sản xuất CALCIUM ACETAT

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG TIỂU LUẬN MƠN HỌC THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CALCIUM ACETAT SVTH: HOÀNG THỊ THUHỒNG MSSV: 61103064 LỚP : 11060301 NGÀNH: CƠNG NGHỆ SINHHỌC TP.HỒ CHÍ MINH, NGÀY 24 THÁNG 12 NĂM 2014 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học cộng nghệ ngày phát triển nhu cầu chất lương sống người ngày tăng Vì ngành cơng nghiệp giới khơng ngừng tìm tòi, nghiên cứu để đưa sản phẩm đáp ứng yêu cầu thị trường Trong đó, cơng nghệ hóa chất ko ngoại lệ Đây ngành công nghiệp mũi nhọn Nó khơng mang lại nguồn lợi đáng kể mà thúc đẩy ngành khác phát triển Việc nghiên cứu sản xuất calcium acetate CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Giới thiệu sơ lược: Calcium acetate hợp chất hóa học với cơng thức hóa học Ca(CH3COO)2 có dạng phổ biến mono hydrat (Ca(CH3COO)2•H2O) Hình 1: Tinh thể calcium acetate 1.1.1 Tính chất vật lý:    Trạng thái: Bột lỏng màu trắng, dễ dàng hấp thụ độ ẩm Mùi vị: có mùi acid acetic nhẹ, vị đắng Điểm nóng chảy: Đun nóng đến 160 ℃ phân hủy thành CaCO3  acetone Độ hòa tan nước: 37,4 g / 100 ml (0°C) 34,7 g / 100 ml (20°C)  29,7 g / 100 ml (100°C) Độ hòa tan : Ít tan methanol, hydrazine Không tan acetone, ethanol, benzene 1.1.2 Ứng dụng:  Được sử dụng để kiểm soát mức độ phosphate để giữ cho chúng khỏi bị cao người bị suy thận  Được sử dụng thành phần thực phẩm tác nhân chelat, chất làm đặc, chất ổn định, đệm kiểm soát pH  Được cung cấp hemihydrate dạng bột màu trắng mịn cồng kềnh  Calcium Acetate tìm thấy ứng dụng ngành cơng nghiệp  dầu khí dệt may Calcium Acetate sử dụng trung hòa florua nước  Calcium Acetate sử dụng làm thuốc thử phòng thí nghiệm, phòng thí nghiệm hóa học  Calcium acetate nguyên liệu ban đầu phổ biến để tổng hợp acetone CHƯƠNG HƯỚNG SẢN XUẤT Các hướng sản xuất: Calcium acetate sản xuất cách ngâm canxi cacbonat (tìm thấy vỏ trứng, loại đá cacbonat thông thường đá vôi hay đá cẩm thạch ) vôi dấm:  Một là: Cho Canxi Cacbonat (CaCO3) tác dụng với acid acetic (CH3COOH) CaCO + 2CH COOH → Ca (CH COO) + H2O + CO2  Hai là: Cho Canxi acetic(CH3COOH) hydroxit (Ca(OH)2) tác dụng với acid Ca(OH)2 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + 2H2O 1.1.1 Nguyên liệu cho sản xuất: 2.1.1.1.1  CaCO3 (Canxi cacbonat ) Là chất phụ liệu quan trọng nhiều ngành công nghiệp khác sử dụng dạng tinh khiết hay tinh khiêt tùy theo nhu cầu mục đích sử dụng cụ thể Tên goi thơng thường thị  trường hợp chất canxi cacbonat bột nhẹ Trên thị trường bán dạnh bột với nhiều kích cỡ khác Bột canxi cacbonat có cớ hạt nhỏ 25 micromet đóng bao 25kg/01bao 50kg/01bao Theo nhu cầu khách  hàng Ngồi thị trường có sản phẩm loại giống bột nhẹ, CaCO3 người ta gọi bột nặng (bột đá nghiền CaCO3 Nguyên nhân dẫn đến khác chúng sản xuất theo phương án khác nhau, từ tính chất khác nhau, từ tính chất chúng khác xa nhau, lĩnh vực ứng  dụng Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ: Tiêu chuẩn áp dụng cho canxi cacbonat sản xuất tue đá vơi, có dạng bột mịn, màu trắng, khơng có mùi Tùy theo chất lượng canxi cacbonat chia thành loại: loại 1, loại Các tiêu hóa lý canxi cacabonat phải đạt yêu cầu quy định bảng sau: TÊN CHỈ TIÊU Mức Loại Loại 99,00 98,00 0,10 0,15 0,50 0,50 Tổng hàm lượng cacbonat tính theo canxi cacbonat, khơng nhỏ Độ kiềm tính theo CaO, khơng lớn Độ ẩm không lớn 4 Hàm lượng chất không tan acid clohidric (HCl) không lớn 0,15 0,25 99,00 98,00 Độ mịn qua sàng (sàng có kích thước lỗ 0,125 mm 65% theo TCVN 2230-77) không nhỏ  Thành phần hoá học: 97,25%; SiO2: 0,12%: Al2O3: 0,04%; MgCO3: 2,12%; Fe2O3: 0,03%.Các thành phần khác theo nhu cầu  khách hàng Tính chất vật lý: CTPT Tên gọi theo IUPAC Phân tử gam Tỷ trọng, pha Độ hòa tan nước Điểm nóng chảy Trạng thái CaCO3 Cacbonat canxi 100 g/mol 2,83 g/cm3, rắn Không tan 835oC Bột màu trắng (Số liệu bảng điều kiện 25oC, 100 Kpa) Là chất thường sử dụng y tế chất bổ sung canxi hay chất khử chua Chất thường tìm thấy dạng đá khắp nơi giới, thành mai/vỏ cá loại sò, ốc vỏ ốc Nó ngun nhân gây hiên tượng  nước cứng Tính chất hóa học: Cacbonat canxi có chung tính chất đặc trưng chất cacbonat Đặc biệt là:  Tác dụng với axít mạnh, giải phóng điơxít cacbon: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O  Khi bị nung nóng, giải phóng điơxít cacbon (trên 825 °C trường hợp CaCO3), để tạo ơxít canxi, thường gọi vơi sống: CaCO3 → CaO + CO2 Cacbonat canxi phản ứng với nước có hòa tan điơxít cacbon để tạo thành bicacbonat canxi tan nước CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 Phản ứng quan trọng ăn mòn núi đá vôi tạo hang động, gây nước cứng  Sản xuất: Có phương pháp 1) Phương pháp cacbonat hóa 2) Phương pháp clorua canxi 3) Phương pháp trao đổi sữa vôi Phương pháp cacbonat hóa sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm công nghệ nguyên liệu Phương pháp trao đổi sữa vơi có nhược điểm lớn sản phẩm có lượng đáng kể canxi hydroxyt xút Vì để đảm bảo chất lượng cần phải tốn nhiều cơng lọc rửa…Vì phương pháp áp dụng cho nhà máy sản xuất soda Phương pháp canxi clorua tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao Phương pháp khống chế chế độ kết tủa canxi cacbonat, tạp tinh thể có kích thước mong muốn Vì vậy, người ta thường sử dụng phương pháp để tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao, sử dụng vào mục đích đặc biệt  Ứng dụng: * Dùng chăn nuôi thủy sản (CaCO3 dùng chăn nuôi): - Giữ phèn đất nước để giảm độc môi trường ao nuôi - Giữ mơi trường PH ln ổn định, tăng tính kiềm ao ni - Sát trung ao, kích thích cho tôm lột vỏ, tăng hàm lượng Caxi giúp tôm cứng * Dùng xây dựng: - Làm bột bả trát tường dùng xây dựng (CaCO3 siêu mịn) - Dùng cho trạm trộn bê tông asphalt (CaCO3 thô) - Dùng sản xuất sơn * Dùng y tế: - Thuốc bổ sung phần canxi giá rẻ - Chất khử chua và/hoặc chất gắn phốtphat - Sử dụng công nghiệp dược phẩm làm chất cho thuốc viên làm từ loại dược phẩm khác * Ngoài ra: - Dùng sản xuất bột đánh - Môi trường chống đống bánh cho muối bàn sản xuất lớp cao su Theo tiêu chuẩn trung tâm phân tích - Thí nghiệm địa chất Cục địa chất khoáng sản Việt Nam: TCVN 4350-1986 4351 - 1986 2.1.1.1.2   Ca(OH)2 ( Hyđroxyt canxi hay Canxi hyđroxyt ) Trạng thái: Dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng Sản xuất: Cho Canxi ơxít (tức vôi sống) tác dụng với nước (gọi vôi tơi) Nó kết tủa xuống trộn dung dịch chứa Canxi clorua (CaCl2) với dung dịch chứa Natri hiđroxit (NaOH) CaO + H2O  Ca(OH)2 (pứ tỏa nhiệt tỏa nhiệt mãnh liệt) CaCl2 + 2NaOH  Ca(OH)2 + NaCl  Tên gọi dân gian vôi tơi hay đơn giản tên gọi khống chất tự nhiên chứa canxi hiđroxit portlandit  Nếu bị nung nóng tới 512°C canxi hiđroxit bị phân hủy thành ơxít canxi nước Thể vẩn hạt hyđroxyt canxi mịn nước gọi vôi sữa Dung dịch chứa canxi hiđroxit gọi chung vơi nước có tính bazơ trung bình-mạnh, có phản ứng mạnh với axít ăn mòn nhiều kim loại có mặt nước Nó trở thành dạng sữa điơxít cacbon qua đó, kết tủa Canxi cacbonat tạo CaCO3 (to)  CaO + CO2 (phân hủy đá vôi 825oC, pứ thu nhiệt) 2.1.1.1.3  CH3COOH ( Acid Acetid) Axít axetic, hay gọi etanoic, axít hữu (Axit Cacboxylic), mạnh axít cacbonic Phân tử gồm nhóm methyl (-  CH3) liên kết với nhóm carboxyl (-COOH) Giấm axít axetic nồng độ từ 2–6% Giấm điều chế cách lên men rượu etylic Axít axetic điều chế từ  acetylen, cracking dầu mỏ chưng gỗ Sản xuất: Axit axetic sản xuất theo hai phương pháp sinh học tổng hợp Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chiếm khoảng 10% sản lượng giới, phương pháp quan trọng dùng để sản xuất giấm, theo luật độ tinh khiết thực phẩm số quốc gia quy định giấm sử dụng thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học Khoảng 75% axit axetic sản xuất công nghiệp dùng để sản xuất theo phương pháp cacbonyl hóa metanol Khoảng 15% lại sản xuất từ phương pháp thay khác  Ứng dụng: Axit axetic chất phản ứng dùng để sản xuất hợp chất hóa học Lượng sử dụng riêng lẻ lớn để sản xuất momoner vinyl axetat, sản xuất axetic anhydrit ester Lượng axit axetic dùng để sản xuất giấm nhỏ CHƯƠNG PHÂN TÍCH KINH TẾ, CHỌN LỰA HƯỚNG SẢN XUẤT Phân tích kinh tế: 1.1.1 CaCO3 Đại đa số cacnxi cacbonat sử dụng công nghiệp khai thác từ mỏ đá canxi cacbonat tinh khiết (sử dụng ngành thực phẩm dược phẩm) sản xuất từ nguồn ( đá cẩm thạch) Hiện nước ta có 125 tụ khống đá vơi tìm kiếm thăm dò Trữ lượng ước đạt 13 tỷ tấn, tài nguyên dự đoán khoảng 129 tỷ Đa số cacbonat canxi sử dụng công nghiệp khai thác từ đá mỏ đá núi Cacbonat canxi tinh khiết (ví dụ loại dùng làm thuốc dược phẩm), điều chế từ nguồn đá mỏ (thường cẩm thạch) tạo cách cho khí điơxít cacbon chạy qua dung dịch hyđroxit canxi theo phản ứng sau: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Để sản xuất bột đá vôi CaCO3 không lẫn tạp chất phải trải qua nhiều công đoạn đập vỡ, nghiền nát, phân loại độ tinh khiết, làm trắng… Tùy thuộc vào mục đích sử dụng ngành cơng nghiệp khác sản phẩm CaCO3 hồn thiện với cơng đoạn khác  Q trình loại bỏ khơng phức tạp lắm,và tốn chi phí, nguồn nguyên liệu phong phú với trữ lượng lớn nên có tiềm phát triển cao  Trong sản xuất công nghiệp calcium acetate, ngưởi ta thường sử dụng canxi cacbonat cấp độ khác tùy vào sản phẩm Ví dụ: Đối với công nghiệp cấp thực phẩm, dược phẩm canxi cacbonat nên chọn có độ tinh khiết cao Giá tiền CaCO3 tinh khiết: 60$ - 100$ /tấn = 0.06$ - 0,1$/kg 1.1.2 Ca(OH)2 (Canxi hydroxit) Phải trải qua nhiều giai đoạn tạo Ca(OH)2 để đưa vào phản ứng Giai đoạn 1: Nung nóng CaCO3 CaCO3 (to)  CaO + CO2  Giai đoạn 2: Cho CaO tác dụng với nước CaO + H2O  Ca(OH)2  Giai đoạn 3: phản ứng chính: cho vôi tác dụng với acid acetic  Ca(OH)2 + 2CH3COOH → Ca (CH3COO)2 + 2H2O Sản phẩm tạo nguyên liệu ban đầu tốn chi phí tiến hành Ca(CH3COO)2 → (CH3)2=O + CaO +CO2  Qui trình sản xuất phức tạp tốn nhiều chi phí giai đoạn (nếu sản xuất)  Trong sản xuất công nghiệp, canxi hidroxit không sử dụng rộng rãi chúng có hàm lượng tạp chất khó kiểm soát giá mua cao (nếu mua trực tiếp) Giá mua trực tiếp Ca(OH)2 : 160$-320$/tấn = 0,16$ - 0,32$/kg 1.1.3 CH3COOH (acid acetic) Loai nguyên liệu mắc tiền, sau phản ứng dư Vậy để tiết kiệm chi phí ta nên hồn lưu lại dung dịch Giá Acid acetic 99% giấm : 450$ - 1000$/tấn = 0,45$ - 1$/kg Tính tiềm kinh tế: Ta có: MCaCO3 = 100 g/mol MCa(OH)2 = 74 g/mol MCH3COOH = 60g/mol MCa(CH3COO)2 = 158 g/mol Với giá bán trung bình Ca(CH3COO)2 : 500$ - 2000$/tấn = 0,5$ - 2$/kg ( thị trường)  Hướng 1: CaCO (s) + 2CH COOH (l) → Ca (CH COO) (l) + H O (l) + CO (g)  EP = (158* 0,5) – ( 100*0,06 + 60*0,45) = 46 ($/kmol)  Hướng 2: Ca (OH) (s) + 2CH COOH (l) → Ca (CH COO) (l) + 2H O (l)  EP = (158*0,5) – (74*0.16 + 60*0,45) = 40,16 ($/kmol) VẬY TỪ NHỮNG PHÂN TÍCH TRÊN TA CHỌN HƯỚNG SẢN XUẤT THỨ NHẤT MANG LẠI LỢI NHUẬN NHIỀU HƠN VÀ ÍT TỐN CHI PHÍ SẢN XUẤT CHƯƠNG QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT Sơ đồ qui trình công nghệ: CaCO3, Hỗn hợp sản phẩm CH3COOH Thiết bị phản ứng Cụm tách chiết Hoàn lưu Chọn thiết bị phản ứng: CaCO (s) + 2CH COOH (l) → Ca (CH COO) (l) + H O (l) + CO (g) Ta thấy: Phản ứng phản ứng đơn giản, chiều tạo sản phẩm phụ Nên :  Theo nguyên tắc 1: Độ chuyển hóa sản phẩm phải cao, khoảng 95% để giảm chi phí, thể tích  Ta chọn thiết bị khuấy bình ống (PER) hay thiết bị khuấy gián đoạn (IBR) thay chọn thiết bị khuấy liên tục (CSTR) PER = IBR , VPER