Sản xuất dicloetan Trên thế giới, ngành công nghiệp dầu khí phát triển khá vững mạnh, tốc độ phát triển cao, đã tiết kiệm được nguyên liệu (thay những nguyên liệu đắt tiền thành những nguyên liệu rẻ hơn), nâng cao độ chọn lọc của xúc tác trong thiết bị phản ứng (điều kiện phản ứng, loại thiết bị phản ứng, xúc tác), tiết kiệm được nguồn năng lượng, tận dụng nhiệt phản ứng, tiết kiệm vốn đầu tư và bảo vệ môi trường. Với đồ án này sẽ trình bày một công nghệ của ngành hoá dầu, đó là công nghệ sản xuất hợp chất hữu cơ dicloetan.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA HỌC – BỘ MÔN CNHH ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT EDC BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI CLO HÓA VỚI NĂNG SUẤT 55.000 TẤN/NĂM Lớp: Sinh viên: Mã sinh viên: Giảng viên hướng dẫn: Cơng nghệ Hữu – Hóa dầu K37 Trần Thế Vũ 3752050138 Th.S Phan Thị Thùy Trang Quy Nhơn, 3/2018 Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm MỤC LỤC SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm DANH MỤC BẢNG SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm MỞ ĐẦU Trên giới, ngành công nghiệp dầu khí phát triển vững mạnh, tốc độ phát triển cao, tiết kiệm nguyên liệu (thay nguyên liệu đắt tiền thành nguyên liệu rẻ hơn), nâng cao độ chọn lọc xúc tác thiết bị phản ứng (điều kiện phản ứng, loại thiết bị phản ứng, xúc tác), tiết kiệm nguồn lượng, tận dụng nhiệt phản ứng, tiết kiệm vốn đầu tư bảo vệ môi trường Với đồ án trình bày cơng nghệ ngành hố dầu, công nghệ sản xuất hợp chất hữu dicloetan Dicloetan hợp chất hữu cơ, có hai đồng phân là: 1,1dicloetan (CH 3- CH2Cl2) 1,2dicloetan (ClCH2- CH2Cl) Trong 1,1dicloetan hợp chất khơng có nhiều ứng dụng thường sản phẩm phụ khơng mong muốn 1,2dicloetan chất lỏng điều kiện thường có nhiệt độ sơi t = 83,7C, nhiệt độ nóng chảy t = -35,3C Dicloetan độc người sử dụng, hít phải dicloetan bị đau đầu, hít nhiều gây tử vong Hiện dicloetan thuộc loại hợp chất hóa học điều chế sử dụng với số lượng lớn Tỷ lệ trung bình hàng năm tăng 10% so với 20 năm trước Mặc dù có giảm tỷ lệ vài năm gần dicloetan trì vị trí hàng đầu việc sử dụng làm nguyên liệu cho trình điều chế PVC Dựa vào số liệu năm 1981 85% tổng số sản lượng dicloetan sử dụng để điều chế VC; 10% sử dụng sản xuất dung mơi clo hóa 1,1,1-tricloetan tetracloetan Số lại sử dụng nhiều trình khác chủ yếu sử dụng tổng hợp etyldiamin, số lượng sử dụng làm dung mơi, chất tẩy rửa chì xăng bị nhiễm chì Trong tương lai tỷ lệ tăng sản phẩm dicloetan cao việc sản xuất dicloetan phụ thuộc nhiều vào việc tiêu thụ polyvinylclorua ngành công nghiệp tự động, công nghiệp xây dựng, ôtô mà ngành ngành phát triển mạnh ngày cần có phương pháp sản xuất dicloetan đạt suất cao nhất, chất lượng tốt Các nhà máy tổng hợp dicloetan giai đoạn xây dựng lên kế hoạch xây dựng chủ yếu đặt nước phát triển nguồn nguyên liệu từ trình chế biến dầu mỏ, nước tài nguyên dầu nhiều qua kết hợp gữa nhà máy lọc dầu nhà máy sản xuất dicloetan để trình sản xuất đạt hiệu cao Vì mà ngày cần có phương pháp sản xuất dicloetan đạt suất cao nhất, chất lượng tốt Có nhiều phương pháp sản xuất có hai cơng nghệ để sản xuất dicloetan là: clo hóa trực tiếp etylen cơng nghệ oxy clo hóa etylen SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Tuy nhiên EDC sản xuất phương pháp oxi clo hoá tận dụng Etylen từ nhiều nguồn khác (đặc biệt Cracking nước) HCl Do phương pháp cần nghiên cứu triển khai sản xuất rộng rãi Với đồ án môn học Thiết kế phân xưởng Dicloetan(EDC) phương pháp oxi clo hố Em xin trình bày tính chất ngun liệu, sản phẩm EDC tính tốn thơng số SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1 1.1.1 Tính chất HCl 1.1.1.1 Tính chất vật lí Ở điều kiện thường HCl chất khí khơng màu, mùi sốc Do HCl có momen lưỡng cực tương đối lớn, tạo liên kết hydro với nước nên hòa tan nhiều nước HCl tạo với nước hỗn hợp đẳng phí có thành phần 20,2% khối lượng Bảng 1.1 Tính chất vật lý HCl Năng lượng liên kết (Cl-Cl) Momen lưỡng cực Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sơi 1.1.1.2 Tính chất hóa học 431 kJ/mol 1,03 M -114,80 C -84,90 C HCl mang đầy đủ tính chất hóa học axit thơng thường như: phản ứng với bazơ cho muối nước, phản ứng với oxit kim loại, phản ứng với kim lại đứng trước hydro dãy hoạt động hóa học kim loại - Với kim loại (trước hydro) tạo muối + H2: 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2 - Với bazơ, oxit bazơ tạo muối + H2O 2HCl + CuO → CuCl2 + H2O 2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + 2H2O - Với muối: HCl + AgNO3 → AgCl + HNO3 Ngồi tính chất hóa học đặc trưng HCl tính khử, bị oxi hóa chất oxi hóa mạnh KMnO4 MnO2, khơng bị oxi hóa H2SO4 đặc HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + H2 1.1.1.3 Phương pháp điều chế HCl RH + Cl2 → RCl + HCl Ngoài HCl điều chế trực tiếp cách tổng hợp đơn chất H2 + Cl2 → 2HCl Phản ứng dễ xảy đốt khí hydro dòng khí clo SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm - Dùng H2SO4 đặc: NaCl + H2SO4đ = NaHSO4 + HCl 2NaCl + H2SO4đ = Na2SO4 + 2HCl 1.1.1.4 Ứng dụng HCl Axit HCl sản phẩm quan trọng công nghiệp hóa chất Axit HCl đặc lưu thơng thị trường chứa 37% HCl Nó chất lỏng khơng màu, bốc khói khơng khí, mùi xốc Lượng chủ yếu HCl dung để tẩy rỉ kim loại, chế tạo clorua kim loại, điều chế VC HCl axit vô thông dụng phòng thí nghiệm hóa học 1.1.2 Tính chất etylen Etylen có cơng thức CH2 = CH2, chất quan trọng cơng nghiệp hữu hố dầu sản xuất nhiều giới Nó đựơc coi “Vua hydrocacbon” lý sau • Cấu tạo đơn giản, hoạt tính hố học cao • Tương đối dẻ tiền • Dễ sản xuất từ hydrocacbon khác trình steam cracking, cho hiệu suất cao • Các phản ứng từ nguyên liệu etylen tạo thành sản phẩm phụ so với olefin khác Ngày etylen thay dần axetylen nhiều trình tổng hợp SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm 1.1.2.1 Tính chất vật lí Etylen chất khí khơng màu, khơng mùi, tan nước Sau thơng số vật lí etylen: Bảng 1.2 Tính chất vật lý etylen -169,15oC -103,71oC 990oC 5,117MPa 0,21g/cm3 111,5kj/kg 47,183Mj/kg Điểm nóng chảy Điểm sơi Nhiệt độ tới hạn (Tc) Áp suất tới hạn (Pc) Tỷ trọng tới hạn Nhiệt nóng chảy Nhiệt cháy Nhiệt hố + Ở điểm sôi 488kj/kg + Ở 0oC Áp suất 191kj/kg + Ở –150oC 0,002MPa + Ở điểm sôi 0,102MPa + Ở 0oC Entanpy Entropy Giới hạn nổ khơng khí 4,270MPa 52,32kj.mol 0,220kj.mol-1.K-1 0,1MPa 20oC + Giới hạn 2,75%VOL 34,6g/cm3 + Giới hạn 28,6%VOL 360,1g/cm3 Giới hạn nồng độ với không khí đến 4% thể tích Theo số liệu etylen hóa lỏng nhiệt độ thấp, áp suất cao, làm lạnh NH3 Một số tính chất quan trọng khác etylen dễ hồ tan dung mơi hữu có cực (rượu, ete, axeton,…) 1.1.2.2 Tính chất hố học Etylen hydrocacbon khơng no, có chứa liên kết đơi C=C phân tử liên kết δ xen phủ trục electron lai tạo liên kết π xen phủ bền electron p, tất nguyên tử nối với nguyên tử cacbon nằm mặt phẳng với cacbon gốc hố trị cacbon mang nối đôi 120 Hai trục electron p song song tạo thành mặt phẳng π thẳng góc với mặt phẳng nói Thực chất SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm liên kết π có mật độ electron bao phủ phía lẫn phía nguyên tử cacbon mang nối đơi Liên kết đơi có độ dài liên kết 1,33A o ngắn so với liên kết đơn(1,57Ao), lượng liên kết đôi C=C 145,8 Kcal/mol, giả thiết lượng liên kết δ lớn lượng liên kết π 148 – 82,6 = 36,2 Kcal/mol Như lượng liên kết π, độ chênh lệch vào khoảng 20 Kcal/mol, điều giải thích tính chất bền liên kết π khả phản ứng cao liên kết đôi Các phản ứng quan trọng etylen phản ứng cộng, oxi hoá phản ứng trùng hợp a) Phản ứng cộng Các phản ứng đặc trưng với etylen phản ứng cộng liên kết đôi, phản ứng liên kết đôi thực chất liên kết π bị bẻ gãy kết hợp với hai nguyên tử nhóm nguyên tử tạo hợp chất no - Cộng clo: CH2=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl Đây phản ứng quan trọng, tạo sản phẩm trung gian (EDC) trình tổng hợp VC, phản ứng xảy T = 40-50 0C, P = 4at với có mặt xúc tác FeCl 3, CuCl3 SbCl3, etylen bromic sử dụng xúc tác, phản ứng toả nhiệt - Cộng brom: Đây phản ứng đặc trưng để nhận biết hydrocacbon khơng no làm cho dung dịch brom (đỏ nâu) thành không màu: CH2=CH2 + Br2 → BrCH2CH2Br Phản ứng cộng xảy theo chế electrophil (ion dương công trước vào cacbon mang điện âm) Giai đoạn chậm: CH2δ+= CH2δ- + Br+ - Br- → +CH2CH2Br + BrGiai đoạn nhanh: - CH2CH2Br + Br- → BrCH2CH2Br Cộng Hydro: xúc tác Ni, nung nóng, sản phẩm etan CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 + 32,8 Kcal (phản ứng toả nhiệt) - Cộng halogen (HX): Cộng liên kết đôi etylen cho dẫn xuất mono-halogen, phản ứng xảy dễ với HI khó với HCl CH2=CH2 + HI → CH3CH2I (etyliotdua) SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm - Tác dụng với dung dịch nước clo brom cho sản phẩm halogen hydrin trường hợp tác nhân hoạt động axit hypoclorơ CH2=CH2 + HOCl → HOCH2CH2Cl - Cộng nước: CH2=CH2 + HOH → CH3CH2OH Trong ta dùng xúc tác H2SO4, ZnCl2, pha khí dùng oxit nhơm, hỗn hợp oxit Mn Bo Khi cộng hợp nước mà xúc tác thalium III chloride thì: CH2=CH2 + HOH + TlCl3 → ClCH2CH2OH + TlCl + HCl b) Phản ứng oxi hóa 3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OHCH2OH +2MnO2 +2KOH Dung dịch KMnO4 đậm đặc, nhiệt độ cao, nối đôi C=C bị bẻ gãy Khi oxi clo hóa etylen với HCl oxi thu dicloetan Cũng tổng hợp dicloetan cách clo hóa trực tiếp etylen nhiệt độ cao: CH2=CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl + Q Trong công nghiệp người ta oxi hóa nhẹ etylen để sản xuất CH 3CHO, sử dụng dung dịch PbCl3 CoCl3 có chứa nước: CH2=CH2 + O2 → CH3CHO, H = -218,6 kJ/mol Oxit etylen sản phẩm q trình oxi hóa etylen oxi khơng khí với xúc tác Ag, phản ứng tỏa nhiệt việc điều khiển nhiệt độ quan trọng: CH2= CH2 + ½O2 Ag → 250 C H2C – CH2, H = -218,6 kJ/mol O Đồng thời có sản phẩm phụ tạo q trình oxi hóa etylen cacbon đioxit nước: CH2=CH2 + 3O2 → 2CO + 2H2O, H = -1,42 kJ/mol Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, toả nhiệt cao làm giảm sản lượng oxit etylen nguyên nhân làm giảm hoạt tính xúc tác Trong thời gian gần VA sản xuất cách oxi hóa etylen oxi với tác nhân phản ứng khác axit axetit với có mặt xúc tác paladi CH2=CH2 + CH3C – OH + ½O2 → CH2=CHO-C-CH3 +H2O || || O O SVTH: Trần Thế Vũ 10 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm dạng thiết bị trao đổi nhiệt sử dung rộng rãi nghành cơng nghiệp, ước tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt giới thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rộng, gần công suất, hoạt động từ chân không đến siêu áp cao, từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao cho tất dạng lưu thể nhiệt độ, áp suất khác phía ống ống Vật liệu để chế tạo thiết bị dạng ống chùm phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, cho phép thiết kế để đáp ứng yêu cầu khác độ rung, khả sử dụng cho lưu thể có tính chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực mạnh, tính ăn mòn, tính độc hại hỗn hợp nhiều thành phần Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm chế tạo từ vật liệu kim loại, hợp kim vật liệu phi kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0.1m2 đến 100000m2 Tuy nhiên, thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có nhược điểm bề mặt trao đổi nhiệt tính đơn vị thể tích thiết bị thấp so với dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vậy, bề mặt trao đổi nhiệt nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm có kích thước lớn nhiều Trong nghành cơng nghiệp chế biến dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm sử dụng tương đối rộng rãi nhiều trình khác sử dụng phối hợp với thiết bị trao đổi nhiệt khác SVTH: Trần Thế Vũ 42 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA Q TRÌNH OXICLO HĨA ĐỂ SẢN XUẤT EDC 2.1 Các thông số nguyên liệu Năng suất 55000 tấn/năm Thành phần oxi kỹ thuật: 99% Độ chọn lọc theo HCl: 97% Lượng monocloetan mát: 2% EDC tổn thất: 4% Hiệu suất chung: 97% Lượng etylen lấy dư: 5% Thành phần khí ban đầu tính theo % thể tích: - Etylen kỹ thuật: 93%C2H4; 4%C2H6; 3%C3H6 - HCl kỹ thuật: 97,3%HCl; 2,48%N2; 0,15%H2; 0.07%H2O Đổi sang % khối lượng ta có: Etylen kỹ thuật: %C2 H = 93.28 = 91,37% 93.28 + 4.30 + 3.42 %C2 H = 4.30 = 4, 21% 93.28 + 4.30 + 3.42 %C3 H = 3.42 = 4, 42% 93.28 + 4.30 + 3.42 - HCL kỹ thuật: 97,3.36,5 = 98,04% 97,3.36,5 + 0,15.2 + 2,48.28 + 0,07.18 %HCl= %H %N SVTH: Trần Thế Vũ = = 0,15.2 = 0,01% 97,3.36,5 + 0,15.2 + 2,48.28 + 0,07.18 2,48.28 = 1,92% 97,3.36,5 + 0,15.2 + 2,48.28 + 1,6.440,07.18 43 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm %H2O= SVTH: Trần Thế Vũ 0,07.18 = 0,03% 97,3.36,5 + 0,15.2 + 2,48.28 + 1,6.440,07.18 44 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm 2.2 Xác định thời gian suất làm việc phân xưởng Năng suất sản xuất 55000 tấn/năm, suất làm việc lớn nên thiết bị phải làm việc liên tục Thiết bị nghỉ làm việc đến kỳ sửa chữa Trong năm có 365 ngày chia làm q, q có ngày sửa chữa năm có 13 ngày nghỉ dự phòng để sửa chữa bất thường Do số ngày khơng làm việc năm là: 12 + 13= 25 ngày Nên số ngày hoạt động phân xưởng là: 365 – 25 = 340 ngày Suy số làm việc năm thiết bị là: 340 × 24 = 8160 Năng suất EDC tính theo 1giờ (55000×1000)/(340×24)= 6740,196 (kg/h) Lượng EDC tổn thất chọn 4% dây chuyền làm tốn nhiều EDC nên ta chọn hệ số tổn hao công đoạn làm 0,03 (3%), mát thiết bị tách khílỏng ổn định, thiết bị 0,005 (0,5%) Do lượng EDC trước vào thiết bị làm là: 6740,196 × 1,03 = 6942,402 (kg/h) Còn lượng EDC trước vào thiết bị ổn định là: 6942,402 × 1,005 = 6977,114 (kg/h) Và lượng EDC trước vào thiết bị tách lỏng khí là: 6977,114 × 1,005 = 7012,000 (kg/h) Như lượng EDC tạo thiết bị phản ứng là: 7012,000 (kg/h) Trong trình tổng hợp EDC xảy phản ứng sau: C2H4 + 2HCl + ½ O2 → ClCH2CH2Cl + H2O (1) C2H4 + HCl → C2H5Cl (2) CH3CHCH2 + HCl → CH3CH2CH2Cl (3) Ta thấy lượng EDC tạo thiết bị phản ứng 7012,000 kg/h Lượng monocloetan tạo thành là: 7012,000 × 0,04 = 280,48 (kg/h) SVTH: Trần Thế Vũ 45 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm 2.3 Tính cân vật chất 2.3.1 2.3.1.1 Tính lượng chất vào thiết bị oxi clo hóa Tính lượng etylen cần thiết để tham gia phản ứng Theo phản ứng (1) Cứ 28kg C2H4 tạo thành 99kg EDC X1kg C2H4 tạo thành 7012,000kg EDC Vậy X1 = 7012,000×28 /99 = 1983,192 (kg/h) Với: M C2 H = 28 M ClCH −CH 2Cl = 99 Theo phản ứng (2) Cứ 28 kg C2H4 phản ứng tạo thành 64,5 kg monocloetan X2 kg C2H4 phản ứng tạo thành 280,48 kg monocloetan Vậy X2 = (280,48 ×28)/ 64,5 = 121,759 (kg/h) Tổng lượng C2H4 tiêu tốn cho phản ứng (1) (2) là: X1+ X2 = 1983,192 + 121,759 = 2104,951 (kg/h) Hiệu suất chung 97% nên lượng C2H4 thực tế là: 2104,951 × 100/97 = 2170,053 (kg/h) Theo giả thiết lượng etylen lấy dư 5% lượng C2H4 tổng là: 2170,053 × 1,05 = 2278,556 (kg/h) Mà etylen kỹ thuật có 91,37% C 2H4 theo khối lượng, nên ta có lượng etylen kỹ thuật cần dùng là: 2278,556 × 0,9137 = 2081,917 (kg/h) Trong lượng etan có etylen kỹ thuật là: 2081,917 × 0,0421 = 87,649 (kg/h) Lượng propylen có etylen kỹ thuật là: 2081,917 × 0,0442 = 92,021 (kg/h) Mà ta có hiệu suất trình 97% nên lượng propylen tham gia phản ứng là: 92,021× 0,97 = 89,260 (kg/h) 2.3.1.2 Tính lượng HCl để tạo thành EDC, monocloetan, monoclopropan Theo phản ứng (1) SVTH: Trần Thế Vũ 46 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 73 kg HCl 1983,192 kg C2H4 tác dụng hết với Y1 kg HCl Vậy Y1 = (1983,192 ×73) /28 = 5170,465 (kg/h) Theo phản ứng (2) Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 36,5 kg HCl 121,759 kg C2H4 tác dụng hết với Y2 kg HCl Vậy Y2 = (121,759 ×36,5)/28 =158,722 (kg/h) Theo phản ứng (3) Cứ 42 kg propylen tác dụng hết với 36,5 kg HCl 89,260 kg propylen tác dụng hết với Y3 kg HCl Vậy Y3 = (89,260×36,5)/42 = 77,571 (kg/h) Vậy tổng lượng clo cần thiết dùng cho phản ứng là: Y1+ Y2+ Y3 =5170,465 +158,722 +77,571 = 5406,758 (kg/h) Độ chuyển hóa theo HCl 97%, lượng HCl thực tế là: 5406,758 × 100/97= 5573,977 (kg/h) Trong kỹ thuật có 98,04% HCl, lượng khí HCl kỹ thuật là: 5573,977 × 0,9804 = 5464,727 (kg/h) Trong đó: Lượng N2 có HCl kỹ thuật là: 5464,727×0,0192 = 104,923 (kg/h) Lượng H2 có HCl kỹ thuật là: 5464,727×0,0001 = 0,546 (kg/h) Lượng H2O có HCl kỹ thuật là: 5464,727×0,0003 = 1,639 (kg/h) 2.3.1.3 Tính lượng oxi để tạo thành EDC Theo phản ứng (1): Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết 16 kg O2 1983,192 kg C2H4 tác dụng hết với Z kg O2 Vậy Z = 1983,192 × 16/28 = 1133,253 (kg/h) Trong kỹ thuật có 99% O2, lượng oxi kỹ thuật là: 1133,253 × 100/99 = 1144,700 (kg/h) Lượng N2 có oxi là: SVTH: Trần Thế Vũ 47 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm 1144,700 × 0,01 = 11,447 (kg/h) 2.3.2 Tính lượng chất khỏi thiết bị oxiclo hóa Để tránh tượng oxi hóa clo hóa sâu etylen tạo nhiều sản phẩm phụ, giảm hiệu suất tạo thành EDC Trên thực tế người ta thường lấy dư etylen Giả thiết lấy dư etylen 5% Lượng etylen dư là: 2278,556 - 2104,951 = 173,605 (kg/h) Lượng propylen dư là: 92,021 - 89,260 = 2,761 (kg/h) Lượng HCl dư là: 5573,977 - 5406,758 = 167.239 (kg/h) Theo phản ứng (2) lượng monocloetan tạo thành 280,48 (kg/h) Theo phản ứng (3) lượng MCP tạo thành là: Cứ 42 kg C3H6 phản ứng tạo thành 78,5 kg/monoclopropan 89,260 kg C3H6 phản ưng tạo thành A kg monoclopropan Vậy A = 89,260 × 78,5/42 = 166,831 (kg/h) 2.3.2.1 Tính lượng H2O N2 tạo thành Theo phản ứng (1): Cứ 28 kg C2H4 tạo thành 18 kg nước 1983,192 kg C2H4 tạo thành B kg nước Vậy B = 1983,192 × 18/28 = 1274,909 (kg/h) Tổng lượng H2O tạo thành là: 1274,909 + 1,639 = 1276,548 (kg/h) Tổng lượng N2 tạo thành là: 104,923 + 11,447 = 116,370 (kg/h) SVTH: Trần Thế Vũ 48 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Từ kết tính ta có bảng số liệu sau: Bảng 2.1: Cân vật chất thiết bị oxiclo hoá 2.3.3 Thành phần C2H4 Lượng vào (kg/h) 2278,556 Lượng (kg/h) 173,605 C2H6 87,649 87,649 C3H6 92,021 2,761 HCl 5573,977 167.239 H2 0,546 0,546 N2 104,923 116,370 H2O 1,639 1276,548 EDC - 7012,000 MCE - 280,48 MCP - 166,831 O2 1144,700 - Tổng 9284.011 9284,029 Tính lượng chất vào thiết bị tách khí lỏng Vì thiết bị phản ứng khơng có tổn hao nên lượng thiêt bị phản ứng lượng vào thiết bị tách khí lỏng Giả sử q trình phân tách hoàn toàn lượng EDC hao hụt (do chưa ngưng tụ) 0,5% nghĩa khí HCl, H 2, N2, vào thiết bị nhiêu Riêng H2O EDC thể lỏng Lượng EDC thể là: 7012,000 × 0,005 = 35,060 (kg/h) Do lượng EDC thể lỏng là: 7012,000 - 35,060 = 6976,940 (kg/h) SVTH: Trần Thế Vũ 49 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Từ số liệu tính tốn ta lập bảng số liệu tính tốn sau đây: Bảng 2.2: Cân vật chất thiết bị tách khí lỏng 2.3.4 2.3.4.1 Lượng (kg/h) lỏng khí 173,605 Thành phần Lượng vào (kg/h) C2H4 173,605 C2H6 87,649 - 87,649 C3H6 2,761 - 2,761 HCl 167.239 - 167.239 H2 0,546 - 0,546 N2 116,370 - 116,370 EDC 7012,000 6976,940 35,060 H2O 1276,548 1276,548 - MCE 280,48 280,48 - MCP 166,831 166,831 - Tổng 9284,029 8700,799 583,230 Tính lượng chất vào thiết bị clo hóa Lượng vào thiết bị Thiết bị clo hóa nhằm mục đích clo hóa C Vào thiết bị khí HCl, H 2, N2, H2O, C2H4, C3H6, C2H6 có thêm clo bổ sung, ngồi có thêm xúc tác lượng khơng đáng kể Lượng vào khí lượng thiết bị tách lỏng khí, lượng clo bổ sung vào cho tỉ lệ clo/etylen = 1/1,05, cơng nghệ có hiệu suất cao, phản ứng clo hóa xảy hồn tồn Do lượng etylen tham gia phản ứng là: 173,605 × 99,5/100 = 172,737 (kg/h) Nhưng độ chọn lọc trình 97% nên lượng etylen tham gia phản ứng là: 172,737 × 97/100 = 167,555 (kg/h) Nên lượng etylen dư là: 172,737 - 167,555 = 5,182 (kg/h) Trong lượng etylen tham gia phản ứng có: X2/(X1+X2) = 121,759/(1983,192 + 121,759) = 6% Vậy có 6% tham gia phản ứng tao MCE (theo tỉ lệ tính phản ứng chính) Tức có 94%×172,737 = 162,373 (kg/h) tham gia phản ứng tạo thành EDC lượng etylen lại tham gia phản tạo TCE Lượng etylen tham gia phản ứng tạo thành TCE là: SVTH: Trần Thế Vũ 50 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm 172,737 - 162,373 = 10,364 (kg/h) Lượng propylen vào thiết bị 2,761 (kg/h) độ chọn lọc 97% nên lượng propylen tham gia phản ứng là: 2,761 × 0,97 = 2,678 (kg/h) Nên lượng propylen dư là: 2,761 - 2,678 = 0,083 (kg/h) Như lượng clo cần thiết để đưa vào thiết bị phản ứng cuối là: Theo phản ứng (4): C2H4 + Cl2 = C2H4Cl2 Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 71 kg clo 162,373 kg C2H4 tác dụng hết với X1 kg clo Vậy X1 = (162,373×71)/28 = 411,731 (kg/h) Theo phản ứng (5): C2H4 + Cl2 = C2H3Cl3 + HCl Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 142 kg clo 10,364 kg C2H4 tác dụng hết với X2 kg clo Vậy X2 = (10,364 ×142)/28 = 52,560 (kg/h) Theo phản ứng (6): C3H6 + Cl2 = C3H6Cl2 Cứ 42 kg C3H6 tác dụng hết với 71 kg clo 2,678 kg C2H4 tác dụng hết với X3 kg clo Vậy X3 = (2,678 ×71)/42 = 4,527 (kg/h) Do lượng clo cần thiết là: X1 + X2 + X3 =411,731 + 52,560 + 4,527 = 468,818 (kg/h) 2.3.4.2 Lượng khỏi thiết bị clo hóa Lượng khí khơng phản ứng HCl, H2, N2, H2O, C2H6, C3H6 dư, C2H4 dư, EDC, TCE, DCP Lượng EDC tạo thành là: Cứ 28 kg C2H4 phản ứng cho 99 kg EDC 162,373 kg C2H4 phản ứng cho Y1 kg EDC Vậy Y1 = (162,373×99)/28 = 574,105 (kg/h) Kết hợp với lượng EDC vào ta có lượng EDC tổng là: 574,105 + 35,060 = 609,165 (kg/h) SVTH: Trần Thế Vũ 51 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Theo giả thiết lượng EDC mát thiết bị 0,5%, tức lượng EDC mát là: 609,165 × 0,005 = 3,046 (kg/h) Do lượng EDC thu là: 609,165 - 3,046 = 606,119 (kg/h) Lượng TCE tạo thành là: Cứ 28 kg C2H4 phản ứng cho 133,5 kg TCE 10,364 kg C2H4 phản ứng cho Y2 kg TCE Vậy Y2 = 10,364 ×133,5/28 = 49,414 (kg/h) Lượng HCl tạo thành là: Cứ 28 kg C2H4 phản ứng cho 36,5 kg HCl 10,364 kg C2H4 phản ứng cho Y3 kg HCl Vậy Y3 = 10,364 ×36,5/28 = 13,510 (kg/h) Nên lượng HCl khỏi thiết bị là: 13,510 + 167.239 = 180,749 (kg/h) Độ chọn lọc HCl 97% nên lượng HCl thực tế là: 180,749 × 0,97 = 175,327 (kg/h) Lượng DCP tạo thành là: Cứ 42 kg C3H6 phản ứng cho 113 kg DCP 2,678 kg C3H6 phản ứng cho Y4 kg DCP Vậy Y4 = 2,678 ×113/42 = 7,205 (kg/h) SVTH: Trần Thế Vũ 52 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Từ số liệu tính tốn ta có bảng số liệu sau: Bảng 2.3: Cân vật chất thiết bị phản ứng Clo hoá Thành phần Lượng (kg/h) C2H4 Lượng vào (kg/h) 173,605 C2H6 87,649 87,649 C3H6 2,761 0,083 H2 0,546 0,546 N2 116,370 116,370 Cl2 468,818 EDC 35,060 609,165 TCE - 49,414 DCP - 7,205 Tổn hao (kg/h) 5,182 1,107 HCl 2.3.5 175,327 167.239 Tổng 1052,048 1050,941 Tính lượng chất vào dây chuyền làm 1,107 Các chất vào dây chuyền làm sản phẩm lỏng từ thiết bị ổn định, gồm có: monocloetan, EDC, monoclopropan hỗn hợp lỏng tạo từ thiết bị clo hóa bổ sung, gồm có: EDC, DCP, TCE Tổng lượng EDC vào dây chuyền làm là: 609,165 + 6976,940 = 7586,105 (kg/h) Do EDC mát công đoạn làm 2% nên EDC thu là: 7586,105/1,02 = 7437,358 (kg/h) Vậy lượng EDC mát là: 7586,105 - 7437,358 = 148,747 (kg/h) Tổng lương MCE vào dây chuyền làm 280,48 (kg/h), dây chuyền làm MCE mát 1% đó: Lượng MCE mát là: 280,48 × 0,01 = 2,805 (kg/h) Lượng MCE lại: 280,48 - 2,805 = 277,675 (kg/h) Tổng lượng MCP vào dây chuyền làm 166,831kg/h, dây chuyền làm MCP mát 1% đó: SVTH: Trần Thế Vũ 53 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm Lượng MCP mát là: 166,831 × 0,01 = 1,668 (kg/h) Lượng monoclopropan lại là: 166,831 - 1,668 = 165,163 (kg/h) Tổng lượng TCE vào dây chuyền làm 49,414 (kg/h), dây chuyền làm TCE mát 1%, đó: Lượng TCE mát là: 49,414 × 0,01 = 0,494 (kg/h) Lượng TCE lại là: 49,414 - 0,494 = 48,920 (kg/h) Lượng DCP vào dây chuyền làm 7,205 (kg/h), dây chuyền làm DCP mát 1%, đó: Lượng DCP mát là: 7,205 × 0,01 = 0,072 (kg/h) Lượng DCP lại là: 7,205 - 0,072 = 7,133 (kg/h) Do ta có bảng số liệu sau: Bảng 2.4: Cân vật chất dây chuyền làm Thành phần EDC Lượng vào (kg/h) 7586,105 Lượng (kg/h) 7437,358 Tổn hao (kg/h) 148,747 TCE 49,414 48,920 0,494 DCP 7,205 7,133 0,072 MCE 280,48 277,675 2,805 MCP 166,831 165,163 1,668 Nước 1276,548 1276,548 - Tổng 9366,583 9212,797 153,786 SVTH: Trần Thế Vũ 54 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm KẾT LUẬN Ngày với nhu cầu sản xuất EDC ngày tăng, vai trò ngày quan trọng cơng nghiệp hóa học cơng nghiệp tổng hợp hữu Do việc thiết kế nhà máy sản xuất EDC nhu cầu cần thiết Qua đồ án giúp em hiểu trình sản xuất biết thêm phần lý thuyết để áp dụng cho việc thiết kế phân xưởng sản xuất, đồng thời giúp em biết - Tính chất nguyên liệu dùng để sản xuất EDC - Tính chất EDC - Biết phương pháp sản xuất EDC - Chọn công nghệ phù hợp để sản xuất EDC - Biết phương pháp tính tốn cân vật chất cho trình Mong muốn sau trường sinh viên chúng em tiếp cận sâu công nghệ sản xuất EDC, đặc biệt làm chủ cơng nghệ để góp phần phát triển công nghiệp tổng hợp hợp chất hữu nước ta Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Trần Thế Vũ SVTH: Trần Thế Vũ 55 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55.000 tấn/năm DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Mậu Quyền, Hóa học vơ cơ, 1999, Nhà xuất khoa học kĩ thuật [2] Hồng Nhâm, Hóa học vô cơ, 1999, Nhà xuất giáo dục [3] Hồng Trọng n, Nguyễn Đăng Quang, Hóa học hữu cơ, 1998, Trường đại học bách khoa Hà Nội [4] Nguyễn Trọng Thọ, Hóa hữu cơ-Hydrocacbon, 1999, Nhà xuất giáo dục [5] Phan Minh Tân, tổng hợp hữu cơ-hóa dầu, 2002, Trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh [6] Phạm Thanh Hiền, Nguyễn Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp hữu cơ-Hóa dầu, 2006, Trường đại học bách khoa Hà Nội [7] PGS.TSKH Phan Đình Châu Các trình tổng hợp hữu NXB KH & KT, Hà Nội, 2005 [8] Tạp chí Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam- số 09/2012, “Mơ nghiên cứu công nghệ sản xuất EDC VCM từ ethylene” [9] http://www.google.tl/patents/US9744525 [10] Nguyễn Thị Thu Hiền, Cơng nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Nhà xuất khoa học kỹ thuật [11] Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry, VCH verlasgesell schaft mBh vol 6, 1990, FRG [12] Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry, VCH verlasgesell schaft mBh vol 10, 1990, FRG [13] Tạp chí cơng nghệ hóa chất- số 11/2003, “Một số quy trình clo hóa sản xuất vật liệu polyme” [14] Hydrocacbon Processing, 1999, March SVTH: Trần Thế Vũ 56 GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang .. .Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55. 000 tấn/ năm MỤC LỤC SVTH: Trần Thế Vũ GVHD: ThS Phan Thị Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55. 000 tấn/ năm DANH MỤC BẢNG SVTH:... Thùy Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55. 000 tấn/ năm ClCH2-CH2Cl + 2NaCN CNCH2-CH2CN + 2NaCl CNCH2-CH2CN + 2H2O CH2-COOH + 2NH3 1.1.3.3 Ứng dụng EDC EDC sử dụng chủ yếu nhà máy sản xuất VC,... Trang Đồ án môn học Sản xuất EDC suất 55. 000 tấn/ năm Sơ đồ cơng nghệ Tháp oxiclo hóa Thiết bị thu hồi EDC Thiết bị dập tắt Thiết bị tách EDC/ nước Thiết bị tách khí lỏng Thiết bị tách nước/EDC