Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC công suất 40.000 tấn/năm

Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC công suất 40.000 tấn/năm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ tận tình giúp đỡ hướng dẫn em để đến em hoàn thành đồ án Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo mơn Hữu - Hố dầu nhiệt tình giúp đỡ em thời gian làm đồ án 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC MỞ ĐẦU Trong thập niên 1930 ÷ 1940 bắt đầu phát triển nhiều loại nhựa dẻo quan trọng có nhựa polyvinyl clorua (PVC) Sau Chiến tranh giới thứ hai polyme tổng hợp làm cách mạng lĩnh vực vật liệu Những polyme có giá thành tương đối rẻ, tính chất điều chỉnh giới hạn rộng nhiều mục đích sử dụng ưu việt loại vật liệu cổ truyền PVC polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản ứng trùng hợp Số mắt xích phân tử PVC khoảng 700 ÷ 1500 monome Các monome liên kết tạo thành mạch Những mạch mềm dẻo Ngày nay, PVC sử dụng rộng rãi có nhiều cơng dụng PVC sử dụng làm màng, chất dẻo, chất dẻo đúc áp lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC có số điểm hạn chế bền nhiệt, sử dụng tốt phạm vi nhiệt độ khoảng 60÷700C, khả hồ tan dung mơi kém, gia cơng có khí HCl gây ăn mịn thiết bị ô nhiễm môi trường Trước cầu PVC giới Việt Nam tăng mạnh việc nghiên cứu để có ứng dụng cơng nghệ ngành sản xuất PVC có ý nghĩa quan trọng Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC cơng suất 40.000 tấn/năm góp phần cho em hiểu rõ ngành sản xuất Đồ án đưa khái niệm polyme nói chung PVC nói riêng Giới thiệu số q trình sản xuất khác lựa chọn trình sản xuất phù hợp với điều kiện Việt Nam đồng thời đưa số thông tin cập nhật số tiến công nghệ lĩnh vực sản xuất 22 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I/ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN NHỰA PVC Nền công nghiệp chất dẻo sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân kể lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dương đồ dùng sinh hoạt hàng ngày Trong loại chất dẻo PVC thuộc loại phổ biến sử dụng nhiều Tổng sản lượng PVC đứng đầu loại chất dẻo, nhựa PVC có nhiều tính chất ưu việt đáp ứng dược yêu cầu ngày cao khoa học kỹ thuật đời sống Nguồn nguyên liệu để sản xuất chất dẻo tương đối dồi dầu mỏ, than đá khí thiên nhiên… Mặt khác chất dẻo cịn gia cơng dễ dàng nhanh chóng so với kim loại, dẫn đến máy móc thiết bị đơn giản tiết kiệm PVC hợp chất cao phân tử sản xuất phương pháp trùng hợp vinylclorua (VC) Năm 1835 lần Reguanlt điều chế PVC phương pháp xử lý diclo etylen với dung dịch kali hydroxit Năm 1872 Baun lần trùng hợp VC phương pháp ống nghiệm kín tác dụng ánh sáng Thí nghiệm tiếp tục Ostremislenky nghiên cứu công bố đầy đủ vào năm 1912 Tuy nhiên polyme chưa đưa vào sản xuất cơng nghiệp, khó gia cơng thành sản phẩm W.L Semon phát đun nóng PVC với trily photphat 150 0C thu khối đồng chất giống cao su nhiệt độ thường sau gọi PVC hố dẻo Lúc PVC trở thành chất dẻo quan tâm hàng đầu lĩnh vực công nghiệp Vào năm trước sau chiến tranh giới thứ II, PVC hoá dẻo sử dụng rộng rãi vào năm thập kỷ 60, PVC cứng 33 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (PVC không trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu nghiên cứu sử dụng Đức, Anh, Mỹ vào năm PVC nghiên cứu chủ yếu cấu trúc phân tử mà cấu trúc ngoại vi phân tử tạo q trình trùng hợp kích thước hạt, hình dạng, độ xốp, phân bố kích thước… Do yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính gia cơng chế tạo polyme Đầu năm 1970 PVC sản xuất với lượng lớn nhiều nước thời điểm PVC cạnh tranh với polyme etylen (PE) để giành vị trí hàng đầu vật liệu chất dẻo giới Từ năm 1986 mức tiêu thụ PVC giới tăng hàng năm 4% đặc biệt khu vực Đông Nam Á mức tăng 7% tiếp tục phát triển thời gian tới [1] Bảng 1: Số liệu mức tăng trưởng sản lượng PVC toàn giới (Tổng sản lượng giới , đv: Triệu tấn) Năm Triệu 1965 3,0 1970 6,0 1975 8,1 1980 12,0 1985 15 1990 20,7 1995 23,5 1997 > 25 Sở dĩ PVC có mức tăng trưởng lớn có nhiều ưu điểm như: ổn định hố học, dễ gia công, tạo nhiều sản phẩm thông dụng nguồn nguyên liệu tương đối dồi Tuy nhiên bên cạnh tính ưu việt, PVC cịn có nhược điểm như: chịu nhiệt (< 80 0C), độ hoà tan dung mơi gia cơng có khí HCl thoát Mức tiêu thụ phân phối nhựa PVC theo khu vực địa lý không giống nhau, để minh hoạ điều ta có bảng thống kê sau: Bảng 2: Phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997) Khu vực Bắc Mỹ Nhật Bản Châu Âu Nam Mỹ Các nơi khác % 33 18 32,6 2,2 14,2 44 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trên giới 2/3 sản lượng PVC dùng dạng sản phẩm cứng (khơng có chất hố dẻo) như: ống dẫn nước, lợp, bàn ghế, khung cửa sổ… cịn lại PVC hố dẻo gia cơng thành sản phẩm mềm như: màng mỏng, bao bì, giầy dép, vải giả da, vỏ bọc, dây cáp điện… phân phối theo lĩnh vực sử dụng trình bày bảng sau Bảng 3: Phân phối PVC theo lĩnh vực sử dụng Lĩnh vực Xây dựng Nội thất Điện Bao bì Giải trí Giao thơng May mặc Các lĩnh vực khác % 50,1 10,.4 7,3 6,7 5,9 5,3 4,7 9,6 Để tổng hợp PVC nguyên liệu chủ yếu từ dầu mỏ sản phẩm PVC chịu tác động biến đổi thị trường dầu mỏ Bảng 4: Giá PVC thị trường giới Năm PVC bột (USD/ tấn) 1995 1200 1997 750 1999 530 II/ SỰ PHÁT TRIỂN CƠNG NGHIỆP PVC Ở VIỆT NAM Nền cơng nghiệp hố chất đóng vai trị tiên phong cơng đổi phát triển, lĩnh vực cơng nghiệp hố chất gắn liền với phát triển đất nước Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì sản xuất PVC, với suất 150 tấn/năm Tuy nhiên, không kinh tế sản lượng nhỏ nên trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt bước vào chiến tranh phá hoại Mỹ Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát 55 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm Để minh hoạ điều ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo thập kỷ 90 Bảng 5: Chỉ số tiêu thụ chất dẻo Việt Nam Năm Lượng tiêu thụ kg/ đầu người 1990 0,5 1996 5,7 Nguyên liệu dùng qúa trình gia cơng phải nhập khẩu, PVC nhập hai dạng: PVC bột (PVC resin) PVC hạt (PVC compund) có chứa sẵn chất hố dẻo, chất ổn định, chất màu…cơ cấu nguyên liệu trình bày bảng sau Bảng 6: Cơ cấu nguyên liệu Việt Nam Dạng sản phẩm PVC bột PVC hạt Các bán sản phẩm PVC Chất hoá dẻo DOP Tấn 31000 68000 35000 10000 Lượng PVC nhập vào năm vào khoảng 72000 theo kế hoạch dự kiến Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC chất hố dẻo thời gian tới mơ tả bảng sau Bảng 7: Nhu cầu nguyên liệu dự kiến Việt Nam Năm PVC (tấn) DOP (tấn) 2000 100000 28000 1005 200000 28000 2010 400000 67000 Nhu cầu PVC ngày nhiều, phải tính đến xây dựng ngành sản xuất PVC để tiết kiệm chi phí để đáp ứng nhu cầu thị trường Cho đến có dự án sản xuất PVC, chiếm số dự án sản xuất nguyên liệu 30 dự án ngành nhựa - Công ty Mitsui- Vina TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90 triệu USD, nguyên liệu VCM nhập trùng hợp thành PVC, công suất 80000 tân/năm 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC - Công ty Elfatoche Việt Nam Đồng Nai, vốn đầu tư 3,55 triệu USD công suất 30000 tấn/năm - Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem thành phố Hồ Chí Minh có vốn đầu tư 2,99 triệu USD Hai nhà máy có sản phẩm PVC hạt hoạt động, sản phẩm hai nhà máy đủ cung cấp cho thị trường - Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD từ nguyên liệu VCM trùng hợp thành PVC - Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm từ nguyên liệu ngoại nhập - Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm [8] Tuy nhiên, giá sản phẩm PVC nước cao nhiều so với giá mặt chung giới Do đó, sở sản xuất sản phẩm PVC nước phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất Nguyên nhân tình trạng hụt giá đồng tiền nước cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam Hơn nữa, nhà máy vào hoạt động, giá thành sản phẩm mang giá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành cao mức bình thường Do dự án trở thành thực thời gian tới giá thành sản phẩm sản lượng PVC nước đáp ứng đủ cho thị trường nước giá thành hạ xuống dẫn đến khơng cịn phải nhập nguyện liệu nhựa PVC Khi nhà máy lọc dầu Dung Quất (Quảng Ngãi) Nghi Sơn (Thanh Hoá) vào hoạt động hội thuận lợi cho phát triển công nghiệp chất dẻo nói chung PVC nói riêng Bước ngành PVC rõ ràng, cụ thể có quyền hy vọng vào tương lai tốt đẹp 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA PVC I CẤU TRÚC CỦA PVC Cơng thức cấu tạo dạng tổng quát nhựa PVC: C H C C H Cl H H C H Cl n H Nó ln tồn hai dạng cấu tạo đầu nối đuôi đầu nối đầu C H C C H Cl H C H H H Cl C H H C 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC H Cl * Đầu nối đuôi: C H C C H H H C H Cl H Cl C H Cl C H H * Đầu nối đầu: Qua nghiên cứu tính chất hố học PVC qua khảo sát quang học thấy cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi, vào năm 1939 Marrel, Sample Raj làm thí nghiệm tách loại Clo PVC cách đun nóng dung dịch PVC dioxan với bột kẽm khẳng định xác định cấu tạo Zn 99 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC CH CH CH2 Cl CH CH CH2 CH + ZnCl2 CH2 Cl CH CH2 CH + ZnCl2 Nhóm Cycloprơpan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo nối kết hợp đầu nối Do PVC có Clo nên cấu trúc điều hoà Polyme thu hỗn hợp ba loại CH Cl CH2 CH2 CH Cl CH2 CH Cl - Syndiotactic: CH 1010 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Q = Qtd: lượng nhiệt trao đổi (KJ/m3h) m: hệ số phản ứng m = ri: vận tốc phản ứng (Kmol/m3h) ∆HR: nhiệt toả phản ứng ∆HR = -43,125.103 (KJ/Kmol) Ta có giai đoạn dU vc = 0,18.h −1 dt r= dC vc Vvc dU vc = C vc dt Vvc dt Trong đó: C : nồng độ ban đầu cấu tử VC vc n0 m vc C = vc = V m vc V vc n : số mol phân tử VC ban đầu vc mvc: khối lượng VC đưa vào mvc = 46550 (kg) V = Vr: thể tích hỗn hợp phản ứng V = 117,20 m3 ⇒ C0 = vc 46550 = 6,32 62,5.117,20 (Kmol/m3h) Vvc: hệ số tỉ lượng phân tử VC Vvc = ⇒ r=− dC vc dU vc = C0 = vc dt dt 6,32 0,18 = 1,138 (K mol) m Vậy Q GD1 = ∑ ( −∆H R ) rvc j =1 = 1,138 43,125.103 = 49.103 (KJ/m3h) 9090 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giai đoạn Khi 0,72 ≤ U ≤ 0,9 Ta có lượng nhiệt trao đổi giai đoạn QTĐ2 = Kdm Cvc (-∆HR) = Kdm Cvc ( − U ) ( −∆Η ) 0,9 vc R Trong đó: Cvc: nồng độ cấu tử VC thời điểm độ chuyển hoá Uvc = 0,72 Cvc = ( C − U 0,72 vc vc ) C : nồng độ cấu tử VC thời điểm ban đầu vc C = 6,32 (Kmol/m3) vc ⇒ Cvc = ( C − U 0,72 vc vc = 6,32 ) ( − 0,72 ) = 1,771 (Kmol/m3) Kdm = 6,6.10-4 (phút-1) QGĐ2 = 6,6 10-4 1,771 (1 - 0,9) (43,125.103) = 5,040 (KJ/m3 phút) = 302,4 (KJ/m3h) Vậy lượng nhiệt trao đổi ứng với tồn thể tích - Giai đoạn 1: QTĐ = QGĐ1 Vr = 49,1.103 117,20 = 5,754.106 (KJ/h) - Giai đoạn 2: QTĐ = QGĐ2 Vr = 302,4 117,20 = 35,446.103 (KJ/h) III TÍNH LƯU LƯỢNG NƯỚC LÀM MÁT Giai đoạn Chọn nhiệt độ nước để làm mát tv = 200C Nhiệt độ nước lấy sau làm mát tr = 300C 9191 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Theo phương tình cân bàng nhiệt lượng lượng nhiệt lấy nhiệt lượng trao đổi: QL = QTĐ1 QL = ρL VL ,C PL ∆t L Trong đó: VL: lưu lượng nước làm mát ∆tL = tr - tv = 30 - 20 = 100C t tb = t v + t r 20 + 30 = = 250 C 2 Ứng với nhiệt độ tra bảng (I.5) [6] ta có khối lượng riêng nước là: ρL = 997, 08 (kg/m3) theo bảng (I.197) [6] ta có nhiệt dung riêng CPL = 4,18 (Kj/Kg độ) Ta có QL = QTĐ1 nên ⇒ QTĐ1 = ρN VL CPL ∆t Q T§ 5,754.106 = = 138,05 ρN C PL ∆t 997,08.4,18.10 ⇒ VL = (m3/h) Vậy lượng nước làm mát giai đoạn VL = 138,05 (m3/h) Giai đoạn Chọn nhiệt độ nước để làm mát tv = 390C Nhiệt độ nước lấy sau làm mát tr = 39,50C Ta có phương tình cân nhiệt lượng: QL = QTĐ2 ⇒ QTĐ2 = ρL VL ,C PL ∆t L Q T§2 ⇒ VL = ρN C PL ∆t 9292 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ∆tL == tr - tv = 39,5 - 39 = 0,50C t tb = t v + t r 39 + 39,5 = = 39,050 C 2 Nhiệt độ tra bảng (I.5) (I.147) [6] ta có: ρL = 992,5 (kg/m3) CPL = 4,18 (Kj/Kg độ) Q T§ 35,446.103 = = 17,08 ρL C PL ∆t 992,5.4,18.0,5 ⇒ VR = (m3/h) Vậy lượng nước làm mát giai đoạn VL = 17,08 (m3/h) 9393 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ I.TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH Chọn thiết bị Có nhiều thiết bị dùng dây chuyền sản xuất hợp chất hữu Thiết bị trùng hợp VC thường chọn thiết bị dạng thùng dùng để thực phản ứng pha lỏng có cánh khuấy để tăng cường khuếch tán trộn lẫn, tiếp xúc pha, tăng khả truyền nhiệt Ta chọn thiết bị loại vỏ để trùng hợp VC trùng hợp sản phẩm PVC bám lên thành thiết bị nên sử dụng thiết bị việc lấy, cấp nhiệt thuận lợi a Xác định kích thước hình học - Thể tích vùng phản ứng VR = Vvc + VH2O Trong đó: VVC: thể tích VC (m3) VH2O : thể tích nước (m3) VR: thể tích PVC (m3) ⇒ VR = VVC + m H2 ) Ta có tỷ lệ: m vc VH2O = 1,5 ⇒ = m vc m H2O + ρvc ρH2O m H2 O = 1,5mvc Giả thiết khối lượng chất khởi đầu, chất nhũ hoá nhỏ so với khối lượng vinylclorua mvc = 46,51 (tấn) ⇒ m H 2O = 1,5 mvc = 69,76 (tấn) Thể tích VC thiết bị 9494 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vvc = m vc 46,51.1000 = = 47,94 ρ vc 970 (m3) nhiệt độ phản ứng tra bảng [4] ta khối lượng riêng nước ρH2O = 998,25 (kg/m3) ⇒ Thể tích nước thiết bị VH2O = m H2 O ρH2O = 69,76.1000 = 69,88 m3 998,25 ( ) Vậy thể tích chứa thiết bị chưa kể đến chất khởi đầu, chất nhũ hoá VR = Vvc + H H 2O = 47,94 + 69,88 = 117,80 (m3) Dùng nồi có hệ số điền đầy n = 0,8 thể tích nồi cần thiết Vr = 117,80 0,8 = 147,2 (m3) - Thể tích nồi gồm phần Vtb = Vn + Vđ + Vth Trong Vn: thể tích nắp Vđ: thể tích đáy Vth: thể tích hình trụ Đáy nắp ta tính hai elíp xem thể tích chúng Vtb = Vth + Vđ Dt + Thân nồi hình trụ nên Vth = πR h (Với R bán kính, R = ) suy Vth = πh D2 t 9595 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP h'   πh'2  R +  3  Thể tích đáy Vđ = Dt h'  D ⇒ Vd = πh'2  t +  3  Thay R = d Dt ≤ 30 Với thiết bị thẳng đứng D t ta chọn h = 2Dt, h’ = nên ta có: D2  Dt Dt  D3  1  t t π  +  = π 16  + 12    Vđ = 16  12  Do D2 D3 t π.2 + 2π t 0,58 16 Vtb = Vth + Vđ = = 1,8 D t ⇒ Dt = 147,2 = 4,34 ( m ) 1,8 Quy chuẩn Dt = 4,4 (m) Thể tích nồi theo quy chuẩn Vtb = 1,8 (4,4)3 = 153 (m3) Với Dt = 4,4 ta có diện tích mặt cắt ngang phần hình trụ πD 3,14 ( 4,4 ) t = = = 15,2 ( m ) 4 S trô Chiều cao phần hỗn hợp phản ứng thiết bị Hhh = VR 117,80 = = 7,75 ( m ) S trô 15,2 - Chiều cao phần thân thiết bị h = 2Dt = 4,4 = 8,8 (m) - Chọn nắp thiết bị hình elip, chọn bán trục dài a= D t 4400 = = 2200 ( mm ) 2 bán trục ngắn h' = 0,25 4400 = 1100 (mm) 9696 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ⇒ Phần thể tích đáy nắp thiết bị 2 2  ÷πa h' = 3,14 ( 2,2 ) 1,1 Vđ = Vn =   = 11,15 (m3) Vậy chiều cao thiết bị: H= h + 2h' = 8,8+ 1,1 = 11 (m) a Số liệu: Dt = 4400mm H = 11mm h' = 1100mm a = 2200mm Vđ = 11,15 (m3) Vtb = 153 (m3) Tính chiều dày thiết bị Chọn vật liệu làm thiết bị: OX21H6M2T Nhiệt độ phản ứng t = 400C, áp suất p = at Nhiệt độ nước gia nhiệt tn = 1320C, áp suất p = 2,5at Chiều dày thân thiết bị xác định theo công thức (XIII.9) [7] 9797 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP S= Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC D t P +C [ σ] ϕ − P Trong đó: Dt: đường kính nồi ϕ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc C: đại lượng bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai âm chiều dày C = C1 + C2 + C3 C1: bổ sung ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu C1 = 1mm C2: bổ sung bào mòn C2 = C3: đại lượng bổ sung dung sai âm chiều dày P: áp suất thiết bị P = 8at = 8.105N/m2 [σ] : ứng suất cho phép theo giới hạn bền - Thiết bị sử dụng loại thép không gỉ OX21H6M2T Nên ứng suất cho phép giới hạn chảy thép không gỉ xác định theo công thức δ [ σk ] = nk η ( N / m2 ) k δ [ σc ] = nc η ( N / m ) c Tra bảng [XII.4] (7) ta có: σ k = 600.10 (N/m2) σc = 300.106 (N/m2) nK = 2,6 nc = 1,5 η =1 Ứng suất cho phép kéo [ σk ] 600.10 = 2,6 = 230,77.106 (N/m2) Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy 9898 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP [ σk ] 6300.10 = 1,5 = 200.106 (N/m2) Ta chọn ứng suất cho phép theo giới hạn chảy để tính tốn [ σ] = [ σc ] = 200.106 (N/m2) Tra bảng (XI) [7] ta có ϕk = 0,95 [ σc ] ϕ Vì P h 200106 = 0,95 = 190 ≥ 50 1.10 Do ta bỏ qua đại lượng P mẫu số ⇒ S= D t P +C [ σ] ϕ 4,4.8.105 + 0,01 + C 2.200.106.0,95 = = 0,0102 + C3 Ta chọn C3 = 0,0002 (m) Khi đó: S = 0,0102 + 0,0002 = 0,0104 Quy chuẩn S = 0,010 (m) = 10 (mm) - Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thuỷ lực P0 = Pth + Pt Trong đó: Pth: áp suất thuỷ lực Pth = 1,5 P = 1,5 105 = 12 105 (N/m2) Pt: áp suất thuỷ tĩnh nước, xác định theo công thức Pt = ρ.g.H ρH2O = 1000 kg/m3 g = 9,81 H = (m) 9999 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Pt = 1000 9,81 = 29430 N/m3 P0 = 12 105 + 0,29 105 = 12,29 105 N/m3 Ta có cơng thức kiểm tra ứng suất thành  D t + ( S − C )  P0  δ=  ( S − C ) ϕh =  4,4 + ( 10 − 0,2 )  12,29.105   = 0,93.10 N / m 2 ( 10 − 0,2 ) 0,95 ( ) So sánh δc 300.106 δ = 0,93.10 < = = 250.106 1,2 1,2 Ta thấy thiết bị thoả mãn điều kiện kiểm tra đảm bảo cho thiết kế Vậy thân thiết bị có chiều dày S = 10 (mm) Tính chiều dầy đáy nắp thiết bị Ta có hb ≥ S = 20 (mm) ⇒ chọn hb = 50 (mm) Chiều dày St đáy thoả mãn điều kiện bền sau: S® = D t P D t +C 3,8.[ σ] K.ϕk − P 2h b (XIII 47) [7] Trong đó: Dt: đường kính thiết bị, Dt = 4,4 (m) K: hệ số không thứ nguyên 1− K= d 200 =1− = 0,95 Dt 4400 ϕk : hệ số mối hàn hướng tâm lấy ϕk = P: áp suất làm việc thiết bị P = 8.105 (N/m2) 100100 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ⇒ S® = = D t P D t +C 3,8.[ σ ] K.ϕ k − P 2h b 4,4.8105 4,4 + 0,0002 3,8.200.106.0,95.1 − 8.10 2.0,05 = 0,021 (m) ⇒ Chọn Sđ = 20 (mm) II CHỌN CƠ CẤU KHUẤY Quá trình khuấy trộn học chất lỏng thực nhờ cấu khuấy Trong cơng nghiệp có nhiều dạng cánh khuấy thường gặp dạng cánh khuấy cánh khuấy mái chèo, cánh khuấy kiểu chong chóng, tua bin kín, tua bin Hầu hết chất keo sử dụng để làm tăng cường ổn định cho giọt VC có hiệu Các chất làm cho VC khó kết hợp với Do khối lượng riêng PVC khác khối lượng riêng VC nên giọt VC ổn định Khuấy trộn dễ điều khiển kết hợp tạo PVC, tăng cường truyền nhiệt Trong sản xuất PVC người ta thường dùng cánh khuấy kiểu mái chèo, nghiêng 45 - 900 Tính chọn kích thước cánh khuấy - Sơ đồ cấu tạo cánh khuấy - Đường kính cánh khuấy thường khoảng dk = (0,5 → 0,7) D 101101 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chọn dk = 0,5 4,4 = 2,2 (m) = 2200 (mm) - Chiều cao cánh khuấy b = (0,08 → 0,12) dk chọn b = 176 → 264 (mm) - Chọn số tầng cánh khuấy: tầng - Số cánh tầng khuấy: cánh - Khoảng cách từ cấu khuấy đến đáy thùng h = (0,1 → 0,3) Dk = 440 mm → 1320 mm Khoảng cách cấu khuấy: 2000mm Tính số vịng quay cánh khuấy Theo bảng (IV - 6) ta có số vịng quay thích hợp cấu khấy là: n = 0,58 (v/s) Tính cơng suất cấu khuấy N = N + N2 Ta có hệ số cơng suất khuấy S = η.n d k Trong đó: η: độ nhớt hệ huyền phù η = ηhp = η0 (1 + 4,5x) x: phần thể tích pha rắn huyền phù 44140 = 1,13 x = 1450.26,82 η0: độ nhớt của môi trường (pha liên tục) η0 = ηH O = 0,4688.10-3 (Ns/m2) ⇒ ηhp = η0 (1 + 4,5x) = 0,4688.10-3 (1 + 4,5 1,13) = 2,85.10-3 (Ns/m3) ⇒ S = η n2 d3k = 2,85.10-3 0,582 2,2 = 2,1.10-3 Q: hệ số không thứ nguyên 102102 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Q = 2,1 10 Re 0,88 hp -2 Re 0,88 hp : chuẩn số reynold hệ huyền phù R ehp = ρhp n.d2 k ηhp theo công thức (1-2) [6] xp xL = + ρhp ρp ρL xP: nồng độ khối lượng VC xL: nồng độ khối lượng H2O Ta tính xp = 1/3 xL = 2/3 ρp: khối lượng riêng pha rắn ρp = ρpvc = 1450 (kg/m3) ρl: khối lượng riêng nước ρl = ρH2O = 983,24 (kg/m3) xp xl 1 = + = + = ρH2O ρp ρl 1450 983,24 1101,04 ⇒ ρhp = 1101,42 (kg/m3) ⇒ Re hp = ρhp nd2 k ηhp ⇒ Q = 2,1.10 -2 1101,42.0,58.2,2 = = 1,09.10 −3 2,83.10 Re0,88 hp = 2,1 0,26 D  Q  t ÷ ⇒ N1 = 0,736 S  d k  ( 10 −2 1,09.10 ) 0,88 = 4,3.10 0,26  4,4  = 0,736.2,1.10 4,3.10  ÷  2,2  −3 = 7,96 (KW) ⇒ N2 = 0,7N1 = 0,7 7,96 = 5,6 (KW) N = N1 + N2 = 7,96 + 5,6 = 13,56 (KW) 103103 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công suất cấu khuấy Đề trì hệ huyền phù cơng suất khuấy động phải lớn cơng suất trì hệ huyền phù N = 13,56 (KW) Theo công thức: N dc = ( + ∑q) N k + Nd η ( KW ) Trong đó: ∑q: tổng hệ số tăng cơng suất thiết bị có đặt cánh tăng khuấy nên ta có ∑q = (10 → 15)% Chọn ∑q = 10% η: hệ số truyền động Nđ: công suất tiêu hao dolớp đệm Chưa xét đến công suất tiêu hao lớp đệm ta có cơng suất động Nđc = (1 +∑q) Nic = (1 + 0,1) 13,56 = 14,92 (KW) II TÍNH CHỌN MÁY LY TÂM Giới thiệu Các máy dùng để tách hỗn hợp lỏng không đồng tác dụng trường lực ly tâm, gọi máy ly tâm Trong công nghiệp hoá chất máy ly tâm dùng với mục đích sau: + Tách huyền phù thành pha lỏng pha rắn + Tách nhũ tương hệ thống chất lỏng không tan vào + Tách pha lỏng khỏi vật liệu rời Một số chuẩn số để đánh giá hiệu làm việc máy ly tâm yếu tố phân ly Nó tỷ số gia tốc lực ly tâm với gia tốc trọng lực ( ω R ) = ( n R ) = Φp g 900 Trong đó: 104104 ... xưởng sản xuất PVC tăng mà giảm theo áp suất Điều giải thích trọng lượng phân tử tăng áp suất cao [2] 4141 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC I/... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC 1/ Sản xuất VC từ điclo etan Công nghệ q trình sản xuất VC sử dụng hai phương pháp: + Kiềm hoá dehydro hoá pha loảng + Nhiệt phân pha Phản ứng... triệu USD sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm từ nguyên liệu ngoại nhập - Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm [8] Tuy nhiên, giá sản phẩm PVC nước