Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông

Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ANH NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ NHỰA PHẾ THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN NHỰA THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MUC CÁC BẢNG PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Những tác hại từ nước thải nhà máy sản xuât nhựa thông 1.1.1 Thực trạng hệ thống xử lý nước thải xí nghiệp nhựa thơng ng Bí 1.1.1.1 Đối với môi trường 1.1.1.2 Đối với sinh vật 1.1.1.3 Đối với kinh tế, xã hội người 10 1.1.2 Các trình biến đổi dầu thông nước 11 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 15 1.2.1 Phương pháp xử lý học 15 1.2.2 Phương pháp hóa học lý học 20 1.2.3 Phương pháp sinh hóa 22 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NHỰA THÔNG 23 2.1 Công nghệ hệ thống chế biến nhựa thông 23 2.1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất 23 2.1.1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất colophan tinh dầu thơng 23 2.1.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 24 2.2 Thành phần cấu tạo tính chất hóa học nhựa thơng 28 2.2.1 Tính chất nhựa thơng 28 2.2.2 Tính chất vật lý Colophan 32 2.2.3 Thành phần hóa học Colophan 37 2.2.4 Tính chất vật ly tinh dầu thông 39 2.2.5 Thành phần hóa học tinh dầu thông 40 2.3 Một số thông số thông số quan trọng nước thải 42 2.3.1 Hàm lượng chất rắn 42 Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -1- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông 2.3.2 Hàm lượng oxy hòa tan DO (Disolved oxygen) 45 2.3.3 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand) 47 2.3.4 Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand) 50 2.3.5 Các chất dinh dưỡng 51 2.3.6 Chỉ thị chất lượng vi sinh nước 54 2.3.7 Các tác nhân độc hại hợp chất liên quan mặt sinh thái 56 2.4 Các phương pháp xử lý nước thải nhà máy nhựa thông 58 2.4.1 Xử lý vật liệu hấp thụ, thiết bị có chứa phận hấp thụ dầu phận lọc ………………………………………………… 59 2.4.1.1 Phương pháp dùng vật liệu hấp thụ 59 2.4.1.2 Chất hấp thụ Corbol 61 2.4.1.3 Chất hấp thụ Enretech cellusorb 61 2.4.2 Phương pháp chưng cất 62 2.4.3 Xử lý vi sinh vật 63 PHẦN 3: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ CHẤT THẢI NHỰA THÔNG 66 3.1 Xây dựng hệ thống xử lý tái chế chất thải nhà máy nhựa thông 66 3.1.1 Phương pháp tiếp cận giải vấn đề 66 3.1.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhựa thông 67 3.1.2.1 Vật liệu nghiên cứu 68 3.1.2.2 Xây dựng sơ đồ q trình cơng nghệ xử lý 70 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống bể lắng 73 3.3 Quá trình thu hồi nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông phương pháp chưng 74 3.3.1 Lựa chọn hệ thống chưng…………………………………………… 74 3.3.2 Các thơng số ảnh hưởng tới q trình chưng ……………………….76 3.3.3 Tính tốn thơng số 79 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -2- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông LỜI CẢM ƠN Qua luận văn tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG tận tình động viên, giúp đỡ em nhiều suốt trình hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Công Nghệ Sinh Học – Công Nghệ Thực Phẩm cho em kiến thức quí báu suốt thời gian theo học trường Cuối em xin gửi tới gia đình, bạn bè tình cảm tốt đẹp động viên, quan tâm, giúp đỡ người dành cho em thời gian làm luận văn Học viên thực Vũ Anh Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -3- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông DANH MỤC CÁC HÌNH Hình : Hệ thống kênh dẫn bể chứa nước thải Hình : Hệ thống tái chế nhựa thông Hình : Nguồn nước bị ô nhiễm Hình 4: Song chắn rác thủ công loại hai ngăn 16 Hình 5: Song chắn rác thủ cơng loại ngăn 16 Hình 6: Lưới chắn rác có máy nghiền: 17 Hình 7: Bể lắng ngang 17 Hình 8: Bể lắng đứng 18 Hình 9: Bể lắng theo phương bán kính 18 Hình 10: Lắng dạng nghiêng 19 Hình 11: Cấu tạo bể lắng đứng 19 Hình 12: Sơ đồ thiết bị làm nước thải đơng tụ 20 Hình 13: Hệ thống tuyển khơng khí hịa tan khơng có tuần hồn ……………………………………………………………… 21 Hình 14: Hệ thống tuyển khơng khí hịa tan có tuần hồn 21 Hình 15: Sơ đồ hệ thống tuyển 22 Hình 16: Sơ đồ công nghệ sản xuất colophan tinh dầu thơng 23 Hình 17: Q trình định lượng, nạp liệu hoá lỏng 24 Hình 18: Hệ thồng khấy rửa, lọc thơ 25 Hình 19: Hệ thống lắng lọc tinh 26 Hình 20: Hệ thống tháp chưng cất chân khơng 27 Hình 21: Hệ thống phân ly tách tinh dầu thông colophan 27 Hình 22: Colophan 28 Hình 23: Khai thác nhựa thông 29 Hình 24: Cấu tạo hóa học Colophan 38 Hình 25: Cấu tạo hóa học tinh dầu thơng 41 Hình 26: Đồ thị biểu diễn lượng BOD theo thời gian 48 Hình 27: Đường cong lý tưởng nhu cầu oxy sinh hóa pha cacbon 48 Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -4- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Hình 28: Đường cong nhu cầu oxy sinh hóa pha cacbon pha nitơ 49 Hình 29 : Sơ đồ hệ thống hấp phụ 60 Hình 30: Chất hút dầu nước cellusorb 62 Hình 31: Tháp chưng cất Colophan 63 Hình 32: Sơ đồ hệ thống bể khí sinh học 64 Hình 33: Mẫu nước thải lấy từ nhà máy nhựa thông 69 Hình 34: Sơ đồ trình cơng nghệ xử lý 70 Hình 35: Hệ thống chưng 75 Hình 36: Đồ thị phụ thuộc gữa áp suất bão hịa chất lỏng 80 Hình 37: Đồ thị mối quan hệ suất nhiệt độ 82 Hình 38: Nhiệt kế thiết bị khuấy từ gia nhiệt 83 Hình 39: Sơ đồ hệ thống chưng thí nghiệm 84 Hình 40: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền chế biến nhựa thông……………88 DANH MUC CÁC BẢNG Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật nhựa thông theo TCVN 4188 - 86 29 Bảng 2: Các tiêu kỹ thuật colophan theo TCVN 4190-86 33 Bảng 3: Các tiêu kỹ thuật tinh dầu thông 40 Bảng 4: Các tính chất vật lý, hóa học sinh học đặc trưng nước thải nguồn gốc chúng: 42 Bảng 5: Các thành phần quan trọng nước thải liên quan đến công nghệ xử lý nước thải: 44 Bảng 6: Tiêu chuẩn nước thải Việt Nam loại A B 67 Bảng 8: Hệ số chảy rối α theo quan hệ vtt/Umin 73 Bảng : Mối quan hệ nhiệt độ áp suất bão hòa 79 Bảng 10 : Mối quan hệ nhiệt độ thời gian chưng chất lượng colophan 85 Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -5- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông PHẦN MỞ ĐẦU Nhựa thơng dẫn xuất sử dụng định cỡ giấy tơng, chất nhũ hố sản xuất cao su tổng hợp, thun, nhựa, da nhân tạo, xà phòng, sơn dầu, sơn, loại ma tít cách điện hàn kim loại Tinh dầu thơng có tính chất dược lý q báu nên sử dụng rộng rãi cơng nghiệp dược phẩm hóa mỹ phẩm Hiện công ty cổ phần nhựa thông Quảng Ninh vận hành hai dây truyền sản xuất nhựa thông với công suất 10.000 tấn/năm (tương đương khoảng 30 tấn/ngày) Mặc dù sở hữu dây truyền sản xuất nhựa thơng đại cơng ty cịn tồn đọng vấn đề xử lý nước thải trước thải ngồi mơi trường Đây vấn đề cấp bách không liên quan đến tồn cơng ty mà cịn hành động bảo vệ môi trường Và sau đồng ý thầy giáo PGS_TS Lê Nguyên Đương em nhận nhiệm vụ luận văn “Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thơng” Mục đích việc nghiên cứu nhằm để giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước thải nhà máy thu hồi lại đáng kể lượng nguyên liệu bị thất Dựa kiến thức có em tiến hành thực luận văn với nội dung gồm phần sau: PHẦN 1: TỔNG QUAN PHẦN 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NHỰA THÔNG PHẦN 3: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ CHẤT THẢI NHỰA THÔNG PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Do hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu nên luận văn em chắn tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn để luận văn em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -6- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 NHỮNG TÁC HẠI TỪ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NHỰA THÔNG 1.1.1 Thực trạng hệ thống xử lý nước thải xí nghiệp nhựa thơng ng Bí Nguồn nước thải từ cơng đoạn rửa, lắng, phân ly chân không nhà máy sản xuất nhựa thông mang theo phần tinh dầu dịch nhựa tạp chưa xử lý triệt để trước đưa ngồi mơi trường Sau vài hình ảnh hệ thống xử lý nước thải cơng ty: Hình : Hệ thống kênh dẫn bể chứa nước thải Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -7- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Hình : Hệ thống tái chế nhựa thơng Vị trí cơng ty nằm cạnh dịng sơng ng nên việc đưa nước thải không xử lý đầy đủ xả trực tiếp vào sơng dẫn đến nhiều hậu khơng mong muốn sau đây: 1.1.1.1 Đối với môi trường Làm thay đổi tính chất lí hóa mơi trường nuớc Tăng độ nhớt, giảm nồng độ oxy hấp thụ vào nước, dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng sinh vật nước, đặc biệt loại sinh vật nhạy cảm với thiếu oxy Dầu thông tràn mặt nước, tạo thành lớp váng dầu ngăn cách nước không khí, làm thay đổi tính chất mơi trường nước, cản trở việc trao đổi khí oxi cacbonic với bầu khí Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -8- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Làm cạn kiệt nguồn oxy nước có mặt chất hữu không bền nước thải, hủy hoại sống nước Hình : Nguồn nước bị nhiễm Làm thay đổi tính chất, hệ sinh thái vùng sơng hồ Váng dầu mang nhiều hố chất độc bị dạt vào bờ làm hư hại vùng đất ven sông hồ.Cặn dầu lắng xuống đáy làm nhiễm lớp đáy Làm ảnh hưởng đến khí hậu khu vực, giảm bốc nước dẫn đến giảm lượng mưa, làm nghèo tài nguyên thiên nhiên Tạo tình trạng khơng mong muốn có mùi khó chịu tích luỹ chất cặn bã làm giảm giá trị tài sản tính giải trí 1.1.1.2 Đối với sinh vật Nhiều người khơng nhận tất loài động vật hệ sinh thái sông hồ bị ảnh hưởng nước thải có chứa dầu Sinh vật phù du, ấu trùng cá, sinh vật đáy bị ảnh hưởng cách mạnh mẽ Gây tổn thất lớn quần thể chim nước nguồn thức ăn chúng bị ô nhiễm Dầu thấm qua lông chim, làm giảm khả bảo vệ lông, làm cho chim trở nên dễ tổn thương với thay đổi nhiệt độ bất thường Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 -9- Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống bể lắng Với dây chuyền chế biến làm việc với suất / mẻ, mẻ/ca, 3ca/ ngày tổng số ngun liệu xí nghiệp chế biến ngày là: 3x3x3= 27 tấn/ ngày Lượng nước thải trung bình khoảng 40m3/ngày tương đương với Giả thiết đường kính hạt dầu d= 0,008 cm nhiệt độ 200C, trọng lượng riêng dầu ρd = 0,87 g/cm3, nước thải ρn = g/cm3, độ nhớt môi trường nước thải µ = 0,01 g/cm3.s Tỉ số vận tốc dòng chảy ngang bể vận tốc tối thiểu vtt/Umin = 10 Ta tính tốn kích thước bể lắng dầu sau Đối với chất cặn ván nước dầu (có kích thước hạt khoảng 0,1 - 0,08 mm tốc độ lên Umin hạt xác định theo định luật Stokes: : d - đường kính hạt dầu, cm ρn, ρd - trọng lượng riêng nước thải dầu, g/cm3 µ- độ nhớt nước thải, 20°C lấy µ = 0,01 g/cm3.s Thay số vào ta có: Bảng 8: Hệ số chảy rối α theo quan hệ vtt/Umin vtt/Umin 20 15 10 α 1,75 1,65 1,5 Với vtt/ Umin = 10, ta có hệ số chảy rối α = 1,5 Vận tốc tính tốn vtt = 10.Umin = 0,453 cm/s = 0,00453 m/s Thông thường bể tách dầu ta thiết kế rộng từ ngăn trở lên, chiều rộng bể chứa dầu từ đến 3m, chiều sâu lớp nước từ 1,2 – 1,5m, nước thải lưu bể Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 73 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Ta chọn chiều sâu bể h= 1,2m để công nhân thao tác múc bùn đáy dễ dàng hơn, chiều dài bể là: L = α.h.vtt/Umin = 1,5.1,2.10 = 18 m Vậy ta chia bể làm ngăn, ngăn rộng 2m, sâu 1,2m dài 6m Với loại bể sau thời gian sử dụng xuất nhiều cặn lắng phía bên phải định kỳ cho ngừng hoạt động để lấy bùn cặn Hiện công ty dang sử dụng giải pháp lấy bùn cho nước thải theo kênh tắt xả trực tiếp gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Do mạnh dạn đề nghị giải pháp xây dựng bể lắng kép tức hai hệ thống bể lắng giống nhau, đặt song song nhau, hệ thống nghỉ lấy bùn sử dụng hệ thống bể lắng bên cạnh Giải pháp giúp ta vận hành hệ thống liên tục thời gian để thu bùn cặn thoải mái 3.3 Quá trình thu hồi nhựa phế thải từ nhà máy chế biến nhựa thông phương pháp chưng 3.3.1 Lựa chọn hệ thống chưng Phương pháp chưng cất đơn giản áp dụng từ lâu đời để phân riêng thành phần hỗn hợp lỏng Đối với u cầu tốn ngun liệu đầu vào bao gồm ba thành phần: chủ yếu Colophan lại phần nhỏ nước tinh dầu thơng cịn lẫn dung dịch Mục đích ta tách nước tinh dầu thông theo sản phẩm đỉnh nhờ q trình ngưng tụ sau tách tinh dầu thông khỏi nước thiết bị phân ly, colophan sản phẩm thu hồi đáy thiết bị Do nước tinh dầu thông không tan vào nên ta chưng nước trực tiếp Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 74 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Hình 35: Hệ thống chưng Khi chưng nước trực tiếp, ta phun nước trực tiếp qua lớp chất lỏng phận phun Hơi nước bão hịa hay nhiệt Trong trình tiếp xúc nước lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng khuếch tán vào Hỗn hợp nước cấu tử bay ngưng tụ tách thành sản phẩm Quá trình chưng nước trực tiếp hợp lý dùng để tách cấu tử không tan nước khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp sản phẩm ngưng phân lớp: cấu tử bay nước Ưu điểm trình chưng nước trực tiếp giảm nhiệt độ sơi hỗn hợp, nghĩa chưng nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Điều có lợi chất dễ bị phân hủy nhiệt độ cao chất có nhiệt độ sơi cao Trong phương pháp chưng nước trực tiếp ta phải dùng thêm đốt gián tiếp để đun bốc hỗn hợp Lượng nước trực tiếp vào hỗn hợp có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay mà Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 75 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng 3.3.2 Các thơng số ảnh hưởng tới q trình chưng : Qúa trình tái chế nhựa phế thải từ nhà máy nhựa thơng có nhiều thơng số thay đổi ảnh hưởng tới trình chất lượng sản phẩm : Các yếu tố đầu vào: Xi -Lượng nhựa thông đưa vào chưng: Gd -Tỷ lệ nước dầu thông colophan (nồng độ ban đầu): bd -Độ nhớt: µ -Nhiệt độ chưng: t c -Nhiệt độ ngưng tụ: t nt Các yếu tố đầu ra: Yi -Khối lượng colophan thu hồi được: Gc -Khối lượng dầu thông thu hồi được: Gdau -Nồng độ sản phảm cuối : bc -Chi phí lượng hay tiêu kinh tế: E Các yếu tố nhiễu: Zi -Nhiệt độ môi trường: Tmtrg b, Phân tích yếu tố Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 76 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông * Lượng nguyên liệu đưa vào chưng Gd : * Tỷ lệ nước nhựa thông (nồng độ ban đầu): bd Nguồn nước thải từ công đoạn rửa, lắng, phân ly chân không mang theo phần tinh dầu dịch nhựa tạp chiếm khoảng 2,5 - 3% Tinh dầu thông nhẹ nước nên nước thải đa số lên bề mặt, phần cịn lại hịa vào nước dạng nhũ tương Phần dịch nhựa (chủ yếu colophan) có tỷ trọng nặng nước bị lắng xuống lớp đáy Bể lắng thiết kế cho ngăn lại lớp tinh dầu thông bề mặt colophan phía cịn lớp nước bố trí di chuyển tầng qua ô bể lắng sau gom lại để xử lý.Lượng nước xử lý theo phương pháp phân hủy phương pháp hóa học sinh học Gọi phân hủy chất bẩn nước thải bị phân hủy chủ yếu theo phản ứng oxi hóa theo phản ứng khử Các sản phẩm tạo thành sau phân hủy loại khỏi nước thải dạng khí, cặn lắng cịn lại nước khơng độc * Độ nhớt nguyên liệu: µ Độ nhớt nguyên liệu ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt độ nhớt cao hệ số trao đổi nhiệt thấp ngược lại độ nhớt thấp hệ số trao đổi nhiệt cao Để nâng cao trình trao đổi nhiêt ta sử dụng them cánh khuấy với tốc độ khuấy khoảng từ 20 – 30 v/p giúp đảo trộn khối nguyên liệu * Nhiệt độ chưng t c : Cần phải lựa chọn nhiệt độ chưng cho không cao làm ảnh hưởng đến tính chất vật liệu Mặt khác nhiệt độ không thấp làm giảm suất thiết bị Nhiệt độ điều chỉnh cách thay đổi lưu lượng đốt * Nhiệt độ ngưng tụ t nt : Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 77 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Tương ứng với lượng bốc trình chưng ta tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ cho phù hợp Chọn nhiệt độ ngưng tụ cho nước tinh dầu thông ngưng tụ hồn tồn Thơng thường ta hay dùng nước để làm lạnh hệ thống ngưng tụ nên nhiệt độ nước đầu vào thường từ 20 – 250C *Nhiệt độ môi trường Tmtrg : Nhiệt độ môi trường thay đổi ảnh hưởng đến phần đến trình thơng số khơng kiểm sốt *Khối lượng colophan thu hồi được: Gc Đây lượng sản phẩm mà ta nhận sau q trình chưng, từ thơng số giúp ta tính suất thiết bị * Thời gian thực trình: t Quá trình thực theo mẻ nên ta cần phải tính tốn cho thời gian thu hồi sản phẩm ngắn phải đảm bảo tiêu sản phẩm *Nồng độ sản phẩm cuối : bc Đây thông số đầu ta sử dụng để tác động trực tiếp vào trình Nếu nồng độ sản phẩm cuối đạt yêu cầu dừng trình, chưa đạt yêu cầu tiếp tục trình đạt u cầu dừng *Chi phí lượng hay tiêu kinh tế: E Chúng ta cần phải tính toán đến lượng tiêu tốn như: điện năng, nhiệt năng, chi phí thiết bị nhà xưởng Ta phải tính tốn chi phí nằm phần trăn chi phí chấp nhận ta tiếp tục với q trình Nếu khơng phải nghiên cứu công nghệ với thiết bị khác đỡ tốn Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 78 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông * Chất lượng sản phẩm: Sản phẩm có yêu cầu chung tách nước khỏi thành phần Để giữ chất lượng sản phẩm tốt, yêu cầu màu sắc, tính chất lý hoá sản phẩm yếu tố quan trọng để đánh giá công nghệ thiết bị, tiêu chuẩn lựa chọn chế độ làm việc tối ưu 3.3.3 Tính tốn thơng số Nhiệt độ sơi hỗn hợp tính giải tích đồ thị Muốn tính giải tích cần biết hai áp suất hai nhiệt độ Bảng : Mối quan hệ nhiệt độ áp suất bão hòa Nhiệt độ ( 0C) 100 158 pdầu thông , mmHg 150 760 pnước , mmHg 760 4350 (pt ) Tổng 910 5110 Nhiệt độ sôi hỗn hợp áp suất 760 mmHg tính theo công thức sau: t ୱ = t ୱ୆ − ୲౩ా ି ୲౩ఽ ୮౪ా ି ୮౪ఽ (p୲୆ − 760) (3.3.2.1) Thay số vào ta có nhiệt độ sơi hỗn hợp là: t ୱ = 158 − ଵହ଼ି ଵ଴଴ ହଵଵ଴ି ଽଵ଴ Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 79 - (5110 − 760) = 98 0C Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Hình 36: Đồ thị phụ thuộc gữa áp suất bão hịa chất lỏng hữu khơng tan nước nhiệt độ.(Theo đồ thị đường số đường biểu diễn áp suất bão hòa vànhiệt độ tinh dầu thông) Như ta thấy giới hạn nhiệt độ chưng : tmin = ts = 980C ; tmax = tdầu thông = 1580C Nếu chưng nhiệt độ tmin áp suất riêng phần nước hỗn hợp áp suất bão hịa, ta có q trình chưng nước bão hòa Nếu nhiệt độ chưng tc > tmin áp suất riêng phần nước hỗn hợp bé áp suất nước bão hịa nhiệt độ có q trình chưng nước nhiệt Xác định lượng nước tiêu tốn Lượng nước tiêu tốn thực tế xác định theo cơng thức: ୋఽ ୋా = ୔ఽ ୑ఽ ୔ా ୑ా φ G୆ = G୅ ୔ా ୑ా ୔ఽ ୑ఽ ଵ ஦ , Kg (3.3.2.2) Trong đó: GA, GB – lượng cấu tử A cấu tử B, kg ( B nước) PA, PB – áp suất bão hòa cấu tử Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 80 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông MA, MB – khối lượng mol cấu tử Hệ số bão hòa φ phụ thuộc vào chế độ thủy động trình chưng Có ba chế độ thủy động q trình chưng a, Chế độ sủi tăm : Ở chế độ vận tốc nước bé Hơi qua dung dịch dạng bong bóng riêng biệt, trường hợp φ = b, Chế độ bọt : Trong chế độ nước dung dịch tạo thành bọt, trường hợp φ tính: Φ = 1,17Fr ି଴,ଵଶ ቀ ୑ఽ ୔ఽ ି଴,ଵଶହ ୑ా ୔ా ቁ ቀ ౗ቁ ୤ ଴,ଶ଼ ୤౥ ቀ ౗ቁ ୢ ି଴,ସ଼ ୦భ c, Chế độ tia: Vận tốc lớn qua chất lỏng thành tia liên tục, trường hợp φ tính: Φ = 5,52Fr ି଴,ସ଼ହ ቀ ୑ఽ ୔ఽ ି଴,ସ଼ ୑ా ୔ా ቁ ଵ ୢ ቀ ౗ ቁ ቀ ౗ቁ ୤ ୤౥ ିଶ,ଷ ୦భ Trong đó: Fr = ୛మ ୥ୢ౗ - chuẩn số Froud fa – tiết diện tự thiết bị chưng, m2 fo – tiết diện ống vào chất lỏng, m2 da – đường kính nồi chưng, m h1 – chiều cao lớp chất lỏng mà qua, m Lượng nhiệt hao tổn chung chưng nước trực tiếp lớn lượng mang Do để giảm chi phí cho q trình chưng ta chọn giải pháp chưng nước trực tiếp chế độ sủi tăm đồng thời gia nhiệt phương pháp gián tiếp Sự phụ thuộc suất vào nhiệt độ chưng Năng suất kg nước theo công thức: G= ୔ఽ ୑ఽ ୔ా ଵ଼ = Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 ୔ఽ ୑ఽ ሺ୔ି୔ఽ ሻଵ଼ - 81 - (3.3.2.3) Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Phương trình cho phép ta tìm phụ thuộc suất chưng nhiệt độ chưng Dựa vào phương trình (3.3.2.3)ta thấy đại lượng MA, p, 18 không đổi, suất G = f(pA) tức G = f(t) Vì cho giá trị áp suất pA ta có giá trị nhiệt độ tA tương ứng có giá trị suất G tương ứng với nhiệt độ tA Trên nguyên tắc đó, cho nhiều giá trị áp suất pA khác có mối quan hệ phụ thuộc suất nhiệt độ Biểu diễn mối quan hệ lên đồ thị, trục tung suất, trục hoành nhiệt độ, ta nhận đường cong Hình 37: Đồ thị mối quan hệ suất nhiệt độ Nhìn vào đồ thị ta thấy suất bé ứng với nhiệt độ tmin ( tức chưng nước bão hịa ) Nhiệt độ tăng suất tăng suất lớn nhiệt độ chưng đạt tmax Trên quan điểm nâng cao suất chưng tiết kiệm nước tốt chưng nhiệt độ cao ( tức chưng nước nhiệt), tăng nhiệt độ chưng cần phải xét đến yêu cầu kinh tế kỹ thuật Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 82 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Thí nghiệp xác định nhiệt độ chưng: Dụng cụ thí nghiệm: Bình thủy tinh chịu nhiệt dung tích 1,5lit Nhiệt kế thủy tinh có thang đo từ – 2200C Máy khuấy từ gia điều chỉnh nhiệt độ đến 3000C Dàn ngưng phịng thí nghiệm Dụng cụ xác định số axit nhiệt độ chảy mềm colophan theo hướng dẫn cách xác định tiêu kỹ thuật colophan theo TCVN 4190-86 Hình 38: Nhiệt kế thiết bị khuấy từ gia nhiệt Lấy 1kg dung dịch nhựa thơng cho vào bình thủy tinh chịu nhiệt sau tiến hành chưng máy khuấy từ gia nhiệt, nắp bình thủy tinh dược nối với hệ thống dàn ngưng tụ sử dụng nước làm mát gián tiếp Do biết trước tính chất dầu thơng có giới hạn sôi 157 đến 1600C nên ta tiến hành trình chưng cất Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 83 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông nhiệt độ đạt 155 – 160 -165 -1700C để xác định ảnh hưởng nhiệt độ chưng đến thời gian chưng chất lượng Colophan ( Vì Colophan sản phẩm chủ yếu sau chưng nhựa thông, chất lượng colophan đánh giá thông qua tiêu chính: nhiệt độ chảy mềm, số axit màu sắc cảm quan) Hình 39: Sơ đồ hệ thống chưng thí nghiệm 1, Máy khuấy từ gia nhiệt; 2, Bình thủy tinh chịu nhiệt đựng mẫu 1,5l; 3, Ống gá nhiệt kế; 4, nhiệt kế 9-2200C; 5, Nước làm mát hệ thống ngưng tụ ra; 6, Hệ thống ngưng tụ; 7, Nước làm mát hệ thống ngưng tụ vào; 8, ống gom dịch; 9, ống hút chân khơng; 10, Bình đựng nước tinh dầu ngưng tụ Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 84 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông Ta tiến hành lặp lại thí nghiệm với giá trị nhiệt độ khác 155- 160 – 165 - 1700C lấy kết trung bình ta thu bảng số liệu sau: Bảng 10 : Mối quan hệ nhiệt độ thời gian chưng chất lượng colophan Nhiệt độ Thời gian Nhiệt độ chảy Chỉ số Điểm cảm Chưng (0C) Chưng (p) mềm (0C) Axit quan 10/10) 155 47 60,6 155 160 54 63,4 158 165 61 65,5 163 170 75 67,3 166 STT Từ bảng kết tổng hợp bảng cho ta thấy mức độ ảnh hưởng nhiệt độ chưng đến thời gian chưng cất chất lượng sản phẩm colophan Trong đó, nhiệt độ chưng cất mức 155 – 1600C thời gian chưng ngắn chất lượng sản phẩm không cao q trình chưng chưa tách triệt để lượng dầu thông Ngược lại nhiệt độ lên mức 1700C thời gian kéo dài nên khả tách dầu triệt để hơn, nhiên mặt cản quan bị giảm nhiều Ta nhận thấy với nhiệt độ chưng 1650C với thời gian chưng 61 phút chế độ phù hợp cho chất lượng sản phẩm tương dương với chất lượng sản phẩm colophan loại hai theo TCVN 4190-86.Vì ta chọn nhiệt độ chưng 1650C Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 85 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong khuôn khổ đề tài “ Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải từ nhà máy sản xuất nhựa thông” đạt kết sau: Đã đưa giải pháp nhằm giảm lượng nước thải nhà máy cách sử dụng hai hệ thống thu hồi nước thải Nước làm mát thiết bị ngưng tụ không lẫn dầu thơng thu hồi để tái sử dụng, cịn nước nhiễm dầu (ở công đoạn lắng, rửa, phân ly ) thu gom theo kênh riêng qua hệ thống xử tách nhựa thông chất độc hại trước thải môi trường Xây dựng sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy nhựa thơng Tính tốn thiết kế hệ thống bể lắng giúp phân tách nhựa thông nước Lựa chọn phương pháp chưng để thu hồi nhựa từ nước thải nhà máy sản xuất nhựa thông Xác định nhiệt độ tối ưu cho trình chưng thực nghiệm Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 86 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thông TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TSKH Nguyễn Bin (2007), Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập 3, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội GS.TSKH Nguyễn Bin (2005), Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập 4, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội GS.TSKH Nguyễn Bin (2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội GS.TSKH Nguyễn Bin (2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nhà giáo Nguyễn Văn May (2006), Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội PGS.TSKH Nguyễn Xuân Nguyên (2004), Phân tích tổng hợp hệ thống cung cấp xử lý nước sản xuất công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nhà giáo Trần Văn Nhân- Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội http://www.vinachem.com.vn http://vi.wikipedia.org 10 http://www.kompass.com/guide_gs53090109_en_ww/manufacturing/coalwood-resin-distillation-products-1.html 11 http://www.bossgoo.com/Chemicals-trade/Resin.html 12 http://www.ceradel.fr/CERADEL/upload//items/fra/PDF/LU%20214.pdf Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 87 - ... - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Hình 24: Cấu tạo hóa học Colophan Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 38 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa. .. - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng Hình 25: Cấu tạo hóa học tinh dầu thơng Học viên: Vũ Anh lớp CH QTTB 2009 - 41 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến. .. 2009 - 22 - Nghiên cứu tái chế nhựa phế thải nhà máy chế biến nhựa thơng PHẦN 2: CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NHỰA THƠNG 2.1 Cơng nghệ hệ thống chế biến nhựa thông Nhựa thông (pine