bài tập môn quá trình và khống chế điều khiển

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (220.47 KB, 13 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU...4

PHẦN II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT...6

1.1. Nguyên liệu tổng hợp nhựa PVC...6

1.1.1.Vinyl clorua monomer [1]...6

1.5. Quy trình cơng nghệ sản xuất PVC huyền phù [7]...40

1.5.1. Lựa chọn công nghệ sản xuất...40

PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ...43

Chương 1: TÍNH TỒN VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT...43

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

2.1.1.Tính tốn và cân bằng vật chất...43

2.1.2. Những thơng số ban đầu...43

2.1.3. Tính cân bằng vật liệu cho 1 tấn nhựa PVC thành phẩm...44

2.1.3.1.Tính tốn các thành phần nguyên liệu:...45

2.1.3.2. Tính thời gian phản ứng...49

2.1.3.3. Tính cân bằng vật chất trong các q trình sản xuất...53

2.1.4. Tính cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản xuất nhựa PVC thành phẩm:...56

2.1.5. Tính cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất nhựa PVC thành phẩm:...56

2.1.6. Cân bằng cho 1 ngày sản xuất nhựa PVC thành phẩm:...57

Chương 2: TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH...59

2.2.1. Tính thể tích thiết bị phản ứng...59

2.2.1.1. Tính thể tích nguyên liệu...59

2.2.1.2. Thể tích của thiết bị phản ứng...61

2.2.2. Tính chiều cao và đường kính thiết bị...61

2.2.3. Tính chiều dày thiết bị...62

2.2.3.1. Tính chiều dày của thân thiết bị hình trụ...62

2.2.3.2. Tính chiều dày của đáy và nắp elip có gờ...66

2.2.4. Tính kết cấu vỏ áo gia nhiệt...67

2.2.4.1. Tính chiều cao vỏ áo...67

3.2.4.2. Tính chiều dày thân vỏ áo...67

2.2.4.3. Tính chiều dày đáy của vỏ áo...69

2.2.5. Tính cánh khuấy...70

2.2.5.1. Tính kích thước của cánh khuấy...70

2.2.5.2. Tính cơng suất của cánh khuấy...70

2.2.5.3. Tính cơng suất mở máy...71

2.2.5.4. Tính đường kính của trục cánh khuấy...72

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

2.3.1. Tính thể tích thiết bị phản ứng...78

2.3.1.1. Tính truyền nhiệt Q1 biến thiên ổn định...78

2.3.1.2. Tính nhiệt độ của tường...83

2.3.1.3 Tính nhiệt lượng Q2 cần để đun nóng thiết bị...83

2.3.1.4 Tính lượng nhiệt Q3 để đun nóng hỗn hợp...84

2.3.1.6. Tính nhiệt lượng Q5 đun nóng vỏ áo của thiết bị phản ứng...84

2.3.1.7. Tính tổn thất nhiệt Q6 trong q trình gia nhiệt...85

2.3.1.8. Tính nhiệt lượng Q7 do VCM phản ứng tỏa ra trong quá trình gia nhiệt. 86 2.3.1.9. Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp cho thiết bị phản ứng...86

2.3.1.10. Tính lượng nước cần dùng để gia nhiệt...87

2.3.2. Giai đoạn duy trì phản ứng ở 58oC...87

2.3.2.1. Tính nhiệt lượng cần lấy trong q trình phản ứng...87

TÀI LIỆU THAM KHẢO...90

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

PHẦN I: MỞ ĐẦU

PHẦN II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1. Nguyên liệu tổng hợp nhựa PVC

1.1.1.Vinyl clorua monomer [1]

Trong quá trình chuyển hố từ monome thành polyme có sự tham gia của các gốc tự do. Những gốc tự do này có thể coi như sản phẩm trung gian không ổn định có thời gian sống rất ngắn do đó khơng thể tách ra ở trạng thái ổn định được. Phản ứng loại này gọi là phản ứng trùng hợp gốc. Ta cần nghiên cứu động học phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng phân tử như nhiệt độ, áp suất, nồng độ chất phản ứng,…

1.2.2.1. Tốc độ phản ứng: [11]

* Giai đoạn khơi mào:

- Sự phân hủy của chất khơi mào tạo ra gốc tự do:

I kd

2 fR •

- Sự kết hợp giữa monomer và gốc tự do

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

f : Hệ số của chất khơi mào

[I] : Nồng độ ban đầu của chất khơi mào

* Giai đoạn phát triển mạch:

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Nếu như không phân biệt hai cơ chế ngắt mạch mà trong mọi trường hợp đều tương đương về mặt động học thì sự ngắt mạch có thể biểu diễn là:

1.5. Quy trình cơng nghệ sản xuất PVC huyền phù [7]

1.5.1. Lựa chọn công nghệ sản xuất

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ

Chương 1: TÍNH TỒN VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1.1. Những thơng số ban đầu

+ Có thể tóm tắt dây chuyền cơng nghệ

+ Các số liệu ban đầu:

− Năng suất: 45.000 tấn/năm.

+ Đơn phối liệu

Bảng 2.1: Đơn phối liệu tính theo thành phần khối lượng [4]

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

2.1.3. Tính cân bằng vật liệu cho 1 tấn nhựa PVC thành phẩm

Tính lượng PVC cần phải tạo ra trong thiết bị phản ứng là bao nhiêu sau khi bị tổn thất ở các q trình thì thu được 1 tấn PVC thành phẩm

2.1.3.1.Tính tốn các thành phần ngun liệu:

+ Tính lượng monomer 99,9% (chú ý đến hiệu suất)

+ Tính thành phần các chất theo đơn phối liệu: dung dịch đệm, chất khơi mào,chất ổn định huyền phù, chất ổn định nhiệt….

+ Tính lượng nước (chú ý lượng nước bổ sung và lượng nước dùng để pha các thành phần khác)

Bảng 2.2: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm ở giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu

Thành phần Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

Sử dụng hệ chất khơi mào là C-19 và C-29, vì khối lượng của chất khơi mào quá bé nên giả sử chỉ sử dụng một chất khơi mào là C-29.

Các thông số của C-29: Cumyl peroxyneodecanoate

KLPT: 306,4 đVC

Hệ số tầng số phản ứng Arrhenius: A = 3,12E+14 (s-1)

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Năng lượng họa hóa: Ea = 114,59 (KJ/mol) = 144590 (J/mol) Chu kỳ bán rã t1/2 = 1h ứng với nhiệt độ t = 56oC và f = 0,75

- Tính hệ số phân ly của chất khơi mào K

d

:

Do nhiệt độ của phản ứng khoảng từ 57 - 58,5oC nên giả sử lấy nhiệt độ phản ứng bằng với nhiệt độ phân rã của chất khơi mào là 56oC.

-

Tính nồng độ VCM và nồng độ của chất khơi mào Ta có: Khối lượng riêng VCM là: dVCM = 970 (kg/m3) [15]

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Ta có: Khối lượng riêng CKM là: dVCM = 1 (kg/l) [14] NA : Số mol của monomer ban đầu Sử dụng thiết bị gián đoạn nên:

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Thay công thức số (5) được trình bày ở phần tốc độ phản ứng (mục 1.2.2.Động họccủa quá trình trùng hợp gốc) vào phương trình (*) ta có:

 Tính thời gian làm việc trong một ngày, số mẻ và lượng vật chất trong một mẻ:

Thời gian làm việc được xác định: Tổng số ngày trong năm: 365 ngày

Trong đó những ngày thiết bị ngừng sản xuất là: - Số ngày nghỉ sửa chữa lớn: 12 ngày

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

- Số ngày lễ tết: 10 ngày - Tổng: 22 ngày

Vậy số ngày làm việc trong một năm là: 365 – 22 = 343 ngày

Do quá trình sản xuất là liên tục, thiết bị phản ứng làm việc gián đoạn nên thời gian sản xuất được tính theo từng mẻ. Thời gian phân bố cho một mẻ sản xuất nhựa như sau [9]:

- Thời gian vệ sinh thiết bị và phun chất chống bám dính: 10 phút. - Thời gian nạp liệu: 30 phút.

- Thời gian phản ứng và giảm áp: 340 phút. - Thời gian tháo liệu: 40 phút.

Vậy, tổng thời gian cho một mẻ sản xuất là 420 phút (7 giờ). Tổng thời gian sản xuất trong 1 năm là: 343 ×24=8232 (giờ) Tổng số mẻ sản xuất trong 1 năm là: 8232/7 = 1176 (mẻ).

Do đó, để đạt năng suất theo u cầu thì khơi lượng nhựa PVC cần sản xuất trong một mẻ là: 45000/1176 = 38,2653 (tấn).

2.1.3.3. Tính cân bằng vật chất trong các quá trình sản xuất

Bảng 2.3: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn tổng hợp, tổn hao 0,2%Bảng 2.4: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn xử lý tách VCM, tổn hao

Bảng 2.5: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn ly tâm tách nước, tổn hao

Bảng 2.6: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn sấy, tổn hao 0,15%.Bảng 2.7: Cần bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn sàng, tổn hao 0,1%.Bảng 2.8: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm giai đoạn đóng gói, tổn hao 0,05%.Bảng 2.9: Cân bằng vật chất cho 1 tấn nhựa thành phẩm.

2.1.4. Tính cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản xuất nhựa PVC thành phẩm:2.1.5. Tính cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất nhựa PVC thành phẩm:2.1.6. Cân bằng cho 1 ngày sản xuất nhựa PVC thành phẩm: