đến 1200 kG/cm² Đối với giới hạn bền nén, giá trị nằm trong khoảng 800 đến 1600 kG/cm² Độ bền va đập của vật liệu đạt từ 70 đến 160 kG/cm², và độ giãn dài tương đối nằm trong khoảng 10 đến 15%.

1.2.2.1 Độ hòa tan của polyvinylclorua

Polyvinylclorua (PVC) là một polyme phân cực có khả năng hòa tan trong các dung môi như este, hydrocacbon clo hóa và nitrobenzen Tuy nhiên, PVC chỉ hòa tan hiệu quả khi có trọng lượng phân tử thấp; với trọng lượng phân tử cao, khả năng hòa tan bị hạn chế, mặc dù nhiệt độ cao có thể tăng cường độ tan Để cải thiện độ hòa tan của PVC, các phương pháp biến tính như đồng trùng hợp với vinylaxetat, vinylindeclorua, hoặc clo hóa PVC để tạo thành polypercloruavinyl thường được áp dụng.

Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào loại liên kết giữa các nguyên tử hoặc phân tử, với hệ số này tăng lên khi cường độ liên kết giảm Polyvinylclorua có độ giãn nở nhiệt rất thấp, cho thấy tính ổn định của nó trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Bảng 1.6: Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu

10 -6 C -1 Độ dẫn nhiệt W/m o C Nhiệt dung riêng ở 20 o C (kJ/kg o C)

Polyvinylclorua có nhiệt độ chảy mềm cao hơn một ít so với nhiệt độ phân hủy Khi ở 140 0 C bắt đầu phân hủy chậm và ở 170 0 C thì phân hủy nhanh hơn

Khi nhiệt độ tăng, sự sản xuất HCl gia tăng, dẫn đến việc PVC xuất hiện màu sắc Tính tan của Polyvinylclorua giảm dần do quá trình phân hủy và sự hình thành liên kết ngang.

Và sự đổi màu của Polyvinylclorua do tạo liên kết đôi liên hợp:

Khi đun nóng, polyvinylclorua (PVC) phân hủy thông qua phản ứng chuỗi, bắt đầu từ các mạch có liên kết C – H và C – Cl yếu Các liên kết này thường nằm ở những nhóm cuối của mạch đại phân tử.

Khi polyvinylclorua được tổng hợp qua cơ chế gốc, hiện tượng đứt mạch có thể xảy ra do phản ứng truyền mạch giữa các phân tử monome và polyme.

Khi truyền mạch cho monome, phân tử polyme có nối đôi ở cuối mạch, trong khi truyền mạch cho polyme sẽ xuất hiện mạch nhánh và cacbon bậc ba Các liên kết đôi hoặc cacbon bậc ba trong mạch làm giảm độ bền liên kết của nguyên tử cacbon bên cạnh, khiến liên kết dễ bị đứt do ái lực điện tử giảm, có thể kích thích quá trình phân hủy và tạo ra HCl Trong môi trường có nhiệt độ không khí, sự phân hủy polyvinylclorua diễn ra nhanh hơn so với môi trường khí trơ, và sự hiện diện của các kim loại có hóa trị thay đổi như Zn, Fe sẽ thúc đẩy quá trình phân hủy polyvinylclorua nhanh chóng.

Gia công polyvinylclorua được thực hiện ở nhiệt độ 140 đến 170 độ C, tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu và mục đích sử dụng Trong quá trình này, HCl phân hủy, dẫn đến việc hình thành các mạch polyvinylclorua có nối đôi và đôi khi tạo cầu nối giữa các mạch đại phân tử Để cải thiện độ ổn định nhiệt của polyvinylclorua, người ta thường thêm chất ổn định nhiệt, giúp làm chậm hoặc kìm hãm quá trình phân hủy của polymer.

Hợp chất vô cơ và cơ kim là hai loại chất ổn định nhiệt quan trọng nhất, không chỉ giúp ổn định nhiệt cho polyvinylclorua mà còn ngăn ngừa sự phân hủy của nó trong quá trình gia công ở nhiệt độ cao Ngoài ra, chúng còn bảo vệ các tính chất vật liệu trong suốt thời gian sử dụng.

1.2.2.3 Trộn với chất dẻo và các loại nhựa khác Để gia công và sử dụng Polyvinylclorua hiệu quả thì việc trộn nó với chất hóa dẻo có ý nghĩa rất quan trọng Chất hóa dẻo là chất độn với polyvinylclorua làm cho polyvinylclorua có độ bền uốn tăng, làm giảm tính dòn ở nhiệt độ thấp, tức là làm giảm nhiệt độ hóa thủy tinh, làm giảm điều kiện gia công và tăng thời gian sử dụng sản phẩm vì polyvinylclorua là polyme mạch cứng, ở nhiệt độ cao mới đàn hồi

Các chất hóa dẻo là các chất có cực, thường dùng ở dạng lỏng thông dụng nhất là các este, phtalat, adipat, sebacat

Polyvinylclorua là polyme phân cực, polyvinylclorua cứng ít biến dạng là do lực nội tại giữa các phân tử

Các phân tử hóa dẻo nằm giữa các mạch polyme, làm tăng khoảng cách và giảm lực liên kết giữa chúng Khi được đun nóng, chuyển động của các phân tử tăng lên, khiến cho các mạch phân tử trở nên mềm dẻo và có khả năng trượt lên nhau, làm cho polyvinylclorua trở nên mềm hơn.

Ngoài ra polyvinylclorua còn có khả năng trộn hợp với các polyeste mạch thẳng, các nhựa alkyd, nhựa epoxi, polyformaldehyd

Polyvinylclorua (PVC) là một loại polyme thường không chứa các phần tử tích điện, dẫn đến điện trở của nó rất cao, đạt khoảng 10^15 đến 10^18 Ωm Chính vì đặc tính này, PVC được sử dụng rộng rãi làm vỏ bọc dây cách điện.

Tùy thuộc vào công dụng, PVC-S (huyền phù) và PVC-E (nhũ tương) được sử dụng khác nhau PVC-E có độ tinh khiết thấp và chứa nhiều tạp chất, làm giảm các tính chất cơ lý như độ ổn định nhiệt và tính cách điện Nghiên cứu cho thấy độ phân nhánh của PVC-E lớn gấp 2-3 lần PVC-S, dẫn đến tính chất cơ lý kém hơn Do đó, PVC-S được ưa chuộng trong sản xuất các sản phẩm như ống, tấm và vỏ bọc cách điện, trong khi PVC-E thích hợp cho sản xuất dạng past và ứng dụng trong PVC xốp, màng sơn, và da nhân tạo Để cải thiện các tính chất cơ lý hóa của PVC-S, người ta thường thêm các phụ gia như chất hóa dẻo và ổn định nhiệt.

1.2.3.1 Sản phẩm từ PVC không hóa dẻo (Viniplat)

Lý thuyết trùng hợp polyvinyl clorua

Quá trình trùng hợp vinylclorua diễn ra chậm dưới ánh sáng mặt trời mà không có chất khởi đầu, nhưng tốc độ này sẽ tăng nhanh hơn khi có sự tác động của ánh sáng tử ngoại Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ phản ứng và bổ sung peroxit cũng góp phần làm tăng tốc độ trùng hợp.

Nhiệt trùng hợp vinylclorua không thể diễn ra nếu không có O2 và chất khởi đầu Tuy nhiên, khi có O2, quá trình tạo ra polyme diễn ra nhanh chóng sau một thời gian cảm ứng Trong thời gian này, O2 kết hợp với vinylclorua để tạo ra peroxit, và peroxit sau đó phân hủy thành các gốc tự do, dẫn đến quá trình trùng hợp.

Phản ứng trùng hợp rất nhạy cảm với các tạp chất như C2H2, CH3OH và C2H5OH, cũng như HCl, làm chậm đáng kể tốc độ của quá trình Ngoài ra, các chất như stirol, hydroquinol, phenol, brom và KMnO4 có khả năng ngừng hoàn toàn phản ứng.

Trùng hợp vinylclorua trong dung môi thường dẫn đến việc thu được polyme với trọng lượng phân tử thấp và giảm vận tốc phản ứng Dung môi có thể ảnh hưởng đến trật tự sắp xếp của các mắt xích dọc theo mạch phân tử Khi thực hiện trùng hợp vinylclorua ở nhiệt độ trên 75 độ C, khí HCl sẽ được tách ra từ Polyvinylclorua, hiện tượng này xảy ra dễ dàng khi có sự hiện diện của dung môi.

Nghiên cứu về trùng hợp vinylclorua trong pha lỏng với sự có mặt của chất khơi mào cho thấy quá trình này diễn ra theo cơ chế chuỗi gốc bình thường, tuy nhiên, có hai đặc điểm nổi bật cần lưu ý.

 Vận tốc trùng hợp tăng từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi gần 50% monome chuyển hóa Hiện tượng đó gọi là hiện tượng gel

 Vận tốc trùng hợp monomer vinylclorua tạo PVC có giá trị lớn hơn rất nhiều so với trùng hợp các hợp chất vinyl khác

Hai đặc điểm này có ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất polymer Đặc điểm đầu tiên liên quan đến sự không ổn định của vận tốc trùng hợp nhũ tương và huyền phù, trong khi đặc điểm thứ hai ảnh hưởng lớn đến trọng lượng phân tử của polymer Do đó, trong ngành công nghiệp, việc điều chỉnh trọng lượng phân tử của polymer thường được thực hiện bằng cách thay đổi nhiệt độ trùng hợp thay vì thay đổi nồng độ chất khơi mào.

Để điều chỉnh trọng lượng phân tử, có thể thêm các hợp chất truyền mạch hoặc áp dụng phương pháp nồng độ hiệu lực của monome trong hệ thống phản ứng Một ví dụ là sử dụng phương pháp trùng hợp vinylclorua trong nhũ tương ở áp suất thấp, tức là thấp hơn áp suất hơi bảo hòa của vinylclorua tại nhiệt độ nhất định Cách này giúp giảm nồng độ monome trong pha nước, từ đó làm giảm trọng lượng phân tử và vận tốc trùng hợp.

1.3.2 Cơ chế của quá trình trùng hợp

Cơ chế trùng hợp monomer vinylclorua tạo PVC là trùng hợp gốc xảy ra theo ba giai đoạn:

 Giai đoạn khơi mào tạo ra các gốc hoạt tính:

Có thể khơi mào phản ứng bằng cách sử dụng nhiệt, ánh sáng hoặc chất khơi mào Chất khơi mào, với gốc là đoạn đầu của mạch cao phân tử, cũng được gọi là chất kích thích vì nó có tác dụng kích động phản ứng hóa học.

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu nghiên cứu về phản ứng trùng hợp, trong đó các chất khơi mào có thể có cấu trúc đối xứng hoặc bất đối xứng Các chất khơi mào thường được sử dụng trong phản ứng trùng hợp vinylclorua để tạo hạt nhựa PVC bao gồm các hợp chất như ter-butyl peroxyneodecanoate, Di-2-etylhexyl peroxidecarbonate, và các hợp chất azo, diazo Ở giai đoạn đầu, chất khơi mào phân hủy dưới tác dụng của nhiệt hoặc ánh sáng, tạo ra các gốc tự do cần thiết cho quá trình trùng hợp.

Gọi tắt các gốc tự do tạo ra là R *

 Giai đoạn phát triển mạch:

Các gốc khơi mào tương tác với vinylclorua để tạo ra các gốc tương ứng, tiếp tục phản ứng với vinylclorua Quá trình này dẫn đến phản ứng chuyển gốc, giúp truyền năng lượng và kéo dài chuỗi polymer.

Sự ngắt mạch của phản ứng liên quan đến sự bão hòa của điện tử không cặp đôi, và quá trình này xảy ra do sự tương tác giữa hai gốc tự do Quá trình ngắt mạch diễn ra thông qua sự kết hợp của các gốc polyme theo hai cơ chế khác nhau.

Tái hợp gốc: nếu quá trình ngắt mạch của các polyme theo cơ chế này thì kết quả thu được chất polyme có trọng lượng phân tử lớn

Bất tỷ phân: quá trình ngắt mạch xảy ra theo cơ chế bất tỷ phân thì polyme thu được không đồng nhất và có trọng lượng phân tử thấp

1.3.3 Các phương pháp khơi mào

 Khơi mào bằng tác nhân nhiệt độ:

Các gốc tự do xuất hiện dưới tác dụng của nhiệt Sự tạo gốc tự do có thể xem như quá trình mở liên kết đôi:

Tiếp theo lưỡng gốc này tương tác với các phân tử monome

Sau đó lưỡng gốc biến thành đơn gốc, polyme

Trùng hợp nhiệt xảy ra rất chậm và tốc độ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

 Khơi mào bằng tác nhân ánh sáng:

Các monome hấp thụ lượng tử năng lượng ánh sáng và chuyển sang trạng thái bị kích thích, rồi chuyển thành lưỡng gốc tự do:

Trong quá trình trùng hợp, cả tác nhân khơi mào quang hóa và tác nhân nhiệt đều giúp lưỡng gốc phát triển thành đơn gốc polyme.

Khi khơi mào quang hóa, phản ứng trùng hợp đôi khi vẫn tiếp tục một thời gian nữa mặc dù đã ngừng chiếu sáng

 Khơi mào bằng tác nhân bức xạ:

Bức xạ ion hóa như tia gamma, tia Röntgen và dòng điện tử gia tốc được sử dụng để tác động lên monome, tạo ra các gốc tự do và khởi đầu phản ứng trùng hợp Ở mức độ chuyển hóa thấp, quá trình trùng hợp bằng bức xạ tuân theo quy luật tương tự như trùng hợp bằng ánh sáng.

 Khơi mào bằng tác nhân chất khơi mào:

Tăng tốc độ phản ứng có thể đạt được bằng cách bổ sung các gốc tự do từ bên ngoài hệ thống Những gốc này có thể được đưa vào dưới dạng tự do hoặc dưới dạng hợp chất dễ phân hủy trong điều kiện phản ứng, từ đó tạo ra các gốc tự do.

Sự phân rã phân tử chất khơi mào tạo ra các gốc tự do tiêu tốn ít năng lượng hơn so với việc kích hoạt trực tiếp monome Do đó, việc sử dụng chất khơi mào giúp tạo ra các trung tâm hoạt động và tăng tốc độ quá trình trùng hợp.

Nguyên liệu tổng hợp PVC

Nguyên liệu chính để sản xuất polyvinylclorua (PVC) là vinylclorua, cùng với các nguyên liệu phụ như chất khơi mào, chất ổn định huyền phù, chất ổn định nhiệt và chất kìm hãm Tùy thuộc vào loại và hàm lượng của các nguyên liệu phụ này, có thể tạo ra nhiều loại PVC khác nhau với độ trùng hợp khác nhau.

Loại nhựa K - 66 là loại được sử dụng phổ biến nhất, chiếm khoảng 90% trong ba loại nhựa hiện có Do đó, nhà máy sẽ tập trung sản xuất loại K - 66 Các nguyên liệu chính để sản xuất loại nhựa này bao gồm:

Vinyl clorua là nguyên liệu chính để sản xuất polyvinylclorua

Nhiệt độ nóng chảy t o nc = - 153,7 0 C

Tỷ trọng ở 58 0 C: d = 0,899 g/cm 3 Độ nhớt ở 35 0 C: 0,18 cp

Nhiệt hóa hơi ở 35 0 C: 75,2 kcal/kg 0 C Chiết suất: n 20 D = 1,4046 n 40 D = 1,398 Nhiệt dung riêng: 0,4 kcal/kg.độ Độ dẫn nhiệt: 0,116 kcal/m.độ Độ tan trong nước: 25,7 mg/100ml ở 20 0 C

VCM tạo hỗn hợp nổ với không khí ở giới hạn 3,6  26,4% về thể tích

Vinyl clorua là khí không màu với mùi tương tự như clorofor ở nhiệt độ và áp suất thường Nó có khả năng hòa tan trong các dung môi như axeton, ethanol và các hydrocacbon thẳng cũng như thơm Tuy nhiên, vinyl clorua có tính độc hại và có thể gây ung thư gan khi tiếp xúc lâu dài Nồng độ cho phép khi làm việc với vinyl clorua là 1 ppm.

Làm việc 8 giờ mỗi ngày với vinyl clorua (VCM) nồng độ cao có thể gây choáng, mất ổn định và hôn mê Ngoài ra, tiếp xúc trực tiếp với VCM còn có thể dẫn đến bỏng da.

Vinyl clorua có thể được bảo quản và chuyên chở trong bình thép chịu áp suất Để bảo quản an toàn, vinyl clorua nên được giữ ở nhiệt độ thấp (-20 độ C hoặc thấp hơn) nếu không có chất ổn định, hoặc ở nhiệt độ thường dưới áp suất khí nitơ (N2) khi không có oxy Thêm vào đó, việc sử dụng khoảng 5 ppm các chất như hydro quinon và tert-butyl pirocatêxin trong quá trình bảo quản và chuyên chở là cần thiết để đảm bảo tính ổn định của vinyl clorua.

 Các phương pháp sản xuất vinylclorua

 Khử hydro và clo của dicloetan bằng dung dịch rượu kiềm:

Phương pháp này không kinh tế, tốn nhiều NaOH, rượu, thiết bị phải to nên rất ít được sử dụng trong công nghiệp

 Clo hóa êtylen ở nhiệt độ cao:

CH 2 = CH 2 + Cl 2 CH 2 = CHCl + HCl

 Hydro hóa và clo hóa C 2 H 2 :

Phương pháp sử dụng xúc tác Ni hoặc HgCl2 ở nhiệt độ cao để sản xuất C2H2 có nhược điểm là chi phí cao hơn so với etylen, dẫn đến việc nó ít được áp dụng trong công nghiệp.

 Nhiệt phân dicloetan với xúc tác Al 2 O 3 ở nhiệt độ 500  550 0 C:

Quá trình nhiệt phân dicloetan có thể được kết hợp với quá trình hidro hóa và clo hóa Nếu HCl được tạo ra trong quá trình nhiệt phân, nó có thể được đưa vào một nồi phản ứng khác để kết hợp với C2H2.

Phương pháp này có tính kinh tế cao với dây chuyền sản xuất đơn giản; tuy nhiên, xúc tác không bền và không thể tái sinh, đồng thời ở nhiệt độ cao có thể tạo ra các sản phẩm phụ như C2H2 và dien.

Gần đây, phương pháp này đang trở nên phổ biến do sự phong phú của etylen trong dầu mỏ Với sự phát triển của kỹ thuật hiện đại, việc sản xuất etylen trở nên khả thi và hiệu quả hơn.

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu sản xuất vinylclorua nguyên chất với độ tinh khiết từ 99,5% đến 99,99% Trong thành phần có thể tồn tại một lượng nhỏ axetylen, tuy nhiên, tuyệt đối không được có xút do nguy cơ tạo ra hỗn hợp nổ khi nồng độ C2H2 nằm trong giới hạn 4,0% đến 21,7% thể tích Nồng độ cho phép của vinylclorua trong không khí tại phân xưởng là 1 mg/l, và nó có tác dụng kích thích.

1.4.2 Chất ổn định huyền phù (Polyvinylancol - PVA)

Trong quá trình phản ứng trùng hợp diễn ra trong môi trường huyền phù, với nước là môi trường phân tán chính, việc sử dụng các chất ổn định huyền phù là rất cần thiết để duy trì tính ổn định của hệ thống.

Công thức cấu tạo của nó như sau : Độ trùng hợp n = 700

Chất lượng: Độ nhớt dung dịch Agent - 1: 4 % là 5,4  0,4 cp (ở 20 0 C)

Trọng lượng riêng ở 30 0 C: 1170 : 1210 kg/m 3 Chỉ số xà phòng hóa: 71,0  1,5 mol.(% nhóm OH)

Thành phần dễ bay hơi: 3,0 % khối lượng (tối đa)

Hàm lượng tro: 1,0 % khối lượng (tối đa) Điều kiện sử dụng: Áp suất nạp : 10 kG/cm 2 Nhiệt độ : nhiệt độ phòng

Agent-1 được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 7,0 %

Công thức cấu tạo của nó như sau :

Chuyên ngành Hoá dầu Trang 37 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm Độ trùng hợp : n = 2000 Chất lượng: Độ nhớt dung dịch 4% là: 32,0  38,0 cp (ở 20 0 C)

Trọng lượng riêng ở 30 0 C: 1190 : 1300 kg/m 3 Chỉ số phòng hóa: 78,5  81,5 % mol Độ trong suốt của dung dịch 4%: tối thiểu 90 %

Thành phần dễ bay hơi: 5,0 % khối lượng (tối đa)

Hàm lượng tro: 1,0 % khối lượng (tối đa) Điều kiện sử dụng: Áp suất nạp : 10 kG/cm 2 Nhiệt độ : nhiệt độ phòng

Agent-2 được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 5 %

1.4.3 Chất khơi mào (khởi đầu)

Chất khơi mào được sử dụng để tạo ra các gốc tự do, khơi mào cho quá trình chuyển mạch của monome, từ đó tăng tốc độ phản ứng Hai loại chất khơi mào với nhiệt độ và thời gian phân hủy khác nhau được áp dụng, giúp phân hủy từ từ và đều trong quá trình phản ứng Điều này đảm bảo quá trình phản ứng diễn ra ổn định, êm dịu và dễ kiểm soát.

Tên gọi: Di-2-etylhexyl peroxidecarbonate

Trọng lượng riêng: 0,990 kg/l ở 25 0 C Độ nhớt: 1,3 poa ở 10 0 C

Khả năng hòa tan: dễ tan trong nước

Sự phân hủy của C-19 ở nhiệt độ phòng tạo ra khí CO2 và CO Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi C-19 tiếp xúc với các kim loại như sắt.

Khả năng cháy: không cháy

Chống cháy: các loại bọt, bột để dập lửa và làm lạnh với nhiều nước Điều kiện sử dụng: trạng thái nhũ tương, nồng độ 60 %

Màu sắc: trắng Trọng lượng riêng: 963 kg/m 3 ở -15 0 C

Khả năng hòa tan: dễ tan trong nước

Khả năng cháy : không cháy

Sự phân hủy C - 29 ở nhiệt độ phòng tạo ra khí CO2 và CO Phản ứng oxy hóa khử diễn ra khi tiếp xúc với các kim loại hóa trị như sắt, mangan và đồng.

Chống cháy: các loại bọt, bột để dập lửa, và làm lạnh với nhiều nước Điều kiện sử dụng: trạng thái nhũ tương, nồng độ 50%

Mục đích của nó cho vào nhằm ngăn chặn không cho phản ứng xảy ra

Tên gọi: 2,2-Diphenyl propane hoặc 2,2-Di-p-hydroxyphenyl propane hoặc Diphenyl propane hoặc 4,4-Isopropylidene diphenyl

Công thức phân tử: HOC 6 H 4 - CH 3 - C 6 H 4 OH Tính chất vật lý

Màu sắc: bột màu trắng

Trọng lượng riêng ở 25 0 C: 960 - 1020 kg/m 3 Điểm nóng chảy : 156,6 0 C Điểm sôi : 217 0 C

Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu nghiên cứu về độ tan của một chất, cho thấy chất này không tan trong nước nhưng tan trong rượu với tỷ lệ 150,5g/100g etanol và trong dung dịch kiềm pha loãng Để sử dụng hiệu quả, cần pha chế dung dịch 10% trong NaOH.

Thuộc nhóm có độc tính thấp, gây dị ứng da, kích thích đối với mắt

1.4.5 Chất chống tạo bọt (AD-5)

Chất này được cho vào nhằm mục đích tránh tạo bọt, ổn định nhiệt và ngăn ngừa quá trình phân hủy của Polyvinylclorua trong quá trình gia công

Tên gọi: Octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyl phenol) propionate

Chất không bay hơi : 50,0  1,5% khối lượng Độ nhớt ở 25 0 C : 300 cp (lớn nhất) Độ pH (dung dịch AD -5 10% với nước): 7  1,5 Điều kiện sử dụng: trạng thái nhũ tương

Màu sắc: nhũ tương trắng

Mùi: không mùi Điểm nóng chảy: 49  54 0 C Điểm sôi: 100 0 C Độ tan của bột: không tan trong nước

Chất rắn phân tán: tan 26% khối lượng (KL) trong axeton tan 57% KL trong benzen

TÍNH TOÁN KỸ THUẬT

Tính cân bằng vật chất

Mục đích của việc tính cân bằng vật chất là xác định lượng nguyên liệu cần thiết cho sản xuất, từ đó lập kế hoạch dự trữ và đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục, tránh thiếu hụt nguyên liệu Ngoài ra, việc này còn giúp xác định giá thành sản phẩm, điều chỉnh cho phù hợp nhằm nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường Bên cạnh đó, tính toán cân bằng vật chất cũng cho phép xác định kích thước và trọng lượng thiết bị, đảm bảo bố trí và xây dựng nhà máy đạt độ chính xác và an toàn trong quá trình hoạt động.

Tùy thuộc vào loại nguyên liệu và tỷ lệ giữa các nguyên liệu, nhựa PVC sẽ có độ trùng hợp khác nhau, dẫn đến việc chúng được đặt tên gọi khác nhau.

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại sản phẩm với độ trùng hợp khác nhau, chẳng hạn như loại K-58 với độ trùng hợp trung bình n = 700, loại K-66 với độ trùng hợp trung bình n = 1020, và loại K-71 có độ trùng hợp trung bình n = [giá trị cần bổ sung].

Theo các số liệu thực tế từ thị trường Việt Nam, hơn 90% nhu cầu PVC được sử dụng và sản xuất là loại K-66 Do đó, trong bài viết này, tôi sẽ tính toán cân bằng vật chất và sử dụng mọi số liệu cho loại K-66 Đơn phối liệu cho quá trình sản xuất PVC huyền phù loại K-66 sẽ được trình bày dưới đây.

Tên nguyên liệu Phần khối lượng

AG-1 566 ppm ( so với VCM)

AG-2 283 ppm ( so với VCM)

AD-3 40 ppm ( so với VCM)

AD-5 20 ppm ( so với VCM)

Cat-1 345 ppm ( so với VCM)

Cat-2 150 ppm ( so với VCM)

Chế độ làm việc của nhà máy gồm có

- Số ngày trong năm : 365 ngày

- Số ngày nghỉ để sữa chữa và bảo dưỡng : 15 ngày

- Số ngày nghỉ lể và tết : 8 ngày

- Số ngày sản xuất của nhà máy trong một năm : 342 ngày

- Hiệu suất phản ứng tạo nhựa : 85%

- Tổn thất do chuẩn bị nguyên liệu * VCM : 0,2%

- Tổn thất trong quá trình trùng hợp : 0,15%

- Tổn thất sau khi trùng hợp trước khi qua xử lý : 0,1%

- Tổn thất trong quá trình tách VCM : 0,3%

- Tổn thất trong quá trình ly tâm : 1%

- Tổn thất trong quá trình sấy : 1%

- Tổn thất trong quá trình sàng : 0,7%

- Tổn thất trong quá trình đóng bao : 0,2%

- Độ ẩm của PVC sau khi ly tâm trước khi sấy : 29%

- Độ ẩm của PVC sau khi sấy : 0,3%

Trình tự các bước diễn ra trong quá trình phản ứng như sau:

Tráng lớp màng mỏng (RCS) 15

Như vậy tổng thời gian để hoàn thành một chu kỳ sản xuất là:

455 + 5 = 460 phút (hay 7,6667 giờ) Trong đó 5 phút là thời gian rửa thiết bị sau từng mẻ sản xuất

2.1.2 Quá trình tính toán Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm

Công suất của nhà máy là 45000 tấn/năm, do đó công suất tính theo mỗi giờ sản xuất là:

Trong một tấn sản phẩm do độ ẩm của PVC sau khi sấy là 0,3% nên lượng PVC khô tuyệt đối là:

Do tổn thất trong quá trình đóng bao là 0,2% nên lượng PVC thu được trước khi đóng bao là:

Lượng nhựa tổn thất là: 998,998 – 997 = 1,998 (kg)

Do tổn thất trong quá trình sàng là 0,7% nên lượng nhựa PVC khô thu được trước khi sàng

Lượng nhựa tổn thất trong quá trình sàng là:

Do tổn thất trong quá trình sấy là 1% nên lượng nhựa PVC khô thu được trước khi sấy:

Lượng nhựa tổn thất trong quá trình sấy là:

Hàm ẩm của PVC trước khi sấy và sau khi ly tâm là 29% do đó lượng PVC ẩm sau khi ly tâm và trước khi sấy là:

Lượng nước tách ra trong quá trình sấy là:

Do tổn thất trong quá rình ly tâm là 1% nên lượng PVC khô thu được trước khi ly tâm là:

Lượng nhựa tổn thất khi ly tâm là:

Do tổn thất trong quá trình xử lý tách VCM là 0,3% nên lượng nhựa thu được trước khi xử lý là:

Lượng nhựa tổn thất trong quá trình xử lý tách VCM 1029,5557 – 1026,4670 = 3,0887 (kg)

Do tổn thất sau khi trùng hợp trước khi qua xử lý ứng đối với nhựa là 0,1% nên lượng nhựa thu được sau trùng hợp:

Lượng nhựa tổn thất sau khi trùng hợp trước khi qua xử lý:

1030,5863 – 1029,5557 = 1,0306 (kg) Vậy tổng lượng nhựa khô tuyệt đối tổn thất trong suốt quá trình sản xuất:

1030,5863 – 997 = 33,5863 (kg) Lượng VCM cần thiết để sản xuất ra một tấn PVC sản phẩm là:

Do hiệu suất phản ứng chuyển hóa VCM thành PVC là 85% nên lượng VCM thực tế cần phải có:

Lượng VCM không tham gia phản ứng là : 1212,4545 – 1030,0764 = 182,3781 (kg)

Do tổn thất trong quá trình phản ứng là 0,15% nên lượng VCM cần có là:

Lượng VCM tổn thất trong quá trình phản ứng là:

Do tổn thất trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu VCM là 0,2% nên lượng VCM thực tế sử dụng là:

Lượng VCM tổn thất trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu

1216,7094 – 1214,2760 = 2,4334 (kg) Lượng VCM 99,96% thực tế cần để sản xuất là:

Khối lượng các phụ gia tham gia vào quá trình phản ứng:

Do tổn thất trong quá trình trùng hợp là 0,15% nên lượng phụ gia thực tế tiêu tốn trong phản ứng trùng hợp cho một tấn sản phẩm là:

Do tổn thất 0,1% trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu cho các phụ gia, khối lượng thực tế cần chuẩn bị cho một tấn sản phẩm là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả sản xuất.

Trong quá trình sử dụng phụ gia ngoài chất khởi đầu (Cat-1, Cat-2) và AD-5 ở trạng thái nhũ tương, cần lưu ý rằng Agent-1, Agent-2 và AD-1 ở dạng rắn Trước khi đưa vào hỗn hợp phản ứng, các phụ gia này phải được hòa tan trong nước để tạo thành dung dịch, với Agent-1 có nồng độ 7%, Agent-2 có nồng độ 5% Đồng thời, AD-5 cần được hòa chung với NaOH theo tỷ lệ 4/3 để thu được dung dịch có nồng độ 10%.

Lượng nước dùng để hòa tan Agent-1 để tạo dung dich có nồng độ 7% là:

Lượng nước dùng để hòa tan Agent-2 để tạo dung dịch có nồng độ 5% là:

Lượng NaOH dùng để hòa tan cùng với AD-5 là:

Lượng nước dùng để hòa tan AD-5 và NaOH tạo dung dịch có nồng độ 10%:

Ta có : Khối lượng riêng của VCM là 899 kg/m 3 ở nhiệt độ phản ứng là 60 o C

Khối lượng riêng của PVC là 1400 kg/m 3

Khi phản ứng trùng hợp VCM thành PVC diễn ra, hiện tượng giảm thể tích trong nồi phản ứng sẽ xảy ra Để tính độ giảm thể tích trong một tấn PVC, ta sử dụng công thức giam VCM.

Để đảm bảo giá trị H/D không thay đổi trong quá trình phản ứng, cần bổ sung thêm 0,41 m³ nước vào hệ thống, trong đó H là chiều cao cột chất lỏng và D là đường kính thiết bị.

Khối lượng nước bổ sung:

Theo lý thuyết thì lượng nước lấy vào bằng 120% so với lượng VCM ban đầu nên ta có:

M nước = 120% 1217,1963 = 1460,6356 (kg) Tổng lượng nước dùng trong quá trình phản ứng:

M nước = 410 + 1460,6356 = 1870,6356 (kg) Lượng nước thực tế cho vào nồi phản ứng lúc đầu

Ta có độ tinh khiết của VCM là 99.96%, do đó còn lại 0.04% là tạp chất và đi ra theo nước nên khối lượng của 0.04% tạp chất này là:

Khối lượng nước đi ra

M nước = 1854,9266 + 0,4120 - 3 = 1852,3386 (kg) Trong đó 3 kg là khối lượng nước còn dư lại trong nhựa

Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm

STT Tên Ng.Liệu Đầu vào (kg) Đầu ra (kg)

Lượng vào Tham gia Lượng ra Tổn hao

Cân bằng vật chất cho một giờ sản xuất

(Ta nhân bảng cân bằng vật chất của một tấn sản phẩm với hệ số 5.4825 tấn/giờ) Đầu vào (kg) Đầu ra (kg)

Cân bằng vật chất cho một chu kỳ sản xuất

(Ta nhân bảng cân bằng vật chất của một giờ sản xuất với hệ số 7,6667 giờ/chu kỳ)

Chuyên ngành Hoá dầu Trang 63 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm Đầu vào (kg) Đầu ra (kg)

Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất

(Ta nhân bảng cân bằng vật chất của một giờ sản xuất với hệ số 24 giờ/ngày) Đầu vào (kg) Đầu ra (kg)

Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất

(Ta nhân bảng cân bằng vật chất của một ngày sản xuất với hệ số 342 ngày)

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đầu vào (kg) Đầu ra (kg)

Tính toán thiết bị chính

- Thân thiết bị: thân hình trụ

- Đáy và nắp hình elip có gờ được hàn liền thân

- Bên trong có cánh khuấy Ta sử dụng hệ cánh khuấy gồm bốn cánh khuấy bốn lá phân bố phù hợp trên trục thiết bị

- Trục cánh khuấy đi từ tâm đáy thiết bị

- Các ống dẫn nguyên liệu và xúc tác vào ở nắp thiết bị Cửa tháo niệu sản phẩm ở đáy nhưng đặt lệch tâm

- Vỏ bọc ngoài để đun nóng hay làm lạnh

- Trên thiết bị là bộ phận ngưng tụ

- Thân nồi được hàn với chân đỡ và được gia cố bởi dầm liên kết

- Vật liệu làm nồi chịu áp suất cao, chịu ăn mòn, bên trong được mạ bằng Crôm

Hình 2.1 Mô hình mặt cắt 3D thiết bị phản ứng trùng hợp PVC 2.2.2 Tính thể tích của thiết bị phản ứng (V tb )

Thể tích của VCM trong một chu kỳ sản xuất được tính theo công thức sau:

Để sản xuất 1000 kg bột PVC, cần sử dụng 1460,6356 kg nước, tương ứng với lượng VCM tham gia ban đầu Do đó, để sản xuất 46702,4697 kg nhựa PVC trong một chu kỳ sản xuất, lượng nước cần thiết là rất lớn.

Thể tích nước cần dùng là:

Ta có khối lượng riêng các phụ gia thêm vào trong quá trình phản ứng là:

 AG-1 = 1,21.10 3 kg/m 3 và  AG-2 = (1,19÷1,3).10 3 kg/m 3

 AD-3 = 1000 kg/m 3 ,  Cat-1 = 990 kg/m 3 và  Cat-2 = 942 kg/m 3

AG-1 và AG-2 có khả năng hòa tan trong nước với nồng độ thấp, do đó khối lượng riêng của AG-1 được xác định bằng khối lượng riêng của AG-2, cả hai đều có giá trị là 1200 kg/m³.

Thể tích của các thành phần phụ gia

Tổng thể tích của nguyên liệu ban đầu

V nl = V VCM + V nước + V AG-1 + V AG-2 + V AD-3 + V Cat-1 + V Cat-2 = 56,9099 + 61,3944 + 0,0241 + 0,0120 + 0,0020 + 0,01780 + 0,0080 = 118,3682 (m 3 )

Chúng tôi đã chọn hệ thống thiết bị phản ứng bao gồm ba thiết bị hoạt động song song, với độ trễ pha 1/3 chu kỳ theo thứ tự Cụ thể, thiết bị thứ hai có độ trễ 1/3 chu kỳ so với thiết bị đầu tiên.

Sử dụng 3 thiết bị phản ứng thay vì 1 giúp đảm bảo hoạt động liên tục và nâng cao năng suất cho phân xưởng Việc này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi hơn trong quá trình sản xuất mà còn đảm bảo độ an toàn cao hơn.

Như vậy thể tích nguyên liệu trong một mẻ của từng thiết bị là: nl nltb

Thể tích thiết bị được tính theo công thức sau: nltb tb

 Với α là hệ số đầy của thiết bị phản ứng và α ≈ 0,6 – 0,7 Ta chọn α = 0,65

Thể tích của thiết bị phản ứng là: tb

2.2.3 Tính chiều cao và đường kính thiết bị phản ứng

Chọn thiết bị có hình dạng trụ với đáy và nắp elip, trên nắp lắp đặt thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm, cùng với cánh khuấy được gắn ở phía dưới đáy thiết bị.

Ta có công thức tính thể tích của thiết bị như sau:

Với D – đường kính của thiết bị (m)

H – chiều cao của thân hình trụ (m) h – chiều cao của đáy và nắp thiết bị

Ta chọn thiết bị phản ứng có tỷ số H

Thay H = 3.D vào phương trình (1) ta được:

Quy chuẩn: D = 3 (m) Chiều cao của thân thiết bị hình trụ

H = 3.D = 3 3 = 9 (m) Chiều cao phần lồi của nắp và đáy thiết bị

Chiều cao của thiết bị phản ứng là

2.2.4 Tính chiều dày thiết bị phản ứng 2.2.4.1 Tính chiều dày thân thiết bị

Thiết bị hình trụ được hàn chắc chắn, hoạt động dưới áp suất cao Vì vậy, vật liệu được chọn là thép không gỉ X18H10T, nổi bật với độ bền hóa học và khả năng chịu nhiệt tốt.

Lưu ý: - Đường hàn càng ngắn càng tốt

- Bố trí các đường dọc cách nhau ít nhất là 100 mm

- Hàn ở vị trí dễ quan sát

- Không khoan lỗ qua mối hàn

Theo công thức XIII.8 [STQTTB.T2 - Trang 360], chiều dày thân hình trụ là:

D t : là đường kính trong của thiết bị D t = 3 (m)

 : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc

C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, (m)

P - áp suất bên trong thiết bị, N/m 2 Theo bảng XII.4 [ STQTTB.T2 - Trang 309  310 ] thép X18H10T có : Chiều dày tấm thép 4  25 mm

Giới hạn bền của thép ta có:

 k = 550.10 6 N/m 2 (giới hạn bền khi kéo)

 ch = 220.10 6 N/m 2 ( giới hạn bền chảy)

Theo công thức XIII.1 -2 [ STQTTB.T2 - Trang 355 ] ứng suất cho phép của thép theo giới hạn bền được xác định như sau:

Với n k , n ch : hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo và giới hạn chảy

Tra bảng XIII.2,3 [ STQTTB.T2 - Trang 356 ] :

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu n k = 2,6 n c = 1,5  = 0,9 Vậy:

Ta lấy giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được của ứng suất để tính toán tiếp Lấy  = 132.10 6 N/m 2

 : phụ thuộc vào phương pháp hàn và đường kính

Tra bảng XIII.8 [ STQTTB.T2 - Trang 362 ], chọn  = 0,9 Đại lượng bổ sung:

C 1 - Bổ sung do ăn mòn được xác định bởi điều kiện môi trường và thời gian hoạt động của thiết bị Đối với vật liệu có độ bền cao, C 1 có thể được ước tính là 1 mm, tương ứng với thời gian làm việc từ 15 đến 20 năm.

C 2 - Đại lượng bổ sung do hao mòn, đại lượng này được chọn theo thực nghiệm Chọn C 2 = 0

C 3 - Đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, lấy 0,8 mm

Môi trường làm việc của chúng ta là sự kết hợp giữa hơi (khí) và lỏng Do đó, áp suất làm việc (P) được xác định bằng tổng áp suất hơi (P mt = 8,6 kg/cm²) và áp suất thủy tĩnh (P 1) của cột chất lỏng.

Theo công thức XIII.10 [ STQTTB.T2 - Trang 360 ] áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng được xác định như sau :

P 1 = g. 1 H 1 N/m 2 Trong đó: g - gia tốc trọng trường, 9,81 m/s 2  1 - khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m 3 Khối lượng nước bổ sung trong một mẻ phản ứng là: bs 410.5,4825.7,6667 m 5744,4666

Khối lượng của hỗn hợp không tính lượng nước bổ sung trong một mẽ phản ứng là:

Thể tích nguyên liệu của một thiết bị phản ứng như đã xác định ở trên là 39,4561 m 3 Vậy khối lượng riêng của hỗn hợp lúc ban đầu là:

Trong quá trình phản ứng, thể tích giảm do VCM chuyển hóa thành PVC Để duy trì thể tích hỗn hợp không đổi, cần bổ sung một lượng nước cần thiết, dẫn đến sự gia tăng khối lượng Do đó, khối lượng riêng của hỗn hợp sẽ thay đổi.

Như vậy ta sẽ sử dụng giá trị khối lượng riêng lớn hơn để tiến hành hành tính toán

Ta có thể tích nguyên liệu chứa ở phần đáy thiết bị phản ứng:

Như vậy thể tích của nguy ên liệu không kể phần đáy là:

Như vậy chiều cao của hỗn hợp bên trong thiết phản ứng là:

Để đảm bảo an toàn trong sản xuất, thiết bị cần có chiều dày đủ để chịu được áp suất tối thiểu 9,0107.10^5 N/m² (9 atm) Ngoài ra, để đáp ứng khả năng hoạt động vượt công suất, thiết kế của thiết bị nên có khả năng chịu được áp suất lên tới 14 atm, tương đương 14,1844.10^5 N/m².

Xét giá trị ở mẫu số của biểu thức sau ta có:

     nên để thuận tiện cho quá trình tính toán ta có thể bỏ qua giá trị của đại lượng P ở mẫu số của phương trình trên [STQTTB.T2 - Trang 360]

Quy chuẩn lấy S = 20 (mm) Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử thủy lực bằng công thức XIII.26 [STQTTB.T2 – Trang 365 ]

Trong đó: P 0 là áp suất thử tính toán P 0 được xác định theo công thức:

P th - áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [STQTTB.T2 - Trang 358]

Thỏa mãn điều kiện của biểu thức trên nên ta chọn giá trị chiều dày của thân hình trụ thiết bị là S = 20 mm

2.2.4.2 Tính đáy và nắp thiết bị Đáy và nắp được chế tạo cùng loại vật liệu với thân ( X18H10T ) và được nối với thân theo phương pháp hàn Áp dụng công thức XIII.47 [ STQTTB.T2 - trang 385 ] chiều dày đáy và nắp là :

Trong đó: h b - chiều cao phần lồi của đáy, h b = 0,75 m

 h - hệ số bền của mối hàn hướng tâm

Theo bảng XIII.8 [ STQTTB.T2 - Trang 362 ] Chọn  h = 0,9

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu k- hệ số không thứ nguy ên, t k 1 d

  D Ở đây: d - đường kính lớn nhất của lổ không tăng cứng Đối với đáy và nắp có lỗ tăng cứng hoàn toàn thì k = 1

     Nên bỏ qua giá trị P ở mẩu của công thức [2]

Ta có 10  S – C  20 do đó bổ sung đại lượng C thêm 1 mm, nên S = 0,0217 m

Kiểm tra ứng suất thành của đáy và nắp thiết bị theo áp suất thử thủy lực bằng công thức : XIII.49 [ ST.2 - Trang 386 ]

 Thỏa mãn điều kiện trên Vậy ta chọn chiều dày thép của đáy và nắp là S = 22 mm

2.2.5 Tính chiều dày vỏ áo thiết bị

Chiều cao của thân vỏ áo được thiết kế tương ứng với chiều cao của thiết bị, cụ thể là 9m Thành trong của vỏ áo được bố trí cách thành ngoài thiết bị một khoảng cách nhất định là 0,10 m Để phục vụ quá trình gia nhiệt và lấy nhiệt trong giai đoạn phản ứng, hệ thống sử dụng 9 cặp ống nước vào và ra.

Chiều dày vỏ bọc thân hình trụ được xác định theo công thức:

D T - là đường kính trong vỏ áo

Áp suất làm việc của vỏ áo nồi phản ứng được xác định khi sử dụng nước nóng với nhiệt độ 90 độ C, tương ứng với áp suất 9,8 x 10^4 N/m².

     nên để thuận tiện cho quá trình tính toán ta bỏ qua giá trị P ở mẩu của công thức [3]

Kiểm tra ứng suất thành vỏ áo theo áp suất thử thủy lực bằng công thức XIII.26 [STQTTB.T2 – Trang 365 ]

 Vậy thỏa mãn điều kiện Như vậy chiều dày thép của vỏ áo S = 3 (mm)

2.2.6 Chọn bích nối cho thiết bị 2.2.6.1 Bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Kích thước nối (mm) Bulông

2.2.6.2 Bích nối thân thiết bị với vỏ áo Bảng 2.7

Bích nối thân thiết bị với vỏ áo

Kích thước nối (mm) Bulông

2.2.7 Tính cánh khuấy của thiết bị phản ứng

Do hỗn hợp phản ứng có độ nhớt tương đối lớn, cho nên ta dùng cánh khuấy loại tuốc bin ba cánh

Theo bảng IV.1 [ STQTTB.T1 - Trang 618 ] ta chọn: Đường kính của cánh khuấy ( d ) :

D t : đường kính trong của thiết bị phản ứng

Bề rộng bản cánh khuấy (của tổng hệ cánh khuấy) là: l = 0,22.D = 0,22 3 = 0,66 (m) Khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy thiết bị:

2.2.7.1 Tính công suất làm việc của cánh khuấy

Công suất làm việc của cánh khuấy để khắc phục trở lực của môi trường được xác định theo công thức IV.2 [ STQTTB.T1 - Trang 616 ]

N    n d Trong đó : n - là số vòng quay của cánh khuấy, n = 90 vòng/phút (1,5 vòng/giây)  2 - khối lượng riêng của chất lỏng,  2 = 1097,1868 (kg/m 3 ) d - đường kính của cánh khuấy, d = 1 (m)

 k - hệ số không thứ nguyên, được xác định theo thực nghiệm  k phụ thuộc vào hình dạng cánh khuấy và chuẩn số Râynol.

Theo công thức IV.2a [ STQTTB.T1 - Trang 616 ] m p k E uk A.Re k Fr

Trong đó: A, m, P là những hằng số phụ thuộc vào thực nghiệm Chúng phụ thuộc vào kích thước cánh khuấy và mức chất lỏng

Theo bảng IV.10 [STQTTB.T1 - Trang 616] với R ek = 793, 4703.10 3 thuộc phạm vi chảy xoáy, do đó m = p = 0 Công suất tiêu tốn trong phạm vi này là :

Tra bảng VI.2 [ STQTTB.T1 - Trang 618 ] Lấy giá trị của A là 8,52 (cánh khuấy loại 4 bản kiểu tấm với cánh khuấy thẳng đứng)

* Tính hệ số điều chỉnh f theo công thức : IV.10 [STQTTB.T1 - Trang 619]

D : đường kính thiết bị, D = 3 m d : đường kính cánh khuấy, d = 1,5 m

Công suất làm việc của cánh khuấy :

2.2.7.2 Tính công suất mở máy

Khi mở máy cần có công để thắng lực quán tính và lực ma sát, vì vậy theo công thức IV.12 [STQTTB.T1 - Trang 620 ] công suất khi mở là :

N g - công suất tiêu tốn để khắc phục lực ỳ

Công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát, được gọi là công suất làm việc của cánh khuấy, là yếu tố quan trọng trong quá trình trộn chất lỏng Để tính công suất tiêu hao cần thiết để khắc phục lực ỳ của chất lỏng, có thể áp dụng công thức IV.13 [STQTTB.T1 - Trang 620].

Vậy công suất để mở máy là:

2.2.7.3 Công suất động cơ c đc

 - hiệu suất (khả năng truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy)

2.2.7.4 Đường kính trục cánh khuấy

N đc - là công suất của động cơ: 64 KW

Ts - là ứng suất cho phép của thép làm trục

Theo bảng XIII.4 [ STQTTB.T2 - Trang 357 ], với thép không gỉ, nhiệt độ nhỏ hơn 470 0 C

T s = 0,6.[ k ], với [ k ] lấy giá trị bé hơn trong hai công thức XIII.1 và XIII.2 [ STQTTB.T2 - Trang 355 ] k1 k k n

 - hệ số điều chỉnh n k - hệ số an toàn theo giới hạn bền khi kéo n c - hệ số an toàn theo giới hạn chảy

Theo bảng XIII.2 và XIII.3 [STQTTB.T2 - Trang 356]:

Quy chuẩn đường kính trục cánh khuấy là : d = 30 mm

2.2.8 Tính trọng lượng của thiết bị phản ứng 2.2.8.1 Tính trọng lượng của vỏ trong và vỏ ngoài thiết bị phản ứng

* Tính thể tích phần thân hình trụ của thiết bị phản ứng :

Trong đó: D N – đường kính ngoài của thiết bị phản ứng

D T – đường kính trong của thiết bị phản ứng

H – chiều cao thân thiết bị phản ứng

Tính thể tích phần thân hình trụ của vỏ áo :

Tính thể tích của đáy và nắp thiết bị phản ứng :

Thể tích thép thân thiết bị phản ứng là :

Tổng thể tích thép của thiết bị phản ứng là :

Khối lượng riêng của thép X18H10T theo bảng XII.7 [STQTTB.T2-Trang 313] là:  = 7900 kg/m 3

Trọng lượng của thân thiết bị là:

G 1 = 7900 2,3390 = 18478,1 (kg) Trọng lượng của vỏ áo là:

G 2 = 7900 0,3156 = 2493,24 (kg) Trọng lượng của thiết bị phản ứng không kể các thiết bị khác là:

2.2.8.2 Xác định trọng lượng của cánh khuấy

Thể tích của trục cánh khuấy:

V C  4.(a.b).l Trong đó: a: chiều dày bản của cánh khuấy, chọn a = 0,005 m b: bán kính của cánh khuấy, b = 0,75 m l: chiều cao bản, l = 0,6 m

Vậy khối lượng của cả trục cánh khuấy và cánh khuấy là:

2.2.8.3 Xác định trọng lượng của thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được tính ở phần thiết bị phụ (chương 4-phần III):

- Chiều dày nắp: 9 mm Thể tích ống truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ là:

Thể tích thân hình trụ của thiết bị ngưng tụ là:

Trong đó H T là chiều cao thân thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều cao của thân lớn hơn chiều dài ống truyền nhiệt 0,3 m Vậy H = 2,8 m

Thể tích phần nắp thiết bị ngưng tụ

Tổng thể tích thép của thiết bị ngưng tụ là:

V = V 1 + V 2 + V 3 = 0,4996 m 3 Trọng lượng của thiết bị ngưng tụ là:

Trọng lượng của thiết bị phản ứng khi chưa có nguyên liệu được tính bằng công thức m = m TB + m N + m ck, trong đó m TB là 20971,34 kg, m N là 3946,84 kg, và m ck là 90,85 kg, dẫn đến tổng trọng lượng là 25009,03 kg Khi có nguyên liệu, trọng lượng của thiết bị sẽ là m TT = m + m NL, với m NL là khối lượng nguyên liệu ban đầu, cho kết quả tổng cộng là 68299,7439 kg.

Vậy, trọng lượng thực tế của thiết bị phản ứng kể cả những phần có liên quan là 68299,7439 kg

2.2.9 Chọn chân đỡ và tai treo

Chọn số chân đở là: Z c = 4 và số tai treo Z t =8

Tải trọng trên mỗi chân đở và tai treo là: m S 69

Tra bảng XIII.34 và XIII.35 [STQTTB.T2 - Trang 437  438] Chọn chân đỡ là thép CT 3 , với các thông số sau:

Tải trọng cho phép trên mỗi chân: G = 8 tấn

Bảng 2.8 Các thông số của chân đỡ

Tải trọng cho phép trên mỗi tai treo: G = 6 tấn

Bảng 2.9 Các thông số của tai treo

Tính cân bằng nhiệt lượng

Mục đích của việc tính cân bằng vật chất là xác định lượng nhiệt cần thiết để gia nhiệt hỗn hợp phản ứng, cũng như lượng nhiệt cần loại bỏ do phản ứng tỏa nhiệt Từ đó, chúng ta có thể tính toán lượng nước nóng cần gia nhiệt và lượng nước lạnh cho vỏ áo và thiết bị ngưng tụ, giúp lập kế hoạch sản xuất hợp lý Bên cạnh đó, việc tính cân bằng nhiệt lượng còn giúp xác định kích thước của các thiết bị phụ như thiết bị ngưng tụ và bơm nước, từ đó bố trí thiết bị và xây dựng nhà máy với độ an toàn và chính xác cao.

2.3.1 Tính toán giai đoạn đun nóng hỗn hợp 2.3.1.1 Những thông số ban đầu:

Nước dùng cho quá trình phản ứng ban đầu có nhiệt độ 25°C, tương ứng với nhiệt độ hỗn hợp phản ứng Nhiệt độ duy trì trong quá trình phản ứng là 60°C, nhưng do phản ứng tỏa nhiệt, chỉ cần gia nhiệt hỗn hợp lên 50°C Nước gia nhiệt có nhiệt độ đầu vào là 90°C và thời gian gia nhiệt kéo dài 45 phút.

2.3.1.2 Xác định hệ số cấp nhiệt (  )

2.3.1.2.1 Xác định hệ số cấp nhiệt (  1 ) của nước gia nhiệt vỏ áo :

Theo công thức V.59 [STQTTB.T2 - Trang 21]

  Trong đó : Theo công thức V.36 [STQTTB.T2 - Trang 13]

 Với: l - chiều cao 1 khoang của vỏ áo, l = 1 m (vỏ áo cao 9m, chia làm 9 khoang)

 - khối lượng riêng của nước ở 90 0 C,  = 965,34 kg/m 3 (Bảng I.5 [STQTTB.T1 – trang 11])

 - độ nhớt của nước ở 90 0 C,  = 0,3165.10 -3 N.s/m 2 (bảng I.102 [STQTTB.T1 – trang 94])

Pr t - chuẩn số Pran của dòng theo nhiệt độ trung bình của tường

Pr - chuẩn số Pran theo nhiệt độ của dòng

Do chênh lệch nhiệt độ không lớn, Pr  Pr t nên t

C p - nhiệt dung riêng của nước ở 90 0 C, C p = 4,2078.10 3 J/kg.độ (Theo bảng I.147 [STQTTB.T1-trang 165])

 - độ nhớt của nước ở 90 0 C,  = 0 , 3165 10  3 N.s/m 2 (theo bảng I.103 [STQTTB.T1-trang 95])

 - hệ số dẫn nhiệt của nước ở 90 0 C,  = 68,0355.10 -2 W/m.độ (theo bảng I.129 [STQTTB.T1-trang 133])

N u = 0,037 128800,4142 1,3348 = 6361,1433 Mặt khác theo công thức V.64 [STQTTB.T2 – Trang 21] ta có:

  (H- chiều cao của bề mặt truyền nhiệt, H = l = 1 m) ( - hệ số dẫn nhiệt của nước nóng)

Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa nước gia nhiệt và bề mặt bên ngoài của thiết bị là:

Theo phương trình truy ền nhiệt q 1 =  1 ( t 1 - t T1 ) =  1 t 1 = 4327,8357 2,02 = 8742,2281 (W/m 2 ) Diện tích bề mặt truyền nhiệt của nước là :

F = .D N H H: chiều cao thân hình trụ của thiết bị Đường kính bề mặt trao đổi nhiệt là D N = 3 + 2.0,020 = 3,040 (m)

F = .D N H = 3,1416.3,040.9 = 85,9542 (m 2 ) Nhiệt lượng của nước truyền từ vỏ áo vào thiết bị là:

Q 1 = q 1 F = 8742,2281 85,9542 = 751431,2226 (W) Nhiệt độ thành bên trong của thiết bị phản ứng là (t T2 ) là:

Trong đó: t T2 - là nhiệt độ thành bên trong hỗn hợp

Tổng nhiệt trở (r) bao gồm các thành phần r1 và r3, đại diện cho tổng nhiệt trở của bề mặt ngoài và cặn bẩn tiếp xúc với nước Theo bảng V.1 [STQTTB.T2 – trang 4], giá trị r1 + r3 được xác định là 2,32 x 10^-3 m².độ/W Ngoài ra, r2 là nhiệt trở của tường, với giá trị 0,0203 và r1 có giá trị là 1,2270 x 10.

2 độ/W với  : chiều dày của thành thiết bị

 : hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị

Vậy nhiệt độ thành bên trong là :

Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và dung dịch là:

2.3.1.2.2 Xác định hệ số cấp nhiệt (  2 ) của hỗn hợp phản ứng:

Do hỗn hợp có khuấy trộn, nên theo công thức V.67 [ STQTTB.T2 - Trang 22 ]

 2 - hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp lên thành thiết bị , w/m 2 độ

D - đường kính của thiết bị, D = 3 m n -số vòng quay của cánh khuấy , n = 1,5 vòng/ giây d - đường kính của cánh khuấy , d = 1 m

 - khối lượng riêng của hỗn hợp ,  = 1097,1050 kg/m 3 (chương 2 – thiết bị chính)

C p - nhiệt dung riêng đẳng áp, J/kg.độ

 t - độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt, N.s/m 2

 - độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình, N.s/m 2 Đối với thiết bị có vỏ bọc thì ta có C = 0,36 và m = 0,67

Do chênh lệch nhiệt độ nhỏ, nên  t   

Xác định độ nhớt của dung dịch

Theo công thức I.12 [STQTTB.T1 - Trang 84], độ nhớt của hỗn hợp được xác định như sau (xem hỗn hợp chỉ hai thành phần : H 2 O và VCM ): ln = x 1 ln 1 + x 2 ln 2

Trong đó : x 1 , x 2 - nồng độ phần mol tương ứng của VCM và H 2 O

 1 ,  2 - độ nhớt động lực của VCM và H 2 O , N.s/ m 2 Khối lượng tương ứng của VCM và H 2 O trong hỗn hợp là :

Như vậy số mol tương ứng của nó là :

Tổng số mol của VCM và H 2 O là : n = 1728935,671 (mol)

Theo bảng I.102 [ STQTTB.T1 - Trang 94  95 ] và đồ thị tra được giá trị độ nhớt của nước và VCM ở nhiêt độ 50 0 C có:

Xác định nhiệt dung riêng của hỗn hợp

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, ký hiệu là C P, được tính bằng J/kg.độ, và trong trường hợp đơn giản, hỗn hợp chỉ bao gồm hai thành phần là H2O và VCM Theo công thức I.42 [STQTTB.T1 - Trang 152], công thức tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp được trình bày rõ ràng.

C VCM - nhiệt dung riêng của VCM, C VCM = 1,352.10 3 J/kg.độ

C H2O - nhiệt dung riêng của nước, C H2O = 4,1834.10 3 J/kg.độ

X VCM - thành phần của VCM trong hỗn hợp phản ứng (phần khối lượng)

X H2O - thành phần của nước trong hỗn hợp phản ứng (phần khối lượng)

Ta có khối lượng của: m VCM = 17054,0086 (kg) m H2O = 26209,2876 (kg) Khối lượng hỗn hợp là m hh = 43263,2962 (kg) Suy ra:

Xác định chuẩn số Pran

Theo công thức I.33 [STQTTB.T1 - Trang 123], hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp được xác định như sau:

 1 - hệ số dẫn nhiệt của VCM,  1 = 0,13 W/m.độ

 2 - hệ số dẫn nhiệt của H 2 O,  2 = 0,657 W/m.độ x 1 - nồng độ ( theo khối lượng ) của VCM, x 1 = 0,3942 x 2 - nồng độ ( theo khối lượng ) của H 2 O, x 2 = 0,6058 Như vậy:

Từ đây ta sẽ tìm được chuẩn số Pran

Xác định chuẩn số Râynôn

Vậy hệ số cấp nhiệt  2 của hỗn hợp phản ứng là

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của hỗn hợp phản ứng là :

F   D H T  3,1416.3.9  84,8232 (m 2 ) Chiều cao phần thân hình trụ là H = 9 m Đường kính bề mặt trao đổi nhiệt là D T = 3 m

Nhiệt lượng được truyền từ hỗn hợp là :

Q 2 = q 2 F = 8979,8947 84,8232 = 761703,4043 (W) Kiểm tra lại xem ta chọn t 1 = 2,02 0 C là phù hợp hay chưa

Vậy giả thiết lấy ta chọn t 1 = 2,02 0 C là phù hợp

2.3.1.3 Xác định nhiệt lượng cần cung cấp ở giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ 25

2.3.1.3.1 Xác định nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên nhiệt độ

Do phản ứng trùng hợp VCM tạo PVC có tỏa nhiệt lớn nên chỉ gia nhiệt đến

Khi đạt nhiệt độ 50 °C, phản ứng bắt đầu xảy ra, tạo ra lượng nhiệt làm tăng nhiệt độ hỗn hợp lên từ 50 đến 60 °C Phần nhiệt thừa sẽ được loại bỏ qua vỏ áo và thiết bị ngưng tụ, nhằm duy trì nhiệt độ ổn định cho hệ phản ứng ở mức 60 °C.

Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng hỗn hợp từ 25 0 C lên 50 0 C là:

Q 1 = m.C P (50 – 25) (J) Trong đó: m - khối lượng của nguyên liệu ban đầu m = 17054,0086 + 26209,2776 = 43263,2862 (kg)

C P - nhiệt dung riêng của hỗn hợp, C P = 1,2499.10 3 J/kg.độ

2.3.1.3.2 Tính nhiệt lượng đun nóng cánh khuấy và thành của thiết bị phản ứng

Gọi Q 2 là nhiệt lượng đun nóng vỏ trong của thiết bị phản ứng, ta có:

C T - là nhiệt dung riêng của thép X18H10T, C T = 500 J/kg.độ (bảng I.144 [STQTTB.T1 – trang 162])

G 1 - là trọng lượng thép của thân thiết bị, G 1 = 18478,1 kg

Trọng lượng thép của trục cánh khuấy và cánh khuấy được ký hiệu là G4, với giá trị là 4073 kg Nhiệt độ ban đầu của vỏ áo là t1 = 25°C, trong khi nhiệt độ trung bình của vỏ thiết bị trong quá trình đun nóng được ký hiệu là ttb, với đơn vị tính là độ C.

2.3.1.3.3 Tính nhiệt lượng đã đun vỏ áo thiết bị phản ứng

Gọi Q 3 là nhiệt lượng cần thiết để đun nóng vỏ áo của thiết bị:

G 2 - là trọng lượng của vỏ ngoài, G 2 = 2493,24 kg

C T - là nhiệt dung riêng của thép X18H10T, C T = 500 J/kg.độ t tb - là nhiệt độ trung bình của vỏ áo khi đun nóng, 0 C t - là nhiệt độ ban đầu của vỏ áo, t = 25 0 C

Theo phương trình truy ền nhiệt:

Chuyên ngành Hoá dầu Trang 95 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm r r 1  r 2

Trong đó: r 1 – là nhiệt trở của cặn bẩn hai bên thành của vỏ áo r 2 – là nhiệt trở của cặn bẩn phía ngoài của vỏ áo r 1 + r 2 = 1,464.10 -3

 - là chiều dày của thép làm vỏ áo,  = 0,003 (m)

 - là hệ số dẫn nhiệt của thép  = 16,3

 (m 2 độ/W) q 1 = 9131,7333 (W) Như vậy nhiệt độ phía ngoài vỏ áo thiết bị: t N = 87,98 – 9131,7333.1,648.10 -3 = 72,84 0 C

Nhiệt độ trung bình của vỏ áo: tb 87,98 72,84 t 80, 41

Nhiệt lượng đã đun nóng vỏ áo là :

Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh trong quá trình gia nhiệt chủ yếu xảy ra qua bức xạ và đối lưu Theo công thức V.136 [STQTTB.T2 - Trang 41], hệ số cấp nhiệt của bức xạ và đối lưu được xác định rõ ràng.

 = 9,3 + 0,058.t N (W/m 2 độ) Trong đó : t N - là nhiệt độ bề mặt ngoài của vỏ áo, t N = 72,84 o C

 = 9,3 + 0,058.72,84 = 13,5247 (W/m 2 độ) Diện tích phần thân hình trụ bên ngoài vỏ áo là:

Diện tích bề mặt bên ngoài nắp và đáy thiết bị phản ứng là:

F 2 = 2 10,2 = 20,4 (m 2 ) (tra theo bảng XIII.10 [STQTTB.T2-trang 382])

Như vậy tổng diện tích bề mặt bên ngoài thiết bị phản ứng là:

F = F 1 + F 2 = 112,1787 (m 2 ) Thời gian của quá trình gia nhiệt là 45 phút, hay 2700 giây

Nhiệt độ không khí bên ngoài là: t k = 25 0 C

Như vậy nhiệt lượng mất mát trong thời gian đun nóng hỗn hợp phản ứng là:

2.3.1.3.5 Lượng nhiệt do VCM phản ứng tỏa ra trong quá trình gia nhiệt

Trong quá trình gia nhiệt hỗn hợp, khoảng 7% VCM sẽ tham gia phản ứng Do quá trình này tỏa nhiệt, nên lượng nhiệt thực tế cần cung cấp để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 50°C sẽ được điều chỉnh bằng cách trừ đi lượng nhiệt phát sinh từ 7% VCM tham gia phản ứng.

Số mol của VCM tham gia phản ứng là:

 M Trong đó: m VCM - khối lượng của VCM tham gia phản ứng

Như vậy, 7 % VCM tham gia phản ứng có khối lượng là: m VCM = 17054,0086 7% = 1193,7806 (kg)

M - phân tử lượng của VCM, M = 62,5

Khi phản ứng trùng hợp từ VCM sang PVC, nhiệt lượng tỏa ra đạt 23 kcal/mol, cho thấy sự gia tăng nhiệt tỏa ra trong quá trình gia nhiệt của VCM.

Vậy: để gia nhiệt hỗn hợp phản ứng từ 25 0 C lên nhiệt độ 50 0 C trong thời gian

45 phút thì phải cần nhiệt lượng cung cấp là

Tính lượng nước nóng dùng để gia nhiệt cho thiết bị phản ứng

G n – là lượng nước nóng 90 0 C cần để gia nhiệt cho nồi phản ứng

C n – là nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 90 0 C, C n = 1,005 kcal/kg.độ t đ – là nhiệt độ đầu của nước, t đ = 90 0 C t c – là nhiệt độ sau khi gia nhiệt của nước, ta chọn t c = 60 0 C

Thể tích nước gia nhiệt ở vỏ áo là:

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng 17454,3981 (kg) nước từ 25 0 C lên 90 0 C là:

2.3.1.3.6 Tính lượng nhiên liệu đốt cần dùng

Nhiệt lượng tổng cộng Q cần thiết để đun nóng nước được cung cấp từ than đá, cụ thể là than Mạo Khê (loại than cám 5MK – kí hiệu MK100) với nhiệt trị đạt 5250 kcal/kg.

D – lượng than cần dùng để gia nhiệt, kg r - là ẩn nhiệt hóa hơi của nhiên liệu than, r = 5250 kcal/kg

Trong quá trình đun nóng, luôn có sự hao phí, giả sử rằng hao phí này là 20% Do đó, lượng than thực tế cần sử dụng sẽ được tính toán dựa trên tỷ lệ hao phí này.

2.3.2 Tính toán giai đoạn duy trì phản ứng ở 60 0 C 2.3.2.1 Tính nhiệt lượng cần lấy ra trong quá trình phản ứng 2.3.2.1.1 Tính nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng

Khi phản ứng trùng hợp chuyển từ VCM sang PVC thì nhiệt lượng tỏa ra là 23 kcal/mol

Số mol của VCM tham gia phản ứng là:

Trong đó: m VCM - khối lượng của VCM tham gia phản ứng

Khối lượng VCM tham gia phản ứng sau giai đoạn gia nhiệt (93%): m VCM = 0,93 17054,0086 = 15860,228 (kg) Vậy:

Như vậy nhiệt tỏa ra trong quá trình phản ứng là:

2.3.2.1.2 Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên thêm

Khối lượng hỗn hợp phản ứng trong mỗi mẽ không kể lượng nước bổ sung là:

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là :

C P = 1,2499.10 3 (J/kg.độ) = 0,2983 (kcal/kg.độ) Vậy nhiệt lượng cần thiết để nâng hỗn hợp phản ứng lên thêm 10 0 C là :

2.3.2.1.3 Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của nước bổ sung từ 25 0 C lên 60 0 C

Khối lượng nước bổ sung thêm vào trong mỗi mẻ phản ứng là :

Nước bổ sung cho vào với nhiệt độ ban đầu là 25 0 C Ở 25 o C nhiệt dung riêng của nước là: C H2O = 0,9989 kcal/kg.độ (tra bảng I.147 [STQTTB.T1 – trang 165])

Nhiệt độ của nước được tăng lên thêm: 60 - 25 = 35 0 C

Nhiệt lượng cần thiết để nâng nước lên thêm 35 0 C là:

Q 2 = 5744,4666 0,9989 35 = 200835,1705 (kcal) Như vậy nhiệt lượng cần thiết phải lấy ra là :

Nhiệt phản ứng được thu hồi qua vỏ áo của thiết bị và thiết bị ngưng tụ trên nắp thiết bị phản ứng, trong đó vỏ áo nước làm lạnh chiếm 30% và thiết bị ngưng tụ thu hồi 70% lượng nhiệt sinh ra.

Nhiệt lượng vỏ áo cần phải lấy là:

Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ cần phải lấy đi là:

2.3.2.2 Xác định lượng nước dùng để lấy nhiệt ở vỏ áo 2.3.2.2.1 Xác định nhiệt tải riêng của hỗn hợp phản ứng

Ta có diện tích truyền nhiệt của hỗn hợp phản ứng là 84,8232 m 2 (tính toán ở phần 3.1.2.2 Thời gian của quá trình lấy nhiệt ở vỏ áo là 300 phút, hay 18000 giây

Như vậy nhiệt lượng được lấy ra theo mỗi giây là :

2.3.2.2.2 Xác định hệ số cấp nhiệt (  1 ) phía hỗn hợp phản ứng

Do hỗn hợp phản ứng có khuấy trộn nên hệ số cấp nhiệt được xác định theo công thức V.67 [STQTTB.T2 - Trang 22 ]

 1 - hệ số cấp nhiệt, W/m 2 độ

  0,3586 (W/m.độ) : hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp (đã tính ở trên)

 - khối lượng riêng của hỗn hợp,  = 1097,1868 kg/m 3 n - số vòng quay của cánh khuấy, n = 1,5 vòng/giây d - đường kính của cánh khuấy, d = 1 m

C p - nhiệt dung riêng đẳng áp của nước ở 90 0 C, C p = 4,2078.10 3 J/kg.độ

Độ nhớt của hỗn hợp tại nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt được ký hiệu là t, với đơn vị N.s/m² Độ nhớt ở nhiệt độ trung bình được ký hiệu là μ, cũng với đơn vị N.s/m² Đối với thiết bị có vỏ bọc, hệ số C được xác định là 0,36 và m là 0,67.

Do chênh lệch nhiệt độ nhỏ, nên  1   do đó đại lượng

Xác định độ nhớt của dung dịch

Theo công thức I.12 [ STQTTB.T1 - Trang 84 ], độ nhớt của hỗn hợp được xác định như sau ( xem hỗn hợp chỉ hai thành phần : H 2 O và VCM ): ln hh = x 1 ln 1 + x 2 ln 2

Trong đó : x 1 , x 2 - nồng độ phần mol tương ứng của VCM và H 2 O

 1 ,  2 - độ nhớt động lực của VCM và H 2 O , N.s/ m 2 Khối lượng tương ứng của VCM và H 2 O trong hỗn hợp là :

Như vậy số mol tương ứng của nó là :

Tổng số mol của VCM và H 2 O là : n = 1390,6975.10 3 (mol)

Theo bảng I.102 [ STQTTB.T1 - Trang 94  95] và đồ thị tra được giá trị độ nhớt của nước và VCM ở nhiêt độ 60 0 C có:  H2O = 0,4688.10 -3 N.s/m 2

3 3 ln  hh  0,1825.ln 0, 23.10   0,8175.ln 0, 4688.10    7, 7953   hh  e  7 ,7953  0, 4117.10  3 (N.s / m ) 2

Từ đây ta tính được chuẩn số Râynôn:

Theo phương trình truyền nhiệt: q =  1 (t 1 – t T ) Nhiệt độ thành bên trong của thân thiết bị

 Trong đó tổng trở của thành thiết bị như đã tính ở trên (mục 3.1.3.3) là: r 1,6480.10   3

Nhiệt độ thành bên ngoài của thân thiết bị t N  t T  q  r  57,71 4,5474.10 1,6480.10  3  3  50,22 0 C

Nhiệt lượng đun nóng nước làm lạnh từ 25 0 C lên nhiệt độ 50,22 0 C tính theo công thức sau:

Q  m C t – t kcal Trong đó: m H2O – là khối lượng nước làm lạnh sử dụng ở vỏ áo

C H2O – là nhiệt dung riêng của nước làm lạnh t đ – nhiệt độ đầu vào của nước làm lạnh, ta chọn t đ = 25 0 C t c – nhiệt độ ra của nước làm lạnh, t c = 50,22 0 C

Khối lượng của nước dùng cho quá trình lấy nhiệt ở vỏ áo là:

  kg Ở 25 o C ,  H2O = 997,08 kg/m 3 Như vậy thể tích của nước làm mát ở vỏ áo là:

2.3.2.3 Xác định lượng nước dùng cho thiết bị ngưng tụ

Nhiệt lượng cần thiết phải lấy ra là nhiệt lượng gia nhiệt nước làm lạnh ở ngoài ống truyền nhiệt từ nhiệt độ 25 0 C lên 35 0 C

Theo công thức 8.20 [QTTB.T1 - Trang 274]:

Q – là nhiệt lượng cần thiết phải lấy ra, Q = 3866616,192 kcal

G – khối lượng nước được gia nhiệt, kg

C H2O – nhiệt dung riêng của nước, C H2O = 0,9989 kcal/ kg.độ t c – nhiệt độ của nước sau khi lấy nhiệt đi ra: t c = 35 0 C t đ – nhiệt độ ban đầu của nước làm lạnh đi vào: t đ = 25 0 C

Vậy lượng nước lạnh cần dùng là:

Với khối lượng riêng của nước ở 25 0 C,  H2O = 997,08 kg/m 3 Thể tích của nước cần dùng để làm mát thiết bị ngưng tụ là:

Tổng hợp lượng nước sử dụng cho quá trình gia nhiệt và làm lạnh Đơn vị: m 3

1 thiết bị 1 mẻ sản xuất 1 ngày sản xuất 1 năm sản xuất Nước gia nhiệt 14,5222 43,5666 136,381807 46642,57801 Nước làm lạnh ở vỏ áo 74,4074 223,2222 698,779501 238982,5893 Nước làm lạnh ở thiết bị ngưng tụ 419,8183 1259,4549 3942,624284 1348377,505

Tính toán thiết bị phụ

Trong ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành hóa chất, việc sử dụng bơm để vận chuyển nguyên liệu rất phổ biến Có nhiều loại bơm khác nhau được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật, năng suất, công suất, hiệu suất, giá thành và độ an toàn, cũng như tính chất của chất cần vận chuyển Trong sản xuất nhựa PVC, bơm ly tâm được ưa chuộng nhờ vào những ưu điểm vượt trội của chúng.

* Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo và sửa chữa

* Có thể bơm các chất lỏng không sạch

* Không có suppap nên ít bị tắt và hư hỏng

Bơm ly tâm thường được áp dụng trong các hệ thống có áp suất trung bình trở xuống và năng suất trung bình trở lên Chúng được sử dụng trong dây chuyền công nghệ để bơm nước (H2O) và vinyl clorua (VCM).

Bơm pittông được sử dụng để bơm các hóa chất ăn mòn và có áp suất lớn, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc bơm các phụ gia trong quá trình phản ứng hóa học.

2.4.1.1 Tính toán và chọn bơm ly tâm để bơm nước nạp liệu

Thời gian bơm nước vào thiết bị phản ứng là 20 phút hay 1200 giây

Khối lượng nước cần bơm trong một mẻ phản ứng là:

Khối lượng riêng của nước ở 25 0 C là  = 997,08 kg/m 3 Năng suất cần thiết của bơm là:

Vận tốc của chất lỏng trong ống là  = 2 m/s

Như vậy theo công thức II.36 [STQTTB.T1 - Trang 369], đường kính của ống dẫn là:

Tính áp suất toàn phần của bơm Áp dụng công thức II.185 [STQTTB.T1 - Trang 438]:

H - áp suất toàn phần do bơm tạo ra

P 2 , P 1 - áp suất đẩy và hút trên bề mặt của bơm N/m 2  - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

H o - chiều cao đẩy chất lỏng của bơm, H o = 11 m

Áp suất tiêu tốn trong hệ thống ống dẫn là yếu tố quan trọng để vượt qua toàn bộ trở lực, bao gồm cả trở lực cục bộ do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động hoặc hình dạng, tiết diện của ống dẫn như đột thu, đột mở và các loại van.

Xác định trở lực do ma sát khi bơm nước lên thành ống

Theo công thức 1.104 [QTTB.T1 - Trang 64 ]

 - hệ số ma sát phụ thuộc vào chuẩn số Re l - chiều dài ống dẫn, l = 50 m d - đường kính ống, d = 0,11 m

 - vận tốc của dòng chảy,  = 2 m/s d - đường kính của ống dẩn, d = 0,1 m

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3

 - độ nhớt của nước ở 25 0 C,  = 0,8937.10 -3 N.s/m 2 Như vậy:

Do Re lớn nên:  được xác định theo công thức 1.112 [QTTB.T1 - Trang 68]:

Theo [QTTB.T1 - Trang 65], độ nhám tương đối hay hệ số độ nhám: n  r

 - chiều cao trung bình của gờ nhám hay chiều sâu của rãnh, mm r - bán kính của ống dẩn, m

Chọn thép làm bơm mới, do đó chọn  = 0,1mm = 0,1.10 -3 m d 0,1 r 0,05

   Vậy trở lực do ma sát là:

Xác định trở lực cục bộ trên đường ống

Trong đó :  - hệ số trở lực chung

+  1 - hệ số trở lực cục bộ do đột thu:

Trên đường ống có hai đột thu: một ở cửa vào ống hút và một ở cửa vào của bơm Trong đó, f1 là tiết diện của đột thu (m²) và f2 là tiết diện ống ban đầu (m²) Tại cửa vào ống hút, tỷ lệ tiết diện được xác định là A f f = 0,5.

+  2 - hệ số trở lực cục bộ do đột mở: f f

Trên đường ống có hai đột mở, ở cửa ra của bơm 1

2 f 0,6 C f   , và ở cửa ra của ống 1

+  3 - hệ số trở lực cục bộ do khuỷu ống:

Trên đường ống có năm khuỷu 90 0 , hai ở trước cửa vào của bơm và ba ở sau cửa ra của bơm

Theo bảng 1.3 [QTTB.T1 - Trang 70] Với bề mặt ống nhẵn:

+  4 - hệ số trở lực cục bộ do van chắn:

Trên đường ống có ba van, một đặt ở cửa ra của thùng chứa nước và hai đặt ở cửa ra của bơm

Trong đó có một van chắn với độ mở hoàn toàn và hai van khóa một chiều có độ mở = 1/8

Van chắn có  = 0,05 Van một chiều có  = 0,07 Như vậy:

Từ đây ta tìm được hệ số trở lực cục bộ chung là:

Vậy trở lực cục bộ trên đường ống:

Mặc dù đã thực hiện hút chân không để thu hồi khí VCM, nhưng vẫn không thể thu hồi hoàn toàn, dẫn đến áp suất còn lại trong thiết bị là 0,2 kg/cm² Khi bơm nước nạp liệu vào, áp suất do hơi VCM tạo ra gây trở lực cho quá trình bơm Do đó, áp suất toàn phần của bơm cần phải cộng thêm trở lực áp suất bên trong thiết bị phản ứng, và áp suất này được chuyển đổi thành mmH₂O theo bảng 1.279 [STQTTB.T1 - Trang 357].

Thế [b], [c] và [d] vào [6] ta tìm được áp suất toàn phần:

H = 4,1979 + 10 + 1,4862 + 2,0 = 17,6841 (m) Theo công thức 2.39 [QTTB.T1 - Trang 110], công suất của bơm ly tâm là:

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/ m 3 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

H - áp suất toàn phần của bơm, H = 18,2670 m

 - hiệu suất của bơm,  = 0,72  0,93 Lấy  = 0,8

Theo công thức II.190 [STQTTB.T1 - Trang 439], công suất động cơ điện: đc T td đc

N T - công suất của bơm ly tâm, N T = 3,8192 KW

 tđ - hiệu suất truyền động,  tđ = 0,9

 đc - hiệu suất động cơ,  đc = 0,9 đc 3,8192

Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải )

Theo công thức II.191 [STQTTB.T1 - Trang 439]

N đc   N đc  - hệ số dự trữ công suất Theo bảng II.33 [STQTTB.1 - Trang 439]

N đc  1, 2.4, 7151  7, 0727 (KW) Như vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất động cơ : 7,5 ( KW )

2.4.1.2 Tính toán và chọn bơm ly tâm để bơm VCM

Thời gian bơm VCM vào thiết bị phản ứng là : 20 phút hay 1200 giây

Khối lượng VCM cần bơm trong một mẽ phản ứng:

Khối lượng riêng của VCM ở nhiệt độ 25 0 C là  = 899 (kg/m 3 )

Năng suất cần thiết của bơm là:

Ta chọn vận tốc chảy của chất lỏng trong đường ống dẫn,  = 2 m/s

Theo công thức II.36 [STQTTB.T1 - Trang 369], đường kính của ống dẫn là:

*Tính áp suất toàn phần của bơm

Tương tự như tính toán bơm ly tâm để bơm nước Áp dụng công thức II.185 [STQTTB.T1 - Trang 438]:

P 2 , P 1 - áp suất đẩy và hút trên bề mặt của bơm N/m 2  - khối lượng riêng của VCM,  = 899 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

Áp suất tiêu tốn trong hệ thống ống dẫn là yếu tố quan trọng để vượt qua toàn bộ trở lực, bao gồm cả trở lực cục bộ do chất lỏng thay đổi hướng di chuyển và hình dạng, tiết diện của ống dẫn như đột thu, đột mở, và các loại van.

Xác định trở lực do ma sát khi bơm vinylclorua lên thành ống

Trở lực do ma sát của bơm là:

 - hệ số ma sát phụ thuộc vào chuẩn số Re l - chiều dài ống dẩn, l = 50 m d - đường kính ống, d = 0,1 m

 - vận tốc của dòng chảy,  = 2 m/s d - đường kính của ống dẩn, d = 0,1 m

 - khối lượng riêng của VCM,  = 899 kg/m 3  - độ nhớt của VCM ở 25 0 C,  = 0,18.10 -3 N.s/m 2 Như vậy:

Theo [QTTB.T1 - Trang 65], độ nhám tương đối hay hệ số độ nhám: n  r

 - chiều cao trung bình của gờ nhám hay chiều sâu của rãnh, mm r - bán kính của ống dẫn, m

Với thép mới, chọn  = 0,1mm = 0,1.10 -3 m

Chuyên ngành Hoá dầu Trang 115 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm d 0,1 r 0,05

Khi bơm VCM vào thiết bị phản ứng ở nhiệt độ 25°C, một phần VCM sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi, dẫn đến việc tăng áp suất bên trong thiết bị phản ứng Tại 25°C, áp suất do hơi VCM tạo ra là P = 1 kg/cm², gây trở lực cho quá trình bơm Do đó, áp suất toàn phần của bơm cần phải cộng thêm trở lực áp suất bên trong thiết bị phản ứng Áp suất này được chuyển đổi sang mmH₂O theo bảng 1.279 [STQTTB.T1 - Trang 357].

Áp suất P được xác định là 1 kg/m² tương đương với 1 mmH₂O, và khi chuyển đổi, 1 kg/cm² bằng 10 mH₂O Trở lực cục bộ trên đường ống được tính toán tương tự như trong phần bơm nước nạp liệu, với h m = 1,4862 Do đó, áp suất toàn phần của bơm được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Theo công thức 2.39 [QTTB.T1 - Trang 110], công suất của bơm ly tâm:

 - khối lượng riêng của vinylclorua,  = 899 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường 9,81 m/s 2

 - hiệu suất của bơm. = 0,72  0,93 Lấy  = 0,8

Công suất động cơ điện đc T tđ đc

N T - công suất của bơm ly tâm, N T = 4,7493KW

Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải )

Theo công thức II.191 [STQTTB.T1 - Trang 439 ]

N C đc   N đc  - hệ số dự trữ công suất Theo bảng II.33 [STQTTB.T1 - Trang 439]:

Như vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất động cơ: 7,5 ( KW )

2.4.1.3 Tính toán và chọn bơm ly tâm để bơm nước nóng gia nhiệt ở vỏ áo

Thời gian để bơm nước gia nhiệt ở vỏ áo là 45 phút hay 2700 giây

Thể tích của nước cần bơm là:

V = 18,0811 m 3 Năng suất cần thiết của bơm là:

Vận tốc của dòng chảy là,  = 0,8 m/s

Như vậy đường kính của ống dẫn:

Tương tự như khi tính bơm ly tâm để bơm nước nạp liệu

P 2 , P 1 - áp suất đẩy và hút trên bề mặt của bơm N/m 2  - khối lượng riêng của nước ở 90 0 C,  = 965,34 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

Áp suất tiêu tốn trong hệ thống ống dẫn là yếu tố quan trọng để vượt qua toàn bộ trở lực, bao gồm cả trở lực cục bộ do chất lỏng thay đổi hướng, hình dạng và tiết diện của ống dẫn, như hiện tượng đột thu, đột mở và các loại van.

Xác định trở lực do ma sát khi bơm nước gia nhiệt ở vỏ áo

Theo công thức 1.104 [QTTB.1 - Trang 64 ], trở lực do ma sát của bơm là:

Theo công thức 1.49 [QTTB.1 - Trang 35]

 - vận tốc của dòng chảy,  = 0,8 m/s d - đường kính của ống dẩn, d = 0,1 m

 - khối lượng riêng của nước ở 90 0 C,  = 965,34 kg/m 3 (bảng I.5 [STQTTB.T1 – trang 11])

 - độ nhớt của nước ở 90 0 C,  = 0,316510 -3 N.s/m 2 (bảng I.102 [STQTTB.T1 – trang 94])

Theo [QTTB.1 - Trang 65], độ nhám tương đối hay hệ số độ nhám: n r

Với thép mới, chọn  = 0,1mm = 0,1.10 -3 m d 0,1 r 0,05

Với chiều cao đẩy chất lỏng của bơm H 0 = 11 m

Trở lực cục bộ trên đường ống giống như tính toán ở phần bơm nước nạp liệu: h m

Như vậy áp suất toàn phần của bơm là:

 - khối lượng riêng của nước ở 90 0 C,  = 965,34 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường 9,81 m/s 2

Công suất động cơ điện đc tđ

 đc - hiệu suất động cơ,  đc = 0,9 đc 1, 2878

Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán ( lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải )

Theo công thức II.191 [STQTTB.T1 - Trang 439]:

N C đc   N đc  - hệ số dự trữ công suất

Theo bảng II.33 [STQTTB.T1 - Trang 439]

Như vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất động cơ : 2,5 (KW)

2.4.1.4 Tính bơm ly tâm để bơm nước làm mát ở vỏ áo và thiết bị ngưng tụ 2.4.1.4.1 Tính bơm ly tâm để bơm nước vỏ áo

Theo bảng II.10, thể tích của nước làm mát cần bơm cung cấp cho vỏ áo của một thiết bị phản ứng là:

V VA = 65.9716 m 3 Năng suất cần thiết của bơm là:

Áp suất tiêu tốn là yếu tố quan trọng để vượt qua toàn bộ trở lực trong hệ thống ống dẫn, bao gồm cả trở lực cục bộ do sự thay đổi hướng chuyển động của chất lỏng, hoặc sự thay đổi hình dạng và tiết diện của ống dẫn, như hiện tượng đột thu, đột mở và các loại van.

Theo công thức 1.104 [QTTB.T1 - Trang 64], trở lực do ma sát của bơm là:

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3  - độ nhớt của nước ở 25 0 C,  = 0,8937.10 -3 N.s/m 2 Như vậy:

Theo [QTTB.T1 - Trang 65 ], độ nhám tương đối hay hệ số độ nhám: n r

Với thép mới, chọn  = 0,1mm = 0,1.10 -3 m d 0,1 r 0,05

Theo công thức 1.113 [QTTB.T1 - Trang 68 ]

 - hệ số trở lực chung

*  1 - hệ số trở lực cục bộ do đột thu

Trên đường ống có 11 đột thu, một ở cửa vào ống hút, một ở cửa vào của bơm và

Đột thu tại đầu nhánh rẽ có tiết diện f1 (m²) và tiết diện ống ban đầu f2 (m²) Năng suất của bơm ly tâm trên đường ống cung cấp nước làm mát cho thiết bị phản ứng được xác định là Q BVA = 0,0037 m³/s.

Năng suất nước làm mát trong từng khoang là:

Vận tốc dòng chảy trong đường ống là:  = 0,5 m/s Đường kính đột thu của ống dẩn nước làm mát cho thiết bị phản ứng tại 9 khoang là:

Như vậy đột thu ở đường ống cung cấp nước làm mát cho thiết bị phản ứng có

*  2 - hệ số trở lực cục bộ do đột mở

Trên đường ống có 2 đột mở, một đột mở đặt ở cửa ra của bơm 1 2

2 f 0, 6 I f   , và một đột mở ở cửa ống tiếp xúc với khoang áo làm lạnh của thiết bị

*  3 - hệ số trở lực cục bộ do khuỷu ống

Trên đường ống có năm khuỷu 90 O , hai ở trước cửa vào của bơm và ba ở sau cửa ra của bơm

Trong hệ thống ống dẫn, có bốn van được lắp đặt, bao gồm hai van chắn hoàn toàn ở đầu vào và đầu ra của bơm Ngoài ra, hai van khóa nút với góc mở 15 độ cũng được bố trí tại hai nhánh ống Hệ số trở lực cục bộ do các van này gây ra cần được tính toán để đảm bảo hiệu suất của hệ thống.

 = 4,0482 + 0,6703 + 6,3 + 1,6 = 12,6185 Vậy trở lực cục bộ trên đường ống:

Với chiều cao đẩy của bơm, H o = 9 m

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường 9,81 m/s 2

Công suất động cơ điện

Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải)

Theo công thức II.191 [STQTTB.T1 - Trang 439]

N C đc   N đc  - hệ số dự trữ công suất Theo bảng II.33 [STQTTB.T1 - Trang 439]

Như vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất động cơ : 1 (KW)

2.4.1.4.2 Tính bơm ly tâm để bơm nước cho thiết bị ngưng tụ

Theo bảng II.10, thể tích của nước làm mát cần cung cấp cho thiết bị ngưng tụ của 1 thiết bị phản ứng trong 1 mẻ sản xuất là:

V = 388,2210 m 3 Năng suất cần thiết của bơm là:

Áp suất tiêu tốn trong hệ thống ống dẫn là yếu tố quan trọng để vượt qua toàn bộ trở lực, bao gồm cả trở lực cục bộ do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động hoặc hình dạng, tiết diện của ống dẫn như đột thu, đột mở và các loại van.

Theo công thức 1.104 [QTTB.T1 - Trang 64], trở lực do ma sát của bơm là:

Theo công thức 1.49 [QTTB.T1 - Trang 35 ]:

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3  - độ nhớt của nước ở 25 0 C,  = 0,893710 -3 N.s/m 2 Như vậy:

Do Re lớn nên:  được xác định theo công thức 1.112 [QTTB.T1 - Trang 68]

Theo [QTTB.T1 - Trang 65 ], độ nhám tương đối hay hệ số độ nhám: n r

Với thép mới, chọn  = 0,1mm = 0,1.10 -3 m

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu d 0,1791 r 0,0896

 - hệ số trở lực chung

*  1 - hệ số trở lực cục bộ do khuỷu ống

Trên đường ống có năm khuỷu 90 0 , hai ở trước cửa vào của bơm và ba ở sau cửa ra của bơm

Hệ số trở lực cục bộ do van chắn trong hệ thống ống dẫn được xác định bởi bốn van, trong đó có hai van chắn hoàn toàn mở ở cửa vào và cửa ra của bơm Ngoài ra, hai van khóa nút với góc mở 15 độ được lắp đặt ở hai đường ống rẽ nhánh.

Vậy trở lực cục bộ trên đường ống:

Với chiều cao đẩy của bơm, H o = 12 m

Theo công thức 2.39 [QTTB.T1 - Trang 110], công suất của bơm ly tâm

 - khối lượng riêng của nước,  = 997,08 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường 9,81 m/s 2

Công suất động cơ điện

Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải)

Theo công thức II.191 [STQTTB.T1 - Trang 439]:

N C đc   N đc  - hệ số dự trữ công suất Theo bảng II.33 [STQTTB.T1 - Trang 439]:

Như vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất động cơ : 7,5 (KW)

2.4.1.5 Tính bơm ly tâm để tháo niệu sản phẩm

An toàn lao động

Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, an toàn lao động đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ năng suất, tài sản và tính mạng công nhân Để giảm thiểu tai nạn lao động, cần áp dụng các biện pháp hiệu quả nhằm loại trừ tối đa rủi ro trong quá trình sản xuất.

Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu cần chú trọng đến việc thiết kế và sản xuất với sự xem xét kỹ lưỡng về khả năng cháy nổ, tác động của hóa chất độc hại, cũng như nguy cơ tai nạn trong quá trình thao tác, nhằm bảo vệ sức khỏe và tính mạng con người Các biện pháp bảo vệ người lao động đã được nhà nước quy định thành văn bản và được thực hiện nghiêm túc tại các xí nghiệp và nhà máy.

Tai nạn lao động được phân ra thành: chấn thương, nhiễm độc nghề nghiệp và bệnh nghề nghiệp

Chấn thương là các tai nạn dẫn đến vết thương, dập thương hoặc tổn hại khác cho cơ thể con người Hậu quả của chấn thương có thể làm mất khả năng lao động tạm thời hoặc vĩnh viễn, thậm chí có thể gây tử vong.

Nhiễm độc nghề nghiệp là tình trạng sức khỏe bị ảnh hưởng do sự xâm nhập của các chất độc vào cơ thể trong quá trình sản xuất Việc tiếp xúc lâu dài với một lượng nhỏ chất độc có thể dẫn đến nhiễm độc mãn tính, trong khi nhiễm độc cấp tính xảy ra khi có sự xâm nhập đột ngột với một lượng lớn chất độc, được xem như một dạng chấn thương.

Bệnh nghề nghiệp là tình trạng suy giảm sức khỏe của người lao động, xảy ra do ảnh hưởng của các điều kiện làm việc không thuận lợi hoặc do tác động lâu dài của các chất độc hại trong quá trình sản xuất.

Những nguyên nhân tai nạn có thể phân loại thành: Nguyên nhân kỹ thuật, nguyên nhân tổ chức và nguyên nhân vệ sinh

Những nguy ên nhân tai nạn phụ thuộc tình trạng máy móc, thiết bị, đường ống, vị trí làm việc

* Do máy móc thiết bị hư hỏng

* Các thiết bị phụ tùng hư hỏng

* Các đường ống hư hỏng

* Các kết cấu thiết bị phụ tùng không hoàn chỉnh

* Khoảng cách cần thiết giữa các thiết bị bố trí chưa đủ

* Thiếu rào chắn bao che ngăn cách

Những nguyên nhân tổ chức do phát sinh từ kết quả của công việc tổ chức hoặc giao nhận công việc chưa đúng Đó là:

* Vi phạm qui tắc, qui trình kỹ thuật

* Tổ chức lao động cũng như chổ làm việc chưa đáp ứng yêu cầu

* Thiếu hoặc giám sát chưa đầy đủ

* Vi phạm chế độ lao động (làm việc quá giờ)

* Sử dụng công nhân không đúng ngành nghề, trình độ chuyên môn

* Cho công nhân vào làm việc khi họ chưa được huấn luyện hướng dẫn, chưa nắm vững điều lệ, qui tắc kỹ thuật an toàn

Những nguyên nhân vệ sinh:

* Môi trường không khí bị ô nhiễm

* Chiếu sáng và thông gió không đầy đủ

* Tiếng ồn và chấn động mạnh

* Có các tia phóng xạ

* Tình trạng vệ sinh của các phòng phục vụ sinh hoạt kém

* Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân

* Thiếu hoặc kiểm tra vệ sinh của y tế không đầy đủ

* Điều kiện về khí hậu ( nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc lưu chuyển không khí, bức xạ nhiệt…) không thích nghi

3.2.2 Phân tích đặc điểm của nhà máy

Trong phân xưởng đóng gói của nhà máy sản xuất nhựa PVC, việc có nhiều bụi do bột PVC tạo ra yêu cầu lắp đặt quạt hút với hệ thống lọc Hệ thống này không chỉ giúp thu hồi bột nhựa mà còn làm sạch môi trường không khí, đảm bảo an toàn cho công nhân và cải thiện chất lượng không gian làm việc.

Nhà máy có nhiều động cơ và thiết bị điện, do đó cần chú ý đến vấn đề cách điện và nguy cơ chập mạch Đồng thời, cần đặc biệt quan tâm đến các bộ phận truyền động của động cơ để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Nhà máy có nhiều nơi nhiệt độ cao nên phải chú ý đến vấn đề thông gió

Nguyên liệu sản xuất VCM lỏng và các hóa chất như chất ổn định nhiệt, chất khơi mào có khả năng gây cháy nổ và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Do đó, việc kiểm tra môi trường và đường ống thường xuyên là rất cần thiết Khi sử dụng, cần tuân thủ đúng hướng dẫn và quy định an toàn cho từng loại hóa chất cụ thể.

Các kho chứa hóa chất phải được cách ly và để ngăn nắp tránh nhầm lẫn gây ra phản ứng hóa học giữa các chất

3.2.3 Các giải pháp an toàn trong sản xuất

Xuất phát từ những đặc điểm đã phân tích ở trên, ta đề ra những biện pháp khắc phục như sau:

Chú ý về việc thông gió tự nhiên và nhân tạo

Thiết kế xây dựng phải phù hợp, hệ thống dầm, cột sàn phải chịu lực, đảm bảo an toàn

Để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, thiết bị máy móc cần được kiểm tra định kỳ, đường ống phải kín và ống dẫn hơi cần được bảo ôn Ống dẫn VCM phải được làm từ vật liệu chịu áp lực và thường xuyên được kiểm tra Hệ thống điện chiếu sáng ban đêm cần đảm bảo đầy đủ, đặc biệt là tại khu vực cầu thang cần lắp đặt bóng đèn để tăng cường an toàn.

Tổ chức đào tạo công nhân về phòng cháy chữa cháy và nội quy an toàn lao động là rất cần thiết Cần thường xuyên nhắc nhở và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ các quy định về bảo hộ lao động trong quá trình sản xuất để đảm bảo an toàn cho tất cả mọi người.

Thiết kế hệ thống ống nước chữa cháy xung quanh nhà máy

Sử dụng thiết bị dò khí và hệ thống báo cháy tự động

Các biện pháp cụ thể như sau:

Khi thiết kế nhà máy, việc bố trí cửa sổ và cửa ra vào hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo thông gió tốt Các máy móc thiết bị cần được sắp xếp với khoảng cách hợp lý nhằm tạo điều kiện thông gió tự nhiên; nếu không có, nên lắp đặt quạt gió Để phòng ngừa cháy nổ, cần cẩn trọng trong thao tác điện và cơ khí, tránh tạo ra tia lửa điện Ngoài ra, việc bố trí dụng cụ chữa cháy ở các vị trí dễ tiếp cận là cần thiết để ứng phó kịp thời khi có sự cố.

Kiểm tra thiết bị máy móc, điện chiếu sáng, hệ thống ống dẫn định kỳ mỗi tuần mỗi lần

Trang bị bảo hộ lao động cho công nhân là rất quan trọng, bao gồm các thiết bị như khẩu trang, mũ bảo hộ, bao tay, áo quần và kính bảo hộ Những trang bị này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe mà còn nhắc nhở công nhân về việc chú ý đến an toàn trong quá trình sản xuất.

Nhà tắm, nhà vệ sinh, nhà nghỉ phải được thoáng mát và sạch sẽ

Tuân thủ nội qui của nhà máy như:

- Không hút thuốc, sử dụng lửa

- Không uống rượu hoặc ngủ trong khi làm việc

- Không rời khỏi máy khi đang hoạt động

3.2.4 Một số biện pháp giải quyết khi có sự cố xảy ra Với VCM

Trong trường hợp hít phải VCM, tiếp xúc với môi trường có VCM quá lâu, không cần chữa trị mà phải đưa ra khỏi vùng có VCM ngay

Tiếp xúc với môi trường chứa VCM có thể dẫn đến hôn mê sâu Trong tình huống này, cần di chuyển người công nhân ra khỏi khu vực có VCM, đặt họ nằm ngửa và đảm bảo hô hấp đều đặn Ngay lập tức gọi bác sĩ Nếu hô hấp ngừng, hãy thực hiện hô hấp nhân tạo và gọi bác sĩ ngay.

Trong trường hợp tiếp xúc với da, cởi bỏ áo, rửa vùng da tiếp xúc với VCM thật kỹ

Trong trường hợp VCM dính vào mắt, rửa mắt với lượng nước trong vòng ít nhất 15 phút và đi bác sĩ

Trong trường hợp tiếp xúc với da thì phải rửa với nhiều nước và xà phòng

Khi quần áo bị dính chất phụ gia, cần phải cởi bỏ và giặt sạch trước khi tái sử dụng Nếu chất phụ gia tiếp xúc với mắt, hãy xối rửa ngay với nhiều nước trong ít nhất 15 phút và nhanh chóng đến bác sĩ để được kiểm tra.

Khi chất bảo quản tiếp xúc với da, cần rửa sạch ngay lập tức bằng nước và xà phòng Nếu chất này dính vào mắt, hãy rửa bằng nhiều nước trong ít nhất 15 phút và nhanh chóng đến bác sĩ.

Với chất làm dừng phản ứng

Khi bị chảy lên da nên rửa sạch ngay bằng nhiều nước Trong trường hợp tiếp xúc với mắt, rửa bằng lượng lớn nước

Khi bị rò rỉ thì lau sạch bằng khăn và đem đốt

Tính năng lượng tiêu thụ

Dựa vào công suất và thời gian hoạt động của từng thiết bị, chúng ta có thể xác định nhu cầu sử dụng điện cho từng loại thiết bị Từ đó, ta tính toán nhu cầu điện cho toàn bộ phân xưởng và nhà máy, giúp lập kế hoạch cung cấp điện hợp lý và tính giá thành sản phẩm chính xác Phân xưởng sử dụng điện với hai mục đích chính: phục vụ sản xuất và cung cấp chiếu sáng, thông gió.

3.3.1.1 Tính điện dùng cho sản xuất Điện sử dụng trong sản xuất bao gồm: điện cung cấp cho các loại bơm nguyên liệu, bơm huyền phù, bơm nước nóng nước lạnh, động cơ của nồi phản ứng, động cơ

Chuyên ngành Hoá dầu tại Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm bao gồm các thiết bị quan trọng như nồi tách VCM, động cơ máy ly tâm, quạt đẩy không khí sấy, quạt hút không khí sau xiclôn, động cơ máy sàng, vít tải bột và hệ thống điều khiển.

Tổng hợp điện năng tiêu thụ của phân xưởng sản xuất chính

Số giờ hoạt động Điện năng tiêu thụ (kW) STT Tên thiết bị

Công suất tiêu thụ (kW)

8 Bơm hỗn hợp sản phẩm 10 7 24 8208 1680 574560

10 Bơm nước lạnh vỏ áo 3 1 15 5130 45 15390

Tổng điện năng tiêu thụ điện của các thiết bị trong một năm là

Hệ số phụ tải K t = 0,8 Tổng điện năng tiêu thụ của các thiết bị (N i t i )= 4885427,25 (KW.h)

3.3.1.2 Tính điện năng sử dụng cho các phân xưởng phụ trợ

+ Phân xưởng thu hồi VCM: Điện năng tiêu thụ ước tính bằng 20% điện năng tiêu thụ của phân xưởng sản xuất:

+ Phân xưởng năng lượng: Điện năng tiêu thụ ước tính bằng 15% điện năng tiêu thụ của phân xưởng sản xuất:

Điện năng tiêu thụ ước tính cho khu vực E nl là 0,15, với E sx đạt 961818,4899 KW.h Bên cạnh đó, các khu phụ trợ khác như thiết bị chiếu sáng và thiết bị sinh hoạt cũng đóng góp vào tổng điện năng tiêu thụ, ước tính chiếm khoảng 30% điện năng tiêu thụ của phân xưởng sản xuất.

E th = 0,3.E sx = 1923636,98 (KW.h) Vậy tổng điện năng tiêu thụ cho cả nhà máy: 10580003,39 (KW.h)

3.3.2 Tính lượng nước tiêu thụ 3.3.2.1 Tính lượng nước dùng cho sản xuất

+ Nước dùng cho sản xuất gồm nước dùng cho phản ứng, gia nhiêt, làm lạnh, rửa thiết bị Khối lượng nước dùng cho phản ứng trong một năm là:

M pu = 84179275,62 (kg) (theo bảng II.5 chương cân bằng vật chất)

+ Lượng nước rửa thiết bị sau mỗi mẻ phản ứng trong một ngày là: 50 m 3 Vậy lượng nước dùng để rửa thiết bị sử dụng trong một năm là: m r = 50 342 = 17100 (m 3 )  17100000 (kg)

+Lượng nước nóng dùng để gia nhiệt cho một mẻ phản ứng là 54243,3 (kg), lượng nước nóng dùng cho nồi tách VCM tự do:27351,5 ( kg)

Tổng khối lượng nước nóng sử dụng cho một mẻ: 81594,8(kg)

Trong quá trình hồi lưu tái sử dụng, mỗi mẻ cần bổ sung khoảng 30.000 kg nước nóng do có sự mất mát Tổng lượng nước nóng sử dụng trong một năm là rất lớn.

M gn = 81594,8 + 30000.(342.3-1) = 30831594,8 (kg) +Lượng nước làm lạnh thiết bị trong một mẻ gồm có:

- Nước làm lạnh thiết bị phản ứng 197914,2 (kg)

- Nước làm lạnh ở thiết bị ngưng tụ 1164633 (kg)

Do sự thất thoát trong quá trình hồi lưu, mỗi mẻ cần bổ sung khoảng 50.000 kg nước Vì vậy, tổng lượng nước sử dụng để làm lạnh trong một năm sẽ được tính dựa trên số lượng mẻ thực hiện.

M ll = 1482677,1 + 50000.(342.3-1) = 52612547,8 (kg) Vậy tổng lượng nước dùng cho sản xuất trong một năm:

3.3.2.2 Tính lượng nước dùng cho sinh hoạt Ước lượng nước sinh hoạt sử dụng trong một ngày là 80 m 3 Như vậy lượng nước dùng cho sinh hoạt trong một năm là:28000 m 3

3.3.3 Tính lượng nguyên liệu đốt tiêu thụ

Theo tính toán ở phần II – mục 3.1.3.6 ta có lượng than tiêu tốn cho 1 mẻ sản xuất là:

259,1928 3 = 777,5784 (kg) Như vậy lượng than tiêu tốn trên 1 tấn sản phẩm bột PVC là:

(với 46,7025 là năng suất sản phẩm trong một chu kỳ - Bảng II.3)

Vậy lượng than cần dùng là : 15 kgthan/1 tấn PVC = 900 tấn than/năm.

Tính toán kinh tế

Mục đích của việc tính toán kinh tế là xác định vốn đầu tư cho khảo sát, xây dựng, thiết bị máy móc, và giá thu mua nguyên liệu, cũng như chi phí tiêu hao điện năng, nước và các loại nguyên vật liệu khác Từ đó, chúng ta có thể hoạch toán kinh tế cho toàn bộ nhà máy, tính giá thành thực cho sản phẩm, và lập giá bán phù hợp với thị trường và quy định của nhà nước Qua đó, chúng ta có thể đánh giá lợi nhuận của nhà máy và thời gian hoàn vốn.

Toàn bộ chi phí và giá cả được dùng để tính toán đều dựa trên đồng tiền Việt Nam tại thời điểm tháng 6 năm 2012

Chi phí xây dựng nhà máy

Chi phí xây dựng nhà máy được xác định dựa trên mức giá tháng 6 năm 2012, bao gồm các yếu tố như nguyên liệu, máy móc, thiết bị, chi phí vận chuyển bằng đường biển và đường bộ, dựng và lắp đặt máy móc, xây dựng nhà xưởng, thuế nhập khẩu, chi phí giấy phép, thiết kế, kỹ thuật cùng các dự trữ vật chất khác.

3.4.1 Tính chi phí nguyên liệu trong một năm ngl ngl A

Trong đó: S ngl : Đơn giá một nguyên liệu (nghìn đồng/tấn)

V A : Nhu cầu sử dụng nguyên liệu trong 1 năm (tấn)

S ngl  S gb  S td  S vcbq Trong đó: S gb - giá bán (nghìn đồng/tấn)

S td - chi phí tháo dỡ

S vcbq - chi phí vận chuyển bảo quản

Chi phí nguyên liệu cho 1 tấn sản phẩm

STT Đầu vào (nguyên liệu thô) Đơn vị Đơn giá

Tiêu thụ nguyên liệu trên 1 tấn sản phẩm (tấn)

Chi phí nguyên liệu trong 1 năm sản xuất:

3.4.2 Tính chi phí điện, nước trong một năm

Chi phí cho năng lượng trong 1 năm Đơn vị Mức sử dụng Giá thành Thành tiền (triệu) Điện KW.h 10580003,39 2500 26450

3.4.3 Tính vốn đầu tư 3.4.3.1 Vốn đầu tư xây dựng mặt bằng, nhà xưởng

Chi phí cho việc thuê đất sử dụng là: 1800 triệu/năm

Chi phí cho việc xây dựng phân xưởng sản xuất: 3000 triệu

Chi phí xây dựng các công trình phụ trợ cho nhà máy, bao gồm khu chứa nguyên liệu, khu hành chính tổng hợp, khu điều khiển kỹ thuật, các phòng ban và phòng bảo trì, ước tính lên tới 2500 triệu đồng.

Chi phí lắp đặt các thiết bị sinh hoạt cho các khu phụ trợ: 1000 triệu

Chi phí làm đường giao thông và cơ sở hạ tầng trong nhà máy 4000 triệu

Vậy tổng chi phí xây dựng cho nhà máy: 11800 triệu

3.4.3.2 Vốn đầu tư máy móc thiết bị Bảng 3.4 Chi phí đầu tư máy móc, thiết bị

STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá (triệu/cái) Thành tiền (triệu)

20 Thiết bị trao đổi nhiệt 2 35 70

25 Bình chứa VCM thu hồi 1 117 117

29 Máy phát điện dự phòng 1 1500 1500

Để tính toán chi phí đầu tư máy móc cho các công trình phụ, cần xem xét các khu vực như khu xử lý nước dùng trong sản xuất, khu xử lý VCM thu hồi, khu xử lý nước thải và khu chứa sản phẩm.

… tính 70 % chi phí máy móc thiết bị trong phân xưởng sản xuất: 70%.40536 =

Tổng chi phí đầu tư máy móc thiết bị cho cả nhà máy: 68911 triệu

Chi phí lắp đặt bằng 15 % mua trang thiết bị:

68911 0,15 = 10336,68 (triệu đồng) Chi phí vận chuyển lấy bằng 10 % chi phí mua thiết bị:

Chi phí cho hệ thống ống dẫn, dụng cụ đo lường, các dụng cụ khác lấy bằng 20

% chi phí mua thiết bị :

68911 0,2 = 13782,2 (triệu đồng) Tổng số vốn đầu tư cho thiết bị máy móc: 99920,98 triệu

Tổng số vốn đầu tư cho cả nhà máy: 128295,98 triệu

3.4.4 Tính quỹ lương cho công nhân, nhân viên trong nhà máy

Ban quản lý điều hành nhà máy, nhân viên hành chính tổng hợp, các trưởng và phó bộ phận làm việc ngày 8 giờ

Chi phí tiền lương cho bộ phận hành chính

Chức vụ Số lượng Mức lương trung bình

(triệu đồng) Tiền lương tháng

Còn các nhân viên còn lại như kỹ sư, công nhân, bảo vệ, … làm việc theo ca, mỗi ca 8 giờ

Chi phí tiền lương cho nhân viên làm ca

Chức vụ Số lượng Mức lương trung bình

(triệu đồng) Tiền lương tháng

Mỗi ca sẽ có 4 kỹ sư cùng 10 công nhân làm việc, tức có 14 người làm việc

Phụ cấp ca đêm là 20000 (nghìn đồng/đêm) Vậy tiền phụ cấp đêm trong một năm:

Quỹ tiền lương của nhân viên trong nhà máy trong một năm:

Quỹ bảo hiểm cho nhân viên trong nhà máy: 3,7 % quỹ tiền lương

Tiền thưởng nhân dịp lễ tết: 17 % quỹ tiền lương

Tổng quỹ lương của nhân viên trong nhà máy tính theo một năm:

3.4.5 Tổng chi phí sản xuất trong một năm

Khấu hao máy móc thiết bị (lấy 5% tổng số vốn đầu tư):

Khấu hao nhà xưởng (lấy 3% so với tổng số vốn đầu tư):

Chi phí sửa chữa máy móc thiết bị (lấy 7% so với tổng số vốn đầu tư):

Tổng chi phí sản xuất trong một năm

STT Loại chi phí Giá trị (triệu)

3 Chi phí quản lý, vận hành 19142,22

4 Khấu hao máy móc, thiết bị 6414,7990

6 Chi phí sửa chữa máy móc, thiết bị 8980,7186

3.4.6 Tính giá thành sản phẩm

Năng suất nhà máy 45000 tấn/năm nên chi phí tính cho một tấn sản phẩm:

Giá bán PVC tại kho được xác định dựa trên mức giá trung bình thị trường từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2012, kèm theo thuế 1% và các chi phí khác liên quan.

Chi phí nhận hàng (chi phí dịch vụ cảng, vận chuyển từ cảng về kho): 1.5%,…

Dự toán giá bán nhựa PVC của nhà máy Đơn vị: triệu đồng/tấn

Giá bán PVC theo dự án 22,8447

Cuối tháng 5 năm 2012, giá bột nhựa PVC trên thị trường Việt Nam và Châu Á đạt 1225 USD/tấn (khoảng 25,6 triệu đồng/tấn), theo báo cáo xuất nhập khẩu của Bộ Công Thương Giá dự toán của dự án hoàn toàn phù hợp với giá thị trường và có tính cạnh tranh cao.

3.4.7 Tính lợi nhuận và thời gian thu hồi vốn

Tính lợi nhuận của phân xưởng:

Lãi phân xưởng thu được trong một năm:

N : năng xuất của phân xưởng ( N = 45000 tấn/năm) g : Lợi nhuận thu được trên 1 tấn sản phẩm ( triệu đồng/tấn)

Lợi nhuận sau thuế của phân xưởng là:

Tính thời gian hoàn vốn: dt

 L (năm) Với C dt là vốn đầu tư C dt = 128295,98 (triệu đồng)

Vậy thời gian thu hồi vốn là 3 năm 8 tháng

Tiêu đề	Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nhựa Polyvinyl Clorua Năng Suất 45000 Tấn/Năm
Tác giả	Tô Tâm Lan
Người hướng dẫn	ThS. Võ Thanh Tiền
Trường học	Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Bà Rịa – Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	203
Dung lượng	3,1 MB