Thiết kế phân xưởng sản xuất Viny Clorua đi từ axetylen và HCl, năng suất 40.000 tấn/năm

đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Mở đầu Trong năm qua, vật liệu polime đợc ứng dụng rộng rãi ngày thiếu đợc đời sống vật chất ngời Do ngành công nghiệp vật liệu polime đợc phát triển Một nguồn nguyên liệu vinyclorua (gọi tắt VC) Có công thức hoá học CH2=CHCl Lần VC đợc Regnault điều chế vào năm 1835 Đến năm 1911, Klatt Rolle nghiên cứu thành công phản ứng axetylen axit clohyđrit Hai năm sau Gresheim-Eleckhon thành công việc dùng HgCl làm xúc tác cho phản ứng Để cho nghành công nghiệp vật liệu polime tồn phát triển cần phải nghiên cứu sản xuất nguồn nguyên liệu cung cấp cho quan trọng, việc điều chế VC tạo bớc chuyển lớn nghành công nghiệp hoá chất Vào năm 1930 sản phẩm Polivinylclorua (PVC) lần đợc đời Theo thống kê cho biết mức tiêu thụ hàng năm VC giới vào năm 1954 12ữ15 triệu tấn, năm 1986 tiêu thụ 19,5 triệu VC đợc sản xuất với số lợng lớn giới, theo số liệu cho biết Nhật năm 1960 sản xuất 258000 PVC, năm 1965 tăng lên 450000 năm 1970 600000 PVC VC đợc ứng dụng công nghiệp chủ yếu đợc dùng làm monome trình polyme hoá để tổng hợp thành polivinylclorua, khoảng 95% tổng lợng VC dùng để tổng hợp PVC polime khác PVC chất dẻo có nhiều tính chất mà ta mong muốn nh độ ổn định hoá học cao, bị ăn mòn( bị phá huỷ axit mạnh nh H2SO4, HCl) có khả co giãn độ bền tơng đối lớn, cách điện tốt, không thấm nớc, không bị phá huỷ tiếp xúc với nớc có số tính u việt khác, có tính chất tốt nh vậy, PVC đợc dùng để sản Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội xuất loại ống dẫn chất hoá học, làm vật liệu lót bên thiết bị hoá học làm việc nhiệt độ thấp, để thay thép không gỉ hợp kim đắt tiền Với tính quan trọng VC công nghiệp nh việc tìm hiểu nghiên cứu qúa trình sản xuất VC công nghiệp điều cần thiết, đặc biệt tới Việt Nam có hai nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn (Thanh Hoá) Dung Quất(Quãng Ngãi) hoạt động cho ta nguồn nguyên liệu cho trình tổng hợp VC Và VC có giá thành hạ kéo theo giảm chi phí sản xuất cho nhiều ngành công nghiệp khác Trên giới nay, công nghệ sản xuất VC từ HCl C2H2 đợc áp dụng công nghệ đơn giản, lợi ích từ việc giảm giá thành sử dụng nhng trớc yêu cầu sử dụng nhiều nguyên liệu thô hydrocacbon đắt tiền Giải thích cho vấn đề chúng đợc thay công nghệ sử dụng etylen chúng đợc sử dụng trở lại giá dầu thô tăng, etylen đợc lấy từ mỏ khí etan chủ yếu có lợi mặt kinh tế Đồng thời bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu axetylen nớc ta phong phú có trữ lợng tự nhiên lớn, núi đá vôi nhiều Với điều kiện thuận lợi nh hạn chế đợc nguồn nguyên liệu VC ngoại nhập nhng đáp ứng đợc đầy đủ nhu cầu ngành công nghiệp nớc, công nghệ sản xuất VC từ C2H2 HCl cần phải đợc phát triển mạnh Phần 1: Tổng quan Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội A.Tính chất nguyên liệu I Tính chất axetylen điều kiện thờng axetylen chất khí không màu, không độc dạng tinh khiết có mùi ete yếu có tác động gây mê, axetylen nguyên chất có vị Một số tính chất Axetylen Trọng lợng riêng (0oC, P=760mmHg): d=1,17kg/m3 Trọng lợng phân tử Nhiệt dung riêng phân tử Cp = 0,402kJ/kg Nhiệt độ ngng tụ -83,8oC Nhiệt độ tới hạn 35,5oC áp suất tới hạn 6,04Mpa Nhiệt thăng hoa 21,59kJ/mol Nhiệt hoá 15,21kJ/mol Tỷ trọng 0,686 M = 26,02kg/kmol Axetylen tan mạnh dung môi hữu cơ, axetylen tan nớc Độ chọn lọc axetylen dung môi khác quan trọng trình tinh chế nh trình bảo quản axetylen Khi cháy axetylen tỏa lợng nhiệt lớn, khả sinh nhiệt axetylen 13,307kcal/m3, giới hạn nổ axetylen xảy điều kiện nhiệt độ áp suất định nhiệt độ 00C 1at Axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ giới hạn từ 23%- 81% thể tích giới hạn nổ với oxy 2,8% thể tích, độ nguy hiểm nổ axetylen tăng phân rã thành chất đơn giản C2H2 2C + H2 Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Đây phản ứng phân huỷ C2H2 để tạo thành C H2 Sự phân rã xảy oxy nhng có chất kích hoạt tơng ứng(tia lửa, đốt cháy ma sát) Axetylen dể dàng tạo hỗn hợp nổ với clo flo, có tác dụng với ánh sáng Do để giảm bớt khả nổ axetylen, vận chuyển ngời ta pha thêm khí trơ, hydro amoniac vào Một tính quan trọng khác axetylen khả hoà tan tốt nhiều chất lỏng hữu vô Độ hoà tan tơng đối cao dung môi có cực Trong thể tích nớc 200C hoà tan đợc thể tích axetylen, 600C thể tích nớc hoà tan 0,37 thể tích axetylen Độ hoà tan axetylen giảm dung dịch muối ăn Ca(OH)2 Độ hoà tan axetylen có ý nghĩa quan trọng để điều chế tách khỏi hỗn hợp khí Tính chất vật lý: Axetylen cacbua hydro không no, có liên kết ba phân tử có khả hoạt động hoá học cao Liên kết ba phân tử axetylen tạo thành liên kết liên kết Khi tham gia phản ứng hoá học, liên kết ba phân tử bị phá vỡ để tạo thành liên kết đôi hợp chất bão hoà Axetylen có khả tham gia phản ứng thế, cộng, oxy hoá, trùng hợp Vì từ axetylen tổng hợp sản phẩm khác ứng dụng công nghiệp đời sống 3.Tính chất hóa học: a) Phản ứng Nguyên tử H axetylen thể tính axit có khả tham gia phản ứng với kim loại kiềm, Cu, Ag, Ni, Hg, Co, Zn tạo thành axetylenit kim loại dễ nổ 2Me +C2H2 HC CH Me2C2 + H2 + 2Na Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 (Me:kim loại kiềm) NaCCNa + H2 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp HC CH trờng đại học bách khoa hà nội + 2Cu Cu-CC-Cu + H2 Axetylen tác dụng với amit kim loại kiềm kiềm thổ amoniac, lỏng : HC CH + MeNH2 MeCCH + NH3 b.Phản ứng cộng hợp : Cộng với hydro tiến hành xúc tác Pd áp suất at 250 - 300oC HC CH + H2 CH2= CH2, H = - 41,7 kcal/mol Pd Cộng hydro với xúc tác Ni nhiệt độ: Ni HC CH + 2H2 CH3 CH3 to Phản ứng cộng với nớc có xúc tác HgSO4 75ữ100oC tạo axetaldehyt: HC CH + H2O Hg2+ CH3 CHO, H = -38,8kcal/mol Còn có oxit kẽm oxit sắt 360ữ480oC, axetylen tác dụng với nớc tạo thành axeton: 2HC CH + 3H2O Zn0 CH3 COCH3 + CO2 + 2H2 Axetylen tác dụng với rợu 160ữ180oC, áp suất P =4ữ20 at có KOH tạo thành Vinylete : CH CH + ROH KOH CH2 = CH-OR Axetylen tác dụng với H2S 120oC: HCCH + H2S CH2=CHSH +H2S C2H5SH Vinyl mercaptan Etylen mercaptan +C2H2 Hoàng Thanh Tuấn CH2 H5C2S CH =CH2 Thiết kế phân xởng sản xuất VC S +C2H5SH H2C - HD K44 H5C2SC H2CH2S C2H5 Etylen dietyl sulfit đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Axetylen tác dụng với mercaptan có xúc tác KOH tạo Vinyl tro ete: CH2=CHSR HCCH + RSH Axetylen tác dụng với CO H2 (cacbonyl hoá ) với xúc tác Ni(CO)4 tạo axit acrylic: HCCH + CO + H2O CH2=CHCOOH Cộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân cis, trans H HCCH + HgCl2 H C =C Cl H HgCl HgCl C=C Cl H Trans Cộng với halogen HCCH + Br2 CHBr = CHBr +BrCHBr - CHBr2 2 Khi cộng với Cl2 pha khí phản ứng xảy mãnh liệt dễ gây nổ, phải tiến hành pha lỏng có xúc tác antimonitriclorua : SbCl3 + Cl2 HCCH + SbCl5 2SbCl5 CHCl2= CHCl2 + 2SbCl3 Ngoài axetylen phản ứng cộng với nhiều axit vô hữu tạo thành vinyl có giá trị công nghiệp Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Cộng với HCl, phản ứng pha 150 ữ1800C có xúc tác HgCl2 than hoạt tính, pha lỏng dùng xúc tác CuCl2 thu đợc VC HCCH + HCl CH2=CH- Cl Cộng với H2SO4 tạo thành Vinyl sulfua HCCH + H2SO4 CH2=CH-O-SO3H nhiệt độ 800C có CuCl2 NH4Cl làm xúc tác, Axetylen tác dụng với HCN tạo thành Acrylonitril: HCCH + HCN CH2=CH-CN Tác dụng với axít axêtic 180 ữ 2000C pha xúc tác axetat Zn than hoạt tính Cd than hoạt tính Hg than hoạt tính tạo Vinyl Axetat: CHCH + CH3COOH CH=2CHOCOCH3 -Axetylen tác dụng với rợu: OH O - CH=CH2 HCCH + Axetylen tác dụng với axit amin : HC CH + RCO-NH2 RCO-NH-CH=CH2 c Phản ứng trùng hợp axetylen Phản ứng Dime hoá môi trờng HCl tạo thành vinylaxetylen o 2HC CH xt, 80 C H2C=CH-CCH nhiệt độ 600oC than hoạt tính axetylen trùng hợp tạo thành benzen: Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp 3HC CH trờng đại học bách khoa hà nội C6H6 Các phơng pháp điều chế axetylen Trong công nghiệp axetylen chủ yếu đợc sản xuất theo hai hớng là: từ than đá, đá vôi, khí tự nhiên, khí đồng hành Nớc ta điều kiện sẵn có than đá, đá vôi, khí thiên nhiên, khí đồng hành nên áp dụng đợc hai phơng pháp a) Sản xuất axetylen từ than đá đá vôi : Phản ứng trình này: 600o CaO + 3C CaC2 + CO Chỉ có khoảng 70ữ80% đá vôi tham gia phản ứng sản phẩm luôn chứa 12ữ15% CaO Tác dụng nớc với cacbuacanxi tạo axetylen vôi CaC2 + H2O C2H2 + CaO + CO hủy cacbuacanxi kỹ tổng nhiệt phản ứng tác Nhiệt tỏa raCaC khi2 phân dụng cacbuacanxi với nớc tác dụng vôi với nớc CaO + H2O Ca(OH)2 Cacbon sử dụng trình cốc nguyên liệu sử dụng thờng có lẫn tạp chất nh MgO, hợp chất S, P, Al, Fe xảy phản ứng phụ sau: MgO + 3C CaC + CO Ca3(PO42)2 + 8C MgC2 + CO Ca3P2 + 8CO Các tạp chất khó tách khỏi hỗn hợp phản ứng Chỉ tách phần việc loại xỉ Chính mà axetylen tạo thành có lẫn lợng hợp chất nh: PH3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2, CO Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 lợng tạp chất lợi Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội cho việc sử dụng Axetylen Do Axetylen tạo phải qua giai đoạn làm dùng andehytcromic đất nung dùng nớc Javen để làm Sau Axetylen thành phẩm đợc rửa kiềm để trung hoà axit sấy khô H2SO4 CaCl2 Từ metan 2CH4 400ữ600oC Ni C2H2 + 3H2 Oxy hoá Metan 4CH4+ O2 1500oC 2C2H2 + 2CO2 + 4H2 Axetylen sản xuất theo phơng pháp cacbuacanxi chi phí lợng điện tiêu tốn lớn vốn đầu t cao nên ngày axetylen chủ yếu đợc sản xuất nhiệt phân hydrocacbon, trình xảy giai đoạn cho phép tổng hợp axetylen với vốn đầu t chi phí lợng Axetylen sản xuất đợc , nhng có nồng độ loãng b Sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên khí đồng hành Trớc chiến tranh giới thứ hai, để sản xuất axetylen ngời ta chủ yếu dùng nguyên liệu CaC2 Trong thời gian gần đây, nhà nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu phòng thí nghiệm với mục đích xác định điều kiện biến đổi hydrocacbon parafin thành axetylen Trong trình cracking nhiệt nhiệt phân hydrocacbon để sản xuất olefin phát triển công nghiệp Nhờ tích lũy đợc kinh nghiệm lý thuyết lẫn thực tế công nghiệp nhiệt phân, cho phép phát triển thiết kế thiết bị để sản xuất axetylen từ CH4 parafin khác cách nhiệt phân nhiệt độ cao theo phản ứng thuận nghịch sau : 2CH4 C2H2 + 3H2 ; H0298 = 87,97 Kcal/kg C2H6 C2H2 + 2H2 ; H0298 = 71,7 Kcal/Kg Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Các phản ứng phản ứng thu nhiệt phản ứng tăng thể tích, cân chúng dịch chuyển phía phải nhiệt độ khoảng 100 ữ 3000C ( hình ) Hình 1: Độ chuyển hoá cân metan(1) etan(2) axetylen 0,1 Mpa : 100 75 50 25 700 1000 1500 1700 t0C Trong thực tế với mục đích tăng vận tốc phản ứng cần nhiệt độ lớn 150 - 16000C CH4 12000C hydrocabon lỏng, nhiệt phân parafin, phản ứng tạo thành axetylen có chế chuỗi gốc, chuỗi chuyển hoá CH4 C2H6 đợc trình bày nh sau : 2CH4 2C H3 CH3 2C H2 2*C H CH3 CH2 = CH2 CH CH Trong khí thu đợc, parafin olefin phân tử thấp lợng không lớn benzen, nhóm axetylen-metylaxetylen ( CH CH2 - CH3 ) , Chế biến axetylen phơng pháp tơng đối phức tạp xảy phản ứng phụ chủ yếu phân huỷ C 2H2 thành C H2 Phản ứng mãnh liệt 10000C đạt tốc độ lớn ỏ 1200 ữ 16000C nghĩa đạt nhiệt độ yêu cầu để có đợc C2H2 Kết quan sát hệ phản ứng liên tiếp, axetylen tạo thành bị phân huỷ thành H2 C ( muội than ) Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 10 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội động, đồng thời thờng xuyên kiểm tra thực quy định, an toàn thao tác, kịp thời giải cố xảy Có bồi dỡng cho công nhân làm việc ca đêm chi phí y tế nh nhu cầu dinh dỡng độc hại cho công nhân 2- Trang bị phòng hộ lao động Trong nhà máy, phân xởng sản xuất VC hít phải lợng lớn VCM dễ dẫn đến hôn mê, ảnh hởng quan hô hấp, tạo biến đổi lớn thể dẫn tới tử vong mức độ thấp, dẫn tới triệu chứng nhức đầu, hoa mắt chóng mặt ảnh hởng thời gian dài nguyên nhân gây bất lực, rối loạn tim mạch vấn đề khác ảnh hởng tới sống Do cần phải trang bị cho công nhân loại mặt nạ phòng độc đặc chủng Ngoài phải kể đến tính độc xúc tác HgCl2 thủy ngân có độ bay cao Cho nên sản xuất phải khép kín không đợc để rò rỉ thủy ngân môi trờng Trong trờng hợp xúc tác rò rỉ môi trờng khử bỏ lu huỳnh bột, dung dịch FeCl3 % dung dịch KMnO4 10% đợc axit hóa axit HCl Cần phải cấp phát đầy đủ trang thiết bị an toàn lao động nh quần áo, giầy, mũ, găng tay, mặt nạ phòng độc cần thiết Đây yếu tố ngăn ngừa tai nạn lao động bệnh nghề nghiệp Đồng thời nhắc nhở thờng xuyên việc kiểm tra thực công nhân vấn đề Các biện pháp kỹ thuật đợc xem quan trọng nhất, cụ thể là: - Thực nghiêm chỉnh chế độ bảo dỡng máy móc định kỳ - Trang bị đầy đủ công cụ sản xuất tiêu chuẩn kỹ thuật - Các công cụ thiết bị điện phải che chắn kỹ thuật, đảm bảo an toàn - Các hệ thống chuyển đọng, nh môtô phải bao che chắn - Kiểm tra nguyên vật liệu trớc đa vào sản xuất (hạn chế lợng nớc thấp hỗn hợp HCl độ C2H2 phải đạt yêu cầu) - Trang bị vào bảo dỡng thờng xuyên van, phận động Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 88 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội - Thờng xuyên kiểm tra ống dẫn nguyên liệu sản phẩm - Tuyệt đối tuân theo yêu cầu chung - Sử dụng hoá chât dễ cháy nổ, gây bỏng phải tuyệt đối cẩn thận 3- Công tác vệ sinh Cần làm tốt vệ sinh lao động để tránh bệnh nghề nghiệp Trong trình sản xuất phải có hệ thống thông gió, chiếu sáng cho phân xởng - Hệ thống thông gió: Trong trình vận hành máy móc trình phân nhiệt, phát sinh nhiệt, có khí độc hại, phải có biện pháp thông gió, cho công đoạn, thông gió tự nhiên cần bố trí hệ thống hút gió (quạt gió loại 4000m3/h) - Hệ thống chiếu sáng: Cần đảm bảo yếu tố sáng tự nhiên nhân tạo để tạo điều kiện cho công nhân việc đợc thoải mái suất cao, xác, tránh đợc bệnh nghề nghiệp Khi làm việc ca đêm cần phải đảm bảo ánh sáng cho phân xởng - Hệ thống vệ sinh cá nhân: Phân xởng có khu vệ sinh tầng, gồm có phòng thay quần áo, tắm rửa, vệ sinh đảm bảo sức khoẻ cho công nhân sản xuất Tiêu hao nớc sinh hoạt công nhân phân xởng lấy trung bình 8m3/ngời/tháng Nh năm tiêu thụ lợng nớc 8x12 = 96m3/ngời/năm Nh để nâng cao suất lao động đem lại hiệu kinh tế cho xã hội cần phải chăm lo đến sông sức khoẻ nhu cầu ngời lao động Điều kiện làm việc thoải mái, sức khoẻ đảm bảo giúp cho ngời hăng hái lao động sản xuất Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 89 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Phần IV: Thiết kế xây dựng I.chọn địa điểm xây dựng: 1- Yêu cầu chung - Địa điểm phải phù hợp quy hoạch nhà may để đảm bảo phát triển nhà máy tạo điều kiện sản xuất với phân xởng khác Địa điểm xây dựng phạm vi nhà máy, không gây trở ngại cho phân xởng hác hay phân xởng xây dựng sau - Cần có cung cấp lợng để trình sản xuất đợc thuận tiện kinh tế ví nh gần ông dẫn nớc, gần nhà máy điện nhà máy - Gần nơi cung cấp nguyên liệu tiêu thụ sản phẩm tránh đợc vận chuyển xa, tạo điều kiện cho sản xuất thuận lợi, giảm bớt chi phí chuyên chở góp phần hạ giá thành sản phẩm để cạnh tranh - Việc thoát nớc dễ dàng, không ảnh hởng đến nguồn sinh hoạt khu dân c xung quanh - Đảm bảo gần đờng giao thông để việc vận tải chuyên chở dung dịch thuận tiện đảm bảo hoạt động phân xởng - Đảm bảo nguồn nhân lực sản xuất 2- Yêu cầu kỹ thuật xây dựng Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 90 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội - Về địa hình: Khu đất phải có kích thớc hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trớc mắt nh việc mở rộng nhà máy tơng lai Nếu kích thớc, hình dạng không hợp lý gây nhiều khó khăn trình thiết kế bố trí hạng mục công trình mặt khu đất Do ta chọn khu đất để xây dựng nhà máy khu đất phải đáp ứng nhu cầu sau đây: + Khu đất phải cao tránh đợc ngập lụt mùa ma lũ, có mực nớc ngầm thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nớc thải nớc ma dễ dàng + Khu đất phải tơng đối phẳng, có độ dốc thoát nớc tốt i = 0,5ữ1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt - Về địa chất; Khu đất đợc lựa chọn phải lu ý yêu cầu: + Không đợc nằm tren vùng có mỏ khoáng sản hoại địa chất không ổn định (nh tợng động đât, sói mòn đât, tợng cắt chảy ) + Cờng độ khu đất xây dựng 1,5 ữ 2,5 kg/cm2 Nên xây dựng đất sét, sét pha cát, đât đá ong, đất đồi để giảm tối đa chi phí gia cố móng hạng mục công trình có tải trọng thân tải trọng động lớn 3- Các yêu cầu môi trờng vệ sinh công nghiệp Khi địa điểm xây dựng nhà máy đợc chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiêt khu dân c đô thị khu công nghiệp Bởi vì, trình sản xuất nhà máy không tránh khỏi việc thải chất độc hại nh: khí độc, nớc bẩn, khói bụi, tiếng ồn yếu tố bất lợi khác nh: tợng dễ cháy, nổ, ô nhiễm môi trờng Địa điểm xây dựng nhà máy phải đảm bảo yêu cầu quy phạm, quy định bảo vệ môi trờng vệ sinh công nghiệp, ý khoảng cách bảo vệ, vệ sinh công nghiệp, tuyệt đối không đợc xây dựng công trình công cộng công viên, phải trồng xanh để hạn chế tác hại ku công nghiệp gây nên Vị trí xây dựng nhà máy thờng cuối hớng gió chủ đạo, nguồn nớc thải nhà máy đợc xử lý phải hạ lu cách bến dùng nớc dân c tối thiểu 500m Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 91 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Tóm lại, để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải vào yêu cầu trên, nhng thực tế khó khăn để lựa chọn đợc địa điểm thoả mãn tất yêu cầu Do vậy, sau nghiên cứu tham khảo cân nhắc kỹ lỡng yêu cầu, u tiên đặc điểm sản xuất nhà máy, em nhận thấy nhà máy sản xuất VC nên đặt khu công nghiệp hoá chất nh công nghiệp hoá chất Việt Trì, khu công nghiệp Biên Hoà II- Nguyên tắc thiết kế mặt nhà máy Ta thiết kế nhà máy theo quy tắc phân vùng 1- Vùng trớc nhà máy Đây nơi bố trí nhà hành quản lý, nhà phục vụ sinh hoạt, cổng vào, ga ôtô, nhà gửi xe đạp nhà máy có quy mô nhỏ mức độ hợp khối lớn, vùng trớc nhà máy hầu nh dành riêng cho bãi để xe ôtô, xe máy, xe đạp, cổng bảo vệ, bảng tin xanh cảnh quan Diện tích vùng chiếm khoảng 4ữ20% diện tích toàn nhà máy 2- Vùng sản xuất Đây nơi bố trí nhà dây chuyền sản xuất nhà máy, nh xởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ tuỳ theo đặc điểm sản xuất nhà máy quy mô diện tích nhà máy khu chiếm từ 22 ữ25% diện tích nhà máy Đây vùng quan trọng nhà máy, nên bố trí cần lu ý số đặc điểm sau: - Khu đất đợc u tiên điều kiện địa hình, địa chất nh hớng - Các nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần phía cổng hoại phía gần trại giao thông nhà máy đặc biệt u tiên hớng - Các phân xởng trình sản xuất gây nên tiếng ồn, lợng bụi, nhiệt thải nhiều, rò rỉ hoá chất ta bố trí cuối hớng gió tuân thủ chặt chẽ an toàn vệ sinh công nghiệp Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 92 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội 3- Các công trình phụ Đây nơi đặt nhà máy công trình cung cấp điện, nớc, xử lý nớc thải công trình bảo quản kỹ thuật khác Tuỳ theo mức độ công nghệ yêu cầu vùng có diện tích khoảng 14ữ28% diện tích nhà máy Khi bố trí công trình cần lu ý: tận dụng khu đất lợi hớng gió hoại giao thông để bố trí công trình phụ Các công trình có nhiều bụi chất thải bất lợi phải ý bố trí cuối hớng gió chủ đạo 4- Vùng kho tàng phục vụ giao thông Trên bó trí hệ thống kho tàng, bến bãi, cầu trục bốc dỡ hàng hoá, sân ga, nhà máy tuỳ theo đặc điểm sản xuất quy mô vùng thờng chiếm từ 23ữ37% diện tích nhà máy Khi bố trí cần ý cho thuận lợi cho việc lại xuất, nhập nguyên vật liệu sản phẩm, đồng thời hệ thống kho tàng khu vực sản xuất Các hạng mục công trình nhà máy Dài x rộng Diện tích (3) 1 (4) 24 x 12 18 x 12 24 x 6x6 19 x (5) 288 216 216 36 162 10 khiển trung tâm Xởng khí Khu chứa sản phẩm Nhà sản xuất phụ trợ Nhà sản xuất Khu vệ sinh thay quần 1 1 24 x 12 24 x 12 24 x 12 30 x 18 18 x 288 288 288 540 108 11 áo Khu chứa nguyên liệu 24 x 12 288 STT Tên hạng mục công trình Số lợng (1) (2) Nhà máy Nhà ăn Nhà để xe Phòng bảo vệ (thờng trực) Phòng thí nghiệm +điều Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 93 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp 12 (1) 13 trờng đại học bách khoa hà nội Nhà để xe ôtô tải trọng lớn (2) Trạm cung cấp nớc (3) 18 x (4) 18 x 12 162 (5) 216 9x6 9x6 36 x 18 12 x 3960 54 54 648 108 xử lý 14 15 16 17 nớc thải Trạm bơm Trạm điện Khu đất trữ Trạm cứu hoả Tổng diện tích 1 1 Diện tích tổng mặt nhà máy 3960 x = 15840 (m2) Diện tích chiếm đất mặt đờng ống kỹ thuật, khu đất trống xanh đờng tổng mặt là: 7719 (m2) Hệ số xây dựng Kxd = Hệ số sử dụng Ksd = 3940 x100% = 25% 15840 (3960 + 7719) x100% = 73,73% 15840 III- Thiết kế nhà sản xuất 1- Giới thiệu bố trí mặt VC đợc ứng dụng công nghiệp làm monome trình tổng hợp thành polyvinyl clorua gọi tắt PVC, khoảng 95% tổng lợng VC dùng để tổng hợp PVC polime có liên quan PVC loại chất dẻo có nhiều tính chất mà ta mong muốn nh độ ổn định hoá học cao, bị ăn mòn (bị phá huỷ H2SO4, HCl ) có khả co giãn độ bền tơng đối lớn, có tính cách đienẹ, không thấm nớc, không bị phá hủy gặp nớc số tính u việt khác, có tính chất tốt nh vậy, PVC đợc dùng để sản xuất loại ống dẫn chất hoá học, làm vật liệu lót bên thiết bị hoá học làm việc nhiệt độ thấp, để thay thép không gỉ hợp kim đắt tiền Trong công nghiệp điện, PVC đợc dùng để sản xuất dây bọc cho công cụ cho vô tuyến điện Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 94 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Trong xây dựng, PVC dùng để lót sân, tờng cách âm, loại dụng cụ gia đình nh bàn, ghế, tủ PVC gia công với loại chất dẻo cho ta loại màng mỏng dùng làm áo ma, vải bọc sản xuất đợc sản phẩm hữu ích cho xã hội Đồng trùng hợp VC với loại monome khác nh vinylyclen clorit (CH2= Cl2), vinylaxetar (CH2 = CHOCOCH3), arcylyclen clorit (CH2 = CHCN) tạo thành polime có giá trị, VC đợc dùng để sản xuất sợi hoá học clorin (sợi chịu ăn mòn) Cùng với làm tăng lợng Clo polime có độ hoà tan tốt cá dung môi hữu nên thích hợp cho sản xuất ơn tráng men Ngoài khả tham gia phản ứng tơng đối mạnh có chọn lọc nên VC đợc sử dụng nhiều ngành công nghiệp hoá chất khác khu vực xây dựng nhà máy, cá công trình đợc xây dựng theo quy tắc phân vùng, đảm bảo yêu cầu hợp lý hoá sản xuất đảm bảo mỹ quan nhà máy vùng lân cận, để quản lý, dễ mở rộng, phù hợp với điều kiện khí hậu công trình xây dựng từ đến phụ cũgn theo hớng gió chủ đạo hớng Đông - Nam Cũng yêu cầu dây chuyền sản xuất sàn chịu axit cháy nổ Các công trình xây dựng phải đảm bảo tính liên hệ mật thiêt công đoạn sản xuất, tính logic thiết bị, đảm bảo tính kinh tế, đảm bảo để đờng nguyên liệu sản phẩm đến thiết bị ngắn 2- Các yêu cầu thiết kế mặt Do yêu cầu dây chuyền công nghệ thiết bị đợc bố trí phân xởng sản xuất Để dây chuyền đảm bảo sản xuất cách liên tục thuận lợi Do thiêt bị đợc bố trí theo quy mô tắc sau: - Thiết bị phản ứng có đờng kính 3000mm - Khoảng cách an toàn để lắp đặt (m) - Khoảng cách giao thông bố trí 2(m) bên - Khoảng cách giao thông (m) Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 95 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội - Chiều dài nhà sản xuất xác định theo kích thớc thiết bị bố trí dọc nhà Chiều dài 30m - Nhịp nhà cần thiết 18 - Chọn lới cột 6m - Diện tích nhà sản xuất tầng x (30 x 18) = 1080m2 3- Giới thiệu mặt cắt - Đảm bảo không gian cho nhà sản xuất - Lựa chọn hình thức kết cấu vào vật liệu xây dựng thích hợp - Giải tốt thông gió chiếu sáng tự nhiên nhà - Giải tốt phơng án thoát nớc ma mái 4- Giải pháp kết cấu chịu lực nhà sản xuất 4.1- Cột Cột kết cấu chịu lực khung, chịu tải trọng mái cần trục, tờng tải trọng ma, gió truyền vào đa xuống móng ta chọn cột thân, nhà cần trục Cột biên có kích thớc tiết diện 400 x 400 (mm) Cột có kích thớc tiết diện 400 x 400 (mm) 4.2- Dầm móng Dầm móng kết cấu hạ gói lên móng hay vai cột vị trí cột 0.00 để đổ tờng truyền tải trọng tờng lên cột mong, kích thớc 250 x 400mm 4.3- Mái Dầm hai mái dốc (hay dầm hai phía) Loại có nhịp lớn làm panen lắp ghép tiêu chuyển 5- Phơng pháp bao che nhà sản xuất - Kết cấu chịu lực + Sử dụng bê tông cốt thép toàn khối Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 96 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội + Cột bê tông cốt thép nhà cầu trục có kích thớc tiết diện 400 x 400 mm Móng trục bê tông cốt thép đỡ toàn khối chỗ theo kích thớc cột + Dầm móng đặt móng có kích thớc 250 x 400mm + Dầm sàn bê tông cốt thép đỡ toàn khối có kích thớc dầm 400 x 600mm, dầm phụ 250 x 400mm - Mái che bê tông cột thép lắp ghép có độ dốc i = ữ12% - Nền sân chịu đợc axit khả cháy nổ 6- Giải pháp thiết kế Vì nhà máy sản xuất VC để gây cháy nổ độc hại nên ta thiêt kế cho cửa mái cửa sổ có cánh cửa đóng mở đợc để thông gió, thải nhiệt thừa, khí độc bụi từ nhà ngoài, phải triệt để chiếu sáng tự nhiên Đảm bảo vệ sinh công nghiệp an toàn tỏng sản xuất: - Chọn hớng nhà hợp lý đón đợc hớng gió vào mùa hè - Đối với xởng nóng, chiều cao nhà lớn 7,2m, chiều rộng nhỏ 40m, nên bị lớp cách nhiệt từ nhà kinh tế - Các xởng nóng bụi, dộc nên làm cửa mái có chắn gió bên cửa mái để tăng hiệu ứng đối lu hút không khí từ nhà - Nên thiết kế phân xởng hai tầng trở lên + Tầng dới làm cửa sổ quay theo trục quay ngang giữa, mở đợc vị trí nằm ngang nghiêng 450 + Tầng nên làm cửa sổ quay theo trục quay ngang bảng lề làm lỗ thoáng, đặt gần kết cấu mái để không khí nóng, bẩn không tích tụ lại phía xởng - Đặt đờng ống dẫn nhiệt dới nhà, dần đờng ống nhanh vào nhà để đỡ tổn thất nhiệt gây nóng nhà - Kết hợp chiếu sáng tự nhiên qua cửa sổ lbên cửa mái để ánh sáng tốt dùng kính chống nóng để lấy ánh sáng Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 97 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội - Tổ chức lau cửa sổ, cửa kính, cửa mái thờng xuyên sơn trần tờng để tận dụng chiếu sáng tự nhiên Khi sơn phải ý đến điều hoà màu sắc, phản chiếu bối cảnh tơng phản nhà sản xuất Nên chọn màu sáng nhạt, dịu, mát, tránh đợc màu chói tơng phản để bảo vệ mắt không gây mệt mỏi cho công nhân IV- Kết luận phần xây dựng Công nghệ vật liệu sản xuất VC ngành công nghiệp quan trọng thiếu, nớc ta tiến hành công nghiệp hoá, đại hoá Địa điểm xây dựng nhà máy đợc đặt khu công nghiệp hoa chất nh Việt Trì, Biên Hoà nơi tơng đối đầy đủ điều kiện đặt Tuy nhiên nh vân cha đủ, cần phải có quan tâm nhà kỹ thuật, chuyên gia, kỹ s thiết kế quan tâm sâu sắc để việc xây dựng vận hành nhà máy đợc tiến hành cách u việt Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 98 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Kết luận Sau thời gian học tập, em cố gắng trao dồi kiến thức, em đợc giao nhiệm vụ thiết kế phân xởng sản xuất VC từ axetylen HCl, suất 40.000 tấn/năm Vận dụng kiến thức đợc học hớng dẫn tận tình thầy hớng dẫn bạn bè em hoàn thành đợc nhiệm vụ sau : - Lý thuyết chung trình sản xuất VC: + Hiểu đợc sâu tính công dụng hợp chất đợc học thời gian qua vinyl clorua + Đã so sánh chọn lọc đợc công nghệ sản xuất VC từ C2H2 HCl phù hợp với điều kiện vị trí địa lý Việt Nam + Giá thành đầu sản phẩm quang trọng công nghệ chất làm lạnh đợc chọn nớc vừa rẻ lại tiện lợi, so với công nghệ cũ sử dụng nớc muối phải tiêu tốn lợng nhiều trình đóng rắn muối +Chọn chuông chứa khí để đảm bảo lợng C2H2 vào đồng đều, sử dụng bơm vòng nớc vòng axit thay cho may nén để đảm bảo chất lợng nguyên liệu vào - Tính toán đợc cân vật chất cân nhiệt lợng thiết bị ống chùm, thiết bị rửa khí nớc xút, thiết bị làm lạnh - Tính toán thiết bị trình - Thiết kế xây dựng - An toàn lao động Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 99 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Một số kiến nghị +Để đảm bảo an toàn cho công nhân qúa trình làm việc nhà máy cần nghiên cứu thay xúc tác HgCl2 BaCl2, CdCl2điều chỉnh thông số kỹ thuật khác để suất nhà máy đạt yêu cầu + Sản phẩm phụ 1,1 dicloetan không nhiều cần xây dựng khu liên hợp xử lý chỗ, góp phần hạ giá thành VC đầu ra, tạo điều kiện thuận lợi cạnh tranh với công ty nớc ngoài, thời điểm giá nguyên liệu sản xuất PVC giới mức cao Qua trình làm đồ án, tìm hiểu thực tế giúp em tích lũy đợc số kiến thức quan trọng mà ngời kỹ s sau tốt nghiệp trờng cần có Mặc dù em cố gắng nhiều song thiếu kinh nghiệm thực tế nên tập đồ án chắn trách đợc thiếu xót Em mong đợc góp ý bảo thầy cô để tập đồ án em đợc hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn PGS-TS Trần Công Khanh, thầy cô khoa, bạn bè gia đình động viên giúp em hoàn thành tập đồ án Hà Nội tháng năm 2004 Sinh viên thực Hoàng Thanh Tuấn Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 100 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Tài liệu tham khảo Vơng Đình Nhân Sổ tay kỹ s hoá chất Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1961 Kirk-Othmer Encyclopendia of chemical Technology, Vol 9, 1963 3.Trờng ĐHBK Hà Nội - Bộ môn tổng hợp hữu Hoá học kỹ thuật tổng hợp hữu Khoa chức, 1974 Kỹ thuật sản xuất chất dẻo, tập 1A Trờng ĐHBK Hà Nội, 1978 Wolfgang Gerhartz Ullmanns Encyclopendia of Industrial chemistry, Vol A1, VolA6, Vol A12 VCH-Verlaggell Schaft mbH, D-6940, Weinheim, 1985 Alain CHAUVEL, Gilles LEFEBVRE Petrochemical Processes Technical And Economic Characteristics (2 Major Oxygenated, Chlorinated And Nitrated Derivatives), 1989 7.Phan Minh Tân Tổng hợp hữu hoá dầu, tập Trờng ĐHBK Thành Phố Hồ Chí Minh, 1994 Phan Minh Tân Tổng hợp hữu hoá dầu, tập Trờng ĐHBK Thành Phố Hồ Chí Minh, 1994 Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 10 Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, tập Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 101 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 11 Hydrocarbon Processing Vol.80, No.3, 2001 12 Hydrocarbon Processing Vol.82, No.3, 2003 13 Tập chí Công Nghệ Hóa Chất, số 10, 2003 14 Tập chí Công Nghệ Hóa Chất, số 11, 2003 15 Tài liệu từ Internet: +http://www.plasticstechnology.com/projects/kerteh/index.html +http://www.chemicals-technology.com/projects/wilhelmshaven/index.html +http://www.deh.gov.au/atmosphere/airtoxic/sok/profiles/vinyl.html +http://tintuc.vdcmedia.com/chitiet.asp?PostID=12125 Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 102 Thiết kế phân xởng sản xuất VC [...]... phơng pháp sản xuất Axetylen Quá trình sản xuất axetylen từ cacbuahydro là qúa trình xảy ra theo một giai đoạn, cần vốn đầu t và năng lợng ít hơn nhng axetylen thu đợc loãng và cần có hệ thống tách và làm lạnh phức tạp Còn đối với quá trình sản xuất axetylen từ cacbua canxi : chi phí năng lợng lớn ( cho việc thu đựoc CaC2 ) và vốn đầu t cho sản xuất lớn, việc vận chuyển đá không tiện , đi u kiện làm... hoặc EDC sản xuất theo quy trình oxy clo hóa, nhờ đó tiêu thụ hơi giảm đáng kể a Dây chuyền công nghệ: HCl C2H4 O2 9 Sản phẩm phụ Khí thải EDC tinh khiết 11 4 2 10 Nước C2H4 Sản phẩm VCM C2H2 3 1 6 7 5 EDC tuần hoàn 8 Sản phẩm phụ Cl2 Hình 6: Sơ đồ sản xuất VC kết hợp 2 công nghệ sản xuất EDC 1 .Thiết bị clo hóa 6 .Thiết bị chng cất 2 .Thiết bị chng cất 7 .Thiết bị tách VC 3 .Thiết bị làm sạch EDC 8 Thiết. .. clo hóa, đi qua thiết bị clo hoá nh là một dung môi Trờng hợp nay phù hợp theo sơ đồ sau: Clo Clo hoá C2H4 Etylendiclorua Nhiệt phân VC Etylendiclorua Clo hoá Axit HCl O2 b Sơ đồ 4: Etylendiclorua thừa có sẵn Trong trờng hợp này, clo và axit HCl không có sẵn Etylendiclorua có sẵn có thể thu đợc, chẳn hạn từ việc sản xuất dung môi clo hoá Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 35 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ... 1 Thiết bị phản ứng 7 Tháp tinh chế VC thô 2 Thiết bị dập tắt lửa 8 Thiết bị phân ly khí lỏng 3 Thiết bị lọc 9 Thiết bị trung hòa 4 Thiết bị pha trộn 10 Tháp tách phần cất ngọn 5 Tháp tách axit HCl 11 Tháp tách phần cất cuối nặng 6 Tháp tinh chế VC thô 12 Tháp thu hồi EDC chứa trong sản phẩm nặng 3 .Sản xuất VC từ PVC dạng huyền phù đặc: a) ứng dụng: Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 28 Thiết kế phân xởng sản. .. dụng quy trình này để sản xuất EDC kết hợp sản xuất VC, quy trình này có hiệu qủa năng lợng cao vì sử dụng nhiệt phản ứng để làm bay hơi EDC, nhờ đó có thể tinh chế sản phẩm bằng chng cất phân đoạn, khác với quy trình LTC, ở quy trình này không cần dùng nớc rửa sản phẩm để loại bỏ clorua sắt (III), vì vậy không cần xử lí nớc thải Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 30 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp... nhiệt độ thấp Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 22 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội 1 .Thiết bị phản ứng chính 7 Thiết bị rửa, lắng 2 Thiết bị phân li khí, lỏng 8 Thiết bị trung hòa 3 Thiết bị phản ứng cuối 9 Cột chng tách 4 Thùng chuẩn bị xúc tác 10 Thiết bị tách nớc 5 Thiết bị ổn định 11 Thiết bị tách phần nặng 6 Lò nung 12 Thiết bị thu hồi EDC Nếu sự biến đổi nhiệt... đợc phân chia để loại bỏ sản phẩm nhẹ + Phần cất cuối nặng đợc phân chia thành hai giai đoạn, đầu tiên ở áp suất khí quyển (20-25 đĩa) để phân chia hầu hết EDC thu đợc, đặc biệt từ phần còn lại trong các thành phần nặng hơn, và nh vậy cải tiến đợc tổng hiệu suất chuyển hoá Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 27 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội Sơ đồ công nghệ sản xuất. .. hóa 4 .Thiết bị cracking 9 .Thiết bị oxi clo hóa 5 .Thiết bị làm lạnh 10 Tháp rửa 11 .Thiết bị làm khô Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 31 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội b Mô tả quy trình : Thiết bị phản ứng có thiết kế độc đáo với 1 thanh chữ U nối với bình tách lỏng-khí nằm ngang Các khí phản ứng đợc nạp vào đáy của thanh chữ U này, tại đây chúng đợc hòa tan và liên... phân chia lại bằng cách thêm C2H4 vào và pha trộn để đa tới thiết bị phản ứng cuối cùng, sản phẩm đợc sử dụng làm nguyên liệu của các thiết bị phản ứng đầu tiên với thiết bị trung gian và để chuẩn bị hoà tan FeCl3 Phần chất lỏng cất đa tới thiết bị phân chia làm nóng và sau đó đợc ổn định bằng thiết bị chng cất Sự khác biệt khí còn lại thu đợc đợc đun nóng Trong Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 21 Thiết kế. .. xuất VC từ Etylen: Sơ đồ liên hợp đợc thiết kế để phân chia các vị trí khác nhau: Hoàng Thanh Tuấn - HD K44 32 Thiết kế phân xởng sản xuất VC đồ án tốt nghiệp trờng đại học bách khoa hà nội a Sơ đồ 1: Phản ứng Clo hoá duy nhất nguyên liệu thô có giá trị là axit clohidric Tơng tự phản ứng clo hóa, oxy hóa xẩy ra mạnh trong qúa trình sản xuất etylen diclorua tạo ra axit clohidric bằng sự nhiệt phân Sự