Công nghệ hoá học

Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Mục lục Mở đầu PhÇn I - Lý thuyÕt chung Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1 Phenol 1.2 Cumen .12 Chơng 2: Các phơng pháp sản xuất phenol 16 2.1 Quá trình sản xuất phơng pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo .17 2.2 Quá trình sản xuất phenol phơng pháp clo hãa benzen 21 2.3 S¶n xuÊt phenol Quá trình dehydro hóa dẫn xuất cyclohexanol cyclohexanon 23 2.4 Quá trình sản xuất phenol phơng pháp oxy hóa toluen 24 2.5 Quá trình axetoxyl hãa 29 2.6 Oxy ho¸ trùc tiÕp benzen 30 2.7 S¶n xuất phenol phơng pháp oxy hoá cumen 30 2.8 So sánh phơng pháp sản xuÊt phenol 33 Ch¬ng 3: Sản xuất phenol phơng pháp oxy hóa cumen 36 3.1.C¬ së lý thut cđa sù oxy hãa cumen .36 3.2 Cơ sở lý thuyết trình phân hủy cumen hydroperoxit b»ng xóc t¸c axit 40 3.3.Công nghệ trình oxy hóa cumen 43 Phần II - Tính toán 46 Chơng 1: Tính toán cân vật chất hệ thống tháp oxy hoá 46 Chơng 2: Tính cân nhiệt lợng hệ thống tháp oxy hoá 52 Chơng 3: Tính toán thiết bị (tháp oxy hoá) 56 PHần III - ThiÕt kÕ x©y dùng 65 III.1 Xác định địa điểm x©y dùng 65 III.1.1.Nhiệm vụ yêu cầu 65 III.1.2 Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng 65 III.2 Thiết kế tổng mặt nhà m¸y 67 Yêu cầu thiết kế tổng mặt nhà máy 67 Phân vùng nhà m¸y 68 Tỉng mỈt b»ng 69 C¸c chØ tiªu 70 Nhà sản xuất .70 Phần IV- an toàn lao động phân xởng 72 I Kh¸i qu¸t chung 72 II Nguyên nhân xảy tai nạn lao động 72 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học III Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động 73 III.1 Phßng chèng bơi 73 III.2.C¸c biện pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ 73 kÕt luËn 75 tµi liƯu tham kh¶o 76 Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Nguyễn Hồng Liên đà tận tình giảng dạy em thời gian qua nh hớng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Qua em xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo môn Hoá hữu - Hoá dầu đà truyền thụ kiến thức quý báu cho thân em Tôi xin cảm ơn tới gia đình bạn bè lớp đà động viên giúp đỡ hoàn thành tốt đồ án Hà nội ngày 28 tháng năm 2008 Lời cảm ơn Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Sinh Minh Tuấn viên: Lê Hock sản xuất phenol từ cumen Phenol đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp nh làm nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian sản phẩm cuối quan trọng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp bảng 1: Mở ĐầU Bảng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp.[1] Tây âu( Phenol (hydroxyl benzene, carbolic, axit, C6H5OH) dẫn xuất dÃy thơm đợc F Runge phát lần vào năm 1834, chất dÃy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào gốc aromatic Phenol tồn nh thành phần tự nh sản phẩm có mặt chất tự nhiên thực thể sinh vật Ban đầu phenol đợc lấy từ nhựa than đá, sau lợng tiêu thụ phenol tăng lên cách đáng quan tâm phenol đợc sản xuất nhiều phơng pháp tổng hợp khác Lúc đầu phơng pháp tổng hợp phenol từ axit benzensulfonic (C6H5SO3H) clobenzen (C6H5Cl) sau đợc thay trình sản xuất đại hơn, mà chủ yếu trình Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 1973 Nhùa phenol 37 Capro lactan 22 Axit adipic 12 Bisphend A 11 Aniline Các sản phẩm khác 18 Lợng tiêu thụ(106 tấn) 0,954 Hầu hết phenol thành phẩm đợc chế biến thành keo phenol dùng cho ngành công Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học nghiệp chất dẻo, nhựa, sản xuất sơn, sản xuất thuốc nhuộm, dùng dợc phẩm, sản xuất chất nổ trình tổng hợp hữu tinh vi khác Các trình sản xuất phenol bị cản trở tính an toàn cao làm nguyên liệu sản xuất so với nguyên liệu từ benzen Tất sản phẩm có giá trị kinh tế quan trọng chúng đợc sản xuất phạm vi rộng tạo nhiều vật liệu cho ngời tiêu dùng Chẳng hạn nh là: chất kết dính, bọt cách điện, chất tẩy vết bẩn, nhùa platic, thc diƯt cá, thc trõ s©u, thc nhm, hơng vị cao su hoá học Bảng sản lợng phenol sản xuất giới theo phơng pháp khác nhau: Bảng Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất giới [1] Quốc gia Tây âu Mỹ Nhật Châu Đông âu Năm Năng suất 106 tấn/năm Từ cumen (%) Từ toluen (%) 1973 1,14 87 1978 1,48 88 10 1985 1,3 92 1989 1,45 93 1974 1,25 97 1977 1,5 95 1985 1,5 98 1989 1,9 98 1977 0,28 100 1985 0,4 99 1989 0,6 99 1985 0,89 1989 0,9 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu – K 48 ThÕ giíi 1989 Nh ®· trình bày ta thấy phenol giữ vai trß quan träng nỊn kinh tÕ, trùc tiÕp hay gián tiếp Chúng ta sản xuất nhiều sản phẩm cần thiết quan trọng cho xà hội từ phenol Việt Nam công nghệ sản xuất phenol cha phát triển, nguồn cung cấp phenol từ chng thu than đá, nhng cha thoả mÃn nhu cầu sử dụng nớc Phần lớn phải nhập từ nớc Vì vấn đề nghiên cứu phơng pháp sản xuất phenol có ý nghĩa khoa học thực tế lớn Phần I Lý thuyết chung Đồ án tốt nghiệp Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm Khoa công nghệ hoá học Bảng Các hỗn hợp đồng tạo thành phenol [1] 1.1 phenol: 1.1.1 TÝnh chÊt vËt lý phenol:[2] Phenol chất rắn, tinh thể không màu, có mùi vị đặc trng, nóng chảy 420C sôi 181,40C Cấu tử thứ hai áp suất, kP Níc 101,3 78,8 39,2 Isopropynbenze n n-Propynbenzen - Metylstrylen 101,3 Khối lợng phân tử: 94,42 kg/Kmol 20 Tỷ trọng: d 1, 072 g / cm Phenol ë ®iỊu kiện thờng có dạng hình kim hay hình khối màu trắng, tan nớc cho chất lỏng không màu Phenol dễ bị tác dụng ánh sáng không khí nên có màu hồng Giới hạn cho phép không khí 0,005 mg/l Phenol tan nớc lạnh nhng hoà tan hoàn toàn nhiệt độ lớn 65,3 0C Hợp chất dễ tan hydrocacbon thơm, rợu ete nhng tan parafin không tan cacbonat kiềm Phenol có tính sát trùng mạnh, gây bỏng da độc thể Hỗn hợp phenol khoảng 10% khối lợng nớc đợc gọi dung dịch phenol, tồn trạng thái lỏng nhiệt độ phòng Có thể nói phenol dung dịch thực dung dịch hữu (các hydrocacbon thơm, rợu, xeton, ete, axit, hợp chất halogenhydrocacbon ) Phenol tạo thành hỗn hợp đồng với nớc chất khác, tham khảo bảng số liệu sau (Bảng 3) Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 101,3 101,3 Các thông số vật lý khác phenol.[1] Khối phân 94,11 lợng tử Nhiệt độ sôi (101,3 kPa) 181,75 0C Nhiệt độ nóng chảy 40,9 0C Tỷ trọng tơng đối 1,092 C Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá häc 20 0C 1,071 50 0C 1,050  §é nhít ®éng häc: NhiÖt ®é (0C) 20 50 100 150  Giới hạn cháy nổ thấp không Độ nhớt (MPa.s) khÝ ë 101,3 kPa lµ 1,3%V 11,41 (50g/cm3) 3,421 1,5 Nồng độ bÃo 0,67 hoà Hằng sè ph©n ly níc (20 0C 1,28.10-10 )  Nhiệt hoá 514 ( Kj/kg) (182 0C) Nhiệt tạo thành 160 (Kj/kg) (20 0C ) Nhiệt -32,590 kj/kg Nhiệt dung riêng: 1,256 (Kjkg-1k-1) Điểm chớp ch¸y: (DIN 51758) 81 0C ch¸y 0 C 20 C kh«ng khÝ ( ë 200C) 0,77 g/cm3  Nhiệt độ bốc cháy (DIN 51794) 595 0C Nhiệt độ tự bốc cháy 715 C Điểm chớp cháy hỗn hợp với nớc 1,394 (Kjkg-1k-1) 1- 4% 50 C 2,244 (Kjkg-1k-1) 100 2,382 (Kjkg-1k-1)  NhiÖt dung riêng (trạng thái hơi): 27 0C 1,105 kjkg-1k-1 níc kho¶ng > 82 C > 4,5% C níc > 100 0C  §iƯn trë st ( 450C ) >1,8107 .m 527 0C 2,260 kjkg-1k-1 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Hỗn hợp 4,9 106 .m với 5% nớc áp suất bÃo hòa phenol nhiệt độ khác nhau: Nhiệt ®é (0C) 20 36, 48,5 58,3 69 ¸p suÊt (kPa) 0,0 0,1 0,25 0,5 1,0 1.1.2 C¸c tÝnh chÊt ho¸ häc cđa phenol: [4] Phenol chøa nhãm - OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể đặc tính thơm đặc tính đợc tăng lên ảnh hởng nhóm - OH ( nhóm loại I làm hoạt hoá nhân benzen) Công thức phân tử phenol là:C6H6O OH Công thức cấu tạo : Các tính chất hoá học phenol bắt nguồn từ đặc tính nhóm OH nhân bezen electrophyl cao benzen Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl nhân thơm 84,8 Tính axit : Phenol tác dụng đợc với kiềm mà tác dụng đợc với dung dÞch kiỊm C 6H5OH + NaOH  C6H5ONa + H2O Phenol có tính axit mạnh nớc (Ka =10-10 ), rợu nhng yếu axit cacbonic ( Ka=10-5) Vì cho tác dụng với axit vô phenol bị giải phóng khỏi muối C 6H5O+ H2CO3 C6H5OH + HCO3- Tạo thành ete C6H5OR: Trong ph©n tư + NaOH + RX phenol cã oxy liên hợp c h oh c h ona c6h5or + nax 6 H O (p-) cña electron tự nguyên tử oxy với Phản ứng alkyl electron vòng benzen khiến cho liên kết (hoá nhóm OH tiến O-H) phân cực so với (-O-H) alcol, hành thuận lợi từ nguyên nhân gây tính axit phenol Do có phenolat C6H5ONa hiệu ứng liên hợp mà mật độ eletron nhân tăng lên làm cho phenol có phản ứng Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Axyl hóa nhóm OH tạo este  Ph¶n øng Reimer - Tiemann Ph¶n øng ngng tụ: Nguyên tử hydro vị trí para octo dƠ tham gia ph¶n øng ngng tơ víi formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành monome để tỉng OH OH HCHO  Ph¶n øng chun hãa phenol OH CH2OH C6H5OH H+ OHhợp nhựa phenol formaldehyt CH2 OH Polyme thành benzen Oxy hóa: Với tác nhân oxy hóa Phản ứng electrophyl nhân thơm: phenol dễ tạo thành Nhóm OH nhóm hoạt động hóa gốc tự Nó định hớng tác nhân electrophyl vị trí octo, dime hoá để tạo thành para diphenol a Phản ứng nitro hóa: oxy hóa sâu sắc tạo Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành othành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) nguyên dihydroxybenzen liệu cho thuốc nổ quinon Vì gốc oh oh phenol tơng đối bền no2 Hno3 đặc o2n vững nên phenol gốc thích hợp no2 đợc sử dụng làm chất trinitrophenol (axit picric) ức chế trình oxy b hóa Với với lợng Khi đun natri phenolat dòng CO2 tạo nhỏ phenol thành natrisalisilat sau axit hoá để tổng hợp tính chất axit salixylic, nguyên liệu cần thiết để sản gây khó khăn cho xuất aspyrin (axetyl salixylic axit) tr×nh tù oxy hãa 120-140oC HCl ONa + CO2 OH OH Cumen áp suất COOH COONa Phenol Ngoài có phản ứng nh: dễ kết đôi với Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học muối diazo tạo hợp chất có màu Hợp chất đợc dùng làm độ nhạy cho trình trắc quang phenol khối diazo 4-nitroanilin 1.1.3 ứng dơng cđa phenol :[1] øng dơng quan träng nhÊt cđa phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt cách ngng tụ phenol với andehyt foocmic, xúc tác axit hay muối vô cơ, dung dịch NH3, NaOH Đây loại nhựa quan trọng dùng sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp Ngoµi ra, 2,2 dipropan (bis phenol A) cịng lµ mét sản phẩm quan trọng trình ngng tụ phenol với axeton có mặt axit vô Bis phenol A cã c«ng thøc nh sau: CH3 H – C6H4 – C C6H4OH CH3 Sản phẩm đợc dùng nhiều sản xuất nhựa epoxy Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày tăng, 20% phenol công nghiệp đợc sử dụng để sản xuất bis phenol A Sản phẩm trình ngng tụ phenol với clo anhydrit cacbon hay diphenyl cacbonat đợc dùng để sản xuất nhựa cacbonat có cÊu tróc: CH3 H - - O - C6H4 - C - C6H4- O - C -n - O C6H5 CH3 O øng dơng quan träng thø ba cđa phenol hydro hoá thành xyclo hexanol để sản xuất sợi Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 tổng hợp nilon capro lactan Ngoài ứng dụng quan trọng này, phenol dẫn xuất đợc sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác nh: - Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng diệt nấm, dÉn xuÊt clo phenol nh pentaclo phenol dïng b¶o quản gỗ; 2,4 diclo phenol axetic đợc dùng để làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá đặc biệt axit picric đợc dùng làm thuốc nổ - Sản xuất dợc liệu dựa sở sản xuất axit salixilic, aspirin - Sản xuất hơng liệu, thuộc da, thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion - Sử dụng công nghiệp, làm Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học dung môi để làm sản phẩm dầu nh làm dầu nhờn khỏi thơm đa vòng, làm H2SO4 trình sản xuất nhựa lactan, acrylic - Sử dụng phòng thí nghiệm, làm dung môi để xác định phân tử lợng, làm chất khử trùng, liên kết halogen tự d, hoà tan c¸c chÊt khã tan C¸c dÉn xt cđa phenol đợc dùng làm thuốc thử, thị Các ứng dụng phenol ngày đợc mở rộng phổ biến lĩnh vực công nghiệp nh phòng thí nghiệm Nhiệt nóng chảy (0C): -96,04 riêng Khối lợng d20(g/m3): 0,8618 riêng Nhiệt dung (ở 250C): 1,96 (J/g.K) hạn: Nhiệt độ tới 6310K hạn: 1.2 cumen: 1.2.1 tÝnh chÊt vËt lý cña cumen:[6] Cumen: 2-phenyl propan hay isopropyl benzen, chất lỏng không màu, linh động, có mùi dễ chịu Nhờ đặc tính có trị số octan cao nên trớc cumen đợc sử dụng nhiều việc pha chế vào xăng dùng cho máy bay Những phân xởng lớn để sản xuất cumen làm thành phần cho nhiên liệu máy bay đợc xây dựng Mỹ đầu năm 40 Công thức phân tử: C9H12 Công thức cấu tạo: H3C CH CH3 Mét sè tÝnh chÊt lý häc tiªu biĨu:  Khèi lợng phân tử : Nhiệt độ sôi (0C): 152,39 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 120,19 độ áp suất tới 3,21 Mpa hạn: Thể tích tới 428 cm3/mol cháy: Nhiệt độ bốc 4250C Giới hạn nổ hỗn hợp cumen với không khí 0,8 6% thể tích cumen Tơng ứng với hàm lợng cumen 40 300 g/m3 Cumen hình thành hỗn hợp đẳng phí với nớc, cyclohexanol, xyclohexanon