TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA DẦU KHÍ
BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ HÓA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME
ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACRYLONITRIL VÀ TÍNH TOÁN
CÂN BẰNG CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG VỚI DÂY CHUYỀN CÔNG SUẤT
200.000 TẤN/NĂM.
Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
Ts. Nguyễn Thị Linh Lê Đức Anh
Nhóm I
Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53

Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
Hà Nội, 12/2012
SVTH: Lê Đức Anh 2 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
Mục lục
Chương I: Cơ sở lý thuyết 4
1. Tổng quan về acrylonitril 4
1.1. Cấu tạo 4
1.2 Tính chất 4
1.3 Ứng dụng của Acrylonitril 5
2. Các phương pháp tổng hợp Acrylonitril 7
3. Công nghệ tổng hợp Acrylonitril 7
a.Nguyên liệu 7
b.Công nghệ sản xuất acrylonitril 9
c.điều kiện phản ứng 10

4
=0,806.
1.2.2 Tính chất hóa học
•Phản ứng hợp nước:
CH
2
=CH-C
≡
N +H
2
O
0 0
70 120
Cu
C−
→
¬ 
CH
2
=CH-CO-NH
2
SVTH: Lê Đức Anh 4 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
•Phản ứng thuỷ phân:
•Phản ứng tạo este:
•Phản ứng khử:
CH
2
= CH - CN + H

xt t
p
n
nCH CH CN nCH CH CH CH
CH CH CH CH CH CHCN
°
= − + = − = →
− − = − − − −

Cao su buna - N
- Trùng hợp với styren:
,
2 2 6 5 2 2 6 5
[ ]
xt t
n
p
nCH CH CN nCH CHC H CH CH CN CH CHC H
°
= − + = → − − − − − −
- Trùng hợp với Butadien-Styren để tổng hợp ABS
1.3 Ứng dụng của Acrylonitril
Acylonitril có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp cũng như trong đời sống:
SVTH: Lê Đức Anh 5 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
- Là nguyên liệu chính để điều chế xơ polyacylat làm vải mặc, đồ dùng trong nhà,
kéo sợi.
- Acrylonitril phần lớn được sử dụng dưới dạng monome trong sản xuất tổng hợp
Polymers, đặc biệt là sợi tổng hợp polyacrylonitril(nitron), copolyme với metacrylat

2. Các phương pháp tổng hợp Acrylonitril
Lần đầu tiên trong công nghiệp Acrylonitril được sản xuất từ etylenoxit
Sau chuyển qua sản xuất từ Axetylen và Axit xynilic(HCN)
80 90
2
C
CH CH HCN CH CH C N
÷ °
≡ + → = − ≡
Tuy nhiên cả hai phương pháp trên đều trở nên lạc hậu khi xuất hiện phương
pháp oxihóa amoni propylen, đây là phương pháp kinh tế nhất, độ chuyển hóa đạt tới
80÷95%
450 470
2 3 3 2 2 2
3 ,
3
2
C
at xt
CH CH CH NH O CH CH CN H O
÷ °
= − + + → = − +
Ngoài ra có thể tổng hợp Acrylonitrile bằng 1 số phương pháp sau:
- Tách nước từ hợp chất amin bậc 1:
- Điều chế trực tiếp từ acrylic :
2 3 2 2
OO 2CH CH C H NH CH CH CN H O= − + → = − +
Tuy nhiên tổng hợp Acrylonitril bằng phương pháp này không có lợi về kinh tế
do nguyên liệu chính là acrylic rất đắt và khó điều chế hơn acrylonitril
3. Công nghệ tổng hợp Acrylonitril

, ,
2 2 3
400 500 ,300
3 2
Fe O Al O K O
C atm
N H NH
÷ °
→
+
¬ 
- Oxy được lấy từ không khí, trong quá trình phản ứng cần dùng 1 lượng dư
oxy để đảm bảo tính chất OXH- khử của môi trường phản ứng, tạo điều kiện tăng tính
lựa chọn cho xúc tác.
- Hệ chất xúc tác: Trước đây để sản xuất Acrylonitril người ta dùng xúc tác
molipdat bismut:
2 3 3
: 1: 2Bi O MoO =
. Sau này người ta thêm chất hoạt xúc tác P
2
O
5
.Hiện nay có thể dùng nhiều loại chất xúc tác khác nhau như: vanadimolipdat bismut,
uran-antimor(xúc tác 21)…trên chất màng như SiO
2
,Al
2
O
3
…Hệ xúc tác thứ tư (xúc

=CH-CN+3H
2
O
∆
H
0
298
=-515Kj/mol
Phản ứng này xảy ra qua giai đoạn tạo hợp chất trung gian acrolein như sau:
CH
2
=CH-CH
3
+O
2
→
CH
2
=CH-CHO+H
2
O
SVTH: Lê Đức Anh 8 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
CH
2
=CH-CHO+NH
3
→
CH

CN+6H
2
O
CH
2
=CH-CH
3
+3O
2
+3NH
3
→
3HCN+6H
2
O
CH
2
=CH-CH
3
+3O
2
→
3CO+3H
2
O
2CH
2
=CH-CH
3
+9O

Propylen Amoniac Không khí Hơi nước
Sohio 1 1,5 – 2 10 – 20 2 – 4
Sohio 1 1,05 – 1,2 10 – 15 -
PCUK/Distillers 1 1,1 – 1,2 12 - 15 -
• Kinh nghiệm: Hiệu suất acrylonitril tăng theo tỷ lệ NH
3
/propylen.
• Thực tế tỷ lệ NH
3
/propylen =1 hoặc 0,8.
• Nhiệt độ phản ứng trong khoảng 400 – 500
o
C
• Áp suất dưới 0,3 MPa.
SVTH: Lê Đức Anh 10 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
• Tỷ lệ mol acrylonitril/axetonitril tăng lên nhanh chóng khi nhiệt độ trên
400
o
C và đạt cực đại ở khoảng 470 – 480
o
C.
d. Tiến hành phản ứng
• Độ chuyển hoá một lần của amoniac đạt trên 95% (trong công nghệ xúc tác
tầng sôi) và xấp xỉ 85% (trong công nghệ thềm xúc tác cố định).
• Độ chọn lọc, hay hiệu suất tạo acrylonitril rất nhạy với các loại xúc tác và
điều kiện phản ứng khác nhau
• Thời gian lưu: trên 1 giây.
• Hiệu suất quá trình có thể đạt đến 72 – 75% mol đối với hệ xúc tác tiên tiến

• Thiết bị làm nguội sản phẩm thu hồi
• Thiết bị thu hồi sản phẩm
• Thiết bị tinh chế sản phẩm acrylonitril
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
SVTH: Lê Đức Anh 12 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
- Hỗn hợp đầu vào gồm: propylene, NH
3
, không khí được nén propylene và NH
3
được gia nhiệt từ 150-200
o
C và cho vào thiết bị amoxi hóa xúc tác tầng sôi.
- Sản phẩm ra khỏi thiết bị amoxi hóa (gồm acrylonitrin, propylene, không khí dư,
NH
3
dư, h/c xyanua…) được làm lạnh nhanh gián tiếp để tránh các phản ứng phụ, sau
đó được hóa hơi ở áp suất thấp, sau đó được chuyển sang thiết bị làm lạnh trực tiếp để
hạ nhiệt độ xuống 80-85
o
C. Quá trình này diễn ra trong tháp làm lạnh: phần dưới tiếp
xúc với d
2
H
2
SO
4
hoặc ( NH
4

C.
- Tinh chế acylonitril: được thực hiện trong 1 dãy tháp chưng liên tiếp: tách
hydroxyanua(40-50 đĩa), loại bỏ các tạp chất cacbonyl như axetol, propional dehyt,
acrolein ( 50-60 đĩa), và tinh chế acrylonotril trong môi trường chân không(20-30
đĩa).
SVTH: Lê Đức Anh 13 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
2. Công nghệ ammoxi hóa propylen lớp xúc tác cố định
Sơ đồ dòng của quá trình này bao gồm các bộ phận chính sau:
• Thiết bị phản ứng
• Bộ phận làm lạnh
• Bộ phân phân tách sản phẩm
• Bộ phận tinh chế sản phẩm
Thuyết minh sơ đồ
Phản ứng: Nguyên liệu cho quá trình phản ứng gồm ammoniac, propylene và
không khí nén ở 0,3Mpa với các tỉ lệ nhất định được đun nóng tới 220
0
C. Chuyển
SVTH: Lê Đức Anh 14 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
hóa xảy ra trong thiết bị phản ứng loại ống chùm(kích thước ống xúc tác, đường kính
trong 25-30 mm, chiều cao 3-3,5 m), có dòng tuần hoàn muối nóng chảy bên ngoài
vỏ ống để tách nhiệt phản ứng. Dòng lưu chất này sẽ được làm nguội nhờ quá trình
tạo hơi áp suất cao.
Làm lạnh: các khí ra khỏi tháp ammoxi hóa được làm lạnh nhanh xuống 380-
400
0
C nhờ đưa qua thiết bị đun sôi nước tạo áp suất thấp, và sau đó trong tháp tiếp

propylen xúc tác cố định
Ưu điểm
- Thuận lợi cho quá trình tản
nhiệt cho phản ứng, đồng
đều hóa nhiệt độ môi
trường phản ứng giúp cho
việc kiểm soát nhiệt độ tốt
hơn do đó tăng hiệu quả
làm việc của chất xúc tác.
- Hiệu suất cao do có thể
thực hiện ở tỷ lệ
amoniac/propylen cao
- Lượng xúc tác nhỏ
- Quá trình tái sinh và thu hồi
dễ dàng
- Thiết bị đơn giản lên giá
thành rẻ
- Kéo dài tính bền cơ học
của xúc tác
Nhược điểm
- Thiết Thiết kế thiết bị phản
ứng khó khăn hơn lên giá
thành cao
- Độ bền cơ học của chất xúc
tác giảm
- Hiệu suất thấp hơn
- Garadien nhiệt lớn, phá
hủy xúc tác nhanh chóng
do di chuyển của các pha
hoạt động và sự hao mòn

- Nhiệt độ của hỗn hợp sản phẩm ở đầu ra là: 400
o
C
Giả sử dùng dòng dầu tản nhiệt cho phản ứng:
- Nhiệt độ đầu vào của dòng dầu: 110
o
C
- Nhiệt độ đầu ra của dòng dầu tản nhiệt: 200
o
C
-Coi mất mát nhiệt cho môi trường là 5% nhiệt đầu vào
 Nội dung cần tính toán
• Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng
+ Tính lượng propylen cần dùng cho một tháng sản xuất?
+ Giá propylen và amoniac tại thời điểm hiện tại?
+ Tính chi phí đầu vào cho một tháng sản xuất.
• Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng
+ Tính lượng dầu tản nhiệt cần dùng cho thiết bị phản ứng?
SVTH: Lê Đức Anh 17 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
I. Tính cân bằng vật chất
Năng suất acrylonitril là 200000 tấn/kg
→
Năng suất dây chuyền tính theo giờ:
G
AN
=
200000000
330.24

3
-CH=CH
2
+ 3 O
2
+ 3NH
3

→
3CH
3
-CN+ 6 H
2
O (2)
1. Tính lưu lượng khối lượng của từng nguyên liệu đầu vào
-Số mol propylene phản ứng là:
Theo phản ứng 1: n
propylen
= n
acrylonitril
=476,463 (kmol/h)
+ Do hiệu suất phản ứng là 80% và độ chuyển hóa của propylene là 95% trong
đó 92% tạo thành acrylonitril
→
Số mol propylene đầu vào (chưa tính tổn thất ) là
476,463
80%.95%.92%
=681,44 (kmol/h)
+Theo thực tế, do tổn thất của quá trình là 2%.nên lượng mol propylene đầu
vào là:

= 784,39.17=13334,63 (kg/h)
- m
không khí
= 6953,5.29= 201651,5 (kg/h)
- m
tạp chất
=4,238.17=72,046(kg/h) (coi khối lượng của tạp chất bằng khối
lượng của NH
3
)
- m
propan
=42,4. 44=1865,6( kg/h)
SVTH: Lê Đức Anh 18 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
2.Tính khối lượng đầu ra
Hỗn hợp đầu ra gồm:
- Acrytonitril: 476,463kmol/h
- NH
3
dư
- Propylen dư
- Tạp chất
- Axetonnitril
- Nước
- N
2
- O
2

- n
N2
= 79%n
kk
=79%.6953,5 =5493,265(kmol/h)
- n
tạp chất
= 4,238(kmol/h)( tạp chất không tham gia phản ứng)
- n
O2 dư
=21%kk-(1,5.n
acrylonitril
+n
axeton nitrill
)
=21%.6953,5 - (1,5.476,463+62,15)
=683,3905( kmol/h)
- n
propan
=42,4(kmol/h)(vì lượng propan rất nhỏ nên coi như nó không
phản ứng)
- n
propylen dư
(là lượng mol propylene chưa chuyển hóa)=
681,44.5%=34,072(kmol/h)
Vậy lưu lượng khối lượng của sản phẩm đầu ra là
- m
acrylonitrin
=476,463.53= 25252,525kg/h
- m

lượng(kg/h)
- Propylene
- NH3
- Không khí
- Propan
- Tạp chất
amoni
29204,7
13334,63
201651,5
1865,6
72,046
- Acrylonitril
- Axetonitrin
- NH3 dư
- Propylen dư
- H2O
- Propan
- N2
- O2 dư
- Tạp chất
amoni
25252,525
2548,15
4178,209
1431,024
27966,402
1865,6
153811,42
21868,496

propylen dư
= 29204,7-1431,024=27773,676 kg
+ m
NH3
= m
NH3 đầu vào
- m
NH3 dư
=13334,63-4178,209=9156,421 kg
Vậy chi phí đầu vào cho một tháng sản xuất là:
SVTH: Lê Đức Anh 20 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
CP=
(1,49 27773,676 0,46 9156,421) 660× + × × =
30092552,39USD
II. Tính toán cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng
Ta có cân bằng nhiệt như sau:
Tổng lượng nhiệt dòng vào =Tổng lượng nhiệt dòng ra
Hay: Q
1
+Q
2
+Q
3
=Q
4
+Q
5
+Q

Nguyên liệu x
i
(Phần mol) Cp.10
3
(kJ/kmol.K)
Propylen 0,082 18015,45
Amoniac 0,0925 26557,35
Không khí 0,82 11079,3
Propan 0,005 89683,35
Tạp chất của
amoniac
0,0005 26557,35
(Coi tạp chất của ammoniac có nhiệt dung riêng bằng nhiệt dung riêng của ammoniac)
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp nguyên liệu dạng khí vào thiết bị phản ứng được
tính theo công thức sau:
C
P ng.liệu
= ∑ C
p
i
× x
i
(kJ/kmol.K)
=13480,54328.10
-3
(kJ/kmol.K)
Vậy lượng nhiệt do hỗn hợp nguyên liệu mang vào là:
Q
1
= G

- T
dầu
: nhiệt độ dầu tải nhiệt mang vào,
o
C
- C
P(dầu)
: nhiệt dung riêng của dầu tải nhiệt, kJ/kg

.k
Với nhiệt độ đầu vào là 110
o
C và khối lượng riêng của dầu là 900kg/m
3
ta sẽ có
nhiệt dung riêng của dầu là: C
P(dầu)
= 0,53 kcal/kg
o
C = 2,219 kJ/kg

.k
( Ở đây ta lấy 1 cal = 4,1868 J )
→
Q
2
= G
dầu
× 2,219 × 110 = 244,09 × G
dầu

3
CN + 6H
2
O (2)
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (2) là:
∆H
0
298
(2)= ∑ nhiệt hình thành các chất sau phản ứng - ∑ nhiệt hình thành các chất
trước phản ứng
Ta có nhiệt hình thành của các chất ở thể khí như sau:
SVTH: Lê Đức Anh 22 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Tên khí ∆H
o
298
(kcal/mol)
Propylen
Amoniac
Acetonitril
O
2
H2O
4,879
-11,04
17,696
0
-57,8
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
Suy ra:

P
.10
3
(kJ/kmol.K)
Acrylonitril
Propylen
Amoniac
Acetonitril
N
2
O
2
H
2
O
Propan
Tạp chất amoniac
0,0554
3,964.10
-3
0,0286
7,23.10
-3
0,639
0,0795
0,181
4,933.10
-3
3,73.10
-4

× T
sp
(kJ/h) =8595,4445.(28067,806.10
-3
).673
=162364795,8 (kJ/h)
5. Nhiệt lượng do dầu tải nhiệt mang ra(Q
5
)
Q
5
= G
dầu
× C
P(dầu)
× T
dầu
SVTH: Lê Đức Anh 23 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
Trong đó:
- G
dầu
: khối lượng dầu tải nhiệt đi ra, kg/h
- Q
5
:lượng nhiệt do dầu tải nhiệt mang ra, kJ/h
- T
dầu
:nhiệt độ dầu tải nhiệt đi ra,

+Q
2
+Q
3
)
=0.05.( 63215289,4+244,09 × G
dầu
+268827640)
=16602146,47+12,2045.G
dầu
(kJ/h)
Thay các giá trị Q
1
,Q
2
,Q
3
,Q
4
,Q
5
,Q
6
vào biểu thức (II) ta có:
Q
1
+Q
2
+Q
3

5
= 274341254
Q
6
=22984528,92
Q
v oà
= 459690578,4 Q
ra
= 459690578,7
Đồ án: Công nghệ hóa dầu và chế biến polime GVHD: Ts. Nguyễn Thị
Linh
Kết luận
Sauk hi hoàn thành đồ án, em đã:
- Tìm hiểu được cấu tạo, tính chất của acrylonitril
- Các ứng dụng quan trọng của acrylonitri
- Hiểu và đánh giá các công nghệ sản xuất acrylonitril trong công nghiệp
- Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng
SVTH: Lê Đức Anh 25 Lớp: Lọc Hóa Dầu A-K53