bài tập lớn thiết kế hệ thống quy trình công nghệ hóa học đề tài sản xuất ethylbenzene từ benzene

Khảo sát nhiệt động và quy trình nhiệt động...2IV... CBenzeneII.Mô tả thông số dòng và quy trìnhDòng Benzene: là dòng nhập liệu benzene cho quy trình với Composition: 100%benzene được tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT ETHYLBENZENE TỪ BENZENE

Lớp L04 – Nhóm 5 – HK232

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Kim Trung

1 Đoàn Hữu Tuấn Tài 2114679

3 Huỳnh Thị Nguyệt Thơ 2012136

4 Nguyễn Hoàng Phúc 2114437

5 Dương Phước Lộc 2110341

6 Nguyễn Thị Ngọc Mai 2114013

Thành phố Hồ Chí Minh – 2024

MỤC LỤC

I Phương trình động học phản ứng 1

II Mô tả thông số dòng và quy trình 1

III Khảo sát nhiệt động và quy trình nhiệt động 2

IV Hệ động học 7

TÀI LIỆU THAM KHẢO 8

I Phương trình động học phản ứng

Phản ứng chính:

C6H6+C2H4→ C6H5C2H5 (1)

Tuy nhiên, trong quy trình vẫn có xảy ra phản ứng phụ:

C6H5C2H5+C6H6→C6H5(C¿¿2 H5)2¿ (2)

Nhưng sau đó, sản phẩm này sẽ tác dụng với benzene để quay về Ethylbenzene:

C6H5(C¿¿2 H5)2+C6H6→2 C6H5C2H5¿ (3)

Động học phản ứng của các phản ứng:

−r(1)=1,528 ×106e xp(−7.113 ×10RT 4).C

Ethylene

C Benzene

−r(2)=2.778 ×107exp(−8.368× 104

RT ) C Ethylene C EB

−r(3)=1000 exp(−6.276 × 10RT 4) C DEB C Benzene

II Mô tả thông số dòng và quy trình

Dòng Benzene: là dòng nhập liệu benzene cho quy trình với Composition: 100% benzene được trữ ở nhiệt độ thường 25 độ C, áp suất 100 kPa, lưu lượng benzene đầu vào bằng 100 kmol/h

Dòng Ethylene: là dòng nhập liệu ethylene cho quy trình với Composition: 100% ethylene được trữ ở nhiệt độ thường 25 độ C, áp suất 2000 kPa, lưu lượng ethylene đầu vào bằng 100 kmol/h

Dòng Benzene sẽ đi vào máy nén để tăng áp suất, thông số máy nén được dòng 1 xác định với áp suất bằng với dòng Ethylene là 2000 kPa Sau đó đi qua thiết bị gia nhiệt

(delta P=0) được xác định bởi dòng 2 với nhiệt độ phản ứng là 400 độ C Dòng Ethylene sẽ đi qua thiết bị gia nhiệt (delta P=0) để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ phản ứng

là 400 độ C Chúng được trộn với nhau qua bộ MIX-100 và đi ra dòng 4 có nhiệt độ

400 độ C và áp suất 2000 kPa Sản phẩm thu được ở dòng 5 sau khi đi qua bình phản ứng Để tháo liệu dễ dàng, cho dòng sản phẩm qua thiết bị làm lạnh và van điều khiển

để hạ nhiệt độ và áp suất và thu được sản phẩm cuối cùng ở dòng 10

III Khảo sát nhiệt động và quy trình nhiệt động

Hình 1: Phản ứng (1) trong gói Kinetic reaction

Hình 2: Phản ứng (2) trong gói Kinetic reaction

Hình 3: Phản ứng (3) trong gói Kinetic reaction

Dòng 4 sẽ đi vào bình phản ứng và khảo sát nhiệt động Thông số khảo sát là nhiệt độ của dòng số 4 và thông số phụ thuộc là dòng số 5 đi ra khỏi bình phản ứng

Hình 4: Các thông số khảo sát

Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lưu lượng EB ở dòng 5 vào nhiệt độ

Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lưu lượng EB ở dòng 5 vào thể tích bình

phản ứng

Sau khi khảo sát nhiệt động, các thông số làm cho EB có lưu lượng tối ưu là:

Nhiệt độ phản ứng là: 755,3 độ C

Áp suất phản ứng là: 2000 kPa

Tỉ lệ Benzene và Ethylene là 1:1

Thể tích bình phản ứng là: 300 m3

Từ đó, ta có thể xác định được độ chuyển hóa tối ưu của phản ứng:

Hình 7: Lưu lượng sản phẩm sau phản ứng

Sau khi xác định được độ chuyển hóa tối ưu, ta tiến hành tháo bình PFR ra và đặt bình Conversion vào nhằm cố định độ chuyển hóa

Hình 8: Phản ứng (1) trong Conversion Reaction

Hình 9: Phản ứng (2) trong Conversion Reaction

Hình 10: Phản ứng (3) trong Conversion Reaction

Sau phản ứng thu được sản phẩm EB đạt độ chuyển hóa 99,375% nên nhóm đã hài lòng với kết quả và tiến hành lắp thiết bị làm lạnh giảm nhiệt độ xuống còn 100 độ C

và thêm 1 van điều khiển nhằm hạ áp suất của dòng sản phẩm xuống 200 kPa để dễ dàng tháo sản phẩm

Hình 11: Quy trình sản xuất EB từ Benzene theo hệ nhiệt động

IV Hệ động học

Sau khi khảo sát xong nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và độ chọn lọc mong muốn thì ta gỡ bình Conversion ra và gắn bình PFR, thiết lập thể tích bình là 300 m3

Hình 12: Quy trình sản xuất EB từ Benzene theo hệ động học

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Douglas L.Erwin, P.E (2014) Industrial Chemical Process Design 2nd Edition,

McGraw-Hill Education

2 James M.Douglas (1988) Conceptual Design Of Chemical Processes 1st Edition,

McGraw-Hill Book Company

3 Qi Han Ng, Shivom Sharma, Gade Pandu Rangaiah (2017) Design and analysis of

an ethyl benzene production process using conventional distillation columns and

dividing-wall column for multiple objectives Department of Chemical & Biomolecular

Engineering, National University of Singapore, Singapore