Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit Mục lục *************** mở đầu giíi thiƯu chung vỊ axetaldehit .5 phÇn I : tỉng quan vỊ axetaldehit chơng I : tính chất nguyên liệu .6 I Axetylen TÝnh chÊt cña axetylen 1.1 TÝnh chÊt vËt lý 1.2 TÝnh chÊt ho¸ häc C¸c phơng pháp tổng hợp axetylen 10 2.1 Sản xuất axetylen từ cacbua canxi 10 2.2 S¶n xuÊt axetylen tõ hydro cacbon 11 II Níc.[1,6] 12 TÝnh chÊt vËt lý 12 TÝnh chÊt ho¸ häc .12 III Etylen 13 TÝnh chÊt cña etylen 13 1.1 TÝnh chÊt vËt lý 13 1.2 TÝnh chÊt ho¸ häc 13 Các phơng pháp s¶n xuÊt etylen .15 IV Metanol [3,16] 15 TÝnh chÊt cña metanol .15 1.1 TÝnh chÊt vËt lý .15 1.2 TÝnh chÊt ho¸ häc 16 C¸c phơng pháp sản xuất metanol 16 V Etanol 17 TÝnh chÊt cña etanol 17 1.1 TÝnh chÊt vËt lý 17 1.2 TÝnh chÊt ho¸ häc 17 Các phơng pháp sản xuất etanol .18 VI KhÝ tỉng hỵp.[4,6,7] 19 VII Oxy.[1,6] .20 TÝnh chÊt cña oxy .20 a) TÝnh chÊt vËt lý 20 b) TÝnh chÊt ho¸ häc .20 Phơng pháp sản xuất oxy 20 Chơng : tính chất sản phẩm thu 21 I TÝnh chÊt cña axetaldehyt 21 I.1 TÝnh chÊt vËt lý cña axetaldehit.[2,3,16] 21 I.2 TÝnh chÊt ho¸ häc cđa axetaldehit 24 Ph¶n øng céng .24 Phản ứng oxy hoá 28 Ph¶n øng khö .29 Phản ứng polime hoá 29 Phản ứng phân huỷ 29 L· Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit Phản ứng với hợp chất PCl5 tạo hợp chất CH3CHCl2: 29 I.3 øng dơng cđa axetadehit.[2,16] .30 II TÝnh chÊt cña axit axetic:[2,3,16] 31 1.Giíi thiƯu: .31 TÝnh chÊt vËt lÝ cña axit axetic: 31 TÝnh chÊt ho¸ häc cña axit axetic : 32 øng dông : .35 Chơng III: phơng pháp sản xuất axetaldehit 36 I Quá trình sản xuất axetaldehit từ axetylen.[16] 36 Quá trình hydrat hoá axetylen pha lỏng 36 1.1 Các trình sản xuất axetaldehit pha lỏng 37 a) Quá trình oxy ho¸ pha láng cđa Hoechst.[16] .37 b) Qu¸ tr×nh cđa Chisso.[20] 38 c) Quá trình sản xuất thông qua Vinyl ête.[16] 38 d) Quá trình sản xuất thông qua ethylidene diaxetat.[14]38 1.2 Các yếu tố ảnh hởng pha lỏng.[16] 38 1.3 Công nghệ sản xuất axetaldehit pha lỏng 40 Quá trình sản xuất axetaldehit b»ng axetylen tiÕn hµnh pha khÝ.[16] 42 Hydrat ho¸ gi¸n tiÕp axetylen ®Ĩ ®iỊu chÕ axetaldehit 43 II Quá trình sản xuất axetaldehit từ rợu etylic.[16] .44 Quá trình sản xuất axetaldehit từ trình đề hydro hoá rợu etylic.[16] .44 Quá trình sản xuất axetaldehit cách oxy hoá rợu etylic.[16,20] .44 III Quá trình sản xuất axetaldehit từ Etylen.[16,20] 46 Quá trình oxy ho¸ trùc tiÕp etylen 46 Các phơng pháp sản xuất axetaldehit từ etylen.[16,20] 52 2.1 Các loại xúc tác thờng dùng 52 2.2 Công nghệ sản xuất cấp.[16,20] 53 2.3 Công nghệ sản xuất hai cấp.[16,20] .54 2.4 So sánh hai công nghệ 56 2.5 VËt liÖu x©y dùng .56 2.6 Níc th¶i .57 2.7 Phơng pháp sản xuất mới:[21] 57 IV Quá trình sản xuất axetaldehit ®i tõ nguån C1 58 S¶n xuÊt axetaldehit trực tiếp từ khí tổng hợp.[16,20] 58 Sản xuất axetaldehit tõ metanol, metyl axetat hc anhydric axetic.[16] 60 V Quá trình sản xuất axetaldehit từ hydrocacbon 60 Sản xuÊt axetaldehyt tõ butan[16] 60 S¶n xuÊt axetaldehyt tõ etan:[22] 61 VI Quá trình sản xuất axetaldehyt từ axit axetic:[23] 62 VII So sánh phơng pháp sản xuất axetaldehit .65 Phần II : Tính cân vật chất cân nhiệt lợng.67 Là Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit I Tính cân vật chất.[9,10,11,12] .67 Xác định thời gian làm việc phân xởng: 67 Cân vật chất tháp hydrat hoá : 68 Cân vật chất tháp hấp thụ : 70 Cân vật chất tháp chng : .71 Cân vật chất tháp tinh lun : 72 II TÝnh c©n b»ng nhiƯt lỵng:[9,10,11,12] 73 NhiƯt lỵng chất mang vào: .73 Nhiệt lợng cần thiết để đun nóng nguyên liệu tới nhiệt độ phản ứng: 74 Nhiệt lợng phản øng to¶ ra: 75 NhiƯt lợng chất mang ra: 76 Tính nhiệt lợng mát môi trêng xung quanh .77 TÝnh nhiƯt lỵng níc dung dịch xúc tác mang 77 Phần III: Tính toán thiết bị phản ứng [4,8,9,10,11,12] 78 I TÝnh lợng xúc tác qua thiết bị 78 II TÝnh kÝch thíc thiÕt bÞ chÝnh 80 Tính đuờng kính chiều cao thân thiết bị .80 Tính độ dày thân thiết bị 81 Tính đáy nắp thiết bị 85 Tính đờng kính kích thíc èng dÉn 88 Chän bÝch cho đáy nắp thiết bị .91 Phần IV: Tính toán xây dựng 92 I Chọn địa điểm xây dựng nhà máy.[13] 92 Địa điểm xây dựng nhà máy 92 Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy 92 Đặc điểm sản xuất nhà máy 92 II Yêu cầu khu đất xây dựng 93 III Mặt nhà máy 93 IV Thiết kế tổng mặt nhà máy 96 Nhiªm vơ thiÕt kÕ tổng mặt nhà máy .96 Các yêu cầu thiết kế tổng mặt nhà máy 97 V Nguyên tắc thiết kế tổng mặt nhà máy 98 PHần V : tính toán kinh tế 101 I Mục đích nhiƯm vơ tÝnh to¸n kinh tÕ.[14] 101 II TÝnh to¸n kinh tÕ 101 Nhu cầu điện tiêu thụ .101 Tính vốn đầu t xây dựng .103 Vốn đầu t cho thiết bị máy móc Vtb 103 Lơng công nhân nhân viên toàn phân xëng 104 TÝnh khÊu hao 105 Tính giá thành s¶n phÈm 105 Thu håi s¶n phÈm phơ 107 Phần VI: an toàn lao động 108 Gi¸o dơc ngêi lao ®éng vỊ an toµn lao ®éng .108 L· Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit Trang bị bảo hộ lao động 108 Các biện pháp an toàn lao động 108 Công tác vệ sinh lao động 109 Phần VII : Tự động hoá phân xởng 110 I Mục đích ý nghĩa 110 II C¸c ký hiƯu dïng tự động hoá .110 III Các dạng tự động hoá 111 Tự động kiểm tra tự động bảo vệ 111 Dạng tự động điều khiển 112 Dạng tự động ®iÒu chØnh 112 IV CÊu tạo số thiết bị tự động 114 Bộ cảm biến áp suất: 114 Bé c¶m øng nhiƯt ®é 114 Bé cảm biến lu lợng .115 KÕt luËn 116 tài liệu tham khảo 117 L· Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit mở đầu giới thiệu chung axetaldehit axetaldehit hay gọi etanal có công thức phân tử CH3CHO đợc phát vào năm 1974 nhà bác học Sheele ông cho phản ứng Mangan dioxit (MnO 2) axitsunfuric với rợu Sự tạo thành đợc giải thích vào năm 1935 LIEBIG, ngời đà tạo axetaldehit tinh khiết cách oxy hoá rợu etylic với axít cromic đặt tên sản phẩm aldehit Axetaldehit chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp nhng có khả bắt lửa cao có mùi cay hăng Do có khả hoạt động hoá học cao nên axetaldehit hợp chất trung gian quan trọng để sản xuất axit axetic, anhydric axetic, etyl axetat, axit paracetic, rợu butylic, 2-etyl hexanol, pentaerythritol, clorát axetaldehit (cloral), glyoxal, ankyl amin, pyridin nhiều chất hoá học khác Sự ứng dụng thơng mại axetaldehit để sản xuất axetol thông qua axit axetic vào năm 1914 1918 Đức (Wacler-Chemie Hoechst) vµ ë Canada (Shawinigan) Axetaldehit lµ chÊt trung gian trình trao đổi chất thực vật quan động vật tìm thÊy víi sè lỵng nhá Mét lỵng lín axetaldehit cã liên quan đến trình sinh học Nó chất trung gian trình lên men rợu, có mặt đồ uống có cồn nh: bia, rợu loại cồn thuốc Axetaldehit đợc tìm thấy loại nớc hoa dầu ăn, cà phê khô thuốc Nhiều trình thơng mại sản xuất axetaldehit bao gồm đề hydro hoá oxy hoá rợu etylic, oxy hoá phần hydro cacbon oxy hoá trực tiếp etylen Vào năm 1970 suất trình, oxy hóa trực tiếp Wacker-Hoechst, vợt 2.106 tấn/năm Tuy nhiên tầm quan trọng axetaldehit nh chất hữu trung gian ngày có phần giảm đi, nhiều trình sản xuất dẫn suất axetaldehit đà đợc phát triển nh: trình oxo cho ta rợu Là Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit butylic 2- etyl hexanol trình Monsanto cho ta axit axetic Ngành dầu khí Việt Nam năm gần đợc nhà nớc quan tâm phát triển Việc chế biến sản phẩm từ dầu khí đặc biệt quan trọng sinh viên, đặc biệt sinh viên ngành hoá phải nắm vững đợc trình chế biến hoá học Axetaldehit trình chế biến nên việc nắm vững trình quan trọng, góp phần làm cho nghành dầu khí nớc ta phát triển vững mạnh phần I : tổng quan axetaldehit chơng I : tính chất nguyên liệu I Axetylen TÝnh chÊt cđa axetylen.[2,4,16] Axetylen lµ mét chÊt khÝ có chứa liên kết ba phân tử, có nhiỊu øng dơng kinh tÕ cịng nh c«ng nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu Từ axetylen điều chế nhiều chất quan trọng cần thiết cho sản xuất công nghiệp nh axetaldehit,axit axetic, vinyl clorua, vinyl axetat, cao su tổng hợp Các chất quan trọng việc sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng hợp hữu cơ, hoá dầu 1.1 TÝnh chÊt vËt lý Axetylen lµ chÊt khÝ không màu, dạng tinh khiết có mùi este u, nã ngng tơ ë - 83,8oC, ¸p st 0,102 MPa Nhiệt độ tới hạn : +35,50C , áp suất tới hạn 6,04 MPa C2H2 chất khí nhẹ không khí, tan nớc điều kiện bình thờng thể tích nớc hoà tan đợc thể tích khí axetylen Khi áp suất tăng lên độ hoà tan tăng theo Axetylen tan nhiều dung môi hữu nh alcol, ete, đặc biƯt tan rÊt nhiỊu axeton Díi ¸p st thêng lít axeton hoà tan đợc 25 lít axetylen Muốn chuyên chở axetylen đợc nhiều tránh nguy hiểm nổ ngêi ta cho L· Minh Long - Líp Ho¸ dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit axetylen hoà tan axeton dới ¸p st cao 12 ÷ 15 at Díi ¸p st lít axeton hoà tan đợc 300 lít axetylen Bình thép chứa dung dịch axetylen axeton không nguy hiểm so với axetylen lỏng, dùng thêm khối xốp vô chất đầy bình Axetylen hợp chất không bền mặt nhiệt động, bị phân huỷ tạo cacbon hydro kèm theo tợng nổ Phản ứng nổ khơi mào nhiệt, thuỷ ngân funminat tự nổ dới áp suất cao Phản ứng nổ toả nhiỊu nhiƯt, H0298 = -54,9 Kcal/ mol NhiƯt ®é cđa khối khí lúc lên hàng nghìn độ Axetylen hợp chất thu nhiệt đốt cháy toả lợng nhiệt lớn Khi dùng hỗn hợp axetylen - oxy làm khí cắt hàn, cắt kim loại màu, muốn hàn tốt phải sử dụng khí trơ (argon) để oxy không tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt kim loại hàn Axetylen cháy không khí cho ta lửa sáng, tạo CO2 H2O HC ≡ CH + 5/2 O2 2CO2 + H2O H0298 = -315 Kcal/mol 1.2 TÝnh chÊt ho¸ häc Axetylen có cấu tạo chứa liên kết ba phân tử nên có khả phản ứng hoá học cao Liên kết ba có lợng liên kết 199.6 Kcal/mol Độ âm điện nguyên tử cacbon lớn làm tăng khả tách nguyên tử hydro, làm cho axetylen cã tÝnh axÝt yÕu a) Ph¶n øng céng : Diễn qua giai đoạn : thứ chuyển từ nối ba sang nối đôi, thứ chuyển từ nối đôi sang nối đơn Cộng hợp H2 C2H2 + H2 CH2 = CH2 + H2 CH2 = Là Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 CH2 CH3 CH3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit Phản ứng thờng đợc tiến hành với xúc tác kim loại (Ni , Pd , Pt) Muốn dừng lại giai đoạn tạo nối đôi ngời ta dùng xúc tác Pd Canxi cacbonat, Pd Silicagel 200 0C Hiệu suất trình đạt 95% Cộng halogen CH CH + Br2 BrCH = CHBr BrCH = CHBr + Br2 Br2CH CHBr2 Đối với clo phản ứng xảy mÃnh liệt, toả nhiều nhiệt nên gây phản ứng huỷ Trong điều kiện kỹ thuật ngời ta cho ph¶n øng céng clo trùc tiÕp víi C2H2 khối xốp Cộng với axít HF, HCl, HBr C2H2 tác dụng với HCl xúc tác thuỷ ng©n clorua ë 120 - 150 0C HC ≡ CH + HCl H2C = CH–Cl vinyl clorua Ph¶n ứng cộng nớc Phản ứng công nớc vào C2H2 đồng đẳng đợc Kuserop nghiên cứu năm 1881 Phản ứng tiến hành cách cho C 2H2 vào dung dịch axit sunfuric loÃng có chứa thuỷ ngân sunfat đóng vai trò xúc tác HC CH [ CH2 = CH −OH] HgCl2 + H 2O CH3CHO alcolvinylic kh«ng bền Cộng alcol axít cacboxylic Dới tác dụng xúc tác thuỷ ngân sunfat CCl 3COOH, BF3 HgO, C2H2 cho phản ứng cộng với alcol t¹o ete vinylic, céng víi axÝt cacboxylic t¹o este cña alcol vinylic HC ≡ CH + C2H5OH H2C = CH - O - C2H5 etyl vinyl ete HC ≡ CH + HOOC - CH3 H2C = CH - O - CO - CH3 L· Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit vinyl axetat Ph¶n øng céng víi aldehit CH ≡ CH + HCHO HOCH2– C ≡ C – CH2OH b)Phản ứng trùng hợp Cho C2H2 qua ống nung đỏ ë 600 - 8000C, axetylen sÏ trïng hỵp cho mét chất nhựa có sản phẩm benzen ( 28%), sản phẩm phụ nh toluen, naphtalen, RH thơm ngng tụ khác HC CH C6H6 Nếu có chất xúc tác (CO)4Ni [P(C6H5)3]2 nhiệt độ 60 ữ 700C axetylen trùng hợp thành benzen với hiệu suất 80% Dới tác dụng muối đồng (I), axetylen trùng hợp phân tử (dime hoá) tạo vinyl axetylen HC ≡ CH + HC ≡ CH CH2 = CH – C ≡ CH c)Ph¶n øng thÕ víi kim lo¹i (tÝnh axÝt u cđa C2H2) TÝnh axit yếu Trong axetylen có nguyên tử hydro đính vào nguyên tử cacbon mang nối ba Axetylen có tính axit yếu tính axit nớc nhng lại mạnh NH3 ( tới 1013 lần ) tính axit etylen etan 10 18 lần Nguyên nhân tính linh động cao nguyên tư hydro axetylen so víi etylen vµ etan độ âm điện nguyên tử cacbon trạng thái lai hợp khác Csp > Csp2 > Csp3 Do độ âm điện lớn nên liên kết C H cacbon mang liên kết ba phân cực mạnh, tăng cờng khả prôton hóa nguyên tử hydro nh khả với kim loại H+ → Cб- ≡ C б- ← Hб+ B¶ng : Hằng số phân ly Ka gần cuả số chất Hợp chất Là Minh Long - Lớp Hoá dợc &BVTV K48 Ka Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Axetaldehit >1010 HClO4 CH3COOH 2.10-5 H2O 10-14 CH3CH2OH 10-18 C2H2 10-22 NH3 10-35 C2H4 10-40 C2H6