Thiết kế phân xưởng sản xuất formalin

MỤC LỤC Trang Mở đầu Phần I: Tổng quan lý thuyết Chương I: Giới thiệu chung nguyên liệu trình sản xuất formalin I/ Giới thiệu chung : II/ Tính chất vật lý : III/ Tính chất hóa học : Phản ứng hydro ho : Phản ứng tách H20 : Phản ứng oxy hóa : Phản ứng dehydro hóa : IV/ Chỉ tiêu nguyên liệu metanol để sản xuất formalin xúc tác Bạc Nước : .8 Metanol kỹ thuật: Khơng khí: V Một số ứng dụng Metanol: .9 Sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa học : .9 Sử dụng lĩnh vực lượng : 10 Các ứng dụng khác: 10 Chương II: Tính chất ứng dụng sản phẩm formaldehyde 11 I/ Tính chất vật lý: 11 II/ Tính chat hóa học : 15 1/ Phản ứng phân huỷ : 15 2/ Phản ứng oxy ho khử : 15 Phản ứng phân tử formaldehyde: 16 Phản ứng Cannizzaro : 16 Phản ứng tischenko : .16 Phản ứng polyme hóa : 17 III/ Chỉ tiêu formalin thương phẩm : .17 IV/ ứng dụng sản phẩm formaldehyde : 17 Chương III: Các phương pháp sản xuất formalin .20 I/ Quá trình sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác bạc ; 20 Cơng nghệ chuyển hóa hồn tồn metanol (cơng nghệ BASF) 22 Cơng nghệ chuyển hóa khơng hồn tồn chưng thu hồi metanol 25 II/ Công nghệ sản xuất formalinhyde sử dụng xúc tác oxit: 27 Công nghệ đặc trưng trình sản xuất formalin sở xúc tác oxit kim loại công nghệ dựa phương pháp formox .29 Sơ đồ công nghệ sản xuất formalin Viện nghiên cứu xúc tác 31 Chương IV: So sánh mặt kỉnh tế trình sản xuất formaldehyde lựa chọn sơ đồ công nghệ .32 I/So sánh trình : 32 II/Lựa chọn sơ đồ công nghệ: 34 Chương V: Các phương sản xuất formalin khác .36 I Quá trình sản xuất formaldehyde cách oxy hóa metan: 36 II/ Oxy hóa etylen : 37 III/Thuỷphàn clorua metylen : .37 Chương vỉ: công nghệ sản xuất formaldehyde, dùng xúc tác Bạc (quá trình basf) 38 I Sơ đồ công nghệ: .38 II thuyết minh dây chuyền sản xuất 40 III.Một sổ đặc trưng trình sản xuất formaldehyde dùng xúc tác Bạc: .40 Các phản ứng : 40 Cơ chế trình : 42 Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình : 43 Thiết bị phản ứng : .44 Phần II: Tính tốn cơng nghệ .48 I Các số liệu : 48 Số liệu chất tham gia phản ứng : 48 Thành phần khí thải 48 Tổn thất: 1,2% .48 Phản ứng hóa học xảy thiết bị phản ứng : 48 Thành phần sản phẩm : 48 Hệ số chuyển hóa metanol thành sản phẩm : 48 II Tính cân vật chất: 49 Tính cho tồn phân xưởng : 55 Cân vật chất cho thiết bị bay metanol 56 3: Cân vật chất cho thiết bị phản ứng chính: 56 Tính cân vật chất cho tháp hấp thụ : 57 Cân vật chất cho thiết bị đun nóng khí: .59 III.Tính tốn cơng nhiệt lượng 59 III Thiết bị đun nóng khơng khí 59 111.2 Thiết bị bay methanol 61 111.3 Thiết bị dun nóng nhiệt khối phản ứng lần .65 III.4 Thiết bị đun nóng khối phản ứng nhiệt lần .66 III 5: Thiết bị điều chế CH20 66 IV/ Tính tốn thiết bị phản ứng : 73 Tính phần thiết bị làm lạnh nhanh hỗn hợp khí sau phản ứng 73 Tính đường kính, thể tích lớp xúc tác, chiều cao lớp xúc tác phần phản ứng : .75 Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào thiết bị : 78 Tính đường kính ống dẫn sản phẩm khỏi thiết bị : 78 Tính đáy thiết bị : 81 Tính nắp thiết bị : 81 Chiều dày thân thiết bị: 82 Phần III: tồn chứa vận chuyển formalin .86 Phần IV : biện pháp bảo vệ môi trường .87 Phần V: Thiết kế xây dựng 88 I Đặc điểm sản phẩm nhà máy: 88 II Địa điểm xây dựng: 88 Các yêu cầu chung: .88 Các yêu cầu kỹ thuật xây dựng: .89 Các yêu cầu môi trường vệ sinh công nghiệp: 89 III.Giải pháp thiết kế tồng mặt nhà máy: 90 Nguyên tắc thiết kế tổng mặt nhà máy: 90 Các hạng mục cơng trình: 91 Kết luận 94 Tài liệu tham khảo 95 MỞ ĐẦU Formaldehyde hóa chất hóa học cơng nghiệp quan trọng dùng q trình sản xuất nhiều ngành công nghiệp Hiện có 50 ngành cơng nghiệp sử dụng formaldehyde Formaldehyde hợp chất hữu quan trọng để cung cấp cho ngành sản xuất công nghiệp tiêu dùng, dạng thương phẩm formaldehyde hòa tan H20 dạng dung dịch 37 -T- 50% gọi formalin Đây bán thành phẩm quan trọng cho ngành tổng hợp hữu nhiều ngành khác : ngành y tế dùng để ưóp xác, tẩy mùi, ngành thực phẩm dùng để tránh thiu thối, thuộc da công nghệ thuộc da giày Formaldehyde tổng hợp lần vào năm 1859 Khi Butlerov thực thuỷ phân metylen axetal mùi đặc trưng dung dịch Đen năm 1867 Hofman tổng hợp formaldehyde cách cho hỗn hợp metanol khơng khí qua lớp xúc tác platin dạng sợi xoắn làm nóng Q trình sản xuất mang tính công nghiệp thực thi vào năm 1882 Tollens khám phá phương pháp điều chỉnh lượng metanol tỷ lệ khơng khí xác định hiệu suất phản ứng Năm 1886 Loew thay xúc tác dạng sợi xoắn platin xúc tác lưới đồng có hiệu Một cơng ty Đức bắt đầu vào sản xuất năm 1889 sản xuất thương mại formaldehyde bắt đầu Một hãng khác Đức, sử dụng xúc tác bạc cho trình vào năm 1910 Năm 1905 Badische Anilin Soda Fabrik bắt đầu sản xuất formaldehyde trình liên tục, sử dụng xúc tác Ag tinh thể Sản lượng formaldehyde 30 kg/ngày dạng dung dịch nước 30% khối lượng Metanol cần thiết trình sản xuất formaldehyde thu hồi từ ngành cơng nghiệp gỗ nhờ q trình nhiệt phân Sự phát triển việc tổng hợp metanol áp suất cao Badische Anilin Soda Fabrik năm 1925 cho phép q trình sản xuất formaldehyde phạm vi cơng nghiệp với quy mô rộng lớn Hàng năm Việt Nam phải nhập formalin để sản xuất vật liệu polime, vật liệu cách điện, cách nhiệt chất mạ kim loại, chất phụ trợ cho công nghiệp dệt, chất sát trùng cho chăn ni Do việc nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất formalin cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước giảm thiểu chi phí nhập từ nước PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FORMALIN V GIỚI THIỆU CHUNG : Metanol gọi methyl acohol rượu gỗ, có cơng thức hóa học CH3OH, khối lượng phân tử 32,042 Năm 1661 lần Robert Boyle thu metanol sau tinh chế gỗ giấm sữa vôi Sau vào năm 1857 Berthelot tổng hợp metanol cách xà phòng hóa methyl chloride Trong khoảng từ 1830 - 1923 có nguồn quan trọng để sản xuất metanol từ giấm gỗ thu chưng khô gỗ Tới đầu năm 1913, Metanol sản xuất phương pháp tổng hợp từ co H2 Đen đầu năm 1920, M.PIER đông nghiệp hãng BASF dựa phát triển hệ xúc tác ZnO Cr2Ơ3 tiến bước đáng kể việc sản xuất metanol với quy mô lớn công nghiệp Vào cuối năm 1923 trình thực áp suất cao (25 35 MPa, T° = 320 -T- 450°C), chúng sử dụng công nghiệp sản xuất metanol 40 năm Tuy nhiên vào năm 1960 ICI phát triển hướng tổng hợp metanol áp xuất thấp (5-10 Mpa, T° = 200 -T- 300°C) xúc tác CuO với độ chọn lọc cao Hiện nay, metanol sản xuất nhiều giới phương pháp tổng hợp áp xuất thấp phương pháp chưng từ giấm gỗ chiếm khoảng 0,003% tổng lượng metanol sản xuất II/ TÍNH CHẤT VẬT LÝ : Metanol chất lỏng khơng màu, có tính phân cực, tan H 20, Benzen, Rượu, este hầu hết dung mơi hữu Metanol có khả hòa tan nhiều loại nhựa tan loại chất béo, dầu Metanol dễ tạo hỗn hợp cháy nổ với khơng khí (7 - 34%), độc cho sức khoẻ người, với lượng 10ml trở lên gây tử vong r y r Một sô hăng sô vật ỉỷ quan trọng metanoỉ: Tên Nhiệt độ sôi (101,3 KPa) Nhiệt độ đóng rắn Hằng số 64,7°c - 97,68°c Tỷ trọng chất lỏng (0°c, 101,3 KPa) 0,81000 g/cm2 Tỷ trọng chất lỏng (25°c, 101,3 KPa) 0,78664 g/cm2 Nhiệt độ bốc cháy 470°c Áp suất tới hạn 8,097 MPa Nhiệt độ tới hạn 239,49°c Tỷ trọng tới hạn 0,2715 g/cm3 Thể tích tới hạn 117,9 cVmol Hệ số nén tới hạn 0,224 Nhiệt độ nóng chảy 100,3 KJ/kg Nhiệt hóa 1128,8 KJ/kg Nhiệt dung riêng khí (25°c, 101,3 KPa) 44,06 Jmol^.K1 Nhiệt dung riêng lỏng (25°c, 101,3 KPa) 84,08 Jmol'1 K~' Độ nhớt lỏng (25°C) 0,5513 m Pas Độ nhớt khí (25°C) 9,6.10'3 m Pas Hệ số dẫn điện (25°C) (2-7) 10'9 Q^.Cm'1 Sức căng bề mặt khơng khí (25°C) 22,10 mN/m Entanpi tiêu chuẩn (khí 25°c, 101,3 KPa) - 200, 94 KJ/mol Entanpi tiêu chuẩn (lỏng 25°c, 101,3 KPa) - 238,91 KJ/mol Entnopi tiêu chuẩn (khí 25°c, 101,3 KPa) 239,88 J mol'1 K'1 Entnopi tiêu chuẩn (lỏng 25°c, 101,3 KPa) 127,27 J mol'1 K'1 Hệ số dẫn nhiệt lỏng (25°C) 190,16 m Wm'1 K'1 Hệ số dẫn nhiệt (25°C) 14,97 m Wm'1 K'1 Giới hạn nổ khơng khí 5,5 - 44% vol III/ TÍNH CHẤT HĨA HỌC : Metanol hợp chất đơn giản dãy đồng đẳng rượu no đơn chức Hóa tính định nhóm OH Các phản ứng metanol theo hướng đứt liên kết C-0 OH đặc trưng thay nguyên tử H hay nhóm OH phân tử Một số phản ứng đặc trưng : Phản ứng hydro hoá : CH3OH + H2 -> CH4 + H20 Phản ứng tách H20 : 140°c 2CH3OH + H2 H2S04 đặc CH3 - o - CH3 + H20 Phản ứng oxy hóa : Khi oxy hóa metanol xúc tác kim loại (Ag, Pt, Cu) hay xúc tác oxit (Fe, Mo) hỗn hợp oxit (VMo, Fe - Mo Ti - Mo) điều kiện thích hợp tac thu formaldehyde sản phẩm phụ : t° xt CH3OH +I/2O2 ’ CH20 + H20 + Q, AH = -159 KJ/mol Nếu oxy hóa sâu tạo axit fomic : CH3OH + 02 t0 xt ’ HCOOH + H20 Nếu oxy hóa hồn tồn thu C02 H20 CH3OH +1/2 02 CH3OH+ 02 t°, xt t°, xt CO + H20 co2 + H20 Phản ứng dehydro hóa : Khi tham gia phản ứng dehydro hóa tạo thành sản phẩm : CH20 CH3OH CH20 + H2 IV/ CHỈ TIÊU NGUYÊN LIỆU METANOL ĐỂ SẢN XUẤT FORMALIN TRÊN XÚC TÁC BẠC Nguyên liệu bao gồm : nuớc mềm, metanol kỹ thuật khơng khí Nước : Trước sử dụng phải làm tạp chất làm mềm Metanol kỹ thuật: - Nhiệt độ sôi chưng cất (760 mm Hg) : 64 - 64,7°c - Hàm lượng riêng : 0,791 - 0,792 g/cm3 - Hàm lượng H20 : < 0,1% - Hàm lượng CH3OH : 99 -T- 99,5% - Hàm lượng axít : < 0,003% - Hàm lượng tổng andehyde xeton : < 0,008% - Hàm lượng lưu huỳnh : 0,002% Khơng khí: Trước đưa vào thiết bị phải làm tạp chất gây ngộ độc xúc tác Một sổ tiêu quan trọng metanol: Thành phần Quy định Hàm lượng metanol Tỷ trọng d2°4 Khoảng nhiệt đội sôi cực đại Hàm lượng aceton acetandehyt > 99,85% 0,7928 g/cm3 l°c < 0,003 w/t Hàm lượng etanol Hàm lượng hợp chất bay sắt (tính theo sắt)