Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 Đ
ồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xưởng sản
xuất axit axetic

ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic
Hong ỡnh Thi Hoỏ du I-K48
Mở đầu 1
Phần I Tổng quan 3
Chơng I Giới thiệu chung về Axit axetic 3
I.Tính chất vật lý 3
II.Tính chất hoá học của Axit axetic 8
II.1.Tính axit 9
II.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl 9
II.3.Phản ứng Decacboxyl hoá 10
II.4.Phản ứng tạo amit 10
II.5.Phản ứng loại nớc tạo anhydrit 10
II.6. Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic đợc
sử dụng trong thực tế 10
III.ứng dụng 11
III.1.Muối 11
III.2.Este 12
III.3.Axetyl clorua 12

IV.Quá trình sản xuất Axit axetic bằng phơng
pháp oxy hoá axetaldehyt trong pha lỏng. 49
IV.1. Cơ chế phản ứng 49
IV.2.Xúc tác 50
IV.3. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình 52
V.Phơng pháp vi sinh 55
VI. Phơng pháp hoá học gỗ 55
VII. Các phơng pháp tổng hợp khác 56
VIII. So sánh các phơng pháp sản xuất axit
axetic 56
IX. Nâng cao nồng độ và tinh chế Axit axetic 57
IX.1.Nâng cao nồng độ và tinh chế axit axetic 57
IX.2.Chất lợng sản phẩm 59
Chơng IV: công nghệ SảN XUấT AXIT AXETIC BằNG
PHƯƠNG PHáP OXY HOá AXETALDEHYT
TRONG PHA LỏNG Có XúC TáC 60
I.Giai đoạn oxy hoá axetaldehyt 60
II.Giai đoạn tinh cất sản phẩm thô 61
III.Giai đoạn làm sạch axit axetic 61
IV. Dây chuyền sản suất axit axetic từ axetaldehyt 62
V.Thiết bị oxy hoá axetaldehyt 63
I.Các số liệu ban đầu. 64
iI.Tính toán cho thiết bị oxy hoá 64
II.1.Cân bằng vật chất 64
II.2.Cân bằng nhiệt lợng 71
IIi.tính toán cho thiết bị tách phần nhẹ 80
III.1.Cân bằng vật chất 80
III.2.Cân bằng nhiệt lợng 81
IV.Tính toán cho thiết bị tách phần nặng 85


II.tự động hóa trong phân xởng 114
Kết luận 122
Tài liệu tham khảo 123

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm Đồ án ,được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo
trong bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hóa dầu,đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn
GS.TS Đào Văn Tường người đã hướng dẫn,giúp đỡ em về mặt kiến thức
khoa học.Với sự giúp đỡ tận tình và ân cần của thầy em đã hiểu biết thêm
nhiều kiến thức bổ ích và hoàn thành bản Đồ án đúng thời gian quy định.
Một lần nữa,em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Đào Văn Tường cùng
toàn thể các thầy cô giáo,các anh chị trong Bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hoá
dầu và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bản Đồ án này.

Hà Nội ngày 27 tháng 5 năm 2008
Sinh viên
Hoàng Đình Thi

suất 200000 tấn/năm và hoàn thiện trong năm 2008. Công ty hóa dầu Yangzi
với đối tác là BP cũng đang xây dựng nhà máy ở Nanjing với năng suất
500000 tấn/năm và sẽ hoàn thiện vào năm 2009. Trong tương lai, ấn Độ cũng
là một nước có nhu cầu sử dụng axit axetic rất lớn. Theo BP, ở ấn Độ họ thích
sợi tự nhiên hơn nên sợi polyeste được sử dụng rất ít. Nhưng điều này sẽ thay
đổi khi mà công nghệ sản xuất polyeste được cải tiến, và hy vọng việc sử
dụng VA cũng sẽ phát triển mạnh ở ấn Độ.
ỞTrung Đông, năm 2006 Công ty hóa dầu Fanavaran của Iran đã xây
dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 150000 tấn/năm; và Công ty

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
2

hóa dầu Saudi International đã hoàn thành xong dự án xây dựng nhà máy sản
xuất axit axetic với năng suất 460000 tấn/năm sẽ khởi công vào năm 2009.
[14]
Cũng như các nước trên Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic ở Việt
nam ngày càng cao. Hằng năm chúng ta phải nhập khẩu một lượng axit axetic
khá lớn. Quá trình sản xuất axit axetic trong nước chủ yếu bằng phương pháp
vi sinh cho nồng độ axit thấp, năng suất không cao nên chưa đáp ứng được
nhu cầu. Từ những năm 1990, một số cơ quan nghiên cứu khoa học ở nước ta
đã nghiên cứu sản xuất axit axetic công nghiệp. ở Viện Hóa học Công nghiệp
cũng đã nghiên cứu đề tài sử dụng rượu etylic để sản xuất axit axetic. Một số
cơ quan nghiên cứu khoa học khác như Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, khoa Hóa thuộc trường Đại học Tổng
hợp Hà nội cũng đã quan tâm đến đề tài này [15]. Nhưng do nhiều nguyên
nhân mà các kết quả nghiên cứu vẫn chưa được áp dụng trong sản xuất công
nghiệp. Cho đến nay, gần như toàn bộ nhu cầu axit axetic ở nước ta đều phải
đáp ứng bằng con đường nhập khẩu.

Axit axetic tại các nước này đạt khoảng 4 triệu tấn/năm.
Axit axetic có nhiều ứng dụng quan trọng, những dẫn xuất của Axit axetic
có ứng dụng rộng rãi nhất là vinyl axetat và anhydrit axetic. Vinyl axetat được
sử dụng trong quá trình sản xuất sơn, keo dán, giấy bọc, và trong công nghiệp
dệt. Anhydrit axetic được sử dụng để sản xuất sợi xenlulo axetat, đầu lọc
thuốc lá và nhựa xenlulo, xử lý sợi.
I.TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,66
o
C, nhiệt độ sôi 117,9
o
C ở áp suất
101,3 kPa; là chất lỏng không màu, trong suốt. Axit axetic không tinh khiết
thường lẫn các tạp chất như nước, anhydrit axetic, và các chất dễ oxy hoá
khác. Axit axetic băng(chứa <1% nước) có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của
nước với nồng độ nhỏ hơn 0,1% làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit
khoảng 0,2
o
C .
Axit axetic tan trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác theo bất cứ
tỷ lệ nào, tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza, khi đun nóng hoà tan

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
4

một lượng nhỏ phốt pho và một lượng không đáng kể lưu huỳnh. Axit axetic
là dung môi tốt cho nhiều chất như nhựa thông và dầu thực vật Dung dịch
axetic có tính chất ăn mòn mạnh, tính chất này thể hiện trên nhôm và thép
không gỉ thì có ý nghĩa quan trọng với ngành xây dựng và đồ dùng nấu ăn.

7,1

98,4 13,86 80,6 - 7,4
98,0 13,25 50,6 -19,8
97,6 12,66 18,11 -6,3
97,2 12,09 - - Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic đi qua giá trị cực đại ở giữa nồng độ 77 –
88% trọng lượng tại nhiệt độ 15
o
C. Tỷ trọng của Axit axetic tinh khiết là một
hàm phụ thuộc nhiệt độ và được xác định (bảng 2). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
5

Bảng 2: Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic ở 15
o
C

% kh
ố
i l
ư

30 1,0412 97 1,0625
40 1,0523 99 1,0580
50 1,0615 100 1,0550
Bảng 3: Sự phụ thuộc của tỷ trọng Axit axetic tinh khiết vào nhiệt độ

Nhiệt độ ,
o
C

, g/cm
3

Nhiệt độ ,
o
C

, g/cm
3

26,21 1,0420 97,42 0,9611
34,10 1,0324 106,70 0,9506
42,46

1,0246

117,
52

P, mbar

T,
o
C

P, mbar

0 4,7 100 555,3 200 7813
10 8,5 110 776,7 210 9612
20 15,7 118,2 1013 220 11733
30 26,5 130 1386,5 230 14249
40 45,3 140 1741,1 240 17057
50

74,9

450

2461,1

250

20210

60 117,7 160 3160 260 23854
70 182,8 170 4041 270 28077
80 269,4 180 5091 280 32801
90 390,4 190 6333


C C CH
3

O H O

O H O
CH
3 C C CH
3

O H O Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
7
ở 1,5
o
C
0,783 J.g
-
1
.K
-
1
ở – 175,8
o
C
Nhiệt nóng chảy 195,5 J/g
Nhi
ệ
t ho
á

h
ơ
i

394,5 J/g
ở

nhi
ệ
t
đ
ộ

(lỏng, 25
o
C )
- 484,50 KJ/mol

H
o
(hơi, 25
o
C )
- 432,25 KJ/mol
Nhiệt cháy,

H
c
(lỏng)
- 874,8 KJ/mol
Entropy
S
o
(lỏng, 25
o
C ) 159,8 J/mol.K
S
o
(hơi, 25
o
C ) 282,5 J/mol.K
Điểm chớp cháy cốc kín 43
o

o
C 0 25 50
PK
a
4,78 4,76 4,79

II.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA AXIT AXETIC
Tính chất hoá học của Axit axetic được quyết định bởi sự có mặt của
nhóm cacboxyl trong phân tử, là một axit hữu cơ yếu nó có đầy đủ tính chất
hoá học của một axit hữu cơ.
Cấu tạo nhóm cacboxyl còn chưa xác định cụ thể. Thông thường biểu diễn
cấu tạo nhóm cacboxyl như sau:

CH
3- C
O
H
O

Do nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với nhóm cacbonyl, chịu ảnh hưởng của
nhóm cacbonyl, liên kết O-H phân cực về phía oxy nên proton phân ly dễ
dàng hơn. Vì vậy tính axit của axit axetic mạnh hơn rượu nhiều.
CH
3
– COOH  CH
3
– COO

2
O CH
3
COO
-+ H
3
O
+C
H
3
C
O
O
H
+N
a
O
H

>420
0
C
(CH
3
)
2
CO + CO
2
+ H
2
O

II.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl
II.2.1.Phản ứng este hoá
Khi tác dụng với rượu có mặt của axit xúc tác ta được este

CH
3
- C
OH
O
+ R
'
OH
R - C -OR
'
O

II.2.2.Tạo thành axyl halogenua

3
CH
3
+ H
2
OĐồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
10

II.3.Phản ứng Decacboxyl hoá

CH
3
COOH `
CH
4
+ CO
2
NaOH, CaO
CH
3
-
O
+ H
2
O
CH
3
- C
O H
C
O
CH
3
-
O
O H

II.6. Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic
được sử dụng trong thực tế
a Tác dụng với kim loại mạnh cũng như với kiềm tạo muối axetat
CH
3
COOH + NaOH  CH
3
COONa + H
2
O
Muối của Axit axetic có giá trị sử dụng lớn. Axetat kẽm, axetat đồng được

= CHOCOCH
3
Vinyl axetat được dùng trong sản xuất chất dẻo, phim không cháy
d. Điều chế anhydrit axetic bằng Dehydrat hoá hai phân tử Axit axetic để
từ đó sản xuất ra tơ axetat và sợi nhân tạo
2CH
3
COOH  (CH
3
CO)
2
O (loại một phân tử nước)
e.Chuyển hóa etylen thành vinyl axetat với hiệu suất 97% trong đó paladi
clorua bị khử bởi etylen trong dung dịch Axit axetic và natri axetat
C
2
H
4
+ PdCl
2
+ 2CH
3
COONa  CH
2
=CH – OCOCH
3
+ 2NaCl + Pd +
CH
3
COOH

CH
3
)
2
và Al(CO
2
CH
3
)
3
là bột mầu trắng có
thể tan trong nước và bị phân huỷ thành anhydrit axetic và muối bazơ. Các
muối này được sử dụng làm thuốc nhuộm vải

Muối amoni axetat: CH
3
CO
2
NH
4
là chất không màu, hút ẩm có thể tan tới
148 g trong 100 g nước. Sử dụng để sản xuất axetamid – một dung môi hoàn
hảo và chất làm lợi tiểu và toát mồ hôi trong y học

Muối kim loại kiềm: gồm các muối của các kim loại Li, K, Na, Rb, Cs. Độ
tan của các muối này trong nước tăng lên cùng với sự tăng của khối lượng
phân tử các kim loại này. Sử dụng muối của Kali trong công nghiệp sơn.
III.2.Este



Hong ỡnh Thi Hoỏ du I-K48
13
Cú cụng thc CH
3
CON(CH
3
)
2
l cht khụng mu, dung mụi cú nhit
sụi cao v cú kh nng ho tan trong din rng l dung mụi mnh. Trong
nhiu trng hp dung mụi ny cũn cú th xỳc tỏc cho nhiu phn ng
(halogen hoỏ, alkyl hoỏ, úng vũng). c dựng lm dung mụi ho tan tt
polyme nh polyacrylat v polyeste.
III.5.Axit phenylaxetic
C
6
H
5
CH
2
CO
2
H d tan trong nc núng v khú trong nc lnh. c s
dng trong cụng nghip nc hoa v tng hp penicilli.
III.6.Bng ng dng ca axit axetic

Bng 6: Một số ứng dụng của Axit axetic.
10%
12%

Axetanilit Anhydrit axetic

Axetyl clorua

Amoni axetat
Xenlulo axetat Tổng hợp hữu cơ, thuốc
nhuộm.
Axetamit
2,4-D và 2,4,5-T axit Cacboxymetylxenlulo natri Etylcloroaxetat Glyxerin

Sarcosin

Axit thioglycolic
Dung môi cho nớc thơm Chiết hơng liệu Axetoaxetic este

Chất tẩy
Chất thử sắt
ổn định dung dịch
Chất ổn định vinyl
Tổng hợp cafein

Nhựa
Chất dẻo tổng hợp
Sơn
Gốm tự nhiên

Dợc phẩm
Thuốc nhuộm

Poly(vinyl alcol)Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic
Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48
14

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU AXETALDEHYT

Axetaldehyt hay còn gọi là etanal có công thức CH
3
CHO được nghiên
cứu năm 1774 bởi SHEELE qua phản ứng của đioxit mangan đen và axit
sunfuric với rượu. Cấu tạo của nó được LIEBIG giải thích năm 1835, LIEBIG
là người mà điều chế axetaldehyt tinh khiết từ rượu etylic và axit cromic .

Axetaldehyt C
2
H
4
O khối lượng phân tử là M = 44,054, là chất lỏng không
màu có mùi hăng khó chịu, khi pha loãng có mùi trái cây.
Các thông số vật lý được trình bày ở bảng sau:
Bảng 7: Tính chất vật lý của axetaldehyt

Nhiệt độ sôi ở 101,3 KPa 20,16
o
C
Nhiệt độ nóng chảy - 123,5
o
C
Nhiệt độ tới hạn 181,5
o
C
áp suất tới hạn 6,44 MPa
Tỷ trọng d
4
t
= 0,8045 – 0,001325.t (t đo bằng
o
C )
Ch
ỉ

s
ố

o
C 0,531 m
3
/kg
ở 25
o
C 0,541 m
3
/kg
Tỷ trọng hơi (không khí = 1) 1,52
áp suất hơi
T,
o
C - 20 - 0,27 5,17 14,76 50 100
P, kPa 16,4 43,3 67,6 82,0 279,4 1014,0
Độ nhớt của lỏng ở 9,5
o
C 0,253 mPa.s
Đ
ộ

nh
ớ
t c
ủ
a l
ỏ
ng
ở