Bài tập lớn Thiết kế quá trình sản xuất Acid Acetic 100.000 tấnnăm

TRNG I HC M I CHT KHOA DU KH B MễN LC HểA DU BI TP LN THIT K QU TRèNH SN XUT ACID ACETIC 100.000 tõn/nm GING VIấN HNG DN NHểM PGS.TS : Nguyn Anh Dng Phn A: Tng quan Chng I: Gii thiu chung v acid acetic I.1 Acid Acetic Axit axetic hay gọi axit etanoic, hợp chất hữu điển hình dãy đồng đẳng axit mono cacboxylic, có nhiều ứng dụng sản xuất đời sống, sản phẩm hữu cơ quan trọng đ-ợc sử dụng rộng rãi công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Axit axetic l húa cht quan trng vi nhng ng dng phong phỳ nhiu ngnh sn xut cui dũng nh dt vi, ch bin thc phm v mt s quỏ trỡnh sn xut húa cht cụng nghip ng lc ch yu to thnh xu hng giỏ axit axetic l giỏ nguyờn liu v metanol cng nh nhu cu cui dũng i vi cỏc dn xut ca axit axetic, nh monome vinyl axetat (VAM), axit terephtalic tinh khit (PTA), etyl axetat v anhydric axetic Xu hng ngy cng tng ca vic s dng axetat este lm dung mụi cho mc in, sn v cht kt dớnh cng ó hỡnh thnh vi nm qua, to nhu cu ln v n nh i vi axit axetic [1] VAM l lnh vc s dng cui dũng ln nht i vi axit axetic,dn xut ny ch yu c s dng sn v cht kt dớnh Trong ú, PTA c s dng ch yu sn xut polyeste v si PTA l lnh vc ng dng cui dũng ang phỏt trin nhanh nht, t tc tng trng trờn 4%/nm.VAM, PTA v etyl axetat l ba lnh vc s dng hng u ivi axit axetic nm 2011, lng tiờu th axit axetic cỏc lnh vcny t 3,46 triu tn, 2,16 triu tn v 1,31 triu tn tng ng Ba lnh vcny chim tng cng 75% nhu cu axit axetic ton cu Anhydric axetic v cỏclnh vc s dng cui dũng khỏc chim phn cũn li ca nhu cu axit axetic toncu, vi lng tiờu th 1,05 triu tn v 2,19 triu tn tng ng [1].Trong thi gian 2011-2020, d kin tc tng trng ca lnh vc PTA v etyl axetat s vt quỏ tc tng trng ca lnh vc VAM I.2 Nhu cu axit axetic trờn th gii Nhu cu ton cu i vi axit axetic ó tng liờn tc 10 nm qua Theo Cụng ty nghiờn cu th trng GBI Research, nhu cu axitaxetic ton cu nm 2000 t 6,11 triu tn, sau ú tng lờn n 10,24 triutn vo nm 2011 Mt phn ỏng k ca mc tng ny l nhu cu t khu vc Chõu - Thỏi Bỡnh Dng v M GBI d bỏo xu hng tng t s tip din thi gian ti Nm 2011, M l nc tiờu th axit axetic ln th hai trờn th gii, sau Trung Quc S hi phc ca nn kinh t M hin s giỳp tngmnh nhu cu axit axetic tng lai Trong ú, khu vc Chõu Thỏi Bỡnh Dng s tip tc chim hn 72% nhu cu axit axetic nm 2020 Nhu cu ton cu i vi axit axetic d kin s gia tng vi tc 4,7%/nm trongthi gian t 2011 n 2020, t 15,53 triu tn vo nm 2020 Nhu cu axit axetic nhng nc phỏt trin nh Nht Bn v cphn ln ó n nh Do dõn s khng l, cỏc nc mi ni nh Trung Quc, n , cú tim nng tiờu th rt ln v to nhng c hi tng trng ln iu ny cphn ỏnh tc tng trng ca nhng lnh vc tiờu th cui dũng nh VAM,PTA, etyl axetat v anhydric axetic ti nhng nc ú Nm 2011, nhu cu axit axetic ti chõu ó t n mc nhcao nh nh hng ca th trng Trung Quc - ng lc i vi phn ln nhu cuaxit axetic ton cu Chõu chim hn 60% tiờu th axit axetic trờn th giitrong nm 2011, Trung Quc chim 30% lng tiờu th ny Vi nhng nh mỏy mis i vo hnh thi gian 2011-2020, Trung Quc s tip tc l ng ccho s tng trng ton cu ca sn xut axit axetic nhng nm ti [1] Nhỡn chung, chõu - Thỏi Bỡnh Dng s tip tc l ng lc tng trng cho sn xut axit axetic nhng nm ti v cng s trỡ l ng c cho s tng trng ca th trng axit axetic ton cu Hỡnh Nhu cu s dng acid acetic trờn th gii I.3 Tỡnh hỡnh nc ta Cũng nh- n-ớc Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic Việt nam ngày cao Hằng năm phải nhập l-ợng axit axetic lớn Quá trình sản xuất axit axetic n-ớc chủ yếu ph-ơng pháp vi sinh cho nồng độ axit thấp, suất không cao nên ch-a đáp ứng đ-ợc nhu cầu Từ năm 1990, số quan nghiên cứu khoa học n-ớc ta nghiên cứu sản xuất axit axetic công nghiệp Viện Hóa học Công nghiệp nghiên cứu đề tài sử dụng r-ợu etylic để sản xuất axit axetic Một số quan nghiên cứu khoa học khác nh- Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia, khoa Hóa thuộc tr-ờng Đại học Tổng hợp Hà nội quan tâm đến đề tài [2] Nh-ng nhiều nguyên nhân mà kết nghiên cứu ch-a đ-ợc áp dụng sản xuất công nghiệp Cho đến nay, gần nh- toàn nhu cầu axit axetic n-ớc ta phải đáp ứng đ-ờng nhập Tr-ớc tình hình mới, hội phát triển cho ngành công nghiệp hóa chất đ-ợc mở ra, trình sản xuất axit axetic có nồng độ cao trở thành vấn đề quan trọng việc tìm ph-ơng pháp sản xuất axit axetic đáp ứng đ-ợc nhu cầu sử dụng có hiệu kinh tế việc làm cần thiết I.4 Cỏc phng phỏp sn xut Axit axetic Để sản xuất axit axetic, ng-ời ta từ nguồn nguyên liệu khác nhau, với ph-ơng pháp khác nh- : ph-ơng pháp tổng hợp, ph-ơng pháp hoá học gỗ, ph-ơng pháp vi sinh Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu sử dụng axit axetic ngày cao h-ớng chủ yếu sản xuất axit axetic ph-ơng pháp tổng hợp: Tổng hợp từ oxyt cacbon metanol Cụng ngh sn xut axit axetic t metanol v cacbon monoxyt nhit v ỏp sut cao c hóng BASF a t rt sm(1913) da trờn phn ng: CH3OH + CO > CH3COOH , DH298 = - 138,6 KJ/mol iu kin tin hnh khc nghit v nhit v ỏp sut cng vi s cú mt ca cỏc cht n mũn mnh (cỏc hp cht iodua) ó ngn cn vic thng mi hoỏ cụng ngh ny Nm 1914, cỏc nghiờn cu ca REPPE(BASF) cho thy rng cỏc kim loi nhúm VIII xỳc tỏc cú hiu qu cho quỏ trỡnh cacbonyl hoỏ iu ny dn n vic i v phỏt trin cụng ngh nhit v ỏp sut cao (250oC v 70MPa ) vi xỳc tỏc coban iodua Quỏ trỡnh ny c BASF a vo ỏp dng nm 1960 ti Luwig Shafen (CHLB c) Cụng sut ban u l 3.600 tn/nm Sau ú tng lờn 10.000 tn/nm vo nm 1964 v 35.000 tn/nm vo nm 1970 Nm 1981 cụng sut t 45.000 tn/nm Nm 1966, Borden chemical cú ng xõy dng mt nh mỏy sn xut axit axetic trờn c s cụng ngh BASF ti Geimak ( Bang Louisiana, M) vi nng sut ban u l 45.000 tn/nm sau ú tng lờn 64.000 tn/nm vo nm 1981.Nm 1968, Monsanto cụng b mt khỏm phỏ mi Xỳc tỏc rhodi vi hot tớnh v chn lc rt cao cho phn ng cacbonyl hoỏ metanol(MeOH) thnh axit axetic Metanol cú th cacbonyl hoỏ c ỏp sut thng vi hiu sut chuyn hoỏ l 99% i vi metanol v 90% i vi cacbon monoxyd.Quỏ trỡnh cú s dng xỳc tỏc ny c ỏp dng nm 1970 ti bang Texas_M Cụng sut ban u l 135.000 tn/nm, sau ú tng lờn 180.000 tn/nm vo nm 1975 iu kin tin hnh quỏ trỡnh Monsanto mm hn so vi quỏ trỡnh BASF (3 MPa v 180oC ) [3] Oxy hoỏ axetaldehyt Trc thng mi húa cụng ngh Monsanto, hu ht axit aextic c sn xut bng cỏch ụxy húa axetaldehyt Phng phỏp ny l phng phỏp quan trng th hai cũn c s dng Axetaldehyt cú th c sn xut bng cỏch ụxy húa butan hoc naphtha nh, hoc hydrat húa etylen Khi butan hoc naphtha nh c nung nú khụng khớ cú mt cỏc ion kim loi khỏc nh mangan, coban, v crụm, peroxit v sau ú phõn hy to axit axetic theo phng trỡnh phn ng: 2C4H10 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O Phn ng c trng l s kt hp ca nhit v ỏp sut c u chnh sau cho núng cú th gi butan dng lng Cỏc iu kin phn ng c trng l 150 C v 55atm Cỏc sn phm ph cng cú th c to ra, nh butanon, etyl axetat, axit formic, v axit propionic Cỏc sn phm ny cng cú giỏ tr thng mi, v cỏc iu kin phn ng cú th c thay th to s lng sn phm nhiu hn Tuy nhiờn, vic phõn tỏch axit axetic hn hp ny lm cho phng phỏp ny khỏ tn kộm.Cựng cỏc iu kin v s dng cỏc cht xỳc tỏc tng t vic ụxy húa butan, axetaldehyt cú th b ụxy húa bi oxy khụng khớ to axit axetic: 2CH3CHO + O2 2CH3COOH S dng cỏc cht xỳc tỏc hin i, phn ng ny cú th to axit axetic hn 95% Cỏc sn phm ph l etyl axetat, axit formic, v formaldehyt u cú im sụi thp hn axit axetic nờn s d tỏch chỳng bng cỏch chng ct.[4] Oxy hóa trực tiếp hydrocacbon no Oxy hoỏ pha lng(LPO) mt s hydrocacbon bộo, c bit l i vi cỏc HC cú cu trỳc mch thng, di cú th l mt phng phỏp sn xut cỏc axit cacboxylic.N-butan l nguyờn liu c bit thớch hp sn xut axit axetic Khi oxy hoỏ n-parafin, s ct mch ch yu xy cỏc mi liờn kt gia cỏc nguyờn t C bc Vỡ vy n-butan s to sn phm chớnh l axit axetic v mt s sn phm ph nh metyletylxeton v etyl axetat C4H10 + O2 CH3COOH + HCOOH + CH3COCH2CH3 + other oxygenates Quỏ trỡnh s dng mt cht xỳc tỏc cobalt, mc dự mangan, crụm, vanadi, bismuth, niken, titan, thic v hot ng 100-200 C / 1000-5.000 kPa Tỏch hn hp ca acetic, formic, propionic, acrylic, v axit butyric, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, metyl vinyl xeton, v gammabutyrolactone c thc hin bi s kt hp ca chit xut, chng ct, chng ct v khai khoỏng iu kin phn ng v s la chn cht xỳc tỏc thay i c cu sn phm ỏng k; cht xỳc tỏc axetat cung cp 97% chn lc i vi acid acetic vi sn xut axit formic thp, Sn lng axit axetic trờn 79% dựng crom acetate cht xỳc tỏc, vi este acetate v methyl ethyl ketone chim hu ht cỏc sn phm cũn li Quỏ trỡnh ny cú th c chy s vng mt ca cht xỳc tỏc, vi 30% chuyn i butan cho nng sut 93% acid acetic Nh mỏy Huls thng mi hot ng xỳc tỏc-min phớ ti 7100 kPa v 170200 C, 2% chuyn i butan cung cp cho 60% chn lc acid acetic.[5] Oxy hoỏ trc tip cỏc hydrocacbon khụng no Axetaldehyt cú th c iu ch t etylen theo phn ng Wacker, v sau ú ụxy húa nh nờn bờn di Trong thi gian gn õy, vic chuyn i etylen thnh axit axetic qua theo mt bc, chi phớ r hn ó c cụng ty Showa Denko thng mi húa, cụng ty ny ó xõy dng mt nh mỏy oxy húa etylen ita, Nht Bn nm 1997.Quỏ trỡnh ny s dng cht xỳc tỏc l kim loi palladi vi s h tr ca axit heteropoly nh axit tungstosilicic Nú c xem l mt phng phỏp cú th cnh tranh vi phng phỏp carbonyl húa metanol i vi cỏc nh mỏy nh hn (100250 ngn tn/nm), tựy thuc vo giỏ a phng ca etylen.[5] CH2=CH2 + O2 + H2O [CH3CHO] CH3COOH + H2O Ngoài axit axetic thu đ-ợc oxy hóa cacbuahydro axit axetic sản phẩm phụ I.5 So sánh ph-ơng pháp sản xuất axit axetic Nói chung ph-ơng pháp sản xuất axit axetic nói ph-ơng pháp có -u nh-ợc điểm riêng mà dựa vào nhà công nghệ lựa chọn ph-ơng pháp tốt phù hợp với yêu cầu Để so sánh ph-ơng pháp, ta xét mặt hiệu qủa trình đặc biệt giá thành sản phẩm Đối với ph-ơng pháp sản xuất từ axetaldehyt Hiệu suất trình cao th-ờng đạt 95-98% Tuy nhiên ph-ơng pháp có nh-ợc điểm giá thành sản phẩm cao sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền Đặc biệt sử dụng axetaldehyt từ trình oxy hoá axetylen giá thành cao Hơn axetylen chất hoá học hiếm, tự nhiên mà phải qua tổng hợp Xu h-ớng ng-ời ta không dùng axetylen mà sử dụng etylen để tổng hợp axetaldehyt etylen chất có sẵn khí dầu mỏ khí thiên nhiên Do làm giảm nhiều giá thành sản phẩm Ph-ơng pháp oxy hoá có điều chỉnh parafin thấp (butan đồng đẳng) Ph-ơng pháp cho hiệu kinh tế cao sử dụng chất sẵn có, rẻ tiền Giá thành axit axetic nhận đ-ợc từ oxy hoá butan thấp khoảng 30% so với sản xuất từ axetaldehyt Hiệu suất sản phẩm t-ơng đối cao Ph-ơng pháp sản xuất từ metanol CO ph-ơng pháp kinh tế tổng hợp metanol từ dầu mỏ than đá nguồn tài nguyên dồi Ph-ơng pháp oxy hoá n-butan hay dùng ph-ơng pháp oxy hoá naphta oxy hoá naphta có nhiều sản phẩm phụ nên tốn cho việc xử lý, tinh chế sản phẩm axit axetic Tuy nhiên, ph-ơng pháp tổng hợp axit axetic từ oxyhoá axetaldehyt ph-ơng pháp tối -u Đặc biệt ph-ơng pháp điều chế chung axit axetic alhydric axetic Hp Cht Giỏ ( cents/lb ) Acetaldehyde 45,5 Axit Acetic 68 Metanol 96 - 211 N-Butan 75 CO 30 Oxygen Bng giỏ nguyờn liu v sn phm (https:// www.icis.com/Chemicals/channel-info-chemicals-a-z) Calculation of Gross Profit: Phng phỏp CH3OH + CO CH3COOH lbmol 1 MW 32 28 60 lb 32 28 60 lb/lb AAC 0,533 0,467 cents/lb 100 30 68 Gross Profit = 68 x ( 0,533 x 60 + 0,467 x 30 ) = 22,01 cents/lb AAC cents/lb AAC Phng phỏp : 33,8475 Phng phỏp : 29,772 Phng phỏp : 29,839 Vỡ vy, qua tỡm hiu v t ớnh toỏn li nhun , nhn thy c nhiu u im chỳng tụi la chn ph-ơng pháp tổng hợp axit axetic từ oxy hoá axetaldehyt Chng II: Quỏ trỡnh oxy hoỏ axetaldehyt II.1 Phn ng Ph-ơng pháp oxy hóa axetaldehyt để điều chế axit axetic đ-ợc sử dụng rộng rãi công nghiệp ,phản ứng trìng nhsau : +Tạo thành peroxit CH3CHO + axetyl,sau phân hủy thành axit axetic: O O CH3COOH O2 + CH3 C O OH + Oxy nguyên tử tiếp tục oxy hóa axetaldehyt thành axit axetic: CH3CHO + O CH3COOH Cơ chế trình oxy hoá axetaldehyt tạo thành axit axetic chế tạo gốc tự do, sinh axit peraxetic sản phẩm trung gian (ph-ơng trình 22) 10 V1 =[ 3780.98 32 + 38.1917 28 ] 22,4 = 2677.24 (m3/h) V2 = m/hh Trong đó: m: L-ợng axetaldehyt kỹ thuật hh: Khối l-ợng riêng 1/hh = xi/i xi: Phần trăm khối l-ợng cấu tử i i: Khối l-ợng riêng cấu tử i Thay số ta có hh =775 kg/m3 V2= 9705.13/ 775 = 12.523 (m3/h) V = V1 + V2 = 2677.24 + 12.523 = 2689.763 (m3/h) Đ-ờng kính thiết bị oxy hoá D = 4.V 3600.. D = , 4.2689,763 3600.0.4.3,14 m = 1.5 (m) Đ-ờng kính phần Dt = 1,2.1.5 = 1.8 (m) Chiều cao tháp 15m Phần trên: Ht = 3m Phần d-ới: Hd =12m 44 V.2 Tính chiều dày thiết bị Thiết bị thân hình trụ làm việc chịu áp suất nên chiều dày thiết bị đ-ợc tính theo công thức: S Dt P C, . P m Trong : Dt: đ-ờng kính thiết bị : Hệ số bền thành hình trụ theo ph-ơng dọc C: Hệ số ăn mòn bổ sung, bào mòn dung sai chiều dày, m P: áp suất thiết bị, N/m2 Chọn vật liệu để chế tạo thiết bị thép X18H10T, thép không gỉ axit axetic có tính ăn mòn thiết bị Thiết bị hàn dọc, hàn tay hồ quang điện ứng với thép X18H10T ta có: = 0,95 ỏp suất thiết bị P = Ptt + Pmt Trong : Ptt : áp suất thuỷ tĩnh thiết bị, N/m2 Pmt: áp suất làm việc thiết bị atm xấp xỉ 4.105 N/m2 Ptt = .g.H Trong đó: 45 : Khối l-ợng riêng trung bình chất lỏng, Kg/m3 Khối l-ợng riêng axetaldehyt 783 (kg/m3 ) g: Gia tốc trọng tr-ờng, g = 9,81 m/s2 H: Chiều cao cột chất lỏng lấy tối đa chiều cao tháp, m H = 12 m Suy ra: Ptt = 783 x 9,81 12 = 92174,76 (N/m2) Vậy áp suất thit b : P = 92174,76 + 105 = 492174,76.105 (N/m2) P 4,922 105 (N/m2) Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai âm chiều dầy thép C = C1 + C2 + C3 , m Trong : C1: Bổ xung ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi tr-ờng thời gian làm việc thiết bị, m Đối với thép X18H10T vận tốc gỉ 0,06 mm/năm thời gian làm việc từ 15-20 năm Theo tài liệu ta có C1 = mm C2: Bổ sung dung sai bào mòn C2 = , nguyên liệu không chứa hạt rắn C3: Bổ sung dung sai chiều dầy, lấy C3 = 0,5 mm 46 C = C1 + C2 + C3 = + Vậy hệ số bổ sung là: + 0,5 = 1,5 mm ứng suất cho phép thép X18H10T theo giới hạn bền k k nk , N/m2 Trong : : Hệ số hiệu chỉnh với loại thiết bị có = 0,9 k : ứng suất giới hạn bền 550.106 (N/m2 ) nk: hệ số an toàn 2,6 Vậy ứng suất cho phép là: 550.10 k 0,9 190,38 10 2,6 (N/m2) ứng suất cho phép thép X18H10T theo giới hạn chảy: c c , nc N/m2 [2 -356] Trong đó: c : hệ số an toàn theo giới hạn chảy, 1,5 c: ứng suất giới hạn chảy 220.106 (N/m2) Vậy ứng suất cho phép là: 47 220.10 c 0,9 132 10 , (N/m2) 1,5 Để đảm bảo tính bền ta lấy giá trị bé hai giá trị ứng suất để tính k 13210 Lấy (N/m2) Khi ta có: . Pt h 132 10 0,95 254,77 50 bỏ qua P 4,922 10 mẫu Vậy chiều dầy thiết bị là: Đối với đoạn d-ới tháp S S D.P C 2. . (m) 4,922.10 0,0015 3,463 10 (m) 3,463(mm) 2.132 10 0,95 Ta chọn S = mm Đối với đoạn tháp Dt =1,8 (m) 1,2.4,922.10 S 0,0015 3,86.10 (m) 3,86(mm) 2.132.10 0,95 Ta chọn S = mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử Po P0 = P1 + Ptl Trong đó: Ptl: áp suất thuỷ lực 1,25Pt 48 Ta có: Ptl = 1,25 3,912.105 = 4,89.105 N/m2 P1: áp suất thuỷ tĩnh n-ớc P1 = g..H =9,81.1000.12 = 1,18.105 N/m2 Suy P0 = 4,89.105+ 1,18.105 = 6,07.105 N/m2 * Công thức kiểm tra ứng suất: D S C .P 2S C . t o c 1,2 220.10 183,33.10 N/m2 1,2 Vế trái: 1,2 0,006 0,0015.6,07.10 2.0,006 0,0015.0,95 85,5.10 N/m2 Ta thấy: = 85,5.106 N/m2 N/m2 < 183,33.106 thoả mãn yêu cầu V.3 Chọn nắp đáy tháp Chọn đáy nắp thiết bị loại elíp có gờ loại vật liệu với thân tháp Nắp Ta có đ-ờng kính tháp D = 1,8 m, dựa vào số liệu ta có: Chiều dày S nắp làm việc chịu áp suất đ-ợc tính theo công thức: S (m) Dt P D t C 3,8 k .k.n P 2hb [2 - 385] Trong : hb : Chiều cao phần lồi nắp 49 Ta chọn hb = 0,25.Dt = 1,8 0,25 = 0,45 (m) n : Hệ số bền mối hàn h-ớng tâm(nếu có),chọn n = 0,95 k : Hệ số không thứ nguyên, đ-ợc xác định nh- sau: k d Dt : d : đ-ờng kính lớn lỗ(hay đ-ờng kính lớn lỗ hình tròn), lỗ không tăng cứng Chọn d = 0,2 m k 146.106 N/m2 ứng suất cho phép theo giới hạn bền P : áp suất có P = 4,922.105 (N/m2 ), h 0,95 Ta có Vì : k= = 1.80.2 1.8 = 0.888 .k.h 146 10 0,833 0,95 234,74 30 P 4,922 10 Nên đại l-ợng P mẫu số công thức tính chiều dày S bỏ qua Vậy chiều dày nắp đ-ợc tính : S Dt P Dt C 3,8 k .k n 2.hb 50 S = 1.8 1.8 4.922 7.6 146 10 0.888 0.95 0.45 + C S = 3.7.10-3 + C Đại l-ợng, bổ sung C S C =3,7.10-3 m10 mm.Do ta tăng thêm mm so với giá trị tính đ-ợc thân tháp C = ( + 1,5).10-3 = 3,5.10-3 mm S = ( 3,5 + 3,7 ).10-3 Quy chuẩn, chiều dày nắp thiết bị S = 7,2.10-3 m = mm Kiểm tra ứng suất thành nắp thiết bị theo áp suất thuỷ lực theo công thức: = 189351.65 c 1,2 183,33.10 Vậy chiều dày nắp thiết bị S = mm 51 Nắp thiết bị Đáy Ta có đ-ờng kính tháp D = m, dựa vào số liệu ta có: Chiều dày S đáy làm việc chịu áp suất đ-ợc tính theo công thức: S Dt P D t C 3,8 k .k.n P 2hb (m) Trong : hb : Chiều cao phần lồi đáy Ta chọn hb = 0,25.Dt = 1.5 0,25 = 0.375 (m) n : Hệ số bền mối hàn h-ớng tâm(nếu có),chọn n = 0,95 k : Hệ số không thứ nguyên, đ-ợc xác định nh- sau: k d Dt : d : đ-ờng kính lớn lỗ(hay đ-ờng kính lớn lỗ hình tròn), lỗ không tăng c-ng Chọn d = 0,2 m k 146.106 N/m2 ứng suất cho phép theo giới hạn bền P : áp suất có P = 4,922.105 (N/m2 ), h 0,95 52 Ta có Vì : k = 1.50.2 1.5 = 0.867 .k.h 146 10 0,8 0,95 225,44 30 P 4,922 10 Nên đại l-ợng P mẫu số công thức tính chiều dày S bỏ qua Vậy chiều dày đáy đ-ợc tính : S Dt P Dt C 3,8 k .k n 2.hb S = S 1.8 1.8 4.922 10^5 7.6 0.867 0.95 146 10^6 + C = 1.75 x 10-3 + C Đại l-ợng, bổ sung C S C =1,75.10-3 m 10 mm.Do ta tăng thêm mm so với giá trị tính đ-ợc thân tháp C = ( + 1,5).10-3 = 3,5.10-3 mm S = ( 3,5 + 1,75 ).10-3 Quy chuẩn, chiều dày đáy thiết bị S = 5.25.10-3 m = mm Kiểm tra ứng suất thành đáy thiết bị theo áp suất thuỷ lực theo công thức: = 308227.5 53 c 1,2 183,33.10 Vậy chiều dày đáy thiết bị S = mm V.4 Chọn đ-ờng kính ống dẫn vào thiết bị Đ-ờng kính ống dẫn nguyên liệu vào chọn d1 = 200 mm Đ-ờng kính dẫn oxy : Đ-ờng kính dẫn Nitơ : d2 = 150 mm d3 = 100 mm Đ-ờng kính ống dẫn sản phẩm axit axetic : d4 = 200 mm Đ-ờng kính dẫn n-ớc vào : d5 = 100 mm Đ-ờng kính ống dẫn hỗn hợp đỉnh tháp : d6 = 200 mm VI S cụng ngh 54 55 S PFD ca quỏ trỡnh Thuyết minh: Sơ đồ dây chuyền sản xuất axit axetic ph-ơng pháp oxy hoá axetaldehyt pha lỏng Dung dịch xúc tác đ-ợc chuẩn bị bỡnh chỳa.Dung dịch sau trộn với CH3CHO đ-ợc làm lạnh n-ớc muối bể chứa Hỗn hợp đ-ợc bơm nạp vào phần đáy tháp oxy hóa (1) áp suất 4at Oxy kỹ thuật đ-ợc đ-a vào dọc thân tháp khoảng đến vị trí khác qua ống phân phối đặc biệt để tăng độ chuyển hóa trình đồng thời tăng tốc độ phản ứng.Cột tháp đ-ợc nạp chất lỏng đến gần phần nở rộng Chất lỏng chuyển động lên cao nồng độ axit axetic tăng nồng độ axetaldehyt giảm, đáy tháp phần hẹp trì nhiệt độ 600C áp suất 3,8 - 4at, đỉnh tháp giữ nhiệt độ 750C áp suất 2,8-3at Việc khống chế xác nhiệt độ tháp phản ứng có ý nghĩa quan trọng nhiệt độ thấp 60o-700C dẫn đến tích tụ peoxyt, nhiệt độ cao thúc đẩy phản ứng phụ đặc biệt phản ứng oxy hoá hoàn toàn axetaldehyt Để pha loãng hỗn hợp dễ gây nổ(tránh tích tụ peraxit oxy gây nổ) ng-ời ta cho nitơ liên tục vào phần cột tháp Hỗn hợp khí từ đỉnh tháp (1) sang thiết bị ng-ng tụ làm lạnh nhiệt độ 20 - 300C nên axetaldehyt, axit axetic, n-ớc ng-ng tụ, hoà tan phần lớn axetaldehyt ch-a phản ứng, sau tách khỏi khí thiết bị phân ly đ-ợc đ-a trở lại tháp oxy hóa (1) Hơi tách đ-ợc rửa tháp rửa n-ớc để tách hết phần axetaldehyt d- axit axetic, thải trời Sản phẩm thô lấy liên tục từ phần nở rộng cột tháp oxi hoá qua máng cạnh s-ờn đ-a vào tháp tinh chế(2), hợp chất nhẹ bị đuổi ng-ng tụ, phần hồi l-u tháp tinh chế, phần lại qua thiết bị ng-ng tụ làm lạnh đ-a xử lý tiếp 56 Axit axetic đ-ợc loại bỏ hợp chất nhẹ đ-ợc đ-a vào thiết bị đun sôi vào tháp (3) để ch-ng cất lần (2), nhiệt độ 1250C, axitaxetic bay hơi, tách khỏi xúc tác, paradehyde đ-ợc ng-ng tụ thiết bị hồi l-u , phần axit axetic tác đ-a trở lại tháp(3).Tip tc cho qua thỏp (4) thu hi xỳc tỏc Ti liu tham kho [1] www.vinachem.com/Th trng axit acetic v dn xut trờn ton cu ang phc hi v phỏt trin mnh [2] www.icis.com [3] www.hoahocngaynay.com/vi/nghiờn cu ging dy/bi nghiờn cu/55.html 57 [4] Acetic acid National institute of standards and technology [5] Victor-H-Agreda-Acetic Acid anh Its Derivatives [6] Nguyễn Minh Hin - Giáo trình tổng hợp hữu - hoỏ du Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà nội [7] Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1978 [8] Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật.1999 [9] Sổ tay tóm tắt đại l-ợng hoá lý Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất 1963 [10] http://www.wikipedia.org/wiki/Acetic_acid 58