đồ án công nghệ sản xuất maleic anhydrid

Với nhu cầu sử dụng hóa chất công nghiệp ngày càng tăng cao mà việc khai thác các dầu mỏ ngày càng giảm dần đòi hỏi chúng ta cần tìm ra các nguồn nguyên liệu hóa chất mới để đáp ứng nhiều hơn về nhu cầu của con người. Một trong những hóa chất quan trọng đó là Mleic Anhydric, Maleic Anhydric là gì và nó có những ảnh hưởng như thế nào trong việc sản xuất các sản phẩm trong công nghiệp. Hiện nay, Maleic Ahydric được ứng rất nhiều trong công nghiệp như sản xuất phụ gia dầu nhờn, nhựa, polymer, hóa chất công nghiệp, các loại acid…. Bên cạnh đó nhiều nước trên thế giới đang rất quan tâm đến các công nghệ nhằm tổng hợp Maleic Anhydric một cách có hiệu quả cải tiến kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất và phát triển công nghệ mới dựa vào những thành quả đang có.Trong đồ án này chúng em sẽ nêu lên các nội dung liên quan đến việc sản xuất Maleic Anhydric.Đầu tiên chúng ta tìm hiểu về tổng quan lí thuyết, đề cập đến nguồn gốc, tính chất của Maleic Anhydric.Kế tiếp là thiết kế quy trình công nghệ, lựa chọn công nghệ xúc tác để sản xuất Maleic Anhydric.Cuối cùng là tính toán các thông số công nghệ.

Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Bộ Giáo Dục Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU Độc lập –Tự do –Hạnh phúc Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm Bộ môn: Quá trình và Thiết bị ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Họ và tên sinh viên: Nhóm 5 Lớp: DH10H2 Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Chuyên ngành: Hóa Dầu 1. Đầu đề đồ án: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALEIC ANHYDRIDE 2. Nhiệm vụ - Thiết kế công nghệ sản xuất maleic anhydride - Năng suất ,Nguồn năng lượng và các thông số khác tự chọn 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: (Xem ở phần mục lục) 4. Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ): Gồm 2 bản vẽ A1: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết thiết bị chính 5. Ngày giao đồ án:4/10/2013 6. Ngày hoàn thành đồ án: 2/12/2013 7. Ngày bảo vệ hay chấm: / /2013 Ngày tháng năm 2013 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 1 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét: ________________________________ ____________ ________________________________________________________________ __ ________________________________________________________________ __ ________________________________________________________________ __ Điểm:________________ Chữ ký: ____________________ Cán bộ chấm/ Hội đồng bảo vệ. Nhận xét: _______________________________ ________________________________________________________________ __ ________________________________________________________________ __ ________________________________________________________________ __ Điểm: ________________ Chữ ký: ____________________ ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 2 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Điểm tổng kết Mục lục ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 3 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Sơ đồ công nghệ oxi hóa benzene của Hacol 24 Hình 2:Sơ đồ công nghệ oxi hóa n-butane 27 Hình 3: Sơ đồ công nghệ tầng sôi sản xuất MA từ n-butene của Mitsubishi 29 Hình 4: Sơ đồ thiết kế công nghệ oxi hóa benzene ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 4 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1: Sản xuất và tiêu thụ ở Mỹ 10 Bảng 2.Công suất sản sản xuất theo từng công nghệ 10 Bảng 3: Sản xuất Maleic Anhydride và Fumaric ở mỹ, 2000 11 Bảng 4: Năng suất sản xuất Maleic Anhydride theotừng khu vực(nghìn tấn)/năm 11 Bảng 5: Ứng dụng cho anhydrit maleic ở Hoa Kỳ năm 2000 11 Bảng 6: Công dụng của Polyester không no ở Mỹ năm 2000 12 Bảng 7: Độ hòa tan của maleic anhydride trong từng dung môi 13 Bảng 8: Thành phần xúc tác 21 Bảng 9: Chuyển hóa/nhiệt độ theo thời gian 21 Bảng 10: Sự chuyển đổi benzene 22 Bảng 11. Thành phần nguyên liệu: 33 Bảng 12: Thành phần khối lượng sau khi chuyển đổi sang % khối lượng 33 Bảng 13: Cân bằng vật chất tại tháp phản ứng 38 ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 5 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP MỞ ĐẦU Với nhu cầu sử dụng hóa chất công nghiệp ngày càng tăng cao mà việc khai thác các dầu mỏ ngày càng giảm dần đòi hỏi chúng ta cần tìm ra các nguồn nguyên liệu hóa chất mới để đáp ứng nhiều hơn về nhu cầu của con người. Một trong những hóa chất quan trọng đó là Mleic Anhydric, Maleic Anhydric là gì và nó có những ảnh hưởng như thế nào trong việc sản xuất các sản phẩm trong công nghiệp. Hiện nay, Maleic Ahydric được ứng rất nhiều trong công nghiệp như sản xuất phụ gia dầu nhờn, nhựa, polymer, hóa chất công nghiệp, các loại acid…. Bên cạnh đó nhiều nước trên thế giới đang rất quan tâm đến các công nghệ nhằm tổng hợp Maleic Anhydric một cách có hiệu quả cải tiến kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất và phát triển công nghệ mới dựa vào những thành quả đang có. Trong đồ án này chúng em sẽ nêu lên các nội dung liên quan đến việc sản xuất Maleic Anhydric. − Đầu tiên chúng ta tìm hiểu về tổng quan lí thuyết, đề cập đến nguồn gốc, tính chất của Maleic Anhydric. − Kế tiếp là thiết kế quy trình công nghệ, lựa chọn công nghệ xúc tác để sản xuất Maleic Anhydric. − Cuối cùng là tính toán các thông số công nghệ. ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 6 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Chương 1: Giới thiệu chung 1. Lịch sử phát triển và sản xuất 1.1. Lịch sử phát triển Phương pháp phân tích cho một loạt các anhydrit (acetic, maleic, phthalic,và trimellitic), tác nhân dẫn xuất khác hơn p-anisidine đã được nghiên cứu.Anhydride maleic lần đầu tiên được sản xuất thương mại trong đầu những năm 1930 bởi quá trình oxy hóa của hơi benzen. Sử dụng Benzene làm nguyên liệu cho sản xuất anhydride maleic chiếm ưu thế trong thị trường thế giới cũng vào 1980. Một số quy trình đã được sử dụng để sản xuất anhydride maleic từ benzen với một trong những nghiên cứu khoa học phổ biến nhất. Số lượng nhỏ maleic axit được sản xuất như một sản phẩm phụ trong sản xuất anhydrid phthalic.[3] Điều này có được chuyển đổi sang một trong hai anhydride maleic hoặc axit fumaric. Với benzene, mặc dù dễ dàng bị oxy hóa để anhydride maleic có tính chọn lọc cao, là một vốn nguyên liệu không hiệu quả từ hai nguyên tử carbon dư thừa có mặt trong nguyên liệu thô.Các hợp chất C4 khác nhau đã được đánh giá là nguyên liệu thay thế nguyên liệu benzen trong sản xuất maleic anhydrite. Quá trình tầng cố định để sản xuất anhydride maleic từ butenes đã được thương mại hóa. Trong số các quá trình này hiện đang hoạt động. Gia tăng nhanh chóng trong giá của benzen và sự công nhận của benzen là chất độc hại tăng cường việc tìm kiếm các công nghệ xử lý thay thế ở Mỹ. Các yếu tố đã dẫn đến việc sản xuất thương mại đầu tiên của anhydride maleic từ butan tại nhà máy JF Quen Monsanto trong năm 1974. Đến đầu những năm 1980, việc chuyển đổi của các khả năng sản xuất maleic anhydride Mỹ từ nguyên liệu benzen sang butan ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 7 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP cũng đã được tiến hành bằng cách sử dụng chất xúc tác được phát triển bởi công ty Monsanto, Denka, và Halcon. Một yếu tố ngăn chặn sự biến đổi của hiệu suất benzen thì dễ hơn butan nhưng không hoạt động và chọn lọc cao dẫn đến việc chuyển đổi nhà máy benzen. Trong 1983, Monsanto bắt đầu lập nhà máy sử dụng butan để sản xuất maleic anhydride đầu tiên trên thế giới, kết hợp sự chọn lọc hiệu quả sản phẩm dung môi dựa vào năng lượng và hệ thống lọc. Nhà máy này là cơ sở lớn nhất maleic anhydride sản xuất của thế giới trong 1983 là 59.000 t/ năm, và thông qua phát triển nhanh chóng trong công nghệ chất xúc tác đã được nâng lên công suất hiện nay 105.000t/yr (1999). Những tiến bộ trong công nghệ chất xúc tác, tăng áp lực điều tiết, và tiếp tục lợi thế về giá của butan hơn benzen đã dẫn đến một sự chuyển đổi nhanh chóng của các nhà máy benzen để butan dựa vào.[3] Vào giữa những năm 1980 ở Mỹ 100% sản xuất maleic anhydr ít sử dụng butan để làm nguyên liệu. Trùng hợp với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tầng cố định butan dựa vào, một số công ty đã phát triển quá trình tầng sôi .Hai công ty, Badger và Denka, hợp tác trong việc phát triển một hệ thống phản ứng tầng sôi được phát triển qua các giai đoạn thí điểm nhà máy nhưng chưa bao giờ được thương mại hóa. Công nghệ butan dựa vào công nghệ đã được thương mại hóa trong nửa sau của năm 1980 bởi Mitsubishi Kasei, Sohio (British Petro).Có một vài quá trình tầng cố định benzen dựa vào mới đã được xây dựng từ đầu những năm 1980[3] 1.2. Sản xuất và tiêu dùng Bảng 1: Sản xuất và tiêu thụ ở Mỹ[1] Năm Sản xuất(nghìn tấn) Tiêu dùng(nghìn tấn) 1986 163 137,1 1987 173,4 141,7 1988 194,4 162,3 1989 199,5 169,9 1990 192,3 160,2 1991 183,7 142,9 1992 197,7 159,7 1993 199,6 151,9 1994 219,4 175,9 1995 238,1 205 1996 247,2 212 1997 242,7 220 1998 256,3 223 1999 256 228 2000 250 223 ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 8 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Từ năm 1986 đến 2000, nâng suất sản xuất không ngừng tăng do quá trình phát triển, cải tiến phương pháp sản xuất. Nhu cầu tăng vọt từ 137,1 nghìn tấn năm 1986 lên đến 223 nghìn tấn năm 2000 do ứng dụng được mở rộng, pha chế, sản xuất nhựa, tổng hợp phụ gia dầu nhờn. Bảng 2.Công suất sản sản xuất theo từng công nghệ[2] Phản ứng(nguyên liệu) 1993 2000 (nghìn tấn)/năm % (nghìn tấn)/năm % Tầng cố định(butan) 369 43 704 51.8 Tầng cố định(benzene) 325 37.9 388 28.5 Tầng sôi(butan) 127 14.8 217 16 Tầng cố định (đồng phân alhydrit phthalic) 37 4.3 50 3.7 Tổng 858 100 1359 100 Cùng với quá trình phát triển khoa học kĩ thuật đã tìm ra phương pháp tổng hợp mới, sử dụng xúc tác có tính chọn lọc cao hơn thì quá trình oxi hóa butane tầng cố định phát triển nhanh chống. *Với nhu cầu sử dụng không ngừng qua các năm luôn tăng lên liên tục. Một số nhà máy sản xuất Anhydride và Fumaric ở Mỹ, 2000 và từng khu vực trên thế giới: Bảng 3: sản xuất Maleic Anhydride và Fumaric ở Mỹ năm 2000.[2] Nhà sản xuất Địa điểm công suất (nghìn tấn/năm) Ashland Neal, WV 43.1 Ashlanda Neville Island, PA 20.4 Bayer Baytown, TX 54.4 BP-Amoco Joliet, IL 45.4 Huntsman Pensacola, FL 105.0 Tate & Lyleb Duluth, MN 5.5 Tổng 273.8 Bảng 4: Năng suất sản xuất Maleic Anhydride theo từng khu vực(nghìn tấn)/năm) [1] Khu vực 1992 2000 Bắc mỹ 235 311 Nam & Trung mỹ 44 41 ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 9 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Tây âu 168 456 Trung &Đông âu 64 58 Châu á 315 483 Châu phi 10 10 Tổng 836 1359 Chúng ta thấy rõ có 3 khu vực nhu cầu sử dụng ở mức cao là Bắc Mỹ, Tây Âu, Châu Á vì đây là khu vực có nhiều nên kinh tế phát triển đi đầu thế giới nhu phát triển tiêu dung không ngừng tăng vọt. Bảng 5: ứng dụng cho anhydrit maleic ở Hoa Kỳ năm 2000[2] Sản phẩm % Nhu cầu Các loại nhựa polyeste không no 63 Acid fumaric và Malic 5 Phụ gia dầu bôi trơn 11 Copolyme maleic 8 Hóa chất nông nghiệp 2 Khác 11 Tổng 100 Ứng dụng rộng rãi trong chi tiết ô tô, tấm xây dựng, tàu thuyền đúc, bồn chứa hóa chất, ống nhựa, vỏ máy móc, mái vòm radar, và bồn tắm. axit fumaric, hóa chất nông nghiệp, nhựa alkyd, dầu bôi trơn, polyme, nhựa, acid succinic, chất hoạt động bề mặt, và nhiều hơn nữa. Bảng 6: Công dụng của Polyester không no ở Mỹ năm 2000[2] Sản phẩm Phần trăm hàng hải 12,2 xây dựng 34.2 ăn mòn 10.4 giao thông vận tải 15 điện tử 1.9 khác 22.3 Tổng 100 2. Tính chất của Maleic anhydride 2.1. Tính chất hóa lí Công thức phân tử: C 4 H 2 O 3 (gọi tắt là MA) (1) Độc tính mãn tính ThS. Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 10 [...]... và 1,4butanediol Công nghệ sản xuất của 1,4-butanediol từ maleic anhydrit đã được nghiên cứu succinic anhydride ThS Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 tetrahydrofuran Trang 17 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP succinates, γ-butyrolactone 1,4-butanediol 2.2.14 Sulfua hóa Sulfua hóa Anhydride với lưu huỳnh trioxide tạo ra sulfomaleic anhydride ( sulfomaleic anhydride ) 3 Phương pháp sản xuất tổng hợp 3.1... 4S1 + 4O2→4S3 Cơ chế hình thành sản phẩm: ThS Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 25 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP 3.2.2 Quy trình công nghệ Nhà máy công nghiệp đầu tiên sử dụng n-butan để sản xuất maleic anhydrit là Monsanto trong năm 1984 Vào thời điểm đó, 20 phần trăm khả năng sản xuất maleic anhydrit của công ty này chuyển từ benzen để butan Kể từ đó, ba nhà sản xuất khác ở các bang (Amoco, Ashlan... thế thêm vào anhydride maleic có giảm linh động của trạng thái chuyển tiếp làm giảm tốc độ phản ứng Các phản ứng giảm theo thứ tự maleic anhydride> este fumarate> maleat este 2.2.9 Halogen hóa Halogen cộng trực tiếp vào nối đôi của anhydride maleic để tạo axit dihalosuccinic Tuy nhiên, quy trình khác nhau dùng để tạo dẫn xuất anhydride dihalomaleic Flo hóa hợp chất C4 tạo anhydride difluoromaleic Hexafluoro2,5-dihydrofuran... khoảng 40% Công nghệ hiện nay chỉ ở Nhật Bản là dung để sản xuất nhưng chỉ khoảng 21% so với 65% dung benzene và 14% n-butane ThS Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 29 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP ThS Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 30 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Chương 2: Thiết Kế Công Nghệ 1 Xây dựng sơ đồ công nghệ Nước vào Nguyên liệu & xúc tác Dung môi Phản ứng Rửa sản phẩm Sản phẩm... CNTP Chương 3: Tính Toán Thông Số Công Nghệ 1 Các số liệu kĩ thuật để tính toán Tính cân bằng bằng vật chất của dây chuyền sản xuất maleic anhydride từ benzene với công xuất 500 tấn/năm Bảng 11 Thành phần nguyên liệu: Benzene nguyên liệu Không khí C6H6 98% khối lượng O2 21% V Toluene, xylene 2% khối lượng N2 79% V Độ chuyển hóa tính theo benzene là 97%, tổn thất benzene 3%,mất mát sản phẩm 3% Đổi nồng... lý maleic anhydride hoặc axit đồng phân của nó với rượu sẽ thu được mono và điakyl maleates và fumarates Alkyl fumarates thường được thực hiện từ đồng phân của maleat tương ứng Alkyl fumarates Glycol và epoxit phản ứng với anhydride maleic tạo ra polyeste không no mạch thẳng Ethyleneglycol và anhydride maleic kết hợp hình thành các đơn vị lặp đi lặp lại sau Phản ứng này là bước đầu tiên trong sản xuất. .. pyrrole nằm giữa tâm kim loại N-Alkyl pyrroles 2.2.4 Amin hoá Phản ứng của anhydride maleic hoặc axit đồng phân của nó với amoniac,amin bậc 1 và các amin bậc 2 sản xuất mono-hoặc điamit Các dẫn xuất monoamides từ phản ứng của amoniac và anhydride maleic được gọi là axit maleamic Một dẫn xuất monoamide tạo thành từ phản ứng của anilin và maleic anhydrit là axit maleanilic axit maleamic ThS Nguyễn Văn Toàn... polyester công nghiệp 2.2.8 Phản ứng gốc tự do Phản ứng gốc tự do của anhydride maleic rất quan trọng trong polymer hóa và tổng hợp monomer Gốc tự do ái nhân từ cyclohexan có hydro tấn công vào maleic anhydrit tại các liên kết đôi để hình thành anhydride cyclohexylsuccinic ThS Nguyễn Văn Toàn Lớp DH10H2 Trang 15 Trường ĐH BR-VT Khoa Hóa Học & CNTP Tốc độ phản ứng gốc tự do của anhydride maleic và các dẫn xuất. .. chính bị lôi cuốn Khí thải được đem ra xử lí, đốt tránh gây ô nhiễm.ở đáy tháp là hỗn hợp maleic anhydride, quinine,lượng nhỏ nước và dung môi được đưa qua tháp tách (16) Ở tháp tách (16) tách hỗn hợp sản phẩm maleic anhydride, acid maleic, quinone rồi tiếp tục xử lí sản phẩm, một phần được hồi lưu trên đỉnh tháp Quá trình xử lí thu được dung dịch anhydride có nồng độ 99,9% Dibutyl phthalate thu được... maleanilic Maleic hydrazide là một trong một số hóa chất nông nghiệp thương mại có nguồn gốc từ anhydride maleic Maleic hydrazide được thực hiện đầu tiên vào năm 1895 nhưng khoảng 60 năm trôi qua trước khi các sản phẩm trung gian đã được làm rõ Maleic hydrazide 2.2.5 Phản ứng vòng hóa: Maleic anhydride đặc trưng cho phản ứng vòng hóa với hợp chất có 2 nối đôi như1,3-butadiene Tetrahydrophthalic anhydride . Sơ đồ công nghệ oxi hóa benzene của Hacol 24 Hình 2:Sơ đồ công nghệ oxi hóa n-butane 27 Hình 3: Sơ đồ công nghệ tầng sôi sản xuất MA từ n-butene của Mitsubishi 29 Hình 4: Sơ đồ thiết kế công nghệ. BẢNG Trang Bảng 1: Sản xuất và tiêu thụ ở Mỹ 10 Bảng 2 .Công suất sản sản xuất theo từng công nghệ 10 Bảng 3: Sản xuất Maleic Anhydride và Fumaric ở mỹ, 2000 11 Bảng 4: Năng suất sản xuất Maleic Anhydride. Kĩ Thuật Hóa Học Chuyên ngành: Hóa Dầu 1. Đầu đề đồ án: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALEIC ANHYDRIDE 2. Nhiệm vụ - Thiết kế công nghệ sản xuất maleic anhydride - Năng suất ,Nguồn năng lượng và