Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC bằng phương pháp huyền phù năng suất 1.200 tấn/năm

64,298 6,856 PVC 0,000 1023,092 0,000 Tổng 2434.197 2422.05 12,147 B. Công đoạn xö lý kiÒm Môc ®Ých cña c«ng ®o¹n xö lý kiÒm lµ lµm ph©n hñy c¸c gèc cña chÊt kh¬i mµo vµ chÊt æn ®Þnh (t¹o thµnh lo¹i muèi natri ®Ó hßa tan vµo trong n­íc) ®Ó keo tô nhùa vµ t¨ng tÝnh chÊt æn ®Þnh ®èi víi nhiÖt cña nhùa. Qu¸ tr×nh xö lý kiÒm dïng dung dÞch NaOH 15% theo tû lÖ 600 lÝt/100 kg hçn hîp. §èi víi 1 tÊn s¶n phÈm cÇn ph¶i dïng lµ: 2422.05 . 600 = 14532.3 lÝt 100 Khèi l­îng riªng cña dung dÞch NaOH 15%: 1164 kg/cm3 = 1,164 kg/dm3 VËy khèi l­îng dung dÞch NaOH: 14532.3 . 1,164 = 16915.6 (kg) L­îng NaOH cÇn dïng ®Ó xö lý kiÒm lµ: 16915,6 . 15 = 2537,34 kg 100 L­îng n­íc cÇn dïng ®Ó pha dung dÞch NaOH 15%: 16915,6 – 2537,34 = 14378,26 kg Bảng 2: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn xö lý kiÒm (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1364,298 1350.798 13,5 PVC 1023,092 1012,862 10,23 NaOH 2537,34 0 2537,34 N­íc pha dung dÞch 14378,26 0 14378,26 Tổng 19302.99 2363,66 16939,33 C. Công đoạn ly t©m vµ röa nhùa: TiÕn hµnh röa hèn hîp b»ng n­íc cÊt nãng 600C – 700C, ly t©m thËt s¹ch cho ®Õn khi ph¶n øng trung hßa. Röa 5 lÇn, mçi lÇn 250 l/400 kg hçn hîp. L­îng n­íc cÇn dïng cho 1 lÇn röa: 2363,66 . 250 = 1477.287 lÝt 400 L­îng n­íc cÇn ®Ó röa hçn hîp t­¬ng øng víi 1 tÊn s¶n phÈm lµ: 1477.287 . 5 = 7386,438 lÝt Sau khi ly t©m vµ röa nhùa, ®é Èm cña s¶n phÈm cßn 16%. L­îng n­íc cßn l¹i trong nhùa sau khi ly t©m – röa nhùa lµ: 1012,862 . 16 = 162,058 lÝt 100 Bảng 3: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn ly t©m, röa nhùa (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1350.798 162,058 1188.74 Nước rửa nhựa 7386,438 0,000 7386,438 PVC 1012,862 1002,733 10,129 Tổng 9750.098 1164.791 8585.307 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Sau qu¸ tr×nh sÊy, ®é Èm s¶n phÈm lµ 0,3%. Bảng 4: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn sấy và đóng bao (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 162,058 2,300 159.758 PVC 1002,733 997,719 5,014 Tổng 1164.791 1000,19 164.772 3.3. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm: Sử dụng hệ thống 3 nồi trùng hợp nấu song song, thời gian của mỗi mẻ sản phẩm là 24 giờ. Năng suất 1 mẻ sản phẩm của một nồi: 1200 = 1,379 tÊn 290 . 3 A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 5:Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn trùng hợp (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,96% 1461,751 43,634 7,272 POB 96% 1,217 1,212 0,0055 PVA 95% 2,307 2,296 0,011 H3PO4 89% 0,660 0,654 0,006 Nước cất 1891,353 1881,354 9,999 PVC 0,000 1410,843 0,000 Tổng 3357,288 3339,993 17,295 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 6: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn xö lý kiÒm (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1881,366 1862,750 18,62 PVC 1410,843 1396,736 14,11 NaOH 3498,99 0,000 3498,99 N­íc pha dung dÞch 19827,620 0,000 19827,620 Tổng 26618,819 3259,486 23359,340 C. Công đoạn ly tâm – rửa nhựa: Bảng 7: Cân bằng vật chất cho 1 mÎ sản phÈm trong công đoạn ly tâm – rửa nhựa (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1862,750 223,478 1639,272 Nước rửa nhựa 10185,898 0,000 10185,898 PVC 1396,736 1382,768 13,967 Tổng 13445,384 1606,246 11839,138 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 8: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn sấy và đóng bao (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 223,477 3,172 220,306 PVC 1382,768 1375,854 6,914 Tổng 1606,246 1379,026 227,220 3.4. Tính cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất: Sö dông hÖ thèng 3 nåi trung hîp nÊu song song, thêi gian cña mçi mÎ s¶n phÈm lµ 24 giê. VËy n¨ng suÊt 1 ngµy b»ng 3 lÇn n¨ng suÊt 1 mÎ. L­îng tieu hao nguyªn liÖu trong ngµy b»ng 3 lÇn l­îng tiªu hao nguyªn liÖu 1 mÎ s¶n phÈm. A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 9:Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn trùng hợp (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 4385,253 130,902 21,816 POB 96% 3,651 3,636 0,015 PVA 95% 6,921 6,888 0,033 H3PO4 89 % 1,980 1,962 0,018 Nước cất 5674,056 5644,062 29,997 PVC 0,000 4232,529 0,000 Tổng 10071,864 10019,979 51,558 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 10: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn xö lý kiÒm (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 5644,098 5588,250 55,86 PVC 4232,529 4190,208 42,33 NaOH 10496,97 0,000 10496,97 N­íc pha dung dÞch 59482,86 0,000 59482,86 Tổng 79856,457 9778,458 70078,02 C. Công đoạn ly t©m vµ röa nhùa: Bảng 11: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn ly t©m – röa nhùa (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 5588,25 670,434 4917,816 Nước rửa nhựa 30557,694 0,000 30557,694 PVC 4190,208 4148,304 41,901 Tổng 40366,155 4818,738 35517,411 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 12: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn sấy và đóng bao (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 670,431 9,516 660,918 PVC 4148,304 4127,562 20,742 Tổng 4818,738 4137,078 681,66 3.5. Tính cân bằng vật chất cho một năm sản xuất: Năng suất làm việc trong 1 năm của hệ thống là 1200 tấn. Vậy ta có các bảng cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong các công đoạn khác nhau là: A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 13: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn trùng hợp (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 1272,010 37,97 6,328 POB 96% 1,056 1,055 0,0048 PVA 95% 2,008 1,998 0,108 H3PO4 89% 0,574 0,568 0,006 Nước cất 1645,384 1637,157 8,227 PVC 0,000 1227,710 0,000 Tổng 2921,036 2906,460 14,576 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 14: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn xö lý kiÒm (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1637,157 1620,957 16,2 PVC 1227,710 1215,434 12,28 NaOH 3044,808 0,000 3044,808 N­íc pha dung dÞch NaOH 17253,912 0,000 17253,912 Tổng 23163,588 2836,39 20327,196 C. Công đoạn ly tâm – rửa nhựa: Bảng 15: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn ly tâm – rửa nhựa (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1620,957 194,469 1426,488 Nước rửa nhựa 8863,725 0,000 8863,725 PVC 1215,391 1203,279 12,154 Tổng 11708,117 1397,749 10302,368 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 16: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn sấy và đóng bao (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 194,469 2,768 191,709 PVC 1203,279 1197,262 6,016 Tổng 1397,749 1200,228 197,726 Bảng 17: Tiêu hao nguyên liệu với năng suất 1200 tấn/năm: Tên nguyên liệu 1 tấn (kg) 1 mẻ (kg) 1 ngày (kg) 1 năm (tấn) VC 99,9% 1060,008 1461,751 4385,253 1272,010 POB 96% 0,883 1,217 3,612 1,056 PVA 95% 1,673 2,307 6,921 2,008 H3PO4 89% 0,479 0,660 1,980 0,574 Nước cất 1371,154 1891,353 5674,056 1645,384 PVC 0,000 0,000 0,000 0,000 Tổng 2434,197 5791,485 10071,864 2921,036 PHẦN THỨ TƯ: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 1. Thiết bị chính Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất PVC là thiết bị trùng hợp. Cấu tạo từ thân hình trụ, đáy và nắp hình elip, có vỏ bọc để gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa hoặc làm lạnh bằng nước lạnh. Nồi được trang bị cánh khuấy chân vịt để khuấy trộn hỗn hợp phản ứng với vận tốc 500 vòng/phút. Trên nắp có cửa làm vệ sinh, các đầu ống dẫn, kính quan sát, đầu ống lắp nhiệt kế và áp kế. Dưới đáy nồi có lắp van tháo sản phẩm. Bền ngoài cùng của nồi có lớp vỏ bọc cách nhiệt (bảo ôn) bằng bông thủy tinh. Nồi được đỡ bằng 4 tai hàn vào thân nồi. Vật liệu chế tạo thân nồi và các chi tiết bằng thép không gỉ loại 0X21H6M2T. Thể tích nguyên liệu vào nồi trong 1 mẻ: Trong đó: : Khối lượng của các cấu tử (kg) : Khối lượng riêng của các cấu tử (kg/m3) ρi (kg/m3) Gi (kg)  VC 970 1461,75  H2O 1000 1891,353  POB 973 1,217  PVA 973 2,307  H3PO4 1836 0,66 = 1,51 + 1,89 + 0,00122 + 0,00237 + 0,00053 = 3,404 m3 Dùng nồi với hệ số đầy η = 0,7 thì thể tích nồi cần thiết kế là: Chọn Quy chuẩn theo TOCT13372-67 Các kích thước nồi phản ứng Dt = 1800mm Hhình trụ = 1400mm htoàn bộ = 2380mm a. Đường kính thiết bị Thể tích thiết bị gồm các phần: Trong đó: Thể tích nắp Thể tích đáy Thể tích thân hình trụ Đáy và nắp để đơn giản có thể coi như 2 chỏm cầu, xem thể tích của chúng bằng nhau: Thân nồi là hình trụ: [15] R: Bán kính đáy: [16] Thể tích đáy (thể tích chỏm cầu): Thay vào ta có: Với thiết bị thẳng đứng chọn . Vậy ta chọn c. Chiều dày thiết bị Sử dụng loại thép không gỉ loại 0X21H6M2T với [10 – 310] để làm vật liệu gia công nồi. Chiều dày thân hình trụ chịu áp suất làm việc bên trong là 8 at (~ 8.105 N/m2)(áp suất làm việc lớn nhất trong quá trình trùng hợp PVC) Áp dụng công thức: , m [10 – 360] Trong đó: Dt: Đường kính trong của nồi (m) φ : Hệ số bền của thành hình trụ heo phương dọc φ = 0,95 [10 - 362] P : Áp suất tính toán trong thiết bị (N/m2) [σ]: Ứng suất cho phép theo giới hạn bền (hay giới hạn chảy) + Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép theo giới hạn bền được xác định theo công thức: [10 – 355] Với Hệ số an toàn bền nk = 2,6 [10 – 356] Hệ số điều chỉnh η = 1 [10 – 356] Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy xác định theo công thức: [10 – 355] Với nt = 1,5 Suy ra [σc] = 200.106 N/m2 Trong hai giá trị, lấy giá trị nhỏ hơn để tính toán [σ] = [σc] = 200.106 N/m2 + Tính P: Vì môi trường làm việc trong thiết bị là hỗn hợp hơi – lỏng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất Pm và áp suất thủy tĩnh (PH = ) của cột chất lỏng: N/m2 [10 – 360] Trong đó: Pm : Áp suất môi trường làm việc lớn nhất trong quá trình làm việc, N/m2 Pm = 8 at = 8.105 N/m2 g : Gia tốc trọng trường H : Chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng, H = 1 m ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m3, được tính theo công thức: [11 – 5] với ai : Nồng độ phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp; ρi : Khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp. Ta tính được: Vậy: = 987,25 kg/m3 P = Pm + gH = 8,097.105 N/m2 Do Nên bỏ qua P ở mẫu số, ta có chiều dày thân hình trụ: C : Hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày. Lấy C1 = 0,001 m C2 = 0 C3 = 0,001 m S = 3,84.10-3 + 2.10-3 = 5,84.10-3 m Quy chuẩn S = 6 mm [10 – 364] Kiểm tra lại khả năng chịu áp suất ta kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bởi công thức: , N/m2 [10 – 365] Áp suất thử tính toán Po được xác định theo công thức: Pth : Áp suất thử thủy lực tính theo [10 – 358]  Pth = 1,5P = 12,146.105 N/m2 P1 : Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị ρ : Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/m3 H : Chiều cao cực đại của cột chất lỏng H = h = 2,25 m P1 = 0,218.105 N/m2 Po = 12,146.105 + 0,225.105 = 12,37.105 N/m2 Cùng với Dt = 1,8 m; S – C = 0,006 m; φ = 0,95; σc = 300.106 N/m2 Thay vào biểu thức ta có: σ = 195,96.106 N/m2 Vì nên điều kiện không thỏa mãn. Ta chọn lại chiều dày thân thiết bị lấy S = 6 + 2 = 8 mm. Sau đó lại kiểm tra lại khả năng chịu áp suất theo công thức trên: , N/m2 [10 – 365] Trong đó: Các số liệu khác vẫn giữ nguyên, chỉ có: S – C = 0,006 mm Thay vào công thức trên ta tính được: σ = 192,41.106 N/m2 < Vậy ta chọn chiều dày thân thiết bị là 8 mm. + Chiều dày đáy thiết bị: Chiều dày đáy lấy bằng chiều dày thân nếu điều kiện thử sau được thỏa mãn: Trong đó: hb : Chiều cao phần lồi của đáy, m; φh : Hệ số bền của mối hàn hướng tâm; k : Hệ số không thứ nguyên; Với Dt = 1,8 m; hb = 0,45; φh = 0,95; S – C = 0,006 m; Po = 12,37.105 N/m2; k = 1. Do đó: σ = 205,6.105 N/m2 < Vậy điều kiện thử thoả mãn nên: Sd = S = 8 mm Căn cứ vào các số liệu: Dt = 1800 mm hb = 450 mm h = 25 mm Tra bảng XIII.10 trong [10 – 382] ta có: Bề mặt trong của đáy: F = 3,65 m2 Thể tích: V = 827.10-3 m3 Tra bảng XIII.11 trong [10 – 384] ta được: Khối lượng của đáy elip: m = 283 kg d. Vỏ bọc nồi phản ứng Vỏ bọc nồi phản ứng được chế tạo bằng thép CT3 bằng cách hàn dọc thân. Tra bảng 17.1 tại [12 – 486] ta có các thông số sau về vỏ bọc: T5 e. Chiều dày lớp bảo ôn Lớp bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường từ bề mặt thiết bị phản ứng. Do vậy, nó có tác dụng làm giảm nhiệt mất mát ra ngoài và làm giảm lượng hơi nước cần thiết để đun nóng thiết bị. Ở đây, ta sử dụng bông thủy tinh làm lớp vỏ bảo ôn với thông số ρ = 200 kg/m3; λc = 0,125 W/m.độ [11 – 148] Trong đó: t1 : Nhiệt độ của chất tải nhiệt. : Nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn giáp với không khí. St : Chiều dày của tấm thép. Sbo : Chiều dày lớp bảo ôn. : Hệ số truyền nhiệt của thép. : Hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn. Ta coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trường là truyền nhiệt đẳng nhiệt và ổn định. Như vậy nhiệt tải riêng đến thành thiết bị (q1), nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành (q3), và nhiệt tải riêng do bức xạ từ thành thiết bị vào không khí (q3) sẽ bằng nhau: q1 = q2 = q3 [13 – 214] Quèc TuÊn – T¹p chÝ Ta có: q1 = α1.Δt1 [13 – 214] Với α1 : Hệ số cấp nhiệt của hơi nước đun nóng (W/m2.độ). Δt1: Hiệu số giữa nhiệt độ của hơi nước và thành trong thiết bị (°C). Δt2: Chênh lệch nhiệt giữa thành trong và thành ngoài. Σr : Tổng nhiệt trở thành. Ta có: (W/m2) [13 – 212] Trong đó: rc: Nhiệt trở cặn. Sbo, St : Chiều dày lớp bảo ôn, lớp thép. Nhiệt tải riêng về phía không khí: Trong đó: αk: Hệ số cấp nhiệt về phía không khí. [10] Do Vậy chiều dày lớp bảo ôn: Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh bên ngoài bọc lớp vải thuỷ tinh có: W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt của thép làm vỏ áo CT3 là: λt = 50,2 W/m.độ Ở đây, ta dùng hơi nước bão hoà ở 2 at. Do đó = 119,6°C [11– 378] Nhiệt độ môi trường: t2 = 25 °C. Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của lớp bảo ôn là: °C Bề dày của vỏ áo: Tính α1 : Tra các thông số của hơi nước bão hoà: Khối lượng riêng: ρ = 1,107 kg/m3 [11 – 377] Hệ số dẫn nhiệt: λ = 2,59.10-2W/m.độ [11 – 133] Nhiệt dung riêng: Cp = 2,1.103 kJ/kg.độ [11 – 196] Độ nhớt: μ = 133.10-7 Ns/m2 [11 – 140] Khi ®un nãng h¬i n­íc chuyÓn ®éng trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a vá ¸o vµ th©n thiÕt bÞ (thiÕt diÖn cña kho¶ng kh«ng gian h×nh vµnh kh¨n) ChuÈn sè Nu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Nu = 0,23 Re0,8Pr0,4(dtn/dnt)0,45 [14 – 223] dtn: ®­êng kÝnh trong cña èng ngoµi. dtn: ®­êng kÝnh ngoµi cña èng trong. dtn = 1,861 m; dnt = 2,0m [14 – 35] : vËn tèc h¬i n­íc ( lÊy = 25 m/s) Re = 3,512.105 [14 – 218] Thay sè (W/m2.®é) ChiÒu dÇy líp b¶o «n g. Mặt bích, bu lông và chọn đệm Bích liền được chế tạo bằng thép CT3 có khối lượng riêng ρ = 7850 kg/m3 Từ đường kính ngoài nồi tra bảng số liệu tại [10 – 424] ta có bảng sau: Dt Kích thước nối Kiểu bích D Db D1 D0 Bu lông 1 db Z h mm cái mm 1800 2010 1940 1890 1845 M36 48 43 Trong đó: D: Đường kính ngoài của bích. Db: Đường kính đến tâm bulông. Dn: Đường kính ngoài thiết bị. Dt: Đường kính trong thiết bị. Dl: Đường kính tính đến giữa mép gờ. M30: Đường kính bulông. Z: Số bulông. + Chọn đệm: Đệm được chọn theo bảng XIII.31 [10 – 433] dựa theo đường kính trong của thiết bị. Dy D1 D2 D3 D4 D5 h Mm 1800 2010 1854 1856 1830 1828 43 h. Công suất của mô tơ - cánh khuấy Chọn cánh khuấy chân vịt số vòng quay 500 v/p, đường kính cánh khuấy bằng 0,25 đường kính thiết bị. Khi mở máy cần có công suất để thắng lực ma sát của cánh khuấy với chất lỏng, lực quán tính (lực ỳ của chất lỏng từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động). Do đó công suất của động cơ để mở máy là: NM = NY + NS [11 – 198] Trong đó: NM – công suất mở máy, W NY – công suất tiêu tốn để khắc phục lực ỳ, W NS – công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát, W NY = K.ρ.n3.d5 Ns = Np = K.ξ.ρ.n3.d5 [11 – 198] Trong đó: K = 3,87.a a – tỉ số của chiều cao và đường kính mái chèo. n – số vòng quay của cánh khuấy, vòng/phút d – đường kính cánh khuấy, m Np – công suất làm việc, W ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 μ – độ nhớt của chất lỏng, Ns/m2) Từ hai công thức trên ta rút ra được: NM = Np.(K + ξM )/ξM , W ξM – là hằng số tìm bằng thực nghiệm, phụ thuộc vào hình dáng cánh khuấy, thùng khuấy và chuẩn số ReM. Trong đó chuẩn số ReM trong trường hợp khuấy tính bằng: ReM = ρ.n.d2/μ Tính Np: Np = K.ξ.ρ.n3.d5 , W n = 500 v/p = 8,33 v/s d = 0,566 m ρ = 984,20 kg/m3 K.ξ = ξM = f(ReM) Tính μ: Áp dụng công thức: lg(μ) = ∑xi.lgμi [11 – 93] Trong đó: μi – Độ nhớt động lực của các cấu tử thành phần, xi – Nồng độ phần mol của các cấu tử trong hỗn hợp, xi = ai – Nồng độ phần khối lượng của từng cấu tử, Mi – Khối lượng phân tử của từng cấu tử, Do khối lượng chất nhũ hoá, chất khởi đầu có khối lượng không đáng kể có thể bỏ qua. Do đó: xVC = xH2O = 1 – 0,181 = 0,82 lg(μ) = 0,18.lg(0,432.10-3) + 0,84.lg(1,005.10-3) = – 3,064 μ = 0,860.10-3 Ns/m Tính ReM: ReM = ρ.n.d2/μ = 984,20.8,33.0,62/0,8611.10-3 = 3,424.106 > 104 Do đó chế độ chảy của chất lỏng trong thiết bị khuấy là chế độ chảy xoáy, khi ReM > 50 thì ξM = 0,845.ReM-0,05 = 0,398. Vậy EU = f(ReM) = 0,403 Nm = 17,87 kW. C«ng suÊt tiªu tèn cho qu¸ tr×nh lµm viÖc (c«ng suÊt m« t¬ c¸nh khuÊy: 17,87 kW). C«ng suÊt më m¸y Nc = Ng + Nm = 3 Nm = 51,61 kW. C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn N®c = Nc / : hiÖu suÊt (kh¶ n¨ng truyÒn lùc tõ ®éng c¬ sang c¸nh khuÊy) chän = 0,65 N®c = 82,5 kW i. Chọn cánh khuấy Ta chọn cánh khuấy chân vịt có d = 0,25¸0,33D Chọn d = 0,33D, tra bảng 31.12 trong [14 – 719] ta có các thông số của cánh khuấy như sau: dm d dc h bx d + t1 s0 s10 m mm kg 600 100 155 130 28 110,4 13,5 5,5 25 k. Chọn tai treo Tai treo được chọn theo khối lượng của thiết bị chính do đó để chọn được tai treo ta cần phải tính được khối lượng của thiết bị chính. Tải trọng cực đại là tải trọng khi thử thuỷ lực (tải trọng khi đổ đầy nước). Gtbcmax = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gbích + Gvỏ + Gbảo ôn + GH2O + Gkhác + Tính khối lượng thân thiết bị: Gthân = Vthân.ρthân = π.h.(Rn2 – Rt2).ρ = 3,14.1,8.( 1,0082 – 1,02 ).7700 = 699 kg + Tính khối lượng đáy và nắp. Gđáy + Gnắp = 2.283= 566 kg + Tính khối lượng bích. Gbích = Vbích.ρbích Trong đó Vbích = h.π.(D2 – D02)/4 = 0,056.3,14.(2,0102 – 1,8452)/4 = 0,0028m3 ρbích = 7850 kg/m3 Do đó Gbích = 7850.0,028 = 220 kg + Tính khối lượng nước thử: GH2O = Vtb.ρH2O = 7,5.1000 = 7500 kg + Tính khối lượng bông thuỷ tinh. Gbo = Vbo.ρbo = 21.0,057.200 = 239,4 kg + Tính khối lượng vỏ áo thiết bị. Gv = Vv.ρv = 15.0.006.7850 = 706,5 kg Khối lượng mô tơ cánh khuấy, khối lượng bulông, khối lượng tai treo... lấy gần đúng là Gkhác = 100 kg Vậy khối lượng của toàn thiết bị phản ứng là: Gmax = 10413,7 kg = 102158,4 N Dùng 4 tai treo chế tạo bằng thép CT3 khi đó tải trọng trên mỗi tai treo: 2,55.104N Dựa vào bảng XIII – 36, [12 – 438] ta có các thông số về tai treo như sau: Tải trọng cho phép trên một tai treo .104N Bề mặt đỡ 10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ 106N/m2 L B B1 H S l a d Khối lượng một tai treo, kg mm 4,0 297 1,34 190 160 170 280 10 80 25 34 7,35 2. Thiết bị phụ 2.1. Bơm a. Bơm nước cất Dùng một bơm ly tâm để bơm nước cất từ bể chứa lên thùng lường dùng vào việc pha dung dịch chất ổn định huyền phù, dung dịch chất khơi mào và cho trực tiếp vào thiết bị phản ứng. Lượng nước cần bơm trong một ngày là: 30945,957 kg = 31 m3 Thời gian bơm tiến hành trong 30 phút. Chiều cao hút của bơm: Hh = 0 m Chiều dài ống hút của bơm: Lh = 5 m Chiều cao ống đẩy: Hd = 16 m Áp suất ở đầu ống hút bằng áp suất đầu ống đẩy và bằng áp suất khí quyển, 1at. Đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, bằng 0,1 m. Ống được thiết kế gồm: 2 van tiêu chuẩn, 4 khuỷu 90°. Ta có khối lượng riêng của nước và độ nhớt của nước lấy ở 250C là: ρ = 1000 kg μ = 0,76.10-3 Ns/m2 Lưu lượng chất lỏng chảy trong ống: Q = V/τ V – Thể tích cần bơm, m3 τ – Thời gian bơm, s Q = 31/30.60 = 17,222.10-3 m3/s Tốc độ chảy trong ống: ω = Q/S , m/s S – Thiết diện ống, m2 m/s Công suất của bơm được tính theo công thức: N = kW [11 – 17] Trong đó: V – Lưu lượng thể tích, m3/s ∆P – Áp suất do bơm tạo ra, N/m2 η – Hiệu suất bơm g – Gia tốc trọng trường, m/s2 Áp suất ∆P được tính theo công thức: ΔP = ∆Pw + ∆Pm + ∆Ptr + ∆Ph + ∆Pp N/m2 Trong đó: ∆Pw – Áp suất tạo ra vận tốc dòng chảy. ∆Pm – Áp suất để thắng trở lực ma sát. ∆Ptr – Áp suất để thắng trở lực cụ bộ. ∆Ph – Áp suất thắng chênh lệch chiều cao H. ∆Pp – Áp suất chênh lệch giữa đầu hút và đầu đẩy, trong trường hợp này ∆Pp = 0 + Tính ∆Pw: (N/m2) ρ – Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 ω – Vận tốc của lưu thể, m/s ∆Pw = 2,1932.1000/2 = 2404,625 N/m2 + Tính ∆Pm: ∆Pm = N/m2 λ – Hệ số ma sát l – Chiều dài ống, m d – Đường kính tương đương của ống, m Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chảy của chất lỏng và vào độ nhám của thành ống. muốn xác định chế độ chảy ta phải xác định chuẩn số Re: μ – Độ nhớt của chất lỏng, N.s/m2 > 10.104 do đó chế độ chảy của dòng thuộc khu vực 3 của khu vực chảy xoáy. Theo công thức Ixaep: (1/λ)1/2 = – 1,8.lg[6,8/Re + e] [11 – 68] Trong đó: e =(n/3,7.d)1,11 n = ε/r độ nhám tương đối r – bán kính đường ống, lấy bằng 0,05 m ε - chiều sâu rãnh, lấy bằng 0,1 mm Thay vào công thức trên ta có: (1/λ)1/2 = – 1,8.lg[6,8/28,8.104 + (0,1/7,4.502)1,11] = 8,283 Suy ra λ = 0,0175 ∆Pm = (0,0175.21/0,1).(2404,625) = 8844,149 N/m2 + Tính ∆Ptr: Trở lực cục bộ gồm có 2 van tiêu chuẩn, 4 khuỷu 90°: ∆Ptr = ∑ξ.ω2.ρ/2 (N/m2) ∑ξ – Tổng trở lực cục bộ ∑ξ = ξkhuỷu + ξvan + ξvào + ξra Tra bảng : ξkhuỷu = 1,26 [15 – 70] ξvan = 4,5 [15 – 72] ξvào = 0,06 , ξra = 1 [15 – 69] ∑ξ = 1,26 .4 + 4,5.2 + 0,06 + 1 = 15,1 Do đó ∆Ptr = 15,1.2404,625 = 36340,09 (N/m2) + Tính ∆Ph: ∆Ph = ρ.g.H = 1000.9,81.16 = 156960 N/m2 Vậy tổng trở lực mà bơm phải đạt được trên đường ống là: ∆P = 2404,625 + 7372,580 + 36310,245 + 156960 = 204550,9 N/m2 η – Hiệu suất chung của bơm ly tâm η = ηo.ηtl.ηck Tra bảng II – 32 [11 – 536] ηo – Hiệu suất thể tích của bơm, lấy ηo = 0,9 ηtl – Hiệu suất thuỷ lực của bơm, lấy ηtl = 0,85 ηck – Hiệu suất cơ khi của bơm, lấy ηck = 0,95 η = 0,9.0,95.0,85 = 0,727 Thay vào công thức tính công suất bơm ta được: N = Công suất động cơ điện: Ndc = N/ηtd.ηdc ηtd – Hiệu suất truyền động khớp nối, lấy bằng 1 ηdc – hiệu suất động cơ điện, lấy bằng 0,75 Ndc = 4,81/0,75 = 6,46 kW Thông thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải). Ndcc = β.Ndc β – Hệ số dự trữ công suất tra bảng II – 33 Ta có β = 1,17 [11 – 537] Ndcc = 1,17.6,46 = 7,6 kW b. Bơm vinyl clorua VC là chất dễ cháy nổ, do đó ta dùng một bơm pittông để bơm VC lên thùng lường và thêm một bơm dự trữ. Lượng VC cần bơm là lượng VC cần cho một ngày sản xuất. MVC = 20630,122 kg Khối lượng riêng của VC lỏng ở – 12,96 °C là 969,2 kg/m3, độ nhớt là μ = 0,26.10-3 Ns/m2. Thể tích VC là: V = 20630,122/969,2 = 21,29 m3 Chiều cao hút hh = 0 m Chiều cao đẩy hd = 16 m Chiều dài ống hút lh = 5m Áp suất cửa hút bằng áp suất cửa đẩy bằng 1at, Đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy bằng 0,1 m, Thời gian bơm VC được tiến hành trong 20 phút, Lưu lượng chất lỏng trong ống Q = V/τ = 21,29/60.20 = 0,01774 m3/s Tốc độ chảy trong ống ω = Q/S = 4.Q/π.d2 = 4.0,01774/3,14.0,12 = 2,26 m/s Tính áp suất toàn phần để khắc phục tất cả các trở lực trên đường ống. Tính tương tự như với bơm nước cất: ∆Pw = ω2.ρ/2 = 2475,329 N/m2 ∆Pm = N/m2 = 8589,533 N/m2 ∆Ptr = ∑ξ.ω2.ρ/2, N/m2 = 37377,47 N/m2 ∆Ph = ρ.g.H = 152125,6 N/m2 Vậy tổng trở lực trên đường ống mà bơm cần phải thắng là: ∆P = 200568 N/m2 Công suất của bơm: N = , kW = 0,01774.200568/1000.0,727 = 4,9 kW Công suất của động cơ điện. Ndc = 4,9/0,75 = 6,53 kW Thực tế chọn: Ndcc = 7,6 kW c. Bơm nước làm mát Nước làm mát được bơm lên trên một thùng chứa cao 16m và từ đây nước sẽ chảy vào vỏ bọc để làm lạnh khi thiết bị phản ứng vượt quá nhiệt độ cho phép. Lượng nước làm mát cần thiết dùng trong một mẻ 3 nồi phản ứng được lấy từ phần tính cân bằng nhiệt của giai đoạn giữ nhiệt độ phản ứng ở 70 °C cho đến khi đạt độ trùng hợp yêu cầu. Ta dùng một bơm ly tâm và một bơm dự trữ. Lượng nước cần bơm: V = 45 m3 Thời gian bơm: t = 60 phút Lưu lượng nước của bơm: Q = V/t = 0,0125 m3/s Tốc độ chảy của nước trong đường ống đường kính d = 0,1 m là: ω = Q/S = 1,592 m/s + Tính toán tương tự như với bơm nước cất ta có: ∆P = 182160,3 N/m2 Nb = 3,13 kW Ndc = 4,18 kW Lấy hệ số dự trữ β = 1,5 Vậy Ndcc = 6,3 kW d. Bơm nước rửa nhựa Ta dùng một