Thiết kế phân xưởng sản xuất DCE từ nguyên liệu là etylen và HCl, với năng suất 200 000 tấnnăm

Thiết kế phân xưởng sản xuất DCE từ nguyên liệu là etylen và HCl, với năng suất 200.000 tấnnăm. Etylen kỹ thuật ( theo thể tích ): 98% C2H4 1,2% CH4 0,795% C2H6 0,005% C3H6 Hydrochloric (theo thể tích ): 98,16% HCl 0,2% Cl 0,74% N2 0,47% H2 0,24% C2H6 0,1% C2H2Cl2 0,09% DCE

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ * Các số liệu ban đầu: - Thiết kế phân xưởng sản xuất DCE từ nguyên liệu là etylen và HCl, với năng suất 200.000 tấn/năm. - Etylen kỹ thuật ( theo thể tích ): 98% C 2 H 4 1,2% CH 4 0,795% C 2 H 6 0,005% C 3 H 6 -Hydrochloric (theo thể tích ): 98,16% HCl 0,2% Cl 0,74% N 2 0,47% H 2 0,24% C 2 H 6 0,1% C 2 H 2 Cl 2 0,09% DCE - Lượng không khi lấy dư 1,25% - Lượng DEC tổn thất 2,5% • Khi sục nguyên liệu etylen và HCl vào thiết bị phản ứng clo hóa có chứa xúc tác Al 2 O 3 /(CuCl 2 + Cu 2 Cl 2 ) 5,5% trong môi trường DCE lỏng, sản phẩm chính là DCE và sản phẩm phụ như tricloetan (TCE), tetrachloroethylen,… Các phản ứng xảy ra trong thiết bị clo hóa: C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 +2H 2 O C 2 H 4 + 2O 2 2CO +2H 2 O C 2 H 4 + 2O 2 + 3HCl CCl 3 -CHO + H 2 O C 2 H 4 + 1,5O 2 + 3HCl CHCl =CCl 2 + 3H 2 O C 2 H 4 + 2O 2 + 4HCl CCl 2 =CCl 2 + 4H 2 O 3.1. Tính toán cân bằng vật chất: Trọng lượng phân tử DCE M = 99 kg/ kmol Tách DCE bằng cách chưng cất: 200000 25 8000 DCE G = = (tấn/h) = 25000 (kg/h) Lượng DCE tổn thất là 2,5% nên lượng DCE thực tế tạo thành: 25000 2.5 25000 25625 100 DCE G × = + = (kg/h) = 258,8384 (kmol/h) Độ chọn lọc của quá trình là: x a = 0.940 2 4 2 4,0 2 4 2 4 ,0 0.940 DCE DCEC H DCE DCE C H C H C H F F v F x v − Φ = = × ×  2 4 ,0 0,940 0,997 DCE DCE C H F F F A − = = × (kmol/h) Trong đó: 2 4 1 C H i Φ = ∑ Do đó, độ chọn lọc các sản phẩm phụ 06,094,01 42 . =−= ∑ HC пп Ф ?????????????????????????????????????????????? В = 0,06А (kmol/h) Phản ứng chính: ААААА OHClCНClCННClOHC 94,094,088,147,094,0 )1(25,0 222242 +−→++ Phản ứng phụ: ВВВB OHCOOHC 26,126,189,163,0 )2(223 22242 +→+ ВВВB OHCOOHC 6,06,06,03,0 )3(222 2242 +→+ ВВВВB OHCHOCClHClOHC 12,004,012,008,004,0 )4(332 23242 +−→++ ВВВВB OHCClCHClHClOHC 075,0025,0075,00375,0025,0 )5(335,1 22242 +=→++ ВВВВB OHCClCClHClOHC 02,0005,002,001,0005,0 )6(442 222242 +=→++ Tổng lượng HCl phản ứng: ' 1,88 0,12 0,075 0,02 1,88 0,215 1,88 0,215 0,06 1,8929 ( / ) HCl FА В В В А В А А А kmol h = + + + = + = + × = Độ chuyển hóa HCl = 0,997: 1,8929 1,8986 ( / ) 0,997 HCl FА kmol h= = Lượng acid Hydrochloric có trong hydrochloric kỹ thuật là 98,16 %, vì vây hàm lượng yêu cầu của HCl kỹ thuật là: , 1,8986 1,9342 ( / ) 0,9816 Tex HCl А FА kmol h= = Hàm lượng DCE có trong HCl kỹ thuật: ,0 1,9342 0,09 0,0017 ( / ) 100 DCE А FА kmol h × = = 2 4,0 2 4,0 ,0 ,0 258,8384 0,0017 ( / ) 0,94 0,983 0,94 0,983 0,9257 258,8384 279,6137( / ) 0,06 16,7768( / ) 0,0017 279,6137 0,4753( / ) DCE DCE C H C H DCE F F А А F kmol h А А F kmol h В А kmol h F kmol h − − ⇒ = = = × × ⇒ = ⇒ = = ⇒ = = ⇒ = × = Sản phẩm phụ: 2 2 1,26 1,26 16,7768 21,1388( / ) 930,1072( / ) 0,6 0,6 16,7768 10,0661( / ) 281,8508( / ) 0,94 1,26 0,6 0,12 0,075 0,02 0,94 2,075 0,94 279,6137 2,075 16,7768 297,6487( CO CO H O F B kmol h kg h F B kmol h kg h FА B В В В В А В kmo = = × = = = = × = = = + + + + + = + = = × + × = 3 2 2 2 / ) 5357,6766( / ) 0,04 0,04 16,7768 0,6711( / ) 98,9872( / ) 0,025 0,025 16,7768 0,4194( / ) 55,1511( / ) 0,005 0,005 16,7768 0,0839( / ) 13,9274( / ) ССl CHO CHCl CCl CCl CCl l h kg h FВ kmol h kg h FВ kmol h kg h FВ kmol h kg h − = = = = = × = = = = × = = = = × = = Lượng oxy tham gia vào oxy clo hóa: 2 ' 0,47 1,89 0,6 0,08 0,0375 0,01 0,47 2,6175 0,47 279,6137 2,6175 16,7768 175,3317( / ) O FА В В В В В А В kmol h = + + + + + = + = = × + × = Lượng không khí dư 1,25: 2 175,3317 1,25 219,1646( / ) 7013,2672( / ) O F kmol h kg h = × = = Lượng oxy còn lại: 2 7013,2672 0,25 1753,3168( / ) O F kg h = × = Lượng Nitơ trong không khí: 2 7013,2672 0,79 26383,2433( / ) 0,21 N F kg h × = = Thành phần của HCl kỹ thuật: 2 2 2 , , , 1,9342 1,9342 279,6137 540,8288( / ) 1,8986 1,8986 279,6137 530,8746( / ) 19375,9229( / ) 0,2% 1,0816( / ) 76,7936 0,47% 2,5419( / ) 5,0838( / ) Тех HCl HCl ClТех HCl HТех HCl N FА kmol h FА kmol h kg h F F kmol h F F kmol h kg h F = = × = = = × = = = = = = = = = 2 6 2 2 4 2 4 2 , , , , , 0,74% 4,0021( / ) 112,0588( / ) 0,24% 1,2980( / ) 38,9400 / ) 0,1% 0,5408( / ) 90,8544( / ) 0,09% 0,4867( / ) 48,1833( / ) Тех HCl C HТех HCl C H ClТех HCl C H ClТех HCl Тех HCl F kmol h kg h F F kmol h kg h F F kmol h kg h F F kmol h kg h F = = = = = = = = = = = ⇒ 19375,9229 76,7936 5,0838 112,0588 38,9400 90,8544 48,1833 19747,8368( / )kg h = + + + + + + = Thành phần ethylene kỹ thuật: 2 4 2 4 4 2 4 2 6 2 4 3 6 2 4 ,0 , , , , 279,6076( / ) 7829,1836( / ) 279,6137 285,3201( / ) 0,98 1,2% 3,4238( / ) 54,7808( / ) 0,795% 2,2683( / ) 68,0490( / ) 0,005% 0 C H Тех C H CHТех C H C HТех C H C HТех C H F kmol h kg h F kmol h F F kmol h kg h F F kmol h kg h F F = = ⇒ = = = = = = = = = = 2 4 , ,0143( / ) 0,6006( / ) 7829,1836 54,7808 68,0490 0,6006 7952.6140( / ) Тех C H kmol h kg h F kg h = ⇒ = + + + = Lượng ethylene còn lại: 2 4 279,6137 (1 0,983) 4,7534( / ) 133,0952( / ) C H F kmol h kg h = × − = = Lượng acid hydrochloric còn lại sau quá trình: ' 19375,9229 (1 0,997) 58,1278( / ) HCl F kg h = × − = Lượng Nitơ còn lại sau quá trình: 2 26383,2433 112,0588 26495,3012( / ) N F kg h = + = Bảng 5.1 – Cân bằng vật chất: Đầu vào Đầu ra Thành phần Khối lượng (Kg/h) Thành phần Khối lượng (Kg/h) 1.Ethylene kỹ thuật 1. CH 4 54,7808 1.1 CH 4 54,7808 2. C 2 H 4 133,0952 1.2 C 2 H 4 7829,1836 3. C 2 H 6 68,0490 1.3 C 2 H 6 68,0490 4. C 3 H 6 0,6006 1.4 C 3 H 6 0,6006 5.N 2 26495,3012 6.HCl 58,1278 2. Không khí 7. C 2 H 2 Cl 4 90,8544 2.1 Oxy 7013,2672 8.Сl 2 76,7936 2.2 N 2 26383,2433 9.H 2 5,0838 10. C 2 H 4 Cl 2 26067,9056 3. HCl kỹ thuật 11. CCl 3 -CHO 98,9872 3.1 Сl 2 76,7936 12. CHCl =CCl 2 55,1511 3.2H 2 5,0838 13. CCl 2 =CCl 2 13,9274 3.3 N 2 112,0588 14. CO 2 930,0852 3.4 HCl 19375,9229 15. H 2 O 5357,6766 3.5 C 2 H 6 38,9400 16. СО 281,8508 3.6 C 2 H 2 Cl 4 90,8544 17. O 2 1753,3168 3.7 C 2 H 4 Cl 2 48,1833 Tổng 61096,9613 61541,5871 3.2. Cân bằng năng lượng: 3.2.1. Đầu vào: Nhiệt độ đầu vào: Ethylene 125 0 C, HCl: 160 0 C, Không khí: 150 0 C  nhiệt sinh ra trong các phản ứng chính và phụ: Bảng 3.2. Entanpi, nhiệt dung và phương trình hệ số nhiệt dung riêng, tùy thuộc vào nhiệt độ của chất tại 298 K: Tên cấu tử Cp 298 (J/Mol,K) а b.10 3 c ’ .10 -5 c.10 6 ∆Н f 298 KJ/Mol,K CH 4 35,71 14,32 74,66 -17,43 -74,85 С 2 Н 4 43,56 11,32 122,01 -37,90 52,30 С 2 H 6 52,64 5,75 175,11 -57,85 -85,94 С 3 H 6 63,89 12,44 188,38 -47,6 20,41 N 2 29,12 27,88 4,27 0 HCl 29,485 31,46 3,39 -3,77 0 CHCl 2 -CHCl 2 154,56 -152,72 Cl 2 33,93 37,03 0,67 -2,85 0 H 2 28,83 27,28 3,26 0,50 0 1,2-DCE 129 -166,1 CCl 3 -CHO 150,6 -213,8 CHCl=CCl 2 122,6 -7,53 CCl 2 =CCl 2 95,118 -15,06 CO 2 (г) 37,11 44,14 9,04 -8,54 -393,51 H 2 O(г) 33,61 30,00 10,71 0,33 -241,81 CO 29,14 28,41 4,10 -0,46 -110,53 O 2 29,37 31,46 3,39 -3,77 0 ????????????????>?????????????????????? a. Sự phụ thuộc của nhiệt cụ thể từ nhiệt độ mà tại đó các chất phản ứng được đưa vào lò phản ứng: 2'2 − +++= TccTbTaC p Bảng 3.3: Ethyle kỹ thuật được nhập vào ở 125 0 C Chất n n.а n.b.T.10 3 n.c ’ .T -2 .10 -5 n.c.T 2 .10 6 Kmol/h CH 4 3,4238 49,0288 255,6209 -59,6768 С 2 Н 4 279,6137 3165,2271 34115,6675 -10597,3592 С 2 H 6 2,2683 13,0427 397,2020 -131,2212 С 3 H 6 0,0143 0,1779 2,5041 -0,6807 Tổng 3227,4765 34770,9945 -10788,9679 398 2 3 6 298 2 3 3 6 34770,9945 10788,9679 . 3227,4765 10 10 1 34770,9945 1 10788,9679 3227,4765 2 3 10 10 1401220,4610 / 389,2279 Etylen C dTТ Т T T T KJ h ∆ = + − = = + − = = = ∫ [...]...HCl kỹ thuật được nhập vào ở 1600C n Chất Kmol/h N2 n.b.T.103 n.а.T n.c’.T.10-5 4,0021 111,5785 530,8746 16701,3149 CHCl2-CHCl2 0,5408 0 0 0 Cl2 1,0816 40,0516 0,7247 -3,0826 H2 2,5419 69,3430 8,2866 1,2710 1,2 -DCE 0,4867 0 0 0 16922,2880 1825,7652 -2003 ,2088 HCl Tổng ∫ 433 298 17,0890 0 1799,6649 -2001 ,3972 1825, 7652 Т 3 − 2003 , 2088 ×10 5 10 = 3858455, 0700 KJ / hкВт 7931(... đầu vào được cung cấp ở 150 C: n Chất Kmol/h n.а.T n.b.T.103 n.c’.T-2.10-5 N2 942,2587 26270,1726 4023,4446 0 O2 219,1646 6894,9183 742,9680 -826,2505 33165,0909 4766,4126 -826,2505 Tổng 4766, 4126 ∆Cвоздухl dTТ= 33165, 0909 + Т ∫298 103 = 5012423, 2300 kJ / hкВт = 1394,8398( ) 423 − 826, 2505 ×105 Tiêu chuẩn enthalpy: 298 298 ∆H 298 = ∆H 2982 H 4Cl2 + ∆H H 2O − ∆H C2 H 4 − 2∆H HCl = f1 f ,C = −166, 1000. .. Т ∫298 103 = 5012423, 2300 kJ / hкВт = 1394,8398( ) 423 − 826, 2505 ×105 Tiêu chuẩn enthalpy: 298 298 ∆H 298 = ∆H 2982 H 4Cl2 + ∆H H 2O − ∆H C2 H 4 − 2∆H HCl = f1 f ,C = −166, 1000 + (−241,8100) − 52, 3000 = −460,2100( KJ ) Mol 298 298 ∆H 298 = 2∆H 298 2 + 2∆H H 2O − ∆H C2 H 4 = 2 × (−393,51) + 2 × ( −241,81) − 52,3 = f ,2 f ,CO KJ ) Mol 298 298 + 2∆H H 2O − ∆H C2 H 4 = 2 × (−110,53) + 2 × (−241,81) . CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ * Các số liệu ban đầu: - Thiết kế phân xưởng sản xuất DCE từ nguyên liệu là etylen và HCl, với năng suất 200. 000 tấn/năm. - Etylen kỹ thuật ( theo thể tích. lượng phân tử DCE M = 99 kg/ kmol Tách DCE bằng cách chưng cất: 2000 00 25 8000 DCE G = = (tấn/h) = 2 5000 (kg/h) Lượng DCE tổn thất là 2,5% nên lượng DCE thực tế tạo thành: 2 5000 2.5 2 5000 25625 100 DCE G × =. + Cu 2 Cl 2 ) 5,5% trong môi trường DCE lỏng, sản phẩm chính là DCE và sản phẩm phụ như tricloetan (TCE), tetrachloroethylen,… Các phản ứng xảy ra trong thiết bị clo hóa: C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2