Đề tài Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa Ure - Focmandehyt theo phương pháp nhũ tương với năng suất 100 tấn/năm

dụng nhanh có thể đến 110 – 1200. Nhiệt độ càng cao, độ bền càng giảm và trọng lượng bị thay đổi. 4.2. ứng dụng 4.2.1. Làm bột ép ứng dụng chính của nhựa ure focmaldehyt là để sản xuất bột ép. Bột ép ure focmaldehyt có độ bền nước kém và có tính chất điện môi cao. Do đó bột ép ure_focmaldehyt được ứng dụng chính để sản xuất các sản phẩm yêu cầu tính chất điện môi cao và không đòi hỏi độ bền nước. Bột ép carbamit dùng trong các thiết bị điện, vật liệu cách điện như : làm vỏ và tay quay của máy điện thoại, cái bấm điện, tán đèn. Nó còn được dùng trong nghành xây dựng và nghành vận tải làm các vật liệu trang hoàng. 4.2.2. Làm vật liệu ép dạng lớp. Vật liệu ép dạng lớp được chế tạo từ nhựa carbamit tẩm các phụ gia lớp như : vải hoặc giấy. Nhựa tấm ure – focmaldehyt trên cơ sở phụ gia giấy, vải, gỗ, và vải thuỷ tinh, có độ bền cơ học không kém các nhựa tấm phenol – focmaldehyt với phụ gia tương ứng. Tuy nhiên độ bền nước, bền hoá học và bền nhiệt của nó kém nhiều so với phenol – focmaldehyt. Ngược lại nhựa tấm ure – focmaldehyt có ưu điểm là bền ánh sáng, có thể nhuộm cac màu sáng chói, không có mùi ngay cả khi nhiệt độ cao. Nhựa tấm ure – focmaldehyt được dùng làm vật liệu xây dựng (trang hoàng bên trong các va – gông tàu, xe, cabin tàu thuỷ). Ngoài ra còn dùng trong kỹ nghệ làm đồ gỗ : giường, bàn, ghế Nhựa ure – focmaldehyt còn dùng làm nhựa bọt. So với các nhựa bọt nhiệt dẻo như nhựa bọt polistyrol, thì nhựa bọt ure – focmaldehyt bền nhiệt hơn nên thường dùng làm vật liệu cách nhiệt. 4.2.3.Nhựa ure – focmaldehyt để làm sơn Để chế tạo màng sơn từ nhựa ure – focmaldehyt người ta tiến hành ete hoá các nhóm metylol tự do trong nhựa bằng rượu. Để ete hoá thường dùng rượu butylic hoặc cũng có thể dùng glixêrin và glicol. Màng sơn thu được bằng cách biến tính nhựa ure – focmaldehyt bền, không dồn, có độ co giãn bé, không trộn lẫn với nhiều nhựa khác và sự hoà tan bị hạn chế. Hiện nay người ta tìm được loại nhựa biến tính ure – focmaldehyt khác có độ hoà tan tốt, màng sơn thu được bền và mềm hơn. Nhựa này điều chế bằng cách biến tính ure – focmaldehyt với poly – ete. 4.2.4. Nhựa ure – focmaldehyt để làm keo dán. Ngoài các ứng dụng kể trên, nhựa ure – focmaldehyt còn được sử dụng làm keo dán. Keo dán ure – focmaldehyt có thể ở dạng bột khô tan trong nước hoặc ở dạng lỏng. Keo dán ure – focmaldehyt có nhiều ứng dụng khác nhau như dùng để dán gỗ, sứ, kim loại Nhưng đặc biệt là được ứng dụng trong rộng rãi trong nghành gỗ dán vì nó có một số tính chất ưu việt sau : - Hoá rắn nhanh khi nhiệt độ cao và thấp. - Hoà tan trong nước trước khi đóng rắn. - Độ bền cơ học cao sau khi đóng rắn. - Bền với tác dụng của các vi sinh vật. - Giá thành thấp so với các keo tổng hợp khác. - Nguyên liệu dễ tìm. 4.2.5. Nhựa ure – focmaldehyt dùng để sản xuất “ MIPOR ” ( nhựa bọt carbamit ) “ MIPOR ” là một loại nhựa bọt, xốp màu trắng, được điều chế từ nhựa ure – focmaldehyt khi có mặt chất tạo bọt. “ MIPOR ” rất nhẹ, trọng lượng thể tích nhỏ, độ cách nhiệt và cách âm rất tốt. ứng dụng chính của nhựa bọt carbamit là để làm vật liệu cách nhiệt trong sản xuất máy ướp lạnh dùng cho thực phẩm, trong ngành giao thông vận tải. ở nước ta, tương lai nhựa tạo bọt được ứng dụng rất nhiều trong nghành công nghiệp thực phẩm. Bởi vì nước ta là nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm , gió mùa nên trong nghành công nghiệp thực phẩm và làm lạnh cần có vật liệu cách nhiệt tốt để bảo quản sản phẩm. Ngoài không khí ra chưa tìm thấy vật liệu nào có tính cách nhiệt tốt hơn nhựa tạo bọt. Độ dẫn nhiệt của không khí là 0,021 Kcal/M.giờ. 0 C , còn của nhựa tạo bọt là 0,026 Kcal/ M.giờ. 0 C . Phần II: tính toán chương 1 : tính toán kỹ thuật 1.1.Tính phối liệu và cân bằng vật chất. 1.1.1. Đơn phối liệu Focmaldehyt 37 % 100 phần khối lượng Ure 50 phần khối lượng Urotropin 3 phần khối lượng Axit oxalic 10% 3 phần khối lượng 1.1.2. Cân bằng vật chất - Sơ đồ sản xuất keo ure focmaldehyt Sản phẩm Sấy Lọc Đa tụ Nguyên liệu Thời gian làm việc của dây chuyền sản xuất như sau: Tổng số ngày trong năm: 365 ngày Trong đó số ngày nghỉ là : Bảo dưỡng 4 ngày (ba tháng một lần) Sửa chữa 5 ngày Nghỉ lễ tết 9 ngày Nghỉ ngày chủ nhật: 52 ngày Tổng số ngày nghỉ là 70 ngày Số ngày làm việc của dây chuyền là: 365- 70 = 295 ngày dây chuyền làm việc. Sản lượng ure focmaldehyt cần sản xuất trong 1 năm là 100 tấn/1năm Lượng ure focmaldehyt phải sản xuất trong một ngày là: 100/295 = 0,339 tấn/ngày = 339 (kg/ngày). Giả thiết tổn hao qua các công đoạn như sau: Nạp liệu: 0,5% . Đa tụ: 1%. Lọc, Tách: 0,5%. Sấy: 0,5% Đóng gói sản phẩm: 0,5%. Để thuận tiện ta tính cân bằng cho một tấn sản phẩm. ã Công đoạn đóng gói sản phẩm tổn hao 0,5 % nên lượng sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn này là : 1000.100/99,5 =1005 (kg) Lượng tổn hao là : 1005-1000 =5 (kg) 1005.100/99,5 =1010 (kg) Lượng tổn hao là : 1010 – 1005 = 5 (kg) ã Công đoạn lọc tách nước tổn hao 0,5% nên lượng sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn này là : 1010.100/99,5 = 1015 (kg) Lượng tổn hao là : 1015- 1010 = 5(kg) ã Công đoạn đa ti\ụ tổn hao 1% nên lượng sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn này : 1015.100/ 99 = 1025,25 (kg) Do hiệu suất của công đoạn này là 70% nên lượng nguyên liệu thực tế là 1025,25.100/70 = 1464,65 (kg) vậy lượng tổn hao là : 1464,65- 1015 = 449,65 (kg) ã Nạp liệu tổn hao 0,5 % nên lượng nguyên liệu cần cho công đoạn này là 1464,65.100/99,5 = 1472 (kg) Lượng tổn hao là : 1472 – 1464,65 = 7,35 (kg) Vậy để tổng hợp ra 1000 kg sản cần 1472 kg Focmaldehyt 37% 736 kg Ure 44,16 kg Urotropin 44,16 kg Axit oxalic Từ đó tính được cân bằng vật chất cho 100 tấn sản phẩm/ một năm Nguyên liệu Lượng vào(tấn) Lượng ra(tấn) Ure 73,6 100 Focmalin 37% 147,2 Urotropin 4,416 Axit oxalic 10% 4,416 Tổng cộng 229,632 Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất : Nguyên liệu Lượng vào(kg) Lượng ra(kg) Ure 249,5 339 Focmalin 37% 499 Urotropin 15 Axit oxalic 10% 15 Tổng cộng 763,5 1.1.3. Tính cân bằng vật chất cho 1 mẻ 1 nồi - Bước chuẩn bị Thời gian - Chuẩn bị nguyên liệu 15 phút - Cho Focmalin vào 15 phút - đốt nóng đến 400 C 10 phút - cho urotropin vào và khuấy 20 phút - cho ure vào khuấy 45 phút - cho dung dịch axit oxalic vào và khuấy 15 phút - khuấy liên tục để thực hiện phản ứng 45 phút - tháo sản phẩm 10 phút - lọc và rửa sản phẩm 30 phút - Chuẩn bị cho mẻ sau 30 phút - Thời gian sấy và nghiền nhựa 20 phút Tổng cộng 4 giờ 15 phút Thời gian sản xuất cho một mẻ là 4 giờ 15 phút. Ngày làm việc 8 giờ chia làm 2 ca, mỗi ca một nồi phản ứng, vậy nguyên liệu dùng cho một mẻ một nồi bằng 1/2 nguyên liệu dùng cho một ngày sản xuất. Nguyên liệu Lượng vào(kg) Lượng ra(kg) Ure 124,75 169,5 Focmalin 37% 249,5 Urotropin 7,5 Axit oxalic 10% 7,5 Tổng cộng 381,75 1.2.Tính toán thiết bị phản ứng . 1.2.1.Tính thiết bị phản ứng chính. 1.2.1.1.Tính thể tích làm việc của thiết bị phản ứng chính. Hỗn hợp phản ứng gồm 4 cấu tử Ure, dung dịch Focmalin, Urotropin và xúc tác axit oxalic. Thể tích hỗn hợp phản ứng được tính theo công thức sau Vhh= Trong đó Ghh: Khối lượng hỗn hợp phản ứng. Vhh: Thể tích hỗn hợp phản ứng. : Khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng. Khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng được tính theo công thức [7 – Tr5 ] r1, r2,r3,r4 :lần lượt là khối lượng riêng của Ure, dung dịch Focmalin, Urôtrôpin, và xúc tác axit oxalic rhh là khối lượng riêng của hỗn hợp,(kg/m3). x1,x2,x3,x4: lần lượt là nồng độ phần khối lượng của từng cấu tử trong hỗn hợp Theo [ 7-Tr82] tính được r1=1329 kg/m3 Theo [7- Tr81] tính được r2=1002,4 kg/m3 Theo [7 ] ta có r3 =1330 kg/m3, r4 =1000,51 kg/m3 Thay vào công thức [ 7 –Tr5 ] Tính được khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng : rhh = 1104,62 kg/m3 Thể tích hỗn hợp phản ứng là : Vhh= = =0,3455 m3 Thể tích làm việc của hỗn hợp được tính thao công thức : Vlv=, trong đó : hệ số điền đầy của thiết bị, trong công nghệ hoá học thường lấy : 0,6 – 0,8 Chọn = 0,6 , vậy thể tích làm việc của thiết bị là : Vlv = = 0,576 m3 Thể tích làm việc của thiết bị là Vlv = 0,6 m3 Theo [ 8 – Tr 359 ] ta chọn đường kính trong của nồi phản ứng là : Dt = 0,8 m Từ công thức tính thể tích của tháp : V = . DT2.H H : chiều cao cột chất lỏng trong nồi phản ứng (m) Dt : đường kính trong thiết bị phản ứng (m) Ta tính được : H = 1,19426 m , chọn H = 1,2 m 1.2.1.2. Tính chiều dày thiết bị phản ứng chính . Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu do làm việc ở áp xuất thường nên chế tạo thân hình trụ theo phương pháp hàn . Chiều dày thân hình trụ được tính theo công thức: S=+ C (m) [ 8-Tr360]. Trong đó: : Là hệ số của thiết bị phản ứng theo phương pháp hàn. Chọn phương pháp hàn băng tay và hồ quang điện, kỉêu hàn giáp mối 2 bên. Theo [8- Tr362] được = 0,95. Dt: đường kính của thiết bị. P: áp suất làm việc của tháp. P= Pkq + P1 Trong đó P1: là áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng. Pkq: là áp suất khí quyển. P1 được tính như sau. P1=.g.H [8-Tr360]. : khối lượng riêng của hỗn hợp các chất trong phản ứng. = 1104,62 (kgm3) P1= 1104,62.9,81.1,2=13003.59(N/m2). P=105+13783,31=113003,59(N/m2). • Tính [] : [] Độ bền của vật liệu ở đây là thép không gỉ X17H13M2T. []=. [8-Tr356] []=. Trong đó: nK, nC – Hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chẩy. , - Gới hạn bền khi keo và khi chẩy. - Hệ số hiệu chỉnh chọn =0,9). Với thép không gỉ tra ở [8-Tr356] được nK=2,6, nC=1,5. Tra ở [8-Tr320] được:= 540.106 N/m2. = 220.106 N/m2. Do đó []==186,92.106 N/m2 []==132.106 N/m2 . Chon giá trị [] theo giá trị nhỏ nhất []=132.106 N/m2. • Tính C: C=C1+C2+C3(m) Trong đó : C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mon vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị. Chọn C1=1 mm. C2:bổ sung do hao mòn C2=0. C3: bổ sung do dung sai của chiều dày. Theo [8-Tr 364] có C3=0,4mm. C= C1+C2+C3 = 1+0+0,4=1,4 mm=1,4.10-3m Vậy chiều dầy của tháp là: Do ==1109,7 >50 nên có thể bỏ P ở mẫu số. Do đó S=+C S= +1,4.10-3 .=1,94.10-3m Do S-C<10 chọn S=5mm. • Kiểm tra ứng suất thử. Theo [8-Tr365] ứng suất tính theo áp suất thử phải thoả mãn điều kiện: =. Trong đó PO: áp suất thử tính toán . PO=Pth+P1 N/m2. [8-Tr366] Pth: áp suất thử thuỷ lực. Do P=113003,59 N/m2<0,5.106 Vậy Pth=1,5.P=1,5.113003,59 =169505,39 N/m2 [8-Tr358] P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước. P1=. : Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 98oC (nhiệt độ trong tháp ). =968,44kg/m3 tại 40oC. H: chiều cao của thiết bị chính. g: gia tốc trọng trường. P1=.g.H=968,44.9,81.1,2 = 11400,48 N/m2. Po=Pth+P1=169505,39 + 11400,48 = 180905,87 N/m2. Do đó: ==21,25.106(N/m2). =21,25.106<==110.106. Vậy chiều dày S=5 mm của tháp thoả mãn điều kiện bền. 1.2.1.3.Tính đáy và nắp thiết bị. Đáy và nắp thiết bị làm cùng vật liệu với thân thiết bị. Đáy được hàn vào thân thiết bị, đáy thiết bị có ống dẫn sản phẩm. Nắp có nỗ trục cánh khuấy, cửa nạp liệu, cửa ra vào vệ sinh, nắp được nối với thân bằng bích nồi. Thiết bị làm việc ở áp suất thường và đặt đứng nên chọn đáy và nắp dạng elíp có gờ . Chiều dày đáy và nắp tính theo công thức sau. S=. +C. Trong đó: hb : chiều cao phần nồi của đáy và nắp. Do Dt=0,8 m tra bảng [8- Tr382] có hb =200mm. Chon hàn theo phương pháp hàn bằng tay bằng hồ quang điện, kiểu giáp mối hàn hai bên. Tra bảng [8-Tr362] được = 0,95. k: hệ số thứ nguyên, được xác định như sau: k=1-. Với k đường kính lớn nhất(hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn ), của lỗ không tăng cứng. Do đường kính ống có ở đáy và nắp khác nhau nên phải tính hệ số k của đáy và nắp. Chọn đường kính lỗ tháo sản phẩm và cửa nạp liệu là 150mm, cửa ra vào vệ sinh là 400mm. d=150 mm. Nên k=1-150/800 = 0,8125 C đại lượng bổ xung được tính theo công thức sau. C=C1+C2+C3. C1: bổ sung do ăn mòn, của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị. C1=1mm =0,001m. C2: bổ sung do hao mòn. C3: bổ sung do dung sai chiều dày. Chọn C3=1.4mm=1,4.10-3m. Xác định chiều dày của đáy và nắp: áp suất P=113003,59(N/m2). Như tính to án ở trên được. []==186,92.106 N/m2. []==132.106 N/m2 . Chon giá trị [] theo giá trị nhỏ nhất []=132.106 N/m2. Xét = = 901,63 > 50. Vậy có thể bỏ P ở mẫu số trong công thức tính S. S=. +C. S=.+1,4=1,4004 mm S-C=1,4004-1,4 = 0,0004< 10 Vậy lấy S tăng lên 2 đơn vị , chọn S = 5 mm *Kiểm tra ứng suất thử. =<. == 21,99.106 < Vậy S=5 mm thoả mãn yêu cầu bền do đó đáy và nắp dày 5mm. Chọn loại đáy và nắp elip có gờ: hb=200 mm Bề mặt trong F=0,76 m3 m, chiều cao gờ h = 25 mm 1.2.2.Chọn mặt bích. Bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các bộ phận của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Có nhiều loại bích khác nhau, nhưng do thiết bị làm việc ở áp suất thường nên chon kiểu mặt bích liền. Chon bích liền bằng thép kiểu chữ I với các thông số sau:[8-Tr420]. Thiết bị làm việc ở áp suất P=1.106N/m2. D D b D 1 D 0 D t 28 Như hình vẽ với thông số: Py.106 N/m2 Dt kích thước nối D Db DI DO Bu-lông 1 1.106 800 960 900 860 813 db Z h M27 24 35 1.2.3.Tính công suất cánh khuấy. - Cánh khuấy trong môi trường lỏng thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, để tăng cường các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và các phản ứng hóa học vv -Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy thường chú ý đến các yếu tố sau: + Chọn cánh khuấy. + Thời gian khuấy. + Công tiêu tốn. + Số vòng quay. + Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt. -Trong khuôn khổ đồ án nay chọn cánh khuấy dạng hình khung để tránh hiên tượng tỏa nhiệt cục bộ, làm đồng đều sản phẩm chống lắng cặn ở đáy và thành thiết bị. * dM : Đường kính cánh khuấy. dM=(0,850,98)D, chọn dM=0,9D dM=0,9.0,8=0, * Chiều cao cánh khuấy: h=(0,90,1)l h=0,9.1=0,9(m). l: chiều cao mức chất lỏng cần khuấy trong thiết bị phản ứng. z : Chiều cao từ đáy thiết bị đến cánh khuấy: z=0,11dM =0,11.0,72=0,0792(m) * Bề dày cánh khuấy: s=0,07.dM = 0,07.0,72=0,0504(m). * Công suât làm việc của cánh khuấy: NP=k...n3.dM5(w). Trong đó =k.; k= 3,87a. a: tỷ số giữa chiều cao và đường kính cánh khuấy. a===1,25. k=3,78.1,25=4,725. Lấy n=0,8(v/s). : hằng số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng. : khối lưọng riêng của hỗn hợp phản ứng. : xác định dựa vào đồ thị quan hệ =f(Re). ReM===3,524.106. Dựa vào đồ thị quan hệ xác định được =0,5 NP=0,5. 1104,62.0,83.0,725=54,72(w). * Công suất để thắng lực cản của chất lỏng là: NY=k. .n3.dM5(w). Công suất mở máy : NM=NP+NY. NM=(k+)..n3.dM5(w). NM=(4,725+0,5).1104,62.0,83.0,725=571,78(w) * Công suất động cơ được xác định như sau. Nđc= [7-Tr620] : hiệu suất của động cơ, =0,60,7 chọn =0,65. Nđc= = 879,66 (w) Chọn động cơ nhãn hiệu AO-32-2(thích hợp làm trong điều kiện ẩm ướt). Có n=1490vòng/phút; =0,84;cos=0,84. Đường kính trục khuấy xác định theo công thức sau: dk= Trong đó Mx=. Với n: số vòng quay của cánh khuấy, chọn n=0,8(v/s). vậy dk== 41,14(mm). làm chòn dk=40(mm). Tra bảng [7-Tr625] được môi trường khuấy có độ nhớt =10-340N.s/m2. khối lượng riêng =8001900kg/m3. dk=40(mm). 1.2.4.Tính lớp vỏ gia nhiệt. Lớp vỏ gia nhiệt tạo với khoảng không gian chứa chất tải nhiệt (ở đây chọn chất tải nhiệt là nước nóng ở 900C ). Vật liệu làm vỏ gia nhiệt chọn là thép CT3. Đường kính trong của vỏ: Dtv = 1200 (mm ) Chọn chiều dày vỏ gia nhiệt: Sv = 5 (mm ). Tính chiều cao lớp vỏ gia nhiệt: Chiều cao lớp vỏ gia nhiệt tính theo công thức: h = hcl + hb + hl Trong đó: hcl : chiều cao chất lỏng trong thiết bị. Lấy hcl = 1 m hl : khoảng cách giữa lớp vỏ gia nhiệt và thành thiết bị. hl =0,2 m hb – chiều cao phần đáy thiết bị. h – chiều cao lớp vỏ gia nhiệt. hb = chiều cao gờ + chiều cao elip + chiều dầy đáy hb = 0,025 + 0,55 = 0,575 (m). h= 1+0,575+0,2 = 1,775 m, vậy chọn h= 1,8 m 1.2.5. Tính bảo ôn thiết bị. Bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự chuyền nhiệt ra ngoài môi trường từ bề mặt thiết bị phản ứng. Để đảm bảo nhiệt độ phản ứng và giảm tiêu tốn năng lượng như vậy làm giảm lượng hơi cần thiết để đun nóng thiết bị. Quá trình chuyền nhiệt xảy ra theo sơ đồ sau. Gọi t1: Nhiệt độ của chất tải nhiệt (nhiệt độ nước nóng ở 90oC). : nhiệt độ bề mặt bảo ôn giáp với không khí (0C). : nhiệt độ thành thiết bị phía trong tháp (oC). t2: nhiệt độ của không khí (0C). : chiều dàylớp vỏ áo (m). : chiều dầy lớp vỏ bảo ôn (m). : hệ số truyền nhiệt của lớp vỏ áo(W/m.độ). : hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn (W/m.độ). + Coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trường là truyền nhiệt đẳng nhiệt và ổn định. Như vậy nhiệt tải đến thành thiết bị (q1), nhiệt tải do dẫn nhiệt qua thành (q2)và nhiệt tải do bức xạ từ thành thiết bị vào không khí (q3) sẽ bằng nhau. q1=q2=q3. Theo [8-Tr3] q1=.. : hệ số cấp nhiệt của nước nóng ở 90 ° ,W/m2độ. : hiệu số nhiệt độ giữa hơi và thành trong thiết bị , oC. + Nhiệt tải ra qua tương được xác định như sau. q2= [8-Tr3]. Trong đó : chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và thành ngoài , oC. :tổng nhiệt trở của thành , m2.độ/w. = - =t1- -. =rC++. Bỏ qua nhiệt trở phía thành trong vỏ bọc và lớp bảo ôn ta có tT1= t1 = 900C. Trong đó rC: nhiệt trở của cặn, m2.độ/w. , : chiều dày lớp áo và chiều dày lớp bảo ôn. . + Nhiệt tải riêng về phía không khí xác định theo công thức: qk=q3= [8-Tr3]. : hệ số cấp nhiệt về phía không khí. =9,3+0,058.. Do q1=q2=q3 . do q1=q2 nên . . Chiều dầy lớp bảo ôn là: rC++=. . ở đây chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh bên ngoài bọc lớp vải thuỷ tinh có: =0,125w/m.độ [7-Tr128]. Chọn lớp vỏ bảo ôn thiết bị bằng thép CT3 do đó =50,2w/m.độ [7-Tr127]. Sử dụng nước nóng để cung cấp nhiệt cho phản ứng có nhiệt độ 900C Chon nhiệt độ môi trường t2=25oC. Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài lớp bảo ôn là =35oC. Bề dầy của vỏ áo là: =5 mm. * Tính : Các thông số của nước nóng ở nhiệt độ 900C: + Khối lượng riêng: ρ = 965,38 (kg/m3 ) [7-tr312] + Hệ số dẫn nhiệt: λ= 58,5.10-2 (kcal/m.h.độ ). [7-tr155] Chuyển đổi đơn vị: 1kcal/m.h.độ = 1,163 (w/m.độ) Suy ra: λ= 58,5.10-2.1,163 = 0,68 (w/m.độ ) + Nhiệt dung riêng: Cp = 1,00502 (kcal/kg.độ ) [7-tr195] Chuyển đổi đơn bị: 1 kcal/kg.độ = 4,1868.103 (J/kg.độ ). Suy ra: Cp = 1,00502.4,1868.103 = 4,2078.103 (J/kg.độ ). + Độ nhớt: = 0,3165.10-3 (N.s/m2 ). [7-tr105] * Khi đun nóng hơi nước chuyển động trong khoảng không gian vỏ áo và thân thiết bị. Thiết diện của khoảng không gian hình vành khăn nên chuẩn số Nuxen được xác định như sau: Nu=0,021 Re0,8.Pr0,43 [8-Tr27]. Re= [8-Tr13]. : vận tốc hơi nước. dtd: đường kính tương đương với thiết diện hình vằn khăn, dtd=D-d D : đường kính vỏ áo. d: đường kính thân thiết bị. : Độ nhớt của hơi. Pr: Chuẩn số Pran. Pr= [8-Tr12]. d=800+2.5=810mm. D=900 mm. Chọn vận tốc của nước là: =3m/s. Re = =823,547.103 Pr = = 1,958 Nu=0,021.(823,547.103)0,8 .(1,958)0,43=1514,43. Vậy = .Nu = =11442,36(w/m2.độ). Mặt khác = 9,3 + 0,058.tT2 = 9,3 + 0,058.35 = 11,33 (w/m2độ).[8- tr41 ] Tra [8- tr 4] được nhiệt trở riêng của cặn bám trên thành vỏ ngoài là rc = 0,387.10-3 (m2.độ/w). Thay vào được chiều dày lớp bảo ôn là: . là nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt lớp bảo ôn và không khí và bằng: = 35 – 25 = 100C. δbo=0,125 δbo= 0,060 m Lấy tròn =60(mm). Kiểm tra lại nhiệt độ bảo ôn. Hệ số truyền nhiệt ra môi trường: K===1,759. tbo=tkk+. tbo = tkk + = 25 + = 33,50C. So với 350C thì sai số là 4,3% < 5% do đó có thể chấp nhận được 1.2.6. Tính tai treo của thiết bị. - Thiết bị hoá chất dạng thùng, tháp, nồi phản ứng hay các thiết bị chứa đều có sức nặng lớn do bản thân nó cũng như các vật liệu chứa bên trong. Do vậy khi lắp đặt cơ cấu giữ chúng phải chịu ứng suất uốn, cắt lớn và cũng phải chịu các dung động khi làm việc. - Để giữ các thiết bị này có thể sử dụng chân đỡ, tai treo trong đó tai treo có nhiều ưu điểm hơn cả vì nó gon nhẹ không làm vướng các cơ cấu khác phân bố tải trong đều, giá thành rẻ. - Để xác định kích thước tai treo phù hợp phải tính tải trọng cần đỡ. m=mth+md+mn+mvo+mkh+mbo+mngl+mbs. Trong đó – mth: khối lượng thân tháp. md: khối lượng đáy. mn: khối lượng lắp. mvo: khối lượng vỏ áo thiết bị. mdc: khối lượng cơ cấu khuấy. mbo: khối lượng bảo ôn. mngl: khối lượng của nguyên liệu vào. mbs: khối lượng bổ xung (như khối lượng của tai treo, bu lông, bích vv ). +Tính mth: Tra bảng [8-Tr313] khối lượng riêng của thép X17H13M2T là: (kg/m3). mth=7,9.103.=119,813 (kg). +Khối lượng đáy lắp tra theo bảng [8-Tr384] được md=ml= 30,2(kg). +Khối lượng vỏ áo xác định như sau: mvỏ=. Trong đó : khối lượng của vỏ thiết bị ở đây vỏ thiết bị được làm bằng thép CT3 nên có =7,85.103(kg/m3).[8-Tr313]. Dn: đường kính ngoài của vỏ thiết bị. Dn=900+2.4=908=0,908(m). Dt: đường kính trong của vỏ thiết bị. Dt=900=0,9(m). Vậy mvo==107,23(kg). + Khối lượng baỏ ôn được xác định như sau: mbo=. : Khối lượng riêng của bông thuỷ tinh. =200kg/m3. h: chiều cao lớp vỏ bảo ôn bằng chiều cao hỗn hợp chất lỏng h= 1(m). Dn=908+2.60=1028=1,028(m). Dt=908=0,908(m). mbo=200.1..(1,0282-0,9082) =36,47(kg). + mk khối lượng cánh khuấy và hệ dẫn động Căn cứ vào kích thước, tra được khối lượng cánh khuấy là 25 kg, hệ dùng một cánh khuấy vậy khối lượng cánh khuấy là 25 kg . Khối lượng hệ dẫn động là : 210 kg Vậy mk =210+25 =235 kg mngl : khối lượng nguyên liệu một mẻ mngl = 381,75 kg mbs = 300 kg Vậy khối lượng toàn tháp là : M =119,813+30,2.2+107,23+36,47+235+381,75+300 =1240,663 kg - Chọn tai treo loại 4 tai. Tải trọng mỗi tai treo phải chịu là :.9,81=3042,73(N). Chọn loại chịu tải trọng mỗi tai treo là 0,5.104N theo [8-Tr438] được tải trọng cho phép trên bề mặt là: q=0,69.106(N). Các kích thước chính của tai treo là: L=100mm. S=6mm. B=75mm l=40mm B1=85mm a=15mm H=155mm d=18mm. 1.3.Tính thiết bị phụ. 1.3.1. Tính toán thùng chứa. 1.3.1.1. Thùng chứa focmalin: Muốn cho quá trình ngưng tụ tiến hành tốt, thì focmalin tham gia vào sản xuất phải đảm bảo phẩm chất đúng qui chuẩn, nhất là không được chứa các tạp chất sắt. Nếu trong focmalin chứa nhiều các muối sắt sẽ làm bẩn sản phẩm. Do đó các thùng chứa focmalin phải được làm bằng thép không rỉ. Chọn loại thép OX17T có các thông số sau: N/m2 N/m2 [8-Tr310]. - Bể chứa gia công theo phương pháp hàn, thiết bị thuộc loại II có hệ số hiệu chỉnh =1,0, thùng chứa có dạng hình trụ, đáy và nắp có hình elip. - Thùng chứa dung dịch focmalin phải chứa lượng focmalin lớn hơn 10% so với lượng focmalin cần dùng để sản xuất trong một mẻ. - Khối lượng Focmalin dùng trong một mẻ sản xuất là: GF=249,5 .1,1=274,45 kg. Thể tích nguyên liệu là: Vngl= : khối lượng riêng của Focmalin ở nhiệt độ môi trường, =1002,4 kg/m3. Vngl==0,274 m3. Thể tích thùng chứa : Vthung=. Với : là hệ số điền đầy (lấy =0,6). Vậy Vthung==0,46 (m3), làm chòn Vthung=0,5 (m3). kích thước thùng là: Dt=700mm. L=1300mm. l=800mm. d1=100mm. d2=200mm. - Hệ số an toàn: nk=2,6. NC=1,5 [8-Tr356]. giới hạn bền kéo và bền chẩy cho phép: []= [8-Tr356]. []= [8-Tr356]. Trong đó: nk,nu-hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy. -giới hạn bền khi kéo và khi chảy. n- hệ số hiệu chỉnh(chọn n=1,0). =173,1.106 N/m2. =180.106 N/m2. [] được chọn theo giá trị nhỏ hơn [] =173,1.106 N/m2. - Chiều dày thân hình trụ được tính theo công thức: S= (m) [8-Tr360]. Trong đó Dt: đường kính trong của thùng. =0,95, hệ số bền hàn. + Tính P: P=Pkq+P1. Trong đó P1: áp suất cột chất lỏng được xác định như sau: P1= [6-Tr360]. P1=1002,4.9,8.1,3 = 12770,58(N/m2). Pkq=105 N/m2, vậy P=105+12770,58=112770,58 (N/m2). + Tính C: C=C1+C2+C3 (m) [8-Tr363]. Trong đó: C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị. Lấy C1=1mm. C2: bổ sung do hao mòn (C2=0). C3: bổ sung do dung sai của chiều dày theo [8-Tr364] có C3=0,4mm. m. Vậy chiều dày của thùng là: Do >50 nên có thể bỏ P ở mẫu số được Do đó S = m. Vậy chọn S =4mm. + Kiểm tra ứng suất thử. Theo [8-Tr365] ứng suất tính theo áp suất thử phải thoả mãn điều kiện: . Trong đó Po: áp suất thử tính toán. Po=Pth+P1, N/m2 [8-Tr366]. Với: Pth=1,5.P=1,5.112770,58 =169155,87 N/m2. P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước. P1= [8-Tr358]. 1: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ t =25oC (nhiệt độ thường). g: gia tốc trọng trường, g=9,81 N/m2. Tại t=25oC có 1=997,08 kg/m3. Nên P1= =997,08.9,81.1,3 =12715,76 N/m2. Suy ra Po=169155,87 +12715,76 =181871,63 N/m2. Do đó . Ta thấy =0,96.106<. Vậy chiều dày của tháp thoả mãn điều kiện bền. 1.3.1.2.Thùng chứa ure Chọn vật liệu là thép X17 có các thông số sau: N/m2 N/m2 - Bể chứa gia công theo phương pháp hàn, thiết bị thuộc loại II có hệ số hiệu chỉnh =1,0, thùng chứa có dạng hình trụ, đáy và nắp có hình elip. - Thùng chứa ure chứa lượng ure lớn hơn 10% s