Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 Đ ồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic Hong ỡnh Thi Hoỏ du I-K48 Mở đầu 1 Phần I Tổng quan 3 Chơng I Giới thiệu chung về Axit axetic 3 I.Tính chất vật lý 3 II.Tính chất hoá học của Axit axetic 8 II.1.Tính axit 9 II.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl 9 II.3.Phản ứng Decacboxyl hoá 10 II.4.Phản ứng tạo amit 10 II.5.Phản ứng loại nớc tạo anhydrit 10 II.6. Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic đợc sử dụng trong thực tế 10 III.ứng dụng 11 III.1.Muối 11 III.2.Este 12 III.3.Axetyl clorua 12 III.4.Amit 12 III.5.Axit phenylaxetic 13 III.6.Bảng ứng dụng của axit axetic 13 Chơng II Giới thiệu chung về Nguyên liệu Axetaldehyt 14 I.Tính chất vật lý 15 II. Tính chất hoá học 17 II.1.Phản ứng cộng hợp 17 II.2.Phản ứng oxy hoá, khử 18 II.3.Phản ứng phân huỷ 18 II.4.Phản ứng ngng tụ 18 II.5.Một số phản ứng khác 18 Chơng III Các phơng pháp sản xuất Axit axetic 20 I.Quá trình cacbonyl hoá metanol 20 I.1. Giới thiệu 20 I.2. Xúc tác 21 I.3.Bản chất hoá học và điều kiện phản ứng 22 I.4. Sơ đồ công nghệ 25 a. Sơ đồ công nghệ của hãng BASF 25 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic Hong ỡnh Thi Hoỏ du I-K48 b. Sơ đồ công nghệ của hãng Monsanto 28 I.5.Đánh giá phơng pháp của BASF và Monsanto 30 II.Quá trình oxy hoá trực tiếp hydrocacbon 31 II.1. Oxy hoá trực tiếp các hydrocacbon no 31 II.2. Oxy hoá trực tiếp các hydrocacbon khõng no 39 III. Phơng pháp sản xuất axit axetic từ axetaldehyt 44 III.1.Bản chất và điều kiện phản ứng 45 IV.Quá trình sản xuất Axit axetic bằng phơng pháp oxy hoá axetaldehyt trong pha lỏng. 49 IV.1. Cơ chế phản ứng 49 IV.2.Xúc tác 50 IV.3. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình 52 V.Phơng pháp vi sinh 55 VI. Phơng pháp hoá học gỗ 55 VII. Các phơng pháp tổng hợp khác 56 VIII. So sánh các phơng pháp sản xuất axit axetic 56 IX. Nâng cao nồng độ và tinh chế Axit axetic 57 IX.1.Nâng cao nồng độ và tinh chế axit axetic 57 IX.2.Chất lợng sản phẩm 59 Chơng IV: công nghệ SảN XUấT AXIT AXETIC BằNG PHƯƠNG PHáP OXY HOá AXETALDEHYT TRONG PHA LỏNG Có XúC TáC 60 I.Giai đoạn oxy hoá axetaldehyt 60 II.Giai đoạn tinh cất sản phẩm thô 61 III.Giai đoạn làm sạch axit axetic 61 IV. Dây chuyền sản suất axit axetic từ axetaldehyt 62 V.Thiết bị oxy hoá axetaldehyt 63 I.Các số liệu ban đầu. 64 iI.Tính toán cho thiết bị oxy hoá 64 II.1.Cân bằng vật chất 64 II.2.Cân bằng nhiệt lợng 71 IIi.tính toán cho thiết bị tách phần nhẹ 80 III.1.Cân bằng vật chất 80 III.2.Cân bằng nhiệt lợng 81 IV.Tính toán cho thiết bị tách phần nặng 85 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic Hong ỡnh Thi Hoỏ du I-K48 IV.1.Cân bằng vật chất 85 IV.2.Cân bằng nhiệt lợng 86 V.tính toán thiết bị oxy hoá 88 V.1.Đờng kính thiết bị 88 V.2.Tính chiều dày của thiết bị 89 V.3.Chọn nắp và đáy tháp 92 V.4.Chọn bích nối 96 V.5. Chọn các đờng kính ống dẫn vào và ra thiết bị chính 97 Phần III Tính toán kinh tế 98 I.ý nghĩa 98 II. Nội dung tính toán kinh tế 98 II.1. Nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu và năng lợng. 98 II.1.1.Nhu cầu về nguyên liệu. 98 II.1.2.Nhu cầu về điện năng 99 II.2. Tính vốn đầu t cố định. 101 II.2.1. Vốn đầu t xây dựng 101 II.2.2. Vốn đầu t cho thiết bị, máy móc 101 II.3. Chi phí cho nhân công lao động 102 II.3.1.Nhu cầu về lao động. 102 II.3.2. Quỹ lơng công nhân viên trong phân xởng. 102 II.4.Tính khấu hao 103 II.5.Tính giá thành sản phẩm 103 II.6. Tổng lợi nhuận cả năm. 104 II.7. Thời gian thu hồi vốn 104 Phần iv Thiết kế xây dựng 105 I.cơ sở Chọn địa điểm xây dựng 105 II.Thiết kế xây dựng tổng mặt bằng nhà máy 106 I.an toàn lao động 111 II.tự động hóa trong phân xởng 114 Kết luận 122 Tài liệu tham khảo 123 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm Đồ án ,được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hóa dầu,đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn GS.TS Đào Văn Tường người đã hướng dẫn,giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học.Với sự giúp đỡ tận tình và ân cần của thầy em đã hiểu biết thêm nhiều kiến thức bổ ích và hoàn thành bản Đồ án đúng thời gian quy định. Một lần nữa,em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Đào Văn Tường cùng toàn thể các thầy cô giáo,các anh chị trong Bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hoá dầu và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bản Đồ án này. Hà Nội ngày 27 tháng 5 năm 2008 Sinh viên Hoàng Đình Thi Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 1 MỞ ĐẦU Axit axetic hay còn gọi là axit etanoic, là một hợp chất hữu cơ điển hình của dãy đồng đẳng axit mono cacboxylic, nó có nhiều ứng dụng trong sản xuất và đời sống, là một trong những sản phẩm hữu cơ cơ bản và quan trọng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu. Axit axetic được sử dụng để sản xuất anhydric axetic, muối axetat, axit cloaxetic, hợp chất nhựa, dược phẩm, thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu, hóa chất ngành ảnh, thực phẩm và phụ gia cho thực phẩm (ví dụ như dấm ăn, nước dầm hoa quả, nước sốt), ngoài ra nó được dùng để điều chế nhiều loại hợp chất hữu cơ khác. Axit axetic được sử dụng nhiều nhất là để sản xuất vinyl axetat (VA). Vinyl axetat có nhiều ứng dụng trong ngành dệt, sơn và giấy. Trên Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic dự báo sẽ tăng từ 3 - 4%/năm. ở Mỹ thì nhu cầu sử dụng axit axetic chỉ tăng 1%/năm, năm 2005 là 2,52 triệu tấn và dự kiến đến năm 2009 là 2,55 triệu tấn. Mặc dù, năm 2005 nước Mỹ đã xuất khẩu 926000 tấn axit axetic tương đương với gần 37% nhu cầu sử dụng trong nước [14]. ở Châu Á ước tính nhu cầu sử dụng axit axetic sẽ tăng cao hơn nhiều vào khoảng từ 5 - 7%/năm, trong đó Trung Quốc tăng từ 8 - 10%/năm. Theo BP, trong vòng 5 năm qua nhu cầu sử dụng axit axetic ở Trung Quốc đã tăng 15 - 16%/năm. Công ty hóa dầu Daqing đang xây dựng nhà máy với năng suất 200000 tấn/năm và hoàn thiện trong năm 2008. Công ty hóa dầu Yangzi với đối tác là BP cũng đang xây dựng nhà máy ở Nanjing với năng suất 500000 tấn/năm và sẽ hoàn thiện vào năm 2009. Trong tương lai, ấn Độ cũng là một nước có nhu cầu sử dụng axit axetic rất lớn. Theo BP, ở ấn Độ họ thích sợi tự nhiên hơn nên sợi polyeste được sử dụng rất ít. Nhưng điều này sẽ thay đổi khi mà công nghệ sản xuất polyeste được cải tiến, và hy vọng việc sử dụng VA cũng sẽ phát triển mạnh ở ấn Độ. ỞTrung Đông, năm 2006 Công ty hóa dầu Fanavaran của Iran đã xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 150000 tấn/năm; và Công ty Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 2 hóa dầu Saudi International đã hoàn thành xong dự án xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 460000 tấn/năm sẽ khởi công vào năm 2009. [14] Cũng như các nước trên Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic ở Việt nam ngày càng cao. Hằng năm chúng ta phải nhập khẩu một lượng axit axetic khá lớn. Quá trình sản xuất axit axetic trong nước chủ yếu bằng phương pháp vi sinh cho nồng độ axit thấp, năng suất không cao nên chưa đáp ứng được nhu cầu. Từ những năm 1990, một số cơ quan nghiên cứu khoa học ở nước ta đã nghiên cứu sản xuất axit axetic công nghiệp. ở Viện Hóa học Công nghiệp cũng đã nghiên cứu đề tài sử dụng rượu etylic để sản xuất axit axetic. Một số cơ quan nghiên cứu khoa học khác như Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, khoa Hóa thuộc trường Đại học Tổng hợp Hà nội cũng đã quan tâm đến đề tài này [15]. Nhưng do nhiều nguyên nhân mà các kết quả nghiên cứu vẫn chưa được áp dụng trong sản xuất công nghiệp. Cho đến nay, gần như toàn bộ nhu cầu axit axetic ở nước ta đều phải đáp ứng bằng con đường nhập khẩu. Trước tình hình mới, cơ hội phát triển cho ngành công nghiệp hóa chất đã được mở ra, thì quá trình sản xuất axit axetic có nồng độ cao đã trở thành một vấn đề quan trọng và việc tìm ra phương pháp sản xuất axit axetic đáp ứng được nhu cầu sử dụng và có hiệu quả kinh tế là một việc làm hết sức cần thiết. Sản xuất axit axetic trong công nghiệp có rất nhiều phương pháp, nhưng phương pháp quan trọng và có ý nghĩa hơn cả là oxy hóa axetaldehyd. Phương pháp này cho sản phẩm axit axetic tinh khiết có nồng độ cao và hiệu suất quá trình lớn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 3 PHẦN I TỔNG QUAN CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AXIT AXETIC Con người đã biết đến giấm từ rất lâu với mục đích làm gia vị, đó là dung dịch 4  12% axit axetic được sản xuất bằng phương pháp lên men rượu). Axit axetic là một axit hữu cơ yếu có công thức phân tử CH 3 COOH, khối lượng phân tử M = 60,05, là chất lỏng không màu, có tính ăn mòn. Axit axetic có mùi hăng và là chất nguy hiểm đối với da. Axit axetic được tìm thấy trong dung dịch loãng trong rất nhiều hệ động vật cũng như thực vật. Hiện nay, các nước sản xuất axit axetic theo phương pháp tổng hợp nhiều nhất là Mỹ, châu Âu, Nhật, Canada, và Mexico. Tổng công suất của các nhà máy sản xuất Axit axetic tại các nước này đạt khoảng 4 triệu tấn/năm. Axit axetic có nhiều ứng dụng quan trọng, những dẫn xuất của Axit axetic có ứng dụng rộng rãi nhất là vinyl axetat và anhydrit axetic. Vinyl axetat được sử dụng trong quá trình sản xuất sơn, keo dán, giấy bọc, và trong công nghiệp dệt. Anhydrit axetic được sử dụng để sản xuất sợi xenlulo axetat, đầu lọc thuốc lá và nhựa xenlulo, xử lý sợi. I.TÍNH CHẤT VẬT LÝ Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,66 o C, nhiệt độ sôi 117,9 o C ở áp suất 101,3 kPa; là chất lỏng không màu, trong suốt. Axit axetic không tinh khiết thường lẫn các tạp chất như nước, anhydrit axetic, và các chất dễ oxy hoá khác. Axit axetic băng(chứa <1% nước) có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của nước với nồng độ nhỏ hơn 0,1% làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit khoảng 0,2 o C . Axit axetic tan trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác theo bất cứ tỷ lệ nào, tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza, khi đun nóng hoà tan Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 4 một lượng nhỏ phốt pho và một lượng không đáng kể lưu huỳnh. Axit axetic là dung môi tốt cho nhiều chất như nhựa thông và dầu thực vật Dung dịch axetic có tính chất ăn mòn mạnh, tính chất này thể hiện trên nhôm và thép không gỉ thì có ý nghĩa quan trọng với ngành xây dựng và đồ dùng nấu ăn. Axit axetic tinh khiết thì có độ dẫn điện kém nhưng khi thêm một ít axit sunfuric thì tăng lên và có dòng chạy qua thì bị điện phân thành cacbon (I), (II) oxit, và oxy. Axit axetic có mùi vị hăng chua, khi bị làm lạnh đóng rắn thành dạng tinh thể đá không màu dạng lá mỏng. Người ta có thể dùng điểm đông đặc để đánh giá độ tinh khiết của Axit axetic. Ví dụ nhiệt độ đông đặc của dung dịch Axit axetic được cho trong bảng sau. Bảng 1: Nhiệt độ đông đặc của dung dịch Axit axetic %khối lượng Nhiệt độ đông đặc, o C %khốilượng Nhiệt độ đông đặc, o C 100 16,75 96,8 11,48 99,6 15,84 96,4 10,81 99,2 15,12 96,0 10,17 98,8 14,49 93,46 7,1 98,4 13,86 80,6 - 7,4 98,0 13,25 50,6 -19,8 97,6 12,66 18,11 -6,3 97,2 12,09 - - Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic đi qua giá trị cực đại ở giữa nồng độ 77 – 88% trọng lượng tại nhiệt độ 15 o C. Tỷ trọng của Axit axetic tinh khiết là một hàm phụ thuộc nhiệt độ và được xác định (bảng 2). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 5 Bảng 2: Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic ở 15 o C % kh ố i l ư ợ ng  , g/cm 3 % kh ố i l ư ợ ng  , g/cm 3 1 1,0070 60 1,0685 5 1,0067 70 1,0733 10 1,0142 80 1,0748 15 1,0214 90 1,0713 20 1,0284 95 1,0660 30 1,0412 97 1,0625 40 1,0523 99 1,0580 50 1,0615 100 1,0550 Bảng 3: Sự phụ thuộc của tỷ trọng Axit axetic tinh khiết vào nhiệt độ Nhiệt độ , o C  , g/cm 3 Nhiệt độ , o C  , g/cm 3 26,21 1,0420 97,42 0,9611 34,10 1,0324 106,70 0,9506 42,46 1,0246 117, 52 0,9391 51,68 1,0134 129,86 0,9235 63,56 1,0007 139,52 0,9119 74,92 0,9875 145,60 0,9030 85,09 0,9761 156,40 0,8889 [...]... quớ Axit axetic cng c dựng sn xut anhydrit axetic, axit cloaxetic a s phn ng ca axit axetic th hin cỏc loi phn ng: -Phn ng kộo theo s t liờn kt O-H, vớ d s phõn ly axit -Phn ng xy ra nguyờn t C nhúm cacboxyl -Phn ng Decacboxyl hoỏ II.1.Tớnh axit CH3COO- + H3O+ CH3COOH + H2O CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Axit axetic cú kh nng trung ho cỏc baz, oxit baz, y axit cacbonic ra khi mui ca nú Hi axit axetic. .. III.6.Bng ng dng ca axit axetic Bng 6: Một số ứng dụng của Axit axetic Axetanilit 9% Anhydrit axetic Axetyl clorua Amoni axetat Axetoaxetic este Axetylsalisilic axit (aspirin) Vinyl axetat Xenlulo axetat este Tổng hợp hữu cơ, thuốc nhuộm Axetamit 2,4-D và 2,4,5-T axit 16% Xenlulo axetat Cacboxymetylxenlulo natri 2% Axit Cloroaxetic Etylcloroaxetat Glyxerin Axit axetic Sarcosin Axit thioglycolic 10%... Cựng vi axit monoclorua axetic, cũn to ra c di, tri- clorua axetic axit Axit monoclorua axetic ó c s dng iu ch phenyl glyxeric (sn phm Hong ỡnh Thi 10 Hoỏ du I-K48 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic trung gian trong tng hp indigo), thuc tr c quan trng ú l axit 2,4 diclorua phenol axetic v mui ca nú Axetol phenol cú mựi d chu c s dng trong cụng nghip hng liu sn xut x phũng c T Axit axetic. .. nhng cú rt nhiu sn phm cú giỏ tr c sn xut t axit axetic Axit axetic phn ng vi ru hoc olefin to este khỏc nhau Axetamit c iu ch bng cỏch phõn hu nhit amoniaxetat Axit axetic cng cú th chuyn thnh axetyl clorua nu s dng cỏc tỏc nhõn clo hoỏ nh photphotriclorua hoc thionylclorua Hong ỡnh Thi 8 Hoỏ du I-K48 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic Axit axetic l nguyờn liu thụ cho nhiu quỏ trỡnh sn... axetic to cỏc este khụng no nh vinyl axetat v propenyl axetat mt phn ng quan trng trong cụng nghip ca Axit axetic III.NG DNG Axit axetic cú ng dng rt rng rói trong thc t Ngay t xa xa con ngi ó bit s dng axit axetic cho ngnh cụng nghip thc phm ú l gim, sn xut bỏnh ko phc v cho tiờu dựng Trờn 60% lng Axit axetic sn xut c s dng trong cỏc polyme tng hp t vinyl axetat ( vinyl este) hoc (xenlulo este) Hu ht... sn xut axit axetic Gii hn n trong khụng khớ 4,0 16,0 trong khụng khớ Nhit ti hn, Tc 592,71K ỏp sut ti hn, pc 5,786 MPa Sc cng b mt T, oC 20,1 23,1 26,9 42,3 61,8 87,5 , mN/m 27,5 27,25 26,69 25,36 23,46 20,86 Hng s phõn ly axit (trong nc) T, oC 0 25 50 PKa 4,78 4,76 4,79 II.TNH CHT HO HC CA AXIT AXETIC Tớnh cht hoỏ hc ca Axit axetic c quyt nh bi s cú mt ca nhúm cacboxyl trong phõn t, l mt axit hu... vi ru cú mt ca axit xỳc tỏc ta c este O CH 3 - C + R'OH R - C -OR' OH O II.2.2.To thnh axyl halogenua Axit axetic phn ng vi pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionyl clorua s to axyl clorua do s thay th OH bng clo O O + SOCl2 CH3- C + HCl + SO2 CH3 - C Cl OH II.2.3.Kh hoỏ axit axetic CH3COOH + 3H2 Hong ỡnh Thi Ni CH3CH3 + H2O 9 Hoỏ du I-K48 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic II.3.Phn... xut t si axetat Axit axetic v cỏc axetat este c s dng nh l cỏc dung mụi rt ph bin Sau õy s l mt s thụng tin v ng dng cỏc dn sut ca axit axetic: III.1.Mui Aluminum axetat: cú hai dng mui baz v mt trung ho Hong ỡnh Thi 11 Hoỏ du I-K48 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut axit axetic Al(OH)2CO2CH3, Al(OH)2(CO2CH3)2 v Al(CO2CH 3)3 l bt mu trng cú th tan trong nc v b phõn hu thnh anhydrit axetic v mui baz... ch anhydrit axetic bng Dehydrat hoỏ hai phõn t Axit axetic t ú sn xut ra t axetat v si nhõn to 2CH 3COOH (CH 3CO)2O (loi mt phõn t nc) e.Chuyn húa etylen thnh vinyl axetat vi hiu sut 97% trong ú paladi clorua b kh bi etylen trong dung dch Axit axetic v natri axetat C2H4 + PdCl2 + 2CH 3COONa CH 2=CH OCOCH3 + 2NaCl + Pd + CH3COOH õy l dng phn ng oxy hoỏ cỏc olefin trong dung mụi axit axetic to cỏc... CH3- C O O II.6 Sau õy l mt s phn ng quan trng ca axit axetic c s dng trong thc t a Tỏc dng vi kim loi mnh cng nh vi kim to mui axetat CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Mui ca Axit axetic cú giỏ tr s dng ln Axetat km, axetat ng c s dng sn xut bt mu Ngoi ra cũn cú axetat st, axetat natri, axetat mangan, lm xỳc tỏc cho cỏc quỏ trỡnh tng hp hu c b Clo hoỏ Axit axetic 90100oC vi s cú mt ca xỳc tỏc (lu hunh, . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 Đ ồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic ỏn tt nghip. với axit monoclorua axetic, còn tạo ra cả di, tri- clorua axetic axit. Axit monoclorua axetic đã được sử dụng để điều chế phenyl glyxeric (sản phẩm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất. Fanavaran của Iran đã xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 150000 tấn/năm; và Công ty Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 2