Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polyvinyl clorua năng xuất 45000 tấn/năm

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polyvinyl clorua năng xuất 45000 tấn/năm

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TÔ TÂM LAN THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT NHỰA POLYVINYL CLORUA NĂNG XUẤT 45000 TẤN/NĂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn ThS. VÕ THANH TIỀN BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HOÁ HỌC & CNTP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Tô Tâm Lan MSSV: 0852010081 Ngày, tháng, năm sinh: 18/10/1990 Nơi sinh: Long An Ngành: Công nghệ kỹ thuật Hoá học I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Polyvinyl Clorua năng suất 45000 tấn/ năm. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DỤNG: Các số liệu ban đầu:  Năng suất 45000 tấn/năm.  Thành phần hỗn hợp nguyên liệu vào : Vinylclorua (C 2 H 3 Cl) 99,96 %, nước, phụ gia xúc tác,…  Thành phần sản phẩm: Bột nhựa PVC độ ẩm 0,3%.  Mức độ chuyển hóa mỗi lần đưa nguyên liệu vào là 85%.  Tổn thất VCM trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu và phản ứng: 0,35%.  Tổn thất PVC do các quá trình trung gian sau trùng hợp: 3,3%.  Nước công nghiệp xem như đã loại tạp chất. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:  Tổng quan về polyme, nhựa PVC, ngành nhựa Việt Nam.  Các phương pháp và công nghệ sản xuất PVC.  Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng.  Tính toán thiết bị phản ứng chính và một số thiết bị phụ trợ.  Tính toán và bố trí đại điểm, mặt bằng xây dựng, an toàn lao động. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu  Tính bài toán kinh tế của phân xưởng khi đi vào sản xuất. Các bản vẽ:  01 bản vẽ dây chuyền công nghệ khổ giấy A 3 .  01 bản vẽ thiết bị phản ứng chính khổ giấy A 3 . III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 30/03/2012. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/07/2012. V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Thanh Tiền. Bà Rịa – Vũng Tàu, Ngày… tháng… năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển và đã chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ về hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, rất tiêu biểu về tốc độ phát triển và phạm vi sử dụng. Tuy ra đời có muộn hơn các ngành khác nhưng khả năng ứng dụng của nó là vô cùng rộng lớn. Hầu hết các vật liệu trong kỹ thuật và đời sống ngày nay được thay thế bằng nhiều loại vật liệu mới được chế tạo từ các hợp chất cao phân tử. Đây là hướng đi mới mà nhiều quốc gia trên thế giới nhận thấy. Vì vậy các nhà khoa học đã không ngừng đầu tư và nghiên cứu về lĩnh vực quan trọng này. Có được tầm quan trọng như vậy là vì các hợp chất cao phân tử có nhiều tính chất rất quý như: độ bền cơ học, độ đàn hồi, cách âm, cách nhiệt, cách điện, nhẹ và dễ gia công hơn kim loại… Bên cạnh đó giá thành lại rẻ. Do đó việc sản xuất các hợp chất cao phân tử tổng hợp cũng như các sản phẩm từ nó ngày càng gia tăng đáng kể. Một trong những loại nhựa tổng hợp phổ biến được sản xuất nhiều là nhựa Polyvinyl Clorua (PVC). Nhựa Polyvinylclorua là một trong những sản phẩm ra đời sớm của nền sản xuất chất dẻo. Trong công nghệ sản xuất nhựa Polyvinyl clorua, tùy theo phương pháp sản xuất và thành phần của các cấu tử tham gia mà ta có thể thu được một số loại nhựa có tỷ trọng khác nhau như: K - 58, K - 66, K - 71. Nhựa Polyvinylclorua có nhiều đặc điểm tốt như ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản phẩm thông dụng (màng bao gói, áo đi mưa, dép…) và đặc biệt là dùng để sản xuất ống chiếm tới 50% tổng sản lượng. Bên cạnh đó nhựa Polyvinylclorua còn được dùng để bọc dây điện, lót nền, trần nhà và các chi tiết của thiết bị công nghiệp hóa học… Ngoài ra Polyvinylclorua đồng trùng hợp với cloruavinilden còn được dùng làm sợi tổng hợp. Chính vì thế mà việc thiết kế nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua rất là cần thiết. Đặc biệt là nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp huyền phù. Đó là lý do em chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp trùng hợp huyền phù với công suất là 45000 tấn/năm. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu ii LỜI CẢM ƠN Qua gần ba tháng nghiên cứu tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của thầy cô trong Khoa Hóa học & công nghệ thực phẩm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn: Thạc sĩ Võ Thanh Tiền, em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao đúng thời gian quy định. Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù được hoàn thành dựa vào kiến thức tổng hợp thu được trong những năm học vừa qua ở trường, qua các tài liệu tham khảo trong nước cũng như một số tài liệu của các nước công nghiệp phát triển trên thế giới. Qua quá trình thiết kế, em càng hiểu thêm về các dây chuyền công nghệ sản xuất hiện đại, đồng thời trang bị thêm cho mình kiến thức về thiết kế nhà máy công nghiệp hóa chất. Tuy nhiên việc thiết kế phân xưởng một phân xưởng sản xuất đòi hỏi người thiết kế phải có một kiến thức tổng hợp về mặt lý thuyết cũng như quá trình công nghệ, kỹ năng tính toán, những kiến thức về xây dựng, đặc biệt là tổ chức vận hành dây chuyền công nghệ và am hiểu thực tế. Bản thân em là sinh viên việc tiếp nhận thực tế chưa nhiều, kinh nghiệm thực tế hạn hẹp nên bản thiết kế của em không tránh khỏi những thiếu sót và tính khả thi của nó chưa cao, rất mong sự đóng góp của quý thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn cùng quý thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành bản đồ án này. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii M ỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU i LỜI CẢM ƠN . ii M ỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH vii TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu về polyme và tiềm năng sử d ụ ng .1 1.1.1 Tầm quan trọng của các hợp chất cao phân tử . 1 1.1.2 Giới thiệu về Polyvinyl Clorua .3 1.1.3 Lịch sử phát triển, tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC .6 1.2 Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của polyvinyl clorua 15 1.2.1 Cấu tạo .15 1.2.2 Tính chất 16 1.2.3 Ứng dụng .20 1.3 Lý thuyết trùng hợp polyvinyl clorua . 22 1.3.1 Đặc điểm của phản ứng trùng hợp .22 1.3.2 Cơ chế của phản ứng trùng hợp 23 1.3.3 Các phương pháp khơi mào 26 1.3.4 Các phương pháp trùng hợp Vinylclorua tạo PVC 27 1.4 Nguyên liệu tổng hợp PVC . 33 1.4.1 Vinylclorua monomer (VCM) 34 1.4.2 Chất ổn định huyền phù (Polyvinyl ancol – PVA) .36 1.4.3 Chất khơi mào (khởi đầu) 37 1.4.4 Chất kìm hãm .39 1.4.5 Chất chống tạo bọt 40 1.4.6 Chất ổn định .41 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv 1.5 Công nghệ sản suất PVC bằng phương pháp trùng hợp huyền phù 42 1.5.1 Quy cách và thành phần nguyên liệu .42 1.5.2 Quy trình tiến hành trùng hợp .43 1.5.3 Một số dây chuyền công nghệ sản xuất PVC trên thế giới .46 1.5.4 Lựa chọn dây chuyền công nghệ sản xuất cho nhà máy .49 CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN KỸ THUẬT .53 2.1 Tính cân bằng vật chất 53 2.1.1 Thông số ban đầu .53 2.1.2 Quá trình tính toán 55 2.2 Tính toán thiết bị chính 64 2.2.1 Quy cách thiết bị .64 2.2.2 Tính thể tích của thiết bị phản ứng 65 2.2.3 Tính chiều cao và đường kính thiết bị phản ứng 67 2.2.4 Tính chiều dày thiết bị phản ứng .68 2.2.5 Tính chiều dày vỏ áo thiết bị .74 2.2.6 Chọn bích nối cho thiết bị .75 2.2.7 Tính cánh khuấy của thiết bị phản ứng 76 2.2.8 Tính trọng lượng của thiết bị phản ứng .80 2.2.9 Chọn chân đỡ và tai treo .84 2.3 Tính cân bằng nhiệt lượng . 85 2.3.1 Tính toán giai đoạn đun nóng hỗn hợp 85 2.3.2 Tính toán giai đoạn duy trì phản ứng ở 60 0 C .98 2.4 Tính toán thiết bị phụ 104 2.4.1 Tính toán và chọn bơm .104 2.4.2 Tính và chọn các bồn chứa, bể chứa .136 2.4.3 Tính toán thiết bị ngưng tụ 140 2.4.4 Tính toán thiết bị sấy 158 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu v CHƯƠNG 3 : BỐ TRÍ XÂY DỰNG & TÍNH TOÁN KINH T Ế . 165 3.1 Tính toán và bố trí xây dựng .165 3.1.1 Địa điểm xây dựng .165 3.1.2 Tính diện tích của các hạng mục .166 3.1.3 Thuyết minh thiết kế mặt bằng phân xưởng 167 3.1.4 Thông gió và chiếu sáng .170 3.1.5 Cơ sở hạ tầng 170 3.1.6 Xử lý môi trường 171 3.2 An toàn lao động 171 3.2.1 Giới thiệu chung .171 3.2.2 Phân tích đặc điểm của nhà máy .173 3.2.3 Các giải pháp an toàn trong sản xuất .174 3.2.4 Một số biện pháp giải quyết khi có sự cố xảy ra 175 3.3 Tính năng lượng tiêu thụ 176 3.3.1 Tính lượng điện tiêu thụ .176 3.3.2 Tính lượng nước tiêu thụ 178 3.3.3 Tính lượng nguyên liệu đốt tiêu thụ 179 3.4 Tính toán kinh tế .180 3.4.1 Tính chi phí nguyên liệu trong 1 năm 180 3.4.2 Tính chi phí điện, nước trong 1 năm .181 3.4.3 Tính vốn đầu tư 182 3.4.4 Tính quỹ lương cho công nhân, nhân viên trong nhà máy .184 3.4.5 Tổng chi phí sản xuất trong một năm 185 3.4.6 Tính giá thành sản phẩm .186 3.4.7 Tính lợi nhuận và thời gian thu hồi vốn 187 KẾT LUẬN 188 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .189 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 : Diễn biến giá nhập khẩu của một số loại nhựa thông dụng 6 Bảng 1.2 : Công suất nhựa PVC của Châu Á - Thái Bình Dương (giai đoạn 2000 – 2007) 9 Bảng 1.3 : Sản lượng PVC trên thế giới. .9 Bảng 1.4 : Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam 13 Bảng 1.5 : Mục tiêu sản lượng nguyên vật liệu của Việt Nam (năm 2010) .14 Bảng 1.6 : Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu 17 Bảng 1.7 : So sánh các phương pháp trùng hợp vinylclorua monomer . 33 Bảng 2.1 : Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm 62 Bảng 2.2 : Cân bằng vật chất cho một giờ sản xuất 62 Bảng 2.3 : Cân bằng vật chất cho một chu kỳ sản xuất 63 Bảng 2.4 : Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất .63 Bảng 2.5 : Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất 64 Bảng 2.6 : Bích nối thân thiết bị với đáy và nắp 76 Bảng 2.7 : Bích nối thân thiết bị với vỏ áo 76 Bảng 2.8 : Các thông số của chân đỡ .84 Bảng 2.9 : Các thông số của tai treo 84 Bảng 2.10 : Tổng hợp lượng nước sử dụng cho quá trình gia nhiệt và làm lạnh .104 Bảng 2.11 : Bích nối cho thiết bị ngưng tụ 150 Bảng 3.1 : Tổng hợp điện năng tiêu thụ của phân xưởng sản xuất chính 177 Bảng 3.2 : Chi phí nguyên liệu cho 1 tấn sản phẩm .181 Bảng 3.3 : Chi phí cho năng lượng trong 1 năm 182 Bảng 3.4 : Chi phí đầu tư máy móc, thiết bị 182 Bảng 3.5 : Chi phí tiền lương cho bộ phận hành chính 184 Bảng 3.6 : Chi phí tiền lương cho nhân viên làm ca 185 Bảng 3.7 : Tổng chi phí sản xuất trong một năm .186 Bảng 3.8 : Dự toán giá bán nhựa PVC của nhà máy .186 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 : Sản lượng nhựa tổng hợp của thế giới (1950 – 2009) 1 Hình 1.2 : Tình hình sản xuất nhựa tổng hợp năm 2009 theo các khu vực 3 Hình 1.3 : Nhu cầu các loại chất dẻo tổng hợp vủa thế giới năm 2009 .4 Hình 1.4 : Tỷ lệ các phân đoạn sản phẩm của quá trình lọc dầu .5 Hình 1.5 : Các lĩnh vực ứng dụng của dầu mỏ .5 Hình 1.6 : Sản lượng PVC của các khu vực trong những năm gần đây và dự báo đến năm 2025. .7 Hình 1.7 : Sản lượng và tốc độ tăng trưởng các loại nhựa tổng hợp của thế giới trong những thập niên gần đây và dự báo đến năm 2014 .8 Hình 1.8 : Kim ngạch xuất khẩu nhựa của Việt Nam .10 Hình 1.9 : Các nước cung cấp chính nguyên liệu ngành nhựa cho Việt Nam 11 Hình 1.10 : Sơ đồ phát triển ngành Hóa dầu Việt Nam 12 Hình 1.11 : Kim ngạch và sản lượng nguyên liệu nhựa nhập khẩu của Việt Nam .14 Hình 1.12 : Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Chisso Corp 47 Hình 1.13 : Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Vinnolit, Đức 48 Hình 2.1 : Mô hình mặt cắt 3D thiết bị phản ứng trùng hợp PVC .65 Hình 3.1 : Bố trí mặt bằng xây dựng nhà máy 169 . xuất nhiều là nhựa Polyvinyl Clorua (PVC). Nhựa Polyvinylclorua là một trong những sản phẩm ra đời sớm của nền sản xuất chất dẻo. Trong công nghệ sản xuất. cần thiết. Đặc biệt là nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp huyền phù. Đó là lý do em chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua