ĐỒ án MÔN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC đề tài sản xuất ethylbenzene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC ĐỜ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Đề tài: Sản xuất Ethylbenzene Giảng viên : Nguyễn Thành Duy Quang Lớp - Nhóm: A03 - Nhóm sinh viên: Huỳnh Mai Như 1710223 Phạm Thị Mỹ Uyên 1713904 Nguyễn Chí Bảo 1710590 Đặng Thành Vinh 1713963 Võ Hữu Thọ 1713345 Trần Thị Thanh Ngân 1712298 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG .2 I) Sơ lược dòng nhập liệu sản phẩm 1) Nguyên liệu Ethylene .2 2) Nguyên liệu Benzen .4 3) Sản phẩm Ethylbenzene .7 4) Các sản phẩm phụ có mặt q trình sản xuất Ethylbenzene: Diethylbenzen Propylen II) Điều kiện phản ứng phương trình phản ứng 1) Điều kiện phản ứng .9 2) Các phương trình phản ứng, nhiệt động động học phản ứng 10 3) Cân vật chất 11 III) Quá trình tổng hợp Ethybenzene .12 1) Tóm tắt đầu vào đầu 12 2) Quy trình tóm tắt 12 3) Số liệu cân vật chất dòng 14 4) Thiết bị 15 IV Phần tính toán .23 Thiết bị phản ứng 23 Thiết bị phân tách 24 Thiết bị cấp nhiệt 25 Thiết bị trao đổi nhiệt 25 Bơm 28 Năng suất Ethylbenzene đầu 30 V) Hệ thống trao đổi nhiệt 30 VI) Hiệu kinh tế 32 1) Chi phí nguyên liệu sản phẩm 32 2) Chi phí vận hành xây dựng .33 VII) Quy trình sản xuất số nhà máy 34 1) Alkyl hóa pha lỏng .34 2) Alkyl hóa pha 37 3) Q trình Alkyl hóa xúc tác Zeolite pha lỏng .37 4) Công nghệ sử dụng Zeolite pha hỗn hợp 38 VIII) Bàn luận 38 IX) Tài liệu tham khảo .39 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Phân tử Ethylene Hình 2: Thơng số nhập liệu Ethylene Hình 3: Phân tử Benzen Hình 4: Thông số nhập liệu Benzen Hình 5: Phân tử Ethylbenzen Hình 6: Quy trình tóm tắt 13 Hình 7: Các số liệu cân vật chất 15 Hình 8: Ký hiệu dòng vào dòng 16 Hình 9: Thơng số hỗn hợp trước sau trộn 16 Hình 10: Thành phần cấu tử sau khỏi PFR-101 17 Hình 11: Thành phần cấu tử sau khỏi thiết bị tách V-100 18 Hình 12: Thơng số dịng Ethylene sau khỏi thiết bị phân dòng TEE100 18 Hình 13: Nhiệt độ áp suất dịng sau khỏi bơm P-100 19 Hình 14: Thơng số dịng vào dịng Cooler E-101 20 Hình 15: Thơng số dòng vào dòng Heater E-106 20 Hình 16: Sơ đồ tháp chưng cất T-100 21 Hình 17: Thành phần dịng vào cà dịng tháp chưng cất 22 Hình 18: Nhiệt độ với vị trí mâm tháp chưng T – 100 22 Hình 19: Áp suất với vị trí mâm tháp chưng T - 100 23 Hình 20: Liên kết dịng lượng với loại tiện ích 30 Hình 21: Các dịng trao đổi nhiệt 31 Hình 22: Giản đồ HEN 31 Hình 23: Q trình alkyl hóa sản xuất Etylbenzen với xúc tác pha lỏng Monsanto 36 Cùng với phát triển xã hội nhu cầu chất lượng sống người ngày cao vật chất lẫn tinh thần Để đáp ứng điều đó, ngành khoa học công nghệ không ngừng phát triển Trong đó, ngành cơng nghiệp hóa chất khơng ngoại lệ, thay đổi để phù hợp với nhu cầu thị trường Đây ngành công nghiệp mũi nhọn nước ta Nó khơng đem lại lợi nhuận cao mà tảng ngành cơng nghiệp khác Sản phẩm cơng nghiệp hóa chất đa dạng chủng loại Chúng kết mơt loạt q trình biến đổi hóa lý để đạt sản phẩm mong muốn Vì nguyên liệu ngành không xuất phát từ tự nhiên mà cịn qua q trình tổng hợp trung gian Do đó, nhu cầu sử dụng nguyên liệu tinh khiết ngày trở nên nghiêm khắc nguyên liệu Ethylbenzen Etylbenzen hydrocacbon thơm ứng dụng rộng rãi công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Etylbenzen hợp chất hữu thơm đơn vịng, có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Phần lớn (>99%) sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất styrene monomer, 50% trình sản xuất benzene giới, cịn lại 1% sử dụng làm dung môi cho sơn nguyên liệu sản xuất dietylbenzen Hầu tất etylbenzen tinh khiết sử dụng làm polystyrene để sản xuất nhựa cao su nguyên liệu Hiện hầu hết Ethylbenzene sản xuất thương mạị từ q trình Ankyl hóa Benzene Ethylene Q trình Ankyl hóa tiến hành chủ yếu theo phương pháp: + Tiến hành pha lỏng với xúc tác AlCl3 + Tiến hành pha với xúc tác rắn tầng cố định Trong báo cáo này, với kiến thức học mơn Thiết kế hệ thống quy trình cơng nghệ hóa học với việc tham khảo tài liệu vận dụng phần mềm mô tối ưu Hysys V10, chúng em mơ tả quy trình HAD I) Sơ lược dòng nhập liệu sản phẩm 1) Nguyên liệu Ethylene Hình 1: Phân tử Ethylene Ethylen hợp chất olefin đơn giản nhất, có khả phản ứng cao sử dụng rộng rãi công nghiệp hữu cơ- hóa dầu nguồn nguyên liệu hang đầu cho ngành công nghiệp polymer Từ năm 1930, Châu Âu etylen bắt đầu thu hồi từ khí lị cốc nhiều nguồn ngun liệu khác Những năm 50, etylen lên sản phẩm trung gian ứng dụng rộng rãi toàn giới, a) Tính chất vật lý Ethylene hydrocarbon đơn giản có lợi mặt sinh học kinh tế Nó chất khí khơng màu, khơng mùi, nhẹ khơng khí, tan nước, tan nhiều ete số dung mơi hữu cơ, có cơng thức hóa học CH2=CH2 Ethylene có mùi xạ hương ngào giúp dễ dàng xác định chất khơng khí Điều áp dụng cho khí tinh khiết: mùi biến trộn với hóa chất khác + Nhiệt độ tới hạn 9,900C + Áp suất tới hạn 5,117 MPa + Mật độ tới hạn 0,21 g/cm3 + Sức căng bề mặt: Tại nhiệt độ sôi 16,5 mN/m, 00C 1,1 mN/m + Nhiệt độ sơi -103,710C + Nhiệt độ nóng chảy -169,20C b) Tính chất hóa học Etylen chất đứng dãy đồng đẳng olefin, có cấu trúc đơn giản nhất, gồm liên kết đôi nối nguyên tử cacbon Trong phản ứng hóa học, etylen chất hoạt động mạnh, dễ dàng tham gia phản ứng tạo thành sản phẩm phụ, lý để etylen gọi “vua hydrocacbon” Các phản ứng quan trọng etylen sử dụng ngành công nghiệp: phản ứng cộng, phản ứng alkyl hóa, halogen hóa, hydro formyl hóa, phản ứng hydrat, phản ứng oligome hóa, polyme hóa phản ứng oxy hóa Trong cơng nghiệp, etylen ứng dụng để sản xuất số hợp chất quan trọng nhựa tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt nhiều sản phẩm bán sản phẩm hoá học khác Cụ thể là: - Polyme hoá áp suất cao với chất kích động peroxit để sản xuất polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) - Tác dụng với clo tạo thành 1,2 – dicloetan (Cl – CH2 – CH2 – Cl) - Trùng hợp áp suất thấp dùng xúc tác Ziegler – Natta chất mang oxyt kim loại để sản xuất polyetylen tỷ trọng cao(HDPE) - Oxy hoá thành oxitetylen, peoxyetan xúc tác Ag - Phản ứng với benzen xúc tác AlCl3 để sản xuất etylbenzen, sau dehydro hóa etylbenzen để sản xuất styren Styren dùng để sản xuất polystyren cao su tổng hợp Buna-S - Copolyme hoá với olefin khác áp suất thấp xúc tác Crom, hợp chất kim titan vanadi để sản xuất polyetylen mạch thẳng tỷ trọng thấp (LDPE) với sản phẩm khác - Oxy hoá xúc tác PdCl2 đồng CuCl2 dung dịch HCl tạo thành axetandehyt - Sự hydrat hoá cách sử dụng axit sunfuric axit photphoric, tạo etanol - Phản ứng với axit axetic oxy có mặt xúc tác PdCl2 tạo thành vinylaxetat (VA) Một số ứng dụng khác sản xuất rượu mạch thẳng, olefin cao phân tử, etylclorua copolyme hoá với propylen để tổng hợp cao su dien-mono-etylenpropylen (EPDM) Ngoài ứng dụng tổng hợp hữu với nhiều sản phẩm q nói trên, etylen có tác dụng kích thích hoạt động men làm mau chín Do đó, dùng etylen với nồng độ lỗng (1V etylen 10002000V khơng khí) để dấm xanh 18 ÷ 20˚C c) Q trình tồn chứa vận chuyển ethylene Ethylene vận chuyển đường ống Đường ống dẫn ethylene yêu cầu phải linh hoạt ngăn chặn việc bị gián đoạn Trong đường ống vận chuyển ethylene, áp suất đặt từ 4-100 MPa, nhiệt độ >40˚C ngăn không cho dạng lỏng ethylene hình thành Hydrat phải sưới 15% điều kiện hoạt động áp suất thường Sự phân hủy cháy nổ ethylene xảy áp suất nhiệt độ tang q cao, cần kiểm sốt điều kiện nhiệt độ áp suất thích hợp Ethylene vận chuyển thuyền, tàu, xe tải tank… Tồn chứa ethylene tank chứa cầu Ethylene chứa tank với áp suất 10MPa làm mát bề mặt tank Hình 2: Thơng số nhập liệu Ethylene 2) Nguyên liệu Benzen Hình 3: Phân tử Benzen Benzen thường biết đến công thức hố học C6H6, hay cịn viết tắt PhH, benzol, hợp chất hữu thơm Benzen hidrocacbon vịng thơm đơn giản Trong benzen có chứa tập hợp vòng gồm sáu nguyên tử cacbon gọi nhân benzene Năm 1865, nhà hoá học Đức Kekule (A.Kekule) đưa cơng thức dạng khép vịng benzen với liên kết đơn đôi luân phiên Theo giả thuyết đại, sáu electron π ba liên kết đôi benzen trạng thái liên hợp, tạo thành hệ electron thống Benzen nhà vật lý Anh Farađây (M.Faraday) phát năm 1825 Ơng tách từ phần ngưng khí thắp Năm 1833, nhà hố lý Đức Mitselic (E Mitcherlich) điều chế benzen chưng khô muối canxi axit benzoic (cho nên benzen mang tên vậy) Người ta thu benzen cốc hoá than đá, từ hidrocacbon béo hidrocacbon vịng no dầu mỏ Hiện nay, q trình tổng hợp hoá học benzen từ hidrocacbon no từ parafin vịng – q trình refominh đưa vào cơng nghiệp a) Tính chất vật lý Benzen hợp chất hữu có cơng thức hố học C6H6 Benzen hyđrocacbon thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen tan nước rượu Benzen có khả cháy tạo khí CO2 nước, đặc biệt có sinh muội than + Khối lượng mol: 78,1121 g/mol + Nhiệt độ nóng chảy: 5.5oC + Nhiệt độ sơi: 80.1oC + Độ hồ tan nước: 1,79g/L (25oC) Benzen tạo thành với khơng khí hỗn hợp dễ nổ, dễ trộn với ete, xăng dung môi hữu khác, tạo thành với nước hỗn hợp sôi nhiệt độ 69,25°C b) Tính chất hóa học Benzen thuộc loại hidrocacbon vịng khơng no liên hợp (dãy đồng đẳng CnH2n6), khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C2H4, benzen thể tính chất vốn có hidrocacbon no Chẳng hạn, benzen bền vững với tác dụng chất oxi hoá, dễ tham gia phản ứng phản ứng cộng, v.v… Sỡ dĩ benzen hợp chất thơm khác có tính chất đặc biệt nhân benzen tương đối bền vững phản ứng hoá học Benzen chất bền nhiệt, hoạt động hóa học nhiệt độ 500oC, phản ứng benzen thường thực nhiệt độ 500oC Ví dụ, 600oC, tác động xúc tác kim loại (sắt, chì, vanadium,…) xảy phản ứng ngưng tụ benzen tạo diphenyl hợp chất polyaromatic khác Benzen khó tham gia phản ứng oxy hóa có cấu trúc vịng bền vững, nhiên, điều kiện khắc nghiệt, bị oxy hóa hồn tồn sinh khí CO2 nước Nếu lượng oxy khơng khí tham gia phản ứng thiếu, phần benzen bị phân hủy tạo thành kết tủa đen (bồ hóng) Nếu phản ứng mà có mặt xúc tác (V-Mo), phản ứng thực pha điều kiện T= 350- 450oC tạo anhydric maleic với hiệu suất khoảng 65- 70%,[2] Thực phản ứng oxy hóa benzen khơng khí điều kiện nhiệt độ cao thu phenol, nhiên hiệu suất phản ứng thấp c) Quá trình tồn chứa vận chuyển Benzen Benzene hóa chất độc hại, gây ung thư cho người Vấn đề tồn trữ benzene vô cần thiết để đảm bảo an tồn cho cơng nhân nhà máy người dân sống khu vực xung quanh Phải trì nhiệt độ bồn chứa 80C để ngăn chặn benzene đóng băng Bồn chứa phải kín, thường xun kiểm tra để phát rò rỉ Nhãn yếu tố đặc biệt quan trọng tàu chở benzen Các hãng Mỹ như: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… có qui định rõ điều Các qui định cách vận chuyển đóng tàu cập nhật sửa đổi ban bố hàng năm CFR Các nước khác có điều luật qui định qui trình kỹ thuật đảm bảo an tồn giống so với Mỹ Mặc dù, qui định đặc biệt phải áp dụng cho sở sản xuất, phịng thí nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, trình tháo dỡ hàng, vận chuyển benzen, qui đinh an toàn áp dụng với chất lỏng khí dễ bắt cháy độc khác Benzen bảo quản, tồn trữ vận chuyển thùng bể chứa thép Điều kiện thơng gió thích hợp cần thiết trình bảo quản benzen Do benzen có tính độc, nên người cơng nhân phải làm việc tiếp xúc với benzen, cần phải sử dụng đồ bảo hộ để tránh benzen tiếp xúc trực tiếp lên da,hay hít phải khói có chứa benzen Trong trình tháo, nạp xăng cần phải cẩn thận benzen chất dễ bay Khi xảy cố cháy benzen dùng CO2 hóa chất có khả chữa chữacháy khác để dập lửa Hình 4: Thơng số nhập liệu Benzen 3) Sản phẩm Ethylbenzene Hình 5: Phân tử Ethylbenzen Ethylbenzene hợp chất alkyl thơm đơn vịng, có ý nghĩa quan trọng trong cơng nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu Phần lớn (>99%) sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất styrene monomer, chiếm 50% trình sản xuất benzene giới Cịn lại 1% ethylbenzên sử dụng làm dung - Chiều cao cột : 1.789 m Đường kính cột : 1,193 m Áp suất tối đa: 300 kPa Lưu lượng nhập liệu: 90.33 kmole/h Lưu lượng sản phầm đỉnh: 89.9 kmole/h Lưu lượng sản phẩm đáy: 0.4314kmol/h 3) Thiết bị cấp nhiệt E-100 a Thiết bị cấp nhiệt E-100 - Nhiệt độ đầu vào: 39.27 oC - Nhiệt độ đầu ra: 400 oC - Lưu lượng: 225 Kmole/h - Nhiệt lượng cung cấp: 17750 MJ/h - Áp suất tối đa cho phép: 2200 Kpa b Thiết bị cấp nhiệt E-106 - Nhiệt độ đầu vào: 51.88 oC - Nhiệt độ đầu ra: 500 oC - Lưu lượng: 31.95 Kmole/h - Nhiệt lượng cung cấp: 852.9 kW - Áp suất tối đa cho phép: 2200 KPa 4) Thiết bị trao đổi nhiệt a Thiết bị trao đổi nhiệt E-101 - Chọn dòng lạnh: Nước sử dụng cơng nghiệp Dịng vào: Nước 20 oC Dịng ra: 25 oC Tính lưu lượng : Nhiệt dung riêng nước: Cnước = 4,2 kJ/kg*K 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 1919000 4.2×(25−20) = 91380,95 (kg/h) Lưu lượng dịng lạnh: 91380,95 kg/h - Dịng nóng: 264.9 kmole/h Nhiệt độ đầu vào: 422.9 oC Nhiệt độ đầu ra: 380.0 oC Nhiệt lượng trao đổi: Q= 533.1 kW Áp suất tối đa cho phép: 2200 KPa 25 b Thiết bị trao đổi nhiệt E-102 - Chọn dòng lạnh: Nước sử dụng cơng nghiệp Nhiệt độ vào: 20 oC Dịng ra: 25 oC Tính lưu lượng: Nhiệt dung riêng nước: Cnước = 4,2 kJ/kg*K 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 2643000 4.2×(25−20) = 125857.14 (kg/h) Lưu lượng dịng lạnh: 125857.14 kg/h - Dịng nóng: 267 kmole/h Nhiệt độ đầu vào: 435oC Nhiệt độ đầu ra: 380,0 oC Nhiệt lượng trao đổi: 734.1 kW Áp suất tối đa cho phép: 2200 KPa c Thiết bị trao đổi nhiệt E-103 - Chọn dịng lạnh: Nước sử dụng cơng nghiệp Nhiệt độ vào: 20 oC Dịng ra: 25oC Tính lưu lượng: Nhiệt dung riêng nước: Cnước = 4,2 kJ/kg*K 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 8922000 4.2×(25−20) = 424857.14 (kg/h) Lưu lượng dòng lạnh: 424857.14 kg/h - Dòng nóng: 266.3 kmole/h Nhiệt độ đầu vào: 455.6 oC Nhiệt độ đầu ra: 280,0 oC Nhiệt lượng trao đổi: 2478 kW d Thiết bị trao đổi nhiệt E-104 - Chọn dịng lạnh: Nước sử dụng cơng nghiệp Nhiệt độ vào: 20 oC Dịng ra: 25oC 26 Tính lưu lượng: Nhiệt dung riêng nước: Cnước = 4,2 kJ/kg*K 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) Lưu lượng dịng lạnh: 525238.1 - Dịng nóng: 266.3 kmole/h Nhiệt độ đầu vào: 280,0 oC Nhiệt độ đầu ra: 170 oC Nhiệt lượng trao đổi: 3065 kW = 11030000 4.2×(25−20) = 525238.1 (kg/h) kg/h e Thiết bị trao đổi nhiệt E-105 - Chọn dòng lạnh: Nước sử dụng cơng nghiệp Chọn dịng vào: Nước 20 oC Chọn dịng ra: Nước 25oC Tính lưu lượng: Nhiệt dung riêng nước: Cp = 4,2 kJ/kg 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 4978000 4.2×(25−20) = 237047.6 Kg/h Lưu lượng dịng lạnh: 237047.6 kg/h - Dịng nóng: 266.3 kmole/h Nhiệt độ đầu vào: 170,0 oC Nhiệt độ đầu ra: 80 oC Nhiệt lượng trao đổi: 1383 kW f Thiết bị đun sôi đáy tháp Reboiler - Chọn dòng gia nhiệt: Chọn dòng gia nhiệt dòng nước 8at, 175 oC - Tính lưu lượng dịng gia nhiệt: Ẩn nhiệt hóa nước 8at: r nước = 2057 kJ/kg 𝐺= 𝑄 𝑟 = 9390000 2057 = 4564.99 (Kg/h) - Dịng đun sơi: Nhiệt lượng cung cấp: 2608 kW Diện tích trao đổi nhiệt: A=57.8 m2 27 g Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Condenser - Chọn dòng giải nhiệt: Chọn dịng giải nhiệt nước sử dụng cơng nghiệp Nhiệt đồ vào: 20 oC Nhiệt độ ra: 25 oC Tính lưu lượng dịng giải nhiệt: 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 8534000 4.2×(25−20) = 406380.95 (kg/h) - Dịng ngưng tụ: Lưu lượng dòng ngưng tụ: 157.9 kmole/h Nhiệt lượng trao đổi: 2371 kW Diện tích trao đổi nhiệt: A=54.6 m2 h Thiết bị đun sôi đáy tháp Reboiler Dịng đun sơi: 0.4314 kmole/h Nhiệt lượng cung cấp: Q=2399 kW Diện tích trao đổi nhiệt: A=22.6m2 i Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Condenser - Chọn dòng giải nhiệt: Chọn dòng giải nhiệt nước sử dụng công nghiệp Nhiệt độ vào: 20 oC Nhiệt độ ra: 25 oC Tính lưu lượng dịng giải nhiệt: 𝐺= 𝑄 𝑄1+𝑄2 = 𝑄 𝐶𝑝×(𝑡2−𝑡1) = 8701000 4.2×(25−20) = 414333.3 (kg/h) - Dòng ngưng tụ: Nhiệt độ ngưng tụ: 139.2oC Lưu lượng dòng ngưng tụ: 89.9 kmole/h Nhiệt lượng trao đổi Q=2417 kW Diện tích trao đổi nhiệt: A=17.5 m2 5) Bơm a Bơm P100 - Khối lượng riêng:  = 878kg/m3 - Vật liệu: Thép carbon - Lưu lượng dòng: 19.94 m3 /h Cột áp bơm: 28 Ps − Pt (2000 − 110)*1000 = = 219, 4m *g 878* 9,81 Hb = - Công suất bơm: 𝑃= 𝑄∗𝐻∗ 102∗ℎ∗0.43 = 0.00554∗219.4∗878 102∗0.75∗0.43 = 32.44 kW - Hiệu suất: 75% b Bơm P101 - Khối lượng riêng: =878kg/m3 - Vật liệu: Thép carbon - Lưu lượng dòng = 13.97m3/h - Cột áp bơm: 𝑃𝑠 − 𝑃𝑡 (2000 − 105) ∗ 1000 = = 220 𝑚 ∗𝑔 878 ∗ 9.81 𝐻𝑏 = - Công suất bơm: 𝑃= 𝑄∗𝐻∗ 102∗ℎ∗0.43 = 0.00388∗220∗878 102∗0.75∗0.43 = 22.79 kW - Hiệu suất: 75% c Bơm P102 - Khối lượng riêng: =866kg/m3 - Vật liệu: Thép carbon - Lưu lượng dòng = 0,06695m3/h - Cột áp bơm: 𝐻𝑏 = 𝑃𝑠 − 𝑃𝑡 (2000 − 140) ∗ 1000 = = 21.89𝑚 ∗𝑔 866 ∗ 9.81 - Công suất bơm: 𝑃= 𝑄∗𝐻∗ 0.0000186 ∗ 21.89 ∗ 866 = = 0.011 𝑘𝑊 102 ∗ ℎ ∗ 0.43 102 ∗ 0.75 ∗ 0.43 - Hiệu suất: 75% 29 P= Q* H *r 0, 00099*220*878 = = 5,8 kW 102* h *0, 43 (102*0, 75) * 0, 43 - Hiệu suất: 75% 6) Năng suất Ethylbenzene đầu FEB= 89.9*106*10-3*24*365= 83477.544( tấn/ năm) Với MEB= 106 g/mole - Suất lượng đầu EB= 89.9 kmole/h - Sản phẩm phụ: nồng độ Diethylbenzen C= 0,0121∗10^6 9543,1366 = 1,27ppm < 2ppm điều kiện để hạn chế xảy phản ứng phụ nêu phần V) Hệ thống trao đổi nhiệt Hình 20: Liên kết dịng lượng với loại tiện ích 30 Hình 21: Các dịng trao đổi nhiệt Hình 22: Giản đồ HEN 31 VI) Tính Tốn Hiệu Quả Kinh Tế 1) Chi phí nguyên liệu sản phẩm - Lượng benzene thu từ trình nhiều nhu cầu sử dụng cao nên ta khơng cần thiết phải hồn lưu sản phẩm này: Sản phẩm Nhập liệu Cấu tử Giá thành (USD/kg) Etylbenzene Benzene Etylene Toluene Ethane 1.568 $ 1.327 $ 1.389 $ 1.112 $ 1.72 $ Bảng giá thành trung bình nguyên liệu sản phẩm tính kg (Source : https://www.icis.com/explore ) Sản phẩm Nhập liệu Cấu tử Etylbenzene Benzene Etylene Toluene Ethane Chi phí sản xuất (USD) 14964.992 $ 10040.082 3616.956 204.608 361.2 Tổng cộng 14964.992 $ 13861.646 $ Bảng chi phí nguyên liệu sản phẩm để sản xuất vòng 1h - Từ bảng số liệu ta tính lợi nhuận từ việc mua bán sản phẩm vòng 1h: $ Lợi nhuận = $ Sản phẩm - $ Nguyên liệu 32 = 14964.992 – 13861.646 =1103.346(USD) Lợi nhuận năm (chỉ sản xuất 8383 giờ) = 8383*1103.346 = 9,249,350 USD 2) Chi phí vận hành xây dựng Thiết bị Số lượng Chi phí Thiết bị chưng cất 935.103 $ Thiết bị phản ứng C (Conversion) 742.103 $ Thiết bị trộn 12.103 $ Thiết bị tách dòng (Tee) 30.103 $ Thiết bị tách pha (Sperator) 45.103 $ Thiết bị gia nhiệt 39.103 $ Bơm 8.103 $ Các loại thiết bị phát sinh khác - 430.103 $ Tổng chi phí - 5610.103 $ Nhiên liệu cho thiết bị và Năng lượng vận hành nhà máy 945.103 $ Xây dựng nhà máy 2340.103 $ ❖ Ngồi chi phí trực tiếp trên, cịn có chi phí gián tiếp khác tiền thầu, tiền giám sát kĩ thuật, tiền phát sinh khác, … $ Gián tiếp = 12.103 $ ❖ Tại thời điểm ước tính hồn thành nhà máy, chi phí ngun liệu sản phẩm biến động, khoản 1% so với ước tính ban đầu 33 Do đó: $ Lợi nhuận = 9,249,350 × (1-0.01) = 9156856.5 $ ❖ Trong năm phải tốn chi phí để xây dựng nhà máy mua thiết bị, thời điểm sau tốn chi phí mặt lượng, nhiên liệu chi phí gián tiếp Do lợi nhuận sau cao $ Lợi nhuận mua bán sản phẩm $ Chi phí trực tiếp 9156856.5 $ Thiết bị 5610.103 $ Nhiên liệu và lượng 945.103 $ Xây dựng nhà máy 2340.103 $ $ Chi phí gián tiếp 12.103 $ Tổng lợi nhuận năm đầu 249856.5$ Tổng lợi nhuận năm 8199586.5$ VII) QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA MỘT SỐ NHÀ MÁY Hiện hầu hết etylbenzen sản xuất thương mại từ q trình alkyl hóa benzen etylen Sự sản xuất etylbenzen tiêu thụ 50% lượng benzen giới Q trình alkyl hóa tiến hành chủ yếu theo phương pháp: - Tiến hành pha lỏng với xúc tác AlCl3 - Tiến hành pha với xúc tác rắn tầng cố định 1) Alkyl hóa pha lỏng Q trình alkyl hóa benzen với etylbenzen phản ứng tỏa nhiệt mạnh, phản ứng diễn với tốc độ nhanh sản phẩm thu phần lớn etylbenzen có mặt xúc tác axit AlCl3 axit khác AlBr3, FeCl3, ZnCl4, BF3 Quá trình sử 34 dụng C2H5Cl HCl chất khơi mào phản ứng( trợ xúc tác) nhằm mục đích giảm lượng AlCl3 C2H4 + HCl + AlCl3 → C2H5+ + AlCl4C6H6 + C2H5+ + AlCl4- → C6H6-C2H5+-AlCl4C6H6-C2H5+-AlCl4- → C6H5-C2H5 + AlCl3 + HCl Cần hạn chế có mặt H2O gây ăn mịn thiết bị, gây giảm hoạt tính xúc tác axit q trình pha lỗng axit Cơng nghệ sản xuất Monsanto • Điều kiện vận hành phân xưởng: + Nguyên liệu benzen phải sấy khô trước sử dụng (1 mg/kg) làm thuỷ phân xúc tác BF3 gây ăn mòn thiết bị, cần loại bỏ nước hợp chất chứa S, O nguyên liệu trước đưa vào qui trình Điều kiện vận hành: + Nguyên liệu: benzen khô, etylen BF3 + Áp suất cao: 25 ÷ 35 bars + Nhiệt độ thiết bị phản ứng thấp : 100 ÷ 150oC + Etylen/benzen = 0,15 ÷ 0,2 + Nhiệt độ thiết bị chuyển vị alkyl = 180 ÷ 230oC Kết thu etylbenzen có nồng độ 99,9% 3) Q trình Alkyl hóa xúc tác Zeolite pha lỏng Công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác Zeolite bắt đầu thương mại hóa từ năm 1990, nhà máy vận hành Nippon SM Nhật, dựa công nghệ 37 hãng ABB Lummus Global and Unocal Công nghệ sử dụng xúc tác Zeolite Y gần β Zeolite siêu ổn định Công nghệ EB pha lỏng, EBMax Mobil-Badger, dựa xúc tác Mobil MCM-22, đưa vào hoạt động lần đầu Chiba Styrene Monomer Corp, Nhật Có tất 12 nhà máy sử dụng công nghệ xúc tác Zeolite pha lỏng đưa vào vận hành cuối năm 1999 Mặc dù có nhiều điểm khác biệt công nghệ hai có ưu điểm vốn đầu tư thấp, chất lượng sản phẩm tốt so với công nghệ đời trước (cơng nghệ pha Mobil-Badger) 4) Công nghệ sử dụng Zeolite pha hỗn hợp Công nghệ sản xuất ethylbenzene pha hỗn hợp đưa CDTech, công ty liên hợp ABB Lummus Global Chemical Research and Licensing Nhà máy đời vào năm 1994 tới năm 1999 ba phân xưởng vào vận hành Đặc trưng công nghệ thiết bị phản ứng alkyl hóa chứa xúc tác Zeolite Khí ethylene benzene lỏng vào tháp chưng Do nguyên liệu vào ethylene pha hơi, cơng nghệ sử dụng ethylene lỗng sản xuất từ trình chưng cất cracking nước VIII) Bàn luận - Nhìn trình đạt mục tiêu đề bài, lượng Ethylbenzene dòng sản phẩm chiếm 99,8% - Lượng sản phẩm phụ DEB lẫn sản phẩm mức cho phép chấp nhận 1.27ppm < 2ppm - Khơng thể làm benzene hồn tồn, benzen cịn lẫn tạp chất - So với cơng nghệ sản xuất khác : + Công nghệ sản xuất Monsanto hay Công nghệ sử dụng Zeolite pha hỗn hợp cơng nghệ bọn em tốn nhiều lượng nhiệt độ phản ứng lên đến khoảng 300-400oC cơng nghệ khác nhiệt phản ứng khoảng 160-180 0C + Tuy nhiên độ tinh khiết sản phẩm quy trình bọn em cao đỡ tốn chi phí xúc tác (AlCl3 BF3) 38 IX) Tài liệu tham khảo William J Cannella, “Xylenes and Ethylbenzene,” Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, online version (New York: John Wiley and Sons, 2006) “Ethylbenzene,” Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol 20, ed J J McKetta (New York: Marcel Dekker, 1984), 77–88 https://processdesign.mccormick.northwestern.edu/index.php/Main_Page 39 ... toluene, ethylbenzene dealkyl hóa tác dụng xúc tác nhiệt tạo thành benzene Ngồi ra, ethylbenzene cịn nhiều phản ứng khác điển hình cho hợp chất alkyl thơm c) Quá trình tồn trữ vận chuyển Ethylbenzene. .. tạo Diethylbenzene (DEB)