Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetandehyt bằng phương pháp oxi hóa etylen

Tính chất của etylen

Trong không khí etylen cháy với ngọn lửa sáng hơn ngọn lửa metan, tạo thành CO2 và hơi nớc. Do trong phân tử có chứa liên kết đôi, liên kết đôi này làm cho phân tử etylen kém bền dẵn đến khả năng phản ứng hóa học cao.

Tính chất của Axetandehyt

Hầu hết axetandehyt có thể trộn lẫn với nớc và những dung môi hữu cơ để tạo hỗn hợp đồng sôi nh là tạo với axit axetic, benzen, axeton, etanol, metanol, dung môi naphta, toluen, xilen, etyl ete, parandehyt. Axetandehyt là hợp chất có khả năng phản ứng hóa học khá cao, nó là hợp chất điển hình có chứa nhóm andehyt (CHO) nh là hợp chất chứa nhóm ankyl.

CONH 2 )

Với hidroxilamin (NH2OH) thì axetandehyt cũng phản ứng cộng với NH2OH tạo dạng andoxim (CH3OH = N - OH).

CH-COOHCH3CHOHCN + H2OH2SO4

• Sản xuất axetandehyt từ etanol
• Sản xuất axetandehyt đi từ axetylen
• Sản xuất axetandehyt từ etylen

Việc sử dụng nguồn nguyên liệu vào là phụ thuộc vào tính hiệu quả của từng nguyên liệu, trong những nớc có nền công nghiệp phát triển thì giá etanol thấp nên u tiên đi từ etanol, còn những nớc có nền công nghiệp dầu khí phát triển thì etanol ít sử dụng mà sử dụng nhiều là etylen hoặc axetylen. Vào những năm trớc 1939 ở Đức và Nhật Bản thì axetylen đợc u tiên sử dụng làm nguyên liệu đầu cho việc sản xuất axetandehyt , sau đó vẫn còn vận hành ở một số nớc Đông Âu vì ở đó giá axetylen khá rẻ do công nghiệp dầu khí phát triển, từ công nghiệp dầu khí cũng sản xuất đợc etanol. Hơi etanol cho qua xúc tác bao gồm đồng xốp hoặc đồng đã đợc hoạt hóa bởi axit clo đựng trong thiết bị dạng ống ở 2600C - 2900C áp suất khí quyển, sự chuyển etanol thành axetandehyt có thể điều khiển bởi tốc độ chảy của xúc tác và duy trì nhiệt độ trong ống xúc tác.

Để đạt đợc điều này hãng Consortium Clelektrochemische Industrie năm 1912 đã sử dụng một lợng lớn axetylen ở nhiệt độ cao và sản phẩm lấy ra ngay lập tức từ pha lỏng đồng thời nhiệt phản ứng cũng đợc lấy ra bởi quá trình chng cất một lợng nớc thích hợp. Một thời gian dài đây là phơng pháp duy nhất để sản xuất axetandehyt trong công nghiệp, tuy nhiên hiện nay đã có phơng pháp hữu hiệu hơn và rẻ tiền hơn là đi từ etylen, do đó phơng pháp Kutrerov trở nên lạc hậu, tuy vậy một số dây chuyền công nghệ hiện nay vẫn còn hoạt động. Năm 1916 ngời ta đã nghiên cứu phơng pháp điều chế axetandehyt bắng cách hidrat hóa axetylen dùng xúc tác rắn, nhng mãi đến những năm gần đây mới áp dụng vào công nghiệp xúc tác tốt nhất là axit photphoric (H3PO4) và muối kẽm tẩm trên than hoạt tính silicagen.

Sự oxi hóa olefin sử dụng PdCl2 đợc thực hiện lần đầu tiên bằng cách thổi hỗn hợp của etylen, oxi hơi nớc qua muối của kim loại kiềm và muối Cu2+ hoặc muối sắt mang trên một chất mang, phản ứng có thời gian ngắn và hiệu quả cao ngay ở áp suất khí quyển. Etylen và oxi đợc vận chuyển bằng bơm vào đáy thiết bị phản ứng (1) xúc tác đợc tuần hoàn bằng thiết bị phân ly (2) bằng cách đa xúc tách lên cao để trộn lần triệt để với không khí điều kiện phản ứng là nhiệt độ khoảng 1300C và P = 400Kpa. Axetandehyt thô (còn lẫn tạp chất) thu đợc trong suốt quá trình chng cất giai đoạn đầu tiên đợc thực hiện trong thiết bị chng cất phần ngọn (9) ở đây đợc thực hiện quá trình chng trích ly với nớc trong đó những cấu tử có điểm số thấp hơn axetandehyt nh metan clorua, CO thì đợc tách ra ở tháp (9) trong khi đó n- ớc và những sản phẩm phụ khác nh là axit axetic, crotonandehyt, hoặc axedehyt clorit đợc đa xuống đáy tháp (10) cùng với axetandehyt.

Tính lợng xúc tác đi qua thiết bị

Lợng hổn hợp khí đi qua thiết bị phản ứng cũng chính là lợng khí đi qua lớp xúc tác.

Tính kích thớt của thiết bị phản ứng

• C1: là bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trờng và thời gian làm việc của thiết bị. Dựa vào bảng giá trị trên cộng với đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để tránh sự cố kỹ thuật xãy ra khi thiết bị hoạt động liên tục trong một thời gian dài. Đáy cũng nh nắp thiết bị là những bộ phận quan trọng nên đợc chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị.

Do trong tháp sủi bọt thờng thiết kế phần trên lớn hơn phần dới nhằm làm giảm vận tốc của bọt khí khi đi lên trên. Công thức tính chiều dày của nắp thiết bị cũng tơng tự nh công thức tính chiều dày của đáy thiết bị [11,385]. Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng nh nối các bộ phận khác (nắp, đáy, ống dẫn…).

Công nghệ chế tạo bích phụ thuộc vào vật liệu, ở đây ta chọn thép làm bích là thép không rỉ ( CT3).

X©y dùng

Toàn bộ khu sản xuất phải đợc xây dựng ở nơi cao ráo nhằm tránh ngập lụt trong mùa ma lũ, mực nớc ngầm thấp tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát nớc thải dễ dàng. Khu đất phải tơng đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên là 0,5ữ1% (để hạn chế tối đa kinh phí san lấp mặt bằng), không đợc nằm trên các vùng mỏ khoáng sản và địa chất không ổn định. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí ta cần chú ý một số đặc điểm sau: + Khu đất đ- ợc u tiên về địa hình, địa chất cũng nh về hớng.

+ Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không u tiên về hớng nh- ng phải phù hợp vói nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng cho việc vận chuyển, nhập xuất hàng. Đây là vùng chính trong nhà máy, ngoài dây chuyền sản xuất axetandehyt ngoài thiết bị chính còn có nhiều thiết bị phụ cho nên ta phải bố trí phù hợp sao cho quá trình sản xuất liên tục.  Nhịp nhà : thiết bị bố trí theo chiều ngang nhà, chọn đờng đi trong nhà máy là 3m, khoảng cánh an toàn từ thiết bị chính là 2m.

 Kho nguyên liệu : nguyên liệu chính để sản xuất axetandehyt là axetylen và nớc, nguyên liệu thờng đợc đóng vào bình 50kg , cứ 1m2 xếp 2 chồng, mỗi chồng 10 bình.

Tính toán kinh tế

• Tính toán kinh tế

Trong quá trình làm việc của phẵnởng ta dùng điện để thắp sáng, dùng cho bơm nguyên liệu, đun sôi nớc (dùng cho thiết bị đun sôi đáy tháp) và các hình thức điện sinh hoạt khác. Vốn cố định của phân xởng đợc coi là vốn bỏ ra để xây dựng nhà xởng và. Từ kết quả trên ta có bảng tổng chi phí cho một đơn vị sản phẩm.

Vì phân xởng chỉ sản xuất một sản phẩm chính là axetandehyt nên ngoài ΣC ra không còn các thành phần nào khác. Vậy với hiệu quả kinh tế E =0,3739, thời gian thu hồi vốn là 2 năm nhà máy sản xuất axetandehyt đợc xây dựng theo phơng án thiết kế nh trên.

Công tác bảo đảm an toàn cho ngời lao động : 1. Giáo dục ngời lao động về an toàn lao động

Trong quá trình sản xuất không tránh khỏi những khí độc, nhiệt thoát ra từ thiết bị sản xuất chính. Cho nên cần có hệ thống thông gió, hút bụi cho từng bộ phận trong phân xởng. Cần đảm bảo hệ thống chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo để đủ chiếu sáng cho công nhân làm việc, tránh các bệnh nghề nghiệp về mắt, đủ ánh sáng để là ca đêm.

Trong phân xởng sản xuất phải có hệ thống vệ sinh cá nhân nh phòng thay áo quần, rửa tay tắm giặt để đảm bảo sức khỏe cho công nhân làm việc. Qua đó ta thấy công tác bảo đảm an toàn trong nhà máy là công việc không thể thiếu. Nhà máy nào thực hiện tốt công việc này thì hiệu quả công việc chắc sẽ cao hơn, hơn nữa giúp công nhân yên tâm sản xuất , giúp cho công tác bảo vệ sức khỏe cộng đồng tốt hơn.