tính toán,thiết kế phân xưởng sản xuất anhydrit phtalic

tính toán,thiết kế phân xưởng sản xuất anhydrit phtalic

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay ngành công nghệ hóa chất nói chung và ngành công nghệ tổng hợp hữu cơ rất được quan tâm nên rất phát triển Có nhiều hợp chất hữu cơ không có sẵn trong tự nhiên nhưng nó có rất nhiều ứng dụng vì thế ta phải thiết kế các công nghệ và dây chuyền sản xuất để tổng hợp và Anhydrit phhalic là một trông những hóa chất như vậy

Alhydrit phthalic lần đầu tiên được báo cáo vào năm 1836 bởi Auguste

Laurent Các nguyên liệu thường dùng là ortho - xylene và naphthalene

Ứng dụng chính của Anhydirt phthalic là rất rộng rãi Anhydirt phthalic là một hóa chất trung gian trong sản xuất nhựa từ vinyl clorua Este phthalate, có chức năng như chất dẻo, có nguồn gốc từ Anhydirt phthalic Dẻo phthalate được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa PVC linh hoạt như dây cáp, ống dẫn, vải

da, giày, bộ phim để đóng gói v.v có Anhydirt phthalic khác sử dụng chủ yếu trong sản xuất nhựa polyester và các ứng dụng khác trong sản xuất alkyd nhựa được sử dụng trong sơn và sơn mài; thuốc nhuộm nhất định (thuốc nhuộm

anthraquinone, phthalein, Rhodamine, phthalocyanine, fluorescin, và xanten); chất đuổi côn trùng, và polyol polyester cho Polyurethane Bên cạnh đó, nó cũng được sử dụng như là một chất ức chế cháy cao su và hãm

Do có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất và sản lượng sản xuất lớn trên thế giới nên em đã nghiên cứu đề tài này dưới dự hướng dẫn của cô Nguyễn Hồng Liên Trong quá trình nghiên cứu những sai sót là khó tránh khỏi nên em rất mong có được những góp ý của cô Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANHYDIT PHTHALIC

Anhydrit Phthalic là một sản phẩm hữu cơ có công thức phân tử là C8H4O3, ở trạng thái tự nhiên nó là chất rắn không màu Anhydrit Phthalic có khối lượng phân tử là 148,1 g/mol Để điều chế Anhydrit Phthalic ta có thể thu được nó thông qua quá trình oxy hóa o-xylene hoặc oxy hóa naphtalen dưới sự có mặt của các chất xúc tác cần thiết

Ngày nay, Anhydrit Phthalic được ứng dụng nhiều vì nó là một chất trung gian

vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất Trên thế giới hằng năm lượng Anhydit Phthalic được sản xuất rất lớn Theo số liệu thông kê năm 2000, khối lượng Anhydrit Phthalic trên toàn thế gới sản xuất là 3232000 tấn, trong đó

ở Tây Âu là 778000 tấn, Đông Âu là 171000 tấn, Hoa Kỳ là 48500 tấn, Nhật Bản là 302000 tấn và Châu Á là 1156000 tấn

Anhydrit Phthalic được sử dụng trong các quá trình như sản xuất chất dẻo, sản xuất nhựa polyestes, sản xuất nhựa ankyd Ngoài ra nó cũng được sử dụng để sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm, thiết bị, đồ dung nội thất… Qua đó ta thấy Anhydrit Phthalic có ứng dụng vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, vì vậy việc sản xuất ra nó là rất cấp thiết

1.1TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Anhydrit Phthalic có nhiệt độ nóng chảy 131oC, nhiệt độ sôi 284oC; là chất rắn không màu, dễ bị thăng hoa, nó có tỷ trọng là 1,527 g/cm3 ở 20 oC , ít tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi như ethanol, benzene, pyridin…

Anhydrit phthalic có tính độc thấp và ở nồng độ nhất định nó gây ảnh hưởng tới sức khỏe của con người Ví dụ trong không khí nồng độ Anhydrit phthalic từ

24,9 – 77,8 ppm thì nó dễ gây cho con người bệnh về mắt, bệnh về đường hô hấp như là hen suyễn, viêm phế quản, ngoài ra nó cũng gây bệnh về da.

0,00052mmHg 148,1 g / mol

131oC

284oC

1.2 TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA ANHYDRIT PHTHALIC

1.2.1 Phản ứng với rượu thu được monoester

C6H4(CO)2O + ROH  C6H4(CO2H)CO2R

1.2.2 Phản ứng mở vòng với peroxyt tạo ra axit peroxy

C6H4(CO)2O + H2O2  C6H4(CO2H)CO2H

1.2.3 Phản ứng oxy hóa hoàn toàn

C8H4O3 + 7O2  8CO2 + 2H2O

nhuộm Một ứng dụng nổi tiếng của phản ứng này là việc chuẩn bị

của anthroquinone thuốc nhuộm quinizarin bằng phản ứng với

para-chlorophenol tiếp theo thủy phân của clorua Trong ngành dược phẩm, Anhydrid phthalic phản ứng với cellulose acetate dạng cellulose acetate phthalate (CAP), một chung lớp vỏ ruột tá dược đó cũng đã được chứng minh là có tác dụng

kháng virus phthalic anhydride là một sản phẩm phân hủy của CAP

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU O-XYLE

Orthor-Xylen là một hyđrocacbon thơm, gồm một vòng benzen và hai nhóm mêtyl thế vào hai nguyên tử cácbon liền kề thuộc vòng thơm Nó có công thức phân tử là C8H10, khối lượng phân tử là 106,16 g/mol Nó không hòa tan trong nước nhưng tan rất tốt trong các dung môi hữu cơ như ethanol, diethyl ether O-Xylene được sử dụng chủ yếu để thực hiện như một dung môi công nghiệp và trong tổng hợp hữu cơ Trên thế giới o-xylen được dùng để tổng hợp Anhydrit

phthalic là lớn nhất

2.1 TÍNH CHẤT VẬT LÍ

O-xylen là một chất lỏng không màu, mùi thơm,không tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ O-xylen có khối lượng phân tử là 106,16 g/mol và nó có Khối lượng riêng(200C): 0,88 g/ml O-xylen có nhiệt độ sôi

144,40C là và nhiệt độ nóng chảy là -240C

Bảng 2 Bảng tóm tắt một số thôngg số vật lí của O-xylen

khối lượng phân tử

Khối lượng riêng(200C)

nhiệt độ sôi

là 106,16 g/mol0,88 g/ml

144,40C

Phản ứng oxi hóa tạo ra anhydrite maleic:

C6H4(CH3)2 + 15/2O2  C2H2(CO)2O + 4CO2 + 4H2O

2.3ỨNG DỤNG

Sản xuất sơn và nhựa :Dùng O-Xylene làm dung môi cho sơn bề mặt vì nó có tốc độ bay hơi chậm hơn Toluene và khả năng hoà tan tốt Nó được dùng trong tráng men, sơn mài, sơn tàu biển, các loại sơn bảo vệ khác và dùng trong sản xuất nhựa alkyd

-Mực in:O-Xylene dùng làm dung môi cho mực in vì nó có độ hoà tan cao Keo dán: O-Xylene được dùng trong sản xuất keo dán như keo dán cao su nguyên liệu để sản xuất chất khác.

O-Xylen chủ yếu dùng để tổng hợp Anhydrit phthalic là một chất được

sử dụng rất nhều trong ngành công nghiệp hóa chất như sản xuất thuốc

nhuộm, sản xuất chất dẻo, sản xuất nhựa, dược phẩm

CHƯƠNG III

Các Phương Pháp Sản Xuất Anhydrit Phthalic

3 Các phương pháp sản xuất anhydrite phthalic

3.1Quá trình sản xuất anhydrite phthalic bằng phương pháp oxy hóa

o-xylen.

Hình 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrite phthalic từ o-xylen

3.1.1 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.

Phản ứng hóa học chính xảy ra như sau:

3.1.2 Nguyên liệu của quá trình sản xuất anhydit phthalic từ o-xylen.

Nguyên liệu của quá trình sản xuất anhydrit phthalic bằng phương pháp oxy hóa o-xylen thì ngoài o-xylen còn có không khí( chủ yếu là cung cấp oxy cho phản ứng oxy hóa), lưu huỳnh dioxit

Các nguồn cung cấp xylen thì chứa tới 95%( tính theo trọng lượng) là o-xylen, 5% còn lại là các m-xylen và p-xylen

Trong quá trình phản ứng thì chỉ có o-xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit phthaic còn m-xylen và p-xylen

dưới điều kiện của lò phản ứng thì nó tạo ra các sản phẩm khác mà chủ yếu là Cacbon oxit và nước tuy nhiên trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic thì p-xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit maleic, p-tolualdehy, axit p-toluic, axit

terephthalic Trong khi đó m-xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit maleic, axit

isophthalic, m-tolualdehy và p-benzoquinone

Không khí sau quá trình lọc để loại bỏ các tạp chất( chủ yếu là bụi) người ta đem nén dưới áp suất từ 48,2 Kpa đến 55,2 Kpa và được làm nóng đến 149 0C bằng hơi nước nguyên liệu o-xylen cũng được làm nóng và bay hơi vào dòng không

khí nóng Một lượng nhỏ lưu huỳnh dioxit ( 0,2% đến 2,5% theo trong lượng) cũng được đưa vào trong quá trình để duy trì hoạt tính của chất xúc tác ( V2O5).

3.1.3 Lò phản ứng.

Trong lò phản ứng thì tỉ lệ theo trọng lượng giữa không khí và nguyên liệu xylen là 25,tương đương với 1 mol phần trăm xylen.Tỉ lệ theo trọng lượng thấp nhất là 20 và cao nhất là 34 Không khí được đưa vào lò phản ứng phải dư để đảm bảo tỉ lệ hỗn hợp thấp hơn giới hạn nổ Sau khi loại bỏ các nguyên liệu bốc hơi, các chất phản ứng với nhau trong lò phản ứng ở nhiệt độ khoảng 380 oC Nhiệt độ trong lò phản ứng được duy trì từ 300 oC đến 390 oC

o-Lò phản ứng BASF có công suất 1,44.104 tấn/năm thì nó có đường kính 4,2 mét Trong lò phản ứng có chứa 9,948 ống chứa đầy chất xúc tác, mỗi ống dài 3m Cũng có một số nhà máy sử dụng số ống đựng chất xúc tác lớn hơn 9,948

ống( khoảng 13000 ống) Các phản ứng trong lò phản ứng đều là các phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt độ trong lò phản ứng rất cao Để duy trì nhiệt độ phản ứng và

để tránh hỏng lò phản ứng bởi nhiệt độ cao thì người ta làm mát các lò phản ứng bằng cách cho các chất tải nhiệt chảy bên ngoài lò phản ứng( vỏ của lò phản ứng) Các chất tải nhiệt có thể là muối của natri, kali( NaCl, KaCl, Na2CO3,

K2CO3 ) Khi đó các chất tải nhiệt này có nhiệt độ cao tiếp tục được đưa đến

bộ phận trao đổi nhiệt, người ta tận dụng nhiệt lượng này để sản xuất hơi nước

có áp suất cao Khí đi ra lò phản ứng có nhiệt độ cao( khoảng 375oC), Khí này được dẫn vào nồi hơi để tận dụng nhiệt phục vụ cho quá trình sinh hơi

Trong lò phản ứng, phản ứng oxi hóa xylen là hoàn toàn (100%) Với mỗi

kilogram nguyên liệu chứa 95% o-xylen ta thu được 1,03 kilogram anhydrit phthalic Theo lí thuyết thì với 1 kg nguyên liệu chứa 100% o-xylen ta thu được 1,39 kg anhydrit phthalic

3.1.4 Quá trình chuyển đổi trong thiết bị ngưng tụ.

Do không khí được sử dụng trong các lò phản ứng vượt quá 567% Áp suất riêng phần của anhydrit phthalic trong dòng khí phun ra là như vậy nên nhiệt độ điểm sương thấp hơn nhiệt độ nóng chảy ( 130,8oC) của anhydrit phthalic Do đó các sản phẩm bị ngưng tụ và bị đóng rắn Các sản phẩm ngưng tụ trên các ống của thiết bị ngưng tụ Các thiết bị ngưng tụ được luân phiên làm nóng và làm lạnh bằng dòng dầu truyền nhiệt riêng biệt theo một chu kì điều khiển tự động Trong phần làm mát của chu kì anhydrit phthalic kết kinh trên bề mặt ngoài của ống Trong phần làm nóng của chu kì anhydrit phthalic được làm nóng chảy, sau

đó nó được đưa đến bể chứa các sản phẩm thô Một quá trình điển hình là sử dụng liên tiếp chín thiết bị ngưng tụ trong đó, sáu thiết bị đang ngưng tụ, hai thiết bị có nhiệm vụ làm tan chảy Thiết bị thứ chín ở chế độ chờ, nó có nhiệm

vụ làm sạch và bảo trì để các quá trình diễn ra không bị gián đoạn Khí còn sót lại trên thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ khoảng 66oC và áp suất khoảng 26 Kpa, nó

sẽ chuyển đến lò đốt và được đốt tại đây

Trong bước xử lí nhiệt, sản phẩm thô sau khi đi qua thiết bị sấy và được sấy khô

nó sẽ được đưa đến các bể chứa tiền xử lý, tại đây nó được lưu giữ trong điền kiện nhiệt độ cao dưới chân không trong khoảng thời gian từ 8 đên 12 giờ Mục đích của quá trình xử lí nhiệt là phân hủy các hợp chất tạo màu và chuyển đổi chúng sang các chất có phân tử khối lớn và có thể được tách ra từ sản phẩm chính thông qua quá trình chưng cất Đồng thời axit phthalic bị phân hủy, bị

hydrat hóa tạo ra anhydit, rồi nó kết hợp với nước tạo ra các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn như anhydit maleic và axit benzoic Chúng bay hơi một phần và được loại bỏ nhờ áp lực dưới áp suất chân không chúng sẽ được phun ra cùng dòng thải Dòng thải này tiếp tục đưa đến lò đốt và được đốt tại đây.

Bể xử lí sơ bộ có một hệ thống lation, hệ thống này gồm hai cột đó là cột

tước( dùng để phâ tách) và một cột nữa đó là cột tinh chế Cả hai cột đều hoạt động dưới áp suất tuyệt đối khoảng từ 2,67 Kpa đến 26,7 Kpa

Dòng đi qua một precooler rồi tiếp tục đi vào cột tước để phân tách ở nhiệt độ khoảng 186oC Khi đó anhydrit maleic và axit bezoic được tách ra rồi được chuyển tới lò đốt để đốt hoặc một thiết bị xử lí khác để xử lý Dòng cuối cùng nằm trong cột phân tách sẽ được đưa đến thiết bị bay hơi Một phần của dòng được xử lí tiếp trong cột phân tách, phân còn lại được đưa đến cột tinh chế

Trong cột tinh chế, phần cặn nằm ở đáy cột sẽ được đưa đến lò đốt và đốt phần trên cùng của cột tinh chế là anhydrit phthalic có độ tinh khiết lên đến 99.9% được lấy ra khỏi cột tinh chế và được bảo quản ở điều kiện chân không và ở nhiệt độ 149 oC

3.1.6 Lò đốt.

Trong quá trình sản xuất anhydrite phthalic sản sinh ra một số chất không cần thiết hay nói cách khác là chất thải Thông thường những chất này người ta đem đốt trong các lò đốt Cách này được sử dụng không những trong quá trình sản xuất anhydrite phthalic từ o-xylen mà trong quá trình sản xuất anhydrite phthalic

từ naphthalene mà chúng ta sẽ đề cập sau

Thông thường người ta sử dụng hệ thống đốt kép, trong hệ thống đốt kép thì có hai lò đốt bằng nhiệt Một lò dùng để đốt các chất thải từ quá trình chuyển đổi ở các thiết bị ngưng tụ lò còn lại dùng để đốt các chất thải sinh ra từ các quá trình khác trong nhà máy như là quá trình phân tách, quá trình tách, tinh chế…

Nhiệt độ trong các lò đốt khoảng từ 700 oC đến 760 oC các khí thoát ra khỏi lò đốt có nhiệt độ khoảng 250 oC và các khí này được kiểm soát 99,9% riêng khí cacbon monooxit là 96,5%.

3.1.7 Bình chứa.

Sau khi được sản phẩm ta đem bảo quản sản phẩm bằng cách cho chúng vào các thùng chứa, ngoài ra bình chứa cũng nơi đựng nguyên liệu trước khi đem vào sản xuất

Ở bể chứa các lỗ thông hơi các bịt kín để giảm thiệt hại , hao hụt nguyên liệu và sản phẩm do sự bay hơi O-xylen được bảo quản ở nhiệt độ môi trường và áp suất hơi từ 0,13 Kpa đến 1,47 Kpa Trong bình chứa nguyên liệu được bảo phủ bằng một lớp nitơ đê tránh tạo thành một hôn hợp nổ trong không gian hơi trên chất lỏng xylen

Trong bể chứa anhydrit phthalic và anhydrit phthalic sau khi đã được tinh chế được duy trì nhiệt độ từ 149 oC đên 160 oC, tại nhiệt độ này nó có áp suất hơi từ 2,27 Kpa đến 3,33 Kpa Trong bể chứa này cũng được bao phủ bởi một lớp nitơ khô để tránh sự xâm nhập của nước và oxy từ bên ngoài vào Nếu oxy và nước xâm nhập vào thì rất nguy hiểm, nó gây ra hỏa hoạn nguyên nhân là do quá trình thủy phân anhydrit phthalic thành axit phthalic Lỗ thông hơi không được sử dụng trên các bể chứa anhydirt phthalic vì hơi anhydit phthalic dễ bị đông đặc hay là ngưng tụ lại vì vậy người ta kiểm soát bể chứa anhydrit phthalic bằng cách thông gió

Hai là hệ thống chất lỏng hữu cơ( có thể là diphenyl, di phenyl oxit eutectic) được sử dụng làm nóng hoặc làm lạnh trong các thiết bị chuyển đổi ngưng tụ.

Ba là hệ thống chất lỏng hữu cơ cung cấp nhiệt cho quá trình làm sạch sản

phẩm

Các hệ thống truyền nhiệt trong nhà máy sản xuất anhydrit phthalic không có sẵn Tuy nhiên, do tính năng cần thiết của hệ thống truyền nhiệt bằng chất lỏng người ta phải thiết kế xây dựng trong các nhà máy

Tại lò đốt, xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu tỏa ra một lương nhiệt lớn, khi đó chất tải nhiệt( cụ thể là các chất hữu cơ) được bơm đi qua vỏ của lò đốt Tại đây, nhiệt được truyền cho chất tải nhiệt và chất tải nhiệt được truyền đi cung cấp nhiệt cho các quá trình thiết bị trong nhà máy

3.1.9 Dòng nước thải

Trong nhà máy sản xuất anhydrit phthalic dòng nước thải được sản sinh ra từ đáy của nồi hơi Một nguồn nước thải khác cũng được sản sinh ra trong hệ thống làm sạch sản phẩm Các dòng nước thải này phải được dẫn đến các khu xử lí nước thải riêng biệt

3.1.10 Chất xúc tác

Nhiều biến thể vadini oxit đều có thể sử dụng làm xúc tác cho quá trình Ví dụ trong một quá trình có thể sử dụng kết hợp nhiều chất xúc tác gồm 3,75%( về khối lượng) vadini oxit ,21,25% khối lượng kali pyrosunfat và 75% khối lượng titan dioxit Để kích thích chất xúc tác hoạt động thì khoảng 65% vadini được chuyển sang trạng thái tetravalent bằng cách nung vadini trong môi trường có khí SO2 Theo các điều kiện phản ứng thì các hỗn hợp vadini oxit và kali

pyrosunfat tan chảy trong các lỗ rỗng do titan dioxit vận chuyển, trong đó mỗi hạt có kích thước từ 0,2mm đến 0,5mm

Trong một nghiên cứu về chất xúc tác vadini oxyt trong phản ứng oxy hóa, người ta kết luận rằng quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt của chất xúc tác thông qua quá trình ion phản ứng Thông qua kết luận này một cơ chế phản ứng được chỉ ra ở hình 2 Người ta thừa nhận rằng bề mặt của chất xúc tác bao gồm các ion oxy và các ion vanadi pentavalent Ở Bước 1, một phân tử o-xylene được hấp thụ trên bề mặt chất xúc tác Trong Bước 2, một ion hydro được lấy ra

từ các hydrocarbon bởi một bề mặt ion oxy, và một electron từ các hydrocacbon được chuyển giao cho một ion vanadi Trong Bước 3, liên kết hóa trị được hình thành giữa các nguyên tử cacbon có sẵn và các nhóm hydroxit và một electron được chuyển từ các phân tử hữu cơ tới một ion vanadi Trong bước thứ tư, các phân tử hữu cơ (o-methyl benzyl rượu) được giải hấp từ bề mặt để lại một chỗ trống trên bề mặt Sau đó, một nguyên tử oxy từ một phân tử oxy trong pha khí

sẽ điền vào các chỗ trống và bị giảm đến hóa trị âm 2 trong khi V+4 ion sẽ bị oxy hóa thành V+5. Ngoài ra, phản ứng sẽ tiến hành thông qua các ion oxy hấp thụ trên bề mặt chất xúc tác chứ không phải là kết hợp trong mạng Trong cả hai trường hợp, electron phải được chuyển từ các nơi nhường electron trong các chất xúc tác để các nguyên tử oxy tạo thành các ion oxy Các hoạt động của chất xúc tác vadino oxit cũng do thực tế một phần nó là chất bán dẫn tạo điều kiện cho electron trong quá trình chuyển giao

Cơ chế của quá trình oxy hóa của lưu huỳnh dioxit trên một chất xúc tác vanadi oxit gồm ba giai đoạn đã được đề xuất bởi Glueck và Kenney:

Giai đoạn 1: V2O5.SO3 + SO2 > (VOSO4)2

Giai đoạn 2: (VOSO4)2 > V2O4.SO3 + SO3

Giai đoạn 3: V2O4.SO3 + ½O2 > V2O5.SO3

Trong các phương trình phản ứng trên, V2O5.SO3 đại diện cho vanadi pentôxít trong sự tan chảy đã kết hợp với lưu huỳnh trioxit hình thành từ các phân hủy của các anion pyrosulfate Kết quả của hai bước đầu tiên là giảm vanadi từ

pentavalent tình xuống tetravalent Điều này đã giải thích cho chúng ta về vai trò của các sulfur dioxide trong việc duy trì V+4/V+5 cân bằng của chất xúc tác.

3.1.11 Lò phản ứng hệ thống cân bằng nhiệt.

Quá trình oxy hóa o-xylene là một quá trình phản ứng hóa học tỏa nhiệt Tiêu chuẩn nhiệt của phản ứng cho chính các phản ứng chính và các phản ứng phụ chính được tính toán trên cơ sở tất cả các hợp chất có liên quan đều ở trong trạng thái hơi Nhiệt được thải ra trong một lò phản ứng được ước tính là 17,1

MJ / KGA alhydrit phthalic hình thành

Nhiệt độ của phản ứng được sử dụng để tạo ra hơi trong lò hơi thông qua bộ trao đổi nhiệt nhiệt được truyền cho chất tải nhiệt sau đó chất tải nhiệt mang nhiệt đi cung cấp cho lò hơi Đó chỉ là một phần nhiệt cung cấp tạo ra hơi nước đáp ứng cho quá trình sản xuất Phần nhiệt còn lại có thể sử dụng sản xuất ra điện

3 2 Qúa trình sản xuất anhydirt phthalic bằng phương pháp oxy hóa

naphthalene.

Hình 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ naphthalen

3.2.1 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.

Phản ứng hóa học chính xảy ra như sau:

C10H8 + 9/2O2  C6H4(CO)2O + 2CO2 + 2H2O

Các phản ứng phụ xảy ra như sau:

C10H8 + 6O2  2C2H2(CO)2O + 2CO2 + 2H2O

C10H8 + 3/2O2  C10H6O2 + H2O

3.2.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu.

Nguyên liệu cho quá trình sản xuất anhydrit phthalic bằng phương pháp này gồm có naphthalen và không khí Hai nguồn cung cấp napthalen chủ yếu cho quá trình sản xuất là từ mỏ dầu và desulfua nhựa than đá

Chất xúc tác ngày nay có khả năng xử lý nguyên liệu naphthalene có hàm lượng lưu huỳnh cao nhất là 1% Tuy nhiên, lưu huỳnh trong naphthalene nhựa than đá

là chủ yếu ở dạng thionaphthene, được chuyển thành maleic anhydrit và oxit lưu huỳnh thay vì anhydride Các kết quả năng suất của alhydrit phthalic giảm (1% lưu huỳnh là tương đương với 4,2% thionaphthene) rõ ràng là lý do chính cho việc sử dụng naphthalene desulfurized

Các sản phẩm phản ứng của tetralin (1,2,3, 4-tetrahydro-naphthalene) có mặt trong naphthalene nhựa than đá không được biết đến Tuy nhiên, Các sản phẩm rất có thể là anhydride maleic, oxit cacbon và nước Trong quá trình này, không khí được lọc rồi nén và đun nóng đến 149 ° C Không khí nóng sau đó đi vào đáy lò phản ứng và đi qua một đĩa phân phối không khí trước khi vào chất xúc tác lớp tầng sôi Chất lỏng naphthalene , được lưu trữ ở 90 ° C đến 102 ° C, được bơm từ bể chứa và phun trực tiếp vào ở tầng sôi trên đĩa phân phố không

khí Các naphthalene này ngay lập tức bị bốc hơi và phân tán khắp các lớp khi nhiệt độ cao dưới sự có mặt của lớp chất xúc tác nó phản ứng ngay với không khí.

3.2.3 Lò phản ứng

Trong lò phản ứng, tỷ lệ giữa không khí và nguyên liệu naphthalen ( theo khối lượng) là 10:1 đến 12:1 Tỷ lệ không khí với naphthalene thấp có thể được thực hiện bởi tác động trơ của các hạt chất xúc tác tốt trong các lò phản ứng ở tầng sôi Trong lớp chất lỏng, nhiệt độ được duy trì đồng đều (mức ± 5 ° C) trong khoảng từ 340 ° C đến 380 ° C Áp lực lò phản ứng được thiết lập bởi áp lực tác động ngược trở lại của thiết bị hạ lưu

Lớp chất xúc tác được chứa trên các tấm, dưới các tấm có các lỗ nhỏ để có thể thổi không khí vào tầng sôi của lò phản ứng qua các lỗ đó Nguyên liệu

napthalen được đưa vào lớp chất lỏng nhờ các vòi phun Trên lớp chất lỏng cần

có khoảng không gian phù hợp, vừa đủ để các chất xúc tác giải quyết các chất khí trước khi nó đi ra khỏi lò phản ứng tỷ lệ giữa chiều cao lớp chất lỏng trong

lò phản ứng với đường kính của nó là 3:1 Thời gian cho một quá trình phản ứng

là từ 10 giây đến 20 giây

Các phản ứng trong lò phản ứng đều là những phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt độ của thiết bị tăng rất cao Chính vì vậy, để bảo vệ các thiết bị của lò phản ứng ta cần có một chế độ làm mát Thông thường người ta dùng chất tải nhiệt là nước cho đi bên ngoài lò phản ứng( vỏ thiết bị)

Hiệu suất chuyển đổi trong lò phản ứng là 100%, với mỗi kilogram nguyên liệu naphthalen sẽ cho ta 0,97 kilogram anhydrit phthalic

3.2.4 Bộ lọc chất xúc tác

Khí thải đi ra khỏi lò phản ứng rồi được làm lạnh tới -260oC trước khi nó vào

bộ lọc chất xúc tác để tránh các phản ứng phụ xảy ra trên các bộ lọc Các hạt xúc

phần chủ yếu là gốm khí này định kì được thổi vào các bộ lọc, các hạt chất xúc tác sau khi được tách ra sẽ được trả lại vào trong lò phản ứng trong một số quy trình thì bộ lọc bằng sợi thủy tinh cũng được sử dụng.

3.2.5 Thiết bị ngưng tụ

Do tỷ lệ không khí với naphthalen trong tầng sôi của lò phản ứng thấp, sản phẩm

là anhydrit phthalic thô thu được tồn tại ở cả hai dạng là rắn và lỏng Với 40% anhydirt phthalic thu được ở dạng lỏng trong các bình ngưng tụ, 60% anhydrit phthalic cfon lại ở dạng rắn được trong các bình ngưng chuyển đổi.Dòng khí cuối rời khỏi thiết bị chuyển đổi ngưng tụ ở khoảng 66 oC sau đó nó được

chuyển đến thiết bị làm sạch bằng nước hoặc đưa đến lò đốt để loại bỏ Người ta

sử dụng không khí làm mát thiết bị ngưng tụ bằng cách thổi dòng không khí với tốc độ thấp trực tiếp vào thiết bị, nó khác cách làm mát lò phản ứng bằng nước.Sản phẩm thô được lưu trữ dưới dạng chất lỏng ở 149 ° C và áp suất khí quyển

3.2.6 Qúa trình làm sạch sản phẩm

Anhydrit phthalic thô được lưu trữ ở bể chứa sản phẩm thô sẽ được lấy ra và cho

đi qua tháp trao đổi nhiệt và sau đó sẽ cho đi qua tiếp bể tiền xử lý Để bổ sung

và để thúc đẩy quá trình tiền xử lý người ta sử dụng thêm một số hóa chất khác Hóa chất xử lý bao gồm các anhydride maleic và natri hydroxit Trong quá trình Badger-Sherwin-Williams sản phẩm anhydrit phthalic cuối cùng thu được ở các cột chưng cất hoạt động ở áp suất tuyệt đối là 2.66 kPa Sản phẩm cuối được đưa đến các lò đốt để loại bỏ

Các anhydrit phthalic tinh chế (99,7% tối thiểu) có thể được bơm vào xe bồn để vận chuyển ở dạng lỏng, hoặc nó có thể được đóng thành bao nếu nó ở dạng rắn

3.2.7 Thiết bị làm sạch

Các đặc tính của khí thải từ thiết bị chuyển đổi ngưng tụ đã gây ra một số khó khăn trên thiết kế của một thiết bị làm sạch cho các nhà máy sản xuất alhydrit phthalic như:

Việc loại bỏ hiệu quả của các aldehyd và maleic anhydride đòi hỏi nhiều giai đoạn chứ không phải là một giai đoạn

Chất lỏng chảy ra từ những thiết bị làm sạch phải được đốt để tránh một vấn đề

ô nhiễm nguồn nước, cần có một hệ thống xử lí chất thải để giảm thiểu khối lượng của dòng nước thải

Các hợp chất hữu cơ có trong thiết bị ngưng tụ khí có tính ăn mòn cao, do đó đòi hỏi việc sử dụng các vật liệu chống ăn mòn

Thiết bị làm sạch hoạt động ở nhiệt độ từ 35 oC đến 40oC với hiệu quả làm sạch các chất hữu cơ từ 98% đến 99% Hiệu quả làm sạch cao là trong điều kiện hoạt động của thiết bị các hợp chất hữu cơ chỉ tồn tại ở trạng thái rắn Vật liệu chế tạo thiết bị là thép không gỉ

Khí thải của thiết bị ngưng tụ đi vào thiết bị làm sạch với nhiệt độ khoảng 66 oC Dung dịch làm sạch được sử dụng trong việc làm sạch ở giai đoạn thứ nhất và giai đoạn thứ hai, nó tồn tại ở dạng bùn và nó chứa từ 10% đến 12% (tính theo khối lượng) các hợp chất hữu cơ rắn Một phần được tái chế để tách các hợp chất có ích và phần còn lại đem đi đốt ở lò đốt

Trong giai đoạn thứ hai, khí thải được làm sạch ( khí chứa chủ yếu là axit maleic chiếm tỷ lệ từ 0,5% đến 3% theo khối lượng) bằng cách pha loãng Dòng nước được thêm vào sao với tốc độ sao cho lượng nước thêm vào bằng lượng nước thải ra từ những thiết bị làm sạch Dòng khí sau đó đi qua lớp màn sương để khử trước khi thải ra môi trường ở nhiệt độ 38 oC

3.2.8 Lò đốt

Lò đốt – là nơi đốt các chất thải ra trong quá trình sản xuất của nhà máy Có hai loại lò đốt đó là lò đốt sử dụng ngọn lửa trực tiếp( nhiệt điện) và lò đốt có chất xúc tác là nhiệt tự động, nó hoạt động ở nhiệt độ từ 427 oC đến 482 oC Chất xúc tác được sử dụng là platin, họ platin hoặc hỗn hợp Al-Pt Lò đốt nhiệt hoạt động

ở nhiệt độ 700° C đến 982 ° C và tiêu thụ nhiên liệu tương đương với 279 kJ mỗi kg alhydrit phthalic sản xuất được Nhiệm vụ của lò đốt nhiệt chủ yếu là đốt các chất thải từ các thiết bị làm sạch Dòng chất lỏng từ thiết bị làm sạch đưa đến lò đốt và được đưa vào lò đốt bằng cách phun dưới dạng hơi hoặc dạng khí, cùng với đó là khí đốt cũng được đưa vào( khí đốt có thể là metan) với 25% thể tích để dùy trì nhiệt độ trong lò đốt khoảng từ 760° C đến 870° C Nhiệt của quá trình cháy được thu hồi bằng cách đưa các cuộn dây vào trong lò rồi truyền cho thiết bị cung cấp hơi nước Hiệu suất của quá trình chuyển hóa trong lò đốt

rẩ cao và đạt 99,9%

3.2.9 Bể chứa

Bể chứa napthalen được duy trì nhiệt độ từ 85° C đến 100° C, áp suất được duy trì 1,33 kpa đến 2,67 kpa Bể chứa được thiết kế có các lỗ thông hơi để kiểm soát khí thải từ napthalen Bể chứa sản phẩm anhydrit phthalic thô và anhydrit phthalic tinh có điều kiện giống với quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen

3.2.10 quá trình truyền nhiệt

Quá trình sử dụng hai hệ thống truyền nhiệt bằng chất lỏng hữu cơ Một là hệ thống làm nóng và hệ thống làm lạnh thiết bị ngưng tụ Hai là hệ thống làm sạch sản phẩm( quá trình tinh chế) Đối với các lò phản ứng thì do nhiệt tỏa ra từ các phản ứng là rất lớn nên nhiệt độ lò phản ứng rất cao vì vậy để tránh hỏng hóc lò

ta phải có quá trình làm mát ở đây người ta sử dụng nước để làm mát, tức là người ta cho dòng nước đi bên ngoài vỏ lò phản ứng một cách liên tục, từ đó nhiệt độ lò phản ứng được kiểm soát

3.2.11 Chất xúc tác

Chất xúc tác chính và được sử dụng chủ yếu là vadini oxit bên cạnh đó quá trình cũng sử dụng chất

Xúc tác sicagen trong quá trình oxy hóa trực tiếp naphthalen trong điều kiện có không khí để thu được anhydirt phthalic trong các lò phản ứng Cơ chế của chất xúc tác tương tự trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ o-xy len Người ta

sử dụng 0,6g chất xúc tác đối với 1 kg sản phẩm anhydrit phthalic, để làm chậm tốc độ phản ứng và ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa naphthalen thành những sản phẩm không mong muốn thì người ta sử dụng K2SO4

• Công nghệ sản xuất anhydrit phtalic từ Naphtalen của hãng Figure :

Mô tả hoạt động:

Napthalene để tạo thành Pthalic anhydride ( lò phản ứng )

• Napthalene và không khí được phép vào các tầng sôi Napthalene ở dạng nóng chảy được phun vào các tầng sôi của chất xúc tác trong không khí

• Nhiệt độ hoạt động là khoảng 600 ° C trong trường hợp này

• Cuối cùng, hơi + bụi chất xúc tác nhập một đơn vị lốc xoáy để tách các hạt chất xúc tác và hơi từ các thiết bị phân tách

•Lò phản ứng tầng sôi được bổ sung với các ống làm mát trong đó dung dịch muối được lưu thông để cuối cùng có được hơi nước từ lò hơi thu hồi nhiệt thải

• Các lò phản ứng không tạo ra lượng lớn axit maleic

Phương pháp phổ biến nhất cho sản xuất của alhydrit phthalic là bởi quá trình oxy hóa của o- xylene do tiết kiệm được giá thành cũng như chi phí sản suất Alhydrit phthalic được sử dụng trong sản xuất chất dẻo ( phụ gia cho

polymer để cung cấp cho họ linh hoạt hơn ) và các polyeste , trong số những ứng dụng khác

CHƯƠNG IV CÔNG NGHÊ SẢN XUẤT ANHYDRIT PHTHALIC TỪ O-XYLEN

4 Nguyên liệu.

4.1 o-xylen

Ortho-xylen được sử dụng chủ yếu trong sản xuất alhydrit phthalic Trong hỗn hợp của xylen thì o-xylen có hàm lượng rất lớn( Khoảng 95%), 5% còn lại là m-xylen và p-xylen Trong hỗn hợp xylen thì o-xylen được tách ra bằng phương pháp chưng cất Trong giai đoạn đầu tiên của chưng cất là người ta thu hồi m-xylen, p-xylen và ethylbenzene để lại một hỗn hợp của o-xylene, C9, và các chất thơm cao hơn Giai đoạn tiếp theo cũng bằng phương pháp chưng cất người ta tách hỗn hợp còn lại thành từng chất riêng biệt, o-xylen được đem đi làm

nguyên liệu sản xuất anhydrit phthalic còn các hợp chất thơm, C9 được dùng làm dung môi pha trộn trong xăng hoặc làm nguyên liệu cho quá trình khác…bằng phương pháp chưng cất ta có thể thu được o-xylen có độ sạch đạt 97,5%, 1% là của C9 và các sản phẩm nặng, 1,5% còn lại là của hỗn hợp m-xylen và p-xylen

4.2 oxi

Oxi là chất khí không màu, không mùi ,không vị, năng hơn không khí một ít (1 lít oxi nặng 1,43g)và tan trong nước (ở 200C,một lít nước chỉ hòa tan 31ml oxi) nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ Độ tan của oxi trong nước giảm xuống khi tăng nhiệt độ Vì ít tan trong nước nên có thể thu khí oxi băng cát cho lội qua nước Khí oxi có thể tan trong một số kim loại nóng chảy và dộ tan của oxi trong kim loại nóng chảy cũng giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên