đồ án tốt nghiệp công nghệ hóa dầu và chế biến polyme tìm hiểu công nghệ sản xuất dimethyl terephtalat và tính toán một số thông số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấnnăm

36 662 5
đồ án tốt nghiệp công nghệ hóa dầu và chế biến polyme tìm hiểu công nghệ sản xuất dimethyl terephtalat và tính toán một số thông số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấnnăm

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Bộ mơn: Lọc Hóa - Dầu ĐỒ ÁN MƠN HỌC: CƠNG NGHỆ HỐ DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME ĐềTài: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất dimethyl terephtalat tính tốn số thơng số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấn/năm Cán hướng dẫn: TS.TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Sinh viên thực hiện: MAI VĂN NAM Lớp: Lọc Hóa Dầu A - K54 MSSV: 0964040037 Hà Nội – 12/2013 GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghiệp phát triển, nhu cầu sản phẩm ngày phong phú nên nhu cầu hoá chất ngày tăng Do đó, cơng nghiệp hố chất ngành cơng nghiệp khơng ngừng phát triển, có ảnh hưởng quan trọng tới vài ngành công nghiệp khác Trên sở đó, quy trình sản xuất ln cải tiến đổi để ngày hoàn thiện Vấn đề đặt việc sử dụng hiệu lượng cho trình sản xuất đảm bảo suất Một sản phẩm quan tâm nhiều Dimethyl Terephtalate với ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp sản xuất chất dẻo, nhựa, tơ sợi tổng hợp số polyester đặc trưng ngành hóa tổng hợp Để thu Dimethyl Terephtalate chất lượng với hiệu suất cao cần phải có quy trình cơng nghệ sản xuấtđảm bảo yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với đặc tính nguyên liệu đầu vào sản phẩm đầu ra, đồng thời giảm tiêu hao hóa chất lượng nhiệt cho trình tổng hợp sản phẩm.Với mục tiêu đó, đồán cơng nghệ nhằm thiết kế “Quy trình cơng nghệ sản xuất Dimethyl Terephtalate” từ Axit Terephthalic Methanol xúc tác axit Sunfuric Đồ án trình bày theo chương Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thiết kế quy trình cơng nghệ Chương 3: Tính tốn thiết kế - Tính toán cân vật liệu tháp phản ứng - Tính tốn cân nhiệt lượng GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Giới thiệu Dimethyl terephthalate 1.Định nghĩa Dimethylterephthalate (DMT) este axit terephthalicvà methanol DMT thành phần sử dụng sản xuất polyester nhựa công nghiệp 2.Tính chất lý hố Dimethyl terephthalate( DMT) - Công thức cấu tạo: - Công thức phân tử: C6H4(CO2CH3)2 - Tên theo hệ thống là: dimethyl 1,4- benzenedicarboxylate ( terephthalic axit ester dimethyl ) a Tính chất vật lí Bảng 1: Thơng số đặc trưng Dimethyl terephthalate[1] Khối lượng phân tử M = 194,18 g/mol Độ hòa tan 1.2 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy tnc = 142 ( 288 ) Nhiệt độ sôi ts = 288 ( 550 ) Độ axit pKa = - 7,21 Độ kiềm pKb = - 6,60 Mật độ ( so với khơng khí) 1,04 Áp suất 1.15 mmHg (93 ) Ngồi thơng số vật lý nêu bảng Dimethyl terephthalate cịn có vài tính chất đặc trưng sau: GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục - DMT hợp chất hữu màu trắng, không mùi, tồn dạng chất rắn kết tinh dạng tinh khiết bất thường nhiệt độ phòng - DMTcó tính ổn định cao rễ cháy nổ - DMT nóng chảy gây bỏng nặng cho da tiếp xúc - Độ tan DMT dung môi thông thường ( nước, ether ) dễ tan ethanol nóng b Tính chất hóa học Dimethyl terephthalate chất hữu có đầy đủ tính chất este có gốc hydrocacbon gốc axit nên có khả tham gia tất phản ứng điển hình este như: - DMT xảy phản ứng với axit để giải phóng nhiệt với rượu axit Axit oxy hóa mạnh gây phản ứng mạnh mẽ đủ tỏa nhiệt để đốt cháy sản phẩm phản ứng Nhiệt tạo tương tác este với giải pháp kiềm - Tham gia phản ứng xà phịng hóa - Trộn este DMT với kim loại kiềm hiđrua tạo hydro dễ cháy - DMT chất hóa học nhạy cảm với nhiệt, dễ tan chảy phản ứng với nước nhiệt độ - DMT khơng tương thích với chất oxi hóa mạnh, axit mạnh bazơ mạnh Dưới số phản ứng điển hình DMT với chất: - Phản ứng DMT với hydroxyethyl)terephthalate 150-200 GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Ethylene Glycol tạo Bis-(2- : Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục O O C O CH3 + HO CH2 CH2 OH CH3 O C Ethylene glycol Dimethyl terephthalate O O C O CH CH2 OH + CH3 OH HO CH2 CH2 CH3 O C Methanol Bis-(2-hydroxyethyl) terephthalate - Phản ứng DMT với EG tạo hỗn hợp hai sản phẩm ứng dụng ngành công nghiệp dệt may, tổng hợp tơ sợi tiêu dùng công nghiệp: C O OCH3 HO CH2CH2O OC HET C O OCH3 H3C O OC + HO CH2CH2OH -CH3OH EG DMT C OOCH2CH2OH HOCH2CH2OOC BHET - Phản ứng với hỗn hợp (butanol 2-metyl-1-propanol) với xúc tác hồi lưu thú hỗn hợp sản phẩm methanol: - Phản ứng với 1,4-butanediol(BDO) tạo thành Bishydroylbutyl Terephthalate (BDO este) methanol GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục O O O O CH3 H3C O Dimethyl terephthalate + HO(CH2)4OH 1,4-butanediol(BDO) O O (CH2)4OH OH(CH2)4 O Bishydroxylbutyl terephthalate (BDO este) + CH3OH Methanol - Phản ứng DMT với 1,3-propanediol tạo thành Polytrimethylene Terephthalate (PTT): C6H4(COOCH3)2 + HO(CH2)3OH → [O2CC6H4CO2(CH2)3)]n + CH3OH - Phản ứng DMT với 2-Ethyl hexanol tạo thành Dioctyl Terephthalate (DOTP) cho ứng dụng hóa dẻo PVC: C6H4(CO)2(OCH3)2 + C8H17OH → C6H4(CO2C8H17)2 + CH3OH Ứng dụng hợp chất - DMT sử dụng sản xuất polyester, bao gồm Polyethylene Terephthalate (PET) Polytrimethylene Terephthalate (PTT) với vai trò benzene thay với nhóm carboxymethyl (CO 2CH 3) vị trí vìDimethyl Terephthalate dễ bay chất trung gian số chu trình hồi lưu PET, ví dụ từ chai nhựa - Hydro hóa DMT thành diol cyclohexanedimethanol monomer hữu ích - DMTlà nguyên liệu sử dụng sản xuất phi orthophthalate dẻo dụng rượu khác nhau.Ngoài ra, DMT sử dụng việc sản xuất Polybutylene Terephthalate, nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật Polymer - Các dẫn xuất DMT tìm thấy sử dụng rộng rãi men dây polyester cách điện vecni, polyester khơng bão hịa lớp phủ polyester, chất GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục kết dính nóng chảy nhựa alky kháng, phụ gia cho mỡ bơi trơn đặc biệt nguyên liệu ngành dệt nhuộm II Các phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate Sản xuất Dimethyl Terephthalate từ nguyên liệu p-xylen Khái quát trình tổng hợp DMT từ nguồn nguyên liệu p-xylen theo phương trình phản ứng sau: OH O C CH3 [O2 ] C O2 CH3OH O CH3 CH3OH/Co OH TA O C OCH3 C O OCH3 DMT Các trình phản ứng diễn q trình tổng hợp mơ tả Katzschmann thông qua giai đoạn sau : - Q trình oxy hóa khơng khí p-xylen tạo thành axit p-toluic: C6H4-(CH3)2 + CH3-C6H4-COOH + H2O ; = - 690 kJ/mol - Este hóa axit p-toluic methanol tạo thành p-methyl toluate: CH3-C6H4-COOH + CH3OH CH3-C6H4-COCH3 + H2O ; = - 30 kJ/mol - Quá trình oxy hóa nhóm methyl cịn lại sinh axit methyl terephthalate: GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CH3-C6H4-COCH3 + HOOC-C6H4-COO-CH3 + H2O; = - 675kJ/mol - Este hóa axit methyl terephthalate đến dimethyl terephthalate: HOOC-C6H4-COO-CH3 + CH3OH H3C-OOC-C6H4-COO-CH3 + H2O; = - 675kJ/mol Theo phương pháp sản xuất hiệu suất thu Dimethyl Terephthalate (DMT) thấp có mát nguyên liệu giai đoạn phản ứng, đồng thời trình tiêu hao nhiệt nhiều cho q trình oxi hóa ester hóa Xúc tác cho trình sản xuất Co/Mn kim loại nên khả tái sinh xúc tác cần nhiều thiết bị phụ trợ cho trình Việc thu hồi sản phẩm diễn phức tạp cần nhiều công đoạn nên ảnh hưởng đến yếu tố kinh tế cao Sản xuất Dimethyl Terephthalatetừ phản ứng ester hóa axit terephthalic methanol Dimethyl Terephthalate (DMT) sản xuất từ q trình ester hóa axit terephthalic methanol xúc tác dung dịch H2SO4 theo phương trình tổng hợp sau: COOH COOCH3 CH3OH H2SO4 COOH H2O COOCH3 Phương pháp sản xuất sử dụng nguồn nguyên liệu trực tiếp sẵn có thị trường, trình sản xuất diễn đơn giản thiết bị phản ứng nên dễ kiểm soát hoạt động thiết bị Cùng với hiệu suất thu Dimethyl Terephthalate (DMT) đạt giá trị cao tận dụng nguồn methanol hồi lưu cho phản ứng tổng hợp DMT GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Nguồn nguyên liệu cho trình tổng hợp Dimethyl Terephthalate theo phương pháp este hóa Từ việc so sánh phương pháp sản xuất DMT trên, nhóm chúng tơi lựa chọn phương pháp giai đoạn trình sản xuất DMT trực tiếp từ axit terephthalic methanol xúc tác dung dịch H2SO4 Axit terephthalic Axit terephthalic chất màu trắng có mùi chua, thơng thường dạng tinh thể bột, gây kích ứng mắt, da đường hơ hấp Nhiệt độ nóng chảy axit terephthalic cao có khả tạo liên kết hydro phân tử, phần axit terephthalic (para-phthalic axit) có cấu trúc đối xứng nên mạng lưới tinh thể có cấu trúc chặc chẻ Axit terephthalic tan nước rượu, độ hòa tan nước 0.0017g/100ml nước ( 25oC) Axit terephthalic axit đa chức, tính axit yếu ( so với axit vơ mạnh H2SO4, HCl, HNO3) có tính axit mạnh hợp chất hữu có chứa nhóm –OH Để có nguồn axit terephthalic cho q trình người ta từ q trình oxy hóa nitric p-xylen điều kiện 165 C6H4-(CH3)2 + HNO3 1.106 Pa theo phương trình: C6H4-(COOH)2 + 4HNO2 + 4NO; = 750 kJ/mol Methanol - Methanol hợp chất hữu trạng thái lỏng, không màu, có mùi ancol nhẹ đặc trưng, dễ bay hơi, dễ cháy nhiệt độ thường - Ở nhiệt độ phòng, chất lỏng phân cực, sử dụng chất chống đông, dung môi, nhiên liệu, chất làm biến tính cho ethanol GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Dẫn đến nguồn methanol cơng nghiệp sản xuất chủ yếu q trình tổng hợp hydrocacbon Axit sunfuric Axit sunfuric axit vô mạnh, màu trắng tồn tai dạng lỏng với nhiều dạng nồng độ khác nhau, có khả hịa tan vơ hạn nước tỏa nhiều nhiệt với tỷ lệ Axit sunfuric ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp hóa chất Ngồi axit sunfuric cịn đóng vai trị chất xúc tác cho phản ứngeste hóa với vai trị khử nước để tăng hiệu suất q trình tránh gây phản ứng phụ không mong muốn xảy III Cơ sở phản ứng este hóa tạo DMT 1.Cơ chế phản ứng tạo thành DMT Xét phương trình phản ứng tạo thành DMT từ nguồn nguyên liệu axit terephthalic methanol: COOH COOCH3 CH3OH COOH H2SO4 H 2O COOCH3 Phản ứng thuộc phản ứng thay - phản ứngeste hóa xúc tác axit, xảy theo chế phản ứng sau: H+ cơng vào nhóm cacbonyl, diễn q trình proton hóa tạo thành cation trung gian Sau oxi methanol cơng vào cation, kèm theo proton hóa tách nước Cơ chế phản ứng diễn chế phản ứng este hóa hợp chất hữu khác H+ xúc tác H2SO4 công vào gốc cacbony axit terephthalate diễn q trình proton hóa tạo thành cation trung gian, sau nhóm hydroxyl chức CH3 rượu methanol cơng vào cation OH + hình thành C GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục chuyển hóa cho q trình phản ứng người ta dừng thiết bị tháo sảm phẩm + Ưu điểm: - Tính linh động cao, dùng để thực phản ứng khác tạo chất khác - Đạt độ chuyển hóa cao khống chế thời gian phản ứng - Chi phí đầu tư thấp phải đầu tư thiết bị tự động + Nhược điểm: - Năng suất thấp thời gian làm việc chu kỳ dài: đòi hỏi thời gian nạp liệu, đốt nóng, làm nguội, tháo sảm phẩm - Mức độ giới hóa tự động hóa thấp, khó điều chỉnh khống chế chế độ làm việc gián đoạn - Mức độ độc hại cao, công nhân phải trực tiếp tiếp xúc với sản phẩm trình tháo dỡ - Thiết bị phản ứng liên tục:là thiết bị phản ứng mà chất tham gia phản ứng sản phẩm đưa vào lấy liên tục, sau thời gian khởi động nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, nồng độ chất tham gia phản ứng không bị thay đổi theo thời gian thiết bị làm việc trạng thái ổn định + Ưu điểm: - Có khả giớ hóa tự động hóa cao - Năng suất cao khơng tốn thời gian nạp liệu thaos sản phẩm - Chất lượng sản phẩm ổn định ro tính ổn định q trình + Nhược điểm: - Tính linh động có khả thực tạo nhiều sản phẩm cho trình GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 22 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục - Chi phí đầu tư cao cần có hệ thống tự động hóa tối ưu cho q trình phản ứng - Thiết bị phản ứng bán liên tục: thiết bị phản ứng mà chất tham gia phản ứng đưa vào gián đoạn, chất khác đưa vào liên lục Sản phẩm lấy gián đọa hay liên tục Được sử dụng khơng có điều kiện diễn phản ứng lien tục hay phương pháp gián đoạn thu hiệu suất thấp Các thiết bị phản ứng có cánh khuấy để tạo khả trộn tiếp xúc chất trình tham gia phản ứng đạt hiệu cao Các chất phản ứng tồn pha tách biệt nen khó tiếp xúc để phản ứng cần phải khuấy trộn, tơc độ khuấy trộn ảnh hưởng lớn đến thời gian phản ứng hiệu suất phản ứng thường hiệu suất phản ứng tăng theo tốc độ khuấy trộn tốc độ khuấy trộn khoảng 600 vịng/phút tốt Trong đồ án này, nhóm chúng em lựa chọn thiết bị phản ứng gián đoạn cho trình sản xuất Dimethyl Terephthalate (DMT) để đạt hiệu suất thu sản phẩm cao tinh khiết nguyên liệu xúc tác cho trình sản xuất đưa vào lúc phản ứng diễn pha lỏng II Tính cân vật chất Tính thời gian cho mẻ sản xuất Trình tự bước diễn trình phản ứng sau: Quá trình Thời gian (phút) - Nạp liệu 30 - Gia nhiệt cho thiết bị phản ứng 60 - Phản ứng 360 - Thời gian tháo liệu 30 => Tổng thời gian 480 (8 giờ) GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 23 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Bố trí ngày làm việc ca, thời gian ca là: 24 :3 = Như vậy, ngày ta sản xuất mẻ sản phẩm, với thời gian mẻ sản phẩm Năng suất mẻ sản phẩm Số ngày làm việc thực tế năm 330 ngày Năng suất thiết bị phản ứng 200000 tấn/ năm, đó, suất ngày làm việc thiết bị phản ứng là: = 606.06 tấn/ngày Năng suất tính theo sản xuất : tấn/ h Số làm việc năm là: 24×330 = 7920 Thời gian mẻ sản phẩm giờ, số mẻ sản phẩm thiết bị phản ứng năm là: mẻ Năng suất mẻ sản phẩm năm là: tấn/mẻ Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng Năng suất thiết bị phản ứng tháng sản xuất là: tấn/ tháng Các số liệu sau tính tốn cho tháng sản xuất Nguyên liệu đầu vào xác định sau: GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 24 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Vậy: - Lượng p-xylen đầu vào q trình là: 16 666.67 × 205 = 416 872.35 tấn/tháng - Lượng metanol đầu vào q trình là: 16 666.67 × 120 = 000 120.4 tấn/tháng - Lượng oxi khơng khí đầu vào q trình là: 16 666.67 ×300 × 21% = 050 063.21 tấn/tháng - Lượng Nito khơng khí đầu vào q trình là: 16 666.67 ×300 ×79% = 950 237.79 tấn/tháng * Phản ứng tổng quát trình sản xuất DMT là: C6H4 –(CH3)2 + O2 + CH3OH → H3C – OOC – C6H4 – COO – CH3 + H2O Do hiệu suất q trình 87%, độ chuyển hóa đạt 95%, hao hụt nguyên liệu 2% nên lượng p-xylen cần cho trình là: - Lượng metanol cần cho trình là: - Lượng oxi cần cho trình là: - Lượng nước hình thành trình phản ứng: Vậy: GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 25 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục - Lượng p-xylen không tham gia vào q trình phản ứng (cịn lại sau phản ứng): 416 872.35 - = 405 629.35 tấn/tháng - Lượng metanol khơng tham gia vào q trình phản ứng là: 000 120.4 – = 993 332.1 tấn/tháng - Lượng oxi không tham gia vào trình phản ứng là: 050 063.21 – 039 880.8 tấn/tháng Từ số liệu trên, ta có bảng cân vật chất trình cho tháng sản xuất: STT Tên chất p-xylen Đầu vào (tấn/tháng) Lượng vào Phản ứng 416 Đầu (tấn/tháng) Lượng 405 629.35 metanol 872.35 000 993 332.1 oxi 120.4 050 039 880.8 Nito 063.21 950 950 237.79 DMT H2O Tổng 237.79 0 0 467 16 666.67 461 694.5 055.96 Tính chi phí nguyên liệu cho tháng sản xuất Chi phí nguyên liệu cho tháng sản xuất tính theo bảng sau(giá mua nguyên liệu tính thời điểm tháng 1/ 2013): GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 26 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Chất Khối lượng (tấn/tháng) p-xylen metanol Tổng chi phí 416 872.35 000 120 Đơn giá (USD/tấn) Chi phí (USD/tháng) 1655 435 (Khối lượng × đơn giá) 5.655 ×109 0.87 ×109 6.525 09 III Tính cân nhiệt lượng cho thiết bị este hóa Các phản ứng xảy thiết bị este hóa: • Giai đoạn este hóa axit p-toluic methanol thành p-metyl toluate (CH3)C6H4 – COOH + CH3OH CH3 – C6H4 – COO – CH3 + H2O ∆Ho298 = -30 kJ/mol • Giai đoạn este hóa thành dimetyl terephtalat HOOC-C6H4-COO-CH3 + CH3OH H3C-OOC-C6H4-COO-CH3 + H2O ∆Ho298 = -30 kJ/mol Ta có cân nhiệt sau: Tổng lượng nhiệt dòng vào =Tổng lượng nhiệt dòng Hay: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (*) Trong : - Q1: Lượng nhiệt hỗn hợp nguyên liệu mang vào (kJ/h) - Q2: Lượng nhiệt nước tải nhiệt mang vào (kJ/h) - Q3: Lượng nhiệt phản ứng tỏa (kJ/h) - Q4: Lượng nhiệt sản phẩm mang (kJ/h) - Q5: Lượng nhiệt nước tải nhiệt mang (kJ/h) - Q6: Lượng nhiệt mát môi trường (kJ/h) Tính lượng nhiệt hỗn hợp nguyên liệu mang vào (Q1) Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ 1600C (433 K) GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 27 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Nguyên liệu vào thiết bị este hóa sản phẩm q trình oxi hóa theo phản ứng sau: • Giai đoạn oxi hóa khơng khí p-xylen thành axit p-toluic C6H4-(CH3)2 + 3/2 O2 (CH3)C6H4 – COOH + H2O (1) • Giai đoạn este hóa axit p-toluic methanol thành p-metyl toluate (CH3)C6H4 – COOH + CH3OH CH3 – C6H4 – COO – CH3 + H2O (2) • Giai đoạn oxy hóa nhóm metyl lại thành metyl terephtalat CH3 – C6H4 – COO – CH3 + 3/2 O2 HOOC-C6H4-COO-CH3 + H2O (3) • Giai đoạn este hóa thành dimetyl terephtalat HOOC-C6H4-COO-CH3 + CH3OH H3C-OOC-C6H4-COO-CH3 + H2O (4) Theo phương trình phản ứng ta có, số mol axit p-toluic, m etyl terephtalat tạo thành phản ứng (1), (3) số mol DMT tạo thành phản ứng (4) 106 mol => np-toluic = nmetyl terephtalat = nDMT = 106 ×136 =11 683.76 Lượng p-toluic vào thiết bị este hóa là: Lượng metyl terephtalat vào thiết bị este hóa là: 106 ×180 = 15 463.8 Số mol metanol nguyên liệu = 212.13 ×106 mol * Nhiệt dung riêng chất hóa học tính theo cơng thức: M.c = n1c1 + n2c2 + n3c3 + ……… (I.41, sổ tay tập 1) GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 28 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Trong M khối lượng mol hợp chất, c nhiệt dung riêng hợp chất hóa học (J/kg.độ), n1, n2,n3 …là số nguyên tử nguyên tố hợp chất; c1, c2,c3,….là nhiệt dung nguyên tử nguyên tố tương ứng, J/kg nguyên tử.độ Tra bảng I.141 ta có: - Nhiệt dung riêng axit p-toluic là: 168 c = 11700 × + 18000 × + 2×25100 => cp-toluic = 1713 J/kg.độ - Nhiệt dung riêng metanol là: 32 c = 11700 + × 18000 + 25100 => ctoluen = 3400 J/kg.độ - Nhiệt dung riêng metyl terephatalat là: 244 c = × 11700 + × 18000 + × 25100 => c metyl terephatalat = 1433.196 J/kg.độ Ta có bảng sau: Nguyê n liệu p- Khối lượng (tấn/tháng) Mol Cp (J/kg.độ) 106 mol) 0.2237 212.13 ×106 0.5526 3400 106 0.2237 1433.19 11 683.76 toluic Metano xi(Phần 1713 l Metyl 15 463.8 terephtalat Tổng 33935.86 383.95 ×10 Nhiệt dung riêng hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị phản ứng tính theo cơng thức sau: CP ng.liệu = ∑ Cpi × xi (J/kg.độ) = 0.2237×1713+ 0.5526×3400+ 0.2237×1433.196 = 2582.64 J/kg.độ GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 29 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Vậy lượng nhiệt hỗn hợp nguyên liệu mang vào là: Q1 = Gng.liệu × CP ng.liệu × Tng.liệu = × 2582.64 × × 433 K = 5.27 ×1010 J/h = 5.27 ×107 kJ/h Tính lượng nhiệt nước tải nhiệt mang vào(Q2) Q2 = Gnước × CPnước × Tnước Trong đó: - Gnước : khối lượng nước tải nhiệt vào, kg/h - Q2 : lượng nhiệt nước tải nhiệt mang vào, kJ/h - Tnước : nhiệt độ nước tải nhiệt mang vào,oC - CP(nước): nhiệt dung riêng nước tải nhiệt, kJ/kg k Tra bảng I.147 (sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1) ta có: Cp nước = 0.99892 kcal/kg.độ = 4.1868 ×103 × 0.99892 = 4182.28 J/kg.độ 250C => Q2 = Gnước ×4182.28 ×25 = 104.557 ×Gnước kJ/h Tính lượng nhiệt phản ứng tỏa (Q3): (CH3)C6H4 – COOH + CH3OH CH3 – C6H4 – COO – CH3 + H2O (1) HOOC-C6H4-COO-CH3 + CH3OH CH3 + H2O (2) ∆Ho298 = -30 kJ/mol H3C-OOC-C6H4-COO∆Ho298 = -30 kJ/mol Q3 = np-toluic ×∆Ho298(1) + nDMT ×∆Ho298(2) Q3 = 106 mol ×30 kJ/mol + 106 mol× 30 kJ/mol GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 30 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục => Q3 = 5154.6 ×106 kJ/tháng = 7.16 ×106 kJ/h Tính lượng nhiệt sản phẩm mang ra(Q4) Hỗn hợp sản phẩm đầu có nhiệt độ 220 oC (493K) Ta có nhiệt dung riêng chất 2200C sau: Sản phẩm DMT H2O Tổng Khối lượng Tấn/tháng (106 xi(Phần mol) Mol Cp(J/kg.độ) mol) 16666.67 3092.76 85.91 171.8 0.33 0.67 17 059.43 257.73 2048.45 4506.25 - Nhiệt dung riêng DMT : 194 cDMT = 11700 ×10+18000×10+25100×4 => cDMT = 2048.45 J/kg.độ - Tra bảng I.147 (sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1) ta có: Cp nước = 1.00763 kcal/kg.độ = 4.1868 ×103 × 1.00763 =4506.25 J/kg.độ Nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm là: CP(sản phẩm) = ∑ Cpi × xi (J/kg.độ) = 0.33 ×2048.45+0.67×4506.25 = 3685.176 J/kg.độ Vậy: Nhiệt lượng dòng sản phẩm mang là: Q4 = Gsp × CP(sp) × Tsp (kJ/h) = × × 493 K 4.3 ×1010 J/h = 4.3 ×107 kJ/h Nhiệt lượng nước tải nhiệt mang ra(Q5) Q5 = Gnước × CPnước × Tnước GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 31 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Trong đó: - Gnước : khối lượng nước tải nhiệt ra, kg/h - Q2 : lượng nhiệt nước tải nhiệt mang ra, kJ/h - Tnước : nhiệt độ nước tải nhiệt ra,oC - CP(nước): nhiệt dung riêng nước tải nhiệt, kJ/kg k Nhiệt dung riêng nước 450C : Cp nước = 0.9989 kcal/kg.độ = 0.9989 × 4.1868 ×10 J/kg.độ = 4182.2 J/kg.độ => Q5 = Gnước ×4182.2 × 45 =188.199 Gnước kJ/h Nhiệt lượng mát(Q6) Do coi mát nhiệt cho môi trường 5% nhiệt đầu vào nên: Q6=0,05(Q1+Q2+Q3) => Q6 = 0.05 (5.27 ×107 + 104.557 ×Gnước + 7.16 ×106) = 0.3 ×107 + 5.228 Gnước Thay giá trị Q1, Q2, Q3, Q4,Q5, Q6 vào biểu thức (*) ta có: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6  5.27×107+ 104.557 ×Gnước +7.16 ×106 =4.3 ×107 +188.199 Gnước +0.3×107 +5.228 Gnước  5.986 ×107 + 104.557 Gnước = 4.6 ×107 + 193.427 Gnước  Gnước = 155 958 14 kg/h Vậy lượng nước tải nhiệt cần dùng cho trình 155 958 14 kg/h hay 11236.8 tân/tháng GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 32 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Kết luận Sau hoàn thành đồ án, em đã: - Tìm hiểu cấu tạo, tính chất acrylonitril - Các ứng dụng quan trọng acrylonitri - Hiểu đánh giá công nghệ sản xuất acrylonitril công nghiệp GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 33 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục - Tính toán cân nhiệt cân vật chất thiết bị phản ứng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl Terephthalate; [2]http://www.gtctech.com/technology-licensing/polyestertechnologies/dimethyl-terephthalate-technology/ [3]Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập &2”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội 2006 [4]Nhiều tác giả, ‘Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập I &II”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 34 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 I Giới thiệu Dimethyl terephthalate II Các phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate III Cơ sở phản ứng este hóa tạo DMT 10 Chương II CÁC QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 13 I Cơng nghệ đơn giản sử dụng áp lực 13 II Lựa chọn phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate (DMT) 13 III Xây dựng quy trình sản xuất Dimethyl terephthalate 14 IV Các thiết bị sơ đồ công nghệ sản xuất DMT 18 V Thiết kế sơ đồ công nghệ sản xuất DMT 20 GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 35 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục CHƯƠNG III: TÍNH TỐN .21 I Lựa chọn thiết bị 21 II Tính cân vật chất 23 III Tính cân nhiệt lượng cho thiết bị este hóa 27 Kết luận 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .34 GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 36 ... cơng nghệ sản xuất? ?ảm bảo u cầu kỹ thuật, phù hợp với đặc tính nguyên liệu đầu vào sản phẩm đầu ra, đồng thời giảm tiêu hao hóa chất lượng nhiệt cho q trình tổng hợp sản phẩm .Với mục tiêu đó, đồ? ?n... nguyên liệu cho trình sản xuất khác Công nghệ Witton - Hegelishi (Witten-Hercules): Một cách khác để sản xuất Dimethyl Terephthalate thông qua việc sản xuất DMT theo phương pháp sản xuất Witton... Dimethyl Terephtalate với ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo, nhựa, tơ sợi tổng hợp số polyester đặc trưng ngành hóa tổng hợp Để thu Dimethyl Terephtalate chất lượng với hiệu suất

Ngày đăng: 19/03/2016, 12:32

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan