Các công nghệ sản xuất vinyl clorua

Tài liệu tham khảo Các công nghệ sản xuất vinyl clorua

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Mục lục trang Lời cảm ơn 5 Mở đầu 6 Phần I: tổng quan lý thuyết 8 Chơng I: giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm 8 A. nguyên liệu 8 I. axetylen 8 1. tính chất vật lý 8 2. tính chất hoá học 9 3. Sản xuất axetylen 11 II. Axit clohydric (HCl) 15 1. tính chất vật lý 15 2. tính chất hoá học 15 3. Điều chế axit HCl 15 III. Vinyl clorua (VC) 16 1. tính chất vật lý 16 2. tính chất hoá học 16 3. ứng dụng của VC 17 Chơng II: Các công nghệ sản xuất VC 20 A. Sản xuất VC từ EDC 20 I. Tiến hành quá trình trong pha lỏng 20 1. Cách thức tiến hành 20 2. Ưu nhợc điểm của quá trình 21 II. Tiến hành quá trình trong pha khí 22 1. Cơ sở của quá trình 22 2. Sơ đồ công nghệ sản xuất VC từ EDC 23 3. Ưu nhợc điểm của phơng pháp 26 B. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp 26 1. Liên hợp clo hoá etylen, tách HCl và hydro hoá C 2 H 2 26 2. Liên hợp clo hoá, oxy clo hoá etylen và cracking EDC 27 C. Sản xuất VC từ axetylen và HCl 28 I. Tiến hành quá trình trong pha lỏng 28 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 1. Cơ sở của phơng pháp 28 2. Ưu nhợc điểm của phơng pháp 29 II. Tiến hành quá trình trong pha khí 29 1. Cơ sở của phơng pháp 29 2. Các yếu tố ảnh hởng tới hiệu suất của quá trình 29 3. Công nghệ sản xuất VC trong pha khí 33 4. Ưu nhợc điểm của phơng pháp 35 Phần II: Tính toán công nghệ 37 A. Xác định thời gian làm việc của phân xởng 37 B. Cân bằng vật chất 38 I. Tiêu hao nguyên liệu cho phản ứng chính 38 1. Tiêu hao nguyên liệu Axetylen 38 2. Tiêu hao nguyên liệu HCl 39 II. Tiêu hao nguyên liệu cho phản ứng phụ 40 III. Cân bằng vật chất 42 1. Cân bằng vật chất đối với thiết bị phản ứng 42 2. Cân bằng vật chất tại hệ thống tách HCl 43 3. Cân bằng vật chất tại tháp chng cất sản phẩm VC 43 C. Cân bằng nhiệt lợng đối với thiết bị phản ứng 44 1. Tính nhiệt lợng do hỗn hợp khí mang vào 45 2. Nhiệt lợng do các phản ứng toả ra 46 3. Nhiệt lợng do hỗn hợp khí sản phẩm mang ra khỏi thiết bị 47 4. Tính toán lợng chất tải nhiệt cần dùng 48 D. Tính toán thiết bị chính 49 1. Tính thể tích cấp xúc tác 49 2. Kích thớc thiết bị phản ứng 52 3. Tính chiều dày thân thiết bị phản ứng 54 4. Tính đờng kính các ống dẫn 56 5. Tính đáy và nắp thiết bị 60 6. Tính toán chân đỡ thiết bị 62 7. Chọn mặt bích 64 8. Chọn bơm 64 2 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Phần III: An toàn lao động trong sản xuất 67 I. Mục đích 67 II. Các công tác cần thực hiện 67 1. Công tác về t tởng 67 2. Công tác kỹ thuật 67 3. Công tác vệ sinh trong lao động 68 Phần IV: Thiết kế xây dựng 70 I. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy 70 1. Yêu cầu chung về thiết kế 70 2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng 71 3. Các yêu cầu về môi trờng và vệ sinh công nghiệp 71 II. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 72 1. Yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng 72 2. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 74 III. Thiết kế nhà sản xuất 76 1. Bố trí mặt bằng 75 2. Các yêu cầu của thiết kế mặt bằng 77 3. Giới thiệu mắt cắt 77 4. Kết cấu chụi lực của nhà sản xuất 77 5. Phơng pháp bao che nhà sản xuất 78 6. Tổ chức thông gió tự nhiên 79 7. Tổ chức chiếu sáng tự nhiên 79 Phần V: Tính toán kinh tế 81 I. Mục đích và nhiệm vụ của tính toán kinh tế 81 II. Nội dung tính toán kinh tế 81 1. Chế độ làm việc của phân xởng 81 2. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lợng 81 3. Chi phí nguyên liệu và năng lợng 84 4. Vốn đầu t cố định 85 5. Quỹ lơng công nhân viên làm việc trong phân xởng 86 6. Tính khấu hao 87 7. Những khoản chi phí khác 88 8. Tính toán hiệu quả kinh tế 89 3 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Kết luận 91 Tài liệu tham khảo 92 Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo đã dạy dỗ em trong suốt những năm học vừa qua, những thầy cô đã hớng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này! 4 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Tân Hào ngời đã hớng dẫn tận tình em trong suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua! Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã giúp đỡ và dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập vừa qua! Mở đầu Công nghệ tổng hợp vật liệu polyme đã ra đời từ khá lâu và không ngừng phát triển cho đến ngày nay. Cùng với sự phát triển đó là hàng loạt các vật liệu polyme ra đời và nhanh chóng cho thấy đợc những tính năng u việt của nó. Nó đã thay 5 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 thế đợc nhiều vật liệu đắt tiền cũ vẫn sử dụng đồng thời bổ sung thêm cho nguồn vật liệu cần sử dụng trong những môi trờng khắc nghiệt. Chính vì những đặc tính đó mà vật liệu polyme đã và đang đợc sử dụng một cách rộng rãi trong công nghiệp và trong dân dụng. Để ngành công nghiệp và vật liệu polyme tồn tại và không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con ngời thì vấn đề quan trọng đặt ra là nguồn nguyên liệu cung cấp cho nó phải liên tục phát triển cả về chất lợng lẫn chủng loại. Vinyl clorua gọi tắt là VC có công thức hoá học là CH 2 = CH- Cl, là một trong những monome đã đợc phát hiện từ rất sớm. Tuy nhiên cho đến tận năm 1912 ng- ời ta mới tìm ra phơng pháp điều chế. Từ đó đến nay ngành công nghiệp sản suất VC phat triển rất nhanh chóng. Ngay tại thời điểm đó theo thống kê sản lợng hàng tháng ở Nhật đã lên tới 1500 tấn. ở nhiều nớc công nghiệp khác công nghệ sản xuất VC cũng liên tục phát triển. Sở dĩ ngành công nghiệp sản suất VC phát triển mạnh và nhanh nh vậy là do VC là một monome khá quan trọng trong tổng hợp nhiều loại vật liêu polyme có nhiều tính năng quý. Trong đó phải kể đến là poly vinylclorua (viết tắt là PVC) PVC là một loại chất dẻo có nhiều tính chất tốt nh : có độ ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn và phá huỷ bởi axít sulfuric (H 2 SO 4 ), axít clohydric (HCl) và một số dung môi hữu cơ khác, khả năng co giãn và độ bền tơng đối lớn, có tính cách điện. Ngoài ra nhựa PVC còn có tính không thấm nớc, không bị phá hủy khi gặp nớc, nhng lại là vật liệu dễ nhuộm màu. Do các tính chất tốt nh vậy nên PVC đợc sử dụng để chế tạo các loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá học làm việc trong môi trờng ăn mòn, ở nhiệt độ thấp để thay thế các loại thép không rỉ và hợp kim. Nhựa PVC còn đợc sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nh : công nghiệp điện (sản xuất các loại dây bọc), trong xây dựng, trong ngành sản xuất da nhân tạo Do mang nhiều đặc tính tốt nh vậy nên nhu cầu sử dụng nhựa PVC của nhiều ngành công nghiệp tăng lên một cách nhanh chóng kéo theo đó là sự phát triển về công nghệ tổng hợp PVC 6 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Theo tiến trình phát triển chung của công nghệ tổng hợp polyme nói chung và công nghệ tổng hợp PVC nói riêng, công nghệ sản xuất VC cũng đã có nhiều phát triển. Hiện nay đã có nhiều phơng pháp công nghệ sản xuất VC từ nhng nguồn nguyên liệu khác nhau hoặc từ một nguồn nguyên liệu có thể có nhiều công nghệ khác nhau. Vấn để quan trọng đặt ra là phải tìm xem công nghệ nào là phù hợp nhất để đảm bảo xây dựng đợc một phân xởng sản xuất VC đạt đợc cả về chất lợng cũng nh về số lợng sản phẩm. Có nh thế mới thu đợc hiệu quả kinh tế cao nhất. PHần I:Tổng quan lý thuyết Chơng I giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm a. nguyên liệu 7 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 I.Axetylen 1.Tính chất vật lý ở nhiệt độ thờng Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi ete yếu, các hằng số vật lý đặc trng của axetylen : - Nhiệt độ ngng tụ là - 83,8 o C (ở 0,102 MPa), nhiệt độ tới hạn là 35,5 o C - áp suất tới hạn là 6,04 MPa - Trọng lợng riêng (ở 0 0 C và 760 mmHg) là: 1,171 kg/m 3 - Trọng lợng phân tử : 26,02 kg/kmol - Nhiệi dung riêng 20 p C : 0,402 kcal/kg.độ - Nhiệt cháy H : 13,378 Kcal/m 3 Nhiệt cháy của Axetylen toả ra khá lớn, chính vì vậy mà ngời ta dùng nó làm nhiên liệu để cắt, hàn kim loại. - Giới hạn nổ của C 2 H 2 xảy ra trong giới hạn nhiệt độ và áp suất nhất định. Ví dụ : ở nhiệt độ 0 0 C và 1at : C 2 H 2 tạo với không khí một hỗn hợp nổ trong giới hạn từ 2,53 78 % thể tích C 2 H 2 . ở áp suất 5 at thì giới hạn nổ thay đổi trong khoảng rộng hơn 2,53 100% thể tích C 2 H 2 Độ nguy hiểm về cháy nổ của axetylen càng gia tăng do sự phân rã nó thành những chất đơn giản và kèm theo toả nhiều nhiệt C 2 H 2 2C + H 2 ( H = -54,2 Kcal/mol ) Sự phân rã này xảy ra khi không có oxi nhng có những chất kích hoạt tơng ứng (tia lửa, đốt cháy do ma sát). Khi ở áp suất 0,2 Mpa, sự phân rã có đặc điểm cục bộ và không nguy hiểm. ở áp suất cao hơn, sự phân rã có đặc tính nổ với sóng kích nổ đợc lan truyền với vận tốc lớn hơn 1000 m/s. Sự dễ nổ của axetylen sẽ giảm khi nó đợc thêm vào khí trơ hoặc hơi trơ, chúng sẽ tích nhiệt của sự phân rã đầu tiên và ngăn cản sự phân hoá nổ của axetylen. Khi đó áp suất chống nguy hiểm cao nhất của hỗn hợp phụ thuộc vào nồng độ của axetylen. Tính dễ nổ của 8 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 axetylen càng tăng khi có mặt các kim loại có khả năng tạo thầnh axetilua (hoặc cacbua) (ví dụ : Cu 2 C 2 ), chính vì thế những kim loại này cần đợc chú ý khi lựa chọn nguyên liệu thiết kế. Để phòng tránh cháy nổ, ngời ta thờng giới hạn áp suất khi sản xuất axetylen và trong tổng hợp khác, hoặc pha loãng axetylen bằng khí trơ ( ví dụ N 2 ). Khi nén khí axetylen ngời ta dùng máy nén khí đặc biệt, nó có vận tốc dịch chuyển thấp, mức độ nén nhỏ và nhiệt độ thay đổi sau mỗi bậc nén khí 100 o C. Ngoài ra Axetylen còn dễ dàng tạo thành hỗn hợp nổ với : Flo; Clo nhất là khi có tác dụng của ánh sáng. Để giảm bớt khả năng nổ của C 2 H 2 khi vận chuyển ng- ời ta thờng pha thêm khí trơ nh : Hydro, amoniac vào thùng chứa C 2 H 2 . Tính chất quan trọng khác của axêty len là khả năng hoà tan của nó lớn hơn nhiều so với những hydrocacbon khác. Cụ thể trong 1 thể tích nớc ở 20 0 C có thể hoà tan đợc 1 thể tích axetylen, còn ở 60 0 C hoà tan đợc 0,37 thể tích. Axetylen có khả năng tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ nh: metanol, axeton, đimetylfornami Độ hoà tan của axetylen có ý nghĩa rất quan trọng để điều chế và tách nó ra khỏi hỗn hợp với khí khác. 2. Tính chất hoá hoc Axetylen có công thức phân tử C 2 H 2 và có công thức cấu tạo là : CHCH C 2 H 2 là hydro cacbon không no có chứa liên kết ba trong phân tử do vậy có khả năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba phân tử C 2 H 2 đợc tạo thành do liên kết và hai liên kết chính vì vậy mà khi tham gia phản ứng hoá học liên kết ba trong phân tử C 2 H 2 dễ bị phá vỡ tạo liên kết đôi hoăc hợp chất bão hoà. Các phản ứng đặc trng cho tính chất hoá học của axetylen: a. Phản ứng thế: Khi tác dụng C 2 H 2 với kim loại kiềm, Cu, Ag,Ni, Hg, Co, Zn tạo thành axetylenit kim loại rất dễ nổ. CHCH + 2 Cu Cu- C C- Cu 9 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 b. Phản ứng cộng : - Phản ứng cộng hydro với xúc tác kim loại(Ni, Pd) CHCH + H 2 CH 2 = CH 2 CH 2 = CH 2 + H 2 CH 3 - CH 3 Axetylen tác dụng với hydro cho ta etylen. Phản ứng tiến hành trên xúc tác Paladi trên CaCO 3 ở 1 at và 250 300 0 C CHCH +H 2 Cat o 300250;1 CH 2 = CH 2 Đây là phản ứng điều chế Etylen đợc sử dụng trớc đây ở một số nớc thiếu Etylen - Với xúc tác là Hg ++ C 2 H 2 sẽ tác dụng với nớc tạo thành axetalđêhyt : CH CH + H 2 O C o 10075 CH 3 CHO Khi có oxyt Kẽm và ôxyt sắt làm xúc tác thì C 2 H 2 sẽ tác dụng với hơi tạo thành axeton - Dới tác dụng của KOH ở nhiệt độ 150 160 0 C áp suất 4- 20 at axetylen tác dụng với rợu tạo thành ete : KOH CH CH + ROH CH 2 = CHOR 150 160 0 C - Tác dụng với Hydrôsulfua ở 120 0 C tạo thành một số hợp chất có lu huỳnh : 10 CHCH + H 2 S CH 2 CHSH ` Vinyl mercaptan + H 2 S - S C 2 H 5 SH Etylmercaptan H 2 C CH 2 S Thio oxyt etylen C 2 H 5 S CH CH 2 Etyl vinylsulfit +C 2 H 2 Polyme thiokol +C 2 H 5 SH C 2 H 5 S (CH 2 ) 2 S C 2 H 5 Etylen dietyl sulfit ZnO CH CH + 3H 2 O CH 3 C CH 3 + CO 2 + 2H 2 O 360 450 0 C O [...]... 0918.775.368 Chơng ii Các công nghệ sản xuất vinyl clorua Các quá trình chính trong công nghiệp để sản xuất VC bao gồm: - Cộng HCl vào axetylen - Sản xuất VC từ EDC - Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp 19 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 A sản xuất VC từ edc Nguyên liệu cho quá trình điều chế VC ở đây là diclo etan Cl-CH2-CH2-Cl Để thu đợc sản phẩm là VC thì ngời... PVC đợc sử dụng để sản xuất các loại ống dẫn, bồn chứa các chất hoá học Làm vật liệu lót trong các thiết bị hoá học làm việc ở nhiệt độ thấp, trong môi trờng ăn mòn để thay thế thép không gỉ và hợp kim Trong công nghiệp điện nhựa PVC đợc sử dụng làm vỏ bọc cách điện, các dụng cụ cho vô tuyến điện Trong xây dựng nhựa PVC còn đợc sử dụng để chế tạo tấm lợp nhà, lát sàn tờng cách âm, các dụng cụ gia đình,... dụng cụ gia đình, ống dẫn nớc sinh hoạt và các loại bao túi đựng đồ, áo ma đồng trùng hợp với các monome khác VC còn có khả năng tham gia đồng trùng hợp một số monome khác nh : vinyl axetat (VA), vinylyden clorit, acryl nitril tạo thành các polyme có giá trị cao Ngoài ra VC còn dùng để sản xuất một số loại sợi tổng hợp có tính chất tốt nh sợi clorin và sản xuất một số loại sơn chịu ăn mòn 18 Website:... phản ứng khác nhau sẽ cho những sản phẩm trùng hợp khác nhau - Với xúc tác là bột đồng (Cu) 2n CH C o 200 300 ;Cu (CH)2n Kypren Ngời ta sử dụng kypren ( (CH)2n ) làm chất cách điện - Mặt khác khi thổi axetylen qua dung dịch bão hoà Cu2Cl2: 2 CH CH 80o ;CuCl 2 CH2 = CH - C CH Vinyl axetylen Vinyl axetylen là bán sản phẩm để sản xuất cao su tổng hợp clopren 3 Sản xuất Axetylen Axetylen có thể... axetylen 10 01 03 máy nén khí tháp chung cất nhẹ thùng chứa sản phẩm tháp nhả hấp thụ axetyle 11 12 13 14 03 thiết bị đun nóng 17 16 15 thiết bị làm lạnh 18 naoh naoh thải Nứơc 16 17 sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất VC từ axetylen Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Hình 5: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất VC từ C2H2 và HCl trong pha khí Website: http://www.docs.vn... Cl Vinyl clorua HCl + CH2 = CH2 CH3 - CH2 - Cl Diclo etan 3 Điều chế HCl - Trong phòng thí nghiệm : Từ NaCl rắn và dung dịch H2SO4 đặc to 200o C NaCl(rắn) + H2SO4 (đặc) NaHSO4 + HCl o o t > 200 C 2NaCl(rắn) + H2SO4 (đặc) - Trong công nghiệp : Na2SO4 + 2HCl Ngời ta tiến hành tổng hợp HCl từ nguyên liệu ban đầu là H2 và Cl2 H2 + Cl2 to 2HCl ánh sáng III Vinyl clorua (VC) 1 Tính chất vật lý Vinyl clorua. .. than hoạt tính, muối clo kim loại ) có thể đợc sử dụng để giảm nhiệt độ phản ứng, tuy nhiên thời gian sống của xúc tác thấp và khó khăn về mặt công nghệ làm cho quá trình cracking EDC có xúc tác không đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất VC từ EDC Thuyết minh sơ đồ dây chuyền : 1: thiết bị phản ứng 2: tháp tôi 3: thiết bị lọc 4: tháp tách HCl 5: tháp làm sạch VC thô 7: tháp... nhiệm vụ tách phần sản phẩm nhẹ (1 tháp) - Tách phân đoạn nặng : gồm 2 tháp Tháp thứ nhất làm việc ở áp suất khí quyển Tại tháp này phần lớn EDC đợc tách ra Tháp thứ hai làm việc trong chân không sẽ tách phần EDC còn lại 23 EDC 10 1 2 11 3 12 7 4 11 11 13 13 5 24 14 8 11 edc tuần hoàn 14 15 11 13 13 15 9 6 11 13 13 15 11 Sản phẩm nặng 15 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất vc từ edc naoh Sản phẩm nhẹ 11... Sơ đồ dây chuyên công nghệ sản xuất VC từ EDC Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 3 Ưu nhợc điểm của phơng pháp Ưu điểm của phơng pháp này là tận dụng đợc phần EDC không phản ứng và tuần hoàn nó trở lại thiết bị phản ứng Đồng thời tận dụng đợc phần HCl sinh ra Tuy nhiên phơng pháp này lại có nhợc điểm là có hiệu suất chuyển hoá thấp b sản xuất VC bằng các quá trình liên... nghiệp và dân dụng Trùng hợp của vinylclorua ( VC ) tạo poly vinylclorua (PVC ) Phơng trình phản ứng : t0, p, xt nCH2 CH Cl CH2 CH Cl n Poly vinylclorua (PVC) Poly vinylclorua (PVC) là một chất dẻo mang nhiều tính chất tốt nh : có độ ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn bởi axit (H2SO4 , HCl, ), có khả năng co giãn, độ bền tơng đối lớn, có tính cách điện, không thấm nớc và không bị phá huỷ khi gặp nớc nhng