Đồ án thiết kế một nhà máy sản xuất vinyl axetat

MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cũng như sự phát triển cao của đời sống xã hội thì nhu cầu sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật ngày một cao, đặc biệt khi các ngu[.]

MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, phát triển cao đời sống xã hội nhu cầu sử dụng loại vật liệu kỹ thuật ngày cao, đặc biệt nguồn nguyên liệu tự nhiên ngày cạn kiệt Các loại vật chất tổng hợp hữu có nhiều ưu điểm cơ,lý, hố nên ngày được sử dụng rộng rãi nhiều nghành cơng nghiệp khác Một q trình q trình quan trọng cơng nghiệp tổng hợp hợp chất hữu q trình Vinyl hố Vinyl hố q trình quan trọng q trình tổng hợp chất trung gian nhằm phục vụ cho trình tổng hợp hợp chất hữu cuối Nhờ q trình Vinyl hố, người ta tiến hành tổng hợp Vinyl Axetat từ Axetylen axit Axetic pha khí với xúc tác axetat kẽm Đây phương pháp đạt hiệu suất cao Vinyl Axetat monome quan trọng công nghiệp chất dẻo sợi tổng hợp Ngày nay, với nhu cầu ngày nhiều chất dẻo sợi tổng hợp, công nghiệp sản xuất Vinyl Axetat ngày phát triển mạnh năm gần xuất thêm nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp VA nhằm làm cho trình sản xuất VA ngày hồn thiện Trên giới, việc sản xuất sử dụng VA khác vùng Bắc Mỹ, VA sản xuất dựa vào trình axit axetic / etylen với công nghệ tầng cố định pha lượng VA tạo thành dùng chủ yếu để tạo polyvinyl axetat, Tây Âu Châu lại sử dụng trình axit axetic / axetylen lượng VA tạo thành dùng chủ yếu để tạo polyvinyl alcol Ngày nhu cầu sử dụng Viny Axetat ngành cơng nghiệp nước nói riêng, giới nói chung ngày tăng Đặc biệt đất nước ta công cuôc công nghiệp hố, đại hố có sẵn nguồn nguồn ngun liệu cho q trình tổng hợp Ngồi nguồn ngun liệu truyền thống ngày ngành cơng nghiệp chế biến khí phát triển mạnh tạo nguồn nguyền nguyên liệu giá giẻ phong phú cho trình tổng hợp Do đó, Việt Nam việc thiết kế nhà máy sản xuất Vinyl Axetat vấn đề cần thiết có ý nghĩa quan trọng PHẦN TỔNG QUAN LÝ THUYẾT A TÍNH CHẤT CỦA NGUN LIỆU: I TÍNH CHẤT CỦA AXETYLEN Tính chất vật lý, hoá lý Ở điều kiện thường Axetylen chất khí khơng mầu , khơng độc , có mùi thơm dạng ete ( có tác dụng gây mê ) Một số tính chất vật lý chủ yếu Axetylen :  Nhiệt độ ngưng tụ – 83,3 o C ( áp suất 0,102 Mpa )  Nhiệt độ phân huỷ tới hạn +35,5 o C  Nhiệt nóng chảy 5,585 Kj / mol  Nhiệt hoá 15,21 Kj / mol  áp suất phân huỷ tới hạn 6,04 Mpa  Trọng lượng phân 26,02 kg / kmol Tại 00 C áp suất 101,3 Kpa :  Trọng lượng riêng 1,173 kg / m  Nhiệt dung riêng : Cp = 42,7 j mol-1.k-1  Cv = 34,7 j / mol-1.K-1  Độ nhớt động học :  = 9,43 Pa.s  Độ dẫn nhiệt : 0,0187 A/ m  Tốc độ chuyền âm : 341 m/s  Hệ số nén : 0,9909  Entapy : 8,32 Kj / mol  Entropy : 197 j / mol Axetylen có khả tạo hỗn hợp nổ với khơng khí giới hạn rộng : từ 20 % đến 80 % thể tích Giới hạn áp suất nguy hiểm 0,2 Mpa Axetylen cịn có khả dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với với Flo , Clo , … tác dụng ánh sáng Do để tránh cháy nổ người ta thường pha thêm khí trơ , Hyđrơ , amoniac… vào thùng chứa axetylen vận chuyển Axetylen không bị phân hủy điều kiện nhiệt độ thường áp suất khí Khi cháy , axetylen toả lượng nhiệt lớn ( m axetylen cháy toả lượng nhiệt 13,307 kcal ) , ứng dụng vào việc hàn cắt kim loại Ở nhiệt độ môi trường áp suất khí axtylen tinh khiết khơng bị phân huỷ.Khi áp suất vượt q áp suất khí bắt đầu xảy phân huỷ,axetylen lỏng xảy phân huỷ nhiệt,do va chạm hay tác dụng xúc tác Vì axetylen khó hoá lỏng đẻ bảo quản vận chuyển được.Axetylen rắn bị phẩn huỷ so với dạng lỏng ,tuy lại vật liệu khơng ổn định nguy hiểm Một tính chất quan trọng nửa cuae axetylen khả hồ tan lớn nhiều so với hyđrocacbon khác Nó hồ tan tốt dung mơi có cực: 200C thể tích nước hồ tan thể tích axetylen, độ hồ tan giảm nhiệt độ tăng.Axetylen hoà tan tốt nhiều dung môi hữu dung môi vô khác,ở 200C thể tích axeton hồ tan 24 thể tích axetylen Tính chất hồ tan tốt axetylen q trình điều chế tách khỏi hỗn hợp khí lạm cách dễ dàng ứng dụng dẻ vận chuyển, chứa đựng,bảo quản Axetylen làm giầu từ hỗn hựp hydrocacbon C chưng cất nhiệt độ thấp Để tránh phân huỷ nồng độ dịng không vượt 42%.Khi áp suất lớn 0.5Mpa 0C axetylen nước tạo hyđrat dạng C2H2.(H2O) 5,8 Nếu có mặt axeton hyđrat có dạng [C 2H 2] [(CH3)2CO][H2O]17 Axetylen bị hấp thụ than hoạt tính, silic oxit zeolit.Các chất hấp phụ sử dụng để tách axetylen từ hỗn hợp khí Axetylen bị hấp phụ bề mặt kim loại thuỷ tinh, dung dịch keo paladi hấp phụ tới 460 mg C2H2 /1gPd Tính chất hố học Axetylen hydrocacbon khơng no có cơng thức phân tử C 2H2, cơng thức cấu tạo CH  CH , liên kết ba xen phủ hai liên kết  có khả hoạt động lớn ( thể rõ tính khơng no ) sp  Độ dài liên kết C C 1,20  , CH 1,06  Với cấu tạo C2H2 có phản ứng đăc trưng cộng hợp : cộng hợp với H2 , halogen H2O … a Phản ứng cộng hợp  Với H2 Xúc tác,P =1at Xúc tác CH  CH + HO2 CH2 = CH2 t =250300OC + H2 CH3  CH3 Xúc tác dùng Pt Pd Ni , tO CH  CH + 2H2 CH3  CH3  Với Halogen : Cl2 , F2 , Br2 CH  CH + Br2 + h H C=C Br Br + Br2 CHBr2  CHBr2 H Khi cộng hợp với Cl2 pha khí , phản ứng xảy mãnh liệt dễ gây nổ , phải tiến hành pha lỏng với xúc tác SbCl3 ( antimontriclorua) SbCl3 + Cl2 SbCl5 CH  CH + SbCl5 CHCl2 = CHCl2 + SbCl3  Với axit vô axit hữu tạo thành nhiều vinyl có giá trị * ) CH  CH + HCl CH2 = CHCl Phản ứng xảy pha t o = 150  180OC với xúc tác HgCl2 / than hoạt tính *) Cộng với H2SO4 tạo thành vinylsunfo CH  CH + H2SO4 CH2 = CH  OSO3H *) Cộng với HCN tạo thành acrylonitril CH  CH + HCN Xúc tác , 80OC CH2 = CH  CN Xúc tác CuCl2 NH4Cl *) Cộng với axit axetic tạo thành vinylaxetat Xúc tác , tO CH  CH + CH3COOH CH2 = CH  OCOCH3 Xúc tác nhiệt độ tuỳ thuộc vào phản ứng tiến hành pha lỏng pha Phản ứng nói kỹ phần sau  Với H2O Xúc tác CH  CH + H 2O O CH3  CHO t =75 100O C Xúc tác Hg2 H2SO4 Khi có oxit kẽm oxit sắt nhiệt độ 360 – 450 0C Axetylen tác dụng với nước tạo thành Axeton: 2CHCH + 3H2Ohơi CH – CO – CH3 + CO2 + 2H2 b.Phản ứng trùng hợp: Phản ứng Dime hoá môi trường HCl tạo thành vinylaxetylen CH  CH Xúc tác,80O C CH2 = CH  C CH Xúc tác Cu2Cl2 dung môi NH4Cl  Phản ứng Trime hoá 600O C 3CH  CH C6H6 C c Tính axit Do liên kết C H , độ âm điện Cacbon lớn Hydro nên điện tử bị hút phía Cacbon , ngun tử Hydro dễ dàng tách làm cho axetylen có tính axit  Tác dụng với Natri kim loại NH3 loãng CH  CH + 2Na NaC  CNa + H2  Tạo muối axetylenit với kim loại CH  CH + 2Me MeC  CMe + H Điều chế Axetylen Điều chế từ cacbua canxi Cacbua canxi thu từ oxit canxi cốc lò hồ quang điện, phản ứng xảy mảnh liệt đòi hỏi nguồn lượng điện dự trữ lớn.Đây yếu tố định giá thành axetylen sản xuất Khi thuỷ phân cacbua canxi nước ta thu axetylen (phản ứng toả nhiều nhiệt) hô quang điện CaO + 3C CaC2 +2H2O CaC2 + CO C2H2 + Ca(OH)2 H = - 127,1Kj/mol Từ kg cacbua canxi kỹ thuật có chứa tạp chất cốc, oxit canxi chất khác thu 230  280 lít khí axetylen Theo lý thuyết từ kg cacbua canxi thu 380 lít C2H2 Chế biến axetylen từ hydrocacbon: Ta thu axetylen từ Metan parafin khác cách nhiệt phân nhiệt độ cao theo phản ứng thuận nghịch sau: 2CH4  C2H2 + 3H2 H0298 =376 KJ / mol C6H6  3C2H2 H0298 =311KJ/mol Đây phản ứng thu nhiệt, cân chúng dịch chuyển bên phải nhiệt độ khoảng : 1000 1300 0C thực tế để tăng vận tốc phản ứng cần nhiệt độ lớn 15000C CH4 12000C hydrocacbon lỏng Trong sản phẩm khí thu ngồi axetylen cịn có lẫn nhữnh parafin, olefin thấp phân tử ,benzen, metyl axetylen vinyl axetylen , diaxetylen II TÍNH CHẤT CỦA AXIT AXETIC Tính chất vật lý Axit axetic chất lỏng khơng màu, có mùi chua giấm , có vị chua , có tác dụng phá huỷ da gây bỏng Axit Axetic dễ hoà tan nước, rượu , axeton dung môi khác theo tỉ lệ Axit Axetic tan tốt xenluloza nitroxenluloza Khi đun nóng, axit Axetic hoà tan lượng nhỏ phốtpho lượng nhỏ lưu huỳnh Axit Axetic cịn hồ tan nhiều chất hữu , vô , hợp chất ổn định, không bị phân huỷ nhiệt độ 400OC, nhiệt độ đốt nóng 3490 kcal/mol Một số tính chất vật lý chủ yếu Axit Axetic :  Tỉ trọng 1,049 g/cm ( 20 O C )  Kết tinh nhiệt độ 16,63 O C thành tinh thể khơng màu có khối lượng riêng 1,105 g/cm  Nhiệt độ sôi tso = 118 OC Bảng thông số vật lý đặc trưng axit axetic Đại lượng Giá trị Nhiệt dung riêng ,Cp (ở nhiệt độ 250C) Nhiệt dung riêng ,Cp 1 2,043 J.g - 1,470 J.g - 195,5 J/ 394,5 J/ 10,97 m.Pa K-1 Nhiệt dung riêng ,Cp ( dạng tinh thể, 1,50C) J.g - K-1 (dạng lỏng, 19,40C ) 1,110 K-1 Nhiệt kết tinh g Nhiệt hoá (ở nhiệt độ sôi) g Độ nhớt (ở 250C) Hằng số điện môi (ở nhiệt độ 200C) 6,170 Chỉ số khúc xạ nD20 Entapy tạo thành 1,3719 (H0298 lỏng) -484,50 Kj / -432,25 Kj / mol Entapy tạo thành (H0298 hơi) mol Điệm chớp cháy cốc kín 430 C Điểm tự bốc cháy 465 C Giớ hạn nổ khơng khí 4,0 - 16% thể tích Nhiệt độ tới hạn , Tc 592,71 K áp suất tới hạn , Pc 5,786 MPa Axit axetic có nhiệt độ sơi cao rượu có khối lượng phân tử phân tử axit có liên kết hydro bền vững Ngồi , axit axetic cịn có khả hút ẩm từ khơng khí Axit axetic ứng dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm , dệt sản phẩm trung gian quan trọng tổng hợp hữu Axit axetic dùng để điều chế axeton , etyl axetat , i-amyl axetat , số dược phẩm ( aspirin …), polime ( vinylaxetat , xenlulozơ axetat …), chất diệt cỏ … Nhôm axetat crom axetat dùng làm chất cầm màu công nghiệp nhuộm Dung dịch axit axetic  6% dùng làm dấm ăn ( thu cho lên men giấm dung dịch đường , rượu etylic …) Tính chất hố học: Axit axetic có cơng thức phân tử CH 3COOH , axit lần axit công thức cấu tạo : O CH3 C O H Các tính chất hố học định có mặt của nhóm cacboxyl  COOH phân tử  Trong nước , CH3COOH phân ly ( điện ly ) O CH3COOH + H2O CH3 + H3O+ C O So với axit vơ CH3COOH axit yếu , Ka nhỏ  Tác dụng với dung dịch kiềm CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Muối tạo thành bị phân huỷ mạnh nước  Tác dụng với Pentaclorua Photpho ( PCl5 ) tạo thành clorua axetic CH3  C = O + POCl3 + HCl CH3COOH + PCl5 Cl  Phản ứng loại H2O tạo thành Anhydrit axetic O CH3 O C P2O5 OH OH CH3 - H2O C CH3 C O CH3 H2O C O O  + Tác dụng với kim loại tạo muối axetat : 2CH3COOH + Mn (CH3COO)2Mn + H2 Muối axit axetic có giá trị sử dụng lớn Axetat kem, axetat đồng sử dụng đẻ làm bột màu Ngoài axetat sắt, axetat natri, axetat mangan … sử dụng để làm xúc tác cho trình tổng hợp hữu  Phản ứng tổng hợp Axeto-phenon : Cho hỗn hợp axit axetic axit benzoic qua xúc tác (THO2, MnO2) 400  5000C : CH3COOH + C6H5COOH C6H5COCH3 + CO2 + H2O Axeton-phenon có mùi dễ chịu sử dụng công nghiệp hương liệu để sản xuất xà phòng thơm  Phản ứng với axetylen với xúc tác thuỷ ngân nhiệt độ 70  850C tạo thành etyl diaxetat: 2CH3COOH + C2H2 CH3 – CH - (OCOCH3)2 Dưới tác dụng nhiệt độ xúc tác etyl diaxetat phân huỷ tạo thành axetaldehyt anhydric axetic CH3CH(OCOCH3)2  CH3CHO + (CH3CO)2O Phản ứng halogen vào gốc hydrocacbon CH3COOH + Cl2  XT,t0 90 100O C ClCH2COOH + HCl Tác dụng với rượu tạo thành este ( Phản ứng este hóa ) CH3COOH + ROH H2SO4 CH3COOR + H2O 10 ...và phong phú cho q trình tổng hợp Do đó, Việt Nam việc thiết kế nhà máy sản xuất Vinyl Axetat vấn đề cần thiết có ý nghĩa quan trọng PHẦN TỔNG QUAN LÝ THUYẾT A TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN... cho ta sản phẩm polyvinylaxetat , sản phẩm có giá trị nhiều lĩnh vực sản xuất keo dán, sơn , vecni… Tính chất hố học: Trong phân tử VA có liên kết đơi nên VA có khả tham gia nhiều phản ứng kết hợp...  CH2  CH ~ OH OH + CH3COOR OH Rượu polyvinylic bán sản phẩm dùng sản xuất sợi vinylon , keo dán … Khi thuỷ phân PVA môi trường axit ta thu rượu polyvinylic  CH2  CH  OCOCH3 + n H2O H 