Thiết kế phân xưởng sản xuất formaldehyde 1

Sự phát triển của việc tổng hợp metanol d-ới áp suất cao do Badische Anilin và Soda Fabrik năm 1925 cho phép quátrình sản xuất formaldehyde trên phạm vi công nghiệp với quy mô rộng lớn .

mục lục Trang Phần mở đầu PhÇn I : Tæng quan lý thuyÕt Chơng I : Giới thiệu chung nguyên liệu trình sản xuất formaldehyde I Giíi thiƯu chung II TÝnh chÊt vËt lý III TÝnh chÊt hãa häc IV Chỉ tiêu nguyên liệu Metanol để sản xuất formaldehyde .8 V Mét sè øng dơng cđa Metanol Ch¬ng II: TÝnh chÊt vµ øng dơng cđa formaldehyde 11 I TÝnh chÊt vËt lý 11 II TÝnh chÊt hãa häc .15 III Chỉ tiêu formaldehyde thơng phẩm .17 IV øng dơng cđa s¶n phÈm formaldehyde 18 Chơng III: Các phơng pháp sản xuất formaldehyde 20 I Quá trình sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác bạc 21 Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn Metanol 23 Công nghệ chuyển hóa không hoàn toàn chng thu hồi Metanol .26 II Công nghệ sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác oxit .28 Công nghệ sản xuất dựa phơng pháp FORMOX 29 Công nghệ sản xuất formaldehyde Viện nghiên cứu xúc tác Novoxibiec 32 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Chơng IV: So sánh mặt kinh tế trình sản xuất formaldehyde lựa chọn sơ đồ công nghệ 34 I So sánh trình .34 II Lùa chän s¬ ®å c«ng nghƯ 36 Chơng V : Các phơng pháp sản xuất formaldehyde khác 38 I Quá trình sản xuất formaldehyde c¸ch oxy hãa metan 38 II Quá trình sản xuất formaldehyde phơng pháp oxy hãa etylen 39 iii Qu¸ trình sản xuất formaldehyde phơng pháp thuỷ phân clorua metylen 39 Chơng VI : Công nghệ sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác bạc 40 I Sơ đồ công nghệ sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác bạc, suất 50.000 tấn/năm 40 II Thuyết minh dây chuyền công nghệ 41 III Một số đặc trng trình sản xuất formaldehyde dùng xúc tác bạc .41 Các phản ứng 41 Cơ chế trình .43 Các yếu tố ảnh hởng đến trình 44 Thiết bị phản ứng 45 Trần Văn Hiếu Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Phần II : tính toán công nghƯ 47 I C¸c sè liệu đầu .47 II TÝnh c©n b»ng vËt chÊt 48 TÝnh c©n b»ng cho toàn phân xởng 54 Tính cân cho thiết bị bay metanol 55 TÝnh c©n b»ng cho th¸p hÊp thơ .55 Tính cân cho thiết bị đun nóng khÝ 58 III TÝnh c©n b»ng nhiƯt lỵng 59 Tính cho thiết bị phản ứng .59 TÝnh cho thiÕt bị 64 Tính cho thiết bị đun nóng khí .65 TÝnh cho thiết bị bay metanol 68 IV Tính toán thiết bị phản ứng .72 Tính phần làm lạnh nhanh hỗn hợp sau phản ứng 72 Tính đờng kính, thể tích lớp xúc tác, chiều cao lớp xúc tác phần phản ứng .74 TÝnh ®êng kÝnh èng dẫn nguyên liệu vào thiết bị 76 Tính đờng kính ống dẫn sản phẩm khỏi thiết bị 77 Tính đáy thiết bÞ .80 Tính nắp thiết bị .80 TÝnh chiỊu dµy thân thiết bị .81 phần iii Tồn chứa vận chuyển Formaldehyde 85 phÇn iv BiƯn pháp bảo vệ môi trờng 86 phần v thiết kế xây dựng 87 i đặc điểm nhà máy 87 ii Địa điểm x©y dùng 87 Các yêu cầu chung 87 Các yêu cầu vỊ kü tht x©y dùng 88 Các yêu cầu môi trờng vệ sinh công nghiệp 88 iii Giải pháp thiết kế Trần Văn Hiếu Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde tổng thể mặt nhà máy .89 Nguyên tắc thiết kế tổng mặt nhà máy 89 Các hạng mục công trình 90 KÕt luËn 93 Tµi liƯu tham kh¶o 94 mở đầu Formaldehyde hóa chất hóa học công nghiệp quan trọng đợc dùng trình sản xuất nhiều ngành công nghiệp Hiện có 50 ngành công nghiệp sử dụng formaldehyde Formaldehyde hợp chất hữu quan trọng để cung cấp cho ngành sản xuất công nghiệp tiêu dùng, dạng thơng phẩm formaldehyde hòa tan H2O dạng dung dịch 37 50% đợc gọi formalin Đây bán thành phẩm quan trọng cho ngành tổng hợp hữu nhiều ngành khác nh : ngành y tế dùng để ớp xác, tẩy mùi, ngành thực phẩm dùng để tránh thiu thối, thuộc da công nghệ thuộc da giày Formaldehyde đợc tổng hợp lần vào năm 1859 Khi Butlerov thực thuỷ phân metylen axetal mùi đặc trng dung dịch Đến năm 1867 Hofman đà tổng hợp đợc formaldehyde cách cho hỗn hợp metanol không khí qua lớp xúc tác platin dạng sợi xoắn đà đợc làm nóng Quá trình sản xuất mang tính công nghiệp đà đợc thực thi vào năm 1882 Tollens khám phá phơng pháp điều chỉnh lợng metanol tỷ lệ không khí xác định hiệu suất phản ứng Năm 1886 Loew thay xúc tác dạng sợi xoắn platin xúc tác lới đồng có hiệu Một công ty Đức bắt đầu vào sản xuất năm 1889 sản xuất thơng mại formaldehyde đợc bắt đầu Một hÃng khác Đức, đà sử dụng xúc tác bạc cho trình vào năm 1910 Năm 1905 Badische Anilin Soda Fabrik bắt đầu sản xuất formaldehyde trình liên tục, sử dụng xúc tác Ag tinh thể Sản lợng formaldehyde 30 kg/ngày dới dạng dung dịch nớc 30% khối lợng Metanol cần thiết trình sản xuất formaldehyde đợc thu hồi từ ngành công Trần Văn Hiếu Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde nghiệp gỗ nhờ trình nhiệt phân Sự phát triển việc tổng hợp metanol dới áp suất cao Badische Anilin Soda Fabrik năm 1925 cho phép trình sản xuất formaldehyde phạm vi công nghiệp với quy mô rộng lớn Hàng năm Việt Nam phải nhập formalin để sản xuất vật liệu polime, vật liệu cách điện, cách nhiệt chất mạ kim loại, chất phụ trợ cho công nghiệp dệt, chất sát trùng cho chăn nuôi Do việc nghiên cứu thiết kế phân xởng sản xuất formalin cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nớc giảm thiểu chi phí nhập từ nớc Phần I : tổng quan lý thuyết Chơng I : Giới thiệu chung nguyên liệu trình sản xuất formalin I/ Giới thiệu chung : Metanol gọi methyl acohol rợu gỗ, có công thức hóa học CH3OH, khối lợng phân tử 32,042 Năm 1661 lần Robert Boyle đà thu đợc metanol sau tinh chế gỗ giấm sữa vôi Sau vào năm 1857 Berthelot đà tổng hợp đợc metanol cách xà phòng hóa methyl chloride Trong kho¶ng tõ 1830 - 1923 chØ cã nguån quan trọng để sản xuất metanol từ giấm gỗ thu đợc chng khô gỗ Tới đầu năm 1913, Metanol đà đợc sản xuất phơng pháp tổng hợp từ CO H2 Đến đầu năm 1920, M.PIER đông nghiệp hÃng BASF dựa phát triển hệ xúc tác ZnO - Cr2O3 đà tiến bớc đáng kể việc sản xuất metanol với quy mô lớn công nghiệp Vào cuối năm 1923 trình đợc thực áp suất cao (25 - 35 MPa, T o = 320  450oC), chúng đợc sử dụng công nghiệp sản xuất metanol 40 năm Tuy nhiên vào năm 1960 ICI đà phát triển hớng tổng hợp metanol ¸p xuÊt thÊp (5 - 10 Mpa, To = 200 300oC) xúc tác CuO với độ chọn lọc cao Hiện nay, metanol đợc sản xuất nhiều giới phơng pháp tổng hợp Trần Văn Hiếu Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde áp xuất thấp phơng pháp chng từ giấm gỗ chiếm khoảng 0,003% tổng lợng metanol sản xuất đợc II/ Tính chất vật lý : Metanol chất lỏng không màu, có tính phân cực, tan H 2O, Benzen, Rợu, este hầu hết dung môi hữu Metanol có khả hòa tan nhiều loại nhựa nhng tan loại chất béo, dầu Metanol dễ tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí (7 - 34%), độc cho sức khoẻ ngời, với lợng 10ml trở lên gây tử vong Một số h»ng sè vËt lý quan träng cđa metanol : Tªn Nhiệt độ sôi (101,3 KPa) Nhiệt độ đóng rắn Tỷ träng chÊt láng (OoC, 101,3 KPa) Tû träng chÊt láng (25oC, 101,3 KPa) Nhiệt độ bốc cháy áp suất tới hạn Nhiệt độ tới hạn Tỷ trọng tới hạn Thể tích tới hạn Hệ số nén tới hạn Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt hóa Nhiệt dung riêng khí (25oC, 101,3 KPa) NhiƯt dung riªng cđa láng (25oC, 101,3 KPa) Độ nhớt lỏng (25oC) Trần Văn Hiếu H»ng sè 64,7oC - 97,68oC 0,81000 g/cm2 0,78664 g/cm2 470oC 8,097 MPa 239,49oC 0,2715 g/cm3 117,9 c3/mol 0,224 100,3 KJ/kg 1128,8 KJ/kg 44,06 Jmol-1.K1 84,08 Jmol-1 K-1 0,5513 m Pas Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Độ nhớt khí (25oC) Hệ số dẫn điện (25oC) Sức căng bề mặt không khí (25oC) Entanpi tiêu chuẩn (khí 25oC, 101,3 KPa) Entanpi tiªu chuÈn (láng 25oC, 101,3 KPa) Entnopi tiªu chuÈn (khÝ 25oC, 101,3 KPa) Entnopi tiªu chuÈn (láng 25oC, 101,3 KPa) HÖ sè dÉn nhiÖt láng (25oC) HÖ sè dẫn nhiệt (25oC) Giới hạn nổ không khí 9,6.10-3 m Pas (2-7).10-9 -1.Cm-1 22,10 m N/m - 200, 94 KJ/mol - 238,91 KJ/mol 239,88 J mol-1 K-1 127,27 J mol-1 K-1 190,16 m Wm-1 K-1 14,97 m Wm-1 K-1 5,5 - 44% vol III/ TÝnh chÊt hãa häc : Metanol hợp chất đơn giản dÃy đồng đẳng rợu no đơn chức Hóa tính đợc định nhóm OH Các phản ứng metanol theo hớng đứt liên kết C-O OH đợc đặc trng thay nguyên tử H hay nhóm OH phân tử Một số phản ứng đặc trng : Phản ứng hydro ho¸ : CH30H + H2  CH4 + H2O Phản ứng tách H2O : 140oC 2CH3OH + H2 H2SO4 đặc CH3 - O - CH3 + H2O Phản ứng oxy hóa : Khi oxy hóa metanol xúc tác kim loại (Ag, Pt, Cu) hay xúc tác oxit (Fe, Mo) hỗn hợp oxit (VMo, Fe - Mo Ti - Mo) điều kiện thích hợp tac thu đợc formaldehyde sản phẩm phụ : to, xt CH3OH + 1/2 O2 CH2O + H2O + Q, H = -159 KJ/mol Nếu oxy hóa sâu tạo axit fornic : Trần Văn Hiếu to, xt Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde CH3OH + O2 HCOOH + H2O Nếu oxy hóa hoàn toàn thu đợc CO2 vµ H2O to, xt CH3OH + 1/2 O2 to, xt CH3OH + O2 CO + H2O CO2 + H2O Ph¶n øng dehydro hãa : Khi tham gia ph¶n øng dehydro hóa tạo thành sản phẩm : CH2O CH3OH CH2O + H2 IV/ ChØ tiªu nguyªn liƯu metanol để sản xuất formalin xúc tác Bạc Nguyên liệu bao gồm : nớc mềm, metanol kỹ thuật không khí Nớc : Trớc sử dụng phải đợc làm tạp chất làm mềm Metanol kỹ thuật : - Nhiệt độ sôi chng cÊt (760 mm Hg) : 64 - 64,7oC - Hàm lợng riêng : 0,791 - 0,792 g/cm3 - Hàm lợng H2O : 0,1% - Hàm lợng CH3OH : 99 99,5% - Hàm lợng axít : 0,003% - Hàm lợng tổng andehyde xeton - Hàm lợng lu huỳnh : 0,008% : 0,002% Không khí : Trớc đa vào thiết bị phải đợc làm tạp chất gây ngộ độc xúc tác Một số tiêu quan trọng metanol : Trần Văn Hiếu Trờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Thành phần Hàm lợng metanol Tỷ trọng d204 Khoảng nhiệt đội sôi cực đại Hàm lợng aceton acetandehyt Hàm lợng etanol Hàm lợng hợp chất bay sắt (tính theo sắt) Hàm lợng lu huỳnh Hàm lợng Clo PH Thời gian khử màu tối thiểu (kiểm tra KMnO4) Quy định > 99,85% 0,7928 g/cm3 1oC < 0,003 W/t < 0,001% < 2.10-6 g/l < 0,0001%