Sử dụng hơi nước bão hoà ở áp suất P = 2 at, t° = 119,6 °C để đun nóng hỗn hợp phản ứng.
Nhiệt lượng riêng của hơi nước i = 2710 kJ/kg [11 – 377] Nước ngưng tụ ra khỏi vỏ bọc có nhiệt độ t° =100 °C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng: Cnn = 4,229 kJ/kg.độ [11 – 196] Nhiệt độ hỗn hợp đầu t = 25 °C
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp dung dịch được xác định theo công thức:
Chh = a1.C1 + a2.C2 + a3.C3 + ... [11 – 189] Trong đó:
C1,C2 ,C3 – Nhiệt dung riêng của các cấu tử, kJ/kg.độ a1, a2 ,a3 – Thành phần của các cấu tử, phần khối lượng, Như đã tính từ phần trước ta có:
aVC = 0,4; aH2O = 0,56; aPOB = 0,00036; aPVA = 0,000685; aNa4P3O7 = 0,0001948. Nhiệt dung riêng của các cấu tử:
CVC = 1590 J/kg.độ CH2O = 4180 J/kg.độ CPOB = 1237,5 J/kg.độ CPVA = 1166,6 J/kg.độ CNa4P3O7 = 1355,9 J/kg.độ Do đó: Chh = 634,41 + 2508 + 0,495 + 0,233 + 0,231 = 3142,895 J/kg.độ
+ Các giả thiết về nhiệt độ của thiết bị như sau:
Nhiệt độ bề mặt trong của thiết bị phần không bảo ôn t = 32 °C Nhiệt độ bệ mặt ngoài của thiết bị phần không bảo ôn t = 31 °C
Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp phản ứng: ttb = (25 + 70)/2 = 47,5 °C
Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp được tính theo công thức: α = m.4
1 2
t t , kcal/m2.h.độ Trong đó:
m – Hệ số phụ thuộc sự sự đối lưu bề mặt ngoài so với thể tự nhiên, m = 2,8
t1 , t2 – Nhiệt độ của bề mặt và môi trường, °C
Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp tới bề mặt thiết bị không có bảo ôn. α1 = 2,8.(47,5 – 31)1/4
= 5,63 kcal/m2.h. độ = 6,46 W/m2. độ Hệ số cấp nhiệt của bề mặt thiết bị phần không bảo ôn về phía không khí. α2 = 9,3 + 0,058.tkbo = 9,3 + 0,058.32 = 11,16 Hệ số truyền nhiệt K. t 1 t 2 1 K 1 1 = 1/(1/6,46 + 0,008/12,5 + 1/11,16) = 4,082 Nhiệt độ thành trong của thiết bị phần không bảo ôn.
ttt = ttb – K.(ttb – tkk)/α1
= 47,5 - 4,082.(47,5 – 23,4)/6,46 = 32,27 °C
Sai số (0,27/32).100 = 0,8% < 5% do đó ta chấp nhận giả thiết trên. Nhiệt độ thành ngoài của thiết bị phần không bảo ôn.
ttn = tkk + K.( ttb – tkk )/α2
= 23,4 + 4,082.(47,5 – 23,4)/11,16 = 32,22 °C
Sai số (1,22/31).100 = 3,9% < 5% do đó giả thiết được chấp nhận
3.1. Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 25 °C lên nhiệt độ trùng hợp 70 °C °C lên nhiệt độ trùng hợp 70 °C
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 Trong đó:
Q – Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào, Q = D.λ = D.(r + θ.C), J Trong đó:
λ – Nhiệt lượng riêng của hơi, J/kg D – Lượng hơi đốt, kg
r – Ẩn nhiệt hoá hơi, J/kg, r = 2208 kJ/kg [11 – 378] θ – Nhiệt độ nước ngưng, °C, θ = 100 °
C
C – Nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg.độ, C = 4220 J/kg.độ Q1 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 70 °C, Q2 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng nồi phản ứng,
Q3 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng vỏ bọc thiết bị, Q4 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng cánh khuấy, Q5 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng lớp bảo ôn, Q6 – Nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh.
Sơ đồ cân bằng nhiệt:
Tính Q1
Q1 = G1.Chh.(tc – td) , J
G – Khối lượng của hỗn hợp phản ứng (của một nồi trong một mẻ). G = 8602,852 kg Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q TBPU
td, tc – Nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của hỗn hợp,
Chh – Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, Chh = 3142,895, J/kg.độ Từ đó ta có:
Q1 =5592,952.3142,895.(70 – 25) = 1215,7.103 kJ
Tính Q2
Q2 = Gt.Ct.(ttc – ttd)
Gt – Khối lượng nồi phản ứng, kg
Gt = 2.Gđáy + Gthân = 519.2 + 2,4.2,4.78,4 = 1489,584 kg
Ct – Nhiệt dung riêng của thép, Ct = 0,5 kJ/kg.độ [11 – 191] ttc,ttd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ thiết bị, °C
Q2 = 1489,584.0,5.(70 – 25) = 33515,64 kJ
Tính Q3
Q3 = Gv.Cv.(tvc – tvd)
Gv – Khối lượng của vỏ bọc, 2261 kg
Cv – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tvc,tvd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ bọc, °C. Q3 = 2261.0,5.(119,6 – 25) = 106945,3 kJ
Tính Q4
Q4 = Gk.Ck.(tkc – tkd)
Gk – Khối lượng của cánh khuấy, 25 kg Ck – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tkc,tkd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của cánh khuấy, °C. Q4 = 25.0,5.(70 – 20) = 625 kJ
Tính Q5
Q5 = Gbo.Cbo.(tboc – tbod)
Gbo – Khối lượng của bảo ôn, 432 kg
Cbo – Nhiệt dung riêng của bông thuỷ tinh, 0,84 kJ/kg.độ tboc,tbod – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của của bảo ôn, °C
Tính Q6
Q6 = Qbx + Qdl Trong đó:
Qbx – Nhiệt mất mát do bức xạ, Qdl – Nhiệt mất mát do đối lưu. Ở đây chia làm hai phần để tính:
+ Mất nhiệt ở phần bảo ôn
+ Mất nhiệt ở phần không bảo ôn
a. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần không có bảo ôn
Phần không bảo ôn gồm nắp phía trên và phần thân thiết bị không có áo bọc. Diện tích của các phần được tính như sau:
Diện tích phần nắp phía trên đã được tính từ phần trước, F1 = 6,56 m2
Diện tích phần thân thiết bị không có áo bọc. F2 = 2.π.R.h
Trong đó:
R – Bán kính trong của thiết bị (1,2 m)
h – Chiều cao tính từ áo đến mặt bích ( h = h1 = 0,8 m ) F2 = 2.3,14.1,2.0,8 = 6,03 m2
Do đó diện tích phần không bảo ôn là: Fkbo = 6,56 + 6,03 = 12,59 m2 + Nhiệt bức xạ ở phần không bảo ôn: Nhiệt bức xạ được tính theo công thức:
Qbx = C0.F( T14 – T24 ).τ , J Trong đó:
Co – Hệ số bức xạ đối với vật đen tuyệt đối Co = 20,72.10-5 J/m2. h T1 – Nhiệt độ ở vỏ thiết bị, °K
τ – Thời gian, giờ
Đối với các bề mặt không phải vật đen tuyệt đối thì C = Co.P
Với sắt thép: P = 0,9
Với nước: P = 0,7
Với bông thuỷ tinh: P = 0,9
Nhiệt độ ở nắp thiết bị là 32 °C tương đương với 305 °K. Vậy nhiệt bức xạ ở phần không bảo ôn trong 1 giờ là:
Qbxobo = 20,72.10-5.12,59.0,9.(3054 – 296,44).1 = 2016,37 kJ + Nhiệt đối lưu ở phần không bảo ôn được tính theo công thức cấp nhiệt:
Qdlobo = αkbo.Fkbo.(tkbo – tkk).τ, W.h Trong đó:
αkbo – Hệ số cấp nhiệt của vỏ thiết bị phần không bảo ôn về phía không khí, αkbo = α2 = 11,16
tkbo – Nhiệt độ của phần không bảo ôn, tkbo = 32°C tkk – Nhiệt độ không khí, tkk = 23,4 °C
τ – Thời gian, giờ Thay số tính được:
Qdlobo = 11,16.12,59.(32 – 23,4).1 = 1208,338 W.h = 4350,016 kJ
b. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần có bảo ôn
Phần có bảo ôn bao gồm toàn bộ phần vỏ áo thiết bị (phần thân và phần đáy). Diện tích phần này tính tương tự phần trên (Fbo = 18,624 m2
). + Nhiệt bức xạ của phần bảo ôn tính tương tự như trên.
Nhiệt độ bề mặt ngoài của bảo ôn tiếp giáp với không khí là 42 °C, 3150K
Qbxbo = 20,72.10-5.0,9.18,624.(3154 – 296,44).1 = 7388,669 kJ + Nhiệt đối lưu của phần bảo ôn:
Qdlbo = αbo.Fbo.(tbo – tkk).τ
Như vậy tổng nhiệt đối lưu và tổng nhiệt bức xạ của thiết bị phản ứng chính là: Qdl = Qdlobo + Qdlbo = 4350,016 + 14640,52 = 18990,536 kJ Qbx = Qbxobo + Qbxbo = 2016,37 + 7388,669 = 9405,039 kJ Tổng nhiệt mất mát là: Q6 = Qdl + Qbx = 28395,575 kJ Vậy Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 1392931,083 kJ Mặt khác: Q = D.(r + θ.C) Suy ra D = Q/(r + θ.C) = 1392931,083/(2208 + 100.4,220) = 515,519 kg Tổng lượng hơi đốt cần dùng cho một mẻ ứng với 3 nồi phản ứng là:
D = 3.515,519 = 1546,556 kg
3.2. Giai đoạn giữ nhiệt phản ứng 70 °C.
Gọi Q là nhiệt của phản ứng toả ra ta có: Q = Qpu.GVC , J
Dựa vào [29] ta tra được nhiệt phản ứng tính cho một kg VC: Qpu = 1466, kJ/kg
GVC – Lượng VC tham gia phản ứng trong một mẻ (GVC = 3438,354 kg) Do đó
Q = 1466.3438,354 = 5040627 kJ
So sánh với nhiệt mất mát của giai đoạn trên ta thấy nhiệt của phản ứng tạo ra lớn hơn rất nhiều. Vì vậy ở đây ta phải dùng nước làm mát để duy trì nhiệt độ phản ứng ở 70 °C.
Gọi Qn – Là nhiệt do nước làm mát nhận được,
Qm – Nhiệt do mất mát ra môi trường xung quanh.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt trong giai đoạn này như sau: Q = Qn + Qm
Nhiệt mất mát ra môi trường được tính tương tự như giai đoạn gia nhiệt:
Q = Qbx + Qdl
Nước làm lạnh vào có nhiệt độ lấy t1 = 20 °C Nước ra có nhiệt độ t2 = 70 °C
Giả thiết nhiệt độ của bề mặt bảo ôn tiếp giáp với không khí tbo = 28 °C Trong khi nhiệt độ của các bề mặt khác vẫn giống như phần trên do nhiệt độ trong thiết bị phản ứng không đổi.
+ Kiểm tra lại nhiệt độ bề mặt bảo ôn.
Hệ số cấp nhiệt của bề mặt bảo ôn về phía không khí là: α2 = 9,3 + 0,058.30 = 11,04
Hệ số cấp nhiệt từ nước làm mát tới bề mặt vỏ áo được tính theo công thức: 0,45 0,8 0,4 tn 1 td nt d 0,023.Re .Pr . . d d
Nhiệt độ trung bình của nước làm mát là ttb = (20 + 70)/2 = 45 °C Tra các thông số:
λ – Hệ số dẫn nhiệt của nước ở nhiệt độ trung bình λ = 0,55 kcal/m.h.độ = 0,64 W/m.độ [11 – 155] ω – Vận tốc của nước đi trong vỏ bọc ω = 0,2 m/s ρ – Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình ρ = 990,25 kg/m3
[11 – 14]
μ – Độ nhớt của nước ở nhiệt độ trung bình μ = 0,5988.10-3
N.s/m2 [11 – 105]
Cp – Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình
Cp = 4,18 kJ/kg.độ [11 – 195] 3 0, 2.990, 25.0.18 Re 59534,068 0,5988.10
3 p C . 4,18.0,5988.10 Pr 3,91 0,64
Thay vào tính được: α1 = 8903,335 W/m2.độ Hệ số truyền nhiệt K. bo 1 bo 2 1 1 K 1,752 1 1 1 0,06 1 8903,335 0,125 11,04
Khi đó nhiệt độ thành bảo ôn là:
tbo = tkk + K.(ttb – tkk)/α2 = 26,83 °C
Sai số là (1,17/28).100 = 4,2% < 5%. Do đó giả thiết được chấp nhận.
a. Tính cho phần bảo ôn
+ Nhiệt bức xạ:
Qbxbo = Co.Fbo(T14 – T24) , W
Trong đó T1 = 28 + 273 = 301 °K, T2 = 23,4 + 273 = 296,4 °K Thay số vào ta được:
Qbxbo = 20,72.10-5.0,9.18,624.(3014 – 296,44) = 1703,156 kJ
+ Nhiệt đối lưu:
Qdlbo = αbo.Fbo.(tbo – tkk)
= 11,74.18,624.(28 – 23,4) = 1005,77 kJ
b. Tính cho phần không bảo ôn
Do nhiệt độ thành trong và thành ngoài của lớp không bảo ôn không thay đổi so với trường hợp trên nên tông nhiệt mất mát trong trường hợp này bằng với trường hợp trên.
Vậy tổng lượng nhiệt mất mát trong giai đoạn này là: Qm = 1703,156 + 1005,77 + 2016,37 + 4350,016 = 9075,312 kJ
Thay vào phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Qn = Q – Qm = 5040627 – 9075,312 = 5031551,688 kJ Mà
Qn = Gn.Cn.(tnc – tnd) Trong đó:
Gn – Lượng nước dùng trong một mẻ, kg
Cn – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kg.độ tnc, tnd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của nước làm mát, °C Lượng nước làm mát trong một mẻ là:
Gn = n n nc nd Q 5031551,688 26750 kg C .(t t ) 4,180.(70 25)
Lượng nước cần dùng cho toàn bộ 3 nồi phản ứng là: G = 3. 26750 = 80250 kg (80,25 m3)
PHẦN THỨ NĂM. AN TOÀN LAO ĐỘNG
Dưới chế độ xã hội chủ nghĩa, con người là vốn quí do vậy việc đảm bảo an toàn lao động cho con người trong sản xuất là một vấn đề quan trọng. đảm bảo an toàn lao động là đảm bảo tính mạng sức khoẻ cho con người sản xuất. Do đó, nó góp phần nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Đồng thời đảm bảo an toàn lao động còn hạn chế được thiệt hại về người và tài sản của tập thể vào nhà nước.
Phân xưởng sản xuất PVC là một bộ phận trong xí nghiệp công nghiệp hoá chất. Nó kết hợp đặc điểm của phân xưởng xí nghiệp và nghành.
Nội dung an toàn lao động gồm những vấn đề chính sau: 1. Tổ chức đảm bảo an toàn lao động ở nhà máy:
Nhà máy cần có nội quy về an toàn lao động, trong đó phải nêu lên được một cách đầy đủ và đầy đủ những nội dung cần phải thực hiện (sẽ được nêu ở phần các biện pháp dảm bảo an toàn lao động).
Để đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất, bất cứ ai, cán bộ hay công nhân viên nhà máy cũng như khách đến công tác, khi vào nhà máy cần được phổ biến một cách nghiêm túc về an toàn lao động.
- Ở các bộ phận sản xuất đều phải có những qui định cụ thể về an toàn lao động để công nhân thao tác và làm việc ở đó tuân theo.
- Chính quyền phải tường xuyên theo dõi và kiểm tra việc thực hiện an toàn lao động.
- Chính quyền và các đoàn thể phải thường xuyên giáo dục cán bộ công nhân viên thực hiện an toàn lao động một cách nghiêm túc và triệt để, tự giác.
- Có hình thức khen thưởng kịp thời những cá nhân, những bộ phận thực hiện tốt an toàn lao động đồng thời có những kỉ luật thích đáng với những cá nhân, bộ phận vi phạm cũng như gây ra mất an toàn lao động.
2. Những nguyên nhân gây ra mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp:
Những đặc điểm của phân xưởng sản xuất PVC và đặc điểm chung của xí nghiệp hoá chất có thể gây ra tai nạn và bệnh nghề nghiệp:
- Phân xưởng dùng nhiều loại thiết bị bố trí xen kẽ nhau trên mặt bằng (thiết bị điện, thiết bị cơ khí, đường ống…). Do đó dễ gây nhầm lẫn, va chạm trong thao tác gây tai nạn.
- Phân xưởng có nhiều hoá chất dễ gây cháy nổ, độc hại ảnh hưởng đến người sản xuất. Trong quá trình sản xuất sản sinh ra nhiều bụi, nhiều quá trình nhiệt ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân. Những vấn đề chung như: vệ sinh công cộng, nơi nghỉ ngơi, vấn đề cải tạo môi trường nếu không thực hiện tốt đều có thể ảnh hưởng xấu đến người lao động.
3. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động:
- Đối với thiết bị điện: Bố trí thiết bị điện tránh những nơi ẩm ướt, các dây điện không được để hở, đóng ngắt cầu dao phải theo đúng qui định, không sử dụng điện làm việc riêng. Khi sửa chữa các thiết bị điện, hệ thống dây dẫn, đèn chiếu sáng phải do thợ điện của nhà máy và phải được bảo hộ tốt.
- Đối với thiết bị cơ khí: Thường xuyên thực hiện chế độ kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa có vật che chắn, vận hành thiết bị đúng qui trình.
- Thực hiện tốt chế độ bàn giao giữa các ca về tiến độ sản xuất, tình trạng máy móc, thiết bị và các vấn đề liên quan.
- Chiếu sáng: cần bố trí chiếu sáng đủ cho công nhân làm việc và đi lại trong phân xưởng sản xuất.
- Chống nổ: Trong phân xưởng PVC, giai đoạn nguy hiểm có thể