Thiết kế phân xưởng sản xuất formalin

ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin PHN M U Trong thi k cụng nghip hoỏ hin i hoỏ t nc, vic thỳc y cỏc nghnh cụng nghip mi nhn phỏt trin ang l nhim v ht sc quan trng v cn thit nhm to cho s phỏt trin ca ton b nn kinh t Trong nhng nm cui th k 20 u th k 21 ny cụng ngh hoỏ hc núi chung v cụng ngh tng hp hu c - hoỏ du núi riờng c xem nh l mt nhng nghnh cụng nghip mi nhn ca nc ta Cụng ngh hu c - hoỏ du phỏt trin ỏp ng c cỏc mc tiờu quan trng ca nn kinh t ú l: Cung cp cỏc hoỏ cht c bn cho nghnh tng hp hu c hoỏ du v hoỏ hc, to s thay i ln v c cu v chng loi sn phm ca nghnh hoỏ cht vt liu nh : Sn xut cao su, cht do, t si tng hp, cỏc cht hot ng b mt, phõn bún, thm c protein, cụng ngh cỏc cht sn, dc phm Cung cp cỏc sn phm nng lng cho nhu cu v nhiờn liu ng c, nhiờn liu cụng nghip, nhiờn liu sinh hot v du m bụi trn Trong quỏ trỡnh phỏt trin ca mỡnh nn cụng nghip tng hp hu c c bn li tỏch nhiu lnh vc khỏc nh cụng ngh cỏc cht sn, cụng ngh dc phm , cụng ngh tng hp hu c hoỏ du, cụng ngh sn xut cao su Nhng quan trng nht l cụng ngh tng hp hu c - hoỏ du vỡ tng hp hu c c bn bao gm vic sn xut vi quy mụ ln cỏc cht dựng lm c s v nguyờn liu cho tt c cụng ngh cỏc Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin cht hu c cũn li , cũn tng hp hoỏ du phỏt trin trờn c s cụng ngh cỏc cht hu c i t du m Formandehyde l mt hp cht hu c cú mt t nhiờn v hỡnh thnh t cỏc hp cht hu c bng quỏ trỡnh quang hoỏ khớ quyn kt hp vi s sng trờn trỏi t Nú hỡnh thnh cụ c thp v cú th o dc,nú cú mựi rt khú chu mc dự nng thp 0.5 % 1% Formandehyde cng c to thnh t cỏc hp cht hu c quỏ trỡnh chỏy khụng hon ton Vỡ th formandehyde c tỡm thy chỏy ca ng c xe, nhit nh mỏy, khớ t thm c khúi thuc lỏ Formandehyde l mt hoỏ cht hoỏ hc cụng nghip quan trng v c dựng quỏ trỡnh sn xut ca nhiu nghnh cụng nghip Hin trờn 50 nghnh sn xut cụng nghip s dng formandehyde Formandehyde cng l mt nhng hp cht hu c quan trng cung cp cho cỏc nghnh sn xut cụng nghip v tiờu dựng dng thng phm formandehyde ho tan nc dng dung dch 37 45% c gi l formalin õy l mt nhng bỏn thnh phm quan trng cho nghnh tng hp hu c v cỏc nghnh khỏc nh : nghnh y t dựng p xỏc, ty mựi, nghnh thc phm dựng trỏnh thiu thi, thuc da cụng ngh da dy Formandehyde c tng hp ln u tiờn vo nhng nm 1859 Butlerov thc hin thu phõn Metylenaxetat v ch mựi c trng ca dung dch n nm 1867 Hofman ó tng hp c bng cỏch cho tng Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin hp hi Metanol v khụng khớ i qua lp xỳc tỏc Platin dng xon ó c lm núng Quỏ trỡnh sn xut mang tớnh cụng nghip ó c thc thi vo nm 1882 Tollens khỏm phỏ mt phng phỏp iu chnh lng hi Metanol , t l khụng khớ v s nh hng ca nhiờn liu i vi phn ng Nm 1886 Loew thay th xỳc tỏc dng xon Platin bng xỳc tỏc li ng cú hiu qu hn Mt cụng ty ca c bt u i vo sn xut nm 1889 phm vi thng mi ca andehyde c lan rng Hugo Blank ó tỡm cỏch s dng xỳc tỏc bc vo nm 1910 S phỏt trin ca cụng nghip tip tc kộo di nng xut, loi thit b v nhu cu s dng tng lờn Nm 1905 Badische Anilin v SodaFabrik bt u sn xut formandehyde bi quỏ trỡnh liờn tc, s dng xỳc tỏc bc tinh th Sn lng 30 kg/ ngy di dng dung dch ngm nc 30% lng Metanol cn cho quỏ trỡnh sn xut formandehyde c thu hi t nghnh cụng nghip g bi g cacbon hoỏ S phỏt trin ca vic tng hp metanol di ỏp sut cao Badische Anilin v SodaFabrrik nm 1925 cho phộp quỏ trỡnh sn xut formandehyde trờn phm vi quy mụ ln Hng nm nc ta phi nhp khu formalin sn xut cỏc loi vt liu polime, vt liu cỏch in, cỏc cht m kim loi, cht ph tr cho nghnh dt, cht sỏt trựng cho chn nuụi Do ú vic nghiờn cu thit k phõn xng sn xut formalin l rt cn thit nhm ỏp ng nhu cu s dng nc v gim ti thiu chi phớ nhp khu t nc ngoi Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin PHN I : TNG QUAN Lí THUYT CHNG I : GII THIU V NGUYấN LIU CA QU TRèNH SN XUT FORMALIN I / GII THIU CHUNG Metanol cũn gi l methylacohol hoc ru g, cú cụng thc hoỏ hc l CH3OH, lng phõn t 32,042 Nm 1661 ln u tiờn RobertBoyle ó thu c Metanol sau tinh ch g gim bng sa vụi Sau ú vo nm 1857 Berthelot cng ó tng hp c Metanol bng cỏch x phũng hoỏ methychlorde Trong khong t 1930 ti 1933 ch cú ngun quan trng nht sn xut Metanol l t gim g thu c chng khụ g Ti u nhng nm 1913 Metanol ó c sn xut bng phng phỏp tng hp t CO v H2 n u nhng nm 1920 M PIER v cỏc ng nghip ca hóng BASF da trờn s phỏt trin ca h xỳc tỏc ZnO Cr2O3 ó tin mt bc ỏng k vic sn xut Metanol vi quy mụ ln cụng nghip Vo cui nm1923 quỏ trỡnh ny c thc hin ỏp sut cao ( 25 35 MPa, T0 = 320 4500C ) chỳng c s dng cụng nghip sn xut Metanol hn 40 nm Metanol ỏp sut thp ( 5- 10 MPa, T0 = 200 300 0C) trờn xỳc tỏc CuO vi chn lc cao Hin Metanol sn xut nhiu hn trờn th gii bng phng phỏp tng hp ỏp sut thp Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin cũn phng phỏp chng t gim g ch chim khong 0,003% tng lng Metanol sn xut c II / TNH CHT VT Lí Metanol l cht lng khụng mu , cú tớnh phõn cc, tan nc , BenZen, ru este v hu ht cỏc dung mụi hu c Metanol cú kh nng ho tan nhiu loi nha nhng ớt tan cỏc cht bộo, du Metanol d to hn hp chỏy n vi khụng khớ (7 34 %) , rt c cho sc kho cho ngi , vi lng 10ml tr lờn cú th gõy t vong Mt s hng s vt lý quan trng ca Metanol : Tờn Hng s Nhiờt sụi ( 101,3 KPa) 64,7 0C Nhit úng rn - 97,8 0C T trng cht lng ( O0C - 101,3 KPa) 0,81000 g/cm3 T trng cht lng ( 00C-101,3 KPa ) 0,78664 g/cm Nhit bc chỏy 4700C p suất tới hạn 8,097 MPa Nhiệt độ tới hạn 239,490 C Tỷ trọng tới hạn 0,2715 g/cm3 Thể tích tới hạn 117,9 cm3/mol Hệ số nén tới hạn 0,224 Nhiệt độ nóng chảy 100,3 KJ/kg Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Nhiệt hoá 1128,8 KJ/kg Nhiệt dung riêng khí(250C- 44,06 Jmol-1 K-1 101,3 KPa) Nhiệt dung riêng lỏng(250C- 81,08 Jmol-1 K-1 101,3 KPa) Độ nhớt lỏng (250C ) 00,5513 mPas Độ nhớt khí (250C) 9,6.10-3 mPas Hệ số dẫn điện (250C ) ( 2-7 ).10-9 Sức căng bề mặt không 2,2 mN/m khí (250 C ) Entanpi tiêu chuẩn ( khí 250C - 200,94 kJ/mol 101,3 kPa ) Entanpi tiêu chuẩn (lỏng 250C -238,91 kJ/mol 101,3 kPa ) Entropi tiêu chuẩn (khí 250C 239,88 Jmol -1 K 101,3 kPa) Entropi tiêu chuẩn (lỏng 250C 127,27 Jmol -1 K 101,3 kPa) Hệ số dẫn nhiệt lỏng (250C ) 190,16 mWm-1K-1 Hệ số dẫn nhiệt (250C ) 14,07 mWm-1K-1 Giới hạn nổ không khí 5,5 44% vol III / TNH CHT HO HC Metanol l hp cht n gin u tiờn dóy ng ng cỏc ru no n chc Hoỏ tớnh ca nú c quyt nh bi nhúm OH Cỏc phn Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin ng ca Metanol i theo hng t liờn kt C-O hoc O-H v c c trng bi s thay th nguyờn t H hay nhúm OH phõn t Mt s phn ng c trng: Phn ng hyrụ hoỏ: CH3OH + H2 CH4 + H2O 2.Phn ng tỏch nc: 2CH3OH CH3 O CH3 + H2 O iu kin: t0 : 1400 xt : H2SO4 c Phn ng ụxy hoỏ : Khi ụxy hoỏ Metanol trờn xỳc tỏc kim loi ( Ag, Pt, Cu ) hay xỳc tỏc ụxit ( Fe,Mo ) hoc hn hp ụxit (V-Mo, Fe-Mo, Ti-Mo) iu kin thớch hp ta thu c Formandehyde v cỏc sn phm ph : CH3OH + 1/2O2 CH2O + H2O + Q , H = -159 KJ/mol Nu ụxy hoỏ sõu hn s to axit formic: CH3OH + O2 HCOOH + H2O Nu ụxy hoỏ hon ton thu c CO2 v H2O: CH3OH + 1/2O2 CO + H2 CH3OH + O2 CO2 + H2O Cỏc phn ng trờn u thc hin iu kin cú nhit , xỳc tỏc 4.Phn ng dehydro hoỏ: Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Khi tham gia phn ng dehydro hoỏ s to thnh sn phm l CH2O CH3OH CH2O + H2O IV/CH TIấU NGUYấN LIU METANOL SN XUT FORMALIN TRấN XC TC BC Nguyờn liu bao gm: nc mm, Metanol k thut v khụng khớ sch Nc: Trc s dng phi c lm sch cht v lm mm Metanol k thut : - Nhit sụi chng ct ( 760 mmHg ) : 64 64,70C - Hm lng riờng : 0,791 0,792 g/cm3 - Hm lng nc : 0,1% - Hm lng CH3OH : 99 99,5% - Hm lng axit : 0,003% - Hm lng tng andehyde v xeton : 0,008% Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin : 0,002% - Hm lng lu hunh Khụng khớ : Trc a vo thit b phi c lm sch cht trỏnh gõy ng c xỳc tỏc Mt s ch tiờu quan trng ca Metanol : Qui nh Thnh phn Hm lng Metanol 99,85% T trng , d420 0,7928 g/cm3 Khong nhit sụi cc i 0C Hm lng tng andehyde v xeton 0,003 wt Hm lng etanol 0,001% Hm lng hp cht bay hi ca st ( tớnh theo st ) 2.10-6g/l Hm lng lu hunh 0,0001% Hm lng clo 0,0001% Hm lng nc 0,15% PH 7,0 Trang ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Thi gian kh mu ti thiu (kim tra KMnO4 ) 30 phỳt V/ MT S NG DNG CA METANOL Metanol l mt nhng nguyờn liu v dung mụi quan trng nht cho cụng ngh tng hp hoỏ hc Metanol cũn c coi l nhiờn liu lý tng lnh vc nng lng vỡ chỏy hon ton v khụng gõy ụ nhim S dng lm nguyờn liu cho tng hp hoỏ hc Mc dự tim nng rt ln nhng ch cú mt lng nh Metanol c dựng lnh vc khỏc cũn li khong 70 % sn lng Metanol trờn ton th gii c s dng tng hp hoỏ hc sn xut cỏc hp cht quan trng nh : Formandehyde, Dimetylterephtalat, MTBE, axit axetic Formandehyde: Formandehyde l sn phm quan trng nht tng hp t metanol Khong 40% metanol trờn ton th gii c dựng tng hp Formandehyde vi t l gia tng t 3% Cỏc phng phỏp tin hnh u da trờn quỏ trỡnh oxy hoỏ metanol bng khụng khớ Chỳng ch khỏc l nhit v bn cht ca xỳc tỏc s dng Axitaxetic : axitaxetic c sn xut t quỏ trỡnh cacbonyl hoỏ Metanol cựng vi s cú mt ca CO pha lng v xỳc tỏc ng th CO I, Rhodi-I hoc Ni I Phng phỏp BASF c in tin hnh 65 MPa, cỏc phng phỏp hin i ( Vớ d : Monsanto) tin hnh MPa Bng cỏch thay i cỏc iu kin quỏ trỡnh m ta cú th thu c c anhyric axetic hoc metyleaxetat Khong 9% lng Metanol trờn th Trang 10 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin hi Metanol Nguyờn liu Metanol t/t 1,215 1,176 1,162 Nc t/t 1,38 0,32 1,96 Mt mỏt xỳc tỏc g/t 0,07 0,05 135 170 200 111 74 230 41 148 26 3,0 1,5 Lng xỳc tỏc tỏi sinh kg/m Tiờu hao nng lng in nng, kwh/t Nc lm lnh (150C) m /t Nc quỏ nhit, t/t Hi nc t/t 2,2 Hi nc cho quỏ trỡnh Nhn c t nhit quỏ 1,7 1,85 trỡnh,t/t T khớ thi ,t/t Chi phớ cho quỏ trỡnh sn xut ,$/t Tng u t106$ 1,3 1,5 174,5 211,6 183,9 3,3 3,7 4,0 II/ LA CHN S CễNG NGH Qua phõn tớch so sỏnh gia cỏc quỏ trỡnh sn xut Formalin trờn thy rng thit b phn ng dựng xỳc tỏc bc cú nng xut ln, ch t nhit nờn thi gian m mỏy nhanh nhng cng nhy vi s thay i Trang 36 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin ca cỏc thụng s u vo, thit b phn ng luụn cú b phn t núng bng in m mỏy Cụng ngh trờn xỳc tỏc bc tin hnh nhit cao hn nờn hiu sut thp hn c bit l cụng ngh BASF, nhng bự vo ú thỡ ngoi nhng u im v k thut phn ng, lm vic vi nng Metanol cao ca hn hp phn ng cỏc thit b cụng ngh cú kớch thc nh hn ú tiờu hao nng lng v u t thp hn, ngoi khớ thi cú lng hn v t chỏy c nờn c s dng t to hi v khụng ụ nhim mụi trng Do nhng c im núi trờn nờn vic s dng cụng ngh BASF sn xut formalin ti Vit nam l thớch hp nht CHNG V: CC PHNG PHP SN XUT FORMALIN KHC Trang 37 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin I/ QU TRèNH SN XUT FORMANDEHYDE BNG CCH OXY HO METAN: Phn ng oxy hoỏ metan c tin hnh nh sau: CH4 + O2 CH2O + H2O Trong thc t thng xy s oxy hoỏ tip tc formandehyde, phn ng oxy hoỏ metan xy nhit gn 7000C Nhng nhit ú formandehyde kộm bn d b phõn hu: CH2O CO + H2 Formandehyde chớnh l sn phm trung gian ca quỏ trỡnh oxy hoỏ metan nờn d b oxy hoỏ trc tip v tip tc phn ng : CH2O + 1/2O2 CO + H2O CH2O + O2 CO2 + H2O Cỏc yu t nh hng n hiu sut phn ng l: tớnh cht ca xỳc tỏc, nhit , thi gian tip xỳc ca xỳc tỏc, t s gia metan, khụng khớ v ỏp sut Ngi ta dựng xỳc tỏc ng th nh hyroclorua, hyrobromua, clo, oxit nit( cht xỳc tỏc cú tỏc dng u cho phn ng oxy hoỏ to thnh gc t do.) Sau ny ngi ta dựng hn hp xỳc tỏc ng th v xỳc tỏc d th chng hn nh : hyroclorua trờn pht phỏt thic v st Sau ú ụng Nocep ó n nh v hon thin xỳc tỏc dựng cho quỏ trỡnh oxy hoỏ metan l clo v cloruabari Nu thc hin quỏ trỡnh di ỏp sut thng thỡ ngi ta hay dựng xỳc tỏc oxit nit, nhit trỡ t (500 600)0C nhit cng tng cao thỡ nng formandehyde khớ sn phm cng nh ( vỡ metan b Trang 38 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin phõn hu sõu to thnh nc ) ú lng formandehyde c cng ớt Nu nhit cng quỏ thp thỡ phn ng chm v xỳc tỏc cng kộm hot tớnh Thi gian tip xỳc khớ metan vi xỳc tỏc cng di thỡ sn phm ph b oxy hoỏ cng nhiu Nhng nu thi gian tip xỳc ngn quỏ mc chuyn hoỏ ca metan gim Trong sn xut thng dựng tc th tớch (50000 60000) lớt CH4/1h xỳc tỏc T s gia CH4/KK= 14/86 l ti u Nhng t s ú li nm gii hn n t (5,35 14,8)% th tớch metan khụng khớ Trong sn xut nu dựng ỏp sut cao thỡ cựng vi formandehyde to thnh nhiu metan nờn thc t ngi ta dựng ỏp sut thng Hin nc ta cú cỏc m khớ thiờn nhiờn v khớ ng hnh t cỏc m du , nhng hin chỳng ta mi ch s dng vi mt lng nh cũn li ch yu l t b i Do ú vi cụng ngh oxy hoỏ metan thnh formandehyde cú th dng c ngun nguyờn liu di ny II/ OXY HO ETYLEN Dựng oxy khụng khớ oxy hoỏ, quỏ trỡnh tin hnh nhit ln hn 5000C phng trỡnh xy nh sau: H2C = CH2 + O2 2CH2O Cho d khụng khớ, nng formandehyde sn phm khụng quỏ 2% vỡ etylen t hn Metanol v hiu sut thp nờn thc t sn xut ngi ta khụng dựng phng phỏp ny III/ THU PHN CLORUA METYLEN Trang 39 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Thi hi nc vo clorua qua lp xỳc tỏc ( than hot tớnh, oxyt nhụm ) nhit 4500C ta thu c formandehyde CH2Cl2 + H2O CH2O + 2HCl Trong thc t ch dựng phng phỏp ny cú clorua metylen r v HCl sinh cú th s dng vo cỏc mc ớch khỏc Hin phng phỏp ny ớt c s dng CHNG VI: Trang 40 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin CễNG NGH SN XUT FORMALIN S DNG XC TC BC ( QU TRèNH BASF) I/ S DY CHUYN CễNG NGH S dõy chuyn cụng ngh sn xut formalin trờn xỳc tỏc Ag nng sut 45000 tn /nm CC THIT B CễNG NGH: 1.Thựng cha Metanol 2.Thựng cao v 3.Thit b bc hi 4.Thit b trao i nhit 5.Thit b phn ng chớnh 6.Thựng cha sn phm 7.Thit b trao i nhit 8.Thỏp hp th 9.Ni hi 10.Thựng cao v cha nc mm 11.Thit b lc khụng khớ 12.Mỏy nộn 13.Bm 14.Thit b lm mm nc 15.Thựng cha nc mm Trang 41 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin II/ THUYT MINH DY CHUYN CễNG NGH Metanol k thut t thựng cha (1) c bm lờn thựng cao v v liờn tc c chy xung thựng bc hi(3) Kt hp vi vic thi khớ sch t thỏp khớ n mỏy nộn v c ỏp sut cn thit vo thit b trao i nhit (7) Sau ú a vo thit b bc hi Hn hp Metanol - khụng khớ c i qua thit b trao i nhit ri i vo thit b phn ng (5) thit b phn ng, hn hp Metanol - khụng khớ c i qua lp xỳc tỏc bc, cỏc phn ng hoỏ hc xy õy, nhit phn ng l 7200C Khi hn hp Metanol - khụng khớ b hyro hoỏ to sn phm formandehyde i qua lp xỳc tỏc thỡ c lm lnh bi thit b lm lnh gn trc tip vi thit b phn ng Sn phm c chuyn n thit b trao i nhit (7) h thp nhit n nhit cn thit ri vo thit b hp th (8) Ti thỏp hp th hi i t di lờn, cũn nc mm i t trờn xung, phn ln formandehyde, hi nc v Metanol c tỏch t ỏy thỏp Thỏp hp th lm vic cú lm lnh trung gian Sn phm i c qua thit b trao i nhit v c dn v thựng cha (6), mt phn tun hon li thỏp hp th Trang 42 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin III/ MT S C TRNG V THIT B SN XUT FORMALIN DNG XC TC BC Trờn xỳc tỏc bc quỏ trỡnh chuyn hoỏ Metanol thnh formandehyde tin hnh ỏp sut khớ quyn v nhit (600 720)0C, vi thnh phn hn hp metanol - khụng khớ cha (45 50)% Metanol ( gii hn n trờn ca hn hp l 44% metanol) iu kin ú xy cỏc phn ng chớnh dehydro hoỏ v oxy hoỏ sau: CH3OH CH2O + H2 , H = 84 KJ/ mol (1) H2 + 1/2O2 H2O , H = -243 KJ/ mol (2) CH3OH + 1/2O2 CH2O + H2O , H = -159 KJ/ mol (3) Vi t l Metanol khụng khớ nh trờn l thiu oxy, hm lng hydro khớ thi sau thỏp hp th chim (18 20) % th tớch, nhng ton cc ca quỏ trỡnh l to nhit v c tin hnh ch on nhit v t nhit Phn ng (1) thun nghch, thu nhit , mc chuyn hoỏ ph thuc vo nhit nh sau: 50% 4000C, 90% 5000C v n 99% 7000C iu kin nng Metanol v nhit phn ng cao nh ó núi trờn, tc phn ng trờn xỳc tỏc bc khỏ ln,do ú tr lc chớnh ca quỏ trỡnh l khuych tỏn ngoi c im trờn ó c kho sỏt nhiu cụng trỡnh nghiờn cu v ng hc ca quỏ trỡnh ny nhit (300 500)0C tc phn ng ph thuc vo tc di ca hn hp cht phn ng v nng lng hot hoỏ t (13 20) KJ/mol ch phn ng ny tr lc khuych tỏn v trao i nhit ch yu ri trờn lp biờn bao quanh b mt xỳc tỏc v ta cú : Cs < Cg Trang 43 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Ts > Tg Trong ú Cs, Ts, Cg, Tg l nng cht phn ng v nhit ca b mt xỳc tỏc v pha khớ Chớnh hin tng ny ó giỳp cho vic trao i nhit gia sn phm phn ng v b mt xỳc tỏc vi dũng cht phn ng i vo v quỏ trỡnh xy t nhit trờn b mt xỳc tỏc sau phn ng ó c mi Mt iu cn lu ý k thut phn ng l quỏ trỡnh ch t nhit cú trao i nhit gia dũng vo vi phn ng c trng dng ch s ca nhit phn ng to Qr, trng thỏi dng ca h thng l giao im ca Qr v ng nhit Q0 ( nõng nhit hn hp cht phn ng t nhit ban u To n nhit Ts ) cú th khỏc nhau, ú Ts1 ng vi trng thỏi dng cú mc chuyn hoỏ thp ( phn ng coi nh b dp tt ), Ts2 l trng thỏi dng khụng n nh, Ts3 l trng thỏi dng cú mc chuyn hoỏ cao v nhit b mt xỳc tỏc cao Trong k thut phn ng, t c ch ny cn mi phn ng bng cỏch t núng hn hp cht phn ng i vo hay bng cỏch gim tc th tớch ca hn hp phn ng lỳc m mỏy Do c trng ca quỏ trỡnh phn ng trờn thit b phn ng thng t lp xỳc tỏc bc dng tinh th hay cht mang ỏ bt cú l xp vi lp xỳc tỏc tng i mng khong (30 40) mm v sn phm phn ng c lm lnh nhanh trỏnh phõn hu formandehyde thnh H2 v CO theo phn ng : CH2O CO + H2 Trang 44 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin PHN III : TNH TON CễNG NGH I CC S LIU 1- S liu cht tham gia phn ng - Metanol k thut 98% ( trng lng ) - Thnh phn khụng khớ : + N2 =79% th tớch + O2 =21% th tớch 2- Thnh phn khớ thi + N2 =75,5% th tớch + O2 =0,45% th tớch + CO2 = 3,95% th tớch + H2= 19,5% th tớch + CH4= 0,6% th tớch Tng cng : 100% 3- tn tht : 1,2 % 4-Phn ng hoỏ hc xy thit b phn ng Cỏc phn ng hoỏ hc xy thit b phn ng ca quỏ trỡnh sn xut Formandehyde s dng xỳc tỏc bc l quỏ trỡnh oxy hoỏ mt phn v ờhydrụ hoỏ mt phn vi khụng khớ s cú mt ca xỳc tỏc bc, hi nc v Metanol 680- 7200C Mc chuyn hoỏ t 97-98% Cỏc phn ng: CH3OH + 1/2O2 CH2O + H2O Trang 45 (1) ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin CH3OH CH2O + H2 (2) CH3OH + 1/5O2 CO2 + 2H2O (3) CH3OH + H2 CH4 + H2O (4) 5-Thnh phn ca sn phm + CH2O =50% th tớch + CH3OH = 0,7% th tớch + H2O = 49,3% th tớch 6- H s chuyn hoỏ Metanol thnh sn phm = 85% II TNH CN BNG VT CHT Trong mt nm cú 365 ngy, s ngy ngh ch nht l 48 ngy, s ngy ngh sa cha, bo dng l 17 ngy, nờn tng s ngy sn xut l: 365 48 - 17 = 300 ngy Khi ú cụng sut phõn xng sn xut tớnh theo gi l: 45000 1000 6250(kg / h) 300 24 Nu mun thu c 100m3 khớ thi thỡ lng khụng khớ a vo phi l: 75,5 100 95,57(m ) 79 Nh vy thnh phn ca 95,57 m3 khụng khớ cha: Thnh phn khụng khớ vo a Lng nit cha khụng khớ l 75,5 m3 75,5 3.37(kmol) 22,4 Trang 46 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Hay: Khi lng nit cha khụng khớ l: m = n M = 3,37 28 = 94,36 (kg) b- Lng oxy cha khụng khớ l : 95,57 75,5 = 20,07 (m3) 22,4 0,896(kmol) 20,07 Hay : 0,89632 = 28,672 kg Thnh phn ca 100 m3 khớ thi a- Lng nit N2 chim 75,5% th tớch hay 75,5 m3 hay 94,36 kg b- Lng oxy O2 chim 0,45% th tớch hay 0,45m3 hay : 22,4 0,02(kmol) 0,45 Hay : 0,02x32 =0,64 kg c- Lng CO2 3,95% th tớch hay 3,95m3 hay : 22,4 0,176(kmol) 3,95 Trang 47 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Hay: 0,176 44 = 7,744(kg) d- Lng H2 Lng H2 chim 19,5% th tớch hay 19,5 (m3) 22,4 0,87(kmol) 19,5 Hay: 0,872 = 1,74(kg) e- Lng CH4 Lng CH4 chim 0,6% th tớch hay 0,6(m3) 22,4 0,027(kmol) 0,6 Hay tớnh theo lng: 0,02716 = 0,432(kg) Kt qu tớnh toỏn c túm tt nh sau Khớ thi 100 (m3) Tờn Khi Khụng khớ cht lng (%) phõn Th Th t tớch tớch N2 28 79 75,5 3,37 94,36 O2 32 21 20,07 0,896 28,672 CO2 m3 kmol kg 75,5 75,5 3,37 94,36 0,45 0,45 0,02 0,64 44 3,95 3,95 0,176 7,744 CH4 16 0,6 0,6 0,027 0,432 H2 19,5 19,5 0,87 1,74 100 100 4,463 104,916 Tng 100 m3 kmol 95,57 4,266 S mol oxy cn thit cho phn ng: Trang 48 kg 123,032 (%) ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin 0,896 0,02 = 0,876 (kmol) Theo phn ng (4) CH3OH + H2 CH4 + H2O (4) Lng CH3OH phn ng theo CH4 l 0,027 (kmol) Lng H2 ó phn ng theo l 0,027 (kmol) Lng H2O sinh phn ng (4) l 0,027 (kmol) * Theo phn ng (3) CH3OH + 1/5O2 CO2 + 2H2O (3) Lng CH3OH phn ng theo CO2 l 0,176 (kmol) Lng O2 ó phn ng theo l: 0,1763/2 = 0,264(kmol) Lng H2O sinh phn ng (3) l: 0,1762 = 0,352 (kmol) * Theo phn ng (2) CH3OH CH2O + H2 (2) Lng H2 sinh phn ng (2) mt phn tham gia phn ng (4) v phn ln theo khớ thi ngoi Nờn tng lng H2 to thnh t phn ng (2) l: 0,027 + 0,87 = 0,897 (kmol) Lng CH3OH tham gia phn ng (2) theo H2 l: 0,897 (kmol) Lng CH2O to thnh t phn ng (2) l: 0,897 (kmol) * Theo phn ng (1): CH3OH + 1/2O2 CH2O + H2O (1) Lng oxy tham gia vo phn ng (1) bng lng oxy tiờu hao tr i lng oxytham gia vo phn ng (3): 0,876 0,264 = 0,612 (kmol) Trang 49 ỏn tt nghip Thit k phõn xng sn xut formalin Lng CH3OH tham gia vo phn ng (1) l: 0,612 = 1,224 (kmol) Lng CH2O to thnh t phn ng (1) l: 0,612 = 1,224 (kmol) Lng H2O to thnh t phn ng (1) l: 0,612 = 1,224 (kmol) Tng lng CH3OH tham gia vo cỏc phng trỡnh (1),(2),(3),v (4) l: 0,027 + 0,176 + 0,897 + 1,224 = 2,324 (kmol) Hay tớnh theo kh lng (M = 32): 2,324 32 = 74,368 (kg) *Tng lng CH2O tham gia vo cỏc phng trỡnh (1) v (2) l: 0,897 + 1,224 =2,121 (kmol) Hay tớnh theo lng (M =30) 2,212 30 = 63,63 (kg) Lng formaldehyde (50% trng lng) thu c l: Trang 50