Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 - Trần Thu Hằng
MỞ ĐẦU 4
PHẦN I : Tổng quan lý thuyết 5
CHƯƠNG I : Giới thiệu về nguyên liệu của quá trình sản xuất
Vinyl axetat từ etylen. 5
I-Etylen 5
I.1- Giới thiệu [1]. 5
I.2- Tính chất vật lý [1,2]. 5
I.3- Tính chất hoá học [2,3]. 6
I.4- Phương pháp điều chế [4]. 10
I.5- Ứng dụng [2,5]. 11
II- Axit axetic. 12
II.1- Giới thiệu [6]. 12
II.2- Tính chất vật lý [4,6]. 12
II.3- Tính chất hoá học [2,4]. 15
II.4- Ứng dụng [6,7]. 18
II.5- Phương pháp sản xuất [4,6,7,8]. 19
CHƯƠNG II : Giới thiệu về sản phẩm vinyl axetat. 22
I- Giới thiệu chung [4,9]. 22
II- Tính chất vật lý [4,9,10]. 22
III- Tính chất hoá học [4,9,10]. 23
IV- Tình hình sản xuất và sử dụngVA 28
IV.1-Tình hình sản xuất VA[4,7,10]. 28
IV.2-Tình hình sử dụng VA[4,7].---------------------------------29
V-Phân loại, tiêu chuẩn, và bảo quản [9]. -30
V.1-Phân loại-------------------------------------------------------------30
V.2-Tiêu chuẩn-----------------------------------------------------------30
V.3 Bảo quản-----------------------------------------------------------31
CHƯƠNG III : Giới thiệu các phương pháp sản xuất VA 32
I- Giới thiệu chung [9]. 32
II- Phương pháp tổng hợp VA từ etylen và axit axetic [9,10] 32
II.1- Công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong
pha lỏng [9,10]. 33
II.1.1- Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình. 33
II.1.2- Các thông số kỹ thuật của quá trình. 34
II.1.3- Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động. 34
II.2- Công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong
pha khí (USI Chemicals) [9,10]. 36
II.2.1- Các thông số kỹ thuật của qúa trình. 36
II.2.2- Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động. 37
II.3- Công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong
pha khí (Hãng Hoechst – Bayer) [7] 38
III- Phương pháp tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH [9]. 40
III.1- Công nghệ tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH trong
pha lỏng [4,10]. 40
III.2- Công nghệ tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH trong
pha khí [4,16]. 43
IV-Các phương pháp sản xuất VA khác. 50
IV.1- Công nghệ tổng hợp VA từ etyliden diaxetat [7,9,10]. 50
IV.2- Công nghệ tổng hợp VA từ metyl axetat, CO2, và H2 [7]. 50
IV.3- Phương pháp nhiệt phân etylen glycol diaxetat [7]. 51
IV.4- Phương pháp tổng hợp VA từ CH3CHO và CH3COCl. 52
IV.5- Phương pháp tổng hợp VA từ CH2 = CH Cl và CH3COONa.----52
IV.6- Phương pháp tổng hợp VA từ isopropyl axetat và CH3CHO. -----52
IV.7- Phương pháp tổng hợp VA từ ClCH2 CH2Cl và CH3COOH. --52
V-Lựa chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ. 52
Lựa chọn dây chuyền công nghệ. 52
Thuyết minh dây chuyền công nghệ. 53
VI- Kết luận tổng quan. 54
PHẦN II : Tính toán công nghệ. 56
CHƯƠNG I : Tính cân bằng vật chất thiết bị phản ứng 56
I- Các thông số kỹ thuật để tính toán 56
II- Xác định thời gian làm việc và năng suất của phân xưởng 58
III- Tính lượng vật chất đi vào thiết bị phản ứng. 58
IV- Tính lượng vật chất đi ra khỏi thiết bị phản ứng 62
CHƯƠNG II : Tính cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng 64
I- Tính nhiệt lượng mang vào thiết bị phản ứng: Qvào 65
1- Tính nhiệt dung riêng của các cấu tử đi vào
thiết bị phản ứng ở 1600C. 65
2- Tính nhiệt lượng mang vào thiết bị phản ứng: Qvào 66
2.1- Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào Q1 66
2.2- Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang vào Q2 68
2.3- Nhiệt lượng do các phản ứng toả ra trong thiết bị
phản ứng Q3 68
a- Nhiệt lượng do phản ứng chính tạo ra. 68
b- Nhiệt lượng do phản ứng phụ tạo ra. 69
II- Tính nhiệt lượng đi ra khỏi thiết bị phản ứng Qra 70
1- Tính nhiệt dung riêng của các sản phẩm ra khỏi thiết bị phản
ứng ở 1800C. 70
2-Tính nhiệt lượng đi ra khỏi thiết bị phản ứng Qra 71
2.1-Nhiệt lượng do hỗn hợp khí sản phẩm đi ra Q4 72
2.2- Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang ra Q5 73
2.3- Nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh Q6 73
CHƯƠNG III : Tính toán thiết bị chính. 75
1- Xác định bề mặt truyền nhiệt cuả thiết bị phản ứng. 75
2- Tính số ống truyền nhiệt. 76
3- Tính đường kính trong thiết bị phản ứng. 79
4- Tính đáy và nắp thiết bị phản ứng. 79
5- Tính chiều cao của thiết bị phản ứng. 80
6- Tính đường kính của ống dẫn. 80
7- Chọn bích. 81
Kết luận 82
Tài liệu tham khảo 83
Phụ lục
1 bản vẽ dây chuyền chính.
1 bản vẽ thiết bị chính.
http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_thiet_ke_phan_xuong_san_xuat_va_tu_c2h4_tran_thu_hang_FsVfZgWMmN.png /tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-va-tu-c2h4-tran-thu-hang-87557/ Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn. Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Ø Ph¬ng ph¸p cỉ ®iĨn nhÊt s¶n xuÊt VA lµ cho CH3COOH ph¶n øng trùc tiÕp víi C2H2 trªn xĩc t¸c. Ph¶n øng thùc hiƯn ë pha láng hay pha khÝ. HiƯn nay trong s¶n xuÊt c«ng nghiƯp ph¬ng ph¸p nµy chØ dïng ë pha khÝ .
Ø Ph¬ng ph¸p hiƯn ®¹i ®ang ®ỵc sư dơng réng r·i nhÊt trªn thÕ giíi lµ oxy ho¸ trùc tiÕp C2H4 víi CH3COOH cã xĩc t¸c muèi Pd. Ph¶n øng thùc hiƯn ë pha láng vµ pha khÝ .
Ø Ph¬ng ph¸p cßn l¹i lµ tỉng hỵp VA qua hai bíc (h·ng Celanese).
-Anhy®ric axetic ph¶n øng víi axetal®ehit ®Ĩ t¹o ra etylen diaxetat.
-NhiƯt ph©n etylen diaxetat ®Ĩ t¹o ra VA vµ axit axetic.
Trong ®ã, ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt VA tõ etylen víi axit axetic vµ oxy ®ỵc sư dơng réng r·i ë vïng B¾c Mü. Cßn ë T©y ¢u vµ ®¨c biƯt lµ Ch©u ¸ th× ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt VA ®i tõ axetylen vµ axit axetic ®ỵc sư dơng nhiỊu h¬n. Ngµy nay cïng víi sù ph¸t triĨn m¹nh cđa c«ng nghiƯp vµ nhu cÇu sư dơng VA vµo nỊn kinh tÕ cµng cao. Nªn qu¸ tr×nh tỉng hỵp VA trong pha láng Ýt ®ỵc sư dơng vµ dÇn ®ỵc thay thÕ b»ng c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt trong pha khÝ, bëi v× ph¬ng ph¸p tiÕn hµnh trong pha láng thêng cho hiƯu suÊt thÊp, g©y hao tèn xĩc t¸c, xĩc t¸c ®éc vµ g©y ¨n mßn, ph¸ háng thiÕt bÞ. Bªn c¹nh ®ã ngµnh tỉng hỵp h÷u c¬ cã xu híng sư dơng nguyªn liƯu rỴ tiỊn h¬n nh thay C2H2 rÊt ®¾t b»ng C2H4 ®Ĩ n©ng cao hiƯu qu¶ kinh tế .
II-Ph¬ng ph¸p tỉng hỵp VA tõ Etylen vµ Axit axetic: [9,10]
Ngµy nay, gi¸ thµnh cđa axetylen ®¾t nªn trªn thÕ giíi ®ang cã xu híng t×m ra nh÷ng ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt VA cho hiƯu suÊt cao t¬ng ®¬ng víi ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt VA tõ axetylen vµ axit axetic trong pha khÝ nhng sư dơng nguyªn liƯu ®Çu vµo cã gi¸ thµnh rẻ h¬n, dƠ s¶n xuÊt h¬n. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p míi ®ỵc sư dơng gÇn ®©y lµ tỉng hỵp VA ®i tõ etylen vµ axit axetic. Theo tÝnh to¸n cđa c¸c nhµ s¶n xuÊt th× viƯc thay thÕ axetylen b»ng etylen trong c«ng nghiƯp tỉng hỵp VA sÏ tiÕt kiƯm ®ỵc h¬n 20% gi¸ thµnh s¶n xuÊt.
Ph¬ng ph¸p nµy tiÕn hµnh bëi c¸c h·ng:
Ø TiÕn hµnh trong pha láng víi c«ng nghƯ cđa c¸c h·ng Hoechst (§øc); ICI(Anh); Nippon Gosei (NhËt B¶n)...
Ø TiÕn hµnh trong pha khÝ víi c«ng nghƯ cđa c¸c h·ng Bayer-Hoechst (§øc); USI Chemicals
Ph¬ng ph¸p tỉng hỵp VA tõ etylen vµ axit axetic dùa vµo ph¶n øng oxy ho¸ kÕt hỵp etylen víi axit axetic sư dơng xĩc t¸c muèi Paladi.
Pd2+
CH3COOH + C2H4 + 0,5O2 CH2 = CHOCOCH3 + H2O
Ph¶n øng nµy tiÕn hµnh trong pha láng hay pha khÝ. Nhng dï tiÕn hµnh trong pha nµo th× vÉn thªm mét lỵng muèi Cu2+ (víi nång ®é [Cu2+] >>[Pd2+]) vµo xĩc t¸c ®Ĩ thĩc ®Èy sù oxy ho¸ Pd0 thµnh Pd2+, khi thªm muèi Cu2+ vµo th× nã sÏ oxy ho¸ Pd vµ trë vỊ Cu+. Cu+ rÊt dƠ bÞ oxy ho¸ bëi O2 thµnh Cu2+.
Pd0 + 2Cu2+ Pd 2+ + 2Cu+
2Cu+ + 0,5O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O
C¶ hai ph¶n øng ®Ịu x¶y ra m·nh liƯt trong m«i trêng axit, trong ®ã PdCl2 n»m ë d¹ng H2PdCl4.
C¬ chÕ ph¶n øng bao gåm c¸c giai ®o¹n t¹o phøc trung gian tõ PdCl2, C2H4, H2O vµ sù chuyĨn ho¸ néi ph©n tư cđa c¸c phøc nµy: [10]
[PdCl4] 2 - [PdCl3(C2H4)] -
[PdCl3(OAc)] 2- Cis[PdCl2(OAc)(C2H4)] -
+C2H4
+Cl -
+C2H4
+Cl -
+OAc-
+Cl -
+OAc-
+Cl -
II.1- C«ng nghƯ tỉng hỵp VA tõ C2H4 vµ CH3COOH trong pha láng: (h·ng ICI) [9,10]
C«ng nghƯ tỉng hỵp VA tõ etylen vµ axit axetic trong pha láng ®ỵc ph¸t minh bëi h·ng Hoechst(§øc); ICI(Anh); Nippon Gosei(NhËt B¶n) vµ ®ỵc ICI ¸p dơng vµo s¶n xuÊt th¬ng m¹i víi qui m« lín t¹i Anh, Mü trong mét vµi n¨m gÇn ®©y víi s¶n lỵng lµ 100 pound/n¨m.
II.1.1-C¸c ph¶n øng chÝnh x¶y ra trong qu¸ tr×nh:
CH2 = CH2 + CH3COOH + PdCl2 CH2 = CHOCOCH3 +Pd + 2HCl
CH2 = CH2 + H2 O + PdCl2 CH3CHO + Pd + 2HCl
Pd + 2CuCl2 PdCl2 + 2CuCl
2CuCl + 2HCl + 0,5O2 2CuCl2 + H2O
II.1.2-C¸c th«ng sè kü thuËt cđa qu¸ tr×nh:
Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë nhiƯt ®é 100 ¸ 1300C, ¸p suÊt 30atm, thµnh phÇn oxy vµ khÝ etylen n»m ngoµi giíi h¹n nỉ : 94,5% ®èi víi etylen vµ 5,5% ®èi víi oxy.
Sản phẩm VA và axetalđehit được tách từ dòng khí sản phẩm bởi một dãy các cột chưng cất . Axit axetic và H2O cũng được đưa vµo thiÕt bÞ ph¶n øng, tû lƯ H2O trong dung dÞch xĩc t¸c x¸c ®Þnh tû lƯ axetal®ehit t¹o thµnh VA.
Tû lƯ s¶n phÈm theo phÇn mol cđa axetal®ehit trªn VA tèi u lµ: 1:14. Xĩc t¸c PdCl2..CuCl2 trong m«i trêng axit axetic cã thªm muèi axetat natri hoỈc muèi clorua ®Ĩ t¨ng ®é ho¹t ®éng cđa xĩc t¸c. Dung dÞch xĩc t¸c cã chøa c¸c muèi Pd víi nång ®é 30 ¸ 50mg Pd 2+/l vµ muèi dung dÞch ®ång nång ®é 3 ¸ 6g Cu 2+/l.
Tỉng hiƯu suÊt cđa qu¸ tr×nh ®¹t 90% tÝnh theo C2H4 vµ 95% tÝnh theo CH3COOH. C¸c thiÕt bÞ dïng cho qu¸ tr×nh lµm b»ng vËt liƯu titan... ®Ĩ tr¸nh sù ¨n mßn do trong s¶n xuÊt ph¶n øng cã axit HCl.
Tuy nhiªn ®©y lµ nh÷ng vËt liƯu ®¾t tiỊn vµ do ®ã nã lµm cho tỉng chi phÝ toµn bé qu¸ tr×nh cao h¬n kho¶ng 50% so víi qu¸ tr×nh tỉng hỵp VA tõ C2H2 vµ axit axetic trong pha h¬i.
Ưu điểm của quá trình trong pha lỏng:
-Dễ điều khiển phản ứng toả nhiệt.
-Thu được axetaldehit như một sản phẩm phụ của quá trình
-Axetaldehit có thể bị oxy hoá thành axit axetic. Như vậy axit axetic có thể được sản xuất từ etylen.
-Thiết bị tháp sủi bọt ưu việt hơn thiết bị lớp xúc tác cố định vì làm giảm được lượng xúc tác.
Nhược điểm: Ăn mòn thiết bị và hiệu suất VA theo etylen thấp.
II.1.3- S¬ ®å c«ng nghƯ vµ nguyªn lý ho¹t ®éng:
1-S¬ ®å c«ng nghƯ: (h×nh 1)
2 - Nguyªn lý ho¹t ®éng: (h×nh 1)
Hçn hỵp khÝ gåm 30% thĨ tÝch etylenvµ 70% thĨ tÝch oxy cïng víi axit axetic (lỵng míi trén víi lỵng håi lu) ®ỵc ®a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng (1), thiÕt bÞ ph¶n øng lµm viƯc ë nhiƯt ®é 100 ¸1300C, ¸p suÊt 30atm. S¶n phÈm t¹o thµnh gåm cã VA, CH3CHO, H2O, CH3COOH vµ hçn hỵp oxy-etylen ®ỵc ®a ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng (1) vµo thiÕt bÞ ngng tơ (2), sau ®ã ®ỵc ®a vµo thiÕt bÞ ph©n ly (3). Phần hỗn hợp khí hồi lưu sẽ được dẫn qua tháp hấp thụ (4) và tháp nhả hấp thụ (5) để lo¹i bá khÝ CO2. Cßn phÇn hçn hỵp láng sÏ ®ỵc ®a vµo th¸p (7) để tách CH3COOH, và lượng này được hồi lưu trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng (1). Hçn hỵp láng sau khi ra khái th¸p (7) ®ỵc ®a sang th¸p t¸ch axetal®ehit (8) ®Ĩ t¸ch CH3CHO. Hçn hỵp sau khi ra khái th¸p (8) gåm hai phÇn:
Ø PhÇn hçn hỵp ®i ra tõ ®Ønh th¸p (8) ®ỵc ®a sang th¸p hÊp thơ CH3CHO (11) , ë ®©y c¸c chÊt nhĐ sÏ ®ỵc t¸ch ra ë ®Ønh th¸p cßn hçn hỵp ë ®¸y th¸p th× ®ỵc ®a sang th¸p chng ph©n ®o¹n CH3CHO (12) ®Ĩ thu håi CH3CHO ë ®Ønh th¸p, cßn H2O ë ®¸y th¸p mét phÇn qua b¬m (6) b¬m ra ngoài.
Ø PhÇn hçn hỵp ®i ra ë ®¸y th¸p (8) qua b¬m (6) ®a vµo thiÕt bÞ ph©n ly (3) ®Ĩ lo¹i mét phÇn H2O. Sau ®ã hçn hỵp tiÕp tơc ®ỵc ®a vµo th¸p t¸ch H2O (9) vµ th¸p chng ph©n ®o¹n VA (10), ở ®Ønh th¸p (10) sÏ thu ®ỵc VA, cßn ë ®¸y th¸p lµ c¸c chÊt nỈng qua b¬m (6) b¬m ra ngoµi.
CÇn ®iỊu chØnh lỵng níc trong dung dÞch xĩc t¸c th× cã thĨ h¹n chÕ ®ỵc lỵng axetal®ehit sinh ra, tøc lµ ®iỊu chØnh ®ỵc tû lƯ gi÷a axetal®ehit vµ VA trong s¶n phÈm t¹o thµnh.
II.2- C«ng nghƯ tỉng hỵp VA tõ etylen vµ axit axetic trong pha khÝ (h·ng USI Chemicals): [9,10]
Qu¸ tr×nh tỉng hỵp VA tõ etylen vµ axit axetic trong pha khÝ ®· ®ỵc ph¸t triĨn bëi c¸c h·ng USI Chemicals t¹i Mü vµ h·ng Bayer t¹i §øc. HiƯn nay, qu¸ tr×nh nµy ®ang ®ỵc h·ng Celanese t¹i Mü sư dơng ®Ĩ s¶n xuÊt VA víi c«ng suÊt 200 triƯu pound/n¨m, vµ h·ng Bayer s¶n xuÊt víi c«ng suÊt 300 triƯu pound/n¨m . C¶ hai h·ng USI Chemicals vµ Bayer ®· cho phÐp 6 c«ng ty ë NhËt sư dơng c«ng nghƯ cđa h·ng ®Ĩ l¾p ®Ỉt d©y chuyỊn thiÕt bÞ s¶n xuÊt VA víi c«ng suÊt 512 triƯu pound/n¨m.
II.2.1- C¸c th«ng sè kü thuËt cđa qu¸ tr×nh
C«ng nghƯ tỉng hỵp VA trong pha khÝ ®ỵc thùc hiƯn víi xĩc t¸c dÞ thĨ Pd/SiO2 hoỈc Pd/Al2O3 hoỈc alumosilicat víi phơ gia lµ axetat natri cã chøa mét lỵng muèi ®ång nh»m thùc hiƯn chøc n¨ng chÊt mang thĩc ®Èy sù oxy ho¸ Pd thµnh Pd 2+.
Ph¶n øng :
Pd + 0,5O2 + 2CH3COOH Pd 2+ + H2O + 2CH3COO -
Pd 2+ + CH2 = CH2 + CH3COOH Pd + CH2 = CHOCOCH3 + 2H+
Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë 175 ¸ 200oC, ¸p suÊt 70 ¸ 140 Psi b»ng c¸ch cho hçn hỵp c¸c chÊt ph¶n øng qua líp xĩc t¸c dÞ thĨ trong thiÕt bÞ ph¶n øng èng chïm .T¸c nh©n oxi ho¸ b¾t buéc sư dơng oxy. Hỗn hỵp ban ®Çu ®a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng gåm etylen, h¬i axit axetic, oxy víi tû lƯ thĨ tÝch lÇn lỵt 8:4:1 vµ ®é chuyĨn ho¸ cđa chĩng sau khi qua thiÕt bÞ ph¶n øng ®èi víi etylen lµ 10%, axit axetic lµ 20%, oxy lµ 60 ¸ 70%, hiƯu suÊt ®ỵc VA tõ 91 ¸ 95%. Etylen ë ¸p suÊt kho¶ng 5 ¸ 10 atm ®ỵc bão hoµ cïng víi axit axetic ë 120oC vµ ®ỵc gia nhiƯt tríc khi cho vµo thiÕt bÞ ph¶n øng. Oxy thªm vµo tríc khi vµo thiÕt bÞ ph¶n øng, lỵng oxy cho vµo ®ỵc giíi h¹n ®Ĩ tr¸nh giíi h¹n nỉ. C¸c khÝ ph¶n øng trªn xĩc t¸c Pd 0,1 ¸ 2%. S¶n phÈm phơ chđ yÕu lµ CO2 do kho¶ng 10% etylen tham gia ph¶n øng chuyĨn ho¸ thµnh CO2 vµ c¸c hỵp chÊt cßn l¹i nh CH3CHO, etyli®en diaxetat... chiÕm kho¶ng 1%.
II.2.2 - S¬ ®å c«ng nghƯ vµ nguyªn lý ho¹t ®éng:
1- S¬ ®å c«ng nghƯ: (h×nh 2).
2 - Nguyªn lý ho¹t ®éng: (h×nh 2).
Hçn hỵp gåm etylen míi vµ etylen håi lu cïng víi axit axetic, oxy ®ỵc ®un nãng tríc khi cho vµo thiÕt bÞ ®un nãng èng chïm (1) lªn 120oC, duy tr× nhiƯt ®é trong thiÕt bÞ (1) lµ 175 ¸ 200oC, ¸p suÊt 70 ¸ 140 Psi víi líp xĩc t¸c ®ỵc ®Ỉt cè ®Þnh trong c¸...
