LỜI NÓI ĐẦU3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT4I. GIỚI THIỆU VỀ MTBE 41. Tính chất của MTBE 41.1. Tính chất lí học 41.2. Tính chất hoá học 52. Ứng dụng của MTBE 62.1. Ứng dụng làm phụ gia cao octan trong xăng nhiên liệu 62.2. Những ứng dụng khác 63. Những ưu, nhược điểm của MTBE khi sử dụng 74. Nhu cầu và sản lượng mtbe trên thế giới những năm gần đây 75. Các phương pháp tổng hợp MTBE 95.1. Cơ sở hoá học của quá trình sản xuất MTBE 95.2. Động học và cơ chế của phản ứng tổng hợp MTBE 96. Giới thiệu các loại xúc tác trong quá trình tổng hợp MTBE126.1. Xúc tác nhựa trao đổi ion126.2. Xúc tác mới cho quá trình tổng hợp MTBE137. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp MTBE147.1. Nhiệt độ phản ứng147.2. Tỷ lệ nguyên liệu metanolisobutylen147.3. Áp suất147.4. Nồng độ sản phẩm MTBE157.5. Sự có mặt của nước157.6. Thiết bị phản ứng15II. NGUYÊN LIỆU161. Metanol161.1. Tính chất vật lí161.2. Tính chất hoá học181.3. Sản xuất và ứng dụng182. Isobutylen192.1. Tính chất vật lí192.2. Tính chất hoá học202.3. Sản xuất và ứng dụngcủa isobutylen20II. GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE221.C«ng nghÖ tæng hîp MTBE sö dông nguyªn liÖu lµ hçn hîp khÝ C4 Raffinat1 tõ qu¸ tr×nh cracking h¬i níc vµ hçn hîp FCCBB tõ qu¸ tr×nh cracking xóc t¸c.221.2. C«ng nghÖ cña h•ng Phillips231.3.C«ng nghÖ cña h•ng Snamprogetti242. C«ng nghÖ tæng hîp MTBE sö dông nguyªn liÖu lµ khÝ nbutan tõ má khÝ tù nhiªn262.1. C«ng nghÖ isome hãa nbutan thµnh isobutan262.2. C«ng nghÖ dehydro hãa ibutan thµnh isobuten282.3. C«ng nghÖ ete hãa313. C«ng nghÖ tæng hîp MTBE sö dông nguyªn liÖu lµ TBA ®ång s¶n phÈm trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt propylen oxit31III. ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ321. So sánh các công nghệ322. So sánh lựa chọn thiết bị chính cho quá trình sản xuất MTBE333. Thuyết minh sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE34CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ35I.TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT351. Tính toán cân bằng vật chất chung :362. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng tổng hợp MTBE433. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chưng tách MTBE44II. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG461. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào.462. Nhiệt lượng do nước làm lạnh mang vào:3483. Nhiệt lượng do các phản ứng hoá học toả ra:484. Nhiệt lượng do dòng sản phẩm mang ra:485. Dòng nhiệt do chất tải nhiệt mang ra:50CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH BẰNG HYSYS511.CƠ SỞ MÔ PHỎNG511.1.Điều kiện nguyên liệu và sản phẩm511.2.Hệ nhiệt động511.3.Các phản ứng chính trong dây chuyền512.THIẾT LẬP LƯU TRÌNH PFD522.1. Thiết lập các dòng vật chất532.2. Điều kiện công nghệ của một số thiết bị chính trong dây chuyền533.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG593.1.Cân bằng vật chất593.2.Cân bằng nhiệt lượng593.3. Kết quả tính toán mô phỏng cho từng dòng60
ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V MC LC I GII THIU V MTBE Tớnh cht ca MTBE 1.1 Tớnh cht lớ hc 1.2 Tớnh cht hoỏ hc 7 8 ng dng ca MTBE 2.1 ng dng lm ph gia cao octan xng nhiờn liu 2.2 Nhng ng dng khỏc Nhng u, nhc im ca MTBE s dng 10 Nhu cu v sn lng mtbe trờn th gii nhng nm gn õy 10 Cỏc phng phỏp tng hp MTBE 12 5.1 C s hoỏ hc ca quỏ trỡnh sn xut MTBE 12 5.2 ng hc v c ch ca phn ng tng hp MTBE 12 Gii thiu cỏc loi xỳc tỏc quỏ trỡnh tng hp MTBE 15 6.1 Xỳc tỏc nha trao i ion 15 6.2 Xỳc tỏc mi cho quỏ trỡnh tng hp MTBE 16 Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh tng hp MTBE 17 7.1 Nhit phn ng 17 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 7.2 T l nguyờn liu metanol/isobutylen 17 7.3 p sut 17 7.4 Nng sn phm MTBE 18 7.5 S cú mt ca nc 18 7.6 Thit b phn ng 18 II NGUYấN LIU Metanol 19 19 1.1 Tớnh cht vt lớ 19 1.2 Tớnh cht hoỏ hc 20 1.3 Sn xut v ng dng 20 Isobutylen 22 2.1 Tớnh cht vt lớ 22 2.2 Tớnh cht hoỏ hc 23 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 2.3 Sn xut v ng dngca isobutylen 23 II GII THIU CC CễNG NGH SN XUT MTBE 24 Hình 14: Công nghệ tổng hợp MTBE hãng Texaco 36 III NH GI V LA CHN CễNG NGH 37 So sỏnh cỏc cụng ngh 37 So sỏnh la chn thit b chớnh cho quỏ trỡnh sn xut MTBE 38 Thuyt minh s cụng ngh sn xut MTBE 39 Hn hp isobutylen t b cha (23) c nộn v trn cựng vi nguyờn liu Metanol theo t l 1:1,1 v s mol ri c a qua thit b gia nhit Hn hp nguyờn liu i thit b gia nhit cú nhit xp x 600C ri i vo thit b tng hp MTBE thit b on nhit loi ng chựm (26) Ti õy khong 80% iso butylen tham gia phn ng tng hp MTBE Hn hp sn phm thit b phn ng ny cú nhit t xp x 800C c a sang thỏp phn ng chng tỏch sn phm MTBE (27) Ti thỏp chng tỏch sn phm (27) MTBE cú nhit sụi cao hn c ly ỏy thỏp , mt phn MTBE c gia nhit n nhit sụi ri quay tr li thit b chng tỏch (27) Phn cũn li c lm lnh n nhit mụi trng ri c a v b cha sn phm MTBE (28) Ti thỏp chng tỏch (27) cng din phn ng tng hp MTBE i vi phn nguyờn liu cha phn ng ht thỏp phn ng (26) Hn hp khớ cú nhit sụi thp c tỏch nh thỏp chng tỏch (27) bao gm : Metanol , hn hp khớ C4 c i qua thit b ngng t lm lnh , mt phn c quay tr li thỏp chng tỏch (27) , phn cũn li c a sang thỏp hp th Metanol (29) Ti thỏp hp th Metanol (29) , Metanol c hp th v gi li thỏp , cũn hn hp khớ nh C4 i thỏp nh thỏp v c quay tr li b cha nguyờn liu isobutan ban u Phn Metanol b hp th i ỏy thỏp ri c gia nhit n nhit sụi ri c a vo thỏp tỏch Metanol (30) Ti thỏp tỏch (30) Metanol c i nh thỏp cú nhit sụi thp hn nc v c i qua thit b ngng t lm lnh mt phn Metanol SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V c a quay tr li thỏp tỏch Phn cũn li c a v b cha Metanol (24) 39 CHNG II: 40 TNH TON CễNG NGH 40 I.TNH TON CN BNG VT CHT 40 Hn hp ny l dũng nguyờn liu i vo thit b tng hp MTBE 45 Tớnh cõn bng vt cht cho thit b phn ng tng hp MTBE th nht 47 Tờn cht 49 50 Tớnh cõn bng vt cht cho thit b phn ng chng tỏch MTBE : 50 Tờn cht 51 II TNH CN BNG NHIT LNG 52 Nhit lng nguyờn liu mang vo 52 Nhit lng nc lm lnh mang vo:[3] 54 Nhit lng dũng sn phm mang ra: 54 Dũng nhit cht ti nhit mang ra: 55 TI LIU THAM KHO .69 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V LI NểI U Ngy nay, cựng vi s tin b ca khoa hc k thut, phỏt trin xó hi, cỏc yờu v mụi trng i vi nhiờn liu xng du cng tr nờn kht khe v cao hn i vi xng chng ct, chỳng cú ch s octan thp, cha ỏp ng c ch tiờu k thut ca xng thng phm Chớnh vỡ vy, ci thin cht c xng ngi ta cn pha trn thờm cỏc ph gia V qua cỏc quỏ trỡnh nghiờn cu ci tin v ph gia xng, cỏc nh sn xut ó tỡm cỏc loi ph gia nh MTBE, TBA, Etanol, Metanolni bt ú l MTBE (vit tt ca metyl tert butyl ete) MTBE cú nhiu u im hn so vi ph gia Pb trc ú ch MTBE va cú tỏc dng nõng cao tr s ON ca xng va lm tng kh nng chỏy hon ton ca nhiờn liu, ú gim khớ thi gõy ụ nhim( khớ CO ), khụng lm tng ỏp sut hi bóo ho ca nhiờn liu, n nh tt cú tớnh tng thớch pha trn vi nhiờn liu, tan tt nhiờn liu Nhu cu tiờu th MTBE ang tng nhanh, MTBE l mt nhng hoỏ cht tng trng mnh nht trờn th gii vi tc tng trng trung bỡnh 20% mi nm (1989-1994) Theo nh thng kờ nm 2010 nhu cu v MTBE trờn ton th gii lờn ti 29000 tn/nm MTBE c tng hp t TBA (tert butyl alcohol.) hoc tng hp t isobutylen vi metanol ( õy l hai phng phỏp chớnh cụng nghip) Cú nhiu cụng ngh sn xut MTBE ca cỏc hóng khỏc trờn th gii, nh: quy trỡnh cụng ngh sn xut MTBE ca Snamprogatti (M) s dng nguyờn liu l hn hp khớ C cha isobutylen; quy trỡnh cụng ngh sn xut MTBE ca Huls ( Cng ho liờn bang c); quỏ trỡnh ca CD Tech dựng nguyờn liu C v C5 ( hn hp khớ); quỏ trỡnh ARCO vi nguyờn liu t quỏ trỡnh ehydrat hoỏ tert butyl alcohol Nhn thy tm quan trng ca MTBE v vic thit k cỏc phõn xng sn xut MTBE ngy cng tr nờn cp thit c bit l i vi cỏc nc ang phỏt trin nh nc ta, nờn em ó la chn ti Thit k phõn xng sn xut MTBE lm ỏn chuyờn ngnh c nhõn k thut Qua ú phn no cú th a cỏi nhỡn tng quan v nhng nột phõn tớch sõu hn, c th hn v ti SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V CHNG I: TNG QUAN Lí THUYT I GII THIU V MTBE Tớnh cht ca MTBE 1.1 Tớnh cht lớ hc MTBE l cht lng khụng mu, linh ng, nht thp, d chỏy, tan vụ hn cỏc dung mụi hu c v hydrocacbon Cú cụng thc cu to l: Bng Tớnh cht vt lý ca MTBE M 88.15 1t s 55.30C Sc cng b mt 20 mN/Kg. Nhit dung riờng ( 20 C) 2.18KJ/Kg. Nhit hoỏ hi 337KJ/Kg Nhit chỏy -34.88 mJ/Kg Im bc chỏy chỏy -280C Gii hn n vi khụng khớ 1.65-8.4 %V Nhit ti hn 2240C Nhit t bc chỏy 4600C nht (g/s.cm) 0,003-:- 0,004 T trng 0,74044-:- 0,7478 tan ca MTBE nc 48% Nhit kt tinh -1090C T trng bay hi tng i 3,1 p sut ti hn 3.43Mpa MTBE cú th to hn hp ng phớ vi nc hoc vi metanol Bng Cỏc hn hp ng phớ ca MTBE Hn hp ng phớ t0s, 0C MTBE - nc 52.6 MTBE Metanol 51.6 MTBE- Metanol 130 (SVTH: 1.0MPa) V ỡnh Trinh 20103391 MTBE - Metanol 175 (2.5 MPa) Hm lng MTBE, %Kl 96 86 68 54 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 1.2 Tớnh cht hoỏ hc MTBE khỏ n nh di iu kin axit yu, mụi trng kim hoc trung tớnh, mụi trng axit mnh cú cõn bng sau: CH3 H + CH3 CH3 - O - C - CH3 CH3OH + CH2 =C CH3 CH3 CH3 Tớnh cht hoỏ hc ca MTBE: Nguyờn t oxy O phõn t MTBE cú mt cp in t khụng chia v cỏc nguyờn t gc alkyl -CH3 v -C(CH3)3 cú hiu ng cm ng dng (+I) ó to cho MTBE ( ete) mang c tớnh ca mt baz Do ú MTBE tham gia cỏc phn ng hoỏ hc vi cỏc axit 1.2.1 Phn ng vi cỏc axit vụ c mnh MTBE phn ng vi cỏc axit vụ c mnh nh HCl, H 2SO4 to mui CH3OC4H9 + HCl [ CH3OC4H9]HCl 1.2.2 Phn ng vi HI MTBE phn ng vi HI , sn phm ca phn ng ph thuc vo nhit 1.2.3 Phn ng vi oxi (-) nhit thp to hp cht peroxyl khụng bn, d gõy n CH3 CH3 CH3 C O CH3 + O CH3 C CH2 CH3 CH3 O - OH (-) nhit cao phn ng chỏy: CH3 O C(CH3)3 + 15/2 O2 CO2 + H2O + Q Trong iu kin phn ng mụi trng axit, MTBE gn nh tr vi cỏc tỏc nhõn khỏc nh: buten,isobutylen,n-butan,isobutan.iu ny lm gim cỏc sn phm ph v tng chn lc Tuy vy cõn bng cú th chuyn dch sang phi to iso-butylen v metanol, dn ti lm gim chuyn hoỏ Do ú ta phi ly MTBE mụi trng phn ng liờn tc cõn bng chuyn dch sang trỏi MTBE cú y tớnh cht hoỏ hc ca mt ete thụng thng nh: phn ng vi cỏc axit vụ c mnh nh HCl, H2SO4,to mui ( hp cht oxoni) Phn ng vi HI, phn ng vi O ( nờn d gõy n) ; tham gia phn ng vi halogen hoỏ vi Cl 2, Br2 gc H- C SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V ng dng ca MTBE 2.1 ng dng lm ph gia cao octan xng nhiờn liu Hin hn 90% MTBE sn xut c lm ph gia nhm tng tr s octan ca xng MTBE cú tr s octan cao: RON : 115 - 135 MON : 90 - 120 S pha trn t hiu qu cao nht MTBE trn vi xng du parafinic v ngc la trn vi xng giu olefin thỡ ỏp xut hi bóo ho ca xng gim iu ny nh hng trc tip n kh nng pha trn Butan vo nhiờn liu ú lm gim tớnh kinh t ca nú Khi ỏp xut bóo ho gim xung thỡ kh nng pha trn Butan vo xng tng lờn, lm tng trin vng kinh t Butan l cu t d tỡm, r tin v cú tr s octan cao Ngoi mc ớch tng tr s octan cho xng Khi thờm MTBE vo xng s lm gim ỏp xut hi bóo ho ca xng ú lm gim tớnh bay hi ng thi chỏy to ớt CO gim hm lng hydrocacbon khụng chỏy ht Mc dự MTBE cú nhit chỏy thp hn mt chỳt so vi xng nhng trn khong 20%V thỡ nú khụng lm gim cụng sut ca ng c v mc tiờu hao nhiờn liu ng thi cú tỏc dng lm ng ng c d dng lỳc nhit thp v ngn cn quỏ trỡnh to mui xilanh 2.2 Nhng ng dng khỏc MTBE cng c s dng lm nguyờn liu hoc cỏc hp cht trung gian cụng nghip tng hp hu c hoỏ du: MTBE b b góy to metanol Ngoi MTBE cũn c lm nguyờn liu sn xut cỏc hp cht quan trng khỏc nh Metacrolein , axit Metacrylic , iso-pren , dựng lm dung mụi quỏ trỡnh phõn tớch v lm dung mụi trit Nhng u, nhc im ca MTBE s dng 3.1 u im : - Tr s octan cao - bay hi thp - Kh nng pha trn vi xng tt - Gim to CO v chỏy ht Hydrocabon - Tớnh kinh t khụng ph thuc vo s tr giỏ - Sn phm cú th thay th mt cht khỏc cú giỏ tr tng ng - c chp nhn trờn th trng SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 3.2 Nhc im : - Nguyờn liu isobutylen khú tỡm v t tin - c ht vi mụi trng nc Tuy vy hin gi ph gia MTBE c ỏnh giỏ l mt nhng ph gia c s dng rng nht trờn th gii thay th cho ph gia chỡ Nhu cu v sn lng mtbe trờn th gii nhng nm gn õy Nm 1987, sn lng MTBE l 1.6 triu tn, xp th 32 s cỏc sn phm hng hoỏ s dng ti M Nhu cu MTBE trờn th gii tng hng nm khong 8.1% t nm 1994 n Tuy nhiờn theo tớnh toỏn ca cỏc chuyờn gia thỡ khong t nm 2000 n nm 2010, mc tng trng hng nm ca MTBE l khong 1.7% Qua bng s liu ta thy c nhu cu v MTBE trờn th gii l ln v ti mi khu vc khỏc thỡ kh nng tiờu th MTBE l cng khỏc Nhng nm gn õy, MTBE dn c loi b v ớt s dng cỏc nc phỏt trn nh chõu u hay M Tuy nhiờn vi nhng nc ang phỏt trin cũn khỏ mi m lch s sn xut hp cht ny thỡ s tr nờn cp thit hn nhu cu MTBE tng khụng c ỏp ng kp thi nh chõu Phi v cỏc nc ụng Nam Bng 3- Nhu cu MTBE trờn th gii( n v: nghỡn tn)[8] SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 1994 1995 1996 1998 2000 Tc tng trng hng nm (%) M 7790 10921 12174 12246 12477 7.7 Canada 183 238 286 292 297 8.4 MLaTinh 538 1065 1115 1186 1262 15.3 Nht 388 427 434 444 471 3.3 Vin ụng 1312 1669 1963 2472 2472 14.9 Chõu ỳc 0 0 Trungụng 0 147 200 Chõu phi 70 70 7070 70 70 Tõy u 2259 2064 2419 2449 2478 1.6 õng u 388 505 542 594 624 8.2 Tng 13128 17003 19003 19898 20895 8.1 Bng 4: Tng giỏ tr thng mi MTBE trờn th gii ( n v: tn) [8] 1994 1995 1996 2000 M 1348 2453 310 3491 Canada 376 259 260 276 M LaTinh 113 139 639 660 Nht 15 18 25 25 Vin ụng 434 533 590 972 Chõu ỳc 0 0 Trungụng 1257 2062 2319 2986 Chõu phi 0 17 Tõy u 126 607 518 603 õng u 74 63 45 53 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 10 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V CHNG 4: TèM HIU Mễ PHNG QU TRèNH BNG HYSYS C S Mễ PHNG Do quỏ trỡnh mụ phng khỏ phc tp, nờn thc hin d dng c mụ phng em xin lý tng húa mt s iu kin 1.1 iu kin nguyờn liu v sn phm a) Nguyờn liu o Dũng olefin C4: isobuten (35% mol), 1-buten (65% mol) o Dũng metanol: 100% metanol b) Sn phm Sn phm l MTBE cú tinh khit 99,9% 1.2 H nhit ng Chn h nhit ng Wilson vỡ h nhit ng Willson phự hp cho vic tớnh toỏn i vi hn hp khụng lý tng 1.3 Cỏc phn ng chớnh dõy chuyn - Phn ng to MTBE - Phn ng dime húa isobuten to diisobuten (2,4,4-trimetyl-1-penten) - Phn ng hydrat húa isobuten thnh tert-butyl-ancol (TBA) SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 55 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V Phn ng (2) ch xy lng MeOH thiu (t l mol MeOH/Isobuten < 0.8) Trong quỏ trỡnh thit k s dng MeOH/isobuten = 1.1 nờn cú th b qua phn ng (2) Phn ng (3) to lng TBA khụng ỏng k lng nc ln dũng MeOH tun hon rt nh Mt khỏc TBA vi hm lng nh cú th c cho phộp ln sn phm MTBE Vỡ vy n gin húa quỏ trỡnh thit k b qua phn ng (3) THIT LP LU TRèNH PFD Lu trỡnh PFD ca quỏ trỡnh: SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 56 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 2.1 Thit lp cỏc dũng vt cht Trong quỏ trỡnh mụ phng cú ba dũng vt cht c thit lp ban u ú l: C4 Feed, Fresh MeOH, Fresh Water Cỏc thụng s c bn ca ba dũng trờn c th hin bng 24 Bng 24 Thụng s c bn ca mt s dũng vt cht thit lp ban u C4 Feed Fresh MeOH Fresh Water Nhit (oC) 25 25 30 p sut (kPa) 300 101.3 101.3 Lu lng (kmol/h) 402.7 141.6 12.6 Isobuten 0.35 0 1-buten 0.65 0 MeOH H2O 0 MTBE 0 Thnh phn (% mol) Lu lng ba dũng trờn tng ng vi nng sut ca MTBE 100000 tn/nm sau mụ phng - Lu ý: + trỡ t l MeOH/isobuten = 1.1 dựng Set vi bin mc tiờu l lu lng dũng MeOH T l MeOH/isobuten = 1.1 tng ng vi MeOH/C4feed = 0.385 + t c nng sut theo yờu cu 100000 tn MTBE/nm dựng cụng c Adjust iu chnh Vi bin iu chnh l lu lng dũng C4 Feed, bin mc tiờu l lu lng dũng MTBE product 2.2 iu kin cụng ngh ca mt s thit b chớnh dõy chuyn a) Thit b phn ng - Phng trỡnh tc phn ng SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 57 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V Tc phn ng s dng thit b phn ng c th hin qua phng trỡnh: -ributen= kfCibuten - krCMTBE Trong ú: Ributen: tc phn ng Kf: hng s tc phn ng thun (kf = A1exp(-E1/RT) Kr: hng s tc phn ng nghch (kr = A2exp(-E2/RT) C: nng mol A: h s Arhenius E: nng lng hot húa Giỏ tr ca A1, A2, E1, E2 c th hin bng 25 Bng 25 Giỏ tr ca cỏc A1, A2, E1, E2 A1 E1 (J/mol) A2 E2 (J/mol) 6.5x105 4.74x104 1.36x108 7.04x104 - Th tớch thit b phn ng S dng cụng c Castudy nghiờn cu nh hng ca th tớch thit b phn ng i vi chuyn húa Kt qu c th hin th hỡnh 16 Hỡnh 16 nh hng ca th tớch thit b i vi chuyn húa T th trờn cú th thy th tớch thit b ln hn 6m thỡ chuyn húa khụng thay i nhiu Nguyờn nhõn l thit b phn ng dựng phn ng kinetic Khi ti th tớch thit b no ú tng ng vi thi gian phn ng, lng xỳc SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 58 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V tỏc nht nh thỡ phn ng t ti trng thỏi cõn bng Do ú tng th tớch thit b thỡ chuyn húa hu nh khụng tng T nh hng ca th tớch thit b c th hin trờn nờn chn th tớch thit b l 6m3 p sut phn ng nh hng ca ỏp sut ti chuyn húa c th hin hỡnh 17 Hỡnh 17 nh hng ca ỏp sut ti chuyn húa Do phn ng tin hnh pha lng nờn ỏp sut hu nh khụng nh hng ti chuyn húa thit b phn ng Do ú chn ỏp sut thc hin phn ng l 850kPa Nhit phn ng Do phn ng tng hp MTBE ta nhit nh nờn chn chờnh lch gia nhit nguyờn liu v nhit dũng sn phm l oC nh hng ca nhit nguyờn liu ti chuyn húa c th hin hỡnh 18 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 59 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V Hỡnh 18 nh hng ca nhit nguyờn liu ti chuyn húa thit b phn ng T th trờn cú th thy: nhit nguyờn liu vo ln hn 70 oC thỡ chuyn húa bt u gim mnh Nguyờn nhõn l õy l phn ng ta nhit nờn thớch hp nhit thp Khi nhit cao quỏ thỳc y phn ng nghch lm gim chuyn húa T kt qu th hin hỡnh 4.3 chn nhit dũng nguyờn liu vo thit b phn ng l 55oC Cỏc thụng s c bn ca thit b phn ng c th hin bng 26 Bng 26 Cỏc thụng s c bn ca thit b phn ng Th tớch thit b (m ) p sut thc hin (kPa) Nhit nguyờn liu (oC) Nhit dũng sn phm (oC) Giỏ tr 850 55 60 b) Thỏp chng phn ng (RD) ng hc phn ng Trong thỏp chng phn ng, hng s cõn bng ca phn ng tng hp MTBE c s dng Cụng thc ca hng s cõn bng c th hin: Keq= 284 exp[f(T)] Trong ú: 1 T f (T ) = A1 ữ + A2 ữ + A3 ( T T0 ) + A4 ( T T02 ) + A5 ( T T03 ) + A6 ( T T04 ) T T0 T0 T0 = 298.15K , A1 = 1.49277 ì103 K , A2 = 77.4002, A3 = 0.507563K , A4 = 9.12739 ì104 K , A5 = 1.10649 ì106 K , A6 = 6.27996 ì10 10 K SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 60 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE - GVHD: TS.Nguyn Anh V iu kin cụng ngh ca thỏp chng-phn ng (RD) Cỏc thụng s c bn ca thỏp chng - phn ng c th hin bng 27 Bng 27 Cỏc thụng s c bn ca thỏp - chng phn ng S a p sut nh (kPa) p sut ỏy (kPa) T s hi lu Vựng phn ng V trớ a tip liu 40 800 900 1.6 a 20 ti a 24 a s 25 c) Thỏp thu hi buten T-101 Dựng nc thu hi buten t dũng sn phm nh ca thỏp chng phn ng thụng qua quỏ trỡnh hp th MeOH vo nc Kho sỏt s nh hng ca lu lng dũng nc hp th i vi lng MeOH mt mỏt dũng C4 thu hi v lu lng dũng Water-MeOH ta c th nh hỡnh 19 Hỡnh 19 S nh hng ca lu lng dũng Water ti lng MeOH mt mỏt v lu lng dũng Water-MeOH MeOH mt mỏt dũng C4 thu hi c lp cụng thc tớnh ụ D6 ca cụng c Spreadshet v bng tớch ca phn mol MeOH dũng C4 thu hi vi lu lng dũng C4 thu hi SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 61 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V T th cú th thy lu lng dũng nc hp th tng thỡ lng MeOH mt mỏt gim v lu lng dũng Water-MeOH tng iu ny l hin nhiờn tng lu lng dũng nc (dũng Water) thỡ MeOH b hp th vo dũng nc tng lờn dn n MeOH dũng C4 thu hi gim i Vi mc ớch l thu hi ti a cú th MeOH cha phn ng tun hon li thit b phn ng v ti thiu húa lu lng dũng Water-MeOH lm gim kớch thc thit b chng tỏch thu hi MeOH v sau thỡ t th ta thy giỏ tr lu lng dũng nc hp th ti u l 145 kgmol/h Mt s thụng s lm vic ca thỏp hp th c th hin bng 28 Bng 28 Cỏc thụng s ca thỏp hp th T-101 S a p sut sn phm nh (kPa) p sut sn phm ỏy (kPa) 10 101.3 121.6 d) Thỏp chng tỏch MeOH Vi yờu cu phn mol ca nc dũng MeOH l 0.0001 Cỏc thụng s hot ng ca thỏp chng tỏc MeOH c th hin bng 29 Cỏc thụng s ny c s dng da theo cụng c Short cut distillation phn mm HYSYS Bng 29 Cỏc thụng s hot ng ca thỏp chng tỏch MeOH S a p sut nh (kPa) p sut ỏy (kPa) T s hi lu V trớ a tip liu SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 28 101.3 152 a s 19 Page 62 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE 3.1 GVHD: TS.Nguyn Anh V CN BNG VT CHT V CN BNG NHIT LNG Cõn bng vt cht Cõn bng vt cht ca quỏ trỡnh c th hin bng 30 Bng 30: Cõn bng vt cht 3.2 Cõn bng nhit lng Cõn bng nhit lng ca quỏ trỡnh c th hin bng 31 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 63 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V Bng 31: Cõn bng nhit lng 3.3 Kt qu tớnh toỏn mụ phng cho tng dũng Sau mụ phng v iu chnh cỏc thụng s phự hp thu c kt qu: - chuyn húa sau qua thit b phn ng s cp t 94.9% - chuyn húa tng sau qua thỏp chng-phn ng t 100% iu kin v thnh phn cỏc dũng c th hin bng 32 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 64 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V Bng 32: Kt qu thnh phn, iu kin cỏc dũng SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 65 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V KT LUN Sau thời gian làm việc nghiêm túc thân cộng với giúp đỡ, bảo tận tình thy TS Nguyn Anh V em hoàn thành đồ án CNKT với đề tài Thiết kế phân xởng sản xuất MTBE từ iso-butan metanol với suất 100.000 tấn/năm Đề tài giúp cho em thấy rõ tầm quan trọng MTBE nh việc sản xuất MTBE công nghiệp hóa chất đáp ứng nhu cầu tiêu thụ MTBE giới nói chung Việt Nam nói riêng Công nghệ tổng hợp MTBE từ iso-butan vấn đề công nghệ hoá học Việt Nam Việc lựa chọn công nghệ tiêu chuẩn tối u nh theo sơ đồ công nghệ UOP cho hiệu cao mặt kinh tế kỹ thuật Việt Nam, khai thác có hiệu hàng loạt mỏ khí tự nhiên nh Nam Côn Sơn, Lan Tây, Lan Đỏ, khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng tạo nguồn nguyên liệu iso-butan dồi cho trình tổng hợp MTBE Vì vậy, việc phân tích thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất MTBE từ iso-butan cần thiết quan trọng để tiến đến việc thực dự án xây dựng nhà máy sản xuất MTBE Việt Nam thời gian không xa Thờm vo ú, vic tỡm hiu mụ phng quỏ trỡnh sn xut MTBE bng hysys c bit cú th c ng dng vo thc t kho sỏt, tớnh toỏn thit k phõn xng sn xut Qua trình thực đồ án giúp cho em hiểu sâu nhiều kiến thức chuyên nghành học, đồng thời giúp cho em tăng đợc khả tính toán, thiết kế để vận dụng công tác sau Bên cạnh đó, hạn chế thời gian nh hiểu biết hạn chế thân nên đồ án chắn tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 66 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V em mong đợc thầy bảo để em tăng tầm hiểu biết Em xin chân thành cảm ơn! TI LIU THAM KHO PGS.TS inh Th Ng Hoỏ Hc Du M Nh Xut bn Khoa hc v K thut H Ni, 2001 PGS.TS Nguyn Th Minh Hin Mụ phng cụng ngh húa hc 2013 PGS.TS Nguyn Th Minh Hin Cụng ngh ch bin khớ t nhiờn v khớ ng hnh Nh Xut bn Khoa hc v K thut H Ni, 2002 Vn i, Nguyn Trng Khuụng Nguyn Xoa Phm Xuõn Ton Nguyn Bin S tay quỏ trỡnh v thit b cụng ngh hoỏ cht Tp Nh xut bn Khoa hc v k thut H Ni, 1999 Vn i, Phm Xuõn Ton Nguyn Bin Ngc C S tay quỏ trỡnh v thit b cụng ngh hoỏ cht Tp Nh xut bn Khoa hc v k thut H Ni, 1999 S tay túm tt cỏc i lng hoỏ lý B mụn hoỏ lý Trng HBK thnh ph HCM,11/1983 .Khut Minh Tỳ - Bi ging an ton lao ng v bo v mụi trng PGS Ngụ Bỡnh C s xõy dng nh Cụng nghip Trng i hc Bỏch Khoa H Ni Xut bn 2001 PERP Report Process Evaluation Research Planning-Methyl tertiary-Butyl Ether (MTBE) 94/95-4 10 Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A16 p.465 ữ p.486, p.543 ữ p.550 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim 1990 11 Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A13 p.465 ữ p.486, p.543 ữ p.550 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim 1990 12 Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A4 p.544 ữ p.549, VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim 1990 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 67 ỏn CNKT Thit k phõn xng sn xut MTBE GVHD: TS.Nguyn Anh V 13 Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A7 p.216 ữ p.220, VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim 1990 14 Ind Eng Chem Res 1995, Vol 34, p.3817 ữ p.3825 15 Ind Eng Chem Res 1995, Vol 34, p.2811 ữ p.2816 16 Ind Eng Chem Res 1995, Vol 34, p.730 ữ p.740 17 Ind Eng Chem Res 1998, Vol 37, p 3575 ữ 3581 SVTH: V ỡnh Trinh 20103391 Page 68 ... MTBE Hỗn hợp đẳng phí t0s, 0C MTBE - nước 52.6 MTBE – Metanol 51.6 MTBE- Metanol 130 (SVTH: 1.0MPa) Vũ Đình Trinh – 20103391 MTBE - Metanol 175 (2.5 MPa) Hàm lượng MTBE, %Kl 96 86 68 54 Page Đồ... tiêu thụ MTBE tăng nhanh, MTBE hố chất tăng trưởng mạnh giới với tốc độ tăng trưởng trung bình 20% năm (1989-1994) Theo thống kê năm 2010 nhu cầu MTBE tồn giới lên tới 29000 tấn/năm MTBE tổng... Đồ án CNKT Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I GIỚI THIỆU VỀ MTBE Tính chất MTBE 1.1 Tính chất lí học MTBE chất lỏng khơng màu, linh động, độ