Ngày nay với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống thì nhu cầu sử dụng các vật liệu kỹ thuật ngày càng cao, nhất là khi các nguồn nguyên liệu tự nhiên đang ngày càng cạn kiệt. Các loại vật chất tổng hợp hữu cơ có nhiều ưu điểm về cơ, lý, hóa nên chúng ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau.Một trong những chất hữu cơ đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi là Vinyl Axetat. Vinyl Axetat là một monomer quan trọng trong công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp. Ngoài ra nó còn được dùng để sản xuất sơn, keo dán có độ bền cao, …Chính vì vậy mà nhu cầu sử dụng Vinyl axetat là rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng Vinyl axetat ngày càng cao thì người ta đang dần dần nghiên cứu, tìm hiểu và đưa ra phương pháp phù hợp nhất để áp dụng vào sản xuất công nghiệp nhằm tạo sản phẩm có chất lượng ngày càng cao, giá thành hạ mang lại lợi ích cao nhất cho người sử dụng.Gần đây phương pháp hiện đại đang được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới là oxy hóa trực tiếp giữa etylen và axit axetic có xúc tác muối Pd trong pha khí, và đây cũng chính là phương pháp mà chúng tôi lựa chọn để thực hiện đồ án này. Nội dung của bài báo cáo được thực hiện trong 3 chương:Chương 1: Tổng quan lý thuyết về vinyl axetatChương 2: Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất vinyl axetatChương 3: Tính toán công nghệ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VINYL AXETAT Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Toàn Lớp: DL12HD Nhóm sinh viên : Nguyễn Phúc Hậu : Hà Thị Hiền : Trần Thái Học Vũng Tàu, tháng 11 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Họ và Tên SV : Nguyễn Phúc Hậu MSV : 12040764 Hà Thị Hiền MSV : 12041166 Trần Thái Học MSV : 12040805 Lớp: DL12HD Chuyên Ngành: Hóa Dầu 1. Đề tài đồ án: Thiết Kế Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Vinyl Axetat 2. Nhiệm vụ: Năng suất: 55.000 tấn/năm Nguyên liệu ban đầu: Etylen Acid Axetic 3. Nội dung: Chương 1: Cơ Sở lý thuyết của quy trình sản xuất Vinyl Axetat Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Vinyl Axetat Chương 3: Tính toán 4. Các bản vẽ: Bản vẽ chi tiết các thiết bị chính: 1 bản A1 Bản vẽ sơ đồ công nghệ: 1 bản A3 5. Ngày hoàn thành đồ án : / / 6. Ngày bảo vệ và chấm đồ án: / / 7. Giảng viên hướng dẫn Xác nhận của trưởng khoa Xác nhận của giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này ngoài nỗ lực của cả nhóm thì chúng tôi còn nhận đươc rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và bạn bè. Chính vì vậy chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng tôi trong thời gian qua. Đặc biệt, chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Toàn đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng tôi thực hiện bản đồ án này. Vì thời gian có hạn, kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên trong quá trình làm bài báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè để bài báo cáo được hoàn thiện hơn. Nhóm sinh viên: Nguyễn Phúc Hậu Hà Thị Hiền Trần Thái Học MỤC LỤC Trang Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống thì nhu cầu sử dụng các vật liệu kỹ thuật ngày càng cao, nhất là khi các nguồn nguyên liệu tự nhiên đang ngày càng cạn kiệt. Các loại vật chất tổng hợp hữu cơ có nhiều ưu điểm về cơ, lý, hóa nên chúng ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau. Một trong những chất hữu cơ đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi là Vinyl Axetat. Vinyl Axetat là một monomer quan trọng trong công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp. Ngoài ra nó còn được dùng để sản xuất sơn, keo dán có độ bền cao, … Chính vì vậy mà nhu cầu sử dụng Vinyl axetat là rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng Vinyl axetat ngày càng cao thì người ta đang dần dần nghiên cứu, tìm hiểu và đưa ra phương pháp phù hợp nhất để áp dụng vào sản xuất công nghiệp nhằm tạo sản phẩm có chất lượng ngày càng cao, giá thành hạ mang lại lợi ích cao nhất cho người sử dụng. Gần đây phương pháp hiện đại đang được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới là oxy hóa trực tiếp giữa etylen và axit axetic có xúc tác muối Pd trong pha khí, và đây cũng chính là phương pháp mà chúng tôi lựa chọn để thực hiện đồ án này. Nội dung của bài báo cáo được thực hiện trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan lý thuyết về vinyl axetat Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất vinyl axetat Chương 3: Tính toán công nghệ Trang 6 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung về sản phẩm vinyl axetat [3,7] Vinyl axetat (VA) có công thức cấu tạo CH 2 =CH-O-COCH 3, M=86,091, gọi tắt là VA, là một trong những monomer quan trọng trong công nghiệp chất dẻo và và sợi tổng hợp vinylen. VA bền với hóa chất và các chất oxy hóa khác. VA được biết vào năm 1912 trong quá trình điều chế etyliden điaxetat từ axetylen và axit axetic. Công nghệ sản xuất VA xuất hiện vào năm 1925 và từ đó đến nay công nghệ sản xuất VA ngày càng hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sản xuất VA đã làm cho sản lượng VA trên thế giới không ngừng tăng lên vào 1950. Năm 1968 Mỹ đã sản xuất được 708 triệu pound và cũng năm này một số lượng lớn VA được sản xuất ra ở Nhật Bản và Châu Âu. 1.1.1. Tình hình sản xuất và sử dụng VA a.Tình hình sản xuất [3,5,6] VA được phát hiện vào năm 1912 bởi nhà bác KLATTE (Đức), với việc tổng hợp được VA từ axetylen và axit axetic trong pha lỏng. Đến năm 1925 quá trình sản xuất VA và PVA (Poly Vinyl Acetat) được phát triển mạnh mẽ, sản lượng VA trên thế giới tăng nhanh vào năm 1950. Vào năm 1968 có tới 321 triệu kg VA được sản xuất ở Mỹ. Vì axetylen rất đắt nên ngày nay trong công nghiệp axetylen đã được thay thế etylen. Khoảng 80% VA được sản xuất bằng etylen, còn lại 20% được sản xuất từ axetylen trong pha khí. Sản lượng VA tăng rất nhanh, vào năm 1965 trên thế giới có 10 6 tấn/năm. Đến năm 1984 đạt 20 6 tấn/năm. Trang 7 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn b. Tình hình sử dụng [3,6] VA là một monomer cho quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp. VA được sử dụng cho quá trình sau: - Trong quá trình trùng hợp tạo polyvinyl axetat, lượng VA tiêu tốn cho quá trình này chiếm từ 55 ÷ 60% tổng lượng VA sản xuất ra. - Sản xuất polyvinyl butyrate lượng này chiếm 15%. - Quá trình đồng trùng hợp giữa VA và etylen chiếm 8%. - Dùng trong phụ gia dầu nhờn, trong đồng trùng hợp, với acrylonitryl tạo sợi acylic. - Dùng trong các quá trình khác. VA có thể hòa tan trong rượu etylic và dietyl ete. Ở nhiệt độ thường VA kém ổn định và dễ bị trùng hợp cho sản phẩm polyvinyl axetat được ứng dụng trong sản xuất keo dán và vecni, các dẫn xuất của nó như: polyninyl alcol, polyvinyl butyrat. Đây là một sản phẩm có giá trị kinh tế cao trong nhiều lĩnh vực. 1.1.2. Tính chất hóa lý của VA a. Tính chất vật lý [3,5,7] Vinyl axetat là chất lỏng không màu, có mùi ete, rất linh động và dễ dàng bắt cháy, ít hòa tan trong nước (ở 20 0 C tan được 2,5g VA trong 100g nước, còn ở 50 o C thì hòa tan được 2,1g VA trong 100g nước). Hòa tan tốt trong rượu etylic và dietyl ete. VA không tồn tại ở nhiệt độ thường. Trang 8 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn Bảng 1: Một số tính chất lý: Tính chất Thông số Nhiệt độ sôi ở 760mmHg Áp suất hơi ở 20 o C Tỷ trọng hơi Tỷ trọng chất lỏng Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ đông đặc Nhiệt dung riêng ở 20 o C Nhiệt dung riêng ở 60 o C Điểm chớp cháy cốc kín Điểm chớp cháy cốc hở Nhiệt độ tới hạn Áp suất tới hạn Nhiệt độ tự bốc cháy Nhiệt hóa hơi 72,2 o C 92mmHg 2,97 0,9312 g/ml -92,8 o C -100 o C 0,46 cal/g 0,48 cal/g 30 o F 18 o F 140,8 o C 45,67 atm 427 o C 7,8 Kcal/mol VA có khả năng tạo hỗn hợp đẳng phí với một số chất như: nước, metanol, 2-propanol, xyclo hexan, heptan. VA có khả năng hòa tan trong nhiều hợp chất hữu cơ nhưng với nước nó hòa tan rất hạn chế. Ở 20 o C dung dịch bão hòa VA trong nước chiếm 2÷5 % về khối lượng nhưng cũng tại nhiệt độ đó dung dịch bão hòa của nước trong VA chiếm 0,9÷1%. Trang 9 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn b.Tính chất hóa học [3,5,7] Trong phân tử vinyl axetat CH 2 =CHOCOCH 3 có nối đôi nên có đầy đủ tính chất hóa học của hợp chất không no. Tham gia phản ứng thủy phân: VA là một este nên nó bị phân hủy trong môi trường H + , thủy phân vinyl axetat có axit mạnh tham gia ta thu được rượu polivinylic, polyvinylaxetat. [-CH 3 -CH-] n + nH 2 O → [-CH 2 -CH-] n + nCH 3 COOH OCOCH 3 OH Tùy vào mức độ thủy phân sản phẩm mà có thể làm vât liệu giày da hay thủy phân hoàn toàn ta được polyvinylic dùng làm chất sợi vinylon. Tham gia phản ứng trùng hợp: Phản ứng quan trọng nhất của VA là phản ứng trùng hợp theo cơ chế gốc tự do. VA nguyên chất ở nhiệt độ thường trùng hợp chậm nhưng có tác dụng của ánh sáng hay các peroxit thì phản ứng trùng hợp xảy ra nhanh. VA trùng hợp tạo ra polyvinyl axetat (PVA) là một chất dẻo có gía trị. nCH 2 =CHOCOCH 3 [- CH 2 - CH-] OCOCH 3 Quá trình trùng hợp có thể theo phương pháp huyền phù, nhũ tương, dung dịch. VA còn có khả năng đồng trùng hợp với nhiều monome khác cho ta các loại polyme có giá trị. Ví dụ như khi đồng trùng hợp vinyl axetat với vinylclorua ta thu chất dẻo vinylic dùng làm màng mỏng, sơn, vật liệu tẩm ngấm Trang 10 [...]... Văn Toàn 23 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP VINYL AXETAT TỪ ETYLEN VÀ AXIT AXETIC TRONG PHA KHÍ 24 2.1 Cơ sở của quá trình thiết kế 25 Quá trình sản xuất Vinyl Axetat (VA) từ etylen đang được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi với các dây chuyền công nghệ của các hãng khác nhau Tùy thuộc vào điều kiện từng nước và ưu nhược điểm của các công nghệ mà các nhà sản xuất lựa chọn cho phù... 2.1.2 Lựa chọn công nghệ 32 Quá trình sản xuất Vinyl Axetat (VA) từ etylen đang được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi với các dây chuyền công nghệ của các hãng khác nhau Tùy thuộc vào điều kiện từng nước và ưu nhược điểm của các công nghệ mà các nhà sản xuất lựa chọn cho phù hợp Có rất nhiều công nghệ sản xuất VA từ etylen, qua bản đồ án này thì chúng tôi thấy rằng dây chuyền sản xuất VA từ etylen... Bayer tại Đức Hiện nay quá trình này đang được hãng Celanes tại Mỹ sử dụng để sản xuất VA với công suất 200 triệu pound/năm và hãng Bayer sản xuất VA với công suất 300 triệu pound/năm Cả hai hãng này đã cho phép 6 công ty ở Nhật sử dụng công nghệ của hãng để lắp đặt dây chuyền thiết bị sản xuất VA với công suất 512 triệu pound/năm a Xúc tác của quá trình Xúc tác của quá trình là xúc tác dị thể Pd/SiO... vào thiết bị phản ứng, tỷ lệ nước trong dung dịch xúc tác xác định tỷ lệ axetandehit tạo thành VA Sản phẩm VA và axetanđehid được tách từ dòng sản phẩm bởi một dãy cột chưng cất Thiết bị dùng cho quá trình làm bằng thiết bị titan để tránh ăn mòn Các sản phẩm phụ: etyliden diaxetat, axetandehit, CO2… c Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động tổng hợp VA từ Etylen, Axit Axetic trong pha lỏng Sơ đồ công nghệ. .. trong công nghiệp và đời sống 29 Etylen : Trên phạm vi thế giới etylen là một chất chiếm thể tích lớn trong việc tổng hợp hóa dầu thiên nhiên Năm 1984 Mỹ sản xuất etylen đạt 17543000 tấn, cả thế giới 47565000 tấn Với các quy trình sản xuất nó cũng không quá phức tạp Nó có thể được sản xuất từ cốc, tách từ khí thải tinh chế của nhà máy lọc dầu, được sản xuất từ etan trong nhà máy lọc dầu bởi những sản. .. 2030% axetat kẽm Trang 28 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn Hình 4 Sơ đồ công nghệ tổng hợp VA từ Axetylen và Axit Axetic trong pha khí (Hãng Wacher) 1 Thiết bị bốc hơi 2 Thiết bị phản ứng 3 Thiết bị nhiệt ngược chiều 4 Thiết bị làm lạnh 5 Thiết bị đun nóng 6 Thiết bị nén khí 7 Thiết bị làm lạnh ngưng tụ 8 Tháp tinh chế C2H2 9 Tháp tách sản phẩm 10.Tháp tách VA Trang 29 11.Tháp tách sản phẩm... trong quá trình chưng cất, đòi hỏi phải thêm chất ức chế, thường dùng điphenylamin hoặc hidroquynol Tại thiết bị tách phần nhẹ (9), sản phẩm nhẹ được tách ra ở đỉnh tháp, sản phẩm ở đáy một phần qua thiết bị đun nóng (5) trở lại (9), một phần qua bơm (13) vào thiết bị tách VA (10) Đỉnh tháp (10) thu VA thương phẩm, còn các sản phẩm khác như: PVA, CH3COOH, sản phẩm nặng được đưa vào thiết bị tách sản phẩm... Có rất nhiều công nghệ sản xuất VA từ etylen, qua bản đồ án này thì chúng tôi thấy rằng dây chuyền sản xuất VA từ etylen và axit axetic trong pha khí là phương pháp sản xuất có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác 26 Đây là phương pháp mang lại hiệu quả tối ưu nhất, cho hiệu suất sản phẩm VA cao với chi phí đầu tư cho nguyên liệu cũng như dây chuyền thiết bị thấp hơn so với các quá trình khác Cụ... dựa vào phản ứng oxy hóa kết hợp etylen với axit axetic sử dụng xúc tác muối Paladi CH3COOH + C2H4 + 0,5O2 CH2CHOCOCH3 + H2O 1.2.1.1 Công nghệ tổng hợp VA từ etylen và axit axetic trong pha lỏng [5,7] Công nghệ sản xuất VA từ etylen và axit axetic trong pha lỏng được phát minh bởi hãng Hoech( Đức); ICI(Anh); Nippon Gosei(Nhật Bản) và được ACI áp dụng vào sản xuất thương mại với quy mô lớn tại Anh, Mỹ... hóa mạnh KMnO 4 có mặt kiềm KOH tạo thành axetat etylenglycol CH2=CHOCOCH3 + 2KMnO4 + 2KOH CH2CHOCOCH3+2KMnO4 OH OH 1 2 Các phương pháp sản xuất Vinyl Acetat [7] Cho đến nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp VA trong công nghiệp từ các nguyên liệu khác nhau trên thế giới Có 3 phương pháp sản xuất chính như sau: a Phương pháp cổ điển: đây là phương pháp sản xuất VA bằng cách cho CH3COOH phản ứng trực . Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất vinyl axetat Chương 3: Tính toán công nghệ Trang 6 Đồ án chuyên ngành GVHD: Th.S Nguyễn Văn Toàn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu chung về sản. Vinyl Axetat Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Vinyl Axetat Chương 3: Tính toán 4. Các bản vẽ: Bản vẽ chi tiết các thiết bị chính: 1 bản A1 Bản vẽ sơ đồ công nghệ: 1 bản A3 5. Ngày hoàn. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VINYL AXETAT Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn