Tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất phenol

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol MỤC LỤC Trang Mở đầu ChƣơngI: Phenol Tính chất, ứng dụng phƣơng pháp sản xuất I.1 Các tính chất vật lý hoá học phenol I.2 ứng dụng phenol I.3 Các phương pháp sản xuất phenol 10 I.3.1 Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo 10 I.3.2 Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen kiềm 12 I.3.3 Phương pháp clo hoá benzen, thuỷ phân clo benzen nước 13 I.3.4 Phương pháp oxy hoá cumen 15 I.3.5 Phương pháp oxi hoá toluen 18 I.3.6 Phương pháp dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol xyclohexanon 19 I.3.7 Oxy hoá trực tiếp benzen 19 Chƣơng II: Sản xuất Phenol phương pháp sunfo hoá nóng chảy kiềm 22 II.1 Nguyên liệu 21 II.1.1.Benzen 21 II.1.2 Axit sunfuric 22 II.1.3 Hydroxit natri 24 II.2 Các giai đoạn qui trình sản xuất 25 II.2.1 Quá trình sunfo hoá 26 II.2.2 Quá trình trung hoà 32 II.2.3 Quá trình nóng chảy kiềm 34 II.2.4 Quá trình axit hoá 37 II.3 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 38 Chƣơng III: Tính toán 40 III.1 Cân vật chất giai đoạn 40 III.2 Tính toán thiết bị sunfo hoá 57 III.3 Cân nhiệt lượng trình sunfo hoá 61 Chƣơng IV: Thiết kế xây dựng 69 Kết luận 83 Tài liệu tham khảo 86 Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế quốc dân nhu cầu sử dụng sản phẩm hoá học sản phẩm trình tổng hợp hữu ngày tăng Các sản phẩm sản xuất nhiều phương pháp khác xuất phát từ nguyên liệu ban đầu than đá, khí thiên nhiên dầu mỏ, trải qua nhiều trình chế biến hoá học tạo sản phẩm trung gian khác nhau, ứng dụng nhiều công nghiệp sống Phenol sản phẩm trung gian Phenol dẫn xuất hydroxyl dãy thơm tìm thấy năm 1834 chưng cất phân đoạn than đá Hợp chất ứng dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp hoá dầu , công nghiệp tổng hợp hữu phòng thí nghiệm Ứng dụng quan trọng phenol kể đến là: ngưng tụ với andehyt sản xuất nhựa phenol formandehyt , hydro hoá thành xyclo hexanol sản xuất sợi tổng hợp nylon caprolactan, dẫn xuất ankyl phenol diamin, octyl phenol sử dụng làm chất sát trùng diệt nấm, dẫn xuất clo phenol pentaclo phenol dùng bảo quản gỗ; 2, diclo phenol axetic làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá phenol, đặc biệt axit picric, dùng làm thuốc nổ làm nguyên liệu để sản xuất dược liệu sở sản xuất axit salixilic aspisin, xalol (phenol xalixilat) Trong công nghiệp, phenol dùng làm dung môi để làm sản phẩm dầu như: làm dầu nhờn khởi thơm đa vòng, làm axit sunfuric trình sản xuất nhựa lactam, acrilic Ngoài ứng dụng công nghiệp, phenol dùng nghiên cứu phòng thí nghiệm, làm thuốc thử (phenol phtalein) liên kết halogen tự để hoà tan số chất khó tan… Trước nhu cầu sử dụng phenol ngày tăng ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực, hàng loạt phương pháp sản xuất phenol đề xuất, cải tiến để đáp ứng yêu cầu chất lượng tốt hiệu Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol suất cao giá thành hợp lý Cũng mà từ phương pháp sản xuất phenol từ nhựa than đá, đến hợp chất sản xuất theo nhiều phương pháp khác Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau, lựa chọn phù hợp với điều kiện sản xuất đất nước [1] Ở việt nam, phenol sản xuất theo phương pháp sunfo hoá Phương pháp thích hợp với điều kiện nước ta nguyên liệu benzen, axit sunfuric, hydroxit natri, cacbonat natri nhập ngoại, công nghệ sản xuất không đòi hỏi kỹ thuật cao đầu tư lớn, lại cho sản phẩm tinh khiết Chính nội dung đồ án tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất phenol theo phương pháp sunfo hoá phù hợp với điều kiện Việt Nam Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol CHƢƠNG I PHENOL: TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT I.1 Các tính chất vật lý hoá học phenol : I.1.1 Tính chất vật lý [2] Phenol chất rắn, tinh thể không màu, có mùi vị đặc trưng, nóng chảy 420C sôi 181,40C Khối lượng phân tử: 94,42 kg/Kmol Tỷ trọng: d420  1,072 g / cm3 Phenol điều kiện thường có dạng hình kim hay hình khối màu trắng, tan nước cho chất lỏng không màu Phenol dễ bị tác dụng ánh sáng không khí nên có màu hồng Giới hạn cho phép không khí 0,005 mg/l Phenol tan nước lạnh hoà tan hoàn toàn nhiệt độ lớn 65,30C Hợp chất dễ tan hydrocacbon thơm, rượu ete tan parafin không tan cacbonat kiềm Phenol có tính sát trùng mạnh, gây bỏng da độc thể I.1.2 Tính chất hoá học [2] Phenol chứa nhóm - OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể đặc tính thơm đặc tính tăng lên ảnh hưởng nhóm - OH ( nhóm loại I làm hoạt hoá nhân benzen) Công thức phân tử phenol là: OH Các tính chất hoá học phenol bắt nguồn từ đặc tính nhóm –OH nhân bezen Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol I.1.2.1 Hoá tính nhóm -OH a.Tính axit yếu Tính axit phenol mạnh rượu nước yếu axit cacbonic * Tác dụng với NaOH tạo thành phenolat natri OH + NaOH ONa + H 2O Sản phẩm phản ứng sử dụng phổ biến làm tác nhân phản ứng ete hoá este hoá - Phản ứng tạo ete: ONa Cl O Cu + + NaCl - Phản ứng tạo este: ONa OCOCH + CH3COCl + NaCl * Tác dụng với kim loại tự ion kim loại tạo phenolat : 3C6H5OH + Fe3+  (C6H5O)3 Fe + 3H+ b Tạo phức màu: Trong dung dịch trung hoà hay axit yếu, phenol tác dụng với FeCl3 tạo thành muối phức chất sắt Phức có màu đậm từ màu xám tím đến màu rêu Phản ứng dùng để định tính phenol c Phản ứng khử: C6H5OH + Zn (bột) to C6H6 + H2O d Thế nhóm –OH halogen: Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol 2C6H5OH + PCl5 2C6H5Cl + POCl3 + H2O I.1.2.2 Hoá tính nhân benzen a Halogen hoá OH OH Br Br + 3Br2 + HBr Br b Nitro hoá (với HNO3 loãng) OH + H2O NO2 OH + HO - NO2 OH O2N + H2O Hoặc axit loãng cho ta thu trinitro phenol dinitro phenol: OH O2N NO2 OH O2N NO2 NO2 c Sunfo hoá OH OH SO H + h 2SO4 Nguyễn Minh Phong + H 2O Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol OH OH SO3 H SO3 H + 3H2SO4 + 3H2O SO3 H d Oxi hoá: Ngay không khí phenol bị oxi hóa dần sang màu đen Khi oxi hoá mạnh phenol biến thành quion O = OH + K 2Cr2O7/H = t0 O Khi oxi hoá nhẹ H2O2 ta phenol đa chức OH OH OH + H2O2 OH OH OH e Trùng ngưng - Phenol dễ dàng trùng ngưng với andehyt fomic tạo thành nhựa phenol formandehyt OH OH = H+O = H+O+H H CH2 CH2 H Nguyễn Minh Phong H+O+H = Đồ án tốt nghiệp H+O = H CH CH H + O = CH H Phân xưởng sản xuất Phenol OH OH CH H CH OH H OH CH CH + nH 2O OH CH CH OH OH - Hoặc phenol ngưng tụ với anhydric phtalic tạo thành phenol phtalein: OH OH O = H OH C C O+ -H 2O C H OH = = O O C O I.2 ứng dụng phenol [1]: Ứng dụng quan trọng phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt cách ngưng tụ phenol với andehyt foocmic, xúc tác axit hay muối vô cơ, dung dịch NH3, NaOH Đây loại nhựa quan trọng dùng sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp Ngoài ra, 2,2 dipropan (bis phenol A) sản phẩm quan trọng trình ngưng tụ phenol với axeton có mặt axit vô Bis phenol A có công thức sau: CH3 H – C6H4 – C – C6H4OH CH3 Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Sản phẩm dùng nhiều sản xuất nhựa epoxy Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày tăng, 20% phenol công nghiệp sử dụng để sản xuất bis phenol A Sản phẩm trình ngưng tụ phenol với clo anhydrit cacbon hay diphenyl cacbonat dùng để sản xuất nhựa cacbonat có cấu trúc: CH3 H - - O - C6H4 - C - C6H4- O - C -n - O - C6H5 CH3 O Ứng dụng quan trọng thứ ba phenol hydro hoá thành xyclo hexanol để sản xuất sợi tổng hợp nilon capro lactan Ngoài ứng dụng quan trọng này, phenol dẫn xuất sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác như: - Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng diệt nấm, dẫn xuất clo phenol pentaclo phenol dùng bảo quản gỗ; 2,4 diclo phenol axetic dùng để làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá đặc biệt axit picric dùng làm thuốc nổ - Sản xuất dược liệu dựa sở sản xuất axit salixilic, aspirin - Sản xuất hương liệu, thuộc da, thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion - Sử dụng công nghiệp, làm dung môi để làm sản phẩm dầu làm dầu nhờn khỏi thơm đa vòng, làm H2SO4 trình sản xuất nhựa lactam, acrylic - Sử dụng phòng thí nghiệm, làm dung môi để xác định phân tử lượng, làm chất khử trùng, liên kết halogen tự dư, hoà tan chất khó tan Các dẫn xuất phenol dùng làm thuốc thử, thị Các ứng dụng phenol ngày mở rộng phổ biến lĩnh vực công nghiệp phòng thí nghiệm Nguyễn Minh Phong Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol I.3 Các phƣơng pháp sản xuất phenol Phương pháp sản xuất phenol tách phenol từ nhựa than đá Tuy nhiên, phương pháp sản xuất cho hiệu suất thấp (0,05 kg phenol/1tấn than), nên ngày không sử dụng Trên giới, phenol sản xuất chủ yếu theo phương pháp tổng hợp Những phương pháp phổ biến sử dụng bao gồm [3]: - Sunfo hoá benzen sản xuất phenol phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo - Clo hoá benzen thủy phân kiềm clo benzen - Clo hoá benzen thủy phân clo benzen nước (quá trình Raschig-Hooker) - Alkyl hoá benzen với propen thành iso-propylbenzen (cumen), sau oxi hoá cumen thành cumen hydro peroxit tương ứng (quá trình Hock), tiếp tục tách hydro peroxit tạo thành phenol - Oxy hoá toluen thành axit benzen oxi hoá khử nhóm cacboxyl tạo phenol (quá trình Dow) - Dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol-xyclohexanon - Oxi hoá trực tiếp benzen I.3.1 Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo (phương pháp sunfo hoá) [3] Đây trình sản xuất phenol mang tính chất công nghiệp , thương mại hoá từ năm 1914 - 1918, sử dụng (tại Nhật Bản) Sự phổ biến phương pháp chủ yếu chất lượng phenol thu được: sản phẩm thu phương pháp có độ tinh khiết cao , khó đạt phương pháp khác Độ tinh khiết phenol đóng vai trò quan trọng nhiều trình tổng hợp hữu cơ, đặc biệt tổng hợp thuốc nhuộm Nguyễn Minh Phong 10 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Các phản ứng diễn trìng tổng hợp phenol theo phương pháp sunfo hóa bao gồm: C6H6 + H2SO4  C6H5SO3H + H2O 2C6H5SO3H + 2Na2SO3 2C6H5SO3Na + H2O + SO2 C6H5SO3Na + 2NaOH C6H5ONa + Na2SO3 +H2O 2C6H5ONa + SO2 + H2O 2C6H5OH + Na2SO3 Quá trình tổng hợp diễn qua giai đoạn sau: - Oxy hoá benzen oleum khoảng 1500C Để trì nồng độ axit, nước tách liên tục đẳng phí cách cho benzen vào với khối lượng dư - Chuyển hoá benzen sunfonic axit thành muối dạng kiềm nhờ sunfit natri (Na2SO3) Ở giai đoạn này, H2SO4 dư thừa trung hòa tạo thành sunfat natri, tách khỏi khối phản ứng nhờ trình lọc SO2 tạo thành sử dụng cho trình axit hoá phân huỷ phenolat natri thành phenol sau - Nóng chảy kiềm benzen sunfonat natri Quá trình diễn 3000C, với xút có nồng độ 40% để tạo thành phenolat natri Hàm lượng nước giữ mức để Na2SO3 kết tủa phân tách nhờ trình ly tâm - Phân hủy phenolat natri SO2 tạo thành nhờ trình trung hoà benzen sunfonic, giải phóng phenol Khối sản phẩm tạo thành phân tách thành pha: pha hữu phía có chứa phần lớn phenol tạo thành pha nước phía có chứa sunfit phần lại phenol Phần dung dịch phía tái sử dụng để trung hoà benzen sunfonic axit - Làm phenol trình chưng cất cột liên tiếp Hiệu suất trình từ 85 - 92% tính theo số mol benzen nguyên liệu Kỹ thuật đặc biệt ưu việt chỗ chi phí đầu tư ban đầu mức trung bình cho phép thu nhận sản phẩm tinh khiết Lượng Na2SO3 dư thừa tạo thành chuyển sang phục vụ cho công nghệ sản xuất bột giấy.Tuy nhiên Nguyễn Minh Phong 11 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol phương pháp đòi hỏi phải vận hành liên tục, điều khó thực được, chi phí cho lượng, hoá chất công lao động cao I.3.2 Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen kiềm [3] Quá trình đưa vào sản xuất công nghiệp đầu năm 1920 sử dụng số nhà máy Ấn Độ Những phản ứng trình gồm có : C6H6 + Cl2  C6H5Cl + HCl (1) C6H5Cl + 2NaOH  C6H5ONa + NaCl + H2O (2) C6H5ONa + HCl  C6H5OH +NaCl (3) - Phản ứng (1) phản ứng clo hoá benzen pha lỏng diễn nhiệt độ 350C với xúc tác FeCl3 Tỷ lệ sản phẩm C6H5Cl : 30 50%; polyclorua benzen:  12%; benzen: 30 50% Hỗn hợp sản phẩm làm ướt trung hoà NaOH làm clorua benzen chưng cất - Thuỷ phân clorua benzen NaOH tạo thành C6H5ONa NaCl Thiết bị phản ứng dạng ống, gồm ống xoắn thép bền ống phủ lớp đồng đốt nóng khí lò Phenolat tạo thành phản ứng (2) sau làm lạnh , giảm áp, chưng cất chuyển hoá thành phenol theo phản ứng: ONa 2C6H5 + CO2 + H2O  2C6H5OH + Na2CO3 Phenol thu đem làm chưng cất phân đoạn Sản phẩm phụ trình bao gồm: C6H5Cl + C6H5ONa  C6H5OC6H5 + NaCl Lượng diphenyl ete tạo thành bị phân huỷ tạo thành phenol theo phản ứng sau: xt NaOH C6H5O C6H5 + H2O Nguyễn Minh Phong 2C6H5OH 12 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Hiệu suất phenol trình từ 75  80% theo nguyên liệu đầu benzen Những sản phẩm phụ (có dạng paradiclobenzen, diphenylete ) tách tận dụng làm nguyên liệu cho trình khác Công nghệ sử dụng công nghiệp nguyên liệu đắt tiền, thiết bị phải bảo quản cao thiết bị bị ăn mòn nhanh chóng I.3.3 Phương pháp clo hoá benzen, thuỷ phân clo benzen nước [3] Qúa trình lần tiến hành pha kỹ thuật Hooker/Raschig Sau này, Gulf thử nghiệm thành công pha lỏng phương pháp khắc phục số vấn đề công nghệ trình pha Hiện phương pháp sản xuất sử dụng phổ biến Nam Mỹ a Quá trình Hooker/Raschig Quá trình bao gồm giai đoạn chính: - Giai đoạn 1: oxy clo hoá benzen nhiệt độ cao ( 230  2700C) khí HCl không khí, với có mặt tác oxy clo hoá CuCl2 mang chất mang trơ Hiệu suất trình giới hạn từ 10  15% nhằm mục đích tránh tạo thành polyclorua benzen - Giai đoạn 2: Tách monoclobenzen chưng cất hỗn hợp sản phẩm tạo thành giai đoạn Ngưng tụ phần sản phẩm tiếp tục đưa chúng đến cột brick-line để phân tách nước/benzen Ở vị trí cao chúng tái sử dụng đến tác nhân ổn định Hỗn hợp benzen clo benzen thu đáy trung hoà với xút, rửa nước, chưng cất cột để phân tách diclobenzen, monoclobenzen benzen -Giai đoạn 3: Thuỷ phân monoclobenzen nước với tỷ lệ 1:1 với có mặt tricanxiphotphat xúc tác silicagel nhiệt độ khoảng 150  5000C Khí HCl với sản phẩm tái sinh sau hút, chiết đem Nguyễn Minh Phong 13 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol cô đặc lại lần làm khô Hiệu suất chuyển hoá giai đoạn khoảng 10 15% thuỷ phân 85  95% - Giai đoạn 4: Làm phenol, chiết dung môi (nước benzen) chưng cất: Các phản ứng bao gồm: C6H6 + HCl + 1/2O2 (khí)  C6H5Cl + H2O C6H5Cl + H2O  C6H5OH + HCl Sự tạo thành diclobenzen phản ứng clo oxy hoá poly phenol thuỷ phân làm giảm hiệu suất trình Nhược điểm phương pháp chi phí nguyên liệu cao (clo đắt tiền), thiết bị phải chịu ăn mòn môi trường oxi HCl nhiệt độ cao b Quá trình Gulf Oxy clo hoá benzen dung dịch HCl (ở pha lỏng) lò phản ứng nhiệt độ 1350C với có mặt oxi HNO3 Benzen chuyển hoá 80% độ chọn lọc monoclo benzen 90% Sản phẩm phân lắng tách thành pha: pha hữu gồm có benzen dẫn xuất clo benzen, pha hữu trung hoà NaOH , pha nước thu hồi bay HCl Quá trình thuỷ phân diễn pha nhiệt độ 5500C với tỷ lệ nước/ clo benzen 3:1 Quá trình tiến hành trực tiếp phân đoạn clo hoá bắt nguồn từ sản phẩm benzen giai đoạn oxy clo hoá trước bay cách qua lò phản ứng với có mặt xúc tác cố định lantan photphat kích hoạt Cu Độ chuyển hoá trình 40% chọn lọc phenol 90% Quá trình thuỷ phân clobenzen không ứng dụng nhiều công nghiệp phản ứng clo hoá có ảnh hưởng xấu đến môi sinh Nguyễn Minh Phong 14 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol I.3.4 Phương pháp oxy hoá cumen [4] Phương pháp lần sử dụng Liên Xô vào năm 1943 Phương pháp cho phép sản xuất đồng thời phenol axeton từ benzen propylen Đến năm 1953, phương pháp áp dụng Anh Mỹ, sử dụng rộng rãi nhiều nước khác giới Canada, Pháp, Italia, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Brazin với tổng sản lượng khoảng 5.106 tấn/năm Phương pháp sản xuất phenol cumen tiến hành qua giai đoạn chính: - Ankyl hoá benzen propylen tạo thành cumen - Oxi hoá cumen tạo hydro peroxit - Tách hydro peroxit với có mặt axit I.3.4.1 Phản ứng ankyl hoá benzen propylen C6H6 + CH3 – CH = CH2 AlCl3, pha lỏng C6H5CH (CH3)2 H3PO4, pha Phản ứng tiến hành pha lỏng nhiệt độ gần 1000C với xúc tác clorua nhôm, pha nhiệt độ gần 2500C, áp suất 35,4 at với xúc tác H3PO4 mang đá bọt I.3.4.2 Phản ứng oxi hoá cumen: CH CH + CH O2 CH C - OOH CH Điều kiện phản ứng: - Nhiệt độ : 90 1200C - Áp suất : 0,5 0,7 MPa Quá trình oxi hoá cumen không khí không khí giầu oxy thực thiết bị phản ứng tháp tầng sôi có chiều cao khoảng 20m Quá Nguyễn Minh Phong 15 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol trình tiến hành hệ thống ổn định kiềm (độ pH = - ) hệ thống không ổn định axit (độ pH = - 6) Quá trình oxy hoá tự xúc tác, tốc độ phản ứng tăng lên kèm theo tăng nồng độ hydro peroxit Đây trình toả nhiệt (800kJ) đồng thời giải phóng 1kg hydro peroxit Nhiệt phản ứng tách nhờ trình làm lạnh Sản phẩm phụ trình theo chế chuỗi gốc tự là: 2,2-dimetyl benzen alcolhol axeton phenol Sản phẩm hình thành từ trình phân huỷ nhiệt hydro peroxit, trình xảy khoảng nhiệt độ lớn lên tới 1300C Các hợp chất lưu huỳnh sunfit, disunfit, thiol thiophen phenol ức chế trình tự oxy hoá Hàm lượng oxy khí thải: 1- 6% thể tích nồng độ oxy cần thiết trình bốc cháy cumen bao gồm bỗn hợp oxy-nitơ 8,5% thể tích, áp suất phản ứng khoảng 0,5 - 0,6 MPa Giới hạn nổ cumen với hỗn hợp hơi-khí vào khoảng 0,8 - 8,8% thể tích cumen áp xuất thường Ở áp suất 0,5MPa giới hạn nổ bị thay đổi tới 10,3% thể tích cumen Hỗn hợp oxy hoá chứa khoảng 20 - 30% hydro peroxit Nếu trình oxi hoá tiến hành hệ thống ổn định kiềm hoá hỗn hợp oxi hoá rửa nước để tách muối vô I.3.4.3 Phản ứng tách hydroperoxit CH C - OOH H 2SO OH + CH 3- CO - CH CH Phản ứng tiến hành 500C - 900C, thời gian phản ứng 1/2 Sản phẩm phân huỷ trung hoà chưng cất để tách phenol, axeton sản phẩm phụ khác Quá trình tách tiến hành theo hai cách sau: a Tiến hành tách pha đồng thể Nguyễn Minh Phong 16 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Lượng dư axeton vào khoảng 0,1 2% axit sunfuric, lượng cần thiết trình tách Nhiệt độ phản ứng điểm sôi hỗn hợp hydro peroxit-axeton Điểm sôi xác định dựa hàm lượng axeton có hỗn hợp Trong trình tách, nhiệt lượng toả lớn tách cách cho bay axeton từ hệ thống phản ứng b Tiến hành tách pha dị thể Hydro peroxit tách với 40 - 45% axit sunfuric đậm đặc theo tỷ lệ 1:5 Phản ứng tiến hành hệ thống làm lạnh liên tục, nhiệt độ ổn định khoảng 50-600C trì thiết bị làm lạnh riêng phù hợp Để hạn chế hình thành sản phẩm phụ, thời gian lưu thiết bị phải ngắn (vào khoảng 50-60 giây) Để hạn chế ăn mòn thiết bị hệ thống làm lạnh phải thiết kế loại thép chịu ăn mòn axit: nhôm, niken, đồng *Các phản ứng phụ: -Tạo axeton - phenol O = CH C - CH3+ CH3OH C - OOH CH -Tạo thành rượu bậc – dimetyl phenyl CH CH C - OOH C - OH + 1/2O CH CH -Tạo – metyl styren CH C - OH H 2SO CH C - CH 3+ H 2O CH Nguyễn Minh Phong 17 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Ưu điểm phương pháp sản xuất đồng thời hai sản phẩm có giá trị axeton phenol, giá thành phenol thấp phương pháp trên, nguyên liệu rẻ tiền Nhược điểm chi phí đầu tư cao phương pháp, dễ gây nổ trình sản xuất, tạo sản phẩm phụ I.3.5 Phương pháp oxi hoá toluen [4] Các phản ứng xảy trình: 2C6H5CH3 + 3O2  2C6H5COOH + 2H2O 2C6H5COOH + 1/2O2 Muối Cu C6H5COOC6H4COOH (octo)  C6H5OH + C6H5COOH + CO2 Phương trình tổng có dạng: C6H5CH3 + 2O2  C6H5OH + CO2 + H2O Quá trình tiến hành qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: oxy hoá pha lỏng toluen thành axit benzen không khí 1400C áp suất gần 3at điều kiện có xúc tác muối coban Tách lấy axit benzoic đưa toluen, rượu benzylic, benzaldehyt trở lại phản ứng Giai đoạn 2: oxi hoá axit benzoic thành phenol (có xúc tác muối đồng) qua giai đoạn trung gian tạo thành axit benzoyl salyxilic (axit bị thuỷ phân, decacboxyl hoá tạo thành axit bezoic) Phản ứng tiến hành cách: đun nóng axit benzoic có chứa benzoat đồng (xúc tác) benzoat magie (chất kích động) với nước không khí đến nhiệt độ 230 - 2400C áp suất: 0,35 0,7at, phenol axit benzoic liên tục đưa từ thiết bị phản ứng qua tinh luyện để phân riêng Tuy hiệu suất phenol theo phương pháp đạt 70 - 75% phương pháp có ưu điểm nguyên liệu toluen rẻ benzen, phản ứng đơn giản nên trình đơn giản, dễ thao tác trình sản xuất Nhược điểm phương pháp tiến hành trình nhiệt độ cao, ăn mòn thiết bị, tạo sản phẩm phụ Hiện có ba nhà máy sử dụng công nghệ Mỹ Canada Nguyễn Minh Phong 18 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol I.3.6 Phương pháp dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol xyclohexanon [4] Các phản ứng trình: C6H6 + 3H2  C6H12 C6H12 + O2  C6H10O+ H2O C6H12 + 1/2O2 C6H11OH C6H10O C6H5OH + 2H2 C6H11OH  C6H5OH + 3H2 Quá trình gồm giai đoạn sau: - Giại đoạn 1: Hydro hoá benzen thành xyclohexan có xúc tác niken mang chất mang, nhiệt độ 140 - 2000C áp suất 10  15 at Nếu benzen có lẫn tạp chất lưu huỳnh cần có xúc tác oxyt sunfua niken, wolfram điều kiện nhiệt độ 320  3600C, áp suất gần 30 at - Giai đoạn 2: Oxy hoá xyclohexan thành hỗn hợp xyclohexanol xyclohexanon tiến hành pha lỏng không khí có xúc tác muối coban, nhiệt độ 145  1700C áp suất  12at - Giai đoạn 3: Dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol xyclohexanon thành phenol xúc tác platin mang than nhiệt độ 250  4250C I.3.7 Oxy hoá trực tiếp benzen [3] Khi ta cho benzen tác dụng với không khí điều kiện có nước nhiệt độ cao (400 - 6000C) oxy hoá dung dịch nhũ tương nước benzen điều kiện thường tạo thành phenol theo phương trình phản ứng sau: C6H6 + 1/2O2  C6H5OH Hiệu suất phenol 40 - 60% tính theo benzen Phương pháp dùng để điều chế phenol phòng thí nghiệm Trong trình oxy hoá trực tiếp benzen thành phenol tạo thành nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt biphenyl Đã có nhiều biện pháp để khắc phục nhược điểm kết Gần oxi hoá benzen Nguyễn Minh Phong 19 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol không khí áp suất, có axit axetic xúc tác paladi Phản ứng tiến hành pha khí pha lỏng Sản phẩm trình hỗn hợp phenol phenyl axetat Tuy hướng nghiên cứu đạt số kết khả quan chưa đựơc đưa vào sản xuất thực tế SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT PHENOL Qua số phương pháp sản xuất phenol trình bày ta rút số nhận xét sau: Việc sản xuất phenol phương pháp sunfo hoá có ưu điểm thiết bị chế tạo đơn giản, vốn đầu tư ít, tận dụng sản phẩm phụ, chi phí nguyên vật liệu giảm giá thành sản phẩm Đặc biệt phương pháp sunfo hoá cho phép thu nhận sản phẩm phenol tinh khiết 90% mà không cần qua trình làm Có lẽ vậy, phương pháp sunfo hoá phương pháp giới ngày dùng để sản xuất phenol công nghiệp Phương pháp điều chế phenol cách thuỷ phân clobenzen kiềm đòi hỏi nhiệt độ áp suất cao thiết bị phản ứng phải chế tạo bền, tốt, chế độ công nghệ khắt khe khó thực phương pháp khác Ngoài phương pháp lại có giá thành tương đối cao, chi phí đầu tư cho công nghệ nguyên liệu lớn Nguyên tắc lựa chọn dây chuyền công nghệ xuất phát từ đặc điểm thực tế quốc gia, xuất phát từ trình độ quy mô sản xuất lớn hay nhỏ, vốn đầu tư hay nhiều Từ phương pháp trình bày trên, thấy phương pháp sunfo hoá phù hợp với điều kiện thực tiễn nước ta Do vậy, đồ án em xin trình bày thiết kế tính toán cho phân xưởng “sản xuất phenol phương pháp sunfo hoá” Nguyễn Minh Phong 20 [...]... khí và pha lỏng Sản phẩm của quá trình là hỗn hợp phenol và phenyl axetat Tuy hướng nghiên cứu này đã đạt được một số kết quả khả quan nhưng vẫn chưa đựơc đưa vào sản xuất trong thực tế SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT PHENOL Qua một số phương pháp sản xuất phenol được trình bày ở trên ta rút ra một số nhận xét như sau: Việc sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá có ưu điểm là thiết bị chế tạo... 3+ H 2O CH 3 Nguyễn Minh Phong 17 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất đồng thời được hai sản phẩm có giá trị là axeton và phenol, giá thành phenol thấp hơn các phương pháp trên, nguyên liệu rẻ tiền Nhược điểm là chi phí đầu tư cao nhất trong các phương pháp, dễ gây nổ trong quá trình sản xuất, tạo ra sản phẩm phụ I.3.5 Phương pháp oxi hoá toluen [4] Các... Na2CO3 Phenol thu được đem đi làm sạch bằng chưng cất phân đoạn Sản phẩm phụ của quá trình bao gồm: C6H5Cl + C6H5ONa  C6H5OC6H5 + NaCl Lượng diphenyl ete tạo thành sẽ bị phân huỷ tạo thành phenol theo phản ứng sau: xt NaOH C6H5O C6H5 + H2O Nguyễn Minh Phong 2C6H5OH 12 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Hiệu suất của phenol ở quá trình này từ 75  80% theo nguyên liệu đầu là benzen Những sản. .. axit hoá phân huỷ phenolat natri thành phenol sau này - Nóng chảy kiềm benzen sunfonat natri Quá trình này diễn ra ở 3000C, với xút có nồng độ 40% để tạo thành phenolat natri Hàm lượng nước được giữ ở mức để Na2SO3 kết tủa rồi phân tách nhờ quá trình ly tâm - Phân hủy phenolat natri bằng SO2 được tạo thành nhờ quá trình trung hoà benzen sunfonic, giải phóng phenol Khối sản phẩm tạo thành sẽ phân tách... từ đặc điểm thực tế của mỗi quốc gia, xuất phát từ trình độ cũng như quy mô sản xuất lớn hay nhỏ, vốn đầu tư ít hay nhiều Từ các phương pháp đã trình bày ở trên, có thể thấy phương pháp sunfo hoá phù hợp với điều kiện thực tiễn nước ta Do vậy, trong bản đồ án này em xin trình bày thiết kế tính toán cho phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá” Nguyễn Minh Phong 20 ... 500C - 900C, thời gian phản ứng là 1/2 giờ Sản phẩm phân huỷ được trung hoà rồi chưng cất để tách phenol, axeton và các sản phẩm phụ khác Quá trình tách được tiến hành theo hai cách sau: a Tiến hành tách trong pha đồng thể Nguyễn Minh Phong 16 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol Lượng dư axeton vào khoảng 0,1 2% đối với axit sunfuric, là lượng cần thiết trong quá trình tách Nhiệt độ phản ứng... quá trình là 40% và chọn lọc phenol hơn 90% Quá trình thuỷ phân clobenzen không được ứng dụng nhiều trong công nghiệp vì phản ứng clo hoá có ảnh hưởng xấu đến môi sinh Nguyễn Minh Phong 14 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol I.3.4 Phương pháp oxy hoá cumen [4] Phương pháp này lần đầu tiên được sử dụng ở Liên Xô vào năm 1943 Phương pháp này cho phép sản xuất đồng thời phenol và axeton đi từ benzen... nhưng cho phép thu nhận sản phẩm rất tinh khiết Lượng Na2SO3 dư thừa tạo thành được chuyển sang phục vụ cho công nghệ sản xuất bột giấy.Tuy nhiên Nguyễn Minh Phong 11 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol phương pháp này đòi hỏi phải vận hành liên tục, một điều rất khó thực hiện được, và chi phí cho năng lượng, hoá chất công lao động cao I.3.2 Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen bằng... theo benzen Phương pháp này được dùng để điều chế phenol trong phòng thí nghiệm Trong quá trình oxy hoá trực tiếp benzen thành phenol thì tạo thành nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt là biphenyl Đã có rất nhiều biện pháp để khắc phục nhược điểm trên nhưng đều không có kết quả Gần đây oxi hoá benzen Nguyễn Minh Phong 19 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol bằng không khí dưới áp suất, có axit axetic... được các sản phẩm phụ, chi phí nguyên vật liệu ít do đó giảm giá thành sản phẩm Đặc biệt phương pháp sunfo hoá cho phép thu nhận sản phẩm phenol cực kỳ tinh khiết 90% mà không cần qua bất kỳ quá trình làm sạch nào Có lẽ chính vì vậy, mặc dù phương pháp sunfo hoá là phương pháp đầu tiên trên thế giới nhưng cho đến ngày nay vẫn được dùng để sản xuất phenol trong công nghiệp Phương pháp điều chế phenol