Quy trình sản xuất Acrylic Acid – Nhóm 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI 12 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỀ TÀI 12 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACRYLIC ACID TỪ PROPYLENE BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA MỘT PHẦN TRÊN XÚC TÁC Giảng viên phụ trách Trần Hải Ưng Nhóm lớp L05 Nhóm 12 Tên thành viên Lữ Thị Ngọc Thuý Nguyễn Thị Thanh Thuý Tạ Ngọc Khánh Thy Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 THƠNG TIN THÀNH VIÊN Nhóm lớp L05 Nhóm 12 Đề tài 12 Họ tên Mã số sinh viên Lữ Thị Ngọc Thuý 1915395 Nguyễn Thị Thanh Thuý 1915397 Tạ Ngọc Khánh Thy 1915453 LỜI CÁM ƠN Qua trình học mơn ‘Thiết kế hệ thống quy trình cơng nghệ hóa học’, chúng em trang bị kiến thức, nguyên lý việc thiết kế quy trình, tảng vững cho cơng việc tương lai chúng em Để hồn thành báo cáo này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu tạo tiền đề để hoàn thành tốt tiểu luận Bài tiểu luận kết trình nỗ lực tất thành viên nhóm Tuy nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Rất mong nhận góp ý thầy để tiểu luận hoàn thiện NHÓM THỰC HIỆN BÁO CÁO MỤC LỤC A – NỘI DUNG CHÍNH I.LỜI MỞ ĐẦU II.CƠ SỞ CHO QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 2.1.Thông tin phản ứng 2.2.Thông tin động học phản ứng 2.3.Tổng quan nguyên liệu sản phẩm 10 2.3.1.Nguyên liệu – Propylene .10 2.3.2.Nguyên liệu - Nước 12 2.3.3.Nguyên liệu - Khơng khí 12 2.3.4.Sản phẩm – Acrylic acid 12 2.4 Các công nghệ sản xuất acrylic acid 13 2.4.1 Sản xuất axit acrylic từ acetylene - Tổng hợp Reppe từ công nghệ BASF 13 2.4.2 Polyme hóa β-propiolactone chưng phân hủy với nước sản phẩm polime thu 14 III.LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT 15 3.1.Lựa chọn quy trình 15 3.2.Cân vật chất 16 3.2.1.Cấu trúc vào 16 3.2.2.Cấu trúc hoàn lưu .17 3.2.3.Suất lượng, thành phần dịng vào, hồn lưu 17 IV MÔ PHỎNG HYSYS 21 3.1 Thuyết minh 21 3.2 Các cấu tử 22 3.3 Gói nhiệt động 22 3.4 Thông số thành phần mol dòng 23 3.5 Thiết bị 26 a Thiết bị phản ứng .26 b Tháp chưng cất 28 c.Tháp hấp thụ 30 V HỆ THỐNG TÁCH CHẤT 32 4.1 Trình tự tách 32 4.2 Hệ thống tách 33 VI HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT .34 VII HIỆU QUẢ KINH TẾ SƠ BỘ 34 VIII KẾT LUẬN .36 IX NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 36 B - TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Cấu trúc 2D Propylene 11 Cấu trúc 3D Propylene 11 Cấu trúc 2D Acrylic Acid 12 Cấu trúc 3D Acrylic Acid 12 Sơ đồ cấu trúc vào 16 Sơ đồ cấu trúc hoàn lưu 17 Thông số suất lượng dòng nhập liệu propylene (propene) 17 Thơng số suất lượng dịng nhập liệu 18 Thơng số suất lượng dịng khơng khí nhập liệu 18 10 Thông số suất lượng dòng sản phẩm acrylic acid 19 11 Thành phần mol dòng acrylic acid sản phẩm 19 12 Thơng số suất lượng dịng acetic acid sản phẩm 20 13 Thành phần mol dòng acetic acid sản phẩm 20 14 Mô quy trình sản xuất Acrylic Acid phần mềm Aspen Hysys 21 15 Các cấu tử quy trình 22 16 Các hệ số nhị phân gói UNIQUAC Hysys 22 17 Thông số thiết kế thiết bị phản ứng PFR-100 26 18 Thơng số dịng vào thiết bị phản ứng 27 19 Thơng số dịng khỏi thiết bị phản ứng 28 20 Thông số thiết kế tháp chưng cất T-105 28 21 Thơng số thành phần dịng vào khỏi tháp chưng cất T-105 (1) 29 22 Thông số điều kiện hoạt động tháp chưng cất T-105 29 23 Thành phần qua mâm tháp chưng cất 30 24 Thông số thiết kế tháp hấp thụ T-100 30 25 Thông số thiết kế tháp hấp thụ T-101 31 26 Thơng số thiết kế thiết bị hấp thụ có thiết bị gia nhiệt đáy tháp T-103 31 27 Thông số thiết kế thiết bị hấp thụ có gia nhiệt đáy tháp T-104 32 28 Trình tự tách chất 33 29 Hệ thống tách chất 33 DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số dòng 24 Bảng Thành phần mol dòng 26 Bảng Thông số hoạt động thiết bị phản ứng PRF-100 27 Bảng 4.Thơng số dịng vật chất……………………………………………… 32 Bảng Bảng liệt kê giá thành nguyên liệu sản phẩm (tham khảo)………………… 33 Bảng Bảng liệt kê giá thành thiết bị (tham khảo………………………………………33 A – NỘI DUNG CHÍNH I LỜI MỞ ĐẦU Acrylic acid hợp chất sử dụng chủ yếu chất trung gian trình tổng hợp acrylate ester Acrylate ester sau dùng nhiều ngành công nghiệp ngành công nghiệp tã, ngành xử lý nước cơng nghiệp sơn, dệt Trên quy mơ tồn cầu, tỷ lệ tiêu thụ axit acrylic dự kiến đạt 8.000 năm 2020 Con số dự kiến cao ứng dụng mới, bao gồm sản phẩm chăm sóc cá nhân, chất tẩy rửa sản phẩm khác Do vai trị quan trọng ngành cơng nghiệp hố chất, việc sản xuất theo quy mơ lớn điều cần thiết Vì vậy, mục đích tiểu luận để tính tốn thiết kế quy trình cơng nghệ hố học để sản xuất 20.000 acrylic acid với độ tinh khiết 99,6% vận hành 7200 tiếng năm với điều kiện tối ưu đảm bảo an toàn Acrylic acid tổng hợp từ phản ứng oxi hoá phần propylene II CƠ SỞ CHO QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 2.1 Thơng tin phản ứng Có nhiều cách để tổng hợp acrylic acid cách phổ biến oxy hoá phần propylene Cơ chế phản ứng trình sản xuất acrylic acid từ propylene gồm hai bước: đầu tiên, propylene oxy hóa thành acrolein sau acrolein tiếp tục oxy hóa thành acrylic acid Hai bước thường diễn với xúc tác điều kiện vận hành khác C3H6 + O2 → C3H4O + H2O Acrolein C3H4O + O2 → C3H4O2 Acrylic acid Bên cạnh đó, xảy số phản ứng phụ liên quan đến oxy hóa tác chất sản phẩm Một số phản ứng phụ đặc trưng sau: C3H4O + O2 → CO2 + 2H2O C3H4O + O2 → C2H4O2 + CO2 Acetic acid C3H6 + O2 → 3CO2 + 3H2O 2.2 Thông tin động học phản ứng Những phản ứng xảy phản ứng không thuận nghịch Động học chất xúc tác sử dụng quy trình sau: C3H4O + O2 → C3H4O2 + H2O Acrylic acid Phản ứng C3H6 + O2 → C2H4O2 + CO2 + H2O Phản ứng Acetic acid C3H6 + O2 → 3CO2 + 3H2O Phản ứng −𝐸𝑖 Mà −𝑟𝑖 = 𝑘0,𝑖 × 𝑒 𝑅𝑇 × 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑦𝑙𝑒𝑛𝑒 × 𝑃𝑜𝑥𝑦𝑔𝑒𝑛 Đơn vị áp suất kPa, giá trị Ei ko,i cho bảng sau: i Ei (kcal/kmol) ko,i 15000 1.59 x 105 20000 8.83 x 105 25000 1.81 x 108 Những thông số động học trình bày sử dụng khoảng nhiệt độ 250 – 330°C Trên 330°C, chất xúc tác bắt đầu kết tủa cịn 250°C tốc độ phản ứng giảm nhanh Do đó, chất xúc tác khơng thể hoạt động ngồi khoảng nhiệt độ 250 – 330°C 2.3 Tổng quan nguyên liệu sản phẩm 2.3.1 Nguyên liệu – Propylene Propylene chất khí khơng màu, mùi ngọt, cháy với lửa màu vàng, có mùi hắc ứng dụng sản xuất polypropylene, nhứng loại polymer phổ biến sản xuất giới a Tổng quan Propylen: Các tên gọi khác: propene, 1-propene, methylethylene,… Công thức hóa học: C3H6 10 ... phản ứng trình sản xuất acrylic acid từ propylene gồm hai bước: đầu tiên, propylene oxy hóa thành acrolein sau acrolein tiếp tục oxy hóa thành acrylic acid Hai bước thường diễn với xúc tác điều... Thành phần mol dòng acrylic acid sản phẩm 19 12 Thông số suất lượng dòng acetic acid sản phẩm 20 13 Thành phần mol dòng acetic acid sản phẩm 20 14 Mơ quy trình sản xuất Acrylic. .. 2.3.4 .Sản phẩm – Acrylic acid 12 2.4 Các công nghệ sản xuất acrylic acid 13 2.4.1 Sản xuất axit acrylic từ acetylene - Tổng hợp Reppe từ công nghệ BASF 13 2.4.2 Polyme hóa