Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen với năng suất 42.000 tấnnăm.

Phenol đang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp đặc biệt là ở các nước phát triển. Phenol là nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng quan trọng. Trong công nghiệp chất dẻo phenol dùng để sản xuất nhựa phenol focmandehyt, điều chế các hợp chất trung gian như bisphenol A, styrene, cacprolactam. Do đó, trên thế giới, việc sản xuất phenol có chất lượng cao ở quy mô lớn rất được quan tâm. Trong những năm gần đây, rất nhiều dự án nhà máy phenol được xây dựng ở khu vực châu Á như tại Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan. Ở Việt Nam dù nhu cầu về phenol khá lớn nhưng công nghệ sản xuất phenol và axeton chưa phát triển. Phần lớn lượng phenol trong nước phải nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, việc tìm hiểu và lựa chọn các phương pháp, công nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng. Đồ án của em gồm 03 phần chính: Chương 1: Tổng quan về sản xuất phenol Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất phenol Chương 3: Tính toán dây chuyền sản xuất phenol

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC ****OoO**** ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CỬ NHÂN KỸ THUẬT Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen với suất 42.000 tấn/năm Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Nguyễn Ngọc Khang 20142261 Hà Nội, 05/2018 MỤC LỤC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên DANH MỤC BẢNG SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DCP: ACP: KBR: DMPC: BPA: CHP: SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang Dicumylphenol Acetonphenol Kellog Brown Root Dimetylphenylcarbinol bisphenolA Cumen hydroperoxit ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên PHẦN MỞ ĐẦU Phenol dẫn xuất dãy thơm Runge phát lần vào năm 1834, chất dãy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào vịng thơm Ban đầu phenol tách từ nhựa than đá, sau nhu cầu phenol tăng lên đáng kể nhiều phương pháp tổng hợp phenol khác đời Phương pháp công nghiệp để sản xuất phenol vào năm kỷ 20 sunfo hóa benzene, ngày thay 95% lượng phenol toàn cầu sản xuất từ cumen phương pháp oxi hóa ưu điểm lớn sản xuất đồng thời axeton có giá trị cao Phenol đóng vai trị quan trọng ngành công nghiệp đặc biệt nước phát triển Phenol nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian sản phẩm cuối quan trọng Trong công nghiệp chất dẻo phenol dùng để sản xuất nhựa phenol focmandehyt, điều chế hợp chất trung gian bisphenol A, styrene, cacprolactam Do đó, giới, việc sản xuất phenol có chất lượng cao quy mô lớn quan tâm Trong năm gần đây, nhiều dự án nhà máy phenol xây dựng khu vực châu Á Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan Ở Việt Nam dù nhu cầu phenol lớn công nghệ sản xuất phenol axeton chưa phát triển Phần lớn lượng phenol nước phải nhập từ nước ngồi Vì vậy, việc tìm hiểu lựa chọn phương pháp, cơng nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa quan trọng Đồ án em gồm 03 phần chính: Chương 1: Tổng quan sản xuất phenol Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất phenol Chương 3: Tính tốn dây chuyền sản xuất phenol SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.1 Tính chất phenol Phenol (hay cịn gọi hydroxybenzen) có cơng thức phân tử C 6H5OH có cấu tạo gồm nhóm –OH gắn vào vịng thơm [1] 1.1.1.1 Tính chất vật lý Ở nhiệt độ thường, phenol chất rắn màu trắng, nóng chảy 40.9 oC Ở trạng thái nóng chảy, phenol tinh khiết chất lỏng khơng màu, suốt Một số tính chất vật lý phenol trình bày bảng sau: Bảng 1.1 Tính chất vật lý phenol [1] Tính chất vật lý phenol Khối lượng riêng 94.1 Nhiệt độ nóng chảy 40.9 Nhiệt độ sôi 181.8 Tỷ trọng 1.092 (0) 1.071 (20) Độ nhớt động học 11.41 mPa.s (20) Nhiệt dung riêng 1.394 kJ/kg K (20) Nhiệt hóa 511 kJ/kg Điểm chớp cháy 82 Giới hạn cháy 1.3 % thể tích Giới hạn cháy 9.5 % thể tích Nồng độ phenol thị trường >99.8% khối lượng Phenol tan nước lạnh hồ tan hoàn toàn nhiệt độ lớn 68.4 Phenol tan hầu hết dung mơi hữu cơ, dễ tan hydrocacbon thơm, rượu ete tan parafin không tan cacbonat kiềm Phenol gây bỏng da mắt tiếp xúc thời gian dài độc thể hít phải phải cẩn trọng sử dụng [2] 1.1.1.2 Tính chất hóa học Phenol chứa nhóm - OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể đặc tính thơm nhóm - OH (là nhóm loại I làm hoạt hố nhân benzen) Liên kết (-OH) phân cực so với (-OH) alcol, nguyên nhân gây tính axit phenol Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl nhân thơm [3] 1.1.1.2.1 Tính axit yếu Phenol có tính axit yếu tác dụng với kiềm mạnh SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Tuy nhiên tính axit phenol yếu Ka = 10 -0.75 yếu axit cacbonic nên khơng làm đổi màu quỳ tím Vì vậy, muối phenolat tác dụng với axit cacbonic để tạo lại phenol C6H5O- + H2CO3 → C6H5OH + HCO3- 1.1.1.2.2 Tạo thành ete C6H5OR Phản ứng alkyl hố nhóm OH xảy cho phenol tác dụng với alkyl halogenua môi trường kiềm (Williamson’s synthesis) c 6h 5o h +NaOH - H2O c 6h 5o na +RX c 6h 5o r +nax 1.1.1.2.3 Phản ứng tạo este Phenol tạo thành este ancol khác với rượu tác dụng trực tiếp với axit, phenol, tác dụng với clorua axit anhydrite axit tạo este 1.1.1.2.4 Phản ứng electrophyl nhân thơm a) Phản ứng nitro hóa Phenol tác dụng với axit nitric cho hai sản phẩm vào vị trí ortho para SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) nguyên liệu cho thuốc nổ b) Phản ứng halogen hóa Để thu sản phẩm vị trí phải tiến hành dung môi ClCH 2CH2Cl 0oC Nếu tiến hành nhiệt độ thường phản ứng xảy nhanh thu sản phẩm lần vào vị trí ortho para c) Phản ứng sunfo-hóa Phản ứng thu đồng phân vị trí ortho para tùy nhiệt độ phản ứng Nếu nhiệt độ thường chủ yếu đồng phân ortho, cịn 100 oC chủ yếu đồng phân para SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên d) Phản ứng Kolbe - Schimitt Khi đun natri phenolat dòng CO tạo thành natrisalisilat sau axit hố để tổng hợp axit salixylic, nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylic axit) ONa +CO2 o 120-140 C ¸p suÊt OH HCl COONa OH COOH 1.1.2 Ứng dụng tình hình sản xuất, sử dụng phenol 1.1.2.1 Ứng dụng phenol Phenol có nhiều ứng dụng công nghiệp đời sống hàng ngày Trong đó, Ứng dụng quan trọng phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt cách ngưng tụ phenol với andehyt foocmic Đây loại nhựa quan trọng dùng sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp [3] Ngoài ra, 2,2 dipropan (bisphenol A) sản phẩm quan trọng q trình ngưng tụ phenol với axeton có mặt axit vô Sản phẩm dùng nhiều sản xuất nhựa polycarbonate Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày tăng, 40% phenol công nghiệp sử dụng để sản xuất bisphenol A [4] Ứng dụng quan trọng thứ ba phenol hydro hoá thành xyclohexanol để sản xuất sợi tổng hợp nilon caprolactan SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226 Trang ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng diệt nấm, dẫn xuất clo phenol pentaclo phenol dùng bảo quản gỗ; 2,4 diclo phenol axetic dùng để làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá đặc biệt axit picric dùng làm thuốc nổ Các dẫn xuất phenol dùng làm thuốc thử, thị [3] Hình 1.1 Ứng dụng phenol [4] 1.1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ 1.1.2.2.1 Trên giới a) Tình hình sản xuất Tổng sản lượng phenol toàn cầu năm 2012 11.47 triệu tấn/năm Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương chiếm tới 5.28 triệu Châu Âu xếp thứ với 3.15 triệu tấn, Mỹ với 2.93 triệu Trong vài năm tới, nhà máy sản xuất khác tiếp tục xây dựng Trung Quốc, Hàn Quốc, Ả rập xê út Thái Lan [5] Sản lượng phenol giới tăng trung bình 1.8%/năm giai đoạn từ năm 2010 dến năm 2015 Và dự đoán tiếp tục tăng trưởng bình quân 2.7% năm năm tới Bảng 1.2 Quy mô sản xuất cumen phenol công ty giới năm 2012 [4] Hãng Sản lượng Cumen (tấn/năm) 725.000 270.000 230.000 300.000 800.000 Sản lượng Phenol (tấn/năm) Shell 600.000 Domo Chem (Đức) 175.000 Novapex (Pháp) 155.000 Versalis (Italia) 180.000 Cepsa (Tây Ban Nha) 600.000 SINOPEC (Trung Quốc) 800.000 97% axeton giới sản phẩm phụ trình sản xuất phenol [5] Do nguồn cung axeton phụ thuộc lớn vào ngành công nghiệp phenol b) Tình hình tiêu thụ SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Nhiệt đốt đem vào: D x i = 2789D kJ/h Giả sử dịng nước ngưng có nhiệt độ 50°C, nhiệt dung riêng nước nhiệt độ là: Cp= 4.18 kJ/kg.độ Vậy nhiệt lượng nước ngưng đem ra: Dx4.18x(273+50)= 1350.14D kJ/h Vậy nhiệt reboiler cấp vào: Q2 = 2789D – 1350.14D = 1438.86D kJ/h 3.1.2.10.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy 180oC Bảng 3.39 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tách axeton Sản phẩm Cumen CHP DMPC Phenol Axeton AMS Tổng (Q3) Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 1.73 6.70 13.28 5198.66 125.35 1140.38 1.656 2.22 1.97 2.13 2.16 1.71 453 453 453 453 453 453 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 1296.94 6738.87 11847.70 5016130.65 122648.96 883368.84 6042031.97 3.1.2.10.4 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh là: 25 oC Bảng 3.40 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách khỏi tháp tách axeton Sản phẩm Lưu lượng (kg/h) Cumen 22.97 CHP 89.07 Axeton 1665.32 Tổng (Q4) Chỉ số hồi lưu là: 1.5 Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 1.656 2.22 2.16 298 298 298 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 11335.03 58896.56 977640.83 1047872.42 Nhiệt lượng sản phẩm hồi lưu đỉnh tháp: Q7 = 1047872.42 x 1.5 = 1047872.42 kJ/h Lượng sản phẩm dòng đỉnh tháp tách: G x (1.5+1) (kg/h) Nhiệt độ sản phẩm đỉnh là: 140oC Bảng 3.41 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tách axeton Sản phẩm Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) Cumen 45.94 1.656 413 SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 56 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 31418.56 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHP Axeton Tổng (Q6) GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 178.13 3330.63 2.22 2.16 413 413 163250.19 2709836.66 2904505.42 3.1.2.10.5 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy Nhiệt độ nước lạnh vào: 10oC Nhiệt dung nước lạnh là: 4.16 kJ/kg.K [19] Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Gnc x 4.16 x (10+273) kJ/h Nhiệt độ nước 80oC Nhiệt dung nước nhiệt độ là: 4.196 kJ/kg.K Nhiệt lượng nước mang là: Gnc x 4.196 x (80+273) kJ/h Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp: Q6 = Q5 + Q4 + Q7 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy là: Q5 = Q6 - Q4 - Q7 = 2904505.42 - 1047872.42 1047872.42 = 808760.59 kJ/h Nhiệt lượng trình làm lạnh là: Gnc x 4.196 x (80+273) - Gnc x 4.16 x (10+273) kJ/h Lượng nước cần sử dụng là: Gnc = = 2661.20 kg/h 3.1.2.10.6 Cân nhiệt lượng tháp chưng tách cumen Giả sử lượng nhiệt mát 5% lượng nhiệt đốt đưa vào tháp [20]: Qm = 0.05 x 1438.86D = 71.94D kJ/h Cân nhiệt lượng cho q trình ta có: Qvào = Qra = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5 +Qm Trong đó: Q1: Nhiệt lượng nguyên liệu đem vào Q2: Nhiệt lượng đốt cấp vào Q3: Nhiệt lượng sản phẩm đáy lấy Q4: Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh sau làm lạnh lấy Q5: Nhiệt lượng nước làm mát lấy Qm: Nhiệt mát (thường lấy 5% lượng nhiệt đốt cấp vào [20]) 5151173.84 + 1438.86D = 6042031.97 + 1047872.42 + 808760.59 + 71.94D Lượng đốt cấp cho Reboiler là: D = = 1996.84 kg/h Bảng 3.42 Bảng cân nhiệt lượng tháp tách cumen SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 57 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Nhiệt lượng vào Q1 nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Q2 nhiệt lượng cấp cho reboiler Tổng GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên kJ/h Nhiệt lượng 5151173.84 Q3 nhiệt lượng sản phẩm đáy 2891143.75 Q4 nhiệt lượng sản phẩn đỉnh Q5 nhiệt lượng làm lạnh Q6 nhiệt lượng mát 8042317.60 Tổng kJ/h 6042031.9 1047872.4 808760.59 143652.62 8042317.6 3.1.2.11 Cân nhiệt lượng tháp tinh chế axeton Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 25°C Nhiệt độ sản phẩm đáy thu là: 140°C Nhiệt độ dòng đỉnh tháp: 80oC Nhiệt độ sản phẩm đỉnh thu là: 50°C 3.1.2.11.1 Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Nhiệt lượng nguyên liệu vào nhiệt lượng dòng đỉnh tháp tách axeton lấy 1047872.42 kJ/h 3.1.2.11.2 Tính nhiệt lượng cấp cho Reboiler Chọn đốt bão hồn có áp suất 8.08 at nhiệt độ đốt: 160°C Nhiệt lượng riêng đốt: i = 2765 kJ/kg [19] Nhiệt đốt đem vào: D x i = 2765D kJ/h Giả sử dịng nước ngưng có nhiệt độ 50°C, nhiệt dung riêng nước nhiệt độ là: Cp= 4.18 kJ/kg.độ Vậy nhiệt lượng nước ngưng đem ra: Dx4.18x(273+50)= 1350.14D kJ/h Vậy nhiệt reboiler cấp vào: Q2 = 2765D – 1350.14D = 1414.86D kJ/h 3.1.2.11.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy 140oC Bảng 3.43 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tinh chế axeton Sản phẩm Cumen CHP Tổng (Q3) Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 21.59 83.72 1.656 2.22 413 413 SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 58 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 14803.88 76762.17 91566.05 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 3.1.2.11.4 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh là: 50 oC Bảng 3.44 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách khỏi tháp tinh chế axeton Sản phẩm Cumen CHP Axeton Tổng (Q4) Chỉ số hồi lưu là: Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 1.38 5.34 1665.32 1.656 2.22 2.16 323 323 323 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 737.16 3830.25 1059657.68 1064225.09 Nhiệt lượng sản phẩm hồi lưu đỉnh tháp: Q7 = 1064225.09 x = 1064225.09 kJ/h Lượng sản phẩm dòng đỉnh tháp tách: G x (1+1) (kg/h) Nhiệt độ sản phẩm đỉnh là: 80oC Bảng 3.45 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tinh chế axeton Sản phẩm Cumen CHP Axeton Tổng (Q6) Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 2.76 10.69 3330.63 1.656 2.22 2.16 353 353 353 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 1611.25 8372.01 2316155.79 2326139.05 3.1.2.11.5 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy Nhiệt độ nước lạnh vào: 25oC Nhiệt dung nước lạnh là: 4.178 kJ/kg.K [19] Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Nhiệt độ nước 50 oC Nhiệt dung nước nhiệt độ là: 4.18 kJ/kg.K Nhiệt lượng nước mang là: Gnc x 4.18 x (50+273) kJ/h Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp: Q6 = Q5 + Q4 + Q7 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy là: Q5 = Q6 - Q4 - Q7 = 2326139.05 - 1064225.09 1064225.09 = 197688.87 kJ/h Nhiệt lượng trình làm lạnh là: Gnc x 4.18 x (50+273) - Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Lượng nước cần sử dụng là: Gnc = = 1881.03 kg/h SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 59 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 3.1.2.11.6 Cân nhiệt lượng tháp tinh chế cumen Giả sử lượng nhiệt mát 5% lượng nhiệt đốt cấp vào tháp [20]: Qm = 0.05 x 1414.86D = 70.74D kJ/h Cân nhiệt lượng cho q trình ta có: Qvào = Qra = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5 +Qm 1047872.42 + 1425.86D = 91566.05+ 1064225.09 + 197688.87 + 70.74D Lượng đốt cấp cho Reboiler là: D = = 227.37 kg/h Bảng 3.46 Bảng cân nhiệt lượng tháp tinh chế axeton Nhiệt lượng vào Q1 nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Q2 nhiệt lượng cấp cho reboiler Tổng kJ/h Nhiệt lượng 1047872.42 Q3 nhiệt lượng sản phẩm đáy 321692.20 Q4 nhiệt lượng sản phẩn đỉnh Q5 nhiệt lượng làm lạnh Q6 nhiệt lượng mát 1364599.08 Tổng kJ/h 91566.05 1064225.0 197688.87 16084.61 1364599.0 3.1.2.12 Cân nhiệt lượng tháp tách sản phẩm nặng Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 180°C Nhiệt độ sản phẩm đáy thu là: 300°C Nhiệt độ dòng đỉnh tháp: 200oC Nhiệt độ sản phẩm đỉnh thu là: 50°C 3.1.2.12.1 Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào nhiệt lượng nguyên liệu đáy tháp tách axeton: Q1 = 6042031.97 kJ/h 3.1.2.12.2 Tính nhiệt lượng cấp cho Reboiler Chọn bão hịa có áp suất 115.2 at nhiệt độ đốt: 320°C Nhiệt hóa nước: 2650 kJ/kg [20] Nhiệt đốt đem vào: D x i = 2650D kJ/h Giả sử dịng nước ngưng có nhiệt độ 80°C, nhiệt dung riêng nước nhiệt độ là: Cp= 4.196 kJ/kg.độ Vậy nhiệt lượng nước ngưng đem ra: Dx4.196x(273+80)= 1481.19D kJ/h SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 60 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Vậy nhiệt reboiler cấp vào: Q2 = 2650D – 1481.19D = 1168.81D kJ/h 3.1.2.12.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy 300oC Lượng DMPC tách khỏi đáy tháp là: 0.66 kg/h Nhiệt lượng riêng DMPC là: 1.97 kJ/kg.K [18] Nhiệt lượng DMPC lấy khỏi đáy tháp: Q3 = 0.66 x 1.97 x (300+273) = 749.31 kJ/kg 3.1.2.12.4 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh là: 50 oC Bảng 3.47 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách khỏi tháp tách sản phẩm nặng Sản phẩm Cumen CHP DMPC Axeton Phenol AMS Tổng (Q4) Chỉ số hồi lưu là: Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 1.73 6.70 12.61 125.35 5198.66 1140.38 1.656 2.22 1.97 2.16 2.13 1.71 323 323 323 323 323 323 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 924.75 4804.98 8025.31 87451.69 3576622.96 629863.44 4307693.12 Nhiệt lượng sản phẩm hồi lưu là: Q7 =4307693.12 kJ/h Lượng sản phẩm dòng đỉnh tháp tách: G x (1+1) (kg/h) Nhiệt độ sản phẩm đỉnh là: 200oC Bảng 3.48 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp sản phẩm nặng Sản phẩm Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Cumen 3.46 1.656 CHP 13.41 2.22 DMPC 25.22 1.97 Axeton 250.69 2.16 Phenol 10397.31 2.13 AMS 2280.75 1.71 Tổng (Q6) 3.1.2.12.5 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy Nhiệt độ (oK) 473 473 473 473 473 473 Nhiệt độ nước lạnh vào: 25oC Nhiệt dung nước lạnh là: 4.178 kJ/kg.K [19] Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 61 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 2708.40 14072.78 23504.47 256127.86 10475186.75 1844739.35 12616339.61 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Nhiệt độ nước 80oC Nhiệt dung nước nhiệt độ là: 4.196 kJ/kg.K Nhiệt lượng nước mang là: Gnc x 4.196 x (80+273) kJ/h Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy là: Q5 = Q6 - Q4 - Q7 = 12616339.61 - 4307693.12 4307693.12 = 4000953.36 kJ/h Nhiệt lượng trình làm lạnh là: Gnc x 4.196 x (80+273) - Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Lượng nước cần sử dụng là: Gnc = = 16942.85 kg/h 3.1.2.12.6 Cân nhiệt lượng tháp tách sản phẩm nặng Giả sử lượng nhiệt mát 5% lượng nhiệt đốt cấp vào tháp [20]: Qm = 0.05 x 1168.81D = 58.44D kJ/h Cân nhiệt lượng cho trình ta có: Qvào = Qra = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5 +Qm 6042031.97 + 1168.81D = 749.31 + 4307693.12 + 4000953.36+ 58.44D Lượng đốt cấp cho Reboiler là: D = = 2041.99 kg/h Bảng 3.49 Bảng cân nhiệt lượng tháp tinh tách sản phẩm nặng Nhiệt lượng vào Q1 nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Q2 nhiệt lượng cấp cho reboiler Tổng kJ/h Nhiệt lượng 6042031.97 Q3 nhiệt lượng sản phẩm đáy 2386698.77 Q4 nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Q5 nhiệt lượng làm lạnh Q6 nhiệt lượng mát 8428730.74 Tổng 3.1.2.13 Cân nhiệt lượng tháp tách sản phẩm nhẹ Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 50°C Nhiệt độ sản phẩm đáy thu là: 170°C Nhiệt độ dòng đỉnh tháp: 100oC Nhiệt độ sản phẩm đỉnh thu là: 50°C SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 62 kJ/h 749.31 4307693.1 4000953.3 119334.94 8428730.7 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 3.1.2.13.1 Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào tháp tách sản phẩm nhẹ nhệt lượng dòng sản phẩm tách khỏi đỉnh tháp tách sản phẩm nặng Q1 = 4307693.12 kJ/h 3.1.2.13.2 Tính nhiệt lượng cấp cho Reboiler Chọn bão hịa có áp suất 8.08 at nhiệt độ đốt: 200°C Nhiệt lượng riêng đốt: i = 2798 kJ/kg [20] Nhiệt đốt đem vào: D x i = 2798D kJ/h Giả sử dịng nước ngưng có nhiệt độ 50°C, nhiệt dung riêng nước nhiệt độ là: Cp= 4.18 kJ/kg.độ Vậy nhiệt lượng nước ngưng đem ra: Dx4.18x(273+50)= 1350.14D kJ/h Vậy nhiệt reboiler cấp vào: Q2 = 2798D – 1350.14D = 1447.86D kJ/h 3.1.2.13.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy 170oC Bảng 3.50 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tách sản phẩm nhẹ Sản phẩm Cumen CHP DMPC Axeton Phenol AMS Tổng (Q6) Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 0.07 0.27 12.61 5.01 5198.66 45.62 1.656 2.22 1.97 2.16 2.13 1.71 443 443 443 443 443 443 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 50.73 263.60 11006.85 4797.66 4905399.29 34554.74 4956072.88 3.1.2.13.4 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh là: 50 oC Bảng 3.51 Nhiệt lượng sản phẩm khỏi đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ Sản phẩm Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Cumen 1.66 1.656 CHP 6.44 2.22 Axeton 120.33 2.16 AMS 1094.76 1.71 Tổng (Q4) Lượng sản phẩm đỉnh tháp tách: (kg/h) SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 63 Nhiệt độ (oK) 323 323 323 323 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 887.76 4612.78 83953.62 604668.90 694123.06 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Chỉ số hồi lưu là: 1.5 Nhiệt lượng sản phẩm hồi lưu đỉnh tháp: Q7 = 694123.06 x 1.5 = 1041184.59 kJ/h Nhiệt độ sản phẩm đỉnh là: 100oC Bảng 3.52 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ Sản phẩm Cumen CHP Axeton AMS Tổng (Q6) Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 4.15 16.09 300.83 2736.90 1.656 2.22 2.16 1.71 373 373 373 373 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 2562.96 13317.07 242373.85 1745677.24 2003931.12 3.1.2.13.5 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy Nhiệt độ nước lạnh vào: 25oC Nhiệt dung nước lạnh là: 4.178 kJ/kg.K [19] Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Nhiệt độ nước 50oC Nhiệt dung nước nhiệt độ là: 4.18 kJ/kg.K Nhiệt lượng nước mang là: Gnc x 4.18 x (50+273) kJ/h Nhiệt lượng trình làm lạnh là: Gnc x 4.18 x (50+273) - Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy là: Q5 = Q6 - Q4 - Q7 = 2003931.12 - 694123.06 1041184.59 = 268623.47 kJ/h Lượng nước cần sử dụng là: Gnc = = 1579.86 kg/h 3.1.2.13.6 Cân nhiệt lượng tháp tinh chế cumen Giả sử lượng nhiệt mát 5% lượng nhiệt đốt cấp vào tháp [20]: Qm = 0.05 x 1447.86D = 72.39D kJ/h Cân nhiệt lượng cho trình ta có: Qvào = Qra = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5 +Qm 4307693.12 + 1447.86D = 4956072.88 + 694123.06 + 268623.47 + 72.39D Lượng đốt cấp cho Reboiler là: D = = 1579.86 kg/h Bảng 3.53 Bảng cân nhiệt lượng tháp tinh tách sản phẩm nhẹ SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 64 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Nhiệt lượng vào Q1 nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Q2 nhiệt lượng cấp cho reboiler Tổng GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên kJ/h Nhiệt lượng Q3 nhiệt lượng sản phẩm 4307693.12 đáy Q4 nhiệt lượng sản phẩn 1695922.40 đỉnh Q5 nhiệt lượng làm lạnh Q6 nhiệt lượng mát 6003615.52 Tổng kJ/h 4956072.8 694123.06 268623.47 84796.12 6003615.5 3.1.2.14 Cân nhiệt lượng tháp tinh chế phenol Nhiệt độ nguyên liệu vào là: 170°C Nhiệt độ sản phẩm đáy thu là: 30°C Nhiệt độ dòng đỉnh tháp: 180oC Nhiệt độ sản phẩm đỉnh thu là: 50°C 3.1.2.14.1 Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào tháp tinh chế phenol nhiệt lượng dòng đáy tháp tách sản phẩm nhẹ Q1 = 4956072.88 kJ/h 3.1.2.14.2 Tính nhiệt lượng cấp cho Reboiler Chọn bão hịa có áp suất 40.55 at nhiệt độ đốt: 250°C Nhiệt lượng riêng đốt: i = 2803 kJ/kg [20] Nhiệt đốt đem vào: D x i = 2792D kJ/h Giả sử dòng nước ngưng có nhiệt độ 50°C, nhiệt dung riêng nước nhiệt độ là: Cp= 4.18 kJ/kg.độ Vậy nhiệt lượng nước ngưng đem ra: Dx4.18x(273+50)= 1350.14D kJ/h Vậy nhiệt reboiler cấp vào: Q2 = 2792D – 1350.14D = 1441.86D kJ/h 3.1.2.14.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy Nhiệt độ sản phẩm đáy 230oC Lượng DMPC tách khỏi đáy tháp là: 12.23 kg/h Nhiệt lượng riêng DMPC là: 1.97 kJ/kg.K [18] Nhiệt lượng DMPC lấy khỏi đáy tháp: Q3 = 12.23 x 1.97 x (230+273) = 12122.69 kJ/kg 3.1.2.14.4 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh là: 50 oC Bảng 3.54 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh lấy khỏi tháp tách tinh chế phenol SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 65 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Sản phẩm Cumen CHP Axeton Phenol AMS Tổng (Q4) Chỉ số hồi lưu là: GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) 0.07 0.27 0.38 5198.66 5.01 1.656 2.22 2.16 2.13 1.71 323 323 323 323 323 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 36.99 192.20 263.98 3626997.93 3498.07 3630989.17 Nhiệt lượng sản phẩm hồi lưu đỉnh tháp: Q7 = 3333500.60 x = 3333500.60 kJ/h Lượng sản phẩm đỉnh tháp tách: G x (1+1) (kg/h) Nhiệt độ sản phẩm đỉnh là: 180oC Bảng 3.55 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tinh chế phenol Sản phẩm Lưu lượng (kg/h) Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) Nhiệt độ (oK) Cumen 0.14 1.656 CHP 0.54 2.22 Axeton 0.76 2.16 Phenol 10397.31 2.13 AMS 10.03 1.71 Tổng (Q6) 3.1.2.14.5 Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy 453 453 453 453 453 Nhiệt lượng (kJ/h) Q = G.c.T 103.76 539.11 740.45 10173560.76 7767.77 10182711.85 Nhiệt độ nước lạnh vào: 25oC Nhiệt dung nước lạnh là: 4.178 kJ/kg.K [19] Nhiệt lượng nước làm lạnh mang vào là: Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Nhiệt độ nước 80oC Nhiệt dung nước nhiệt độ là: 4.196 kJ/kg.K Nhiệt lượng nước mang là: Gnc x 4.196 x (80+273) kJ/h Nhiệt lượng trình làm lạnh là: Gnc x 4.196 x (80+273) - Gnc x 4.178 x (25+273) kJ/h Nhiệt lượng nước làm lạnh lấy là: Q5 = 10182711.85 - 3333500.60 - 3333500.60 = 6551721.68 kJ/h Lượng nước cần sử dụng là: Gnc = = 21760.88kg/h SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 66 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 3.1.2.14.6 Cân nhiệt lượng tháp tinh chế cumen Giả sử lượng nhiệt mát 5% lượng nhiệt đốt cấp vào tháp [20]: Qm = 0.05 x 1452.86D = 72.64D kJ/h Cân nhiệt lượng cho trình ta có: Qvào = Qra = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5 +Qm 4956072.88 + 1441.86D = 12122.69 + 3630989.17 + 6551721.68+ 72.09D Lượng đốt cấp cho Reboiler là: D = = 3824.56 kg/h Bảng 3.56 Bảng cân nhiệt lượng tháp tinh chế phenol Nhiệt lượng vào Q1 nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Q2 nhiệt lượng cấp cho reboiler Tổng kJ/h 4956072.88 Nhiệt lượng Q3 nhiệt lượng sản phẩm đáy 5514484.91 Q4 nhiệt lượng sản phẩn đỉnh Q5 nhiệt lượng làm lạnh Q6 nhiệt lượng mát 10470557.79 Tổng kJ/h 12122.69 3630989.17 6551721.68 275724.25 10470557.7 3.1.2.15 Lượng nước đốt dùng trình - Tổng lượng đốt sử dụng trình: 1046.92 + 2299.88 + 1996.84 + - 227.37 + 2041.99 + 1171.33 + 3824.56 = 12608.89 kg/h = 100871.12 tấn/năm Tổng lượng nước làm mát sử dụng trình: 256.42 + 1468.73 + 647.33 + 18229.60 + 2661.20 + 1881.03 + 16942.85 + 1579.86 + 21760.88 = 66157.33 kg/h = 528529.21 tấn/năm SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 67 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên KẾT LUẬN Qua đề tài "Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen suất 42 ngàn tấn/năm ", em tìm hiểu phương pháp công nghệ sản xuất phenol rút số kết luận Trong phương pháp sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen phương pháp có nhiều ưu điểm Đó q trình đơn giản, hiệu suất cao lên tới 90%, điều kiện công nghệ mềm khơng địi hỏi thiết bị phải làm từ vật liệu đắt tiền Điểm ưu việt cơng nghệ sản xuất đồng thời axeton sản phẩm quan trọng giá trị ngành hóa chất Do 90% lượng phenol giới sản xuất theo phương pháp Trong công nghệ sản xuất phenol, cơng nghệ KBR có điểm vượt trội Cơng nghệ có ưu điểm tiết kiệm nguyên liệu đầu vào cho công nghệ khác Sản phẩm sản xuất có độ tinh khiết cao phù hợp để sản xuất hợp chất trung gian sản phẩm khác Cùng với cơng nghệ có hệ thống xử lý khí thải than hoạt tính hệ thống xử lý nước thải sinh học đảm bảo an tồn q trình sản xuất Đây yếu tố quan trọng mà mong muốn phát triển kinh tế cách bền vững Với công nghệ để sản xuất phenol với suất đề với thời gian làm việc 8000h/năm cần tiêu tốn lượng nguyên liệu cumen 39872.52 tấn/năm lượng khơng khí sử dụng 48852.06 tấn/năm Lượng nước làm mát cần sử dụng tồn q trình 528529.21 tấn/năm Lượng đốt cần sử dụng hệ thống 100871.12 tấn/năm Sản phẩm phụ trình thu Axeton 13376.31 tấn/năm độ tinh khiết 99.6% AMS thơ có độ tinh khiết 89.5% với suất 10628 tấn/năm Về vấn đề phát thải, lượng cumen thải môi trường 30.4 tấn/năm lượng nước thải 29634.24 tấn/năm SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 68 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO M Weber, M Webber, & M Kleine-Boymann, “Phenol, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,” Journal of American Chemical Society, 7863, 97 p 11134–11136, 1997 ScienceLab, “Phenol MSDS.” 2013 Phan Thanh Sơn Nam, “Giáo trình Hóa Hữu cơ,” NXB Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, p 412 – 434, 2011 R M Pandia, “The Phenol-Acetone Value Chain : Prospects and Opportunities,” 2013 IHS Markit, “Chemical Economics Handbook,” 2016 Trisha Huang, “Stage is set for a China phenol market recovery,” ICIS News, 2017 Cơng ty TNHH Hóa chất Thuận Nam, “Tổng quan cơng nghiệp hóa chất Việt Nam,” 2013 Thủ Tướng Chính phủ, “Phê duyệt ‘Quy hoạch phát triển ngành cơng nghiệp hóa chất Việt Nam đến năm 2020, có tính đến năm 2030’, Số: 1621/QĐ-TTg,” 2013 Phạm Thanh Huyền Nguyễn Hồng Liên, “Công nghệ Tổng hợp Hữu - Hóa dầu,” NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, p 173 – 178, 2006 10 A Chauve & G Lefebvre, “Petrochemical Processes Vol.2,” Editions Technips, p 103–126, 1989 11 J L Delaney & T W Hughes, “Source Assessment: Manufacture of Phenol and Acetone from Cumene,” United States Enviromental Protection Agency, p 77– 107, 1979 12 ILLA International, “ILLA Licensing & Engineering.” 13 Axens, “HP Petrochemical ProcessHandbook 2014,” Gulf Publishing Company, 2014 14 Axens, “HP’s Petrochemical Processes.” p 139–141, 2005 15 R J Schmidt, “Industrial catalytic processes - Phenol production,” Applied Catalysis A: General, 280, p 89–103, 2005 16 V M Zakoshansky, “Actual Performance of Key Stages of the Phenol Process: Present State and Expected Future.” Russian Journal of Applied Chemistry, p SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 69 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: PGS TS Nguyễn Hồng Liên 159–184, 2013 17 ScienceLab, “Cumene MSDS.” 2013 18 U.S Secretary of Commerce, “NIST Chemistry WebBook.” 19 Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 1,” NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 20 Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 2,” NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 21 Y S Duh, C S Kao, H H Hwang, & W W L Lee, “Thermal decomposition kinetics of cumene hydroperoxide,” Process Saf Environ Prot., 76, 4, tr p 271– 276, 1998 22 M Magalhães, E Königsberger, P May, & G Hefter, “Heat capacities of concentrated aqueous solutions of sodium sulfate, sodium carbonate, and sodium hydroxide at 25oC,” J.Chem.Eng.Data, 47, 2, tr p 590–598, 2002 SVTH: Nguyễn Ngọc Khang – 2014226Trang 70 ... tương lai 1.1.4 Hóa học phương pháp sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen Các nhà máy sản xuất phenol theo phương pháp thường có phân xưởng khác sản xuất cumen cách alkyl hóa benzene từ nguyên... biện pháp để khắc phục nhược điểm khơng có kết [9] 1.1.3.6 So sánh lựa chọn phương pháp sản xuất Bảng 1.4 So sánh phương pháp sản xuất phenol Phương pháp sản xuất Điều kiện công nghệ Oxi hóa cumen. .. THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1.1 Bản vẽ thiết kế Dây chuyền sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen theo cơng nghệ KBR trình bày vẽ 2.1.2 Thuyết minh dây chuyền Sơ đồ công nghệ sản xuất phenol