0
Tải bản đầy đủ (.pdf) (68 trang)

Nghiên cứu tổng hợp UFC từ hơi formaldehyt

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM KEO ĐẶC UFC-85 CÓ HÀM LƯỢNG FORMALDEHYT TỰ DO THẤP LÀM CHẤT CHỐNG KẾT KHỐI CHO NHÀ MÁY ĐẠM (Trang 50 -57 )

b) Công lao động, khấu hao, quản lý phí tính bằng 25% của A:

3.5 Nghiên cứu tổng hợp UFC từ hơi formaldehyt

Hai quy trình công nghệ tổng hợp UFC từ ure và formalin 37% ở trên đều tạo được các sản phẩm đạt các chỉ tiêu kỹ thuật và đáp ứng được yêu cầu sử dụng làm chất chống kết khối trong quá trình tạo hạt ure. Đê tài đã đáp ứng được mục tiêu và yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, để tiếp cận phương pháp sản xuất UFC hiện đại nhất hiện nay đồng thời tận dụng được hệ thống dây chuyền sản xuất formalin quy mô 10.000 tấn/năm của Viện, nhóm đề tài đã thử nghiệm phương pháp điều chế urê-formaldehyt từ hơi formaldehyt trên mô hình pilot tự chế tạo.

Mô tả quá trình thử nghiệm pilot: (xem hình trang 49 và hình 3.11)

Một đường ống nhỏ đường kính 8 li được trích xuất ra từ đường ống Φ250mm dẫn từ tháp ôxi hóa vào tháp hấp thụ của dây chuyền sản xuất formaldehyt để dẫn luồng khí trực tiếp vào bình 2, kết nối với cột thiết bị hấp thụ-phản ứng 1. Lưu lượng dòng và chuyển dòng bằng van điều tiết cho phép khống chế lưu lượng khí, chất lỏng vào để điều chỉnh quá trình trong khi tiến hành thí nghiệm. Thiết bịđược gắn bộ gia nhiệt bằng nước nóng để trao đổi nhiệt với dịch UF, giữ nhiệt độ ổn định của hệ thống trong khoảng 50-60 0C.

Một máy bơm nhỏ 3 dùng để bơm tuần hoàn dung dịch từđáy tới thùng cao vị 4 kết nối với đỉnh thiết bị hấp thụ, lượng dịch được tính toán đủđể có thể tạo ra vòng tuần hoàn liên tục, ổn định bên trong cột tháp. Mô hình được thể hiện trên hình 3.11

Thiết bị phản ứng/hấp thụ 1 trong đó dung dịch ure vừa hấp thụ, vừa phản ứng với hơi formandehyt để tạo ra UFC. Đây là một cột hấp thụ Φ 60 mm bằng thủy tinh chịu nhiệt bao gồm 5 đoạn chứa đệm sứ, có chiều cao tổng tháp phản ứng/hấp thụ là 900 mm, chiều cao mỗi lớp đệm 50mm. Phía cuối tháp kết nối với bình 2 có V = 80 lít.

Đỉnh cột kết nối 3 đường: đường ống thứ nhất để cấp dịch ure, thứ hai cung cấp dung dịch NaOH 25% điều chỉnh pH, đường thứ ba nối với bơm chân không 6 để duy trì độ chân không trong hệ thống trong khoảng 150-200 mmHg.

Mẫu được lấy ra ởđáy của bình qua van lấy mẫu tần suất 30’/lần đểđo các thông số vật lý và phân tích hóa học của sản phẩm thu được.

Thành phần của pha khí sau tháp ôxi hóa trước khi vào thiết bị hấp thụ, theo số liệu phân tích khí, tính theo % mol như sau: formaldehyt- 19%; metanol – 0,8%; nước- 41,8 %; hydrô – 7,5%; nitơ- 29,3%; cácbonic- 1,4%, và một lượng nhỏ khí ôxi, metan... Như vậy là sau khi vào thiết bị hấp thụ-phản ứng chỉ có formaldehyt tham gia phản ứng tạo ra UF và nước bị giữ lại còn các thành phần khác không thay đổi ở dạng khí thoát ra ởđỉnh tháp.

Hơi formaldehyt lấy từ dây chuyền oxi hóa metanol được đưa vào tháp hấp thụ từ dưới lên. Dung dịch urê 30-50% phun từ trên xuống. Quá trình hấp thụ-phản ứng giữa urê và formaldehyt được diễn ra. Dung dịch sau hấp thụ chảy vào bể chứa rồi được bơm tuần hoàn. Khi nồng độ urê - formaldehyt đạt yêu cầu sẽ được lấy ra làm các xét nghiệm chất lượng sản phẩm. Khí sau hấp thụ chứa 1 lượng nhỏ formaldehyt trước khi qua bơm chân không đưa sang bình hấp thụ 2 chứa dung dịch 30% natri sulfit để giữ lại khí formaldehyt tồn dư. Dung dịch hấp thụ của tháp sẽ tăng dần dần nồng độ. Thông số tỷ trọng và thông sốđộ nhớt được theo dõi trong thời gian thí nghiệm.

Quá trình hấp thụ kéo dài ởđiều kiện nhiệt độ cốđịnh ( 50 – 600C) và pH luôn duy trì từ 7 – 8. Thời gian thí nghiệm kéo dài 24h.

Thc nghim

Chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một hệ thống thiết bị tổng hợp UFC pilot sử dụng nguồn hơi formaldehyt trực tiếp sau tháp ôxi hóa theo nguyên lý gián đoạn. Hệ thống thiết bị này làm việc ổn định trong thời gian dài trong quá trình thử nghiệm.

Để khảo sát nồng độ ure thích hợp cho việc sục hơi formaldehyt, chúng tôi đã tiến hành khảo sát 3 nồng độ nồng độ dịch ure tương ứng với 30%, 40%, 50%, ký hiệu mẫu lần lượt là TN.1, TN.2, TN.3. Các thí nghiệm được kiểm tra tỉ trọng, nhiệt độ, pH và độ nhớt thường xuyên. Điều chỉnh pH luôn luôn ở giá trị ổn định 7-8. Nhiệt độ dung dịch khống chếở 60 0C. Thời gian phản ứng cho mỗi thí nghiệm là 24h liên tục.

Bng 3.15 nh hưởng ca hàm lượng nguyên liu đầu

Thông số kiểm tra TN1, 30%Ure TN2, 40%Ure TN3, 50%Ure

Trạng thái tồn tại Chất lỏng nhớt trong suốt Chất lỏng nhớt trong suốt Chất lỏng nhớt, đục tạo huyền phù Lượng sản phẩm thu được, kg 30 30 30 Khối lượng riêng ở 25oC, g/cm3 1,22 – 1,23 1,27-1,28 1,28-1,30 Độ nhớt tại 25oC, cPs 125 138 155 Hàm lượng rắn,% 48,7 67,1 75,6 Formaldehyt liên kết, % 18,7 25,6 27,1 Formaldehyt tự do, % 17,9 23,5 24,2 Độ pH 7-8 7-8 7-8 Nhận xét

Từ kết quả trong bảng 3.15 cho thấy, khi hàm lượng chất khô càng tăng, tỉ lệ với tăng độ nhớt và tỉ trọng keo. Đồng thời hàm lượng formaldehyt tự do cũng tăng theo. Số liệu phân tích hàm lượng chất rắn đạt 48 - 75%, tuy nhiên hàm lượng formaldehyt liên kết còn thấp xa hơn rất nhiều yêu cầu mong muốn (55-60%). Lý do là lượng formaldehyt trong nguyên liệu chỉ phản ứng một phần với ure tạo ra metylol ure trong thời gian thí nghiệm do đó hàm lượng formaldehyt tự do còn tồn dư nhiều. Hai nguyên nhân chính được xác định là: nhiệt độ phản ứng thấp (60 độ) và tiếp xúc pha khí – lỏng thấp. Nếu cải tiến thiết bị để tăng nhiệt độ thích hợp, và tăng tiếp xúc pha sẽ làm tăng tốc độ phản ứng và giảm thời gian phản ứng thì sẽđạt kết quả tôt hơn.

Trong thực tế nếu sản xuất qui mô công nghiệp, phải kiểm soát được quá trình. Nếu các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian... không được khống chế nghiêm ngặt, đúng thời điểm sẽ gây ra hiện tượng tạo gen gây tắc bơm, đường ống, hoặc bám dính thiết bị rất khó rửa sạch, vì thế nồng độ dung dịch ure đầu không nên vượt quá 50%.

Tỉ lệ F/U càng cao, thì hàm lượng rắn của keo thu được càng thấp vì liên quan đến lượng nước trong pha khí đưa vào nhiều hơn. Khi đó có thể phải thêm bước tiếp theo là bốc hơi chân không dịch UFC rất tốn năng lượng, vì vậy nên chọn tỉ lệ F/U = 4- 5, hàm lượng rắn phù hợp là 75-80%.

Để khắc phục những tồn tại trên, chúng tôi đã chọn sản phẩm của TN2 để tiến hành làm pha 2: tiếp tục phản ứng trong môi trường kiềm 7-8 trong thời gian 1h ở nhiệt độ 80 0C, bốc hơi chân không 1h. Mục đích là để formaldehyt tự do tiếp tục phản ứng với ure tạo ra metylol và bốc hơi bớt hơi nước làm tăng hàm lượng chất rắn. Sản phẩm thu được của pha 2 là chất lỏng sánh đặc, màu sáng, ký hiệu là VHUF-3.

Kết quả phân tích các chỉ số hóa- lý của mẫu VHUF-3 được ghi trong bảng 3.16. (tương đương với sản phẩm UFC 85 của Malaysia)

Bảng 3.16. Kết quả phân tích Mẫu sản phẩmVHUF-3

Stt Chỉ tiêu phân tích Chỉ số hóa-lý

VHUF-3

Chỉ số hóa-lý

UFC 85 (Malaysia)

1 Hàm lượng chất rắn tổng, % 85 85 2 Hàm lượng formadehyt tự do, % 2,9 3,0 3 Hàm lượng formaldehyt tổng, % 63 60 4 Hàm lượng ure, % 24 25 5 Tỷ trọng, kg/l 1,301 1,3 6 Độ nhớt, cPs 342 350 7 Trạng thái Chất lỏng sánh, nhớt Chất lỏng sánh, nhớt

8 Màu sắc Trong suốt Trong suốt

9 Mùi vị Hăng Hăng

Việc mô phỏng quá trình tổng hợp UFC trên mô hình pilot cho phép nhóm đề tài rút ra nhiều vấn đề cần phải tiếp tục giải quyết và hoàn thiện trong thực tế nếu triển khai Dự án sản xuất lớn như sau:

- Khống chế các thông số công nghệ chủ yếu tạo UFC: tốc độ nạp liệu, tỉ lệ phối liệu, khống chế nhiệt độ phản ứng, khống chế pH trong tháp hấp thụ, điều chỉnh lượng nước trong hỗn hợp phản ứng, kiểm soát nồng độ và nhiệt độ của dung dịch ure, vấn đề bổ xung dung dịch NaOH trên tháp hấp thụ, điều chỉnh nồng độ của dung dịch nạp vào tháp.v.v...

- Hoàn thiện qui trình công nghệ và hoàn thiện hệ thống kiểm soát, hệ thống điều khiển, hệ thống đo lường của dây chuyền công nghệ

- Vấn đề cung cấp ổn định nguyên liệu: metanol, không khí, hơi nước, ure và các phụ trợ kèm theo: nước, nước mềm, hơi bão hòa, kiềm...

- Tính toán cân bằng nhiệt, cân bằng vật liệu, cân bằng khí –lỏng... trong tháp hấp thụ

- Duy trì sựổn định pH môi trường ở tất cả các vị trí của tháp hấp thụ trong cột. Các thành phần trong đĩa hấp thụ phải duy trì môi trường kiềm yếu. Sản xuất UFC trong điều kiện môi trường axit sẽưu tiên tạo ra các sản phẩm rắn giống như trong quá trình sản xuất nhựa và kết quả là kết tủa sẽ hình thành thay vì tạo ra một dịch cô đặc ổn định. Điểm khảo sát quan trọng nhất là phần đáy của cột hấp thụ.

- Điều chỉnh lượng nước bên trong cột hấp thụ sao cho chất rắn không tạo thành trong sản phẩm gây tắc kẹt thiết bị, đường ống, bơm v.v. Lượng nước đưa vào trong quá trình là lượng nước chứa trong dung dịch ure 50% và lượng hơi nước từ phản ứng oxy hóa metanol mang vào phải được loại bỏ nếu cần hàm lượng chất rắn trong sản phẩm cao. Vấn đề này có thểđược giải quyết bằng cách điều chỉnh dòng nước làm mát tới các ống xoắn trong cột hấp thụ và vận hành cột ở nhiệt độ mà tại đó nước sẽ được lấy đi dưới dạng hơi phía trên cột. Việc điều khiển nhiệt độ sẽ được thực hiện ở phần trên cùng của tháp hấp thụ. Nhiệt độđiều khiển dựa trên yêu cầu của sản phẩm cần đạt. - Nồng độ và nhiệt độ của dung dịch ure cho vào cũng là một yếu tố quan trọng trong công nghệ sản xuất UFC, cần phải khảo sát kỹ vì nó trực tiếp ảnh hưởng đến hàm lượng nước trong sản phẩm cũng như chếđộ cấp nhiệt hoặc làm mát của toàn hệ thống. - Sốđiểm bổ xung dung dịch NaOH cũng cần được xác định tùy thuộc vào kiểu và số lượng đĩa hấp thụ trên tháp hấp thụ.

- Nồng độ của dung dịch NaOH được điều chỉnh sao cho việc điều chỉnh pH ở các đĩa hấp thụđược dễ dàng và giá trị pH cân bằng trong toàn bộ tháp cất.

- Sản phẩm UFC được đưa vào nơi chứa qua một thiết bị làm mát sản phẩm. Sản phẩm cần phải được cất giữở nhiệt độ môi trường để sản phẩm đạt độ bền ít nhất 2 tháng. Nếu cất giữở nhiệt độ cao hơn sẽ làm cho pH giảm dần đến vùng không bền.

- Theo công nghệ này, lượng formandehyt sau khi qua thiết bị hấp thụ khí thải giảm chỉ còn đến khoảng 100 ppm và qua lò đốt xử lý khí thải nên không cần khâu xử lý môi trường.

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM KEO ĐẶC UFC-85 CÓ HÀM LƯỢNG FORMALDEHYT TỰ DO THẤP LÀM CHẤT CHỐNG KẾT KHỐI CHO NHÀ MÁY ĐẠM (Trang 50 -57 )

×