Đề tài Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenolfomandehit dạng novolac theo phương pháp gián đoạn với năng suất 300 tấn/năm

n ứng là 4 giờ. Vì vậy để thích hợp với thời gian làm việc một ngày ta thiết kế thiết bị phẩn ứng để sản xuất hai mẻ một ngày. Khối lượng nguyên liệu trong một mẻ là: (kg) Thể tích hỗn hợp phản ứng là: (m3). Thể tích làm việc của tháp: Vlv=(m3). Lấy thể tích làm việc của tháp là 1,4m3 Lấy đường kính tháp là: 1,2m. Chiều cao của tháp là : H=(m3) Lấy H=1,3 m. 2.2.1.2.Tính toán cơ khí cho thiết bị phản ứng. Môi trường làm việc của tháp là môi trường axít, nồng độ axít <1% và nhiệt độ là 98oC.Chọn loại vật liệu làm thiết bị phản ứng có tính chịu axít là thép không gỉ X17H13M2T.Thiết bị làm việc ở áp suất thường nên chọn phương pháp hàn thân hình trụ. Chiều dày thân hình trụ được xác định theo công thức sau: S = [10,Tr.360 – 371] Trong đó : j : hệ số bền của thiết bị phản ứng theo phương pháp hàn Hệ số j tra theo đường kính thiết bị phản ứng và phương pháp gia công được j = 0,95. P: áp suất làm việc của tháp. P= P1 +Pmt P1: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng Pmt: áp suất môi trường P1=r.g.h h: Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị phản ứng. P1= 1034,4.9,81.0,87 = 8819,29 (N/m2) P = 105 + 8819,29 = 108819,29 (N/m2) [s] : độ bền của vật liệu. Độ bền kéo [sk] = Độ bền chảy [sc] = nk, nc : Hệ số an toàn giới hạn bền h : Hệ số diều chỉnh, chọn h =0,9 dk , dc : Giới hạn bền khi kéo và khi chảy. Với thép không gỉ: nk =2,6 nc =1,5 dk =540.106 dc = 220.106 [sk] = (N/m2) [sc] = (N/m2) Chọn [s] theo giá trị độ bền nhỏ [s] =132.106 C : Hệ số bổ sung C=C1 +C2 +C3 C1: Bổ sung do ăn mòn, nồng độ HCl<1%, C1 =0,001. C2: Bổ sung do hao mòn, C2= 0 C3: Bổ sung do dung sai của chiều dày C3 = 0,4.10-3 C= 0,001+0,4.10-3 =1,4.10-3 (m). Mặt khác có: Bỏ P ở mẫu của biểu thức tính s. S = Lấy S =5mm. Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử: áp suất thử : Po =Pth+ P1 Pth: áp suất thử thuỷ lực. Với P <0,5.106 thì Pth =1,5P =1,5.108819,29 =163228,93(N/m2) P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước. P1 =r.g.h =970.9,81.0,87 = 8278,66(N/m2) Po =162772,77 + 7993,19 =171507,6 (N/m2) d = Vậy S =5 mm thoả mãn điều kiện bền của vật liệu. Đáy và nắp thiết bị: [10, Tr.381 – 398] Đáy và nắp thiết bị làm cùng loại vật liệu với thân thiết bị. Đáy được hàn vào thân thiết bị, đáy thiết bị có ống dẫn sản phẩm. Nắp có lỗ trục cánh khuấy, cửa nạp liệu, cửa ra vào vệ sinh, nắp được nối với thân bằng bích nối. Thiết bị làm việc ở áp suất lớn hơn 7.104 N/m2 và đặt đứng nên chọn đáy và nắp dạng elíp có gờ. Chiều dày đáy và nắp tính theo công thức sau: s = hb: Chiều cao phần lồi của đáy và nắp. hb = 0,25.Dt = 0,25.1,2 =0,3(m) Quy theo kích thước chuẩn lấy hb= 0,25 (m). jh =0,95. Đường kính lỗ tháo sản phẩm và của nạp liệu là 150mm, cửa ra vào vệ sinh là 400mm Hệ số k =1- Mặt khác Vậy bỏ P ở mẫu trong công thức tính S. S = Lấy S = 5mm. Kiểm tra ứng suất thử: Vậy S = 5mm thoả mãn yêu cầu bền.Vậy đáy và nắp dày 5mm. Chọn bích nối: Thiết bị làm việc ở áp suất thường nên chọn loại bích liền bằng thép để nối nắp và thân thiết bị, đáy thiết bị được hàn vào thân thiết bị. Các kích thước chính của bích như sau: Dt D Db D1 Do Bu-long db Z 1200 1400 1340 1290 1213 M36 36 2.2.3.Tính cánh khuấy.[9, Tr.608 – 624] Thiết bị phản ứng có thể tích 1,4 m3 chất lỏng có độ nhớt trung bình và quá trình phản ứng có toả nhiệt. Do vậy chọn loại cánh khuấy hình khung. Cánh khuấy loại này làm tăng nhanh quá trình phân tán nhiệt, chống lắng cặn ở đáy và thành thiết bị. Quá trình khuấy thường xuất hiện những chỗ xoáy và chuyển động tròn của chất lỏng làm mất năng lượng và tạo bọt. Để khắc phục có thể ghép thêm các thanh chắn trong thiết bị phản ứng. Các kích thước của cánh khuấy như sau: Đường kính cánh khuấy : dM= 0,85.D = 0,85.1,2 = 1,02 (m). Chiều cao cánh khuấy: h = 0,9.l = 0,9.0,9 = 0,81(m). l: Chiều cao mức chất lỏng trong thiết bị phản ứng. Chiều cao từ đáy thiết bị đến cánh khuấy: z= 0,11.dM = 0,11. 1,02 = 0,1122 (m). Bề dày cánh khuấy : s = 0,06. dM = 0,06. 1,02 = 0,0612 (m). Công suất làm việc của cánh khuấy : NP = xM. rhh.n3.dM5 (w). xM = k . x ; k = 3,87.a. a : Tỷ số giữa chiều cao và đường kính cánh khuấy. a = . k= 3,78.0,736 = 2,847. Lấy n = 0,8 (v/s). x : Hằng số phụ thuộc chế độ chuyển động của chất lỏng. rhh: khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng. xM xác định dựa vào đồ thị quan hệ xM = f (Re). ReM = . Dựa vào đồ thị quan hệ xác địnhđược xM = 0,5. NP = 0,5.1034,4.0,83.1,025 = 354,37 (w). Công suất để thắng lực cản của chất lỏng: Ny = k.rhh.n3.dM5 (w). Công suất mở máy: NM = NP + Ny NM = (k + xM ). rhh.n3.dM5 (w). = (2,847 + 0,6).1034,4.0,83.1,025 = 2372,16 (w). Công suất của động cơ xác định như sau : Ndc = h: Hiệu suất của động cơ, h = 0,6 - 0,7 Ndc = (w). Đường kính trục khuấy xác định theo công thức: dk = Mx = n: Số vòng quay của cánh khuấy, n = 0,8 (v/s). dk = (mm). Dựa vào bảng quy chuẩn cánh khuấy chọn cánh khuấy có các kích thước chính như sau : dM =1060 (mm) n = 0,3- 0,97 (v/s). N = 0,01- 3,02 (KW). dk = 65 mm. Từ các kích thước trên chọn hệ dẫn động là hệ Pu-long MH5860_66 có các kích thước như sau:[16] d (mm) H (mm) H1(mm) M (kg) 65 2458 990 629 2.2.4.Tính bảo ôn thiết bị phản ứng:[15, Tr. 190 – 228] Bảo ôn thiết bị phản ứng nhằm mục đích giảm sự mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh, đảm bảo nhiệt độ phản ứng và giảm tiêu tốn năng lượng. Quá trình truyền nhiệt xảy ra theo sơ đồ sau: Trong đó : t1: Nhiệt độ hơi nước bão hoà, t1=120oC. tT1: Nhiệt độ thành thiết bị phía trong tháp. tT2: Nhiệt độ thành thiết bị phía ngoài tháp. tT3: Nhiệt độ thành thiết bị giáp với không khí t2 : Nhiệt độ môi trường xung quanh. dt: Chiều dày lớp vỏ áo dbo: Chiều dày lớp bảo ôn Coi quá trình truyền nhiệt là đẳng nhiệt: nhiệt do hơi cấp cho thành thiết bị (q1) bằng nhiệt truyền qua lớp vỏ áo (q2) bằng nhiệt truyền qua lớp bảo ôn (q3) bằng nhiệt cấp cho môi trường xung quanh. q1= q2 =q3 = q4. q1 = a1(t1 – tT1) q2 = q3 = ; q4 =a2(tT3-t2). Trong đó: ồr = rc:Nhiệt trở do cặn của hơi nước, rc = 5800 (w/m2.độ). dt : Chiều dầy lớp vỏ áo, lấy dt = 3mm. lt : Hệ số dẫn nhiệt của thép làm vỏ áo lt = 46(w/m2.độ). lbo: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bảo ôn. a1: Hệ số cấp nhiệt của hơi nước. a2: Hệ số cấp nhiệt ra môi trường. tT1 = t1 – q1/a1. tT2 = tT3 + . q.ồr = t1 - . ồr = dbo = . Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị phản ứng ra môi trường xung quanh xác định theo công thức: a2 = 9,3 + 0,058.tT3 (w/m2.độ). [7, Tr. 41] Giả thiết: tT3 = 40oC. a2= 9,3 + 0,058.40 = 11,62 (W/m2.độ ). Hệ số cấp nhiệt của hơi nước a1: Hơi nước đi trong tiết diện hình vành khăn giữa vỏ áo và thân thiết bị. Chuẩn số Nuxen xác định như sau : Nu = 0,23.Re0,8.Pr0,4.()0,45. [7, Tr. 198] da : Đường kính ngoài của ống trong . db: Đường kính trong của ống ngoài Re = ; Pr = w : Tốc độ của hơi (m/s), lấy w = 25 (m/s). dtd: Đường kính tương đương, dtd = (m). r: Khối lượng riêng của hơi nước r = 1,1199 (kg/m3). Cp: Nhiệt dung riêng của hơi nước, Cp= 2,114.103 (J/kg.độ) m: Độ nhớt của hơi, m = 138,85.10-7 (N.s/m) Re = . Pr = Nu = a1 = Tính ồr : ồr = lt : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm vỏ áo. Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh bọc vải thuỷ tinh có: lbo = 0,133(w/m.độ). dbo = lấy dbo = 60 mm. Kiểm tra nhiệt độ bảo ôn: Hệ số truyền nhiệt: K = =(w/m.độ). tbo = t2 + oC. ttb : Nhiệt độ trung bình của hơi, ttb= oC. Với giả thiết 40oC thì sai số ~5% nên kết quả trên là chấp nhận được. 2.2.5.Tính thiết bị đỡ. [10, Tr. 434 – 439] Quá trình làm việc thiết bị phản ứng chịu nhiều tác động khác nhau: áp suất làm việc, trọng lượng hỗn hợp phản ứng, ứng suất và những rung động trong quá trình làm việc. Do vậy cần có hệ thống đỡ thiết bị phản ứng. Hệ thống đỡ có thể là chân đỡ hoặc tai treo, trong đó tai treo được sử dụng nhiều hơn cả do kích thước gọn, không tốn diện tích, phân bố tải trọng đều. để chọn loại tai treo phù hợp cần xác định trọng lượng tải trọng của toàn bộ thiết bị phản ứng. Khối lượng toàn bộ thiết bị phản ứng: M= mtb + md +mn +mvo +mk +mbo +mnl + mbs mtb: Khối lượng thiết bị phản ứng. md, mn : Khối lượng đáy và nắp thiết bị phản ứng. mvo, mbo : Khối lượng vỏ áo và khối lượng lớp bảo ôn. mk: Khối lượng cánh khuấy. mnl : Khối lợng nguyên liệu. mbs: Khối lượng bổ sung. mtb = =(kg). Khối lượng đáy và nắp thiết bị được tra theo đường kính và chiều cao gờ, được kết quả sau: md = mn = 64,2 (kg). [10, Tr. 384] Khối lượng vỏ áo, vỏ áo làm bằng thép cacbon: mvo =. rvo : Khối lượng riêng của thép cácbon, rvo=7,85.103(kg/m3) mvo=(kg). mbo = h: Chiều cao lớp vỏ bảo ôn, bằng chiều cao hỗn hợp chất lỏng. rbo =200 kg/m3 mbo= (kg). mk: Khối lượng cánh khuấy và hệ dẫn động. mk= 629 + 50 = 679 kg. mnl: Khối lượng nguyên liệu một mẻ, mnl =1015,45 kg. Tổng khối lượng toàn tháp là: M = 224,5 + 64,2.2 + 144,53 + 45 + 679 + 1015,45 = 2236,88 kg. Chọn tai treo loại bốn tai, tải trọng mỗi tai treo là (N) Chọn tai treo chịu tải trọng là 104 (N), tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ là 1,12.106 (N). Các kích thước chính của tai treo là: L = 110 B =85 B1 = 90 H =170. a = 15 d = 23 S = 8 L =45 . 2.3.Tính thiết bị phụ. 2.3.1.Thiết bị ngưng tụ. Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ nước và các cấu tử dễ bay hơi, các chất ngưng tụ này sẽ quay trở lại thiết bị phản ứng tiếp tục phản ứng cho hiệu suất cao hơn, phản ứng triệt để hơn. Chọn thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm sử dụng tác nhân làm lạnh là nước đi bên ngoài ống và hơi đi trong ống. Hai lưu thể chuyển động ngược chiều nhau. Quá trình biến đổi nhiệt độ trong hai lưu thể như sau: Nước lạnh : 25oC 40oC. Hơi nước : 100oC 100oC. Hiệu số nhiệt độ trung bình của hai lưu thể; Dtl =100 – 25 =75oC. Dtb =100 – 40 =60oC. Dttb = oC. Nhiệt độ trung bình của nước: oC. Tính nhiệt trao đổi và lượng nước cần dùng: Lượng nhiệt do hơi nước cấp là: Q = m.r. m: Lưu lượng hơi nước (kg/s). r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước, r = 2264.103(J/kg) ở đây giả thiết m = 0,02(kg/s). Q = 0,02.2264.103 =45200(J/s). Mặt khác nhiệt lượng nước nhận vào là: Q = m1 .Cp .Dt. m1: Khối lượng nước dùng(kg/s). Cp: Nhiệt dung riêng của nước, Cp = 4,22.103(J/kg.độ). m1=(kg/s). Tính hệ số cấp nhiệt của từng lưu thể. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước xác định theo công thức: [15, Tr.332] A: Hệ số phụ thuộc nhiệt độ, tại 100oC , A = 179. H: Chiều cao của ống truyền nhiệt, lấy H = 0,5m. R : Nhiệt ngưng tụ của hơi nước tính bằng Kcal/kg, r = 539,4(Kcal/kg). Giả thiết nước chảy xoáy. Chuẩn số Nuxen xác định theo công thức: Nu = [10, Tr.14] Pr : Chuẩn số Pran ở nhiệt độ trung bình của nước , tại 32,5oC, Pr = 5,1425. Prt : Chuẩn số Pran tại nhiệt độ tT2. Nu = Hệ số cấp nhiệt ở hai lưu thể phụ thuộc nhiệt độ tường. Vì vậy giả thiết từng bước để tiếp cận kết quả đúng. Số liệu tính toán như bảng sau dây: Số lần Dt1 a1 q1 a2 q2 1 32 879,87 28155,87 3651,93 62813,25 2 35 866,38 30113,25 3558,35 44301,47 3 38 842,87 32029,06 3462,2 26520,6 4 37 848,5 31399,8 3519,35 32527,09 Vậy kết quả nhận được q1 = q2 = qtb =31963,45. Bề mặt truyền nhiệt là: F = (m2). Số ống truyền nhiệt : n = Quy chuẩn số ống truyền nhiệt , n = 37 ống. [10, Tr. 48] Đường kính thiết bị : D = t(n-1) + 4.dn. t : Bước ống , t = 1,3.dn = 1,3.0,025 = 0,0325. D = 0,0325.(7-1) +4.0,025 = 0,295. Làm tròn D = 300mm.. Vậy thiết bị ngưng tụ có các thông số như sau : N = 37. d =25x2 mm. D =300 mm. H = 500 mm. 2.3.2. Thùng chứa, thùng lường. Thùng chứa nguyên liệu gồm có thùng chứa phenol, thùng chứa focmalin, thùng chứa HCl và một số chất phụ trợ khác. Trong phân xưởng sản xuất focmalin chứa trong thùng đủ sử dụng cho một ngày sản xuất, thùng chứa HCl cũng tương tự như vậy.Riêng với phenol trong phân xưởng được đưa vào với lượng đủ dùng cho một mẻ và được đun nóng chảy ngay trong thiết bị chứa, sau đó nhờ bơm bơm lên thùng lường qua đường ống có bảo ôn. 2.3.2.1.Thùng chứa focmalin. Dung dịch focmalin có tính chất như một rượu đa chức, vì vậy một số vật liệu bền với môi trường này như thép không gỉ, ở đây ta chọn thép X18H10T. Độ bền của loại vật liệu này như sau: sk = 540.106 (N/m2) ; sc = 300.106 (N/m2) [10, Tr. 310] Khối lượng focmalin sử dụng trong một ngày là 832 kg. Quá trình sản xuất thường lấy nhiều hơn 10%. Do vậy khối lượng focmalin là: 832 + 83,2 = 915 kg. Thể tích focmalin là: V2 = r2 : Khối lượng riêng focmalin ở điều kiện thường (25oC). V2= (m3). Thể tích thùng chứa focmalin : V = (m3). Lấy thể tích thùng chứa focmalin là 1,2 m3. Chọn đường kính thùng chứa 1m, chiều dài thùng chứa là : L2 = Lấy L2 = 1,6 m. Tính chiều dày thùng chứa: S = . [10, Tr. 360] Dt : Đường kính trong của thùng chứa. P : áp suất trong của thùng chứa (N/m2). j : Hệ số phụ thuộc loại thiết bị phản ứng, thiết bị hàn j = 0,9. [s] : Giới hạn bền của vật liệu (N/m2). C: Hệ số bổ sung. P = Pmt + P1 = 105 + 11409,81. [s] : Độ bền của vật liệu. Độ bền kéo [sk] = ; Độ bền chảy [sc] = nk, nc : Hệ số an toàn giới hạn bền h : Hệ số diều chỉnh, chọn h =0,9 sk , sc : Giới hạn bền khi kéo và khi chảy. Với thép không gỉ X18H10T: nk =2,6 nc =1,5 sk =540.106 sc = 300.106 [sk] = (N/m2) [sc] = (N/m2) Chọn [s] theo giá trị độ bền nhỏ [s] =180.106. C = C1 + C2 + C3. Tương tự như tính chiều dày thiết bị phản ứng: C1 = 10-3 C2 = 0 C3 = 0,22. C = 1,22.10-3(m). Mặt khác có: Bỏ P ở mẫu của biểu thức tính S. S =(m). Lấy S = 3 mm. Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử: áp suất thử : Po =Pth+ P1 Pth: áp suất thử thuỷ lực. Với P <0,5.106 thì : Pth =1,5P =1,5.111397 =167095,5095,5 (N/m2) P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước với chiều cao tương ứng. Po =167095,5 + 9,81.970.1,02 =176793,03 (N/m2) d = Vậy S =3 mm thoả mãn điều kiện bền của vật liệu. Kích thước thùng chứa focmalin như sau : D = 1000, L = 1600, S = 3. 2.3.2.2.Thùng chứa HCl HCl là loại axit mạnh,có tính ăn mòn nên chọn vật liệu làm thùng chứa cùng loại với vật liệu làm thiết bị phản ứng. Khối lượng axit sử dụng trong một ngày là: 11,4 + 1,14 = 12,54 kg. Thể tích axit ; (m3). Thể tích thùng chứa: (m3). Vậy thể tích thùng chứa axit là : 20 (l). Chọn d = 200, chiều dài thùng chứa là : (m3). Vậy kích thức thùng chứa HCl là : D = 200, L = 150, V = 20 (l). 2.3.2.3. Thùng lường của focmalin. Khối lượng focmalin trong một mẻ là: 416 kg. Thể tích focmalin trong một mẻ là: (m3). Thể tích thùng lường : (m3). Chọn đường kính thùng lường là 0,8 m. Chiều cao thùng lường: (m). Tương tự ta tính chiều dày thùng lường là 3 mm. 2.3.2.4. Thùng lường và thùng chứa phenol. Khối lượng phenol trong một mẻ là: 594kg. Thể tích phenol : Thể tích thùng lường phenol : (m3). Chọn đường kính thùng lường là 1m, chiều cao thùng lường là : (m). Lấy chiều cao thùng lường là :1,2 m. Tính tương tự ta được chiều dày thùng lường và thùng chứa là 3mm. Đồng nhất các kích thước của thùng chứa và thùng lường: Đường kính 1m, chiều cao (chiều dài) 1,2m. Riêng thùng chứa focmalin đường kính 1,2m, chiều dài 1,5m. 2.3.3. Tính bơm chất lỏng. Mục đích của việc tính bơm là lựa chọn loại bơm thích hợp nhất, tốn ít năng lượng nhất để đưa thùng chứa từ thùng chứa lên thùng lường nguyên liệu. Chọn vị trí đặt bơm sao cho chất lỏng tự chảy vào (Hh =0), chọn Hđ = 10 m. Giả thiết đường ống tổng cộng là 30 m, trên đường ống có một van tiêu chuẩn, hai khửu vuông góc, chất lỏng chuyển động với vận tốc 2 m/s. áp suất cần thiết của bơm cần tạo ra là: H = .9, [Tr. 438] P1, P2 : áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và không gian hút. Ho : Chiều cao nâng. Hm: Chiều cao áp suất để thắng trở lực. DP = DPđ + DPm + DPc + DPH + DPt + DPk [9, Tr. 440] DPđ : áp suất động lực học DPđ = (N/m2). DPm : áp suất khắc phục trở lực ma sát. DPm = l: Hệ số ma sát. L : Chiều dài ống dẫn. dtđ : Đường kính tương đương của ống. DPc : áp suất để thắng trở lực cục bộ. DPc = x.DPđ . x : Hệ số trở lực cục bộ. DPH: áp suất khắc phục áp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng trong ống. DPt : áp suất khắc phục trở lực trong thiết bị. DPk : áp suất bổ sung cuối đường ống. ở đây ta bỏ qua DPk , DPt, DPH (trong đường ống không có chất lỏng nào khác). Vậy : DP = DPđ + DPm + DPc . Chọn bơm để bơm phenol: DPđ = =(N/m2). DPm = . dtđ = 100 mm, L = 30 m. ở đây hệ số trở lực cục bộ phụ thuộc chuẩn số Reynol: Re = w : Vận tốc chuyển động của chất lỏng (m/s). r : Khối lượng riêng của chất lỏng. m : Độ nhớt của phenol ở 42oC, m = 4,77.10-3(N.s/m2). Re = Re >104 ị Chất lỏng chảy xoáy, l xác định theo công thức sau: [9, Tr. 380] ị l =0,775 DPm = 0,775.(N/m2). DPC = x.DPđ . Van tiêu chuẩn D = 100 đ xđ = 4,1. Khửu vuông góc Re < 2.105 đ x = 1,1. DPC = (4,1 +3.1,1).2116 = 15658,4(N/m2). Vậy : DP = 15658,4 + 491970 + 2116 = 509744,4(N/m2). đ hm = (m). H = 49,11 + 10 = 59,11 (m). Công suất của bơm: N = Q: Năng suất của bơm (m3/h), lấy Q = 5 m3/h. h : Hiệu suất chung của bơm , lấy h = 0,8. N = (kw). Công suất động cơ điện : Nđc = hđc : Hiệu suất động cơ điện, hđc = 0,8. htr : Hiệu suất truyền động, htr = 0,8. Công suất động cơ điện thường được chọn lớn hơn công suất động cơ tính toán. Nđcc =b.Nđc. b : Hệ số dự trữ công suất, lấy b = 1,4. Nđc = Nđcc = 1,4.1,66 = 2,33 (kw). Vậy ta chọn bơm loại X ( bơm ly tâm) thoả mãn các yêu cầu sau: H = 98 Q = 5m3/h. Quy chuẩn : [9, Tr. 447] Q = 3 đ 288 m3/h. H = 10 đ 143 m. N = 1450đ2900 v/ph. Hh = 2,8 m. Chọn bơm để nâng focmalin: Tương tự như phần trên : DP = DPđ + DPm + DPc . DPđ = 1140.(N/m2). DPm = . Tính l Re = = ị l = 0,7745 DPm = (N/m2). DPc = 4,1.2280 + 3.1,1.2280 = 16872 (N/m2). DP = 529758 + 16872 + 2280 = 548910 (N/m2). Hm = (m2). H = 49 + 10 = 59 (m). Vậy bơm được chọn phải thoả mãn : Hh = 0 Hđ =10 m h = 98,3 m Q = 5 m3/h. Vậy ở đây ta cũng chọn bơm loại X có các thông số như trên. 2.3.4.Tính cân bằng nhiệt lượng. Chọn chất cấp nhiệt nóng là hơi nước áp suât 2 at, nhiệt độ sôi là 120oC. Chất mang nhiệt là nước lạnh có các thông số như sau: Nhiệt độ đầu là 25oC, nhiệt dung riêng CP = 4178(J/kg.độ). Nhiệt độ các cấu tử ban đầu là: phenol 42oC, focmalin và HCl là 25oC. Các giai đoạn xảy ra trong thiết bị phản ứng như sau: + Đun nóng hỗn hợp lên 70oC. + Hỗn hợp phản ứng tự tăng nhiệt độ do phản ứng toả nhiệt. + Duy trì hỗn hợp sôi trong thời gian phản ứng. + Tiến hành sấy nhựa ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của hỗn hợp. Nhiệt dung riêng của các hợp chất hoá học được tính theo công thức sau: M.C = n1.C1 +n2.C2 + …. nn.Cn [9, Tr. 152] M: Khối lượng mol của hợp chất. n1, n2, … nn :íố mol nguyên tố trong hợp chất. C1 , C2 , …Cn: Nhiệt dung của các nguyên tố. Cụ thể như sau: Tên nguyên tố Nhiệt dung (J/kg.độ) C 11700 H 18000 O 25100 Cl2 33500 Tính theo công thức trên ta được kết quả như sau: CP = 2162,76(J/kg.độ) CF = 2426,66(J/kg.độ). CHCl =1410,96(J/kg.độ) Cthép = 23,526(J/kg.độ). 2.3.4.1.Cân bằng nhiệt lượng khi cho phenol nóng chảy vào thiết bị phản ứng. Nhiệt do phenol mang vào làm tăng nhiệt độ hỗn hợp lên ttb. Phương trình cân bằng nhiệt như sau: QP = QF + QHCl + QTB. QP = GP.CP.( 42 – ttb ). QTB =GTB.CTB.( ttb - 25). QF =GF.CF.( ttb - 25). QHCl =GHCl CHCl.(ttb -25). GP.CP.( 42 – ttb ) = (GP.CP + GF.CF + GHCl.CHCl).( ttb –25). Tính được ttb = 34,5oC. 2.3.4.2.Cân bằng nhiệt cho giai đoạn cấp nhiệt từ 34,5oC đến 70oC. Phương trình cân bằng nhiệt: Qv + Qh = QR + Qm. Qv , QR : Nhiệt của hỗn hợp ở 34,oC và 70oC. Qv = Gv.CPv.ttb. Chh = C1.x1 + C2.x2 + C3.x3 . Ci : Nhiệt dung từng cấu tử. Xi : Thành phần cấu tử theo khối lượng. Chh = 0,58.2162,76 + 0,41.2426,66 + 0,01.1410,96 = 2266,65(J/kg.độ). Qv = 2266,65.1015,45.34,5 = 79407606,12(J). QR = 2266,65.1015,45.70 = 161116882 (J). Qm : Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh. Qm = Qm1 + Qm2 + Qm3 . Qm1 : Nhiệt mất mát để đốt nóng thiết bị phản ứng và cánh khuấy. Qm1 = GHCl CHCl.(70-34,5) Qm1 = 402,4.23,562.(70 – 34,5 ) = 336587,88 (J). Qm2 : Nhiệt mất do phần có bảo ôn. Qm2 = K1.F1.Dt.t (J) K1 : Hệ số truyền nhiệt từ thiết bị phản ứng ra môi trường xung quanh. K1 = a1: Hệ số cấp nhiệt của hơi nước. dt : Chiều dầy lớp vỏ áo, lấy dt = 3mm. lt : Hệ số dẫn nhiệt của thép làm vỏ áo lt = 46(w/m2.độ). lbo: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bảo ôn. dbo: Chiều dày lớp vỏ bảo ôn. a2: Hệ số cấp nhiệt ra môi trường. Theo tính toán phần bảo ôn thiết bị có K1 = 1,85 (w/m.độ). F1: Diện tích bề mặt thiét bị có bảo ôn (gồm thân và và đáy thiết bị). F1 = 1,2.3,14.0,9 + 1,66 = 5,0512(m2) Dt: Hiệu số nhiệt độ giữa hơi nước và môi trường. Dt = 120 – 25 = 95oC. Qm2 = 1,85.5,0512.95.t = 887,77.t (J). Qm3: Nhiệt mất do phần không bảo ôn. Qm3 = = K2.F2.Dt.t (J) K2 = a1: Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp sôi. a1 = 1,98. ; Dt1 = tTB – tTT. tTB : Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp, tTB = (34,5 + 70):2 = 52,25oC. tTT: Nhiệt độ thành trong của thiết bị phản ứng, giả so tTT = 45oC. tTN: Nhiệt độ thành ngoài của thiết bị phản ứng, giả sử tTN = 43oC. Dt1 = 52,25 – 45 = 7,25oC. a1 = (w/m.đô). a2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường. a2 = 9,3 + 0,058.tTN = 9,3 + 0,058.43 = 11,794 (w/m.độ). K2 = (w/m.độ). Dt: Hiệu số nhiệt độ giữa môi trường phản ứng và môi trường xung quanh: Dt = oC. F2: Diện tích thiết bị phần không có bảo ôn (m2). F2 = 3,14.1,2.0,4 + 1,66 = 3,1672 (m2). Qm3 = 2,55.3,1672.21,5.t = 173,64 (m2). Qm = 336587,88 + 887,77.t + 173,64.t = 336587,88 + 1061,41.t (J). Qhơi = QR + Qm - QV = 161116882 + 336587,88 + 1061.t - 79407606,12 = 82045863 + 1061.t (J). Giả thiết thời gian cấp nhiệt là 30 phút. Vậy lượng nhiệt do hơi cấp là: Qhơi = 82045863 + 1061.30.60 = 83955663 (J). Lượng hơi cần dùng là: mhơi = (kg). 2.3.4.3.Hỗn hợp phản ứng tự tăng nhiệt độ do phản ứng toả nhiệt. Gọi t là thời gian hỗn hợp tự tăng nhiệt độ tới 98oC. Phương trình cân bằng nhiệt: Qv + QPƯ = QR + Qm . Qv , QR : Nhiệt của hỗn hợp phản ứng ở 70oC và ở 98oC. QPƯ : Nhiệt do phản ứng toả ra. QPƯ = q.n ; Với n : Lượng phenol phản ứng. [6, Tr. 51] q = 140kcal/kg phenol = 586,152.103 J/kg phenol. Hàm lượng phenol tự do trong nhựa là 5%. Lượng phenol tham gia phản ứng là: n = 594 – 594.0,05 = 564,3 (kg). Giả thiết rằng phenol đa tụ trong thời gian là 1,5 giờ hay 90 phút, lượng nhệt toả ra trong một đơn vị thời gian là như nhau. QV(70) = 161116992 (J). QR(98) = 225563634,8 (J). Qm = Qm1 + Qm2 + Qm3 Qm1 = 402,4.23,562.(98 – 70) = 265477,77 (J). Qm2 = K1.F1.Dt.t (J). = 1,85.95.5,0512.t = 887,536.t (J). Qm3 = K2.F2.Dt.t (J) K2 = a1 xác định tương tự như phần trên tại nhiệt độ tTB = (w/m.độ). K2 = Q3 = 3,57.3,1672.32.t = 361,63.t (J). Qm = 265477,77 + 887,53.t + 361,63. t = 265477,77 + 1249,15.t . Vậy : 60003,73.t = 64712230,57 t = 1078,47(s) = 18 (phút). Vậy thời gian hỗn hợp phản ứng tự tăng nhiệt độ lên 98oC là 18 phút. 2.3.4.4.Duy trì hỗn hợp phản ứng trong một giờ. QPƯ = 61252,9.3600 (J). Qm = Qm2 + Qm3 . Qm3 = K2.F2.Dt.t (J) a1 = 1,98. (w/m.độ). a2 = 9,3 +0,058.50 = 12,2 (w/m.độ). K2 = (w/m.độ). Qm3 = 3,58.3,1672.34.t = 385,51.t (J) Qm = 887,53 + 385,51).3600 = 4582949,7 (J). Nhiệt do nước nhận vào là: QN = QPƯ - Qm = 215927432,7 (J). Khối lượng nước cần dùng là: Trong đó : CP : Nhiệt dung riêng của nước. CP = 4178 (J/kg.độ); Dt = 50 –25 = 25oC mN =2067,3(kg). 2.3.4.5.Giai đoạn sấy nhựa. Sau thời gian duy trì vận tốc phản ứng sảy ra rất chậm, để tăng vận tốc phản ứng và nâng cao hiệu suất cần tăng nhiệt độ hỗn hợp lên khoảng 110oC. Phương trình cân bằng nhiệt như sau: QH + QV = QR + Qm QH = QR + Qm - QV . = 1015,45.2266,65.(110 – 98) + Qm. Qm =Qm1 + Qm2 + Qm3 . Qm1 = 402,4.23,562.(110 – 98) = 113776,18 (J). Qm2 = 887,53.t Qm3 = K2.F2.Dt.t (J) K2 = a1 =1,98. a2 = 9,3 + 0,058.50 = 12,2 (w/m.độ). K2 = (w/m.độ). Qm3 = 3,586.3,1672.34,5.t = 391,84.t (J). Giả sử thời gia tăng nhiệt độ là 15 phút. Lượng nhiệt dùng là: QH = 2760036,91 – 1265205,58 = 26354831,33(J). Lượng hơi đã dùng: mH = (kg). Duy trì hỗn hợp phản ứng ở 110oC trong thời gian một giờ, lượng hơi cần dùng là: QH = Qm = Qm1 + Qm2. = (887,53 + 419,93).3600 = 4706864,85 (J). mH = (kg). Vậy: Lượng hơi cần dùng trong một mẻ là: 2,1 + 11,64 + 36,32 = 50,06 (kg). Lượng nước cần dùng trong một mẻ là: 2067,3kg. Lượng hơi và nước cần dùng trong một ngày sản xuất là: 4134,6 kg nước và 100,12 kg hơi. Lượng hơi và nước cần dùng trong một năm sản xuất là: Lượng nước : 4134,6.240= 992304 (kg). Lượng hơi : 100,12.240= 24029 (kg). Chương 3 Xây dựng Thực tế cho thấy cồng nghệ đóng vai trò rất quan trọng tạo nên cơ sở vật chất và kĩ thuật cho xã hội, thể hiện trình độ phát triển chung của một quốc gia. Chính vì vậy bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của xây dựng dân dụng, hiện nay xây dựng công nghiệp cũng được quan tâm rất lớn trong chương trình phát triển kinh tế chung. Những xu hướng mới trong xây dựng dân dụng hiện nay. Một trong những vấn đề quan trọng của quy hoạch sản xuất công nghiệp ở mỗi nước là xác định vị trí của các xí nghiệp công nghiệp, các khu công nghiệp để có thể đảm bảo tốt hiệu quả kinh doanh. Thông thường việc thiết kế các khu công nghiệp, nhóm xí nghiệp các xí nghiệp riêng lẻ hay từng toà nhà công trình,…