Thiết kế phân xưởng sản xuất dicloetan

Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất LỜI NĨI ĐẦU Dicloetan có cơng thức hóa học Cl-CH 2-CH2-Cl chất lỏng điều kiện thường có nhiệt độ sơi t = 83,7°C, nhiệt độ nóng chảy t =-35,3°C Dicloetan độc người sử dụng, hít phải dicloetan bị đau đầu, hít nhiều gây tử vong Q trình tổng hợp dicloetan phương pháp clo hóa trực tiếp etylen tiến hành vào năm 1795 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 polyvinyl Dựa vào số liệu năm 1981 85% tổng số sản lượng dicloetan sử dụng để điều chế vinylclorua; 10% sử dụng sản xuất dung mơi clo hóa 1,1,1-tricloetan tetracloetan [4] Số lại sử dụng nhiều q 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 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 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 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM A.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I.Tính chất nguyên liệu clo [1] I.1.Tính chất vật lý Ở điều kiện thường clo chất khí màu vàng lục, độc có mùi sốc mạnh, clo tan nước 20°C độ hòa tan nước clo 0,73% Khi làm lạnh dung dịch nước clo tách dạng tinh thể hydrat Cl 2.8H2O, hợp chất tạo nên nhờ xâm nhập phân tử clo vào khoảng trống tập hợp gồm phân tử H2O liên kết với liên kết hiđro Clo dễ tan dung môi hữu benzen, ete, rượu Clo có ký hiệu: Cl2 Khối lượng phân tử: 35,453 đvc Nhiệt độ sơi: -34,1°C Nhiệt độ nóng chảy: -101,1°C Độ âm điện: 3,0 Năng lượng liên kết: 242 kj/mol I.2 Tính chất hóa học Clo phi kim điển hình có tính oxy hố mạnh +Clo tác dụng với hầu hết kim loại đưa kim loại lên số oxy hóa dương cao 2Fe + 3Cl2 →2 FeCl3 +Clo tác dụng với phi kim: Khi clo tác dụng với hiđro phản ứng xảy có tác động ánh sáng đun nóng Cl2 + H2 → 2HCl ∆H = -92,3 kj/ mol Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Ngoài clo tham gia phản ứng với phi kim loại đưa chúng lên số oxy hoá dương cao 2P + 5Cl2 → 2PCl5 +Clo tác dụng với muối halogen giải phóng halogen linh động Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Cl2 + 2NaI → 2NaCl + I2 Tính chất phù hợp với khử chuẩn dãy halogen(thế khử chuẩn giảm dần với Clo ε°=1,36V; với Brôm ε°= 1,07V; với Iốt ε°=0,54V) +Clo phản ứng với nước Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO Clo tan vào nước để có cân gọi nước Clo +Clo bị phân hủy Năng lượng liên kết clo lớn nên nung nóng clo nhiệt độ cao clo bị phân hủy Cl2 (k) → 2Cl(k) Trong thực tế clo tồn đa số dạng hợp chất có dạng đơn chất clo chất hoạt động mạnh độc I.3 Phương pháp điều chế Clo +Trong phòng thí nghiệm: Clo điều chế tác dụng chất oxy hóa mạnh MnO 2, KMnO4…với HCl đặc Ptpư: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O +Trong công nghiệp: Clo điều chế điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn với điện cực trơ anốt khí Cl2 bay 2NaCl → 2Na + Cl2 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất 2NaCl + H2O → H2 + Cl2 + 2NaOH I.4 Ứng dụng clo Trong halogen clo có ứng dụng rộng rải clo ngun tố có hoạt tính cao Clo sử dụng để điều chế nhiều chất vô hữu HCl, clorua vôi, dung môi hữu chứa clo dicloetan, 1,1,1- tetracloetan, thuốc trừ sâu, chế tạo chất dẻo sợi tổng hợp, cao su Một lượng lớn clo dùng để tẩy trắng vải, bột giấy, khử trùng, tẩy độc nước thải, chế hóa quặng luyện kim màu II Tính chất ngun liệu Etylen [2] II.1 Tính chất vật lý Etylen chất khí, khơng màu, khơng mùi, tan nước dễ tan dung mơi hữu có cực ete, rượu Etylen có cơng thức phân tử: C2H4 Nhiệt độ sơi: -103,9°C Nhiệt độ nóng chảy : -169,4°C Nhiệt độ tới hạn: -136,1°C Áp suất tới hạn: 4,59 MPa II.2 Tính chất hóa học Etylen hiđrocacbon khơng no có chứa liên kết đơi C=C phân tử liên kết σ xen phủ trục hai electron p, tất nguyên tử nối với nguyên tử cacbon nằm mặt phẳng với cacbon gốc hóa trị cacbon mang nối đôi bằng120° Hai trục electron p song song tạo thành mặt phẳng π thẳng góc với mặt phẳng nói Thực chất 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° ngắn so với liên kết đơn(1,57A°), lượng liên kết đôi C=C 145,8Kcal/ mol, giả thiết Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất lượng liên kết σ lớn lượng liên kết π 148 - 82,6 = 36,2 Kcal/mol Như lượng liên kết π, độ chênh lệch vào khoảng 20Kcal/ 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 hóa phản ứng trùng hợp a Phản ứng cộng Phản ứng đặc trưng etylen phản ứng cộng vào liên kết đôi, phản ứng liên kết đôi thực chất liên kết π bị bẽ gãy kết hợp với nguyên tử nhóm nguyên tử tạo thành hợp chất hidrocacbon no +Cộng halogen: Các halogen cộng vào etylen cách dễ dàng tạo dẫn xuất dihalogen *Cộng clo: CH2=CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl Đây phản ứng quan trọng sản phẩm trình nguyên liệu khởi đầu cho trình tổng hợp vinylclorua hợp chất quan trọng sử dụng nhiều thực tế, phản ứng thực hiên t = 40- 50°C; P = 4at với có mặt xúc tác FeCl3 CuCl3 phản ứng phản ứng tỏa nhiệt *Cộng Brôm (Br2): Phản ứng phản ứng đặc trưng để nhận biết etylen dung dịch Brôm từ màu đỏ nâu chuyển sang không màu tham gia phản ứng với etylen Phản ứng xảy theo chế electronphin tức ion (+) công trước vào cacbon mang điện (-) Cơ chế: Br δ+- Br δ− + CH2δ+=CH2δ− → Br-CH2-CH2+ + Br− Br-CH2-CH2+ + Br−→ Br-CH2-CH2-Br +Cộng Hidrô (H2): Xúc tác Ni, phản ứng tỏa nhiệt CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 ∆H = -30 Kcal + Cộng hidrohalogen(HX): Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Phản ứng cộng vào nối đôi etylen tạo dẫn xuất monohalogen, phản ứng xảy dễ với HI, khó với HCl CH2=CH2 + HI → CH3-CH2-I +Cộng với nước clo: Phản ứng cộng với nước clo tạo etylenclohydrin từ ta điều chế etylenoxit +Cộng với axit sunfuric tạo etylsunfat axit CH2=CH2 + HOSO3H → CH3-CH2-OSO3H + Cộng H2O tạo rượu etylic dùng xúc tác H2SO4, ZnCl2 CH2=CH2 + HOH → CH3-CH2-OH b Phản ứng oxi hóa +Etylen tác dụng với dung dịch KMnO đậm đặc nhiệt độ cao nối đôi C= C bị bẽ gãy 3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO-CH2-CH2-OH + 2MnO2 + 2KOH +Oxi clo hóa etylen với HCl oxi thu dicloetan (phản ứng oxi clo hóa ) CH2=CH2 + 2HCl + 1/2O2 → Cl-CH2-CH2-Cl + H2O +Oxi hóa etylen dung dịch HCl loãng chứa xúc tác Pd Cu tạo axetandehit CH2=CH2 + O2 → CH3CHO ∆H = - 218,6 Kj/mol Cơ chế: C2H4 + PdCl2 → [C2H4PdCl2] [C2H4PdCl2] + HOH → CH3-CH + Pd + 2H+ + 2Cl− Pd + CuCl2 ⇔ CuCl + PdCl2 CuCl + 2HCl +1/2O2 → CuCl2 + H2O Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Phản ứng tổng quát: CH2=CH2 + 1/2O2 → CH3CHO +Oxi hóa etylen oxi khơng khí xúc tác bạc(Ag) Đây phản ứng tỏa nhiệt việc điều khiển nhiệt độ quan trọng +Oxi hóa etylen oxi với tác nhân phản ứng axit axetic có mặt xúc tác Pd sản xuất vinyl axetat loại ngun liệu thơng dụng Q trình xảy pha lỏng, giống q trình oxi hóa etylen tạo thành axetaldehit Cũng q trình oxi hóa với xúc tác Fe 2O3 nhiệt độ 16°C áp suất P=28 at sản phẩm lại hỗn hợp mono điaxetat, etylglycol Etylen tham gia phản ứng với benzen xúc tác Al 2O3 tạo etylen để điều chế styren nguyên liệu điều chế nhựa cao phân tử polistyren để tổng hợp Buna-S Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất c Phản ứng trùng hợp Đây phản ứng quan trọng ngành công nghiệp phản ứng trùng hợp etylen tạo hợp chất cao phân tử polyme Phương trình phản ứng chung: nA → (A)n n: Hệ số trùng hợp CH2=CH2 → [-CH2-CH2-]n Ngồi etylen dùng để tổng hợp axit acrylic, phản ứng 2+ pha lỏng etylen với cacbon oxit oxi Pd / Cu2+ làm xúc tác Hiệu suất trình tổng hợp so với etylen 85%, điều kiện phản ứng t = 140°C, P= 75 at II.3 Điều chế etylen Trong tự nhiên khơng có etylen ngun chất mà phải qua q trình chế biến hóa học Có phương pháp điều chế etylen a Lấy etylen từ khí dầu mỏ khí cốc Là phương pháp đơn giản nhất, sản phẩm etylen thu qua trình ngưng tụ, hấp thụ tinh luyện để tách riêng etylen b.Tách nước khỏi rượu Tách H2O khỏi rượu tạo anken (etylen) phương pháp sử dụng rượu loại ngun liệu đắt Tách H 2O khỏi rượu tiến hành theo phương pháp +Đun nóng C2H5OH với H2SO4 đặc nhiệt độ t = 170°C CH3-CH2-OH + H2SO4đặc → H2O + CH3-CH2-O-SO3H CH3-CH2-O-SO3H → CH2=CH2 + H2O Tổng quát: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất +Cho rượu C2H5OH qua xúc tác rắn nhôm oxit Al 2O3 nhiệt độ t= 300-600°C C2H5OH → CH2=CH2 + H2O Cùng sinh với sản phẩm etylen có ete, nhiệt độ trình thấp lượng ete tạo thành nhiều Dùng nhiệt độ lớn 300°C xúc tác Al2O3 phân hủy rượu hồn tồn thành etylen Tiến hành phản ứng thiết bị hình ống, có chứa xúc tác, sản phẩm phụ sinh đem làm lạnh, ete, rượu ngưng tụ lại etylen đưa làm sấy c Nhiệt phân etan propan Phản ứng khử hiđro thực nhiệt độ cao t >900°C C2H6 → CH2=CH2 + H2 Phản ứng cracking bẽ gãy liên kết C-C nhiệt độ t = 700-800°C CH3-CH2-CH3 → CH2=CH2 + CH4 Với điều kiện nhiệt độ cao etylen bền dễ bị khử hidro tạo thành axetylen đứt liên kết tạo thành muội than phải lấy nhanh sản phẩm khỏi vùng phản ứng, giảm thời gian tiếp xúc etan propan nhiệt độ cao d Hidro hóa axetylen xúc tác Ni Phương pháp dùng nước khơng có dầu mỏ khí cacbuahydro, so với phương pháp khử nước rượu etylic phương pháp kinh tế Phản ứng hydro hóa axetylen tiến hành áp suất thường nhiệt độ t= 250°C dùng xúc tác paladi mang silicagel phản ứng phản ứng tỏa nhiều nhiệt CH≡ CH + H2 → CH2=CH2 II.4 So sánh phương pháp điều chế etylen Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Có phương pháp điều chế etylen phương pháp tách nước từ rượu phương pháp hydro hóa axetylen đơn giản nguyên liệu rượu etylic axetylen nguyên liệu đắt tiền nên hai phương pháp đạt hiệu suất kinh tế thấp Phương pháp nhiệt phân etan, propan phương pháp tinh luyện để tách etylen phương pháp đơn giản nguồn nguyên liệu dồi nên phương pháp đạt hiệu kinh tế cao II.5 Ứng dụng etylen Etylen nguồn nguyên liệu quý việc tổng hợp hữu tổng hợp rượu, CH3COOH, chất cao phân tử polyme…đặc biệt etylen cộng với axit HCl oxi dễ dàng tổng hợp dicloetan sản phẩm trung gian cho trình sản xuất vinylclorua để sản xuất nhựa polyvinylclorua (PVC) Ngoài ứng dụng tổng hợp hữu với nhiều sản phẩm quý etylen sử dụng để giấm xanh etylen kích thích hoạt động men làm mau chín sử dụng với nồng độ lỗng 10 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan NH4Cl H2O Tổng Thiết kế phân xưởng sản xuất 6698,0575 20116,5133 69,6113 6698,0575 19859,6422 256,8711 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG I TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Ở THIẾT BỊ CLO HÓA Theo sổ tay trình thiết bị [IX-149/ 10-196 ] ta có phương trình cân nhiệt thiết bị phản ứng chính: QNL + Qpư = Qrasp + Qmm + Qtn Trong đó: QNL: Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào, kcal/h Qpư:: Nhiệt lượng phản ứng clo hóa sinh ra, kcal/h Qrasp : Nhiệt lượng sản phẩm mang ra, kcal/h Qmm: Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh, kcal/h Qtn : Nhiệt lượng chất tải nhiệt lấy hay mang vào qt, kcal/h Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào a Nhiệt etylen kỹ thuật mang vào Ta có etylen kỹ thuật mang vào gồm có: C2H4, C2H6, C3H6 nên nhiệt lượng etylen kỹ thuật mang vào là: Q1= QC2H4 + QC2H6 + QC3H6, kcal/h Trong đó: Qi xác định theo cơng thức [IX.15/10-196] Qi = Fi.Ci.t Với: Fi: Lượng chất vào chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, kcal/h 41 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất t: Nhiệt độ đầu chất,°C Trong trình lấy t = 25˚ C Fi tính phần cân vật chất (bảng 1) Ci tra sổ tay thiết bị cơng nghệ hóa chất [I-177/ 9-180] Tính tốn ta lập bảng số liệu sau : 42 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Bảng Nhiệt lượng etylen kỹ thuật mang vào (kcal/h) C2H4 C2H6 C3H6 F 4276,6411 144,438 134,8696 C 0,4 0,45 0,38 Q 42766,411 1624,9275 1281,2612 Vậy tổng nhiệt lượng etylen kỹ thuật mang vào là: Q1 = 42766,411 + 1624,9275 + 1281,2612 = 45672,5997 (kcal/h) b Nhiệt lượng clo kỹ thuật mang vào Clo kỹ thuật mang vào gồm có Cl2, CO2, O2, N2, nên ta có nhiệt lượng clo kỹ thuật mang vào là: Q2 = QCl2 + QCO2 +QO2+ QN2 Mà Qi = Fi.Ci.t Với: (1) Fi: Lượng chất vào chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, kcal/h t: Nhiệt độ đầu chất,°C Trong trình lấy t = 25 °C Ci tra bảng [I-177/9-193] ta có: CCl2=0,115 ; CN2=0,25 ; CO2=0,24 ; CCO2=0,21 Thay m giá trị C,F,t vào cơng thức (1) ta có Nên ta có bảng số liệu sau : Bảng Nhiệt lượng clo kỹ thuật mang vào.(kcal/h) Cl2 N2 O2 CO2 F 9961,7772 462,3655 158,7705 144,8244 C 0,115 0,25 0,24 0,21 Q 28640,1094 2889,7844 952,623 760,3281 Vậy tổng nhiệt lượng clo kỹ thuật mang vào : Q2 = 28640,1094 + 2889,7844 + 952,623 + 760,3281 = 33242,8449 (kcal/h) 43 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Do tổng lượng nhiệt nguyên liệu mang vào: Qvào = Q1 + Q2= 45672,5997 + 33242,8449 = 78915,4446 (kcal/h) Vậy Q vào = 78915,4446 (kcal/h) Nhiệt lượng phản ứng tạo a Nhiệt lượng phản ứng (1) tạo thành CH2=CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl ∆H1 + (1) Quá trình clo hóa etylen xãy nhiệt độ 50-60 °C nên ta chọn nhiệt độ phản ứng 55°C, nhiệt lượng phản ứng (1) tạo thành xác định theo cơng thức: Q1= x ∆H1 Trong đó: ∆H1: Hiệu ứng nhiệt phản ứng, kcal/mol x: Số mol etylen tham gia phản ứng (1) Mà ta có lượng etylen tham gia phản ứng (1) 1759,52 kg/h nên Số mol etylen tham gia phản ứng (1) là: 3554,1473 = 126,9338( kmol / h) = 126933,8(mol/ h) 28 ∆H1: xác định từ cơng thức [II.63/10-41] Ta có: ∆H1= ∆H0 + T ∫C p dT To Với Cp nhiệt dung DCE, tra bảng [I.176 - 9/230] C p= 0,391 kcal/kgđộ = 0,00391 kcal/mol.độ ∆H0: Hiệu ứng nhiệt phản ứng 298°K mà theo [13-157] ta có ∆H0=37,64 kcal/mol Do đó: ∆H1 = - 37,64 + 0,00391(243-298) = 37,855(kcal/h) Vậy nhiệt lượng phản ứng tạo thành là: Q1 = 37,855 126933,8 = 4805078,999(kg/h) b Nhiệt lượng phản ứng (2) tạo thành 44 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất CH2 =CH2 +Cl2 → Cl-CH2-CH- Cl + HCl + ∆H2 (2) Cl ∆H2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng (2) Q2 = x ∆H2 Ta có: ∆H2= Trong đó: ∑ niEi − ∑ njEj ni, nj: Số liên kết chất tham gia tạo thành Ei,Ej: Năng lượng chất tham gia, tạo thành,Kcal/mol, Theo bảng [II.1/13-55] ta có số liệu sau: E[C=C] =101,2 kcal/mol E[C-C] =62,8 kcal/mol E[C-H] =85,6 kcal/mol E[Cl-Cl] =57,8 kcal/mol E[C-Cl] =70 kcal/mol E[H-Cl] =102,1 kcal/mol Nên: ∆H2 = E[C=C] + 4E[C-H] + 2E[Cl-Cl] -E[C-C] -3E[C-Cl] + E[H-Cl] - 3E[C-H] ∆H2 = 101,2 + 4.85,6 + 2.57,8 - 3.70 - 2.85,6 - 101,2 - 62,8 ∆H2 = -71,2 (kcal/mol) Mà số mol etylen tham gia phản ứng (2) x= 126, 7774 = 4, 5278(kmol / h) = 4527,8(mol / h) 28 Vậy nhiệt lượng phản ứng (2) tạo thành là: Q2 = x ∆H2 = 71,2 4527,8 = 322379,36 (kcal/h) c Nhiệt lượng phản ứng (3) tạo thành là: CH2=CH-CH3 + Cl2 → Cl-CH2-CH-CH3 + ∆H3 (3) Cl Ta có: Q3= x ∆H3 Với: x số mol C3H6 tham gia phản ứng Hiệu ứng nhiệt phản ứng (3) x ∆H3= E[C=C] + 6E[C-H]+ E[C-C]+ E[Cl-Cl] - 6E[C-H]- 2E[C-Cl] - 2E[C-C] 45 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất ∆H3=101,2 + 6.85,6 +57,8 + 62,8 - 6.85,6 -2.70 2.62,8 ∆H3= - 43,8(kcal/h) Vậy nhiệt lượng phản ứng (3) tạo là: Q3 = 43,8 3018,5 = 132210,3(kcal/h) Tổng nhiệt lượng tạo thành phản ứng là: QII = Q1+ Q2+ Q3 = 4805078,999 + 322379,36 + 132210,3 = 5259668,659 (kcal/h) Qvào = QNL+Qpư = 78915,4446 + 5259668,659 = 5338584,104(kcal/h) Vậy tổng nhiệt lượng vào: Qvào = 5338584,104(kcal/h) Tính nhiệt lượng sản phẩm mang khỏi thiết bị clo hoá Sản phẩm clo hoá thể nên nhiệt lượng sản phẩm mang gồm: Qra= QDCE + QTCE + QDCP + QCO2 +QN2+QHCl+QO2+QC2H4dư +QC2H6 Theo tính tốn ta có QN2 = 2889,7844(kcal/h) QCO2 = 760,3281(kcal/h) QO2 = 952,623(kcal/h) QC2H6 = 1624,9275(kcal/h) Ta cần phải tính: QDCE, QDCP, QTCE, QHCl , QC2H4dư Ta có: Qi = Fi.Ci.t Fi: Lượng chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, Kcal/h t: Nhiệt độ chất, trình lấy t=55 °C * Tính nhiệt dung riêng Ci hợp chất hố học: Theo [I-141/9-230] ta có: MC=n1c1+n2c2+n3c3… (1) Trong đó: M: Khối lượng mol hợp chất C: Nhiệt dung riêng hợp chất n1, n2, n3: Số nguyên tố nguyên tử hợp chất 46 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất c1, c2, c3 : Nhiệt dung riêng nguyên tố hợp chất Tra bảng [I-141/9-180 ] ta có: Đơn vị J/kg nguyên tử độ Kcal/kg nguyên tử độ C 11700 2,794 H 18000 4,3 Cl 33500 (ta có Kcal/kg độ= 4,1868.103 J/kg độ) Thay vào (1) ta có: CDCE = 2CC + 4CH + 2CCl 2.2, 794 + 4.4,3 + 8.2 = = 0,391(kcal/ h) 99 99 Tính tương tự ta có: CTCE= 0,42 CDCP=0,38 CHCl=0,19 Ta có bảng số liệu sau: Bảng Nhiệt lượng sản phẩm mang thể hơi( Kcal/h) DCE TCE DCP HCl C2H4 G 12566,4493 691,1547 341,0916 188,9674 577,5325 C 0,39 0,42 0,38 0,19 0,4 Q 269550,3375 15965,6736 7128,8144 1974,7093 12705,715 C2H6 144,438 0,45 3574,8405 C3H6 134,8696 0,38 1854,457 O2 158,7705 0,24 2095,7706 N2 462,3655 0,25 6357,5256 G C Q CO2 144,8244 0.21 1672,7218 Vậy tổng nhiệt lượng sản phẩm mang là: Qra = QDCE + QTCE + QDCP + QCO2 + QO2 + QN2 + QHCl + QC2H4dư + QC2H6 + QC3H6 Qra = 269550,3375 + 15965,6736 + 7128,8144 + 1672,7218 + 2095,7706 + 6357,5256 + 1974,7093 + 12705,715 + 3574,8405 + 1854,457 Qra = 322880,5653(kcal/h) Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh 47 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Ta thấy phản ứng clo hoá etylen toả nhiệt mạnh nên ta chọn nhiệt mát 5% nhiệt lượng đưa vào Tổng lượng nhiệt mát trình này: Qmm = 0,05 Qvào = 0,05 5338584,104 = 266929,2052(kcal/h) Tính nhiệt lượng chất tải nhiệt Ta có Qnl + Qfư = Qra + Qmm + Qtn Mà Qnl = 78915,4446 ; Qfư = 5259668,659; Qra = 322880,5653; Qmm = 266929,2052(kcal/h) Suy Qtn = 78915,4446 + 5259668,659 - 322880,5653 - 266929,2052 = 4748774,333(kcal/h) Tính tốn ta có bảng sau: Bảng 10 Cân nhiệt lượng thiết bị clo hoá (kcal/h) Thành phần Etylen Clo Phản ứng Phản ứng Phản ứng Tổng Nhiệt lượng vào 45672,5997 33242,8449 4805078,999 322379,36 132210,3 5338584,104 Thành phần Sản phẩm Nhiệt mát Tải nhiệt Tổng Nhiệt lượng 322880,5653 266929,2052 4748774,333 5338584,104 II CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Ở THẾT BỊ TÁCH KHÍ LỎNG Lượng nhiệt vào thiết bị Lượng nhiệt vào thiết bị phản ứng tách khí lỏng lượng nhiệt thiết bị phản ứng Qvào = Qra1 = 322880,5653(kcal/h) Lượng nhiệt Lượng nhiệt Qra = Qspl + Qspk a Nhiệt lượng sản phẩm khí mang Qspk = QC2H4 + QC2H6 + QC3H6 + QCO2 + QO2 + QHCl + QN2 + QDCE Quá trình chọn T = 45˚C Nhiệt lượng riêng hợp chất tra [I-177/9 - trang 230] 48 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Tính tốn ta có bảng số liệu sau: Bảng 11 Nhiệt lượng sản phẩm khí mang (kcal/h) DCE F 125,6645 C 0,39 Q 2205,412 HCl 94,9837 0,19 812,1106 CO2 144,8244 0,21 1368,5906 N2 462,3655 0,25 5201,6119 O2 F 158,7705 C 0,24 C2H4 577,5325 0,4 C2H6 144,438 0,5 C3H6 8,0922 0,38 Q 1714,7214 10395,585 3249,855 138,3766 Tổng nhiệt lượng sản phẩm khí mang ra: Qspk = 25086,2631(kcal/h) b Nhiệt lượng sản phẩm lỏng mang Ql = QDCE + Q TCE + QDCP + QHCl Ta có Qi = Fi.Ci.t Với Fi: Lượng vào chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, Kcal/h t : Nhiệt độ chất, trình lấy t=45˚C để ngưng tụ hết sản phẩm Tính tốn ta bảng sau: Bảng 12 Nhiệt lượng sản phẩm lỏng mang DCE HCl TCE DCP F 12440,7848 94,9837 691,1547 341,0916 C 0,39 0,19 0,318 0,44 Q 218335,7732 812,1106 9890,4237 6753,6137 Tổng nhiệt lượng sản phẩm lỏng mang ra: Ql = 235791,9212(kcal/h) Vậy Qra= Ql + Qk = 235791,9212 + 25086,2631 = 260878,1843(kcal/h) 49 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Lượng nhiệt mát môi trường xung quanh Chọn lượng nhiệt mát môI trường xung quanh 5% nhiệt lượng vào Ta có Qmm = 0,05 Qvào = 0,05 322880,5653 = 16144,0283(kcal/h) Nhiệt lượng chất tải nhiệt mang Theo phương trình cân nhiệt lượng ta có Qvào = Qra + Qmm + Qtn Suy Qtn = Qvào - Qra - Qmm = 322880,5653 - 260878,1843 - 16144,0283 Qtn = 45858,3527(kcal/h) Bảng 13 Cân nhiệt lượng thiết bị tách khí/lỏng(kcal/h) Lượng nhiệt vào(kcal/h) Thành phần Lượng nhiệt Lượng nhiệt ra(kg/h) Thành phần Lượng nhiệt Sản phẩm 260878,1843 Mất mát 16144,0283 Tải nhiệt 45858,3527 Tổng 322880,5653 Tổng 322880,5653 III CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Ở THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH Lượng nhiệt vào Lượng nhiệt vào thiết bị ổn định = Lượng nhiệt thể lỏng thiết bị tách khí lỏng Qvào= Qraspl = 235791,9212(kcal/h) Lượng nhiệt Qra= Qkhí + Qlỏng Qlỏng = QDCE + QTCE + QDCP + QHCl lỏng Qspk = QDCEkhí + QHClkhí Ta có Q= Fi.Cit Với Fi: Lượng vào chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, Kcal/h t: Nhiệt độ chất, trình lấy t=60˚C 50 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Bảng 14 nhiệt lượng thiết bị ổn định (kcal/h) DCElỏng TCE DCP HCl DCEkhí HClkhí F 12316,377 691,1547 341,0916 47,4918 124,4078 47,4918 C 0,39 0,318 0,44 0,19 0,39 0,19 Q 288203,2218 13187,2317 9004,8182 541,4065 2911,1425 541,4065 Tổng lượng sản phẩm lỏng mang vào: Qlỏng = QDCE + QTCE + QDCP + QHCl = 288203,2218 + 13187,2317 + 9004,8182 + 541,4065 = 310936,6782(kcal/h) Tổng lượng sản phẩm khí mang vào: Qkhí = QDCEkhí + QHClkhí = 2911,1425 + 541,4065 = 6452,549(kcal/h) Vậy Qrasp = Qlỏng+ Qkhí = 310936,6782 + 6452,549 = 317389,2272(kcal/h) Nhiệt lượng mát thải môi trường xung quanh Chọn lượng nhiệt mát thải môi trường xung quanh 5% so với lượng nhiệt mang vào Qmm = 0,05 235791,9212 = 11789,5961(kcal/h) Nhiệt lượng đốt mang vào Ta có: Qvào + Qhđ = Qra+ Qmm Nên Qhđ = Qra + Qmm - Qvào QHđ = 317389,2272 + 11789,5961 - 235791,9212 = 93386,9021(kcal/h) QHđ = 93386,9021(kcal/h) Bảng15 Cân nhiệt lượng thiết bị ổn định (kcal/h) Nhiệt lượng vào (kcal/h) Hơi đốt 93386,9021 Nhiệt lượng (kcal/h) SP= khí + lỏng 317389,2272 Sản phẩm 235791,9212 Mất mát 11789,5961 Tổng 329178,8233 Tổng 329178,8233 51 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất IV TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Ở THIẾT BỊ LÀM SẠCH Lượng nhiệt vào thiết bị làm lượng nhiệt thể lỏng thiết bị ổn định H2O, NH3 mang vào, đó: Qvào = Qlỏng + QH2O+ QNH3 Mà Qlỏng = 310936,6782(kcal/h) QH2O= FH2O.CH2O.t QNH3=FNH3.CNH3.t CH2O, CNH3 tra [I 177/9-230] Ta có: Với tNH3=20˚ C, tH2O=25 ˚C H2O 6698,0575 0,99 165776,9231 F C Q NH3 22,3407 0,11 49,1495 Vậy tổng nhiệt lượng vào: Qvào = 310936,6782 + 165776,9231 + 49,1495 = 476762,7508(kcal/h) Nhiệt lượng mang ra: Qra = QDCElỏng + QDCEkhí + QDCP + QTCE + QNH4Cl + QH2O Ta có Qi = Fi.Ci.t Với Fi: Lượng vào chất thứ i, kg/h Ci: Nhiệt dung riêng chất thứ i, kcal/h t: Nhiệt độ sản phẩm t=50˚ C Bảng 16 Nhiệt lượng hệ thống làm (kcal/h) DCElỏng DCEkhí DCP TCE NH4Cl H2O F 12316,377 246,3275 341,0916 691,1547 69,6113 6698,0575 C 0,39 0,39 0,44 0,318 0,07 0,99 Q 240169,351 4803,3862 7504,015 10989,359 243,639 331553,8463 5 52 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Tổng lượng nhiệt khỏi dây chuyền làm sạch: Qra = 595263,5984(kcal/h) Chọn nhiệt lượng mát dây chuyền 5% so với nhiệt lượng mang vào: Ta có: Qmm = 0,05 Qvào = 0,05 476762,7508 = 23838,1375(kcal/h) Như nhiệt lượng cần mang vào dây chuyền làm là: Qvào + QHđ = Qra+ Qmm Suy ra: QHđ = Qra + Qmm - Qvào = 595263,5984 + 23838,1375 - 476762,7508 = 142338,9851(kcal/h) Bảng 17 Cân nhiệt lượng hệ thống làm (kcal/h) Nhiệt lượng vào(kcal/h) Nguyên liệu 476762,7508 Hơi đốt 142338,9851 Tổng 619101,7359 Nhiệt lượng ra(kcal/h) Sản phẩm 595263,5984 Mất mát 23838,1375 Tổng 619101,7359 KẾT LUẬN Sau ba tháng làm việc nghiên cứu tính tốn hướng dẫn tận tình thầy giáo ThS Đặng Nguyên Thoại em hoàn thành tập đồ án Đề tài đưa nghiên cứu không đồ án giúp em biết tính chất dicloetan hiểu tầm quan trọng việc sản xuất DCE cơng nghiệp hố chất nhu cầu giới Việt Nam 53 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Việc sản xuất DCE nước ta vấn đề mẻ, nước ta chưa có nhà máy sản xuất DCE, tới nhà máy lọc dầu số vào hoạt động việc sản xuất DCE dễ dàng nhờ nguồn etylen clo Khi DCE sản phẩm trung gian vô quan trọng cơng nghiệp hố chất Từ DCE ta tổng hợp nhiều chất hữu quan trọng có giá trị khác Qua q trình làm đồ án tốt nghiệp giúp em ôn lại kiến thức mơn học khác như: Hố học vơ cơ, sở q trình thiết bị hố chất…, biết cách tra tài liệu, đại lượng hoá lý Tuy nhiên lần làm đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất quy mô lớn mẻ này, q trình tìm tài liệu chưa hồn thiện khả thân em có hạn đồ án em không tránh khỏi sai sót Em mong thầy giáo ThS Đặng Nguyên Thoại thầy giáo môn bỏ qua đóng góp cho em ý kiến q báu để đồ án mơn học em hồn thiện Sinh viên thực TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Mậu Quyền, Hóa học vơ cơ, 2000, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Thọ – Hoá hữu cơ- Hydrocacbon, Nhà xuất giáo dục 2002 Phan Minh Tân- Tổng hợp hữu hoá dầu, Đại Học Bách Khoa TPHCM 2010 54 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Wolfgang-Gerhartz, Ullmann’s Encyclopedia of industrial Chemistry, Vol A6, p 283,2005, VCH Verlagsgesell Schaft mbH, FRG Bộ mơn q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Sổ tay hố q trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 1, 2006, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội Bộ mơn q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Sổ tay hố q trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 2, 2006, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội Nguyễn Bin tập thể rác giả - Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hố học, TậpI - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội - 2000 Nguyễn Bin tập thể rác giả - Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hoá học,Tập II- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội - 2000 La Văn Bình - Nhiệt động học hoá kỹ thuật, Nhà xuất khoa học kỹ thuật -2001 55 Lớp: CNKT Hóa học K37A ... án mơn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Tháp tơi 7 .Thiết bị nén Thiết bị khử khí 8 .Thiết bị đun nóng Thiết bị tách 9 .Thiết bị làm lạnh Tháp rửa Hoạt động sơ đồ công nghệ sản xuất DCE... trưng thiết bị chính: - Thiết bị chính: 23 Lớp: CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất Nguyên lý hoạt động: Thiết bị phản ứng làm lạnh nhờ thiết bị phụ trợ bên (thiết. .. CNKT Hóa học K37A Đồ án môn học Dicloetan Thiết kế phân xưởng sản xuất II Phương pháp clo hóa trực tiếp etylen Dicloetan sản phẩm trung gian ta thu trình sản xuất vinylclorua trường hợp ta tiến