II. Phơng pháp Oxy clohố Etylen
1.5.Thiết bị phản ứng
1. Phơng pháp Oxy clohố Etylen trong pha khí
1.5.Thiết bị phản ứng
Cơng nghệ Oxyclo hố Etylen trong pha khí cĩ hai kiểu thiết bị phản ứng. + Thiết bị phản ứng tầng chặt
+ Thiết bị phản ứng tầng sơi
1.5.1. Thiết bị phản ứng tầng chặt
Thiết bị phản ứng loại ống chùm, xúc tác chặt trong ống , chất tải nhiệt đi ngồi ống. Dùng xúc tác CuCl2/Al2O3 do CuCl2 ở nhiệt độ cao dễ bay hơi nên ngời ta cho thêm KCl vào để làm giảm độ bay hơi. Để giảm nhiệt độ lớn nhất trong thiết bị phản ứng, nhất là lớp tĩnh bằng cách pha lỗng xúc tác cĩ chứa 8,2% CuCl2/Al2O3 bằng grafit (chất cĩ khả năng dẫn nhiệt tốt) hoặc dùng xúc tác cĩ hàm lợng CuCl2 khác nhau từ thấp đến cao phân bố từ đầu vào đến đầu ra.
+ Sơ đồ cơng nghệ Oxyclo hố Etylen tầng chặt. Thiết bị ống chùm cĩ đờng kính d= 2-5 m và chiều cao từ 4-10 m. Chúng cĩ hàng ngàn ống đựng xúc tác cĩ đờng kính lớn hơn 2mm . Cơng nghệ tầng chặt đợc sử dụng bởi Dow chemical, Stauffer, Toyosoda và Vulcan. Cơng nghệ cĩ thể sử dụng một thiết bị phản ứng hoặc một hệ thống khoảng ba lị phản ứng nối tiếp nhau. Các ống thờng đợc chế tạo bằng kim loại của Ni, thiết bị phản ứng đợc chế tạo bằng thép cácbon.
Hình 3 : Sơ đồ sản xuất 1,2 Dicloetan bằng phơng pháp Oxyclohố tầng chặt (xem trang bên).
Chú thích sơ đồ:
1. Máy nén
2. Thiết bị gia nhiệt
3. Thiết bị phản ứng tầng chặt 4. Tháp khử HCl 5. Thiết bị làm lạnh 6. Thiết bị tách khí lỏng 7. Thiết bị phân ly 8. Tháp rửa 9. Tháp khử nớc đồng sơi 10. Thiết bị đun sơi lại I- Dầu làm lạnh,
II - Dầu nĩng, III - Khí thải,
IV- Phần nhẹ thu hồi hoặc đốt, V- Dicloetan đi chng tách, VI- kiềm,
VII- Nớc đợc thu hồi Dicloetan và xử lý nớc thải, VIII- Khí tuần hồn
+ Nguyên lý hoạt động. Etylen và HCl đợc đun nĩng sơ bộ và đợc trộn với khơng khí (Oxy khơng khí) vào thiết bị phản ứng (3), sau đĩ hỗn hợp phản ứng đợc đa sang tháp làm nguội (4) tại đây HCl bị khử một phần đi xuống đáy tháp đợc thu hồi lại hoặc đa đi xử lý. Khí cịn lại ra khỏi đỉnh tháp đi qua thiết bị làm lạnh (5) rồi đa sang thiết bị tách khí - lỏng (6), ở đây pha hữu cơ đợc
làm sạch với NaOH lỗng để loại Clorat (Tricloaxetandehyt), khí thải đợc thơng ra ngồi và xử lý hoặc đốt cháy hay đợc nén để tuần hồn lại (3).
Trong một vài quá trình thiết bị trao đổi nhiệt và thiết bị tách (5) và (6) đợc đặt bên cạnh thiết bị rửa NaOH. Trong các quá trình khác giai đoạn làm nguội đợc thực hiện mà khơng cần thêm nớc vào tháp rửa NaOH khơng phải luơn là cần thiết. Hỗn hợp long dới đáy thiết bị (6) cho sang thiết bị phân ly (7) và hỗn hợp sau đĩ đợc đa sang thiết bị rửa NaOH (8). Sau quá trình rửa đ- ợc đa sang tháp khử nớc đồng sơi ( sấy khơ bằng chng cất đẳng phí (9), tại đây Dicloetan đợc sấy khơ, sản phẩm đỉnh nhẹ đợc đa đi xử lý sau cùng với hỗn hợp đẳng phí tạo điều kiện cho việc thu hồi sản phẩm (Etylen, Monocloetan, Dicloetan, dẫn xuất Clo hố Metan) hoặc đợc đốt cháy, sản phẩm đáy đợc đem đi chng tách.
1.5.2. Thiết bị phản ứng tầng sơi.
Trong thiết bị phản ứng tầng sơi thờng sử dụng xúc tác là Al2O3 dạng bột hoặc các vi cầu cĩ đờng kính 10ữ200àm. Nhiệt độ của quá trình thay đổi trong khoảng 200à2400C thấp hơn trong thiết bị tầng cố định. áp suất trong thiết bị tầng sơi tăng lên 0,2 à 0,5 MPa. Bột xúc tác Al2O3 cĩ bề mặt riêng lớn (200m2/g) hoặc đât trắng màu đợc sử dụng làm chất mang. Hàm lợng CuCl2 trên xúc tác là 7ữ 20% khối lợng. Nếu dùng nồng độ cao hơn khơng cĩ lợi vì khơng cải thiện đợc vận tốc phản ứng và xúc tác bị thiêu kết trong thiết bị phản ứng.
Do giới hạn nhiệt độ thấp hơn nên thiết bị phản ứng cĩ thể đợc làm bằng thép khơng rỉ nếu tránh đợc sự ngng tụ (sự hình thành HCl ngâm nớc). Thiết bị sục khí ở cửa vào của thiết bị phản ứng yêu cầu các ống dẫn, vịi phun và các linh kiện phải làm bằng hợp kim niken vì chúng cần chống lại sự kích thích ăn mịn của Clo.
Nhiệt của phản ứng đợc sử dụng để sản xuất hơi nớc hoặc đợc đa tới hệ thống dầu nĩng bằng thiết bị ống xoắn làm lạnh bên trong, đặt trong tầng sơi.
- Thiết bị phản ứng tầng sơi đợc sử dụng rộng rãi hơn thiết bị phản ứng tầng cố định. Các Cơng ty sử dụng thiết bị phản ứng tầng sơi gồm cĩ Hoechst, BF Goorigh, PittsburghPlate, Glass (PPG), EthylCorp, Solway, ICI và MTC. Sơ đồ thiết bị phản ứng tầng sơi nh hình vẽ.
Hình 7: Sơ đồ bị phản ứng xúc tác tầng sơi Cho quá trình oxy Clo hố - DCE
C2H4 và HCl đợc gia nhiệt và đa vào thiết bị cùng với oxy hoặc khơng khí sau khi phản ứng, khí phản ứng cĩ nhiệt dộ cao đợc làm lạnh trong thiết bị khuơn gạch và HCl đợc xử lý cùng nớc thải hoặc tách sạch bằng các quá trình sâu hơn. Khí ra khỏi tháp đợc làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt. Pha hữu cơ đợc tẩy rửa bằng chất pha lỗng để tách Cloran DCE ẩm đợc làm khơ bằng quá trình chng cất đồng sơi, sản phẩm từ đáy quá trình chng cất đồng sơi đa sang phân đoạn tinh chế sản phẩm lần cuối, sản phẩm đỉnh cĩ thể đợc chuyển hố tiếp hoặc đốt bỏ.
* Ưu điểm của thiết bị tầng sơi:
Bề mặt truyền nhiệt lớn, tăng trao đổi nhiệt với thành thiết bị do đĩ dễ giải nhiệt và thiết bị làm việc liên tục. Độ chuyển hố của HCl cĩ thể đạt >98% bằng cách lấy d khơng khí hoặc oxy (10ữ18%) và etylen (60%) phản
ứng thực hiện trong thiết bị cĩ thể ngồi giới hạn nổ. Xúc tác làm việc liên tục khơng phải tái sinh, đỡ tốn chi phí xây dựng.
* Nhợc điểm của thiết bị tầng sơi:
Cấu tạo thiết bị phức tạp do đĩ yêu cầu kỹ thuật cao trong khi sản xuất cũng nh khi vận hành thiết bị. Lợng xúc tác làm việc bị hao hụt nhiều do xúc tác là dạng bột hạt nhỏ dễ bay theo sản phẩm khí, khống chế nhiệt độ khĩ tuy rằng nhiệt độ thờng đồng đều khi đáp ứng yêu cầu kỹ thuật chi phí để hồn chỉnh một chi tiết trong thiết bị cao hơn so với trong thiết bị phản ứng tầng mặt.