ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ DẦU KHÍ KHAI THÁC DẦU BÁO CÁO DỰ ÁN LIÊN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Đề tài TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐN.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ & KHAI THÁC DẦU BÁO CÁO DỰ ÁN LIÊN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Đề tài: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC ĐỂ PHÂN RIÊNG HỖN HỢP ACETON – BENZEN BẰNG THÁP ĐỆM Lớp học phần: 20N52 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Hữu Trì TS Nguyễn Thị Thanh Xn TS Nguyễn Thanh Bình Nhóm thưc hiện: Nhóm Nguyễn Cảnh Nghị Nhóm trưởng Lê Tiến Linh Thành viên Huỳnh Ngọc Huy Thành viên Đà Nẵng, tháng năm 2023 LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh kinh tế Việt Nam đà phát triển mạnh mẽ nay, tăng trưởng GDP đạt 6,5% năm 2022 cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp hóa học nói riêng đóng vai trị vơ to lớn vào đà tăng trưởng chung đất nước Ngành cơng nghệ hóa học giữ vai trò quan trọng việc sản xuất sản phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển Kinh tế phát triển, nhu cầu người ngày tăng Do sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng, phong phú theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Trong cơng nghiệp có nhiều phương pháp chưng cất khác phương pháp chưng cất liên tục sử dụng rộng rãi thường xuyên Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ bay khác cấu tử hổn hợp.Về thiết bị có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà người ta chọn loại thiết bị phù hợp Chính lý mục đích dự án tính tốn thiết kế hệ thống tháp đệm chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử Aceton Benzen có nâng suất 38 tấn/ngày, nồng độ hỗn hợp đầu 40%, nồng độ sản phẩm đỉnh 98%, nồng độ sản phẩm đáy 1% LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan toàn nội dung dự án chúng tơi tìm kiếm tài liệu tham khảo trình bày tài liệu trình bày bên thật Khơng có chép từ đồ án khác, tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Chúng xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, BIỆN LUẬN LỰA CHỌN LOẠI THÁP CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Tổng quan sản phẩm 1.1 Aceton 1.1.1 Khái niệm Axeton hợp chất hữu dạng xeton đơn giản nhất, tồn dạng lỏng, không màu, tan tốt nước và dễ cháy Axeton dùng để tổng hợp chất hữu có thành phần sơn móng tay dung môi chủ yếu để làm phịng thí nghiệm. Aceton có cơng thức hóa học CH3COCH3 1.1.2 Tính chất vật lý Axeton biết đến loại chất lỏng, xeton khác thường chất rắn có mùi thơm Axeton tan vơ hạn nước, cịn xeton khác có độ tan giảm dần mà mạch cacbon tăng Ngồi ra, Axeton dùng làm dung mơi nguyên liệu đầu để tổng hợp số chất hữu - Khối lượng mol: 58,04 g/mol - Khối lượng riêng: 0,791 g/cm3 - Điểm nóng chảy (°C): -950C đến -930C - Điểm sôi (°C): 56-570C - Nhiệt lượng đốt cháy: 1788,7 kJ/mol - Nhiệt độ giới hạn: 235,50C - Độ Axit (pKa): 19,2 - Độ Bazơ (pKb): -5,2 (với Bazơ liên hợp) - Độ nhớt: 0.3075 cP - Độ hịa tan: Tan vơ hạn nước, trộn hầu hết dung môi hữu ethanol, ether, chloroform, dầu mỡ động vật 1.1.3 Tính chất hóa học Trong phân tử aceton liên kết C=O ln phân ly phía O oxy có độ âm điện lớn C nên nhóm C=O định tính chất hóa học đặc trưng aceton mà bật phản ứng cộng nucleophin Aceton cộng với hidro tạo thành rượu bậc Aceton cộng với bisunfit tạo kết tủa Aceton bị oxi hóa: Axeton khơng bị oxi hóa dung dịch bạc nitrat amonia đồng hydroxit gặp chất oxi hóa mạnh thuốc tím axit sulfuric, Kali dicromat axit sulfuric bị cắt mạch cacbon cạnh nhóm cacbonyl để tạo axit hữu Aceton tác dụng với amin Phản ứng khử: Điều kiện để phản ứng khử xảy ra, người ta dùng H xúc tác Niken, Platin 1.1.4 Điều chế Axeton sản xuất trực tiếp gián tiếp từ Propen Khoảng 83% axeton sản xuất thông qua phương pháp cumen - dựa phương pháp mà sản xuất axeton gắn liền với việc sản xuất phenol Phương pháp cumen gồm việc alkyl hóa benzen với propen, từ sinh cumen, ta oxi hóa sinh axeton phenol Ngồi ra, Axeton sản xuất trực phương thức oxi hay hidro hóa propen, từ sinh 2-propanol (isopropanol), tiếp đến oxi isopropanol ta Axeton Axeton sản phẩm phụ trình lên men, nên sản xuất dạng sản phẩm phụ công nghiệp chưng cất 1.1.5 Ứng dụng Ứng dụng ngành y học dược phẩm Công dụng acetone mỹ phẩm Sử dụng acetone phịng thí nghiệm Cơng dụng acetone điện tử Sử dụng acetone mục đích gia dụng 1.2 Benzen 1.2.1 Khái niệm Benzen chất lỏng, không màu, không tan nước, nhẹ nước, hòa tan nhiều chất như: dầu ăn, nến, cao su, iot Benzen độc Công thức phân tử: C6H6 Cấu tạo: 1.2.2 Tính chất vật lý Benzen chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy nhiệt độ thường Benzen tan nước rượu Có khả cháy tạo khí CO₂ nước, đặc biệt có sinh muội than Khối lượng mol: 78,1121g/mol Khối lượng riêng: 0,8786 g/cm3 Điểm nóng chảy: 5,5°C Điểm sơi: 80,1 °C Độ hịa tan nước: 1,79 g/L (25 °C) Độ nhớt: 0.7528 cP (10 °C) 0.6076 cP (25 °C) 0.4965 cP (40 °C) 0.3075 cP (80 °C) 1.2.3 Tính chất hóa học Phản ứng - Phản ứng với halogen - Phản ứng với axit nitric Nguyên tắc thế: - Các ankylbenzen dễ tham gia phản ứng nguyên tử H vòng benzen benzen ưu tiên vị trí ortho para so với nhóm ankyl Thế nguyên tử H mạch nhánh: - Nếu đun toluen ankylbenzen với brom, xảy phản ứng nguyên tử H mạch nhánh tương tự ankan C6H5CH3 + Cl2 C6H5CH2Cl + HCl (điều kiện ánh sáng tỉ lệ 1:1) Phản ứng cộng - Cộng hiđro - Cộng clo - Phản ứng oxi hố khơng hồn tồn - Phản ứng oxi hố hồn toàn CnH2n-6 + n−3 O2 t→° nCO2 + (n-3) H2O Phản ứng với H2SO4 C6H6+H2SO4 → H2O+C6H5SO3H 1.2.4 Điều chế Benzen, toluen, xylen…được điều chế cách chưng cất dầu mỏ nhựa than đá Ngồi chúng cịn điều chế từ ankan, xicloankan: Phương trình phản ứng: CH3[CH2]4CH3 t °→, xt C6H6 + 4H2 Etylbenzen lại điều chế từ benzen etilen Phương trình phản ứng: C6H6 + CH2=CH2 →C6H5CH2CH3 1.2.5 Ứng dụng Trong sống benzen sử dụng nhiều sản xuất dược phẩm hay chất quan trọng phục vụ cho nhu cầu người Một số ứng dụng chính: - Benzen nguyên liệu quan trọng ngành công nghiệp hóa hữu Người ta sử dụng benzen để tổng hợp monome sản xuất polime làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, cao su buna-stiren, tơ capron) Từ benzen người ta cịn điều chế nitrobenzen, anilin, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ dịch hại, - - Toluen dùng để xuất thuốc nổ TNT - Benzen, toluen xilen khác dùng để làm dung mơi Giới thiệu q trình chưng cất, phương pháp chưng cất 2.1 Khái niệm chưng cất Chưng cất phương pháp tách hỗn hợp cấu tử (lỏng/khí) khỏi dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ áp suất bão hòa cấu tử khác nhau) Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần “rất” cấu tử có độ bay bé Ngược lại, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần “rất” cấu tử có độ bay lớn 2.2 Các phương pháp chưng cất Trong sản xuất ta thường gặp phương pháp chưng cất sau đây: - Chưng đơn giản: Dùng để tách hỗn hợp gồm có cấu tử có độ bay khác Phương pháp thường dung để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất - Chưng nước trực tiếp: Dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, thường ứng dụng trường hợp chất tách không tan vào nước - Chưng chân không: Dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Phương pháp sử dụng cấu tử dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sôi cao - Chưng luyện: Là phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn tồn vào Về thực chất trình chưng nhiều lần để thu sản phẩm tinh khiết Trong trường hợp ta chọn phương pháp chưng luyện Aceton – Benzen hai chất lỏng hịa tan hồn tồn vào nhiệt độ sôi Aceton 56,1ºC, nhiệt độ sôi Benzen 80,1ºC nhiệt độ sơi khả bay dễ với sản phẩm Aceton với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng Aceton – Benzen hỗn hợp khơng có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng luyện hiệu ... việc tháp chưng cất CHƯƠNG II: TÍNH CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH Cân vật liệu Mục đích: Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp Acetone – Benzene tháp đệm 1.1... ta chọn loại thiết bị phù hợp Chính lý mục đích dự án tính tốn thiết kế hệ thống tháp đệm chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử Aceton Benzen có nâng suất 38 tấn/ngày, nồng độ hỗn hợp đầu 40%,... 3 Biện luận lựa chọn tháp chưng cất dây chuyền công nghệ 3.1 Thiết bị chưng cất - Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Yêu cầu thiết bị giống nhau: diện tích