TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Bộ môn: Lọc Hóa - Dầu
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ HOÁ DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME
ĐềTài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất dimethyl terephtalat và tính toán
một số thông số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấn/năm.
TS.TỐNG THỊ THANH HƯƠNG
MAI VĂN NAM
Lớp: Lọc Hóa Dầu A - K54
MSSV: 0964040037
Hà Nội – 12/2013
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghiệp càng phát triển, nhu cầu về sản phẩm ngày càng
phong phú nên nhu cầu về hoá chất ngày càng tăng. Do đó, công nghiệp hoá
chất là một ngành công nghiệp không ngừng phát triển, và có ảnh hưởng quan
trọng tới một vài ngành công nghiệp khác. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất
luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là
việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo về
năng suất.
Một trong những sản phẩm được quan tâm nhiều hiện nay là Dimethyl
Terephtalate với những ứng dụng rộng rãi của nó đối với ngành công nghiệp sản
xuất chất dẻo, nhựa, tơ sợi tổng hợp và một số polyester đặc trưng trong ngành
hóa tổng hợp. Để thu được Dimethyl Terephtalate chất lượng với hiệu suất cao
cần phải có một quy trình công nghệ sản xuấtđảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, phù
hợp với đặc tính của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra, đồng thời giảm
được sự tiêu hao hóa chất và lượng nhiệt cho quá trình tổng hợp sản phẩm.Với
mục tiêu đó, đồán công nghệ này nhằm thiết kế “Quy trình công nghệ sản xuất
Dimethyl Terephtalate” từ Axit Terephthalic và Methanol dưới xúc tác của axit
Sunfuric.
Đồ án được trình bày theo 3 chương

Độ hòa tan 1.2 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy t
nc
= 142 ( 288 )
Nhiệt độ sôi t
s
= 288 ( 550 )
Độ axit pK
a
= - 7,21
Độ kiềm pK
b
= - 6,60
Mật độ hơi ( so với không khí) 1,04
Áp suất hơi 1.15 mmHg (93)
Ngoài các thông số vật lý nêu ra ở bảng 1 trên thì Dimethyl terephthalate còn
có một vài tính chất đặc trưng như sau:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 3
- DMT là một hợp chất hữu cơ màu trắng, không mùi, tồn tại ở dạng chất rắn kết
tinh dạng tinh khiết bất thường ở nhiệt độ phòng.
- DMTcó tính ổn định cao nhưng rễ cháy nổ.
- DMT nóng chảy sẽ gây bỏng nặng cho da khi tiếp xúc.
- Độ tan của DMT trong các dung môi thông thường ( nước, ether ) nhưng dễ tan
trong ethanol nóng.
b. Tính chất hóa học
Dimethyl terephthalate là một chất hữu cơ có đầy đủ tính chất của một este có
gốc hydrocacbon và gốc axit nên có khả năng tham gia tất cả các phản ứng điển
hình của một este như:
- DMT xảy ra phản ứng với axit để giải phóng nhiệt cùng với rượu và axit. Axit

2
+
OH
2 CH
3
Bis-(2-hydroxyethyl) terephthalate
Methanol
- Phản ứng của DMT với EG tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm ứng dụng trong ngành
công nghiệp dệt may, tổng hợp tơ sợi tiêu dùng và công nghiệp:
CH
2
HO
CH
2
OH
+
DMT
EG
-CH
3
OH
H
3
C
CH
2
HO
CH
2
HET

O
O
O
O
(CH
2
)
4
OH
OH(CH
2
)
4
Dimethyl terephthalate
Methanol
1,4-butanediol(BDO)
CH
3
OH
Bishydroxylbutyl terephthalate
(BDO este)
+
- Phản ứng của DMT với 1,3-propanediol tạo thành Polytrimethylene
Terephthalate (PTT):
C
6
H
4
(COOCH
3

2
(OCH
3
)
2
+ 2 C
8
H
17
OH → C
6
H
4
(CO
2
C
8
H
17
)
2
+ CH
3
OH
3. Ứng dụng của hợp chất
- DMT được sử dụng trong sản xuất polyester, bao gồm Polyethylene
Terephthalate (PET) và Polytrimethylene Terephthalate (PTT) với vai trò là
benzene thay thế với các nhóm carboxymethyl (CO
2
CH

CH
3
OH
C
C
TA
OH
O
OH
O
C
C
OCH
3
O
OCH
3
O
DMT
Các quá trình phản ứng diễn ra trong quá trình tổng hợp này được mô tả bởi
Katzschmann thông qua các giai đoạn sau :
- Quá trình oxy hóa không khí của p-xylen tạo thành axit p-toluic:
C
6
H
4
-(CH
3
)
2

= - 30 kJ/mol
- Quá trình oxy hóa của các nhóm methyl còn lại sinh ra axit methyl
terephthalate:
CH
3
-C
6
H
4
-COCH
3
+ HOOC-C
6
H
4
-COO-CH
3
+ H
2
O;
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 7
= - 675kJ/mol
- Este hóa axit methyl terephthalate đến dimethyl terephthalate:
HOOC-C
6
H
4
-COO-CH
3
+ CH

COOH
2 CH
3
OH
H
2
SO
4
COOCH
3
COOCH
3
2 H
2
O
Phương pháp sản xuất này sử dụng nguồn nguyên liệu trực tiếp sẵn có trên
thị trường, quá trình sản xuất diễn ra đơn giản ít thiết bị phản ứng nên dễ kiểm
soát hoạt động của các thiết bị. Cùng với đó hiệu suất thu Dimethyl
Terephthalate (DMT) đạt giá trị cao và có thể tận dụng nguồn methanol hồi lưu
cho phản ứng tổng hợp DMT.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 8
3. Nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Dimethyl Terephthalate
theo phương pháp este hóa
Từ việc so sánh các phương pháp sản xuất DMT ở trên, nhóm chúng tôi đã
lựa chọn phương pháp một giai đoạn là quá trình sản xuất DMT trực tiếp từ axit
terephthalic và methanol dưới xúc tác là dung dịch H
2
SO
4
.

C
6
H
4
-(COOH)
2
+ 4HNO
2
+ 4NO;
= 750 kJ/mol
5. Methanol
- Methanol là một hợp chất hữu cơ ở trạng thái lỏng, không màu, có mùi ancol
nhẹ đặc trưng, dễ bay hơi, dễ cháy ở nhiệt độ thường.
- Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất lỏng phân cực, và được sử dụng như một chất
chống đông, dung môi, nhiên liệu, và như là một chất làm biến tính cho ethanol.
Dẫn đến nguồn methanol trong công nghiệp được sản xuất chủ yếu bởi quá
trình tổng hợp hydrocacbon .
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 9
6. Axit sunfuric
Axit sunfuric là một axit vô cơ mạnh, màu trắng tồn tai ở dạng lỏng với
nhiều dạng nồng độ khác nhau, có khả năng hòa tan vô hạn trong nước và tỏa
nhiều nhiệt với bất kỳ tỷ lệ nào. Axit sunfuric được ứng dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp hóa chất. Ngoài ra axit sunfuric còn đóng vai trò là chất xúc
tác cho các phản ứngeste hóa với vai trò khử nước để tăng hiệu suất của quá
trình và tránh gây các phản ứng phụ không mong muốn xảy ra.
III. Cơ sở của phản ứng este hóa tạo DMT
1.Cơ chế của phản ứng tạo thành DMT
Xét phương trình phản ứng tạo thành DMT từ nguồn nguyên liệu là axit
terephthalic và methanol:
COOH

mới hình thành và C của
nhóm cacbonyl của axit terephthalate. Sau đó chuyển vị H
+
(proton hóa) để tách
nước và tạo thành Dimethyl Terephthalate theo cơ chế sau:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 10
C
OH
O
OH
O
C
+
2 H
+
C
OH
+
HO
OH
OH
+
C
HOR
'

C
OH
O
OH

OH
OH
C
+
+
+
C
O
R'O
O
C
+
H
3
O
2
+
Phản ứng este hóa xảy ra một loạt đảo ngược phản ứng phản ứng cân bằng là
phản ứng kiểm soát este hóa và phản ứng kiểm soát quá trình thủy phân của
este.
Rượu sử dụng để nhận nước este hóa hình thành nhóm hydroxyl có nguồn
gốc từ các axit cacboxylic và rượu hydro. Nhưng este hóa của axit cacboxylic
với rượu là một rượu alkoxy. Phản ứng este hóa, rượu như một tác nhân
nucleophin tấn công vào nhóm cacbonyl dưới dạng ái điện tử, ái nhân carboxyl
đóng vai trò hiện diện của một axit Protonic.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng este hóa tạo DMT
- Phản ứng tạo DMT là thuận nghịch tỏa nhiều nhiệt với = - 675kJ/mol. Khi nhiệt
độ tăng thì hiệu suất phản ứng tăng, nhưng thường thì thực hiện phản ứng ở
nhiệt độ sôi của metanol để tránh trường hợp metanol bay hơi quá nhiều làm
giảm hiệu suất phản ứng, cũng như tốn năng lượng làm lạnh và hạn chế phản

4
-
+ H
2
O → H
3
O
+
+ SO
4
2
Do sự hyđrat hóa của axít sulfuric là phản ứng thuận xét theo nhiệt động lực
học (ΔH = 880 kJ/mol), axít sulfuric là một chất hấp thụ nước rất tốt và tạo ra
H
+
để tham gia tấn công vào nhóm cacbony của axit terephthalic tạo điều kiện
tốt cho phản ứng este hoa diễn ra cân bằng.
Theo lý thuyết tỉ lệ axit terephthalic/methanol là 1/2 vì đảm bảo sự hình
thành DMT theo nguyên tắc phản ứng este hóa và với lượng vừa đủ
methanol như vậy để tránh các phản ứng phụ trong quá trình tổng hợp
DMT xảy ra. Đó là các phản ứng tạo môi trường không tốt cho quá trình
tổng hợp DMT:
CH
3
OH + H
2
SO
4
CH
3

Chương II CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. Công nghệ đơn giản sử dụng áp lực
Từ este hóa axit terephthalic với methanol để sản xuất Dimethyl
Terephthalate theo phương pháp cân bằng áp lực có sử dụng xúc tác axit
sulfuric, nhiệt độ phản ứng 65-100 ℃, thời gian phản ứng 10-16h. Phương pháp
này lượng methanol được tiêu thụ với số lượng lớn, năng lực sản xuất thấp.
Nhưng khi tăng áp lực phản ứng este hóa khoảng 0.39 – 0.49MPa thì thời gian
phản ứng có thể được rút ngắn xuống còn 1-2h, giảm thất thoát methanol so với
phương pháp cân bằng áp lực. Trong những năm gần đây, phản ứng este hóa sản
xuất Dimethyl Terephthalate lỏng thường ở áp suất cao, nhiệt độ phản ứng là
250-300 ℃, áp lực của 2-2.5MPa, có chất xúc tác là thiếc, kẽm, hợp chất
antimony để thu Dimethyl Terephthalate năng suất lên đến 96-98% hoặc cao
hơn.
II. Lựa chọn phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate (DMT)
Từ việc so sánh các phương pháp sản xuất DMT ở trên, nhóm chúng tôi đã
lựa chọn phương pháp một giai đoạn là quá trình sản xuất DMT trực tiếp từ axit
terephthalic và methanol dưới xúc tác là dung dịch H2SO4 đặc nóng.Phương
pháp này thì ít phức tạp hơn các phương pháp còn lại về các thiết bị phản ứng
và nguồn nguyên liệu sẵn có phù hợp với nguồn cung cấp hoaschaats củat hị
trường trong nước. Phương pháp này hoạt động ở điều kiện nhiệt độ, áp suất
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 13
Methanol Methanol
Xúc tác H2SO4
Axit terephthalic
PHẢN ỨNG
TCH
XỬ LÝ CẶN VÀ THU HỒI XÚC TC
KẾT TINH SẢN PHẨM
đơn giản với năng suất ổn định và thu được sản phẩm là DMT với hiệu suất thu
hồi cao.

Một cách khác để sản xuất Dimethyl Terephthalate là thông qua việc sản
xuất DMT theo phương pháp sản xuất của Witton - Hegelishi (Witten-
Hercules), trong đó sử dụng p- xylen cho quá trình oxy hóa, với quá trình oxy
hóa đầu tiên của este carboxyl để tránh xảy ra quá trình oxy hóa xuất hiện tiếp
theo của phản ứng phụ. Để đơn giản hóa quá trình này, có thể được kết hợp
trong một quá trình oxy hóa hai bước của lò phản ứng oxy hóa, đồng thời được
kết hợp trong quá trình este hóa hai bước este hóa lò phản ứng. Sản phẩm của p-
xylen và methyl benzoat lưu trong một lò phản ứng tháp đồng thời các phản ứng
oxy hóa, nhiệt độ phản ứng 140-170 ℃, áp suất 0.4-0.7MPa, có xúc tác muối
Coban hay Coban kim loại và muối mangan, không khí liên tục bị oxy hóa cho
quá trình sản xuất methyl benzoat và monomethyl terephthalate. Sản phẩm oxy
hóa tại 200-280 ℃, 2-2.5 MPa với một lượng dư của methanol trong các phản
ứng este hóa. Từ trên cùng của lò phản ứng sản phẩm chưng cất este hóa của
methanol, chưng cất tái chế sau khi sử dụng; este hóa lò phản ứng từ phía dưới
ra khỏi este thô, tách bằng cách chưng cất của methyl benzoat (tái chế để các lò
phản ứng oxy hóa) và Dimethyl Terephthalic. DMT thô sẽ được hòa tan với
dimethyl terephthalate được hòa tan trong methanol, và kết tinh để kết tinh, tách
ly tâm, và dimethyl terephthalate kết quả hơn nữa tinh chế bằng chưng cất, ví
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 15
dụ, sản phẩm cấp chất xơ, độ tinh khiết ≥ 99,9%. Tiêu hao nguyên liệu cố định:
p-xylene 630kg / tấn, 440kg methanol / tấn.
2. Công nghệ GT-DMT GTC[2]
Công nghệ GT-DMT GTC là một loạt các cải tiến quy trình sản xuất
dimethyl terephthalate. Công nghệ gồm quá trình oxy hóa, chưng cất, este hóa,
kết tinh, và xử lý nước thải và tiêu thụ năng lượng thấp hơn, tăng cường năng
lực và cải thiện năng suất. Nhiều dự án nhằm cải thiện sản xuất DMT từ
paraxylene và nguyên liệu methanol có kết quả trong các chương trình xử lý
hiệu quả cho quy trình sản xuất này.
Phương pháp phổ biến để sản xuất DMT từ p-xylen và methanoltheo công
nghệ CNG bao gồm bốn bước chính: quá trình oxy hóa, este hóa, chưng cất, và

chum, thiết bị gia nhiệt dạng tấm, thiết bị gia nhiệt hơi nước Reboiler…
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 18
a. Thiết bị gia nhiệt dạng tấm b. Thiết bị gia nhiệt Reboiler
Hình 4:4567
3. Thiết bị chưng cất
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng
một nhiệt độ.Chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham
gia.
Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau như: chưng cất phân đoạn,
chưng cất lôi cuốn…sử dụng các thiết bị chưng khác nhau như tháp chưng mâm
xuyên lỗ, tháp chưng đĩa. Tháp chưng mâm chóp, tháp đệm…Trong quá trình
sản xuất DMT sử dụng tháp chưng lôi cuốn để thu hồi sản phẩm DMT và lượng
methanol dung hồi lưu cho quá trình este hóa.
4. Thiết bị tách
Thiết bị tách giúp tách riêng các sản phẩm khác nhau để thu hồi lại dòng sản
phẩm mong muốn và đưa hồi lưu cho quá trình sản xuất. có nhiều loại thiết bị
tách khác nhau như thiết bị tachs2 pha, tách 3 pha… Sử dụng thiết bị tách trong
quá trình sản xuất DMT để tách Methanol hồi lưu cho quá trình este hoa diễn ra
và tách loại bỏ xúc tác dư trong quá trình để đem xử lý và thu hồi.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 19
5. Thiết bị phụ trợ
Các loại thiết bị phụ trợ khác như bơm, van, … dùng để diều chỉnh lưu
lượng các dòng nguyên liệu và sản phẩm vào ra cho quá trình sản xuất. Việc sử
dụng hệ thống các thiết bị phụ trợ này giúp kiểm soát được chế độ làm việc của
các thiết bị trong quy trình sản suất diễn ra an toàn hơn và tiết kiệm nguồn
nguyên liệu hơn.
Thiết bị kết tinh để kết tinh thu DMT dạng tinh thể để dễ lưu trữ sản phẩm
làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất khác và đóng gói hay vận chuyển thuân
tiện dễ dàng hơn.

khả năng điều khiển quá trình, hạn chế sự phát sinh nguồn năng lượng hoạt hóa,
hoạc cân bằng vật chất bằng sự thay đổi nhiệt độ, áp suất trong hệ hoặc dùng
xúc tác và các phương pháp khác như điện hóa, quang hóa và cơ học khác.Bản
chất kỹ thuật của quá trình là hiện tượng chuyển hóa.Vì vậy thiết bị phản ứng là
trọng tâm của các quá trình biến đổi hóa học.
Những phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng không chỉ là những phản ứng
hóa học tuân theo những định luật về biến đổi chất thuần túy mà còn bao gồm
các quá trình khác cùng xảy ra và tác động qua lại lẫn nhau. Mọi phản ứng xảy
ra đều kềm theo quá trình thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt ( nhiệt hóa học). Nhiệt hóa
học này làm thay đổi nhiệt độ của phản ứng do đó ảnh hưởng đến tốc độ phản
ứng và chất lượng của sản phẩm. Do yêu cầu về chất lượng sản phẩm cũng như
tránh xảy ra nhiều phản ứng phụ tạo sản phẩm không mong muốn mỗi phản ứng
cần phải thực hiện ở một chế độ nhất định và cần phải có hệ thống trao đổi
nhiệt, các hệ thống truyền khối và chế độ thủy động lực.
Như vậy các quá trình xảy trong thiết bị phản ứng là các quá trình thủy lực,
truyền nhiệt, truyền khối và phản ứng hóa học.
Có 3 loại thiết bị phản ứng là:
- Thiết bị phản ứng gián đoạn: là thiết bị phản ứng làm việc theo từng mẻ nghĩa
là chất tham gia phản ứng và các phụ gia, chất xúc tác được đưa vào thiết bị
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 21
phản ứng cùng lúc ở thời điểm đầu. Sau thời gian nhất định, khi đạt độ chuyển
hóa cho quá trình phản ứng người ta sẽ dừng thiết bị và tháo sảm phẩm ra.
+ 8(9 
- Tính linh động cao, dùng để thực hiện các phản ứng khác nhau tạo ra các
chất khác nhau.
- Đạt độ chuyển hóa cao có thể khống chế thời gian phản ứng.
- Chi phí đầu tư thấp do ít phải đầu tư các thiết bị tự động.
+ :;9 
- Năng suất thấp do thời gian làm việc một chu kỳ dài: đòi hỏi thời gian nạp
liệu, đốt nóng, làm nguội, tháo sảm phẩm.

là cao nhất và tinh khiết nhất vì nguyên liệu và xúc tác cho quá trình sản xuất
được đưa vào cùng lúc và phản ứng diễn ra trong pha lỏng.
II Tính cân bằng vật chất
Tính thời gian cho một mẻ sản xuất
Trình tự các bước diễn ra trong quá trình phản ứng như sau:
Quá trình Thời gian (phút)
- Nạp liệu 30
- Gia nhiệt cho thiết bị phản ứng 60
- Phản ứng chính 360
- Thời gian tháo liệu 30
=> Tổng thời gian 480 (8 giờ)
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 23
Bố trí một ngày làm việc 3 ca, thời gian mỗi ca là: 24 :3 = 8 giờ
Như vậy, mỗi ngày ta sản xuất được 3 mẻ sản phẩm, với thời gian của mỗi
mẻ sản phẩm là 8 giờ.
Năng suất của mỗi mẻ sản phẩm
Số ngày làm việc thực tế trong một năm là 330 ngày.
Năng suất của thiết bị phản ứng là 200000 tấn/ năm, do đó, năng suất của
một ngày làm việc của thiết bị phản ứng là:
= 606.06 tấn/ngày
Năng suất tính theo mỗi giờ sản xuất là :
tấn/ h
Số giờ làm việc của một năm là: 24×330 = 7920 giờ
Thời gian của mỗi mẻ sản phẩm là 8 giờ, vậy số mẻ sản phẩm của thiết bị phản
ứng trong một năm là:
mẻ
Năng suất của 1 mẻ sản phẩm trong 1 năm là:
tấn/mẻ
Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng
Năng suất của thiết bị phản ứng trong 1 tháng sản xuất là:

H
4
– COO – CH
3
+ 4 H
2
O
Do hiệu suất của quá trình là 87%, độ chuyển hóa đạt 95%, hao hụt nguyên liệu
2% nên lượng p-xylen cần cho quá trình là:
- Lượng metanol cần cho quá trình là:
- Lượng oxi cần cho quá trình là:
- Lượng nước hình thành trong quá trình phản ứng:
Vậy:
- Lượng p-xylen không tham gia vào quá trình phản ứng (còn lại sau phản ứng):
3 416 872.35 - = 3 405 629.35 tấn/tháng
- Lượng metanol không tham gia vào quá trình phản ứng là:
2 000 120.4 – = 1 993 332.1 tấn/tháng
- Lượng oxi không tham gia vào quá trình phản ứng là:
1 050 063.21 – 1 039 880.8 tấn/tháng
Từ những số liệu trên, ta có bảng cân bằng vật chất của quá trình cho một tháng
sản xuất:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 25