Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin trên xúc tác bạc - Nguyễn Thị Hằng



Mục Lục
 Trang
Lời cảm ơn
Phần mở đầu 4
Phần I. Tổng quan lý thuyết 6
Chương I. Nguyên liệu của quá trình sản xuất formalin 6
I. Giới thiệu chung 6
II. Tính chất vật lý 6
III.Tính chất hoá học 8
IV. Các phương pháp sản xuất methanol 8
V. Một số ứng dụng của methanol 10
VI. Tiêu chuẩn về nguyên liệu methanol để sản xuất formalin 11
Chương II. Tính chất và ứng dụng của sản phẩm formandehyde 13
 I. Tính chất vật lý 13
 II. Tính chất hoá học 17
 II.1.Phản ứng phân huỷ 17
II.2. Phản ứng oxy hoá 18
II.3. Phản ứng giữa các phân tử formandehyde 18
III. Chỉ tiêu formalin thương phẩm 19
IV. Một số ứng dụng của sản phẩm formalin 20
Chương III. Các phương pháp sản xuất formandehyde 22
I. Giới thiệu một số quá trình 22
II. Quá trình sản xuất formandehyde dùng xúc tác bạc 23
II.1.Công nghệ chuyển hoá hoàn toàn methanol(công nghệ BASF) 24
 II.2.Công nghệ chuyển hoá không hoàn toàn methanol
và chưng thu hồi methanol 27
III. Quá trình sản xuất formandehyde dùng xúc tác oxit 29
III.1. Công nghệ sản xuất formalin theo quá trình Formox 30
 III.2. Công nghệ sản xuất formalin của viện Novôxibiêc 32
IV. So sánh về mặt kinh tế của quá trình sản xuất formandehyde 34
V. Lựa chọn công nghệ 37
Chương IV. Thiết kế dây chuyền sản xuất formandehyde
 đi từ methanol kỹ thuật dùng xúc tác bạc 38
I. Dây chuyền công nghệ 38
II. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 39
III. Cơ sở của quá trình sản xuất formandehyde dùng xúc tác bạc 40
III.1. Các phản ứng 40
III.2. Cơ chế của quá trình 41
IV. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình 43
V. Thiết bị phản ứng chính 44
Phần II. Tính toán công nghệ 45
Chương V. Tính toán công nghệ 45
I. Các số liệu ban đầu 45
II. Tính cân bằng vật chất 46
II.1. Năng suất của dây chuyền 46
II.2.Tính thành phần khí thải 46
II.3. Tính toán cho các phản ứng 47
II.4. Cân bằng vật chất cho toàn phân xưởng 50
II.5. Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chính 52
II.6. Cân băng vật chất cho thiết bị bay hơi methanol 53
II.7. Cân bằng vật chất cho thiết bị hấp thụ sản phẩm 53
III. Tính cân bằng nhiệt lượng 54
III.1. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng chính 54
III.2. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng không khí 60
III.3. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị bay hơi methanol 62
III.4. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị hấp thụ 65
IV. Tính toán thiết bị chính 74
 IV.1. Tính phần thiết bị làm lạnh nhanh hỗn hợp khí
 sau khi phản ứng 75
IV.2. Tính đường kính, thể tích xúc tác, chiều cao phần phản ứng 76
IV.3. Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào thiết bị phản ứng 78
IV.4. Tính đường kính ống dẫn sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng 79
IV.5. Chọn đáy và nắp thiết bị 82
IV.6. Tính chiều cao của thiết bị phản ứng 82
IV.7. Tính chiều dày của thiết bị phản ứng 83
Phần III. Thiết kế xây dựng 86
Chương VI. Thiết kế xây dựng 86
I. Chọn địa điểm xây dựng 86
II. Kết luận về thiết kế xây dựng 94
Phần IV. An toàn lao động 95
Chương VII. An toàn lao động 95
I. Khái quát về an toàn lao động 95
II. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ 96
III. Những biện pháp tổ chức đảm bảo an toàn cháy nổ 97
Phần V. Tự động hoá 100
Chương VIII. Tự động hoá 100
1. Mục đích và ý nghĩa 100
2. Hệ thống điều khiển tự động 101
3. Một số kí hiệu thờng dùng trong tự động hoá 101
4. Các dạng điều khiển tự động 101
5. Hệ điều khiển phản hồi 104
6. Cấu tạo của một thiết bị tự động cảm biến 105
Phần VI. Tính toán kinh tế 108
Chương IX. Tính toán kinh tế 108
I. Mục đích của việc tính toán kinh tế 108
II. Nội dung của dự án 109
Kết luận
Tài liệu tham khảo
 
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_thiet_ke_phan_xuong_san_xuat_formalin_tren_xuc_tac_bac_x74NYsysOp.png /tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-formalin-tren-xuc-tac-bac-nguyen-thi-hang-87669/


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:

đ Ag+ + O-
Từ O2- có thể xảy ra theo từng bậc để đến O2- là tác nhân nucleophyl mạnh. Mặt khác do cấu tạo của methanol
H
ẵ
H C O H
ẵ
H
Sự phân cực mạnh dẫn tới nguyên tử cacbon bị dương hóa nhiều hơn mà tác nhân O2- là tác nhân nucleophyl mạnh hơn OH- dẫn tới O2- tấn công vào cacbocation theo sơ đồ sau:
H
ẵ
H C O H
ẵ
H O2-
O2- vào rồi đẩy nhóm – OH ra, song do sự chênh lệch độ âm điện không nhiều cho nên khi tạo thành formandehit, nhóm – OH ơ dạng H[CH2O]nOH. Khi O2- tấn công vào phân tử methanol thì cả 3 hydro đều linh động, song hydro ở xa nhất linh động hơn sẽ rơi ra và mang theo một điện tử:
H
ẵ
H C O-
ẵ
H
Lúc này nguyên tử các bon còn một điện tử tự do cùng với oxy tạo liên kết mới là liên kết.
H
\
C = O
Ô
H
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng là: Xúc tác, nhịêt độ, tỷ số CH3OH/không khí và độ sạch của methanol
IV.1. Xúc tác và chất mang
Hiệu suất của HCHO, tính chọn lọc của quá trình phụ thuộc vào chất mang và lượng bạc trên chất mang.
Vì phản ứng là dị thể, xảy ra trên bề mặt phân chia pha, để tạo điều kiện tiếp xúc pha tốt, tăng vận tốc phản ứng người ta đưa tinh thể bạc lên chất mang chủ yếu là đá bọt.
Chọn chất mang là đá bọt bởi nó có nhiều ưu điểm.
- Nhiều lỗ xốp nên có bề mặt riêng lớn, tinh thể bạc dàn đều làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, làm tăng vận tốc phản ứng.
- Sự dàn đồng đều tinh thể trên bề mặt chất mang tránh cho bạc bị thiêu kết khi tái sinh xúc tác.
IV.2. Nhiệt độ
Duy trì ở nhiệt độ 650- 720oC. Nếu để nhiệt độ tăng cao sẽ xảy ra quá trình oxy hóa sâu tạo axit formic.
Nhiệt độ phản ứng phụ thuộc vào tỷ số CH3OH/O2. Nếu cần nhiệt độ cao thì cần điều chỉnh tỷ số CH3OH/O2 nhỏ để lượng oxy nhiều.
Trong thực tế người ta dung không khí sẽ pha loãng hỗn hợp khí, nồng độ formandehyde bi oxy hóa, đồng thời nitơ trong không khí sẽ pha loãng hỗn
hợp khí, nồng độ formandehyde trong hỗn hợp giảm, cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành formandehyde, phản ứng phụ ít xảy ra hơn.
IV.3. Tỷ số methanol/không khí và độ sạch của nguyên liệu
Tỷ số methanol/không khí thich hợp nhất ở điều kiện làm việc bình thường là 45- 50%.
Methanol nguyên liệu phải được làm sạch khỏi sắt và có oxyt sắt vì nó rất dễ làm ngộ độc xúc tác.
Không khí trước khi cho vào oxy hóa cần làm sạch bụi vì bụi bám vào bề mặt xúc tác làm giảm hoạt tính của nó.
Thiết bị phản ứng chính
Phản ứng methanol tạo formandehit trên xúc tác bạc đựoc tiến hành tại nhiệt độ cao nên thiết bị phải chế tạo bằng hợp kim chịu nhiệt. Mặt khác, xúc tác bạc rất dễ ngộ độc bởi sắt vì vậy không nên dùng vật liệu thép cacbon để chế tạo thiết bị phản ứng.
Nguyên lý làm việc của thiết bị:
Hỗn hợp khí nguyên liệu đi từ trên xuống, nhiệt độ khoảng 130- 150oC đi qua lớp xúc tác được mang trên lớp đá bọt. Lớp đá bọt này được đặt trên một lưới đỡ. Sản phẩm tạo thành để tránh bị oxy hóa sâu hơn do nhiệt độ trong phản ứng quá cao được làm lạnh nhanh bởi thiết bị ống chùm đặt bên dưới thiết bị phản ứng. Tác nhân làm lạnh là nước với nhiệt độ khoảng 20- 25oC.
Để kích động phản ứng trong giai đoạn đầu người ta đốt nóng hỗn hợp phản ứng bằng điện. Mồi điện đặt ở đỉnh thiết bị. Trong thiết bị còn có lưới phân phối khí hỗn hơp ban đầu đều khắp tiết diện thiết bị phản ứng, để tránh ảnh hưởng xấu đến chế độ, nhiệt độ, năng suất, hoạt tính xúc tác do phản ứng cục bộ. Thiết bị làm việc ở chế độ đoạn nhiệt.
PHầN II : TíNH TOáN CÔNG NGHệ
Chương V
TíNH TOáN CÔNG NGHệ
I. Các số liệu đầu
I.1. Các chất tham gia phản ứng
Ÿ Methanol kỹ thuật 99,5% trọng lượng.
Ÿ Thành phần không khí :
O2 = 21% trọng lượng.
N2 = 79% trọng lượng.
Ÿ Thành phần khí thải:
N2 = 81,7% trọng lượng.
O2 = 17,3% trọng lượng.
CO = 0,8% trọng lượng.
CO2 = 0,2% trọng lượng.
I.2. Tổn thất của quá trình: 1,2% trọng lượng.
I.3. Thành phần sản phẩm:
HCHO = 40% trọng lượng.
CH3OH = 1% trọng lượng.
HCOOH = 0,01% trọng lượng.
H2O = 58.99% trọng lượng.
Hiệu suất chung của quá trình là: 98%.
Hệ số chuyển hoá methanol thành sản phẩm: a = 98%.
II. tính toán cân bằng vật chất
II.1. Năng suất của dây chuyền.
Phân xưởng sản xuất formalin đi từ nguyên liệu mthanol với năng suất 50.000(tấn/năm) làm việc liên tục 24/24 giờ. Để thuận tiện cho việc tính toán, chọn thời gian làm việc cho một năm là 8000 giờ
Khi đó năng suất phân xưởng sản xuất tính trong 1 giờ là:
Hiệu suất làm việc chung của quá trình là 98%.
Năng suất làm việc của nhà máy theo lý thuyết là:
II.2. Tính toán thành phần khí thải.
Vì N2 là chất không tham gia vào các phản ứng nên lượng N2 trước và sau phản ứng coi như không đổi. Nếu muốn thu được 100kg khí thải thì lượng không khí đưa vào phải là:
ã Như vậy thành phần của 103,42(kg) không khí chứa:
ỉ Lượng N2 (MN= 28) chiếm 81,7(kg).
hay
ỉ Lượng O2 (MO = 32) chiếm : 103,42 – 81,7 = 21,72(kg).
hay
ã Thành phần của 100 (kg) khí thải.
ỉ Lượng N2 (MN= 28) chiếm 81,7(kg).
ỉ Lượng O2 chiếm 17,3% trọng lượng hay 17,3(kg).
hay
ỉ Lượng CO2 (MCO= 44) chiếm 0,2% trọng lượng hay 0,2(kg).
hay
ỉ Lượng CO (MCO = 28) chiếm 0,8% trọng lượng hay 0,8(kg).
hay
Bảng 8: Kết quả tính toán thành phần các cấu tử chứa trong
103(kg) không khí và 100(kg) khí thải.
Cấu tử
Khối lượng phân tử
103,42(kg) Khí thải
100(kg) khí thải
%khối lượng
Khối lượng
Kmol
%khối lượng
Khối lượng
Kmol
N2
28
79
81,7
2,9179
81,7
81,7
2,9179
O2
32
21
21,72
0,6788
17,3
17,3
0,5406
CO2
44
0,2
0,2
0,0046
CO
28
0,8
0,8
0,0286
Tổng
100
103,42
3,5967
100
100
3,4917
II.3. Tính toán cho các phản ứng.
ử Phản ứng chính:
CH3OH + 1/2 O2 = CH2O + H2O (1).
ử Phản ứng phụ:
CH2O + 1/2 O2 = HCOOH (2).
CH3OH + 3/2 O2 = CO2 + 2 H2O (3).
CH2O + 1/2 O2 = CO + H2O (4).
a, Tính lượng CH2O tạo thành.
ã Lượng O2 cần thiết cho phản ứng oxi hoá khử là:
21,72-17,3 = 4,42(kg) hay
Theo phản ứng (4):
Số mol O2 = 1/2 Số mol CO = 0,02857 x 0,5 = 0,01429(kmol).
Theo phản ứng (3):
Số mol O2 = 3/2 Số mol CO2 = 0,00455 x 1,5 = 0,00682(kmol).
Hàm lượng HCOOH rất bé nên có thể coi lượng O2 tham gia phản ứng (2) bằng không. Vì vậy lượng O2 tham gia phản ứng (1) là:
0,13813 - (0,01429 + 0,00682) = 0,11702(kmol).
Theo phản ứng (1) lượng CH2O tạo thành là:
0,11702 x 2 =0,23404(kmol).
Theo phản ứng (4) lượng CH2O mất đi : 0,02857(kmol).
ã Lượng CH2O tạo thành là:
Số mol: 0,23404- 0,02857 = 0,20547(kmol).
hay 0,20547 x 30 = 6,1641(kg).
Suy ra lượng CH2O 40% nhận được là:
Vậy lượng HCOOH chứa trong 15,41025(kg) formalin 40% là:
đSố mol =
ã Lượng CH2O bị oxi hoá thành HCOOH tính theo phản ứng (2) là:
0,00034(kmol)
Suy ra lượng CH2O còn lại là: 6,1641- 0,00154 =6,16256(kg)
hay
ã Trong quá trình sản xuất lượng CH2O bị tổn thất là 1,2%:
hay 0,2465.10-2.30 = 0,07395(kg).
Vậy lượng CH2O thực tế thu được là: 6,16256 – 0,07395 = 6,0886(kg).
Suy ra từ 6,0886(kg) CH2O ta thu được lượng formalin 40% là:
b, Lượng CH3OH cần thiết cho phản ứng.
Lượng CH3OH tham gia phản ứng (1) là: 2. 0,11702 = 0,23404(kmol).
Lượng CH3OH tham gia phản ứng (3) là: 0,00455(Kmol).
ã lượng CH3OH cần dùng cho phản ứng là:
Số mol CH3OH : 0,23404 + 0,00455 = 0,23859(kmol).
Hay 0,23859.32 = 7,63488 (kg).
Với độ chuyển hóa a = 98%.suy ra lượng CH3OH cần dùng:
Lượng CH3OH còn dư: 7,79069 –7,63488 = 0,15581(Kg).
Suy ra lượng CH3OH có trong dung dịch formalin:
Vậy methanol kỹ thuật 99,5% cần dùng:
c, Tính lượng nước
ã lượng nước có trong 15,2215(kg) sản phẩm là:
ã lượng nước có trong CH3OH (99,5%):
ã lượng nước tạo thành sau các phản ứng:
Phản ứng (1): 0,23404(Kmol); Phản ứng (3): 0,0091(kmol);
Phản ứng (4): 0,02857(kmol)
ỉ Suy ra tổng lượng nước tạo thành sau các phản ứng:
18.(0,23404 + 0,0091 + 0,02857) = 4,89078(kg)
ã Để nhận được formalin 40% trọng lượng thì lượng nước cần thêm vào:
8,97812 - (4,89078 + 0,03915) = 4,04619(kg).
II.4. Cân bằng vật chất cho toàn phân xưởng
Lượng vào:
Methanol kỹ thuật:
Không khí: 43331,224(Kg/h).
Trong đó: - N2:
- O2:
Lượng nước thêm vào thiết bị hấp thụ:
Tổng lượng đầu vào: 3280,570 + 34230,910 + 9100,311 + 1695,285
= 48308,076 (Kg/h)
Lượng ra:
Dung dịch formalin 40%: 6377,55(Kg/h)
Khí thải: 41898,302(Kg/h).
Trong đó:
N2: 34230,913(Kg/h)
O2:
CO:
CO2:
Lượng CH2O tổn thất:
Tổng lượng đầu ra: 6377,55 + 41887,568 + 30,98 = 48306,836(Kg/h).
Bảng 9. Cân bằng vật chất cho toàn phân xưởng
Lượng vào (Kg/h)
Lượng ra (Kg/h)
Methanol kỹ thuật : 3280,57
Không khí : 43331,224
- O2 : 9100,311
- N2 : 34230,913
Nước thêm vào : 1695,285
Formalin 40% : 6377,55
Khí thải : 41898,302
- O2 : 7248,406
- N2 : 34230,913
- CO : 335,186
- CO2 : 83,797
CH2O tổn thất : 30,984
Tổng cộng : 48308,076
Tổng cộng : 48306,836
II.5. Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chính
a. Chất vào thiết bị
ã Lượng CH3OH 99,5% cho vào thiết bị phản ứng: 3280,570(Kg/h).
Trong đó: - CH3OH :
- Nước :
ã Không khí : 43331,224(Kg/h).
Bao gồm:
Tổng lượng vật chất vào thiết bị phản ứng là:
GTham gia = 433...

---