NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT FORMALDEHYDE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẤM ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT FORMALDEHYDE GVHD : TS.. Dung dịch fomalin được sử dụng r

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẤM

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ

QUY TRÌNH SẢN XUẤT

FORMALDEHYDE

GVHD : TS Lê Nhật Thùy Giang SVTH : 1 Phạm Văn Hoan

2 Nguyễn Tuấn Anh

3 Trần Thị Kim Loan

4 Vũ Văn Đương

Nội Dung Chính

1 Giới thiệu chung về formaldehyde

3 Lựa chọn phương pháp sản xuất

2 Các quá trình sản xuất formaldehyde

4 Sơ đồ công nghệ

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde

1.Khái niệm

 Formandehyde là một hợp chất hữu cơ rất quan trọng

trong công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công

nghệp sản suất chất dẻo, các loại keo dính, và các dồ

gia dụng khác

 Dung dịch formandehyde nồng độ từ 37-40% được gọi

là dung dịch formanlin Dung dịch fomalin được sử

dụng rộng rãi trong các nghành như: trong ngành y tế

dùng để ướp xác,trong ngành thực phẩm dùng làm

chất bảo quản , chất chống thối …

 Ở nước ta hàng năm vẫn phải nhập khẩu lượng

formandehit rất lớn đế sản xuất các lọai polyme, keo

dán, cót ép, tấm lợp, các loại vật liệu cách nhiệt cách

điện, các loại chất mạ bóng, và rất nhiều chất phụ trợ

sử dụng trong các ngành y tế, thuộc da, thực phẩm

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde

2 Tính chất vật lý

 Formaldehyde (CH2O) là chất khí không màu, mùi sốc, vị chua,độc (tác động đến mắt, da và cổ họng và kích thích thần kinh ngay cả khi với nồng độ nhỏ )

 Formaldehyde hoá lỏng ở -19,2 oC, tỷ trọng của lỏng là 0,8153 (ở -20oC)

và 0.9172 (ở -80oC) đóng rắn ở -118oC dạng bột nhão trắng

 Khí fomandehyde khan hoàn toàn thì tương đối bền vững ở áp suất khí quyểnvà ở nhiệt độ 80-1000C, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn thì nó bị

Polime hoá chậm

 Ở nhiệt độ 4000C và cao hơn thì khí Fomandehyde phân huỷ ở nhiệt độ khá nhanh tạo thành axit, cacbon và hydro

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde

3.Tính chất hóa học

Fomandehit là một trong những hợp chất hữu cơ hoạt động nhất được biết đến Fomandehit có chứa nối đôi phân cực nên có khả năng tham gia vào rất nhiều phản ứng hoá học đặc trưng cho nhóm C=O

 Phản ứng phân huỷ

Ở 150oC :

Ở 350oC :

 Phản ứng polyme hoá

 Phản ứng cộng

CH2O + H2O HOCH2OH

HOCH2OH + n CH2O HO(CH2O)n+1H

Na2SO3 + HCHO + H2O NaOH + HOCH2SO3Na

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde

3 Tính chất hóa học

 Phản ứng oxy hóa khử

Fomandehit bị khử bởi H2 trên xúc tác Ni tạo thành metanol

Fomandehit bị oxi hoá bởi axit có tính oxi hoá mạnh như HNO3, H2SO4 đặc nóng, KMnO4, K2Cr207, O2

Khi có mặt các hợp chất kiềm mạnh hoặc khi đun nóng có mặt xúc tác axit fomandehit tham gia phản ứng Canizaro

Khi có mặt các xúc tác A1(CH3)3, Mg(CH3)2 para fomandehit (dạng polyme) tham gia phản ứng Tishchenko

HCHO + H2 Ni, toC CH3OH

HCHO + O2 [O]/HNO3 CO2 + H2O

HCHO [O]/HNO3 HCOOH

2HCHO + H2O CH3OH + HCOOH

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde

3 Tính chất hóa học

 Phản ứng ngưng tụ

Phản ứng ngưng tụ của fomandehit với amin trong sự có mặt của H2, phản ứng Mannich

Tác dụng vớit NH4Cl, tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng mà sản phẩm

có thể thu được là metyl amin, dimetyl amin, trimetyl amin hoặc axit

formic

 Phản ứng tạo nhựa

Fomandehit ngưng tụ vớit ure, metylamin, uretan, hydrocacbon thơm dạng sunforamit, amin và phenol tạo thành nhựa tống hợp Các loại nhựa này là nguyên liệu đầu cho các quá trình sản suất ra các mặt hàng tiêu dùng, các dụng cụ sinh hoạt cũng như các loại mặt hàng khác như thiết bị cách điện,

vỏ các thiết bị điện, điện tử

HCHO + CH3NH2 + H2 CH3NH2CH3 + H2O

HCHO

CH3NH2

CH3NHCH3 (CH3)3N HCOOH

NH4Cl

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

1 Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ BASF

Đặc trưng của công nghệ này là duy trì chế độ chuyển hoá metanol ở nhiệt

độ cao (đều 7200C) Do đó metanol có mức độ chuyển hoá cao Sản phẩm

có nồng độ 40¸50% formaldehyde: 1,3% Metanol và 0,01% axit formic

Hiệu suất của quá trình đạt 89¸95%

1 Thiết bị bốc hơi

2 Thiết bị phản ứng

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

4 Thiết bị hấp thụ

5 Nồi hơi

6 Thiết bị làm lạnh

1 Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ BASF

 Ưu điểm:

• Sơ đồ hoạt động và quá trình khởi động rất đơn giản, sau khi nghỉ hoặc

có sự cố thì khởi động lại nhanh

• Dung dịch formaldehyde có nồng độ cao muốn thay đổi nồng độ thì chỉ cần thay đổi sự tinh khiết của nguyên liệu

• Độ chuyển hóa và hiệu suất của quá trình cao

• Các thiết bị trong dây truyền có thể tích nhỏ, do vậy vốn đầu tư thấp

• Khí thải sinh ra có thể đốt cháy thu nhiệt lượng nên không gây ô nhiễm môi trường

 Nhược điểm:

• Nhiệt độ làm việc quá cao 650 – 720oC gây nhanh hư hại thiết bị

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

2 Quá trình chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi methanol

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

Quá trình này tiến hành ở 590  650oC Do nhiệt độ tương đối thấp nên ít xảy ra các phản ứng phụ và hiệu suất có thể đạt 91  92% nhưng độ chuyển hóa chỉ đạt 82  85% Dung dịch sau tháp hấp thụ được đưa đi chưng luyện thu hồi metanol Sản phẩm sau chưng cất chứa 55% formaldehyde và 1%

metanol Quá trình này đã được dùng ở một số công ty lớn (ví dụ ICI,

Berdew và Degussa)

1 Thiết bị bốc hơi

2 Thiết bị phản ứng

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

4 Tháp chưng

5 Thiết bị hấp thụ

6 Nồi hơi tận dụng nhiệt

7 Thiết bị làm lạnh

8 Đun quá nhiệt

9 Thiết bị trao đổi ion

2 Quá trình chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi methanol

 Ưu điểm :

• Nhiệt độ làm việc thấp hơn quá trình BASF nên ít gây hư hỏng thiết bị hơn

• Trong khí thải có một lượng lớn khí hydro sinh ra nên nhiệt lượng thu được từ quá trình đốt khí thải cao

• Dung dịch formalin có nồng độ và hiệu suất của quá trình tương đối

cao

 Nhược điểm :

• Độ chuyển hóa thấp, không đồng đều

• Thêm thiết bị chưng thu hồi methanol

• Chi tiêu nguyên liệu lớn vì phải bổ sung một lượng hơi nước lớn

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

3 Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ fomox

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

Đặt trưng của công nghệ này là việc ở nhiệt độ thấp 3400C thiết bị làm việc đẳng nhiệt, hàm lượng metanol thấp, thừa không khí

1 Thiết bị bay hơi

2 Quạt gió

3 Thiết bị phản ứng

4 Reboiler

5 Thiết bị gia nhiệt

6 Tháp hấp thụ

7 Hệ thống làm mát

8 Thiết bị làm lạnh

3 Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ fomox

 Ưu điểm:

• Tỉ lệ methanol trên không khí nhỏ ( khoảng 6% ) khi đưa vào sản xuất, nên phù hợp với nhưng nơi có hàm lượng methanol thấp

• Độ chuyển hóa và hiệu suất quá trình rất cao

• Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ thấp nên vấn đề tự động hóa được thực hiện dễ dàng

 Nhược điểm:

• Tỷ lệ methanol trên không khí nhỏ nên phải cần 1 lượng không khí lớn cho dây chuyền có cùng công suất so với công nghệ xúc tác Ag Do vậy thiết bị trong dây truyền lớn, nên vốn đầu từ về cơ bản lớn

• Lượng khí thải không cháy được gây ô nhiễm môi trường nên cần một lượng dầu lớn nhất định để đốt bỏ khí thải này

• Năng suất của dây chuyền sản xuất nhỏ

Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye

1 Yếu tố kinh tế

Lựa Chọn Công Nghệ Sản Xuất

Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn kết hợp với chưng cất thu

hồi metanol

Công nghệ FORMOX

Chi phí nguyên liệu Metanol, t/t Nước công nghệ, t/t Xúc tác mất mát, g/t Tái sinh xúc tác , kg/mẻ

1.215 1.38 0.07 170

1.176 0.32 0.05 200

1.162 1.96

135 Chi phí phụ trợ

Điện, kw.h/t Nước làm mát, m 3 /t Nước nguyên liệu, t/t

Hơi, t/t

111 41 3 0

78 148 1.5 2.2

230 26

Sản phẩm hơi

Từ quá trình tận dụng nhiệt, t/t

Từ khí off-gas, t/t

1.7

1.85

Chi phí tổng Chi phí sản phẩm, $/t

Vốn đầu tư, 10 6 $

174.5 3.3

211.6 3.7

183.9 4.0

2 Lựa chọn công nghệ

Lựa Chọn Công Nghệ Sản Xuất

Qua phân tích so sánh giữa các quá trình sản xuất formaldehyde ở trên thấy rằng thiết bị phản ứng dùng xúc tác bạc có năng suất lớn, do chế độ

tự nhiệt nên thời gian mở máy nhanh nhưng cũng nhạy với sự thay đổi của các thông số đầu vào, thiết bị phản ứng luôn có bộ phận đốt nóng

bằng điện để mở máy

Công nghệ trên xúc tác bạc tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nên hiệu suất thấp hơn đặc biệt là công nghệ BASF, nhưng bù vào đó thì ngoài những

ưu điểm về kỹ thuật phản ứng, do làm việc với nồng độ metanol cao của hỗn hợp phải ứng các thiết bị công nghệ có kích thước nhỏ hơn do đó tiêu hao năng lượng và vốn đầu tư thấp hơn, ngoài ra khí thải có khối lượng

bé hơn và tự cháy được nên được sử dụng để đốt tạo hơi và chống ô

nhiễm môi trường

Do những đặc điểm nói trên và điều kiện kinh tế của Việt Nam nên ta chọn công nghệ BASF để sản xuất formalin trên xúc tác Ag

Sơ Đồ Công Nghệ

1 Thùng chứa nguyên liệu – 2 Bơm – 3 Thùng cao vị - 4 TB trao đổi nhiệt – 5 TB hóa hơi

– 6 Máy nén – 7 Tháp phản ứng chính – 9 Tháp hấp thụ - 10 Tháp chưng cất –

Sơ đồ sản xuất formaldehyde trên nền xúc tác bạc