Vì vậy, mục đích của đồ án này là thực hiện tính toán và thiết kế một quy trình công nghệhóa học để sản xuất tetradecene DO từ hexadecanoic ACO với các điều kiện tối ưu,đảm bảo an toàn.
SƠ LƯỢC PHẢN ỨNG, DÒNG NHẬP LIỆU VÀ SẢN PHẨM
Phản ứng và thông số động học liên quan
- Đầu vào: Acetylated castor oil (ACO) hay còn được gọi là haxandecanoid acid (
- Đầu ra: Dying oil (DO) hay tetradecene (C 14 H 28 ); Acetic acid (C H 3 COOH ); Gum (
CH 3 COOH (g) + C 14 H 28 (l) acetic acid DO
RT ) Đơn vị của tốc độ phản ứng r i là kmol/m 3 s, và năng lượng hoạt hóa là cal/mol.
Nguyên liệu
Acetylated castor oil (ACO) thường được tìm thấy trong các loại thịt, pho mát, bơ và các sản phẩm từ sữa.
- Công thức hóa học: C 15 H 31 COOH
Hình 1 Cấu trúc 2D của ACO
Hình 2 Cấu trúc 3D của ACO
• Khối lượng phân tử: 256.43 g/mol
• Tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng
• Nhiệt độ nóng chảy: 62.65 C⁰C)
• Nhiệt đô sôi: 167.4°C (1 mmHg), 215 C (15 mmHg), 271.5 C (100 mmHg),⁰C) ⁰C) 351.5 C.⁰C)
• Độ tan trong nước: 0.46 mg/L (0 C), 0.719mg/L (20°C), 0.826 mg/L (30 C),⁰C) ⁰C) 0.99mg/L (45 C), 1.18mg/L (60 C)⁰C) ⁰C)
• Tan được trong amyl acetate, alcohol, C Cl 4, C 6 H 6 , rất tan trong C HCl 3.
• Sản xuất xà phòng, mỹ phẩm, và chất chống nấm mốc trong công nghiệp; Dùng làm phụ gia trong các loại thức ăn nhanh.
Hình 3 Hình ảnh về ứng dụng sản xuất xà phòng của ACO
• Sản xuất thuốc chống loạn thần, điều trị bệnh tâm thần phân liệt
Hình 4 Hình ảnh về ứng dụng sản xuất thuốc của ACO
Sản phẩm
- Công thức hóa học: CH2=CH-C12H25 (C 14 H 28 ).
- Là một anken gồm 14 C không phân nhánh, có một liên kết đôi giữa C-1 và C-2.
Hình 5 Cấu trúc 2D của Drying oil
Hình 6 Cấu trúc 3D của Drying oil
• Khối lượng phân tử: 196.37 g/mol.
• Là chất lỏng không màu, mùi nhẹ dễ chịu.
• Tỷ trọng tương đối so với nước: 0.8, nổi trên mặt nước.
• Điểm chớp cháy cốc kín: 110 C⁰C)
• Nhiệt độ tự động đánh lửa: 550 C⁰C)
• Nhiệt hóa hơi: 103 Btu/lb.
• Sức căng bề mặt: 25.0 dynes/cm ở 20 C⁰C)
• Độ tan: tan trong ethanol, ether, benzen Tan rất ít trong nước.
• Tan rất ít trong nước
• Có thể tự phát nhiệt trong không khí
• Phản ứng được với acid, chất có tính oxy hóa.
Đây là một dầu béo chưa bão hòa có sẵn trong tự nhiên hoặc được tổng hợp Khi ở dạng lớp phủ mỏng, nó hấp thu oxy từ không khí và polymer hóa để hình thành một lớp đàn hồi dai Lớp phủ này cứng lại và khô hoàn toàn sau khi tiếp xúc với không khí một thời gian.
Chất lỏng gây khó chịu cho mắt,làm khô da, độc tính thấp, dễ cháy Liều lượng cao ảnh tới phổi và thận Khi thải bỏ tốt nhất không để hóa chất này trực tiếp ra môi trường mà phải qua xử lí Lưu trữ an toàn là nên tách khỏi chất có tính oxy hóa mạnh và bảo quản trong thùng kín vì nó có thể phản ứng với vật liệu có tính oxy hóa.
Axit acetic hay trong cuộc sống thường được biết tới với tên gọi là giấm , có công thức cấu tạo phân tử : CH COOH₃COOH
Hình 7 Cấu trúc 2D và 3D của Acetic acid
• Khối lượng phân tử: 60.052 g/mol
• Axit axetic CH3COOH là chất lỏng không màu, có vị chua và tan hoàn toàn trong nước.
• Khi đun nóng, axit axetic có thể hòa tan một lượng nhỏ photpho và lưu huỳnh.
• Tan tốt trong xenlulozo và nitroxenlulozo.
• Khối lượng riêng: 1.049 g/cm 3 (l), 1.266 g/cm 3 (s).
• Nhiệt độ nóng chảy: 16.5 o C.
• Độ hòa tan trong nước: Có thể hòa tan hoàn toàn
• Sản xuất monomer của vinyl acetate để dung trong sản xuất tơ nhân tạo
• Sản xuất phẩm nhuộm, mực in.
• Dùng làm dung môi để sản xuất TPA, PET
• Sản xuất dược phẩm và các chất diệt khuẩn
Hình 8 Hình ảnh về ứng dụng của acetic acid
GUM có công thức phân tử là C28H56
• Khối lượng phân tử: 392.7g/mol
• Nhiệt dộ nóng chảy :130.56 o C
• Không tan trong nước , tan nhiều trong các dung môi hữu cơ
- Một trong các ứng dụng của gum là sản suất nến.
Hình 9 Hình ảnh về ứng dụng của nến
LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Lựa chọn quy trình giai đoạn hay liên tục
So sánh những ưu nhược điểm mà nó mang lại thì sử dụng công nghệ liên tục là tối ưu nhất Vì:
• Quy mô lớn với năng suất 8000 tấn/năm, chi phí nhân công và vận hành thấp hơn, giảm thất thoát năng lượng.
• Phụ phẩm được tạo ra gồm axit acetic và C28H56 có thể tồn trữ tái chế.
• Hoàn lưu tác chất và tích hợp năng lượng dễ hơn Dễ điều khiển hơn.
• Có thể sản xuất liên tục cả năm, không bị ràng buộc về nguyên liệu và đầu ra sản phẩm theo mùa.
• Dầu khô có độc tính thấp nên công nghệ liên tục đảm bảo an toàn hơn, tránh phơi nhiễm hóa chất do sai sót khi vận hành.
- Tuy nhiên, công nghệ liên tục vẫn mang những mặt hạn chế so với theo mẻ như chi phí đầu tư cao hơn, vận hành không mềm dẻo bằng, tùy vào tốc độ phản ứng mà đòi hỏi một thời gian lưu cần thiết nên không thích hợp với các phản ứng chậm, làm sạch thiết bị đóng cặn bẩn khó khăn.
Cân bằng vật chất
Sơ đồ 1 Cấu trúc vào ra của quy trình sản xuất drying oil
Sơ đồ 2 Cấu trúc hoàn lưu của quy trình sản xuất drying oil
2.2.2 Suất lương và thành phần các dòng vào, ra và hoàn lưu
2.2.2.1 Suất lượng tổng và thành phần dòng vào
- Dòng vào thiết bị hòa trộn trước khi vào phản ứng
DO (sản phẩm chính) Acetic acid
DO (sản phẩm chính) Acetic acid
Hình 10 Thông số và suất lượng dòng 1
Dòng vào 1 (theo quy trình công nghệ ở chương 5) chỉ chứa ACO suất lượng dòng là 5.105 kmol/h.
- Tổng dòng vào thiết bị phản ứng
Dòng vào thiết bị phản ứng 1** là dòng tổng sau khi hòa tộn giữa dòng ACO nhập liệu và ACO hoàn lưu.
Hình 11 Thông số và suất lượng dòng 1**
2.2.2.2 Suất lượng tổng và thành phần các dòng ra
Dòng 12 là dòng tách DO ra khỏi quy trình với độ tinh khiết của DO là 98.7% và suất lượng đầu ra là 5.204 kmol/h
Suất lượng này được được tính theo dữ kiện đề bài là 8000 tấn DO trên một năm với
Hình 12 Thông số và suất lượng dòng 12
Dòng 8 (theo sơ đồ quy trình công nghệ ở chương 5) là dòng tách hoàn toàn gum ra khỏi quy trình.
Hình 14 Thông số và suất lượng dòng 8
Dòng 11 tách acetic acid ra khỏi quy trình Thành phần dòng bao gồm 99.98% acetic acid và lần 0.02% DO Tổng suất lượng dòng 11 là 5.078 kmol/h.
Hình 15 Thông số và suất lượng dòng 11
2.2.2.3 Suất lượng tổng và thành phần dòng hòan lưu
Hình 17 Thông số và suất lượng dòng 14*
HỆ THỐNG TÁCH
Tính CES
Tên chất Tỉ lệ mol Nhiệt độ sôi (oC) ∆ T
0.6926 ∗99= 43.94 Chú thích: CES1 là hệ số dễ tách của acetic acid ra khỏi hỗn hợp
CES2 là hệ số dễ tách của ACO ra khỏi hỗn hợp
Vì CES2 > CES1 nên ta sẽ tách ACO ra khỏi hỗn hợp trước
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quy trình công nghê và thuyết minh
Sơ đồ 4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất DO từ ACO
Tỉ lệ mol pha hơi 0 0 0 0 1 0
Suất lượng dòng (kg/h) 1309 7446 7446 7446 1863 5583 Suất lượng dòng (kmol/h) 5.105 29.09 29.09 8.454 11.53 6.402
Tỉ lệ mol pha hơi 0.3367 0 0 0 0 0
Suất lượng dòng (kg/h) 7446 7446 7445 1.48 1318 6127 Suất lượng dòng (kmol/h) 34.24 34.24 34.23 3.77*10 -3 10.28 23.95
Tỉ lệ mol pha hơi 0 0 0 0 0
Bảng 1 Thành phần và thông số các dòng
Thuyết minh quy trình công nghệ
Ban đầu, ACO được pha trộn với ACO hoàn lưu và được gia nhiệt lên nhiệt độ phản ứng tại E-100 Phản ứng bắt đầu ở nhiệt độ cao mà không cần chất xúc tác và sau đó đi vào bình phản ứng CRV-100 Phản ứng được dập tắt tại thiết bị trao đổi nhiệt E-101 Gum hình thành trong quá trình phản ứng sẽ được loại bỏ bằng cách lọc tại X-100 Sản phẩm sau phản ứng được đưa tới tháp T-100, nơi ACO được tách và hoàn lưu Tại tháp T-502, DO được tinh chế từ axit axetic.
Thiết bị
Bơm là thiết bị cơ bản dùng để đưa lưu chất đến thiết bị mong muốn, đảm bảo dòng chảy được cấp đúng vị trí và đạt hiệu quả vận hành cao Ngoài ra, bơm còn đáp ứng các mức áp suất khác nhau giữa các thiết bị không thể nối trực tiếp với nhau, giúp hệ thống làm việc thông suốt và linh hoạt hơn.
Hình 19 Các thông số dùng thiết lập bơm P-100
Dòng vào P-100 là 1** và 2 ( Thông số dòng tra ở bảng 1 chương 5)
Hình 20 Các thông số dùng thiết lập bơm P-101
Dòng vào P-101 là dòng số 13 và dòng ra là 14.
Hình 21 Các thông số dùng thiết lập thiết bị hòa trộn MIX-100
Thiết bị truyền nhiệt dung để gia nhiệt hoặc làm lạnh dòng lưu chất.
Hình 22 Các thông số dùng thiết lập thiết bị truyển nhiệt E-100
Hình 23 Các thông số dùng thiết lập thiết bị truyển nhiệt E-101
Hình 24 Các thông số dùng thiết lập thiết bị truyển nhiệt E-102
Thiết bị phản ứng CRV-100 dạng ống là nơi phản ứng được thực hiên.
Hình 25 Các thông số dùng thiết lập thiết bị phản ứng CRV-100
Các tháp dùng để tinh chế sản phẩm để loại các chất lẫn thu đc DO có có độ tinh khiết cao
Hình 26 Các thông số dùng thiết lập tháp chưng cất T-100
Hình 27 Các thông số dùng thiết lập tháp chưng cất T-101
HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT
Sơ đồ 5 Giản đồ thể hiện sự trao đổi nhiệt của quy trình
TÍNH TOÁN KINH TẾ
Bảng 2 Bảng liệt kê giá thành nguyên liệu và sản phầm (thao khảo)
Tên thiết bị Số lượng Giá
Bảng 3 Bảng liệt kê giá thành thiết bị (thao khảo)
Gỉa sử thiết bị vận hành trong 10 năm.
- Tổng chi phí mua nguyên liệu:
- Tổng thu từ sản phẩm là:
- Tổng chi phí mua thiết bị là:
Dựa vào điều kiện vận hành tính chi phí trung bình trong 1 ngày
- Tổng chi phí vận hành nhà mày: bao gồm chi phí sửa chữa, bảo trì thiết bị, nhiên liệu, một số chi phí khác.
- Tổng chi phí cho nhà mày hoạt động trong 1 ngày là:
- Tổng lợi nhuận mà nhà máy có thể thu được là:
∑ lợi nhuận= ∑ thu− ∑ chi phí
Vậy tổng lợi nhuận của nhà máy có thể thu được từ quy trình sản xuất maleic anhydride được thiết kế như trên trong 1 năm là: 1491947.9 $/năm.