Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Phenol Từ Cumen, Năng Suất 30.000 Tấn Năm

Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học PHầN I Mở ĐầU Phenol (hydroxyl benzene, carbolic, axit, C 6H5OH) dẫn xuất dãy thơm đợc F Runge phát lần vào năm 1834, chất dãy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào gốc aromatic Phenol tồn nh thành phần tự nh sản phẩm có mặt chất tự nhiên thực thể sinh vật Ban đầu phenol đợc lấy từ nhựa than đá, sau lợng tiêu thụ phenol tăng lên cách đáng quan tâm phenol đợc sản xuất nhiều phơng pháp tổng hợp khác Lúc đầu phơng pháp tổng hợp phenol từ axit benzensulfonic (C 6H5SO3H) clobenzen (C6H5Cl) sau đợc thay trình sản xuất đại hơn, mà chủ yếu trình Hock sản xuất phenol từ cumen Phenol đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp nh làm nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian sản phẩm cuối quan trọng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp bảng 1: Bảng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp Tây âu Mĩ Nhật Thế giới 1973 1984 1974 1973 1989 Nhựa phenol 37 33 48 60 41 Capro lactan 22 25 15 Axit adipic 12 Bisphend A 11 Aniline 22 13 18 15 21 14 20 1,04 0,211 4,450 Các sản phẩm khác 18 Lợng tiêu thụ 0,954 21 18 Hầu hết phenol thành phẩm đợc chế biến thành keo phenol dùng cho ngành công nghiệp chất dẻo, nhựa, sản xuất sơn, sản xuất thuốc nhuộm, dùng dợc phẩm, sản xuất chất nổ trình tổng hợp hữu tinh Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học vi khác Các trình sản xuất phenol bị cản trở tính an toàn cao làm nguyên liệu sản xuất so với nguyên liệu từ benzen Tất sản phẩm có giá trị kinh tế quan trọng chúng đợc sản xuất phạm vi rộng tạo nhiều vật liệu cho ngời tiêu dùng Chẳng hạn nh là: chất kết dính, bọt cách điện, chất tẩy vết bẩn, nhựa platic, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, hơng vị cao su hoá học Bảng sản lợng phenol sản xuất giới theo phơng pháp khác nhau: Bảng Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất giới Toluen (%) Từ nhựa than đá Những phơng pháp khác 87 1,48 88 10 1985 1,3 92 1989 1,45 93 1974 1,25 97 2 1977 1,5 95 1985 1,5 98 1989 1,9 98 Nhật 1977 0,28 100 Châu 1985 0,4 99 1989 0,6 99 Đông âu 1985 0,89 1989 0,9 Thế giới 1989 Năng suất 106 t/a Cumen (%) 1973 1,14 1978 Phơng pháp Tây âu Mỹ 96 Nh trình bày ta thấy phenol giữ vai trò quan trọng kinh tế, trực tiếp hay gián tiếp Chúng ta sản xuất nhiều sản phẩm cần thiết quan trọng cho xã hội từ phenol Việt Nam công nghệ sản xuất phenol cha phát triển, nguồn cung cấp phenol từ chng thu than đá, nhng cha thoả mãn nhu cầu sử dụng nớc Phần lớn phải nhập từ nớc Vì vấn đề nghiên cứu phơng pháp sản xuất phenol có ý nghĩa khoa học thực tế lớn Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Phần ii Lý thuyết chung Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1 Tính chất phenol: 1.1.1 Tính chất vật lý phenol: Phenol hợp chất hữu mà có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon vòng benzen Phenol chất rắn, có cấu trúc tinh thể hình lăng trụ, màu nhng có đặc tính có mùi hăng cay, phenol có điểm nóng chảy 40,90C trạng thái hoà tan, chất lỏng linh động, màu vẩn đục nhiệt độ khoảng 68,4 0C phenol hòa tan nớc giới hạn định nhiệt độ hoà tan lớn Khi để lâu phenol không khí, phenol bị oxy hóa phần nên có màu hồng bị chảy rữa hấp thụ nớc Điểm kết tinh điểm nóng chảy phenol thấp nhiều so với nớc Phenol có nhiệt độ sôi 182 0C Phenol hoà tan hầu hết dung môi hữu nh hợp chất thơm, rợu, xeton, axit, ete nhng lại tan chất béo Nói chung phenol chất độc gây bỏng nặng rơi vào da Hỗn hợp phenol khoảng 10% khối lợng nớc đợc gọi dung dịch phenol, tồn trạng thái lỏng nhiệt độ phòng Có thể nói phenol dung dịch thực dung dịch hữu (các hydrocacbon thơm, rợu, xeton, ete, axit, hợp chất halogenhydrocacbon ) Phenol tạo thành hỗn hợp đồng với nớc chất khác, tham khảo bảng số liệu sau (Bảng 3) Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Bảng Các hỗn hợp đồng tạo thành phenol.[1] Cấu tử thứ hai áp suất, kPa Điểm sôi, 0C Nớc 101,3 78,8 39,2 94,5 90,0 75,0 Isopropynbenzen n-Propynbenzen - Metylstrylen 101,3 101,3 101,3 149 158.5 162 Thành phần phenol, % 9,21 8,29 7,2 14 Các thông số vật lý khác phenol Khối lợng phân tử 94,11 Nhiệt độ sôi (101,3 kPa) 181,75 0C Nhiệt độ nóng chảy 40,9 0C Tỷ trọng tơng đối 0C 1,092 20 0C 1,071 50 0C 1,050 Tỷ trọng (không khí =1) 3,24 Độ nhớt động học: Nhiệt độ (0C) 20 50 100 150 Hằng số phân ly nớc (20 0C ) Độ nhớt (MPa.s) 11,41 3,421 1,5 0,67 1,28.10-10 Nhiệt hoá (182 0C) 514 ( Kj/kg) Nhiệt tạo thành (20 0C ) 160 (Kj/kg) Nhiệt cháy Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 -32,590 kj/kg Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Nhiệt dung riêng: 0C 1,256 (Kjkg-1k-1) 20 0C 1,394 (Kjkg-1k-1) 50 0C 2,244 (Kjkg-1k-1) 100 0C 2,382 (Kjkg-1k-1) Nhiệt dung riêng (trạng thái hơi): 27 0C 1,105 kjkg-1k-1 527 0C 2,260 kjkg-1k-1 Điểm chớp cháy: (DIN 51758) 81 0C Giới hạn cháy nổ thấp không khí 101,3 kPa 1,3%V (50g/cm3) Nồng độ bão hoà không khí ( 200C) 0,77 g/cm3 Nhiệt độ bốc cháy (DIN 51794) 595 0C Nhiệt độ tự bốc cháy 715 0C Điểm chớp cháy hỗn hợp với nớc 1- 4% nớc khoảng > 82 > 4,5% nớc C > 100 0C Điện trở suất ( 450C ) >1,8107 .m Hỗn hợp với 5% nớc 4,9 106 .m áp suất bão hòa phenol nhiệt độ khác nhau: Nhiệt độ (0C) 20 36,1 48,5 58,3 69 84,8 114,5 áp suất (kPa) 0,02 0,1 0,25 0,5 1,0 2,5 10 184,5 247,5 100 500 1.1.2 Các tính chất hoá học phenol: [4] Trong phân tử phenol có oxy liên hợp (p-) electron tự nguyên tử oxy với electron vòng benzen khiến cho liên kết (-O-H) phân cực so với (-O-H) alcol, nguyên nhân gây tính axit phenol Do có hiệu ứng liên hợp mà mật độ eletron nhân tăng lên làm cho phenol có phản ứng electrophyl cao benzen Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl nhân thơm Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Tính axit : Phenol tác dụng đợc với kiềm mà tác dụng đợc với dung dịch kiềm C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2 O Phenol có tính axit mạnh nớc (Ka =10-10 ), rợu nhng yếu axit cacbonic ( Ka=10-5) Vì cho tác dụng với axit vô phenol bị giải phóng khỏi muối + H2CO3 C6H5OH + HCO3- C6H5O2 Tạo thành ete C6H5OR: Phản ứng alkyl hoá nhóm OH tiến hành thuận lợi từ phenolat C6H5ONa c6h5oh + NaOH - H2O + RX c6h5ona c6h5or + nax Phản ứng ngng tụ: Nguyên tử hydro vị trí para octo dễ tham gia phản ứng ngng tụ với formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành monome để tổng hợp nhựa phenol formaldehyt OH OH HCHO OH CH2 CH2OH C6H5OH H+ OH- OH Polyme Phản ứng electrophyl nhân thơm: Nhóm OH nhóm hoạt động hóa định hớng tác nhân electrophyl vị trí octo, para a Phản ứng nitro hóa: Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) nguyên liệu cho thuốc nổ oh oh Hno3 đặc o 2n no2 no2 trinitrophenol (axit picric) Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học b Phản ứng kolbe Schimitt: Khi đun natri phenolat dòng CO tạo thành natrisalisilat sau axit hoá để tổng hợp axit salixylic, nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylic axit) ONa + CO2 120-140oC OH áp suất Ngoài có phản ứng nh: HCl COONa Axyl hóa nhóm OH tạo este Phản ứng Reimer Tiemann Phản ứng chuyển hóa phenol thành benzen OH COOH Oxy hóa Với tác nhân oxy hóa phenol dễ tạo thành gốc tự Nó dime hoá để tạo thành diphenol oxy hóa sâu sắc tạo thành o-dihydroxybenzen quinon Vì gốc phenol tơng đối bền vững nên phenol gốc thích hợp đợc sử dụng làm chất ức chế trình oxy hóa Với với lợng nhỏ phenol tính chất gây khó khăn cho trình tự oxy hóa Cumen Phenol dễ kết đôi với muối diazo tạo hợp chất có màu Hợp chất đợc dùng làm độ nhạy cho trình trắc quang phenol khối diazo 4nitroanilin 1.1.3 ứng dụng phenol : ứng dụng quan trọng phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt cách ngng 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 ngng tụ phenol với axeton có mặt axit vô Bis phenol A có công thức nh sau: CH3 H C6H4 C C6H4OH CH3 Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Sản phẩm đợc dùng nhiều sản xuất nhựa epoxy Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày tăng, 20% phenol công nghiệp đợc sử dụng để sản xuất bis phenol A Sản phẩm trình ngng tụ phenol với clo anhydrit cacbon hay diphenyl cacbonat đợc 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 đợc sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác nh: - Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng diệt nấm, dẫn xuất clo phenol nh pentaclo phenol dùng bảo quản gỗ; 2,4 diclo phenol axetic đợc dùng để làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá đặc biệt axit picric đợc dùng làm thuốc nổ - Sản xuất dợc liệu dựa sở sản xuất axit salixilic, aspirin - Sản xuất hơng liệu, thuộc da, thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion - Sử dụng công nghiệp, làm dung môi để làm sản phẩm dầu nh làm dầu nhờn khỏi thơm đa vòng, làm H 2SO4 trình sản xuất nhựa lactan, acrylic - Sử dụng phòng thí nghiệm, làm dung môi để xác định phân tử lợng, làm chất khử trùng, liên kết halogen tự d, hoà tan chất khó tan Các dẫn xuất phenol đợc dùng làm thuốc thử, thị Các ứng dụng phenol ngày đợc mở rộng phổ biến lĩnh vực công nghiệp nh phòng thí nghiệm 2.2 số tính chất cumen: 2.2.1 tính chất vật lý cumen: Cumen: 2-phenyl propan hay isopropyl benzen, chất lỏng không màu, linh động, có mùi dễ chịu Nhờ đặc tính có trị số octan cao nên trớc Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học cumen đợc sử dụng nhiều việc pha chế vào xăng dùng cho máy bay Những phân xởng lớn để sản xuất cumen làm thành phần cho nhiên liệu máy bay đợc xây dựng Mỹ đầu năm 40 Công thức phân tử: C9H12 Công thức cấu tạo: H 3C CH CH3 Một số tính chất lý học tiêu biểu: Khối lợng phân tử : Nhiệt độ sôi (0C): 152,39 Nhiệt độ nóng chảy (0C): -96,04 Khối lợng riêng d20(g/m3): 0,8618 Nhiệt dung riêng (ở 250C): 1,96 (J/g.K) Nhiệt độ tới hạn: áp suất tới hạn: Thể tích tới hạn: 428 cm3/mol Nhiệt độ bốc cháy: 4250C 120,19 6310K 3,21 Mpa Giới hạn nổ hỗn hợp cumen với không khí 0,8 ữ 6% thể tích cumen Tơng ứng với hàm lợng cumen 40 ữ 300 g/m3 Cumen hình thành hỗn hợp đẳng phí với nớc, cyclohexanol, xyclohexanon 2.2.2 Các phơng pháp sản xuất cumen: Bắt đầu từ năm 1945 phần lớn cumen sản xuất đợc dùng để tổng hợp phenol axeton Cumen đợc sản xuất từ benzen propylen với có mặt xúc tác C6H6 + C3H6 C6H5 CH (CH3)2 H = 113kJ / mol Hiện công nghiệp có hai phơng pháp sản xuất cumen: Phơng pháp thứ nhất: hãng UOP xúc tác axit poliphotphoric tầng cố định silic Phản ứng xảy chủ yếu pha nhiệt Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học độ lớn 2000C áp suất lớn 2Mpa Nguyên liệu propylen nguyên chất hay propylen có lẫn lợng nhỏ propan > 5% với benzen (độ tinh khiết nhỏ 99,5%) Hiệu suất cumen 97% dựa benzen 90% dựa propylen Nếu hiệu suất giảm alkyl hóa mức oligome hóa propylen Các chất cặn có nhiệt độ cao isopropyl benzen chiếm 50 ữ 60% nhiều sản phẩm phụ khác Không thể tuần hoàn sản phẩm phụ thiết bị alkyl hóa poliphotphoric axit tính alkyl hóa lại Phơng pháp thứ hai: phản ứng thực pha lỏng nhiệt độ 50 ữ 600C, xúc tác AlCl3 hay AlCl3 + HCl Phức hợp tách khỏi sản phẩm quay thiết bị alkyl hóa phơng pháp sản phẩm phụ đợc tái tuần hoàn lại thiết bị alkyl hoá Hiệu suất cumen theo phơng pháp dựa vào benzen propylen 99% 98% Công nghệ hãng UOP chiếm u độ chọn lọc cao yêu cầu lợng thấp nhng phơng pháp thứ hai xúc tác AlCl hấp dẫn Lợng cumen sản xuất Tây Âu, Mỹ, Nhật lần lợt nh sau 2,106; 2,106; 4,105 tấn/ năm Hiện hầu nh cumen dùng để sản xuất phenol axeton Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 10 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học 59,03 m3 x 1500 = 88545 (kg) = 88,545 (tấn) Xúc tác đợc tái sinh ngày với hiệu suất 98% Do xúc tác cần phải bổ xung 2% Sau 20 lần tái sinh cần phải thay xúc tác Số lần cần phải thay xúc tác là: 330 = lần 40 330 = 157 lần Số lần phải tái sinh là: Lợng xúc tác cần là: 88,545 x 2% x 157 + 88,545 x = 986,4 (tấn) Bảng 12 Bảng giá nguyên liệu cần thiết cho nhà máy Nguyên liệu Cumen Số lợng Đơn giá (triệu đồng) Thành tiền (triệu đồng) 79112,432 3,00 237337,296 Hydroperoxyt 399922,000 5,50 219571 53,53 52802 Xúc tác 986,400 Tổng 509710,296 2.2 Chi phí nhiên liệu: (bảng 13) Bảng 13 Bảng giá chi phí nhiên liệu dùng cho nhà máy Chi phí Lợng tiêu thụ Đơn giá (triệu đồng) Thành tiền (triệu đồng) Điện 290000 0,0012 3480 Nớc 7100000 0,0006 426 Tổng 3906 2.3 Nhân công sản xuất trực tiếp: (Bảng 14) Bảng 14 Bảng lơng phải trả cho nhân viên phân xởng Nhân viên Số lợng Mức lơng (triệu đồng) Thành tiền (triệu đồng) Quản đốc 4,0 5,0 Phó quản đốc 3,5 3,5 Kỹ s 3,0 9,0 Thợ điện 2,0 6,0 Thợ khí 2,0 6,0 Công nhân 15 1,5 22,5 LêMinhTuấn Lớp: HD2 74 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Tổng 52,0 Chi trả lơng công nhân năm là: 52 x 12 = 624 (triệu đồng) Bảo hiểm xã hội phúc lợi xã hội cho nhân công lần lợt 17% 10% lơng nên ta có: 642 x (17% + 10%) = 173,34 (triệu đồng) Vậy tổng chi phí cho nhân công sản xuất trực tiếp là: 624 + 173,34 = 797,34 (triệu đồng) Chi phí biến đổi đợc thống kê bảng 15: Bảng 15 Bảng chi phí biến đổi nhà máy Chi phí Nguyên liệu Nhiên liệu Nhân công Tổng Thành tiền (triệu đồng) 509709,00 3906,00 797,34 514412.34 2.4 Các chi phí chung: Chi phí bảo dỡng sửa chữa máy hàng năm 60 triệu đồng Chi phí văn phòng: chi phí điện thoại 20 triệu đồng/năm Chi phí bảo vệ: x 12 x 0,7 = 75,6 triệu đồng Chi phí quản lý hành 60 triệu Lãi vay để đầu t: áp dụng lãi vay dài hạn ngân hàng để đầu t phát triển 5,6% Lãi xuất = (lãi xuất) x (vốn đầu t ban đầu) Vốn đầu t ban đầu = (chi phí cố định) + (chi phí biến đổi) Chi phí biến đổi đợc tính quý với giả thiết có doanh thu sau quý trình sản xuất Vốn đầu t ban đầu cho nguyên liệu (cho quý) Vốn mua cumen 237337,296 = 127427,574 (triệu đồng) Lợng cumen hydroperoxyt cho ban đầu (cho sản xuất) là: 32003,603 kg/h 32 Lợng dự trữ để bổ sung: LêMinhTuấn Lớp: HD2 39922 = 9980,5 (tấn) 75 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Vốn mua cumen hydroperoxyt là: (32 + 9980,5) x 5,5 = 54910,35 (triệu đồng) Với xúc tác quý phải thay lần bổ sung tái sinh 43 lần lợng xúc tác cần: 32,47 x + 32,47 x 2% x 43 = 92,86 (tấn) Vốn đầu t cho xúc tác là: 92,86 x 53,53 = 4971 (triệu đồng) Vốn đầu t cho nhân công sản xuất trực tiếp: 797,34 = 199,335 (triệu đồng) Vốn đầu t để trả tiền điện, nớc: Vốn đầu t cho quản lý chung: 3906 = 976,5 (triệu đồng) 215,6 = 53,9 (triệu đồng) Từ số liệu ta lập đợc bảng vốn đầu t ban đầu nh bảng 16: Bảng 16 Bảng vốn đầu t cho nhà máy Vốn Tiền (triệu đồng) Cố định 102303,600 Nguyên vật liệu 119215,350 Nhiên liệu 976,500 Nhân công 194,835 Quản lý chung Tổng 53,900 222744.185 Lãi phải trả là: 222744,185 x 5,6% = 12473,67 (triệu đồng) Ngoài trình sản xuất có phế phẩm, cố lãng phí nguyên liệu 5% chi phí biến đổi: 5% x 514412,34 = 12473,674 (triệu đồng) Từ ta có chi phí sản xuất 30.000 sản phẩm đợc thống kê theo bảng 17: Bảng 17 Bảng tính chi phí cần để sản xuất 30.000 phenol Chi phí LêMinhTuấn Lớp: HD2 Thành tiền (triệu đồng) 76 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Khấu hao 9792,64 Chi phí biến đổi 514412,34 Chi phí quản lý chung 215,6 Lãi phải trả 12473,67 Phế phẩm 25720,617 Tổng 561848,227 Giá thành đơn vị sản phẩm nơi sản xuất là: 561848,227 = 5,618 (triệu đồng) 100000 Giá thành sản phẩm = giá thành sản xuất + chi phí bán hàng + thuế + lãi Trong đó: Chi phí bán hàng 5% giá bán VAT 10% giá bán Lãi dự kiến 5% giá bán GB = GT + (5% + 10% + 5%) x GB GB = 10 triệu đồng/tấn III Xác định thời gian hoàn vốn: Xác đinh điểm hoà vốn Qo sản lợng hoà vốn QO ì GB = VO + C1 + QO ì c c Chi phí biến đổi cho đơn vị sản phẩm: 514412,34 = 5,144 (triệu đồng) 100000 C1 Chi phí chung C1 = 215,6 + 12473,67 + 25720,617 = 38409,887 (triệu đồng) VO Khấu hao tài sản cố định năm QO = VO + C1 9792,64 + 38409,887 = = 9926,385 (tấn) GB c 10 5,144 Q 100000 Vậy thời gian thu hồi vốn là: Q = 9926,385 10 (tháng) O LêMinhTuấn Lớp: HD2 77 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Phần V An toàn lao độngvà tự động hoá phân xởng Chơng 1: Tự động hoá 1.1 mục đích tự động hoá: Mô hình tự động hoá dây chuyền công nghệ trình sử dụng dụng cụ, thiết bị máy móc tự động điều khiển hoạt động phận dây chuyền công nghệ theo yêu cầu đợc tạo dựng theo chế độ công nghệ dây chuyền Mục đích việc đa hệ thống mô hình điều khiển tự động hoá vào dây chuyền công nghệ nhằm làm cho máy móc thiết bị hoạt động theo chế độ tối u nhất, xác nhất, tránh đợc cố xảy thao tác điều khiển, phận tự động báo động có cố xảy Mặt khác, nhờ công dụng hệ thống tự động hoá mà dây chuyền công nghệ cho phép tránh nhầm lẫn, giảm số lợng công nhân làm việc nhà máy, đồng thời tăng suất lao động LêMinhTuấn Lớp: HD2 78 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Nhờ hệ thống tự động hoá mà dây chuyền công nghệ có nơi sinh khí độc hại hay dễ gây cháy nổ làm cho công nhân điếu khiển trực tiếp đợc, sử dụng hệ thống điều khiển tự động đảm bảo tính mạng cho công nhân Nh vậy, việc áp dụng hệ thống mô hình điều khiển tự động tron dây chuyền công nghệ không vấn đề cần thiết mà có tính bắt buộc công nghệ Đối với dây chuyền công nghệ sản xuất phenol ta có số ký hiệu dụng cụ tự động sau: - Dụng cụ đo nhiệt độ: - Dụng cụ đo áp suất: - Dụng cụ đo lu lợng: - Dụng cụ đo nhiệt độ hiển thị chung tâm điều khiển: - Dụng cụ đo nhiệt độ truyền xa trung tâm điều khiển: - Thiết bị đo áp suất tự động điều chỉnh (van an toàn): - Bộ điều chỉnh mức chất lỏng tự ghi có báo động khí lắp trung tâm điều khiển: - Bộ điều chỉnh áp suất tự ghi hiển thị, khí cụ lắp trung tâm điều khiển: - Cơ cấu điều chỉnh: - Cơ cấu chấp hành: - Tự động mở tín hiệu: - Tự động đóng tín hiệu: Hệ thống tự động hoá điều chỉnh bao gồm đối tợng điều chỉnh (ĐT) điều chỉnh (BĐC) Bộ điều chỉnh bao gồm: Bộ cảm biến khuếch đại Bộ cảm biển dùng để phản ánh sai lệch thông số điều chỉnh so với giá trinh cho trớc biến đổi thành tín hiệu LêMinhTuấn Lớp: HD2 79 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Bộ khuếc đại làm nhiệm vụ khuếc đại tín hiệu cảm biến đến giá trị điều chỉnh quan điều khiển (CQĐK), quan tác động lên đối tợng nhằm xoá độ sai lệch thông số điều chỉnh Mạch điều chỉnh đợc khép kín nhờ quan hệ ngợc từ đối tợng đến điều chỉnh Quan hệ đợc gọi hồi tiếp 1.2 Một số dạng tự động hoá công nghiệp: Tự động kiểm tra tự động bảo vệ: Tự động kiểm tra thông số công nghệ (nhiệt độ, áp suất, lu lợng, nồng độ) kiểm tra thông số công nghệ có thay đổi hay không Nếu có cảnh báo thị ghi lại giá trị thay đổi Biểu diễn sơ đồ tự động kiểm tra tự động bảo vệ:(Hình 4) Trong đó: ĐT - Đối tợng hiệu chỉnh CB cảm biến đối tợng BKĐ - Bộ khuếch đại N Nguồn cung cấp lợng CT Chỉ thị vạch số G Ghi lại thay đổi C Cảnh báo PL Phân loại C Cơ cấu chấp hành c đt cb Bkđ c c c n Hình Tợ động điều khiển: (Hình 5) đt CB Hình SS BD N Trong gồm: LêMinhTuấn Lớp: HD2 80 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học ĐT - Đối tợng điều chỉnh CB Cảm biến đối tợng SS Bộ khuếch đại N Nguồn cung cấp lợng BĐ - Bộ đặc cho phép ta đặt tín hiệu điều khiển, tổ choc tác động có định hớng điều khiển tự động Dạng tự động điều chỉnh: (Hình 6) Bao gồm: ĐT - Đối tợng điều chỉnh CB Cảm biến đối tợng SS Bộ so sánh BĐ - Bộ đặc CCC Cơ cấu chấp hành BK Bộ khuếc đại N Nguồn cung cấp lợng đt CB SS BĐ Hình BK BK BK Trong tất dạng tự động điều khiển thờng sử dụng kiểu hệ thống tự động điều khiển có tín hiệu phản hồi (mạch điều khiển khép kín) Giá trị thông tin đầu thiết bị dựa khác giá trị đo đợc biến điều khiển với giá trị tiêu chuẩn.(Sơ đồ hình 8) n Đại lượng đặt Đại lượng Y XPH XĐc X XCB Phản hồi Hình Trong đó: Y - Đại lợng đặt X - Đại lợng N Tác nhân nhiễu O - Đối tợng điều chỉnh XPH Tín hiệu phản hồi CB Cảm biến LêMinhTuấn Lớp: HD2 81 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học ĐT Phần tử đặt trị ĐC Phần tử điều chỉnh XCB Giá trị cảm biến XĐT Giá trị đặt trị Xtrị số = XĐT XCB SS Phần so sánh Phần tử cảm biến: phần tử làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chỉnh X dịch chuyển dạng thông số khác cho phù hợp với thiết bị điều chỉnh Phần tử đặt trị: phận ấn định số cần trì giá trị phạm vi thông số cần trì (XĐT) Khi thông số vận hành lệch khỏi giá trị thiết bị điều chỉnh tự động phải điều chỉnh lại thông số cho phù hợp, thờng đặt trị có thiết kế vít công tắc để ngời điều chỉnh dễ dàng thay đổi giá trị (đặt thông số điều chỉnh) cho phù hợp điều chỉnh Phần tử so sánh: cấu tiếp nhận giá trị phần tử định trị quy định (XĐT) so sánh với giá trị thông số nhận đợc từ cảm biến XCB, xác định sai lệch thông số X = XĐT XCB, để đa tín hiệu vào cấu điều chỉnh Cơ cấu điều chỉnh: có nhiệm vụ biến tín hiệu nhận sai lệch X để gây tác động điều chỉnh trực tiếp Giá trị điều chỉnh đợc thay đổi liên tục tơng ứng với thay đổi liên tục cấu điều chỉnh 2.2 Cấu tạo số thiết bị tự động hoá: Bộ cảm biến P: (Hình 9) Trong điều chỉnh thờng sử dụng cảm biến P kiểu này, gồm: kiểu hộp xếp, pistông, ống cong đàn hồi, việc chọn cảm biến P phụ thuộc vào việc cảm biến điều chỉnh độ xác theo yêu cầu Z Z Cảm ứng P kiểu màng Cảm ứng P kiểu hộp xếp Hình Bộ cảm ứng nhiệt độ: LêMinhTuấn Lớp: HD2 82 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Hoạt động cảm ứng nhiệt độ dựa nguyên lý giãn nở nhiệt, mối quan hệ nhiệt độ chất khí Phbh hệ kín dựa nguyên lý nhiệt điện trở Z Z Cảm ứng nhiệt độ Cảm ứng nhiệt độ Hình 10 Bộ cảm biến mức đo chất lỏng: (Hình 11) Mức chất lỏng đo đợc nhiều cách khác nhau, nh phơng pháp đơn giản có độ xác cao phơng pháp đo phao Kiểu phao Kiểu màng Hình 11 Bộ cảm biến lu lợng: Bộ cảm biến lu lợng đợc xây dung sở phụ thuộc vào biểu thức sau: Q = f x v f Diện tích ống dẫn v Tốc độ chất lỏng chảy ống theo định lý Becnuli = ì LêMinhTuấn Lớp: HD2 83 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Tỷ trọng chất lỏng P - Độ chênh lệch P chất lỏng Nếu tỷ trọng không đổi lu lợng V phụ thuộc vào hai thông số tiết diện f độ chênh lệch áp suất P Ta có hai cách đo lu lợng: + Khi tiết diện không đổi đo lu lợng độ chênh lệch áp suất trớc sau thiết bị có ống hẹp + Khi độ chênh lệch áp suất không đổi đo tiết diện ống xác định đợc lu lợng dòng chảy Chơng 2: an toàn lao động phân xởng + Khái quát chung: Tổ chức an toàn bảo hộ lao động nhà máy công việc tách rời khỏi sản xuất Bảo vệ tốt sức khoẻ lao động cho ngời sản xuất cho phép đẩy mạnh sức sản xuất nâng cao suất lao động + Nguyên nhân xảy tai nạn lao động: Thờng nguyên nhân sau đo kỹ thuật, tổ chức (tổ chức giao nhận), vệ sinh công nghiệp Trong nhà máy chế biến dầu mỏ bị ô nhiễm chủ yếu khí hydrocacbon (hydrocacbon mạch thẳng có tính độc hydrocacbon mạch nhánh, hydrocacbon vòng độc mạch thẳng) ảnh hởng khí phụ nh khí: CO2, H2S Khi nghin cứu tác hại hoá chất bụi ngời ta đa nồng độ hợp chất độc hại cho phép tối đa nh sau: LêMinhTuấn Lớp: HD2 84 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Hợp chất Nồng độ mg/l Xăng dung môi < 0,3 H2S 0,01 Bụi SO2 0,01 Để chống bụi cần thiết phải sử dụng biện pháp tối thiểu sau: - Cơ khí hoá, tự động hoá trình sản xuất để hạn chế tác dụng hợp chất độc hại - Bao kín thiết bị - Thay đổi phơng pháp công nghệ làm - Thông gió hút bụi - Bảo đảm vệ sinh công nghiệp Do nhà máy sản xuất hydrocacbon nhẹ hợp chất dễ cháy nổ nên cần thiết phải đảm bảo an toàn Nếu khối lợng lớn khí tạo áp suất cao dẫn đến nổ gây chấn thơng chí phá huỷ phân xởng Nh nói phòng chống cháy nổ khâu quan trọng để đảm bảo an toàn cho phân xởng Các biên pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ Thay khâu sản xuất nguy hiểm khâu nguy hiểm Cơ khí hoá, tự động hoá trình sản xuất có tính chất nguy hiểm để đảm bảo an toàn Thiết bị bảo đảm kín hạn chế hơi, khí cháy thoát xung quanh khu sản xuất Loại trừ khả phát sinh mồi lửa nơi có liên quan đến cháy nổ Tránh khả tạo độ nguy hiểm chất cháy LêMinhTuấn Lớp: HD2 85 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Tại nơi gây cháy nổ cần đặt biển cấm, dụng cụ chữa cháy nơi dễ thấy thuận tiện thao tác Xây dựng đội ngũ chữa cháy chuyên nghiệp nghiệp d thờng xuyên kiểm tra diễn tập Khi có cố cháy nổ xảy tuỳ tính chất nguy hiểm nơi tạo cháy cần phải cấp tốc thi hành biện pháp kỹ thuật, cần thiết nơi lân cận nh công tác, cắt điện, phát tín hiệu cấp cứu chữa cháy Trên số biện pháp tối thiểu công tác phòng chống cháy nổ, bảo hộ lao động nhà máy song cần thiết phải tuyên truyền ngời thực tốt biện pháp phòng ngừa để đảm bảo an toàn cho trình sản xuất Kết luận Sau thời gian tham khảo, tra cứu tài liệu với hớng dẫn nhiệt tình GS TS - Đào Văn Tờng, đồ án Thiết kế phân xởng sản xuất phenol từ cumen, suất 30.000 tấn/năm em hoàn thành đợc số nội dung nh sau: * Tổng quan: Đã đa phơng pháp sản xuất phenol khác công nghiệp so sánh đánh giá u nhợc điểm phơng pháp * Trình bày đợc sở lý thuyết phơng pháp HOCK bao gồm sở lý thuyết trình oxy hoá cumen trình phân huỷ hydroperoxyt có sử dụng xúc tác axit * Nêu lên đợc tính chất lý hoá sản phẩm nh nguyên liệu trình sản xuất phenol * Tính toán: + Đã tính đợc cân vật chất + Tính cân nhiệt lợng + Tính thiết bị tháp oxy hoá * Xây dựng: + Lựa chọn địa điểm xây dựng LêMinhTuấn Lớp: HD2 86 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học + Thiết kế tổng mặt nhà máy, mặt bằng, mặt cắt phân xởng sản xuất * Kinh tế: Đã tính toán dự trù chi phí hợp lý cho trình sản xuất có lãi thời gian hoàn vốn đạt đợc nhanh TàI liệu tham khảo Wolfgang Gerhartz Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A19 VCH Verlaggesell Schaft mbH, D 6940, Weinheim, 1985 Petrochemical Processes Vol Phan Minh Tân Tổng hợp hữu hơ hoá dầu, tập Trờng đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh,1994 Nguyễn Thị Ngọc Khuê, Phạm Văn Niên Hoá học hữu cơ, Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 Hydrocarbon processing/2001 PTS Trần Xoa, PTS Nguyễn Trọng Khuông, kỹ s Hồ Lê Viên Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, tập Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 1978 PTS Trần Xoa, PTS Nguyễn Trọng Khuông, PTS Phạm xuân Toản Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, tập Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 1999 GS.TS Nguyễn Bin LêMinhTuấn Lớp: HD2 87 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Tính toán trình Thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, tập1 Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 1999 GS.TS Nguyễn Bin Tính toán trình Thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, tập Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 1999 10 PGS Ngô Bình, PTS Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình Tính Cơ sở xây dung nhà công nghiệp Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Xây Dựng Công Nghiệp 1997 11 Cumen Geneva: WHO, 1999, IV, 28 tr 12 GS TS Trần Công Khanh Thiết bị phản ứng sản xuất hợp chất hữu Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội 1975 LêMinhTuấn Lớp: HD2 88 [...]... của mỗi quốc gia, xuất phát từ trình độ cũng nh quy mô sản xuất lớn hay nhỏ, vốn đầu t ít hay nhiều Từ các phơng pháp đã trình bày ở trên, có thể thấy phơng pháp tổng hợp phenol đi từ cumen phù hợp với tiềm lực dầu khí hiện nay của nớc ta Do vậy, trong bản đồ án này em xin trình bày thiết kế tính toán cho phân xởng sản xuất phenol bằng phơng pháp oxy hoá cumen Chơng 3: sản xuất phenol bằng phơng pháp... 2.2 Quá trình sản xuất phenol bằng phơng pháp clo hóa benzen: Clobenzen là một chất dễ tạo thành phenol khi thuỷ phân Do đó các quá trình sản xuất phenol trên cơ sở hợp chất này đã đợc phát triển từ lâu và đang đợc tiến hành rộng rãi Mặc dù nó có nhiều thuận lợi là không hình thành axeton giống nh trong quá trình sản xuất phenol từ cumen nhng do vấn đề kinh tế nên không đợc áp dụng vào sản xuất. [1] 2.2.1... 1,805 tấn hỗn hợp thu đợc 1 tấn sản phẩm phenol (tơng ứng với một lợng 97,8% trong giai đoạn đehydro hoá) Từ hỗn hợp đồng sôi tạo bởi phenol với cyclohexanol và cyclohexanon có thể tách ra bằng cách chng cất trích ly Quá trình không có giá trị kinh tế nếu phenol đợc sản xuất nh một sản phẩm duy nhất bắt đầu từ cyclohexan Một nhà máy nhỏ đã đợc xây dựng lên ở Austraylia và đã bắt đầu sản xuất năm 1965... hệ thống và nhựa đem đi đốt trong thiết bị đốt và lợng nhiệt toả ra đợc thu hồi để sử dụng 2.5 Sản xuất phenol bằng cách oxy hoá cumen: Vào năm 1944, H.HOCK và SLANG đã công bố phơng pháp sản xuất phenol từ Cumen dựa trên cơ sở nghiên cứu nguyên liệu đầu là Cumen hydropeoxit và phân giải nó tạo thành phenol và axeton Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, công nghệ sản xuất này đợc phát triển một cách... Khoa công nghệ hoá học Chơng 2: các phơng pháp sản xuất phenol Phơng pháp đầu tiên điều chế phenol là tách nó ra khỏi nhựa than đá đợc tạo thành khi luyện cốc than đá, tuy nhiên hiệu suất của quá trình này là quá thấp (0,05 kg phenol/ 1tấn than) nên đến nay quá trình sản xuất phenol theo phơng pháp này chiếm tỉ lệ không đáng kể Phần lớn phenol đợc sản xuất bởi quá trình oxy hoá benzene hay toluene Mặc... phóng phenol Lê Minh Tuấn Lớp: HD2 13 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Mặc dù phản ứng có thể phát triển nh một quá trình chuyển tiếp thì chi phí cho quá trình này vẫn cao hơn so với quá trình sản xuất phenol từ cumen, trên 90% sản lợng phenol từ quá trình này dựa vào benzen Vì nhu cầu về năng lợng, sự tiêu hao các chất hoá học của quá trình khá cao, sự ô nhiễm môi trờng bởi một lợng lớn sản. .. kinh tế nhất 2.1.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất: (Hình 1) 1 Thiết bị sôi (nồi hơi) 2 .Thiết bị qúa nhiệt của hơi benzen 3 Tháp sunpho hóa 4, 15 Thiết bị ngng 5, 13 Thiết bị lắng 6 Tháp trung hoà 7 Bộ phận nạp Na2SO3 8 Bunke đựng Na2SO3 9 Nồi nung chảy kiềm 10 Thiết bị làm nguội 11 Máy lọc ly tâm 12 Tháp phân huỷ phenolat 14 Thiết bị luyện chân không 16 Bình chứa các sản phẩm tinh luyện Lê Minh Tuấn Lớp:... Mĩ Nhà máy đầu tiên đợc đa vào sản xuất vào năm 1952 là nhà máy Shawinigan ở Canada với công suất lên tới 8000 tấn phenol/ năm Ngày nay phần lớn phenol đợc sản xuất bằng quá trình này trong những nhà máy ở Mỹ, Canada, Pháp, Italia, Nhật, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, ấn Độ, LêMinhTuấn Lớp: HD2 25 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Mexico, Brazil, Đông Âu, và Đức với công suất hơn 5.10 6 t/a Thêm vào đó... 137 Qua một số phơng pháp sản xuất phenol đã đợc trình bày ở bảng 3, ta rút ra một số nhận xét nh sau: Qua bảng 4 so sánh ta nhận thấy rằng quá trình clo hoá benzen có chi phí đầu t là thấp nhất nhng do giá nguyên liệu cao nên giá thành để sản xuất cho 1 tấn phenol rất cao Phơng pháp điều chế phenol bằng cách thuỷ phân clobenzen bằng kiềm đòi hỏi ở nhiệt độ và áp suất cao do đó thiết bị phản ứng phải... axit hoá phân huỷ phenolat natri thành phenol sau này - Nóng chảy kiềm benzen sunfonat natri Quá trình này diễn ra ở 300 0C, với xút có nồng độ 40% để tạo thành phenolat natri Hàm lợng nớc đợc giữ ở mức sao cho Na2SO3 kết tủa rồi phân tách nhờ quá trình ly tâm - Phân hủy phenolat natri bằng SO2 đợc tạo thành nhờ quá trình trung hoà benzen sunfonic, giải phóng phenol Khối sản phẩm tạo thành sẽ phân tách