Thiết kế dây chuyền sản xuất thuốc trừ sâu Etofenprox

PHÂN I . tổng QUAN Lý THUYếT..................................................................2 I.1. Giới thiệu chung về Etofenprox .................................................................2 1.1. Đặc điểm chung : 13, 15 ..........................................................................2 1.2. Các loại tên và công thức của etofenprox .......................................................2 1.3. Tính chất vật lý : 13, 15, 19.......................................................................2 1.4. Tính chất hóa học : 19 ..............................................................................3 1.5. Tác dụng : 13, 15 .........................................................................................4 1.6. Cơ chế tác động . 13, 15...........................................................................5 1.7. ứng dụng của Etofenprox.13, 15 .................................................................5 I.2. Tổng hợp Etofenprox15, 19 .......................................................................6 2.1. Các phương pháp tổng hợp Etofenprox ...........................................................6 2.1.1. phương pháp 1:.............................................................................................6 2.1.2. Phương pháp 2 :............................................................................................6 2.1.3. Phương pháp 3 :............................................................................................7 2.1.4. Phương pháp 4 :............................................................................................7 2.1.5. Phương pháp 5 :............................................................................................7 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Etofenprox15, 19 .............8 2.3. Tổng hợp Etofenprox : 16, 19......................................................................8 2.3.1. Phản ứng tổng hợp Etofenprox: ...................................................................8 2.3.2. Sơ đồ tổng hợp Etofenprox :.......................................................................9 2.3.3. Công nghệ tổng hợp Etofenprox16, 19....................................................9 I.3. Nguyên liệu tổng hợp Etofenprox : 2, 15, 21, 22, 23 .............................10 3.1. 3­phenoxybenzyl clorua 21, 23.................................................................10 3.1.1. Tên và công thức : .....................................................................................10 3.1.2. Tính chất vật lý :.....................................................................................10 3.1.4 Phương pháp điều chế : ............................................................................11 3.1.5 ứng dụng :...................................................................................................11 3.2. 2­(4­etoxyphenyl)­2­metylpropyl ancol 1, 15 ..........................................11 3.2.1. Tên và công thức : .....................................................................................11

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- -Họ và tên sinh viên: NguyễnĐức Kiên

Số hiệu sinh viên: 20031852

Khoá: 51

Khoa: Công nghệ Hoá học

Bộ môn: Hóa dược và hóa chất bảo vệ thực vật

1 Đầu đề thiết kế:

Thiết kế dây chuyền sản xuất thuốc trừ sâu Etofenprox

Năng suất: 1100 tấn/năm

2 Các số liệu ban đầu:

 Thành phần nguyên liệu theo khối lượng:

 Lựa chọn công nghệ sản xuất

 Tính toán thiết kế thiết bị chính

 Thiết kế xây dựng

 Tính toán kinh tế

 Các yêu cầu về an toàn lao động

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

 01 bản vẽ dây chuuyền công nghệ: A0

 01 bản vẽ thiết bị chính: A1

 01 bản vẽ mặt bằng phân xưởng: A0

 01 bản vẽ mặt cắt nhà sản xuất: A0

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS Hoàng Xuân Tiến.

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 6/2/2010

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đếntiến sỹ Hoàng Xuân Tiến - người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên

em trong suốt thời gian qua

Ngoài ra em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ mônHóa dược và hóa chất BVTV khoa Công nghệ hóa học trường đại học BáchKhoa đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án cũng như trong suốtthời gian học tập ở trường

Cuối cùng, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, đã bên cạnh

và giúp đỡ trong những lúc khó khăn, tạo điều kiện để em có thể tập trung thựchiện đồ án tốt nghiệp đúng hạn và thu được kết quả như mong muốn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHÂN I tổng QUAN Lý THUYếT 2

I.1 Giới thiệu chung về Etofenprox 2

1.1 Đặc điểm chung : [13, 15] 2

1.2 Các loại tên và công thức của etofenprox 2

1.3 Tính chất vật lý : [13, 15, 19] 2

1.4 Tính chất hóa học : [19] 3

1.5 Tác dụng : [13, 15] 4

1.6 Cơ chế tác động [13, 15] 5

1.7 ứng dụng của Etofenprox.[13, 15] 5

I.2 Tổng hợp Etofenprox[15, 19] 6

2.1 Các phơng pháp tổng hợp Etofenprox 6

2.1.1 phơng pháp 1: 6

2.1.2 Phơng pháp 2 : 6

2.1.3 Phơng pháp 3 : 7

2.1.4 Phơng pháp 4 : 7

2.1.5 Phơng pháp 5 : 7

2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tổng hợp Etofenprox[15, 19] 8

2.3 Tổng hợp Etofenprox : [16, 19] 8

2.3.1 Phản ứng tổng hợp Etofenprox: 8

2.3.2 Sơ đồ tổng hợp Etofenprox : 9

2.3.3 Công nghệ tổng hợp Etofenprox[16, 19] 9

I.3 Nguyên liệu tổng hợp Etofenprox : [2, 15, 21, 22, 23] 10

3.1 3-phenoxybenzyl clorua [21, 23] 10

3.1.1 Tên và công thức : 10

3.1.2 Tính chất vật lý : 10

3.1.4 Phơng pháp điều chế : 11

3.1.5 ứng dụng : 11

3.2 2-(4-etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol [1, 15] 11

3.2.1 Tên và công thức : 11

3.2.2 Tính chất hóa học : 11

3.2.3 Phơng pháp điều chế : 12

3.2.4 ứng dụng : 13

3.3 Natri hydroxyt [2, 22] 13

3.3.1 Công thức phân tử : NaOH 13

3.3.2 Tính chất vật lý 13

3.3.3 Tính chất hóa học 13

3.3.4 Phơng pháp điều chế 13

3.3.5 ứng dụng 14

I.4 Xây dựng dây chuyền sản xuất [3, 4, 5, 6] 14

4.1 Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất 14

4.2 Lựa chọn các thiết bị 14

PHầN II : tính toán công nghệ 15

II.1 Tính cân bằng vật chất 15

1.1 Thiết bị phản ứng 15

1.1.1 Tính toán chung cho các thiết bị phản ứng 15

1.1.2 Lợng chất đi vào thiết bị phản ứng trong một mẻ 15

1.1.3 Lợng các chất đi ra khỏi thiết bi phản ứng 17

1.2 Thiết bị trích ly: 18

1.2.1 Nguyên liệu vào: 18

1.2.2 Sản phẩm ra: 19

1.3 Thiết bị cô đặc 21

1.3.1.Thiết bị kết tinh: 22

1.3.2 Thiết bị kết tinh làm việc với năng suất 95% 22

1.4 Thiết bị sấy : 22

I.2.Tính toán cân bằng nhiệt lợng : 23

2.1 Tính cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng : 23

2.1.1 Tính nhiệt dung riêng của các phần tử: 23

2.1.2 Nhiệt lợng do nguyên liệu mang vào thiết bị : 24

2.1.3 Nhiệt lợng do chất tải nhiệt mang vào và nhiệt lợng mất mát ra môi tr-ờng :……… 32

2.2 Cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị cô đặc 34

2.2.1 Nhiệt lợng do sản phẩm mang vào thiết bị cô đặc (Q1) [5-152] 34

2.2.2 Nhiệt lợng do chất tải cấp cho nguyên liệu (Q2) 37

2.2.3 Nhiệt lợng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị 41

2.2.4 Nhiệt lợng do mất mát ra môi trờng xunh quanh (Q4) 44

II.3 Tính toán cơ khí 45

3.1 Xác định thể tích thiết bị phản ứng [5,6] 45

3.2 Xác định chiều dày thân thiết bị [6] 46

3.3 Xác định đờng kính các ống dẫn 50

3.3.1 Đờng kính ống dẫn 2-(4-etoxyphenyl)-2metypropyl ancol 50

3.3.2 Đờng kính ống dẫn 3-phenoxybenzyl clorua 50

3.3.3 Đờng kính ống dẫn dung dịch NaOH 50% 51

3.3.4 Đờng kính ống dẫn TBABr 52

3.3.5 Đờng kính ống dẫn Acetonitrile 52

3.3.6 Đờng kính ống tháo sản phẩm 53

3.3.7 Đờng kính ống dẫn hơi nớc vào thiêt bị phản ứng 54

3.4 Xác định chiều dày đáy và nắp thiết bị chính [6] 55

3.4.1.a Chiều dày đáy thiết bị 56

3.5 Tính vỏ bọc ngoài của thiết bị phản ứng 58

3.6 Tính và chọn cánh khuấy [5-610] 58

3.7 Chọn mặt bích [6-408] 58

3.8 Tính chọn chân đỡ cho thiết bị chính [6-435] 60

PHÂN III : THIẾT KẾ XÂY DỰNG 61

III 1 Các yêu cầu chung 61

III.2 Các yêu cầu về kỹ thuật khi thiết kế phân xởng : 62

PHÂN VI : TÍNH TOÁN KINH TẾ 65

IV.1 Xác định chế độ làm việc của phân xởng 65

IV.2 Chi phí cho nhu cầu về nguyên liệu và năng lợng: 65

2.1 Chi phớ cho năng lượng 65

2.2 Chi phí cho nguyên liệu 67

IV.3 Chi phí vốn đầu t cố định: 68

3.1 Vốn đầu tư xõy dựng 68

3.2 Vốn đầu tư cho thiết bị mỏy múc: 68

IV.4 Quỹ lơng công nhân và nhân viên toàn bộ nhà máy 69

4.1 Nhu cầu về lao động 69

4.2 Lương cụng nhõn viờn nhà mỏy 70

IV.5 Tính khấu hao 71

IV.6 Tính các chi phí khác 71

IV.7 Tính lợi nhuận kinh tế: 71

PHÂN V : AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ MễI TRƯỜNG 73

V.1 Mục đích 73

V.2 Công tác an toàn lao động 73

V.3 Công tác vệ sinh trong lao động 74

V.4 Hệ thống vệ sinh công nhân 75

V.5 Môi trờng 76

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước mà nông nghiệp đóng vai trò hết sức quan trọngtrong nền kinh tế, tỷ lệ lao động trong ngành này chiếm tới 80% tổng số laođộng nước ta Vì vậy để kinh tế đất nước phát triển thì việc chú trọng đầu tư vàonền nông nghiệp là vô cùng cần thiết

Việc nghiên cứu, sản xuất và phát triển các loại thuốc trừ sâu có tác dụngtốt, rẻ và thân thiện với môi trường là một đòi hỏi tất yếu của sự phát triển trongnền nông nghiệp Tuy nhiên từ việc nghiên cứu đến ứng dụng sản xuất trong quy

mô công nghiệp mà một quá trình rất phức tạp, và có nhiều vấn đề nảy sinh Do

đó yêu cầu đặt ra đối với người thiết kế là phải có kiến thức vững và hiểu biếtsâu sắc về công việc mà mình đang thực hiện

Đối với kỹ sư chuyên ngành hóa học thì việc thiết kế một dây chuyền côngnghệ ứng dụng trong sản xuất là một cơ hội để ứng dụng, tổng hợp những kiếnthức đã được học, đồng thời cũng là một yêu cầu, một thử thách phải hoànthành

Trong bản đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế dây chuyền côngnghệ sản xuất thuốc trừ sâu Etofenprox với năng suất 1000 tấn/năm với sựhướng dẫn của thầy Hoàng Xuân Tiến Tuy nhiên do kiến thức có hạn và kinhnghiệm thực tế thì chưa có nên bản đồ án này chủ yếu dựa trên lý thuyết nênkhông tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của cácthầy cô để em có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình

- Tªn gäi kh¸c: Trebon, Ethofenprox, MTI 500.

- Tªn hãa häc: 2 – (4 – Ethoxiphenyl) – 2 – metylpropyl – 3 –phenoxibenzylete

- ( 250C ) trong : Nớc 1mg/l , acetone 7,8kg/l , ethalon 150g/l

- ổn định nhiệt : ổn định ít nhất trong thời gian 3 tháng ở 800C , bắt đầu bịthủy phân ở 1000C

1.4 Tính chất hóa học : [19]

- Công thức phân tử : C25H28O3

- Công thức cấu tạo:

- Có đầy đủ tính chất của một ete hữu cơ

- Tham gia phản ứng thế vào vòng benzen theo cơ chế SE

- Tham gia phản ứng oxh

- Tham gia phản ứng cộng vòng benzen

1.5 Tác dụng : [13, 15]

Etofenprox là loại thuốc trừ sâu chủ yếu có tác dụng tiếp xúc mạnh , vị độc

và xông hơi , không có tác dụng thẩm thấu và nội hấp , đợc dùng để phòng trừ

hầu hết các loại côn trùng gây hại trong nông nghiệp và , chăn luôi , sát trùng giadụng các loại sâu , bớm , rầy , rệp , các côn trùng y tế … Etofenprox ít độc hạivới ca hơn các thuốc trừ sâu nhóm pyrethriod khác , nó đợc xếp vào loại thuốctrừ sâu độc loại IV ( LD50 > 42.800mg/kg )

Các chỉ số về độ độc của Etofenprox : ( Nhận xét của FAO / WHO 68, 70 )

- Cấp tính đờng miệng : LD50 đối với chuột cái> 42 880, chuột đực> 107

200, chó> 5000 mg / kg

- Da và mắt LD50 : Cấp tính qua da cho chuột và chuột đực và cái> 2140

mg / kg; không gây kích thích da và mắt (thỏ)

- Hít : LC50 (4 h) cho chuột 5900 mg/m3

- NOEL (1 y) cho những chú chó 32 mg / kg chế độ ăn uống, (2 y) cho chuột

đực 3.7, chuột cái 4.8, chuột đực 3.1, chuột cái 3,6 mg / kg chế độ ăn uống

- Trong các nghiên cứu thức ăn tuổi thọ trên chuột và chuột, với liều lên

đến 4900 trang / phút, và trên những con chó, với liều lên đến 10 000 trang /phút, không có tác dụng phụ đó đợc quan sát Gây biến dị, gây quái thai, vànghiên cứu sinh sản thế hệ ba cho thấy không có bất thờng đáng chú ý ADI(JMPR) 0,03 mg / kg bw [1993] Độc tính cấp WHO (ai) III (Bảng 5); EPA (xâydựng) IV

- Chim LD50 : Cấp tính đờng miệng cho vịt vịt trời> 2000 mg / kg

- Cá TLm (48 h) trong 5,0 ppm cỏ chộp Bo bo LC50 (3 h)> 40 mg / l

- Worms LC50 cho giun đất (7 d) 43,1 trang / phút, (14 d) 24,6 trang / phút Etofenprox có phổ tác dụng rộng , diệt đợc côn trùng thuộc bộ cánh vảy ,hai cánh và cánh cứng Ngoài ra thuốc có tác dụng xua đuổi côn trùng , nên cókhả năng hồi phục quần thể thấp Tác dụng diệt sâu nhanh

Một số sản phẩm của etofenprox đã đợc đa vào sử dụng , nó có thể sử dụngkết hợp với một số loại thuốc trừ sâu khác Một số lợi thế đặc biệt củaetofenprox là gần nh không độc hại với ngời và động vật máu nóng

Etofenprox không gây kích ứng và tác dụng thấp với môi trờng , liều sửdụng thấp nên nó rất an toàn với ngời

1.7 ứng dụng của Etofenprox.[13, 15]

Với những u điểm nổi trội của Etofenprox nh thân thiên với môi trờng , ít

độc hại với ngời và các động vật bậc cao , ít độc hại với cá hơn các loại thuốc trừsâu khác ( độ độc loại IV ; LD50 > 42800mg/kg ).Vì vậy mà ngày nay thuốc đợc

sử dụng rộng rãi để bảo vệ mùa màng Thuốc đợc gia công dới nhiều dạng nh :

EC , SC , EW , ULV , WP

Ngoài ra chúng còn đơc sử dung trong các lĩnh vực khác nh : Etofenrox đợc

thẩm định để sử dụng nó trong việc bảo quản gỗ Bằng các kỹ thuật công nghiệpngời ta đa Etofenprox vào các lớp ngoài bề mặt của gỗ để chống mối mọt…Tại Việt Nam , Etofenprox dới tên thơng mại là Trebon đợc đua vào đăng

ký sử dụng năm 1994 Thuốc đợc gia công dới dạng 10 -20EC , SE , dùng để trừsâu , rầy trên lúa , rau màu , cây công nghiêp Thuốc còn sử dụng trong sat trùnggia dụng dới tên Vectron , dùng để kiểm xoát vector sốt rét

Kết quả thử nghiệm d lợng thuốc trên một số loại thực vật :

- Trên cam quýt: Thử nghiệm trên trái cây đợc tiến hành trớc khi thuhoạch hai tuần tại Nhật Bản Kết quả là d lợng thuốc dới giới hạn cho phép, là6,6-11,4mg/kg trong phần nhân quả, tơng đơng với 1,5-1,9mg/kg trong toàn bộtrái cây

- Trên đào: Thử nghiệm đợc tiến hành tại Nhật Bản trên đào với lợng0,8kg ai/ha Sau hai tuần, d lợng đợc xác định trên vỏ là 3,7-6,8mg/kg, còn trongnhân quả thì đợc xác định là không có d lợng của thuốc

- Trên khoai tây: Thử nghiệm đợc tiến hành tại Hungary, Nhật Bản và BaLan Tất cả đều ở mức chấp nhận đợc Tại Hungary khoai tây đợc sử dụng vớimức 0,15kg ai/ha và sau 7 ngày thì mẫu khoai tây đợc kiểm nghiệm với d lợngnhỏ hơn mức cho phép (<0,05mg/kg) Còn tại Nhật Bản khoai tây đợc phun lợngthuốc từ 0,3kg ai/ha đến 0,6kg ai/ha thì d lợng đợc xác định (sau 14 ngày) là nhỏhơn 0,01mg/kg Tại Ba Lan, khoai tây đợc sử dụng lợng thuốc là 0,06kg ai/ha và0,09kg ai/ha thì d lợng đợc xác định (sau 74 ngày) là 0,86mg/kg và 1,6mg/kg t-

+

- Ưu nhợc điểm :

+ Ưu điểm :

 Phản ứng đơn giản dễ thực hiện , hiêu suất đạt đợc khá cao

 Nguồn nguyên liệu đầu vào dễ tổng hợp đợc

 Nhiệt độ phản ứng không cao lắm và dao động lên tiến hành cấp nhiệtkhông dễ thực hiện

+ Nhợc điểm :

 Hiệu xuất không ổn định dẫn đến khó tính toán ổn định lợng sản phẩm

XT EtO X=Halogen

+

- Ưu nhợc điểm :

+ Ưu điểm :

 Phản ứng tổng hợp dễ thực hiện

 Nguyên liệu đầu vào dễ tổng hợp

 Nhiệt độ phản ứng dao động lớn lên điều chỉnh nhiệt cho phản ứng đơngiản

 Hiệu xuất phản ứng ổn đinh

 Quá trình tách loại lấy sản phẩm đơn giản dễ thực hiện và có có hiệuxuất tách cao

- Ưu nhợc điểm :

+ Ưu điểm :

 Phản ứng đạt hiêu xuất cao hơn phơng pháp 1 và phơng pháp 2

+ Nhợc điểm :

 Điều kiện tiến hành phản ứng khó

 Nhiệt độ cao và không đối dẫn đến quá trình cấp nhiệt phức tạp

 Nguồn nguyên liệu đầu vào khó tổng hợp hơn phơng pháp 1 và 2

2 1.4 Phơng pháp 4 :

- Ngng tụ m-phenoxybenzyl chloried với p-ethoxyneophyl chloried dới tácdung của xúc tác KOH có sự tham gia của xúc tác chuyển pha trong DMSO

2.1.5 Phơng pháp 5 :

- Cho 4-ethoxybenzyl cyanide phản ứng với methyl iodide dới tác dụng củaxúc tác axit sunfuric và LAIH4 sau đó sản phẩm thu đợc ngng tụ với 3-phenoxy-benzyl bromide tạo etofenprox

2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tổng hợp Etofenprox[15, 19]

Trong phản ứng tổng hợp từ 3-phenoxybenzyl clorua (PC) và 2-( etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol đợc thực hiên trong điều kiện sau :

4 Tỷ lệ mol : 24 ( 44 etoxyphenyl)4 24 metylpropyl ancol /34 phenoxybenzyl clorua / NaOH / XTCP tetrabutylamonibromua là 1/1,4/0,1

- Phản ứng đợc thực hiện trong môi trờng : Dung môi acetonitril

- Nhiệt độ : 800C

- Thời gian phản ứng : 8 giờ

- Cất loại dung môi bằng cô quay dới áp suất giảm Tách sản phẩm bằngsắc ký cột silicagel 60F sử dụng dung môi rửa giải toluen : n-hexan 1:1 hoặc kếttinh trong toluen/n-hexan tỷ lệ 4/6 ba lần

EtO

1.NaOH 2.TBABr

80 0 C

2.3.2 Sơ đồ tổng hợp Etofenprox :

2.3.3 Công nghệ tổng hợp Etofenprox[16, 19]

Công nghệ sản xuất Etofenprox gồm các bớc sau :

- Hòa tan 2-(4-etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol trong axetonitril , bổ xungdung dịch NaOH 50% và XTCP tetrabutylamonibromua (TBABr) Khuấy trộn

và đa hỗn hợp vào thiết bị phản ứng và nâng hỗn hợp lên 500C , sau đó nhỏ rọtdung dịch 3-phenoxybenzyl clorua hòa tan trong axetonitril vào hỗn hơp phảnứng Tỷ lệ 3-phenoxybenzyl clorua/ 2-(4-etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol/NaOH /XTCP tetrabutylamonibromua là 1,4/1/2/0,1 Kết thúc nhỏ giọt nângnhiêt độ phản ứng lên 800C trong 8 giờ

- Sau khi phản ứng kết thúc , làm lạnh xuống nhiệt độ phòng Bổ xung vàohỗn hợp 2800ml nớc

- Chiết hỗn hợp thu đợc bằng toluen trong thiết bị hấp thụ Rửa dịch chiêttoluen bằng nớc qua thiết bị trích ly

2-(4-etoxyphenyl)-2- metylpropyl ancol

Hòa tan

Chiết sản phẩmPhản ứng ng ng tụ

Cất loại dung môi

Kết tinh

Sấy sản phẩm

Etofenprox thanh phẩm

- Cất loại dung môi dới áp suất giảm bằng thiết bị cô đặc

- Kết tinh sản phẩm Etofenprox trong toluen / n-hexen tỷ lệ 4/6 ba lần

- Sấy sản phẩm dới áp suất giảm ở nhiệt độ phòng và đóng gói

I.3 Nguyên liệu tổng hợp Etofenprox : [2, 15, 21, 22, 23]

Cl

3.1.4 Phơng pháp điều chế :

Cho m-clorua phenoxybenzyl hoặc m-clorua phenoxybenzal , hoặc hỗn hợp

đó tác dụng với clo ở nhiệt độ khoảng 2500-2600C và để cho phản ứng trongkhoảng 5 giờ Phản ứng đợc thực hiện trong điều kiện có hoặc không có xúc tác

- Phản ứng thế vào nhân benzen :

CN

OEt CN

EtO

COOH

OEt OH

+ Mel 50% KOH

+ Mel 60% KOH

2-O

+ EtO

AlCl3-5 0 -2 0 C

- Sản phẩm trung gian 2-(4-etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol cũng đợctổng hợp bằng phản ứng Grignard khi cho p-bromphenetol tác dụng với oxyt isobutyl

- ë d¹ng dung dÞch : Dung dÞch b·o hßa 50%

- Khèi lîng mol : 39,9971g/mol

- Ph¶n øng víi c¸c axit vµ oxit axit t¹o muèi vµ níc

NaOH(dd) + HCl(dd) → NaCl(dd) + H2O(l)

- Ph¶n øng víi dioxit cacbon

2Na+ + 2H2O + 2e → H2 + 2NaOHPhản ứng điện ph©n dung dịch muối ăn l :à:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 (Điều kiện: điện ph©n cã m ng ngà: ăn)

3.3.5 øng dông

- S¶n xuÊt sµ phßng , chÊt tÈy röa , bét giÆt

- S¶n xuÊt t¬ nh©n t¹o

- S¶n xuÊt giÊy

- Sản xuất nhôm ( làm sạch quặng nhôm trớc khi sản xuất )

- Chế biến dầu mỏ và nhiều ngành công nghiệp hóa chất khác

I.4 Xây dựng dây chuyền sản xuất [3, 4, 5, 6]

4.1 Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất

- Thựng chứa 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol

- Thiết bị trích ly: Là thiết bị loại tháp có tấm ngăn làm việc liên tục

- Thiết bị cô đặc : Vì nhiệt độ nóng chảy của Etofenprox là khá thấp (360C)nên phải chọn thiết bị cô đặc áp suất giảm để thiết bị có thể làm việc ở nhiệt độthấp (thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của Etofenprox ).Vì vậy chọn thiết bị cô đặc

có vành dẫn chất lỏng để cô phân tách dung môi và Etofenprox

- Thiết bị kết tinh: Cho Etofenprox kết tinh trong hệ dung môi hexan,chọn thiết bị kết tinh hút chân không làm việc liên tục

- Thiết bị kết tinh: Cho Etofenprox kết tinh trong hệ dung môi toluen/n-hexan,chọn thiết bị kết tinh hút chân không làm việc liên tục

toluen/n-PHầN II : tính toán công nghệ

II.1 Tính cân bằng vật chất

- Một năm có 365 ngày

- Số ngày lễ tết và nghỉ để sửa chữa bảo dỡng là 30 ngày

- Vậy số ngày làm việc trong 1 năm bằng: 365-30=335 (ngày)

- Năng suất làm việc của nhà máy là 1100 (tấn/năm) = 1100000(kg/năm)

ở thiết bị phản ứng, mỗi mẻ làm việc hết 8h, thời gian chuẩn bị cho mỗi mẻ

là 2h, vậy ta giả sử mỗi ngày sản xuất đợc 3 mẻ thì năng suất tính theo kg/mẻcủa nhà máy là: 1100000 / (335 x 3) = 1094,5274 (kg/mẻ)

1.1 Thiết bị phản ứng

1.1.1 Tính toán chung cho các thiết bị phản ứng.

- Giả sử Etofenprox thu đợc có độ tinh khiết 99%

- Hiệu suất phản ứng là 80%

- Hiệu suất làm việc của thiết bị trích ly là 99%

- Hiệu suất làm việc của thiết bị cô đặc là 99% (giả sử Etofenprox bị mấtmát trong thiết bị cô đặc là 1%)

- Hiệu suất làm việc của thiết bị kết tinh là 95%

- Hiệu suất làm việc của thiết bị sấy là 99%, Etofenprox bị mất mất trongthiết bị này là 1%

+

1.NaOH 2.TBABr

800C

+ HCl

Vậy lợng Etofenprox thu đợc theo lý thuyết sau phản ứng là:

1094,527x(99/100) x (100/99) / (100/95) / (100/99) / (100/99) x (100/80) =1469,4088 (kg/mẻ) = 1469,4088 / 376,4896 (kmol/mẻ) = 3,9029 (kmol/mẻ)

1.1.2 Lợng chất đi vào thiết bị phản ứng trong một mẻ.

- Cứ 1 mol Etofenprox thì cần 1 mol 2-(4-etoxyphenyl)-2metypropyl ancol Theo khảo sát ảnh hởng các chất tham gia phản ứng lên hiệu suất phản ứng thì tỷ lệ mol

2-(4etoxyphenyl)2metypropylancol/3phenoxybenzylclorua/NaOH/TBABr là 1/1,4/2/0,1 Nên theo lý thuyết thì số mol 2-(4-etoxyphenyl)-2metypropyl ancol cần sử dụng là :

3,9029 (kmol/mẻ) = 3,9029 x 194,2694 (kg/mẻ) = 758,2179(kg/mẻ)

Do sử dụng (4-etoxyphenyl)-2metypropyl ancol kỹ thuật 98% nên lợng

2-(4-etoxyphenyl)-2metypropyl ancol kỹ thuật cần sử dụng là :

Giả sử TBABr có độ tinh khiết là 99% thì lợng xúc tác thực tế cần dùng là:

Bảng 1: Khối lợng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng

Tên nguyên liệu

Lợng nguyênliệu kỹ thuật (kg/

mẻ)

Lợng nguyênliệu tinh khiết(kg/mẻ)

Lợng tạp chất(kg/mẻ)

- Lợng NaCl tạo thành: Lợng HCl tạo thành bằng số mol của Etofenprox tạo

thành và bằng 4.6832 (kmol/mẻ) Sau đó HCl phản ứng với NaOH theo phơng

trình:

NaOH + HCl  NaCl+ H2O

Số mol NaOH tham gia phản ứng bằng số mol HCl và: bằng số mol NaCl

và: H2O tạo thành Vậy lợng NaCl ra khỏi thiết bị phản ứng là :

3,12232 (kmol/mẻ) = 3,12232x 58,4429 = 182,4774 (kg/mẻ)

- Lợng NaOH còn d là:

312,2086-3,12232x40 = 187,3158 (kg/mẻ)

- Lợng nớc đi ra khỏi thiết bị phản ứng: Bao gồm lợng nớc có trong dung

dịch NaOH 50% và lợng nớc tạo vào trong phản ứng trung hũa giữa NaOH và

HCl và bằng:

312,2086+ (3,12232x18) = 368,4104 (kg/mẻ).

- Lợng TBABr ra khỏi thiết bị phản ứng: 125,6734 (kg/mẻ)

- Lợng acetonitril đi ra khỏi thiết bị phản ứng: 9203,0382 (kg/mẻ)

- Lợng tạp chất đi ra khỏi thiết bị phản ứng bằng tổng tạp chất của cácnguyên liệu mang vào: 222,7115(kg/mẻ)

1.2.1 Nguyên liệu vào:

Bao gồm lợng sản phẩm thu đợc ở thiết bị phản ứng và toluene với lợngphụ thuộc vào lợng sản phẩm etofenprox và các sản phẩm phụ hữu cơ tan trongtoluen

Lợng nớc bổ sung vào Theo thực nghiệm, để tạo vào 1/3 mol Etofenproxthì cần bổ sung 2800ml nớc và độ tan của etofenprox trong toluen là 862g/l ở

200C Vậy để tạo vào 3.12232kmol Etofenprox thì cần bổ sung lợng nớc :

3,12232x103 x2,8 x3 =26227,488 (l/mẻ)

Lợng etofenprox tạo ra ở thiết bị phản ứng là 1157,5210 kg/mẻ , lợngtoluen cần để hấp thụ là :

1157,5210x103/862 =1342,831787(l/mẻ)Trong pha hữu cơ toluen còn hòa tan cả tạp chất lẫn chất d của thiết bịphản ứng Khối lợng của các chất hữu cơ khác có trong thiết bị phản ứng là :

151,6428 +512,0972 +125,6734+9203,0382 +

55,8081=10048,2597(kg/mẻ)

Tổng khối lợng pha hữu cơ là :

10048,2597 + 1157,5210 =11205,7807(kg/mẻ)Lợng toluen cần để hấp thụ là ( coi độ hòa tan của tạp chất lẫn chất d xấp

xỉ bằng etofenprox):

11205,7807 : 0,862 = 12999,7456(lít)Vì toluen đợc sử dụng tuần hoàn lên ta chỉ dùng 5000(lít)

Vậy lợng toluen cần dùng để hập thụ pha hu cơ trong thiết bị phản ứngkhoảng 5000(l/mẻ)=5000x0,8669=4334,5(kg/mẻ) Vì khối lợng riêng củatoluen là 0,8669kg/l

Tổng khối lợng nớc trong thiết bị trích lý là:

26227,488+ 368,4104=26595,9884 (kg/mẻ)

Thiết bị trích ly có năng suất làm việc là 99% Sau thiết bị trích ly ta tách

đợc NaCl, NaOH, H2O và thu đợc lớp chất hữu cơ bao gồm Etofenprox và cáctạp chất (Bao gồm các nguyên liệu còn d, các dung môi và xúc tác) Sau đó rửaphần hữu cơ thu đợc bằng nớc cất

1.2.2 Sản phẩm ra:

Thu đợc pha hữu cơ và pha vô cơ

 Pha hữu cơ bao gồm:

Bảng 3: Cân bằng vật chất trong thiết bị trích ly

Sản phẩm thu đợc ở thiết bị trích ly là pha hữu cơ đợc đa vào thiết bị cô

đặc Thiết bị cô đặc làm việc với năng suất 99%, và acetonitril và nớc có nhiệt độsôi thấp hơn (800C và1000C) nên giả sử lợng acetonitril và nuớc bị bay hơi hếttrong thiết bị cô đặc, toluene bị bay hơi 99% cũn cỏc chất hữu cơ khác bị bay hơi1%.Vậy sau thiết bị cô đặc ta thu đợc bảng sau :

Bảng 4: Cân bằng vật chất của thiết bị cô đặc

Tên sản phẩm Khối lợng vào(kg/mẻ)

Khối lợng ra (kg/mẻ)lợng bay hơi

Thiết bị kết tinh làm việc với năng suất 95%.

Cho hỗn hợp thu đợc kết tinh trong hỗn hợp toluen / n-hexen tỷ lệ 4/6.Sau thiết bị kết tinh ta thu đợc lợng Etofenprox là :

I.2. Tính toán cân bằng nhiệt lợng :

2.1 Tính cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng :

Phơng trình cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng :

Q1 + Q2 = Q4 + Q5 + Q3Trong đó :

Q1 : Nhiệt lợng do nguyên liệu đem vào thiết bị, kJ/mẻ

Q2 : Nhiệt lợng do chất tải nhiệt đem vào thiết bị, kJ/mẻ

Q3 : Nhiệt lợng do phản ứng ngng tụ, kJ/mẻ

Q4 : Nhiệt lợng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị, kJ/mẻ

Q5: Nhiệt lợng mất mát ra môi trờng xung quanh, kJ/mẻ

áp dụng công thức: [5-152]

M x C = n1 x c1 + n2 x c2 + n3 x c3 + …Trong đó:

- M là khối lợng mol của phân tử cần tính

- Nhiệt dung riêng của 3-phenoxybenzyl clorua Cb:

218,6786 x Cb = 13 x 11,7 + 11x 18 + 1x 25,1 + 1x 33,5Suy ra Cb = 1,8689 (kJ/kg độ)

Q3

- Nhiệt dung riêng của TBABr Cd là:

322 x Cd = 16x 11,7 + 36 x 18 + 1 x 33,5 + 1x 33,5Suy ra Cd = 2,8018 (kJ/kg độ)

- Nhiệt dung riêng của Etofenprox là: Ce

376,4896 x Ceto = 25 x 11,7 + 28 x 18 + 3 x 25,1Suy ra Ceto = 2,315 (kJ/kg.độ)

2.1.2 Nhiệt lợng do nguyên liệu mang vào thiết bị :

Q1 = Qa + Qb + Qc + Qd + QeTrong đó :

- Qa: Nhiệt lợng do nguyên liệu 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancolmang vào

- Qb: Nhiệt lợng do nguyên liệu 3-phenoxybenzyl clorua mang vào

- Qc: Nhiệt lợng do dung dịch NaOH 50% mang vào

- Qd: Nhiệt lợng do (n-Bu)4NBr mang vào

- Qe: Nhiệt lợng do Acetonitril mang vào

Vì các tạp chất có thành phần rất phức tạp và khó xác định nên ta coi nhiệtdung riêng của các tạp chất xấp xỉ bằng nhiệt lợng riêng của các chất mang nóvào

 Nhiệt lợng do 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol mang v ào thiết bị phản ứng.

Qa = GaxCa x taVới: Ga: Khối lợng 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol 98% mang vàothiết bị phản ứng và

Ga= 773,6918 (kg/mẻ)

Ca: Nhiệt dung riêng của 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol

Ca = 2,6489 (kJ/kg độ)

ta: Nhiệt độ của 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol mang vào thiết bịphản ứng là 250C.

Vậy

Qa= 773,6918x2,6489 x25 = 72025,6968 (kJ/mẻ)

 Lợng nhiệt do 3-phenoxybenzyl clorua mang vào thiết bị phản ứng.

Qb = Gb x Cb xtbVới: Ga: Khối lợng 3-phenoxybenzyl clorua 98.5% mang vào thiết bị phảnứng và :

Gb = 1705,3023 (kg/mẻ)

Cb: Nhiệt dung riêng của 3-phenoxybenzyl clorua, Cb = 1,8689 (kJ/kg độ)

ta: Nhiệt độ của 3-phenoxybenzyl clorua mang vào thiết bị phản ứng là:

200C :

Cp(NaOH 50%) = 3,24 (kJ/kg.độ)

ở 300C:

Cp(NaOH 50%) = 3,22 (kJ/kg.độ)Nội suy ta đợc:

Cp(NaOH 50%) = Cc = 3,235 (kJ/kg.độ)Khối lợng dung dịch NaOH 50% mang vào thiết bị phản ứng là:

Td: Nhiệt độ TBABr man g vào thiết bị phản ứng là 250C

Cd: Nhiệt dung riờng của TBABr, Cd = 2,8018 (kJ/kg độ)

Vậy :

Qd= 126,9428x2,8018x 25 = 8891,7084 (kJ/mẻ)

 NhiÖt lîng do Acetonitril mang vµo thiÕt bÞ ph¶n øng:

2-(4- phenoxybenzyl clorua

3-Dung dÞch

NhiÖt dung riªng

HCl + NaOH  NaCl + H2OVậy nhiệt lợng do phản ứng ngng tụ bằng tổng nhiệt lợng của hai phản ứngtrên:

E = E1 + E2Với E là tổng nhiệt lợng của các phản ứng

E1: Nhiệt lợng tỏa ra của phản ứng thứ nhất

E2: Nhiệt lợng tỏa ra ở phản ứng thứ hai

 Tính năng lợng của phản ứng thứ nhất (E 1 )

C12H18O2 + C13H11OCl  C25H28O3 + HCl

- Số mol của Etofenprox tạo thành là 3,1223 (kmol/mẻ)

- Số mol của 2-(4-etoxyphenyl)-2-metylpropyl ancol phản ứng là 3,1223(kmol/mẻ)

- Số mol của 3-phenoxybenzyl clorua phản ứng là 3,1223 (kmol/mẻ)

- Số mol của HCl tạo thành là 3,1223 (kmol/mẻ)

- Sự biến đổi etanpi của phản ứng chính bằng tổng năng lợng cuả các liênkết mới đợc hình thành trừ đi tổng năng lợng của các liên kết bị phá vỡ

E1 = E(Etofenprox ) + E(HCl) – E(2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol ) – E(3-phenoxybenzyl clorua)

Bảng 9 : Giá trị năng lợng của các liên kết [7]

Lợng châttrong phản ứng(kmol)

năng lợngtổng trongmột mẻ(kj/mẻ)

Số liên kết trong

0 s(kJ/mol)

lợng chất thamgia và tạothành(kmol/mẻ

)

Lợng Ho mỗi

mẻ lợng(kJ/mẻ)

CP = a0+ a1.T+ a2.T-2(J/mol.độ)Trong đó T nằm trong khoảng 2980K đến 10730K

Bảng 10 : Nhiệt dung riêng đẳng áp

Tên chất Cp(J/mol.độ) lợng chât tham giavà tạo thành phản

ứng (kmol\mẻ)

Cp trong mẻ(kJ/mẻ)

 Nhiệt lợng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị (Q 4 )

Nhiệt lợng do khối sản phẩm mang ra đợc tính theo công thức:

Q4 = Gr cr tTrong đó:

- Gr: Khối lợng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng (kg/mẻ)

Gr = 17047,9423 (kg/mẻ)

- t: Nhiệt độ của hỗn hợp khi kết thúc phản ứng, t = 800C

- Cr: Nhiệt dung riêng của khối sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phảnứng(kJ/kg.độ) Công thức tính Cr nh sau:

Cr = Z1 Cr1 + Z2 Cr2 + Z3 Cr3 + Z4 Cr4 + Z5 Cr5 + Z6 Cr6 + Z7 Cr7 + + Z8 Cr8 + z9 Cr9

Trong đó:

- Z1: Tỉ lệ phần khối lợng của 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancoltrong hỗn hợp ra

- Z2: Tỉ lệ phần khối lợng của 3-phenoxybenzyl clorua trong hỗn hợp ra

- Z3: Tỉ lệ phần khối lợng của NaOH trong hỗn hợp ra

- Z4: Tỉ lệ phần khối lợng của TBABr trong hỗn hợp ra

- Z5: Tỉ lệ phần khối lợng của Acetonitrile trong hỗn hợp ra

- Z6: Tỉ lệ phần khối lợng của nớc trong hỗn hợp ra

- Z7: Tỉ lệ phần khối lợng của Etofenprox trong hỗn hợp ra

- Z8: Tỉ lệ phần khối lợng của NaCl trong hỗn hợp ra

- Z9: Tỉ lệ phần khối lợng của tạp chất trong hỗn hợp ra

Vì lợng tạp chất là thành phần phức tạp nên ta giả sử nhiệt dung riêng của tạpchất là giá trị trung bình của nhiệt dung riêng của các chất có trong hỗn hợp

Theo tính toán ở trên ta có:

- Nhiệt dung riêng của 2-(4-etoxyphenyl) -2- metylpropyl ancol là:

Thay số ta đợc kết quả theo bảng số liệu dới đây

Bảng 11: bảng kết quả tính toán :

Tên Khối lợng ra (kg/mẻ) Phần khốilợng Nhiệt dung riêng

(kJ/kg.độ)2-(4-etoxyphenyl) -2-

Cr = 2,3062 (kJ/kg.độ)Nhiệt lợng do khối sản phẩm mang ra là

Q5 = 0,01Q2 = 31804,06029 (kJ/mÎ)

B¶ng 12: C©n b»ng nhiÖt lîng

(kJ/mÎ) Lo¹i nhiÖt lîng

NhiÖt lîng(kJ/mÎ)NhiÖt lîng do nguyªn liÖu

®em vµo thiÕt bÞ (Q1) 688427,3250

NhiÖt lîng do s¶nphÈm mang ra(Q4)

31804,06029

ChÊt t¶i nhiÖt lµ h¬i níc b·o hßa ë 1000C nhiÖt hãa h¬i lµ :

- Chän h¬i níc b·o hßa cÊp nhiÖt cho thiÕt bÞ ph¶n øng lµm viÖc ë ¸pxuÊt 1 atm Lîng h¬i níc cÇn dïng cho qu¸ tr×nh lµ :

NhiÖt hãa h¬i cña h¬i níc ë ¸p suÊt khÝ quyÓn lµ :

2.2 Cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị cô đặc.

Phơng trình cân bằng nhiệt cho thiết bị phản ứng :

Q1 + Q5 = Q2 + Q3 + Q4Trong đó :

Q1 : Nhiệt lợng do nguyên liệu đem vào thiết bị, kJ/h

Q2 : Nhiệt lợng do chất tải nhiệt cấp cho nguyên liệu, kJ/h

Q3 : Nhiệt lợng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị, kJ/h

Q4: Nhiệt lợng mất mát ra môi trờng xung quanh, kJ/h

Q5 : Nhiệt lợng do chất tải cấp cho cả quá trình, kJ/h

Bảng 4: Cân bằng vật chất ở thiết bị cô đặc

(kg/mẻ)

Khối lợng ra (kg/mẻ)lợng bay hơi

Q = G x C x tTrong đó:

G: Khối lợng nguyên liệu mang vào thiết bị cô đặc (kg/mẻ)

t: Nhiệt độ của hỗn hợp nguyên liệu vào, t = 250C