Đồ Án tốt nghiệp thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polyester không no, công suất 500 tấnnăm

Từ tận đáy lòng mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhấttới các thầy cô của Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và cácthầy cô ở Trung tâm công nghệ vật liệu Polyme – Compozit & Giấynói

TỔNG QUAN VỀ NHỰA POLYESTER KHÔNG NO (UPE)

Tình hình sản xuất và tiêu thụ UPE trên thế giới và Việt Nam

Theo dự báo, từ năm 2022 đến 2027, tiêu thụ nhựa UPE toàn cầu sẽ tiếp tục tăng trưởng, trong đó nhựa UPE gia cố bằng sợi (FPR) chiếm gần 2/3 tổng sản lượng Các ứng dụng chính của UPE bao gồm xây dựng, hàng hải và ngành ô tô.

Ngành UPE có đặc điểm nổi bật là sự chiếm lĩnh thị phần bởi một số ít nhà sản xuất lớn ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản Trong khi đó, Trung Quốc đại lục lại có sự hiện diện của khoảng 40-50 công ty sản xuất UPE lớn.

Năm 2022, Châu Á là khu vực tiêu thụ lớn nhất nhựa polyester không bão hòa (UPE), tiếp theo là Châu Âu và Bắc Mỹ, với Trung Quốc đại lục dẫn đầu thị trường Ngành xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thụ UPE, chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận và thiết bị cố định trong phòng tắm, bể chứa, đường ống và ống dẫn chống ăn mòn, cũng như đá cẩm thạch nuôi cấy và các tấm sàn, tường Biểu đồ hình tròn bên dưới thể hiện mức tiêu thụ UPE trên toàn cầu.

Hình 1.Biểu đồ tiêu thụ UPE trên thế giới

Hiện tại, thị trường Việt Nam vẫn phụ thuộc hoàn toàn vào nhập khẩu UPE, chủ yếu từ các nước Đông Bắc Á như Đài Loan, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Thái Lan Nhu cầu về nhựa UPE trong nước rất lớn, do UPE đáp ứng yêu cầu của nhiều lĩnh vực như vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện trong kỹ thuật vô tuyến điện, xi măng hữu cơ, màng phủ, cũng như trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô và tàu thủy, đặc biệt là trong sản xuất vật liệu Composite Sự ra đời của cụm công nghiệp lọc hoá dầu Dung Quất có thể giúp giải quyết phần nào vấn đề này, mở ra cơ hội sản xuất nhựa UPE và cung cấp nguyên liệu sản xuất ngay trong nước Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất vẫn là thiếu hụt công nghệ sản xuất phù hợp với điều kiện kinh tế và nhân lực của Việt Nam.

Phân loại

UPE là sản phẩm được hình thành từ quá trình trùng ngưng giữa axit carboxylic đa chức và ancol đa chức, hoặc từ quá trình trùng hợp mở vòng lactone Sản phẩm này có thể chứa polyaxit, polyol, hoặc cả hai, với đặc điểm là đều có chứa nối đôi.

UPE có nhiều cách phân loại nhưng thông thường người ta phân loại theo hai cách sau:

- Phân loại theo cấu trúc.

- Phân loại theo mục đích sử dụng và đặc tính của nhựa.

1.3.1.Phân loại theo cấu trúc [4]

 UPE thông thường( ortho phtalic)

UPE dạng ortho được tổng hợp từ Ethylen glycol (EG), Anhydric phtalic (AP), Propylen glycol (PG), và Anhydric maleic (AM) Propylen glycol (PG) giúp cải thiện khả năng tương hợp với Styren Nhựa từ Anhydric phtalic (AP) có tính ổn định nhiệt thấp và khả năng kháng hóa chất kém hơn so với nhựa iso phtalic.

Loại nhựa này được tạo ra bằng cách thay thế một phần axit phthalic (AP) bằng axit isophtalic, dẫn đến việc hình thành nhựa có khối lượng phân tử cao hơn Nhựa này không chỉ có độ bền cao mà còn có khả năng kháng nhiệt tốt, dẻo dai và đàn hồi, cải thiện đáng kể các tính chất so với nhựa từ AP.

Nhựa tổng hợp từ quá trình ngưng tụ propoxylate, kết hợp giữa bisphenol A và propylenol với axit fumaric, sở hữu tính chất hóa học và khả năng chống ăn mòn vượt trội so với nhựa ortho và iso Sự có mặt của bisphenol A giúp nhựa đạt độ cứng cao, ổn định nhiệt và bền vững dưới ứng suất.

1.3.2.Phân loại theo mục đích sử dụng [4]

UPE có độ co ngót thấp nhờ vào việc tạo ra các lỗ xốp bên trong nhựa trong quá trình đóng rắn Điều này giúp bù trừ cho sự co ngót của nhựa Để đạt được hiệu quả này, người ta bổ sung một lượng nhựa nhiệt dẻo như Oligomer styren hoặc Oligomer methyl-methacrylat hòa tan trong polyme.

Khi đó ta thu được UPE có độ co ngót thấp (xốp).

Thay thế một phần acid không no AM bằng acid no như acid phthalic, acid adipic, và acid isophthalic giúp cải thiện độ bền đàn hồi của polymer Sự phân bố tốt của các đoạn chứa nối đôi ở giữa hoặc hai đầu mạch polymer làm tăng khoảng cách trung bình của các nối đôi, đồng thời giảm mật độ liên kết ngang Nhờ vào đặc điểm này, UPE được ứng dụng để chế tạo các chi tiết có khả năng chịu va đập và tải trọng cao.

Việc thay thế EG bằng Bis-phenol A và Bis-glycol (oxyt propylen) trong sản xuất nhựa sẽ nâng cao độ bền hóa và độ bền cơ lý của sản phẩm Loại nhựa này rất phù hợp để chế tạo ống dẫn và thùng chứa hóa chất.

 UPE bền nhiệt và chống cháy

Bằng cách thay một phần AP bằng một acid hai chức được halogen hóa như acid tetraclophtalic, tetrabromphtalic hay hexacloroendomethylen tetrahydrophtalic (HET).

Các gốc halogen có khả năng hấp thụ gốc tự do, mang lại tính năng chống cháy thấp và độ bền hóa học cao, từ đó tạo ra nhựa UPE với khả năng chịu nhiệt và tự dập tắt khi gặp lửa.

Nguyên liệu tổng hợp nhưa UPE

Nguyên liệu chính để sản xuất UPE bao gồm polyol và polyacid, trong đó diol và diacid không no thường được sử dụng Sự đa dạng của các loại diol và diacid dẫn đến sự khác biệt trong tính chất của UPE tổng hợp.

- Tính chất vật lý của 1,2 – Propylene glycol:

+ Khối lượng phân tử: Mv đvC

+ Nhiệt độ nóng chảy: tnc= -59⁰C

1,2-Propylen glycol là loại gylcol quan trọng nhất trong sản xuất nhựa UPE, vì nó tạo ra các loại nhựa ít kết tinh hơn và có độ tương thích cao hơn với styren so với nhựa được sản xuất từ ethylen glycol.

- Tính chất vật lý của Ethylene glycol:

+ Khối lượng phân tử: Mb đvC

+ Nhiệt độ nóng chảy: tnc= -13⁰C

+ Khối lượng phân tử: M8 đvC

+ Nhiệt độ nóng chảy: tnc= 130⁰C

Axit no (AP) là một loại axit được sử dụng để tạo khoảng cách giữa các liên kết đôi, giúp giảm mật độ liên kết ngang Sự phổ biến của AP một phần nhờ vào chi phí thấp và khả năng cung cấp một liên kết không linh hoạt, đồng thời duy trì độ cứng cho nhựa đã được đóng rắn.

+ Nhiệt độ nóng chảy: tnc= 35⁰C

+ Khối lượng phân tử: M= 98 đvC

AM là nguyên liệu dễ tìm, tương đối rẻ và tổng hợp được UPE có tính chất cơ lý tốt.

Do giá rẻ, độ tương hợp tốt,độ nhớt thấp nên styren là chất pha loãng hoạt tính được ưu tiên sử dụng.

Các thông số vật lý của Styren:

+ Khối lượng phân tử: M = 104 đvc.

+ Nhiệt độ nóng chảy: t 0 nc= -30,63 0 C.

Phản ứng tạo liên kết ngang diễn ra sau khi nhựa được phủ lên sợi thủy tinh Một số chất được sử dụng trong quá trình đóng rắn bao gồm benzoyl peroxide, metyl etyl xeton peroxit (MEKP) và cyclohexanon peroxit.

Hydroquinone là một chất ổn định quan trọng trong tổng hợp UPE, giúp ngăn chặn quá trình trùng hợp chậm của hỗn hợp polyester không no, vốn không thể bảo quản lâu dài ở nhiệt độ phòng Để kiểm soát quá trình đồng trùng hợp, có thể sử dụng các chất làm chậm nhằm kìm hãm quá trình đóng rắn khi cần thiết Việc sử dụng chất ổn định này không chỉ ngăn ngừa sự hình thành các gốc tự do mà còn giúp duy trì tính chất của phản ứng trùng hợp.

Xylen được sử dụng để tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, giúp thu hồi hơi nước sinh ra trong quá trình phản ứng ngưng tụ nhựa Việc này không chỉ tách nước ra khỏi phản ứng mà còn tăng tốc độ phản ứng và quá trình chuyển hóa để sản xuất polyester không no hiệu quả hơn.

Phản ứng tổng hợp nhựa UPE

Phương pháp tổng hợp nhựa ảnh hưởng đến khối lượng phân tử trung bình và các tính chất cơ lý của nhựa, bao gồm độ bền cơ học, độ bền uốn và độ nhớt Thông thường, nhựa UPE được tổng hợp theo hai phương pháp chính.

- Phương pháp một giai đoạn.

- Phương pháp hai giai đoạn.

1.5.1 Phương pháp một giai đoạn

Cho tất cả nguyên liệu vào thiết bị phản ứng và gia nhiệt từ từ đến nhiệt độ phản ứng khoảng 195  205 °C Mở van sục khí trơ và sử dụng xylen để dẫn hơi nước qua thiết bị ngưng tụ Duy trì nhiệt độ này cho đến khi chỉ số axit đạt 30  35 Cuối cùng, thêm chất ức chế hydroquinon với hàm lượng 0,01% so với nhựa.

 Giai đoạn 1: (Điều chế monoester).

Monoester được tạo ra bằng cách trộn các diol và anhydric ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp (180÷190 C) Quá trình được thực hiện như sau:⁰

Cho nguyên liệu vào thiết bị phản ứng và gia nhiệt ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp (khoảng 180-190°C) để đảm bảo anhydric phản ứng hoàn toàn với các diol Quá trình này giúp tạo sự đồng đều cho mạch và hạn chế hiện tượng thăng hoa, bốc hơi của nguyên liệu Thời gian phản ứng cần được kiểm soát để tối ưu hóa lượng glycol tham gia vào phản ứng.

Khi AP, AM, AA tăng lên, hàm lượng Ethylen glycol tự do giảm, dẫn đến tỷ lệ nước tăng và làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng Cần duy trì phản ứng ở nhiệt độ sôi cho đến khi nhiệt độ ổn định (khoảng 170°C), lúc này chỉ số acid sẽ không thay đổi nữa, và phản ứng có thể dừng lại.

 Giai đoạn 2:Nâng nhiệt độ tạo polyester

Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 205 C trong 30 phút để các monoester đa tụ tạo thành ⁰ polyester.

Các phản ứng xảy ra trong quá trình này như sau:

Các phản ứng trên gây ra hiện tượng gel hóa nhựa, đặc biệt khi có mặt oxy nguyên tử.

1.5.3.Ưu, nhược điểm của phương pháp tổng hợp

Phương pháp một giai đoạn có thời gian phản ứng ngắn và chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên, việc thất thoát các chất ở nhiệt độ cao có thể làm thay đổi tỷ lệ các cấu tử ban đầu.

+ n dẫn đến sự thay đổi cấu trúc mạch phân tử, khối lượng phân tử giảm đi và độ nhớt cao hơn.

Phương pháp hai giai đoạn giúp kiểm soát nhiệt độ hiệu quả hơn, từ đó giảm thiểu sự thất thoát các chất Điều này cho phép điều chỉnh cấu trúc mạch đồng đều hơn, cải thiện đáng kể tính chất của nhựa.

+ Để khống chế phản ứng khi chỉ số acid đạt yêu cầu khoảng 30÷35, người ta thêm chất hãm trùng hợp Hydrroquinon vào với hàm lượng 0.01% so với nhựa.

1.5.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp:

Ảnh hưởng của nồng độ các cấu tử

Khi nồng độ monomer tăng, tốc độ phản ứng trùng ngưng cũng gia tăng, dẫn đến khối lượng phân tử tăng lên Ngược lại, khi nồng độ monomer giảm, khả năng tương tác giữa các phân tử giảm, trong khi khả năng phản ứng nội phân tử vẫn không thay đổi.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong phản ứng trùng ngưng, ảnh hưởng đến khả năng đạt cân bằng Ở nhiệt độ thấp, phản ứng có thể không đạt cân bằng, trong khi nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phản ứng phụ Do đó, trong quá trình trùng ngưng, cần tăng nhiệt độ ban đầu để nhanh chóng đạt cân bằng và tăng khối lượng phân tử polymer Sau đó, giảm nhiệt độ để hạn chế các phản ứng phụ xảy ra.

Ảnh hưởng của xúc tác

Tăng tốc độ phản ứng giúp hệ phản ứng nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng Khi hằng số tốc độ phản ứng cao, khối lượng phân tử của polymer ở trạng thái cân bằng có thể lớn đến mức hệ không thể đạt được Do đó, khối lượng phân tử phụ thuộc vào tốc độ phản ứng trong một khoảng thời gian nhất định Trong trường hợp này, xúc tác không chỉ tăng tốc độ phản ứng mà còn làm tăng khối lượng phân tử của polymer.

Ảnh hưởng của tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng

Khi thêm nhóm chức như (-COOH, -NH2, -OH) vào hệ phản ứng, chúng có khả năng tương tác với một trong hai nhóm có trong hệ, dẫn đến việc hợp chất đơn chức phản ứng hoàn toàn với một loại monomer và làm thay đổi phản ứng Nếu sử dụng dư một trong hai cấu tử so với tỷ lệ đương lượng, khối lượng phân tử của polymer thu được sẽ giảm Do đó, để đạt được polymer có khối lượng phân tử lớn, cần tuân thủ tỷ lệ đương lượng phù hợp.

Tỷ lệ tăng hay giảm ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng phân tử của polymer; sự chênh lệch tỷ lệ lớn dẫn đến khối lượng phân tử thấp hơn Tuy nhiên, trong thực tế, không nhất thiết phải tuân theo tỷ lệ đương lượng để đạt được polymer có khối lượng phân tử cao, do một số nguyên nhân khác nhau.

+ Sai số trong tính toán.

+ Việc cân đo đong đếm chưa chính xác.

Do sự bay hơi của một trong hai cấu tử ở nhiệt độ phản ứng, hoặc do một số cấu tử tham gia vào các phản ứng phụ như phản ứng oxy hóa, phản ứng đóng vòng hay phân hủy, dẫn đến hao hụt.

Do đó, trong quá trình trong quá trình trùng ngưng thường lấy dư các cấu tử để bù vào sự mất mát đó.

Ảnh hưởng của tạp chất

Tạp chất thường có mặt trong hóa chất đem sử dụng và trong môi trường phản ứng Tạp chất thường là oxy không khí,

Khi CO2 ở nhiệt độ cao, nó tham gia vào các phản ứng oxy hóa, đặc biệt với các chất không no, dẫn đến sự hình thành peroxyde và sản phẩm tối màu, gây gel hóa polymer Hợp chất gel hóa có độ nhớt tăng đột ngột, làm ngừng cánh khuấy và tạo ra sản phẩm kém đồng nhất, biến màu, cùng với sự ảnh hưởng của oxy nguyên tử và các oxyt kim loại có hóa trị thay đổi như FeO Để hạn chế những hiện tượng này, cần lựa chọn nguyên liệu tinh khiết và thực hiện phản ứng trong môi trường khí trơ Tuy nhiên, không phải lúc nào polyester có khối lượng phân tử lớn cũng cần thiết, vì vậy có thể điều chỉnh khối lượng phân tử bằng cách thêm vào hệ phản ứng một hợp chất thấp phân tử với nhóm chức phản ứng để dừng phản ứng khi đạt yêu cầu.

Phản ứng đóng rắn nhựa UPE

Nguyên liệu:+Chất khơi mào:Các chất khơi mào thường sử dụng là 2,2-azo-bis iso butylonitril (AIBN), N-nitroso acetanilide, Peroxyde benzoyl,

+Hệ xúc tiến: Muối Cobalt, DEA, DMA.

Cơ chế: Tiến hành theo phản ứng trùng hợp gốc:[6]

- Giai đoạn khơi mào: Ở giai đoạn này tạo ra các gốc tự do.

Sau đó các gốc tự do này tấn công vào monomer styren và polyester không no để tạo ra trung tâm hoạt động.

+ M2: Polyester không no chưa đóng rắn.

- Giai đoạn phát triển mạch: Ở giai đoạn này các gốc tự do tấn công vào các phân tử M1, M2 để kéo dài mạch.

Giai đoạn ngắt mạch là quá trình chủ yếu diễn ra thông qua cơ chế tái hợp gốc, trong đó hai gốc tự do hoạt động kết hợp với nhau Kết quả của sự kết hợp này là những phần tử không còn khả năng tham gia vào phản ứng trùng hợp.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN:

+ Tỷ lệ giữa chất khơi mào và xúc tiến

+ Khối lượng vinymonomer và khối lượng nhựa

+ Chất khơi mào quá nhiều có thể gây ra nứt sản phẩm tạo thành do quá trình đóng rắn là quá trình tỏa nhiệt.

Ứng dụng

Polyeste không no được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật đúc, cách điện trong ngành công nghiệp điện và vô tuyến, cũng như làm chất kết dính ximăng và màng phủ Chất liệu này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất ôtô, tàu thuỷ và máy bay, đồng thời còn được dùng để chế tạo vật liệu gia cường Đặc biệt, polyeste không no là vật liệu nền lý tưởng cho các sản phẩm composit với sợi thuỷ tinh, nhờ vào tính năng vượt trội và chi phí hợp lý Hiện nay, loại vật liệu này được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực như hàng không, tàu biển, xây dựng, đồ mỹ nghệ và đồ gia dụng.

1.7.1.Ứng dụng làm keo từ nhựa polyeste không no

Nhựa poleste không no là loại nhựa phổ biến được sử dụng để sản xuất keo, được tạo ra từ axit maleic và polyetylenglycol, kết hợp với các monome như styren, vinylaxetat và metylmetacrylat Sự hiện diện của các nhóm alkyl và hydroxit trong cấu trúc phân tử giúp nhựa có khả năng kết dính tốt Quá trình chế tạo keo UPE diễn ra bằng cách ngưng tụ anhydric maleic và glycol với tỉ lệ 1/2 ở nhiệt độ từ 180 đến 200 độ C trong môi trường khí trơ trong khoảng thời gian từ 2 đến 8 giờ Để tạo ra keo đóng rắn nóng, cần thực hiện trùng hợp sơ bộ styren.

Để ngăn chặn sự đóng rắn khi bảo quản, bạn có thể thêm 0,0010,01% Hydroquinon làm chất ổn định vào khối chất lỏng nhớt ở nhiệt độ 150 độ C trước khi trộn với nhựa Keo UPE được sử dụng để dán kim loại với thủy tinh, amiăng với đồng và chất dẻo cốt thủy tinh.

1.7.2.Ứng dụng làm sơn từ nhựa polyeste không no

Trong ngành công nghiệp sơn, nhựa polyester không no (UPE) thường được sử dụng để tạo ra màng sơn nhờ vào những đặc tính vượt trội như độ bền cơ lý cao, khả năng cách điện tốt và bề mặt bóng láng, cứng khi khô Tuy nhiên, nhựa UPE có độ bám dính thấp, vì vậy để khắc phục nhược điểm này, đồng thời tăng cường tính năng của màng sơn và giảm chi phí sản phẩm, người ta thường bổ sung một số chất khác vào hỗn hợp nhựa.

+ Nitrocellulose 10%: được thêm vào nhựa để tạo màng sơn với chức năng đóng rắn nhanh, bền, chịu ánh sáng, chống thấm ướt và ăn mòn hoá học.

Bột màu 5% giúp che phủ bề mặt, ngăn chặn tia tử ngoại xuyên thấu, tạo ra màng sơn chống nước, nâng cao tính thẩm mỹ và kéo dài tuổi thọ cho lớp sơn.

Chất hoá dẻo 5% (DOP hoặc DBP) được sử dụng để tăng cường tính đàn hồi của màng sơn, giúp chịu lạnh tốt hơn, nâng cao độ bám chắc và giảm khả năng bốc cháy Bên cạnh đó, chất pha loãng 32% được thêm vào sơn nhằm giảm chi phí, tuy nhiên cần đảm bảo tốc độ bay hơi nhanh hơn dung môi và duy trì độ nhớt của màng sơn.

Ngoài ra còn có chất làm khô, chất đóng rắn và một số chất khác.

1.7.3.Tấm và các vật phẩm đúc trong khuôn

Chế tạo nhựa polyeste không no được thực hiện bằng cách thêm chất xúc tiến vào hỗn hợp Styren, giúp tạo liên kết ngang giữa các mạch nhựa Sau khi khuấy đều để đạt độ nhớt quy định, hỗn hợp này được rót hoặc phun vào khuôn, có thể có nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu của sản phẩm, chẳng hạn như khuôn tạo tấm phẳng hoặc khuôn đúc cho các vật liệu gia dụng.

Sau khi nhựa đóng rắn hoàn toàn trong khuôn, tiến hành tháo khuôn và xử lý bề mặt để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh Tuy nhiên, việc sử dụng nguyên liệu nhựa nguyên chất để sản xuất sản phẩm thường ít được áp dụng do chi phí cao và khó kiểm soát thời gian đóng rắn Thay vào đó, người ta thường thêm chất độn để cải thiện tính chất cơ lý và giảm giá thành sản phẩm.

1.7.4.Ứng dụng làm vật liệu composit trên cơ sở UPE và chất độn

Vật liệu Composit là sự kết hợp của hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, tạo ra một loại vật liệu mới với những đặc tính nổi bật.

Trong lĩnh vực polyme, vật liệu composit được hình thành từ nhựa gia cường bằng chất độn (dạng hạt hoặc sợi) nhằm cải thiện tính chất cơ, lý, hóa và giảm chi phí sản phẩm.

Vật liệu Composit được cấu tạo từ polyme nền và chất độn, trong đó nhựa UPE được sử dụng làm chất nền nhờ vào các tính chất cơ lý vượt trội và khả năng gia công dễ dàng ở nhiệt độ thường Nhựa UPE không chỉ đóng vai trò là chất kết dính mà còn giúp chuyển giao ứng suất lên chất độn khi vật liệu chịu tác động của ngoại lực.

Chất độn trên vật liệu Composit có thể ở hai dạng: dạng sợi và hạt.

Độn dạng hạt, như silicagen, cao lanh, đất sét, graphit, cacbon, và TiO2, mang lại khả năng gia cường cơ tính tốt nhưng không bằng độn dạng sợi Tuy nhiên, việc sử dụng độn dạng hạt giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Độn dạng sợi, bao gồm sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi amit và sợi đay, mang lại tính năng cơ lý và hoá lý vượt trội Chính vì lý do này, chúng thường được sử dụng trong việc chế tạo các vật liệu cao cấp và các sản phẩm chịu được môi trường khắc nghiệt.

Người ta thường đánh giá chất độn dựa trên các đặc điểm như:

- Tính gia cường cơ học.

- Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ.

- Sự phân tán vào nhựa.

- Khả năng truyền nhiệt, tải nhiệt.

- Tính thuận lợi trong quá trình gia công.

Tuỳ thuộc vào các yêu cầu cho từng loại sản phẩm cụ thể mà người ta lựa chọn vật liệu độn cho thích hợp.

1.7.5.Chế tạo tàu thuyền vật liệu Composite

Việc áp dụng vật liệu Composit trong sản xuất tàu thuyền không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn mang lại nhiều lợi ích khác Vật liệu này có khả năng chịu đựng tốt trước nắng, mưa, tia bức xạ và muối biển Ngoài ra, Composit có trọng lượng nhẹ, dễ dàng tạo hình và gia công, đồng thời cho phép sản xuất hàng loạt một cách hiệu quả.

Vật liệu có độ bền cao, nhẹ, không bị ăn mòn và tiết kiệm chi phí bảo quản rất phù hợp cho việc chế tạo bồn chứa nước lớn Đặc biệt, khả năng lắp ghép bằng tay các phần của sản phẩm giúp dễ dàng vận chuyển lên các tòa nhà cao tầng.

Dây chuyền sản xuất nhựa UPE

1.8.2 Quy trình sản xuất nhựa UPE theo phương pháp 2 giai đoạn

- Nạp nguyên liệu vào thiết bị phản ứng:

Nguyên liệu EG và PG có sẵn từ các thùng chứa (2) và (3) được bơm định lượng

Bơm nguyên liệu vào các thùng lường, sau đó mở van để cho nguyên liệu chảy vào nồi phản ứng Bật máy khuấy với tốc độ 650 vòng/phút và thổi nitơ để loại bỏ oxi trong nồi phản ứng, đồng thời dùng dầu để gia nhiệt hỗn hợp phản ứng lên 80°C.

Khi nhiệt độ đạt khoảng 80°C, từ từ nạp các anhydride dạng rắn vào bồn chứa đáy rung bằng trục vít xoắn và tiếp tục tăng nhiệt độ lên 90 – 160°C để hỗn hợp anhydride nóng chảy và đồng nhất Trong quá trình này, cần khuấy đều và thông nitơ, với lượng xúc tác sử dụng khoảng 0,1 – 0,2% khối lượng phản ứng.

- Nâng nhiệt độ 160 – 190°C: Tiền ngưng tụ monomer

Nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng từ từ lên 160 – 190°C trong vài giờ, tùy theo chương trình nhiệt độ Thông khí nito liên tục vào nồi phản ứng để loại bỏ oxi Duy trì nhiệt độ 190°C trong 1 giờ, trong giai đoạn này, các glycol bốc hơi sẽ được ngưng tụ tại bộ ngưng tụ hơi đa thành phần (deflegmator).

- Đa tụ sâu tạo polymer

Tăng nhiệt độ của hỗn hợp từ từ đến 210°C để thực hiện phản ứng ngưng tụ các monoester, tạo thành polyester và hỗ trợ quá trình tách nước diễn ra hiệu quả hơn.

Trong giai đoạn này, nhựa polyester và nước bắt đầu hình thành thông qua phản ứng thuận nghịch Việc tách nước rất quan trọng để thúc đẩy phản ứng tạo thành polyester Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ 210°C và được kiểm tra định kỳ chỉ số axit Quá trình dừng lại khi chỉ số axit giảm xuống còn 25-30mgKOH/g nhựa Nhựa thu được ở giai đoạn này được gọi là nhựa UPE gốc.

Sau khi tổng hợp, nhựa được chuyển đến thiết bị pha loãng, nơi sử dụng nước lạnh để làm nguội hỗn hợp xuống 80oC trong 1 giờ Tiếp theo, quá trình trộn hợp với styren bắt đầu, trong đó thêm khoảng 0.01% chất ổn định Hydroquinon để làm chậm quá trình trùng hợp Styren từ thùng chứa được bơm lên thùng lường và sau đó được đưa vào thiết bị tương hợp Quá trình khuấy trộn nhựa UPE với styren diễn ra trong 1 giờ Sau khi pha loãng và kiểm tra, nhựa sẽ được chứa trong thùng chứa nhựa UPE.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KĨ THUẬT

2.1.Tính phối liệu và cân bằng vật chất

2.1.1 Các số liệu phục vụ tính toán

-Căn cứ vào kết quả nghiên cứu các chuyên đề,tỷ lệ các cấu tử như sau: EG/PG/AM/AP/AA=2/1/3/2/0,3

Bảng 1.Tính chất của các cấu tử

STT Tên Công thức hóa học

 Khối lượng riêng của hỗn hợp khối phản ứng γ hh : ρ hh = Σ ρ i × a i

Trong đó: + ρ i: Khối lượng riêng của i cấu tử (kg/m 3 )

+ ai: Hàm lượng phần trăm của i cấu tử

Bảng 2 Phần trăm khối lượng của cấu tử

STT Tên Khối lượng, kg % khối lượng

Từ số liệu bảng 2.1 và bảng 2.2 ta tính được khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng: ρ hh = Σ ρ i × a i = ( 0,149 × 1110 ) + (0,0917 × 1040 ) + ( 0,3549 × 1480 ) + ( 0,3573 × 1530) + ( 0,0464 × 1183 )

2.1.2 Cân bằng vật chất của quá trình tổng hợp nhưa UPE gốc

 Cân bằng vật chất của quá trình

Để sản xuất 1000 kg nhựa PEKN gốc, lượng dịch ngưng tụ thu được khoảng 9,5%, dẫn đến hiệu suất tạo thành gốc nhựa PEKN đạt 90,5%.

Mất mát khi nạp các nguyên liệu và tháo nhựa PEKN gốc ~ 0,5

 Tổng nguyên liệu đầu vào phải có:

Bảng 3.Khối lượng của từng nguyên liệu

STT Nguyên liệu Cách tính Kết quả, kg

Bảng 4.Cân bằng vật chất khi tổng hợp 1000kg nhựa UPE

1 Các glycol 266,48 1 Nhựa PEKN gốc 1001,05

1 Nhựa PEKN gốc 1001,05 1 Nhựa PEKN gốc 1000

 Số liệu theo ước tính:

-Năng suất tính toán của phân xưởng: 500 tấn/ năm

-Tổng số ngày trong năm: 365 ngày.

Tổng số ngày làm việc trong năm: 365-104-12-7 = 242(ngày). Năng suất mỗi ngày của phân xưởng là: 500 242 = 2,07 tấn/ngày

+ Thời gian cần thiết để hoàn thành 1 mẻ sản xuất:

-Thời gian gia nhiệt ban đầu: 1 giờ

-Thời gian phản ứng: 16 giờ

-Thời gian trộn hòa tan nhựa với styren: 4 giờ

-Thời gian nạp liệu và các công việc phụ khác: 3 giờ

 Do đó, thời gian để hoàn thành 1 mẻ sản xuất là 24 giờ.

Quá trình sản xuất diễn ra theo từng mẻ, với thời gian sản xuất mỗi mẻ khoảng 24 giờ Mỗi ngày, chỉ có một mẻ sản xuất được hoàn thành, với năng suất đạt 2,07 tấn, tương đương 2070 kg mỗi mẻ.

+ Tính toán lại cân bằng vật chất cho mỗi mẻ phản ứng:

-Lấy tỉ lệ nhựa gốc/styrene là 65/35

Vậy: 1000 kg nhựa gốc sẽ cần được 538 kg styrene

Thu được 1538 kg sản phẩm nhựa UPE

-Trong 1538 kg nhựa sản phẩm có 1000 kg nhựa UPE gốc

Vậy trong 2070 kg nhựa sản phẩm có 1346 kg nhựa UPE gốc và 724 g styrene

-Có: 2070 1538 = 1,35, do vậy để tính lại cân bằng vật chất, ta nhân mỗi số liệu của bảng 4 với 1,35 ta được bảng sau

Bảng 5.Cân bằng vật chất cho mỗi mẻ phản ứng

1 Các glycol 359,75 1 Nhựa PEKN gốc 1351,42

2 Các anhydride acid 1134 2 Dịch ngưng tụ 141,33

1 Nhựa PEKN gốc 1351,42 1 Nhựa PEKN gốc 1350

 Khối lượng nguyên liệu cần cho 1 mẻ sản xuất là : 361,56 +1137 = 1498,56 kg

2.2.Tính toán thiết bị chính

Chúng tôi đã chọn vật liệu SUS 304 (thép không gỉ 304) để chế tạo nồi phản ứng, nhờ vào khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt tốt của nó.

- Inox SUS 304 có các thông số:

+Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền chảy: δc= 205 MPA205 × 10 6 N/m 2

+Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền kéo: δk= 750 MPA750 × 10 6 N/m 2

- Thể tích vật liệu trong nồi được tính theo công thức:

- Do đó phần thể tích thiết bị cần dùng sẽ là:

Trong đó: + V ' : Thể tích vật liệu trong nồi

+ ρ hh : Khối lượng riêng của khối nguyên liệu

Chọn loại đáy hình khum có vỏ bọc ngoài để cấp nhiệt, đáy có khoét một lỗ đúng tâm, nắp có khoét nhiều lỗ

 Chiều cao nồi phản ứng

Theo bảng XIII.10 sổ tay qttb 2 trang 383, ta chọn:

+ Đường kính trong của nồi phản ứng Dt = 900 mm

+ Các thông số của nắp và đáy bằng nhau:

+ Chiều cao nắp h2 = 265 mm ( đáy cao 225 mm và phần gờ 40 mm )

- Vậy thể tích phần hình trụ là:

- Chiều cao phần hình trụ của nồi thực tế là : h 1 = 4 D ×V 1 t

 Chiều cao thiết bị: Hm = h1 +2 × h2 = 1,5 + 2 × 0,265= 2,03 (m)

 Chiều dày phần hình trụ Ở đây ta dùng dầu để gia nhiệt hỗn hợp tại áp suất Pmt= 3 atm 3,04 × 10 5 N/m 2

- Công thức tính chiều dày thân hình trụ: δ 1= P × D t

2×[ δ ] × φ −P+C ,(m) (Theo sổ tay qttb 2 trang 360)

Trong đó: +Dt: đường kính trọng của thiết bị phản ứng, Dt 1000mm = 1m

+ φ : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc +C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m

- Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị:

Trong đó: +g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

+γ hh : khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng , γ hh =¿ 1388 m 3

 Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị:

 Áp suất tính toán trong thiết bị :

+ Inox SUS 304 có các thông số:

- Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền chảy: δc= 205 MPA205× 10 6 N/m 2

- Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền kéo: δk= 750 MPA= 750 × 10 6 N/m 2

Theo Bảng XIII.3 trong sổ tay QTTB 2 trang 356, hệ số an toàn của thép không gỉ được xác định với giới hạn kéo là nk = 2,6 và giới hạn chảy là nc = 1,5 Để điều chỉnh hệ số, chúng ta tham khảo Bảng XIII.2 trong sổ tay QTTB 2, từ đó lựa chọn loại thiết bị 2 thuộc nhóm thiết bị II.

- Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền chảy:

1,5 ×16,67×10 6 (N/m 2 ) Ứng suất cho phép đối với giới hạn bền kéo:

 Ứng suất cho phép của vật liệu là: σ b = min { [ δ k ], [ δ c ¿ }=[ δ c ¿ 136,67×10 6 (N/m 2 )

+ Chiều dày thân hình trụ

Theo Bảng XIII.8 trong sổ tay qttb 2 trang 362, hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc với đường kính lớn hơn 700 mm và vật liệu là thép không gỉ Inox SUS 304, nên chọn φ = φ h = 0,95 Hệ số bổ sung C cũng cần được xác định trong quá trình tính toán.

C= C 1 + C 2 + C 3 (m) ( theo sổ tay qttb 2 trang 363)

+ C1: Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của mỗi trường và thời gian của thiết bị làm việc, nên chọn C1 1 mm

C2 là đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ được xem xét khi nguyên liệu chứa các hạt rắn di chuyển với vận tốc lớn nhất trong thiết bị Thông thường, giá trị của C2 được chọn bằng 0.

+ C3: Đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày C3 phụ thuộc vào chiều dày của tấm vật liệu, chọn C3= 4 mm

3,3×10 5 ×0,9593,44> 50, nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày thân hình trụ

Vậy chiều dày thân hình trụ: δ 1 = P × D t

 Quy chuẩn chiều dày thân trụ: δ 1=4mm

+ Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử: σ=¿¿ ( sổ tay qttb 2 trang 365 )

Trong đó: + Dt : đường kính trong thiết bị , Dt 0 mm = 0,9 m

+ S thân : chiều dày thân trụ, S thân = 4 mm= 4×10 −3 m

+ φ h : hệ số bền mối hàn, φ h =0 , 95

- Áp suất thử được tính theo công thức :

Po =Pth+ P ttd , (N/m2) ( Sổ tay qttb2 trang 366)

Trong đó : +Pth: Áp suất thử thuỷ lực.

+Pttd: Áp suất thuỷ tĩnh của dầu

-Theo bảng XIII.5, sổ tay qttb 2 trang 358

Pth =1,5 x P =1,5×3,3×10 5 =4,95×10 5 (N/m 2 ) Áp suất thuỷ tĩnh của dầu Pttd:

Trong đó: + g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

+ ρ d : khối lượng riêng của dầu, ρ d =¿ 800 kg/m 3

-Kiểm tra thay vào công thức , ta được : σ=¿¿

Vậy ta chọn chiều dày thân hình trụ là δ 1 = 4 mm

- Chiều dày phần đáy được tính theo công thức: δ 2 = P × D t

2× h 2 +C , (m) (Theo sổ tay qtt2 trang 385)

Trong đó: +Dt: đường kính trọng của thiết bị phản ứng, Dt 900 mm = 0,9 m

+ φ h : hệ số bền của mối hàn, φ h = 0,95

+C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m, C=1,4 mm

+k: hệ số không thứ nguyên, k=1

3,3×10 5 ×1×0,95 = 393,44 >30 nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày đáy trụ

- Thay số ta có chiều dày phần đáy trụ là δ 2 = P × D t

Quy chuẩn chiều dày phần đáy là: δ 2 = 4 mm

+ Kiểm tra ứng suất thủy lực: σ=¿¿

1,2 0,83×10 6 Thỏa mãn điều kiện, vậy chọn chiều dày phần đáy là δ = 4 mm

 Vỏ áo nồi phản ứng

Vỏ đun nóng và làm lạnh chế tạo bằng vật liệu Inox SUS 304, bằng cách hàn dọc thân

Hình 2.Vỏ áo nồi phản ứng

+ Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng

- Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng trong trường hợp chịu được áp suất trong được tính theo công thức: δ 3 = P × D t '

2×[ δ ]× φ−P+C ,(m) (Theo sổ tay qttb 2 trang 360)

' : đường kính trọng của thiết bị đến vỏ áo nồi, D t

+ φ : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc φ=0,95

+C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m, C= 1,4 mm

3,3×10 5 ×0,9593,44> 50, nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày phần hình trụ

Chọn khoảng cách từ thân thiết bị đến vỏ áo nồi là 70 mm

Khi dó, đường kính trong của thiết bị có vỏ áo là :

= 1048 mm của vỏ đun nóng.

Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng: δ 3 = P × D t '

2×136,67×10 6 ×0,95+1,4×10 −3 = 2,67 ×10 -3 m = 2,67 mm Quy chuẩn chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng δ 3 = 4 mm

+Kiểm tra ứng suất thủy lực: σ=[1048+(4−1,4)]×5,1×10 5

2×(4−1,4)×0,95 8,46×10 6 50, nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày thân hình trụ

Vậy chiều dày thân hình trụ: δ 1 = P × D t

 Quy chuẩn chiều dày thân trụ: δ 1=4mm

+ Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử: σ=¿¿ ( sổ tay qttb 2 trang 365 )

Trong đó: + Dt : đường kính trong thiết bị , Dt 0 mm = 0,9 m

+ S thân : chiều dày thân trụ, S thân = 4 mm= 4×10 −3 m

+ φ h : hệ số bền mối hàn, φ h =0 , 95

- Áp suất thử được tính theo công thức :

Po =Pth+ P ttd , (N/m2) ( Sổ tay qttb2 trang 366)

Trong đó : +Pth: Áp suất thử thuỷ lực.

+Pttd: Áp suất thuỷ tĩnh của dầu

-Theo bảng XIII.5, sổ tay qttb 2 trang 358

Pth =1,5 x P =1,5×3,3×10 5 =4,95×10 5 (N/m 2 ) Áp suất thuỷ tĩnh của dầu Pttd:

Trong đó: + g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

+ ρ d : khối lượng riêng của dầu, ρ d =¿ 800 kg/m 3

-Kiểm tra thay vào công thức , ta được : σ=¿¿

Vậy ta chọn chiều dày thân hình trụ là δ 1 = 4 mm

- Chiều dày phần đáy được tính theo công thức: δ 2 = P × D t

2× h 2 +C , (m) (Theo sổ tay qtt2 trang 385)

Trong đó: +Dt: đường kính trọng của thiết bị phản ứng, Dt 900 mm = 0,9 m

+ φ h : hệ số bền của mối hàn, φ h = 0,95

+C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m, C=1,4 mm

+k: hệ số không thứ nguyên, k=1

3,3×10 5 ×1×0,95 = 393,44 >30 nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày đáy trụ

- Thay số ta có chiều dày phần đáy trụ là δ 2 = P × D t

Quy chuẩn chiều dày phần đáy là: δ 2 = 4 mm

+ Kiểm tra ứng suất thủy lực: σ=¿¿

1,2 0,83×10 6 Thỏa mãn điều kiện, vậy chọn chiều dày phần đáy là δ = 4 mm

 Vỏ áo nồi phản ứng

Vỏ đun nóng và làm lạnh chế tạo bằng vật liệu Inox SUS 304, bằng cách hàn dọc thân

Hình 2.Vỏ áo nồi phản ứng

+ Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng

- Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng trong trường hợp chịu được áp suất trong được tính theo công thức: δ 3 = P × D t '

2×[ δ ]× φ−P+C ,(m) (Theo sổ tay qttb 2 trang 360)

' : đường kính trọng của thiết bị đến vỏ áo nồi, D t

+ φ : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc φ=0,95

+C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m, C= 1,4 mm

3,3×10 5 ×0,9593,44> 50, nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày phần hình trụ

Chọn khoảng cách từ thân thiết bị đến vỏ áo nồi là 70 mm

Khi dó, đường kính trong của thiết bị có vỏ áo là :

= 1048 mm của vỏ đun nóng.

Chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng: δ 3 = P × D t '

2×136,67×10 6 ×0,95+1,4×10 −3 = 2,67 ×10 -3 m = 2,67 mm Quy chuẩn chiều dày phần hình trụ của vỏ đun nóng δ 3 = 4 mm

+Kiểm tra ứng suất thủy lực: σ=[1048+(4−1,4)]×5,1×10 5

2×(4−1,4)×0,95 8,46×10 6 Thiết bị ngưng tụ ở đây được dùng để ngưng tụ hơi glycol bay lên trong quá trình sản xuất nhựa UPE gốc Chọn thiết bị có các thông số:

+ Chiều cao ống truyền nhiệt: 1 = 1,5 m

+ Đường kính ống truyền nhiệt: d = 0,035 m

+ Độ dày của ống truyền nhiệt: s= 0,0025 m

+ Nhiệt độ ban đầu của nước làm lạnh: tđ= 25°C

+ Nhiệt độ của hỗn hợp ban đầu vào: thhđ= 80°C

+ Nhiệt độ nước làm lạnh ra khỏi thiết bị: tc= 35°C

+ Nhiệt độ hơi ngưng tụ: tntu= 40°C

Lượng nhiệt gồm 2 quá trình:

+ Ngưng tụ: lượng nhiệt trao đổi Q1

+ Làm lạnh: lượng nhiệt trao đổi Q2

=>Tổng lượng nhiệt trao đổi: Q=Q1 +Q2

Trong đó: +0,9: hàm lượng của nước trong hỗn hợp đẳng phí

Hàm lượng glycol trong hỗn hợp đẳng phí ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước là 550 kcal/kg, trong khi ẩn nhiệt ngưng tụ của glycol là 400 kcal/kg Trọng lượng chất lỏng ngưng tụ được từ hỗn hợp này cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét để tối ưu hóa quy trình.

Ta có, lượng nước ngưng tụ được sử dụng ứng với 1 tấn sản phẩm là 200 kg

=> Lượng nước ngưng tụ ứng với 2,07 tấn sản phẩm là:

- Có: hàm lượng của nước/glycol trong hỗn hợp đảng phí là 0,9/0,1

=> Lượng chất lỏng ngưng tụ thu được là: G= 414 +46= 460 kg

Nhiệt ngưng tụ: Q1 = Gr = 460 × (0,9×550+0,1×400)= 246100 (kcal)

Trong đó: +G: lượng chất lỏng ngưng tụ, G= 460 kg

+C: nhiệt dung riêng của hỗn hợp chất lỏng ngưng tụ, (kcal/kg.độ)

+ t hhđ : nhiệt độ của hỗn hợp ban đầu vào, thhđ = 80°C +t ntu : nhiệt độ hơi ngưng tụ, t ntu = 40°C

- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp chất lỏng:

Trong đó:+ C 1: nhiệt dung riêng của nước, C 1 = 1 kcal/kg.độ +C : nhiệt dung riêng của glycol, C2 = 0,45 kcal/kg.độ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp chất lỏng:

Nhiệt làm lạnh: Q2 = Q 2=G ×C × ∆ t =G ×C ×( t hhđ − t ntu ) ¿460×0,945×(80−40)388(kcal)

+Tổng lượng nhiệt trao đổi

Tổng lượng nhiệt trao đổi: Q = Q1 +Q2= 246100+ 17388 263488 ( kcal )

Trong đó:+G': lượng nước cần thiết để làm lạnh, kg

+ C n : nhiệt dung riêng của nước, C n = 1 kcal/kg.độ +t đ : nhiệt độ đầu vào của nước làm lạnh, t đ = 25°C

+ t c : nhiệt độ nước làm lạnh ra khỏi thiết bị: t c = 35°C +Q: nhiệt làm trao đổi, Q = 263488 kcal

- Lượng nước cần thiết để làm lạnh là:

 Hiệu số nhiệt độ trung bình

Hai lưu thể trong ống di chuyển ngược chiều nhau, với nước lạnh chảy từ dưới lên trong không gian ống, trong khi hỗn hợp hơi di chuyển từ trên xuống trong không gian bên ngoài ống.

Chiều đi của hai lưu thể:

Hỗn hợp hơi:80°C giảm xuống 40°C

Nước làm lạnh:25°C tăng lên 35°C

- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

+Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α 1 =2,04× A × √ 4 H × ∆ r t1 ,(W / m 2 độ )

Trong đó: +A: hệ số phụ thuốc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm

+r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp, J/kg

+H: chiều dài ống truyền nhiệt, H = l = 1,5m

+ ∆ t 1: chênh lệch nhiệt độ giữa hỗn hợp và thành ống, °C -Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp : r =0 , 9 × r H +0 , 1 × r G

Trong đó:+ r H : ẩn nhiệt ngưng tụ của nước, r H = 550 kcal/kg +r G ẩn nhiệt ngưng tụ của glycol, r G =¿400 kcal/kg r=0,9× r H +0,1× r G =0,9×550+0,1×400S5kcal/kg

- Giả sử nhiệt độ thành ống là tT1= 70 °C

Vậy chênh lệch nhiệt độ : ∆ t 1= 80 – 70= 10°C

- Nhiệt độ màng tm = 0 ,5 × (t T 1 +t hbh )(Theo sổ tay qttb2trang29)

Từ bảng số liệu sổ tay qttb 2 trang 29, khi tm = 60°C thì A 155, khi tm = 80°C thi A = 169, vậy nội suy tại tm = 75°C thì giá trị A là :

 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ là: α 1 =2,04× A × √ 4 H × ∆ r t 1 = 2 , 04 × 165 ,5 × 4 √ 224 10 × × 1 10 ,5 4 = 6636,93 (W / m 2 độ )

+ Hệ số cấp nhiệt phía nước làm lạnh

N u =α ×l λ (Theo sổ tay qttb2trang11) α 2 =N u × λ l , ( W /m 2 độ )

Trong đó: +Nu: chuẩn số Nuyxen

+ λ : hệ số dẫn nhiệt của nước

+d: đường kính ống truyền nhiệt, d = 0,035m

Tính chuẩn số Re, xác định chế độ chảy của nước trong ống:

ℜ=w ×l × ρ μ (Theo sổ tay qttb2trang13)

Trong đó: + w: tốc độ lỏng chảy trong ống (m/s)

+ l: kích thước hình học, đường kính tương đương của ống truyền nhiệt (m), l= d= 0,035 m

+ p: khối lượng riêng của nước ( kg/m 3 )

+μ: độ nhớt động lực của nước ( N.s/m 3 )

- Giả sử nước chảy trong ống truyền nhiệt là tự chảy nên w 0,1 – 0,5 m/s ( bảng II.2 sổ tay qttb 1 trang 370 )

-Nhiệt độ trung bình của nước: t tb %+35

2 0(° C) -Từ bảng I.5 sổ tay qttb 1 trang 11, tại t tb = 30 ° C , có khối lượng riêng của nước là p= 995,68 kg/m 3

-Từ Bảng I.102 sổ tay qttb 1 trang 94, tại tại t tb = 30 ° C , có độ nhớt nước là μ = 0,8007×10 −3 ( N.s/m 3 )

0,8007×10 −3 =2,18×10 4 >10 4 Chế độ chảy của nước trong ống truyền nhiệt là chế độ chảy xoáy

Pr=C p × μ λ (Theo sổ tay qttb2trang12)

Trong đó: + C p : nhiệt dung riêng đẳng áp của nước tại ttb 30°C, ( theo Bảng I.147 sổ tay qttb 1 trang 165 ), tại ttb = 30°C có C p = 0,99866 kcal/kg.độA81 J/kg.độ

+ λ : hệ số dẫn nhiệt của nước, ( theo Bảng I.129 sổ tay qttb 1 trang 133 ) có hệ số dẫn nhiệt của nước tại ttb 30°C là λ =0,531 kcal/m.h.độ=0,618 W/m.độ

Do chế độ chảy của chất lỏng trong ống là chế độ chảy xoáy nên có:

(Theo sổ tay qttb2trang14)

+ ε 1: hiệu số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài l và đường kính d của ống

0,035C10 4 nên từ bảng V.2 sổ tay qttb 2 trang

+ Pr t : chuẩn sổ Pran của hỗn hợp lỏng tính theo nhiệt độ trung bình của tường

Từ sổ tay qttb 2 trang 15, thấy chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dòng nhỏ nên ( Pr

Hệ số cấp nhiệt phía nước làm lạnh α 2 là: α 2 =N u × λ l 0,98×0,618

Hệ số truyền nhiệt K được xác định theo công thức:

(Theo sổ tay qttb2trang3)

Trong đó: + α 1, α 2: lần lượt là hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và nước làm lạnh α 1= 6636,93 W/m 2 độ; α 2= 2312,73 W/m 2 độ

+λ 0 : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu SUS 304, λ 0 = 21,5 W/m 2 độ

 Bề mặt truyền nhiệt, số ống và số ngăn

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức:

Trong đó: + Q: nhiệt lượng trao đổi, W

Q= 263488 kcal= 827352,32 kJ; thời gian phản ứng là 6 giờ

6×3600 8303,35(W) + K: hệ số truyền nhiệt, K= 1429,92 W /m 2 độ

+ ∆ t tb : hiệu số nhiệt độ trung bình, ∆ t tb = 27,34(C)

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

+Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt

- Sổ ống của thiết bị được xác định theo công thức: n=F f

Trong đó:+ F: tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, F =0,98 m 2

+ f: diện tích bề mặt một ống truyền nhiệt (m 2 ), f π × d tb ×l

Với:+ l: chiều cao ống truyền nhiệt, l= 1,5m

+ d tb : đường kính trung bình của một ống truyền nhiệt (m) d tb =d n +d t

Số ống của thiết bị là: n=F f = 0,98 π ×0,0375×1,5=7ống

Theo bảng V.11 sổ tay qttb2 trang 48, chọn cách sắp ống theo hình sáu cạnh (lục giác), và quy chuẩn số ống của thiết bị có các số liệu:

+ Tổng số ống của thiết bị: n = 7 ống

+ Số hinh sáu cạnh (số vòng tròn) là 1

+Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh là b = 3 ống +Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt

- Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức:

D gn =t ×(b−1)+4× d(Theo sổ tay qttb2trang49)

Trong đó: + d: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d =0,035 +

Vậy đường kính trong của thiết bị:

- Ta chọn loại thiết bị giống thiết bị phản ứng.

- Thiết bị tương hợp có chức năng trộn nhựa PEKN gốc với styren (còn có thể gọi là pha loãng nhựa).

- Chọn vật liệu làm thiết bị là vật liệu inox SUS 304 (thép không gỉ 304).

- Lượng nhựa gốc vào thiết bị pha loãng thu được từ thiết bị phản ứng trong 1 mẻ sản xuất là 1351,42kg

- Do lấy tỷ lệ nhựa gốc/styrene là 65/35

=> Lượng styrene thêm vào nồi trộn trong 1 mẻ sản xuất là:

- Ta có khối lượng riêng của styrene là ρ styrene = 909 kg/m 3

- Có khối lượng riêng của nhựa là ρ nhựa = 1388 kg/m 3

=> Khối lượng riêng của hỗn hợp là: ρ hh = 0 , 35 × ρ styrene + 0 , 65 × ρ nhựa = 0 , 35 × 909 + 0 , 65 × 1388 = 1220 , 35 ( kg/m 3 )

Thể tích của hỗn hợp là: V hh =m nhựa ρ nhựa +m styrene ρ styrene 51,42

- Có hệ số lấp đầy của thiết bị a = 0.8, nên thể tích thực của thiết bị sẽ là:

 Chiều cao thiết bị pha loãng

Theo bảng XIII.10 sổ tay qttb 2 trang 383, ta chọn:

+ Đường kính trong của thiết bị Dtm = 1200 mm

+Các thông số của nắp và đáy bằng nhau:

+ chiều cao nắp h2m = 340 mm ( đáy cao 300 mm và phần gờ 40 mm )

- Vậy thể tích phần hình trụ là:

- Chiều cao phần hình trụ của thiết bị thực tế là : h 1m = 4 ×V 1 m

 Chiều cao thiết bị: Hm = h1m + 2× h2m = 2,1 + 2.0,34 2,78 (m)

 Chiều dày phần thân hình trụ Ở đây ta dùng dầu để gia nhiệt hỗn hợp tại áp suất Pmt= 3 atm 3,04 × 10 5 N/m 2

- Công thức tính chiều dày thân hình trụ: δ 1m = 2 × P [ δ m ] × D × φ− tm P m

+C ,(m) (Theo sổ tay qttb 2 trang 360)

Trong đó: + Dtm: đường kính trọng của thiết bị pha loãng,

+ Pm: áp suất trong thiết bị N/m 2

+φ: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc +C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, m

+Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị:

Trong đó: +g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2

+ ρ hh : khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng, ρ hh =¿ 1220,35 m 3 +Hm: chiều cao thiết bị , H= 2,78 m Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị:

P 1 m =g × ρ hh × H m = 9,81 x 1220,35 x 2,78= 33281 ( N/m 2 ) Áp suất tính toán trong thiết bị :

+ Ứng suất cho phép của Inox SUS 304 là [ δ ]= 136,67 × 10 6 N/m 2

+ Chiều dày thân hình trụ

Tính toán thiết bị phụ

 Thùng chứa 1,2-propylene glycol ( PG )

Lượng PG cần cho một mẻ sản xuất là m PG 1,73×1,357,34kg, khối lượng riêng là ρ PG =1,04g/cm 3

Ta chọn thùng chứa cho 2 mẻ tương đương với 2 ngày sản xuất

Vậy lượng PG cần dùng cho 2 ngày sản xuất là: 137,34 × 2 274,68 (kg)

Có hệ số đầy là a = 0,84 Vậy thể tích thùng chứa là:

1,04×10 3 ×0,8=0,33(m 3 ) Chọn thùng chứa PG làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 10.Các thông số của thùng chứa PG

Lượng EG cần cho một mẻ sản xuất là m EG 6,09×1,35"4,22kg, khối lượng riêng là ρ EG =1,1g/cm 3

Ta chọn thùng chứa cho 2 mẻ tương đương với 2 ngày sản xuất Vậy lượng PG cần dùng cho 2 ngày sản xuất là: 224,22 × 2 448,44 (kg)

1,1×10 3 ×0,8=0,51(m 3 ) Chọn thùng chứa EG làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 11.Các thông số của thùng chứa EG

Lượng styrene cần cho một mẻ sản xuất là m styrene r7,69kg, khối lượng riêng là ρ styrene 9kg/m 3

909×0,8=0,96(m 3 ) Chọn thùng chứa styrene làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 12.Các thông số của thùng chứa styrene

 Thùng lường 1,2-propylene glycol ( PG )

Lượng PG cần cho một mẻ sản xuất là m PG 7 , 34 kg , khối lượng riêng là ρ PG = 1 , 04 g / c m 3

Vậy thể tích thùng lường PG là:

1,04×10 3 =0,13(m 3 ) Chọn thùng lường PG làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 13.Các thông số của thùng lường PG

Thể tích V ' PG , Đường kính D ' PG Chiều cao H ' PG , m 3 , mm mm

Lượng EG cần cho một mẻ sản xuất là m EG = 224 , 22 kg , khối lượng riêng là ρ EG =1 , 1 g/ cm 3

Vậy thể tích thùng lường là:

1,1×10 3 =0,19(m 3 ) Chọn thùng lường EG làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 14.Các thông số của thùng lường EG

Thể tích V ' EG , m 3 Đường kính D ' EG

Lượng styrene cần cho một mẻ sản xuất là m styrene = 727 , 69 kg , khối lượng riêng là ρ styrene 9 kg / m 3

Vậy thể tích thùng lường là:

909 =0,8(m 3 ) Chọn thùng lường styrene làm bằng vật liệu Inox SUS 304 có các thông số sau:

Bảng 15.Các thông số của thùng lường styrene

Thể tích V ' styrene , m 3 Đường kính D ' styrene , mm

Trong đồ án này, ta chọn bơm ly tâm để vận chuyển nguyên liệu.

Bơm ly tâm mang lại nhiều lợi ích như hoạt động ổn định và khả năng quay với tốc độ cao Thiết kế đơn giản cho phép bơm có thể gắn trực tiếp với động cơ, trong khi việc không sử dụng xunap giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và hư hỏng Bên cạnh đó, bơm ly tâm còn phù hợp với nhiều loại chất lỏng khác nhau.

Chọn vị trí lắp đặt bơm để chất lỏng có thể tự chảy vào bơm (Hh = 0) và thiết lập chiều cao đẩy Hđ = 10 m Đường ống tổng cộng dài 30 m, bao gồm một van tiêu chuẩn và hai khửu vuông góc Chất lỏng di chuyển với vận tốc 2 m/s.

- Áp suất toàn phần do bơm tạo ra:

H=P 2 −P 1 ρ × g +H 0 +H m (Theo sổ tay qttb1trang438)

Trong đó: + H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra

+ P1, P2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian hút và đẩy, N/m 2

+ Ho: chiều cao nâng chất lỏng Ho= Hd +Hh

+ Hm: Tổng tổn thất áp suất để thắng toàn bộ trở lực của đường ống Áp suất toàn phần để khắc phục tất cả trở lực trong hệ thống:

P = Pđ + Pm + Pc + PH + Pt + Pk ( Theo sổ tay qttb 1 trang 376 )

Trong đó:+ ∆ P đ : Áp suất động lực học

+ ∆ P m : Áp suất khắc phục trở lực ma sát, N /m 2

+ ∆ P c : Áp suất để thắng trở lực cục bộ, N / m 2

+ ∆ P H : Áp suất khắc phục áp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng trong ống, N / m 2

+ ∆ P t : Áp suất khắc phục trở lực trong thiết bị, N / m 2

+ ∆ P k : Áp suất bổ sung cuối đường ống, N / m 2 Ở đây ta bỏ qua ∆ P H , ∆ P t , ∆ P k (trong đường ống không có chất lỏng nào khác).

Vậy áp suất toàn phần để thẳng trở lực là: P = ∆ P đ + ∆ P m + ∆ P c

 Bơm ly tâm để bơm PG

+ Áp suất động lực học ∆ P đ :

2 (N/m 2 )(Theo sổ tay qttb1trang377) Trong đó: + ρ :Khối lượng riêng của PG, ρ PG 40kg/m 3

+ Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆ P m :

2 =λ × L d tđ × ∆ P đ (Theo sổ tay qttb1trang377)

Trong đó: + λ : Hệ số ma sát

+ dtđ: Đường kính tương đương của ống dẫn, dtđ= 100 mm

Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chảy trong ống, xác định bằng chuẩn số Re:

 Chất lỏng chảy ở chế độ chảy xoáy

- Hệ số ma sát được xác định:

√ λ =−2 ×lg [ ( 6 , ℜ 81 ) 0 ,9 + 3 ∆ ,7 ] ( Theo sổ tay qttb1trang380)

∆ : Độ nhám tương đối, ∆= d ε tđ

Với: +ε: độ nhám tuyệt đối, m

+ d tđ : đường kính tương đương của ống

Theo bảng II.15 trong sổ tay qttb 1 trang 381, khi chọn ống thép nguyên và ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít, độ nhám tuyệt đối được xác định là ε = 0,2 mm Độ nhám tương đối được tính bằng công thức ∆ = d ε tđ.

Hệ số ma sát là:

√ λ =−2 ×lg [ ( 6 , ℜ 81 ) 0 ,9 + 3 ∆ , 7 ] =−2 ×lg [ ( 4 , 95 6 , 81 × 10 4 ) 0 ,9 + 2 × 3 10 ,7 −3 ] λ=0,027 Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆ P m :

+Áp suất để thắng trở lực cục bộ, ∆ P c :

∆ P c =ξ × ∆ P đ (Theo sổ tay qttb1trang377)

Trong đó: + 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

+ ∆ P đ : Áp suất động lực học, ∆ P đ 80(N/m 2 )

-Hệ số trở lực cục bộ 𝜉:

+Trở lực khuỷu: Theo bảng II.16, sổ tay qttb 1 trang 394, chọn đoạn ống chỉ có

2 khuỷu khép 90 o ( với mặt cắt ngang hình vuông do 2 khuỷu 45 o tạo thành ), chọn a/b=0 thì 𝜉 1 = 1,1

+Trở lực van: Theo bảng II.16, sổ tay qttb 1 trang 397, chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống= 100mm thì có 𝜉 2 = 4,1

Tổng trở lực cục bộ là: ξ=ξ 1+ ξ 2=1 , 1× 2+ 4 , 1=6 , 3 Áp suất để thắng trở lực cục bộ: ∆ P c = ξ × ∆ P đ = 6 , 3 × 2080 = 13104 ( N / m 2 )

Vậy ta có áp suất cần thiết để thắng trở lực:

Chiều cao áp suất để thắng trở lực:

Chiều cao toàn phần của bơm là

1000.η , kW ,(Theo sổ tay qttb1trang439)

Trong đó: + Q: năng suất của bơm, Q = 5 m 3 /h

+ ρ :Khối lượng riêng của PG, ρ PG = 1040 kg / m 3

+ H: áp suất toàn phần của bơm, H = 13,14 m

+ η : hiệu suất chung của bơm, η=η 0 × η tl × η ck

Với: + η 0: hiệu suất thể tích

+ η tl : hiệu suất thủy lực

+ η ck : hiệu suất cơ khí

Theo bảng II.32 sổ tay qttb 1 trang 439, do đã giả thiết là bơm ly tâm nên chọn: η 0=0,96; η tl =0,85; η ck =0,96 η=η 0 × η tl × η ck =0,96×0,85×0,96=0,8

Công suất của bơm là:

+Công suất động cơ điện

N dc = N η tr × η dc , kW(Theo sổ tay qttb1trang439)

Trong đó:+ N: Công suất của bơm, N=0 ,23(kW)

+ η tr : Hiệu suất truyền động cơ, chọn η tr = 0,8

+ η dc : Hiệu suất động cơ điện, chọn η dc = 0,8

0,8×0,8=0,36(kW) Thường chọn công suất động cơ điện lớn hơn tính toán

N c dc = β N dc , kW (Theo sổ tay qttb 1 trang 439 ) Trong đó: + N dc :Công suất động cơ điện, N dc = 0,36 Kw

+ β: Hệ số dự trữ công suất, chọn β=1,5 ( Theo sổ tay qttb 1 trang

N c dc =1 , 5 × 0 , 36=0 , 54( kW ) Vậy ta chọn bơm loại X (bơm ly tâm) có thông số tra trong bảng II.39 theo sổ tay qttb 1 trang 447:

 Bơm ly tâm để bơm EG

2 (N/m 2 )(Theo sổ tay qttb1trang377) Trong đó: + ρ :Khối lượng riêng của EG, ρ EG = 1110 kg / m 3

Trong đó: + λ : Hệ số ma sát

+ dtđ: Đường kính tương đương của ống dẫn, dtđ= 100 mm

- Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chảy trong ống, xác định bằng chuẩn số Re:

 Chất lỏng chảy ở chế độ chảy xoáy

- Hệ số ma sát được xác định:

√ λ =− 2 ×lg [ ( 6 , ℜ 81 ) 0 ,9 + 3 ∆ ,7 ] ( Theo sổ tay qttb1trang380)

∆ : Độ nhám tương đối, ∆= d ε tđ

Theo bảng II.15 trong sổ tay qttb 1 trang 381, khi lựa chọn ống thép nguyên và ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít, độ nhám tuyệt đối được xác định là ε = 0,2 mm Độ nhám tương đối được tính bằng công thức ∆ = d ε tđ.

 Hệ số ma sát là:

- Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆ P m :

+ ∆ P đ : Áp suất động lực học, ∆ P đ "20(N/m 2 )

+Trở lực van: Theo bảng II.16, sổ tay qttb 1 trang 397, chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống= 100mm thì có 𝜉 2 = 4,1

Tổng trở lực cục bộ là: ξ = ξ 1 + ξ 2 = 1 , 1× 2 + 4 , 1 = 6 , 3 Áp suất để thắng trở lực cục bộ: ∆ P c =ξ × ∆ P đ =6 , 3 × 2220986 ( N / m 2 )

+ ρ: Khối lượng riêng của EG, ρ EG 10kg/m 3

+ η : hiệu suất chung của bơm, η= η 0 × η tl × η ck

Theo bảng II.32 sổ tay qttb 1 trang 439, do đã giả thiết là bơm ly tâm nên chọn: η 0=0,96; η tl =0,85; η ck =0,96 η = η 0 × η tl × η ck = 0 , 96 × 0 , 85 × 0 , 96 = 0 , 8

- Công suất của bơm là:

Trong đó:+ N: Công suất của bơm, N=0 , 25(kW)

0,8×0,8=0,39(kW) Thường chọn công suất động cơ điện lớn hơn tính toán

N c dc =β N dc , kW(Theo sổ tay qttb1trang439) Trong đó: + N dc :Công suất động cơ điện, N dc = 0,39 Kw

+ β : Hệ số dự trữ công suất, chọn β=1 , 5 ( Theo sổ tay qttb 1 trang

N c dc =1,5×0,39=0,585(kW) Vậy ta chọn bơm loại X (bơm ly tâm) có thông số tra trong bảng II.39 theo sổ tay qttb 1 trang 447:

 Bơm ly tâm để bơm styrene

2 (N/m 2 )(Theo sổ tay qttb1trang377) Trong đó: + ρ :Khối lượng riêng của styrene, ρ styrene 9kg/m 3

Trong đó: + λ: Hệ số ma sát

+ d : Đường kính tương đương của ống dẫn, d = 100 mm

- Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chảy trong ống, xác định bằng chuẩn số Re:

0,75×10 −3 $,24×10 4 >10 4 Chất lỏng chảy ở chế độ chảy xoáy

Hệ số ma sát được xác định:

√ λ =−2 ×lg [ ( 6 , ℜ 81 ) 0 ,9 + 3 ∆ ,7 ] ( Theo sổ tay qttb1trang380)

∆ : Độ nhám tương đối, ∆ = d ε tđ

Theo bảng II.15 trong sổ tay qttb 1 trang 381, khi lựa chọn ống thép nguyên và ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít, độ nhám tuyệt đối được xác định là ε = 0,2 mm Độ nhám tương đối được tính theo công thức ∆ = d ε tđ.

- Hệ số ma sát là:

- Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆ P m :

+ ∆ P đ : Áp suất động lực học, ∆ P đ 18 ( N / m 2 )

+Trở lực van: Theo bảng II.16, sổ tay qttb 1 trang 397, chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống= 100mm thì có 𝜉 = 4,1

Tổng trở lực cục bộ là: ξ=ξ 1+ ξ 2=1 , 1× 2+ 4 , 1=6 , 3 Áp suất để thắng trở lực cục bộ: ∆ P c =ξ × ∆ P đ =6,3×1818453 ( N / m 2 )

+ ρ:Khối lượng riêng của styrene, ρ styrene 9 kg / m 3

+ η : hiệu suất chung của bơm, η= η 0 × η tl × η ck

Theo bảng II.32 sổ tay qttb 1 trang 439, do đã giả thiết là bơm ly tâm nên chọn: η 0=0,96; η tl =0,85; η ck =0,96 η=η 0 × η tl × η ck =0,96×0,85×0,96=0,8

- Công suất của bơm là:

Trong đó:+ N: Công suất của bơm, N=0 ,2(kW)

Cân bằng nhiệt lượng

N c dc =β N dc , kW(Theo sổ tay qttb1trang439)

Trong đó: + N dc :Công suất động cơ điện, N dc = 0,3125 Kw

+ β : Hệ số dự trữ công suất, chọn β=1 , 5 ( Theo sổ tay qttb 1 trang

N c dc =1,5×0,3125=0,46875(kW) Vậy ta chọn bơm loại X (bơm ly tâm) có thông số tra trong bảng II.39 theo sổ tay qttb 1 trang 447:

2.4 Cân bằng nhiệt lượng

2.4.1.Giai đoạn đun nóng nguyên liệu

Chọn nhiệt độ môi trường là 25°C, quá trình đun nóng khối phản ứng sẽ từ 25°C đến 80°C, bao gồm việc làm nóng thiết bị, nguyên liệu và tính toán nhiệt mất mát ra môi trường.

Trong đó: + Q1: nhiệt để đun nóng thiết bị

+ Q2: nhiệt để đun nóng hỗn hợp phản ứng

+ Qm: nhiệt mất mát ra môi trường, Qm = q 1 + q 2 ,

Với: + q 1: nhiệt mất qua phần có bảo ôn

+ q 2:nhiệt mấtqua phần không có bảo ôn

 Nhiệt đun nóng thiết bị Q 1

Trong đó: + C: tỷ nhiệt của Inox SUS 304, C = 0,119 kcal/kg.độ +G: khối lượng của thiết bị

+ ∆ t : hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt đun nóng với không khí

+ Khối lượng của thiết bị G:

Trong đó: + G th : khối lượng thân thiết bị, G th = 135,5 kg

+ G vỏ : khối lượng vỏ thiết bị, G vỏ = 195,73 kg

+ G đ : khối lượng đáy bằng khối lượng nắp, G đ = 30 kg + G k khối lượng cánh khuấy, G k = 65

Nhiệt đun nóng thiết bị: Q 1=C ×G × ∆ t = 0,119 × 356,23× (80 – 25)= 2331,53(kcal)

 Nhiệt đun nóng hỗn hợp phản ứng Q 2

Trong đó,( theo số liệu bảng 2.6 ):

+G: khối lượng các glycol, G = 361,56 kg

+ C gl : tỷ nhiệt của glycol, C gl = 0,5 kcal/kg.độ

+ G aa : khối lượng các anhydride acid, G aa = 1137 kg

+C aa : tỷ nhiệt của anhydride acid, C aa =¿0,429 kcal/kg.độ

+ ∆ t : hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt đun nóng hỗn hợp phản ứng với không khí, °C

Q 2 =( G gl ×C gl +G aa ×C aa ) × ∆ t ¿(361,56×0,5+1137×0,429)×(80−25)6770,42(kcal) )

 Nhiệt mất mát ra môi trường Q m

+Nhiệt mất mát qua phần có bảo ôn q 1 q 1 = α 2 × F 1 × ∆ t

Trong đó: + α 2: hệ số cấp nhiệt từ thành ra ngoài không khí, W/m 2 độ

+ F 1: diện tích phần vỏ thiết bị có bảo ôn

+ ∆ t : chênh lệch nhiệt độ giữa thành bảo ôn với không khí

Hình 12.Biểu đồ nhiệt độ từ thành ra không khí

+ t1: nhiệt độ đun nóng dầu khoáng, t1= 220°C

+ tT2: nhiệt độ thành ngoài

+ tT1: nhiệt độ thành trong, tT1 = 218°C

+ tT3: nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn tiếp xúc với không khí, trụ tại nhiệt độ không khí, tT3 2°C.

+ tkk: nhiệt độ không khí

-Nhiệt độ trung bình Đun nóng dầu khoáng có nhiệt độ t1= 220°C, nhiệt độ thành trong tT1 = 218 °C t tb =t 1 +t T 1

- Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α 1 =2,04× A × √ 4 H × ∆ r t 1 ,( W /m 2 độ )( Theo sổ tay qttb2trang28)

Trong đó: + A: hệ số phụ thuộc đối với dầu khoáng

+ r: ẩn nhiệt ngưng tụ của dầu khoáng, r= 2930 ×10 3 kcal/kg

+ H: chiều cao phần có bảo ôn, H = 1918 + 118 + 42040 mm= 2,04 m

+ ∆ t 1: chênh lệch nhiệt độ giữa hỗn hợp và thành ống.

Từ bảng số liệu tại sổ tay qttb 2 trang 29 tại t tb = 219°C có giá trị A = 199 α 1 =2,04× A × √ 4 H × ∆ r t 1 =2 , 04 × 199 × √ 4 2930 2 ,04 × × 10 2 3 ,71 × 10 3 ( kcal / m 2 h độ )

- Hệ số cấp nhiệt từ thành ra ngoài không khí α 2 =8,4+0,06×(t T 3 −t bxạ )

Trong đó: + t T 3: nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn tiếp xúc với không khí, t T 3 = 32°C

+ t bxạ : nhiệt độ bức xạ của lớp bảo ôn với không khí, t bxạ = tkk = 25°C α 2 =8,4+0,06×( t T 3−t bxạ )=8 , 4 +0 ,06 ×( 32−25 ) = 8,82 ( kcal /m 2 h độ )

(W/m 2 độ)(Theo sổ tay qttb2trang3)

Trong đó: + α 1 , α 2 : lần lượt là hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và thành bảo ôn α 1 =¿11,9×10 3 kcal/m 2 h.độ; α 2= 8,82 kcal/m 2 h.độ

+ δ : chiều dày vỏ thiết bị, δ = δ 3 = 0,004 m

+ λ : hệ số truyền nhiệt của inox SUS 304, λ = 14 kcal/m 2 h.độ

+ δ ’: chiều dày lớp bảo ôn, δ '= δ 0= 0,118 m

+ λ ' : hệ số truyền nhiệt của bông thủy tinh, λ ' 0,032 kcal/m 2 h.độ

- Thử lại giả thiết về nhiệt độ:

Từ công thức: α 2 × F 1 ×( t T 3 −t bxạ )= K × F 1 ×( t tb −t bxạ ) t T 3 =t bxạ +K ×(t b −t bxạ ) α 2 %+0,263×(219−25)

Vậy giả thiết về nhiệt độ như trên có thể chấp nhận được

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

Diện tích bề mặt truyền nhiệt bao gồm toàn bộ phần vỏ áo thiết bị ( phần thân và đáy )

Trong đó: + d: khoảng cách từ thân thiết bị đến vỏ áo dp mm

+ h: chiều cao vỏ thiết bị phần trụ, h = 1918 – 4 – 70

+ Snắp: diện tích nắp dưới, Snắp = 1,71 m 2 ( theo Bảng XIII.10 sổ tay qttb 2 trang 382 )

 Nhiệt mất mát qua phần có bảo ôn: q 1 =α 2 × F 1 × ∆ t =8,82×2,5×(32−25)4,35(kcal/h)

+ Nhiệt mất mát qua phần không có bảo ôn q 2 =α ' 2 × F 2 × ∆ ' t

Trong đó: + α ' 2: hệ số cấp nhiệt từ vỏ phần không có bảo ôn ra ngoài không khí, W/m 2 độ

+ F 2: diện tích phần vỏ thiết bị không có bảo ôn

+ ∆ ' t : chênh lệch nhiệt độ giữa thành không có bảo ôn với không khí

Hình 13.Biểu đồ nhiệt độ của phần không có bảo ôn

Trong đó: + t1: nhiệt độ hỗn hợp trong thiết bị, t1= 80°C

+ tT2: nhiệt độ thành ngoài thiết bị tiếp xúc với không khí, t @°C

+ tT1: nhiệt độ thành trong, tT1 = 44°C

+ tbxạ: nhiệt độ bức xạ ở phần không có bảo ôn, trụ tại nhiệt độ không khí, tbxạ = 26°C.

+ t2: nhiệt độ môi trường xung quang, t2= tkk = 25°C

- Hệ số cấp nhiệt phía thành hỗn hợp α ' 1 = 2 , 8 × √ t cp − t T 2 = 2 , 8 × √ 52 , 5 − 40 = 9 , 9 ( kcal / m 2 h độ )

- Hệ số cấp nhiệt từ thành ra ngoài không khí α ' 2 =8,4+0,06×(t T 1 −t bxạ )

(W/m 2 độ)(Theo sổ tay qttb2trang3)

Trong đó: + α 1 =9 , 9 kcal/m 2 h.độ; α 2= 9,48 kcal/m 2 h.độ

+ δ : chiều dày vỏ thiết bị, δ = δ 3 = 0,004 m

+ λ : hệ số truyền nhiệt của inox SUS 304, λ = 14 kcal/m 2 h.độ

- Thử lại giả thiết về nhiệt độ:

-Từ công thức: α ' 2 × F 2 ×( t T 2 −t bxạ )= K ' × F 2 ×( t cp −t bxạ ) t T 2 =t bxạ +K ' ×(t cp −t bxạ ) α ' 2 &+4,84×(52,5−26)

-Từ công thức: α ' 1 × F ×( t T 1 − t bxạ )= K ' × F × ( t cp − t bxạ ) t T 1 =t bxạ +K ' ×(t cp −t bxạ ) α ' 1 &+4,84×(52,5−26)

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

Diện tích bề mặt truyền nhiệt chính là phần nắp thiết bị, Snắp 1,21 m 2 (Theo bảng XIII.10 sổ tay qttb 2 trang 382 ), vậy F2 1,21 m 2

 Nhiệt mất mát qua phần không có bảo ôn: q 2 =α ' 2 × F 2 × ∆ ' t =9,48×1,21×(40−26)0,59(kcal/h)

Giả sử thời gian đốt nóng là 30 phút (0,5 giờ), khi đó lượng nhiệt cần là:

Khối lượng dầu tiêu tốn: D= q × x Q

Trong đó: + q: nhiệt hóa hơi của dầu, q= 600 kcal/kg

+Q: nhiệt lượng tiêu tốn: Q= 39731,83 kcal

-Vậy lượng dầu khoáng tiêu tốn trong 1 giờ là :

Trong khi đun nóng có khuấy trộn nên lượng dầu cần để bù vào lượng nhiệt mất mát đó là:

Do đó lượng dầu tiêu tốn trong 1h là: 139,41 + 0,55 = 139,96

2.4.2.Giai đoạn gia nhiệt Reactor lên 150°C Ở đây nhiệt độ ban đầu là 80°C, cần gia nhiệt lên 150°C

Là phản ứng tỏa nhiệt nên ta cần cung cấp lượng nước thêm vào để giữ nhiệt độ ở 50°C -Hiệu ứng nhiệt là: q=q s − q đ

Trong đó:+q s : nhiệt tạo thành sản phẩm

+ q đ :nhiệt tạo thành của nguyên liệu đầu

Hay: q = q monoester(1) + q monoester(2 ) + q monoester(3) + q monoester(4 ) − 2× q AM − 2 × q AP − q PG − q EG

The thermal energy of monoester reactions can be categorized into four distinct components: q monoester(1) represents the heat of formation for monoester reaction (1), q monoester(2) corresponds to the heat of formation for monoester reaction (2), q monoester(3) indicates the heat of formation for monoester reaction (3), and q monoester(4) denotes the heat of formation for monoester reaction (4) Additionally, q AM refers to the heat of formation for maleic anhydride.

+ q : nhiệt sinh của anhydride phtalic

+q PG : nhiệt sinh của 1,2 – propylene glycol

-Nhiệt sinh của monoester (1): q monoester(1),38×C+34,194× H−q cháy

Trong đó: + C: số nguyên tử cacbon, C =7

+q cháy : nhiệt cháy của nhựa

Trong đó: + x: số nguyên tử cacbon, x=7

+ φ : hệ số hiệu chỉnh của nhóm chứa oxi, φ = 6

Nhiệt cháy của nhựa: q cháy 2× x+55

 Nhiệt sinh của monoester (1): q monoester(1),38×C+34,194× H−q cháy ,38×7+34,194×10−959C,6(kcal/g mol)

Monoester (2) có cấu trúc gồm 11 nguyên tử cacbon, 12 nguyên tử hidro và 5 nguyên tử oxi Tương tự như các tính toán trước đó, hệ số hiệu chỉnh cho nhóm chứa oxi trong phản ứng (2) là 51, do sự hiện diện của nhóm phenol.

Nhiệt cháy của nhựa là 1197 kcal/gmol

Nhiệt sinh của nhựa là q monoester(2) %1 , 08 kcal / g mol

Monoester (3) chứa 6 nguyên tử cacbon, 8 nguyên tử hidro, 5 nguyên tử oxi, tính toán tương tự như trên, hệ số hiệu chỉnh của nhóm chứa oxi ở phản ứng (3) là 6

Nhiệt sinh của nhựa là q monoester(3 )7,832kcal/g mol

Monoester (4) có cấu trúc gồm 10 nguyên tử cacbon, 10 nguyên tử hidro và 5 nguyên tử oxi Tương tự như các tính toán trước đó, hệ số hiệu chỉnh của nhóm chứa oxi trong phản ứng (4) được xác định là 51, do sự hiện diện của nhóm phenol.

Nhiệt sinh của nhựa là q monoester(4 ) $5 , 74 kcal / g mol

- Nhiệt sinh của anhydride maleic:

Anhydride maleic chứa 4 nguyên tử cacbon, 2 nguyên tử hidro, 3 nguyên tử oxi, tính toán tương tự như trên

Nhiệt sinh của anhydride maleic là q AM =0,908kcal/g mol

- Nhiệt sinh của anhydride phtalic:

Anhydride phtalic chứa 8 nguyên tử cacbon, 4 nguyên tử hidro, 3 nguyên tử oxi, tính toán tương tự như trên

Nhiệt sinh của anhydride phtalic là q AP = 118,816 kcal / g mol

PG chứa 3 nguyên tử cacbon, 8 nguyên tử hidro, 2 nguyên tử oxi, tính toán tương tự như trên

Nhiệt cháy của PG là 514 kcal/gmol

Nhiệt sinh của PG là q PG B,692kcal/g mol

PG chứa 2 nguyên tử cacbon, 6 nguyên tử hidro, 2 nguyên tử oxi, tính toán tương tự như trên

Nhiệt cháy của PG là 357 kcal/gmol

Nhiệt sinh của PG là q EG 6,924 kcal / g mol

-Vậy nhiệt cần thiết để gia nhiệt lên 150 ℃ với PG là q=q monoester(1)+q monoester(2 )−q AM −q AP −q PG

-Vậy nhiệt cần thiết để gia nhiệt lên 150 ℃ với EG là q = q monoester(3 ) + q monoester(4 ) − q AM − q AP − q EG

Vậy nhiệt cần thiết để gia nhiệt hỗn hợp phản ứng lên 150℃ là nhiệt để gia nhiệt với phản ứng của PG là q= 132,692 kcal/g mol ≈ 132700 kcal /kg mol

Nhiệt tỏa ra cho 1 kg PG là: 132700 76 46 kcal / kg

Mà lượng PG cần cho 1 mẻ là: 137,34 kg

Lượng nhiệt trong quá trình tạo monoester là:

-Phản ứng xảy ra đều đặn trong 24 giờ vậy tải nhiệt trong 1 giờ là:

24 4 (kcal/h) Lượng dầu tiêu thụ là:

Trong đó: n : nhiệt hoá hơi của dầu, n = 600 (kcal/kg) x : hàm ẩn, x = 0,95

2.4.3.Cân bằng nhiệt lượng ở giai đoạn tạo polyester

Nhựa có công thức hóa học C18H20O9, bao gồm 18 nguyên tử cacbon, 20 nguyên tử hidro và 9 nguyên tử oxi Hệ số hiệu chỉnh của nhóm chứa oxi trong nhựa là 51, do sự hiện diện của nhóm phenol.

Nhiệt cháy của nhựa: q cháy 2× x+55

Nhiệt sinh của nhựa là: q nhựa ,38×C+34,194× H−q cháy ,38×18+34,194×20−1927E5,72(kcal/g mol)

- Nhiệt sinh của monoester: q monoester = q monoester(1 ) + q monoester(2) = 43 ,6 + 251,508 = 295,108

-Nhiệt sinh của nước: q H 2O h,35kcal/g mol

-Nhiệt tiêu tốn của glycol q=q nhựa +q H 2O −q monoester E5,72+68,35−295,108"8,962(kcal/g mol)

Lượng dầu tiêu tốn: D dầu = 228,692

XÂY DỰNG

Thiết kế tổng mặt bằng

Để đảm bảo sự bố trí tổng mặt bằng hợp lý, cần xem xét các yếu tố như hoa gió và địa chất của khu đất đã chọn, nhằm đáp ứng các yêu cầu chung về tính tiện lợi trong sản xuất và an toàn.

3.2.1 Lựa chọn kích thước các công trình trong nhà máy

Khi lựa chọn nhiều nhà cung cấp, kích thước cần đảm bảo tính vĩnh cửu và ổn định cao, bất chấp sự thay đổi của công nghệ Do đó, chúng ta có những lựa chọn cụ thể phù hợp với yêu cầu này.

Bảng 16.Kích thước của các công trình trong nhà máy

STT Hạng mục xây dựng Kích thước (m) dài x rộng x cao

3.2.2 Cách bố trí các công trình và thiết bị trong nhà máy

-Tầng 1: + Các thùng chứa nguyên liệu đầu như dầu, styrene,

+ Bơm nguyên liệu đầu, bơm nhựa

-Tầng 2: + Thiết bị phản ứng chính

+ Tầng lửng đặt các thùng lường

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐIỆN - NƯỚC

Tính toán điện năng tiêu thụ

4.1.1 Điện năng dùng cho chiếu sáng

Quá trình sản xuất không chỉ phụ thuộc vào ánh sáng tự nhiên mà còn cần lắp đặt hệ thống chiếu sáng bằng bóng đèn để đảm bảo hiệu quả trong từng giai đoạn sản xuất.

-Trong các phân xưởng sản xuất công nghiệp bóng đèn chiếu sáng thường dùng loại bóng một dây có chụp bảo vệ chống cháy nổ

- Công thức tính số bóng đèn trong nhà xưởng là: n= S × độ rọi quang thông

Trong đó: + n: số bóng đèn

+S: diện tích cần chiếu sáng

Theo Thông tư 22/2016/BYT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chiếu sáng, mức độ chiếu sáng tối thiểu cho khu vực sản xuất được quy định là 200 Lux.

-Chọn bóng đèn Highbay công suất 200 W với quang thông là

11400 lm, với diện tích xưởng sản xuất là 216 m 2 , vậy số bóng cần lắp cho 1 tầng ở nhà sản xuất là: n!6×200

-Vậy mật độ chiếu sáng cho 1 m 2 là: 4 × 216 200 =3 , 7( W / m 2 ) Phù hợp quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chiếu sáng – Mức cho phép chiếu sáng nơi làm việc

-Phân xưởng sản xuất có 2 tầng , vậy số bóng đèn cần thiết cho phân xưởng sản xuất là 8 bóng.

Tính tương tự như trên với các công trình khác Ta có số bóng đèn ở mỗi phòng trong bảng dưới đây:

Bảng 17.Công suất tiêu thụ của bóng đèn ở các phòng

STT Tên phòng Công suất

Số lượng Tổng công suất (W)

4.1.2 Điện năng dùng trong sản xuất

Bảng 18.Công suất của các thiết bị trong thời gian làm việc

Tên thiết bị Công suất

4.1.3 Điện năng tiêu thụ Điện năng tiêu thụ trong toàn phân xưởng bằng tổng điện năng tiêu thụ để chiếu sáng và sản xuất.

 Điện năng tiêu thụ dùng để chiếu sáng trong một năm

Trong đó: + k : hệ số đồng thời, k = 0,9

+ P CS : công suất tiêu thụ để chiếu sáng, P CS 740W

+τ : thời gian tiêu thụ điện để chiếu sáng, τ h/ngày

 Điện năng dùng trong sản xuất

Trong đó: + k C : hệ số tiêu dùng, k = 0,5

+ P SX : công suất tiêu thụ dùng trong sản xuất

+ τ : thời gian tiêu thụ điện, τ $h/ngày

 Điện năng tiêu dùng trong toàn phân xưởng sản xuất

A=k M (A SX +A CS ) k M : hệ số tổn hao điện áp, k M = 1,03

Tính lượng nước tiêu thụ

Nước dùng trong phân xưởng gồm nước dùng trong sản xuất và nước dùng trong sinh hoạt.

4.2.1.Nước dùng trong sinh hoạt:

Nước dùng trong sinh hoạt với mỗi người lao động là 75 l/người Số công nhân trong phân xưởng là 15 người, nước sinh hoạt dùng trong một ngày là:

- Nước dùng sinh hoạt trong một năm:

4.2.2.Nước dùng trong sản xuất

- Nước dùng trong thiết bị ngưng tụ trong một năm:

- Lượng nước trung bình dùng để rửa nhựa trong một năm là:

- Lượng nước dùng để làm nguội thiết bị trong một năm là

 Tổng lượng nước dùng cho 1 năm là

TÍNH TOÁN KINH TẾ

Dự tính vốn đầu tư

5.1.1 Chi phí tài sản cố định

Bảng 5.1 Chi phí xây dựng với các công trình tương ứng

STT Các công trình Diện tích

Lấy bằng 3% vốn đầu tư xây dựng:

 Chi phí đầu tư thiết bị máy móc

Bảng 19.Chi phí đầu tư thiết bị máy móc

STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá

Khấu hao trung bình hằng năm lấy bằng 10% vốn đầu tư thiết bị máy móc:

 Khấu hao tài sản cố định hằng năm:

Trong đó: + V xd : vốn đầu tư xây dựng, V xd = 2315 ( triệu đồng )

+ V tb : vốn đầu tư thiết bị, V tb =¿ 1103,5 triệu đồng

5.1.2 Chi phí tài sản lưu động

 Chi phí nguyên vật liệu

Bảng 20.Giá thành nguyên vật liệu/năm (triệu đồng)

STT Tên nguyên liệu Số lượng

Giá mua (triệu đồng/tấn)

Chi phí một năm (triệu đồng)

Chi phí vận chuyển nguyên liệu tính băng 5% chi phí nguyên vật liệu.

 Tổng chi phí nguyên vật liệu và vận chuyển là:

 Chi phí nguyên nguyên vật liệu phụ và năng lượng

-Tổng lượng nước cần dùng cho sản xuất và sinh hoạt là: 7405 m 3

Giá thành 1 m 3 nước là: 16000 đồng.

 Chi phí về nước trong một năm: 16000 × 7405 = 118,5(triệu đồng)

-Tổng công suất tiêu thụ điện là 76541( kWh ), giá thành điện hiện nay 2100 ( VNĐ/kWh ).

 Tiền điện cho cả năm là: 76541 × 21000 , 74 (triệu đồng)

 Vậy tổng chi phí tài sản lưu động là:

Tính nhu cầu lao động

-Tổ chức sản cuất trong phân xưởng được tiến hành như sau:

Trong phân xưởng, số công nhân được tổ chức thành 3 ca làm việc liên tục suốt cả ngày, với mỗi ca gồm 3 công nhân Mỗi nhóm công nhân đảm nhận một mẻ sản xuất khép kín, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu cho đến đóng gói sản phẩm, nhằm đảm bảo công bằng trong lao động Giả sử mỗi công nhân làm việc 1 ca/ngày, tổng số công nhân trong phân xưởng là 9 người.

Lương trả cho công nhân trực tiếp như sau:

Lương cơ bản là 250000 đồng/ca

Lương của người lao động được xác định dựa trên cấp bậc và mức độ công việc, có thể bao gồm phụ cấp và các loại trợ cấp khác Thông thường, phụ cấp sẽ chiếm khoảng 10% tổng lương, cùng với các khoản trợ cấp cho bữa ăn.

25000 đồng/ca, độc hại 3000 đồng/người/công.

Bảng 21.Lương công nhân theo ngày (đồng)

Phụ cấp xăng xe + chuyên cần (đồng) Ăn ca (đồng)

Phụ cấp độc hại (đồng)

Giả sử một tháng mỗi công nhân làm đủ 20 ca, tổng tiền lương phải trả cho công nhân là: 3825000 × 20 = 76,5(triệu đồng)

Cơ cấu tổ chức quản lý sản cuất và gián tiếp sản xuất như sau:

- Quản đốc phân xưởng: 1 người

- Phó quản đốc phân xưởng: 1 người

- Kỹ sư công nghệ: 2 người

- Kỹ sư cơ khí: 1 người

- Nhân viên hành chính, kế toán: 2 người

- Cán bộ hoá nghiệm: 2 người

Trong một đội ngũ gồm 10 người, quản đốc và phó quản đốc sẽ thay phiên nhau làm việc mỗi ngày, mỗi người đảm nhận một ca Mỗi ca làm việc kéo dài 8 tiếng và cần có sự tham gia của 1 kỹ sư công nghệ, 1 kỹ sư cơ khí, 1 kỹ sư điện, cùng với nhân viên hành chính và cán bộ hóa nghiệm.

Bảng 22.Lương công nhân theo ca (đồng)

Tiền trách nhiệm (đồng) Ăn ca + phụ cấp (đồng)

Giả sử mỗi nhân viên làm đủ 24 công/tháng Tiền lương phải trả cho nhân viên trong một tháng là:

4966000 × 20 = 99,32 (triệu đồng) Tổng tiền lương phải trả trong 1 tháng là:

76,5 + 99,32 = 175,82 (triệu đồng) Bảo hiểm xã hội phải trả tính bằng 10,5% lương phải trả:

175,82 × 10,5% = 18,46 (triệu đồng) Tổng chi phí phải trả trong 1 năm (tiền lương và bảo hiểm):

Vậy tổng chi phí sẽ là:

Tính giá thành sản phẩm

G tb =tổng chi phí chủ yếu ×100

100−tỉ lệ%chi phí khác

Tỷ lệ phần trăm các chi phí khác bao gồm:

- Chi phí phân xưởng chiếm 5% giá thành sản phẩm.

- Chi phí quản lý sản xuất chiếm 4% giá thành sản phẩm.

- Chi phí ngoài sản xuất chiếm 3% giá thành sản phẩm.

 Tỷ lệ các chi phí khác là 12%

 Chi phí để tạo ra một đơn vị sản phẩm:

C sp = C hi phí toàn bộ

Thời gian thu hồi vốn

Với chi phí 48,65 triệu đồng/tấn sản phẩm, sự tính sẽ bán sản phẩm ra thị trường với giá 55 triệu đồng/tấn sản phẩm.

Trong đó:+ S: sản lượng hàng năm.

+ G s p : giá bán ra một đơn vị sản phẩm, G tp R triệu đồng/tấn.

+ C sp : chi phí để tạo ra một đơn vị sản phẩm, G sp = 48,65 (triệu đồng/tấn)

L = 500 × (52 – 48,65) = 1675 (triệu đồng/năm) Thuế thu nhập doanh nghiệp bằng 20% lợi nhuận hằng năm Vậy lợi nhuận sau thuế hàng năm là: 1675 × (100 – 20)% = 1340 (triệu đồng/năm)

- Thời gian thu hồi vốn:

Trong đó: + V: vốn đầu tư thiết bị, nhà xưởng, V = 3798,33 (triệu đồng)

+ A: khấu hao tài sản cố định hằng năm, A = 179,8 (triệu đồng)

 Đây là dự án tiền năng.

Vậy cần khoảng 2,5 năm để doanh nghiệp thu hồi vốn

AN TOÀN LAO ĐỘNG

An toàn lao động trong nhà máy

Tổ chức hành chính của nhà máy cần thành lập ban an toàn lao động để nghiên cứu và soạn thảo nội quy an toàn Nội quy này bao gồm các yêu cầu chung của ngành và những yêu cầu riêng của nhà máy Để đảm bảo an toàn trong sản xuất, cán bộ công nhân viên cần được đào tạo và nắm vững nội quy an toàn lao động của đơn vị.

Từng bộ phận cụ thể trong nhà máy có những yêu cầu riêng về an toàn lao động, an toàn khi vận hành máy móc thiết bị.

Ban an toàn lao động của nhà máy có trách nhiệm theo dõi và kiểm tra việc thực hiện nội quy an toàn lao động một cách thường xuyên Định kỳ, ban tổ chức lớp học an toàn lao động cho toàn bộ cán bộ công nhân viên, kèm theo hình thức khen thưởng kịp thời cho những cá nhân và bộ phận thực hiện tốt an toàn lao động Đồng thời, cần có hình thức kỷ luật thích đáng đối với những cá nhân và đơn vị vi phạm nội quy an toàn lao động, gây mất an toàn trong môi trường làm việc.

Nguyên nhân gây mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp

+ Thiết bị để hở do các công đoạn thao tác thủ công như lấy mẫu và kiểm tra sản phẩm.

+ Do việc che, bít các đầu thiết bị, các hệ thống truyền tải kém, gioăng các đầu nối bơm, ống nối thiết bị,

Mở cửa và nắp các đường ống để đo mức cột liệu có thể tạo ra lỗ hở, đồng thời thiết bị và đường ống cũng có nguy cơ bị ăn mòn bởi hóa chất, dẫn đến tình trạng rò rỉ.

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến thoát hơi và khí độc, cần lắp đặt thiết bị kín và tự động hóa công nghệ Việc làm việc trong điều kiện áp suất dương có thể được cải thiện bằng cách chuyển sang môi trường chân không.

Trong phân xưởng, việc bố trí thiết bị điện, đường ống, và bể chứa xen kẽ nhau có thể dẫn đến nguy cơ va chạm và nhầm lẫn, gây ra tai nạn lao động Do đó, các thiết bị cần tuân thủ quy định ngành và được gắn biển báo ở những vị trí quan trọng, đồng thời đảm bảo khoảng cách giữa các thiết bị theo tiêu chuẩn.

Trong các phân xưởng có hóa chất dễ bay hơi, dễ ăn mòn và gây bỏng, nguy cơ tai nạn, ngộ độc và bệnh nghề nghiệp cho người lao động là rất cao.

Thiết bị phản ứng có gia nhiệt trong quá trình sản xuất làm tăng nhiệt độ trong phân xưởng, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc Do đó, cần áp dụng các biện pháp khắc phục và phòng chống tác hại của hóa chất để cải thiện môi trường làm việc.

Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động

6.3.1.Đặc điểm của nguyên liệu trong phân xưởng:

Ethylene glycol là một chất lỏng dễ bay hơi ở nhiệt độ thường và dễ cháy, vì vậy cần bảo quản ở nơi thoáng mát, tránh tiếp xúc với nhiệt độ cao và đậy nắp kín để ngăn chặn sự bay hơi Mức độ an toàn của ethylene glycol đối với con người và môi trường là nghiêm trọng, có thể gây ngộ độc hoặc tử vong tùy thuộc vào nồng độ nếu bị uống vào; ngoài ra, chất này sẽ phân hủy trong không khí trong khoảng 10 ngày.

Propylene glycol có độ bay hơi thấp và được xem là an toàn, tuy nhiên, nó vẫn có thể gây hại cho sức khỏe Nếu tiếp xúc với hóa chất này, cần rửa sạch bằng nước nhiều lần để tránh kích ứng da.

Anhydride maleic là một tinh thể màu trắng với mùi hăng đặc trưng Để bảo quản anhydride maleic, cần giữ ở nơi khô ráo và thoáng mát, đồng thời tránh tiếp xúc với axit và các hóa chất oxi hóa.

Anhydride phthalic là một chất rắn màu trắng, có khả năng gây kích ứng cho da và mắt, đồng thời dễ cháy và có thể gây ô nhiễm không khí Do đó, cần bảo quản anhydride phthalic ở nơi thoáng mát trong các thùng chuyên dụng và tránh tiếp xúc với nhiệt.

6.3.2 Các phương pháp đảm bảo điều kiện môi trường làm việc

Để tối ưu hóa thông gió trong nhà máy, cần đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ giữa sản phân xưởng và môi trường không vượt quá 3 – 5°C Tại các khu vực sinh nhiệt, như gia nhiệt, nên lắp đặt quạt gió để cải thiện sự phân tán nhiệt Ngoài ra, các bộ phận sinh nhiệt cần được cách nhiệt và đặt ở cuối hướng gió để tăng cường hiệu quả thông gió.

Tận dụng ánh sáng tự nhiên từ cửa sổ và cửa mái không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng điện mà còn mang lại cảm giác dễ chịu cho công nhân Mặc dù vậy, để đảm bảo đủ ánh sáng cho quá trình vận hành và làm việc, việc sử dụng đèn chiếu sáng vẫn là cần thiết.

An toàn về điện là yếu tố quan trọng, với các đường dây dẫn điện được cách điện an toàn và bố trí dọc tường hoặc đi ngầm dưới mặt đất Tất cả các mô-tơ điện và hộp điện cần được che chắn cẩn thận và ghi chú rõ ràng, đồng thời phải có dây trung tính nổi đất Ngoài ra, việc trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân và biện pháp cấp cứu cho người bị nạn là cần thiết để đảm bảo an toàn tối đa.

Để đảm bảo an toàn về hơi và thiết bị trao đổi nhiệt, các thiết bị gia nhiệt cần được trang bị vỏ bảo vệ chắc chắn và duy trì khoảng cách an toàn trong quá trình hoạt động Việc kiểm tra thiết bị trước khi sử dụng và định kỳ kiểm tra mức độ an toàn là rất quan trọng Đường ống dẫn hơi nên được lắp đặt ở độ cao từ 3 đến 4,5m, sát tường hoặc dọc theo cột, đồng thời cần có lớp bảo ôn đồng nhất để dễ dàng phân biệt và sử dụng đúng theo quy định của nhà máy.

Phòng chống cháy nổ là rất quan trọng trong các nhà máy, nơi nguy cơ xảy ra cháy nổ cao do chập mạch điện, nhiên liệu dễ bắt lửa, và các thiết bị hư hỏng Để giảm thiểu rủi ro, cần thiết lập khoảng cách hợp lý giữa các khu vực sản xuất để ngăn chặn sự lây lan của lửa, đồng thời đặt các bộ phận dễ gây cháy nổ ở cuối hướng gió Tất cả thiết bị điện phải được trang bị vỏ an toàn, và cần bố trí bình cứu hỏa cùng khu vực cứu hỏa gần các lối giao thông để thuận tiện cho công tác cứu hỏa Ngoài ra, thiết kế lối đi lại và cầu thang trong nhà máy cần đảm bảo rộng rãi và chịu lực tốt để tạo điều kiện dễ dàng di chuyển.

An toàn lao động trong phòng thí nghiệm là rất quan trọng, yêu cầu cán bộ công nhân viên phải tuân thủ nghiêm ngặt nội quy và quy định Các hóa chất cần được sử dụng đúng nơi quy định, sắp xếp gọn gàng để tránh đổ vỡ dụng cụ thí nghiệm và rơi hóa chất Ngoài ra, các chai lọ đựng hóa chất phải luôn được đậy nắp và ghi nhãn rõ ràng để đảm bảo an toàn.

Tiêu đề	Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polyester không no, công suất 500 tấn/năm
Tác giả	Nguyễn Đức Anh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Châu Giang
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật hóa học
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	2,28 MB