đổ án tốt nghiệp thiết kế quy trình công nghệ sản xuất axetaldehyt

Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ Axetaldehyt đóng một vai trò rất quan trọng. Nó là chất trung gian để sản xuất các chất khác. Một lượng lớn Axetaldehyt là để sản xuất axit Axetic. Từ Axetaldehyt ta tổng hợp ra thuốc nhộm, polieste, sản xuất chất bảo quản, poli Axetaldehyt…là những chất đóng vai trò rất quan trọng trọng trong nền công nghiệp hiện nay. Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phương pháp oxi hóa trực tiếp trên thế giới 2 x 106 tấnnăm. Nó được sản xuất chủ yếu ở Celanese và hãng Eastman (USA), hãng Wacker Chemic và hãng Hoechst (Đức) và hãng Aldehyde Co., KyoWa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp., Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển) hãng Pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetaldehyt bằng cách oxi hóa trực tiếp từ etylen tăng lên từ năm 1960. Hiện nay sản lượng Axetaldehyt trên thế giới là hơn 1 tỷ tấn mỗi năm. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp được vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống. Vì vậy với tính toán thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Axetaldehyt là một điều cần thiết và quan trọng. Đó cũng là lý do để chúng tôi thực hiện đề tài này. Nội dung của đề tài gồm: • Tổng quan lý thuyết về Axetaldehyt • Thiết kế quy trình công nghệ • Tính toán cho thiết bị chính

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 3

1.1 Giới thiệu chung về Axetaldehyt 3

1.1.1 Tính chất vật lý 3

1.1.2 Tính chất hóa học 4

1.1.3 Các phương pháp sản xuất axetaldehyt 5

1.1.4 Ứng dụng 7

1.2 Phương pháp sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen 7

1.2.1 Axetylen 7

1.2.2 Quá trình tổng hợp axetaldehyt từ axetylen 15

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 25

2.1 Lựa chọn công nghệ 25

2.2 Xây dựng quy trình 25

2.3 Sơ đồ công nghệ 26

Cân bằng vật chất cho thiết bị Hydrat hoá 31

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 42

Tính lượng xúc tác đi qua thiết bị 42

3.2 Tính kích thước của thiết bị phản ứng 43

3.2.1 Tính đường kính và chiều cao thân thiết bị 43

3.2.2 Tính đường kính các ống dẫn 44

3.2.3 Tính chiều dày thân thiết bị 47

3.2.4 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 1

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ Axetaldehyt đóng một vai trò rất quan trọng

Nó là chất trung gian để sản xuất các chất khác Một lượng lớn Axetaldehyt là để sản

xuất axit Axetic Từ Axetaldehyt ta tổng hợp ra thuốc nhộm, poli-este, sản xuất chất

bảo quản, poli Axetaldehyt…là những chất đóng vai trò rất quan trọng trọng trong nền

công nghiệp hiện nay

Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phương pháp oxi

hóa trực tiếp trên thế giới 2 x 106 tấn/năm Nó được sản xuất chủ yếu ở Celanese và

hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) và hãng

Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp.,

Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển)

hãng Pemax (Mexico) Năng suất của quá trình sản xuất axetaldehyt bằng cách oxi hóa

trực tiếp từ etylen tăng lên từ năm 1960 Hiện nay sản lượng Axetaldehyt trên thế giới

là hơn 1 tỷ tấn mỗi năm

Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một

nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành

tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp được vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời

sống Vì vậy với tính toán thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Axetaldehyt là một

điều cần thiết và quan trọng Đó cũng là lý do để chúng tôi thực hiện đề tài này

Nội dung của đề tài gồm:

 Tổng quan lý thuyết về Axetaldehyt

 Thiết kế quy trình công nghệ

 Tính toán cho thiết bị chính

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT

1.1 Giới thiệu chung về Axetaldehyt

Axetaldehyt là một hợp chất hữu cơ cố công thức hóa học là CH3CHO, đây là

một trong những aldehyt quan trọng nhất, xuất hiện phổ biến trong tự nhiên và được

sản xuất rộng rãi trông công nghiệp

1.1.1 Tính chất vật lý

Axetaldehyt là chất lỏng không màu, linh động, có mùi hơi cay, khi pha loãng

một lượng nhỏ thì có mùi trái cây Tan trong nước với mọi tỉ lệ

Bảng 1.1: Một số thông số vật lí cơ bản

Khối lượng phân tử (g.mol-1) 44,05

Nhiệt độ tới hạn (oC) 181,5 hoặc 187,8

Tỉ trọng tương đối d4t = 0,8045 ÷ 0,001325tChỉ số khúc xạ nDt = 1,34240 ÷ 0,0005635 t

Tỉ trọng pha hơi so với không khí 1,52

Bảng 1.2: Sức căng bề mặt tại nhiệt độ và tỷ trọng khác nhau:

Nhiệt độ, oC d4t Sức căng bề mặt mN cm-1

Bảng 1.3: Áp suất hơi của axetandehyt trong pha hơi

Nhiệt độ oC Áp suất hơi, mmHg Nhiệt độ oC Áp suất hơi, atm

Bảng 1.4: Áp suất hơi của dung dịch axetandehyt

Nhiệt độ oC % mol Áp suất riêng

10 10,5 139,8 20 12,8 295,2

- Hằng số phân ly tại 0oC là: 0,7 x 10-4 mol/l

CH3CHO CH2-CHO + H+ ; K = 0,7 x 10-4 mol/l

Hầu hết axetandehyt có thể trộn lẫn với nước và những dung môi hữu cơ để tạo

hỗn hợp đồng sôi như là tạo với axit axetic, benzen, axeton, etanol, metanol, dung môi

naphta, toluen, xilen, etyl ete, parandehyt

1.1.2 Tính chất hóa học.

Do trong phân tử có nhóm (-C¿O), là nhóm phân cực về phía O làm phân cực

liên kết π do đó Axetaldehyt phản ứng hóa học mạnh hơn Ankel Axetaldehyt là hợp

chất có khả năng phản ứng hóa học khá cao, nó là hợp chất điển hình có chứa nhóm

CH3CHO + NaHSO3 H3C HC SO3Na

OH

- Phản ứng thay thế nguyên tử O của nhóm Cacbonyl

Ví dụ: tác dụng với hiaroxiamin, hidrazin, phenyl hydrazin, semi cacbazit…

CH3CHO + H2N –NH2 CH3-CH¿N – NH2 +H2O

CH3CHO + H2N – NHC6H5 CH3 - CH¿N – C6H5 + H2O

CH3CHO + H2N–CO–NH–NH2 CH3-CH¿N – CO –NH –NH2 +H2O

- Phản ứng thay thế nguyên tử H α của nguyên tử C α

Ví dụ: thay thế H bằng Halogen, phản ứng ngưng tụ aldol

CH3CHO + CH3CHO CH3-CH(OH)-CH2-CHO + H2O

- Phản ứng oxi hóa axit

CH3CHO + 2AgNO3 + NH3 + H2O CH3COONH4 + NH4NO3 + 2Ag

Đồng phân

Giống như nhiều hợp chất Cacbonyl khác, Axetaldehyt có khả năng tautome hóa

(đồng phân vỗ biến) để tạo thành enol Dạng enol của Axetaldehyt là vinyl alcolhol

(Ethenol)

CH3CH¿O CH2¿CHOH

C

OHH

OH

CH

Hằng số cân bằng chỉ là 6.103ở nhiệt độ phòng, do đó lượng Axetaldehyt chuyển

sang dạng enol là rất nhỏ

1.1.3 Các phương pháp sản xuất axetaldehyt

Bao gồm các phương pháp chính sau:

 Sản xuất axetaldehyt đi từ etylen

Đây là quá trình được phát triển vào những năm 1957 - 1959 bởi hãng Hoechst

và hãng Wacker-Chemie Chất xúc tác cho quá trình này là dung dịch PdCl2, CuCl2

Axetaldehyt hoàn toàn đã được quan sát trong phản ứng giữa etylen và dung dịch

PdCl2

C2H4 + 1/2O2 CH3CHO ; H = -244 KJ/mol

Độ chọn lọc của quá trình oxi hóa C2H4 phụ thuộc chủ yếu vào xúc tác PdCl2

trong pha lỏng theo phản ứng

C2H4 + PdCl2 + H2O CH3CHO + Pd + 2HCl

Ở hãng Wacker-Hoechst kim loại Pd được oxi hóa trở lại bởi dung dịch CuCl2,

tiếp đó nó tác dụng lại với oxi để tạo lại CuCl2

Pd + 2CuCl2 PdCl2 + 2CuCl2CuCl + 1/2O2 + 2HCl 2CuCl2 + H2OBởi vậy chỉ cần một lượng nhỏ PdCl2 cũng đủ yêu cầu cho sự chuyển hóa etylen

 Sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 5

Hidrat hóa axetylen với xúc tác là muối thủy ngân sẽ cho ra dạng enol, sau đó

tautome hóa sẽ được axetaldehyt Đây là con dường sản xuất chính trước khi chưa có

chu trình Wacker

Quá trình hidrat hóa axetylen đã trở thành quá trình công nghiệp trong suốt thế

chiến thứ I Ngày nay do sự phát triển của ngành dầu khí nên phương pháp này dần

được thay thế bằng phương pháp đi từ etylen do từ etylen có giá thành rẻ hơn đi từ

đây:

- Hydrat hóa trự tiếp axetylen dùng xúc tác thủy ngân tiến hành ở pha lỏng

- Hydrat hóa axetylen tiến hành ở pha hơi

 Sản xuất axetaldehyt đi từ etanol

Đây là phương pháp lâu đời nhất để sản xuất axetaldehyt và là phương pháp tốt

nhất trong phòng thí nghiệm Trong công nghiệp etanol được oxi hóa với xúc tác oxit

bằng không khí trong pha hơi

CH3CH2OH + 1/2O2 CH3CHO + H2O, ∆H =242 kJ/mol

Thường dùng xúc tác là Cu hoặc Ag kim loại hoặc hợp chất của chúng (oxi hay

hợp kim) đều là những xúc tác đáp ứng tốt cho quá trình này

 Đi từ khí tổng hợp

Thực hiện một bước duy nhất được báo cáo vào năm 1974

CO + H2 CH3CHO + sản phẩm khác

1.1.4 Ứng dụng

 Axetaldehyt có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ,

khoảng 90% lượng axetaldehyt được sản xuất ra trên thế giới được sử dụng

trong các nhà máy với vai trò là hợp chất trung gian để tạo ra các sản phẩm

khác có ứng dụng trong thực tế

 Ứng dụng lớn nhất của axetaldehyt là làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất

axit axetic (CH3COOH) Từ axit axetic có thể tổng hợp được nhiều hợp chất

hóa học khác nhau như vinyl axetal, monoclo axetic, axetal este …

o Vinyl axetal được dùng trong ngành sản xuất nhũ tương, trong sảnxuất sơn, keo dính, dệt may

o Anhidic axetic được sử dụng trong sản xuất vải sợi xenlulo axetal,đầu lọc trong việc sản xuất thuốc lá, nhựa xenlulolic

 Axetaldehyt được sử dụng trong sản xuất nước hoa, nhựa polyester, thuốc

nhuộm cơ bản Axetaldehyt cũng được sử dụng như một chất bảo quản hoa

quả và cá, như một chất hương liệu Làm dung môi trong cao su, thuộc da

và các ngành công nghiệp giấy

 Trước đây, axetaldehyt được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất axit axetic,

tuy nhiên ứng dụng này sau đó ít được sử dụng do sản xuất axit axetic từ

metalnol thì hiệu quả hơn

Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của Axetaldehyt trong nghành công nghiệp

hữu cơ, để từ đó có thể sản xuất ra nhiều hợp chất khác nhau với những ứng dụng cụ

thể khác nhau Góp phần làm phong phú cho cuộc sống hiện tại và tương lai

1.2 Phương pháp sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen

1.2.1 Axetylen

Axetylen là một chất khí có chứa liên kết ba trong phân tử, nó có nhiều ứng

dụng trong kinh tế cũng như trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu Từ

axetylen có thể điều chế ra nhiều chất quan trọng và cần thiết cho sản xuất công

nghiệp như axetaldehit,axit axetic, vinyl clorua, vinyl axetat, cao su tổng hợp

Các chất này rất quan trọng trong việc sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng

hợp hữu cơ, hoá dầu.

1.2.1.1 Tính chất vật lí

Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi của este yếu, nó

ngưng tụ ở - 83,8oC, áp suất 0,102 MPa.

Nhiệt độ tới hạn là : +35,50C , áp suất tới hạn là 6,04 MPa.

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 7

C2H2 là chất khí nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước ở điều kiện bình

thường một thể tích nước hoà tan được một thể tích khí axetylen Khi áp suất

tăng lên độ hoà tan cũng tăng theo Axetylen tan nhiều hơn trong các dung môi

hữu cơ như alcol, ete, đặc biệt tan rất nhiều trong axeton Dưới áp suất thường 1

lít axeton hoà tan được 25 lít axetylen Muốn chuyên chở axetylen được nhiều

và tránh nguy hiểm nổ người ta cho axetylen hoà tan trong axeton dưới áp suất

cao 12 - 15 at Dưới áp suất này 1 lít axeton hoà tan được 300 lít axetylen Bình

thép chứa dung dịch axetylen trong axeton không nguy hiểm so với axetylen

lỏng, nhất là khi dùng thêm các khối xốp vô cơ chất đầy trong bình.

Axetylen là một hợp chất không bền về mặt nhiệt động, nó có thể bị phân

huỷ tạo ra cacbon và hydro kèm theo hiện tượng nổ Phản ứng nổ có thể khơi

mào bằng nhiệt, bằng thuỷ ngân funminat hoặc tự nổ dưới áp suất cao Phản ứng

nổ toả nhiều nhiệt, Ho

298 = -54,9 Kcal/ mol Nhiệt độ của khối khí lúc đó có thể lên hàng nghìn độ.

Axetylen là hợp chất thu nhiệt vì vậy khi đốt cháy toả ra một lượng nhiệt

lớn Khi dùng hỗn hợp axetylen - oxy làm khí cắt hàn, cắt kim loại màu, muốn

hàn tốt thì phải sử dụng khí trơ (argon) để oxy không tiếp xúc trực tiếp lên bề

mặt kim loại hàn Axetylen cháy trong không khí cho ta ngọn lửa sáng, tạo ra

CO2 và H2O.

HC ≡ CH + 5/2 O2  2CO2 + H2O Ho 298= -315 Kcal/mol

Bảng 1.5 Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen

Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen

• Khối lượng phân tử (M)

• Giá trị điểm 3

26,038 Kg/Kmol

P

• Nhiệt nóng chảy

• Nhiệt bay hơi

• Các đại lượng tới hạn

Tr

Pr

ρr

• Điểm nóng chảy ở 101,3kPa

• Điểm thăng hoa ở 101,3kPa

ρkhí

ρlỏng (181,1K)

• Tính chất ở 273,15K và 101,3 kPa:

+ ρkhí

+ Nhiệt dung riêng (Cp )

+ Nhiệt dung riêng (Cv )

5,585kJ/mol 15,21kJ/mol

308,85K 6,345Mpa 0,231g/cm3192,15K(-80,85oC) 189,55K(-83,45oC 1,729.10-3 g/cm30,729 g/cm3

1,729.10-3g/cm342,7J.mol-1.K-134,7J.mol-1.K-11,23

9,43.Pa.S 0,0187 W/m.K

341 m/s 0,9909 8,32 kJ/mol

197J/mol.K

1.2.1.2 Tính chất hóa học

Axetylen có cấu tạo chứa liên kết ba trong phân tử nên có khả năng phản

ứng hoá học cao Liên kết ba có năng lượng liên kết là 199.6 Kcal/mol Độ âm

điện của nguyên tử cacbon lớn làm tăng khả năng tách nguyên tử hydro, làm cho

axetylen có tính axít yếu.

1.2.1.2.1 Phản ứng cộng :

Diễn ra qua 2 giai đoạn : thứ nhất chuyển từ nối ba sang nối đôi, thứ 2 chuyển từ

nối đôi sang nối đơn

 Cộng hợp H2

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 9

C2H2 + H2 CH2 = CH2

CH2 =CH2 + H2 CH3 – CH3Phản ứng thường được tiến hành với xúc tác kim loại (Ni , Pd , Pt) Muốn dừng

lại ở giai đoạn tạo nối đôi người ta dùng xúc tác Pd trên Canxi cacbonat, hoặc Pd trên

Silicagel ở 2000C Hiệu suất của quá trình đạt 95%

 Cộng halogen

CH ≡ CH + Br2 BrCH = CHBrBrCH = CHBr + Br2 Br2CH – CHBr2Đối với clo phản ứng xảy ra quá mãnh liệt, toả nhiều nhiệt nên gây phản ứng

huỷ Trong điều kiện kỹ thuật người ta cho phản ứng cộng clo trực tiếp với C2H2 trong

Phản ứng công nước vào C2H2 và đồng đẳng được Kuserop nghiên cứu năm

1881 Phản ứng tiến hành bằng cách cho C2H2 đi vào dung dịch axit sunfuric loãng có

chứa thuỷ ngân sunfat đóng vai trò xúc tác

HC ≡ CH + H2O HgCl

2 [ CH2 = CH −OH]  CH3CHO

alcolvinylic không bền

 Cộng alcol và axít cacboxylic

Dưới tác dụng của xúc tác thuỷ ngân sunfat hoặc CCl3-COOH, BF3 và HgO,

C2H2 có thể cho phản ứng cộng với alcol tạo ra ete vinylic, cộng với axít cacboxylic

tạo ra este của alcol vinylic

CH ≡ CH + 2 HCHO  HOCH2– C ≡ C – CH2OH

1.2.1.2.2 Phản ứng trùng hợp

Cho C2H2 qua ống nung đỏ ở 600 - 8000C, axetylen sẽ trùng hợp cho một chất

nhựa có sản phẩm chính là benzen ( 28%), và các sản phẩm phụ như toluen, naphtalen,

các RH thơm ngưng tụ khác

3 HC ≡ CH  C6H6Nếu có chất xúc tác (CO)4Ni [P(C6H5)3]2 ở nhiệt độ 60 ữ 700C axetylen sẽ trùng

hợp thành benzen với hiệu suất 80%

Dưới tác dụng của muối đồng (I), axetylen sẽ trùng hợp 2 phân tử (dime hoá) tạo

vinyl axetylen

HC ≡ CH + HC ≡ CH  CH2 = CH – C ≡ CH

1.2.1.2.3 Phản ứng thế với kim loại (tính axít yếu của C 2 H 2 )

 Tính axit yếu

Trong axetylen có 2 nguyên tử hydro đều đính vào nguyên tử cacbon mang nối

ba Axetylen có tính axit yếu hơn tính axit của nước nhưng lại mạnh hơn của NH3 ( tới

1013 lần ) và hơn tính axit của etylen và etan ít nhất 1018 lần

Nguyên nhân tính linh động cao của nguyên tử hydro trong axetylen so với trong

etylen và etan là do độ âm điện của nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hợp khác nhau

Csp> Csp2> Csp3

Do độ âm điện lớn nên liên kết C – H của cacbon mang liên kết ba phân cực

mạnh, tăng cường khả năng prôton hóa của nguyên tử hydro cũng như khả năng thế

với kim loại

 Phản ứng thế với các kim loại khác

Cho axetylen qua Natri kim loại đun nóng ở 1500C hoặc qua dung dịch lỏng

Natri amidua (NaNH2) sẽ tạo ra dẫn suất thế Natri axetylenua

C2H2 + Na  HC = C – Na + 1/2 H2

C2H2 + NaNH2 HC = C – Na + NH3Cho axetylen vào dung dịch bạc nitrat trong amoniac sẽ tạo ra kết tủa bạc

axetylenua Ag2C2 màu xám

C2H2[Ag(NH3)2]+ Ag- C ≡ C - Ag ↓Cho axetylen qua dung dịch Đồng (I) clorua CuCl trong amoniac sẽ tạo kết tuả

vô định hình màu đỏ

C2H2[Cu(NH3)2]+ Cu - C ≡ C - Cu ↓Các axetylenua đồng và bạc bền vững ở trong nước Chúng chỉ bị thuỷ phân bởi

axit mạnh, tái tạo ra axetylen Các axetylenua đồng và bạc khi khô rất dễ nổ mạnh giải

phóng kim loại và cácbon đồng thời toả ra một lượng nhiệt lớn

Ag2C2 2C + 2 Ag + 87 Kcal

Do khi bị va đập các axetylenua Ag, Cu nổ mạnh nên người ta thường dùng ống

đồng hay bạc làm ống vận chuyển khí C2H2

1.2.1.3 Các phương pháp tổng hợp axetylen.

Do axetylen là một nguyên liệu đầu vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng

hợp hữu cơ Do đó đã từ lâu axetylen được tổng hợp từ rất nhiều nguồn nguyên liệu

khác nhau như: than đá, đá vôi hay hydro cacbon

1.2.1.3.1 Sản xuất axetylen đi từ cacbua canxi.

Sản xuất axetylen đi từ nguyên liệu là cacbua canxi, đây là phương pháp chủ yếu

trong sản xuất axetylen cho tổng hợp hữu cơ Phương pháp này được sử dụng từ rất lâu

và nay vẫn được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam, phương pháp này vẫn là chủ đạo

để sản xuất axetylen trong công nghiệp

Phương pháp này dựa trên phương trình phản ứng:

CaC2 + 2 H2O  C2H2 + Ca(OH)2 + 31,1 KcalTrong sản xuất, khi phân huỷ 1 Kg CaC2 nguyên chất cần 0,562 Kg nước, thu

được 1,156 Kg đá vôi và 0,406 Kg axetylen

Phản ứng phân huỷ CaC2 bằng nước toả rất nhiều nhiệt, nên khi sản xuất

axetylen phải lấy bớt nhiệt phản ứng bằng cách cho bốc hơi nước

Tổng hợp axetylen từ cacbua canxi thường đi theo hai phương pháp chính đó là:

phương pháp ướt và phương pháp khô

Trong phương pháp này axetylen được chuyển hoá với lượng nước dư đi vào

thiết bị Phương pháp này cho năng suất nhỏ 1000 m3 C2H2 / h , bã vôi ướt khó sử

dụng Thiết bị sử dụng trong phương pháp này lớn và cồng kềnh Tuy nhiên phương

pháp này dễ tự động hoá hơn phương pháp khô Hơn nữa sản phẩm thu được trong

phương pháp ướt khá sạch

Đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất axetylen trong công nghiệp Phương

pháp này cho năng suất cao hơn phương pháp ướt, có thể đạt 2000 m3/h Sản xuất

axetylen theo phương pháp khô cho ta bã vôi khô cho nên dễ lấy ra và dễ chuyên chở,

có thể tận dụng bã vôi trong các lĩnh vực khác Thiết bị trong phương pháp này nhỏ và

tiện sử dụng hơn Tuy nhiên sản xuất theo phương pháp này cần nhiệt độ cao hơn

phương pháp ướt, phân huỷ cácbua canxi không hoàn toàn, khó khống chế điều kiện

của quá trình Sản phẩm thu được có độ tinh khiết không cao

Do cả hai phương pháp có những ưu điểm riêng nhất định, nên cả hai phương

pháp này vẫn còn được sử dụng trong công nghiệp sản xuất axetylen

1.2.1.3.2 Sản xuất axetylen từ hydro cacbon.

Đây là một phương pháp mới dùng để sản xuất axetylen Cùng với sự phát triển

của nghành dầu khí, phương pháp này dần dần được thay thế phương pháp sản xuất

axetylen từ cacbua canxi Sản xuất axetylen từ hydro cacbon, chủ yếu là hydro cacbon

khí như metan, etan, propan

Phản ứng phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó để sản xuất axetylen như sau:

2CH4 C2H2 + 3H2 - Q ( Q = 90 Kcal )

C2H6  C2H2 + 2H2 - Q ( Q = 74,4 Kcal )2C3H8 3C2H2 + 5 H2 - Q ( Q = 212,7 Kcal )GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 13

Phản ứng phân huỷ metan để tạo thành axetylen bắt đầu ở 800 0C, để đạt hiệu

suất theo yêu cầu thì nhiệt độ phải là 1500 ữ1800 0C Các đồng đẳng của metan thì

phân huỷ tạo thành axetylen ở nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 1100 ữ 1200 0C )

Để phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó thành axetylen, người ta dùng các

biện pháp sau

Phương pháp này thực hiện lần đầu tiên ở Đức năm 1940 Nguyên tắc của quá

trình là thổi nhanh hydro cacbon khí nguyên liệu qua hồ quang điện Vai trò của hồ

quang điện là tạo ra nhiệt độ cao trong vùng phản ứng, nhiệt độ có thể đến 3000 0C

Metan chuyển hoá sau một lần phản ứng khoảng 50 %, khí ra có chứa 40 %

C2H2, phần còn lại là etylen, cacbon và các đồng đẳng của metan

Thực tế khi phân huỷ 100 Kg khí thiên nhiên có chứa 80 % metan ta thu được:

45 kg axetylen, 9,2 kg etylen, 5,3kg than ( bồ hóng ), 143 m3 H2

Nồng độ axetylen trong khí sản phẩm khoảng 13 ữ 16 % thể tích Trước khi đem

dùng cần phải phân riêng và tách hydro ( dùng trong công nghiệp tổng hợp amoniac ),

mồ hóng ( dùng trong công nghiệp cao su ) và khí chưa phản ứng tuần hoàn

Khi nhiệt phân metan, ta dùng một phần metan làm nhiên liệu để tạo nhiệt độ cao

cho phản ứng Qúa trình này tiến hành ở 1400 ữ1500 0C, để đạt đến nhiệt độ đó ta phải

dùng oxy kỹ thuật Trong quá trình này người ta dùng hơi nước cùng với pentan với tỉ

lệ là H2O/C5H12 = 6,5 /1 Vận tốc khí đi trong lò gần 50 m/s, nhiệt độ trung bình là

1100 0C Sản phẩm ra phải làm lạnh 3 bậc để hạ nhiệt độ sản phẩm theo yêu cầu

 Cracking nhiệt trực tiếp

Đun nóng metan đến nhiệt độ yêu cầu, nhờ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đun

nóng Nung nóng đến nhiệt độ 1300 - 1600 0C bằng cách thổi khí đốt vào, sau đó thổi

metan Phản ứng thu nhiều nhiệt nên vật đệm chóng nguội đi, chỉ sau một phút lại thổi

khí đốt vào và quá trình cứ tiếp tục như vậy

Năm 1950, hãng BASF đã sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên theo phương pháp

này, áp dụng với qui mô công nghiệp, đến năm 1983 tổng sản lượng axetylen trên toàn

thế giới sản xuất theo phương pháp này đạt khoảng 40.000 tấn / năm

1.2.2 Quá trình tổng hợp axetaldehyt từ axetylen

Chất xúc tác quan trọng nhất của quá trình cộng hợp nước của axetylen trong

công nghiệp là các hợp chất của thuỷ ngân:

C2H2 + H2O → CH3CHO , ∆H = - 138,2 kJ/mol

Phương pháp này chỉ thành công trong công nghiệp khi quá trình polime hoá và

quá trình ngưng tụ các sản phẩm của axetaldehit tạo thành trong môi trường axit trung

bình bị loại bỏ Để đạt được điều này thì các nước công nghiệp dầu mỏ liên kết là lại

với nhau năm 1912 đã đề xuất ra một quá trình sử dụng vượt quá lượng axetylen trong

cùng một điều kiện nhiệt độ và tách ra sản phẩm trung gian axetaldehit từ các phản

ứng lỏng Cùng lúc đó thì nhiệt của phản ứng được lấy từ quá trình chưng cất một

lượng nước thích hợp Các phản ứng phụ như là oxy hoá axetaldehit tạo ra axit axetic

và cacbon đi oxyt, kết quả là làm giảm nồng độ Hg2 + thành kim loại thuỷ ngân Ở các

nước phương tây, quá trình sản xuất axetaldehit từ axetylen đã không còn phổ biến

nữa

Ngày nay việc sản suất axetaldehit được tiến hành theo 2 phương pháp sau:

 Hydrat hoá trực tiếp axetylen dùng xúc tác thuỷ ngân tiến hành ở pha

lỏng

 Hydrat hoá axetylen tiến hành ở pha khí

1.2.2.1 Cơ chế

Phản ứng tiến hành theo cơ chế sau:

Theo Kusherop trước hết thuỷ ngân sunfat kết hợp với phân tử axetaldehit tạo

một hợp chất phức ít tan:

SO2O

[ CH2 = CH - OH ] + HgSO4 CH3CHO

SO2O

Hg

H

+ HOH

Một phần axetaldehit bị oxi hoá thành axit axetic và khử HgSO4 thành Hg

CH3CHO + HgSO4 + H2O → CH3COOH + H2SO4 + Hg

Để ngăn chặn quá trình này người ta cho thêm Fe 3+ vào phản ứng và quá trình

oxy hoá kim loại thuỷ ngân tạo Hg2+, như vậy có thể đảm bảo được hoạt tính của

xúctác

1.2.2.2 Xúc tác:

Có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình, theo nguyên tắc để chuẩn bị xúc tác có

thể dùng nhiều loại axit khác nhau: axit sunfuric H2SO4, axit phốtphoric H3PO4, axit

clo hydric HCl Trong đó tốt nhất là sử dụng axit sunfuric vì nó cho vận tốc phản

ứng lớn nhất và hiệu suất axetaldehit cao

Nồng độ axit sunfuric dao động trong khoảng 6 - 35 % ( theo lượng chất lỏng )

Nồng độ axit càng cao vận tốc phản ứng càng lớn và giảm lượng xúc tác cần thiết,

nhưng nồng độ axit lớn sẽ tạo thành nhựa gây ra hao và bẩn Thông thường người ta

dùng axit nồng độ 20%

Nồng độ oxyt thuỷ ngân trong xúc tác lỏng không cho lớn hơn 1 % Khi nồng

độ HgO lớn hơn 1% ít ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng mà làm hao tổn thuỷ ngân khi

đi tái sinh dung dịch xúc tác

Trong quá trình làm việc xúc tác bị giảm hoạt tính khá nhanh do axetaldehit là

chất khử mạnh sẽ khử muối Hg2+ thành Hg+ và Hg

H2SO4 + CH3CHO + H2O → Hg2SO4 + H2SO4 + CH3COOH

Hg2SO4 + CH3CHO + H2O → 2Hg + H2SO4 + CH3COOH

Để hạn chế quá trình trên người ta cho vào dung dịch xúc tác các chất oxy hoá

yếu có khả năng oxy hoá thuỷ ngân kim loại thành Hg+ và Hg2+, nhưng không ảnh

hưởng đến axetaldehit Người ta hay dùng sunfat sắt để làm chất oxy hoá

Hg + Fe2(SO4)3 → HgSO4 + 2 FeSO4

Hg2SO4 + Fe2(SO4)3 → HgSO4 + 2 FeSO4

0C20

406080

0

20 40 60 80 100

Để duy trì nồng độ Fe2(SO4)3 trong dung dịch không thay đổi sau từng quá trình

làm việc phải lấy phần FeSO4 ra đi tái sinh:

6 FeSO4 + 2 HNO3 + 3H2SO4 → 3 Fe2(SO4)3 + 4 H2O + 2NO

Việc tái sinh dung dịch phản ứng gồm các giai đoạn sau:

 Dùng hơi nóng thổi hết axetaldehit có trong dung dịch xúc tác ra

 Lắng để tách các cặn hữu cơ có trong xúc tác

 Bão hoà dung dịch bằng axit sunfuric và sunfat sắt

 Dùng axit nitric để oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3, dung không khí thổi

vào để khuấy trộn và đẩy oxyt nitơ ra

Xúc tác đã tái sinh đem chưng khô với canxi cácbonat và đem dùng lại

Trong kĩ thuật thường dùng xúc tác có thành phần như sau:

Tăng nhiệt độ vận tốc phản ứng hydrat hoá tăng, hiệu suất axetaldehit tăng nhưng

đồng thời cũng làm tăng sự hoá nhựa của axetaldehit Nhiệt độ của quá trình phụ thuộc

nhiều vào thành phần xúc tác và vận tốc thể tích của C2H2 Nhiệt độ thường duy trì từ

75 -100 0C

1.2.2.4 Vận tốc thể tích:

Muốn đạt vận tốc thể tích cao axetaldehit tạo thành phải đẩy nhanh ra khỏi lớp

xúc tác để tránh sinh ra phản ứng phụ và giữ cho lớp xúc tác được bền

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 17

Hình 1.1 Hiệu suất axetaldehit phụ thuộc vào nhiệt độ

1.2.2.5 Các quá trình sản xuất.

1.2.2.5.1.Quá trình hydrat hoá axetylen trong pha lỏng.

Phương pháp này tiến hành theo phản ứng của Kysherop: Cho axetylen tác

dụng với nước dùng chất xúc tác HgO hoà tan trong axit sunfuric, giai đoạn

trung gian là alcol vinylic không bền và cuối cùng ta được axetaldehit:

C2H2 + H2O Hg2+, H 2 SO 4 → CH2 = CH −OH + CH3CHO

 Sơ đồ công nghệ:

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất axetaldehyt trong pha lỏng

1.Quạt thổi khí 2.Thiết bị tách sơ bộ nguyên liệu 3 Tháp hydrat hóa

4 Thiết bị làm lạnh 5 Thiết bị phân tách và hồi lưu 6 Bơm chất lỏng 7 Thùng chứa

sản phẩm 8 Thiết bị làm lạnh bổ sung 9 Tháp rửa 10 Thùng chứa Axetaldehyt thô

11 Thiết bị trao đổi nhiệt 12 Tháp chưng cất sơ bộ 13 Thiết bị ngưng tụ 14 Thiết

bị đun sôi đáy tháp 15 Tháp tinh luyện 16 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm chính

 Thuyết minh sơ đồ

Khí axetylen mới và axetylen tuần hoàn cho vào máy thổi khí (1), (áp suất không

cao hơn 1,5 atm ) thổi vào đáy tháp hydrat hoá (3) Hỗn hợp hơi thoát ra ở đỉnh tháp

hydrat hoá liên tục cho vào các thiết bị làm lạnh (4)(8) Phần ngưng tụ ở tháp làm lạnh

(4) ( chủ yếu là nước ) cho quay lại tháp hydrat hoá (3) Dung dịch nước axetaldehit

( ngưng tụ ở thiết bị (8)) cùng với hơi và khí không ngưng cho vào tháp hấp thụ đĩa

(9)

Dùng nước rửa để tách axetaldehit ra khỏi axetylen chưa phản ứng, thu được

axetylen cho quay lại tháp hydrat hoá Để tránh tích tụ khí trơ (N2, O2, CO2 ) trong thiết

bị phản ứng, một phần khí tuần hoàn phải đem đi tái sinh ( dùng nước áp suất cao để

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 19

rửa axetylen ) hoặc dùng để sản xuất than hoạt tính , tricloetylen và nhiều sản phẩm

khác

Dung dịch axetaldehit 8 - 10% thu được ở tháp rửa (9) cho vào hai tháp tinh

luyện làm việc liên tục Axetylen thoát ra ở tháp chưng cất sơ bộ (12) cho quay lại tháp

hydrat hoá Phần chủ yếu ( nhẹ ): dung dịch nước axetaldehit với hỗn hợp phụ tạo

thành aldehit crôtonic Phần đáy tháp (12) ( chủ yếu là nước có chứa một ít axit

axetic ) tháo ra cống Phần nhẹ được đưa tới tháp chưng cất số 2 Tại đây axetaldehyt

và các sản phẩm phụ được tách riêng biệt Axetaldehyt được tách ở đỉnh tháp và đưa

tới bồn chứa, sản phẩm phụ được lấy ra ở đáy tháp

Sản xuất axetaldehit theo phương pháp hydrat hoá trực tiếp dùng xúc tác thuỷ

ngân ta thu được sản phẩm có nồng độ axetaldehit cao

Bảng 1.6 Sản phẩm của quá trình theo phương pháp hydrat hóa trực tiếp

Nhưng phương pháp này hao tốn thuỷ ngân, lượng thuỷ ngân hao tốn ảnh hưởng

quan trọng tới giá thành sản phẩm Chỉ tiêu hao tốn nguyên liệu để sản suất một tấn

axetaldehit là:

C2H2 680 kg

Hg 1.45kgHơi (3 at ) 2,9 tấn

H2SO4, HNO3, NaOH, Fe

Ngoài ra thuỷ ngân bốc hơi rất độc ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân và

gây ra các bệnh nghề nghiệp Việc tái sinh xúc tác của thuỷ ngân tương đối phức tạp,

thiết bị làm việc phải chống ăn mòn của H2SO4 Đó là những nhược điểm của phương

pháp này nên hiện nay trên thế giới đã có nhiều nước sản xuất axetaldehit theo phương

pháp khác

1.2.2.5.2.Quá trình sản xuất axetaldehit bằng axetylen tiến hành trong pha

khí.

Năm 1916 người ta đã nghiên cứu phương pháp điều chế axetaldehit bằng cách

hydrat hoá axetylen dùng xúc tác rắn, nhưng mãi tới những năm gần đây mới áp dụng

cho công nghiệp

Khó khăn chính của quá trình là chọn xúc tác và điều kiện phản ứng thích hợp

Xúc tác tốt nhất cho quá trình là axit phôtphoric và muối kẽm tẩm trên than hoạt

tính hoặc silicagen, dùng xúc tác này đạt được hiệu suất axetaldehit là 92 - 96% so với

lý thuyết và axetylen chuyển hoá được 60%

Nhiệt độ quá trình phụ thuộc vào xúc tác và dao động trong khoảng 250 - 400 0C

Nhiệt độ càng cao thì phản ứng tiến hành càng nhanh nhưng xúc tác cũng mau mất

hoạt tính

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hydrat hoá rất lớn nên dễ nung nóng xúc tác làm

cho quá trình tạo sản phảm phụ Để khắc phục khó khăn đó người ta cho dư hơi nước

Tỉ số axetylen và hơi nước thường dùng là 1 : 10 đến 1 : 20, hoặc có thể pha thêm khí

trơ với hơi nước và cho qua lớp xúc tác ở nhiệt độ cao, do đó có thể dùng vận tốc C2H2

lớn và giảm thời gian tiếp xúc giữa C2H2 và lớp xúc tác đến 1/10 giây, giảm bớt sản

phẩm phụ

Dùng phương pháp này ta có thể dùng C2H2 nồng độ thấp, chẳng hạn C2H2 thu

được khi nhiệt phân CH4 như vậy giảm được giai đoạn làm giàu C2H2

Do những ưu điểm trên nên phương pháp hydrat hoá axetylen dùng xúc tác rắn

rất có nhiều triển vọng phát triển

 Sơ đồ công nghệ

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 21

48 52 55

34 24

16

23 15

17 18

21 27

12

3

36 37 13

14

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất axetandehyt đi từ axetylen ở pha khí

5,6,7: máy phun ; 14: thiết bị nung nóng; 16, 24, 34: thiết bị phản ứng; 18,29,38,43:

thiết bị tách; 48,54: thiết bị cất phân đoạn; 37, 41,51: thiết bị làm lạnh; 56: thiết bị gia

nhiệt; 36,40,44: thiết bị khuấy trộn

 Thuyết minh sơ đồ

Dòng nguyên liệu axetylen đầu tiên được đưa vào đường (1) và sau dó chia làm 3

phần tương đương nhau là (2,3,4) Ba nguồn nguyên liệu này lần lượt được dẫn vào lỗ

thoát máy phun (5,6,7) Dòng nguyên liệu (4) kết hợp với dòng tuần hoàn (13) được

dẫn vào đường (12) Hỗn hợp axetylen và hơi nước này được đưa vào thiết bị nung

nóng (14) để tăng nhiệt độ lên 3150C, sau đó đưa vào thiết bị (15) Tại đây tiếp xúc với

chất xúc tác trong (16)

Thiết bị chảy dòng chứa etylen chảy từ thiết bị phản ứng (2) có chứa etylen và

axetylen, sản phẩm axetandehyt với hơi sẽ thoát ra ngoài ở nhiệt độ 4250C ở đường

(17), dòng chảy này được trộn lẫn với hỗn hợp nguyên liệu và hơi sạch từ máy phun

(6) ở đường (18), nước để làm lạnh ở đường (19) phải đưa vào đủ để làm giảm nhiệt

độ của hỗn hợp phản ứng ở trong ống (18) xuống 3150C là nhiệt độ phản ứng ban đầu

mong muốn Hỗn hợp ở (18) được đưa vào thiết bị tháo lỏng hình trụ (20) đưa qua ống

vào thiết bị phản ứng (23), ở trong thiết bị này có tiếp xúc với xúc tác cố định (24) là

canxi orthophosphat đã được hoạt hóa 0,3% đồng orthophosphat

Dòng chảy thứ (2) được tháo ra từ dòng chảy (23) qua ống (25) ở nhiệt độ 425oC

có thành phần tương tự như dòng chảy thiết bị (15) Nguyên liệu với hơi sạch được

tháo ra từ máy phun 7 qua ống (26) được trộn với nước lạnh qua ống (19) và vào ống

(27) được trộn với hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng (23) để giảm nhiệt độ, sau khi

hỗn hợp đã giảm nhiệt độ được dẫn vào thiết bị hình trụ (29) Ở đây có ống (30) để

thoát chất lỏng ra khỏi thiết bị lượng nước làm lạnh trong ống (25) xuống 315oC là

nhiệt độ tối ưu để bắt đầu phản ứng

Hơi bay lên từ thiết bị tháo khuôn hình (29) theo đường (31) vào thiết bị (32) Ở

thiết bị (32) nó tiếp xúc với lớp xúc tác cố định là canxi orthor -phosphat Lượng xúc

tác ở mỗi lớp thiết bị là như nhau, mỗi loại chứa 48m3 chất xúc tác Thiết bị tháo

khuôn hình trụ để bảo vệ không cho dung dịch nước đi vào thiết bị (23) và (32) Thông

thường trong quá trình vận hành thiết bị này là không cần thiết

Dòng thứ (2) tháo ra ở thiết bị (32) ở nhiệt độ 4250C có thành phần của dòng như

dòng tháo ra ở thiết bị (15) và (24) Dòng thứ biến áp này qua ống (34) vào thiết bị đun

nóng ở thiết bị (14) bằng cách trao đổi nhiệt gián tiếp với hơi, trong ống (12) Ở ống

(14) dòng thứ biến áp này được làm lạnh tới nhiệt độ 280oC và dẫn vào thiết bị làm

lạnh không khí (36) và ngưng tụ (37) được được vào thiết bị tách nhanh (38), ở đó khí

lỏng được tách ra rất hiệu quả Quá trình này làm việc ở áp suất 15 psi

Pha khí từ thiết bị tách (38) được vào ống (39) vào thiết bị nén cấp (2), khí đã

được nén đưa qua thiết bị làm lạnh trung gian (41) và sau đó vào thiết bị tách nhanh

(43) để tách lỏng khí Thiết bị (43) được vận hành ở áp suất 50 psi Chất lỏng được

tách ra từ thiết bị (43) được quay lại thiết bị tách nhanh (38) Khí bay ra khỏi thiết bị

(43) vào thiết bị làm lạnh hai cấp cao hơn ở đó hỗn hợp khí được nén tới áp suất 170

psi

Khí đã nén qua đường (46) vào phân đoạn (47) của thiết bị phân đoạn (48) Một

phần còn lại của thiết bị cất phân đoạn được nạp với vật liệu nạp phù hợp như yêu cầu

Dung dịch lỏng từ thiết bị tách (38) được đẩy vào phân cất phân đoạn Thiết bị cất

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 23

phân đoạn làm việc ở áp suất 150 psi và tới nhiệt độ đỉnh là 45oC và nhiệt độ đáy là

1800C

Hơi ở trên thiết bị (48) gồm etylen, axetylen chưa phản ứng và sản phẩm

axetandehyt được đưa qua ống (52) vào phân đoạn nạp (53) của thiết bị bị cất phân

đoạn (54) Thiết bị đun sôi lại (55) và thiết bị ngưng tụ (56) để cung cấp nhiệt cần thiết

và lượng lỏng hồi lưu trong quá trình vận hành thiết bị cất phân đoạn (53) Thiết bị này

làm việc ở áp suất 135 psi Nhiệt độ đỉnh là 25oC và nhiệt độ đáy là 40oC Chất làm

lạnh phù hợp nhất là propan và propylen được đưa vào thiết bị (55) để duy trì nhiệt độ

làm việc của thiết bị (53)

Hỗn hợp khí gồm etylen và axetylen chưa phản ứng được tháo ra thì thiết bị (53)

qua đường (56) ra ngoài Dòng hơi nước được lấy ra từ đáy thiết bị (48) qua ống (48)

qua ống (60) Một phần nhỏ lượng hơi nước này qua ống (61), (19), (27) để giảm nhiệt

độ của dòng chất lỏng của dòng thiết bị (15), (23) đi ra và còn lại là nước đưa ra ngoài

ống (62)

1.2.2.5.3 Hydrat hoá gián tiếp axetylen để điều chế axetaldehit.

Quá trình tiến hành theo phản ứng:

CH3OH + HC ≡ CH → CH3O CH=CH2

CH3OCH = CH2 + H2O → CH3CHO + CH3OHGiai đoạn một tổng hợp vinyl ête từ axetylen và rượu metylic Phản ứng tiến

hành dưới áp suất 15 - 60 atm có NaOH tham gia

Giai đoạn hai thuỷ phân vinyl ête, có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí

Nếu tiến hành trong pha lỏng duy trì nhiệt độ 80 - 100 0C, dưới áp suất 2,5 atm

và 0,25% dung dịch H2SO4 Nếu tiến hành ở pha khí, thổi hỗn hợp hơi Vinyl ête và

nước ở 210 0C và 5 atm qua xúc tác axit phôtphoric 6% ngậm trên Silicagen Tiến

hành theo phương pháp này ta thu được axetaldehit rất sạch (99,7 - 99,9%), hiệu suất

đạt 99% so với lý thuyết

Qua tính toán người ta thấy rằng phương pháp này cần một số vốn đầu tư lớn vì

phải trang bị các thiết bị làm việc dưới áp suất cao

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 25

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Lựa chọn công nghệ.

Ngày nay có nhiều công nghệ sản xuất axetaldehyt được dùng trên thế giới, mỗi

công nghệ đều có những ưu nhược điểm riêng của nó Công nghệ sản xuất đi từ nguồn

nguyên liệu là axetylen có từ lâu đời, sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền và xúc tác

thủy ngân độc nhưng nhờ vào những đặc tính ưu việt của nó nên công nghệ này vẫn

còn tồn tại và phát triển Quá trình hydrat hóa trong pha lỏng của công nghệ này vẫn là

quá trình chính

2.2 Xây dựng quy trình.

 Tháp tổng hợp là tháp sủi bọt Tại đây xảy ra quá trình hydrat hóa axetylen tạo

thành axetaldehyt Nhiệt độ phản ứng là 97oC, áp suất 2at Trong tháp chứa đầy

dung dịch xúc tác (Hg2+, H2SO4)

 Hỗn hợp khí sau khi đi ra khỏi tháp phản ứng sẽ vào tháp hấp thụ Tại đâycác

sản phẩm sẽ được hấp thụ bằng nước còn khí không phản ứng sẽ tuần hoàn về

dòng nguyên liệu

 Sản phẩm đi ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được đưa vào 2 tháp chưng luyện làm việc

liên tục nhằm tách hết các sản phẩm phụ

Phương pháp hydrat hóa axetylen trong pha lỏng để sản xuất axetaldehyt cho ta

sản phẩm có độ tinh khiết rất cao

2.3 Sơ đồ công nghệ

 Thuyết minh quy trình công nghệ

Khí axetylen sạch và khí axetylen tuần hoàn sẽ được bơm khí (1) bơm vào thiết

bị tách sơ bộ (2) Tại đây các khí thải và hơi nước sẽ được tách ra ngoài Khí đã được

tách sẽ đi vào dưới đáy của thiết bị phản ứng (3) Tại nhiệt độ 97oC, áp suất 2at

axetylen bị hydrat hóa tạo ra axetaldehyt và một số sản phẩm phụ khác Sản phẩm

được lấy ra trên đỉnh tháp Xúc tác được lấy ra giữa thân tháp và được đưa đến thiết bị

tái sinh (7) Tại đây xúc tác được tái sinh và được bơm (6) bơm trở lại tháp phản ứng

Hỗn hợp khí sản phẩm, xúc tác bị lôi cuốn đi ra từ đỉnh tháp phản ứng sẽ đi vào đỉnh

thiết bị làm lạnh (4) Tác nhân làm lạnh là nước Dòng sản phẩm sẽ được lấy ra ở đáy

tháp làm lạnh và được đưa đến thiết bị phân tách và hồi lưu (5) Tại thiết bị này sản

phẩm sẽ được tách ra 2 phần riêng biệt Phần lỏng là dung dịch xúc tác sẽ được đưa trở

lại tháp phản ứng Phần khí là CH3CHO, C3H5CHO, CH3COOH, C2H2dư Hỗn hợp khí

này sẽ đi qua thiết bị làm lạnh bổ sung (8) Hỗn hợp đi ra khỏi tháp làm lạnh bổ sung

sẽ đi vào tháp rửa khí bằng nước(9) Tại đây các khí CH3CHO, CH3COOH,C3H5CHO,

sẽ bị hấp thụ hết và đi xuống đáy tháp, phần khí không bị hấp thụ là C2H2 đi ra khỏi

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 27

đỉnh tháp và nhập vào dòng hồi lưu quay trở lại làm nguyên liệu Sản phẩm lỏng của

tháp rửa (9) được đưa đến thùng chứa axetaldehyt thô(10) Axetaldehyt thô này sẽ

được bơm bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt (11) đi vào giữa thân tháp chưng cất sơ bộ

(12) Hơi quá nhiệt sẽ đi vào đáy tháp gia nhiệt cho tháp Tại tháp chưng cất sơ bộ này

phần nhẹ hơn sẽ được lấy ra ở đỉnh tháp phần lỏng là dung dịch chứa CH3COOH được

lấy ra ở đáy tháp và đi đến thiết bị trao đổi nhiệt làm chất tải nhiệt Hỗn hợp khí khi đi

ra khỏi tháp chưng cất sơ bộ (12) được đưa đến thiết bị ngưng tụ, phần khí được đưa

trở lại dòng nguyên liệu Phần lỏng đưa vào giữa thân tháp tinh luyện (15) Một phần

được hồi lưu lại tháp (12) Tại tháp tinh luyện axetaldehyt sẽ được tách trên đỉnh tháp

qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh và đi ra bể chứa axetylen thành phẩm Một phần

được hồi lưu lại tháp Sản phẩm lỏng được lấy ra dưới đáy tháp và qua thiết bị đun sôi

đáy tháp (14) Dòng lỏng nóng được bơm đưa trở lại tháp tinh luyện một phần lấy ra

ngoài Đây là hỗn hợp gồm C3H5CHO, CH3COOH

Tính cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và tính toán thiết bị chính

Số liệu ban đầu:

- Năng suất 50.000 tấn /năm

- Thành phần hỗn hợp khí nguyên liệu vào:

Ngày làm việc

Vậy : Ttt = T - Tngh = 365 - 30 = 335 (ngày)

Thiết bị làm việc liên tục trong 335 ngày nên số giờ làm việc trong 1 năm sẽ là:

335  24 =8040 (giờ/năm)

Tính tiêu hao nguyên liệu.

Tính lượng C 2 H 2 cần dùng để sản xuất CH 3 CHO:

Năng suất thiết bị sản xuất CH3CHO trong 1 giờ tính bằng kg là:

C2H2 + H2O

2 4 2