đồ án nhà máy sản xuất sơn Alkyd

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Ngày ngành công nghiệp sơn ngày phát triển mở rộng quy mô toàn giới, thật vậy, nhu cầu sử dụng sơn người ngày tăng, vài năm trước đây, người ta dùng sơn để bảo vệ bề mặt vật liệu tránh tác nhân gây hại từ bên ngồi, sơn sản phẩm giúp trang trí góp phần làm tăng vẻ đẹp sản phẩm, vật liệu Do đó, người luônnghiên cứu cải tiến, phát triển ngành công nghiệp sơn, để phục vụ tốt nhu cầu người dân, đồng thời góp phần phát triểnnền kinh tế quốc gia Trong loại sơn, nhận thấy alkyd tên thường thấy đời sống thường ngày lẫn ngành công nghiệp, lẽ, giá thành tương đối rẻ, đàn hồi, bền, đẹp, mau khơ có khả dính chặt cao, đáp ứng nhu cầu thị hiếu người Tuy nhiên, vấn đề cạnh tranh hãng sơn Việt Nam quốc gia giới vấn đề cần giải quyết, nhà máy lớn tập trung quốc gia lớn, Việt Nam phân xưởng nhỏ,lẻ, đáp ứng phần nhỏ nhu cầu người Trước tình hình giá thành sơn alkyd nhập ngày cao, nhập ngày khó khăn, cần đề hướng đi, hướng thiết kế phân xưởng nước đảm bảo quy mô suất đề ra, nhằm ổn định thị trường, chủ động giá thành sản phẩm Thưc trạng Việt Nam, tình hình mơi trường xuống cách trầm trọng, việc sản xuất loại sơn có nguồn gốc từ tự nhiên khuyến khích phát triển mạnh mẽ Để đáp ứng yêu cầu đó, đề tài này, định lựa chọn tiến hành thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất nhựa alkyd Cụ thể hơn, sâu vào việc hình thành nhựa alkyd béo từ dầu lanh, với suất 2000 tấn/năm Việc thiết kế nhà máy cần đảm bảo yêu cầu:  Chất lượng nhựa cao ổn định, đảm bảo kinh tế lợi nhuận  Nhà máy hoạt động liên tục thiết bị hạn chế hư hỏng  Cần đảm bảo an toàn lao động thiết bị bảo đảm phòng cháy chữa cháy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỰA ALKYD - - - - - 1.1 Giới thiệu nhựa alkyd 1.1.1 Khái niệm nhựa alkyd Alkyd loại polymer tổng hợp phản ứng trùng ngưng polyol với polyacid anhydride chúng, sau biến tính dầu thực vật Tên gọi Alkyd ghép hai chất rượu nhóm chức acid Trên thực tế, nhựa Alkyd có ứng dụng ngành sơn sử dụng hỗn hợp chất phản ứng acid béo đơn chức dầu béo với acid hữu đa chức rượu đa chức Bản chất ứng dụng nhựa Alkyd phụ thuộc vào hàm lượng phần trăm dầu béo axít béo có nhựa, gọi độ béo Alkyd 1.1.2 Lịch sử hình thành Từ xa xưa, điện lực đóng vai trò vơ quan trọng kinh tế lẫn phát triển giới, nhà khoa học ln nổ lực tìm kiếm phát minh loại nhựa có khả cách điện ngày tốt, góp phần phát triển cho điện lực Lần vào năm 1927 KIENLE tìm nhựa Alkyd, cách kết hợp acid béo ester khơng bão hòa Cái tên alkyd ghép “al” alcohol “cid” acid, cách phát âm, nên người ta gọi tên nhựa alkyd Thời gian sau khoa học kỹ thuật ngày phát triển, người ta biến tính vào phản ứng tạo nhựa alkyd loại dầu thảo mộc acid béo đơn chức Chính điều cải tiến tính nhựa phạm vi ứng dụng nhựa alkyd công nghiệp chất phủ bề mặt 1.1.3 Phân loại nhựa alkyd Alkyd có ba cách để phân loại: - Phân loại theo kiểu rượu đa chức acid đa chức tổng hợp thành nhựa alkyd + Nhựa Glyphtal: kết hợp glycerine Phatalic Anhydride, hòa tan tốt + dung mơi tạo màng sơn chất lượng Nhựa Pentaphtalic: kết hợp Pentaerythriol Phtalic Anhydride tạo màng sơn cứng + bền Phân loại theo hàm lượng % dầu có alkyd: Nhựa alkyd gầy có nồng độ dầu khoảng 30 - 45%, phân loại thành hai loại khơ khơng khơ sử dụng với mục đích khác công nghiệp + Nhựa alkyd trung bình chứa khoảng 46 - 55% dầu sử dụng nhiều + ứng dụng nhựa alkyd Nhựa alkyd béo chứa dầu khoảng 56 - 70% ứng dụng làm sơn phủ lớp ngồi, trang trí bề mặt kim loại, gỗ… - Phân loại theo dầu béo, acid béo biến chất khác: + Alkyd biến tính với dầu béo khơ có nối đơi để sản xuất nhựa alkyd trung bình, alkyd + + gầy Alkyd biến tính với dầu béo khơ có nối đôi để sản xuất nhựa alkyd béo Alkyd biến tính với dầu béo có nối đơi từ acid béo tổng hợp cấu thành… + alkyd có chất lượng cao alkyd Alkyd biến tính từ dầu béo với nhựa thông để sản xuất nhựa alkyd Glyphtal Pentaphtalic 1.1.4 Tính chất Alkyd có màu vàng đến nâu tùy vào loại dầu kỹ thuật q trình thực tổng hợp Alkyd tan dung mơi hữu có độ phân cực trung bình xylene, toluene, xăng, dầu hỏa… Dung dịch alkyd 50% xylene có độ nhớt 1800 ÷ 2800 (cP), có khả tạo màng tốt, bám dính bề mặt gỗ, thép… Độ bền alkyd môi trường tự nhiên tốt, bền loại dung mơi, bền kiềm Alkyd béo có khả khơ khơng khí có chất làm khơ Nhựa alkyd biến tính với nhựa thiên nhiên tổ hợp với nhựa khác dùng để sản xuất nhiều chủng loại sơn, nhằm phục vụ cho nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác kinh tế quốc dân 1.2 Nguyên liệu sản xuất nhựa alkyd 1.2.1 Polyol Khi sử dụng polyol có độ chức cao khả tạo mạch nhánh mạch không gian lớn, nhựa dễ bị gel trình tổng hợp Polyol sử dụng để tổng hợp alkyd thường loại có độ chức ≥ 1.2.2 Glycerine Công thức cấu tạo: f=3 Với nhóm (-OH) vị trí α dạng tự do, không tham gia phản ứng, làm giảm mức độ phân nhánh nhựa, dẫn đến giảm độ cứng độ bền nước màng Nhựa alkyd làm từ glycerine có độ tan độ đồng tốt loại lại Glycerine thường sử dụng công nghệ sản xuất nhựa alkyd giá thành rẻ, trạng thái lỏng dễ thao tác nhiệt độ sôi cao dễ dàng thực phương pháp dung mơi hay nóng chảy… 1.2.3 Penthacrithytol Cơng thức cấu tạo: f=4 Sau glycerine, Penthacrithytol sử dụng phổ biến để điều chế nhựa alkyd có nhóm (-OH) vị trí  nên khả phản ứng cao hơn, đồng thời tạo gel hóa nhanh Do Penthacrithytol thường sử dụng để sản xuất nhựa alkyd béo alkyd béo cần độ bền khơ Màng Pentaphtal so với màng Glyphatal độ cứng, bền nước, ánh sáng lẫn chịu khí hẳn giá thành cao dễ bị gel hóa nên sử dụng glycerine 1.2.4 Sorbitol Cơng thức cấu tạo: f=6 Bột Sorbitol tạo hydro hóa xúc tác D-glucose có sẵn dạng tinh thể tự chảy dung dịch nước Sorbitol có đặc tính dòng chảy tuyệt vời, đảm bảo trộn đều, hiệu kinh tế tương đương với glycerine nhưngglycerine có độ hòa tan tốt nên người ta ưu tiên sử dụngglycerine 1.2.5 Polyacid anhydric chúng Một số polyacid thông dụng (thường có độ chức f = 2): 1.2.5.1 Adipicacid Công thức cấu tạo: f=2 1.2.5.2 Các đồng phân phthalic acid Vì trình tiến hành nhiệt độ cao, acid hòa tan alcohol, dễ bị gel hóa nên việc sản xuất nhựa alkyd từ acid phtalic khó, thực tế người ta không sử dụng phương pháp để tạo nhựa alkyd 1.2.5.3 Anhydric phthalic – AP (C8H4O3) Công thức cấu tạo: Được sản xuất từ Naphtalen o-xylene Thường sử dụng để tăng hiệu rút ngắn thời gian tổng hợp, màng phủ nhựa alkyd tổng hợp với AP có độ cứng cao cấu trúc chặt chẽ 1.2.5.4 Anhydric maleic - AM Công thức cấu tạo: AM có khả phản ứng lớn, thay AP AM thời gian rút ngắn, màu nhựa đẹp hơn, tăng độ nhớt, nâng cao chất lượng sơn, khuynh hướng gel hóa tăng tạo nên màng giòn Mặc dù vậy, cơng nghiệp, người ta ưu tiên sử dụng glycerine AP vì: Glycerine có giá thành thấp, với nhiều ưu điểm AP giá thành chấp nhận được, giảm lượng nước tạo ra, có vòng thơm nên có độ - bền cao hơn, độ bóng cao 1.3 Dầu thực vật Đa số loại dầu thực vật triglyceride glycerine acid béo Dầu thực vật ép từ loại nhân hạt thực vật Sau sấy tinh chế có chứa 99% dầu, 0,2 ÷0,5% acid béo tự lại nước, cặn vơ protein Chỉ số Iode (CI) Định nghĩa: số Iode số gam iode phản ứng với nối đơi có acid béo 100g dầu Iode phản ứng dễ dàng với nối đơi có acid béo dầu phản ứng cộng Ý nghĩa: Chỉ số iode thể lượng nối đơi có dầu thực vật Phân loại dầu Nối đơi dầu thực vật có tác dụng làm khô màng sơn từ alkyd phản ứng trùng hợp tác dụng Oxygene khơng khí Dựa vào tính chất CI người ta phân dầu làm loại: - Dầu có CI < 90: dầu không khô: dừa, phộng Sử dụng để tổng hợp alkyd gầy Dầu có CI = 90 ÷130: dầu bán khơ: đậu nành, thầu dầu, hướng dương, cao su Sử dụng - để tổng hợp alkyd trung bình Dầu có CI > 130: dầu khô: thầu dầu khử nước, trẩu, lanh Sử dụng để tổng hợp alkyd - béo Có thể phối trộn dầu khô bán khô đạt số CI tổng thể >130 để tổng hợp alkyd béo Tính chất dầu Bảng 1.3 Đặc trưng loại dầu % acid béo dầu Loại Tên %dầu dầu dầu hạt Oleic Lino- Linole- Eleo- Ricin- leic noic stearic oleic Loại no Khô Trẩu 42 - 38 12,5 - - Lanh Perila Hồ 36 - 37 36 - 51 4,5 52 53 23 23 8,3 12 65 10 78 14 - 25 32 52 27 - 35 39 46 10 - 83 11 Cao su 40 - 45 11 - 29 20 - 26 Dừa - đào Đậu nành Hướng dương Olive Không 80 - 12 – 12 94 khô Ve 48 - 60 83 Dầu nhẹ nước khơng tan nước, hòa tan ete, benzen, clorofom, xăng… Khi có tác dụng kiềm xảy phản ứng xà phòng hóa tạo thành glycerine muối acid béo Khi gặp acid men, đun lâu nhiệt độ cao bị phân hủy tạo thành glycerine acid béo tự Khi đun nóng dầu bị giãn nở nên trọng lượng riêng bị giảm xuống Cứ tăng oC trọng lượng riêng giảm xuống 0,0007 (g/cm3) Nhiệt độ bùng cháy dầu khoảng 190 - 235oC Dầu bị oxy hóa oxy tạo thành andehyde sản phẩm hóa khác Ở đề tài này, dầu lanh sử dụng làm nguyên liệu chính, loại dầu thực vật chiết xuất từ hạt lanh (tiếng Pháp: Graines de lin; Anh: Flaxseds linseds; Latinh: Linum usitatissimum) Dầu lanh có mùi thơm, có độ bay chậm, bóng, lâu khơ… Dầu lanh dễ bị oxy hóa nhạy cảm với ánh sáng Chất xúc tiến Naphthanate cobalt: tổng hợp từ acid naphthanic với oxyde cobalt Sau hồ tan xylene (nồng độ 10%) Hố chất có tác dụng hấp thụ oxygene khơng khí giải phóng oxygene dạng gốc, xúc tiến q trình làm khơ màng sơn phản ứng trùng hợp Octoate coban: tổng hợp từ octoic acid oxyde cobalt Có tác dụng tương tự naphthanate cobalt, tồn dạng dung dịch 10% xylene Hai chất làm khơ mặt ngồi màng sơn gọi dung dịch Co2+ Octoate chì octoate mangan: tồn dạng dung dịch 10% xylene Có tác dụng làm khô mặt màng sơn 1.4 Chất che phủ Chất che phủ mang lại độ che phủ cho màng sơn Khả che phủ chúng thể độ che phủ: khối lượng chất sử dụng che phủ hết đơn vị diện tích Độ che phủ phụ thuộc vào chất hố học hình dạng chất che phủ Các chất che phủ thông dụng xếp theo chiều giảm dần độ che phủ sau: TiO2> ZnO > CaCO3 1.5 Màu Màu sử dụng pha vào sơn để tạo màu cho sơn Có hai loại màu bản: màu hữu màu vô cơ: - Màu vô cơ: muối phức kim loại đa hố trị Màu vơ có đặc điểm không tan mà phân tán chất tạo màng dung môi Độ đa dạng độ sáng màu Tuy nhiên độ bền nhiệt môi trường màu vô cao, giá thành - thấp… Màng sơn pha màu vơ có độ truyền suốt Màu hữu cơ: hợp chất hữu phức chúng Nó có khả tan dung mơi thích hợp 1.6 Chất trợ nhớt chống lắng Chất trợ nhớt: có tác dụng làm tăng độ nhớt sơn nhằm tránh tượng chảy sử dụng sơn bề mặt thẳng đứng Ngồi ra, có tác dụng việc chống lắng thành phần sơn Chất trợ nhớt thường sử dụng silica Chất chống lắng: hợp chất dạng giống chất hoạt động bề mặt, liên kết thành phần phân tán sơn để tránh tượng lắng Một số chất chống lắng thông dụng: stearat kẽm, stearat nhơm 1.7 Chất độn Độn có mục đích chủ yếu làm tăng khối lượng riêng cho sơn giảm giá thành Một số trường hợp làm tăng độ nhớt số tính khác màng sơn tính chất màng sơn, khả thi cơng, kiểm sốt độ lắng… Một số loại độn thường dùng CaCO3, MgSO4… 1.8 Chất trợ phân tán Hợp chất dạng chất hoạt động bề mặt, có tác dụng làm tăng độ phân tán thành phần sơn làm cho màng sơn đồng Hiện có số chất trợ phân tán hiệu cao BYK A905 1.9 Chất bảo vệ UV Màng sơn sử dụng trời thường bị tác dụng tia tử ngoại làm gãy mạch polymer phân hủy màu, làm cho màng sơn giòn, bong rộp, nhạt màu theo thời gian sử dụng Và hợp chất bảo vệ UV (như BYKA 305) có khả hấp thụ tia UV để tránh tượng 1.10 Phụ gia chống vi sinh Các phụ gia chống vi sinh chủ yếu chất có tính độc hại, sử dụng để đưa vào sơn nhằm mục đích bảo vệ màng sơn tránh khỏi công vi sinh vật rong, tảo, hà Các loại sơn thường sử dụng ngành vận tải đường sông, biển chống rong mốc Một số phụ gia phổ biến như: Cu2O, CuCl, Hg2O, hợp chất gốc phenol 1.11 Dung mơi Dung mơi có tác dụng giúp cho phân tán thành phần sơn tạo độ nhớt thích hợp thuận tiện cho việc sử dụng Các yêu cầu chủ yếu dung mơi là: - Có khả phân tán thành phần sơn tốt - Có tốc độ bay phù hợp với cơng nghệ sơn - Tính độc hại không cao - Khả tự bắt cháy thấp - Giá thành phù hợp Trong số trường hợp người ta trộn dung môi lại với để tạo hỗn hợp dung mơi có khả đáp ứng yêu cầu Đối với sơn alkyd, dung môi sử dụng chủ yếu mang gốc hữu như: dầu lửa, xăng, xylene, toluene… 10 d = = 0,058 (m) Chọn d = 0,06 (m) Chọn chiều dài ống dẫn lỏng 10 (m) Khối lượng lỏng thường trực tối đa ống là: m= = = 24,13 (kg) Khối lượng dầu chứa gia nhiệt là: V x ρ = 2,5 x 854 = 2167,87 (kg) Tính lượng dầu DO dùng cho mẻ sản xuất: Nhiệt trị dầu DO: q = 39317( kJ/kg) Lượng nhiệt cần cung cấp nhiều giai đoạn: Q = 2708,39 x 103 (kJ) Giai đoạn cấp nhiệt giờ, nên nhiệt lượng cần cung cấp là: Q’ = 2708,39 x 103 kJ/6h = 451398,33 ( kJ/h) Lượng dầu DO dùng để gia nhiệt cho dầu tải nhiệt: M = 451398,33/(39317 x 0,95) = 12,09 (kg/h) Lượng dầu DO dùng cho mẻ (thời gian gia nhiệt mẻ 14 giờ) là: mdầu mẻ = 12,09 x 14 = 169,26 (kg) 4.3.4 Bề dày thiết bị vỏ áo Dầu tải nhiệt vào vỏ áo với nhiệt độ 270 oC tương ứng với áp suất là: 1,314 (at), tra bảng I.127 - [1] Nên ta tính áp suất cho phép vỏ áo làm việc với áp suất Chọn bề dày vỏ áo (mm), bề rộng vành 0,05 (m) Đường kính phần vỏ áo là: 1,5 (m) Chọn vật liệu làm vỏ áo thép có mã hiệu 12MX có: Ứng suất cho phép là: [= 155,77 x 106 (N/m2) Hệ số bền mối hàn: = 0,95 Kiểm tra áp suất cho phép vỏ áo làm việc với áp suất trong: P = 1,31 x 106 (N/m2) Theo công thức 5.11- [6]: [p] 40 [p] == 3,94 x 105 (N/m2) > 1,31 x 105 (N/m2)(thỏa mãn yêu cầu) Vậy chọn bề dày vỏ áo (mm) 4.4 Bộ phận giải nhiệt vỏ áo Nhiệt lượng cần lấy giai đoạn 3: Q = 224,13 (kJ) Nhựa làm nguội từ 230 - 170 oC Chọn nhiệt độ nước làm nguội từ 25oC đến 45oC, cần nhiệt lượng: Q = Cn x gn x (t2 – t1) Với Cn nhiệt dung riêng nước, kJ/kg.độ Cn = 4,18 (kJ/kg.độ) Do đó: Gn = == 2680,95 (kg/h) • Thể tích nước cần là: V = = = 2,68 (m3/h) Ta chọn có kích thước tương tự phận gia nhiệt có bề rộng vành vỏ áo 0,1 (m) Vỏ dày (mm), cao 0,5 (m) bố trí phía phận gia nhiệt • Thể tích vỏ áo tính gần là: V = x H x (d12 – d22) = x 0,5 x (1,52 – 1,42) = 0,11 (m3) • Khối lượng nước chứa vỏ áo: m = h x V = 999,98 x 0,11 = 113,82 (kg) Với h: Khối lượng riêng nước, 999,98 (kg/m3) • Thời gian lưu nước thiết bị vỏ áo:  = m/D = 111,32/0,25 = 445,29 (s) • Tính đường kính dẫn nước vào D: Chọn tốc độ nước vào  = 0,5 (m/s) Lưu lượng thể tích nước: Q = D/h = 0,25/999,98 = 0,00025 (m3/s) Đường kính ống dẫn nước vào: D == = 0,025 (m) 4.5 Lớp bảo ôn Chọn vật liệu làm lớp bảo ôn cho nồi phản ứng thủy tinh Bề dày lớp bảo ôn xác định theo công thức sau: 41  = 2,8 x d: Đường kính ngồi khơng kể lớp cách nhiệt d = 1,418 (m) t: Nhiệt độ mặt t = 2700C q:Là tổn thất nhiệt q = 180 W/m2 : Hệ số dẫn nhiệt thủy tinh = 0,035 W/m.0C →  = 2,8 x = 143,36 (mm) Chọn bề dày lớp bảo ơn  = 150 (mm) 4.6 Chọn bích Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị phận khác với thiết bị Bích liền phận nối liền vào thiết bị Loại bích chủ yếu dùng với áp suất thấp áp suất trung bình Chọn bích ghép thân, đáy nắp làm thép 12MX có khối lượng riêng 7850 (kg/m3) Cấu tạo bích bích liền kiểu I (theo trang 417 - [2]) Với Dt = 1400 (mm) áp suất tính tốn P = 0,31 (N/mm2) Chọn bích có thơng số bảng XIII.27 - [2]: D = 1540 (mm) Db = 1490 (mm) Dl= 1460 (mm) Do = 1413 (mm) Bulong M20 Z = 32 (cái) h = 25 (mm) 4.7 Tai treo 4.7.1 Tính tốn sơ khối lượng tồn thiết bị Khối lượng toàn thiết bị (thiết bị dung dịch) M = MThiết bị + MDung dịch • MDung dịch = 3508,77 (kg) • MThiết bị: - Khối lượng thân thiết bị m1 = V x thép = x 7850 = 436,89 (kg) 42 - Khối lượng đáy nắp Do đáy nắp có hình dạng, bề dày vật liệu giống nên m2 = x F x  x thép F diện tích thép đáy (nắp) thiết bị F = 2,31 (m2) tra bảng XIII.10 - [2]  bề dày đáy (nắp) → m2 = x 2,3 x 0,006 x 7850 = 217,60 (kg) - Khối lượng cánh khuấy trục khuấy m3 = mcánh + mtrục + Khối lượng cánh khuấy mthanh ngang = 0,091 x 1,1 x 0,03 x 7850 = 23,57 (kg) mmỏ neo = 0,091 x 1,3 x 0,03 x 7850 = 27,86 (kg) mcánh đứng = 0,091 x 0,94 x 0,03 x 7850 = 20,14 (kg) + Khối lượng trục khuấy mtrục x 2,77 x 7850 = 83,64 (kg) - Khối lượng bích Do nắp ghép bích với thân nên số mặt bích m4 = x 2 x h x  x 2 x 0,025 x 7850 = 116,48 (kg) + Khối lượng vỏ áo Khối lượng phần gia nhiệt + Khối lượng phần giải nhiệt mgia nhiệt = x 7850 = 134,21(kg) mgiải nhiệt = x 7850 = 44,59 (kg) - Hơi dầu tải nhiệt m5 = x 858,5 = 236,59 (kg) - Nước giải nhiệt - Lớp bảo ôn m6 = x 999,98 = 83,85 (kg) m7 =x 200 = 46,99 (kg) - Các thành phần khác m8 = 400 (kg) Suy ra: MThiết bị = 1571,66 (kg) Tổng khối lượng mà tai treo phải chịu là: 43 M = 1571,66 + 3508,77 = 5381,18 (kg) 4.7.2 Tai treo Chọn tai treo, tai treo làm thép 12MX tai treo gắn thân nồi nấu nhựa tựa vào giàn đỡ để giữ thiết bị vững trình làm việc Tải trọng tác dụng lên tai treo: Q = (theo công thức 8.67- [4]) Trong đó: Gmaxlà trọng lượng lớn thiết bị (gồm trọng lượng thân thiết bị trọng lượng dung dịch bên thiết bị)(N) Z số lượng tai treo → Q= = 13197,34 (N) Tra bảng XIII.36 - [2], ta có : Bảng 4.2 Các thông số tai treo F.104 m2 173 q.10- N/m2 1,45 L B B1 H S l a d 60 20 30 mm 150 120 130 215 M kg 3,48 Bảng 4.1: Bảng thông số kĩ thuật phận gia nhiệt, bích tai treo Chi tiết thiết bị Đặc tính kĩ thuật Kích thước Bộ phận gia nhiệt Bề mặt truyền nhiệt 20,02 m2 Chiều cao vỏ áo Đường kính ống dầu BOT gia nhiệt Đường kính ống dầu lỏng tới phận gia nhiệt Bề dày thiết bị vỏ áo Bề rộng vành Khối lượng dầu tải nhiệt chứa gia 1150 mm 90 mm 60 mm 03 mm 50 mm nhiệt Lượng dầu DO dùng để gia nhiệt dầu BOT tải nhiệt/mẻ 236,59 kg 169,26 kg Bộ phận giải nhiệt 44 Chiều cao vành nước làm mát 500 mm 40 mm Đường kính ống dẫn nước giải nhiệt Bề dày thiết bị vỏ áo 03 mm Bề rộng vành 100 mm Bề dày lớp bảo ơn 150 mm Bích Thép 12MX Số bu long 32 Bề dày bích 25 mm Tai treo Thép 12MX Số tai treo 04 CHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ - - - - - 5.1 Thiết bị ngưng tụ nước hồi lưu xylene Khi trình đa tụ sâu xảy đồng thời có q trình tách nước Ta cho xylene vào nồi phản ứng để tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, hỗn hợp sôi 95 oC bao gồm 80% xylene 20% nước nhằm để tách nước sinh suốt trình phản ứng Hơi sinh qua thiết bị làm lạnh: nước ngưng tụ tháo ngồi xylene hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng Ta sử dụng thiết bị ngưng tụ loại ống chùm Hơi hỗn hợp ống, nước làm lạnh ống ngược chiều với hỗn hợp Để tránh dòng đối lưu tự nhiên, từ xuống nước lạnh từ lên Theo tính tốn phần tính tốn nhiệt lượng giai đoạn lượng nhiệt hỗn hợp tỏa ngưng tụ: Q = 2708,39 x 103 (kJ) 5.1.1.Quá trình cấp nhiệt tù hỗn hợp đến thành thiết bị Chọn t1 = t1 - tT = 1,3oC → tT = t1 - t1 = 94,5 - 1,3 = 93,2oC • Xác định chuẩn số Nu: Cơng thức tính Nu theo V.110 - [2] trường hợp ngưng ống nằm ngang là: 45 Nu = C x Re x () 0,3 x ()0,35 C: Hệ số phụ thuộc bề mặt ngưng Đối với ống thép ngưng nước C = 1,26 g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m2) : Khối lượng riêng hỗn hợp ’: Khối lượng riêng hỗn hợp hơi, ’= 0,24 (kg/m3), tra bảng I.7 - [1] d: Đường kính ống, chọn d = 0,03 (m) l: Chiều dài ống, l = (50 - 255) x d, lấy l = 1000 (mm) : Sức căng bề mặt hỗn hợp, N/m2 - Tính hệ số Re Re = q: Nhiệt tải riêng, với ống thép, ta chọn q = 5900 (W/m2.độ) : Ẩn nhiệt hóa hỗn hợp đẳng phí, r = 521 (j/kg) hh: Độ nhớt hỗn hợp lghh = Xxy x lgxy + XH2Ox lgH2O xy, H2O: Độ nhớt xylen nước nhiệt độ trung bình tthiết bị =(t1 + tT)/2 = 93oC xy = 0,39 x10- (Ns/m2) H2O = 0,315 x 10- (Ns/m2) → Re = = 0,95 - Tính khối lượng riêng hỗn hợp, theo công thức I.2 - [1]: = + Với: H2O = 999,98 (kg/m3) xy = 880 kg/m3 → = + →hh = 901,64 (kg/m3) - Sức căng bề mặt nước ngưng, theo công thức I.76 - [1]: = + H2O = 60,75 x 10-3 (N/m2) xy= 21 x 10-3 (N/m2) → = + →hh = 15,61 x10-3 (N/m2) → Nu = 1,26 x 0,95 x ()0,3 x ()0,35 = 383,96 46 • Hệ số cấp nhiệt 1 = , theo công thức V.45 - [2]: d: Đường kính ống, d = 0,03 (m) : Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp xác định công thức  = xy x Xxy + H2O x XH2O Với: xy = 0,13 (W/m.độ) H2O = 0,58 (W/m.độ) →  = 0,13 x 0,8 + 0,58 x 0,2 = 0,21 (W/m.độ) Vậy: 1= = 2713,32 (W/m2.độ) Nhiệt tải riêng từ hỗn hợp đến thành trong: q1 = 1 x t1 =2713,32 x 1,3 = 3527,32 (W/m2) 5.1.2 Quá trình truyền nhiệt qua vách • Tổng nhiệt trở qua vách, theo công thức V.3- [2]: R = r1 + + r2 r1: Nhiệt trở lớp cặn bên ống Theo I.1 - [2] Chọn r1 = 0,12 x 10- (m2.độ/W) r2: Nhiệt trở lớp cặn bên ống Theo I.1 - [2] Chọn r2 = 0,46 x 10- (m2.độ/W) : Bề dày ống  = 0,0020 (m) : Hệ số dẫn nhiệt ống,  = 54,40 (W/m độ), theo I.125 - [1] Vậy: R = 0,12 x 10- + + 0,464 x 10- = 0,62 x 10- (m2.độ/W) • Độ chênh lệch nhiệt độ thành vách: t = tt- ttt = q1 x R = 5900 x 0,617 x 10-3 = 3,6oC • Nhiệt độ thành ngồi: tn = tt - t = 92 - 3,6 = 88,4oC 5.1.3 Quá trình truyền nhiệt từ thành đến thành thiết bị Hiệu số nhiệt độ: t2 = ttt- t2 = 88,7 - 25 = 63,7oC • Chuẩn số Nu dòng chảy cưỡng phía ngồi chùm ống xác định theo công thức V.47- [2]: Nu = 0,23 x x Re0,65 x Pr0,33x ()0,25 : Hệ số phụ thuộc góc tới  (góc chiều chuyển động dòng đường trục ống) 47 Với  = 60oC,  = 0,94 (theo V.48 - [2]) Pr: Chuẩn số Pr tính theo nhiệt độ trung bình nước làm lạnh, Pr = 6, (theo I.249- [2]) Prt: Chuẩn số Pr tính theo nhiệt độ trung bình vách, chọn Pr t = 1.6, (theo I.12- [2]) Re = : Vận tốc nước làm nguội, chọn  = 0,1 (m/s) Dd: Đường kính ống ngồi, d = 0,02 (m) Vv: Độ nhớt động lực học nước Vv = = = 0,90 x 10- (Nm) Do Re = = 2678,57 Vậy Nu = 0,23 x 0,94x 2678,57 x 210,65 x 60,33 x ()0,25 = 93,38 5.1.3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt • Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước làm lạnh, theo công thức V.45 - [2]: 2 = D: Đường kính thiết bị ngưng tụ, lấy D = 0,45 (m) : Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp,  = 0,21 (W/m.độ) Vậy 2 = = 56,03 (W/m2.độ) • Nhiệt tải từ hành ngồi ống đến nước làm lạnh: q2 = 2 x t2 = 56,03 x 62 = 3473,74 (W/m2) 5.1.4 Nhiệt tải riêng trung bình Sai số q1 q2: Ƞ = x100% = 1,52% Vậy ƞ = 1,52% < 5%: Hợp lý Nhiệt tải riêng trung bình: q = = = 3500,53 (W/m2.độ) 5.1.5 Tính bề mặt truyền nhiệt số ống • Tính bề mặt truyền nhiệt: Nhiệt lượng tỏa ngưng tụ: Q = Q6”= 245739,31 (kJ) 48 Quá trình ngưng tụ xảy Nhiệt lượng tỏa giây là: Q’ = = 11376,82 (kJ) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = = = 3,25 (m2) Tính tốn với hệ số an tồn 1,05 ta có: F’ = 1,05 x 3,25 = 3,41 (m2) • Tính số ống: - Số ống cần là: n = = = 60,27 (ống) Theo bảng V.11 - [2], ta chọn: Tổng số ống thiết bị: 61 - Số ống đường xuyên tâm: b = (ống) Số ống trên cạnh hình lục giác ngồi: a = =5 (ống) Chiều dài bước ống: t = (2 - 1,5) x d = 0,5 x 0,03 = 0,015 (m) Đường kính thiết bị trao đổi nhiệt, theo công thức V.140- [2]: Dt = t x (2 x b - 1) + x d=0,015 x (2 x – 1) + x 0,03 = 0,38 (m) Vậy ta chọn đường kính thiết bị ngưng tụ 0,45 (m) hợp lý 5.2 Thiết bị phân ly Có thân hình trụ, nắp phẳng, đáy hình elip Dọc theo chiều dài thân có kính để quan sát mực chất lỏng Hỗn hợp đẳng phí xylene nước khỏi thiết bị phản ứng qua thiết bị ngưng tụ làm nguội tiếp qua thiết bị phân ly để phân riêng xylene nước Tại xylene hồi lưu vào nồi phản ứng, nước lắng xuống tháo ngồi định kỳ Ta chọn: Đường kính thiết bị phân ly: D = 0,2 (m) Chiều cao phần thân: h =0,4 (m) Ống dẫn hỗn hợp lỏng vào: d = 0,02 (m) Ống tháo nước hồi lưu xylene: d’ = 0,01 (m) 5.3 Hệ thống bơm đường ống Dùng bơm ly tâm để bơm Trong thực tế ta bơm dầu lanh trước bơmglycerine Do độ nhớt glycerine lớn nhiều so với dầu lanh nên ta chọn glycerine để tính tốn 49 Khối lượng dầu lanh: 1481.05 (kg) Khối lượngglycerine: 332,34 (kg) Độ nhớt dầu lanh: 0,23 (Ns/m2) Độ nhớt glycerine: 0,945 (Ns/m2) Khối lượng riêng dầu: 0,934 (Ns/m3) Khối lượng riêng củaglycerine: 1260 (Ns/m3) • Tính tốn đường ống: - Thể tích cần bơm: Vgly = = = 0,264 (m3) Vd = = 1,59 (m3) - Chọn thời gian bơm glycerine phút, ta có: Năng suất bơm là: Q = = =0,88 x 10- (m3/s) - Chọn vận tốc bơm 1m/s Đường kính ống dẫn: d = = = 0,033 (m) → Lấy d = 34 (mm) • Tính tốn bơm: - Tính trở lực đường ống: Ta có:Re = = = 45,3 < 2320 Vậy chất lỏng chế độ chảy tầng - Hệ số ma sát: thẳng hệ số ma sát khơng phụ thuộc vào độ nhám mà phụ thuộc vào chế độ chuyển động hình dạng mặt cắt ngang ống  = = 1,33 + Hệ số trở lực ma sát: ξms =  x = 1,33 x = 195,59 Chọn l = (m) chiều dài cần bơm + Hệ số trở lực cục bộ: Tra bảng II.16 - [1]: ξcb = 3,89 • Tổng trở lực ma sát trở lực cục bộ: ξ = ξms + ξcb = 199,48 50 • Tổn thất áp suất trở lực: Hh= ξ x  x = 199,48 x 1260 x x 10- =12,57 (m) • Áp suất toàn phần bơm: H = + 12,57 = 17,57 (mmH2O) - Công suất yêu cầu trục bơm: N= Q: suất bơm (m3/s), Q= 0,88 x 10- 3(m3/s) H: áp suất toàn phần (m), H = 17,57 m : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3),  = 1260 (kg/m3) g: Gia tốc trọng trường (m2/s), g = 9,81 (m2/s) Ƞ: Hiệu suất chung bơm, ƞ = 0,9 → N = 0,21 (kW) - Công suất động điện: Nđc = = = 0,26 (kW) Chọn bơm ly tâm có cơng suất 0,5 (kW) Động điện KW, số vòng quay 1000 (vòng/phút) 5.4 Bộ phận lọc Nhựa sau tương hợp đưa lên thiết bị lọc bơm ly tâm nhằm loại bỏ cặn tạp chất sản phẩm Thiết bị thiết kế gồn vải lọc bên có đường kính d = 0,5 (mm) Thiết bị lọc gián đoạn mẻ gồm: G = 3508,77 (kg)  = 1098,4 (kg/m3) Thể tích nhựa cần lọc: V = G/ = 3508,77/1098,4 = 3,19 (m3) Chọn thiết bị lọc hình trụ có kích thước: Chiều cao: (m) Đường kính: 0,6 (m) Thời gian lọc: 30 (phút) 51 5.5 Nồi pha loãng Nồi pha loãng nơi chứa pha loãng nhựa tạo thành phẩm Do điều kiện làm việc tương tự nồi phản ứng nên có cấu tạo tương tự Chọn: - Dt = 1400 (mm) H = 2840 (mm) S = (mm) Nồi pha lỗng cần có cánh khuấy ta chọn cánh khuấy dạng mỏ neo kết hợp mái chèo.Với: Đường kính ngồi cánh khuấy: dR = 1,3 (m) Đường kính cánh khuấy: dr = 1,12 (m) Bề dày cánh khuấy: b1 = 0,091 (m) Chiều cao phần thẳng đứng: h1 = 0,965 (m) Chiều cao phần mỏ neo: h2 = 0,275 (m) Khoảng cách từ đáy đến cánh khuấy: c = 0,07 (m) Khoảng cách từ mỏ neo đến ngang: d = 0,275 + 0,965/2 = 0,745 (m) 52 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu tính tốn, chúng tơi thiết kế thiết bị sản xuất sơn alkyd từ dầu lanh với suất 2000 (tấn/năm) với thông số sau: - Sử dụng thiết bị, thiết bị sản xuất mẻ/ngày Năng suất mẻ: 3539 (kg/mẻ) Nồi tổng hợp nhựa với đường kính 1,4 (m), chiều cao 2,84 (m), phần đáy có gờ 40 - (mm), nắp nối liền với thân bích Sử dụng cánh khuấy dạng mỏ neo kết hợp với dạng mái chèo, với đường kính ngồi d R = 1,26 (m), đường kính d t = 1,12 (m), bề dày 9,1 (cm), chiều cao phần thẳng - đứng h1 = 0,965 (m), chiều cao phần mỏ neo h2 = 0,275 (m) Công suất động điện Nđc = 3,7 (kW) Bề dày lớp gia nhiệt giải nhiệt (mm) Hệ thống giải nhiệt gia nhiệt sử dụng thiết bị vỏ áo với chất tải nhiệt dầu BOT - nước Lớp bảo ôn làm thủy tinh với độ dày 150 (mm) Các thành phần khác bích, tai treo, bulong, thiết bị phụ thiết bị ngưng tụ, hệ thống bơm, lọc, nồi pha loãng… Tuy nhiên báo cáo thực lý thuyết, chúng tơi chưa có hội tiếp cận với nhà máy hay quy trình thực tếcũng chưa đưa mơ hình thực nghiệm tổng hợp nhựa alkyd, chưa tìm hướng giúp giảm chi phí lượng Đồng thời, tất nhà máy loại hình sản xuất nói chung, vấn đề mơi trường ln vấn đề quan trọng đặt ra, mặt khác, báo cáo tập trung vào thông số kỹ thuật mà chưa xoáy sâu vào phương án, hướng giải xử lý chất thải sau trình sản xuất Để phát triển đề tài này, cần giải hạn chế sai sót nêu ra, đồng thời cần thực tổng hợp nhựa alkyd nhiều nguồn nguyên liệu, để đánh giá cách xác, khách quan, chọn lựa nguồn nguyên liệu mang lại hiệu cao - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khng, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghê hóa chất tập 1, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 53 [2]: TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghê hóa chất tập 2, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3]: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyền, Quá trình thiết bị khuấy trộn công nghệ, nhà xuất xây dựng, Hà Nội [4]: Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5]: TS Tạ Đăng Khoa, giảng chương 13: Khuấy chất lỏng [6]: TS Tạ Đăng Khoa, giảng chương 3: Động học lưu chất [7]: LD Landau, E.M Lifshitz, fluid mechanics book [8]: https://123doc.org/tags/1678510-bang-tra-nhiet-dung-rieng-cua-cac-chat.htm [9]: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C106423&Mask=4 [10]: https://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-fluids-d_151.html 54 ... để sản xuất nhựa alkyd trung bình, alkyd + + gầy Alkyd biến tính với dầu béo khơ có nối đơi để sản xuất nhựa alkyd béo Alkyd biến tính với dầu béo có nối đơi từ acid béo tổng hợp cấu thành… + alkyd. .. tiến hành thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất nhựa alkyd Cụ thể hơn, chúng tơi sâu vào việc hình thành nhựa alkyd béo từ dầu lanh, với suất 2000 tấn/năm Việc thiết kế nhà máy cần đảm bảo yêu cầu:... lượng cao alkyd Alkyd biến tính từ dầu béo với nhựa thông để sản xuất nhựa alkyd Glyphtal Pentaphtalic 1.1.4 Tính chất Alkyd có màu vàng đến nâu tùy vào loại dầu kỹ thuật trình thực tổng hợp Alkyd