Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic... Sau đây là một số phản ứng quan trọng

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic

Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản

xuất axit axetic

Trang 2

Đồ ỏn tốt nghiệp Thiết kế phõn xưởng sản xuất axit axetic

Phần I Tổng quan 3

Chương I Giới thiệu chung về Axit axetic 3

I.Tính chất vật lý 3

II.Tính chất hoá học của Axit axetic 8

II.1.Tính axit 9

II.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl 9

II.3.Phản ứng Decacboxyl hoá 10

II.4.Phản ứng tạo amit 10

II.5.Phản ứng loại nước tạo anhydrit 10

II.6 Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic được sử dụng trong thực tế 10

III.ứng dụng 11

III.1.Muối 11

III.2.Este 12

III.3.Axetyl clorua 12

III.4.Amit 12

III.5.Axit phenylaxetic 13

III.6.Bảng ứng dụng của axit axetic 13

Chương II Giới thiệu chung về Nguyên liệu Axetaldehyt 14

I.Tính chất vật lý 15

II Tính chất hoá học 17

II.1.Phản ứng cộng hợp 17

II.2.Phản ứng oxy hoá, khử 18

II.3.Phản ứng phân huỷ 18

II.4.Phản ứng ngưng tụ 18

II.5.Một số phản ứng khác 18

Chương III Các phương pháp sản xuất Axit axetic 20

I.Quá trình cacbonyl hoá metanol 20

I.1 Giới thiệu 20

I.2 Xúc tác 21

I.3.Bản chất hoá học và điều kiện phản ứng 22

I.4 Sơ đồ công nghệ 25

a Sơ đồ công nghệ của hãng BASF 25

Trang 3

Hoàng Đỡnh Thi Hoỏ dầu I-K48

b Sơ đồ công nghệ của hãng Monsanto 28

I.5.Đánh giá phương pháp của BASF và Monsanto 30

II.Quá trình oxy hoá trực tiếp hydrocacbon 31

II.1 Oxy hoá trực tiếp các hydrocacbon no 31

II.2 Oxy hoá trực tiếp các hydrocacbon khõng no 39

III Phương pháp sản xuất axit axetic từ axetaldehyt 44

III.1.Bản chất và điều kiện phản ứng 45

IV.Quá trình sản xuất Axit axetic bằng phương pháp oxy hoá axetaldehyt trong pha lỏng 49

IV.1 Cơ chế phản ứng 49

IV.2.Xúc tác 50

IV.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình 52

V.Phương pháp vi sinh 55

VI Phương pháp hoá học gỗ 55

VII Các phương pháp tổng hợp khác 56

VIII So sánh các phương pháp sản xuất axit axetic 56

IX Nâng cao nồng độ và tinh chế Axit axetic 57

IX.1.Nâng cao nồng độ và tinh chế axit axetic 57

IX.2.Chất lượng sản phẩm 59

Chương IV: công nghệ SảN XUấT AXIT AXETIC BằNG PHƯƠNG PHáP OXY HOá AXETALDEHYT TRONG PHA LỏNG Có XúC TáC 60

I.Giai đoạn oxy hoá axetaldehyt 60

II.Giai đoạn tinh cất sản phẩm thô 61

III.Giai đoạn làm sạch axit axetic 61

IV Dây chuyền sản suất axit axetic từ axetaldehyt 62

V.Thiết bị oxy hoá axetaldehyt 63

I.Các số liệu ban đầu 64

iI.Tính toán cho thiết bị oxy hoá 64

II.1.Cân bằng vật chất 64

II.2.Cân bằng nhiệt lượng 71

IIi.tính toán cho thiết bị tách phần nhẹ 80

III.1.Cân bằng vật chất 80

III.2.Cân bằng nhiệt lượng 81

IV.Tính toán cho thiết bị tách phần nặng 85

Trang 4

IV.1.Cân bằng vật chất 85

IV.2.Cân bằng nhiệt lượng 86

V.tính toán thiết bị oxy hoá 88

V.1.Đường kính thiết bị 88

V.2.Tính chiều dày của thiết bị 89

V.3.Chọn nắp và đáy tháp 92

V.4.Chọn bích nối 96

V.5 Chọn các đường kính ống dẫn vào và ra thiết bị chính 97

Phần III Tính toán kinh tế 98

I.ý nghĩa 98

II Nội dung tính toán kinh tế 98

II.1 Nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu và năng lượng 98

II.1.1.Nhu cầu về nguyên liệu 98

II.1.2.Nhu cầu về điện năng 99

II.2 Tính vốn đầu tư cố định 101

II.2.1 Vốn đầu tư xây dựng 101

II.2.2 Vốn đầu tư cho thiết bị, máy móc 101

II.3 Chi phí cho nhân công lao động 102

II.3.1.Nhu cầu về lao động 102

II.3.2 Quỹ lương công nhân viên trong phân xưởng 102

II.4.Tính khấu hao 103

II.5.Tính giá thành sản phẩm 103

II.6 Tổng lợi nhuận cả năm 104

II.7 Thời gian thu hồi vốn 104

Phần iv Thiết kế xây dựng 105

I.cơ sở Chọn địa điểm xây dựng 105

II.Thiết kế xây dựng tổng mặt bằng nhà máy 106

I.an toàn lao động 111

II.tự động hóa trong phân xưởng 114

Kết luận 122 Tài liệu tham khảo 123

Trang 5

Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm Đồ án ,được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hóa dầu,đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn GS.TS Đào Văn Tường người đã hướng dẫn,giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học.Với sự giúp đỡ tận tình và ân cần của thầy em đã hiểu biết thêm nhiều kiến thức bổ ích và hoàn thành bản Đồ án đúng thời gian quy định Một lần nữa,em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Đào Văn Tường cùng toàn thể các thầy cô giáo,các anh chị trong Bộ môn Công nghệ hữu cơ _Hoá dầu và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bản Đồ án này

Hà Nội ngày 27 tháng 5 năm 2008

Sinh viên Hoàng Đình Thi

Trang 6

MỞ ĐẦU

Axit axetic hay còn gọi là axit etanoic, là một hợp chất hữu cơ điển hình của dãy đồng đẳng axit mono cacboxylic, nó có nhiều ứng dụng trong sản xuất và đời sống, là một trong những sản phẩm hữu cơ cơ bản và quan trọng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu

Axit axetic được sử dụng để sản xuất anhydric axetic, muối axetat, axit cloaxetic, hợp chất nhựa, dược phẩm, thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu, hóa chất ngành ảnh, thực phẩm và phụ gia cho thực phẩm (ví dụ như dấm ăn, nước dầm hoa quả, nước sốt), ngoài ra nó được dùng để điều chế nhiều loại hợp chất hữu cơ khác Axit axetic được sử dụng nhiều nhất là để sản xuất vinyl axetat (VA) Vinyl axetat có nhiều ứng dụng trong ngành dệt, sơn và giấy

Trên Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic dự báo sẽ tăng từ 3 - 4%/năm ở Mỹ thì nhu cầu sử dụng axit axetic chỉ tăng 1%/năm, năm 2005 là 2,52 triệu tấn và dự kiến đến năm 2009 là 2,55 triệu tấn Mặc dù, năm 2005 nước Mỹ đã xuất khẩu 926000 tấn axit axetic tương đương với gần 37% nhu cầu sử dụng trong nước [14]

ở Châu Á ước tính nhu cầu sử dụng axit axetic sẽ tăng cao hơn nhiều vào khoảng từ 5 - 7%/năm, trong đó Trung Quốc tăng từ 8 - 10%/năm Theo

BP, trong vòng 5 năm qua nhu cầu sử dụng axit axetic ở Trung Quốc đã tăng

15 - 16%/năm Công ty hóa dầu Daqing đang xây dựng nhà máy với năng suất 200000 tấn/năm và hoàn thiện trong năm 2008 Công ty hóa dầu Yangzi với đối tác là BP cũng đang xây dựng nhà máy ở Nanjing với năng suất

500000 tấn/năm và sẽ hoàn thiện vào năm 2009 Trong tương lai, ấn Độ cũng

là một nước có nhu cầu sử dụng axit axetic rất lớn Theo BP, ở ấn Độ họ thích sợi tự nhiên hơn nên sợi polyeste được sử dụng rất ít Nhưng điều này sẽ thay đổi khi mà công nghệ sản xuất polyeste được cải tiến, và hy vọng việc sử dụng VA cũng sẽ phát triển mạnh ở ấn Độ

ỞTrung Đông, năm 2006 Công ty hóa dầu Fanavaran của Iran đã xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 150000 tấn/năm; và Công ty

Trang 7

Hoàng Đình Thi Hoá dầu I-K48 2

hóa dầu Saudi International đã hoàn thành xong dự án xây dựng nhà máy sản xuất axit axetic với năng suất 460000 tấn/năm sẽ khởi công vào năm 2009 [14]

Cũng như các nước trên Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic ở Việt nam ngày càng cao Hằng năm chúng ta phải nhập khẩu một lượng axit axetic khá lớn Quá trình sản xuất axit axetic trong nước chủ yếu bằng phương pháp

vi sinh cho nồng độ axit thấp, năng suất không cao nên chưa đáp ứng được nhu cầu Từ những năm 1990, một số cơ quan nghiên cứu khoa học ở nước ta

đã nghiên cứu sản xuất axit axetic công nghiệp ở Viện Hóa học Công nghiệp cũng đã nghiên cứu đề tài sử dụng rượu etylic để sản xuất axit axetic Một số

cơ quan nghiên cứu khoa học khác như Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, khoa Hóa thuộc trường Đại học Tổng hợp Hà nội cũng đã quan tâm đến đề tài này [15] Nhưng do nhiều nguyên nhân mà các kết quả nghiên cứu vẫn chưa được áp dụng trong sản xuất công nghiệp Cho đến nay, gần như toàn bộ nhu cầu axit axetic ở nước ta đều phải đáp ứng bằng con đường nhập khẩu

Trước tình hình mới, cơ hội phát triển cho ngành công nghiệp hóa chất

đã được mở ra, thì quá trình sản xuất axit axetic có nồng độ cao đã trở thành một vấn đề quan trọng và việc tìm ra phương pháp sản xuất axit axetic đáp ứng được nhu cầu sử dụng và có hiệu quả kinh tế là một việc làm hết sức cần thiết Sản xuất axit axetic trong công nghiệp có rất nhiều phương pháp, nhưng

phương pháp quan trọng và có ý nghĩa hơn cả là oxy hóa axetaldehyd

Phương pháp này cho sản phẩm axit axetic tinh khiết có nồng độ cao và hiệu suất quá trình lớn

Trang 8

PHẦN I TỔNG QUAN

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AXIT AXETIC

Con người đã biết đến giấm từ rất lâu với mục đích làm gia vị, đó là dung dịch 4  12% axit axetic được sản xuất bằng phương pháp lên men rượu) Axit axetic là một axit hữu cơ yếu có công thức phân tử CH3COOH, khối lượng phân tử M = 60,05, là chất lỏng không màu, có tính ăn mòn Axit axetic

có mùi hăng và là chất nguy hiểm đối với da Axit axetic được tìm thấy trong dung dịch loãng trong rất nhiều hệ động vật cũng như thực vật Hiện nay, các nước sản xuất axit axetic theo phương pháp tổng hợp nhiều nhất là Mỹ, châu Âu, Nhật, Canada, và Mexico Tổng công suất của các nhà máy sản xuất Axit axetic tại các nước này đạt khoảng 4 triệu tấn/năm

Axit axetic có nhiều ứng dụng quan trọng, những dẫn xuất của Axit axetic

có ứng dụng rộng rãi nhất là vinyl axetat và anhydrit axetic Vinyl axetat được

sử dụng trong quá trình sản xuất sơn, keo dán, giấy bọc, và trong công nghiệp dệt Anhydrit axetic được sử dụng để sản xuất sợi xenlulo axetat, đầu lọc thuốc lá và nhựa xenlulo, xử lý sợi

I.TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,66oC, nhiệt độ sôi 117,9oC ở áp suất 101,3 kPa; là chất lỏng không màu, trong suốt Axit axetic không tinh khiết thường lẫn các tạp chất như nước, anhydrit axetic, và các chất dễ oxy hoá khác Axit axetic băng(chứa <1% nước) có tính hút ẩm mạnh Sự có mặt của nước với nồng độ nhỏ hơn 0,1% làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit khoảng 0,2oC

Axit axetic tan trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác theo bất cứ

tỷ lệ nào, tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza, khi đun nóng hoà tan

Trang 9

một lượng nhỏ phốt pho và một lượng không đáng kể lưu huỳnh Axit axetic

là dung môi tốt cho nhiều chất như nhựa thông và dầu thực vật Dung dịch axetic có tính chất ăn mòn mạnh, tính chất này thể hiện trên nhôm và thép không gỉ thì có ý nghĩa quan trọng với ngành xây dựng và đồ dùng nấu ăn Axit axetic tinh khiết thì có độ dẫn điện kém nhưng khi thêm một ít axit sunfuric thì tăng lên và có dòng chạy qua thì bị điện phân thành cacbon (I), (II) oxit, và oxy

Axit axetic có mùi vị hăng chua, khi bị làm lạnh đóng rắn thành dạng tinh thể đá không màu dạng lá mỏng Người ta có thể dùng điểm đông đặc để đánh giá độ tinh khiết của Axit axetic Ví dụ nhiệt độ đông đặc của dung dịch Axit axetic được cho trong bảng sau

Bảng 1: Nhiệt độ đông đặc của dung dịch Axit axetic

%khối lượng Nhiệt độ đông đặc,

o

C

%khốilượng Nhiệt độ đông đặc,oC

Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic đi qua giá trị cực đại ở giữa nồng độ 77 – 88% trọng lượng tại nhiệt độ 15 oC Tỷ trọng của Axit axetic tinh khiết là một hàm phụ thuộc nhiệt độ và được xác định (bảng 2)

Trang 10

Bảng 2: Tỷ trọng của dung dịch Axit axetic ở 15 o C

% khối lượng , g/cm3 % khối lượng , g/cm3

Bảng 3: Sự phụ thuộc của tỷ trọng Axit axetic tinh khiết vào nhiệt độ

Nhiệt độ , oC , g/cm3 Nhiệt độ , oC , g/cm3

Trang 11

Bảng 4: Áp suất hơi của Axit axetic tinh khiết

T, oC P, mbar T, oC P, mbar T, oC P, mbar

Bảng trên đưa ra áp suất hơi của axit axetic tinh khiết ở các giá trị nhiệt độ khác nhau Tỷ trọng của hơi tương ứng xấp xỉ hai lần khối lượng phân tử do xuất hiện các liên kết hydro trong pha hơi Cả liên kết hydro dạng liên hiệp 2

và liên hiệp 4 đều đã được chứng minh

O H O

CH3 C C CH3

O H O

CH3 C C CH3

O H O

CH3 C C CH3

O H O

Trang 12

Bảng 5:Một số đặc trưng vật lý của Axit axetic

Nhiệt dung riêng, Cp

0,783 J.g-1.K-1 ở – 175,8oC

Độ nhớt

11,83 MPa.s ở 20oC 10,97 MPa.s ở 25oC 8,18 MPa.s ở 40oC

2,665 ở – 10oC (rắn)

Entanpy tạo thành

Entropy

Trang 13

Giới hạn nổ trong không khí

Nhiệt độ tới hạn, Tc

áp suất tới hạn, pc

4,0  16,0 trong không khí 592,71K

5,786 MPa Sức căng bề mặt

, mN/m 27,5 27,25 26,69 25,36 23,46 20,86

Hằng số phân ly axit (trong nước)

II.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA AXIT AXETIC

Tính chất hoá học của Axit axetic được quyết định bởi sự có mặt của nhóm cacboxyl trong phân tử, là một axit hữu cơ yếu nó có đầy đủ tính chất hoá học của một axit hữu cơ

Cấu tạo nhóm cacboxyl còn chưa xác định cụ thể Thông thường biểu diễn cấu tạo nhóm cacboxyl như sau:

CH3 - C O H

O

Do nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với nhóm cacbonyl, chịu ảnh hưởng của nhóm cacbonyl, liên kết O-H phân cực về phía oxy nên proton phân ly dễ dàng hơn Vì vậy tính axit của axit axetic mạnh hơn rượu nhiều

CH3 – COOH  CH3 – COO- + H+

Hằng số phân ly K = 1,76.10 -5

Mặc dù không phải là chất hoạt động nhưng có rất nhiều sản phẩm có giá trị được sản xuất từ axit axetic Axit axetic phản ứng với rượu hoặc olefin để tạo este khác nhau Axetamit được điều chế bằng cách phân huỷ nhiệt amoniaxetat Axit axetic cũng có thể chuyển thành axetyl clorua nếu sử dụng các tác nhân clo hoá như photphotriclorua hoặc thionylclorua

Trang 14

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất axit axetic Axit axetic là nguyên liệu thô cho nhiều quá trình sản xuất thương mại

Nó có thể tạo vinyl axetat (VA) khi sử dụng etylen có xúc tác là kim loại quí Axit axetic cũng được dùng để sản xuất anhydrit axetic, axit cloaxetic

Đa số phản ứng của axit axetic thể hiện ở các loại phản ứng:

-Phản ứng kéo theo sự đứt liên kết O-H, ví dụ sự phân ly axit

-Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C ở nhóm cacboxyl

-Phản ứng Decacboxyl hoá

II.1.Tính axit

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Axit axetic có khả năng trung hoà các bazơ, oxit bazơ, đẩy axit cacbonic ra khỏi muối của nó Hơi axit axetic có thể chịu nhiệt đến 4000C Khi đun nóng quá 420 0C thì hơi này bị phân huỷ thành xeton:

CH3COOH >420

0

C

(CH3)2CO + CO2 + H2O

II.2.Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl

II.2.1.Phản ứng este hoá

Khi tác dụng với rượu có mặt của axit xúc tác ta được este

CH3 - C

OH

O

+ R'OH R - C -OR'

O

II.2.2.Tạo thành axyl halogenua

Axit axetic phản ứng với pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionyl clorua sẽ tạo axyl clorua do sự thay thế OH bằng clo

CH3- C

O

OH

O

Cl

II.2.3.Khử hoá axit axetic

CH3COOH + 3H2 Ni CH3CH3 + H2O

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	454,14 KB