Thiết kế và mô phỏng công nghệ sản xuất VINYL CHLORIDE MONOMER 94%

MỤC LỤC Phần I. TỔNG QUAN 3 I. Vinyl clorua (VC) 3 1. Tính chất 3 2. Ứng dụng: 4 3. Các phương pháp sản xuất Vinyl Clorua (VC) trong công nghiệp 4 II. Thiết kế và lựa chọn công nghệ 6 1. Nguyên liệu 6 2. Các quá trình phản ứng 10 3. Các thiết bị chính 12 4. Thiết kế công nghệ 14 Phần II.MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH 15 I. Thông số thiết kế 15 1. Tính toán năng suất Vinyl clorua 15 2. Tính toán cân bằng vật chất 16 II. Thông số đầu vào cho quá trình 17 III. Kết quả mô phỏng 29 1. Kết quả 29 2. Phân tích kết quả 29 3. Kích thước thiết bị 29 PhẦN III .TÍNH TOÁN KINH TẾ 31 I. Tính toán tổng mức đầu tư (TCI) và ROI 31 II. Kết luận 35 VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 36 I. Ảnh hưởng tới con người và môi trường 36 II. Biện pháp 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Phần I. TỔNG QUAN Vinyl clorua (VC) Tính chất Bảng tính chất của Vinyl Clorua Vinyl Clorua Danh pháp IUPAC Chloroethene Tên khác Vinyl chloride monomer hoặc chloroethylene Công thức phân tử H2C=CHCl Cấu trúc phân tử Phân tử lượng 62.5 kgmole THUỘC TÍNH Trọng lượng riêng 0.969 gcm3 Độ hòa tan trong nước 2.7 gL (0.0432 molL) Nhiệt độ tới hạn 156,8°C Áp suất tới hạn 5,6 kPa Điểm sôi 13oC d_420 0,9834 Nhiệt độ nóng chảy 153,8℃ Nhiệt độ sôi 13,4℃ Vinyl clorua (VC), ở nhiệt độ và áp suất thấp thường là chất khí, không mầu ở điều kiện tiêu chuẩn, có mùi ete, tạo tạo hỗn hợp nổ với không khí (giới hạn nổ từ 3,626 % thể tích(TTTT)). VC có nồng độ cho phép của nó khi làm việc là 1 ppm trong thời gian 8h một ngày sản xuất. Khi tiếp xúc nồng độ cao thì nó gây choáng, hôn mê, bị bỏng da nếu tiếp xúc trực tiếp. Không tan trong nước nhưng nó có khả năng tan trong các dung môi hữu cơ như acetone, rượu etylic, hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch thẳng Vinyl clorua có tính độc, dễ cháy, và gây ung thư. Nó có thể được hình thành trong môi trường khi các sinh vật đất phá vỡ dung môi chứa clo. Vinyl clorua được thải ra từ các ngành công nghiệp hoặc được hình thành từ sự phân hủy của các hóa chất clo có thể xâm nhập vào không khí và nguồn cung cấp nước uống. Vinyl clorua là một chất gây ô nhiễm thông thường được tìm thấy gần các bãi chôn lấp rác. Do đó: Nhân viên không được tiếp xúc quá 1ppm trong hơn 8 giờ làm viêc hoặc không quá 5ppm với thời gian 15 phút. Nếu tiếp xúc hơn 100ppm sẽ dẫn đến các bệnh nghiêm trọng. Vinyl chloride phải được lưu trữ và vận chuyển trong môi trường khí trơ. Cần sử dụng chất ổn định ngăn ngừa trùng hợp trong quá trình xử lý và lưu trữ. Ứng dụng: Vinyl clorua (VC) là một trong những hóa chất hàng đầu được sử dụng chủ yếu cho sản xuất polyvinyl clorua (PVC). Năm 2005 là khoảng 35 triệu tấn mỗi năm, với mức tăng trưởng hàng năm khoảng 3%. Được sử dụng trong các phản ứng đồng trùng hợp các monomer khác như vinydeclorua CH2=CCl2, axetat vinyl CH2=CHOCOCH2, acrylnitril CH2=CHCN tạo thành các polymer có giá trị. Được sử dụng làm chất làm lạnh (tuy nhiên vì tính chất độc hại ngày nay đã ngưng sử dụng). Các phương pháp sản xuất Vinyl Clorua (VC) trong công nghiệp Các quá trình chính trong công nghiệp để sản xuất Vinyl Clorua (VC): Cộng Clo vào ethylene, sau đó nhiệt phân EDC để tạo thành VC và HCl Cộng HCl và axetylene. Cracking EDC tạo VCM và HCl. Oxi clo hóa ethylene. Clo hóa trực tiếp ethylene Công nghệ sản xuất Vinyl clorua từ ethylene là phương pháp mới, có nhiều ưu điểm, nhất là với những nước có nguồn dầu mỏ phong phú. C2H4 + Cl2 → C2H3Cl + HCl Phản ứng này có ưu điểm là tạo ra luôn VCM mà không cần 2 bước. Nhưng nó xảy ra ở nhiệt độ cao, tạo ra ít VCM và tạo ra 1 lượng lớn sản phẩm phụ là dicloetylene, tạo ra HCl khó tiêu thụ. Chi phí sản xuất của quá trình này cao hơn các quá trình khác. Sản xuất Vinyl clorua từ axetylen và HCl C2H2 + HCl → C2H3Cl Ở áp suất thường không có xúc tác, phản ứng không xảy ra. Muốn phản ứng xảy ra có thể tăng áp suất lên cao nhưng khi đó các phản ứng tạo sản phẩm phụ xảy ra mạnh, làm giảm hiệu suất và tăng chi phí phân tách. Khi tiến hành phản ứng chuyển hóa axetylen thành vinyl clorua cần sử dụng xúc tác chọn lọc nhằm làm tăng vận tốc giai đoạn đầu. Độ chuyển hóa đạt 98% tại 150°C trong sự có mặt của chất xúc tác HgCl2. Phản ứng này ở điều kiện vừa phải nhưng xúc tác độc nên cách này đang được nghiên cứu. Sản xuất Vinyl clorua monomer đi từ Dicloetan (EDC) Công nghệ pha lỏng Phản ứng chính: ClCH2CH2Cl + NaOH → CH2=CHCl + NaCl +H2O Công nghệ sử dụng quá trình trong pha lỏng để tách HCl ra khỏi Dicloetan không được dùng phổ biến trong công nghiệp do nguyên liệu Clo đắt mà lại bị mất đi do tạo thành muối NaCl. Công nghệ pha khí C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl Phản ứng bắt đầu xảy ra ở 300 oC,và áp suất khí quyển 1atm nhưng phản ứng chỉ đạt được tốc độ cao ở khoảng nhiệt độ 400550oC. Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc, lượng VCM thu được ít. Để hạ thấp nhiệt độ phản ứng, người ta dùng xúc tác có khả năng tách Clo. Để tránh phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao tạo nhiều sản phẩm phụ người ta thường dùng chất xúc tiến cho phản ứng như Clo, Brom, … để thuận lợi cho quá trình chuyển hóa. C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl Cả quá trình là : C2H4 + Cl2 → C2H3Cl + HCl Quá rình này gồm 2 bước phản ứng. Thứ nhất là phản ứng clo hóa ethylene tạo EDC phản ứng này có độ chuyển hóa 98% tại 90° C và 1atm với chất xúc tác là FeCl3 . Thứ 2 là phản ứng tạo VCM bằng cách cracking chọn lọc EDC tại 500°C với độ chuyển hóa 60% Quá trình này ít tạo ra sản phẩm phụ EDC nhưng phản ứng tạo ra HCl Oxy clo hóa ethylene C2H4 + 2HCl + 0.5 O2 → C2H4Cl2 + H2O C2H4 + Cl2 → C2H3Cl + HCl Cả quá trình là : C2H4 + HCl + 0.5 O2 → C2H3Cl + H2O Đây là phản ứng tỏa nhiệt cao độ chuyển hóa của phản ứng tạo EDC đạt trên 95% tại nhiệt độ 250°C với xúc tác CuCl2. Cũng như là cách 3 phản ứng thứ hai là phản ứng cracking tạo VCM. Thiết kế và lựa chọn công nghệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MƠN LỌC - HĨA DẦU - - DỰ ÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VINYL CHLORIDE MONOMER 94% Giảng viên giảng dạy: TS Phạm Trung Kiên Sinh viên thực Hà Nội, tháng 10 năm 2020 MỤC LỤC Phần I TỔNG QUAN I Vinyl clorua (VC) Tính chất Bảng tính chất Vinyl Clorua Vinyl Clorua Danh pháp IUPAC Chloroethene Tên khác Vinyl chloride monomer chloroethylene Công thức phân tử H2C=CHCl Cấu trúc phân tử Phân tử lượng 62.5 kg/mole THUỘC TÍNH Trọng lượng riêng 0.969 g/cm3 Độ hịa tan nước 2.7 g/L (0.0432 mol/L) Nhiệt độ tới hạn 156,8°C Áp suất tới hạn 5,6 kPa Điểm sôi -13oC 0,9834 Nhiệt độ nóng chảy -153,8 Nhiệt độ sơi -13,4  Vinyl clorua (VC), nhiệt độ áp suất thấp thường chất khí, khơng mầu điều kiện tiêu chuẩn, có mùi ete, tạo tạo hỗn hợp nổ với khơng khí (giới hạn nổ từ 3,6-26 % thể tích(TT/TT))  VC có nồng độ cho phép làm việc ppm thời gian 8h ngày sản xuất Khi tiếp xúc nồng độ cao gây chống, mê, bị bỏng da tiếp xúc trực tiếp  Không tan nước có khả tan dung môi hữu acetone, rượu etylic, hydrocacbon thơm hydrocacbon mạch thẳng  Vinyl clorua có tính độc, dễ cháy, gây ung thư Nó hình thành môi trường sinh vật đất phá vỡ dung môi "chứa clo" Vinyl clorua thải từ ngành cơng nghiệp hình thành từ phân hủy hóa chất clo xâm nhập vào khơng khí nguồn cung cấp nước uống Vinyl clorua chất gây ô nhiễm thông thường tìm thấy gần bãi chơn lấp rác  Do đó: Nhân viên khơng tiếp xúc q 1ppm làm viêc không 5ppm với thời gian 15 phút Nếu tiếp xúc 100ppm dẫn đến bệnh nghiêm trọng  Vinyl chloride phải lưu trữ vận chuyển môi trường khí trơ Cần sử dụng chất ổn định ngăn ngừa trùng hợp trình xử lý lưu trữ Ứng dụng:  Vinyl clorua (VC) hóa chất hàng đầu sử dụng chủ yếu cho sản xuất polyvinyl clorua (PVC) Năm 2005 khoảng 35 triệu năm, với mức tăng trưởng hàng năm khoảng 3%  Được sử dụng phản ứng đồng trùng hợp monomer khác vinydeclorua CH2=CCl2, axetat vinyl CH2=CHOCOCH2, acrylnitril CH2=CHCN tạo thành polymer có giá trị  Được sử dụng làm chất làm lạnh (tuy nhiên tính chất độc hại ngày ngưng sử dụng) Các phương pháp sản xuất Vinyl Clorua (VC) cơng nghiệp Các q trình công nghiệp để sản xuất Vinyl Clorua (VC):  Cộng Clo vào ethylene, sau nhiệt phân EDC để tạo thành VC HCl  Cộng HCl axetylene  Cracking EDC tạo VCM HCl  Oxi clo hóa ethylene a Clo hóa trực tiếp ethylene Cơng nghệ sản xuất Vinyl clorua từ ethylene phương pháp mới, có nhiều ưu điểm, với nước có nguồn dầu mỏ phong phú C2H4 + Cl2 → C2H3Cl + HCl Phản ứng có ưu điểm tạo VCM mà không cần bước Nhưng xảy nhiệt độ cao, tạo VCM tạo lượng lớn sản phẩm phụ dicloetylene, tạo HCl khó tiêu thụ Chi phí sản xuất trình cao trình khác b Sản xuất Vinyl clorua từ axetylen HCl C2H2 + HCl → C2H3Cl Ở áp suất thường khơng có xúc tác, phản ứng khơng xảy Muốn phản ứng xảy tăng áp suất lên cao phản ứng tạo sản phẩm phụ xảy mạnh, làm giảm hiệu suất tăng chi phí phân tách Khi tiến hành phản ứng chuyển hóa axetylen thành vinyl clorua cần sử dụng xúc tác chọn lọc nhằm làm tăng vận tốc giai đoạn đầu Độ chuyển hóa đạt 98% 150°C có mặt chất xúc tác HgCl2 Phản ứng điều kiện vừa phải xúc tác độc nên cách nghiên cứu c Sản xuất Vinyl clorua monomer từ Dicloetan (EDC) Công nghệ pha lỏng Phản ứng chính: ClCH2-CH2Cl + NaOH → CH2=CH-Cl + NaCl +H2O Cơng nghệ sử dụng q trình pha lỏng để tách HCl khỏi Dicloetan không dùng phổ biến công nghiệp nguyên liệu Clo đắt mà lại bị tạo thành muối NaCl Công nghệ pha khí C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl Phản ứng bắt đầu xảy 300 oC,và áp suất khí 1atm phản ứng đạt tốc độ cao khoảng nhiệt độ 400-550oC Phản ứng xảy theo chế gốc, lượng VCM thu Để hạ thấp nhiệt độ phản ứng, người ta dùng xúc tác có khả tách Clo Để tránh phải tiến hành phản ứng nhiệt độ cao tạo nhiều sản phẩm phụ người ta thường dùng chất xúc tiến cho phản ứng Clo, Brom, … để thuận lợi cho q trình chuyển hóa C2H4 + Cl2 C2H4Cl2 → → C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl C2H3Cl + HCl Cả trình : C2H4 + Cl2 → Quá rình gồm bước phản ứng Thứ phản ứng clo hóa ethylene tạo EDC phản ứng có độ chuyển hóa 98% 90° C 1atm với chất xúc tác FeCl3 Thứ phản ứng tạo VCM cách cracking chọn lọc EDC 500°C với độ chuyển hóa 60% Q trình tạo sản phẩm phụ EDC phản ứng tạo HCl d Oxy clo hóa ethylene C2H4 + 2HCl + 0.5 O2 → C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 + H2O C2H3Cl + HCl Cả trình : C2H4 + HCl + 0.5 O2 → C2H3Cl + H2O Đây phản ứng tỏa nhiệt cao độ chuyển hóa phản ứng tạo EDC đạt 95% nhiệt độ 250°C với xúc tác CuCl2 Cũng cách phản ứng thứ hai phản ứng cracking tạo VCM II Thiết kế lựa chọn công nghệ Nhận thấy ưu điểm nhược điểm phương pháp Clo hóa trực tiếp từ ethylen, chúng em lựa chọn thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất Vinyl Clorua Monomer (VCM) để tối ưu hóa q trình sản xuất thu VC có độ tinh khiết cao tận dụng nguồn HCl sinh từ phản ứng để tiếp tục chuyển hóa thành VC giúp hạn chế việc tồn trữ HCl gây ăn mòn thiết bị ô nhiễm môi trường , tận dụng nguồn nguyên liệu có kinh tế thấp để tạo nguồn nguyên liệu cho kinh tế cao 1.Nguyên liệu a)Etylen Tính chất: Nhiệt độ kết tinh (oC) Nhiệt độ sơi (oC) Nhiệt độ Giới hạn nổ khơng khí o tới hạn ( C) 20oC, at (%V) Giới hạn Giới hạn 169.15 -103.71 9.9 2.75 28.6  Ở điều kiện thường ethylene khí khơng màu khơng mùi, nhẹ khơng khí(d=28/29 ) , dễ cháy Ethylene không tan nước dễ tan dung môi hữu  Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao  Tương đối rẻ tiền  Dễ sản xuất từ hydrocacbon khác trình cracking với hiệu suất cao  Các phản ứng từ nguyên liệu etylen tạo thành sản phẩm phụ so với phản ứng olefin khác Điều chế - Trong công nghiệp, etilen điều chế phản ứng tách hiđro từ ankan tương ứng phản ứng craking - Trong phịng thí nghiệm, etilen điều chế cách đun etanol với axit sunfunric đậm đặc: Ứng dụng  Trong hợp chất hữu người sản xuất ethylene đứng hàng đầu sản lượng Sở dĩ ethylene nguyên liệu quan trọng công nghiệp tổng hợp polime hợp chất hữu khác  Ethylene nguyên liệu quan trọng tổng hợp hóa học  Từ etylen tổng hợp nhiều sản phẩm trung gian quan trọng có giá trị cao vinyl clorua (VC), vinyl acetat, axit acrylic, styrene,…  Ethylene dùng kích thích chín b Clo Tính chất:  Trong tự nhiên, Clo thường tồn dạng hợp chất Cụ thể dạng muối clorua, đặc biệt muối ăn NaCl KCl loại muối phổ biến, có số loại khoáng vật cacnalit xinvinit  Tan vừa phải nước, tan nhiều dung môi hữu  Khí clo độc có hại cho sức khỏe người Ứng dụng:  Clo dùng để điều chế nhựa PVC chất dẻo hay cao su  Là hóa chất quan trọng làm tinh khiết nước, khử trùng, tẩy trắng khí gây ngạt  Được sử dụng rộng rãi sản xuất nhiều đồ vật sử dụng hàng ngày  Được sử dụng sản xuất muối clorat, clorofom, cacbon tetraclorua việc chiết xuất brom c Oxy Tính chất:  Là chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nặng khơng khí (d  Tan nước  Hóa lỏng -1830C áp suất khí atm  Oxi khơng khí sản phẩm trình quang hợp Ứng dụng:  Là chất trì hơ hấp, nên ứng dụng rộng rãi y tế  Được sử dụng làm chất oxy hóa  Được sử dụng công nghệ hàn sản xuất thép rượu methanol d Xúc tác FeCl3 Tính chất :  FeCl3 có màu nâu đen, mùi đặc trưng có độ nhớt cao      Khối lượng mol 162.2 g/mol (khan) 270.3 g/mol (ngậm nước) Khối lượng riêng 2.898 g/cm3 (khan) 1.82 g/cm3 (ngậm nước) Điểm nóng chảy 306 °C (khan) 37 °C (ngậm nước) Điểm sôi 315 °C FeCl3 tan nước, Methanol, Ethanol dung môi khác Ứng dụng: FeCl3 ứng dụng phịng thí nghiệm • FeCl3 thường sử dụng axit Lewis xúc tác phản ứng khử trùng clo hợp chất thơm phản ứng Friedel-Thủ công mỹ nghệ chất thơm FeCl3 ứng dụng cơng nghệ xử lý nước • FeCl3 có tính chất hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ thấp khoảng pH rộng Khoảng làm việc tối ưu pH từ –8,5 FeCl3 tạo bơng bền thơ • FeCl3 sử dụng cho nước có nồng độ muối cao Vì coi hóa chất xử lý rác thải công nghiệp nước thải đô thị • FeCl3 có tác dụng keo lắng để làm nước Đặc biệt, FeCl3 với phản ứng kết tủa cịn loại bỏ photphase FeCl3 ứng dụng cơng nghiêp • FeCl3 thành phần thuốc trừ sâu • FeCl3 sử dụng rộng rãi sản xuất bo mạch in Dùng làm tác nhân khắc axit cho in khắc; chất cầm màu; chất xúc tác tổng hợp hữu cơ; chất làm nước; dùng nhiếp ảnh… • FeCl3 sử dụng chất giữ màu thành phần sử dụng chất nhuộm • FeCl3 xem thành phần có mặt bồn tẩy tạp chất cho nhôm thép FeCl3 ứng dụng y học • FeCl3 sử dụng làm chất làm se vết thương  Ngồi ra, FeCl3 cịn có nhiều ứng dụng khác sống công nghiệp e HCl Tính chất  HCl chất khí, khơng mầu, mùi sốc tan nhiều nước tạo thành dung dịch axit mạnh HCl, nặng khơng khí  HCl chất lỏng không mầu, dễ bay hơi, HCl đặc dễ bay khơng khí ẩm , dung dịch axit HCl không mầu Ứng dụng      Tẩy gỉ thép Sản xuất hợp chất hữu Sản xuất hợp chất vơ Kiển sốt trung hòa độ pH Tái sinh cách trao đổi ion Các trình phản ứng a Quá trình clo hóa ethylen: Giai đoạn clo hóa ethylene thành 1,2 - ethylenedichloride (EDC): C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 ∆H = -218 kJ/mol Chất xúc tác sử dụng acid- Lewis, muối kim loại chuyển tiếp thường dùng FeCl3 Phản ứng phụ tạo 1,1,2 - trichlorethane (TCE) C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 + Cl2 → C2H3Cl + HCl C2H3Cl3 (TCE) + HCl  Để hạn chế tạo sản phẩm phụ ta cần : • Sử dụng chất phản ứng có độ tinh khiết cao để tránh hình thành tạp chất • Cho dư chlorine để ethylene chuyển hóa hồn tồn tránh hình thành polymer • Việc clo hóa trực tiếp ethylene tiến hành theo hai kỹ thuật: o Clo hóa nhiệt độ thấp (LTC) Nhiệt cần tiến hành cho trình clo hoá 20oC – 30oC Ưu điểm: Do phản ứng thực nhiệt độ thấp 20-30oC thấp nhiệt độ sôi Dicloetan làm lạnh khối phản ứng (bằng cách trao đổi nhiệt bên thiết bị hay băng cách tuần hoàn thiết bị trao đổi nhiệt bên ngồi bên trong) nên tạo sản phẩm phụ Đồng thời phản ứng Clo hoá tạo nhanh, thiết bị phản ứng đơn giản, không chế nhiệt độ dẽ dàng,làm việc an tồn, Dicloetan có độ tinh khiết cao, hiệu suất Dicloetan cao, chuyển hoá đạt tới 100% Clo độ chọn lọc Etylen gần 99% Nhược điểm: Do phải làm lạnh khối phản ứng tốn lượng cho trình chưng cất phản ứng nhiệt độ thấp (lượng cần cho trình làm Dicloetan) tốn nhiều cơng đoạn xử lý làm o Clo hóa nhiệt độ cao (HTC) Cơng nghệ Clo hố trực tiếp Etylen nhiệt độ cao xu công nghiệp tổng hợp hữu hoá dầu phản ứng tiến hành điểm sôi EDC mức 1,5 -5 bar 90 đến 150°C, làm lạnh khối phản ứng mà kết hợp nhiệt phản ứng dùng để bốc Dicloetan chưng tách hỗn hợp phản ứng Hiệu suất sử dụng nguyên liệu cao, chuyển hóa khí ngun liệu ethylene clo thành EDC với hiệu suất đạt 99% Giai đoạn nhiệt phân EDC thành VC: C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl (- 71 kJ/mol) • Điều kiện phản ứng: nhiệt độ 5000C • Áp suất 12atm • Phản ứng tỏa nhiệt, độ chuyển hóa 60% Q trình oxy hóa HCl tạo Cl2 Tận thu HCl: 0.5O2 + 2HCl → Cl2 + H2O Nhiệt độ 600 , 1atm, độ chuyển hóa 100 , điều kiện xúc tác CuCl2/Al2O3 b Xúc tác nhiệt động trình phản ứng Quá trình clo hóa ethylen: Phản ứng tiến hành pha lỏng (điều khiển nhiệt độ ethylenedicloride EDC) với có mặt xúc tác Lewis (FeCl3) dạng hoà tan Cơ chế phản ứng Phản ứng cộng hợp lực điện tử vào etylen, phản ứng cộng hợp qua nhiều giai đoạn Phản ứng cộng hợp vào nối đôi C=C theo chế điện tử có mặt xúc tác Lewis làm cho liên kết π dễ bị phân cực, với tác nhân cộng hợp phân cực (Cl2) Nhờ có phân cực trước nên giai đoạn tạo phức nhanh Quá trình phức phá vỡ liên kết π tạo ion q trình khó chậm Nó định thời gian cộng hợp chung trình Vì vậy, tốc độ cộng hợp 10  Cooler  Compressor 23  Compressor 24  Valve 25  Tháp chưng cất Distill Distill Số đĩa 15 15 Vị trí nguyên liệu Áp suất (atm) 12 Chiều cao tháp (m) 15 0,55 = 8,25 15 0,55 = 8,25  Distill  Distill 26  Sơ đồ mơ q trình 27 III.Kết mơ Kết Q trình mơ chạy ba hệ nhiệt động Peng- Robinson, Suave-Redlich Kwong (SRK) SRK- Twu Kết thể bảng sau ; Hệ nhiệt động Peng-Robinson SRK SRK-Twu Sản lượng (tấn/năm) Năng lượng (kJ/h) Heater 612000 612000 612000 1,86 1,89 1,87 Heater 6,3 6,34 6,3 Cooler 1,96 1,98 1,97 Cooler 1,15 1,19 1,16 Compressor 2,73 2,73 2,73 Compressor 5,6 5,7 5,7 Tổng lượng cung cấp 10,438 10,596 10,599 2.Phân tích kết Từ bảng ta thấy, trình, sản lượng VCM sinh Nhưng với hệ nhiệt động khác nhau, cần cung cấp lượng khác Với hệ nhiệt đơng Peng- Robinson lượng cần cung cấp so với hệ SRK SRK-Twu  Như hệ nhiệt động Peng-Robinson tối ưu cho q trình Kích thước tháp chưng cất 28 Reboiler Condenser Distill Reboiler Distill Condenser Đường kính (m) 1,5 1,5 Chiều cao (m) 8,25 8,25 Khoảng cách đĩa (m) Thể tích đĩa ( 0,55 0,55 0,9719 0,9719 Đường kính(m) 1,193 1,193 1,193 1,193 Chiều dài (m) 1,798 1,798 1,798 1,798 Thể tích ( 2 2 29 Phần III TÍNH TỐN KINH TẾ Tính tổng mức đầu tư (TCI) tỷ lệ hoàn vốn (ROI) 1.Xác định tổng mức đầu tư (TCI) Tổng mức đầu tư TCI xác định theo phương pháp Order-of- magnitude Estimate ( Based on the method of Hill, 1956) theo bước;  Bước 1; Xác định suất sản phẩm ( Khối lượng VCM/năm = 612000 tấn/năm = 1349 (Ib/yr) a FPR = = 18.96  Bước 2; Dựa vào sơ đồ q trình, tính tốn giá bare- module, CM, bao gồm chi phí mua sắm, vận chuyển lắp đặt; Bảng số liệu thiết bị Thiết bị Reactor Số lượng - Direct chlorination - Pyro reactor - Recovery HCl Vật liệu Brick lining 1,5 Áp suất (psi) 22,04 1,5 1,5 174,4 14,7 Distillation - Distill - Distill Thép carbon 1 176,4 58,78 Compressor - Comp - Comp Thép carbon 1 27,58 176,4 Heater - Heater - Heater Thép carbon 1 14,7 176,4 Cooler - Cooler - Cooler Thép carbon 1 176,4 58,78 30 Mixer - Mixer - Mixer Thép carbon 1 27,58 22,07 Bảng giá thiết bị Tên thiết bị Số lượng Giá thành Mixer 6000 $ Heater 8000 $ Cooler 8000 $ Compressor 120000 $ Reactor 210 000 $ Distillation collum 100 000 $ Valve 1000 $ + 18,96 ( 1,5 1.+ 1.+ 1.+ 1).130000 $ = 37,8 Triệu $ Bước 3; Xác định tổng mức đầu tư bare-module; Dạng trình Xử lý rắn 1,85 Xử lý lỏng – rắn Trong (Fluids homding) 31 Xử lý lỏng 2,15 Từ đồ thị MS Index qua năm, ta ngoại suy MS Index năm 2020 MSIndex = 1641,12  Bước 4; Xác định vốn đầu tư Direct permanent investment; Trong đó, hệ số để chuẩn bị sở dịch vụ, nhà máy, tiện ích quan liên quan Ngoài trời/trong nhà Xây dựng trời Cả nhà trời Xây dựng nhà F1 0,15 0,4 0,8 F1 = 0,15 (outdoor construction) Loại dự án Bổ sung phụ cho sở có Bổ sung cho sở có Dự án F2 0,1 0,3 0,8 = 0,3 ( major additions to existing facilities) 32  Bước 5; Xác định total permanent investment (CTPI) tổng mức đầu tư (CTCI) Tổng mức đầu tư vĩnh viên CTPI: CTPI = dự phòng nhà thầu (40% CTPI ) + đất đai, khởi công (10% CTPI )+vốn đầu tư (100% CTPI ) = 150% CTPI => CTPI = 1,5CDPI =262 999 151,3$ Tổng mức đầu tư: CTCI = CTPI + CWC (vốn lưu động = 15% CTPI) CTCI = 1,15 CTPI = 302 449 023 , $  Xác định tổng mức đầu tư (TCI) chi phí sản xuất năm Nguyên liệu; giá nguyên liệu lưu lượng Nguyên liệu Lưu lượng (tấn/năm) Đơn giá ($/tấn) Thành tiền (triệu $) 456960 504,41 230,4 579360 222,72 129,03 130560 485,625 63,4 Tổng 422,83  Chi phí khác Giả sử ch phí phj trợ, cơng nhân vận hành liên quan chi phí bảo trì 5% so với TCI  Chi phí vận hành liên quan= 302 449 023,9 0,05 = 15 122 451,2$ Chi phí dùng bao gồm; chi phí bán hàng, chi phí nghiên cứu, chi phí giám sát quản lý chiếm 2% so với TCI = 302 449 023,9 0,02 = 604 8980,478 $/năm Tổng chi phí sản xuất năm Danh mục Thành tiền ($) Khấu hao ( 5% TCI sở vật chất) 13 149 957,56 33 Nguyên liệu 422 830 000 Chi phí khác 15 122 451,2 + 604 8980,478 Tổng 457 151 389,2  Chi phí sản phẩm Số lượng (tấn/năm) Đơn giá ($/tấn) Thành tiền ($) VCM 612000 543,17 332 420 040 EDC 646272 483,41 312 414 347,5 Tổng 644 834 387,5  Khả hoàn vốn đầu tư (ROI) ROI = EA ( thu nhập hàng năm)/TCI ( tổng vốn đầu tư) EA = Annual salesrcvenue(s) – Total annualcost(c) ROI = Ta có; Thuế thu nhấp 22% doanh nghiệp có doanh thu > 20 tỷ đồng => Thu nhập sau trừ thuế = (1-0,22)( chi phí sản phẩm – chi phí sản xuất) = (1-0,22) (644 834 387,5 – 457 151 389,2) = 146 392 738,7 $ ROI = năm 2.Kết luận Qua q trình tính tốn ta thấy tỷ số hoàn vốn ROI đạt 48,4% lợi nhuận thu năm Vậy phương án thiết kế công nghệ sản xuất VCM khả thi 34 Phần III VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG I Ảnh hưởng tới người mơi trường • Clo Clo kích thích hệ hô hấp, đặc biệt trẻ em người cao tuổi Trong trạng thái khí, kích thích màng nhầy dạng lỏng làm cháy da Chỉ cần lượng nhỏ (khoảng 3,5 ppm) để phát mùi riêng đặc trưng cần tới 1.000 ppm trở lên để trở thành nguy hiểmSự phơi nhiễm khí khơng vượt 0,5 ppm (8-giờ-trọng lượng trung bình - 40 tuần) Sự phơi nhiễm cấp mơi trường có nồng độ clo cao (chưa đến mức chết người) tạo phồng rộp phổi, hay tích tụ huyết phổi Mức độ phơi nhiễm thấp kinh niên làm suy yếu phổi làm tăng tính nhạy cảm rối loạn hô hấp Các loại độc sinh thuốc tẩy trộn với nước tiểu, amoniac hay sản phẩm tẩy rửa khác Các khí bao gồm hỗn hợp khí clo triclorua nitơ; cần phải tránh tổ hợp • Vinyl clorua Vinyl clorua khí có mùi Nó độc, dễ cháy, gây ung thư Vinyl clorua thải từ ngành cơng nghiệp hình thành từ phân hủy hóa chất clo xâm nhập vào khơng khí nguồn cung cấp nước uống • Ethylene 35 Ethylene có hại cho nhiều loại trái cây, rau loại hoa Nó gây hại cho nhiều loại trái cây, rau, hoa, thực vật cách đẩy nhanh q trình lão hóa giảm chất lượng sản phẩm thời hạn sử dụng Mức độ hư hỏng phụ thuộc vào nồng độ ethylene, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ sản phẩm Ethylene nổ nồng độ cao Ở mức 27.000 ppm, cần tia lửa kích hoạt ethylene gây vụ nổ chết người • EDC: Hít phải ethylene dichloride đậm đặc gây tác động lên hệ thần kinh, gan thận người, suy hô hấp, rối loạn nhịp tim, buồn nôn nơn Tiếp xúc đường hơ hấp mãn tính (lâu dài) với ethylene dichloride tạo ảnh hưởng đến gan thận động vật II Biện pháp Khơng cho hóa chất rị rỉ mơi trường: • Nguồn nước thải cần xử lý hợp chất có hại hệ thống xử lý nước thải thải môi trường tránh ô nhiễm môi trường nguồn nước cư dân lân cận nhà máy • Các khí thải cần xử lý trước thải mơi trường • Tránh nhiễm thứ cấp hóa chất từ quần áo đồ bảo hộ cơng nhân Phịng chống cháy nổ : Cháy nổ nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường xảy cháy nổ phát tán môi trường nhiều chất độc hại cần : • Thay khâu sản xuất nguy hiểm khâu nguy hiểm • Cơ khí hóa tự động hóa liên tục q trình sản xuất • Thiết bị đảm bảo kín ,hạn chế , khí cháy bay khu vực sản xuất • Dùng chất phụ gia trơ ,chất ức chế ,các chất chống cháy nổ để giảm tính cháy nổ hỗn hợp • Loại trừ khả phát sinh mồi lửa nơi có liên quan đến chất dễ cháy nổ • Tránh khả tạo nồng độ nguy hiểm chất chống cháy nổ 36 • Trước ngừng sửa chữa cho thiết bị trở lại hoạt động phải phối khí trơ ,hơi nước vào thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.wikipedia.org/ Alexandre C Dimian and Costin Sorin Bildea, Chemical process design Warren D Seider, J D Seader, Daniel R Lewin, Product and process design principles: Synthesis, Analysis, and Evaluation The science and tenology of fuel and enery Vol 74, No, p28, 1995 HYSYS for UTM Degree Program Nguyễn Mai Liên, Tổng hợp hữu cơ bản, Bộ mơn hóa hữu cơ, trường ĐHBK Hà Nội, 1965 37 ... tạo VCM II Thiết kế lựa chọn công nghệ Nhận thấy ưu điểm nhược điểm phương pháp Clo hóa trực tiếp từ ethylen, chúng em lựa chọn thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất Vinyl Clorua Monomer (VCM)... đầu vào Trong trình tổng hợp vinyl chloride monomer đạt độ tinh khiết 94% cần hai tháp Thápchưng cất thứ để tách HCl hỗn hợp dầu vinyl chloride tháp chưng cất thứ hai dùng để tách vinyl chloride. .. độc hại ngày ngưng sử dụng) Các phương pháp sản xuất Vinyl Clorua (VC) công nghiệp Các q trình cơng nghiệp để sản xuất Vinyl Clorua (VC):  Cộng Clo vào ethylene, sau nhiệt phân EDC để tạo thành