Tiểu luận Điều khiển các quá trình công nghệ hóa học Tự động hóa quá trình sản xuất axit axetic bằng phương pháp oxi hóa axetaldehyt

Tự động hóa các quá trình công nghệ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Việc ứng dụng rộng rãi Tự động hóa vào các quá trình công nghệ hóa, thực phẩm đang là một trong các yếu tố then chốt để thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật của ngành hóa chất và thực phẩm. Tự động hóa chính là sự ứng dụng các dụng cụ, các thiết bị và các máy điều khiển. Những phương tiện kỹ thuật này cho phép thực hiện các quá trình công nghệ theo một chương trình đã được tạo dựng, phù hợp với những tiêu chuẩn (các điều kiện) cho trước, mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người. Những hiệu quả mà Tự động hóa mang lại cho sự phát triển của kinh tế xã hội là vô cùng quan trọng, đó là: Năng suất thiết bị công nghệ tăng trên cơ sở duy trì các thông số tối ưu của công nghệ. Chất lượng sản phẩm cao, ổn định và giá thành hạ. Giảm tổn thất, chi phí nguyên vật liệu cũng như nhiên liệu trong sản xuất. Giảm kích thước nhà xưởng, tiết kiệm mặt bằng. Nâng cao năng suất lao động và tăng cường độ của quá trình. Cho phép ứng dụng các công nghệ tiên tiến có độ phức tạp cao, không thể tiến hành được trong điều kiện điều khiển thủ công. Giảm sự mài mòn thiết bị và kéo dài khoảng thời gian giữa các đợt sửa chữa, qua đó tăng độ đồng đều trong chế độ làm việc của thiết bị. Nâng cao độ tin cậy của quá trình, hạn chế các sự cố trong sản xuất. Cải thiện điều kiện lao động cho các nhân viên sản xuất, đặc biệt quan trọng ở những công đoạn độc hại, có ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động.Trong bài tiểu luận này em xin trình bày về “Tự động hóa quá trình sản xuất axit axetic bằng phương pháp oxi hóa axetaldehyt”.Axit axetic là một hợp chất hữu cơ quan trọng liên quan đến nhiều ngành công nghiệp như: sử dụng trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất bánh kẹo, gia vị và rượu; sử dụng trong công nghiệp sản xuất sơn, sản xuất nhựa, ngoài ra nó còn làm dung môi cho nhiều quá trình khác. Do có tầm quan trọng như vậy nên nhu cầu sử dụng axit axetic là rất lớn, đòi hỏi ngành sản xuất axit axetic phải có bước phát triển phù hợp với nhu cầu đó. Trong công nghiệp, axit axetic được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp oxy hóa axetaldehyt trong pha lỏng với tác nhân oxy hóa là oxy hoặc không khí. Đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm cho hiệu suất rất cao thường đạt 95 ÷ 98%, nó đóng góp rất nhiều vào nhu cầu sử dụng axit axetic của con người.

LỜI MỞ ĐẦU Tự động hóa các quá trình công nghệ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Việc ứng dụng rộng rãi Tự động hóa vào các quá trình công nghệ hóa, thực phẩm đang là một trong các yếu tố then chốt để thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật của ngành hóa chất và thực phẩm Tự động hóa chính là sự ứng dụng các dụng cụ, các thiết bị và các máy điều khiển Những phương tiện kỹ thuật này cho phép thực hiện các quá trình công nghệ theo một chương trình đã được tạo dựng, phù hợp với những tiêu chuẩn (các điều kiện) cho trước, mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người Những hiệu quả mà Tự động hóa mang lại cho sự phát triển của kinh tế xã hội là vô cùng quan trọng, đó là: * Năng suất thiết bị công nghệ tăng trên cơ sở duy trì các thông số tối ưu của công nghệ * Chất lượng sản phẩm cao, ổn định và giá thành hạ * Giảm tổn thất, chi phí nguyên vật liệu cũng như nhiên liệu trong sản xuất * Giảm kích thước nhà xưởng, tiết kiệm mặt bằng * Nâng cao năng suất lao động và tăng cường độ của quá trình * Cho phép ứng dụng các công nghệ tiên tiến có độ phức tạp cao, không thể tiến hành được trong điều kiện điều khiển thủ công * Giảm sự mài mòn thiết bị và kéo dài khoảng thời gian giữa các đợt sửa chữa, qua đó tăng độ đồng đều trong chế độ làm việc của thiết bị * Nâng cao độ tin cậy của quá trình, hạn chế các sự cố trong sản xuất * Cải thiện điều kiện lao động cho các nhân viên sản xuất, đặc biệt quan trọng ở những công đoạn độc hại, có ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động Trong bài tiểu luận này em xin trình bày về “Tự động hóa quá trình sản xuất axit axetic bằng phương pháp oxi hóa axetaldehyt” Axit axetic là một hợp chất hữu cơ quan trọng liên quan đến nhiều ngành công nghiệp như: sử dụng trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất bánh kẹo, gia vị và rượu; sử dụng trong công nghiệp sản xuất sơn, sản xuất nhựa, ngoài ra nó còn làm dung môi cho nhiều quá trình khác Do có tầm quan trọng như 1 vậy nên nhu cầu sử dụng axit axetic là rất lớn, đòi hỏi ngành sản xuất axit axetic phải có bước phát triển phù hợp với nhu cầu đó Trong công nghiệp, axit axetic được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp oxy hóa axetaldehyt trong pha lỏng với tác nhân oxy hóa là oxy hoặc không khí Đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm cho hiệu suất rất cao thường đạt 95 ÷ 98%, nó đóng góp rất nhiều vào nhu cầu sử dụng axit axetic của con người 2 PHẦN I MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT AXETIC I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ AXETALDEHYT SẢN XUẤT AXIT AXETIC TRÌNH OXY HÓA I.1.1 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình I.1.1.1 Axit axetic (CH3COOH) Axit axetic là một axit hữu cơ yếu, nó là một chất lỏng không màu, có mùi hăng, có tính ăn mòn và là chất nguy hiểm đối với da Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,6oC, nhiệt độ sôi tại 101,3 kPa là 117,9 oC và có khối lượng riêng 1,105 g/cm3 Axit axetic được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dệt, đồng thời là sản phẩm trung gian rất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Trong các dẫn xuất của axit axetic thì vinyl axetat và anhydric axetic có ứng dụng rộng rãi nhất Vinyl axetat được sử dụng trong quá trình sản xuất sơn, chất kết dính, giấy bọc và trong công nghiệp dệt Anhydric axetic được sử dụng để sản xuất sợi bong, đầu lọc thuốc lá, nhựa xenlulo và xử lý sợi Ngoài ra, axit axetic còn dùng làm dung môi cho nhiều quá trình khác I.1.1.2.Axetaldehyt (CH3CHO) Axetaldehyt là một chất lỏng không màu, có mùi cay gây ngạt thở, hăng và khi pha loãng có mùi trái cây nhẹ; có nhiệt độ sôi tại 101,3 kPa là 20,16 oC Axetaldehyt tan hoàn toàn trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ, là hợp chất có khả năng phản ứng hóa học rất cao Axetaldehyt dễ bị biến đổi thành paraldehyt và andehyt crotonic, ngay cả khi bảo quản thì một lượng nhỏ axetaldehyt cũng bị biến đổi Vì vậy mà làm cho sản phẩm của quá trình không tinh khiết, có lẫn nhiều tạp chất, gây khó khăn cho quá trình tình chế và làm sạch sản phẩm, hiệu quả không cao Cùng một điều kiện oxy hóa và xúc tác, axetaldehyt có thể bị biến đổi thành nhiều sản phẩm khác nhau: 3 CH3CHO + 0,5O2 → CH3COOH 2CH3CHO + 1,5O2 → CH3COOCH3 + H2O + CO2 3CH3CHO + O2 → CH3CH(OCOCH3)2 + H2O 3CH3CHO + 3O2 → HCOOH + 2CH3COOH + H2O + CO2 3CH3CHO + 5O2 → 4CO2 + 4H2O Để khắc phục hiện tượng này, ngoài việc khống chế nghiêm ngặt chế độ oxy hóa và sử dụng loại xúc tác thích hợp ta còn phải sử dụng axetaldehyt có hàm lượng trên 99% khối lương, không quá 1% khối lượng paraldehyt và andehyt crotonic Khoảng 95% axetaldehyt được dùng làm sản phẩm trung gian trong các nhà máy chế biến hóa học, nhưng chủ yếu là để sản xuất axit axetic I.1.1.3 Xúc tác Xúc tác sử dụng cho quá trình oxy hóa axetaldehyt có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng và hướng phản ứng theo chiều tạo sản phẩm chính và đảm bảo sự chảy qua của tất cả các giai đoạn với vận tốc như nhau Mặt khác, xúc tác còn có một vai trò quan trọng trong quá trình oxy hóa aldehyt, đó là chúng phân hủy các peroxyt và giảm tối thiểu nguy cơ nổ Hiện nay, người ta thường dùng xúc tác axetat mangan Ngoài ra, có thể sử dụng xúc tác axetat coban hoặc axetat đồng, tuy nhiên nếu sử dụng hai loại xúc tác này thì sản phẩm axit axetic thu được sẽ có lẫn cả anhydric axetic Hàm lượng xúc tác có mặt trong khối lượng có ảnh hưởng tới vận tốc oxy hóa Khi tăng nồng độ xúc tác thì tốc độ phản ứng không tăng hoặc tăng rất chậm Giới hạn lượng xúc tác dùng trong sản xuất axit axetic là 0,05 ÷ 0,1% trọng lượng I.1.1.4 Tác nhân oxy hóa Trong công nghiệp sản xuất axit axetic người ta thường sử dụng tác nhân oxy hóa là oxy phân tử Đây là loại tác nhân oxy hóa phổ biến nhất dùng cho phần lớn các quá trình oxy hóa Tác nhân này có thể sử dụng dưới dạng không khí, oxy kỹ thuật hoặc hỗn hợp oxy – nitơ Quá trình sử dụng tác nhân oxy không khí thường xảy ra với tốc độ chậm nhưng có thể cải thiện được nhờ tăng nhiệt độ, áp suất Dạng oxy kỹ thuật thường được sử dụng trong 4 trường hợp oxy hóa pha khí, và sự có mặt của nitơ gây cản trở quá trình tách sản phẩm Cả oxy không khí và oxy kỹ thuật đều tạo hỗn hợp nổ với các hợp chất hữu cơ, mà áp suất càng tăng thì càng tăng giới hạn cháy nổ Do đó cần nghiên cứu cẩn thận tới giới hạn này trước khi sử dụng Oxy hóa bằng khí oxy thường được tiến hành trong dung dịch nước (nếu có thể), vì trong dung môi này tránh được cháy nổ Chỉ những nơi phản ứng kém mãnh liệt thì có thể tiến hành trong dung môi hữu cơ I.1.2 Nguyên tắc của quá trình Phản ứng oxi hóa axetaldehyt là phản ứng tỏa nhiệt: CH3CHO + 1/2 O2 → CH3COOH ∆H0298 = -265 kJ/mol Ban đầu, axetaldehyt tác dụng với oxy sinh ra sản phẩm trung gian là axit peraxetic: CH3CHO + 1/2 O2 → CH3COOOH Sau đó, axit peraxetic phản ứng với axetaldehyt để cho axit axetic: CH3COOOH + CH3CHO → 2 CH3COOH Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng, có mặt axetat mangan làm xúc tác và xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc Quá trình tạo axit peraxetic không cần đến xúc tác, chỉ quá trình chuyển hóa tiếp theo mới cần thiết có xúc tác Khi phản ứng tạo axit axetic bắt đầu thì màu của dung dịch phản ứng thấy bất chợt xuất hiện màu nâu do mangan(II) axetat bị oxy hóa thành mangan(III) axetat Sự phân hủy axit peraxetic chỉ được bắt đầu khi có mặt của mangan(III) axetat Do đó có thể nhận biết được lúc bắt đầu của chu kỳ phản ứng Chu kỳ này dài hay ngắn phụ thuộc vào lượng xúc tác đem sử dụng, dùng càng nhiều xúc tác thì chu kỳ này càng dài Chu kỳ khởi động này rất quan trọng vì nó liên quan đến độ nguy hiểm của phản ứng, do khi axit peraxetic tích tụ lại sẽ gây nổ Các sản phẩm phụ chủ yếu của quá trình là formaldehyt, axit formic, metyl axetat, etyl axetat, axeton, CO2,… 5 I.1.3 Kỹ thuật an toàn cho quá trình phản ứng oxi hóa I.1.3.1 Thiết bị phản ứng Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng và điều kiện tiến hành phản ứng mà trong công nghiệp sử dụng các loại thiết bị phản ứng khác nhau Trước kia để oxy hóa axetaldehyt người ta đã sử dụng các thiết bị làm việc gián đoạn, tách nhiệt phản ứng bằng các ống làm lạnh hay ống xoắn ruột gà Ngày nay để phục vụ cho sản xuất lớn người ta đã chế tạo những thiết bị hoàn hảo hơn, đó là các thiết bị cột tháp làm việc liên tục Tháp này được chia thành 4 đến 5 đoạn, trong mỗi đoạn được trang bị hệ thống ruột gà Quá trình oxy hóa thường tạo ra chất trung gian peroxit nên không được dùng các vật liệu chứa kim loại thay đổi hóa trị để chế tạo thiết bị, vật liệu tốt nhất nên dùng là hợp kim nhôm Phản ứng oxy hóa là loại phản ứng tỏa nhiệt mạnh, do đó lúc thiết kế cần lưu ý đến vấn đề làm lạnh và gia nhiệt hiệu quả để tránh oxy hóa quá sâu Thường để giải quyết vấn đề này người ta không chế tạo thiết bị có thể tích quá lớn mà tạo hệ thống nhiều thiết bị nhỏ để tiện lợi cho quá trình gia nhiệt I.1.3.2 Quá trình phản ứng Trong quá trình phản ứng oxy hóa chúng ta cần phải chú ý đến các vấn đề về an toàn như sau: * Phản ứng oxy hóa thường là phản ứng toả nhiệt mạnh, do đó vấn đề đưa hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ khởi động phản ứng là rất quan trọng * Tỷ lệ tạo thành hỗn hợp nổ của axetaldehyt và oxy ở những nhiệt độ tương ứng cần phải được khảo sát * Khống chế các sản phẩm trung gian peroxit tạo ra, việc phá hủy nó là do sự có mặt của chất xúc tác nhằm không dẫn đến nồng độ quá lớn của peroxit tạo ra nổ nguy hiểm * Đối với tác nhân oxy hóa là hóa chất thì vấn đề bảo quản để tránh cháy nổ cũng là vấn đề cần phải được chú ý Các chất peroxit khi cọ xát va đập hoặc tiếp xúc với các hợp chất kim loại có hóa trị thay đổi rất dễ gây ra nổ Do vậy, cần chú ý đến vấn đề này khi thao tác cũng như chọn vật liệu của thiết bị 6 * Trong quá trình thao tác và tinh chế sản phẩm mà trong đó có thể tạo ra peroxit thì không được cô đến khô hoặc cất quá kiệt để tránh nổ nguy hiểm do peroxit gây ra I.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Sơ đồ công nghệ sản xuất liên tục axit axetic được mô tả ở hình 1 Hình 1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất axit axetic bằng phương pháp oxy hóa axetaldehyt trong pha lỏng 7 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Đầu tiên, nạp dung dịch xúc tác vào cột tháp, dung dịch xúc tác được chuẩn bị bằng cách hòa tan mangan(II) axetat trong axit axetic (mangan axetat chiếm 0,1% khối lượng) Sau đó dẫn hơi qua hệ thống ruột gà gia nhiệt cột phản ứng (axit axetic + xúc tác) lên 40 oC và bắt đầu dẫn axetaldehyt và oxy kỹ thuật hoặc không khí vào Không khí được đưa vào dọc thân tháp ở 5 vị trí khác nhau nhờ các ống phân phối đặc biệt Cột tháp được nạp chất lỏng đến gần phần mở rộng Chất lỏng càng chuyển động lên cao thì nồng độ axit axetic càng tăng và nồng độ axetaldehyt càng giảm Việc cho axetaldehyt và không khí lúc đầu chỉ cho thật từ từ và thận trọng (chu kỳ khởi động) Phản ứng xảy ra được tín hiệu bằng nhiệt độ phản ứng tăng lên Việc cho không khí lúc khởi đầu chỉ tiến hành ở đoạn cuối của tháp phản ứng, nếu phản ứng có tín hiệu bắt đầu bằng việc tăng nhiệt độ thì mới tiếp tục cho không khí vào các đoạn tiếp theo của tháp, và tốc độ cho khí và axetaldehyt cũng được tăng lên Nhiệt độ trong tháp phản ứng là 50 – 65oC, áp suất duy trì là 2 bar với tác nhân là oxy, còn nếu dùng không khí thì có thể duy trì áp suất 7 – 10 bar Điều chỉnh chính xác nhiệt độ trong tháp phản ứng có một ý nghĩa quan trọng bởi vì khi nhiệt độ nhỏ hơn 50 – 65oC sẽ tích tụ peroxit, còn ở nhiệt độ cao hơn sẽ tăng cường phản ứng phụ, đặc biệt là phản ứng oxy hóa hoàn toàn axetaldehyt Để pha loãng hỗn hợp hơi gây nổ người ta cho Nitơ liên tục vào phần trên của cột tháp Sản phẩm axit axetic lỏng được lấy ra liên tục tại phần mở rộng của tháp phản ứng, được đưa qua thiết bị làm lạnh rồi đưa về bể chứa Axit axetic thu được ở bể chứa là axit axetic thô, có nồng độ 96% Việc tinh chế và làm đậm đặc được thực hiện bằng quá trình chưng cất Khí thoát ra ở đỉnh tháp phản ứng có mang theo một lượng nhỏ sản phẩm và tác nhân phản ứng nên được dẫn qua tháp rửa, rửa bằng nước để thu hồi axit axetic và axetaldehyt, còn khí có thành phần chủ yếu là N 2 (50%) và CO2 (40%) và một lượng nhỏ O2 (1 – 10% ) được thải trực tiếp vào khí quyển 8 PHẦN II PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ VỚI TƯ CÁCH LÀ ĐỐI TƯỢNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH II.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động ĐT: Đối tượng tự động hóa; CB: Cảm biến; SS: So sánh; BĐ: Bộ đặt; N: Nguồn; BĐK: Bộ điều khiển; CCCH: Cơ cấu chấp hành; X: Tác động điều chỉnh; Y: Thông số điều chỉnh; Z: Các thông số nhiễu; YPV: Giá trị thực tế của thông số Y; Y SV: Giá trị đặt của thông số Y Dưới tác động của nhiễu Z hoặc tác động đầu vào X thay đổi, làm cho thông số công nghệ Y thay đổi, hay giá trị đo được Y PV thay đổi, dẫn đến giá trị sai lệch ε (|ε| = YPV – YSV) thay đổi, kéo theo giá trị tác động điều chỉnh µ thay đổi, và do đó thiết bị chấp hành sẽ đưa ra tác động điều chỉnh yếu tố đầu vào để bù vào sai lệch làm cho thông số công nghệ Y trở lại bình thường Trong sơ đồ công nghệ sản xuất axit axetic đã nêu ở phần I thì đối tượng điều chỉnh tự động cần quan tâm và khảo sát là tháp phản ứng oxy hóa Các tác động điều chỉnh của tháp phản ứng oxy hóa thường được dùng là lưu lượng nguyên liệu, lượng chất làm lạnh, và lượng khí nitơ cho vào đỉnh tháp Các thông số nhiễu chủ yếu là chất lượng nguyên liệu và xúc tác, sự cố đường ống dẫn liệu, sự cố ở thiết bị làm lạnh,… Các thông số điều chỉnh có thể chọn là nhiệt độ ở mỗi đoạn tháp phản ứng, áp suất trong thiết bị phản ứng, tỷ lệ lưu lượng nguyên liệu và hàm lượng oxy trong khí thải 9 Trong quá trình điều chỉnh vừa phải đảm bảo các thông số kỹ thuật của phản ứng (nhiệt độ, áp suất) để thu được sản phẩm mong muốn, đạt yêu cầu về chất lượng, đồng thời phải đảm bảo tính an toàn cho quá trình sản xuất II.2 Phân tích mối quan hệ tương quan giữa các thông số điều chỉnh với các tác động điều chỉnh để đưa ra tác động điều chỉnh phù hợp II.2.1 Nhiệt độ Đặc điểm của phản ứng oxy hóa là tỏa nhiệt mạnh, do đó khi phản ứng xảy ra sẽ làm cho nhiệt độ trong tháp phản ứng tăng lên liên tục Nếu không có biện pháp khống chế nhiệt độ trong tháp sẽ gây ra hiện tượng quá nhiệt, không tạo được sản phẩm mong muốn mà thậm chí còn gây nổ nguy hiểm Do vậy, tất cả các đoạn tháp phản ứng phải có nhiệt kế để đo nhiệt độ, và tốt nhất là dùng loại ghi tự động có cảnh báo để theo dõi liên tục và có tác động điều chỉnh phù hợp Cụ thể 5 đoạn dưới của tháp phản ứng đã được trang bị ruột gà để có thể làm nóng, làm lạnh liên tục và độc lập, giúp cho việc duy trì ổn định nhiệt độ làm việc trong tháp Nhiệt độ duy trì trong tháp phản ứng là 50 ÷ 65 oC, như vậy miền giá trị đặt (Ysv) để so sánh là 50 ÷ 65oC Nếu giá trị thực đo được (Ypv) nhỏ hơn 50oC thì sẽ đưa ra tác động điều chỉnh là gia nhiệt bằng cách mở van nước nóng vào hệ thống ruột gà Ngược lại, nếu nhiệt độ đo được lớn hơn 65 oC thì phải đưa ra tác động điều chỉnh là mở van dẫn nước lạnh vào hệ thống ruột gà để giảm nhiệt độ trong đoạn tháp đó II.2.2 Áp suất Đặc điểm của công nghệ này là phải duy trì hệ ở áp suất thấp để giữ axetaldehyt ở thể lỏng (vì nhiệt độ sôi của axetaldehyt rất thấp: 20,8 oC) Với tác nhân oxy hóa là không khí thì áp suất nên duy trì trong khoảng 7 - 10 bar Khi áp suất trong tháp tăng lên là dấu hiệu của lượng oxy (không khí) cấp vào thừa không phản ứng hết Nếu không có biện pháp điều chỉnh để giảm áp suất kịp thời có thể sẽ gây nổ thiết bị Do đó, yêu cầu công nghệ đặt ra là phải lắp thiết bị đo áp suất để theo dõi áp suất của hệ thống, nếu áp suất tăng quá ngưỡng cho phép phải có tác động điều chỉnh kịp thời bằng cách: giảm lượng không khí cấp vào, hoặc mở van tăng lượng khí thoát ra ở đỉnh tháp 10 II.2.3 Tính an toàn của quá trình Do Axetaldehyt có khả năng tạo với oxy (không khí) hỗn hợp nổ nguy hiểm nên trong quá trình sản xuất phải tuyệt đối tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn: * Đảm bảo tỉ lệ nguyên liệu phù hợp: lượng axetaldehyt và không khí cho vào phản ứng phải được đo lường một cách chính xác (điều chỉnh theo một tỷ lệ cho trước) để tránh giới hạn nổ * Cần phải dùng máy tự động phân tích khí để kiểm tra hàm lượng oxy trong khí thải ra ở đỉnh tháp nhằm tránh hiện tượng oxy được cấp vào quá nhiều, không phản ứng hết sẽ tích tụ và đạt đến giới hạn nổ gây nguy hiểm Nếu khí thoát ra có hàm lượng oxy lớn hơn 3% thì để tránh đạt giới hạn nổ nguy hiểm cần phải có giải pháp tác động sau:  Mở van dẫn một lượng nhỏ khí nitơ vào đỉnh tháp phản ứng để pha loãng nồng độ oxy  Điều chỉnh van cấp liệu để giảm bớt lượng oxy vào tháp * Ngoài ra một đại lượng cũng cần được quan tâm điều chỉnh là hàm lượng xúc tác Vì sự phân hủy axit peraxetic chỉ bắt đầu khi có mặt của mangan(III) axetat (xúc tác mangan(II) axetat bị oxy hóa thành mangan(III) axetat- có màu nâu) Do đó có thể nhận biết được lúc bắt đầu của chu kỳ phản ứng Chu kỳ này dài hay ngắn phụ thuộc vào lượng xúc tác đem sử dụng Dùng càng nhiều xúc tác thì chu kỳ đó càng dài Chu kỳ khởi động là rất quan trọng vì nó liên quan đến độ nguy hiểm của phản ứng, vì axit peraxetic tích tụ lại trong thiết bị sẽ gây nổ nguy hiểm Vì vậy, lượng xúc tác mangan axetat dùng trong sản xuất axit axetic được khống chế khoảng 0.05 ÷ 0,1% 11 PHẦN III THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT AXETIC III.1 Đo và điều khiển nhiệt độ Hình 2 Sơ đồ chức năng đo và điều khiển tự động nhiệt độ ở các đoạn tháp 12 Mỗi đoạn tháp đều được lắp đặt tại chỗ một khí cụ đo nhiệt độ, điểm đo trong thiết bị, truyền xa tín hiệu Tín hiệu này được truyền đến một khí cụ khác lắp đặt tại tủ điều khiển để thuận lợi cho người thao tác điều khiển quá trình công nghệ Khí cụ này sẽ chỉ thị và đưa ra tác động điều chỉnh lên hệ thống van dẫn chất làm nóng hoặc làm lạnh vào thiết bị ống xoắn ruột gà, để đảm bảo nhiệt độ trong đoạn tháp nằm trong khoảng nhiệt độ cho phép (giá trị đặt trước) Nếu giá trị đo được lớn hơn giá trị đặt (ε > 0), tức là nhiệt độ trong tháp cao hơn nhiệt độ cho phép thì sẽ điều chỉnh độ mở của van dẫn chất làm lạnh, đồng thời đóng van dẫn dung dịch làm nóng vào ống xoắn ruột gà để giảm nhiệt độ cho thiết bị phản ứng Ngược lại nếu nhiệt độ đo được nhỏ hơn giá trị đặt (ε < 0) thì đóng van dẫn chất làm lạnh, và đồng thời điều chỉnh độ mở van dẫn dung dịch làm nóng vào thiết bị ống xoắn ruột gà, để gia nhiệt cho phản ứng Nếu ε = 0 thì đóng cả hai van Khi nhiệt độ đo được, nằm ngoài khoảng giá trị đặt thì bên cạnh việc đưa ra tác động điều chỉnh, còn đưa ra cảnh báo để gây sự chú ý cho người vận hành 13 III.2 Đo, điều khiển áp suất và nồng độ oxy Hình 3 Sơ đồ chức năng đo và điều khiển tự động áp suất và nồng độ oxy trên đỉnh tháp Trên đường khí thải ra ở đỉnh tháp phản ứng lắp đặt tại chỗ thiết bị đo hàm lượng khí oxy, đưa tác động bật, tắt van và cảnh báo.Nếu hàm lượng oxy lớn hơn 3% thì sẽ đưa ra tác động điều chỉnh mở van dẫn khí nitơ vào đỉnh tháp để pha loãng nồng độ oxy trong đỉnh tháp, tránh nổ thiết bị gây nguy hiểm Để điều chỉnh áp suất trong tháp cũng người ta lắp thiết bị đo, điều chỉnh và cảnh báo khi vượt quá giới hạn cho phép Tác động điều chỉnh vào van trên đường ống dẫn khí thải trên đỉnh tháp 14 III.3 Đo, điều chỉnh lưu lượng và tỷ lệ nguyên liệu Hình4 Sơ đồ chức năng đo và điều khiển tự động sự nạp liệu cho phản ứng Dung dịch xúc tác (axetat mangan hòa tan trong axit axetic) được cho vào đầy tháp phản ứng và điều chỉnh bằng cách dùng khí cụ tính tổng định lượng Khi lượng bằng giá trị đặt thì khí cụ đo sẽ đóng van này lại Lưu lượng axetaldehyt được điều chỉnh theo lưu lượng không khí Cả hai lưu lượng đều được ghi và tỷ lệ tương quan giữa chúng (K) đã được đặt sẵn Khi lưu lượng không khí thay đổi thì K thay đổi nên thiết bị chấp hành sẽ điều chỉnh độ mở của van trên đường ống dẫn axetaldehyt để có tỷ lệ nguyên liệu phản ứng phù hợp 15 KẾT LUẬN Qua quá trình học tập và làm tiểu luận môn học Điều khiển các quá trình công nghệ hóa học, em đã được trang bị thêm nhiều hiểu biết về tự động hóa cũng như tầm quan trọng của việc ứng dụng nó trong các ngành công nghiệp nói chung và trong ngành công nghệ hóa học nói riêng TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 17 ... III THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT AXETIC III.1 Đo điều khiển nhiệt độ Hình Sơ đồ chức đo điều khiển tự động nhiệt độ đoạn tháp 12 Mỗi đoạn... nhu cầu sử dụng axit axetic lớn, địi hỏi ngành sản xuất axit axetic phải có bước phát triển phù hợp với nhu cầu Trong công nghiệp, axit axetic sản xuất chủ yếu phương pháp oxy hóa axetaldehyt pha... peroxit khơng đến khơ cất kiệt để tránh nổ nguy hiểm peroxit gây I.2 SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ Sơ đồ cơng nghệ sản xuất liên tục axit axetic mô tả hình Hình Sơ đồ ngun lý cơng nghệ sản xuất axit axetic phương