Mtbe là tên viết tắt của Metyl tert butyl ete là hợp chất chứa oxy có công thức cấu tạo


Hỗn hợp này là dòng nguyên liệu đi vào thiết bị tổng hợp MTBE



tải về 0.86 Mb.
trang4/5
Chuyển đổi dữ liệu23.08.2016
Kích0.86 Mb.
1   2   3   4   5

Hỗn hợp này là dòng nguyên liệu đi vào thiết bị tổng hợp MTBE


Thay G1 = 5670,968 kg/h vào phương thình cân bằng vật chất cho giai đoạn tổng hợp MTBE ta có :

G1 + GMeOH(99%) = G2 + GMTBE + GMeOHtrongMTBE + GH2O

Suy ra :

G2 = G1 + GMeOH(99%) - (GMTBE + GMeOHtrongMTBE + GH2O )

G2 = 5670,968 + 1406,0 – (3731,34 + 14,06 + 37,31 ) = 3295,18 (kg/h)

Xác định thành phần và khối lượng C4 ra khỏi quá trình tổng hợp MTBE :

Phản ứng tổng hợp MTBE như sau :

Iso C4H8 + MeOH MTBE

Nếu coi độ chuyển hoá của phản ứng đạt 99% mol tính theo iso C4H8 và độ chọn lọc đạt xấp xỉ 100% thì lượng MTBE tạo ra theo tính toán ban đầu là 42,33 (kmol /h )

Theo phương trình phản ứng tổng hợp MTBE thì số mol của iso C4H8 tham gia phản ứng chính bằng số mol MTBE tạo thành và bằng 42,33 mol/h.

Do vậy ta có số mol isoC4H8 chưa phản ứng sẽ là :

n iC4H8 chưa phản ứng = 42,76 – 42,33 = 0,43 (kmol/h)

Ta giả sử rằng các cấu tử khác là không phản ứng

Vậy thành phần hỗn hợp C4 đi ra khỏi quá trình tổng hợp MTBE là :



Bảng 14 : Thành phần hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị tổng hợp MTBE


Tên chất

Kmol/h

Kg/h

Iso C­4H8

0,43

24,08

Iso C­4H10

46,68

2695,04

n _C­4H10

3,064

177,71

n _C­4H8

3,575

200,2

3H8

1,022

44,968

C5H12

0,511

36,79

3H6

2,882

121,04

Tổng số

58,164

3256,11


Bảng 15: Cân bằng vật chất chung

Các dòng vật chất đi vào (kg/h)

Các dòng vật chất đi ra (kg/h)

GisoC4H8 ng/l = 5902,5
GMeOH (99%) = 1406,0

Tổng : 7309,5



1. GMTBE = 3731,34

2. G2 = 3295,18

3. GMeOHtrongMTBE = 37,31

4. GH2O = 14,06

5. GKhíthải = 231,33

Tổng : 7309,5


Tính lượng iso Butan mới cần đưa vào dây chuyền : Khí hỗn hợp C4 không phản ứng sau khi thu hồi đem xử lý loại các cấu tử chứa ôxy như Metanol ,MTBE , H2O (với một lượng nhỏ ) , loại các khí nhẹ như : propan ,propylen , etylen , metan , . . . để đạt được tiêu chuẩn gần như hỗn hợp khí Iso_Butan ban đầu rồi được quay trở lại thiết bị dehydro hoá cùng với hỗn hợp Iso_Butan mới .

Ta có lượng iso_Butan tinh khiết đi vào dây chuyền bằng lượng iso Butan mới đưa vào cộng với lượng iso Butan tuần hoàn .

Do vậy lượng isoButan mới tinh khiết cần được đưa vào dây chuyền là :

93,09 – 46,48 = 46,48 ( kmol/h)

Do đó lượng iso Butan nguyên liệu cần đưa vào dây chuyên bằng :



46,48 / 0,91 = 51,08 (kmol/h)
Bảng 16 –Thành phần hỗn hợp nguyên liệu tuần hoàn

STT

Tên cấu tử

%V

Kmol/h

Kg/h

1

IsoC4H10

91,0

46,48

2695,84

2

n_C4H10

6,0

3,065

177,71

3

C3H8

2,0

1,022

44,95

4

n_C4H8

0,5

0,2554

14,302

5

C5H12

0,5

0,2554

18,39

Tổng cộng




100

51,08

2951,252



Bảng 17 –Thành phần lượng nguyên liệu isoButan cần đưa vào dây chuyền

STT

Tên cấu tử

%V

Kmol/h

Kg/h

1

IsoC4H10

91,0

46,48

2695,84

2

n_C4H10

6,0

3,065

177,71

3

C3H8

2,0

1,022

44,95

4

n_C4H8

0,5

0,2554

14,302

5

C5H12

0,5

0,2554

18,39

Tổng cộng




100

51,08

2951,252


1.2 / Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng tổng hợp MTBE thứ nhất :

Ta có phương trình cân bằng vật chất :

Tổng hỗn hợp vào = Tổng hỗn hợp ra

GtsoC4H8 + GMeOH = GMTBE dư + G2

Trong đó


GtsoC4H8 : Dòng nguyên liệu đi vào ,kg/h

GMeOH : Lưu lượng Mêtanol đi vào , kg/h

GMeOHdư : lượng mêtanol chưa phản ứng

G2 : Lưu lượng hỗn hợp C4 còn lại

-Lượng Mêtanol đi vào thiết bị phản ứng, GMeOH

GMeOH = GMeOH mới + GMeOHtuần hoàn = 1406 kg/h

-Lượng sản phẩm MTBE đi ra sau phản ứng , GMTBE ở thiết bị phản ứng này độ chuyển hoá đạt 80% ,độ chọn lọc 100% phản ứng sau .(tính theo iso C4H8 )

IsoC4H8 + CH3OH MTB E

34,208 34,208 42,76x 80% =34,208 (kmol/h)

Lượng MTBE được tạo ra = 34.208 x 88 = 3010.304 (kg/h)

GMeOH dư = 47.0 – 34.208 =12.792 (kmol/h )

hay 12.792 x 32 = 409.344(kg/h)

Lượng isoC4H8 chưa phản ứng = ( 42.76 – 34.208) x 56 = 478.912 (kg/h)

Hay 8,552 (kmol/h)

Tên chất





Lượng vào (kg/h)

Lượng ra (Kg/h)

Iso C­4H8


2394,42

478,912

Iso C­4H10


2695,04

2695,04

n _C­4H10


177,71

177,71

n _C­4H8


200,2

200,2

3H8


44,968

44,968

3H6

121,04

121,04

C5H12

36,79

36,79

H2O


14,06

14,06

CH3OH

1505,2

409,344

MTBE

0

3010,304

Tổng số


7188,368

7188,368
Bảng 18 –Cân bằng vật chất của thiết bị phản ứng chính

2.2/ Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chưng tách MTBE :

Lượng MTBE được tạo ra ở thiết bị phản ứng chưng tách là :

nMTBE chưng tách = 42,33 – 34,208 = 8,122 (kmol/h)

Hay mMTBE chưng tách = 8,122 x 88,15 = 714,716 (kg/h)


IsoC4H8 + CH3OH  MTB E

8,122 8,122 8,122 (kmlo/h)

Vậy lượng iso Butylen còn lại trong hỗn hợp do không phản ứng là :

niButen khôngphảnứng= 8,552 – 8,112 = 0,44 (kmol/h)

Hay miButen khôngphảnứng = 0,44 x 56 = 24,64 (kg/h)

Lượng Metanol còn lại sau quá trình chưng cất là :

nMeOH khôngphảnứng = 12,792 – 8,112 = 4,68 (kmol/h)

Hay mMeOH khôngphảnứng = 4,68 x 32 = 149,76 (kg/h)

Vậy ta có cân bằng vật chất cho thiết bị chưng tách MTBE

Bảng 19: Cân bằng vật chất cho thiết bị chưng tách MTBE

Tên chất





Lượng vào (kg/h)

Lượng ra (Kg/h)

Iso C­4H8


478,912

24,64

Iso C­4H10


2695,04

2695,04

n _C­4H10


177,71

177,71

n _C­4H8


200,2

200,2

3H8


44,968

44,968

3H6

121,04

121,04

5H12

36,79

36,79

H2O


14,06

14,06

CH3OH

409,344

149,76

MTBE

3010,304

3731,34

Tổng số


7188,368

7188,368



II. Tính cân bằng nhiệt lượng:


Ở đây ta tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng chính.

Ta có phương trình cân bằng nhiệt :



Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5

Trong đó :

Q1 : Nhiệt lương do hỗn hợp nguyên liệu mang vào

Q2 : Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào

Q3 : Nhiệt lượng toả ra do các phản ứng hoá học toả ra

Q4 : Nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra

Q5 : Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang ra

1. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào.

Q1 = G1. C1. t1

Với :

t1 : nhiệt độ nguyên liệu mang vào , t1 = 600C



G1 : lưu lượng khối lượng hỗn hợp nguyên liệu mang vào

C1 : Nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp

C1 được xác định theo công thức :

C1 = C1i.ai

ai : Nồng độ phần trăm khối lượng của cấu tử i

Tính C1i của từng cấu tử như sau : [3,4,6]

CP (i-C4H8) = 596,89 – 4,6378T + 1,44.10-2T2 – 1,372.10-5T3, Kj/kmol.độ

CP(i-C4H10) = 9,597 + 344,46.10-3­T – 162,15.10-6T2, Kj/kmol.độ.

CP(n-C4H8) = 20,762 + 250,637.10-3T – 75,854.10-6T2, Kj/kmol.độ.

CP(MTBE) = 53,176 + 0,7173T – 0,1533.10-2T2 + 0,202.10-5T3 , Kj/kmol.độ.

CP( CH3OH ) = 1391,6 – 12,364T + 3,781.10-2T2 – 3,179.10-5T3, Kj/kmol.độ.

CP(n- C4H10) = 4,357 + 72,552.10-3T – 18,14.10-6T2, Kcal/kmol.độ.

CP(C3H8) = 0,41 + 64,71.10-3T – 22,582.10-6T2, Kcal/kmol.độ.

CP( C3H6) = 2,974 + 45,024.10-3T – 11,38.10-6T2, Kcal/kmol.độ.

CP (C)  0.

Thay nhiệt độ t = 60 oC T = 333K, ta tính được:



Vì C phần trong hỗn hợp là nhỏ nên khi tính toán ta bỏ qua.

CP (i-C4H8) =115,379 Kj/kmol.độ.

CP(i-C4H10) = 106,32 Kj/kmol.độ.

CP(n- C4H8) = 95,813 Kj/kmol.độ.

CP( CH3OH ) =293,222 , Kj/kmol.độ.

CP(n- C4H10) = 26,505, Kcal/kmol.độ = 110,79 Kj/kmol.độ.

CP(C3H8) = 19,454, Kcal/kmol.độ = 81,32 Kj/kmol.độ.

CP(C3H6) = 16,705, Kcal/kmol.độ = 69,83 Kj/kmol.độ.

CP(H2O) (tại 60oC) = 0,9985, Kcal/kg.độ = 75,249 (Kj/kmol.độ).

CP (C)  0

Bảng21 : Xác định nhiệt dung riêng và khối lượng


Cấu tử

Lượng ,kg/h

ai , %kl

CPi, kj/kmol.độ

ai.CPi

Kmol/h

IsoC4H8

2394,42

33,478

115,379

38,627

42,71

IsoC4H10

2695,04

37,681

106,32

40,062

46,47

nC4H10

177,71

2,485

110,32

2,753

3,064

nC4H8

200,2

2,799

95,813

2,682

3,575

C3H8

44,968

0,629

81,32

0,512

1,022

C3H6

121,04

1,692

69,83

1,182

2,882,

C5H12

36,79

0,488

0

0

0,511

H2O

15,05

0,210

75,22

0,158

0,836

CH3 OH

1505,2

21,045

293,22

61,708

47,0

Tổng

7188,368

100




147,684

148,00

Vậy:


Q1= Gngliệu. CP ngliệu . tngliệu = 147,684 . 148,00 . 60 = 1311433,92 Kj/h.

Q1 = 1,3114. 106 Kj/h. = 364,288 kw

II.2. Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào:[3]

Q2 = G HO . CP2 HO . t2 HO , Kj/h

Trong đó:

G HO – khối lượng nước làm lạnh đi vào, (kmol/h)

CP2 HO – nhiệt dung riêng của nước, Kj/kmol.độ

t2 HO – nhiệt độ nước làm lạnh, chọn t2 HO = 25 oC

Tại t = 25 oC , CP HO = 0,99892 Kcal/kg.độ = 75,281 Kj/kmol.độ.[3]
Vậy:

Q2 = G2 HO.75,281.25 = 1882,025.G2 HO (Kj/h).

II.3. Nhiệt lượng do các phản ứng hoá học toả ra:

Phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng toả nhiệt, H = - 37 Kj/mol [9]

Mức độ chuyển hoá tại thiết bị này là 80%, vậy ta có nhiệt lượng toả ra do phản ứng tổng hợp là:

Q3 = H .n

Trong đó:

H: nhiệt phản ứng

n: số mol MTBE tạo thành (mol/h)

n = 42,33x0,8 = 34,15 (Kmol/h) = 34,15.103 (mol/h)

vậy:


Q3 = 34,15.103.37 = 1263,55.103(KJ/h) = 351(Kw).

II.4. Nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra:

Q4= Gsp. Gsp. tsp

Dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất có nhiệt độ là 800C

Ta tính nhiệt dung riêng của các cấu tử ở nhiệt độ sản phẩm ra ta chọn là:



Tính C1i của từng cấu tử như sau :

Thay nhiệt độ t = 80 oC T = 353K, ta tính được:

Vì C phần trong hỗn hợp là nhỏ nên khi tính toán ta bỏ qua.

CP (i-C4H8) =115 Kj/kmol.độ.

CP(i-C4H10) = 111,0 Kj/kmol.độ.

CP(n- C4H8) = 99,8 Kj/kmol.độ.

CP( CH3OH ) =214,846kj/kmol.độ.

CP(n- C4H10) = 115,8 kj/kmol.độ

CP(C3H8) = 72,9kj/kmol.độ

CP(C3H6) = 85,4kj/kmol.độ

CP(H2O) (tại 80oC) = 0,9985, Kcal/kg.độ = 75,249 (Kj/kmol.độ).

CP (C)  0

CP(MTBE) = 204,2kj/kmol.độ



Bảng 22 : Xác định nhiệt dung Csp và Gsp của hỗn hợp sau phản ứngtổng hợp MTBE


Cấu tử

Lượng ,kg/h

ai , %kl

CPi, kj/kmol.độ

ai.CPi

Kmol/h

IsoC4H8

478,912

6,7

115

7,705

8,552

IsoC4H10

2695,04

37,681

111,0

41,826

46,47

nC4H10

177,71

2,485

115,8

2,878

3,064

nC4H8

200,2

2,799

99,8

2,793

3,575

C3H8

44,968

0,629

72,9

0,459

1,022

C3H6

121,04

1,692

85,4

1,445

2,882

C5H12

36,79

0,488

0

0

0,511

H2O

15,05

0,210

75,42

0,158

0,836

MTBE

3010,304

42,089

204,2

85,946

34,15

CH3 OH

409,344

5,723

214,846

12,297

12,792

Tổng

7188,368

100




155,508

113,343


Q4= Gsp. CPsp.tsp

Q4 = 155,508. 113,343.80= 1410059,46(kj/h) = 391,68 (Kw).

II.5. Dòng nhiệt do chất tải nhiệt mang ra:

Q5 = GHO.CP (HO). t2 HO [3]

Trong đó:

GHO : khối lượng nước làm lạnh đi ra, (Kmol/h)

CP (HO) : nhiệt dung riêng của nước ở 50 oC, Kj/kmol.độ

t2 HO : nhiệt độ của nước đi ra, oC

CP (HO) = 75,285 KJ/mol.độ [3]

Q5 = GH2O.75,285.50 = 3764.25.GH2O (Kj/h).



Cân bằng nhiệt lượng.

 Nhiệt lượng đi vào = Nhiệt lượng đi ra

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5

1311433,92 + 1882,025.GHO +1263550 = 1410059,46 + 3764.25.GH2O

Vậy lượng nước cần làm lạnh là:

GHO = 619,476 (Kmol/h).



GHO = 619,476 . 18 = 1115,57 (kg/h).

Như vậy nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào là:

Q2 = 1880,5 .G2H2O =1880,5 . 619,476 = 1164924,62 (Kj/h) =323,59kw

Q2 = 323,59kw

Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang ra :

Q5= 3764,25.619,477= 2331862,533kj/h =647,74 kw

Q5 = 647,74 kw



Bảng 23 : Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng thứ nhất.

Nhiệt lượng mang vào

Nhiệt lượng mang ra

Thành phần

Lượngkw

Thành phần

Lượngkw

Q1

364,29

Q4

391,68

Q2

323,59

Q5

647,74

Q3

350,99







Tổng

Qvào= 1039,42




Qra=1039,42



III. Tính thiết bị phản ứng chính:

III.1. Tính thể tích làm việc của thiết bị phản ứng:


Phản ứng tổng hợp MTBE được tiến hành trong điều kiện t0= 60800C

IsoC4H8 + MeOH  MTBE

Đây là phản ứng bậc 2.

Phương trình động học của phản ứng có thể viết :



(coi C (iso) = CMeOH)

- <=>

Lấy tích phân 2 vế ta được:

, (**)

Trong đó:

: thời gian lưu (s)

K: hằng số vận tốc phản ứng

C0, C : nồng độ lúc ban đầu và sau thời gian lưu 

- Xác định hằng số vận tốc k:

Ta xác định k từ những số liệu dựa theo (5).

r = 0,0151 mol/h.mequiv

C = 4,75 mequiv/gxt

XMeOH = 7,2%.

Ta có: W = k. C1. C2

(Trong đó: C1, C2 là nồng độ của iso-C4H8 và Metanol)

Ta đi xác định C1 và C2 như sau:

Trong 1l dung dịch hỗn hợp:

Vì MeOH = 0,7649g/cm3= 764 g/l = 23,875 mol/l

iso- = 0,588 g/cm3 = 588g/l = 10,5 mol/l

Vậy trong 1l dung dịch thì:

Số mol của Metanol là 23,875 mol/l

Số mol của iso-C4H8 là 10,5 mol/l.

Vậy nếu gọi x là thể tích của Metanol trong 1l dung dịch hỗn hợp thì (1-x) là thể tích của isoC4H8

Vì tỷ lệ mol: =1,1 nên:

x. 23,875 = 1,1. [(1-x). 10.5]

=> x = 0,326

Vậy: = 0,326. 23,875. 0,3863 = 3,0067mol/l



= = 2,7334mol/l

Phản ứng:

Iso-C4H8 + MeOH  MTBE

Ban đầu 2,7334 3,0067 0 (mol/l)

 (2,7334 – 3,0067xMeOH ) 3,0067(1- xMeOH) 3,0067 xMeOH (mol/l)

Và ta có xMeOH = 7,2%

Vậy sau phản ứng:

C iso = 2,7334 – 3,0067.0,072 = 2,5169 mol/l

CMeOH = 3,0067(1- 0,072) = 2,7902 mol/l.

Vậy: = 0,01021337 l2/mol.h.gxt

k = 0,0102.10-6 ((m3)2/mol.h.gxt)

Ta sử dụng loại xúc tác Amberlyst 15 với các thông số như sau: [5]

dhạt= 0,74mm

Bề mặt riêng A= 42m2/g

Trọng lượng riêng đống:

đống= 760 kg/m3 = 760.000 g/m3

Do đó:

k = 7,752.10-3­



Xác định C0 và C :

Co = (Số mol iC4H8 trong hỗn hợp vào)/(Thể tích hỗn hợp vào, m3)



Thành phần hỗn hợp vào thiết bị phản ứng chính dựa vào bảng:

Bảng 24. Thành phần hỗn hợp vào thiết bị phản ứng chính.

Cấu tử
Lượng vào

, kg/m3

Kmol/h

kg/h

Thể tích mol (l/mol)

V(m3/h)

isoC4H8

587,9

42,76

2394,42

0,095

4,074

Metanol

736,7

47,0

1505,2

0,043

1,973

isoC4H10

540

46,48

2695.09

0,107

6,00

nC4H10

573

3,065

177,71

0,101

0,310

nC4H8

598,4

3,575

200,2

0,094

0,335

C3H8

490

1,0216

44,968

0,090

0,092

C3H6

510

2,88

121,04

0,082

0,237

C5H12

602

0,511

36,79

0,025

0,0013

H2O

983

0,836

15,05

0,018

0,016

Tổng







7188,368

0,630

13,037

Tổng thể tích của hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị là:

V= 13,037 (m3/h).

Vậy: C0 = 3,2797 (kmol/m3).





Bảng 25. Bảng hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng

Cấu tử

Lượng ra
,kg/m3

Kmol/h

Kg/h

Thể tích mol (l/mol)

V(m3/h)

isoC4H8

587,9

8,552

478,912

0,095

0,815

Metanol

736,7

12,792

409,334

0,043

0,536

MTBE

730,4

34,15

3010,304

0,127

4,121

isoC4H10

540

46,48

2695,04

0,107

6,00

nC4H10

573

3,065

177,71

0,101

0,310

nC4H8

598,4

3,575

200,2

0,094

0,335

C3H8

490

1,0216

44,968

0,090

0,092

C3H6

510

2,88

121,04

0,082

0,237

C5H12

602

0,511

36,79

0.025

0,013

H2O

983

0,836

15,05

0,018

0,016

Tổng







7188,368




12,127

Thể tích của dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng là:

V=12,127 (m3/h).

Vậy:


C = 705,2(mol/m3) = 0,7052(kmol/m3)

Thay vào (**) ta được:



  = 0,056 (h).= 3,36(phút)

Vậy thể tích làm việc của thiết bị là:

Vr =m. v. 

Trong đó:

m: hệ số dự trữ (lấy m = 1,5)

v: Thể tích hỗn hợp dòng vào, m3/h

 : Thời gian lưu, h

Vậy: Vr = 1,5.0,056.13,037 = 1, 095 (m3)..

Vr = 1,095 (m3) = 1,1 (m3)

III.2. Tính kích thước thiết bị phản ứng: [4]


Thiết bị phản ứng là thiết bị ống chùm đoạn nhiệt, bên trong chứa xúc tác nhựa trao đổi ion. Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào thiết bị ở đỉnh và tự chảy trong ống chứa xúc tác. Phản ứng xảy ra trong ống ở t0= 60-800C. Đây là phản ứng tỏa nhiệt, để đảm bảo nhiệt độ không tăng cao ta cần cho nước làm lạnh đi ngoài ống để lấy nhiệt ra khỏi thiết bị phản ứng .

Tốc độ dòng trong thiết bị lấy = 0,03 m/s

Vậy chiều cao của thiết bị là:

h= . = 0,03. 0,056.3600 = 6,04 (m).

h = 6 (m)

Đường kính của thiết bị phản ứng được xác định dựa trên thể tích làm việc của thiết bị, chiều cao ống và dạng thiết bị.

Đường kính của thiết bị ống chùm là D được xác định theo công thức sau :

D = t(b-1) + 4d (m) [4]

Trong đó :

d : đường kính ngoài của ống (m)

t : bước ống , chọn t = (1,2 - 1,5 )d (m)

b : số ống trên hình 6 cạnh

Thể tích hỗn hợp đầu đi vào thiết bị là :

Vt = H . S

Trong đó :

H : chiều cao thiết bị (m)

S : diện tích bề mặt ngang của thiết bị phản ứng (m2) :

S = n. s


Với

n: số ống của thiết bị phản ứng

s : tiết diện ngang của một ống

s = 3,14 . d2t / 4

dt : đường kính trong của ống , dt = (25 - 50 ) mm

Chọn dt = 50 mm = 0,05 m

Do đó ta có :

Vt = H . S = H .n .s

Suy ra

n = Vt / (H. s) = 1,1x 4 / (5,04x3,14x0,0482 ) = 121 (ống )



Ta xếp các ống theo hình lục giác đều . Số ống mỗi cạnh bằng nhau và được xác định theo công thức sau :

n = 3a(a-1) + 1

b = 2a - 1

Trong đó

n : tổng số ống

b : Số ống trên đường chéo chính

a: số ống trên một cạnh của hình lục giác

Thay số vào ta có :

121 = 3a2 - 3a + 1

3a2 - 3a – 120 = 0

giải phương trình ta được : a = 6,82 và a = - 5,82 < 0 loại

Quy chuẩn a = 7 (ống)

Suy ra : b = 2x7 - 1 = 13 (ống )

Thay với a = 7 , ta được n = 3x7x(7-1) + 1 = 121 (ống)

Bước ống t = (1,2 - 1,5 )dn

Với dn = 0,048 + 0,0025x2 = 0,053 (m)

Do đó t = 1,3 x 0,053 = 0,070(m)

Từ đó ta có

D = t(b-1) + 4d = 70(13 -1 ) + 4x53 = 1052 ( mm)

Quy chuẩn lấy D = 1100 (mm)



Vậy kích thước thiết bị phản ứng chính như sau :

Đường kính thiết bị D = 1100 (mm) = 1,1 ( m )

Chiều cao thiết bị H = 6 (m)

Số ống n = 127 (ống )

Đường kính ống d = 0,048 (m)

Chiều dày ống s = 0 ,0025 (m)

Bước ống t = 0,070(m)

III.3. Tính toán cơ khí. [4]

1. Chiều dày thân tháp.

, m

Trong đó:

D1: đường kính trong của thiết bị, m.

: hệ số bền thành hình trụ theo phương trục dọc.

C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m.

: ứng suất cho phép của vật liệu.

Với thiết bị hàn dọc, màn tay bằng hồ quang điện ứng với thép CT3 vào 2 lớp thì =0,95.

pt: áp suất trong của thiết bị, N/m2.

+ áp suất trong của thiết bị được tính theo công thức:

pt = plv + ptt , N/m2

Trong đó:

plv: áp suất làm việc của thiết bị N/m2.

plv = 1,6 Mpa = 1,6.106 (N/m2).

ptt: áp suất thủy tĩnh của nước.

ptt = .g.Ht , N/m2

Trong đó:

g : gia tốc trọng trường, g= 9,81 , m/s2

Ht : là chiều cao của cột chất lỏng.

 là khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp chất lỏng, = 676 kg/m3.

Do đó:


ptt = . g. h = 9,81. 676. 6 = 39789,36(N/m2)

Vậy áp suất ở trong thiết bị là:

pt = 1,6.106 + 39789,36 =16,39789.105 (N/m2).= 1,64.10-6 (N/m2)

+ Hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai và chiều dày.

C = C1 + C2 + C3 , m2

Với: C1: bổ sung ăn mòn: với thép CT3 tốc độ gỉ là 0,06 mm/năm, thời gian làm việc từ 1520 năm.

C1 = 1mm

C2: bổ sung do bào mòn, C2 = 0.

C3: Dung sai về chiều dày, C3 = 0,8 mm.

Do đó: C = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 mm

+ ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền được xác định.

, N/m2.

Trong đó:

: hệ số điều chỉnh.

nk: hệ số an toàn theo giới hạn bền.

kt: ứng suất giới hạn bền, N/m2.

Thiết bị sản xuất ở áp suất cao nên thuộc loại I và các chi tiết không bị đốt nóng trực tiếp bằng ngọn lửa, vì vậy:

Tra bảng XIII.2 ta được  = 0,9.

Tra bảng XIII.3 ta được nK = 2,6.

Tra bảng XII.4 ta được kt = 380.106 N/m2.

Do đó: 131,54.106 (N/m2).

+ ứng suất cho phép theo giới hạn chảy xác định:

, N/m2.

Trong đó:

ct: giới hạn chảy ở nhiệt độ t,

ct = 240.106 N/m2.

nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy.

Tra bảng XIII.3 nC = 1,5.



N/m2.

Để đảm bảo ta lấy giá trị bé nhất trong hai kết qủa trên, tức là:

[] = [k] = 1,3154.108 N/m2.

Trường hợp ở đây đường kính thiết bị Dt = 1,1 (m), với hàn tay bằng hồ quang và cách hàn giáp mỗi hai bên.

Chọn = 0,95 77,8599 > 50

Do đó có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số trong công thức tính chiều dày thân tháp [17-360].

4,816426.10-3 + 0,0018 (m) = 6,6 (mm)

Lấy S = 7 (mm)

2. Tính chiều dày đáy và nắp tháp:[4]

Đáy và nắp tháp cũng được làm từ vật liệu cùng loại với thân tháp. Ta dùng loại đáy, nắp elíp có gờ cho thân hàn.

Chiều dày của đáy và nắp làm việc chịu áp suất trong được tính như sau.

Trong đó:

h: hệ số bền của mối hàn hướng tâm (nếu có).

hb: chiều cao phần lồi của đáy, m.

k: hệ số không thứ nguyên.

hb= 200 mm.

h = 0,95

Hệ số k được xác định theo công thức sau.

.

Trong đó d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng d= 0,15m. Đáy và nắp được hàn từ hai phía bằng tay, hàn từ hai nửa tấm với nhau.



0,7917

= 61,641 >30

Do đó đại lượng p ở mẫu số của công thức tính chiều dày đáy, nắp ở trên có thể bỏ qua.



0,0055329 + C (m)

 S = 0,005533 + C ,m.

Đại lượng bổ sung C:

S - C = 0,005533 (m) = 5,533 (mm)

Vì S - C < 10.

Nên ta tăng thêm 2mm so với giá trị C tính ở thân tháp

Vậy: C = 0,0018 + 2. 10-3 = 0,0038 m).

S = 0,005533 + 0,0038 = 0.009333 (m) = 9,333 (mm)

Quy chuẩn chiều dày của đáy và nắp elíp có gờ là S = 10 (mm).

Chiều cao gờ h = 40 mm.

Chiều cao phần lồi hb= 200 mm.

3. Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm:[4]

+ ống dẫn nguyên liệu:

dđỉnh

Trong đó:

w: vận tốc trung bình của hỗn hợp dòng chọn w= 0,2 m/s

V: lưu lượng thể tích của hỗn hợp , m3/s.

hh: khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu.

hh = = 552 (kg/m3).

Với lượng nguyên liệu vào tháp:

GP = 7188,368 (kg/h) = 1,998 (kg/s)= 2(kg/s.)

= 0,00362 (m3/s).

dđỉnh = = 0,150 (m)

Ta chọn dđỉnh = 150 mm.

+ ống dẫn sản phẩm:

hh: khối lượng riêng của hỗn hợp sản phẩm.

hh= = 592,8 kg/m3

Lượng sản phẩm ra khỏi tháp.

Gp = 7188,368(kg/h) = 2 (kg/s).



(m3/s).

dđáy = (m).

Chọn dđáy = 150 mm.

Cũng tương tự ta chọn ống nối sang thiết bị trao đổi nhiệt trung gian bằng kích thước ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm là 150 (mm).



4. Chọn mặt bích cho thiết bị:[4]

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị.

Ta chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn.

Dựa vào bảng 24 ta chọn kiểu bích 1 ứng với kích thước như sau [17 - 409];

Chọn bích liền bằng thép để nối nắp và đáy tháp với thân thiết bị. Tra bảng 25 ta được bảng sau: [17 - 147]

Bảng 25. Kích thước bích để nối nắp và đáy tháp với thân thiết bị.

Py.10-6

N/m2



Dy

mm


Kích thước nối

h

D

Db

D1

D0

Bulông

db

z

mm

Cái

1,6

1100

1210

1140

1080

1019

M36

28

40

Chọn bích liền bằng kim loại đen nối thiết bị với ống dẫn

Ta gọi:


ống 1 là ống dẫn nguyên liệu.

ống 2 là ống dẫn sản phẩm.

ống 3 là ống dẫn chất tải nhiệt.

Ta có bảng sau:

Bảng 26. Kích thước bích để nối các ống với thiết bị.

ống dẫn

Dy

mm


ống

Kích thước nối

h

Dn

D

Db

D1

Bulông




mm

Db, mm

z, cái

Cái

1

2

3



150

150


150

159

159


159

300

300


300

250

250


250

218

218


218

M22

M22


M22

8

8

8



28

28

28




CHƯƠNG III

THIẾT KẾ XÂY DỰNG NHÀ MÁY

I. PHÂN TÍCH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY [ 7]

I.1. Các yêu cầu chung:


Nhà máy được đặt trong khu công nghiệp Nghi Sơn Thanh Hoá cùng với tổ hợp dự án tổ hợp Lọc Hoá dầu số 2. cho phép tận dụng nguồn năng lượng, nguyên liệu và sự hợp tác từ các nhà máy lân cận. Với vị trí như vậy, năng lượng và nguyên liệu cho nhà máy có thể lấy từ các phân xưởng của nhà máy Hoá dầu

Tổ hợp lọc hoá dầu số 2 tại khu công nghiệp Nghi Sơn - Thanh Hoá là một dự án lớn. Trong nhà máy ngoài phần lọc dầu được thiết kế sử dụng nguyên liệu là dầu Trung Dông, còn có rất nhiều phân xưởng Hoá Dầu sản xuất nhiều loại hoá chất thiết yếu cho con người. Tại đây tập chung nhiều kỹ sư Việt Nam.

Tuy nhiên do trình độ kỹ thuật Việt Nam còn thấp, khi xây dựng và vận hành vẫn cần có một số chuyên gia nước ngoài. Nguồn công nhân chủ yếu là các kỹ sư tốt nghiệp các trường đại học trong nước, như Bách Khoa Hà Nội, Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Đại Học Mỏ.v.v.

I.2. Các yêu cầu về khu đất xây dựng:[7]


1.Về địa hình:

-Khu đất có hình dạng chữ nhật (180x 250), rất thuận tiện cho xây dựng và bố trí mặt bằng sản xuất

-Khu đất tương đối bằng phẳng, có độ dốc tự nhiên 0,7o, do đó chi phí cho san lấp là không đáng kể, mặt khác lại thuận lợi cho việc cấp thoát nước trong mùa mưa.

-Khu đất nằm trên một vị trí cao ráo, tránh được ngập lụt trong mùa mưa.



2. Về địa chất:

Khu đất nằm trên vùng đất ruộng (đất sét) được san lấp nên giảm tối đa chi phí gia cố nền móng các hạng mục công trình.




I.3. Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp:[7]


Do khu đất nằm trong quy hoạch khu công nghiệp nên các yếu tố bảo vệ môi trường đã được tính toán bởi các nhà máy trước.

II. Phân tích thiết kế tổng mặt bằng nhà máy:[7]

II.1. Nguyên tắc phân vùng:


Do có nhiều hạng mục công trình và đặc điểm thiết kế, nhà máy được phân chia theo đặc điểm sử dụng. Nguyên tắc này có ưu điểm sau:

+ Dễ dàng quản lý theo các xưởng, công đoạn của dây chuyền sản xuất.

+ Đảm bảo được các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất. Điều này đặc biệt quan trọng trong các nhà máy sản xuất các chất dễ cháy nổ như MTBE.

+ Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông trong nhà máy.

+ Thuận lợi trong quá trình phát triển nhà máy.

+ Phù hợp với đặc điểm khí hậu Việt Nam.



  • Nhược điểm:

+ Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng lên.

+ Hệ số xây dựng, sử dụng đất thấp.



  • Tổng mặt bằng nhà máy được phân ra làm 4 vùng:

+ Vùng 1: Vùng trước nhà máy bao gồm nhà hành chính, phục vụ sinh hoạt, gara ôtô, xe đạp, khu thể thao,... được xây dựng ở đầu hướng gió chủ đạo, gần trục giao thông chính của khu công nghiệp.

+ Vùng 2: Bố trí dây chuyền sản xuất của nhà máy, đây là khu vực được bố trí khu đất ưu tiên về địa hình, địa lý, địa chất.

+ Vùng 3: Vùng kho tàng và phục vụ giao thông. Do đặc điểm của nhà máy, nơi đây chỉ bố trí các nhà sản xuất MTBE , gara ôtô, nhà cơ khí, nhà xe cứu hoả, nhà kho,...

+ Vùng 4: Nơi bố trí các công trình phụ bao gồm trạm điện và xử lý nước thải.


II.2. Các hạng mục công trình:


1) Bảng thống kê các hạng mục: (hình vẽ)

2) Các dữ liệu kinh tế kỹ thuật:

Khu đất xây dựng có dạng chữ nhật gồm:

Tổng diện tích 45000m2

Diện tích chiếm đất của nhà và công trình 9702m2

Diện tích cho kho bãi lộ thiên 1692m2

Diện tích chiếm đất của đường sắt, bộ, hè, rãnh thoát nước 18454m2

III. THIẾT KẾ NHÀ SẢN XUẤT:[7]

Phân xưởng sản xuất được xây dựng trên khu đất được ưu tiên đặc biệt về địa hình, địa thế, đảm bảo có độ chịu lực cho phép khi xây dựng và vận hành, nền tương đối cao , thuận tiện cho cấp thoát nước và tránh ngập lụt trong mùa mưa lũ.

Do quy mô dây chuyền khá lớn gồm 2 giai đoạn dehydro hóa và ete hoá nối tiếp nhau nên tiềm lực lao động của phân xưởng bao gồm:

Một quản đốc

Một phó quản đốc

6 kỹ sư về công nghệ hoá học

4 kỹ sư về điện, điện tử

20 công nhân lành nghề

Tổng số 32 người làm việc chia làm 3 ca.

Với dây chuyền sản xuất phức tạp, thiết bị phản ứng đa dạng, ta chọn hình thức xây dựng lộ thiên. Đây là hình thức xây dựng trong đó các thiết bị được bố trí chủ yếu trên khung sàn lộ thiên, không tường, mái.




III.1. Ý nghĩa và tác dụng


Giảm tỉ trọng tác dụng lên khung chịu lực của công trình không có tải trọng bao che, lực gió ngang. Do vậy giảm được khối lượng xây dựng từ 20-40%, tiết kiệm được đầu tư ban đầu.

Giảm thời gian thiết kế ,chuẩn bị và thi công công trình.

Nâng cao tính linh hoạt của công trình, dễ dàng bố trí, sắp xếp và sửa chữa thiết bị, đồng thời tạo điều kiện mở rộng và cải tạo này.

Ít phải quan tâm đến điện chiếu sáng, giảm nguy cơ cháy nổ.

Từ những ưu điểm trên, phân xưởng sản xuất có thể giảm xây dựng 5-20% so với dạng công trình kín giảm giá thành 50% , do đó giảm giá thành sản phẩm từ 8-18%.

III.2. Các nguyên tắc cơ bản khi xây dựng lộ thiên[7]

Trong các phân xưởng lộ thiên do chịu tác động trực tiếp nên các thiết bị

chịu được sự ăn mòn, phá huỷ của khí hậu Việt Nam.

Quá trình sản xuất phải được cơ giới ,tự động hoá tới một phòng điều khiển trung tâm , hạn chế tối đa làm việc ngoài trời , khi đó phải có mái che.

Nhà điều khiển trung tâm phải có kết cấu chống gió, chống ồn , đầy đủ tiện nghi và an toàn nhất ,được đặt tại nơi có quan xưởng khi cần thiết .



III. 3. Giải pháp kết cấu khung phân xưởng .[7]

Do yêu cầu lắp đặt các thiết bị có kích cỡ khác nhau, đông dựng và vận hành, ta chọn phân xưởng gồm 3 nhịp nhà ( 6+6+6 ) độ cao khác nhau ( hình vẽ )

Toàn bộ phân xưởng sử dụng cột chính , dầm chính là cái chữ I ghép và các thanh dầm phụ thép I cán được lắp đặt vuông sao cho thuận lợi khi lắp đặt các thiết bị xuyên sàn.

Các mối ghép chân cột với móng , dầm với cột , cột với dầm , đều được cố định bằng bulông , vít neo, kết hợp với các kết cấu.

Do nhu cầu chịu lực tại sàn 4 & 5 là không đáng kể ta chỉ dùng cột mà dựa vào các tháp lắp đặt dàn thao tác, ngoại trừ khung sinh xúc tác.

Do sự ăn mòn là không đáng kể, nên sàng đỡ các tháp gồm bê tông cốt thép #100 có tác dụng làm chỗ dựa cho thiết bị, dàn thao tá chắn.

Toàn bộ phân xưởng được bố trí 3 dàn cầu thang thép đặt tại các vị trí thích hợp.

III. 4. Giải pháp bố trí thiết bị trên mặt bằng phân xưởng :

Trong nhà 2 tầng các thiết bị được lắp đặt thành hai tầng ở hai bên dãy cột B tạo hai hành lang 4m và 2m.

+ Tầng 1: Một số thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm và các thiết bị đun sôi đáy tháp được đặt trên một dàn thép cao 1,5m, các lò đốt được lắp đặt trên các hệ thống bê tông cao 0,3m.

+ Tầng 2: Lắp đặt các thiết bị xuyên sàn , một số thiết bị trao đổi nhiệt và một phòng điều khiển trung tâm 6x12x4,8m.

Toàn bộ bơm và máy nén được tập trung trong nhà khung thép có mái che 6x12 đặt riêng ở phía ngoài .

Trong nhà nhịp 6m, lắp đặt một tháp tái sinh cao 18m, 3 tháp chưng cất cao 16m , một số thùng lắng và thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp .



CHƯƠNG IV

: nonghocbucket -> UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> Công nghệ rfid giới thiệu chung
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> MỤc lục danh mục các chữ viết tắt 3 Danh mục bảng biểu hình vẽ 4
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> LỜi nóI ĐẦu phần I tổng quan về HỆ thống thông tin quang sợI
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> HỌc viện công nghệ BƯu chính viễn thông quản trị sản xuấT
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> Báo cáo đánh giá tác động môi trường Dự án: Nhà máy sản xuất hạt nhựa 3h vina của công ty tnhh 3h vina
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> ĐỀ 24 thi ngày 22/9
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> ĐƯỜng lối ngoại giao củA ĐẢng trong cách mạng dân tộc dân chủ nhân dâN (1945-1954)
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> Đồ án xử lý nước cấp Thiết kế hệ thống xử lý nước cho 2500 dân
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> HiÖn nay gç rõng tù nhiªn ngµy cµng khan hiÕm mµ nhu cÇu sö dông gç ngµy cµng cao
UploadDocument server07 id1 24230 nh42986 67215 -> Câu 1: Những nội dung cơ bản trong Cương lĩnh chính trị đầu tiên của Đảng Công sản Việt Nam


1   2   3   4   5


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương