THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT VINYL CLORUA

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT VINYL CLORUA

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU (size 15) KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (size 13) NGUYỄN VĂN Y (size 13) TÊN ĐỀ TÀI (size 16 hay 18 tùy theo số chữ trên đề tài) in hoa và đậm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (size 13) Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC (size 13) Người hướng dẫn GS. TS. NGUYỄN VĂN X (in đậm, size 13) TS. LÊ THỊ Y (in đậm, size 13) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN PHÚ VỸ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT VINYL CLORUA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn Th.S. NGUYỄN TRẦN THANH BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phú Vỹ Ngày, tháng, năm sinh: 28/ 10/1990 Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học MSSV: 0852010234 Nơi sinh: Kon Tum I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl clorua. Năng suất : 100.000 ( tấn/năm) II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Các số liệu ban đầu : a. C 2 H 2 Kỹ thuật có nồng độ thể tích : 99% H 2 O : 0,03 % ; O 2 : 0,01 % ; N 2 : 0,96 % b. HCl nồng độ : 99% H 2 : 0,55 % ;N 2 : 0,25 % ; H 2 O : 0,2 % 2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán : - Tổng quan lý thuyết - Tính toán công nghệ - An toàn lao động - Thiết kế xây dựng - Tính toán kinh tế III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 20/4/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/7/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Trần Thanh TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 03 tháng 08 năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm qua, vật liệu polyme được ứng dụng rộng rãi và ngày càng không thể thiếu được trong đời sống vật chất của con người . Do đó ngành công nghiệp về vật liệu polyme cũng được phát triển. Một trong những nguồn nguyên liệu là vinylclorua (gọi tắt VC). Có công thức hoá học là CH 2 =CHCl. Lần đầu tiên VC được Regnault điều chế vào năm 1835. Đến năm 1911, Klatt và Rolle đã nghiên cứu thành công giữa phản ứng axetylen và axit clohydric. Hai năm sau Gresheim-Eleckhon đã thành công trong việc dùng HgCl 2 làm xúc tác cho phản ứng này. Để cho ngành công nghiệp về vật liệu polyme tồn tại và phát triển hơn cần phải nghiên cứu sản xuất ra nguồn nguyên liệu cung cấp cho nó là rất quan trọng, cho nên việc điều chế VC đã tạo ra một bước chuyển lớn trong nghành công nghiệp hoá chất. Vào năm 1930 khi sản phẩm Polivinylclorua (PVC) lần đầu tiên được ra đời. Theo các thống kê cho biết mức tiêu thụ hàng năm của VC trên thế giới vào năm 1954 là 1215 triệu tấn, trong đó năm 1986 tiêu thụ 19,5 triệu tấn. VC được sản xuất với số lượng lớn trên thế giới, theo số liệu cho biết ở Nhật năm 1960 sản xuất ra 258000 tấn PVC, năm 1965 tăng lên 450000 tấn và năm 1970 là 600000 tấn PVC. VC được ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu được dùng làm monome trong quá trình polyme hoá để tổng hợp thành polivinylclorua, khoảng 95% tổng lượng VC dùng để tổng hợp PVC và các polyme khác. PVC là chất dẻo có nhiều tính chất mà ta mong muốn như độ ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn( bị phá huỷ bởi các axit mạnh như H 2 SO 4 , HCl) có khả năng co giãn và độ bền tương đối lớn, cách điện tốt, không thấm nước, không bị phá huỷ khi tiếp xúc với nước và có một số tính năng ưu việt khác, do có những tính chất tốt như vậy, PVC được dùng để sản xuất các loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá học làm việc ở nhiệt độ thấp, để thay thế thép không gỉ và các hợp kim đắt tiền. Với những tính năng quan trọng của VC trong công nghiệp như vậy cho nên việc tìm hiểu và nghiên cứu qúa trình sản xuất VC trong công nghiệp là điều cần Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i thiết, đặc biệt nhà máy lọc dầu Dung Quất (Quãng Ngãi) đã đi vào hoạt động sẽ cho ta nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp VC. Và do vậy VC sẽ có giá thành hạ và kéo theo đó giảm chi phí sản xuất cho rất nhiều ngành công nghiệp khác. Trên thế giới hiện nay, công nghệ sản xuất VC đi từ HCl và C 2 H 2 vẫn được áp dụng vì công nghệ đơn giản, lợi ích từ việc giảm giá thành sử dụng nhưng trước kia yêu cầu sử dụng nhiều nguyên liệu thô là hydrocacbon đắt tiền. Giải thích cho vấn đề này vì sao chúng đã được thay thế bằng những công nghệ sử dụng etylen và vì sao chúng đã được sử dụng trở lại do giá dầu thô tăng, mặc dù etylen được lấy từ các mỏ khí etan là chủ yếu có lợi về mặt kinh tế nhất. Đồng thời bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu axetylen ở nước ta rất phong phú vì có trữ lượng tự nhiên lớn, núi đá vôi nhiều. Với những điều kiện thuận lợi như vậy chúng ta sẽ hạn chế được nguồn nguyên liệu VC ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng được đầy đủ nhu cầu của các ngành công nghiệp trong nước, công nghệ sản xuất VC từ C 2 H 2 và HCl cần phải được phát triển mạnh hơn nữa. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu ii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo đã dạy dỗ em trong suốt những năm học vừa qua, những thầy cô đã hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này! Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Trần Thanh người đã hướng dẫn tận tình em trong suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua! Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô trong khoa Hóa đã giúp đỡ và dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập tại trường. Sinh viên Nguyễn Phú Vỹ Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ,HÌNH Danh mục các bảng Trang Bảng 1.1: Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ 11 Bảng 1.2: Áp suất hơi của VC 11 Bảng 2.1: Ảnh hưởng của % HgCl 2 /C * đến hiệu xuất chuyển hóa 30 Bảng 2.2: Sự ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu đến hiệu suất chuyển hoá .31 Bảng 2.3: Sự ảnh hưởng của vận tốc thể tích đến hiệu suất chuyển hoá .32 Bảng 3.1: Bảng cân đối vật chất của thiết bị chính .41 Bảng 3.2: Bảng cân bằng vật chất tại thiết bị rửa bằng nước và kiềm .43 Bảng 3.3: Cân bằng vật chất tại thiết bị lắng vào rửa 44 Bảng 3.4: Bảng cân bằng vật chất tại hệ thống chưng 45 Bảng 3.5: Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị phản ứng .49 Bảng 3.6: Cân bằng nhiệt lương của hệ thống thiết bị rửa 51 Bảng 3.7: Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh 54 Bảng 3.8: Kích thước nối các phần thiết bị 65 Bảng 3.9: Kích thước nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn. 66 Bảng 3.10: Kích thước của các loại chân đỡ .68 Bảng 5.1: Các hạng mục công trình của nhà máy .74 Bảng 6.1: Số lượng đèn và công suất tiêu thụ để chiếu sáng cho toàn phân xưởng 81 Bảng 6.2: Công suất động lực của dây chuyền. 82 Bảng 7.1 : Chi phí nguyên liệu .87 Bảng 7.2: Bảng tổng hợp chi phí chủ yếu .89 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv Bảng 7.3: Bảng ước tính giá thành sản phẩm .91 Danh mục các sơ đồ Sơ đồ 2.1: Công nghệ Clo hoá ở nhiệt độ thấp 19 Sơ đồ 2.2: Sơ đồ sản xuất EDC bằng cách oxy hoá etylen nhiệt độ cao 20 Sơ đồ 2.3: Sản xuất VC bằng phương pháp Cracking EDC 22 Sơ đồ 2.4: Sơ đồ sản suất VC kết hợp 2 công nghệ sản xuất EDC 23 Danh mục các hình Hình 1.1: Đường cong độ chuyển hoá cân bằng của metan và etan thành Axetylen ở 0,1 Mpa 7 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu v DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT VC: Vinyl Clorua PVC: Polivinyl Clorua EDC: Dicloetan Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH .iv DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT .v Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1 1.1. Tính chất của nguyên liệu .1 1.1.1. Tính chất của Axetylen 1 1.1.2. Tính chất của axit HCl .9 1.2. Tính chất của sản phẩm VC 10 1.2.1. Tính chất vậy lý .10 1.2.2. Tính chất hóa học .12 1.2.3. Ảnh hưởng của VC đến sức khỏe con người 13 Chương 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VINYL CLORUA .15 2.1. Sản xuất VC từ 1,2 dicloetan .15 2.1.1. Quá trình pha lỏng .15 2.1.2. Quá trình pha hơi .16 2.2 Tổng hợp VC từ Etylen 17 2.2.1. Sản xuất EDC bằng quá trình clo hoá Etylen 17 2.2.2. Nhiệt phân DEC tạo VC . 20 2.2.3. Quá trình Clo hoá Etylen 22 2.3. Phương pháp liên hợp sản xuất VC 24 2.4. Phương pháp clo hóa Etan 25 2.4.1. Clo hóa nhiệt độ cao 25 2.5.2. Oxi hydro hóa nhiệt độ cao . 25 2.6.3. Oxi clo hóa 25 2.5. Sản xuất VC từ Axetylen .26 . VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN PHÚ VỸ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT VINYL CLORUA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA. hóa học MSSV: 0852010234 Nơi sinh: Kon Tum I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl clorua. Năng suất : 100.000 ( tấn/năm) II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI